JPWO2015129193A1 - 光送信機および光送信方法 - Google Patents
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Abstract
光送信機内においてPDLを高精度に補償して、品質の高い送信信号を出力することができる光送信機を提供する。光送信機は、光信号を生成する光出力手段、送信情報に基づいて生成したデータ列を出力するデータ出力手段、パイロット信号を重畳したバイアス電圧を光変調器へ印加する駆動手段、バイアス電圧が印加されることにより、光信号をデータ列に基づいて変調して変調信号を出力する光変調器、変調信号から抽出したパイロット信号の強度に応じてバイアス電圧を制御する制御手段を備える。
Description
本発明は、光送信機および光送信方法に関し、特に、複数の変調信号を合波して出力する光送信機および光送信方法に関する。
広帯域マルチメディア通信サービスの需要の増加に伴い、波長が同一の互いに直交する二つの偏波状態に、互いに独立な二つの送信情報を対応付けて送信する、偏波多重方式の導入が進んでいる。また、さらなる長距離大容量かつ高信頼な光ファイバ通信システムとして、デジタル光送受信機を用いたデジタルコヒーレント光通信技術が注目されている。
デジタルコヒーレント光通信に用いられるデジタル光送受信機は、大容量光通信システムにおいて一般的に適用されているOOK(on-off keying)などの変調方式を用いたアナログ光送受信機と比較して、受信感度を3〜6dB程度向上させることができる。さらに、デジタルコヒーレント光通信は、波長分散補償や偏波分散補償などの波形歪み補償を、送信側あるいは受信側におけるデジタル信号処理(DSP:digital signal processing)によって補償できる。
このようなデジタル光送信機においては、QPSK(quadrature phase shift keying)変調やQAM(quadrature amplitude modulation)変調を用いた多値変調、予等化などを行うためにD/A(digital to analog)変換器の出力を用いる任意波形変調等が可能な光変調器が用いられる。
デジタル光送信機で用いられる光変調器として、光導波路型のマッハツェンダ(MZ:Mach-Zehnder)型干渉計に光位相変調器を組み込んだ、MZ型光変調器がある。MZ型光変調器は、例えば、印加された電場強度に比例して屈折率が変化する、ニオブ酸リチウム(LN:LiNbO3)等の電気光学結晶からなる基板の表面に、1対の光導波路を形成することによって形成される。LN変調器を用いたデジタル光送信機は、例えば、引用文献1に開示されている。
LN変調器においては、二つの直交する光変調信号の光強度の差、つまり、偏波依存性損失(PDL:Polarization Dependent Loss)が問題となる。PDLが生じることにより、デジタル光送信機から送信される送信信号の特性が劣化する。一般的なデジタル光送信機に求められるPDL特性は、+/−1.0dB程度である。
例えば、特許文献2には、異なる2つのトーン変調信号を用いてPDLを補償する偏波多重光伝送システムが開示されている。特許文献2の偏波多重光伝送システムにおいては、異なる2つのトーン変調信号を、X偏波およびY偏波の光信号にそれぞれ重畳して送信する。そして、光信号を受信した中継器等において、光信号からトーン変調信号を抽出し、2つのトーン変調信号の強度比に基づいてPDLを補償する。
しかしながら、引用文献2の偏波多重光伝送システムは、光信号を受信した中継器等において、トーン変調信号の強度比に基づいてPDLを補償する。この場合、受信した光信号の光レベルが低下していると、光レベルに比例してトーン変調信号の強度比も小さくなるため、十分なPDL補償を行うことができない。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、光送信機内においてPDLを高精度に補償して、品質の高い送信信号を出力することができる光送信機および光送信方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る光送信機は、光信号を生成して出力する光出力手段と、送信情報に基づいて第1データおよび第2データを生成して出力するデータ出力手段と、2つの電圧を生成すると共に入力されたバイアス制御情報に基づいて互いに周波数が異なる第1パイロット信号および第2パイロット信号を生成し、前記2つの電圧に前記第1パイロット信号および第2パイロット信号をそれぞれ重畳して第1バイアス電圧および第2バイアス電圧として出力する駆動手段と、前記出力された光信号を2分岐する分岐手段、前記第1バイアス電圧によって駆動され、分岐された一方の光信号を前記出力された第1データに基づいて変調し、第1変調信号を出力する第1変調手段、前記第2バイアス電圧によって駆動され、分岐された他方の光信号を前記出力された第2データに基づいて変調し、第2変調信号を出力する第2変調手段、および、前記第1変調信号および第2変調信号を合波して変調信号を出力する合波手段を備える光変調器と、前記出力された変調信号から第1パイロット信号および第2パイロット信号を抽出し、抽出された第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいて前記バイアス制御情報を生成して出力する制御手段と、を備える。
上記目的を達成するために本発明に係る光送信方法は、入力された光信号を2分岐する分岐手段、第1バイアス電圧によって駆動され、分岐した一方の光信号を第1データに基づいて変調して第1変調信号を出力する第1変調手段、第2バイアス電圧によって駆動され、分岐した他方の光信号を第2データに基づいて変調して第2変調信号を出力する第2変調手段、および、前記第1変調信号と第2変調信号とを合波して変調信号を出力する合波手段を備える光変調器を用いる。この光送信方法は、光信号を生成して前記光変調器へ出力し、前記出力された変調信号から第1パイロット信号および第2パイロット信号を抽出し、前記第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいてバイアス制御情報を生成して出力し、送信情報に基づいて第1データおよび第2データを生成して前記光変調器へ出力し、前記出力されたバイアス制御情報に基づいて2つの電圧を生成し、生成した2つの電圧に互いに周波数が異なる第1パイロット信号および第2パイロット信号をそれぞれ重畳して第1バイアス電圧および第2バイアス電圧として前記光変調器へ出力する。
上述した本発明の態様によれば、光送信機内においてPDLを高精度に補償して、品質の高い送信信号を出力することができる。
<第1の実施形態>
本発明に係る第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送信機のブロック構成図を図1に示す。図1において、光送信機10は、光出力手段20、データ出力手段30、駆動手段40、光変調器50および制御手段60を備える。
本発明に係る第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送信機のブロック構成図を図1に示す。図1において、光送信機10は、光出力手段20、データ出力手段30、駆動手段40、光変調器50および制御手段60を備える。
光出力手段20は、送信信号の元となる光信号を生成して光変調器50へ出力する。
データ出力手段30は、制御手段60から入力された送信情報に基づいて、光信号を変調するための第1データおよび第2データを生成する。さらに、データ出力手段30は、生成した第1データおよび第2データの電気信号振幅を、制御手段60から入力された振幅情報に基づいて所定の大きさに調整し、光変調器50の第1変調手段52および第2変調手段53へそれぞれ出力する。
駆動手段40は、入力されたバイアス制御情報に基づいて、光変調器50の第1変調手段52および第2変調手段53をそれぞれ駆動するための2つの電圧を生成する。そして、駆動手段40は、互いに周波数が異なる第1パイロット信号および第2パイロット信号を、生成した2つの電圧にそれぞれ重畳し、第1バイアス電圧および第2バイアス電圧として光変調器50の第1変調手段52および第2変調手段53へそれぞれ印加する。
光変調器50は、分岐手段51、第1変調手段52、第2変調手段53および合波手段54を備える。
分岐手段51は、光出力手段20から入力された光信号を2分岐し、一方の光信号を第1変調手段52へ、他方の光信号を第2変調手段53へ出力する。
第1変調手段52は、駆動手段40から第1バイアス電圧が印加されると共に、分岐手段51において分岐された一方の光信号およびデータ出力手段30から出力された第1データが入力する。第1変調手段52は、第1バイアス電圧によって駆動され、分岐された一方の光信号を入力された第1データによって変調し、第1変調信号を合波手段54へ出力する。
第2変調手段53は、駆動手段40から第2バイアス電圧が印加されると共に、分岐手段51において分岐された他方の光信号およびデータ出力手段30から出力された第2データが入力する。第2変調手段53は、第2バイアス電圧によって駆動され、分岐された他方の光信号を入力された第2データによって変調し、第2変調信号を合波手段54へ出力する。
合波手段54は、第1変調手段52から入力された第1変調信号と、第2変調手段53から入力された第2変調信号とを合波し、変調信号を出力する。
制御手段60は、相手局に送信する送信情報をデータ出力手段30へ出力する。また、制御手段60は、光変調器50から出力された変調信号から第1パイロット信号および第2パイロット信号を抽出する。そして、制御手段60は、抽出した第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいて振幅情報を生成し、データ出力手段30へ出力する。制御手段60は、例えば、第1変調手段52から出力される第1変調信号の光出力強度と第2変調手段53から出力される第2変調信号の光出力強度とを同じにするための第1データおよび第2データの電気信号振幅を演算する。そして、制御手段60は、演算した第1データおよび第2データの電気信号振幅を振幅情報としてデータ出力手段30へ出力する。なお、制御手段60はさらに、抽出した第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比が所望の値になるようにフィードバック制御するためのバイアス制御情報を生成し、駆動手段40へ出力することもできる。
上記のように構成された光送信機10は、光変調器50から出力された変調信号に含まれているパイロット信号の強度比を用いて、変調用データの電気信号振幅を調整する制御を行う。第1変調手段52から出力される第1変調信号の光出力強度と、第2変調手段53から出力される第2変調信号の光出力強度とが同じになるように変調用データの電気信号振幅を調整することにより、第1変調信号および第2変調信号間で発生するPDLが低減される。
従って、本実施形態に係る光送信機10は、自機内においてPDLを高精度に補償し、品質の高い変調信号を出力することができる。
なお、光送信機10が偏波多重方式を適用する場合、分岐手段51は、光信号をX偏波光信号とY偏波光信号とに分岐して第1変調手段52、第2変調手段53へ出力する。光送信機10がQPSK変調を行う場合、光送信機10に各種補正を行う予等化処理手段や、変調信号のレベルを調整する光増幅手段等をさらに配置することもできる。
<第2の実施形態>
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送信機の構成図を図2に示す。図2において、光送信機100は、光源110、DATAドライバ120、変調器130、第1バイアス制御回路140、第2バイアス制御回路150および制御部160を備える。
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送信機の構成図を図2に示す。図2において、光送信機100は、光源110、DATAドライバ120、変調器130、第1バイアス制御回路140、第2バイアス制御回路150および制御部160を備える。
光源110は、送信信号の元となる連続光を生成して変調器130へ出力する。
DATAドライバ120には、制御部160から送信情報および振幅情報が入力される。DATAドライバ120は、制御部160から入力された送信情報を送信信号の変調方式に応じて符号化し、送信データDATA1およびDATA2(データ列)を生成する。DATAドライバ120はさらに、制御部160から入力された振幅情報に基づいて、生成した送信データDATA1およびDATA2の電気信号振幅を調整する。そして、DATAドライバ120は、振幅を調整した送信データDATA1およびDATA2を変調器130の後述する第1変調部132および第2変調部133へそれぞれ出力する。
変調器130は、第1バイアス制御回路140から印加された駆動用バイアス電圧Vx、Vyによって駆動され、光源110から入力された連続光をDATAドライバ120から入力された送信データDATA1およびDATA2を用いて変調する。変調器130のブロック構成図を図3に示す。図3において、変調器130は、分波器131、第1変調部132、第2変調部133および合波器134を備える。
分波器131は、光源110から入力された連続光を2分岐し、一方を第1変調部132へ、他方を第2変調部133へ出力する。
第1変調部132は、第1バイアス制御回路140から印加された駆動用バイアス電圧Vxによって駆動され、入力された一方の連続光をDATAドライバ120から入力された送信データDATA1を用いて変調し、X偏波の変調信号を出力する。
第2変調部133は、第1バイアス制御回路140から印加された駆動用バイアス電圧Vyによって駆動され、入力された他方の連続光をDATAドライバ120から入力された送信データDATA2を用いて変調し、Y偏波の変調信号を出力する。
合波器134は、第1変調部132から入力されたX偏波の変調信号と、第2変調部133から入力されたY偏波の変調信号とを合波し、変調信号(送信信号)を出力する。
第1バイアス制御回路140は、制御部160から入力されたバイアス制御情報に基づいてバイアス電圧V’x、V’yを生成し、生成したバイアス電圧V’x、V’yにバイアス制御用のパイロット信号を重畳する。第1バイアス制御回路140は、パイロット信号が重畳されたバイアス電圧を、駆動用バイアス電圧Vx、Vyとして変調器130の第1変調部132、第2変調部133へそれぞれ印加する。本実施形態に係る第1バイアス制御回路140は、バイアス制御用のパイロット信号として、互いに周波数が異なる低周波数の2つのパイロット信号(fx、fy)を、生成した直流バイアス電圧V’x、V’yにそれぞれ重畳する。
第2バイアス制御回路150には、変調器130から出力された変調信号(送信信号)の一部が入力される。第2バイアス制御回路150は、入力された変調信号を復調し、2つのパイロット信号(fx、fy)を取り出して制御部160へ出力する。
制御部160は、相手局へ送信する情報を送信情報としてDATAドライバ120へ出力する。また、制御部160は、第2バイアス制御回路150から入力された2つのパイロット信号(fx、fy)の出力強度の比に基づいて、第1バイアス制御回路140をフィードバック制御するためのバイアス制御情報を生成して第1バイアス制御回路140へ出力する。ここで、変調器130から出力された変調信号の出力強度に基づいて第1バイアス制御回路140をフィードバック制御することを、ABC制御(Automatic Bias Control)という。
本実施形態に係る制御部160はさらに、入力された2つのパイロット信号(fx、fy)の出力強度の比に基づいて、送信データDATAの電気信号振幅を調整するための振幅情報を生成してDATAドライバ120へ出力する。制御部160は、第1変調部132から出力されるX偏波の変調信号の出力強度と、第2変調部133から出力されるY偏波の変調信号の出力強度とを一致させるための送信データDATA1およびDATA2の電気信号振幅を演算する。そして、制御部160は、演算した送信データDATA1およびDATA2の電気信号振幅を、振幅情報としてDATAドライバ120へ出力する。
次に、ABC制御を行うことにより、変調器130から出力される変調信号の出力強度がどのように変化するかについて説明する。変調器130のVπカーブ特性の一例を図4Aに示す。
例えば、第1バイアス制御回路140からsin波形型の駆動用バイアス電圧を印加することにより、変調器130からsin波形型の出力強度を有する変調信号が出力される。そして、ABC制御によって印加する駆動用バイアス電圧を小さくすることにより、変調器130から出力される変調信号の出力強度が小さくなる(実線→点線)。なお、図4Aに示すように、変調器130はNULL点をバイアス点として駆動される。
次に、送信データDATAの電気信号振幅調整を行うことにより、変調器130から出力される変調信号の出力強度がどのように変化するかについて、図4A、図4Bを用いて説明する。図4Bは、DATAドライバ120から出力される送信データDATAの電気信号振幅を変化させた場合の送信データDATAのアイパターンである。図4Bにおいて、アイパターンの高さ(レベル)がDATAの電気信号振幅に比例すると共にクロスポイント(2本の斜線の交点)がNULL点の位置とほぼ一致する。
図4Bにおいて、DATAドライバ120から出力される送信データDATAの電気信号振幅を変更して、アイパターンのレベルを小さくすることにより(実線→点線)、変調器130から出力される変調信号の出力強度が小さくなる(図4Aの実線→点線)。
従って、ABC制御に加えて変調用送信データDATAの電気信号振幅による制御を施すことにより、X偏波の変調信号の出力強度とY偏波の変調信号の出力強度とを高精度に制御することができる。
以上のように、本実施形態に係る光送信機100は、駆動用バイアス電圧にパイロット信号を重畳する一方、変調器130から出力された変調信号から取り出したパイロット信号の出力強度の比に基づいて、変調器130の駆動用バイアス電圧および送信データDATAの電気信号振幅を制御する。
ABC制御に加えて送信データDATAの電気信号振幅を用いた制御を行うことにより、ABC制御のみを行う場合と比較して、より感度の高いPDL抑制を行うことができる。また、PDLを低減するためにバイアス制御用のパイロット信号を用いて送信データDATAの電気信号振幅を調整する場合、PDL補償用の回路を別途配置する必要がない。従って、光送信機100が大型になるのを避けることができると共に、コストが高くなることを避けることができる。
なお、PDLが温度や波長によって変動する場合には、予め、変調器130へ補正値の標準値を設定しておき、パイロット信号の出力強度の比に基づいて送信データDATAの電気信号振幅を動的に制御することができる。この場合、制御が複雑になることを避けることができ、制御部160における演算負荷を軽減することができる。
<実施例>
光送信機100がQPSK変調を行う場合において、DATAドライバ120から出力する送信データDATA1の電気信号振幅を変化させた時の、変調器130から出力されるX偏波の変調信号(I−ch信号およびQ−ch信号)の出力強度のシミュレーション結果を図5に示す。
光送信機100がQPSK変調を行う場合において、DATAドライバ120から出力する送信データDATA1の電気信号振幅を変化させた時の、変調器130から出力されるX偏波の変調信号(I−ch信号およびQ−ch信号)の出力強度のシミュレーション結果を図5に示す。
なお、光送信機100がQPSK変調を行う場合、変調器130は、例えば、偏波保持スプリッタ、2つのMZ型光変調器、移相器および偏波多重部等から成る2式の光変調手段等によって構成される。そして、電気信号振幅が等しいX偏波のI−ch用送信DATA1およびX偏波のQ−ch用送信DATA1、電気信号振幅が等しいY偏波のI−ch用送信DATA2およびY偏波のQ−ch用送信DATA2が4つのMZ型光変調器へそれぞれ入力される。
図5に、DATAドライバ120から第1変調部132へ出力する送信データDATA1の電気信号振幅を1.0倍→0.9倍→0.8倍に変化させた時の、送信DATA1のアイパターンおよびX偏波の変調信号(X偏波のI−ch信号およびX偏波のQ−ch信号)の光出力強度を示す。なお、本シミュレーションでは、光出力を最大にする2Vpiを基準とした。
図5から分かるように、送信データDATA1の電気信号振幅を1.0倍→0.9倍→0.8倍に変化させることにより、送信データDATA1のアイパターンのレベルは0.50→0.45→0.40に下がる。
そして、送信データDATA1の電気信号振幅を1.0倍→0.9倍→0.8倍に変化させることにより、変調器130から出力されるX偏波の変調信号(X偏波のI−ch用送信DATA1およびX偏波のQ−ch用送信DATA1)の光出力強度のレベルがそれぞれ、0.010→0.0098→0.009に下がる。
シミュレーション結果から分かるように、変調器130へ出力する送信データDATA1および送信データDATA2の電気信号振幅を調整することにより、X偏波の変調信号のレベルおよびY偏波の変調信号のレベルを高精度に制御することができる。
従って、変調器130から出力された変調信号から取り出したパイロット信号の出力強度の比に基づいて送信データDATA1および送信データDATA2の電気信号振幅を調整することにより、光送信機100がQPSK変調を行う場合においても、精度のより高いPDL抑制を行うことができる。
ここで、上述の光送信機100が配された光伝送システムは、光増幅器、中継器などの複数の機器においてPDLが発生する。この場合、光伝送システムの送信端においてパイロット信号を取り出し、送信端でのPDLがゼロになるように、光送信機100において送信データDATAの電気信号振幅を調整することもできる。
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
本願発明は、LN変調器を用いたデジタル光送信機や、該デジタル光送信機が配置されたデジタルコヒーレント光通信システムに広く適用することができる。
この出願は、2014年2月25日に出願された日本出願特願2014−034033を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
10 光送信機
20 光出力手段
30 データ出力手段
40 駆動手段
50 光変調器
51 分岐手段
52 第1変調手段
53 第2変調手段
54 合波手段
60 制御手段
100 光送信機
110 光源
120 DATAドライバ
130 変調器
131 分波器
132 第1変調部
133 第2変調部
134 合波器
140 第1バイアス制御回路
150 第2バイアス制御回路
160 制御部
20 光出力手段
30 データ出力手段
40 駆動手段
50 光変調器
51 分岐手段
52 第1変調手段
53 第2変調手段
54 合波手段
60 制御手段
100 光送信機
110 光源
120 DATAドライバ
130 変調器
131 分波器
132 第1変調部
133 第2変調部
134 合波器
140 第1バイアス制御回路
150 第2バイアス制御回路
160 制御部
Claims (8)
- 光信号を生成して出力する光出力手段と、
送信情報に基づいて第1データおよび第2データを生成して出力するデータ出力手段と、
2つの電圧を生成すると共に入力されたバイアス制御情報に基づいて互いに周波数が異なる第1パイロット信号および第2パイロット信号を生成し、前記2つの電圧に前記第1パイロット信号および第2パイロット信号をそれぞれ重畳して第1バイアス電圧および第2バイアス電圧として出力する駆動手段と、
前記出力された光信号を2分岐する分岐手段、前記第1バイアス電圧によって駆動され、分岐された一方の光信号を前記出力された第1データに基づいて変調し、第1変調信号を出力する第1変調手段、前記第2バイアス電圧によって駆動され、分岐された他方の光信号を前記出力された第2データに基づいて変調し、第2変調信号を出力する第2変調手段、および、前記第1変調信号および第2変調信号を合波して変調信号を出力する合波手段を備える光変調器と、
前記出力された変調信号から第1パイロット信号および第2パイロット信号を抽出し、抽出された第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいて前記バイアス制御情報を生成して出力する制御手段と、
を備える光送信機。 - 前記第1パイロット信号および第2パイロット信号はそれぞれ、低周波領域の信号である、請求項1記載の光送信機。
- 前記データ出力手段は、入力された振幅情報に基づいて前記第1データおよび第2データの振幅を所定の大きさに調整して出力し、
前記制御手段は、前記抽出された第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいて、前記振幅情報を生成して出力する、
請求項1または2記載の光送信機。 - 前記分岐手段は、X偏波の光信号を第1変調手段へ出力し、Y偏波の光信号を第2変調手段へ出力する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光送信機。
- 入力された光信号を2分岐する分岐手段、第1バイアス電圧によって駆動され、分岐した一方の光信号を第1データに基づいて変調して第1変調信号を出力する第1変調手段、第2バイアス電圧によって駆動され、分岐した他方の光信号を第2データに基づいて変調して第2変調信号を出力する第2変調手段、および、前記第1変調信号と第2変調信号とを合波して変調信号を出力する合波手段を備える光変調器を用いた光送信方法であって、
光信号を生成して前記光変調器へ出力し、
前記出力された変調信号から第1パイロット信号および第2パイロット信号を抽出し、前記第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいてバイアス制御情報を生成して出力し、
送信情報に基づいて第1データおよび第2データを生成して前記光変調器へ出力し、
前記出力されたバイアス制御情報に基づいて2つの電圧を生成し、生成した2つの電圧に互いに周波数が異なる第1パイロット信号および第2パイロット信号をそれぞれ重畳して第1バイアス電圧および第2バイアス電圧として前記光変調器へ出力する、
光送信方法。 - 前記第1パイロット信号および第2パイロット信号はそれぞれ、低周波領域の信号である、請求項5記載の光送信方法。
- 前記第1パイロット信号および第2パイロット信号の強度比に基づいて振幅情報をさらに生成して出力し、
前記生成した第1データおよび第2データの振幅を、前記出力された振幅情報に基づいて所定の大きさに調整し、前記光変調器へ出力する、
請求項5または6記載の光送信方法。 - 前記分岐手段は、X偏波の光信号を第1変調手段へ出力し、Y偏波の光信号を第2変調手段へ出力する、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の光送信方法。
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