CN101958863B - 多值光发送器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多值光发送器，具备：D/A转换器(11a、11b)，对根据输入数据序列设定的第一调制数据以及第二调制数据进行D/A转换而分别生成第一多值信号以及第二多值信号；双电极MZ调制器(14)，包括根据第一多值信号以及第二多值信号对来自光源(13)的光分别进行调制的相位调制器(14a、14b)，对来自相位调制器(14a)的光信号与来自相位调制器(14b)的光信号进行合成，而输出光多值信号；光输出功率监视器(16)，对光多值信号的平均功率进行检测；以及DC偏置控制单元，对针对双电极MZ调制器(14)的DC偏置进行控制，以使平均功率成为最大。

Description

多值光发送器
技术领域
本发明涉及将电信号转换成光信号而发送的多值光发送器。
背景技术
为了实现波分复用(WDM：Wavelength Division Multiplex)光通信系统的大容量化，提高每个波长的传送率是有用的。此处，在不改变调制方式而提高了向光传送路送出的符号率(symbol rate)的情况下，由于容许残留分散量与符号率的平方成反比，所以存在光传送路的波长分散耐力降低这样的问题。另外，还存在需要高速地执行电信号处理，模拟电气部件的成本增加这样的问题。
因此，近年来，用于通过不提高符号率地提高每个符号的信号多重度(multiplicity)而实现系统的大容量化的研究得到了发展。
作为提高信号多重度的方式，例如，已知通过对1个符号分配2值(多重度2)而使传送容量成为2倍的QPSK(Quadrature Phase ShiftKeying，正交相移键控)方式、通过对1个符号分配4值(多重度4)而使传送容量成为4倍的16QAM(Quadrature AmplitudeModulation，正交幅度调制)方式、16APSK(Amplitude Phase ShiftKeying，幅度相移键控)方式等多值调制方式。
通常，在执行这些多值调制的情况下，作为光调制器而使用I/Q调制器。I/Q调制器是可以独立地生成正交的光电场分量(I信道、Q信道)的光调制器，采用并联连接了马赫-曾德尔(MZ：Mach-Zehnder)调制器的特殊结构。
例如，在执行QPSK的情况下，使用并联连接了2个MZ调制器的Dual Parallel MZ调制器(DPMZM：Dual Parallel MZ Modulator)(例如，参照专利文献1)。
另外，在执行16QAM的情况下，使用还并联连接了2个DPMZM、DPMZM的Quad Parallel MZ调制器(QPMZM：Quad Parallel MZModulator)(例如，参照非专利文献1)。
此处，不论是在使用专利文献1以及非专利文献1中的哪个调制器的情况，都存在由于MZ调制器的数量增加而成本增加，并且偏置(bias)控制部位增加这样的问题。
因此，考虑使用并联连接了2个相位调制器的双电极MZ调制器(DDMZM：Dual Drive MZM)来实现多值调制(例如，参照非专利文献2、非专利文献3)。
双电极MZ调制器由于是作为推挽(push-pull)型光调制器而广泛应用于通常的光发送接收器的光部件，所以可以降低成本。另外，由于仅是通过一次MZ调制器的结构，所以可以实现光插入损失的降低。
接下来，参照图5，考虑使用双电极MZ调制器来执行QPSK的情况。对于使用了双电极MZ调制器的QPSK，此前，证实了采用图5(a)所示的信号点配置的方式(3值驱动)(例如，参照非专利文献3)。
图5(a)示出通过2倍过采样(over sampling)对双电极MZ调制器进行了驱动的情况下的光电场的复数平面上的迁移的轨迹，图中的黑圈对应于QPSK的信号点。
另外，为了利用作为双电极MZ调制器的特征的低插入损失，与3值驱动相比，利用4值的电信号的调制器的驱动更有利。通过进行4值驱动，与3值驱动的情况相比，双电极MZ调制器中的损失得到约3dB的改善(例如，参照非专利文献2)。
图5(b)示出使用双电极MZ调制器执行了4值驱动的QPSK的情况下的光电场的复数平面上的迁移的轨迹。
此处，在将双电极MZ调制器用作光调制器的情况下，与执行通常的OOK(On-Off Keying，开关键控)传送时同样地，即使在执行多值调制时，为了使光传送信号质量稳定化，决定双电极MZ调制器的工作点的DC(Direct Current，直流)偏置的稳定化变得不可欠缺。
【专利文献1】日本特表2004-516743号公报
【非专利文献1】T.Sakamoto，et al.，“50-Gb/s 16QAM by a quad-parallel Mach-Zehnder modulator”，ECOC2007，PD2.8，2007
【非专利文献2】K-P.Ho，et al.，“Generation of ArbitraryQuadrature Signals Using One Dual-Drive Modulator”，IEEEJ.Lightwave Technol.，Vol.23，No.2，February 2005，pp.764-770
【非专利文献3】D.J.Krause，et al.，“Demonstration of 20-Gb/sDQPSK With a Single Dual-Drive Mach-Zehnder Modulator”，IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.20，No.16，August 15，2008，pp.1363-1365
发明内容
但是，在以往技术中，存在以下那样的课题。
即存在如下问题：如上所述，在将双电极MZ调制器用作光调制器的情况下，决定双电极MZ调制器的工作点的DC偏置的稳定化变得不可欠缺，但此前，没有公开针对使用了双电极MZ调制器的4值以上的QPSK的DC偏置的稳定化控制技术。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种多值光发送器，在执行使用了双电极MZ调制器的多值调制(特别是4值以上)的情况下，通过对DC偏置进行稳定化控制，可以使光传送信号质量稳定化。
本发明的多值光发送器，将作为输入的电信号的输入数据序列转换成光多值信号并输出，具备：第一D/A转换器，对根据输入数据序列设定的第一调制数据进行D/A转换而生成第一多值信号；第二D/A转换器，对根据输入数据序列设定的第二调制数据进行D/A转换而生成第二多值信号；双电极MZ调制器，包括根据第一多值信号对来自光源的光进行调制的第一相位调制器、以及根据第二多值信号对来自光源的光进行调制的第二相位调制器，对来自第一相位调制器的光信号与来自第二相位调制器的光信号进行合成，并输出光多值信号；功率监视单元，对光多值信号的平均功率进行检测；以及DC偏置控制单元，对针对双电极MZ调制器的DC偏置进行控制，以使平均功率成为最大。
根据本发明的多值光发送器，DC偏置控制单元对针对双电极MZ调制器的DC偏置进行控制，以使从双电极MZ调制器输出的光多值信号的平均功率成为最大。
由此，从DC偏置的最佳值的偏离被补偿，可以使DC偏置稳定化。
因此，可以得到在执行使用了双电极MZ调制器的多值调制的情况下，通过对DC偏置进行稳定化控制，可以使光传送信号质量稳定化的多值光发送器。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的多值光发送器的框结构图。
图2是示出本发明的实施方式1的多值光发送器的工作原理的说明图。
图3是示出本发明的实施方式1的多值光发送器的工作原理的另一说明图。
图4是示出本发明的实施方式1的多值光发送器的DC偏置控制单元的框结构图。
图5(a)、(b)是针对使用双电极MZ调制器来执行QPSK的情况下的信号点配置，示出3值驱动以及4值驱动的说明图。
(附图标记说明)
11a、11b：D/A转换器(第一、第二D/A转换器)；13：光源；14：双电极MZ调制器；14a、14b：相位调制器(第一、第二相位调制器)；16：光输出功率监视器(功率监视单元)；17：振荡器；18：DC偏置控制部。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的多值光发送器的优选的实施方式进行说明，在各图中对同一或者相当的部分，附加同一标号而进行说明。
另外，在以下的实施方式中，以使用双电极MZ调制器来执行4值驱动的QPSK的情况为例子来说明。
(实施方式1)
图1是示出本发明的实施方式1的多值光发送器的框结构图。
在图1中，该多值光发送器具备2个D/A转换器11a、11b(第一、第二D/A转换器)、2个电气放大器12a、12b、光源13、双电极MZ调制器14(DDMZM)、光抽头耦合器(optical tap coupler)15、光输出功率监视器16(功率监视单元)、振荡器17、DC偏置控制部18以及加法器19。
双电极MZ调制器14具有2个相位调制器14a、14b(第一、第二相位调制器)、与偏置用的电极14c。另外，在双电极MZ调制器14中，设置了第一信号输入端子、第二信号输入端子以及DC偏置施加端子，分别与相位调制器14a、相位调制器14b以及电极14c连接。另外，由振荡器17、DC偏置控制部18以及加法器19构成了DC偏置控制单元。
以下，对该多值光发送器的各部位的功能进行说明。
首先，输入到多值光发送器的输入数据序列被并联展开而输入到未图示的查找表(LUT：Look-Up Table)。LUT输出与并联展开的输入数据序列对应的D/A(Digital/Analog，数字/模拟)转换器11a、11b的设定值(第一调制数据、第二调制数据)。
D/A转换器11a、11b对从LUT输出的设定值进行D/A转换，分别生成第一多值信号以及第二多值信号。电气放大器12a、12b将来自D/A转换器11a、11b的第一多值信号以及第二多值信号分别放大至光调制中所需的电压振幅，生成第一驱动电信号V1(t)以及第二驱动电信号V2(t)，输出到双电极MZ调制器14的第一信号输入端子以及第二信号输入端子。
此处，第一多值信号以及第二多值信号都取4值的模拟电压。在执行QPSK的情况下，进行D/A转换器11a、11b的设定，使得作为第一以及第二驱动电信号(V1(t)，V2(t))，得到(3/4×Vπ，-1/4×Vπ)、(1/4×Vπ，-3/4×Vπ)、(5/4×Vπ，1/4×Vπ)、(-1/4×Vπ，-5/4×Vπ)这4组的电压，从而作为双电极MZ调制器14的输出可得到QPSK的信号。另外，Vπ表示双电极MZ调制器14的半波长电压。
双电极MZ调制器14通过来自电气放大器12a、12b的第一驱动电信号V1(t)以及第二驱动电信号V2(t)对相位调制器14a、14b进行驱动，对来自光源13的连续(CW：Continuous-wave)光进行调制，输出调制光信号。此时，D/A转换器11a、11b被设定成得到上述4组的电压，所以作为从双电极MZ调制器14输出的调制光信号可得到光多值信号。
另外，双电极MZ调制器14通过根据输入到DC偏置施加端子的偏置信号而施加到电极14c的偏置电压，来决定工作点。对于输入到双电极MZ调制器14的偏置信号的详细说明，在后面叙述。
光抽头耦合器15对从双电极MZ调制器14输出的光多值信号的一部分进行分支，将所分支出的光多值信号输出到光输出功率监视器16。
光输出功率监视器16具有：例如利用通过光检测器(PD：Photo-Detector)进行的光功率与电流的转换、通过跨阻放大器(TIA：Trans-Impedance Amplifier)进行的电流与电压的转换等各功能的光·电转换功能；以及通过电容器等实现的AC耦合功能。将期望的频带的光多值信号的平均功率作为监视电压而进行检测，作为转换成电压信号的监视信号而输出。
振荡器17输出频率f0的低速抖动信号(dither signal)。另外，低速抖动信号的频率f0被设定成与传送的符号率相比充分低的值，使得不会对光传送信号质量造成影响。
DC偏置控制部18输入来自光输出功率监视器16的监视信号与来自振荡器17的低速抖动信号。另外，DC偏置控制部18例如通过锁住检测(lock-in detection)，对包含在监视信号中的抖动频率(f0)分量的大小以及相位(或者符号)进行检测来执行反馈控制，输出偏置控制信号。
加法器19对来自DC偏置控制部18的偏置控制信号重叠来自振荡器17的低速抖动信号，生成偏置信号。由加法器19生成的该偏置信号被输入到双电极MZ调制器14的DC偏置施加端子。
此处，在通过DC偏置控制部18进行的反馈控制中，对DC偏置进行控制，以使包含在监视信号中的抖动频率分量成为最小值，从而可以使使用双电极MZ调制器14来执行4值驱动的(利用4值的多值信号的)QPSK的情况下的DC偏置稳定化。
以下，参照图2以及图3，来说明可以通过对DC偏置进行控制以使包含在监视信号中的抖动频率分量成为最小值，而使DC偏置稳定化的原理。
图2是示出在使用双电极MZ调制器14来执行了4值驱动的QPSK的情况下，DC偏置偏离最佳值时产生的信号点的变化的说明图。
在图2中，黑圈表示DC偏置是最佳值的情况下的信号点，白圈分别表示DC偏置偏离最佳值的情况下的信号点。
如果DC偏置偏离最佳值，则配置了信号点的圆周的半径小于在DC偏置是最佳值的情况下配置了信号点的圆周的半径。另外，如果DC偏置偏离最佳值，则相对DC偏置是最佳值的情况下的信号点，信号点旋转。
从原点到信号点的距离变短等价于使光多值信号的平均功率变小，所以通过对来自双电极MZ调制器14的光多值信号的平均功率进行检测，可以检测从DC偏置的最佳值的偏离。
图3是示出相对从DC偏置的最佳值的偏离的光多值信号的平均功率的变化的说明图。
在图3中，光多值信号的平均功率成为最大的点与DC偏置的最佳状态一致。
此处，如果考虑对DC偏置施加了低速的抖动信号(频率f0)的情况，则在DC偏置的最佳状态下，具有抖动频率的2倍的频率(2×f0)的分量变得最大，抖动频率(f0)分量变得最小。另外，如果DC偏置偏离最佳值，则根据偏离的朝向，抖动频率分量的相位翻转。
因此，通过锁住检测，对包含在监视信号中的抖动频率分量的大小以及相位进行检测，对DC偏置进行反馈控制，以使该抖动频率分量的大小以及相位成为最小值，从而可以使DC偏置稳定化。
接下来，参照图4，说明通过锁住检测对包含在监视信号中的抖动频率分量的大小以及相位进行检测的情况下的、DC偏置控制部18的处理。
图4是与光输出功率监视器16、振荡器17以及加法器19一起示出图1的DC偏置控制部18的框结构图。
在图4中，DC偏置控制部18具有移相器21、混频器22、低通滤波器23(LPF：Low Pass Filter)、偏移(offset)设定单元24以及加法器25。
以下，作为执行通常的锁住检测的功能，对DC偏置控制部18的各部位的功能进行说明。
移相器21使来自振荡器17的低速抖动信号的相位变化，以使与包含在监视信号中的抖动频率分量的信号的相对相位成为0度(同相)或者180度(逆相)。另外，移相器也可以仅具有使低速抖动信号的相位翻转的功能。
混频器22将来自光输出功率监视器16的监视信号与来自移相器21的移相后的低速抖动信号相乘。LPF23从混频器22的输出信号仅抽出DC分量而作为误差信号。
此处，在监视信号中包含抖动频率分量的情况下，在混频器22的输出信号中产生与抖动频率分量的大小对应的DC分量，所以可以从通过LPF23后的DC分量的大小，来检测抖动频率分量的大小。另外，可以利用通过LPF23后的DC分量的符号，来判别包含在监视信号中的抖动频率分量的相位。
因此，将通过LPF23后的DC分量用作误差信号，从而可以执行DC偏置的反馈控制。
偏移设定单元24输出用于重叠到来自LPF23的误差信号的偏移信号。加法器25对来自LPF23的误差信号，重叠来自偏移设定单元24的偏移信号，生成偏置控制信号。
例如，在以使包含在监视信号中的抖动频率分量成为零的点为控制目标的情况下，执行控制，以使作为误差信号的通过LPF23后的DC分量成为零。此时，由于误差信号成为零的点与DC偏置的0V通常不一致，所以通过将来自偏移设定单元24的偏移信号重叠到来自LPF23的误差信号，即使在误差信号成为零的情况下，也可以设定为了维持控制目标而所需的DC偏置的值。
如上所述，根据实施方式1，DC偏置控制单元控制针对双电极MZ调制器的DC偏置，以使从双电极MZ调制器输出的光多值信号的平均功率成为最大。
由此，从DC偏置的最佳值的偏离被补偿，可以使DC偏置稳定化。
因此，可以得到在执行使用了结构简单的双电极MZ调制器的多值调制的情况下，通过对DC偏置进行稳定化控制，可以使光传送信号质量稳定化的多值光发送器。
另外，振荡器输出作为重叠到DC偏置的抖动信号的、比第一多值信号以及第二多值信号的符号率充分低的频率的抖动信号，DC偏置控制部对DC偏置进行控制，以使由功率监视单元检测出的信号中包含的抖动频率分量成为最小。
因此，可以通过简单的结构来控制DC偏置。
另外，在上述实施方式1中，举出使用双电极MZ调制器来执行4值驱动的QPSK的情况为例子进行了说明。但是，不限于此，在使用双电极MZ调制器通过具有4值以外的电压电平的第一多值信号以及第二多值信号来执行多值调制的情况下，在DC偏置的最佳值中光多值信号的平均功率成为最大时，不论是何种多值调制，都可以应用本申请的多值光发送器。
另外，在上述实施方式1中，说明了DC偏置控制部18具有移相器21、混频器22、LPF23、偏移设定单元24以及加法器25，并通过模拟处理来执行反馈控制，输出偏置控制信号。但是，不限于此，DC偏置控制部也可以通过使用了A/D转换器以及D/A转换器、与微处理器、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)等的数字处理来执行反馈控制，输出偏置控制信号。
即使在该情况下，也可以得到与上述实施方式1同样的效果。
另外，在上述实施方式1中，说明了将DC偏置施加到DC偏置施加端子。但是，不限于此，也可以对第一驱动电信号V1(t)以及第二驱动电信号V2(t)，使用Bias-Tee等部件来施加DC偏置。
即使在该情况下，也可以得到与上述实施方式1同样的效果。
另外，在上述实施方式1中，说明了光抽头耦合器15以及光输出功率监视器16设置在双电极MZ调制器14的外部。但是，不限于此，也可以将光抽头耦合器15以及光输出功率监视器16的功能内置于双电极MZ调制器14中，并使用所内置的这些功能。
即使在该情况下，也可以得到与上述实施方式1同样的效果。

Claims (2)

1.一种多值光发送器，将作为输入的电信号的输入数据序列转换成光多值信号并输出，该多值光发送器的特征在于，具备：
第一D/A转换器，对根据所述输入数据序列设定的第一调制数据进行D/A转换而生成第一多值信号；
第二D/A转换器，对根据所述输入数据序列设定的第二调制数据进行D/A转换而生成第二多值信号；
双电极MZ调制器，包括根据所述第一多值信号对来自光源的光进行调制的第一相位调制器、以及根据所述第二多值信号对来自所述光源的光进行调制的第二相位调制器，对来自所述第一相位调制器的光信号与来自所述第二相位调制器的光信号进行合成，并输出所述光多值信号；
功率监视单元，对所述光多值信号的平均功率进行检测；以及
DC偏置控制单元，对决定所述双电极MZ调制器的工作点的DC偏置进行控制，以使所述平均功率成为最大，
其中，所述DC偏置控制单元具有：
振荡器，输出作为重叠到所述DC偏置的抖动信号的、比所述第一多值信号以及所述第二多值信号的符号率充分低的频率的抖动信号；以及
DC偏置控制部，对所述DC偏置进行控制，以使由所述功率监视单元检测出的信号中包含的抖动频率分量成为最小，
其中，所述DC偏置控制部具有：
移相器，使来自所述振荡器的低速抖动信号的相位变化；
混频器，将来自所述功率监视单元的监视信号与来自所述移相器的移相后的低速抖动信号相乘；
低通滤波器，从所述混频器的输出信号中抽出DC分量而作为误差信号；
偏移设定单元，输出用于重叠到所述误差信号的偏移信号；
加法器，对所述误差信号重叠所述偏移信号，生成偏置控制信号。
2.根据权利要求1所述的多值光发送器，其特征在于，
所述第一多值信号以及所述第二多值信号分别具有4值以上的电压电平。
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