JP2004173226A - デュオバイナリ光伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、電気的低域通過フィルターを使用することなく、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器自体の帯域幅を制限することにより、デュオバイナリ光信号を生成するか、又は、高価な低域通過フィルターの代わりに単一極を有する低域通過フィルターとなる一つのキャパシタを設けることで、低コストで簡易に送信器を具現する。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はデュオバイナリ(duobinary)光送信技術を利用したデュオバイナリ光伝送装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高密度波長分割多重方式(Dense Wavelength Division Multiplexing:DWDM)の光伝送システムは、一つの光ファイバ内に相異なる波長を有する多数のチャネルで構成された光信号を伝送することにより伝送効率を高めることができる。また、伝送速度に関係なく光信号を伝送することができるので、近来の伝送容量が増加している超高速インターネットに有効に使用されている。現在、DWDMを使用し100個以上のチャネルを一つの光ファイバを利用して伝送するシステムが商業化されており、一つの光ファイバに200個以上の40Gb/sチャネルを同時に伝送して10Tbps以上の伝送速度を有するシステムについての研究も活発に進められている。
【0003】
しかし、急激なデータトラヒックの増加と40Gbps以上の高速データ伝送要求により、既存のNRZ(Non−Return to Zero)を利用する光強度変調方法は、50GHzのチャネル間隔以下では急激なチャネル間の干渉と歪みにより伝送容量の拡張に限界があり、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質での伝播時に非線形と分散をもたらすので、10Gbps以上の高速伝送時に、その伝送距離に限界を有する。
【0004】
近年、光デュオバイナリ技術が色分散(chromatic dispersion)による伝送距離制限を克服することができる光伝送技術として注目を浴びている。デュオバイナリ伝送技術は一般的なバイナリ伝送に比べて伝送スペクトラムを減少できる利点がある。分散制限システムにおいて、伝送距離は伝送スペクトラム帯域幅の2乗に反比例する。これは、伝送スペクトラムが1/2に減少すると、伝送距離が4倍になることを意味する。さらに、搬送波周波数がデュオバイナリ伝送スペクトラム内で抑圧されるので、光ファイバ内の誘導ブリルアン散乱(SBS:stimulated brillouin scattering)による出力光電力に対する制限が減少される。
【0005】
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し、図2A〜Cは図1のA、B、Cノードにおける出力信号のアイダイアグラム(eye−diagrams)を示す。
【0006】
図1を参照すると、従来のデュオバイナリ光伝送装置は、NRZ方式の電気的なパルス信号を生成するパルス信号発生器(PPG:pulse pattern generator)10と、電気的なパルス信号を符号化するプリコーダ(pre−coder)20と、プリコーダ20から出力される2レベル信号を増幅する駆動増幅器30、31と、増幅された2レベル信号を3レベル信号に変化させて3レベル信号の帯域幅を低減する低域通過フィルター40、41と、搬送波を出力するレーザー光源50と、増幅された3レベル信号を受信して搬送波を2レベルの光信号に変換させるマッハツェンダー干渉計型光強度変調器(Mach−Zehnder interferometer type optical intensity modulator:MZ−MOD)60と、からなる。
【0007】
パルス信号発生器10で生成されたNRZ方式の電気的なパルス信号はプリコーダ20により0又は1の情報を有するバイナリ信号に符号化される。Aノードでの出力アイダイアグラムは図2Aに示したようになる。プリコーダ20から出力された2レベルのバイナリ信号は駆動増幅器30、31により増幅された後、低域通過フィルター40、41にそれぞれ入力される。低域通過フィルター40、41は2レベルバイナリ信号のクロック周波数の約1/4に該当する帯域幅を有する。このような帯域幅の過度制限によりコード間の干渉が発生し、このコード間の干渉により2レベルバイナリ信号が3レベルのデュオバイナリ信号(3−level Duobinary signal)に変換される。Bノードでの出力アイダイアグラムは図2Bに示したようになる。
【0008】
増幅された3レベルデュオバイナリ信号はマッハツェンダー干渉計型光強度変調器60の駆動信号として利用される。レーザー光源50から出力された搬送波は、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器60の駆動信号に従って位相及び光強度が変調され、2レベルの光デュオバイナリ信号として出力される。Cノードでの出力アイダイアグラムは図2Cに示したようになる。図1ではQはQの反転(inverter)信号を示し、QとQはデュアル電極(dual electrode)構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器60の正(+)電極及び負(−)電極にそれぞれ入力される。
【0009】
このようにマッハツェンダー干渉計型光強度変調器60は変調器の電極構造に従ってZカット(cut)構造とXカット(cut)構造の2種類に区分される。図1に示したように、デュアル電極を有するZカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器60の場合、両側アーム(arm)にそれぞれ変調器駆動増幅器30、31及び電気的低域通過フィルター40、41を設けて、両側電極に3レベルの電気信号を印加できるようにする。単一電極(single electrode)を有するXカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器の場合(図示せず)は、一側のアームに変調器駆動増幅器及び電気的低域通過フィルターを設けて一側の電極に3レベル信号を印加できるようにする。
【0010】
図3A及び図3Bはデュオバイナリ光伝送装置を利用し単一モード光ファイバを通じて伝送した出力信号のアイダイアグラムを示した図であり、伝送距離0km(図3A)〜160km(図3B)間において、アイダイアグラムが比較的きれいに維持されていることを確認できる。
【0011】
しかし、従来のデュオバイナリ光伝送技術は、電気的低域通過フィルターを使用して3レベルの電気信号を発生するので、低域通過フィルターの伝送特性に従う伝送品質の依存性及び疑似ランダムビットシーケンス(PRBS:Pseudo random bit Sequence)の長さによって特性差が発生し、これによりシステムに致命的な問題をもたらす恐れがあった。一般的に、0レベルから1レベルへの信号レベル変換に沿ったスロープ(slope)は、1レベルから0レベルへの信号レベル変換に沿ったスロープと異なる。しかし、複数の電気的低域通過フィルターを使用するデュオバイナリ光伝送装置の場合は、相異なるスロープを有する部分が相互に同時に合わされるので、0レベルから1レベルへの第1信号遷移及び1レベルから0レベルへの第2信号遷移が行われると、出力波形のジッター(jitter)が大きくなる構造的な短所を有している。これはZカット又はXカット構造を有する従来構造で発生し、このような信号パータンの依存性は光伝送時における事実上の限界を与える。
【0012】
また、デュアル電極を有するZカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器を使用する場合、プリコーダの出力であるQとQ信号が両側アームの低域通過フィルターに入力され、増幅器により増幅された後、変調器の両端に印加される。この時、Zカット構造の変調器はプッシュプル(push−pull)動作をするので、両端に印加される電気信号は極性が正確に反対にならなければならず、そうでない場合は遅延線(delay line)を使用して位相を合わせる必要がある。そして、二つの低域通過フィルター及び増幅器も同一の特性を有しなければならない。しかしながら、実際には、若干の製造誤差があるため、正確に同一の特性を有する二つの低域通過フィルター及び増幅器を製造することは不可能である。
【0013】
加えて、低域通過フィルターに広く使用されているベッセルトムソン(Bessel−Thomson)型の低域通過フィルターが非常に高価であるため、光伝送装置全体の製造コストが増加するといった問題もある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、このような問題を解決するために案出されたもので、その目的は、高価な電気的低域通過フィルターを使用せず、送信器に使用する部品点数を低減することで製造コストを低減でき、中・長距離WDM伝送時の非線形及び分散に対する耐性を増加することのできるデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。
【0015】
また、本発明の他の目的は、疑似ランダムビットシーケンスに対する伝送特性の影響を受けないデュオバイナリ光送信技術を利用したデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、NRZ方式の電気的なパルス信号を生成する信号発生器と、電気的なパルス信号を符号化するプリコーダと、プリコーダから出力される2レベルの電気信号を増幅する増幅器と、搬送波を出力する光源と、増幅された2レベルの電気信号を3レベルの電気信号に変換し、この変換した3レベルの電気信号により搬送波を2レベルの光信号に変調する光強度変調器と、からなることを特徴とする。
【0017】
光強度変調器の帯域幅は、データ伝送速度の1/5程度であると好ましい。
【0018】
増幅器により増幅される電気信号の大きさは、光強度変調器のスイッチング電圧(switching voltage)値の二倍程度であるとよい。
【0019】
光強度変調器は、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器(MZ−MOD)であるとよく、このマッハツェンダー干渉計型光強度変調器は、単一電極を有するXカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器、又は、デュアル電極を有するZカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器のうちのいずれか一つで構成されると好ましい。
【0020】
信号発生器は、パルス信号発生器であるとなおよい。
【0021】
また、本発明では、NRZ方式の電気的なパルス信号を生成する信号発生器と、電気的なパルス信号を符号化するプリコーダと、プリコーダから出力される2レベルの電気信号を増幅する増幅器と、増幅された2レベルの電気信号を3レベルの電気信号に変化し、3レベルの電気信号の帯域幅を低減する一つのキャパシタで構成されたフィルターと、2レベルの光信号を有する搬送波を出力する光源と、3レベルの電気信号により搬送波を2レベルの光信号に変調する光強度変調器と、からなることを特徴とするデュオバイナリ光電送装置をも提供する。
【0022】
光強度変調器は、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器(MZ−MOD)であるとよく、このマッハツェンダー干渉計型光強度変調器は、単一電極を有するXカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器、又は、デュアル電極を有するZカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器のうちのいずれか一つで構成されると好ましい。
【0023】
信号発生器は、パルス信号発生器であるとよい。
【0024】
フィルターは、単一極を有する低域通過フィルターであるとなおよい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい一実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
【0026】
図4は本発明の一実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置の構成を示した図である。本実施形態では単一電極構造のXカットマッハツェンダー干渉計型光強度変調器を使用した構造を説明するが、デュアル電極構造のZカットマッハツェンダー干渉計型光強度変調器でも実現できることは勿論である。
【0027】
図4を参照すると、本実施形態のデュオバイナリ光伝送装置は、NRZ方式の電気的なパルス信号を生成するパルス信号発生器100と、電気的なパルス信号を符号化するプリコーダ101と、プリコーダ101から出力された2レベル信号を増幅する駆動増幅器102と、搬送波を出力するレーザー光源103と、増幅された2レベル信号を受信して3レベルに変換し、この変換した3レベル信号により搬送波を2レベルの光信号に変調するマッハツェンダー干渉計型光強度変調器104と、からなる。
【0028】
パルス信号発生器100で生成されたNRZ方式の電気的なパルス信号は、プリコーダ101により0又は1の情報を有するバイナリ信号に符号化される。Rノードでの出力アイダイアグラムを図5Aに示す。図5Aに示したように符号化されることにより、受信器での変化を伴わずにデュオバイナリ送受信ができるようになる。プリコーダ101から出力された2レベルのバイナリ信号は駆動増幅器102により増幅される。この場合、増幅される電気信号の大きさはマッハツェンダー干渉計型光強度変調器104のスイッチング電圧(switching voltage)値の2倍程度にする。増幅された信号は、Xカット単一電極構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器104の変調端子RF(図示せず)に入力され、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器104自体の低帯域幅により2レベル信号から3レベル信号に変換され、この変換された3レベル信号がレーザー光源103から受信した搬送波を2レベルの光信号に変調する。マッハツェンダー干渉計型光強度変調器104により2レベル信号が3レベル信号に変換される方法は、図1に示した従来のデュオバイナリ光伝送装置における電気的低域通過フィルターを通過する方法と同一である。
【0029】
一般的にデュオバイナリ変調方式に使用されるベッセルトムソン低域通過フィルターの帯域幅は、2レベルバイナリ信号のクロック周波数の1/4、即ち2.5GHzが使用される。しかし、光強度変調器の周波数特性はスロープが小さいので10Gbpsの低域通過フィルターを使用する場合、低域通過フィルターの帯域幅が1.75GHz程度であれば、最適の周波数特性を有するようになる。従って、本実施形態ではマッハツェンダー干渉計型光強度変調器104の帯域幅をデータ伝送速度の約1/5程度の低帯域幅を有するようにすることで、帯域幅の過度制限によるコード間の干渉を発生させ、このコード間の干渉により2レベル信号を3レベルに変換する。マッハツェンダー干渉計型光強度変調器104の出力であるSノードでのアイダイアグラムを図5Bに示す。参考までに、図6に最適な帯域幅を設定するために利用した多様な帯域幅を有する変調器の周波数特性を示す。
【0030】
図7A及び図7Bは、本発明の好ましい一実施形態によるデュオバイナリ光伝送装置を利用し単一モード光ファイバを通じて伝送した出力信号のアイダイアグラムを示した図である。図7A及び図7Bを参照すると、図3A及び図3Bのように、伝送距離0km(図7A)〜160km(図7B)間において、アイダイアグラムが比較的きれいに維持されていることが分かる。
【0031】
図8は本発明の他の実施形態によるデュオバイナリ光伝送装置の構成を示した図である。本実施形態でも単一電極構造のXカットマッハツェンダー干渉計型光強度変調器を使用した構造に対して説明をするが、デュアル電極構造のZカットマッハツェンダー干渉計型光強度変調器でも実現できることは当然である。
【0032】
図8を参照すると、本実施形態のデュオバイナリ光伝送装置は、NRZ方式の電気的なパルス信号を生成するパルス信号発生器200と、電気的なパルス信号を符号化するプリコーダ201と、プリコーダ201から出力される2レベル信号を増幅する駆動増幅器202と、増幅された2レベル信号を3レベル信号に変化して3レベル信号の帯域幅を低減する一つのキャパシタで構成された単一極(single pole)を有する低域通過フィルター203と、搬送波を出力するレーザー光源204と、3レベル信号により搬送波を2レベルの光信号に変調するマッハツェンダー干渉計型光強度変調器205と、から構成される。
【0033】
本実施形態の構成は低域通過フィルター203を一つのキャパシタCで構成したことに特徴があり、それ以外の構成は図4と同一であるので、図4で説明した部分の詳細な説明は省略する。
【0034】
図8において、単一極を有する低域通過フィルター203は駆動増幅器202とマッハツェンダー干渉計型光強度変調器205間に一つのキャパシタCがシャント(shunt)構造で接続された構成であり、そのキャパシタCの静電容量により帯域幅が決定される。図9は本実施形態によって具現された低域通過フィルターの周波数特性を示した図である。
【0035】
図10A〜図10Cは、本発明の他の実施形態によるデュオバイナリ光送信装置(図8)のX、Y、Zノードにおける出力信号のアイダイアグラムを示した図である。低域通過フィルターを使用した図1のA、B、Cノードにおける出力信号のアイダイアグラムと比較すると、その特性差がほとんどないことを確認できる。
【0036】
図11A及び図11Bは本発明の他の実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置を利用し単一モード光ファイバを介して伝送した出力信号のアイダイアグラムを示した図である。図11A及び図11Bを参照すると、伝送距離0km〜160km間において、アイダイアグラムが比較的きれいに維持されており、図3A及び図3B、図6A及び図6Bの結果と類似していることを確認できる。
【0037】
図12は本発明の一実施形態及び他の実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置と従来技術によるデュオバイナリ光伝送装置の伝送距離に応じたBER(bit error rate)特性を比較して示した図である。図12において実線は従来のデュオバイナリ送信器を使用した場合を、点線は本発明の一実施形態に従う光強度変調器の帯域幅を制限したデュオバイナリ送信器を使用した場合を、一点鎖線は本発明の他の実施形態に従うキャパシタを利用したデュオバイナリ送信器を使用した場合をそれぞれ示す。図12では、それぞれの装置に対して0km、80km、160km伝送後のBER特性を示しており、伝送距離0km〜160km間において、3種類の送信器が類似したBER結果を示すことを確認できる。
【0038】
以上、具体的な実施形態を参照して説明したが、本発明はこれに限るものでなく、各種の変形が本発明の特許請求の範囲を逸脱しない限り、該当技術分野における通常の知識をもつ者により可能なのは明らかである。
【0039】
【発明の効果】
上述したように本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、NRZ、RZなどの他の変調方式と比較した場合、2倍以上分散に強く、又、高価な低域通過フィルターを使用することなくデュオバイナリ光信号を生成することができるので、従来の電気的低域通過フィルターを使用した送信器に比べて低コストで簡易に送信器を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のデュオバイナリ光伝送装置の一構成例を示した図。
【図2】図1のA、B、Cノードでの出力信号のアイダイアグラムを示した図。
【図3】従来のデュオバイナリ光伝送装置を利用して単一モード光ファイバを通じて伝送した出力信号のアイダイアグラムを示した図。
【図4】本発明の好ましい一実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置の構成を示した図。
【図5】本発明の好ましい一実施形態に従う図4のR、Sノードにおける出力信号のアイダイアグラムを示した図。
【図6】多様な帯域幅を有する光強度変調器の周波数特性を示した図。
【図7】本発明の好ましい一実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置を利用し単一モード光ファイバを通じて伝送した出力信号のアイダイアグラムを示した図。
【図8】本発明の他の実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置の構成を示した図。
【図9】本発明の他の実施形態に従う低域通過フィルターの周波数特性を示す図。
【図10】本発明の他の実施形態に従う図8のX、Y、Zノードにおける出力信号のアイダイアグラムを示した図。
【図11】本発明の他の実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置を利用し単一モード光ファイバを通じて伝送した出力信号のアイダイアグラムを示した図。
【図12】本発明の好ましい実施形態に従うデュオバイナリ光伝送装置の伝送距離に応じたBER特性の比較図。
【符号の説明】
100,200 パルス信号発生器
101,201 プリコーダ
102,202 駆動増幅器
103,204 レーザー光源
104,205 マッハツェンダー干渉計型光強度変調器
203 低域通過フィルター
Claims (11)
- NRZ方式の電気的なパルス信号を生成する信号発生器と、
前記電気的なパルス信号を符号化するプリコーダと、
前記プリコーダから出力される2レベルの電気信号を増幅する増幅器と、
搬送波を出力する光源と、
前記増幅された2レベルの電気信号を3レベルの電気信号に変換し、該変換した3レベルの電気信号により前記搬送波を2レベルの光信号に変調する光強度変調器と、からなることを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。 - 前記光強度変調器の帯域幅は、データ伝送速度の1/5程度である請求項1記載のデュオバイナリ光伝送装置。
- 前記増幅器により増幅される電気信号の大きさは、前記光強度変調器のスイッチング電圧値の二倍程度である請求項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、マッハツェンダー干渉計型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。
- 前記マッハツェンダー干渉計型光強度変調器は、
単一電極を有するXカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器、又は、デュアル電極を有するZカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器のうちのいずれか一つで構成される請求項4記載のデュオバイナリ光伝送装置。 - 前記信号発生器は、パルス信号発生器である請求項1記載のデュオバイナリ光伝送装置。
- NRZ方式の電気的なパルス信号を生成する信号発生器と、
前記電気的なパルス信号を符号化するプリコーダと、
前記プリコーダから出力される2レベルの電気信号を増幅する増幅器と、
前記増幅された2レベルの電気信号を3レベルの電気信号に変化し、該3レベルの電気信号の帯域幅を低減するキャパシタで構成されたフィルターと、
前記2レベルの光信号を有する搬送波を出力する光源と、
前記3レベルの電気信号により前記搬送波を2レベルの光信号に変調する光強度変調器と、からなる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、マッハツェンダー干渉計型光強度変調器である請求項7記載のデュオバイナリ光伝送装置。
- 前記マッハツェンダー干渉計型光強度変調器は、
単一電極を有するXカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器、又は、デュアル電極を有するZカット構造のマッハツェンダー干渉計型光強度変調器のうちのいずれか一つで構成される請求項8記載のデュオバイナリ光伝送装置。 - 前記信号発生器は、パルス信号発生器である請求項7記載のデュオバイナリ光伝送装置。
- 前記フィルターは、単一極を有する低域通過フィルターである請求項7記載のデュオバイナリ光伝送装置。
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