JP5253813B2

JP5253813B2 - 光信号送信器のバイアス及び整合制御のための方法及び装置

Info

Publication number: JP5253813B2
Application number: JP2007546851A
Authority: JP
Inventors: ヴィーマズルクズィク，マシュー; サベト，サメー
Original assignee: タイコエレクトロニクスサブシーコミュニケーションズエルエルシー
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: EP1825612A2; US7398023B2; AU2005317102A1; CN101084634A; CA2588585A1; JP2008524655A; CN101084634B; WO2006065887A2; AU2005317102B2; WO2006065887A3; KR20070104524A; KR101185098B1; US20060127103A1; EP1825612A4; CA2588585C; EP1825612B1

Description

本願は情報の光伝送に関し、より具体的には、光信号送信器のバイアス及び整合制御のための方法及び装置に関する。

海底や大陸を横断する地上の光波伝送システムで用いられるような非常に長い光ファイバ伝送路は、伝送路の光ファイバの長さに沿って蓄積する多くの障害に起因する性能低下を免れない。単一のデータチャネル内でのこれらの障害の原因には、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）で生じる増幅自然放出光（ＡＳＥ）ノイズ、シングルモードファイバの屈折率がファイバを伝搬する光の強度に依存することによって生じる非線形効果、及び、異なる群速度で移動する複数の異なる光周波数を生じる色分散が含まれる。更に、同じファイバ上に複数の光チャネルが存在する波長分割多重（ＷＤＭ）システムでは、ファイバの非線形の屈折率によって生じるチャネル間のクロストークが問題になり得る。

受信波形の歪みは、伝送ラインの設計と、伝送されるパルスの形状とに影響される。公知のロングホールシステムは、伝送されるパルスがデータビットストリームの１及び０でオン・オフされるＯＯＫ（On-Off-Keying）を用いて実装されている。ＯＯＫは、ゼロ復帰方式（ＲＺ）、非ゼロ復帰方式（ＮＲＺ）及びチャープゼロ復帰方式（ＣＲＺ）等といった公知の様々な形式で実装され得る。一般的に、ＲＺ形式では、伝送される光パルスはビット周期全体を占めることはなく、隣接するビット間で０に復帰する。一方、ＮＲＺ形式では、２進数の１が続けて送られる場合には、光パルスは一定の値を有する。ＣＲＺ等のチャープ形式では、伝送されるパルスにビット同期正弦波位相変調が与えられる。

当業者に公知の別の変調方法として、位相偏移変調（ＰＳＫ）がある。ＰＳＫ変調では、１及び０は、光搬送波の位相差又は遷移によって識別される。ＰＳＫは、「１」を示すために第１の位相で送信器をオンにし、「０」を示すために第２の位相で送信器をオンにすることによって実施され得る。差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）形式では、信号の光強度は一定に保たれてもよく、１及び０は差異のある位相の遷移によって示される。ＤＰＳＫ変調形式には、ＤＰＳＫ信号にゼロ復帰振幅変調が与えられるＲＺ−ＤＰＳＫと、ＣＲＺ−ＤＰＳＫとが含まれる。

ＷＤＭロングホール光システムでは、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調形式は他の形式よりも特に有利であることが認識されている。例えば、ＯＯＫと比較すると、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調では、特定のビット誤り率（ＢＥＲ）に対する光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）の要求をかなり低くできる。従って、ＷＤＭ光信号にＲＺ−ＤＰＳＫ変調を与えるシステムが開発されている。

連続波光信号に周期的ＲＺ強度変調を与え、次に、強度変調された信号にＮＲＺＤＰＳＫデータ変調を与えることによって、信号にＲＺ−ＤＰＳＫ変調が適用され得る。ＲＺ変調とＤＰＳＫ変調の順序は逆でもよい。ＲＺ強度変調器及びＮＲＺ−ＤＰＳＫデータ変調器はマッハ・ツェンダー型光変調器であってもよいことが当業者には認識されよう。公知の２段マッハ・ツェンダー型光変調器は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の単一の基体上に配設された直列接続された複数のマッハ・ツェンダー型光変調器によって２段階式の変調を行う。ＲＺ−ＤＰＳＫ変調は、直列接続されたマッハ・ツェンダー型変調器に対する適切な駆動電圧及びバイアス点を選択することによって行われ得る。

最適なシステムＢＥＲを生じるＲＺ−ＤＰＳＫ変調信号を得るには、マッハ・ツェンダーバイアス点の安定且つ正確な設定が必要である。ＲＺ−ＤＰＳＫ信号では、ＲＺ変調を与える変調器は変調器の伝達関数のピークでバイアスされ、ＮＲＺ−ＤＰＳＫ変調を与える変調器は伝達関数の０でバイアスされ得る。しかし、変調器の伝達関数は温度及び経年劣化等の要因によって変わり得るので、最適な性能を達成するのに必要なバイアス点の修正が行われる。変調器に対する正確なバイアス付与を確実にするための試みとして、バイアス制御ループが開発されている。しかし、公知のバイアス制御ループ構成は高価な及び／又は非効率な構成を組み込んだものである。

更に、最適な性能には、ＲＺ変調器とＮＲＺ−ＤＰＳＫ変調器との間の安定且つ正確な相対的整合が必要である。ＲＺ変調のピーク振幅点が、ＮＲＺ−ＤＰＳＫ変調器によって信号に変調されたデータビットの中心と整合するのが最適である。この整合は、ＲＺ変調器の駆動信号に結合された電気的移相器/遅延回路を用いて、ＤＰＳＫ変調に対してＲＺ変調を遅延させることによって達成され得る。適切な整合を達成するための移相器の最適な設定も、温度及び経年劣化と共に変わり得る。この問題に対処するための試みとして、予め決定された様々な温度に対する整合設定を有する送信器が構成されている。しかし、この解決法は、工場での複雑且つ時間のかかる較正手順を必要とする上、経年劣化や変調器の動作点の変化に伴うクロックとデータとの整合のドリフトは考慮していない。

従って、ＲＺ−ＤＰＳＫ送信器において変調器のバイアス点及びタイミング整合を効率的に且つ信頼性をもって制御するためのシステム及び方法が必要である。

本発明の１つの態様は、光信号を伝送するための装置である。この装置は、周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する変調器であって、ＲＺバイアス信号に応答して周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器及びＮＲＺバイアス信号に応答してＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器から成る変調器と、位相バイアス信号に応答して周期的強度変調とデータ変調とを選択的に整合させる移相器と、データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有する低速光検出器であって、ＮＲＺ変調器の出力において散乱した光のパワーを表す出力を供給するよう構成された低速光検出器と、低速光検出器の出力に応答して、ＲＺバイアス信号、ＮＲＺバイアス信号又は位相バイアス信号の少なくとも１つを供給するコントローラとを備える。

本発明の別の態様は、光信号を伝送するための装置である。この装置は、周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する変調器であって、ＲＺバイアス信号に応答して周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器及びＮＲＺバイアス信号に応答してＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器から成る変調器と、位相バイアス信号に応答して周期的強度変調とデータ変調とを選択的に整合させる移相器と、データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有する低速光検出器であって、ＮＲＺ変調器の出力において散乱した光のパワーを表す出力を供給するよう構成された低速光検出器と、低速光検出器の出力に応答して、ＲＺバイアス信号、ＮＲＺバイアス信号及び位相バイアス信号を供給するコントローラとを備える。ＲＺバイアス信号は低周波ＲＺバイアスディザを含み、ＮＲＺバイアス信号は低周波ＮＲＺバイアスディザを含み、位相バイアス信号は低周波位相バイアスディザを含む。ＲＺバイアスディザ、ＮＲＺバイアスディザ及び位相バイアスディザはそれぞれデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい関連付けられた周波数を有する。コントローラは、光検出器の出力を表す信号をＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＲＺバイアス誤り値に応答して、ＲＺバイアス信号を供給するよう構成される。コントローラは、光検出器の出力を表す信号をＮＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＮＲＺバイアス誤り値に応答して、ＮＲＺバイアス信号を供給するよう構成される。コントローラは、光検出器の出力を表す信号を位相バイアスディザを表す信号と混合することによって取得された位相バイアス誤り値に応答して、位相バイアス信号を供給するよう構成される。

本発明の更に別の態様は、周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する変調器を動作させる方法である。この変調器は、ＲＺバイアス信号に応答して周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器及びＮＲＺバイアス信号に応答してＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器から成り、位相バイアス信号に応答して周期的強度変調とデータ変調とを選択的に整合させる移相器が結合されている。この方法は、データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有し、変調器の出力におけるパワーを表す出力を供給するよう構成された低速光検出器を用いて、変調器の出力において散乱した光のパワーを検出する工程と、低速光検出器の出力に応答して、位相バイアス信号、ＲＺバイアス信号又はＮＲＺバイアス信号の少なくとも１つを供給する工程とを備える。

以下、添付の図面と共に、詳細な説明を参照する。図面中、同一参照番号は同一要素を表す。

図１は、本発明によるＷＤＭ伝送システム１００の例示的な一実施形態の簡略ブロック図である。この伝送システムは、送信端末１０４から１つ以上の遠隔に配置された受信端末１０６に、光情報経路１０２を介して複数の光チャネルを伝送するよう機能する。システム１００は、説明を容易にするために非常に簡略化されたポイントツーポイントシステムとして示されていることが、当業者には認識されよう。例えば、送信端末１０４及び受信端末１０６の両者がトランシーバとして構成され、各々が送信及び受信の両方の機能を実行するよう構成されてもよいことは勿論である。しかし、説明を容易にするために、本願明細書においては、これらの端末は、送信機能又は受信機能のみに関して図示及び説明される。本発明によるシステム及び方法は、広範なネットワークコンポーネント及び構成に組み込まれ得ることを理解されたい。本願明細書に示される例示的な実施形態は、説明のために提供されるものであり、本発明を限定するものではない。

図示されている例示的な実施形態では、複数の送信器ＴＸ１、ＴＸ２…ＴＸＮの各々は、関連付けられた入力ポート１０８−１、１０８−２…１０８−Ｎでデータ信号を受け取り、そのデータ信号を関連付けられた波長λ_１、λ_２…λ_Ｎで送信する。送信器ＴＸ１、ＴＸ２…ＴＸＮの１つ以上は、関連付けられた波長のデータをＲＺ−ＤＰＳＫ変調形式で変調して、その間に、本発明による方法でバイアス及び／又は整合制御を提供するよう構成され得る。当然ながら、これらの送信器は、説明を容易にするために非常に簡略化した形態で示されている。各送信器は、所望の振幅及び変調を有する関連付けられた波長のデータ信号を伝送するよう構成された電気的及び光学的構成要素を含み得ることが、当業者には認識されよう。

伝送される複数の波長又はチャネルは、複数の経路１１０−１、１１０−２…１１０−Ｎでそれぞれ搬送される。これらのデータチャネルはマルチプレクサ又は結合器１１２によって結合され、光情報チャネル１０２上の１つの統合された信号になる。光情報チャネル１０２は、光ファイバ導波路、光増幅器、光学フィルタ、分散補償モジュール、並びにその他のアクティブ及びパッシブコンポーネントを含み得る。

統合された信号は、１つ以上の遠隔の受信端末１０６で受信され得る。デマルチプレクサ１１４は、波長λ_１、λ_２…λ_Ｎの伝送されたチャネルを、関連付けられた受信器ＲＸ１、ＲＸ２…ＲＸＮに結合された関連付けられた経路１１６−１、１１６−２…１１６−Ｎに分離する。受信器ＲＸ１、ＲＸ２…ＲＸＮの１つ以上は、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調された信号を復調して、関連付けられた出力データ信号を関連付けられた出力経路１１８−１、１１８−２、１１８−３、１１８−Ｎに供給するよう構成され得る。

図２を参照すると、本発明による例示的な送信器２００が示されている。図示されている例示的な実施形態は、周期的ＲＺ強度変調を与えるＲＺマッハ・ツェンダー型変調器２０４と、強度変調された信号にＮＲＺ（ＤＰＳＫ）変調を与えるＮＲＺマッハ・ツェンダー型変調器２０６とを含む２段光変調器（例えばＬＮ変調器）２０２を有する。２段変調器２０２は、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調形式を用いてデータを例えばレーザ源からの連続波光信号２０８上に変調するために、公知の方法で駆動されてよい。

例えば、ＲＺ変調器２０４は、ＣＷ光信号２０８に周期的強度変調を与えるために、データクロックによって周知の方法で駆動され得る。図示されるように、データクロックは、データクロック周波数の半分の周波数の一連の同一の正弦波パルスを含む出力を供給する公知の分周器２１８に供給され得る。例示的な一実施形態では、分周器は、１２ＧＨｚのデータクロック信号を受け取って、６ＧＨｚの駆動信号を出力し得る。

分周器２１８の出力は、公知の電気的移相器/遅延回路２２０に供給され得る。移相器２２０は、ＮＲＺ（ＤＰＳＫ）データ変調に対するＲＺ変調の整合を調節する目的で、分周器２１８の出力にタイミング遅延を与えるよう構成され得る。ＲＺ変調のピーク振幅点がＮＲＺ（ＤＰＳＫ）変調器２０６によって信号に変調されたデータビットの中心と整合すると、最適な性能が達成される。移相器によって与えられるタイミング遅延は、移相器２２０に入力される位相バイアス２２２によって制御され得る。

移相器２２０の出力は、ＲＺ変調器２０４を駆動するＲＦドライバ２２４に結合され得る。当該技術分野で周知のように、ＲＺ変調器２０４の非線形スイッチング特性により、データ速度と等しい周波数の光信号に周期的な強度変調を与えるためのＲＦドライバ２２４からの電気的駆動信号の周波数は２倍になる。ＲＺ変調器２０４の出力では、強度変調された信号２２８が供給される。ＲＦドライバ２２４には、パワー制御機構２２６が結合され得る。パワー制御機構は、光情報信号２０８に与えられる強度変調の深さを調節するよう構成され得る。ＲＺ変調器２０４によって与えられる変調の深さは、パワー制御機構２２６に供給される振幅制御信号によって制御され得る。ＲＺ−ＤＰＳＫ形式では、変調深さは１００％に設定され得る。しかし、例えば、ベルガノ（Neal S. Bergano）の米国特許第６,５５６,３２６号（この特許の教示を本願明細書に引用することにより組み込む）に記載されているような他の変調深さの周期的強度変調がＣＷ光信号２０８に与えられてもよい。

ＮＲＺ変調器２０６は、強度変調された光信号２２８にＤＰＳＫ変調を与えるよう周知の方法で駆動され得る。図示されるように、例えば、データストリーム及びクロックは公知のＤＰＳＫエンコーダ２３０に結合され得る。ＤＰＳＫエンコーダ２３０の出力は、ＲＦドライバ２３２に供給され得る。ＲＦドライバ２３２は、ＤＰＳＫエンコーダ２３０の出力に応答して、強度変調された光信号２２８の位相をＤＰＳＫ変調形式に従って（即ち光信号の差異のある位相の遷移によって示される１及び０で）変調するように、ＮＲＺ変調器２０６を駆動し得る。ＮＲＺ変調器２０６の出力２４４は変調器２０２の出力として供給され、これはＲＺ−ＤＰＳＫ形式の光信号である。ＮＲＺ変調器と関連付けられた変調振幅及び位相偏移の交点は、ＲＦドライバ２３２に入力される振幅及び交点を用いて調節され得る。

最適なシステムＢＥＲを生じるＲＺ−ＤＰＳＫ変調信号を達成するには、マッハ・ツェンダー型変調器のＤＣバイアス点及びデータ変調に対するＲＺ変調の整合の安定且つ正確な設定が必要であることが、当業者には認識されよう。図示されている例示的な実施形態では、変調器バイアス点及びデータ変調に対するＲＺ変調の整合は、バイアス及び位相コントローラ２３４によって定められ制御される。コントローラ２３４は、ＲＺ変調器２０４のＤＣバイアスを定めるためのＲＺバイアス出力２３６と、ＮＲＺ変調器２０６のＤＣバイアスを定めるためのＮＲＺバイアス出力２３８と、ＲＺ変調器２０４とＮＲＺ変調器２０６とのタイミングの整合を定めるための移相器の位相バイアス入力２２２に対する位相バイアス出力２４０とを供給する。

周知のように、マッハ・ツェンダー型変調器の２つのアームからの光パワーは、変調器出力として、変調器のＹ分岐の出力に結合される。２つのアームからの光パワーは、Ｙ分岐結合器で又はその付近で散乱/放射もされ、変調器出力には現れない。本願明細書で用いる「散乱光」、及び変調器の出力において又は変調器によって「散乱した光」とは、変調器のＹ分岐結合器で又はその付近で散乱/放射された、変調器の２つのアームからの光パワーをさす。

一般的に、コントローラのバイアス出力は、変調器のバイアス設定をディザリングした際の、ＮＲＺ変調器２０６の出力における散乱光の平均パワーの変化に応答して、コントローラ２３４によって定められる。コントローラ２３４は、例えばフォトダイオード等の光検出器２４２によって生成された電流を増幅し、ローパスフィルタ処理し、サンプリングして、これらのサンプルを個別に各ディザ信号と混合して、各ディザ周波数における光検出器電流のエネルギーを表す誤り値を取得する。特定のディザ周波数におけるエネルギーの存在は、それと関連付けられたバイアス電圧が最適ではないことを示す。この誤り値を用いて、新たな関連付けられたバイアス設定が定められる。関連付けられた誤り値を最小化することによって、最適なバイアス設定が達成され得る。

図示されている例示的な実施形態では、ＮＲＺ変調器２０６によって散乱した光の平均パワーは、ＮＲＺ変調器の出力で散乱した光の少なくとも一部を検出するために変調器のＹ分岐に近接して配置された光検出器２４２の出力から導出される。一実施形態では、光検出器２４２は、２段変調器パッケージとして統合されてもよい。散乱光ではなく、変調器によって伝えられた光をモニタする光検出器を用いると、特定のＲＺ変調深さでＲＺバイアス制御ループが機能しなくなることが認識されている。散乱光に対する光検出器２４２を用いると、検出器に非常に異なるパルス形状が与えられるので、この問題が低減又は解消される。

図３には、２段変調器２０２に結合された、本発明によるバイアス及び位相（変調整合）コントローラ２３４ａの例示的な実施形態が示されている。動作においては、コントローラ２３４ａは、位相バイアス設定、ＲＺバイアス設定及びＮＲＺバイアス設定の初期バイアス設定を定め、これらの設定に、それぞれ位相ディザ、ＲＺディザ、ＮＲＺディザの低周波ディザ信号を適用する。位相バイアス設定は位相ディザ信号に加算され、ＮＲＺ変調器２０６に対するＲＺ変調器２０４の相対的な位相を整合させるためにコントローラの位相バイアス出力２４０として移相器に供給される。ＲＺバイアス設定はＲＺディザ信号に加算され、ＲＺ変調器バイアス点を設定するためにコントローラのＲＺバイアス出力２３６としてＲＺ変調器２０４に供給される。ＮＲＺバイアス設定はＮＲＺディザ信号に加算され、ＮＲＺ変調器バイアス点を設定するためにコントローラのＮＲＺ出力２３８としてＮＲＺ変調器２０６に供給される。コントローラ２３４ａは、ＮＲＺ変調器２０６によって散乱した光の平均パワーとディザ信号との比較から導出された関連付けられた誤り値に応答して、位相バイアス設定、ＲＺバイアス設定及びＮＲＺバイアス設定のバイアス設定を調節する。

図示されている例示的なコントローラ２３４ａは、一般的に、増幅器３００と、増幅器３００の出力に結合されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０２及び増幅器（ＡＭＰ）３０４と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３０８を含むデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３０６と、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）３１０とを含む。図示されるように、散乱光用の光検出器２４２の電流出力３１２は、増幅器３００に結合され得る。当業者には様々な増幅器構成が知られている。一実施形態では、増幅器３００は、トランスインピーダンス対数増幅器（ＬＯＧＴＩＡ）として構成され得る。トランスインピーダンス対数増幅器により、ＡＤＣ及び関連付けられた回路が、モニタされる光電流の広いダイナミックレンジにわたって正しく動作できるようになる。

増幅器３００の出力は、光検出器２４２によって回収されたディザ信号とそれらの高調波及びノイズとを含むアナログ信号Ｐ_ＡＣを出力するよう構成されたローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０２及び増幅器３０４に供給され得る。増幅器３００が線形増幅器として構成される実施形態では、増幅器３００の出力は、モニタされた光電流のＤＣ成分を表すアナログ信号Ｐ_ＤＣを供給するよう構成された第２のローパスフィルタ３１４及び増幅器３１６に供給され得る。平均パワーを表す値を得るために、Ｐ_ＤＣ信号は、ＡＤＣ３０８によってデジタル化されてもよく、ＤＳＰ３０６によって例えば制御ループの各反復につき１回だけサンプリングされてもよい。このＰ_ＤＣから導出される平均パワー値を用いて、関連付けられたバイアス設定が誤った方向に動いた時のみ誤り値が増加することが確実になるように、誤り値が正規化され得る。

デジタル化されたＰ_ＡＣ信号は、ＤＳＰ３０６によってサンプリングされる。処理を簡単にするために、サンプリングは、位相ディザ、ＲＺディザ、ＮＲＺディザの３つのディザ信号の生成と同期して行われてもよい。これらのＰ_ＡＣサンプルは、位相ディザ、ＲＺディザ、ＮＲＺディザの３つの生成されたディザトーンの各々と混合される（即ち乗算される）。各混合により、各バイアス設定に関連付けられた誤りを表す符号付きの誤り値が得られる。例えば、位相ディザをサンプルと混合すると、位相バイアス設定の誤りを表す誤り値が得られ、ＲＺディザをサンプルと混合すると、ＲＺバイアス設定の誤りを表す誤り値が得られ、ＮＲＺディザをサンプルと混合すると、ＮＲＺバイアス設定の誤りを表す誤り値が得られる。

各符号付きの誤り値は、個別の関連付けられた比例・積分・微分コントローラ（ＰＩＤ）に結合され得る。各ＰＩＤは、複数のバイアス設定のうち関連付けられたバイアス設定の新たな値を計算し得る。ＰＩＤコントローラは、ＤＳＰ３０６内に、例えばソフトウェア、ハードウェア又はそれらの組み合わせとして実装され得る。ＤＳＰ３０６は、例えばＳＰＩバス等といったＤＡＣインターフェイス３１８を介して、新たなバイアス設定を生成するＤＡＣ３１０に新たな制御設定値を供給し得る。ＤＡＣ３１０によって供給された位相バイアス設定、ＲＺバイアス設定、及びＮＲＺバイアス設定の新たなバイアス設定は、例えば加算器３２０、３２２、３２４によって、位相ディザ、ＲＺディザ、ＮＲＺディザといったそれらの関連付けられたディザ信号にそれぞれ加算され、移相器の位相バイアスポート、ＲＺ変調器のバイアスポート、及びＮＲＺ変調器のバイアスポートにそれぞれ結合され得る。

図４は、本発明による例示的なバイアス及び位相コントローラと関連付けられた例示的なＰ_ＡＣ、ＲＺディザ、ＮＲＺディザ、位相ディザ及びサンプリングの瞬間を示すタイミング図である。本発明によるコントローラでは、ディザ信号は低周波信号であり得る。本願明細書で用いる「低周波」という用語は、変調器データ速度よりも大きさが少なくとも１桁小さい（即ち１０分の１の）周波数のことである。本願明細書で用いる「低速」という用語は、変調器のデータ速度よりも大きさが少なくとも１桁小さい（即ち１０分の１の）動作帯域幅を有する装置をいう。低周波ディザ信号を用いることにより、例えば、散乱光用の光検出器２４２、増幅器３００、ＬＰＦ３０２、ＡＤＣ３０８、ＤＳＰ３０６、ＤＡＣ３１０等といった、ディザ信号を操作及び／又は処理する能力がある低周波/低速コンポーネントの使用が可能になる。これにより、高周波（データ速度と同程度の帯域幅）設計と比較して、システムのコスト及び複雑さが低減される。

図４に示されているＰ_ＡＣ信号４００はアナログ信号である。Ｐ_ＡＣはＡＤＣ３０８によってデジタル化され、ＤＳＰ３０６によって制御ループの各反復につきＮ回サンプリングされる。一実施形態では、制御ループの各反復につき６０個のサンプル（Ｎ＝６０）を提供するために、６０ｋＨｚのサンプリング周波数が用いられ得る。これらのＰ_ＡＣサンプルは、ＲＺディザ信号４０２、ＮＲＺディザ信号４０４及び位相ディザ信号４０６によって個別に乗算され、ＲＺバイアス、ＮＲＺバイアス及び位相バイアスとそれぞれ関連付けられた個別の誤り値が取得される。

ＲＺバイアス制御ループ、ＮＲＺバイアス制御ループ及び位相バイアス制御ループ間の干渉を回避するために、各ディザ信号は異なる周波数を有し得る。６０ｋＨｚのサンプリング周波数を有する実施形態では、ＲＺディザ周波数は約５ｋＨｚ、ＮＲＺディザ周波数は約３ｋＨｚ、位相ディザ周波数は約２ｋＨｚであり得る。その他の様々なサンプリング周波数及びディザ周波数が供給され得ることが当業者には認識されよう。しかし、ディザ周波数間の干渉を回避するために、ディザ周波数は、どのディザ周波数も他のディザ周波数の整数倍にならないよう定められ得る。各ディザ信号の期間Ｔ_ＲＺ、Ｔ_ＮＲＺ、Ｔ_{ＰＨＡＳＥ}はＮの因数である。

更に、コントローラを簡単にするために、ディザ信号の位相は、デジタル化されたＰ_ＡＣ信号に関して最適化され得る。コントローラは、例えば、ソフトウェア、ハードウェア、又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって、ディザ信号とデジタル化されたＰ_ＡＣ信号との間の決定的な低周波位相差を可能にするよう構成され得る。各ディザ信号の最適な位相値は、バイアス信号をわざと悪く調節して、位相値の関数としての誤り値を測定することによって決定され得る。位相値は、各ループについて、誤り値が最小になる値に設定され得る。

本発明によれば、ＲＺバイアス信号、ＮＲＺバイアス信号及び位相バイアス信号の最適な設定は、関連付けられた符号付きの誤り値を最小化することによって達成され得る。例えば、図５〜図７には、本発明による例示的なコントローラと関連付けられた、誤り信号値に対するＱペナルティが示されており、ＲＺパルス幅は、７.５ｄＢの搬送波対側波帯比（ＣＳＲ）で特徴付けられる。図示されているＱペナルティは、最適なバイアス付与で達成されるＱ（即ち、０ｄＢのＱペナルティが最適なバイアス付与を表す）と比較して、不正確なバイアス付与ではＱが下がることを表している。図５は、コントローラによって定められたＲＺ誤り信号値に対するＱペナルティのグラフ５００を含む。図６は、コントローラによって定められたＮＲＺ誤り信号値に対するＱペナルティのグラフ６００を含む。図７は、コントローラによって定められた位相誤り信号値に対するＱペナルティのグラフ７００を含む。図示されるように、７.５ｄＢのＣＳＲに対して、誤り信号値が例えばほぼ０に最小化された場合の変調器バイアス設定に関連付けられたＱペナルティは約０.０２ｄＢを下回る。

最適なバイアス設定を達成するために誤り信号値を最小化するための多くの方法が当業者には認識されよう。一実施形態では、例えば、誤り信号値は、最小の誤りを達成するためにバイアス設定を摂動させることによって最小化され得る。新たなバイアス設定は、各符号付きの誤り値に応答して計算されＤＡＣに書き込まれ得る。誤り値の符号（＋／−）は、関連付けられたバイアス信号の変化の方向を定め得る。バイアスは、任意の増加量で変更され得る。バイアスの変化の増加量をより小さくすると、バイアスの分解能及び精度が高まる。一実施形態では、バイアスは、誤り値の定数倍だけ変更され得る。最適なバイアスは、バイアスが一方向に変更されてから最適なバイアスに戻された時と、バイアスが逆方向に変更されてから最適なバイアスに戻された時とで、関連付けられた平均パワーの変化が同じになる場合に達成され得る。最適なバイアスが達成された場合には、平均パワーにはもはや関連付けられたディザ周波数の基本波のスペクトル成分は含まれない。平均パワーは、依然としてディザ周波数の高調波のスペクトル成分を含み得る。

図８は、本発明によるコントローラによって実行されるバイアス及び整合制御処理８００の一例のブロックフロー図である。ブロックフロー図には特定のシーケンスのステップが示されている。しかし、このシーケンスのステップは、単に、本願明細書に記載されている一般的な機能性がどのように実施され得るかの一例を示すものであることを理解されたい。更に、各シーケンスのステップは、特に示されない限り、図示されている順序で実行されなくてもよい。

図８に示されている例示的な実施形態では、処理は８０２で開始し、８０４で、各バイアス制御ループが初期化される。初期化には、ＲＺバイアス設定値、ＮＲＺバイアス設定値及び位相バイアス設定値をバイアス範囲の中央にあるレベルに設定することと、ＲＺディザ信号、ＮＲＺディザ信号及び位相ディザ信号をアクティブにすることとが含まれ得る。ＲＺバイアス設定、ＮＲＺバイアス設定及び位相バイアス設定は、８０６でＤＡＣに書き込まれ得る。これらのバイアス設定がＤＡＣアナログ回路内で位置を定めて（settle into）ＤＡＣの出力に現れ、ディザ信号に加算されるのを可能にするために、８０８で遅延が供給され得る。

初期バイアス信号及とディザ信号とが加算され、ＲＺ変調器、ＮＲＺ変調器及び移相器の関連付けられたポートに供給されたら、８１０で、ＤＳＰにより、Ｐ_ＡＣ信号のＮ個のサンプルが取得され得る。８１２で、これらのサンプルがディザ信号と混合され、誤り値が定められ得る。８１４で、誤り値からバイアス調節が計算され得る。８１６で、調節されたバイアス信号が所定の期待範囲内である場合には、それらは８０６でＤＡＣに書き込まれ得る。そしてフローは継続され得る。そうでない場合には、８１８でバイアス制御アラームが設定され得る。そしてフローは８０４の初期化ステップに戻り得る。

このように、安定、正確且つ効率的なバイアス及び整合制御を提供する、ＲＺ−ＤＰＳＫ送信器のバイアス及び整合を制御するための方法及び装置が提供される。例示的な一実施形態では、この装置は、周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する２段マッハ・ツェンダー型変調器を含む。変調器は、ＲＺバイアス信号に応答して周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器と、ＮＲＺバイアス信号に応答してＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器とを含み得る。位相バイアス信号に応答して周期的強度変調とデータ変調とを選択的に整合させるための移相器が設けられ得る。低速光検出器は、変調器の出力における散乱光を検出するよう構成され得る。低速光検出器は、データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有し得ると共に、ＮＲＺ変調器によって散乱したパワーを表す出力を供給するよう構成され得る。コントローラは、低速光検出器の出力に応答して、ＲＺバイアス信号、ＮＲＺバイアス信号又は位相バイアス信号の少なくとも１つを提供し得る。

本願明細書で説明された実施形態は、本発明を用いる幾つもの実施形態の一部に過ぎず、本発明を例示するために記載されたものであり、本発明を限定するものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者には他の多くの実施形態が自明である。

本発明によるシステムの例示的な一実施形態の簡略ブロック図本発明によるシステムの例示的な一実施形態の簡略ブロック図本発明による例示的なコントローラを含む本発明によるシステムの簡略ブロック図本発明による例示的な送信器と関連付けられた例示的な波形を示すタイミング図本発明によるコントローラによって定められたＲＺ誤り信号に対するＱペナルティのグラフ本発明によるコントローラによって定められたＮＲＺ誤り信号に対するＱペナルティのグラフ本発明によるコントローラによって定められた位相誤り信号に対するＱペナルティのグラフ本発明によるコントローラによって実行される例示的なアラームバイアス及び整合制御処理を示すブロックフロー図

Claims

周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する変調器であって、ＲＺバイアス信号に応答して前記周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器及びＮＲＺバイアス信号に応答して前記ＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器から成る前記変調器と、
位相バイアス信号に応答して前記周期的強度変調と前記データ変調とを選択的に整合させる移相器と、
前記データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有する低速光検出器であって、前記ＮＲＺ変調器の出力において散乱した光を検出するとともに、前記ＮＲＺ変調器の出力において前記散乱した光のパワーを表す出力を供給するよう構成された前記低速光検出器と、
前記低速光検出器の前記出力に応答して、前記ＲＺバイアス信号、前記ＮＲＺバイアス信号及び前記位相バイアス信号をそれぞれ供給するコントローラと
を備えることを特徴とする光信号を伝送するための装置。
前記周期的強度変調がＲＺ強度変調であることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記マッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器の入力が前記マッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器の出力に結合され、該マッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器の出力が前記変調器の前記出力として供給されることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記周期的強度変調を前記データ変調と選択的に整合させるために、前記移相器が前記マッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器に結合されることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記移相器が電気的可変遅延回路から成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
前記コントローラが前記低速光検出器の前記出力に応答して前記位相バイアス信号を供給するよう構成され、該位相バイアス信号が低周波位相バイアスディザを含み、該低周波位相バイアスディザが前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい周波数を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記コントローラが、前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記位相バイアスディザを表す信号と混合することによって取得された位相バイアス誤り値に応答して、前記位相バイアス信号を供給することを特徴とする請求項６記載の装置。
前記コントローラが、前記位相バイアス誤り値が最小になるように前記位相バイアス信号を調節するよう構成されることを特徴とする請求項７記載の装置。
前記コントローラが、前記低速光検出器の前記出力に応答して前記ＲＺバイアス信号を供給するよう構成され、該ＲＺバイアス信号が低周波ＲＺバイアスディザを含み、該低周波ＲＺバイアスディザが、前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい周波数を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記コントローラが、前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記ＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＲＺバイアス誤り値に応答して、前記ＲＺバイアス信号を供給することを特徴とする請求項９記載の装置。
前記コントローラが、前記ＲＺバイアス誤り値が最小になるように前記ＲＺバイアス信号を調節するよう構成されることを特徴とする請求項１０記載の装置。
前記コントローラが、前記低速光検出器の前記出力に応答して前記ＮＲＺバイアス信号を供給するよう構成され、該ＮＲＺバイアス信号が低周波ＮＲＺバイアスディザを含み、該低周波ＮＲＺバイアスディザが、前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい周波数を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
前記コントローラが、前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記ＮＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＮＲＺバイアス誤り値に応答して、前記ＮＲＺバイアス信号を供給することを特徴とする請求項１２記載の装置。
前記コントローラが、前記ＮＲＺバイアス誤り値が最小になるように前記ＮＲＺバイアス信号を調節するよう構成されることを特徴とする請求項１３記載の装置。
光信号を伝送するための装置であって、
周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する変調器であって、ＲＺバイアス信号に応答して前記周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器及びＮＲＺバイアス信号に応答して前記ＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器を含む前記変調器と、
位相バイアス信号に応答して前記周期的強度変調と前記データ変調とを選択的に整合させる移相器と、
前記データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有する低速光検出器であって、前記ＮＲＺ変調器の出力において散乱した光を検出するとともに、前記ＮＲＺ変調器の出力において前記散乱した光のパワーを表す出力を供給するよう構成された前記低速光検出器と、
前記低速光検出器の前記出力に応答して、前記ＲＺバイアス信号、前記ＮＲＺバイアス信号及び前記位相バイアス信号を供給するコントローラと
を備え、
前記ＲＺバイアス信号が低周波ＲＺバイアスディザを含み、前記ＮＲＺバイアス信号が低周波ＮＲＺバイアスディザを含み、前記位相バイアス信号が低周波位相バイアスディザを含み、前記ＲＺバイアスディザ、前記ＮＲＺバイアスディザ及び前記位相バイアスディザがそれぞれ前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい関連付けられた周波数を有し、
前記コントローラが、前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記ＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＲＺバイアス誤り値に応答して、前記ＲＺバイアス信号を供給するよう構成され、
前記コントローラが、前記光検出器の前記出力を表す前記信号を、前記ＮＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＮＲＺバイアス誤り値に応答して、前記ＮＲＺバイアス信号を供給するよう構成され、
前記コントローラが、前記光検出器の前記出力を表す前記信号を、前記位相バイアスディザを表す信号と混合することによって取得された位相バイアス誤り値に応答して、前記位相バイアス信号を供給するよう構成される
ことを特徴とする光信号を伝送するための装置。
前記周期的強度変調がＲＺ強度変調であることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記マッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器の入力が前記マッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器の出力に結合され、該マッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器の出力が前記変調器の前記出力として供給されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記周期的強度変調を前記データ変調と選択的に整合させるために、前記移相器が前記マッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器に結合されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記移相器が電気的可変遅延回路から成ることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記コントローラが、前記位相バイアス誤り値が最小になるように前記位相バイアス信号を調節するよう構成されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記コントローラが、前記ＲＺバイアス誤り値が最小になるように前記ＲＺバイアス信号を調節するよう構成されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記コントローラが、前記ＮＲＺバイアス誤り値が最小になるように前記ＮＲＺバイアス信号を調節するよう構成されることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記ＲＺバイアスディザ、前記ＮＲＺバイアスディザ及び前記位相バイアスディザの前記関連付けられた周波数が互いに異なることを特徴とする請求項１５記載の装置。
前記関連付けられた周波数が互いの整数倍ではないことを特徴とする請求項２３記載の装置。
周期的強度変調及びＤＰＳＫデータ変調を有する変調形式を用いてデータを光信号上に変調する変調器を動作させる方法であって、前記変調器が、ＲＺバイアス信号に応答して前記周期的強度変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＲＺ変調器及びＮＲＺバイアス信号に応答して前記ＤＰＳＫデータ変調を与えるマッハ・ツェンダー型ＮＲＺ変調器から成り、前記変調器には、位相バイアス信号に応答して前記周期的強度変調と前記データ変調とを選択的に整合させる移相器が結合され、前記方法が、
前記データのデータ速度より大きさが少なくとも１桁小さい帯域幅を有し、前記変調器の前記出力におけるパワーを表す出力を供給するよう構成された低速光検出器を用いて、前記変調器の出力において散乱した光のパワーを検出する工程と、
前記低速光検出器の前記出力に応答して、前記位相バイアス信号、前記ＲＺバイアス信号及び前記ＮＲＺバイアス信号をそれぞれ供給する工程と
を備えることを特徴とする方法。
前記低速光検出器の前記出力に応答して前記位相バイアス信号が供給され、該位相バイアス信号が低周波位相バイアスディザを含み、該低周波位相バイアスディザが前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい周波数を有することを特徴とする請求項２５記載の方法。
前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記位相バイアスディザを表す信号と混合することによって取得された位相バイアス誤り値に応答して、前記位相バイアス信号が供給されることを特徴とする請求項２６記載の方法。
前記位相バイアス誤り値が最小になるように前記位相バイアス信号を調節する工程を更に備えることを特徴とする請求項２７記載の方法。
前記低速光検出器の前記出力に応答して前記ＲＺバイアス信号が供給され、該ＲＺバイアス信号が低周波ＲＺバイアスディザを含み、該低周波ＲＺバイアスディザが前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい周波数を有することを特徴とする請求項２５記載の方法。
前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記ＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＲＺバイアス誤り値に応答して、前記ＲＺバイアス信号が供給されることを特徴とする請求項２９記載の方法。
前記ＲＺバイアス誤り値が最小になるように前記ＲＺバイアス信号を調節する工程を更に備えることを特徴とする請求項３０記載の方法。
前記低速光検出器の前記出力に応答して前記ＮＲＺバイアス信号が供給され、該ＮＲＺバイアス信号が低周波ＮＲＺバイアスディザを含み、該低周波ＮＲＺバイアスディザが前記データ速度より大きさが少なくとも１桁小さい周波数を有することを特徴とする請求項２５記載の方法。
前記光検出器の前記出力を表す信号を、前記ＮＲＺバイアスディザを表す信号と混合することによって取得されたＮＲＺバイアス誤り値に応答して、前記ＮＲＺバイアス信号が供給されることを特徴とする請求項３２記載の方法。
前記ＮＲＺバイアス誤り値が最小になるように前記ＮＲＺバイアス信号を調節する工程を更に備えることを特徴とする請求項３３記載の方法。