JP6863147B2 - 光送信器、変調方法、及び光伝送装置 - Google Patents
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Description
光源から出力される光を多値変調する光変調器と、
送信データがシンボルマッピングされた場合の振幅成分に応じて前記光変調器を駆動する第1駆動電圧と、前記送信データがシンボルマッピングされた場合の位相成分に応じて前記光変調器を駆動する第2駆動電圧を出力するデジタル信号プロセッサと、
を有し、
前記デジタル信号プロセッサが出力する第2駆動電圧による位相変調の位相偏移が0より大きくπ/2未満となる。
Hi(ω)=−(1/πω)Hr(ω)
Hr(ω)=−(1/πω)Hi(ω)
で表され、複素関数の実部と虚部は相互に関係付けられる。ここで、iは虚部を表わし、rは実部を表わす。この関係式はヒルベルト変換対とも呼ばれる。Hr(ω)の周波数依存性が分かれば、Hi(ω)は自動的に決まる。したがって、受信側でPD出力の強度から位相を一意に取り出すことができ、受信信号を復調することができる。この位相と振幅の相関性により、KK検波方式の場合、I−Q平面(または複素平面)上にマッピングされるシンボル点は、振幅方向の変調と、位相方向の変調で定義される。
図4は、DSP11の一例として、DSP11Aの構成を示す。DSP11は、光変調器15を駆動して最小位相条件を満たす変調光信号を生成するための駆動電圧(電界信号)を生成する。DSP11Aは、複素平面上に外部からDSP11Aに入力された送信データをマッピングするシンボルマッピング部51と、位相変調用の駆動電圧及び振幅変調用の駆動電圧を決定する駆動電圧決定部52を有する。このとき、振幅変調及び位相変調の順序、駆動箇所の位置関係は逆でも良い。駆動電圧決定部52は、位相変調量を表わす電圧値と振幅変調量を表わする電圧値を出力する。出力された電圧はDAC12でアナログ駆動信号(変調信号)に変換されて光変調器15に入力される。
図8は、光送信器10Aで用いられるダンデム型の光変調器15Aの構成例を示す。光変調器15Aは、振幅変調器としてMZ干渉計型変調器16Aを用いる。MZ干渉計型変調器16Aは、たとえばLiNbO3などの電気光学材料を用いた変調器である。MZ干渉計の一対の光導波路に電圧を加えて屈折率を変化させることで、2つの光導波路を伝搬する光の干渉状態を変化させて、所望の振幅変調をかける。
図11は、光送信器10Dで用いられる単一のMZ干渉計型光変調器15Dによる実施例を示す。MZ干渉計型光変調器15Dでは、一対の光導波路の近傍に電極151が配置されて光導波路に屈折率変化を与える電圧が印加される(図11(A))。一対の光導波路に電圧Vaを加えて屈折率を変化させることで、2つの光導波路を伝搬する光の干渉状態を変化させて(差動モード)、所望の振幅変調をかける(図11(B))。破線の矢印は、逆相の電圧印加を示す。これに対し、一対の光導波路に加わる電圧Vpと変化する屈折率が等しいコモン・モードで動作する場合、所望の位相変調がかかる(図11(C))。
図12は、ダンデム型の光変調器にバイアスを付加する構成例を示す。光送信器20は図2(A)の装置構成に加えて、直流(DC)電源21と、加算器22を有する。DAC12から位相変調器17に供給される駆動電圧は、シンボル点の位相変調量を実現する電圧である。この駆動電圧にバイアス電圧を印加することで、DAC12の出力電圧を抑えることができる。
Eout(t)=Ein(t)exp(jδ(t)Δφ)
で表される。ここで、Ein(t)は位相変調器17への入力光信号、Eout(t)は位相変調器17からの出力光信号、δ(t)は位相変調器17に入力される正規化された入力電圧(すなわち正規化された位相変調用のDAC出力電圧)、Δφは位相変調器17自体の可変位相幅である。
(φmin/Δφ)<δ(t)<(φmax/Δφ)
の範囲にある。ここで、φminとφmaxは、変調方式とCSPR値によって決まる最小の位相回転量と、最大の位相回転量である。
Eout(t)=Ein(t)exp[(j(δ(t)+δbias)Δφ]
で表される。ここで、δbiasは付加されるバイアス電圧である。位相変調器17に入力される正規化入力電圧δ(t)は、
(φmin/Δφ)−δbias <δ(t)<(φmax/Δφ)−δbias
となり、DAC12の位相変調器17への出力電圧δ(t)を低減することができる。
図14は、ダンデム型の光変調器にバイアスを付加する別の構成例を示す。この構成例では、振幅変調器16に印加される駆動電圧に、バイアス電圧を付加する。光送信器20は、図2(A)の装置構成に加えて、DC電源23と加算器24を有する。DAC12から振幅変調器16に供給される駆動電圧は、シンボル点の振幅変調量を実現する電圧である。この駆動電圧にバイアス電圧を印加することで、DAD12の出力電圧を抑えることができる。
Pout(t)=Pin(t)cos2[(π/2)(1/2-k(δ(t)-1/2))]
で表される。ここで、Pin(t)は振幅変調器16への入力光パワー、Pout(t)は振幅変調器16からの出力光パワー信号、δ(t)は振幅変調器16に入力される正規化された入力電圧(すなわち正規化された振幅変調用のDAC出力電圧)、kは振幅変調器16の消光比によって一意に決まる係数である。
Pout(t)=Pin(t)cos2[(π/2)(1/2-k(δ(t)+δbias-1/2))]
で表される。ここで、δbiasは付加されるバイアス電圧である。振幅変調器16に入力される正規化入力電圧δ(t)は、
図15は、ダンデム型の光変調器にバイアスを付加する別の構成例を示す。この構成例では、振幅変調器16に印加される駆動電圧と、位相変調器17に印加される駆動電圧にバイアス電圧を付加する。光送信器20は、図2(A)の装置構成に加えて、振幅変調器16のためのDC電源23と加算器24、及び位相変調器17のためのDC電源21と加算器22を有する。振幅変調器16へのDAC出力と位相変調器17へのDAC出力の双方で出力電圧を低減することができる。
図16は、ダンデム型の光変調器にバイアスを印加する構成例4を示す。構成例4は構成例2と比べてバイアス電圧を直接供給している点で異なる。例えば、マッハ・ツェンダ(MZ)干渉計型の光変調器を振幅変調器16として用いた場合、通常のMZ干渉計型変調器には端子が2つ(RF端子、DC端子)あるので、駆動電圧の他にバイアス電圧を直接印加することが出来る。このような構成にすることによって部品を追加することなく、バイアスの印加を実現することが出来る。
図17は、光送信器10(または20)が行う変調方法のフローチャートである。この動作フローは、図4及び図5に示したIQでシンボルマッピングしてから振幅と位相に分ける構成に適用される。
図18は、光送信器10(または20)が行う変調方法の別の動作フローを示すフローチャートである。この動作フローは、入力データと変調方式とCSPRに基づいて直接シンボル点に相当する振幅変調量と位相変調量を決める図6及び図7の構成に適用される。DSP11にCSPRを設定する(S21)。CSPRは、一例として運用前にテスト信号を用いた受光結果に基づいて決定される。運用中は、DSP11は、送信データが入力されると(S22でYES)、用いられる変調方式と、送信データと、設定されているCSPR値とに基づいて、最小位相条件を満たすシンボル点に相当する振幅変調量と位相変調量を算出する(S23)。振幅変調量を表わす駆動電圧で振幅変調器16を駆動し、位相変調量を表わす駆動電圧で位相変調器17を駆動してKK変調光信号を出力する(S24)。光変調器15から出力される光信号は、図2に示す信号波形を有し、十分に高いパワーのキャリアスペクトルSCと、データを載せた変調光スペクトルSMを含む。光送信器10の運用中(S25でNO)、ステップS12〜S15を繰り返す。
DP−QPSKの場合は、X偏波とY偏波のそれぞれにダンデム型の光変調器15を配置することで、MZ干渉計型の光変調器で構成する場合と比較して、サイズ、構成の複雑さを大幅に低減することができる。ダンデム型の光変調器を用いる場合、位相と振幅の配置順序に限定はない。
図19は、実施形態の光送信器10(または20)が適用される光伝送装置1の構成例を示すブロック図である。光伝送装置1は、例示的に、光分岐挿入装置(reconfigurable optical add-drop multiplexer,ROADM)を示す。図示を省略しているが、ROADM全体の動作を制御する装置制御部がROADMに備えられていてよい。なお、光伝送装置1は、光ネットワーク(光伝送システム)のエレメント(NE)の一例である。
(付記1)
光源から出力される光を多値変調する光変調器と、
送信データがシンボルマッピングされた場合の振幅成分に応じて前記光変調器を駆動する第1駆動電圧と、前記送信データがシンボルマッピングされた場合の位相成分に応じて前記光変調器を駆動する第2駆動電圧を出力するデジタル信号プロセッサと、
を有し、
前記デジタル信号プロセッサが出力する第2駆動電圧による位相変調の位相偏移が0より大きくπ/2未満となることを特徴とする光送信器。
(付記2)
前記光変調器は、前記送信データを載せた変調光スペクトルと、前記変調光スペクトルのエッジに突出するキャリアスペクトルとを含む波形の光信号を出力することを特徴とする付記1に記載の光送信器。
(付記3)
前記デジタル信号プロセッサは、
前記キャリアスペクトルの強度と前記振幅成分に基づき前記第1駆動電圧を出力する
ことを特徴とする付記1又は2に記載の光送信器。
(付記4)
前記光変調器は、
直列接続された振幅変調器と位相変調器を有することを特徴とする付記1乃至3の何れかに記載の光送信器。
(付記5)
前記光変調器は1つのマッハ・ツェンダ型光変調器であることを特徴とする付記1乃至3の何れかに記載の光送信器。
(付記6)
前記デジタル信号プロセッサは、
差動モードで第1駆動電圧を出力し、コモン・モードで第2駆動電圧を出力することを特徴とする付記5に記載の光送信器。
(付記7)
前記デジタル信号プロセッサは、
前記第1駆動電圧をRF端子に出力し、前記第2駆動電圧をDC端子に出力することを特徴とする付記5又は6に記載の光送信器。
(付記8)
前記デジタル信号プロセッサは、
キャリア対信号パワー比を設定する設定部と、
前記キャリア対信号パワー比と、前記送信データと、変調方式とに基づいて、前記第1駆動電圧を決定する第1の駆動電圧決定部と、
前記キャリア対信号パワー比と、前記送信データと、前記変調方式に基づいて、前記第2駆動電圧を決定する第2の駆動電圧決定部と、
を有することを特徴とする付記1又は2に記載の光伝送装置。
(付記9)
前記デジタル信号プロセッサは、
キャリア対信号パワー比を設定する設定部と、
前記キャリア対信号パワー比に基づいて、前記キャリアスペクトルの強度と前記変調光スペクトルの強度を計算し、前記キャリアスペクトルの強度と前記変調光スペクトルの強度から前記第1駆動電圧を決定する第1の駆動電圧決定部と、
を有することを特徴とする付記2に記載の光伝送装置。
(付記10)
前記第1の駆動電圧決定部は、前記変調光スペクトルの強度と、前記送信データと、変調方式とに基づいて、前記送信データの振幅変調量を計算)することを特徴とする付記9に記載の光伝送装置。
(付記11)
前記振幅変調器は直接変調レーザであることを特徴とする付記4に記載の光伝送装置。
(付記12)
送信データがシンボルマッピングされた場合の振幅成分に応じた第1駆動電圧と、前記送信データがシンボルマッピングされた場合の位相成分に応じた第2駆動電圧とに基づいて、前記第2駆動電圧による位相変調の位相偏移が0より大きくπ/2未満となる光信号を生成する光変調方法。
(付記13)
前記生成された光信号のスペクトルは、前記送信データを載せた変調光スペクトルと、前記変調光スペクトルのエッジに突出するキャリアスペクトルとを含む波形であることを特徴とする付記12に記載の変調方法。
(付記14)
設定された変調方式と、キャリア対信号パワー比と、前記送信データとに基づいて、振幅変調量と位相変調量を算出し、
前記振幅変調量から前記第1駆動電圧を決定し、前記位相変調量から前記第2駆動電圧を決定することを特徴とする付記12または13に記載の変調方法。
(付記15)
第1駆動電圧が印加される振幅変調器と、前記振幅変調器と直列接続され第2駆動電圧が印加される位相変調器とを有する送信器を有し、
前記送信器から出力される送信データが変調された変調光スペクトルと、前記変調光スペクトルのエッジに突出するキャリアスペクトルとを含む波形の光信号を出力することを特徴とする光伝送装置。
10、20 光送信器
11、11A、11B、11C、11D DSP(デジタル信号プロセッサ)
12 DAC
13 LD(光源)
15、19 光変調器
16 振幅変調器
17 位相変調器
18 直接変調レーザ
51 シンボルマッピング部
52 駆動電圧決定部
53 キャリア成分設定部
54 加算器
55 CSPR設定部
56 振幅変調用の駆動電圧決定部
57 キャリア・信号強度算出部
58 振幅変調量算出部
62A、62B 位相変調用の駆動電圧決定部
64 位相変調量算出部
Claims (10)
- 光源から出力される光を多値変調する光変調器と、
送信データがシンボルマッピングされた場合の振幅成分に応じて前記光変調器を駆動する第1駆動電圧と、前記送信データがシンボルマッピングされた場合の位相成分に応じて前記光変調器を駆動する第2駆動電圧を出力するデジタル信号プロセッサと、
を有し、
前記デジタル信号プロセッサが出力する第2駆動電圧による位相変調の位相偏移が0より大きくπ/2未満となることを特徴とする光送信器。 - 前記光変調器は、前記送信データを載せた変調光スペクトルと、前記変調光スペクトルのエッジに突出するキャリアスペクトルとを含む波形の光信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の光送信器。
- 前記デジタル信号プロセッサは、
前記キャリアスペクトルの強度と前記振幅成分に基づき前記第1駆動電圧を出力する
ことを特徴とする請求項2に記載の光送信器。 - 前記光変調器は、
直列接続された振幅変調器と位相変調器を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光送信器。 - 前記光変調器は1つのマッハ・ツェンダ型光変調器であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の光送信器。
- 前記デジタル信号プロセッサは、
差動モードで第1駆動電圧を出力し、コモン・モードで第2駆動電圧を出力することを特徴とする請求項5に記載の光送信器。 - 前記デジタル信号プロセッサは、
前記第1駆動電圧をRF端子に出力し、前記第2駆動電圧をDC端子に出力することを特徴とする請求項5又は6に記載の光送信器。 - 送信データがシンボルマッピングされた場合の振幅成分に応じた第1駆動電圧と、前記送信データがシンボルマッピングされた場合の位相成分に応じた第2駆動電圧とに基づいて、前記第2駆動電圧による位相変調の位相偏移が0より大きくπ/2未満となる光信号を生成する光変調方法。
- 前記生成された光信号のスペクトルは、前記送信データを載せた変調光スペクトルと、前記変調光スペクトルのエッジに突出するキャリアスペクトルとを含む波形であることを特徴とする請求項8に記載の変調方法。
- 第1駆動電圧が印加される振幅変調器と、前記振幅変調器と直列接続され第2駆動電圧が印加される位相変調器とを有する送信器を有し、
前記送信器から出力される送信データが変調された変調光スペクトルと、前記変調光スペクトルのエッジに突出するキャリアスペクトルとを含む波形の光信号を出力することを特徴とする光伝送装置。
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