JP5885297B2

JP5885297B2 - 様々な変調形式の光信号を生成する装置および方法

Info

Publication number: JP5885297B2
Application number: JP2012030370A
Authority: JP
Inventors: 賢瑛崔; 釣谷　剛宏; 剛宏釣谷
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-02-15
Also published as: JP2013168769A

Description

本発明は、光通信装置および光ファイバリンクを備える光通信システムにおいて使用される様々な変調形式の光信号を生成する装置および方法に関する。

従来、最適な配置を有する８直交振幅変調（８ＱＡＭ、8 quadrature amplitude modulation）光信号を生成する方法は２つ存在した。

１つの方法は、π／４バイアス２重パラレルマッハツェンダ変調器ＤＰ−ＭＺＭ（主ＭＺ干渉計が統合された２つの副ＭＺＭを備える）と位相変調器を備える合成送信装置を使用する方法である（非特許文献１）。π／４バイアスＤＰ−ＭＺＭは、４振幅および位相変調信号を生成するために使用され、各ＭＺＭは異なった駆動電圧で２値電気信号によって駆動される。［０、２π］位相変調後、８ＱＡＭ信号が位相変調器を使用することによって生成される。

もう１つの方法は、高速任意波形発生器（ＡＷＧ）またはデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）と共に単一のπ／４バイアスＤＰ−ＭＺＭを利用する方法である（非特許文献２）。ＡＷＧまたはＤＡＣの使用により、８ＱＡＭ信号の同相および直交成分は、それぞれＤＰ−ＭＺＭの２つの独立したＭＺＭで変調される。

動的に再編成可能な波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークで、スペクトル資源を効率よく利用するため、光通信装置は柔軟性（つまり、光信号の変調形式を柔軟に変更できること）を提供することが望まれる。このため、いくつかの技術が提案される。これらの中で、シリカ平面光波回路（ＰＬＣ）およびＬｉＮｂＯ_３位相変調器を混成集積した新しい型の送信装置が提案されている（非特許文献３）。

J. Yu, et al., "High-Speed PDM-RZ-8QAM DWDM Transmission (160x114 Gb/s) Over 640 km of Standard Single-Mode Fiber"IEEE PTL, vol.21, no. 18, pp. 1299-1301, 2009 N. Kikuchi, et al., "Highly Sensitive Optical Multilevel Transmission of Arbitrary Quadrature-Amplitude Modulation (QAM) Signals With Direct Detection" JLT, vol. 28, no. 1, pp. 123-130, 2010 H. Takara, et al., "Experimental Demonstration of 400 Gb/s Multi-flow, Multirate, Multi-reach Optical Transmitter for Efficient Elastic Spectral Routing" ECOC2011, paper Tu.5.A.4

しかしながら、非特許文献１および２の送信装置構成は、ＤＰ−ＭＺＭのバイアス点を制御するためのフィードバック回路および／またはＡＷＧのような非常に高価な機器を必要とする課題があった。

また、非特許文献３の送信装置を使用して、光信号を生成するためには、同調カプラ、位相シフタ、バイアスコントローラ等の多くの制御パラメータが必要となる。結果とし、これらの送信装置が複雑さになり、コストが増加する課題があった。

したがって、本発明は、より単純な構成とすることで、送信装置のコストを低下させた様々な変調形式の光信号を生成する装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の様々な変調形式で光信号を生成する装置は、入力される駆動信号およびバイアス電圧に従って、光信号の振幅と位相を操作するデュアルドライブマッハツェンダ変調器と、入力されるマルチレベル駆動信号に従って、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器により操作された光信号を多重位相変調する位相変調器と、前記駆動信号およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号を生成する駆動手段を備え、前記駆動手段は、前記駆動信号の振幅およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号のマルチレベルを、様々な変調形式に対応して変えることができ、それにより、様々な変調形式の光信号を生成できることを特徴とする。

前記駆動信号は、第１の駆動信号と該第１の駆動信号の反転信号から成ることが好ましい。

また、前記駆動手段は、前記第１の駆動信号の振幅Ａ _１、前記第１の駆動信号の反転信号の振幅Ａ _２、およびバイアス電圧ｖ _ｂの組を、様々な変調形式に対応して変えることも好ましい。

また、前記駆動手段が、Ａ_１＝Ａ_２＝ｖ_ｂ＝Ｖ_π（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）の駆動信号およびバイアス電圧の組を生成でき、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、Ｍが偶数であるＭ位相偏移キーイング形式の光信号を生成できることも好ましい。

また、前記駆動手段が、Ａ_１＝Ａ_２＝ｖ_ｂ＝２Ｖ_π／３（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）の駆動信号およびバイアス電圧の組を生成でき、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、６直交振幅変調形式の光信号を生成できることも好ましい。

また、前記駆動手段が、Ａ_１＝Ａ_２／２＝Ｖ_π／２およびｖ_ｂ＝０．５８Ｖ_π （ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）の駆動信号およびバイアス電圧の組を生成でき、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、８直交振幅変調形式の光信号を生成できることも好ましい。

また、前記マルチレベル駆動信号が、振幅Ｇ _１の駆動信号と振幅Ｇ _２の駆動信号を加算したものであり、Ｇ _１およびＧ _２が、様々な変調形式に対応してマルチレベルを変えるために変えられることも好ましい。

また、前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｇ_２＝０であり、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、２値変調形式の光信号を生成できることも好ましい。

また、前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｖ_πおよびＧ_２＝０（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）であり、それにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、４値変調形式の光信号を生成できることも好ましい。

また、前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｇ_２＝２Ｖ_π／３（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）であり、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、６値変調形式の光信号を生成できることも好ましい。

また、前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｇ_２／２＝Ｖ_π （ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）であり、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、８値変調形式の光信号を生成できることも好ましい。

上記課題を解決するため本発明の様々な変調形式で光信号を生成するための方法は、デュアルドライブマッハツェンダ変調器が、入力される駆動信号およびバイアス電圧に従って、光信号の振幅と位相を操作するステップと、位相変調器が、入力されるマルチレベル駆動信号に従って、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器により操作された光信号を多重位相変調するステップと、駆動手段が、前記駆動信号およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号を生成するステップと、を含み、前記生成するステップでは、前記駆動信号の振幅およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号のマルチレベルを、様々な変調形式に対応して変えることができ、それにより、様々な変調形式の光信号を生成できる。

上記に記載のように、本発明の装置はデュアルドライブマッハツェンダ変調器と位相変調器のみから構成される。このため、フィードバック制御回路はデュアルドライブマッハツェンダ変調器のバイアス制御のため１つのみ要求される。この結果、装置の構成は単純化され、コストが非常に減少される。さらに、装置の底面積も減少させる。

本発明の、様々な変調形式で光信号を生成する装置の構成を示す。従来の（Ｄ）ＢＰＳＫ信号変調のためのＤＤ−ＭＺＭの伝達曲線特性を示す。本送信装置によって生成された（Ｄ）ｘＰＳＫ光信号の配置図を示す。６ＱＡＭ信号変調のためのＤＤ−ＭＺＭの伝達曲線特性を示す。ＤＤ−ＭＺＭの出力での光信号の配置図および本送信装置によって生成された６ＱＡＭ光信号の配置図を示す。８ＱＡＭ信号変調のためのＤＤ−ＭＺＭの伝達曲線特性を示す。ＤＤ−ＭＺＭの出力での光信号の配置図および本送信装置によって生成された８ＱＡＭ光信号の配置図を示す。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の、様々な変調形式で光信号を生成する装置の構成を示す。本送信装置は、レーザ光源１と光位相変調部２を備え、光位相変調部２は、デュアルドライブマッハツェンダ変調器２１（ＤＤ−ＭＺＭ）、位相変調器２２（ＰＭ）とエンコーダ２３を備える。

光位相変調部２は、レーザ光源１からの連続光を、入力電気信号のデータｖ_１（ｔ）、ｖ_２（ｔ）により光位相変調を行い、位相変調光信号を光伝送路に出力する。

ＤＤ−ＭＺＭ２１は、２つのマッハツェンダ変調器（ＭＺＭ）を備え、連続光が２つに分岐され、各ＭＺＭで駆動信号により振幅および位相を操作した後、合波され出力される。駆動信号の大きさを調整することによって光信号のチャープを制御することができるため、光信号の振幅と位相を操作することができる。ＤＤ−ＭＺＭ２１は、電気信号の組、

によって駆動される。もし、データとその反転データの振幅が一致（つまり、Ａ_１＝Ａ_２）する場合、この変調器はプッシュプルモードで動作するため、チャープ無しの光信号を得ることができる。しかしながら、駆動信号の振幅が異なった状態（Ａ_１≠Ａ_２）で、バイアス電圧ｖ_ｂを変化させることで、光信号のチャープを調整できる。ＤＤ−ＭＺＭ２１の分岐／合成比を同じにすると、ＤＤ−ＭＺＭの伝達関数は、

で表される。ここで、Ｖ_πはＤＤ−ＭＺＭ２１のスイッチング電圧である。したがって、３つのパラメータ（Ａ_１，Ａ_２、ｖ_ｂ）を調節することによって、光信号の振幅と位相を操作することができる。

位相変調器２２は、マルチレベルの電気信号ｖ_２（ｔ）を送り込むことにより、２値、３値、または４値位相変調を行い、ＱＰＳＫ、６ＰＳＫ／６ＱＡＭ、または８ＰＳＫ／８ＱＡＭ変調形式の光信号に変調することができる。

エンコーダ２３は、データ信号ｖ_１（ｔ）とその反転データを駆動信号として、ＤＤ−ＭＺＭ２１を駆動する。さらに、データ信号ｖ_２（ｔ）を駆動信号として、位相変調器２２を駆動する。この際、エンコーダ２３は、光信号の位相を変調するため振幅が調整された２つの駆動信号を出力し、これらを加算したデータ信号ｖ_２（ｔ）で位相変調器２２を駆動する。

以上のように、本発明の送信装置は、様々な変調形式（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、６ＰＳＫ／６ＱＡＭ、および８ＰＳＫ／８ＱＡＭ）で光信号を柔軟に変調するために使用することができる。

以下、本発明の、様々な変調形式で光信号を生成する装置の変調形式の実施例をいくつか示す。

第１の実施例では、（差動）Ｍ位相偏移キーイング形式（（Ｄ）ｘＰＳＫ）を示す。なお、ここで、(差動)は、Ｍ位相偏移キーイング形式が、差動Ｍ位相偏移キーイング形式であってもよいことを表す。また、（（Ｄ）ｘＰＳＫ）は、(差動)Ｍ位相偏移キーイング形式の表記であり、以下では、この表記を用いる。ここでＭ＝２(Ｂで表記される)、４(Ｑで表記される)、６および８である。図２は、従来の（Ｄ）ＢＰＳＫ信号変調のためのＤＤ−ＭＺＭの伝達曲線特性を示す。Ａ_１＝Ａ_２＝ｖ_ｂ＝Ｖ_πとすることによって、ＤＤ−ＭＺＭの出力で従来の（Ｄ）ＢＰＳＫ信号を得ることができる。この後、位相変調器に何も入力しない、つまりｖ_２（ｔ）＝０（Ｇ_１＝Ｇ_２＝０）場合、本発明の装置は（Ｄ）ＢＰＳＫ光信号を生成することができる。位相変調器にＧ_１＝Ｖ_πおよびＧ_２＝０で２値（［０、π／２］位相変調）ｖ_２（ｔ）を入力することで、本発明の装置は（Ｄ）ＱＰＳＫ光信号を生成することができる。同様に、位相変調器にＧ_１＝Ｇ_２＝２Ｖ_π／３で３値（［０、π／３、２π／３］）位相変調ｖ_２（ｔ）を入力することで（Ｄ）６ＰＳＫ光信号を、位相変調器にＧ_１＝Ｇ_２／２＝Ｖ_πで４値（［０、π／４、π／２、３π／４］位相変調）ｖ_２（ｔ）を入力することで（Ｄ）８ＰＳＫ光信号を生成することができる。図３は、本装置によって生成された（Ｄ）ｘＰＳＫ光信号の配置図を示す。

第２の実施例では、６直交振幅変調形式（６ＱＡＭ）を示す。本装置は、図５の右図の最適な配置で６ＱＡＭ信号を生成するため、ＤＤ−ＭＺＭはプッシュプルモードで動作するが、駆動信号の振幅とバイアス電圧は第１の実施例の場合と若干異なる。図４は、６ＱＡＭ信号変調のためのＤＤ−ＭＺＭの伝達曲線特性を示す。Ａ_１＝Ａ_２＝ｖ_ｂ＝２Ｖ_π／３とすることによって、２つのシンボルの間の位相差がπ、振幅比が１：２で、光信号が変調される。図５の左図は、ＤＤ−ＭＺＭの出力での光信号の配置図を示す。この後、位相変調器にＧ_１＝Ｇ_２＝２Ｖ_π／３で３値（ｖ_２（ｔ）の振幅が０、２Ｖ_π／３、４Ｖ_π／３である）電気信号を入力することで、本発明の装置は６ＱＡＭ光信号を生成することができる。図５の右図は、本装置によって生成された６ＱＡＭ光信号の配置図を示す。

第３の実施例では、８直交振幅変調形式（８ＱＡＭ）を示す。本装置は、図７の右図に示すような最適な配置で８ＱＡＭ信号を生成するために使用することもできる。８ＱＡＭ変調の場合、ＤＤ−ＭＺＭの駆動信号の振幅は、異なる必要がある。図６は、８ＱＡＭ信号変調のためのＤＤ−ＭＺＭの伝達曲線特性を示す。Ａ_１＝Ａ_２／２＝Ｖ_π／２およびｖ_ｂ≒０．５８Ｖ_πとすることによって、２つのシンボルの間の位相差が３π／４、振幅比が（１＋√３）：√２で、光信号が変調される。図７の左図は、ＤＤ−ＭＺＭの出力での光信号の配置図を示す。この後、位相変調器にＧ_１＝Ｇ_２／２＝Ｖ_πで４値（ｖ_２（ｔ）の振幅が０、Ｖ_π／２、Ｖ_π、および３Ｖ_π／２である）電気信号を入力することで、本発明の装置は８ＱＡＭ光信号を生成することができる。図７の右図は、本装置によって生成された８ＱＡＭ光信号の配置図を示す。

なお、ＤＤ−ＭＺＭにおいて、２つのシンボルの間の位相差がπ／４、振幅比が（１＋√３）：√２で、光信号を変調することによっても８ＱＡＭ光信号を生成することも可能である。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１レーザ光源
２光位相変調部
２１デュアルドライブマッハツェンダ変調器
２２位相変調器
２３エンコーダ

Claims

入力される駆動信号およびバイアス電圧に従って、光信号の振幅と位相を操作するデュアルドライブマッハツェンダ変調器と、
入力されるマルチレベル駆動信号に従って、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器により操作された光信号を多重位相変調する位相変調器と、
前記駆動信号およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号を生成する駆動手段を備え、
前記駆動手段は、前記駆動信号の振幅およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号のマルチレベルを、様々な変調形式に対応して変えることができ、
それにより、様々な変調形式の光信号を生成できることを特徴とする様々な変調形式で光信号を生成する装置。
前記駆動信号は、第１の駆動信号と該第１の駆動信号の反転信号から成ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記駆動手段は、前記第１の駆動信号の振幅Ａ _１、前記第１の駆動信号の反転信号の振幅Ａ _２、およびバイアス電圧ｖ _ｂの組を、様々な変調形式に対応して変えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
前記駆動手段は、Ａ_１＝Ａ_２＝ｖ_ｂ＝Ｖ_π（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）の駆動信号およびバイアス電圧の組を生成でき、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、Ｍが偶数であるＭ位相偏移キーイング形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記駆動手段は、Ａ_１＝Ａ_２＝ｖ_ｂ＝２Ｖ_π／３（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）の駆動信号およびバイアス電圧の組を生成でき、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、６直交振幅変調形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記駆動手段は、Ａ_１＝Ａ_２／２＝Ｖ_π／２およびｖ_ｂ＝０．５８Ｖ_π （ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）の駆動信号およびバイアス電圧の組を生成でき、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、８直交振幅変調形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項３に記載の装置。
前記マルチレベル駆動信号は、振幅Ｇ _１の駆動信号と振幅Ｇ _２の駆動信号を加算したものであり、Ｇ _１およびＧ _２が、様々な変調形式に対応してマルチレベルを変えるために変えられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｇ_２＝０であり、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、２値変調形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項７に記載の装置。
前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｖ_πおよびＧ_２＝０（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）であり、それにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、４値変調形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項７に記載の装置。
前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｇ_２＝２Ｖ_π／３（ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）であり、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、６値変調形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項７に記載の装置。
前記マルチレベル駆動信号が、Ｇ_１＝Ｇ_２／２＝Ｖ_π （ここで、Ｖ _π は、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器のスイッチング電圧である。）であり、これにより、様々な変調形式の光信号の１つとして、８値変調形式の光信号を生成できることを特徴とする請求項７に記載の装置。
デュアルドライブマッハツェンダ変調器が、入力される駆動信号およびバイアス電圧に従って、光信号の振幅と位相を操作するステップと、
位相変調器が、入力されるマルチレベル駆動信号に従って、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器により操作された光信号を多重位相変調するステップと、
駆動手段が、前記駆動信号およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号を生成するステップと、を含み、
前記生成するステップでは、前記駆動信号の振幅およびバイアス電圧、および前記マルチレベル駆動信号のマルチレベルを、様々な変調形式に対応して変えることができ、
それにより、様々な変調形式の光信号を生成できることを特徴する様々な変調形式で光信号を生成する方法。