JP2018191088A - Wavelength dispersion compensation apparatus and wavelength dispersion compensation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アナログのラジオオーバーファイバ（Radio-over-Fiber：RoF）システムにおけるファイバ波長分散補償を行なうための技術に関する。 The present invention relates to a technique for performing fiber chromatic dispersion compensation in an analog radio-over-fiber (RoF) system.
従来から、ＲｏＦ（Radio-over-Fiber）は、ブロードバンド無線アクセスの有望な技術であるとされてきており、高い伝送容量、顕著な移動性と柔軟性、広帯域および低減衰特性を提供するために開発されてきた。このようなＲｏＦシステムでは、多数のユーザ端末を収容し、動的なリソース割り当てが可能であるため、複数の異なる種類のサービスを同時に提供することが可能である。これらの可能性は、ラストマイルソリューション、既存の無線カバレッジと容量の拡張、バックホールなど、幅広いアプリケーションに好適である。 Traditionally, RoF (Radio-over-Fiber) has been considered a promising technology for broadband wireless access to provide high transmission capacity, remarkable mobility and flexibility, wideband and low attenuation characteristics. Has been developed. In such a RoF system, a large number of user terminals can be accommodated and dynamic resource allocation can be performed, so that a plurality of different types of services can be simultaneously provided. These possibilities are suitable for a wide range of applications such as last mile solutions, expansion of existing radio coverage and capacity, backhaul.
ＲｏＦシステムを実際に運用する際には、中央局から遠隔局へＲＦ信号を分配するために、ＲＦ信号を光搬送波上に配置し、大容量の光ファイバケーブルを介して送信する。しかし、ダブルサイドバンド（DSB）変調に基づくＲｏＦ伝送は、周波数およびファイバ長に依存して信号品質を著しく低下させる「ファイバ波長分散（Chromatic Dispersion：CD）」による周期的な深いパワーフェージングを受ける。一方、シングルサイドバンド（SSB）変調は、ＤＳＢ変調の代替解決策となり得るが、ＳＳＢ変調を実現させるためには、光学フィルタを含む複雑なセットアップが必要となることが多く、特に広帯域アプリケーションの実装が困難になる。 In actual operation of the RoF system, in order to distribute the RF signal from the central station to the remote station, the RF signal is arranged on an optical carrier and transmitted via a large-capacity optical fiber cable. However, RoF transmission based on double sideband (DSB) modulation is subject to periodic deep power fading due to “Chromatic Dispersion (CD)” which significantly degrades signal quality depending on frequency and fiber length. On the other hand, single sideband (SSB) modulation can be an alternative solution for DSB modulation, but to achieve SSB modulation, complex setups that include optical filters are often required, especially for implementation of wideband applications. Becomes difficult.
近年、ＤＳＢ変調を用いたＲｏＦシステムにおいて、分散補償によるパワーフェージングの新しい効果的な手法が提案されている（非特許文献1-5）。これらの技術は、単一周波数信号ＣＤ補償（非特許文献1-3）と広帯域信号ＣＤ補償（非特許文献4,5）との２つに分類することができる。非特許文献１−３では、データ変調とＣＤ補償の両方に「Dual Parallel Mach-Zehnder Modulator：DP-MZM（デュアルパラレルマッハツェンダー変調器）」と「Dual-Electrode Mach-Zehnder Modulator：DE-MZM（デュアル電極マッハツェンダー変調器）」が使用された。これらのデバイスは統合されており、使用が簡単であるという特徴を有する。一方、非特許文献４、５では、光リンクを介した広帯域ＲＦ信号伝送の技術が提案されている。 In recent years, a new effective method of power fading by dispersion compensation has been proposed in a RoF system using DSB modulation (Non-Patent Documents 1-5). These techniques can be classified into two types: single frequency signal CD compensation (Non-Patent Documents 1-3) and wideband signal CD compensation (Non-Patent Documents 4 and 5). In Non-Patent Document 1-3, “Dual Parallel Mach-Zehnder Modulator: DP-MZM (Dual Parallel Mach-Zehnder Modulator)” and “Dual-Electrode Mach-Zehnder Modulator: DE-MZM” are used for both data modulation and CD compensation. Dual electrode Mach-Zehnder modulator) was used. These devices are integrated and have the feature of being easy to use. On the other hand, Non-Patent Documents 4 and 5 propose a technique of broadband RF signal transmission via an optical link.
しかしながら、非特許文献１−３記載の技術では、特定の周波数とファイバに対してのみ有効であるという制限がある。また、非特許文献４、５に記載の技術では、複雑な設定を有し、実際のシナリオでは実現が容易ではない。 However, the technique described in Non-Patent Document 1-3 has a limitation that it is effective only for a specific frequency and fiber. Further, the techniques described in Non-Patent Documents 4 and 5 have complicated settings, and are not easy to implement in an actual scenario.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の利点を組み合わせて、周波数とファイバの長さから制限を受けることなく、単一のデバイスを使用することで設定を簡略化し、実現を容易にすることができる波長分散補償装置および波長分散補償方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by combining the advantages of the prior art, setting is simplified by using a single device without being limited by the frequency and the length of the fiber. It is an object of the present invention to provide a chromatic dispersion compensation device and a chromatic dispersion compensation method that can be realized easily.
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の波長分散補償装置は、アナログのラジオオーバーファイバ（Radio-over-Fiber：RoF）システムにおけるファイバ波長分散補償を行なう波長分散補償装置であって、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計と、前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計と、を備え、前記第１の副マッハツェンダー干渉計は、直交点を含む一定の範囲で動作し、角周波数ωＲＦでＲＦ信号を変調する一方、前記第２の副マッハツェンダー干渉計は、最小送信点で動作し、ＬＯ（Local Oscillator）信号を変調し、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧ＶＲＦの周波数ωＲＦと前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＬＯ駆動電圧ＶＬＯの周波数ωＬＯとの間に、ωＬＯ＝２ωＲが成り立つことを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures. That is, the chromatic dispersion compensator of the present invention is a chromatic dispersion compensator that performs fiber chromatic dispersion compensation in an analog radio-over-fiber (RoF) system, and is parallel to an upper arm and a lower arm, respectively. 1st and 2nd sub Mach-Zehnder interferometers arranged on the upper side, and a third main Mach-Zehnder interferometer comprising an upper arm and a lower arm including the sub-Mach-Zehnder interferometers, The second sub Mach-Zehnder interferometer operates in a certain range including an orthogonal point and modulates an RF signal at an angular frequency ω RF , while the second sub-Mach-Zehnder interferometer operates at a minimum transmission point, and LO (Local Oscillator) modulates a signal, the first and the second sub Mach RF drive voltage V RF frequency omega RF applied to the sub Mach-Zehnder interferometer Between the frequency omega LO of LO drive voltage V LO to be applied to gender interferometer, wherein the omega LO = 2 [omega R holds.
この構成により、ＩＭ変調（IωRF1(t,L)）の信号に信号ＩωＲＦ２（ｔ，Ｌ）を積極的に加えることができるため、フェージングを完全に緩和することが可能となる。 With this configuration, since the signal I ωRF2 (t, L) can be positively added to the signal of IM modulation (I ωRF1 (t, L)), fading can be completely mitigated.
（２）また、本発明の波長分散補償装置において、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数は、０．６以上かつ１．８４以下であることを特徴とする。 (2) Further, in the chromatic dispersion compensator of the present invention, an optical modulation index of the second sub Mach-Zehnder interferometer is 0.6 or more and 1.84 or less.
この構成により、波長分散を補償する上で、許容できる最低の性能を発揮させることが可能となる。 With this configuration, it is possible to exhibit the minimum allowable performance in compensating for chromatic dispersion.
（３）また、本発明の波長分散補償装置において、前記第１の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数をｍＲＦとし、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数をｍＬＯとし、前記第１の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ１とし、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ２とし、前記第３の主マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ３とし、次数がｎである第１種のベッセル関数をＪｎ（．）とし、キャリアに対するＲＦ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＲＦとし、キャリアに対するＬＯ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＬＯとし、ｍＲＦ<<１であると仮定し、上記（１）または（２）記載の波長分散補償装置から出力された光信号を光検出器で受信した場合、前記光検出器の出力電流は、次の数式（１）から（３）で与えられ、数式（４）の条件を満たしたときに、θ１、θ２、θ３およびｍＬ０は、それぞれ数式（５）で示される数値に調整可能であることを特徴とする。
この構成により、波長分散を補償する上で、最大の効果を達成することが可能となる。 With this configuration, it is possible to achieve the maximum effect in compensating for chromatic dispersion.
（４）また、本発明の波長分散補償装置において、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数は、１．８４であることを特徴とする。 (4) Further, in the chromatic dispersion compensator of the present invention, the second sub-Mach-Zehnder interferometer has an optical modulation index of 1.84.
この構成により、波長分散を補償する上で、最大の効果を達成することが可能となる。 With this configuration, it is possible to achieve the maximum effect in compensating for chromatic dispersion.
（５）また、本発明の波長分散補償方法は、アナログのラジオオーバーファイバ（Radio-over-Fiber：RoF）システムにおけるファイバ波長分散補償を行なう波長分散補償方法であって、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計を備えるデュアルパラレルマッハツェンダー変調器を用いて、前記第１の副マッハツェンダー干渉計を直交点の周辺で動作させて角周波数ωＲＦでＲＦ信号を変調させる一方、前記第２の副マッハツェンダー干渉計を最小送信点で動作させてＬＯ（Local Oscillator）信号を変調させ、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧ＶＲＦの周波数ωＲＦと前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＬＯ駆動電圧ＶＬＯの周波数ωＬＯとの間に、ωＬＯ＝２ωＲが成り立つことを特徴とする。 (5) A chromatic dispersion compensation method according to the present invention is a chromatic dispersion compensation method for performing fiber chromatic dispersion compensation in an analog radio-over-fiber (RoF) system, and includes an upper arm and a lower arm. Dual parallel Mach-Zehnder comprising first and second sub-Mach-Zehnder interferometers arranged in parallel to each other and a third main Mach-Zehnder interferometer comprising an upper arm and a lower arm including the sub-Mach-Zehnder interferometers. Using a modulator, the first sub-Mach-Zehnder interferometer is operated around an orthogonal point to modulate the RF signal at an angular frequency ω RF , while the second sub-Mach-Zehnder interferometer is at the minimum transmission point. An RF driving power that is operated to modulate a LO (Local Oscillator) signal and is applied to the first sub-Mach-Zehnder interferometer. Between the frequency omega LO of LO drive voltage V LO to be applied to the and V RF frequency omega RF second sub Mach-Zehnder interferometer, characterized in that the omega LO = 2 [omega R holds.
この構成により、ＩＭ変調（IωRF1(t,L)）の信号に信号ＩωＲＦ２（ｔ，Ｌ）を積極的に加えることができるため、フェージングを完全に緩和することが可能となる。 With this configuration, since the signal I ωRF2 (t, L) can be positively added to the signal of IM modulation (I ωRF1 (t, L)), fading can be completely mitigated.
（６）また、本発明の波長分散補償方法において、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数は、０．６以上かつ１．８４以下であることを特徴とする。 (6) Further, in the chromatic dispersion compensation method of the present invention, the optical modulation index of the second sub Mach-Zehnder interferometer is 0.6 or more and 1.84 or less.
この構成により、波長分散を補償する上で、許容できる最低の性能を発揮させることが可能となる。 With this configuration, it is possible to exhibit the minimum allowable performance in compensating for chromatic dispersion.
（７）また、本発明の波長分散補償方法において、前記第１の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数をｍＲＦとし、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数をｍＬＯとし、前記第１の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ１とし、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ２とし、前記第３の主マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ３とし、次数がｎである第１種のベッセル関数をＪｎ（．）とし、キャリアに対するＲＦ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＲＦとし、キャリアに対するＬＯ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＬＯとし、ｍＲＦ<<１であると仮定し、上記（５）または（６）記載の波長分散補償方法によって出力された光信号を光検出器で受信した場合、前記光検出器の出力電流は、次の数式（６）から（８）で与えられ、数式（９）の条件を満たしたときに、θ１、θ２、θ３およびｍＬ０は、それぞれ数式（１０）で示される数値に調整可能であることを特徴とする波長分散補償装置。
この構成により、波長分散を補償する上で、最大の効果を達成することが可能となる。 With this configuration, it is possible to achieve the maximum effect in compensating for chromatic dispersion.
（８）また、本発明の波長分散補償方法において、前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数は、１．８４であることを特徴とする。 (8) Further, in the chromatic dispersion compensation method of the present invention, the optical modulation index of the second sub Mach-Zehnder interferometer is 1.84.
この構成により、波長分散を補償する上で、最大の効果を達成することが可能となる。 With this configuration, it is possible to achieve the maximum effect in compensating for chromatic dispersion.
本発明によれば、光ファイバの波長分散（CD）によって引き起こされるパワーフェージングの広帯域にわたる補償が可能となる。また、光ファイバの長さに制限はなく、簡易な構成で光信号の生成と伝送をすることが可能となる。その結果、光リンクを介して高データレートのアナログ信号を送信することが可能となり、本実施形態に係るシステムは、低遅延化、エネルギー効率の向上、高速データレート、大容量通信など、将来のモバイル通信システムが求める要件を満たすことが可能となる。 The present invention enables a wide-range compensation of power fading caused by chromatic dispersion (CD) of an optical fiber. Moreover, there is no restriction | limiting in the length of an optical fiber, It becomes possible to produce | generate and transmit an optical signal with a simple structure. As a result, it becomes possible to transmit an analog signal with a high data rate via an optical link, and the system according to the present embodiment has a low delay, an improved energy efficiency, a high data rate, a large capacity communication, and the like in the future. It becomes possible to satisfy the requirements for mobile communication systems.
本発明者らは、アナログＲｏＦシステムにおいて、光ファイバ波長分散（CD）によってパワーフェージングが引き起こされる点に着目し、デュアルパラレルマッハツェンダー変調器において、第１のブランチでＲＦ信号を変調すると共に、第２のブランチで２つの光トーン信号を生成させることによって、全周波数帯域において、パワーフェージングを回避できることを見出し、本発明をするに至った。 The inventors have noted that power fading is caused by optical fiber chromatic dispersion (CD) in an analog RoF system. In a dual parallel Mach-Zehnder modulator, the first branch is used to modulate an RF signal. It was found that power fading can be avoided in all frequency bands by generating two optical tone signals in two branches, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明の波長分散補償装置は、アナログのラジオオーバーファイバ（Radio-over-Fiber：RoF）システムにおけるファイバ波長分散補償を行なう波長分散補償装置であって、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計と、前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計と、を備え、前記第１の副マッハツェンダー干渉計は、直交点の周辺で動作し、角周波数ωＲＦでＲＦ信号を変調する一方、前記第２の副マッハツェンダー干渉計は、最小送信点で動作し、ＬＯ（Local Oscillator）信号を変調し、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧ＶＲＦの周波数ωＲＦと前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＬＯ駆動電圧ＶＬＯの周波数ωＬＯとの間に、ωＬＯ＝２ωＲが成り立つことを特徴とする。 That is, the chromatic dispersion compensator of the present invention is a chromatic dispersion compensator that performs fiber chromatic dispersion compensation in an analog radio-over-fiber (RoF) system, and is parallel to an upper arm and a lower arm, respectively. 1st and 2nd sub Mach-Zehnder interferometers arranged on the upper side, and a third main Mach-Zehnder interferometer comprising an upper arm and a lower arm including the sub-Mach-Zehnder interferometers, The second sub Mach-Zehnder interferometer operates around the orthogonal point and modulates the RF signal at the angular frequency ω RF , while the second sub-Mach-Zehnder interferometer operates at the minimum transmission point, and the LO (Local Oscillator) ) modulates signal, the first sub Mach-Zehnder RF drive voltage V RF frequency omega RF and the second sub Mach-Zehnder to be applied to the interferometer Between the frequency omega LO of LO drive voltage V LO to be applied to interferometer, wherein the omega LO = 2 [omega R holds.
これにより、本発明者らは、パワーフェージングを完全に緩和することを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Thereby, the present inventors made it possible to completely relieve power fading. Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
図１Ａは、本実施形態に係る波長分散補償装置の概略構成を示す図である。また、図１Ｂは、ＤＣバイアス電圧と各ＭＺＩの出力電力との関係を示す図である。この波長分散補償装置１０は、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１の副マッハツェンダー干渉計（MZI1）と第２の副マッハツェンダー干渉計（MZI2）を備える。また、各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計（MZI3）に接続された構成を採る。 FIG. 1A is a diagram illustrating a schematic configuration of a chromatic dispersion compensator according to the present embodiment. FIG. 1B is a diagram showing the relationship between the DC bias voltage and the output power of each MZI. The chromatic dispersion compensator 10 includes a first sub Mach-Zehnder interferometer (MZI1) and a second sub-Mach-Zehnder interferometer (MZI2) arranged in parallel on the upper arm and the lower arm, respectively. Moreover, the structure connected to the 3rd main Mach-Zehnder interferometer (MZI3) which consists of an upper arm and lower arm containing each sub Mach-Zehnder interferometer is taken.
この波長分散補償装置１０は、３つの独立したＤＣバイアス電圧と２つのＲＦ駆動電圧によって制御される。すなわち、ＭＺＩ１はＤＣバイアス電圧である「Vbias-1(θ1)」とＲＦ駆動電圧である「VRF(t)=VRFsin(ωRFt)」によって制御される。ＭＺＩ２はＤＣバイアス電圧である「Vbias-2(θ2)」とＲＦ駆動電圧である「VLO(t)=VLOsin(ωLOt)」によって制御される。ＭＺＩ３はＤＣバイアス電圧である「Vbias-３(θ3)」によって制御される。なお、以上の「」内では、各電圧と数式上のパラメータの対応を示している。また、「ＭＺＩ」は「ＭＺＭ」と記載される場合もある。 The chromatic dispersion compensator 10 is controlled by three independent DC bias voltages and two RF drive voltages. That is, MZI1 is controlled by “V bias-1 (θ 1 )” which is a DC bias voltage and “V RF (t) = V RF sin (ω RF t)” which is an RF drive voltage. MZI2 is controlled by “V bias−2 (θ 2 )” which is a DC bias voltage and “V LO (t) = V LO sin (ω LO t)” which is an RF drive voltage. MZI3 is controlled by “V bias-3 (θ 3 )” which is a DC bias voltage. In the above “”, the correspondence between each voltage and the mathematical parameter is shown. In addition, “MZI” may be described as “MZM”.
本実施形態では、ＭＺＩ１を角周波数（ωＲＦ）でＲＦ信号を変調するために使用し、直交点（図1Bの"Quad point"、通常は右側のQuad point）の周辺で動作させる。また、ＭＺＩ２をＬＯ（Local Oscillator）信号を変調するために使用し、最小送信点（ヌルバイアス点、図1Bの"Null point"）で動作させる。これにより、ＬＤ４から入力される光信号（Ein(t)=Eincos(ω0t)）は、抑制された搬送波の形式で変調される。ここで、２つの光側波帯間隔（２つの光信号の周波数帯域幅）は、「ωＬＯ＝２ωＲＦ」と設定される。 In this embodiment, MZI1 is used to modulate an RF signal at an angular frequency (ω RF ) and is operated around an orthogonal point (“Quad point” in FIG. 1B, usually the right quad point). Also, MZI2 is used to modulate a LO (Local Oscillator) signal and is operated at the minimum transmission point (null bias point, “Null point” in FIG. 1B). Thus, the optical signal (E in (t) = E in cos (ω 0 t)) input from the LD 4 is modulated in the form of a suppressed carrier wave. Here, the interval between the two optical sidebands (frequency bandwidth of the two optical signals) is set as “ω LO = 2ω RF ”.
ここで、ＭＺＩ１およびＭＺＩ２が、両方ともチャープのない構成で動作すると共に、Ｙ分岐路において均等な電力分配比で動作する場合、ＭＺＩ１およびＭＺＩ２の光出力信号は、それぞれ、以下の数式で与えられる。なお、Ｖπは、図１Ｂに示すＭＺＩの半波長電圧である。 Here, when both MZI1 and MZI2 operate with a chirp-free configuration and operate with an equal power distribution ratio in the Y branch, the optical output signals of MZI1 and MZI2 are respectively given by the following equations: . Incidentally, the V [pi, a half-wave voltage of MZI shown in FIG. 1B.
そして、本実施形態に係る波長分散補償装置の出力は、次の数式で与えられる。
上記の数式において、波長分散によって引き起こされるパワーフェージングの補償につながる「ｍＲＦ、ｍＬＯ、θ１、θ２、θ３」は、次のように与えられる。ｍＲＦは、ＭＺＩ１の光変調指数（OMI：Optical Modulation Index）であり、ｍＬＯはＭＺＩ２のＯＭＩである。「θ１、θ２、θ３」は、それぞれＭＺＩ１、ＭＺＩ２、ＭＺＩ３の位相シフト量である。 In the above formula, “m RF , m LO , θ 1 , θ 2 , θ 3 ” that leads to compensation for power fading caused by chromatic dispersion is given as follows. m RF is the optical modulation index (OMI) of MZI1, and m LO is the OMI of MZI2. “Θ 1 , θ 2 , θ 3 ” are the phase shift amounts of MZI1, MZI2, and MZI3, respectively.
ここで、高次高調波が無視できるように、「ｍＲＦ<<１」と仮定すると、ＭＺＩ２は、最小送信点（例えば、θ２=π）にバイアスされ、メインキャリアを含む偶数次高調波がキャンセルされる 。従って、Ｅｏｕｔは次のように書くことができる。 Here, assuming that “m RF << 1” so that higher order harmonics can be ignored, MZI2 is biased to the minimum transmission point (for example, θ 2 = π) and includes even-order harmonics including the main carrier. Will be cancelled. Therefore, E out can be written as:
ここで、Ｊｎ（．）は、次数がｎである第１種のベッセル関数である。 Here, Jn (.) Is a first type Bessel function whose degree is n.
また、ΦＲＦとΦＬＯは、図１Ｃに示すように、キャリアに対するＲＦおよびＬＯ側波帯の分散誘導位相シフト（Dispersion-induced Phase Shifts）であり、次の数式で与えられる。β２は、分散係数である。 Also, Φ RF and Φ LO are dispersion-induced phase shifts of RF and LO sidebands with respect to the carrier, as shown in FIG. 1C, and are given by the following equations. β 2 is a dispersion coefficient.
上記の「Eout」で与えられる光信号を、強度検出用の光検出器（PD：フォトダイオード）に送信すると、ＰＤの出力電流は、次の数式で与えられる。 When the optical signal given by “Eout” is transmitted to a photodetector (PD: photodiode) for intensity detection, the output current of the PD is given by the following equation.
ここで、
ここで、信号の最初の部分は、次の数式に示されるように、ＭＺＩ１（従来の強度変調：IM）による電気出力に対応する。 Here, the first part of the signal corresponds to the electrical output by MZI1 (conventional intensity modulation: IM), as shown in the following equation.
次に、信号の第２の部分は、次の数式に示されるように、ＭＺＩ１で変調されたデータを用いて、ＭＺＩ２で生成された光ツートーン信号を示す。 Next, the second part of the signal shows the optical two-tone signal generated at MZI2 using the data modulated at MZI1, as shown in the following equation.
これらの数式で示されるＰＤの出力に対してパワーフェージングを確実に回避するために、θ３を「θ３＝１／２θ１」として設定する必要がある。また、次の条件を満たす必要がある。 In order to reliably avoid power fading with respect to the PD output represented by these mathematical expressions, it is necessary to set θ 3 as “θ 3 = 1 / 2θ 1 ”. In addition, the following conditions must be satisfied.
そして、ベッセル関数Ｊ１（ｍＬ０）により、最適な値「ｍＬ０＝１．８４」を得ることができる。すなわち、「θ１、θ２、θ３」および「ｍＬ０」は、それぞれ次の値が最適である。 The optimal value “m L0 = 1.84” can be obtained by the Bessel function J1 (m L0 ). That is, “θ 1 , θ 2 , θ 3 ” and “m L0 ” have the following optimal values.
図２は、この最適値に基づいて、２０ｋｍのＳＭＦ送信を用いた従来のＩＭ変調（IωRF1(t,L)）と、本実施形態（IωRF(t,L)）のシミュレーションされた周波数応答を示す図である。図２に示すように、従来のＩＭ変調（IωRF1(t,L)）では、信号が２０ｋｍ以上送信された場合、周波数が１４ＧＨｚ付近で深いフェージングが発生する。これに対し、信号ＩωＲＦ２（ｔ，Ｌ）を積極的に加えることにより、フェージングを完全に緩和することが可能となる。 FIG. 2 shows the simulated frequency of the conventional IM modulation (I ωRF1 (t, L)) using 20 km SMF transmission and this embodiment (I ωRF (t, L)) based on this optimum value. It is a figure which shows a response. As shown in FIG. 2, in conventional IM modulation (I ωRF1 (t, L)), when a signal is transmitted for 20 km or more, deep fading occurs at a frequency near 14 GHz. On the other hand, fading can be completely reduced by positively adding the signal I ωRF2 (t, L).
図３は、異なるｍＬ０の値を用いたシミュレーション結果を示す。図３に示されるように、「ｍＬ０＝１．８４」である場合に、最大利得が達成可能であることは明らかである。しかしながら、「ｍＬ０＝０．６」である場合、許容できる最低の性能が発揮されることから、「ｍＬ０＞０．６」が満たされれば、十分に波長分散補償の効果が得られると言える。 FIG. 3 shows simulation results using different values of m L0 . As shown in FIG. 3, it is clear that the maximum gain is achievable when “m L0 = 1.84”. However, when “m L0 = 0.6”, the lowest acceptable performance is exhibited. Therefore, if “m L0 > 0.6” is satisfied, the effect of chromatic dispersion compensation can be sufficiently obtained. I can say that.
図４は、「ｍＬ０（LO OMI）の選択」の最良の範囲を見つける方法を示す図である。図４に示すように、相対フェージング（Δ）は、パワーフェージングの最大値と最小値の差として定義される。最良の範囲の上限は、ｍＬ０，ｍａｘに対応し、次の数式で与えられる。この上限において、相対フェージング閾値（Δth）を、「ｍＬ０＝ｍＬ０，ｍａｘ」のときの相対フェージングとして定義することができる。従って、下限「ｍＬ０，ｍｉｎ」は、この一次方程式を解くことによって見つけることが可能となる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a method of finding the best range of “selection of m L0 (LO OMI)”. As shown in FIG. 4, the relative fading (Δ) is defined as the difference between the maximum value and the minimum value of power fading. The upper limit of the best range corresponds to m L0, max and is given by: At this upper limit, the relative fading threshold (Δ th ) can be defined as relative fading when “m L0 = m L0, max ”. Therefore, the lower limit “m L0, min ” can be found by solving this linear equation.
図４から、最良の範囲は、［0.6, 1.84］であることが分かる。 It can be seen from FIG. 4 that the best range is [0.6, 1.84].
図５は、広帯域（0〜30GHz）で２本のファイバ長（L=20kmと50km）における本実施形態の性能を示す図である。「θ１、θ２、θ３」および「ｍＬ０」は、それぞれ上述した最適値を用いている。図５から明らかなように、フェージングはすべてのヌルポイント（図2の曲線（2）および（3）において強度が急激に低下している周波数付近）に対して補償され、平均受信電力は一定のままとなっている。 FIG. 5 is a diagram showing the performance of this embodiment in a wide band (0 to 30 GHz) and two fiber lengths (L = 20 km and 50 km). “Θ 1 , θ 2 , θ 3 ” and “m L0 ” respectively use the optimum values described above. As can be seen from FIG. 5, fading is compensated for all null points (around the frequency where the intensity drops sharply in curves (2) and (3) in FIG. 2), and the average received power is constant. It remains.
以上説明したように、本実施形態によれば、光ファイバの波長分散（CD）によって引き起こされるパワーフェージングの広帯域にわたる補償が可能となる。また、光ファイバの長さに制限はなく、簡易な構成で光信号の生成と伝送をすることが可能となる。その結果、光リンクを介して高データレートのアナログ信号を送信することが可能となり、本実施形態に係るシステムは、低遅延化、エネルギー効率の向上、高速データレート、大容量通信などの５Ｇが求める要件を満たすことが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to compensate over a wide range of power fading caused by chromatic dispersion (CD) of an optical fiber. Moreover, there is no restriction | limiting in the length of an optical fiber, It becomes possible to produce | generate and transmit an optical signal with a simple structure. As a result, it is possible to transmit an analog signal with a high data rate via an optical link. The system according to the present embodiment has 5G such as low delay, improved energy efficiency, high speed data rate, and large capacity communication. It is possible to meet the required requirements.
ＭＺＩ１（第１の副マッハツェンダー干渉計）
ＭＺＩ２（第２の副マッハツェンダー干渉計）
ＭＺＩ３（第３の主マッハツェンダー干渉計）
４ ＬＤ（Laser Diode）
１０ 波長分散補償装置
MZI1 (first sub-Mach-Zehnder interferometer)
MZI2 (second secondary Mach-Zehnder interferometer)
MZI3 (third main Mach-Zehnder interferometer)
4 LD (Laser Diode)
10 Chromatic dispersion compensator
Claims (8)
上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計と、
前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計と、を備え、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計は、直交点を含む一定の範囲で動作し、角周波数ωＲＦでＲＦ信号を変調する一方、前記第２の副マッハツェンダー干渉計は、最小送信点で動作し、ＬＯ（Local Oscillator）信号を変調し、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧ＶＲＦの周波数ωＲＦと前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＬＯ駆動電圧ＶＬＯの周波数ωＬＯとの間に、ωＬＯ＝２ωＲが成り立つことを特徴とする波長分散補償装置。 A chromatic dispersion compensator that performs fiber chromatic dispersion compensation in an analog radio-over-fiber (RoF) system,
First and second sub-Mach-Zehnder interferometers arranged in parallel with the upper arm and the lower arm, respectively;
A third main Mach-Zehnder interferometer comprising an upper arm and a lower arm including the sub-Mach-Zehnder interferometers,
The first sub-Mach-Zehnder interferometer operates in a certain range including an orthogonal point and modulates an RF signal at an angular frequency ω RF , while the second sub-Mach-Zehnder interferometer operates at a minimum transmission point. And modulate the LO (Local Oscillator) signal
Between the frequency ω RF of the RF drive voltage V RF applied to the first sub-Mach-Zehnder interferometer and the frequency ω LO of the LO drive voltage V LO applied to the second sub-Mach-Zehnder interferometer And ω LO = 2ω R is established.
前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数をｍＬＯとし、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ１とし、
前記第２の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ２とし、
前記第３の主マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ３とし、
次数がｎである第１種のベッセル関数をＪｎ（．）とし、
キャリアに対するＲＦ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＲＦとし、
キャリアに対するＬＯ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＬＯとし、
ｍＲＦ<<１であると仮定し、
請求項１または請求項２記載の波長分散補償装置から出力された光信号を光検出器で受信した場合、前記光検出器の出力電流は、次の数式（１）から（３）で与えられ、数式（４）の条件を満たしたときに、θ１、θ２、θ３およびｍＬ０は、それぞれ数式（５）で示される数値に調整可能であることを特徴とする波長分散補償装置。
The optical modulation index of the second sub-Mach-Zehnder interferometer is m LO ,
The phase shift amount of the first sub Mach-Zehnder interferometer is θ 1 ,
The phase shift amount of the second sub Mach-Zehnder interferometer is θ 2 ,
The phase shift amount of the third main Mach-Zehnder interferometer is θ 3 ,
Let Jn (.) Be a Bessel function of the first kind whose degree is n,
The dispersion induced phase shift of the RF sideband with respect to the carrier is Φ RF ,
The dispersion-induced phase shift of the LO sideband with respect to the carrier is Φ LO ,
Assuming m RF << 1,
When the optical signal output from the chromatic dispersion compensator according to claim 1 or 2 is received by a photodetector, the output current of the photodetector is given by the following equations (1) to (3): The chromatic dispersion compensator characterized in that θ 1 , θ 2 , θ 3, and m L0 can be adjusted to the numerical values represented by the formula (5) when the condition of the formula (4) is satisfied.
上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計を備えるデュアルパラレルマッハツェンダー変調器を用いて、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計を直交点の周辺で動作させて角周波数ωＲＦでＲＦ信号を変調させる一方、前記第２の副マッハツェンダー干渉計を最小送信点で動作させてＬＯ（Local Oscillator）信号を変調させ、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧ＶＲＦの周波数ωＲＦと前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＬＯ駆動電圧ＶＬＯの周波数ωＬＯとの間に、ωＬＯ＝２ωＲが成り立つことを特徴とする波長分散補償方法。 A chromatic dispersion compensation method for performing fiber chromatic dispersion compensation in an analog radio-over-fiber (RoF) system,
First and second sub-Mach-Zehnder interferometers arranged in parallel with the upper arm and the lower arm, respectively, and a third main Mach-Zehnder interferometer comprising an upper arm and a lower arm including the sub-Mach-Zehnder interferometers Using a dual parallel Mach-Zehnder modulator with
The first sub-Mach-Zehnder interferometer is operated around an orthogonal point to modulate an RF signal at an angular frequency ω RF , while the second sub-Mach-Zehnder interferometer is operated at a minimum transmission point to operate LO (Local Oscillator) signal is modulated,
Between the frequency ω RF of the RF drive voltage V RF applied to the first sub-Mach-Zehnder interferometer and the frequency ω LO of the LO drive voltage V LO applied to the second sub-Mach-Zehnder interferometer And ω LO = 2ω R is satisfied.
前記第２の副マッハツェンダー干渉計の光変調指数をｍＬＯとし、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ１とし、
前記第２の副マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ２とし、
前記第３の主マッハツェンダー干渉計の位相シフト量をθ３とし、
次数がｎである第１種のベッセル関数をＪｎ（．）とし、
キャリアに対するＲＦ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＲＦとし、
キャリアに対するＬＯ側波帯の分散誘導位相シフトをΦＬＯとし、
ｍＲＦ<<１であると仮定し、
請求項５または請求項６記載の波長分散補償方法によって出力された光信号を光検出器で受信した場合、前記光検出器の出力電流は、次の数式（６）から（８）で与えられ、数式（９）の条件を満たしたときに、θ１、θ２、θ３およびｍＬ０は、それぞれ数式（１０）で示される数値に調整可能であることを特徴とする波長分散補償装置。
The optical modulation index of the second sub-Mach-Zehnder interferometer is m LO ,
The phase shift amount of the first sub Mach-Zehnder interferometer is θ 1 ,
The phase shift amount of the second sub Mach-Zehnder interferometer is θ 2 ,
The phase shift amount of the third main Mach-Zehnder interferometer is θ 3 ,
Let Jn (.) Be a Bessel function of the first kind whose degree is n,
The dispersion induced phase shift of the RF sideband with respect to the carrier is Φ RF ,
The dispersion-induced phase shift of the LO sideband with respect to the carrier is Φ LO ,
Assuming m RF << 1,
When the optical signal output by the chromatic dispersion compensation method according to claim 5 or 6 is received by a photodetector, the output current of the photodetector is given by the following equations (6) to (8): The chromatic dispersion compensator characterized in that θ 1 , θ 2 , θ 3, and m L0 can be adjusted to the numerical values represented by the formula (10) when the condition of the formula (9) is satisfied.
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| CN112769496A (en) * | 2021-01-12 | 2021-05-07 | 江苏南方通信科技有限公司 | Device and method for optimizing SSB modulation radio over fiber link |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2016082457A (en) * | 2014-10-19 | 2016-05-16 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | Optical up/down convert optical phase conjugation pair signal transmission reception circuit |
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| CN112769496A (en) * | 2021-01-12 | 2021-05-07 | 江苏南方通信科技有限公司 | Device and method for optimizing SSB modulation radio over fiber link |
| CN112769496B (en) * | 2021-01-12 | 2023-12-22 | 江苏南方通信科技有限公司 | Device and method for optimizing SSB (secure subscriber line) modulation optical carrier wireless communication link |
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