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JPH0630469B2 - 光受信器 - Google Patents
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JPH0630469B2 - 光受信器 - Google Patents

光受信器

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JPH0630469B2
JPH0630469B2 JP62061192A JP6119287A JPH0630469B2 JP H0630469 B2 JPH0630469 B2 JP H0630469B2 JP 62061192 A JP62061192 A JP 62061192A JP 6119287 A JP6119287 A JP 6119287A JP H0630469 B2 JPH0630469 B2 JP H0630469B2
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JP
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optical fiber
light
optical
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differential
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一人 田島
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光ファイバ通信に用いられる光受信器に関
し、特に長距離高速光ファイバ通信用光受信器として好
適な光受信器に関する。
〔従来の技術〕
光ファイバ通信方法の1つに周波数変調方式光ファイバ
通信があり、周波数変調光ヘテロダイン通信(FSK光
ヘテロダイン通信)は、高い受信感度を達成できるた
め、長距離光ファイバ通信に適している。かかるFSK
ヘテロダイン光ファイバ通信では、送信すべき情報の符
号化を、光周波数を変化させることにより行う。つまり
ディジタル信号“1”を送信するために周波数fの光
を送り、また“0”を送信するためには周波数fと異
なる周波数fの光を送ると考えてよい。
このように、伝送すべき情報に応じて異なる光周波数の
光を光ファイバを通して受信側へ伝送する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、この種の光ファイバ通信において通信媒体と
なる光ファイバには波長分散特性があるから、異なる周
波数の光を伝送する場合、次のような難点がある。
すなわち、光ファイバは波長分散特性を有するために、
前述の異なる周波数f,fの光は、光ファイバ中を
異なる速度で伝搬する。このため、送信する信号のビッ
トレイトが高く(毎秒当たりのfとfの繰り返しの
速度が高く)、そして光ファイバ長が長いと、周波数f
のものの波長をλ,周波数fのものの波長をλ
とすれば、波長λ(もしくはλ)の光は、光ファイ
バ伝搬中に1ビット前の波長λ(もしくはλ)の光
に追いついて、重なってしまう。つまり、高速長距離F
SK光ファイバ通信では、光ファイバの分散による符号
間干渉が発生するため、その達成しうる速度と伝送距離
が制限されてしまう。
前述のように、本質的には高受信感度が可能であるFS
Kヘテロダイン光ファイバ通信のビットレイトを高くす
ると、光ファイバの波長分散特性による符号間干渉が発
生し、高受信感度達成の妨げとなるため、光ファイバ通
信のビツトレイトは、それほど高くできないという問題
がある。
本発明の目的は、光ファイバの波長分散により生ずる影
響を緩和し、受信感度劣化を防止することができる光受
信器を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の光受信器は、局部発振光と入力信号光を合波し
た合成光から得られる異なった周波数の中間周波信号を
分離する分離手段と、 この分離手段により分離された信号成分の検波出力を差
分合成する差分合成器と、 前記中間周波信号のそれぞれが前記差分合成器へ伝達さ
れるまでの伝達時間に所定の時間差を与えることによ
り、前記入力信号光中における光周波数の異なる信号成
分が光ファイバ伝搬中に光ファイバの波長分散により受
けた相対的な伝搬時間差を補正する補正手段とを備える
ことを特徴としている。
〔作用〕 光ファイバを介して伝送されてくる信号光は、光ファイ
バの分散の影響を受けた状態で光受信器に到達し、それ
ぞれ光周波数の異なる信号成分間には伝搬時間差が生じ
ている。入力信号光は、局部発振光と合波され、異なっ
た周波数の中間周波数信号は分離手段で分離され、それ
ぞれの検波出力は差分成器へ供給されて差分合成される
が、この差分合成器へ至るまでの間に、補正手段によっ
て伝達時間に時間差が与えられ、光ファイバの波長分散
により受けた相対的な伝搬時間差が補正されるため、光
ファイバ伝搬中に生じた時間のずれは打ち消され、光フ
ァイバの分散の影響を大幅に緩和することができる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図は本発明はの光受信器の一実施例のブロック図で
ある。
第1図に示すように、この光受信器は、ファイバカプラ
3と、バランストレシーバ4と、増幅器5と、帯域通過
フィルタ(BPF)6,7と、包絡線検波器8,9と、
低域通過フィルタ(LPF)10,11と差分合成器として
の差分増幅器13を備えると共に、光ファイバの波長分散
により生ずる符号間干渉の影響を補正する手段として低
域通過フィルタ11と差分増幅器13間に挿入された遅延線
12備えている。
ファイバカプラ3は、信号光1と局部発振光2とが入射
するもので、信号光1は送信側から光ファイバを介して
伝送されてくる周波数変調された光である。周波数変調
された信号光1は、後述のように送信情報として互いに
異なる光周波数のマーク成分とスペース成分を含んでい
る。また、局部発振光2は、図示しない局部発振器(光
源)から入射され、信号光1と合波される。
バランストレシーバ4は、ファイバカプラ3の出力光を
受け、これを中間周波信号に変換し、増幅器5に供給す
る。
増幅器5の出力は、それぞれろ波特性を異にする帯域通
過フィルタ6,7に与えられ、これにより、マーク符号
とシグナル符号に対応する2種の異なった周波数の中間
周波信号を分離する。2つの帯域通過フィルタ6,7で
2系統に分離された後、それぞれは別々に包絡線検波器
8,9により包絡線検波され、更にそれぞれ低域通過フ
ィルタ10,11を通り、差分合成され、符号識別で符号識
別が行われるが、この光受信器における差分合成に至る
までの過程において、信号光1が光ファイバ中に伝搬し
てくるときに、光ファイバの波長分散によりそのマーク
成分とスペース成分が受けた相対的な時間差を打ち消す
ため、時間調整が行われる。
この調整は、帯域通過フィルタ6,7と差分合成のため
の装置との間に遅延線を導入する等の手段によって行う
ことができ、本実施例では、一方の系の低域通信フィル
タ11と差分増幅器13との間に遅延線12が設けられてい
る。そして、この遅延線12の遅延時間について、上述の
如く帯域通過フィルタ6,7によって分離された2種の
中間周波信号のそのフィルタ6,7から差分増幅器13へ
の伝達時間差をして、光ファイバ伝搬中に受けた上述の
相対的な時間差を補正するような値を設定されている。
更に、第2図及び第3図をも参照して具体的に説明す
る。
まず、信号変調速度と光ファイバ伝送路長について述べ
ると、ここでは、信号変調速度は5Gb/s(NRZ)
で、また光ファイバ伝送路長は200kmである。光送信器
は、発振波長が1.55μmの半導体レーザで、周波数変調
はその半導体レーザの駆動電流を微小に変化させること
により行われる。その出力スペクトラムは、第2図に示
されているように、ディジタル符号“1”(マーク)と
“0”(スペース)に対応する波長にピークを持つ双峰
性スペクトラムを有する。マークとスペースの周波数差
は15GHである。
第1図における信号光1は、上記の周波数変調された光
が光ファイバを伝搬してきたものである。この光ファイ
バは、1.5μmで0.2dB/kmという最小光損失を示
すが、その波長における波長分散は15(ps/nm)/
kmである。このため、信号光1は、光受信器に到達する
までに、光ファイバの分散の影響を受けている。すなわ
ち、周波数変調された信号光のスペクトラムを示す第2
図において、光周波数fを中心とするスペクトラム成
分は、ディジタル信号“1”(マーク)に相当する光成
分からなり、また光周波数fを中心とするスペクトラ
ム成分は、ディジタル信号“0”(スペース)に相当す
る光成分からなる。このような双峰性スペクトラム特性
を有する光を、波長分散特性を有する光ファイバを伝搬
させると、マークとシグナルの異種符号間で干渉を生じ
る。つまり、通常の光ファイバは、上述の如く15(ps
/nm)/km程度の波長分散を有するため、マークとス
ペースの光周波数差を15GHとした場合、それぞれが
例えば100km伝搬するのに要する時間については、両者
の間に150ps程度の差が生じ、従って、マークとシグ
ナルの繰り返し周期が200ps程度の場合(5Gb/s,
NRZシグナル)は、これらの異なる光周波数の光が完
全に重なってしまう。
さて、上述のような信号光1はファイバカプラ3の一方
の入力ボートに導入される。ファイバカプラ3他のポー
トからは、信号光1より約10GHz周波数の低い局部発
振光2が入射する。そしてファイバカプラ3の出力はバ
ランストレシーバ4により中間周波信号に変換され、そ
して増幅器5により増幅される。この増幅された中間周
波信号を第3図に示す。第3図におけるマーク成分31と
スペース成分32は第2図のそれぞれに対応するが、局部
発振光2の周波数だけダウンシフトしている。また第3
図には、帯域通過フィルタ6の特性Fと帯域通過フィル
タ7の特性F′も示されている。第3図から明らかなよ
うに、帯域通過フィルタ6は、増幅器5の出力のうち、
周波数約25GHのスペース成分32のみを切り出し、ま
た帯域通過フィルタ7は、マーク成分31だけを切り出
す。このように別系統に分離されたマークとスペース信
号は、それぞれ包絡線検波器9と8によりそれぞれ検波
され、そして低域通過フィルタ11と10により整形され
る。
このように、光受信器は、まず、光ファイバを伝搬して
きた信号光1と、それとは多少異なる光周波数でCW発
振している光源からの局部発振光を合波し、そしてその
合成光をフォトダイオード等の受光器で受ける。ここ
で、その合波に伴う損失を最小にするため、第1図に示
す如く、2端子対回路というべき光ファイバカプラ3を
用い、その対出力をバランストレシーバ4に受けるのみ
がよい。バランストレシーバ4の出力は、信号光1と局
部発振光の和及び差周波数成分から成る。このうち、信
号光1のマークに相当する周波数から局部発振光2の周
波数だけダウンシフトした成分と、スペースに相当する
周波数から信号発振光2の周波数だけダウンシフトした
成分を2つの帯域通過フィルタ6,7で2系統に分離
し、そして、これら2つのフィルタ6,7の出力を別々
に包絡線検波することにより、マークに相当するベース
バンド信号と、スペースに相当するベースバンド信号を
得る。そして、これらは、包絡線検波出力なので、同相
シグナルとなるため、差分増幅器13等で一方を反転して
加算することにより、送信されたベースバンド信号を得
るのである。
ところで、前記の如く、信号光1は、波長分散が15(p
s/nm)/kmの光ファイバを200kmにわたり伝搬して
いる。またマーク成分とスペース成分の周波数差は15G
で、またスペース成分が高周波側に位置する。この
ため、受信器に到達した時には、マークの成分の方がス
ペース成分に対して、約150ps程度先行している。こ
の相対的な時間差を打ち消すために、第1図に示されて
いる遅延線12が用いられている。
すなわち、前記マークとスペースの信号のファイバ伝搬
に要した時間が前記のように光ファイバの分散により異
なると、受信器内で再生されたマークに相当する包絡線
検波出力とスペースに相当する包絡線検波出力の相対的
時間関係が、分散による伝搬時間差だけずれてしまう。
このように、相互間の時間がずれた波形を差分合成して
も、もとのベースバンド信号を再生することはできない
ため、受信感度の劣化を生ずる。
そこで、本実施例の光受信器では、帯域通過フィルタ
6,7で2系統に分離された回路系の一方に、遅延線12
を挿入することにより、前記の相対的時間のずれを補正
し、しかる後に差分合成をして正しいベースバンド信号
を再生する。
この挿入された遅延線12による遅延時間は、本実施例の
場合、いうまでもなく150psである。このように局部
発振光12と、入力信号光1を干渉させ、その結果生ずる
マーク符号とシグナル符号に対応する2種の異なった周
波数の中間周波信号をフィルタ6,7により分散し、各
々のフィルタ6,7出力を包絡線検波し、そして差分合
成した後に符号識別を行うにあたり、前述の2種の中間
周波信号の、フィルタ6,7から差分合成器としての差
分増幅器13への伝達遅延時間差が、これらの信号が光フ
ァイバ伝搬中に光ファイバの波長分散により受けた相対
的な伝搬遅延時間差を補正するように、遅延線12の遅延
時間が設定されている。このような補正手段を持たない
場合は、即述した如く、光ファイバの波長分散特性によ
る符号間干渉が発生し、これが高受信感度達成のさまた
げとなり、ビットレートを高くするのに限界があるが、
第1図の構成の場合は、光ファイバの波長分散により生
ずる符号間干渉の影響を補正することにより、長距離高
速FSKヘテロダイン光ファイバ通信の受信感度劣化を
防止することができ、光ファイバ通信の高速化、長距離
化が可能である。実際に、上述のようにして時間調整さ
れたマークとスペース信号を差分増幅器13で逆相加算増
幅して符号識別系に導き、エラーテストを行ったとこ
ろ、良好な受信感度が達成されていることが確認され
た。
一方、遅延線12をとりはずしてのテストも行ったが、前
記の時間のずれにより、まったく識別不可能であった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバ通信
における光ファイバの分散の影響を大幅に緩和でき、受
信感度劣化を防止し、光ファイバ通信の高速化、長距離
化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の光受信器のブロック図、 第2図は周波数変調された信号光のスペクトラムの一例
を示す図、 第3図は第1図の増幅器の出力のスペクトラムの一例を
示す図である。 1……信号光 2……局部発振光 3……ファイバカプラ 4……バランストレシーバ 5……増幅器 6,7……帯域通過フィルタ(BPF) 8,9……包絡線検波器 10,11……低域通過フィルタ(LPF) 13……差分増幅器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】局部発振光と入力信号光を合波した合成光
    から得られる異なった周波数の中間周波信号を分離する
    分離手段と、 この分離手段により分離された信号成分の検波出力を差
    分合成する差分合成器と、 前記中間周波信号のそれぞれが前記差分合成器へ伝達さ
    れるまでの伝達時間に所定の時間差を与えることによ
    り、前記入力信号光中における光周波数の異なる信号成
    分が光ファイバ伝搬中に光ファイバの波長分散により受
    けた相対的な伝搬時間差を補正する補正手段とを備える
    ことを特徴とする周波数変調方式光ファイバ通信用の光
    受信器。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の光受信器に
    おいて、 前記分離手段が、局部発振光と入力信号光を干渉させ、
    その結果生ずるマーク符号とシグナル符号に対応する2
    種の異なった周波数の中間周波信号を分離するフィルタ
    であり、 前記差分合成器が、各々のフィルタ出力を別々に包絡線
    検波した検波出力を差分合成して符号識別を行う符号識
    別系へ送出する差分合成器であり、 かつ、前記補正手段が、前記フィルタと差分合成器間に
    挿入された遅延線であることを特徴とする周波数変調方
    式光ファイバ通信用の光受信器。
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