JP2014146915A - Digital optical transmitter, optical communication system, and digital optical transmission method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法に関し、特に、デジタルコヒーレント光通信を行うデジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法に関する。 The present invention relates to a digital optical transmitter, an optical communication system, and a digital optical transmission method, and more particularly to a digital optical transmitter, an optical communication system, and a digital optical transmission method that perform digital coherent optical communication.
インターネットや映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴い、長距離大容量かつ高信頼な光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。光ファイバ通信システムでは、光伝送路である光ファイバの敷設コスト低減や、光ファイバ1本当たりの伝送帯域利用効率を高めることが重要である。このため、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の重要性が増している。 With the explosive demand for broadband multimedia communication services such as the Internet and video distribution, the introduction of long-distance, large-capacity and highly reliable optical fiber communication systems is progressing. In an optical fiber communication system, it is important to reduce the installation cost of an optical fiber, which is an optical transmission line, and to increase the transmission band utilization efficiency per optical fiber. For this reason, the importance of digital coherent optical communication technology using a digital optical transceiver is increasing.
デジタルコヒーレント光通信は、大容量光通信システムにおいて一般的に広く応用されているOOK(on−off keying)などの変調方式を用いたアナログ光送受信機に比べ、3〜6dBの受信感度向上を実現できると同時に、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。従って、デジタルコヒーレント光通信は、通信装置の性能向上、低コスト化などを実現することが可能である。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、あるいは、予等化などを行うためにD/A変換器出力を用いた任意波形変調が可能な光変調器が用いられる。 Digital coherent optical communication improves reception sensitivity by 3 to 6 dB compared to analog optical transceivers using modulation methods such as OOK (on-off keying), which are widely applied in large-capacity optical communication systems. At the same time, waveform distortion compensation, such as chromatic dispersion compensation and polarization dispersion compensation, can be compensated by digital signal processing (DSP) on the transmission side or reception side. Therefore, digital coherent optical communication can realize improvement in performance and cost reduction of the communication device. In such a digital optical transmitter, the output of the D / A converter is used in order to perform multilevel modulation using QPSK (quadure phase shift keying) modulation, QAM (quadraure amplitude modulation) modulation, or pre-equalization. The used optical modulator capable of arbitrary waveform modulation is used.
デジタル光送信機で用いられる光変調器として、例えば、光導波路型のマッハツェンダ(以下MZ:Mach−Zehnder)型干渉計に光導波路型の光位相変調器を組み込んだ、MZ型光変調器が用いられる。MZ型光変調器では、印加電圧と干渉計の構成を調整することにより、強度変調や位相変調などの種々の光変信号生成することができる。 As an optical modulator used in a digital optical transmitter, for example, an MZ optical modulator in which an optical waveguide type optical phase modulator is incorporated in an optical waveguide type Mach-Zehnder (hereinafter referred to as MZ) interferometer is used. It is done. In the MZ type optical modulator, various optical variable signals such as intensity modulation and phase modulation can be generated by adjusting the applied voltage and the configuration of the interferometer.
特許文献1、2には、ニオブ酸リチウム(LiNbO3、以下LN)等の印加された電場強度に比例して屈折率が変化する電気光学結晶からなる基板の表面に、光導波路が形成されたMZ型光変調器が開示されている。しかし、LN変調器を用いた光変調では、光導波路で生じる直流ドリフトを補償するための自動バイアス制御(ABC:automatic bias control)が必要である。
In
そこで、特許文献1には、DQPSK(differntial QPSK)変調を用いた際のABCにおいて、直流バイアスを印加する電極に低周波信号を重畳することにより、位相ずれを検出し、フィードバック制御によりABCを行う手法が開示されている。また、特許文献2には、LN光変調器を用いた光送信機において、光スペクトラムアナライザを用いて位相シフト電圧や光スペクトラム比の変化を計測し、計測結果に基づいて位相ずれを調整する手法が開示されている。
Therefore, in
一方、特許文献3には、低電圧でも駆動可能な光素子として、ガリウム砒素(GaAs)やインジウム燐(InP)などの半導体を用いた光導波路型のMZ型光変調器が開示されている。半導体を用いた光導波路では、LN変調器のようなABCは必要とされないが、波長切り替えや温度変動により、最適設定値からのずれが生じる。特許文献3にはさらに、最適設定値からのずれを補償する手法として、低周波信号を重畳し、出力信号のスペクトルを監視し、フィードバック制御を行うことにより、分割電極へ印加する電圧の調整を行う手法が開示されている。 On the other hand, Patent Document 3 discloses an optical waveguide type MZ optical modulator using a semiconductor such as gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP) as an optical element that can be driven even at a low voltage. In an optical waveguide using a semiconductor, ABC like an LN modulator is not required, but deviation from the optimum setting value occurs due to wavelength switching or temperature fluctuation. Further, in Patent Document 3, as a method for compensating for the deviation from the optimum setting value, the low-frequency signal is superimposed, the spectrum of the output signal is monitored, and feedback control is performed to adjust the voltage applied to the divided electrodes. The technique to do is disclosed.
デジタル光送信機においては、LN光変調器を用いた際に発生する直流ドリフトや、半導体光変調器を用いた際に発生する波長切り替えや温度変動に伴う位相ずれ等のI−Qインバランスを、フィードバック制御や各種パラメータをシフトさせる等により補償する必要がある。QAMなどの多値変調信号や複雑な送信波形を用いる予等化信号を用いた際には、制御の精度が十分とれずに送信波形が歪み、結果として受信性能が劣化する。 In digital optical transmitters, DC imbalances such as DC drift that occurs when using an LN optical modulator, wavelength switching that occurs when a semiconductor optical modulator is used, and phase shifts due to temperature fluctuations, etc. It is necessary to compensate by feedback control or shifting various parameters. When a multi-level modulation signal such as QAM or a pre-equalization signal using a complicated transmission waveform is used, the transmission waveform is distorted without sufficient control accuracy, resulting in a deterioration in reception performance.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるI−Qインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができるデジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and can easily compensate for IQ imbalance caused by changes in transmission conditions such as wavelength switching and temperature fluctuation, and can maintain transmission signal quality suitably. An optical transmitter, an optical communication system, and a digital optical transmission method are provided.
上記目的を達成するために本発明に係るデジタル光送信機は、送信条件に応じた制御信号を生成するI−Qバランス制御部と、制御信号に基づいて第1のデータ及び第2のデータの2系列のデータを生成する送信データ系列演算処理部と、入力した光信号を2分岐して出力する光分岐部と、分岐された一方の光信号を第1のデータに基づいて光変調し、第1の光信号として出力する第1の光変調器と、分岐された他方の光信号を第2のデータに基づいて光変調し、第2の光信号として出力する第2の光変調器と、第1の光信号と第2の光信号とを所定の位相差φで結合する結合部と、を備え、制御信号は、位相差φからのずれ量を打ち消す処理を行うための信号であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a digital optical transmitter according to the present invention includes an IQ balance control unit that generates a control signal according to a transmission condition, and first and second data based on the control signal. A transmission data sequence calculation processing unit for generating two series of data, an optical branching unit for branching and outputting the input optical signal, and optically modulating one of the branched optical signals based on the first data; A first optical modulator that outputs as a first optical signal, a second optical modulator that optically modulates the other branched optical signal based on the second data, and outputs the second optical signal as a second optical signal; And a coupling unit that couples the first optical signal and the second optical signal with a predetermined phase difference φ, and the control signal is a signal for performing processing for canceling the amount of deviation from the phase difference φ. It is characterized by that.
上記目的を達成するために本発明に係る光通信システムは、波長λ1の送信信号を送信する上記のデジタル光送信機と、波長λ2の受信信号を受信するデジタル光受信機と、波長多重された光信号に送信された波長λ1の送信信号を合波すると共に、波長多重された光信号から波長λ2の受信信号を分離して出力するROADM装置と、を備え、デジタル光送信機は、波長λ1に応じた予等化処理を行うことを特徴とする。 To achieve the above object, an optical communication system according to the present invention is wavelength-multiplexed with the above-described digital optical transmitter that transmits a transmission signal of wavelength λ1, a digital optical receiver that receives a reception signal of wavelength λ2, and And a ROADM device that multiplexes the transmission signal of wavelength λ1 transmitted to the optical signal and separates and outputs the reception signal of wavelength λ2 from the wavelength-multiplexed optical signal, and the digital optical transmitter has the wavelength λ1 A pre-equalization process corresponding to the above is performed.
上記目的を達成するために本発明に係るデジタル光送信方法は、送信条件に応じた制御信号を生成し、制御信号に基づいて位相差φからのずれ量を打ち消すための予等化処理が行われた第1のデータ及び第2のデータを生成し、入力した光信号を2分岐して出力し、分岐された一方の光信号を第1のデータに基づいて光変調して第1の光信号として出力すると共に他方の光信号を第2のデータに基づいて光変調して第2の光信号として出力し、第1の光信号と第2の光信号とを所定の位相差φで結合する。 In order to achieve the above object, the digital optical transmission method according to the present invention generates a control signal according to transmission conditions, and performs pre-equalization processing for canceling the deviation amount from the phase difference φ based on the control signal. The first data and the second data are generated, the input optical signal is branched into two and output, and one of the branched optical signals is optically modulated based on the first data to generate the first light The optical signal is output as a signal and the other optical signal is optically modulated based on the second data and output as a second optical signal, and the first optical signal and the second optical signal are combined with a predetermined phase difference φ. To do.
本発明に係るデジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法は、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるI−Qインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができる。 The digital optical transmitter, the optical communication system, and the digital optical transmission method according to the present invention easily compensate for IQ imbalance caused by changes in transmission conditions such as wavelength switching and temperature fluctuations, and keep transmission signal quality favorable. be able to.
(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。本実施形態に係るデジタル光送信機のブロック構成図を図1に示す。図1において、本実施形態に係るデジタル光送信機10は、I−Qバランス制御部20、送信データ系列演算処理部30、光分岐部40、第1の光変調器51、第2の光変調器52および結合部60を備える。
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described. A block diagram of a digital optical transmitter according to this embodiment is shown in FIG. In FIG. 1, a digital optical transmitter 10 according to the present embodiment includes an IQ
I−Qバランス制御部20は、送信条件に応じた制御信号を生成して送信データ系列演算処理部30へ出力する。本実施形態に係るI−Qバランス制御部20は、第1の光変調器51および第2の光変調器52の特性に基づいて位相差φからのずれ量Δφを演算し、演算したずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφを2系列のデータに付与するための制御信号を生成する。
The IQ
具体的には、I−Qバランス制御部20は、光変調器51、52が扱う光信号の波長λおよび光変調器51、52の温度Tに基づいて、位相差φからのずれ量Δφを演算する。なお、光信号の波長λおよび光変調器51、52の温度Tごとに予め演算された複数のずれ量Δφが登録されているルックアップテーブルを保持し、I−Qバランス制御部20が、その時に扱っている波長λおよび計測した光変調器51、52の温度Tに対応するずれ量Δφをルックアップテーブルから抽出し、抽出したずれ量Δφに基づいて制御信号を生成することもできる。
Specifically, the IQ
送信データ系列演算処理部30は、I−Qバランス制御部20から入力した制御信号に基づいて第1のデータ及び第2のデータの2系列のデータを生成し、それぞれ第1の光変調器51及び第2の光変調器52へ出力する。制御信号を用いることにより、第1のデータ及び第2のデータには、結合部60において発生する位相差φからのずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφの位相差が付与される。以下、第1のデータ及び第2のデータに補償量−Δφを付与することを、予等化処理と記載する。
The transmission data series
光分岐部40は図示しない光源から出力された光信号を2分割し、一方を第1の光変調器51へ、他方を第2の光変調器52へ出力する。
The
第1の光変調器51は、光分岐部40から入力した一方の光信号を送信データ系列演算処理部30から入力した第1のデータに基づいて光変調し、第1の光信号として出力する。第2の光変調器52は、光分岐部40から入力した他方の光信号を送信データ系列演算処理部30から入力した第2のデータに基づいて光変調し、第2の光信号として出力する。ここで、第1の光信号はI−chの光信号であり、第2の光信号はQ−chの光信号である。
The first
結合部60は、第1の光変調器51から出力された第1の光信号および第2の光変調器52から出力された第2の光信号を、所定の位相差φを付与して結合し、送信信号として出力する。ここで、光変調器51、52は波長依存性と温度依存性を有することから、第1の光信号と第2の光信号には波長や温度に応じた位相差(ずれ量Δφ)が発生する。しかし、本実施形態においては、光変調器51及び光変調器52に入力される第1のデータ及び第2のデータに、ずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφが予め付与されていることから、結合部60において第1の光信号と第2の光変調器52が所望の位相差φで結合され、品質が好適に保たれた送信信号が出力される。
The combining
以上のように、本実施形態に係るデジタル光送信機10は、I−Qバランス制御部20が光変調器51、52の特性に基づいて制御信号を生成し、送信データ系列演算処理部30が該制御信号に基づいて2系列のデータを生成する。制御信号に基づくことにより、光変調器51、52に入力される2系列のデータには、ずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφが付与される。
As described above, in the digital optical transmitter 10 according to the present embodiment, the IQ
従って、光変調器51、52の特性により、結合部60において位相差を付与した時に所定の位相差φからΔφずれた場合でも、予め付与されている補償量−Δφによってずれ量Δφが補償され、所望の位相差φを有する送信信号を得ることができる。すなわち、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるI−Qインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができるデジタル光送信機10を提供することができる。
Therefore, due to the characteristics of the
(第2の実施形態)
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係るデジタル光送信機のブロック構成図を図2に示す。図2において、本実施形態に係るデジタル光送信機100は、送信データ系列演算処理部101、符号化器102、I−Qインバランス補償回路103、I−Qバランス制御部104、デジタル−アナログ変換器(DAC:digital to analog converter)105、ドライバアンプ106、MZ型I−Q光変調器107、I−ch用光変調器108、Q−ch用光変調器109、位相シフト部位相器110、光源111、及び制御部112を備える。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described. FIG. 2 shows a block diagram of the digital optical transmitter according to this embodiment. In FIG. 2, a digital
ここで、図2では、同一の機能を備えるユニットが複数ある場合には、参照符号に−1、−2等を付して区別している。説明の際には、特に区別する必要がない限り、例えば「D/A変換器105−1」、「D/A変換器105−2」等を「D/A変換器105」と記載する。 Here, in FIG. 2, when there are a plurality of units having the same function, the reference numerals are assigned with -1, -2, etc., for distinction. In the description, for example, “D / A converter 105-1”, “D / A converter 105-2”, and the like are described as “D / A converter 105” unless there is a particular need for distinction.
送信データDATA1及びDATA2(データ列)が、送信データ系列演算処理部101に入力される。送信データ系列演算処理部101に入力されたデータ列は、符号化器102において送信信号の変調方式に応じた符号化が行われた後、I−Qインバランス補償回路103においてI−Qバランス制御部104からの制御信号に応じたI−Qインバランス補償が施される。そして、I−ch(in−phase channel)信号とQ−ch(quadrature−channel)信号とに分離されて、I−Qインバランス補償回路103から出力される。I−Qインバランス補償回路103及びI−Qバランス制御部104については後述する。
Transmission data DATA1 and DATA2 (data string) are input to the transmission data sequence
I−Qインバランス補償回路103から出力されたI−ch信号とQ−ch信号はそれぞれ、DAC105−1及び105−2においてデジタルの電気信号からアナログの電気信号へ変換された後、ドライバアンプ106−1及び106−2において増幅され、I−ch用光変調器108及びQ−ch用光変調器109に出力される。
The I-ch signal and Q-ch signal output from the I-Q
一方、光源111から出力された光信号は、MZ型I−Q光変調器107に入力される。MZ型I−Q光変調器107は、I−ch用光変調器108、Q−ch用光変調器109、及び位相シフト部位相器110から構成される。
On the other hand, the optical signal output from the
MZ型I−Q光変調器107に入力された光信号は、光導波路に沿ってI−ch光導波路とQ−ch光導波路を通過する2つの光信号に分岐され、一方はI−ch用光変調器108を通過し、他方はQ−ch用光変調器109及び位相シフト部位相器110を通過する。このとき、I−ch用光変調器108及びQ−ch用光変調器109を通過する光信号には、ドライバアンプ106−1及び106−2から出力された電気信号に応じた光変調が施される。また、Q−ch用光変調器109を通過した光信号は、位相シフト部位相器110において位相がπ/2変化する。そして、I−ch用光変調器108を通過した光とQ−ch用光変調器109及び位相シフト部位相器110を通過した光は、出力段において合波され、MZ型I−Q光変調器107から送信信号として出力される。
The optical signal input to the MZ type I-Q
I−ch用光変調器108及びQ−ch用光変調器109としては、特許文献1および特許文献2に記載されているようなLN光変調器や分割電極型MZ型光変調器を用いることができる。従って、MZ型I−Q光変調器107は、LN光変調器や分割電極型MZ型光変調器を、ネスト型に配置した構成を用いることができる。ここで、MZ型I−Q光変調器107全体はparent(親) MZ型光変調器、I−ch用光変調器108及びQ−ch用光変調器109はchild(子) MZ型変調器などと呼ばれる。
As the I-ch
なお、図2では、位相シフト部位相器110をQ−ch用光変調器109と同じ光導波路上に配置したが、必ずしもQ−ch用光変調器109と同じ導波路上に配置する必要はなく、I−ch用光変調器108と同じ導波路に配置することもできる。さらに、位相器をI−ch、Q−ch両方の導波路に配置して、相対的にI−ch光導波路とQ−ch光導波路を通った光の位相差がπ/2になるようにしても良い。その場合は、後述するI−Qバランス制御部104のバイアス制御は、I−ch光導波路とQ−ch光導波路を通った光の位相差が相対的にπ/2となるように行う。
In FIG. 2, the phase
制御部112は、光源111の波長の切り替えを行う。本実施形態において、制御部112は波長切り替えた場合にさらに、後述のI−Qバランス制御部104に波長切り替えについて報知する。
The
次に、I−Qバランス制御部104の詳細動作について説明する。I−Qバランス制御部104は、I−ch光導波路とQ−ch光導波路を通った光の位相差がπ/2になるように、位相シフト部位相器110に直流バイアス電圧Vπ/2を印加する(バイアス制御)。
Next, the detailed operation of the IQ
一般的に、位相シフト部位相器110に印加されるVπ/2の最適値は、MZ型I−Q光変調器107の温度Tあるいは光源波長λに依って変化する。このため、経年変化によって温度Tが変化する場合や、ROADM(reconfigurable optical add/drop multiplexer)システムなどで光源波長λが切り替わる場合には最適なVπ/2が変動し、I−ch光導波路とQ−ch光導波路の位相差はπ/2+Δφ(T,λ)となる。
In general, the optimum value of V π / 2 applied to the phase
Vπ/2が調整されない場合には、MZ型I−Q光変調器107からの出力信号は、I−ch成分とQ−ch成分が正しく直交状態を保って合波されずに歪んだ信号として送信される。
When V π / 2 is not adjusted, the output signal from the MZ type I-Q
ここで、Δφ(T,λ)は温度T及び光源波長λの関数となるため、T及びλが指定されればΔφを一意に決定することができる。従って、I−Qバランス制御部104はさらに、指定されたT及びλに応じて補償量−Δφを決定し、決定した補償量−Δφに基づいて生成した制御信号をI−Qインバランス補償回路103へ出力する
I−Qインバランス補償回路103では、I−Qバランス制御部104からの制御信号を基に、I−chデータとQ−chデータの信号波形を演算する。すなわち、I−Qインバランス補償回路103において、I−ch用光変調器108の駆動波形とQ−ch用光変調器109の駆動波形に−Δφの位相差を発生させるための予等化処理(I−Qインバランス補償)を行う。
Here, since Δφ (T, λ) is a function of the temperature T and the light source wavelength λ, Δφ can be uniquely determined if T and λ are designated. Therefore, the IQ
予等化処理によって予めI−ch信号及びQ−ch信号に−Δφの位相差を付与することにより、MZ型I−Q光変調器107からは、I−ch成分とQ−ch成分が正しく直交状態を保って合波された、好適な出力信号が出力される。
By applying a phase difference of −Δφ to the I-ch signal and the Q-ch signal in advance by the pre-equalization process, the MZ type I-Q
さらに、本実施形態のI−Qバランス制御部104は、制御部112において光源111の波長の切り替えが行われた場合、光源波長λに応じて補償量−Δφの切り替えを行う。I−Qバランス制御部104は、T及びλの値に応じた好適な補償量−Δφをあらかじめ保持しており、デジタル光送信機100の立ち上げ時などに、T及びλの値からプリセット的に好適な補償量−Δφを選択し、選択した補償量−Δφに基づいて制御信号を生成する。このプリセット設定には、あらかじめ用意したルックアップテーブルを用いることができる。
Furthermore, when the wavelength of the
なお、T及びλの変動は経年的なゆっくりとした変動(切替)であるため、かならずしもプリセット設定値を用いる必要はない。I−Qバランス制御部104は、送信信号のアイ開口などの信号品質情報や、受信信号の誤り率などを用いた比較的応答速度の遅いトレーニングあるいは探索的な制御により、好適な補償量−Δφを決定することもできる。
Note that since the variations in T and λ are slow variations (switching) over time, it is not always necessary to use preset setting values. The IQ
ここで、I−Qバランス制御部104や制御部112は、LSI(large scale integration)などのチップ上に、送信データ系列演算処理部101と一緒に実装しても良い。また、制御信号は、I−Qバランス制御部104や制御部112において生成する代わりに、FPGA(field programmable gate array)、マイコン、PC上からの外部信号を用いることもできる。
Here, the IQ
次に、I−Qインバランス補償回路103の詳細動作について説明する。位相シフト部位相器110の位相シフト量がπ/2+Δφであった場合のMZ型I−Q光変調器107の出力信号について考える。
Next, detailed operation of the IQ
MZ型I−Q光変調器107の出力信号E”I+jE”Qは、I−ch光導波路の電場成分E’I及びQ−ch光導波路の電場成分E’Qを用いて、E’I+exp{j(π/2+Δφ)}E’Q=(E’I−sinΔφE’Q)+jcosΔφE’Q(jは虚数単位)と記述することができる。
The output signal E ″ I + jE ″ Q of the MZ type I-Q
従って、MZ型I−Q光変調器107の出力信号をベクトル表記すると(1)式のように表現できる。
従って、I−Qインバランス補償回路103では(1)式の逆演算として(2)式の演算を行えば良い。
すなわち、符号化器102からの出力信号のI−ch成分がEI、Q−ch成分がEQであるとき、I−Qインバランス補償回路103は、I−ch成分としてE’I=EI+(sinΔφ/cosΔφ)EQ、Q−ch成分としてE’Q=EQ/cosΔφを出力すれば良い。
Accordingly, when the output signal of the MZ type IQ
Therefore, the IQ
That is, when the I-ch component of the output signal from the
なお、(1)式及び(2)式によるI−Qインバランス補償は理想的な場合の例である。DAC105、ドライバアンプ106、MZ型I−Q光変調器107などのアナログデバイスの特性ばらつきや帯域制限により理想的でない場合には付加的な波形歪みが発生する。このため、必ずしも(1)式及び(2)式による補償を厳密に行う必要はない。概ね(1)式及び(2)式にしたがった補償を行うことで、送信信号のアイ開口などの信号品質情報や、受信信号の誤り率が好適になるような調整を行う。
The IQ imbalance compensation according to the equations (1) and (2) is an example of an ideal case. Additional waveform distortion occurs when it is not ideal due to variation in characteristics of analog devices such as the DAC 105, the driver amplifier 106, and the MZ type I-Q
以上のように、本実施形態のデジタル光送信機100では、I−Qインバランス補償回路103は、I−Qバランス制御部104がT及びλに応じて決定した補償量−Δφから生成した制御信号に基づいて、予等化処理(I−Qインバランス補償)を行う。この場合、温度変動や波長切り替えによりMZ型I−Q光変調器107においてI−Qインバランスが発生した際にも、I−Qインバランス補償回路103において予めI−Qインバランス補償が施され、好適な送信信号を送信することができる。
As described above, in the digital
なお、図2では、送信データ系列演算処理部101の内部機能として代表的に符号化器102とI−Qインバランス補償回路103のみを記載したが、実際のデジタル送信器においては、スペクトル整形回路、周波数特性調整回路、予等化回路等の種々の送信デジタル信号処理機能が実装される。
In FIG. 2, only the
また、MZ型I−Q光変調器107として半導体光変調器を用いれば、LN変調器で発生するような光導波路での直流ドリフトは原理的に無視できる。従って、位相シフト部位相器110に対してABCなどの自動制御を行う必要がなく、より安定にI−Qインバランス補償を行うことができる。
If a semiconductor optical modulator is used as the MZ type I-Q
さらに、上記の説明では位相シフト部110で与える位相差がπ/2(直交)の場合について記載したが、使用する変調方式に応じてπ/2以外の値(例えばφ)とすることができる。その場合は、予め決められたI−ch光導波路とQ−光導波路を通る光の位相差φからの位相ずれ量Δφを補償するように、I−Qインバランス補償回路103の演算処理を行う。
Further, in the above description, the case where the phase difference given by the
(第2の実施形態の変形例)
第2の実施形態の変形例に係るデジタル光送信機の構成を図3に示す。本実施形態のデジタル光送信機300では、図2のデジタル光送信機のMZ型I−Q光変調器107の替わりにMZ型I−Q光変調器301を用いる。ここで、図2に示した第2の実施形態のデジタル光送信機100と同一のものには同一符号を付し、その説明を省略する。
(Modification of the second embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of a digital optical transmitter according to a modification of the second embodiment. In the digital
MZ型I−Q光変調器301は、光分岐MMI(Multi−Mode Interference)カプラ302、I−ch用光変調器303、Q−ch用光変調器304、及び光合波MMIカプラ305を備える。
The MZ type IQ
光源111からの光信号は、MZ型I−Q光変調器301に入力された後、光分岐MMIカプラ302により、I−ch光導波路出力とQ−ch光導波路出力間に相対位相差φinが付与されて分岐される。
After the optical signal from the
分岐されたI−ch信号とQ−ch信号は、それぞれI−ch用光変調器303とQ−ch用光変調器304で所望の光変調が施された後、光合波MMIカプラ305にそれぞれ入力される。光合波MMIカプラ305は、I−ch光導波路を通過してきた光信号とQ−ch光導波路を通過してきた光信号に相対位相差φoutを付与して光合波する。このとき、φin+φout=π/2となるように光分岐MMIカプラ302及び光合波MMIカプラ305を設計することで、I−ch信号とQ−ch信号の直交状態を実現できる。
The branched I-ch signal and Q-ch signal are subjected to desired optical modulation by the I-ch
しかしながら、φin、φoutは、温度Tの変動や光源波長λの切り替えによって理想値であるπ/2からの変動Δφが発生する。そこで、I−Qバランス制御部104において、T及びλを用いてΔφを決定し、決定したΔφを打ち消すための制御信号を生成してI−Qインバランス補償回路103へ出力する。I−Qインバランス補償回路103の動作については第2の実施形態のデジタル光送信機100と同様であるので説明を省略する。
However, in φin and φout, variation Δφ from π / 2, which is an ideal value, occurs due to variation in temperature T and switching of light source wavelength λ. Therefore, the IQ
なお、第2の実施形態に係るデジタル光送信機100と同様に、光分岐MMIカプラ302の替わりにY分岐光導波路を用いることもできる。この場合のMZ型I−Q光変調器301Bの構成図を図4に示す。Y分岐光導波路ではI−ch光導波路出力とQ−ch光導波路出力が同位相で分岐されるため、光合波MMIカプラ305Bで位相差π/2を与える。図4の構成においてもφin=0、φout=π/2になるので、図3のデジタル送信機300と同様に、I−Qインバランス補償回路において予等化処理(I−Qインバランス補償)が施されることにより、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化が生じた際にも、送信信号を安定的かつ高品質に調整できる。
Note that, similarly to the digital
(第3の実施形態)
第3の実施形態について説明する。本実施形態に係るデジタル光送信機の構成を図5に示す。図5において、デジタル光送信機500は、エンコーダ501、m個のI−ch用ドライバアンプ502、n個のQ−ch用ドライバアンプ503、MZ型I−Q光変調器504、I−ch用分割電極型光変調器505、Q−ch用分割電極型光変調器506、m個のI−ch分割電極507、n個のQ−ch分割電極508、I−ch位相器509、Q−ch位相器510、光源511、I−Qバランス制御部512、及び制御部513を備える。
(Third embodiment)
A third embodiment will be described. FIG. 5 shows the configuration of the digital optical transmitter according to this embodiment. In FIG. 5, a digital
ここで、図5では、同一の機能を備えるユニットが複数ある場合には、参照符号に−1、−2等を付して区別している。説明の際には、特に区別する必要がない限り、例えば「エンコーダ501−1」、「エンコーダ501−2」等を「エンコーダ501」と記載する。 Here, in FIG. 5, when there are a plurality of units having the same function, the reference numerals are assigned with -1, -2, etc., for distinction. In the description, “encoder 501-1”, “encoder 501-2”, and the like are described as “encoder 501”, for example, unless it is necessary to distinguish between them.
図5において、エンコーダ501−1は、送信光信号の変調方式に応じて、I−chの送信デジタル信号を2値もしくは多値のアナログ信号に変換する。エンコーダ501−2は、送信光信号の変調方式に応じて、Q−chの送信デジタル信号を2値もしくは多値のアナログ信号に変換する。エンコーダ501において変換されたアナログの電気信号は、ドライバアンプ502及びドライバアンプ503において増幅されて、それぞれI−ch用分割電極型光変調器505及びQ−ch用分割電極型光変調器506に入力される。
In FIG. 5, an encoder 501-1 converts an I-ch transmission digital signal into a binary or multi-value analog signal according to the modulation method of the transmission optical signal. The encoder 501-2 converts the Q-ch transmission digital signal into a binary or multi-value analog signal according to the modulation method of the transmission optical signal. The analog electric signals converted by the encoder 501 are amplified by the
MZ型I−Q光変調器504は、I−ch用分割電極型光変調器505、Q−ch用分割電極型光変調器506、I−ch位相器509、及びQ−ch位相器510から構成される。光源511から出力された光信号はMZ型I−Q光変調器504に入力された後、光導波路に沿ってI−ch光導波路とQ−ch光導波路を通過する2つの光信号に分岐され、一方はI−ch用分割電極型光変調器505及びI−ch位相器509を通過し、他方はQ−ch用分割電極型光変調器506及びQ−ch位相器510を通過する。
The MZ type IQ
このときI−ch用分割電極型光変調器505及びQ−ch用分割電極型光変調器506を通過する光信号にはそれぞれ、I−chのドライバアンプ502−1〜502−m及びQ−chのドライバアンプ503−1〜503−nから出力された電気信号に応じた光変調が施される。I−ch位相器509及びQ−ch位相器510では、I−ch光導波路を通過した光信号とQ−ch光導波路を通過した光信号の位相差がπ/2になるように、固定の電圧VIfix及びVQfixがそれぞれ印加される。
At this time, the optical signals passing through the I-ch split-electrode type
I−ch光導波路とQ−ch光導波路を通過した光は、出力段において合波され、MZ型I−Q光変調器504から送信信号として出力される。なお、I−ch用分割電極型光変調器505及びQ−ch用分割電極型光変調器506の詳細な構成については、特許文献2に開示されているので説明を省略する。
The lights that have passed through the I-ch optical waveguide and the Q-ch optical waveguide are combined at the output stage, and output from the MZ type IQ
次に、I−Qバランス制御部512の詳細動作について説明を行う。I−Qバランス制御部512からは、I−ch光導波路とQ−ch光導波路を通った光の位相差がπ/2になるように、固定の電圧VIfix及びVQfixをI−ch位相器509及びQ−ch位相器510にそれぞれ印加する。しかしながら、一般的にはVIfix及びVQfixの最適値は、MZ型I−Q光変調器504の温度Tあるいは信号波長λに依って変化するため、経年変化によって温度Tが変化する場合や、ROADM(reconfigurable optical add/drop multiplexer)システムなどで、光源波長λが切り替わる場合には、最適なVIfix及びVQfixが変動し、I−ch光導波路とQ−ch光導波路の位相差はπ/2+Δφ(T,λ)となる。従って、VIfix及びVQfixが調整されない場合は、MZ型I−Q光変調器504の出力信号は、I−ch成分とQ−ch成分が正しく直交状態を保って合波されずに歪んだ信号として送信される。
Next, detailed operation of the IQ
ここで、Δφ(T,λ)は一般的にはT及びλの関数となるため、T及びλが指定されれば、Δφを一意に決定することが可能である。したがって、指定されたT及びλに応じて、Δφを補償し、I−ch光導波路とQ−ch光導波路を通った光の位相差がπ/2になるようにVIfix及びVQfixを設定することができる。このとき、VIfix及びVQfixの設定値には、あらかじめΔφを補償するのに好適な設定値を測定しておき、デジタル送信器500の立ち上げ時などに、T及びλの値から、プリセット的に好適な設定値を選択することができる。
Here, since Δφ (T, λ) is generally a function of T and λ, if T and λ are specified, Δφ can be uniquely determined. Therefore, according to the specified T and λ, Δφ is compensated, and V Ifix and V Qfix are set so that the phase difference of light passing through the I-ch optical waveguide and the Q-ch optical waveguide becomes π / 2. can do. At this time, for the setting values of V Ifix and V Qfix, a setting value suitable for compensating Δφ is measured in advance, and preset values are obtained from the values of T and λ when the
また、このプリセット設定にはあらかじめ用意したルックアップテーブルを用いて簡易に設定を行うことが望ましい。また、T及びλの変動は経年的なゆっくりとした変動(切替)であるため、かならずしもプリセット設定値を用いる必要はなく、送信信号のアイ開口などの信号品質情報や、受信信号の誤り率などを用いた比較的応答速度の遅いトレーニングあるいは探索的な制御により、好適なVIfix及びVQfixを決定することもできる。さらに、制御部513から波長切り替えの制御が行われた場合は、光源511の波長切り替えと同時に、I−Qバランス制御部512の設置値の切り替えを行うことができる。
Further, it is desirable that the preset setting is simply set using a lookup table prepared in advance. In addition, since variations in T and λ are slow variations (switching) over time, it is not always necessary to use preset setting values. Signal quality information such as eye opening of a transmission signal, error rate of a reception signal, etc. Suitable V Ifix and V Qfix can also be determined by training or exploratory control with relatively slow response speed using. Further, when the wavelength switching control is performed from the
(第4の実施形態)
第4の実施形態について説明する。本実施形態に係る光通信システムの構成を図6に示す。図6において、光通信システム600は、ROADM(reconfigurable optical add/drop multiplexer)装置601、デジタル光送信器100、制御部112、光変調部602、及びデジタル光受信機603を備える。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. The configuration of the optical communication system according to this embodiment is shown in FIG. In FIG. 6, the
図6では、同一の機能を備えるユニットが複数ある場合には、参照符号に−1、−2等を付して区別している。説明の際には、特に区別する必要がない限り、例えば「ROADM装置601−1」、「ROADM装置601−2」等を「ROADM装置601」と記載する。また、図2のデジタル光送信機100と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
In FIG. 6, when there are a plurality of units having the same function, the reference numerals are assigned with −1, −2 etc. to distinguish them. In the description, for example, “ROADM device 601-1”, “ROADM device 601-2” and the like are described as “
光通信システム600は、第2の実施形態に係るデジタル光送信機100を、ROADMシステムに適用した場合の構成例を示している。リング状に構成された光通信システム600では、波長多重された光信号がROADM装置601−1を通過する際に、システムからの制御により指定された波長λ1の送信信号をデジタル光送信機100から送信し、ROADM601−1において合波(Add/MUX)して伝送される。一方で、ROADM装置601−1において、システムからの制御により指定された波長λ2の受信信号を分離(Drop/DEMUX)した後、デジタル光受信機603でそれを受信する。
The
次に、デジタル光送信機100の動作について詳細に説明を行う。デジタル送信機100は、図2に示した第2の実施形態に係るデジタル光送信機100と同様に構成され、制御部112及び光変調部602を有する。すなわち、光変調部602は、送信データ系列演算処理部101、I−Qバランス制御部104、DAC105、ドライバアンプ106、MZ型I−Q光変調器107、及び光源111を備える。
Next, the operation of the digital
制御部112は、システムからの制御により指定された波長λ1と温度Tにより、MZ型I−Q光変調器107の好適なI−Qバランス制御部104の補償量−Δφの切り替えを行う。この切り替えによりデジタル光送信機100は複雑なフィードバック制御等を行うことなく、高速かつ安定に波長λ1の送信光信号を送信することができる。
The
従って、光通信システム600で、伝送路の切り替えに伴うシステム制御により、デジタル光送信機100の送信波長λ1が切り替わった際にも、好適な光通信システムを提供することができる。なお、図6ではリング状のROADMシステムで説明を行ったが、ネットワークトポロジがメッシュネットワーク、リニアネットワークになった場合にも同様な効果を奏する。
Therefore, in the
以上説明したように、本発明のデジタル光送信機は、デジタル光送信器の送信波長が変化もしくは切り替わった際にも、MZ型I−Q光変調器のI−Qインバランスを好適に調整し、複雑なフィードバック制御等を行うことなく、高速かつ安定に好適な送信信号を送信することができる。また、本発明のデジタル光送信機を用いた光通信システムは、経路切り替え等により、システム制御による波長切り替えが行われた際にも、高速かつ安定な切り替え性能及びシステム性能を有する。 As described above, the digital optical transmitter of the present invention suitably adjusts the IQ imbalance of the MZ type IQ optical modulator even when the transmission wavelength of the digital optical transmitter is changed or switched. Therefore, it is possible to transmit a suitable transmission signal at high speed and stably without performing complicated feedback control or the like. In addition, an optical communication system using the digital optical transmitter of the present invention has high-speed and stable switching performance and system performance even when wavelength switching by system control is performed by path switching or the like.
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and design changes and the like within a range not departing from the gist of the present invention are included in the present invention.
10 デジタル光送信機
20 I−Qバランス制御部
30 送信データ系列演算処理部
40 光分岐部
51 第1の光変調器
52 第2の光変調器
60 結合部
100、300、500 デジタル光送信機
600 光通信システム
101 送信データ系列演算処理部
102 符号化器
103 I−Qインバランス補償回路
104、512 I−Qバランス制御部
105 デジタル−アナログ変換器(DAC)
106 ドライバアンプ
107、301、504 MZ型I−Q光変調器
108、303 I−ch用光変調器
109、304 Q−ch用光変調器
110 位相シフト部位相器
111、511 光源
112、513 制御部
302 光分岐MMIカプラ
305 光合波MMIカプラ
501 エンコーダ
502 I−ch用ドライバアンプ
503 Q−ch用ドライバアンプ
505 I−ch用分割電極型光変調器
506 Q−ch用分割電極型光変調器
507 I−ch分割電極
508 Q−ch分割電極
509 I−ch位相器
510 Q−ch位相器
601 ROADM装置
602 光変調部
603 デジタル光受信機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Digital
106
Claims (10)
前記制御信号に基づいて、第1のデータ及び第2のデータの2系列のデータを生成する送信データ系列演算処理部と、
入力した光信号を2分岐して出力する光分岐部と、
前記分岐された一方の光信号を前記第1のデータに基づいて光変調し、第1の光信号として出力する第1の光変調器と、
前記分岐された他方の光信号を前記第2のデータに基づいて光変調し、第2の光信号として出力する第2の光変調器と、
前記第1の光信号と前記第2の光信号とを所定の位相差φで結合する結合部と、
を備え、
前記制御信号は、前記位相差φからのずれ量を打ち消す処理を行うための信号であることを特徴とするデジタル光送信機。 An IQ balance control unit for generating a control signal according to transmission conditions;
Based on the control signal, a transmission data sequence calculation processing unit that generates two series of data of the first data and the second data;
An optical branching unit for branching and outputting the input optical signal;
A first optical modulator that optically modulates one of the branched optical signals based on the first data and outputs the first optical signal as a first optical signal;
A second optical modulator that optically modulates the other branched optical signal based on the second data and outputs the second optical signal as a second optical signal;
A coupling unit that couples the first optical signal and the second optical signal with a predetermined phase difference φ;
With
The digital optical transmitter according to claim 1, wherein the control signal is a signal for performing processing for canceling an amount of deviation from the phase difference φ.
変調方式に応じてデータを符号化する符号化器と、
前記符号化されたデータに対して前記予等化処理を行うI−Qインバランス補償回路と、
を備える、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のデジタル光送信機。 The transmission data series calculation processing unit
An encoder that encodes data according to a modulation scheme;
An IQ imbalance compensation circuit that performs the pre-equalization process on the encoded data;
The digital optical transmitter according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記結合部は、前記第1の光信号と前記第2の光信号に、位相差φの代わりに位相差φout=φ−φinを付与して結合するMMIカプラである、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のデジタル光送信機。 The optical branching unit is an MMI coupler that splits the input optical signal into two by giving a phase difference φin.
The coupling unit is an MMI coupler that couples the first optical signal and the second optical signal with a phase difference φout = φ−φin instead of a phase difference φ.
The digital optical transmitter according to claim 1.
前記光源が生成した光信号の波長と前記第1の光変調器および前記第2の光変調器の温度とを取得して前記送信条件として前記I−Qバランス制御部へ出力する制御部と、
をさらに備える請求項1乃至6のいずれか1項に記載のデジタル光送信機。 A light source that generates an optical signal and outputs the optical signal to the optical branching unit;
A control unit that obtains the wavelength of the optical signal generated by the light source and the temperatures of the first optical modulator and the second optical modulator and outputs them to the IQ balance control unit as the transmission condition;
The digital optical transmitter according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
波長λ2の受信信号を受信するデジタル光受信機と、
波長多重された光信号に前記送信された波長λ1の送信信号を合波すると共に、前記波長多重された光信号から前記波長λ2の受信信号を分離して出力するROADM装置と、
を備え、
前記デジタル光送信機は、波長λ1に応じた予等化処理を行うことを特徴とする光通信システム。 The digital optical transmitter according to any one of claims 1 to 8, which transmits a transmission signal having a wavelength λ1.
A digital optical receiver for receiving a reception signal of wavelength λ2,
A ROADM device that multiplexes the transmitted signal of wavelength λ1 to the wavelength-multiplexed optical signal and separates and outputs the received signal of wavelength λ2 from the wavelength-multiplexed optical signal;
With
An optical communication system, wherein the digital optical transmitter performs pre-equalization processing according to a wavelength λ1.
前記制御信号に基づいて位相差φからのずれ量を打ち消すための予等化処理が行われた第1のデータ及び第2のデータを生成し、
入力した光信号を2分岐して出力し、
前記分岐された一方の光信号を前記第1のデータに基づいて光変調して第1の光信号として出力すると共に他方の光信号を前記第2のデータに基づいて光変調して第2の光信号として出力し、
前記第1の光信号と前記第2の光信号とを所定の位相差φで結合する、
デジタル光送信方法。 Generate a control signal according to the transmission conditions,
Generating the first data and the second data subjected to the pre-equalization processing for canceling the shift amount from the phase difference φ based on the control signal;
The input optical signal is split into two and output.
One of the branched optical signals is optically modulated based on the first data and output as a first optical signal, and the other optical signal is optically modulated based on the second data and second Output as an optical signal,
Combining the first optical signal and the second optical signal with a predetermined phase difference φ;
Digital optical transmission method.
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