JP4239751B2 - ビットインターリーブ直交偏波多重信号光の光受信方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビット毎に偏波を直交させるビットインターリーブ直交偏波多重伝送における光受信方法及び装置に関する。

光伝送システムの容量を上げるには、光パルス信号のビットレートを上げればよい。しかし、短い光パルスの発生と、受信装置における個々の光パルスの分離又は識別とを考慮すると、光パルス幅を狭くすることにも限界がある。

これに対し、時間軸上の隣接するビット間で偏波を直交させるビットインターリーブ偏波直交多重が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。ビットインターリーブ偏波直交多重では、時間軸上で隣接するビット間で光パルスの重なりを許容できるので、比較的に長い光パルスを利用できる。この結果、光パルスの発生が容易になり、ビットレートを上げやすくなる。しかし、光受信装置では、偏波に従って各ビットの光パルスを分離する手段が必要になる。

特許文献１には、次のようなビットインターリーブ偏波直交多重伝送システムが記載されている。即ち、ビットインターリーブ偏波直交多重された信号光を、偏波制御装置を介して偏光ビームスプリッタに入力する。偏波制御装置は、後述する帰還制御により、入力する光の一方の偏波成分信号光を偏光ビームスプリッタの一方の偏波方向に平行になるように制御する。偏光ビームスプリッタで分離された各偏波の信号光は受光素子により電気信号に変換され、電気受信装置に入力する。偏波制御装置を制御するため、一方の受光素子の出力から電気フィルタにより基本周波数成分を抽出し、その基本周波数成分の振幅が最大になるようになるように偏波制御装置を制御する方法が記載されている。

また、信号ビットレートが４０Ｇｂｐｓを超えるような高速になると、光電変換が困難になることから、送信装置において、予め一方の偏波の信号光を微弱強度変調しておき、光受信装置では、偏波分離後の一方の偏波成分を電気信号に変換し、その電気信号の強度変調の振幅が最大になるように偏波制御装置を制御する構成も記載されている。

また、特許文献２の図７には、次のような受信装置が記載されている。即ち、ビットインターリーブ偏波直交多重信号光を偏光ビームスプリッタで各偏波信号に分離した後、電気信号に変換する。また、ビットインターリーブ偏波直交多重信号光からクロックを再生する。その再生クロックにより各電気信号を高速サンプリング回路によりサンプリングする。高速サンプリング回路に印加される再生クロックの位相を、高速サンプリング回路の出力により制御する。

特許文献３には、特許文献２の高速サンプリング回路の代わりにＥＯ変調器を使用する、偏波多重信号の分離装置及び方法が記載されている。
特開２００２-３４４４２６公報 米国特許出願公開２００３／００２０９８５公報 米国特許出願公開２００２／００９３９９３公報

特許文献１に記載の構成では、光送信装置に一方の偏波の信号光の強度変調する手段が必要になる。また、本来の信号とは相関の無い又は少ない第３の信号源を用意しなければならない。

特許文献２及び３に記載の構成では、電気高速サンプリング回路又はＥＯ変調器が、偏光ビームスプリッタから出力される特定偏波の信号から、ビットインターリーブ偏波直交多重信号光から再生されたクロックに従い、特定ビットの信号をサンプリング又は分離するので、その伝送能力が、高速サンプリング回路又はＥＯ変調器の応答速度に制限される。即ち、１６０Ｇｂｐｓに達するような高速な光伝送システムには適用できない。

本発明は、１６０Ｇｂｐｓのような高速な光伝送にも適用可能な、ビットインターリーブ偏波直交多重伝送における光受信方法及び装置を提示することを目的とする。

本発明に係る光受信方法は、互いに直交する直線偏波の第１信号光及び第２信号光がビット交番で時分割多重されるビットインターリーブ直交偏波多重信号光を受信する方法であって、偏波変換装置により当該ビットインターリーブ直交偏波多重信号光の偏波方向を変換する偏波変換ステップと、偏波分離装置により当該偏波変換装置の出力信号光を互いに直交する偏波の第１偏波成分と第２偏波成分に分離する偏波分離ステップと、当該第１偏波成分からクロックを再生するクロック再生ステップと、当該クロック再生ステップで再生された再生クロックに従い、当該第１偏波成分の内の、当該第１信号光に対応するビット信号光を透過する第１透過ステップと、当該再生クロックに従い、当該第２偏波成分の内の、当該第２信号光に対応するビット信号光を透過する第２透過ステップと、当該第１透過ステップの透過光を光電変換する第１光電変換ステップと、当該第２透過ステップの透過光を光電変換する第２光電変換ステップと、当該第１光電変換ステップにより生成される電気信号に従い、当該第１透過ステップで透過された当該ビット信号光の光パワーが大きくなるように当該偏波変換装置における偏波変換を制御する偏波変換制御ステップと、当該第１光電変換ステップにより生成される電気信号から、当該再生クロックに従い、当該第１信号光で搬送される信号を受信する第１受信ステップと、当該第２光電変換ステップにより生成される電気信号から、当該再生クロックに従い、当該第２信号光で搬送される信号を受信する第２受信ステップとを具備することを特徴とする。

本発明に係る光受信装置は、互いに直交する直線偏波の第１信号光及び第２信号光がビット交番で時分割多重されるビットインターリーブ直交偏波多重信号光を受信する装置であって、当該ビットインターリーブ直交偏波多重信号光の偏波方向を変換する偏波変換装置と、当該偏波変換装置の出力信号光を互いに直交する偏波の第１偏波成分と第２偏波成分に分離する偏波分離装置と、当該第１偏波成分からクロックを再生するクロック再生装置と、当該クロック再生装置から出力される再生クロックに従い、当該第１偏波成分の内の、当該第１信号光に対応するビット信号光を透過する第１光ゲートと、当該再生クロックに従い、当該第２偏波成分の内の、当該第２信号光に対応するビット信号光を透過する第２光ゲートと、当該第１光ゲートの出力光を第１電気信号に変換する第１光電変換手段と、当該第２光ゲートの出力光を第２電気信号に変換する第２光電変換手段と、当該第１光電変換手段の出力に従い、当該第１光ゲートの出力信号光パワーが大きくなるように当該偏波変換装置における偏波変換を制御する偏波変換制御装置と、当該再生クロックに従い、当該第１電気信号から当該第１信号光で搬送される信号を受信する第１受信器と、当該再生クロックに従い、当該第２電気信号から当該第２信号光で搬送される信号を受信する第２受信器とを具備することを特徴とする。

上述の構成により、本願発明では、偏波分離後の第１の偏波成分からクロストークを除く光ゲートを設け、光ゲートの出力により偏波変換装置を制御するので、より迅速且つ正確に、ビットインターリーブ直交偏波多重信号の、互いに直交する偏波で多重された第１及び第２の信号光を分離できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。ビットインターリーブ直交偏波多重信号光１０が、図示しない光ファイバ伝送路から偏波変換装置１２に入力する。信号光１０の偶数ビットｂ０，ｂ２，・・・が第１の直線偏波で搬送され、奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・が第１の直線偏波とは直交する第２の直線偏波で搬送される。ビットインターリーブ直交偏波多重信号光１０はまた、偶数ビットｂ０，ｂ２，・・・の第１の信号光と、奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・の第２の信号光を時分割多重した信号光であるともいえ、この点で、信号光１０は、時分割多重され、且つ偏波多重された信号光である。

ビットインターリーブ直交偏波多重信号光１０の隣接するビットの偏波は、送信時には直交しても、光ファイバ伝送路の偏波依存伝送特性（偏波モード分散及び偏波依存損失等）により、光ファイバ伝送路の伝送後では、第１の信号光の偏波と第２の信号光の偏波は、完全には直交しない。

偏波変換装置１２は、後述する帰還制御により、入力する信号光１０の奇数ビット又は偶数ビットの偏波を偏光ビームスプリッタ１４の一方の偏波面に合致するように、入力する信号光１０の偏波方向を変換する。この種の偏波変換装置１２は、いわゆる偏波コントローラとして周知である。

偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４は、偏波変換装置１２の出力光を、互いに直交する２つの偏波成分（ＴＥ成分とＴＭ成分）１４ａ，１４ｂに分離する。上述のように、直交偏波多重信号光１０の偏波の直交性が劣化しているので、ＰＢＳ１４で分離される各偏波成分１４ａ，１４ｂは、他の偏波に含まれる信号のクロストークを含む。即ち、ビットｂ０，ｂ２を主として含む偏波成分１４ａは、クロストークとしてビットｂ１，ｂ３の微弱な光を含み、ビットｂ１，ｂ３を主として含む偏波成分１４ｂは、クロストークとしてビットｂ０，ｂ２の微弱な光を含む。

光分波器１６は、ＰＢＳ１６からの一方の偏波成分１４ａを２分割し、その一方をクロック再生装置１８に印加し、他方を光ゲート２０に印加する。クロック再生装置１８は、入力光の基本周波数と同じ周波数の電気クロック（又は光クロック）を発生する。光ゲート２０は、クロック再生装置１８から出力されるクロックに従い、分波器１６の出力光から偶数ビットｂ０，ｂ２，・・・に相当するタイムスロットの光パルスを透過し、他のタイムスロットの光パルスを阻止する。光ゲート２０により、奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・のクロストークを除去できる。このような光ゲート２０は、たとえば、電気吸収（ＥＡ）型光変調器により実現できる。

受光器２２は、光ゲート２０の出力信号を電気信号に変換する。受光器２２の出力信号は、ローパスフィルタ２４を介して電気受信装置２６に入力する。クロック再生装置１８の出力クロックは、位相調整装置２８により位相を調整されて、電気受信装置２６に印加される。電気受信装置２６は、位相調整装置２８からクロックに従い、ローパスフィルタ２４の出力信号から偶数ビットｂ０，ｂ２，・・・で搬送される信号を復調する。制御装置３０は、受光器２２の出力信号に従い、受光器２２の出力が最大になるように偏波変換装置１２を制御する。これにより、光ゲート２０の入力光に含まれる奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・のクロストーク成分が最小、理想的には０になるように、偏波変換装置１２は、入力信号光１０の偏波を変換する。

本実施例では、光ゲート２０を設けることで、制御装置３０は、奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・のクロストークの影響を受けずに、偏波変換装置１２を制御することができる。仮に光ゲート２０を設けなければ、隣接ビットからのクロストークの影響が大きくなり、制御装置３０が制御する時間が長くなり、また、偏波変換装置１２が入力信号光１０を適切な偏波方向に変換するまでの時間が長くなり、その間の受信特性が劣化する。

ＰＢＳ１４で分離された他方の偏波の成分１４ｂ、即ち、主として奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・を含む成分１４ｂは、受光器３２に入力する。受光器３２は、入力信号光を電気信号に変換する。受光器３２の出力信号は、ローパスフィルタ３４を介して電気受信装置３６に入力する。クロック再生装置１８の出力クロックは、位相調整装置３８により位相を調整されて、電気受信装置３６に印加される。電気受信装置３６は、位相調整装置３８からクロックに従い、ローパスフィルタ３４の出力信号から奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・で搬送される信号を復調する。

図２は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図を示す。受光器３２の前段に光ゲート２０と同様の機能の光ゲート４０を配置した。クロック再生装置１８の出力クロックが、位相調整装置４２を介して光ゲート４０に印加される。光ゲート４０は、位相調整装置４２の出力クロックに従い、ＰＢＳ１４で分離された他方の偏波の成分１４ｂの内、奇数ビットｂ１，ｂ３，・・・に相当するタイムスロットの光パルスを透過し、他のタイムスロットの光パルスを阻止する。

図２に示す実施例では、光ゲート４０を追加したことにより、ＰＢＳ１４で分離された他方の偏波の成分１４ｂに含まれる偶数ビットｂ０，ｂ２，・・・のクロストークを除去できる。

図１及び２に示す各実施例では、ＰＢＳ１４により分離された各偏波成分１４ａ，１４ｂを電気信号に変換しているが、ＴＤＭ（時分割多重）信号光の分離装置を受光器２２，３２の前段に配置し、その分離装置により、より低速の複数の光信号に分離した後で、電気信号に変換してもよい。

また、図１及び図２に示す実施例では、光ゲート２０と受光器２２を信号受信と偏波変換装置１２の制御に併用している。しかし、光ゲート２０と受光器２２、又は受光器２２に相当する手段を、偏波変換装置１２の制御のために、信号受信用とは別に設けても良い。

本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。 本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。

符号の説明

１０：ビットインターリーブ直交偏波多重信号光
１２：偏波変換装置
１４：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
１４ａ，１４ｂ：ＰＢＳ１４で分離された成分
１６：光分波器
１８：クロック再生装置
２０：光ゲート
２２：受光器
２４：ローパスフィルタ
２６：電気受信装置
２８：位相調整装置
３０：制御装置
３２：受光器
３４：ローパスフィルタ
３６：電気受信装置
３８：位相調整装置
４０：光ゲート
４２：位相調整装置

Claims (2)

1. 互いに直交する直線偏波の第１信号光及び第２信号光がビット交番で時分割多重されるビットインターリーブ直交偏波多重信号光（１０）を受信する方法であって、
   偏波変換装置（１２）により当該ビットインターリーブ直交偏波多重信号光（１０）の偏波方向を変換する偏波変換ステップと、
   偏波分離装置（１４）により当該偏波変換装置（１２）の出力信号光を互いに直交する偏波の第１偏波成分（１４ａ）と第２偏波成分（１４ｂ）に分離する偏波分離ステップと、
   当該第１偏波成分（１４ａ）からクロックを再生するクロック再生ステップと、
   当該クロック再生ステップで再生された再生クロックに従い、当該第１偏波成分（１４ａ）の内の、当該第１信号光に対応するビット信号光を透過する第１透過ステップと、
   当該再生クロックに従い、当該第２偏波成分（１４ｂ）の内の、当該第２信号光に対応するビット信号光を透過する第２透過ステップと、
   当該第１透過ステップの透過光を光電変換する第１光電変換ステップと、
   当該第２透過ステップの透過光を光電変換する第２光電変換ステップと、
   当該第１光電変換ステップにより生成される電気信号に従い、当該第１透過ステップで透過された当該ビット信号光の光パワーが大きくなるように当該偏波変換装置（１２）における偏波変換を制御する偏波変換制御ステップと、
   当該第１光電変換ステップにより生成される電気信号から、当該再生クロックに従い、当該第１信号光で搬送される信号を受信する第１受信ステップと、
   当該第２光電変換ステップにより生成される電気信号から、当該再生クロックに従い、当該第２信号光で搬送される信号を受信する第２受信ステップ
   とを具備することを特徴とする光受信方法。
2. 互いに直交する直線偏波の第１信号光及び第２信号光がビット交番で時分割多重されるビットインターリーブ直交偏波多重信号光（１０）を受信する装置であって、
   当該ビットインターリーブ直交偏波多重信号光（１０）の偏波方向を変換する偏波変換装置（１２）と、
   当該偏波変換装置（１２）の出力信号光を互いに直交する偏波の第１偏波成分（１４ａ）と第２偏波成分（１４ｂ）に分離する偏波分離装置（１４）と、
   当該第１偏波成分（１４ａ）からクロックを再生するクロック再生装置（１８）と、
   当該クロック再生装置（１８）から出力される再生クロックに従い、当該第１偏波成分（１４ａ）の内の、当該第１信号光に対応するビット信号光を透過する第１光ゲート（２０）と、
   当該再生クロックに従い、当該第２偏波成分（１４ｂ）の内の、当該第２信号光に対応するビット信号光を透過する第２光ゲート（４０）と、
   当該第１光ゲートの出力光を第１電気信号に変換する第１光電変換手段（２２）と、
   当該第２光ゲートの出力光を第２電気信号に変換する第２光電変換手段（３２）と、
   当該第１光電変換手段（２２）の出力に従い、当該第１光ゲート（２０）の出力信号光パワーが大きくなるように当該偏波変換装置（１２）における偏波変換を制御する偏波変換制御装置（２２，３０）と、
   当該再生クロックに従い、当該第１電気信号から当該第１信号光で搬送される信号を受信する第１受信器（２６）と、
   当該再生クロックに従い、当該第２電気信号から当該第２信号光で搬送される信号を受信する第２受信器（３６）
   とを具備することを特徴とする光受信装置。

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