JP2004129261A

JP2004129261A - デュオバイナリ光伝送装置

Info

Publication number: JP2004129261A
Application number: JP2003340308A
Authority: JP
Inventors: Han-Lim Lee; 李　漢林; Gyu-Woong Lee; 李　圭雄; Junsai Go; 呉　潤濟; Seong-Teak Hwang; 黄　星澤
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US20040062554A1; EP1404036B1; EP1404036A2; CN1497893A; KR20040028275A; DE60302522T2; EP1404036A3; DE60302522D1; KR100469725B1

Abstract

【課題】電気的ＬＰＦや位相変調器を使用することなく、波長分散に強い特性を持つデュオバイナリ光信号を送信するための光変調装置を有するデュオバイナリ光伝送装置を提供する。
【解決手段】本発明の光変調装置は、２−レベルデータ信号をデュオバイナリ信号に変換し出力する符号変換装置と；デュオバイナリ信号を受信して変調器駆動信号を生成する変調器駆動信号生成装置と；変調器駆動信号を入力し、光搬送波の位相を変化させ、光強度変調した変調光信号を出力するマッハ・ジェンダ干渉系型光強度変調器と；光強度変調器から変調光信号を入力し定められた帯域に合わせてフィルタリングしデュオバイナリ光信号を出力する広域通過フィルタとを備える。
【選択図】　図２

Description

　本発明は、デュオバイナリ(duobinary)光伝送装置に関する。

　一般に、高密度波長分割多重(Dense Wavelength Division Multiplexing：ＤＷＤＭ)光伝送システムは、一本の光ファイバ内で複数の波長を用いて伝送することによって伝送効率を高めることができ、伝送速度に関係なく光信号を伝送できるので伝送量が増加しつつある超高速インターネットネットワークに非常に有用に使用されているシステムである。しかし、急激なデータトラフィックの増加と４０Gbps以上の高速データ伝送要求により、既存のＮＲＺ(non-return-to-zero)を利用した光強度変調の時、５０GHzチャネル間隔以下ではひどいチャネル間の干渉および歪みが生じ、伝送容量の拡張に限界があった。

　また、既存のバイナリ(binary)ＮＲＺ伝送信号のＤＣ周波数成分と変調時に拡散された高周波成分は、光ファイバ媒体内での伝幡に際し非直線性と散乱を引き起こして１０Gbps以上の高速データ伝送においては伝送距離に限界がある。

　そこで、最近では、光デュオバイナリ技術が、色分散(chromatic dispersion)による伝送距離の制限を克服することができる光伝送技術として注目を受けている。デュオバイナリ伝送の特長は、伝送スペクトルを一般的なバイナリ伝送に比べ光信号の周波数拡がりを半分程度に低減するということにある。分散制限システム（dispersion limited system）において、伝達距離は伝送スペクトル帯域幅の自乗に反比例する。これは、伝送スペクトルが１／２に縮小される場合、伝達距離は４倍に増加されるということを意味する。さらに、搬送波周波数がデュオバイナリ伝送スペクトル内で抑えられているので、光ファイバ内で刺激を受けたブリユアン散乱(Brillouin Scattering)によって引き起こされた光電力出力に対する制限を緩めることができる。

　図１は、従来のデュオバイナリ光伝送装置の一構成例を示す図である。

　図１に示すように、従来のデュオバイナリ光伝送装置は、２−レベルデータ信号(ＮＲＺ)を符号化するデュオバイナリプリコーダ１０、電気的低域通過フィルタ(Loss Pass Filter：ＬＰＦ)２０、駆動増幅器３０、マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器４０、及び搬送波を出力するレーザ光源５０で構成される。このような構成を有する光デュオバイナリ伝送装置において、伝送すべき２−レベルデータ信号はデュオバイナリプリコーダ(duo-binary precoder)１０に供給され符号化されて、電気的ＬＰＦ２０を介して３−レベルの電気信号に変えられる。その３−レベルの電気信号は駆動増幅器３０に入力され増幅された後、マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器４０の駆動用信号として使用され、レーザ光源５０から出力された搬送波は、マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器４０の駆動用信号にしたがって位相が変化され、最終的に、光強度変調され光デュオバイナリ信号として出力される。

　しかし、上述した従来の回路構成では、カットオフ周波数が０．２５ＴＨｚの電気的ＬＰＦ２０を介して２−レベルのデータ信号を３−レベルの電気信号として発生させるため、擬似乱数ビットシーケンス(Pseudo Random Bit Sequence：ＰＲＢＳ)の長さにしたがって出力される光信号の特性に差が出、システムに致命的な問題を引き起こす恐れがある。特に、２^７−１の場合より２^３１−１ＰＲＢＳの場合においてシステムマージンが相当減ってしまう。通常、信号の０−レベルから１−レベルに変換する時の傾きと１−レベルから０−レベルに減少する時の傾きが異なってくる。しかし、電気的ＬＰＦを使用するデュオバイナリ光送信器では、異なる傾きを持つ部分が同時に合わされ０−レベルから１−レベルへ、１−レベルから０−レベルへの遷移が起こるので、出力波形のジッタ(jitter)が増加してしまう問題があった。

　このような問題点を解決するための本発明の目的は、ＰＲＢＳに対する伝送特性の影響を受けないデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。

　本発明の他の目的は、電気的ＬＰＳや位相変調器を使用することなく、波長分散に強い特性を持つデュオバイナリ光信号を送信するデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。

　上記の目的を達成するために本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、光搬送波を出力する光源と、２−レベルデータ信号を入力し、２−レベルデータ信号に応じて光搬送波を変調した変調光信号を出力する光変調装置とを備えてなるデュオバイナリ光伝送装置において、光変調装置は、２−レベルデータ信号をデュオバイナリ信号に変換出力する符号変換装置と；デュオバイナリ信号を受信して変調器駆動信号を生成する変調器駆動信号生成装置と；変調器駆動信号を受信し、光搬送波の位相を変化させ、光強度変調した変調光信号を出力するマッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器と；マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器から変調光信号を受信して定められた帯域に合わせてフィルタリングしデュオバイナリ光信号を出力する広域通過フィルタとを備えることを特徴とする。

　本発明のデュオバイナリ光伝送装置のマッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器は、Ｚ−カット二重電極(dual arm)構造の光強度変調器にすると好ましい。

　また、本発明の光強度変調器は、Ｘ−カット単一電極構造の光強度変調器にするとよい。

　そしてまた、本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、広域通過フィルタの帯域幅にしたがって出力信号の特性を異ならせるとよい。

　また、本発明のデュオバイナリ光伝送装置の光強度変調器は、Ｘ−カット二重電極構造の光強度変調器にすると好ましい。

　また、本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、２−レベルデータ信号を符号化するデュオバイナリプリコーダと；デュオバイナリプリコーダの出力信号を受信する１対の駆動増幅器と；光搬送波を出力するレーザ光源と；前記２−レベルデータ信号に応じて前記光搬送波を変調した変調光信号を出力する光強度変調器；及び、光強度変調器から変調光信号を受信して定められた帯域に合わせてフィルタリングし、デュオバイナリ光信号を出力する広域通過フィルタとを備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、デュオバイナリ光伝送装置は、電気的ＬＰＦを使用することなく、ＰＲＢＳ長による信号の品質劣化を解決することができる。また、マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器を利用して光強度とともに位相も変調することによって、位相変調器を使用するデュオバイナリ光伝送装置に比べて位相変調器は、実際の現場ではほとんど需要がないので、大量生産が困難であるが、一般振幅変調器は、現場で多くの需要によって大量生産をしている。また、位相変調器は、極めて一部の超長距離通信（海底通信）及び実験室研究において使用されている程度である。

　以下、本発明の好適な実施形態について図２ないし図８を参照して詳細に説明する。図中、同一の構成要素には可能な限り同一番号及び同一符号を共通に使用し、本発明の詳細な説明にあたり、周知技術については適宜説明を省略するものとする。

　図２は、本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置の第１実施例の構成を示すブロック図である。図２において、デュオバイナリプリコーダ１００、駆動増幅器２０１、２０２、マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器３００及び搬送波を出力するレーザ光源４００は、図１に示した従来のデュオバイナリ光伝送装置の構成と略同一である。本発明の第１実施例は、Ｚ−カット(cut)構造のチャープフリー(chirp free)マッハ・ツエンダ型光強度変調器を持つデュオバイナリ光伝送装置の構成を示しており、この場合、変調器の二重電極(dual arm)３０１、３０２の両側から３−レベルの信号を印加できるように１対の駆動増幅器２０１、２０２を含む。

　本発明の特徴は、マッハ・ツエンダ干渉計型(Mach-Zehnder)の光強度変調器を用いて光強度の他に位相まで変調させた後、デュオバイナリ光信号を生成するためにマッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器３００の出力側に広域通過フィルタ５００を備えたことにある。こうすると、３−レベル信号が生成されないため、ＰＲＢＳ長による信号の特性劣化が起こらない。

　図３は、本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置での変調過程を示す図であり、横軸は時間を、縦軸は変調曲線をそれぞれ表す。

　図３を参照すれば、ＮＲＺ信号の印加電圧としては２×Ｖπを印加し、バイアス点は変調器の最小点(null point)に位置させる(ａ)。この場合、光強度変調曲線(ｂ)により（ｄ）のような変調された出力波形となり、広域通過フィルタ５００を通過すると入力データと同情報を持つデュオバイナリ光出力(ｅ)が得られる。０または１のビットは、強度の変調がなく同じ大きさで光出力されるが、０または１のビットは、変調時にエレクトリックフィールド(ｃ)で０またはπの位相差を持つ位相情報に変換される。すなわち、位相情報は、デコーダの出力が０−レベルの時には‘π’、１−レベルの時には‘０’の情報となることがわかる。したがって、一般の干渉系型光強度変調器を使って位相変調器の機能を有することになる。このように光強度変調器を介して位相変調された光信号は、帯域幅が０．７／ビット率を有する広域通過フィルタを通過することになる。

　この過程が、図１に示した従来のデュオバイナリ送信器の構造における電気的ＬＰＦを介す方式と同一の機能を有する過程である。したがって、広域通過フィルタを介した光信号は、デュオバイナリ光信号に変換される。本発明の第１実施例では２Ｖπの電圧を印加し、帯域幅が０．７／ビット率の広域通過フィルタを使用してデュオバイナリ信号を発生させたが、印加電圧、広域通過フィルタの帯域幅などを調節して出力されるデュオバイナリ光信号の特性を調節するものである。

　次に図３の変調された出力波形(ｄ)に重畳された位相情報を、図４ａ及び図４ｂを参照して説明する。図４ａは、本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置での変調過程を説明するための図であり、図４ｂは変調器の出力波形を示す。

　図４ａ及び図４ｂを参照すれば、変調された信号は、信号を判断する瞬間にはいずれも１−レベルを持ち、但し、印加される電気信号が１−レベルから０−レベル、あるいは０−レベルから１−レベルに変わる場合に限って光出力が０−レベルに変わってから再び１−レベルに復帰する。ここで重要な点は、信号を判別する時間にはいずれも１−レベルの光出力を持つということであり、これが、常に１−レベルの光出力を持つ位相変調器と比較される。

　図５は本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置の第２実施例の構成を示すブロック図であって、本発明の第２実施例の構成は、Ｘ−カット(cut)構造のチャープフリー(chirp free)マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器を持つ構成を示している。図３のＺ−カット(cut)構造のチャープフリー・マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器を持つデュオバイナリ光伝送装置では、変調器の二重電極(dual arm)３０１、３０２の両側から３−レベルの信号を印加できるように１対の駆動増幅器２０１、２０２を含むに対し、本発明の第２実施例では、単一電極(single arm)を持ち、したがって、一方向に３−レベルの信号を印加できるように一つの駆動増幅器２００を含む。

　図６ないし図８は、本発明の検証のために実施した実験から得られた結果を示しており、具体的に、図６は１０Gbpsに変調されたデュオバイナリ光信号の出力アイダイヤグラムを示し、図７は１０Gbpsに変調されたデュオバイナリ光信号のパワースペクトルを示し、それぞれ典型的なデュオバイナリ信号のアイダイヤグラムとパワースペクトルであることが分かる。また、図８は、本発明のデュオバイナリ光伝送装置の標準単一モード光ファイバ(Standard Single Mode Fiber：ＳＳＭＦ)２００km伝送後のアイダイヤグラムであって、一般的なデュオバイナリ伝送後の特性に類似することがわかる。

　前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な一実施例を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。また、本発明は、デュオバイナリ光送信技術を採択した光トランスポンダ(transponder)、トランスミッタ(transmitter)、トランシーバ(transceiver)、ＳＯＮＥＴ/ＳＤＨ及びイーサネット（登録商標）(Ethernet（登録商標）)伝送システムなどに広く適用することもできる。

　したがって、本発明の範囲は前述説明した一実施例によって限られるべきではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲の均等なものによって決定されるべきである。

従来のデュオバイナリ光伝送装置の一構成例を表す図。本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置の第１実施例の構成を示すブロック図。本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置での変調過程を示す図。本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置での変調過程及び変調器の出力波形を示す図。本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置の第２実施例の構成を示すブロック図。１０Gbpsに変調されたデュオバイナリ信号の出力アイダイヤグラム。１０Gbpsに変調されたデュオバイナリ信号のパワースペクトル。本発明のデュオバイナリ光伝送装置のＳＳＭＦ２００km伝送後のアイダイヤグラム。

符号の説明

１００　デュオバイナリプリコーダ（符号変換装置）
２００、２０１、２０２　駆動増幅器（変調器駆動信号生成装置）
３００　マッハ・ツエンダ干渉系型光強度変調器
３０１、３０２　二重電極
４００　レーザ光源
５００　広域通過フィルタ

Claims

　光搬送波を出力する光源と、２−レベルデータ信号に応じて前記光搬送波を変調した変調光信号を出力する光変調装置を備えてなるデュオバイナリ光伝送装置において、
　光変調装置は、２−レベルデータ信号をデュオバイナリ信号に変換し出力する符号変換装置と；
　デュオバイナリ信号を受信して変調器駆動信号を生成する変調器駆動信号生成装置と；
　変調器駆動信号を入力し、光搬送波の位相を変化させ、光強度変調した変調光信号を出力する光強度変調器と；
　光強度変調器からの変調光信号を入力し定められた帯域に合わせてフィルタリングしデュオバイナリ光信号を出力する広域通過フィルタとを備えたことを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。
　前記光強度変調器は、Ｚ−カット二重電極構造の光強度変調器である請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
　前記光強度変調器は、Ｘ−カット単一電極構造の光強度変調器である請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
　前記広域通過フィルタの帯域幅にしたがって出力信号の特性を異ならせる請求項１記載デュオバイナリ光伝送装置。
　２−レベルデータ信号を符号化するデュオバイナリプリコーダと；
　デュオバイナリプリコーダの出力信号を受信する１対の駆動増幅器と；
　光搬送波を出力するレーザ光源と；
　２−レベルデータ信号に応じて光搬送波を変調した変調光信号を出力する光強度変調器；及び、
　光強度変調器から変調光信号を受信して定められた帯域に合わせてフィルタリングし、デュオバイナリ光信号を出力する広域通過フィルタとを備えたことを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。
　ＮＲＺ信号の印加電圧及び前記広域通過フィルタの帯域幅にしたがって出力信号の特性を異ならせる請求項５記載デュオバイナリ光伝送装置。
　前記光強度変調器は、Ｚ−カット二重電極構造の光強度変調器である請求項５記載のデュオバイナリ光伝送装置。
　前記光強度変調器は、Ｘ−カット二重電極構造の光強度変調器である請求項５記載のデュオバイナリ光伝送装置。