JP2003503940A - 変調指数を増大させるためのレーザ変調信号の予変調 - Google Patents

変調指数を増大させるためのレーザ変調信号の予変調

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ヘー ムタリク ヴェンカテッシュ
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Abstract

(57)【要約】 レーザ送信機用のインライン予整形器は、レーザ送信機から光ケーブルを通じて供給される光学的な情報信号に起因するひずみを補償するために、電気的な情報信号を変形させ、電気的な情報信号の使用に起因するひずみを補償し、レーザ送信器から発生したレーザビームを変調して、光学的な情報信号を発生させる。予補償によって、レーザ及び光ケーブルの結合の再の光信号の２次及び３次のひずみが減少する。光信号がレーザ送信機の出力部で更に歪んだとしても、受信機に到達する光信号のひずみが小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術の分野】
本発明は、広帯域ケーブルテレビジョンシステムの分野に関するものであり、
更に詳しくは、そのようなシステムのレーザ光通信に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
ケーブルテレビジョンシステムにおいて、テレビ番組はセントラルヘッドエン
ド(central head-end)に供給される。番組は、ヘッドエンドから光ファイバツリ
ーネットワークを通じて各コミュニティの複数のローカルノードに分配され、更
にローカルノードから同軸ケーブルツリーネットワークを通じて、ケーブル端末
とも称される顧客インタフェースユニット（ＣＩＵ）に分配される。現在、これ
らのシステムのうちの多数は、電話サービスやコンピュータネットワーキングサ
ービス（例えば、インターネット接続）のような他の通信サービスをケーブルテ
レビジョンシステムを通じて供給し始めている。電話ネットワーキングサービス
及びコンピュータネットワーキングサービスは、ケーブルテレビジョンシステム
において双方向通信を必要とする。テレビ番組信号として既に説明したような送
信用通信信号は、ヘッドエンドから顧客インターフェースユニットに送信され、
戻り通信信号が、同一経路を反対方向に伝播する。戻り信号は、同軸ケーブルネ
ットワークを通じてＣＩＵからローカルノードに集められ、更に光ファイバネッ
トワークを通じてローカルノードからヘッドエンドに集められる。
【０００３】 ヘッドエンドでは、番組及び他の通信サービス用の複数の電気信号が、互いに
相違する周波数を有する搬送波信号を変調するのに用いられる。変調された搬送
波信号は、光学的な送信信号を発生させるためにレーザビームを変調するのに用
いられる電気的な送信信号に結合される。光学的な送信信号を搬送する変調され
たレーザビームは、光ファイバツリーネットワークを通じて複数のローカルノー
ドに送信される。各ローカルノードにおいて、光検出器は、光学的な送信信号を
電気的な送信信号に戻す。その後、再変換された電気的な送信信号は、同軸導体
ツリーネットワークを通じて、顧客の家庭及び職場のＣＩＵに送信される。
【０００４】 顧客によってＣＩＵに接続された電話システム及びコンピュータシステムは、
ＣＩＵによって同軸ネットワークに送信される戻り通信信号を発生させる。戻り
信号は、戻り信号と同様の変調された多重搬送波信号となる。戻り信号は、同軸
ネットワークを通じてローカルノードに戻る。ローカルノードにおいて、戻り信
号は、ダイプレックスフィルタによって送信信号から分離される。分離された戻
り信号は、戻りレーザビームによって搬送される光学的な戻り信号を発生させる
ために戻りレーザビームを変調するのに用いられる。光学的な戻り信号は、光フ
ァイバネットワークを通じてヘッドエンドに送信され、この場合、光学的な戻り
信号は、光検出器によって電気的な戻り信号に戻される。電気的な戻り信号は、
復調され、かつ、電話通信及びコンピュータ通信に用いられる。
【０００５】 ヘッドエンド及びローカルノードで電気信号を光信号に変換するために、変調
されたレーザビームを発生させるレーザダイオードが使用される。直接変調され
るレーザダイオードにおいて、レーザビームの強度は、レーザダイオードに供給
される電流に依存する。ダイオードを流れる電流が正であるとともにダイオード
に対する遮断電流レベルより上である間、レーザは信号を発生させる。遮断電流
レベルより下になると、レーザ強度が非線形的になるとともに急速に零まで降下
する。レーザダイオードを流れる電流は、レーザビームによって変調信号が搬送
されるように変調される。連続的な信号を発生させるために、すなわち、信号が
負となる度に遮断されないために、変調信号にバイアスをかけ（、例えば、バイ
アス電流を変調信号によって変調し）て、レーザから発生したレーザビームの強
度を連続的に変調するとともに、信号の負の部分を消失させる。電気的な情報信
号は、正及び負の振幅の偏位を有し、偏位の一部の目安は他の偏位よりも大きく
なる。信号の大きな負の偏位の間のバイアスをかけられた電機信号の最小振幅が
レーザダイオードの遮断バイアス以上となるように、バイアスが設定される。
【０００６】 変調指数は、レーザビームの変調のパワーとレーザビームの全パワーとの間の
比となる。したがって、変調指数は、通信のエネルギー効率の目安となり、その
結果、変調指数が増大するに従って、光通信に必要なエネルギーが減少する。さ
らに、信号対雑音比（ＳＮＲ）が変調指数にほぼ比例することがわかっている。
【０００７】 情報を損失なく伝送するために、ＳＮＲを最大にするのが重要である。全ての
タイプの通信装置に対する最小ＳＮＲに対して厳密な仕様があり、ＳＮＲの要求
によって、信号が光ファイバリンク及び同軸ケーブルリンクを通じて顧客に送信
される距離が制約される。一般に、通信システムの各段の雑音が加算されて、Ｓ
ＮＲを減少させる。
【０００８】 Olshanskyによる米国特許番号第４，９４１，２０８号には、互いに相違する
周波数の搬送波によって変調された複数の信号が結合されて多重搬送波信号にな
ることが開示されており、この場合、信号の変調係数の和は１より大きくなる。 上記文献は、ここに参照することによってこれに組み込まれる。
【０００９】
【発明の開示】
本発明によれば、第１ノードにおいて、電気的な情報信号出力を用いてレーザ
ビームを変調し、その結果、光ファイバを通じて他のノードに送信される光学的
な情報信号となる。この場合、光検出器は、光学的な情報信号を電気的な情報信
号入力に変換する。電気的な情報信号出力は、信号の平均振幅に対して正及び負
の高周波数の偏位を有し、偏位の一部の目安は他の偏位より大きくなる。
【００１０】 レーザビームを変調する前に、出力信号は前処理されて、結果的に得られる光
学的な情報信号が改善される。プレプロセッサは、大きな負の偏位の大きさを減
少させるために電気的な情報信号出力を変形し、その結果、変調指数を増大させ
て、信号対雑音比及び通信のエネルギー効率を増大させることができる。変形さ
れた出力信号にはバイアスがかけられ、バイアスがかけられた信号の電流レベル
は、一般に予め設定された電流レベル（例えば、レーザの遮断電流レベル）より
上になり、バイアスがかけられた変形した信号を用いてレーザビームを変調し、
光学的な情報信号を発生させる。
【００１１】 好適には、出力信号を、互いに相違する周波数を有するとともにベースバンド
情報信号によってそれぞれ変調された複数の搬送波信号を有する多重搬送波信号
とする。 変形を、レーザの連続的な出力を発生させる大きな不の偏位の簡単なクリップ
とすることができる。ひずみが生じた正の偏位を有する信号が、クリップされ及
びほぼ復元された信号よりも雑音が多い場合、大きな正の偏位をクリップするこ
とによって、雑音が減少する。予め整形を行う場合、遮断ピークを、クリップし
た部分の幅及び／又は遮断部分の開始及び終了に対する信号の逸脱に基づく遮断
偏位の典型的な形状に基づいて評価することができる。更に好適には、変形を、
出力信号を用いたレーザビームの変調及び変調したレーザビームの光ファイバの
伝播に起因する３次のひずみを最小にするように選択した関数とする。好適には
、変換関数を、放物線状の変換関数とする。また、変調指数を、出力信号の大き
な正の偏位の目安を他の偏位よりも減少させる変換関数を選択することによって
更に増大させることができ、その結果、変調指数が更に増大するだけでなく、レ
ーザビームの変調に起因するひずみ及び雑音を更に減少させることができる。 好適には、変形のパラメータを、工場ですなわち回路のインストール中に静的
に調整し、又はフロントパネルからマニュアル的に若しくは例えば出力信号を受
信する受信機からの帰還に応じて自動的に光信号出力のパラメータに依存した動
作中に動的に変更させる。
【００１２】 信号を変形することによって、光ファイバ伝送中の出力信号に２次のひずみが
生じる。その結果、好適には、出力信号中のクリティカル信号に対する搬送波の
周波数は、ｆ１の最小周波数からｆ２の最大周波数までの１オクターブの範囲内
に存在し、この場合、ｆ２＜２＊ｆ１となる。これによって、２次のひずみを、
光ファイバ伝送後に除去することができる。また、信号を変形することによって
、光ファイバ伝送中の出力信号に４次のひずみが生じる。その結果、好適には、
出力信号中のクリティカル信号に対する搬送波の周波数は、ｆ１の最小周波数か
らｆ２の最大周波数までの１オクターブの範囲内に存在し、この場合、ｆ２＜１
．５＊ｆ１となる。これによって、４次のひずみを、光ファイバ伝送後に除去す
ることができる。さらに、好適には、クリティカル信号の搬送周波数は、ＣＡＴ
Ｖネットワークにおいて約５５０−７５０ＭＨｚの間にある。
【００１３】 好適には、プリプロセッサは、通信システムのひずみを補償する予補償回路も
有する。予補償回路を、高周波信号を処理できるようにインライン補償回路とす
る必要がある。予補償回路は、レーザビームの光ファイバ伝送のときの分散に起
因する奇数次のひずみを補償するために出力信号を変形させる。予補償回路は、
出力信号を用いたレーザビームの変調に起因する奇数次のひずみを補償するため
にも出力信号を変形させる。
【００１４】 ２次及び４次のひずみが除去されるときでも、好適には、予補償回路は、好適
には８次以上の高い偶数次のひずみも補償する。これら偶数次のひずみは、出力
信号を用いたレーザビームの変調及び変調したレーザビームが光ファイバを伝送
するときの分散に起因する。予補償回路は、変調されたレーザビームからの出力
信号の光検出器による受信及び情報信号の増幅に起因するひずみも補償する。例
えば、光信号出力を、ドープファイバ光増幅器(dope fiber optical amplifer)
を用いて増幅することができ、電気的な信号出力及び入力を、プリアンプ及びパ
ワーアンプを用いて増幅することができる。
【００１５】 本発明の光送信機は、出力信号電流の予め設定された正の最小振幅よりも最小
振幅が高くなるように出力信号にバイアスをかけるバイアス回路、レーザビーム
を発生させるレーザ、出力信号によってレーザビームを変調する装置及びレーザ
ビームを光ファイバの端部に指導する装置とともにプリプロセッサによって規定
される。
【００１６】 好適には、レーザは、レーザ及びレーザビームを変調する手段を一体にするよ
うに直接変調レーザとし、予め設定された正の最小振幅は、直接変調レーザの遮
断振幅にほぼ相当する。本明細書に記載した発明は、分散型帰還タイプのレーザ
ダイオードに特に有用である。そのようなレーザを、バイアス電流によって直接
変調させることができる。
【００１７】 好適には、複数の信号入力を、各ベースバンド信号に対して設け、ベースバン
ド信号を変調し及び結合して、出力信号を形成する。変調器は、各ベースバンド
信号によって各搬送波信号を変調するのに用いる。搬送波信号の周波数は互いに
相違し、その結果、変調した搬送波信号は、結合され、その後チューナを用いて
分離される。結合器を、互いに相違する導体からの複数の搬送波信号を結合して
単一導体への出力信号にするのに使用する。
【００１８】 好適には、バイアス回路によって設けられたバイアスレベルは、工場で、すな
わち、インストール中にマニュアル的に調整され、更に好適には、フロントパネ
ルからマニュアル的に又は例えば光信号を受信する受信機からの帰還に応じて自
動的に光信号出力のパラメータに依存して動作中に動的に調整される。 好適には、送信機は、出力信号を用いてレーザビームを変調する前に出力信号
を増幅する増幅器と、レーザビームがレーザと光ファイバの先端との間を伝播す
る光学的なレンズ系とを有する。
【００１９】 光信号が他のノードに到達すると、光信号は電気信号入力に変換される。他の
ノードにおいて、入力信号は、予整形器を有する単一のポストプロセッサに供給
され、その予整形器は、出力信号を変形する前に出力信号をほぼ複製する(dupli
cate)するために入力信号をリフォームして、変調指数を増大させ、変形した信
号によってレーザビームの変調を行い、変調したレーザビームを光ファイバに伝
送させ、かつ、レーザビームを電気的な入力信号に変換する。入力信号を、平均
振幅に対して正及び負の振幅の偏位を有する高周波数の電気信号とし、一部の偏
位の目安は他の偏位より大きくなる。リフォームは、大きな負の偏位の目安を他
の偏位よりも増大させることを含む。この場合、入力信号は、リフォームされた
信号用の出力部を通じて他のノードに供給される。
【００２０】 好適には、入力信号を、互いに相違する周波数を有するとともに各ベースバン
ド情報信号によってそれぞれ変調された複数の搬送波信号を有する多重搬送波信
号とする。後整形器を、入力信号の正の大きな偏位の目安を他の偏位より増大さ
せるようにも適合させる。伝送前にそのような正の偏位を減少させる場合、大き
な正の偏位の目安を減少させる前に行う場合に比べてもとの出力信号の復元が良
好に行われる。
【００２１】 好適には、ポストプロセッサは、入力信号のひずみを補償する後補償装置も有
する。後補償装置は、入力信号のクリティカルな搬送周波数が１オクターブの範
囲内にあるときに２次のひずみを除去するフィルタ処理回路を有する。フィルタ
処理回路を、入力信号の搬送周波数が半オクターブの範囲に制限されるときに入
力信号からの４次のひずみを除去するようにも適合させる。
【００２２】 好適には、後補償回路は、入力信号のひずみを補償するために入力信号を変形
させる線形回路を有する。線形回路を、好適には、非常に高い周波数で動作する
ようにインライン線形回路とする。線形化回路は、入力信号を用いたレーザビー
ムの変調に起因する奇数次のひずみを除去する装置を有し、その装置は、レーザ
ビームからの入力信号の光検出器による受信に起因する奇数次のひずみを除去す
るとともに、受信機中のプリアンプやパワーアンプのように入力信号を増幅する
。線形回路は、レーザビームの光ファイバの伝送に起因する奇数次のひずみの少
なくとも一部を除去する装置も有する。これは、ＣＡＴＶシステムのようなシス
テムには必要であり、この場合、同一の信号が、互いに相違する距離の複数のノ
ードに送信され、その結果、光ファイバの伝送に起因するひずみの一部が受信ノ
ード間で変化する。
【００２３】 本発明の光受信機は、レーザビーム入力を電気信号入力に変換図ク光検出器及
びレーザビーム入力を光ファイバから光検出器に指導する装置とともにポストプ
ロセッサによって規定される。後処理された入力信号は、受信機の出力部を通じ
て他のノードに指導される。
【００２４】 好適には、光検出器はＰＩＮフォトダイオードに基づき、光信号入力はフォト
ダイオードに指導され、レーザビームは、光学的なレンズ系を通じて光ファイバ
と光検出器との間を伝播する。受信機は、光検出器の後段にプリアンプを有し、
その跡に後整形器及び後補償器が続く。パワーアンプを、好適には後整形器及び
後補償器の後ろに配置して、これらの構成要素によって消失するパワーを最小に
する。 レーザビームを光検出器に指導する装置を、他のレンズ系又は指導接続部とし
、光検出器をＰＩＮホトダイオードとする。検出器は、レーザビームによって搬
送された光学的な情報信号を電気的な情報信号入力に変換する。
【００２５】
【発明を実施するための最良の形態】
図１は、入力電流レベルの変動に対する分散型帰還(DFB: distributed feedba
ck)レーザの照射レベル曲線１０１を表すグラフ１００である。光は、正電流に
応答てのみ発生する。電流が遮断レベル１０２より下である場合、光強度が急速
に零まで降下する。遮断レベルより上の適切な電流レベルにおいて、電流の変動
に対するレーザの照射レベルの応答がほぼ線形的になる。更に高いレベルでは、
照射応答は、破線１０３で示した線形応答又は破線曲線１０４から外れる。した
がって、ＤＦＢレーザは通常、線形限界１０６より下で作動される。 図２は、例えばケーブルテレビジョンシステムのＤＦＢレーザを変調するのに
使用される典型的な変調信号に対する時間関数として電流信号１０１を示すグラ
フ１１０である。信号を、例えば、多重搬送波(multicarrier)ＡＭ−ＶＳＢ，２
５６−ＱＡＭ又はＱＳＫ信号とする。信号１０１は、遮断限界１０２と線形限界
１０３との間の高周波数で振幅変調する。このために、信号の振幅の中間を、遮
断限界と線形限界との間の正の値１０４に設定する必要がある。信号は、スパイ
ク１０７及び１０８によって表された大抵の偏位より大きい正の偏位１０５及び
負の偏位１０６を有する。信号の振幅を制限して、大きな負の偏位によって表さ
れた情報が消失されないようにするとともに、大きな正の偏位によって表された
情報が著しくひずみんで情報が変形されないようにする必要がある。
【００２６】 変調指数を、バイアスをかけられていない信号（曲線１０１と中間１０４との
間の区域）によって表されたエネルギーをバイアスをかけた信号（曲線１０１と
零電流ライン１０９との間の区域）によって除算したものとする。信号対雑音比
（ＳＮＲ）は、変調指数にほぼ比例する。既に説明したように、ケーブルテレビ
ジョンのような多数のシステムにおける光通信リンクにおいてあり得る最大のＳ
ＮＲをたっせいすることが非常に重要であり、その結果、変調指数を最大にする
必要がある。
【００２７】 図３は、図２の信号１０１より大きい振幅、したがって、図２の信号１０１よ
り大きい変調指数を有する変調信号１１０の一部を示す。しかしながら、信号の
１１１の箇所がレーザの遮断電流より下であるので、その箇所が消失して通信エ
ラーが生じるおそれがある。また、信号の１１２の箇所が線形限界より上である
ので、レーザは信号をひずみませ、その結果、他の通信エラーが生じるおそれが
ある。
【００２８】 図４は、本発明の実施の形態の信号１１５の一部を示し、この場合、大きな負
の偏位は、情報を減少させることなく他の偏位によりも減少し、その結果、変調
信号が増大する。好適には、図示したように、大きな負の偏位も、それより小さ
い偏位よりも減少する。大きな偏位のみが減少し、それより小さい偏位に悪影響
が及ぼされない。大きな負の偏位及び正の偏位を、本例のように１１６に示すよ
うな遮断限界よりも下及び１１７に示すような線形限界よりも上の信号の振幅の
変化を反転させることによって減少させる。受信側において、本発明による信号
を反転させて、出力信号が図３の信号１１０の形状を有することができる。
【００２９】 図３及び図４において、同一振幅及び同一バイアスを有する同一の入力信号を
示すが、図４の信号は、大きな正及び負の偏位が他の偏位より減少するように処
理される。そのような図４の変調信号の情報損失は防止される。 大きな負の偏位に対して放物線状の伝達関数を提供する予整形回路の一例を示
す。正の偏位も反転させる場合、大きな正の偏位に対して放物線状の伝達関数を
提供するために同様な予整形回路を並列に、好適には直列に設ける。当業者は、
他の同様な予整形回路又は正及び負の偏位を予め整形する単一の回路を容易に設
けることができる。バイアス回路１５２は、最大の負の偏位以外の振幅を正にす
るように入力信号にバイアスをかける。回路の枝路１５４は、その枝路に信号の
正の部分のみを通過させるように順方向に向いたダイオード１５６を有する。枝
路１５８は、その枝路に信号の負の部分のみを通過させるように逆方向に向いた
ダイオード１５８を有する。インバータ１６２は、図４の大きな正の偏位に対し
て示したように大きな負の偏位を反転させる。正の部分及び反転した大きな負の
偏位は、加算器１６４で再結合される。この回路は、負の偏位中に僅かな遅延を
発生させ、それを、予整形される前に信号を元の状態に復元する際に受信側で識
別することができる。大きな負の偏位の位置を表すためにマーカ信号を発生器１
６６から発生させることもできる。
【００３０】 図６は、大きな負の偏位がもはや反転されないように変調信号を後整形する後
整形回路の一例を示す。バイアス回路１７２は、反転した大きな負の偏位がほぼ
零電流となるように信号にバイアスをかける。大きな偏位の検出器１７３は、反
転した負の偏位が信号のどの部分であるかを決定する。検出器はスイッチ１７４
を制御し、大きな負の偏位でない信号の部分を加算器１７６に送り、かつ、反転
した負の偏位である信号の部分をインバータ１７７を通じて加算器１７６に送る
。加算器からの信号出力は、図５のバイアス回路１５２に供給された入力信号を
ほぼ復元したものとなる。バイアス回路１７８は、更なる処理の要求に応じて、
例えば零電流の平均振幅を有するよう信号にバイアスをかける。
【００３１】 図７は、大きな偏位のみを減少させる本発明の変調信号１２１の他の実施の形
態１２０を示す。この場合、大きな負の偏位１２２は、設定値１２３より下が打
ち切られるとともに、大きな正の偏位１２４は、上側の電流設定値１２５より上
が打ち切られる。当業者は、そのような信号を形成するために図５及び６の回路
を変更する方法を既知である。結果的に得られる信号は、図４の信号に比べてレ
ーザのひずみが大きくなるが、偏位の検出が更に簡単になる。
【００３２】 図８は、本発明のレーザ送信機２００を示す。電気出力信号を接続部２０１で
発生させ、その信号は、一部の偏位の目安が他の偏位よりも大きい平均振幅より
も高い周波数の正及び負の偏位がある振幅を有する。好適には、出力信号を、互
いに相違する周波数を有するとともにベースバンド情報信号によってそれぞれ変
調された複数の搬送波信号を有する多重搬送波信号とする。信号は、プリアンプ
２０２による信号処理が要求される場合には増幅される。プリプロセッサ２０４
は、光ファイバを通過する光信号として増強された伝送を行うために信号を変形
させる。プリプロセッサは、変調指数を増大させるために信号中の大きな負の偏
位の目安を他の偏位よりも減少させる出力信号を変換する予整形器２０６を有す
る。このような変形は、出力信号を用いたレーザビームの変調及び変調されたレ
ーザビームの光ファイバを通じた伝送に起因する３次のひずみを最小にするよう
に選択され、例えば図５の回路によって設けられるような放物線の関数とするこ
とができる。変形は、変調指数を更に増大させるために大きな正の偏位の目安を
他の偏位よりも減少させることも含み、これによって、レーザビームの変調に起
因するひずみ及び雑音を更に減少させる。プリプロセッサは、レーザビームのひ
ずみを補償する予補償回路２０８も有する。バイアス回路２１０は、出力信号の
最小振幅が予め設定された最低の負の振幅よりも高くなるように出力信号の平均
振幅にバイアスをかける。電力増幅器２１１は、レーザを変調するために信号を
増幅する。レーザ２１４は、変調器２１６によって変調されたレーザビーム２１
５を発生させる。レンズ系のような出力指導装置２１７は、レーザビームを光フ
ァイバ２１８の近い方の端部に指導する。
【００３３】 好適には、レーザ２１４及び変調器２１６は、完全に直接変調されたレーザ(i
ntegral directly modulated laser)を形成する。レーザを、分散型帰還（ＤＢ
Ｆ）レーザとすることができる。 好適には、バイアス回路２１０から発生した予め設定された最小の正の振幅は
、直接変調されたレーザの最小の遮断振幅にほぼ相当する。出力信号のバイアス
は、光信号のパラメータに依存するバイアス制御信号２１９に依存する。
【００３４】 図９は、本発明の光受信機２２０を示す。受信機は、図８の光送信機から離間
して配置され、光ファイバ２１８は、出力信号を供給するために光ファイバ２２
１と通信を行う。本発明のレーザ送信機からの光信号は、入力装置２２２によっ
て、光ファイバ２２１から光検出器２２３に指導され、光検出器２２３は、入力
レーザビームを高周波数の入力電気信号に変換し、その電気信号は、一部の偏位
の目安が他の偏位よりも大きい平均振幅に比べて高い周波数の正及び負の振幅の
偏位を有する。プリアンプ２２９は、予め処理するのに十分な入力信号を増幅し
、ポストプロセッサ２３０は、図８の２０１の入力信号をほぼ復元するために入
力信号を変形させる。ポストプロセッサは、図８の予整形器の影響を逆にするた
めに入力信号を再形成する後整形器２３１を有する。パワーアンプ２３５は、出
力部２３６を通じた分散のために後処理された信号を準備する。 入力装置２２２を、光学レンズ系、又は光検出器に関連して光ファイバの一端
を保持する簡単な機械的な装置とする。光検出器２２３を、例えばＰＩＮホトダ
イオードとする。
【００３５】 図１０は、本発明のプリプロセッサ２４０の更に詳細な実施の形態を示す。電
気的な多重搬送波入力信号はノード２４１で受信される。予圧縮器２４２は、信
号が通信システムを伝播するときに信号レーザに発生するひずみを補償するため
に入力信号を変形させる。予補償器は、奇数次の補償器２４４及び偶数次の補償
器２４６を有する。遅延線２４８は、偶数次の補償器及び奇数次の補償器に必要
な時間だけ入力信号を遅延させて、入力信号に付加される補償信号を発生させる
。これを予補償器に並列に配置し、インライン予補償器を、図１２を参照して以
下説明する。
【００３６】 奇数次の補償器２４４は、光ファイバを伝送するときの分散及びレーザビーム
を変調するために出力信号を使用することに起因する奇数次のひずみを補償する
。偶数次の補償器２４６を、レーザビームを変調するために出力信号を使用する
こと及び変調したレーザビームの光ファイバの伝送に起因する６次以上のひずみ
のような高次のひずみを減少させるのに用いる。最後に、補償器を、光検出器に
よる変調されたレーザビームからの出力信号の受信及び出力信号の増幅に起因す
る奇数次及び偶数次のひずみを補償するのに用いる。そのような増幅は、予補償
前、予補償後の伝送中及び受信側での電気的な補償を含む。また、そのような増
幅は、例えば、ポンピングドープしたファイバ増幅器(pumped doped fiber ampl
ifier)を用いた光増幅を含む。
【００３７】 予整形器２５０は、変調指数が増大する入力信号を変形させる。バイアス回路
２５１及び正の偏位変換器１５２は、大きな正の偏位を減少させる。バイアス回
路２５３及び負の偏位変換器は、大きな負の偏位を検証させる。バイアス回路２
５５は、レーザ変調のバイアスを調整する。本実施の形態において、予整形回路
をインライン回路とする。
【００３８】 コントローラ２５７は、フロントパネル３５８からの信号や図９の近接した又
は遠隔の受信機２２０からの帰還信号のような調整信号に応じて予整形器のパラ
メータを調整する信号を発生させる。帰還信号は、受信機によって受信した光信
号のパラメータに依存する。例えば、図４に示す信号の遮断限界及び下限を、バ
イアス回路２５１，２５３及び２５５を調整することによって特定のレーザを整
合させるように調整することができる。図７の信号の打ち切りの上限及び下限の
設定値並びにしゅん度を、図５及び６のバイアス回路及びインバータを調整する
ことによって調整することができる。
【００３９】 図１１は、本発明のポストプロセッサ２６０の更に詳細な実施の形態を示す。
電気的な多重搬送波出力信号は、接続部２６１で受信される。後整形器２６２は
、ひずみが生じた出力信号を、前整形器による変形前の形状に変形し、その結果
、前整形器による変換が反転される。バイアス回路２６３及び正の偏位リフォー
マ２４６は、図８の入力信号２０１の偏位の振幅が比較的小さい正の偏位を復元
し、バイアス回路２６５及び負の偏位リフォーマ２６６は、図８の入力信号２０
１の偏位の振幅が比較的小さい負の偏位を復元する。バイアス回路２６７は、例
えば平均振幅を零電流に設定することによって、更なる信号処理及びひずみに要
求されるレベルまで信号を調整する。
【００４０】 後補償回路２７０は、奇数次の補償器２７２を有し、偶数次の補償器２７４を
有することもできる。本実施の形態は、補償を行うために入力電流に付加される
補償電流を分岐ラインに発生させる並列配置を示す。補償器にひずみ信号を発生
させるのに要求される入力電流に同一遅延を発生させるために、遅延線２７７を
設ける。後補償器は、光検出器や、プリアンプや、パワーアンプのような後補償
器に続く信号を歪ませる受信機の構成要素に起因する高い奇数次及び高い偶数次
のひずみを補償する。さらに、後補償器は、互いに相違する長さの光ファイバを
光信号が伝送されることに起因する奇数次のひずみ及び高い偶数次のひずみの一
部を補償するのに必要とされる。すなわち、互いに相違する光経路を通じて一つ
の信号を二つ以上のノードに送信するとともに、これらの経路が互いに相違する
長さを有する場合、前補償は、互いに相違する経路の互いに相違するひずみを補
償することができず、後補償が必要となる。
【００４１】 後補償回路２７０は、ひずみを除去する帯域通過フィルタ２７８も有する。信
号を変換すると、光ファイバの伝送中に出力信号に２次のひずみが生じる。した
がって、好適には、出力信号中のクリティカル信号の搬送周波数を、最小周波数
ｆ１から最大周波数ｆ２（ｆ２＜２＊ｆ１）までの１オクターブの範囲内とし、
その結果、２次のひずみを光ファイバ伝送後に除去することができる。また、変
換によって、光ファイバの伝送中に出力信号に４次のひずみが生じ、好適には、
出力信号中のクリティカル信号の搬送周波数を、最小周波数ｆ１から最大周波数
ｆ２（ｆ２＜１．５＊ｆ１）までの１オクターブの範囲内とし、その結果、２次
のひずみを光ファイバ伝送後に除去することができる。また、クリティカル信号
の搬送周波数は、ほぼ５５０−７５０ＭＨｚの間にあり、その結果、周波数帯域
は、６ＭＨｚ幅を有する３３チャネルを搬送することができる。
【００４２】 図１２及び１３は、図１０及び１１のプリプロセッサ及びポストプロセッサの
他の実施の形態をそれぞれ示す。図１２は、インライン奇数次の補償器２８４及
びインライン偶数次の補償器２８６を有する前補償器を有する。インラインとは
、ひずみ信号が入力信号毛色に直接発生した直列配置であることを意味する。予
整形器２９０は、正の偏位変換器２９２及び負の偏位変換器２９４が分岐ライン
に信号を発生させる並列配置であり、その信号は、変換を行うために入力信号に
付加され、変換信号を発生させるのに必要な時間だけ入力信号を遅延させる遅延
線を設ける。
【００４３】 図１４−１６は、本発明の広帯域通信システムの実施の形態を示す。図１４に
おいて、ヘッドエンド５００は、電話ゲートウェイ５０２、コンピュータゲート
ウェイ５０３及びテレビジョンゲートウェイ５０４と通信するマルチメディアア
クセスコントローラ５０１を有する。電話ゲートウェイは、電話回線網と電話通
信を行い、その結果、広帯域通信システムに接続した顧客は、広帯域システムの
外側の電話回線網に接続した人又はコンピュータシステムと電話機によって通信
することができる。コンピュータゲートウェイは、インターネットのようなコン
ピュータシステムと高速通信を行う。電話ゲートウェイを、そのようなコンピュ
ータシステムとの低速アクセスを行うのにも使用することができる。テレビジョ
ンゲートウェイは、例えばテレビスタジオからの衛星ダウンロードによってテレ
ビ番組を受信する。さらに、ゲートウェイは、システムの外側に分配するために
アップリンクの広帯域通信システムの顧客の一人からテレビ番組を提供すること
ができる。テレビジョンゲートウェイは、広帯域ネットワークの顧客に対して対
話型テレビジョンを提供することもできる。
【００４４】 電気的な情報信号は、アクセスコントローラから変調器５０９に送られ、その
変調器は、互いに相違する周波数の搬送波信号を各情報信号によって変調する。
変調された信号は結合器５１０によって互いに結合されて、多重搬送波出力信号
(multi-carrier output signal)を発生させる。変調器及び結合器を、個別のも
のにし又は図示したように単一の回路に統合することができる。変調された多重
搬送波出力信号は、本発明のプリプロセッサ５１１−５１３に送られ、この場合
、大きな負の偏位が減少し、変調指数を増大させることができる。前処理された
出力信号はレーザ送信機５１４−５１６に送られ、前処理された信号は、各レー
ザの各レーザビームを変調して、光学的な情報出力信号をそれぞれ発生させる。
光学的な情報出力信号は波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）５１８−５１９に送
られ、そのマルチプレクサは、レーザビームを共通の光ファイバ５２８，５２９
で結合し、結合したビームを、後に説明するハブにそれぞれ送信する。波長分割
デマルチプレクサ（ＷＤＤ）は、ハブから受信した光学的な入力信号を共通の光
ファイバ５２２及び５２３から分離し、光信号を光受信機５２６−５２９に送り
、その光受信機は、受信した光学的な入力信号を、電気的な情報入力信号にそれ
ぞれ変換する。受信した電気的な入力信号はポストプロセッサに送られ、大きな
負の偏位が、入力信号の他の偏位よりも増大する。この場合、入力信号は、入力
信号をベースバンド信号に変換する分離−復調器５２５に送られる。ベースバン
ド信号はマルチメディアコントローラ５０１に送られ、これらの信号は、アクセ
スコントローラを制御するのに使用され、又は情報通信のために正確なゲートウ
ェイに供給される。
【００４５】 図１５は、ローカルノード５４１−５４３に接続されたハブを示す。ハブは、
共通のファイバを通じたヘッドエンドとの通信用の共通の波長分割マルチプレク
サ／出マルチプレクサ（ＷＤＭＤ）５４５を有する。共通のＷＤＭＤは、ハブに
接続した各ローカルノードに対してＷＤＭＤ５４６−５４７とそれぞれ通信する
。 ローカルノード５４１−５４３を同一のものとすることができるが、関連の詳
細を、図示及び説明を簡単にするためにローカルノード５４１のみについて説明
する。ローカルノード５４１は、ローカルノードに対するＷＤＭＤ５５０を有す
る。ＷＤＭＤ５５０は、光波長に従って光信号を分離する。分離された光信号は
、光受信機５５１−５５２に送られ、これら光受信機は、光信号を、電気的な送
信信号に変換する。電気的な送信信号はポストプロセッサ５５３に送られ、ポス
トプロセッサ５５３は、入力信号の比較的大きな負の偏位の振幅を他の偏移に比
べて増大させ、図１４のプリプロセッサ５１１−５１３の予整形を反転させる。
その後、電気的な送信信号を、同軸ケーブルツリーネットワーク（３６９−５８
０）を通じて、後に説明する図１５の顧客インタフェースユニットに送信する。
【００４６】 ローカルノードにおいて、顧客インタフェースユニットからの戻り信号は、ダ
イプレックスフィルタ(diplex filter)５５７−５５８によってそれぞれ同軸ケ
ーブルネットワーク中の送信信号から分離される。ダイプレックスフィルタを帯
域通過フィルタとすることができ、この場合、戻り信号は、送信信号とは異なる
帯域内の周波数を有する。戻り信号は、後に説明するような顧客インタフーェス
ユニットからの変調された多重搬送波信号とする。分離された電気的な戻り信号
はプリプロセッサ５６５−５６６に送られ、変調指数を増大させるために戻り信
号の大きな負の偏位の目安を減少させる。レーザ送信機５６７−５６８は、戻り
信号によってそれぞれ変調されたレーザビームをそれぞれ発生させる。レーザビ
ームは、互いに相違する光波長を有し、ハブ５４０に戻した後にヘッドエンド５
００に戻すためにＷＤＭＤ５５０に戻されて、共通の光ファイバ５５８で互いに
結合される。
【００４７】 図１６は、図１５に示したローカルノードと顧客インタフェースユニット５８
１−５８５との間に信号を送信する同軸ツリーネットワーク５８０を示す。各顧
客インタフェースユニットは、同軸ケーブルネットワークと各顧客のテレビジョ
ンネットワーク５９４，５９５、コンピュータネットワーク５９７、電話ネット
ワーク５９６及び機器ネットワーク５９８，５９９との間の接続を行うインタフ
ェースを有する。 本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 分散型帰還レーザの直接変調の既知の応答を示す。
【図２】 分散型帰還レーザの変調に用いる既知の変調信号を示す。
【図３】 レーザの線形限界より上であるとともに遮断限界より下である偏位を
有する高い変調指数の変調信号を示す。
【図４】 偏位が減少した本発明の変調信号の実施の形態を示す。
【図５】 図３の変調信号を図４の変調信号に変換する回路の一例を示す。
【図６】 図４の変調信号を図３の変調信号に戻す回路の一例を示す。
【図７】 偏位が減少した本発明の変調信号の他の実施の形態を示す。
【図８】 本発明のレーザ送信機の例を示す。
【図９】 本発明の光受信機の例を示す。
【図１０】 図８のプリプロセッサの例を示す。
【図１１】 図９のポストプロセッサの例を示す。
【図１２】 図８のプリプロセッサの他の例を示す。
【図１３】 図９のポストプロセッサの他の例を示す。
【図１４】 本発明のケーブルテレビジョンネットワークのヘッドエンドを示す
。
【図１５】 図１４のケーブルテレビジョンネットワークの光学的なハブ及びノ
ードを示す。
【図１６】 図１４のケーブルテレビジョンネットワークの例の顧客インタフェ
ースユニットを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェンカテッシュ ヘー ムタリク オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5K002 AA01 AA02 AA03 AA04 BA05 BA13 CA01 CA13 DA02 FA01 GA01

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光ファイバを通じたレーザ通信用の予補償回路であって、 情報通信用の電気信号を発生させる信号入力手段と、 前記電気信号を光信号に変換するために、前記電気信号を用いてレーザビーム
    を変調する前に前記電気信号を電気的に変形し、前記レーザビームと前記光ファ
    イバの分散との間の相互作用が原因の前記光信号の前記光ファイバの伝送に起因
    する奇数次のひずみを補償するインライン前補償手段と、 前記変形した電気信号を、前記レーザビームを変調させる手段に供給する信号
    出力手段とを具えることを特徴とする予補償回路。
  2. 【請求項２】 前記予補償手段が、直接変調されるレーザの変調に起因するひず
    みも補償し、 前記予補償手段が、分散型帰還レーザの変調に起因するひずみも補償し、 前記予補償手段が、前記レーザビームの変調に起因する前記光信号の奇数次の
    ひずみも補償し、 前記予補償手段が、約１３１０ｎｍで零分散の標準的なシングルモードファイ
    バの伝送に起因するひずみも補償し、 前記予補償手段が、約１５００−１６１０ｎｍの間の波長のレーザビームの光
    ファイバの伝送に起因するひずみも補償し、 前記予補償手段が、前記ひずみを動的に調整して、互いに相違する長さの光フ
    ァイバの伝送も補償し、 前記調整をフロントパネルから行えるようにし、 前記調整が、前記予補償器への調整信号の供給を含み、 前記予補償手段が、前記電気信号を使用した前記レーザビームの変調に起因す
    る偶数次のひずみも補償し、 前記予補償手段が、前記電気信号の前記光ファイバの伝送に起因する偶数次の
    ひずみも補償することを特徴とする請求項１記載の予補償回路。
  3. 【請求項３】 光ファイバを通じたレーザ通信用の予補償回路であって、 情報通信用の電気信号を発生させる信号入力手段と、 前記電気信号を光信号に変換するために、前記電気信号を用いてレーザビーム
    を変調する前に前記電気信号を電気的に変形し、前記光信号の前記光ファイバの
    伝送に起因する前記光信号の奇数次のひずみを補償する前補償手段と、 互いに相違する長さの光ファイバに対するひずみを動的に調整して、受信側に
    おける前記光ファイバの先端での前記レーザからの光信号のひずみを減少させる
    手段と、 前記変形した電気信号を、前記レーザビームを発生させるレーザに供給する信
    号出力手段とを具えることを特徴とする予補償回路。
  4. 【請求項４】 前記調整する手段が、前記予補償回路の動作中のひずみも調整し
    、 前記調整する手段が、フロントパネルからのひずみも調整し、 前記予補償手段が、インライン予補償回路を有し、 前記予補償手段を、前記レーザビームの変調に起因する光信号の奇数次のひず
    みを補償するように適合させ、 前記予補償手段を、前記ひずみを自動的に調整して、前記光ファイバの先端に
    おける前記レーザからの光信号の戻り信号に依存して光受信機における光信号の
    ひずみを減少させ、電気的な情報信号の入力に対する前記光受信機からの前記電
    気的な情報信号の出力のひずみを最小にするように適合させ、 前記予補償手段を、前記ひずみを調整して補償するために前記光ファイバの長
    さをあらわす信号を発生させるように適合させたことを特徴とする請求項３記載
    の予補償回路。
  5. 【請求項５】 電気信号を発生させる信号入力手段と、 予め設定された波長の光のレーザビームを発生させるレーザと、 前記電気信号を光信号に変換するために、前記電気信号を用いてレーザビーム
    を変調する前に前記電気信号を電気的に変形し、前記光信号の零分散光ファイバ
    の伝送に起因する奇数次のひずみを補償するインライン前補償手段と、 前記レーザビームを変調させる手段と、 前記変調したレーザビームを前記光ファイバに指導する光学系とを具えること
    を特徴とするレーザ送信機。
  6. 【請求項６】 前記レーザを、レーザ及び前記レーザビームを変調する手段と一
    体となる直接変調されるレーザとし、 前記レーザを、分散型帰還レーザとし、 前記レーザが、約１５００−１６１０ｎｍの波長を有することを特徴とする請
    求項５記載のレーザ送信機。
  7. 【請求項７】 光ファイバのネットワークと、 光ファイバネットワークを通じた通信を行う第１ノード及び第２のローカルノ
    ードとを具え、これらノードがそれぞれ、 電気的な情報出力信号を発生させる手段と、 その電気的な情報出力信号を電気的に変形させて、変形した電気信号を発生さ
    せ、前記第１及び第２ノードからの光学的な出力信号の前記光ファイバネットワ
    ークの伝送に起因する奇数次のひずみを補償するインライン予補償回路手段と、 予め設定された波長の光のレーザビーム出力を発生させるレーザと、 前記変形した電気信号で前記レーザビーム出力を変調させる手段と、 前記変調されたレーザビーム出力を、出力ファイバとしての前記光ファイバの
    うちの一つに指導して、光信号出力を伝送する光学系と、 光信号入力を電気信号入力に変換する光検出器と、 前記電気信号を用いた前記レーザビームの変調に起因する偶数次のひずみを電
    気的に補償するとともに、前記光ファイバを通じた前記第１ノードから前記第２
    ローカルノードまでの前記電気信号の伝送に起因する偶数次のひずみを補償する
    他の補償手段とを具え、 これによって、前記光信号が、前記第１ノードと前記第２ノードとの間を双方
    向通信し、前記光学的な情報信号のひずみの次数が、前記光検出器における場合
    に比べて前記変調させる手段における場合の方が高くなることを特徴とする情報
    通信システム。
  8. 【請求項８】 第３ローカルノードと、 前記第１ノードからの光信号出力を前記第２ローカルノード及び前記第３ロー
    カルノードに供給するとともに、前記第１及び第２ローカルノードからの光信号
    入力を前記第１ノードに供給する光学的なスプリッタとを更に具え、 前記第１ローカルノードと第３ローカルノードとの間の光ファイバの長さが、
    前記第１ローカルノードと前記第２ローカルノードとの間の光ファイバの長さと
    異なり、 前記第１ローカルノードと前記第２ローカルノードとの間の距離と前記第１ノ
    ードと第３ノードとの間の距離との差に起因する奇数次のひずみを補償する電子
    回路を有する後補償手段を更に具えることを特徴とする情報通信システム。
  9. 【請求項９】 光ファイバのネットワークと、 ヘッドエンドとを具え、そのヘッドエンドが、 複数のテレビ番組を受信するプログラム手段と、 電話通信を行う電話回線網及びコンピュータ情報の送受信を行うコンピュータ
    ネットワークを含む他のタイプのネットワークとのデータ通信を行うゲートウェ
    イ手段と、 前記テレビ番組及び前記ゲートウェイ手段から受信したデータ通信の変調を行
    い、各テレビ番組が、互いに相違する周波数の搬送波を有し、前記データ通信が
    、互いに相違する周波数を有する多重搬送波を使用する変調手段と、 前記多重搬送波を結合して一つ以上の電気的な送信信号にする結合手段と、 前記送信信号の各々に対応し、予め設定された波長の光の送信用レーザビーム
    をそれぞれ発生させるレーザと、 電気的な送信信号を光学的な送信信号に変換するために、前記電気的な送信信
    号によってレーザビームをそれぞれ変調する手段と、 前記電気的な送信信号の各々に対応し、前記電気的な信号を用いて前記送信用
    レーザビームを変調する前に前記電気的な送信信号を変形させる電子回路を有し
    、前記光学的な送信信号の前記光ファイバの伝送に起因する奇数次のひずみを補
    償するインライン前補償手段と、 前記レーザの各々に対応し、前記変調された送信用レーザビームを、各レーザ
    ビームに対応する前記光ファイバの一つに指導する光学系と、 前記光ファイバのうちの対応するものからの一つ以上の光学的な戻り信号を電
    気的な戻り信号に変換する検出手段と、 データ通信用の電気的な戻り信号を、電話通信及びコンピュータ情報用の戻り
    信号を伝送するゲートウェイ手段に供給する手段とを有し、 複数の個別の同軸ケーブルネットワークツリーと、 各々が一つ以上の光ファイバ及び一つ以上の同軸ケーブルネットワークに接続
    した複数のローカルノードとを更に具え、各ローカルノードが、 前記光ファイバの対応するものからの一つ以上の光学的な送信信号を、一つ以
    上の同軸ケーブルネットワークへの電気的な送信信号にそれぞれ変換する手段と
    、 各同軸ケーブルネットワークに対応するダイプレックスフィルタを有し、各同
    軸ケーブルネットワークの前記電気的な送信信号から戻りデータ信号を分離する
    戻り信号分離手段と、 前記電気的な戻り信号の各々に対応し、予め設定された波長の光の戻りレーザ
    ビームをそれぞれ発生させる戻りレーザと、 電気的な送信信号の各々に対応し、前記電気的な戻り信号を光学的な戻り信号
    に変換するために、前記電気的な信号を用いた前記戻りレーザビームの変調前に
    前記電気的な戻り信号を変形する電子回路を有し、前記戻りレーザビームの変調
    に起因する奇数次のひずみを補償するとともに、前記光学的な戻り信号の前記光
    ファイバの伝送に起因する奇数次のひずみを補償する戻り前補償手段と、 前記同軸ケーブルネットワークツリーに接続し、前記送信情報信号を受信する
    とともに前記戻りデータ信号を送信する複数の顧客インタフェースユニットとを
    有し、その顧客インタフェースユニットが、 前記同軸ケーブルネットワークツリーにテレビジョンディスプレイを接続して
    、テレビ番組を表示する手段と、 前記同軸ケーブルネットワークに電話機を接続して電話通信を行うとともに、
    前記同軸ケーブルネットワークにコンピュータ装置を接続してコンピュータ情報
    の送受信を行う手段とを有することを特徴とするケーブルテレビジョンネットワ
    ーク。
  10. 【請求項１０】 電気的な情報信号を受信するステップと、 前記情報信号が伝送される光ファイバの長さに対して予補償回路を調整するス
    テップと、 前記電気的な情報信号を前補償して、前記光ファイバの伝送に起因する光信号
    の奇数次のひずみを補償し、受信側における前記光ファイバのヘッドエンドの前
    記レーザからの前記奇数次のひずみを減少させるステップと、 レーザを用いてレーザビームを発生させるステップと、 前記電気的な情報信号を用いて前記レーザビームを変調て、光学的な情報信号
    を発生させるステップと、 前記光学的な情報信号を、前記光ファイバを通じで光受信機に送信するステッ
    プとを具え、 これによって、前記光学的な情報信号の前記光受信機における奇数次のひずみ
    の次数が、変調時よりも低いことを特徴とする光通信方法。
  11. 【請求項１１】 前記光ファイバの長さに応じて前記ひずみを調整するステップ
    と、 前記電気的な情報信号による前記レーザビームの変調に起因する前記奇数次の
    ひずみを補償するステップと、 前記レーザビームの変調に起因する前記光信号の偶数次のひずみを補償すると
    ともに、前記光信号の前記光ファイバの伝送に起因する光信号の偶数次のひずみ
    を補償するステップとを更に具えることを特徴とする請求項１０記載の光通信方
    法。
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