JP2003156719A - Nrz変調法の最適化を可能にする改良された光変調器 - Google Patents
Nrz変調法の最適化を可能にする改良された光変調器Info
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Abstract
た光変調器を提供すること。 【解決手段】 光信号の強度を変調することによってN
RZ法で符号化されたデータを伝送するための光変調
器。入力の制御信号635から小さい帯域幅の信号61
8を得るための形成手段と、結果として得られる光信号
640の消光速度を有利にする伝達関数630を有する
レーザ変調器。
Description
伝送技術に関し、より詳細に説明すると、伝送品質を向
上させることを可能にし、それによって雑音が存在する
ときに伝送された信号のより良好な検出を確実にするこ
とを可能にする光変調器に関する。
発展してきた。通信の重要な部分は、音声、つまり電話
に関しても、データをトランスポートするアプリケーシ
ョンに関しても、長年、速度の遅い通常の電話回線を介
して行われてきたが、インターネット、ならびに公設で
あるか私設であるかにかかわらないデータをトランスポ
ートするすべてのネットワークのめざましい発展によ
り、80年代半ば以来、帯域幅に対する相当な要求が生
じている。トランスポートすべき、すべての種類のメデ
ィアに関する、つまり、音声のトランスポートにも、電
子メール(E−mail)などのデータのトランスポー
トにも、テキストファイルおよびイメージファイルの交
換にも、ビデオの配信にも、さらには、インターネット
および「World Wide Web」(WWW)の
莫大な利用にも関する情報量の指数関数的な増大に対処
できるようにするため、電気的媒体(金属の回線、銅の
回線)を介する伝送の長距離でのパフォーマンスが、余
りにも限られていることが分かっているので、新しい技
術が開発されなければならない。
ットワークの中心部分に関しては、現在、光ファイバを
介して非常に高速に行われている。というのも、デー
タ、つまり情報ビットの通信の速度は、現在、1秒当り
のギガバイト数で測定されている。つまり、毎秒109
ビットが、つまり毎秒10億ビットが、回線を介して通
信されることが可能であり、つまり、回線は1Gb/秒
ということになる。実際、この伝送を標準化し、設備の
相互運用性を確保する国際標準が存在する。その標準の
なかで最も普及しているのが、「Synchronou
s Optical NETwork」を表すSONE
Tの名称で知られているものである。SONETは、と
りわけ、北米の標準であるが、SONETに相当する欧
州の標準は、「Synchronous Digita
l Hierarchy」を表すSDHと呼ばれてい
る。これらの標準は、大部分、互換性があり、具体的に
は、2.48Gb/秒(SONET OC−48)、1
0Gb/秒(SONET OC−192)、および40
Gb/秒(SONET OC−768)を標準化してい
る。
とが可能であり、大陸間の伝送も含むことが可能なネッ
トワークを介する通信設備間の通信が、一般的に、レー
ザと呼ばれるコヒーレント光エミッタから放出された光
のパルスを搬送する光ファイバを介して行われてはいる
が、通信設備自体は、まだ基本的に電気技術に基づいて
おり、通信設備を構成する周辺回路が、光ファイバとイ
ンターフェースを取る光信号の送信装置および受信装置
と効率的に、また低コストでインターフェースを取るこ
とができなければならないことに変わりない。
を搬送する2進信号を伝送すると、単に、通常はレーザ
である光のエミッタが2つのレベルで変調される。これ
により、2つの強度レベルで光信号が生成され、レーザ
は、ファイバの他方の終端にある光受信機によって検出
されるのに十分な光量を実際に放出するレベルから、全
く、またはほとんど放出を行わないレベルに、すなわ
ち、エミッタがオフにされていると見なすべき状態に切
り替えられる。したがって、受信機は、1つの情報ビッ
ト(逆の取り決めも明らかに可能であるが、レーザが光
を放出する状態に一般的に対応する「1」)に対応する
2つのレベルを区別することができる。エミッタが、2
つの連続する1の間、放出を続け、「0」を伝送するた
め以外にはオフ状態に戻らない場合、この変調法は、
「Non Return to Zero」を表す「N
RZ」の略語で知られている。この変調法は、低コスト
であり、各情報ビットを伝送するためにオンまたはオフ
にされるレーザの動作モードによく適合する。
れる伝送速度が相当に(40Gb/秒まで)増大するに
つれて、ごく短い時間中にレーザをオンまたはオフにす
る制御を行い、特に伝送された情報の受信機による正し
い検出を確実にすることがますます困難になっており、
雑音が存在する場合、実際には常にそうである。
目的は、いわゆるNRZ法の単純さを保持しながら、伝
送された信号をより良好に検出できるようにすることに
より、すなわち、従来のNRZより良好な信号対雑音比
を達することにより、NRZ法に大きな改良をもたらす
改良された光変調器を提供することである。
光信号の強度を変調することによってNRZ法で符号化
されたデータを伝送するための光変調器を備え、この光
変調器は、光信号を成形する手段を含み、この手段は、
入力の制御信号から小さい帯域幅の信号を得るための成
形手段と、結果として得られる光信号の消光時間を有利
にする伝達関数を有するレーザ変調器とを含む。
得られる光信号が最小光強度レベルから最大光強度レベ
ルに遷移する間の継続時間と前記信号のビット継続時間
の比は、0.1から0.6の範囲内にあり、また最大強
度レベルに維持される継続時間と、最小光強度レベルと
最大光強度レベルの間の遷移する時間より短い全ビット
時間の比は、0.1から0.85の範囲内にある。
利点は、添付の図面で示される本発明の好ましい実施形
態の詳細な説明からより明白となる。
をその他の種類の変調法と比較して、NRZ変調法(1
10)の単純さ、および通信製品において使用する際に
この単純さがもたらす低コストがよりよく理解されるよ
うにすることを基本的に目的としている。詳細には、N
RZ変調法(110)を、可能な第2の変調法である
「Return to Zero」を表すいわゆるRZ
変調法(120)と比較することができる。NRZ法と
は反対に、レベル「1」の伝送が連続する際、光信号を
送信する装置は、各ビット時間(100)でオンにさ
れ、次にオフにされる。明らかに、これにより、伝送す
べき信号により多くの遷移(125)が生じ、より多く
の遷移は、より大きな周波数範囲に伝送されるエネルギ
ーが拡散することに相当する。このエネルギー拡散は、
当分野の技術者によく知られ、適切な測定機器でそのよ
うな信号のスペクトル解析が行われるとき、明確に示さ
れる現象である。言い換えれば、伝搬の媒体、この場合
は、光ファイバ、および受信装置は、より高い周波数
の、したがって、信号が崩れることがない場合、より高
いパフォーマンスの成分を含む変調信号を送受信できな
ければならない。同様にしばしば使用される別の種類の
変調法が、2相変調法と呼ばれる、またはマンチェスタ
符号変調法(130)とも呼ばれる変調法である。この
変調法は、さらに多数の遷移を含む。というのは、
「1」または「0」の各ビット時間に少なくとも1回の
遷移が存在するからである。したがって、この変調法の
スペクトル成分は、さらに高い周波数の方に向ってお
り、これによりもたらされる不都合は、さらに際立って
いる。したがって、可能な場合はいつでも、NRZ変調
法が、単純であり、また実施が低コストであるという理
由で好ましい。
題を示し、詳細には、「1」の長い連続(220)に含
まれる記号「0」(210)を伝送しなければならない
ときの問題を示している。記号間の相互作用のため、具
体的には、受信機の電気的フィルタリング後の相互作用
のため、光エミッタがオフになったことは、それほど明
確にならず、したがって、遠隔の受信機が孤立した記号
「0」を検出するのがより困難になる。換言すれば、電
気的フィルタリング後、信号の消光速度が低下してい
る。したがって、本発明は、この点においてNRZ変調
法に改良を施してNRZ変調法の適用範囲を拡大し、エ
ミッタがアクティブである状態の記号「1」を明確に分
離することを保証しながら、前述した不都合を有するR
Z変調法のようなその他の変調法の利用を回避すること
を提案する。
のようにして伝送される信号を変調してより高い消光速
度を得るべきかを示している。図3Aは、「0」または
「1」に維持する時間が等しいNRZ変調法の信号の標
準のケースに相当する。つまり、1に維持する比が1に
等しいとき、1に維持する比は、 1に維持する比=2×(1に維持する時間)/(ビット
時間−遷移時間) に等しい。
のに必要な分数のビット時間を表す遷移の比は、図3A
の場合、 遷移の比=遷移時間/ビット時間 によって与えられ、0.44に等しい。
間、維持するような方式で、したがって、光伝送装置の
消光時間を長くするような方式で、維持時間が多少、変
更されるように誘導することにある。これを異なるレベ
ルで図3Bおよび3Cに示す。したがって、図3Bは、
1に維持する比が0.43に等しい信号を示し、一方、
図3Cは、その比が0であるケースを示している。
って実施される適切な測定によって正確に定量化されな
ければならない。したがって、図4は、10−9の下限
誤り率をもたらすOSNR限界値を、10Gbit/秒
の速度で本発明の方法に従って変調された信号を検出す
る際の受信機の電気的フィルタの等価雑音帯域の関数と
して示している。この図の場合、遷移の比は0.3であ
る。この値が比較する2つの変調法に関して同一である
ことが重要である。というのは、これにより、両方のケ
ースで、変調器が全く同じ速度であることが明確に示さ
れるからである。この曲線は、1に維持する時間が0.
5に等しい場合、OSNR限界値は、従来のNRZ法
(曲線が示す1に維持する時間が1に等しい)に従って
変調された信号に関して得られるOSNR限界値より
0.5dBだけ低いことを示している。これらの曲線
は、等価雑音帯域と伝送速度の基本周波数の関係が遵守
される限り、任意の伝送速度に適用可能である。したが
って、本発明による変調法は、光電受信機の最適化をよ
り容易にすると言うこともできる。というのは、光電受
信機が、より小さい等価雑音帯域の光学雑音に対してよ
り高い許容度を有することになるからである。
測定法によって測定することもできる。この係数は、伝
送のQ係数、つまり品質係数と呼ばれる。一方では1に
維持する比の関数として、また他方では遷移の比の関数
として品質係数を表した図5に示す曲線のような曲線を
特に引くことができるようにする標準の測定装置が存在
する。この図を作成するため、等価雑音帯域を最適に選
択する、すなわち、10Gbit/秒で変調された信号
に対しては5GHzに選択する。図5は、品質係数が標
準のNRZ変調法で得られる品質係数より良好な、つま
り、より高い、本発明による領域が存在することを光伝
送分野の技術者に明確に示している。比較のため、標準
のNRZ変調法で得られる品質係数の位置を図に示して
いる。このことは、通常の方法とは異なる遷移の比およ
び1に維持する時間の値の範囲で達せられ、したがっ
て、NRZ変調法を使用する伝送を向上させるためにこ
の範囲の値を使用することが有利である。1に維持する
比によって決定されるこの領域は、遷移の比が(縦座標
軸で)0.1から0.6の範囲内にある場合、(横座標
軸で)0.1から0.85の範囲内にある。
の技術者には多くの変形形態が思い浮ぶことが可能なの
で、図6は、どのように本発明を実施することができる
かを一般的に示している。この場合、光エミッタ(61
0)は、「Integrated Laser mod
ulator」を表す略語ILMで示されるレーザ変調
器である。この装置は、変調器の入力で信号を成形する
ため電気的制御ユニット(620)から供給される制御
信号(618)を受け取る。この信号は、本発明によれ
ば、特に遷移時間が制御される伝送速度を考えると、小
さい帯域幅でなければならない。このことは、好ましく
は、アナログまたはデジタルの電気的フィルタ(62
5)などの適切な手段によって、例えば、上流に位置す
る制御論理によって生成されたデータ信号(635)を
本発明の原理に従って変換することを目的とするいわゆ
る5次ベッセルフィルタによって達せられる。ILMに
関しては、本発明の好ましい実施形態では、非線形伝達
関数(630)を特徴とし、以上に説明したようなすべ
ての所望の特性を有する結果として得られる光信号(6
40)を得るようにする。NRZ変調法をこの原理に従
って実施するとき、使用を従来の適用範囲を超えて拡張
できるようになる。
るNRZ変調法を使用しながら、光ファイバを介してよ
り高い伝送品質を得ることが可能になる。より高いパフ
ォーマンスの変調法も存在するが、実施するのが最も簡
単であり、したがって、最も経済的であるのが、いわゆ
るNRZ法であり、大量使用に選択される方法である。
本発明は、レベル「1」を伝送すべきか、またはレベル
「0」を伝送すべきかに応じて単にオフまたはオンにす
べきレーザ型の光エミッタを制御するのによく適合す
る。本発明は、光信号を適切に成形することにより、
「1」の連続の中で孤立したレベル「0」を伝送しなけ
ればならず、そのためレベル「0」の検出するのがより
困難になる場合におけるNRZ法の本質的な欠点を補
う。
した図である。
示す図である。
るかを示す図である。
るかを示す図である。
るかを示す図である。
ができる信号対雑音比を示す図である。
性をどのようにして正確に定量化できるかを示す図であ
る。
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 光信号の強度を変調することによってN
RZ法で符号化されたデータを伝送するための光変調器
であって、 前記光信号を成形する手段を含み、該手段が、 入力の制御信号(635)から小さい帯域幅の信号(6
18)を得るための成形手段(625、620)と、 結果として得られる光信号(640)の消光時間を有利
にする伝達関数(630)を有するレーザ変調器(61
0)とを含むことを特徴とする光変調器。 - 【請求項2】 結果として得られる前記光信号が最小光
強度レベルから最大光強度レベルに遷移する間の時間と
前記信号のビット時間の比が、0.1から0.6の範囲
内にあり、 前記最大強度レベルに維持される時間と、前記最小光強
度レベルと前記最大光強度レベルの間の遷移する時間よ
り短い全ビット時間の比が、0.1から0.85の範囲
内にあることを特徴とする請求項1に記載の光変調器。 - 【請求項3】 前記成形手段が、主にアナログまたはデ
ジタルの電気的フィルタ(625)を含むことを特徴と
する請求項1または2に記載の光変調器。 - 【請求項4】 前記フィルタが、5次ベッセルフィルタ
であることを特徴とする請求項3に記載の光変調器。 - 【請求項5】 前記成形手段が、前記電気的フィルタ
(625)の出力信号を成形するための電気的制御ユニ
ット(620)をさらに含むことを特徴とする請求項3
に記載の光変調器。
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