JP2001516170A

JP2001516170A - 光学的送信システム及び方法

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Publication number: JP2001516170A
Application number: JP2000510228A
Authority: JP
Inventors: ドユプスヨバッカ、アンデルス
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲツトエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1997-08-20
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: AU8366498A; CN101309116B; SE9703001D0; EP1004174A1; EP1004174B1; SE522272C2; WO1999009682A1; CN1276934A; CA2299296C; DE69831678T2; SE9703001L; TW358266B; CN101309116A; US6337756B1; KR20010023060A; KR100561947B1; DE69831678D1; JP4194751B2; CA2299296A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、光強度変調を使用する光学的デュオバイナリ（duobinary）送信システムとその方法に関する。このシステムは、第１二進信号を受信するように配設された入力端子（５１）と、この入力端子に接続されて第１二進信号を第２及び第３二進信号に変換する駆動回路（５３）と、ダブル電極光モジュレータ（５５）と、出力端子（５７）とを備える。このモジュレータ（５５）は、その上部電極と下部電極が前記第２及び第３二進信号によって駆動されるように駆動回路に接続されて、更に、二進信号に基づいて光学的キャリアの振幅と位相を変調して、前記第１二進信号に対応して、所定の負の変調チャープパラメータを備えた光学的デュオバイナリ信号を提供する。また出力端子（５７）は、光モジュレータに接続され、光送信ラインに変調された光学的デュオバイナリ信号を供給すべく配設されている。なお、前記モジュレータは、擬似（quasi-termary）信号によって駆動されるべく配設されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）本発明は、光学的デュオバイナリ（duobinary）送信システム及び光強度変調を使用する方法に関する。

【０００２】（背景技術）高いビット率では、標準単一モードファイバ（SSMF）における色分散が、１５
５０nmウィンドウにおける送信距離の限界を決定する。この限界を克服するため
の様々の方法が提案されてきた。そのうち、特に、広く知られているのは、プリ
チャープト（prechirped）モジュレータ、分散補償ファイバ、チャープト・ブラ
ッグ格子（chirped Bragg gratings）、ミッド・スパン・スペクトル反転（mid-
span spectral inversion）、及び分散支援送信やデュオバイナリ送信のような特殊な信号フォーマットである。

【０００３】デュオバイナリ送信は、チャープがないかあっても非常に少ない、すなわち、
α＝０のモジュレータのために研究されてきた。例えば、ギュー（Gu）他「１０
０kmの標準ファイバを介した１０Gbit/s 非中継３レベル光学的送信（10 Gbit/s
unrepeated three-level optical transmission）」電子学会会報２９巻、２５
号、１９９３、ページ２２０９−２２１１や、メイ（May）他「デュオバイナリ受信器を使用した拡張１０Gbit/sファイバ送信距離１５３８nm」IEEE，写真技術
学会会報６巻、５号、１９９４、ページ６４８−６５０。チャープパラメータは
、以下のように定義される。

【数１】式中、φは位相、Ｐは光信号強度を示す。

【０００４】デュオバイナリ信号は、DC-freeであって、その送信スペクトルは、二進信号のスペクトルより狭い。デュオバイナリ信号はキャリア上で変調されると、その
変調信号は、搬送波阻止のダブル側波帯信号として動作する。

【０００５】デュオバイナリ送信の主要な長所は、一般の二進送信と比較して送信スペクト
ルが小さくなる点である。拡散制限されたシステムにおいて、送信長は、送信ス
ペクトルの帯域幅の二乗に反比例する。つまり、送信スペクトルが半分になれば
、送信長は４倍になる。

【０００６】さらに、デュオバイナリ送信スペクトルにおいてはキャリア周波数が抑制され
るため、ファイバ内の励起されたブリルイン(Brillouin)散乱による出力光強度に対する制限が緩和される。

【０００７】光学的デュオバイナリ送信は、普通の二進受信器で検出することのできる３レ
ベル信号方式として考えることができる。デュオバイナリ送信におけるマークが
“−１”、“０”、“１”であるかによって、二進送信における正常なマークは
、“０”と“１”になる。光学的な場合、デュオバイナリマークは、Ｐを光学的
ピークパワーとすると、“√Ｐ”，”０”，”√Ｐ”となる。これらは、普通の
光学・電気的二次デテクタにおいては、”Ｐ”，”０”，”Ｐ”として解釈され
る。

【０００８】光学的デュオバイナリ送信器を構成する一般的方法は、ダブル電極マック・ツ
エンダ（Mach-Zehnder）（DEMZ）モジュレータを利用することである。例えば、
米国特許５，５４３，９５２号、あるいは国際出願ＷＯ９５／２９５３９を参照
。DEMZモジュレータは、調整可能チャープ適用にも提案されている。Ａ．Ｈ．ノ
ック（Gnauck）他「調整可能チャープを備えた光モジュレータを使用した分散ペ
ナルティ削減（Dispersion penalty reduction using an optical modulator wi
th adjustable chirp）」IEEE写真技術会報３巻、１０号、１９９１、ページ９１６−９１８を参照。また、同時２：１マルチプレクシング及び変調については
、Ｐ．Ｂ．ハンセン（Hansen）他、「１０Gbit/s同時マルチプレクシング及び変
調に光学電気的論理ゲートとして使用される二重ドライブTi:LiNbO₃マック・ツエンダモジュレータ（A dual-drive Ti:LiNbO₃ Mach-Zehnder Modulator used a
s an optoelectric logic gate for 10 Gbit/s simultaneous multiplexing and
modulation）」、IEEE、写真技術学会会報４巻６号、１９９２、ページ５９２ −５９３を参照。

【０００９】従来技術によるDEMZモジュレータに基づく典型的な光学的デュオバイナリ送信
器は、図１にその構成が示されている。

【００１０】この送信器の入力信号は、電気的二進信号Ｓ１と、その補数

【数２】である。これらの信号は、それぞれ、二進・デュオバイナリエンコーダ１，３と
、交流増幅器５，７へ入力される。その結果、デュオバイナリ信号、すなわち、
３レベル信号Ｓ３，Ｓ４が増幅されて、モジュレータ９の電極の駆動信号として
使用される。

【００１１】レーザ・ダイオード１１からの連続光が、モジュレータ９に導入され、モジュ
レータの左部分のＹ−ジャンクション内で２つの成分に分けられる。モジュレー
タの２つのブランチ９ｂ、９ｃ内の光は、モジュレータの中央部分で、正または
負の位相シフトされる。この位相シフトは、適用される電圧による線形電気光学
的効果によって、すなわち、モジュレータの電極のデュオバイナリ駆動信号Ｓ３
，Ｓ４によって制御される。上位ブランチ内の位相シフトは、上部の電極によっ
て制御され、下位のブランチ内の位相シフトは、下部の電極によって制御される
。電極は、バイアス電圧１３を供給され、電極に駆動信号が適用されない場合、
２つのブランチ内で同じ位相シフトが行われる。

【００１２】２つのブランチ内の光は、モジュレータの右側のＹ−ジャンクション９ｄ内で
コヒーレントに結合される。成分間に０度位相シフトがあれば、すべての光は、
外に出る光学的導波管に入れられる。また、１８０度シフトがある場合は、外に
出る導波管には、まったく光が入らない。後者の場合、光はモジュレータに放射
される。

【００１３】デュオバイナリ（duobinary）送信用のコーディング過程は、非常に単純である。図２に示される二進・デュオバイナリエンコーダ１は、２つのフリップ・フ
ロップ１５，１７とクロックパルス１９を使用して、二進信号Ｓ１を二重二値信
号Ｓ３に変換する。フリップ・フロップは、二値出力信号Ｓ５，Ｓ６を有し、こ
れらは入力二値信号と等しいが、それぞれ、１ビット，２ビットシフトされてい
る。次に、二値出力信号Ｓ５，Ｓ６は、次に示す機能を有する加算器を介して供
給される。

【数３】このようにして、デュオバイナリ信号Ｓ３が生成される。図３には出力信号Ｓ３
と、二進信号Ｓ１のデュオバイナリ変調のためのエンコーディング中間信号Ｓ５
，Ｓ６の例が示されている。デュオバイナリ変調においては、マーク“−１”と
“１”との間の直接的遷移はないことがわかるであろう。バイナリ・デュオバイ
ナリエンコーダ３も同様に構成され同様に機能するが、ただし、入力信号Ｓ２は
、バイナリ信号Ｓ１の補数である。

【００１４】各マーク用に、光学的デュオバイナリモジュレータの上位ブランチと下位ブラ
ンチに導入される位相シフトは、図４に示される。論理的“１”のマークは、最
大振幅、０度位相シフトの光パルスに対応し、“０”のマークは、２つの成分の
位相が対立して相互に消し合うので、対応の光パルスを持たず、”−１”マーク
は、最大振幅、１８０度位相シフトの光パルスに対応する。

【００１５】図４は、光学的出力信号の位置（太い実線）とデュオバイナリマークの各位置
（点線）の極座標（振幅対位相）である。光学的出力信号の位相は、マーク間の
途中で変化しない。従って、上記の公式により、ｄφ／ｄｔ＝０，α＝０である
。

【００１６】上記のようなデュオバイナリ送信器についての問題は、色分散が、送信距離を
制限することであり、長いホール（haul）ファイバ送信システムにとっての問題
となる。

【００１７】（発明の要約）本発明の目的は、分散免除（immunity）において改善された性能を持つ光学的
デュオバイナリ送信器を提供することである。

【００１８】この目的を達成するのは、なかんずく、発明の光学的デュオバイナリ送信シス
テムと方法であり、それは、ブルーシフト周波数チャープを導入する。

【００１９】この発明によるシステム及び方法は、入力端子と、駆動回路と、ダブル電極光
モジュレータ、特にマック・ツエンデア型のモジュレータと、出力端子とを備え
る。

【００２０】入力端子は、第１二進信号を受信すべく配設され、駆動回路は、この入力端子
に接続されて、第１二進信号を第２及び第３二進信号に変換すべく配設されてい
る。ダブル電極光モジュレータは、その上部電極と下部電極が、それぞれ前記第
２及び第３二進信号によって駆動されるように、駆動回路に接続されている。前
記モジュレータは、さらに、二進駆動信号に基づいて、光学的キャリアの振幅と
位相を変調し、前記第１二進信号に対応して所定の負の変調チャープパラメータ
を有する光学的デュオバイナリ信号を提供する。最後に、出力端子は、光モジュ
レータに接続され、光学的送信ラインに、変調された光学的デュオバイナリ信号
を供給すべく配設されている。

【００２１】好ましくは、駆動回路は、第１及び第２論理ゲートを備え、その出力は、ダブ
ル電極光モジュレータのそれぞれの電極に接続される。この論理ゲートは、それ
ぞれ、アンド−またはナンド−ゲートと、オア−またはノア−ゲートでよい。

【００２２】論理ゲートは、第１二進信号によって駆動されるデマルチプレクサまたは２つ
のフリップ・フロップの出力である２つの二進信号によって駆動される。

【００２３】デマルチプレクサは、第１二進信号、たとえばABCDEFGHを、２つの二進信号、
たとえば AACCEEGG*と*BBDDFFHHに多重分離する。なお、＊は、未定義信号マークを意味する。

【００２４】２つのフリップ・フロップは、直列に接続され、第１二進信号たとえばABCDEF
GHを２つの二進信号例えば*ABCDEFGHと**ABCDEFGHに多重分離する。

【００２５】更に、第２及び第３二進信号は、モジュレータの電極を駆動する前に、増幅さ
れるようにしてもよい。

【００２６】ダブル電極光モジュレータは、好ましくは、所与の適用電圧に対して、２つの
ブランチを介して導かれる光学的キャリア成分の同じ位相シフトを導入すべく配
設される。３つの光学的デュオバイナリマークは、光なしパルス（あるいは非常
に低い振幅の光パルス）、及び位相が相互にことなる高振幅の第１光パルスと高
振幅の第２光パルスとして提供される。

【００２７】ダブル電極光モジュレータは、更に、位相φの変調光を提供することができ、
変調光の強度が上がるときに負の時間導関数すなわちｄφ／ｄｔ＜０を持つ。

【００２８】本発明の他の実施の形態において、モジュレータの上部及び下部電極は、第１
及び第２擬似（quasi-ternary）信号によって駆動される。好ましくは、第１及び第２擬似信号は、不等距離マーク例えば、それぞれ“１”，“０．２５”，“
０”，及び“１”、“０．７５”、“０”を備え、所定量の負のチャープたとえ
ばα_3dB＝−０．５を得る。

【００２９】本発明の利点は、標準信号モードファイバで１５５０nmで動作するファイバ光
学的システムのような分散システムにおける分散をある程度補償する点である。

【００３０】また、本発明の利点は、従来技術における送信システムと比較して、所与の送
信距離について、受信器に必要とされる感度が低くてすむことである。

【００３１】更にまた、本発明によれば、交流増幅器がデュオバイナリ信号の代わりに二進
信号を増幅する場合、それらに対する要求が緩和されるという利点がある。

【００３２】また、本発明は、導入が簡単であり、使用するコーディング電子機器も、最小
限のものである。

【００３３】（実施の形態の詳細な説明）本発明によるデュオバイナリ送信器は、DEMZモジュレータに基づくが、変調は
、従来技術に記載されている変調と比較して、まったく異なる。

【００３４】本発明の第１の実施の形態を図５を参照して説明する。光学的デュオバイナリ
送信器は、入力端子５１と、駆動回路５３と、ダブル電極光モジュレータ５５、
好ましくは、DEMZモジュレータと、出力端子５７を備える。

【００３５】駆動回路は、入力端子に接続され、デマルチプレクサ５９と、２つの論理ゲー
ト６１，６３、好ましくは、アンドゲートとナンドゲートとを備える。デマルチ
プレクサは、入力された二進信号Ｓ１を、それぞれが入力二進信号Ｓ１のビット
レートの半分を持つ２つの二進信号Ｓ７とＳ８に多重分離する。この場合、これ
らの信号は、それぞれの位相からマークを変えることが重要である。例えば、入
力信号シーケンスABCDEFGHは、AACCEEGG*と、*BBDDFFHHのシーケンスに多重分離
されなければならない。なお、*は、未定義信号マークを意味する。

【００３６】入力端子において、すでに多重分離された信号Ｓ７とＳ８がある場合は、多重
分離は必要ない。この場合は、同期回路（図５には示されない）、例えば４つの
フリップ・フロップを備え、クロックパルスを使用するものが配設され、多重分
離された信号を同期し、相互の位相からマークを変えるようにする。

【００３７】論理ゲートは、それぞれ２つの二進信号Ｓ７とＳ８を入力として持ち、２つの
二進信号Ｓ９とＳ１０を生成し、これらの信号が、ダブル電極光モジュレータ５
５の電極の駆動に使用される。

【００３８】交流増幅器６５，６７を配設して、二進信号Ｓ９、Ｓ１０をそれぞれ、モジュ
レータの電極を駆動する前に、増幅することもできる。

【００３９】光学的ダブル電極モジュレータ５５の電極は、バイアス電圧６９を供給され、
光学的キャリア、例えば、レーザダイオードからの連続光の振幅と位相を、二進
駆動信号に基づいて変調し、入力二進信号Ｓ１に対応し、所定の負の変調チャー
プパラメータ即ちα＜０の光学的デュオバイナリ信号Ｓ３を提供する。出力され
るデュオバイナリ信号Ｓ３は、入力二進信号Ｓ１と同じデータ情報を含むが、送
信スペクトルが狭くなっている。

【００４０】最後に、出力端子５７は、光モジュレータに接続され、光学的送信ライン（図
５には示されず）に変調された光学的デュオバイナリ信号Ｓ３を供給する。

【００４１】図６は、出力デュオバイナリ信号Ｓ３の一例と、本発明に基づいて、二進信号
Ｓ１をデュオバイナリに変調するための、エンコーディング中間信号Ｓ７，Ｓ８
，Ｓ９，Ｓ１０を示す。

【００４２】ダブル電極光モジュレータは、好ましくは、次のようなものである。即ち、対
応の駆動信号の所与の電圧シフトΔＶに対して、モジュレータの２つのブランチ
を介して導かれる光学的キャリア光が実質的に同じ位相シフトΔφを持つように
する、即ち、Δφ／ΔＶが同じでなければならないモジュレータである。これに
より、高品質の変調信号を得る最高の可能性がもたらされる。

【００４３】二進信号Ｓ９、Ｓ１０によってそれぞれ駆動され、ダブル電極光モジュレータ
は、３つの光学的デュオバイナリ信号マーク“０”、“１”、“−１”を実質的
に非光パルスと、相互に位相の異なる高振幅の２つの光パルスを提供する。

【００４４】図７ａは、各マークについて、デュオバイナリモジュレータの上部ブランチと
下部ブランチにおいて導入された位相シフトを示す。２つの成分は位相が逆で相
互に打ち消すので、“０”マークは、実質的に光なしパルスに対応し、論理“１
”マークは、完全振幅で０度位相シフトの光パルスに対応し、“−１”マークは
、完全振幅で１８０度位相シフトの光パルスに対応する。電極電圧が上がると、
モジュレータの上部ブランチ内の光は、負の位相シフトが行われ、下部ブランチ
内の光は、正の位相シフトが行われる。

【００４５】特に、図６及び図７aからわかるように、二進信号Ｓ９、Ｓ１０のマーク、従って、モジュレータの上部及び下部ブランチに導入された位相シフトは、同時に
変化することはない。これは、本発明の本実施の形態の所望の特性を提供するの
に必須不可欠の特徴である。

【００４６】図７ｂは、光学的出力信号（太い実線）の位置とデュオバイナリマーク（点線
）の各位置の極座標（振幅対位相）を示す。

【００４７】干渉計の上部アームは、極座標の第１象限と第２象限とを使用して０度と１８
０度との間で変調され、干渉計の下部アームは、第３象限と第４象限とを使用し
て０度と−１８０度との間で変調される。光学的出力信号の位相は、図に示され
ているように、“０”と“１”マークとの間で、９０度と０度の間で変化する。
従って、ｄＰ／ｄｔ＞０の時、ｄφ／ｄｔ＜０であり、関連技術の説明に示され
る公式により、α＜０となる。“０”と“−１”マークとの間で、位相は、−９
０度と−１８０度との間で変化する。やはり、ｄＰ／ｄｔ＞０の時、ｄφ／ｄｔ
＜０であるので、α＜０となる。

【００４８】従って、光モジュレータは、位相φによって変調された光を提供し、この位相
φは、変調光の強度が増しているときには、負の時間導関数を持ち、すなわち、
ｄφ／ｄｔ＜０であって、変調光の強度が減っているときには、正の時間導関数
を持ち、すなわち、ｄφ／ｄｔ＞０である。

【００４９】すべての軌跡に対して、チャープパラメータαはゼロより小さく、つまり、ブ
ルーシフト周波数チャープが生じる。この周波数チャープは、SSMF上で１５５０
nmで動作する光ファイバシステムのような異常分散システムにおける分散をある
程度補償することができる。チャープパラメータα_3dBは、光学的ピークパワーの半分で定義され、上記のように本発明では−１に等しい。この値は、最大値よ
りわずかに高い。

【００５０】ここに提案された本発明の変調方式は、従来のデュオバイナリ送信リンクと比
較して、少ない数の電子部品を加えるだけで実現することができる。送信器側で
は、加算器は、2つの論理ゲート、たとえばアンドゲートとオアゲートで置き換えることができる。受信器側では、何もデバイスを付け加える必要がない。標準
的なデュオバイナリ受信器を使用することができる。

【００５１】デュオバイナリ送信のための狭い周波数の信号スペクトルの利点が、チャープ
された変調の分散補償特性の利点と組み合わされる。また、この場合、交流増幅
器が二進信号によって駆動される。従来のデュオバイナリ変調方式と比較して、
二進駆動信号は、交流増幅器の要求を緩和させる。

【００５２】図８は、本発明に基づく光学的デュオバイナリ送信器の第２の好ましい実施の
形態を示す。この送信器は、上記のものと非常に似ているもので、駆動回路７３
だけが違っている。

【００５３】駆動回路７３は、デマルチプレクサの代わりに、２つの直列に接続されたＤ−
フリップ・フロップ７５、７７とクロックパルス７９を備える。Ｄ−フリップ・
フロップは、入力二進信号Ｓ１を２つの二進出力信号Ｓ１１とＳ１３に変換し、
それぞれが、入力二進信号Ｓ１の完全ビットレートを持つように配設されている
。このような配設において、入ってくる信号列ABCDEFGHは、２つのシーケンス*A
BCDEFGHと**ABCDEFGHに変換される。即ち、二進出力信号は、入力二進パルスと等しいが、１ビット分、及び２ビット分、それぞれシフトされている。

【００５４】論理ゲート６１，６３は、本実施の形態においては、それぞれが２つの二進信
号Ｓ１１とＳ１２を入力として持ち、２つの二進信号Ｓ１３とＳ１４を生成し、
それが、ダブル電極光モジュレータ５５の電極を駆動するのに使用される。信号
Ｓ１３とＳ１４は、論理ゲートが同じであれば、信号Ｓ９、Ｓ１０と等しい。つ
まり、第１の実施の形態のモジュレータと、第２の実施の形態のモジュレータは
、同じ信号によって駆動され、同じデュオバイナリ信号を生成する。従って、こ
の実施の形態においても、変調信号の所望のブルーシフト周波数チャープが得ら
れる。

【００５５】図９は、本発明の第２の実施の形態に基づいて、二進信号Ｓ１をデュオバイナ
リ変調するための出力デュオバイナリ信号Ｓ３とエンコーディング中間信号Ｓ１
１，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の例を示す。

【００５６】本発明に使用できるその他の駆動回路は、他の型の論理ゲートを使用する。例
えば、モジュレータの導波媒体としてLiNbO₃を使用して、電極の型とバイアス電
圧を適当に選択することによって、表１に示されたどの組み合わせも使用するこ
とができる。

【表１】

【００５７】反転された駆動段と非反転駆動段のどちらかを使用することができる。二進駆
動信号を得る原則は、同じである。

【００５８】モジュレータの導波管用に可能なその他の物質として、例えば、InPのような半導体材料がある。これらの材料を使用して、２つのブランチについて同じΔφ
／ΔＶを備えたモジュレータを提供することができる。

【００５９】４つの異なる変調方式を理論的に比較検討してみた。１．チャープなしの強度変調２．チャープありの強度変調３．チャープなしのデュオバイナリ変調４．本発明に基づくチャープありのデュオバイナリ変調

【００６０】第１の方式は、DEMZモジュレータを備え、その両方の電極が２つの同期された
二進信号によって変調される。変調方式は、図４ｂの“１”マークと“０”マー
クの間の遷移に対応する。ピークからピークまでの駆動電圧は、Ｖ_n／２であり、駆動信号に必要なゆっくりのレートはＶ_n／２Ｔであり、Ｔは、マーク間の時間を表し、Ｖ_nは、光の位相を１８０度シフトさせる電圧である。

【００６１】第２の変調方式では、DEMZモジュレータが、その上部電極上で単一の二進信号
によって変調される。この方式は、図７ｂの“１”マークと“０”マークとの間
の遷移に対応する。ピークからピークまでの駆動電圧は、Ｖ_nであり、駆動信号に必要なゆっくりのレートはＶ_n／Ｔである。

【００６２】第３の変調方式では、DEMZモジュレータは、その両方の電極上で２つの同期し
た３レベルの信号によって変調される。この方式は、従来技術で述べた方式と一
致する。ピークからピークまでの駆動電圧は、Ｖ_nであり、駆動信号に必要なゆっくりのレートはＶ_n／２Ｔである。この場合、マーク“１”と“−１”との間に直接的な遷移はなく、その逆も生じない。

【００６３】第４の変調方式では、DEMZモジュレータは、その両方の電極上で相互に位相が
異なる２つの二進信号によって変調される。この方式は、本発明で述べた方式と
一致する。ピークからピークまでの駆動電圧は、Ｖ_nであり、駆動信号に必要なゆっくりのレートはV_n/Tである。この場合も、マーク“１”と“−１”との間に
直接的な遷移はなく、その逆も生じない。

【００６４】上記４つの方式の性能を分析するのに、上昇した（raised）コサイン型駆動信
号をDEMZモジュレータの入力信号として、また４次元ベッセルフィルタをITU（国際通信協会International Telecommunication Union）規格に基づいて最適化された受信フィルタとして用いた。ビットレートは、１０Gbit/sに設定し、ファ
イバの分散パラメータは、D=17 ps/nm/kmにした。これは、SSMF上で１５５０nm で動作するSTM-64（Synchronous Transfer Mode 同期送信モード）に対応する。ファイバは、以下の送信関数を持つ位相回転フィルタとしてモデル化された。

【数４】式中、λは、波長、Ｄは分散パラメータ、Ｌは送信長、ω_cはキャリア周波数、 ωは、信号周波数、そしてｃは真空中の光の速度である。

【００６５】更に、受信器側のプレアンプリファイアとして、商業用エルビウムドープされ
たファイバ増幅器（EDFA）を使用した（増幅G=29dB、ノイズ率Ｆ＝４．５dB）。
FDEAからの出力信号は、ファブリ・ペロ（Fabry-Perot）フィルタ（Δλ＝２．５nm）にかけた。

【００６６】図１０は、分析結果を示す。受信器感度をデシベルで示し、送信長をキロメー
タで示してある。実線は、チャープなしの強度変調を示し、破線は、チャープあ
りの強度変調を示し、点線は、チャープなしのデュオバイナリ変調を示し、一点
鎖線は、本発明に基づくチャープありのデュオバイナリ変調を示す。４つの異な
った変調方式に対して、ビットエラーレートは１＊１０^-9を仮定している。図か
らわかるように、第４の方式、即ち、チャープありのデュオバイナリ変調が、対
象とするすべての送信長、即ち、０−１６０kmに対して最高の性能を示す。

【００６７】本発明に基づく光学的デュオバイナリ送信器の第３の実施の形態において、駆
動信号は、二進信号ではなく、擬似（quasi-ternary）信号である。チャープパラメータα_3dBは、ここでは、より複雑な駆動回路によって、最適化される。例えば、３ｄＢの点において−０．５のチャープパラメータが必要な場合、モジュ
レータの２つのブランチで得られる位相シフトは、１：３の割合になる。これを
実現するには、入力二進信号を２つの擬似信号に変換し、モジュレータの上部ブ
ランチの電極を駆動する方は、３つのマーク“１”、“０．２５”、“０”を持
ち、モジュレータの下部ブランチの電極を駆動する方は、３つのマーク“１”、
“０．７５”、“０”を持つ。

【００６８】図１１ａは、デュオバイナリモジュレータの上部及び下部ブランチ内において
、それぞれのマークに対して位相シフトされた様子を示す。“０”マークは、２
つの成分の位相が反対で打ち消し合うので、実質的に光パルスなしに対応し、論
理“１”マークは、完全振幅で０度シフトの光パルスに対応し、そして“−１”
マークは、完全振幅で１８０度シフトの光パルスに対応する。電極電圧が高くな
ると、モジュレータの上部ブランチにおける光は、負の位相シフトを受け、下部
ブランチにおける光は、正の位相シフトを受けると仮定している。

【００６９】図１１ａからもわかるように、擬似信号のマーク、従って、モジュレータの上
部及び下部ブランチ内の光の位相シフトが、この実施の形態においては、同時に
変化する。

【００７０】図１１ｂは、光出力信号の位置（太い実線）と各デュオバイナリマークの位置
（点線）の極座標（振幅対位相）を示す。

【００７１】本出願に記載されているデュオバイナリ送信のための新規の発明によるシステ
ム及び方法は、デュオバイナリ送信が提供する狭いスペクトルを、チャープされ
た技術が提供する分散補償特性を組み合わせたものである。理論的には、本発明
の一実施の形態に基づく変調方式は、従来のDEMZモジュレータに基づく変調技術
と比較して、分散免疫（immunity）において、全体的によりよい性能を示す。

【００７２】本発明の第１の実施の形態によれば、DEMZ電極のためのドライバが、３レベル
信号の代わりに二進信号によって駆動される。これにより、ドライバ回路の設計
上の要求が緩和される。

【００７３】本発明の最後の実施の形態によれば、DEMZ電極用のドライバが、普通のデュオ
バイナリ信号に代わって、擬似信号によって駆動される。チャープパラメータは
、ここで、最適化される。

【００７４】以上、本発明について述べてきたが、本発明は、様々な変形が可能である。そ
のような変形も、本発明の範囲内にある。当業者であればわかるように、そのよ
うな変形は、以下の請求の範囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

本発明は、以下の詳細な説明と添付図面図１乃至図１１とから完全に理解され
るであろう。これらは例として示されているのものであり、本発明をこれらに限
定するものではない。

【図１】従来技術による光学的デュオバイナリ送信器を示す図。

【図２】従来技術による二進信号をデュオバイナリ信号に変更するためのエンコーダ回
路を示す図。

【図３】従来技術による出力信号と二進信号をエンコードするための中間信号の例を示
す図。

【図４ａ】図１の光学的デュオバイナリ送信器の上部ブランチと下部ブランチにおける各
デュオバイナリマークについての位相シフトを示す図。

【図４ｂ】図１のデュオバイナリ送信器の光出力信号の位置と、デュオバイナリマークの
それぞれの位置を示す極座標を示す図。

【図５】本発明の好ましい実施の形態に基づく光学的デュオバイナリ送信器を示す図。

【図６】図５の本発明の光学的デュオバイナリ送信器による出力信号と二進信号のデュ
オバイナリ変調のためのエンコーディング中間信号の一例を示す図。

【図７ａ】図５の本発明のデュオバイナリ送信器の上部ブランチと下部ブランチにおける
各デュオバイナリマークに対する位相シフトを示す図。

【図７ｂ】図５の本発明のデュオバイナリ送信器の光出力信号の位置と、各デュオバイナ
リマークの位置を示す極座標。

【図８】本発明の第２の好ましい実施の形態に基づく光学的デュオバイナリ送信器を示
す図。

【図９】図８の本発明の光学的デュオバイナリ送信器による出力信号と二進信号のデュ
オバイナリ変調のためのエンコーディング中間信号の一例を示す図。

【図１０】従来技術による３つの異なる変調方式と本発明に基づく変調方式についての、
異なる送信長に対する受信器の感度を示す図。

【図１１ａ】本発明の第３の好ましい実施の形態に基づく、擬似信号によって駆動される光
学的デュオバイナリ送信器の上部ブランチと下部ブランチにおける各デュオバイ
ナリマークに対する位相シフトを示す図。

【図１１ｂ】図１１ａに基づく位相シフトを有する光学的デュオバイナリ送信器の光出力信
号の位置と、各デュオバイナリマークの位置を示す極座標。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年２月１８日（２０００．２．１８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/035 Ｈ０４Ｂ 10/152 10/142 10/02 10/18 // Ｈ０１Ｓ 3/10 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的デュオバイナリ（duobinary）送信システムであって、第１二進信号を受信する入力端子（５１）と、この入力端子に接続され、第１二進信号を第２及び第３二進信号に変換する駆
動回路（５３）と、この駆動回路に接続された光モジュレータ（５５）であって、その上部及び下
部電極が、それぞれ前記第２及び第３の二進信号によって駆動され、更に、前記
モジュレータは、二進駆動信号に基づき、光学的キャリアの振幅と位相を変調し
て、前記第１二進信号に対応する光学的デュオバイナリ信号を、所定の負の変調
チャープパラメータと共に提供すべく配設されている光モジュレータと、前記光学的モジュレータに接続され、光送信ラインに変調された光学的デュオ
バイナリ信号を供給すべく配設された出力端子（５７）とを備えることを特徴とする光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項２】前記駆動回路が第１及び第２論理ゲート（６１，６３）を有
して、その出力がそれぞれ前記第２及び第３二進信号であることを特徴とする請
求項１に記載の光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項３】前記駆動回路が、前記入力端子に接続されたデマルチプレク
サを備え、このデマルチプレクサは、第１二進信号（ABCDEFGH）を、第４と第５
の二進信号（AACCEEGG*，*BBDDFFHH）に多重分離し、この第４及び第５二進信号
が、前記第１及び第２論理ゲートを駆動することを特徴とする請求項２に記載の
光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項４】前記駆動回路が第１及び第２フリップ・フロップ（７５，７
７）を備え、これらは、直列に入力端子に接続され、第１二進信号（ABCDEFGH）
を、それぞれ第６及び第７二進信号（*ABCDEFGH，**ABCDEFGH）に変換し、その第６及び第７二進信号が、前記第１及び第２論理ゲートを駆動することを特徴と
する請求項２に記載の光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項５】前記第１論理ゲートがアンドまたはナンドゲートであり、第
２論理ゲートがオアまたはノアゲートであることを特徴とする請求項２乃至４の
いずれかに記載の光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項６】第１及び第２交流増幅器（６５，６７）を備え、前記第２及
び第３二進信号を増幅してから、モジュレータの電極を駆動させることを特徴と
する、請求項１乃至５のいずれかに記載の光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項７】ダブル電極光モジュレータがマック・ツエンダ（Mack-Zehnd
er）型であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学的デュオ
バイナリ送信システム。
【請求項８】ダブル電極光モジュレータが、モジュレータの２つのブラン
チを通過する光学的キャリアの光の同じ位相シフトΔφを、対応の駆動信号の所
与の電圧シフトＤＶに対して供給するように、即ち、２つのブランチのΔφ／Δ
Ｖが同じになるように配設されていることを特徴とする請求項７に記載の光学的
デュオバイナリ送信システム。
【請求項９】ダブル電極光モジュレータが、３つの光学的デュオバイナリ
信号マーク（０、１、−１）を、実質的に光なしパルスと、位相が相互に反対の
高振幅の第１光パルスと、高振幅の第２光パルスとして提供することを特徴とす
る、請求項７に記載の光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項１０】変調された光の強度が上がる場合、つまり、ｄＰ／ｄｔ＞
０のとき、ダブル電極光モジュレータが、負の時間導関数即ちｄφ／ｄｔ＜０の
位相φを持つ変調光を提供すべく配設されていることを特徴とする請求項９に記
載の光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項１１】光学的デュオバイナリ送信方法であって、第１二進信号を受信するステップと、前記第１二進信号を第２及び第３二進信号に変換するステップと、第２及び第３二進信号に基づいて、光学的キャリアの振幅と位相を変調し、前
記第１二進信号に対応し、所定の負の変調チャープパラメータを備えた光学的デ
ュオバイナリ信号を提供するステップと、光学的送信ラインに、変調された光学的デュオバイナリ信号を供給するステッ
プととからなることを特徴とする方法。
【請求項１２】第１二進信号（*ABCDEFGH*）を第４及び第５信号（AACCEE
GG*，*BBDDFFHH）に多重分離するステップと、論理操作を行うことによって、こ
の第４及び第５信号を第２及び第３二進信号にそれぞれ変換するステップとを備
えることを特徴とする請求項１１に記載の光学的デュオバイナリ送信方法。
【請求項１３】第４及び第５二進信号のアンド又はナンドを取る論理操作
と、第４及び第５二進信号のオア又はノア論理操作を行うことを特徴とする請求
項１２に記載の光学的デュオバイナリ送信方法。
【請求項１４】第１二進信号（*ABCDEFGH*）をシフトして第６及び第７二
進信号(*ABCDEFGH，ABCDEFGH*)に重複する（duplicate）ステップと、論理操作を行うことによって、この第６及び第７二進信号を、第２及び第３二進信号にそ
れぞれ変換するステップとを備えることを特徴とする請求項１１に記載の光学的
デュオバイナリ送信方法。
【請求項１５】第６及び第７二進信号のアンド又はナンドを取る論理操作
と、第６及び第７二進信号のオア又はノアを取る論理操作を行うことを特徴とす
る請求項１４に記載の光学的デュオバイナリ送信方法。
【請求項１６】第２及び第３二進信号を、変調する前に、増幅することを
特徴とする請求項１１乃至１５に記載の光学的デュオバイナリ送信方法。
【請求項１７】３つの光学的デュオバイナリ信号マーク（０、１、−１）
を、実質的に光なしのパルスと、相互に位相が反対の高振幅の第１光パルスと、
高振幅の第２光パルスとして提供することを特徴とする請求項１６に記載の光学
的デュオバイナリ送信方法。
【請求項１８】変調された光の強度が上がるとき、即ち、ｄＰ／ｄｔ＞０
のとき、変調光の位相が負の時間導関数を持ち、即ち、ｄφ／ｄｔ＜０となるこ
とを特徴とする請求項１７に記載の光学的デュオバイナリ送信方法。
【請求項１９】光学的デュオバイナリ送信システムであって、第１二進信号を受信する入力端子（５１）と、この入力端子に接続され、第１二進信号を第１及び第２擬似（quasi-ternary ）信号に変換する駆動回路（５３）と、この駆動回路に接続された光モジュレータ（５５）であって、その上部及び下
部電極が、それぞれ前記第１及び第２の擬似信号によって駆動され、更に、前記
モジュレータは、擬似駆動信号に基づき、光学的キャリアの振幅と位相を変調し
て、前記第１二進信号に対応し、所定の負の変調チャープパラメータを備えた光
学的デュオバイナリ信号を、提供すべく配設されている光モジュレータと、前記光学的モジュレータに接続され光送信ラインに変調された光学的デュオバ
イナリ信号を供給すべく配設された出力端子（５７）とを備えることを特徴とする光学的デュオバイナリ送信システム。
【請求項２０】前記駆動回路（５３）が、第１及び第２擬似信号に、非等
距離マーク、例えば“１”、“０．２５”、“０”と、“１”、“０．７５”、
“０”をそれぞれに提供することによって、所定量の負のチャープ、例えば、α _3dB ＝−０．５を得ることを特徴とする請求項１９に記載の光学的デュオバイナリ送信システム。