JP2005151565A - 高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器 - Google Patents
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Abstract
【課題】高密度波長分割多重化方式の光伝送システムに適する、受信感度に優れながらもスペクトルの幅が狭いRZ−AMI信号を生成する光送信器を提供する。
【解決手段】入力する2進データ電気信号をコーディングするプリコーダ201と、該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器202,203と、搬送波を出力する光源206と、前記変調器駆動増幅器202,203により増幅された信号を用いて前記光搬送波の位相を変調する第1の光変調器204と、該第1の光変調器204の出力信号をRZ(return to zero)信号に変換する第2の光変調器206と、該第2の光変調器206の出力信号を、定められた帯域に合わせてフィルタリングする光学フィルタ207とを含む。
【選択図】図3
【解決手段】入力する2進データ電気信号をコーディングするプリコーダ201と、該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器202,203と、搬送波を出力する光源206と、前記変調器駆動増幅器202,203により増幅された信号を用いて前記光搬送波の位相を変調する第1の光変調器204と、該第1の光変調器204の出力信号をRZ(return to zero)信号に変換する第2の光変調器206と、該第2の光変調器206の出力信号を、定められた帯域に合わせてフィルタリングする光学フィルタ207とを含む。
【選択図】図3
Description
本発明は、光送信器に関し、特に、高密度波長分割多重化方式の光伝送システムに適する、受信感度に優れながらもスペクトルの幅が狭いRZ−AMI(return to zero−alternate mark inversion)信号を生成する光送信器に関する。
一般に、AMI(alternate mark inversion:以下、‘AMI’と称する。)変調方式は、光信号の強度に、情報をロードするとともに、‘1’ビットごとに信号の位相を逆転させるという特徴を有する。特に、RZ(return to zero)−AMI信号は、強度を表すにあたって、RZ信号と同様に、‘1’ビットごとに信号のエネルギーが、‘0’エネルギーから‘1’のエネルギーに移動して、再び‘0’エネルギーに戻る、という特徴を有する。
したがって、RZ−AMI信号は、信号の強度が、RZ信号の強度と同一であるため、RZ変調方式の長所(例えば、20Gb/s以上のデータ速度を持つ伝送システムにおいて光ファイバの非線形性に強いこと)を、そのまま保持しつつも、‘1’ビットごとに位相が反転するので、搬送波周波数成分が抑えられて、ブリルアン(Brillouin)非線形効果に対して強い抗力を有する。また、RZ−AMI信号は、RZ変調方式を用いるにもかかわらず、DC周波数成分がないために、受信端の信号変調方式を、VSB(vestigial sideband)変調方式に変換し易く、その結果、光ファイバの分散に関する許容値を増加させることができる。
図1は、従来のRZ−AMI光送信器を示す構成図である。図2A及び図2Bは、それぞれ、図1に示したRZ−AMI光送信器の出力信号のアイ・ダイヤグラム(eye-diagrams)及び光スペクトルを示す図である。
図1を参照すると、従来のRZ−AMI光送信器100は、プリコーダ101と、4つの変調器駆動増幅器102,103,109,110と、2つの低域フィルタ104,105と、レーザー光源(laser source)106と、2つのマッハ・ツェンダー干渉計型の光強度変調器(Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator:以下、‘MZ MOD’と略す。)107,108と、から構成される。
次に、このように構成される従来のRZ−AMI光送信器100の動作について説明する。まず、2進(binary)入力データ(Data)は、プリコーダ101でコーディングされる。
通常、プリコーダは、1ビット(1bit)遅延素子とXOR(exclusive-OR)論理素子とから構成される。コーディングされた2進データは、2つの変調器駆動増幅器102,103を経て、低域フィルタ(LPF)104,105にそれぞれ伝送される。図1において、Qバーは、Qの反転(inverter)信号を表す。低域フィルタ104,105はそれぞれ、コサイン二乗(cosine2)フィルタとするのが理想的ではあるが、ベッセルトムソンフィルタ(Bessel-Thomson filter)で構成してもよい。
低域フィルタ104,105の帯域幅が、2進データ信号の伝送速度の1/4に相当する3dBの帯域幅を持つ場合(例えば、10Gb/sデータにおける2.5GHzフィルタ)には、低域フィルタ104,105を通過した2進信号は、帯域幅の制限された3進信号(band-limited ternary signal)に変換される。この信号が、第1のMZ MOD107に入力して、レーザー光源106から出力された搬送波を、光デュオバイナリ信号に変調する。
このときに、第1のMZ MOD107のバイアス(bias)位置は、伝達特性関数において最小値に相当するヌルポイント(null point)とする。生成された光デュオバイナリ信号は、第2のMZ MOD108に伝送される。第2のMZMOD108を駆動する電気信号は、信号クロック周波数の半周波数に相当する正弦波信号である。MZ MOD108のバイアス位置が、特性伝達関数において最小値に相当するヌルポイント(null point)となることから、第2のMZ MOD108は、キャリア抑圧RZ(carrier-suppressed return to zero:以下、‘CS−RZ’と称する。)信号を生成する。したがって、第2の変調器108は、毎ビットごとに信号の位相を反転させる機能を担う。
上述した従来のRZ−AMI光送信器100は、光デュオバイナリ送信器とCS−RZ生成器とから構成されている点から、デュオバイナリキャリア抑圧RZ、すなわち、DCS−RZ(Duo-binary-Carrier-Suppressed RZ)とも呼ばれる。
上記従来のRZ−AMI光送信器は、図2Aに示した出力信号のアイ・ダイヤグラムを参照すれば、‘0’レベルに、データ伝送速度の2倍の周波数に相当する正弦波信号が存在するために、RZ−OOK(return-to-zero on-off key)信号と比べて受信感度に劣る。これは、従来の光送信器で生成したRZ−AMI信号が、雑音に敏感であるということを意味し、最大伝送距離の低下につながる。また、従来の光送信器は、3進信号に基づいてデュオバイナリ信号を生成し、これを用いてRZ−AMI信号を生成するので、受信された電気信号のパターン長によっては、送信器の性能が変化してしまう。
他にも、従来のRZ−AMI光送信器は、図2Bに示した出力信号のスペクトルからわかるように、時間的にRZ変調方法を取っているので、広い帯域幅が要求され、したがって、高いスペクトル効率(例えば、0.6bit/s/Hz)が得られない、という欠点がある。
したがって、本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高密度波長分割多重化方式の長距離光伝送システムの性能向上のために、受信感度に優れながらもスペクトルの幅が狭い、RZ−AMI信号を生成する光送信器を提供することにある。
上記の目的を達成すべく、本発明による高密度波長分割多重化方式の光伝送システムは、入力される2進データ電気信号をコーディングするプリコーダと、該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、前記変調器駆動増幅器により増幅された信号を用いて前記光搬送波の位相を変調する第1の光変調器と、該第1の光変調器の出力信号をRZ(return to zero)信号に変換する第2の光変調器と、該第2の光変調器の出力信号を、定められた帯域に合わせてフィルタリングする光学フィルタと、を含めて構成されることを特徴とする。
本発明の光送信器は、受信感度及び帯域幅の活用といった性能面から従来の光送信器に比べて優れている。
また、本発明の光送信器は、デュオバイナリ信号を生成する低域フィルタが必要ではなく、AWG(arrayed waveguide grating)タイプの波長分割多重化器で構成可能な狭帯域光学フィルタが使用され、また、この狭帯域光学フィルタが、第2のMZ MODの後段に配置されるため、波長分割多重方式システムを複雑化することなく、経済的に適用することができる。
したがって、本発明の光送信器によれば、高密度波長分割多重方式の長距離光伝送システムの性能を大きく向上させることが可能になる。
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には、可能な限り同一の参照番号及び符号を共通使用するものとする。なお、下記の説明において、関連した公知機能や構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には、その詳細な説明は省略される。
図3は、本発明の実施形態のRZ−AMI光送信器を示す構成図である。
図3を参照すれば、本実施形態の光送信器200は、プリコーダ201と、変調器駆動増幅器202,203と、CW(連続波)レーザー205と、第1及び第2のMZMOD 204,206と、光学フィルタ207と、から構成される。
プリコーダ201は、入力される2進データ信号をコーディング(coding)し、1ビット(1bit)遅延素子とXOR(exclusive-OR)論理素子とから構成される。
変調器駆動増幅器202,203は、変調器の駆動が可能となるように上記コーディングされた2進データを増幅する。
CWレーザー205は、光源として光搬送波を出力する。
第1及び第2のMZ MOD204,206は、電極に印加される駆動信号に応じて上記光搬送波の位相を変調し、変調の度合いを表す変調指数(modulation index)を調整して、位相変調の度合いを調節することができる。一般に、マッハツェンダータイプの光強度変調器には、単一電極(single arm)を持つX−カット構造と、二重電極(dual arm)を持つZ−カット構造がある。本実施形態では、Z−カット構造のMZ MODを使用した場合を挙げるが、単一電極(single arm)構造のX−カットマッハ・ツェンダー光強度変調器を使用してもよいことはいうまでもない。
光学フィルタ207は、位相変調された信号を受け、これを所定の帯域幅にフィルタリングする機能を担い、AWG(arrayed waveguide grating)タイプの波長分割多重化器、または、インターリーバ(interleaver)で構成することができる。インターリーバは、波長分割多重化方式の光伝送システムにおいて、偶数チャネルと奇数チャネルを分離/結合する素子であって、偶数チャネルと奇数チャネルを、それぞれ方向性結合器または波長分割多重化器で多重化した後に、帯域幅が、信号変調速度の0.7倍程度であるインターリーバを使って、偶数チャネルと奇数チャネルを結合することによって、本実施形態の送信端を実現することができる。本実施形態の光学フィルタ207は、狭帯域光学フィルタであり、フィルタの帯域幅は、信号変調速度の0.7倍程度となる。
このような構成を持つ光送信器200の動作について述べると、下記の通りである。
再び図3を参照すれば、2進データ信号(Data)は、プリコーダ201でコーディング(coding)された後に、変調器駆動増幅器202,203を経て、第1のMZMOD 204に伝送される。図3において、Qバーは、Qの反転(inverter)信号を表し、2重電極構造を持つ第1のMZ MOD 204の、陽(+)電極及び陰(−)電極に、それぞれ入力される。この第1のMZ MOD 204の動作条件として、バイアス位置は、変調器伝達特性の最小値に相当するヌルポイント(null point)とし、受信信号の大きさは、光変調器の半波長電圧(half-wave voltage)Vπの2倍の大きさとする。このような動作条件において、第1のMZMOD 204は、位相変調器として動作し、CWレーザー205から出力される光搬送波の位相を変調する。
図4Aないし図4Cは、図3の動作原理を説明するための図であり、コンピュータシミュレーションから得られた結果である。図4Aは、前記第1のMZMOD 204の出力アイ・ダイヤグラムを示す。
第1のMZ MOD 204で位相変調された信号は、第2のMZ MOD 206に伝送される。第2のMZ MOD 206を駆動する電気信号は、信号クロック周波数の半周波数に相当する正弦波信号であり、位相変調された信号に対して半ビット遅延している。
したがって、第2のMZ MOD 206を経た信号は、図4Bに示す通りになる。続いて、図4Bの信号は、狭帯域光学フィルタ207に伝送される。光学フィルタ207の帯域幅は、2進データ信号の伝送速度の0.5〜0.9倍程度、好ましくは0.7倍程度である。
これは、光学フィルタの帯域幅が、伝送速度の0.5倍より狭いと、信号歪みが発生してシンボル間干渉(inter-symbol interference)を引き起こし、光学フィルタの帯域幅が伝送速度の0.9倍より広いと、フィルタリングによって、光信号のスペクトルにほぼ影響しないためである。また、コンピュータシミュレーションの結果、伝送速度のほぼ0.7倍程度の場合が好ましいことがわかった。
光学フィルタ207を通過した後の信号に対するアイ・ダイヤグラムは、図4Cに示す通りになる。
図4Cのアイ・ダイヤグラムは、従来のRZ−AMI光送信器100の出力信号(すなわち、図2A)と比べて、‘0’レベルにリップル(ripple)成分が大きく抑制されていることがわかる。また、RZ信号のデューティ比(duty rate)も減少したことがわかる。このような特性から、本発明の実施形態のRZ−AMI送信器200の信号は、優れた受信感度を持つようになる。
図5は、従来のRZ−AMI信号1と本発明の実施形態によるRZ−AMI信号2の受信感度シミュレーション結果を比較した結果である。受信感度とは、通常、10−9ビット誤り率(bit error ratio:以下、‘BER’と称する。)を得る上で要求される光信号の電力のことをいい、受信感度が低いほど、信号が光学雑音に強いということを意味する。図5のシミュレーション結果から、従来のRZ−AMI信号1は、約−31.6dBmの受信感度を持つのに対し、本発明の実施形態のRZ−AMI信号2は、約−33.8dBmの受信感度を持ち、結果として、2.2dBの受信感度利得が得られることがわかる。これは、長距離伝送システムにおいて、約20%の伝送距離の増加に相当する数値である。
図6は、本発明の実施形態の光送信器200で生成したRZ−AMI信号の光スペクトルである。ここでは、従来の場合(図2b)に比べて、信号の帯域幅が減少したことがわかる。このように帯域幅が減少するということは、波長分割多重化方式の光伝送システムにおいて与えられた帯域幅内に、より多い数のチャネルを収容することができるということを意味する。
本発明の詳細な説明では具体例について説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り種々の変形が可能であることは言うまでもない。したがって、本発明の範囲は、上述した具体例に限定されるものではなく、特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。
201 プリコーダ
202,203 変調器駆動増幅器
204 第1の光変調器
205 CWレーザー
206 第2の光変調器
207 光学フィルタ
202,203 変調器駆動増幅器
204 第1の光変調器
205 CWレーザー
206 第2の光変調器
207 光学フィルタ
Claims (13)
- 入力される2進データ電気信号をコーディングするプリコーダと、
該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器と、
光搬送波を出力する光源と、
前記変調器駆動増幅器により増幅された信号を用いて、前記光搬送波を変調する第1の光変調器と、
該第1の光変調器の出力信号を、RZ(return to zero)信号に変換する第2の光変調器と、
該第2の光変調器の出力信号を、所定の帯域にフィルタリングする光学フィルタと、
を含めて構成されることを特徴とする高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。 - 前記第1及び第2の光変調器は、マッハツェンダータイプの光強度変調器であることを特徴とする請求項1に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記マッハツェンダータイプの光強度変調器は、Z−カット二重電極(dual arm)構造を有するものであることを特徴とする請求項2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記マッハツェンダータイプの光強度変調器は、X−カット単一電極(single arm)構造を有するものであることを特徴とする請求項2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記第1の光変調器は、位相変調器であることを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式光伝送システムのための光送信器。
- 前記第1の光変調器のバイアス位置は、変調器伝達特性の最小値に相当するヌルポイント(null point)とすることを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記第1の光変調器は、第1の光変調器の半波長電圧(half-wave voltage)Vπの2倍の大きさを有する所定の信号を受信することを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記第2の光変調器は、その信号クロック周波数の半周波数を有する正弦波電気信号を受信することを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記正弦波電気信号は、前記第1の光変調器の出力信号に対して、半ビット遅延していることを特徴とする請求項8に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記光学フィルタの帯域幅は、前記2進データ信号の伝送速度の0.5ないし0.9倍であることを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記光学フィルタは、波長分割多重化器であることを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記光学フィルタは、インターリーバであることを特徴とする請求項1または2に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
- 前記プリコーダは、1ビット遅延器とXOR論理ゲートとからなることを特徴とする請求項1に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
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