JP2004312676A - 光位相変調器を利用した光伝送システム - Google Patents

光位相変調器を利用した光伝送システム Download PDF

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Abstract

【課題】電気的低帯域フィルタ構造を有するデュオバイナリ構造のフィルタ透過特性による伝送品質の依存性及びビットパターンの依存性を克服し、１０Ｇｂｐｓ以上の高速中長距離ＷＤＭ伝送において、ＮＲＺ伝送の非線形及び分散特性を向上させることのできる光位相変調器を利用した光伝送システムを提供する。
【解決手段】本発明の光位相変調器を利用した光伝送システムは、搬送波及びＮＲＺデータを受信して位相を変調し、搬送波及びＮＲＺデータをフィルタリングして、デュオバイナリ信号を出力するデュオバイナリ変調部１００と、デュオバイナリ変調部から生成されたＮＲＺ形態のデュオバイナリ信号及び所定の周期のクロック信号を印加してデュオバイナリキャリア抑制ＲＺ信号を出力する変調器を備えるキャリア抑制ＲＺ信号生成部２００と、から構成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光伝送システムに関し、特に、通常使用される光位相変調器(Phase Modulator)を利用して伝送品質の向上及び高速伝送ができる光伝送システムに関する。
一般的に、高密度波長分割多重方式(Dense wavelength division multiplexing: ＤＷＤＭ)の光伝送システムは、１本の光ファイバを通し複数の波長を使用して伝送することによって伝送効率を向上させることができる。さらに、ＤＷＤＭの光伝送システムは、伝送速度に関係なく光信号を伝送することができる。従って、超高速インターネットネットワークにおいて広く使用されている。しかしながら、急激なデータトラヒックの増加及び４０Ｇｂｐｓ以上の高速データの伝送要求によって、従来のＮＲＺを利用した強度変調(Intensity Modulation)の場合、５０ＧＨｚチャネル間隔以下では、急激なチャネル間の干渉及び歪みによって伝送容量の拡張に限界が生じている。
従来のバイナリ(Binary)ＮＲＺ伝送信号のＤＣ(direct current)周波数成分及び変調時に拡散された高周波成分は、光ファイバ媒質における伝播の時、非線形及び分散を生じさせ、１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送時では伝送距離において限界を有する。従って、限定された光ファイバ帯域を効率的に使用するために、ビット当りの周波数効率性(bit spectral efficiency)を向上させる光デュオバイナリ(optical duobinary)伝送技術が注目を集めている。さらに、従来のバイナリ(Binary)ＮＲＺ伝送信号のＤＣ周波数成分の抑制を通した１０Ｇｂｐｓ以上の高速中長距離伝送の時、非線形成分及び分散特性を抑制するキャリア抑制(Carrier Suppressed)ＲＺ伝送方法が活発に研究されている。デュオバイナリ伝送の利点は、伝送スペクトルが従来のバイナリ伝送に比べて減少することである。
図１は、従来のデュオバイナリキャリア抑制ＲＺ(Duo-binary Carrier Suppressed Return-to-Zero: 以下、ＤＣＳ−ＲＺと称する)送信を行う光伝送システムの構成を示す。
従来のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの構造は、キャリア抑制(Carrier suppressed)ＲＺ部１０及びデュオバイナリ(Duo Binary)変調部２０から構成される。
キャリア抑制ＲＺ部１０は、干渉計構造のチャープフリー(Chirp Free)光強度変調器(Intensity modulator)の入力に周期が２Ｔであるクロック(Clock)を印加してキャリア抑制ＲＺ信号(CS-RZ)を発生する。
デュオバイナリ変調部２０は、ＮＲＺデータをデュオバイナリ符号化器(duobinary precoder)２１及び電気的低帯域通過フィルタ(electrical low pass filter)２２を通過させた３-レベルの電気信号を、変調器駆動器(modulator driver amplifier)２３によって増幅し、チャープフリーマッハツェンダ変調器(Chirp-free Mach-Zender Modulator)２４を駆動する。
このデュオバイナリ(Duobinary)構造は、干渉計構造のマッハツェンダ光強度変調器(Mach-Zender modulator)の電極構造によって、２電極のアーム部(Arm)に３-レベル信号の印加を通して駆動されるＺ-カット(Cut)構造を有するチャープフリーマッハツェンダ光強度変調器と、１電極のアーム(Arm)において駆動されるＸ-カット(Cut)構造を有するチャープフリーマッハツェンダ光強度変調器とに分類することができる。
図１は、２つの電極(dual arm)を有するＺ-カット(cut)構造のマッハツェンダ光強度変調器を利用して構成した従来のＤＣＳ−ＲＺシステムの例を示す。両電極アーム(arm)にそれぞれ電気的低帯域通過フィルタ２２，２６及び駆動増幅器２３，２５を備えて両電極に３-レベル信号を印加することができるようにする。
一方、図２は、１つの電極(arm)を有するＸ-カット構造のマッハツェンダ変調器２７を利用して構成した従来のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの例を示す。図２に示すＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムは、１電極アーム(arm)に電気的低帯域通過フィルタ２２及び駆動増幅器２３を備えて１電極に３-レベル信号を印加することができる。
図３Ａは、図１及び図２の出力信号を示し、図３Ｂは、出力信号の光スペクトル特性を示す。変調された信号のスペクトルを周波数領域から見ると、搬送波(carrier)の周波数成分はなくなり、変調信号の周波数成分が搬送波周波数を中心に上側及び下側の２箇所に発生することが分かる。
しかしながら、このような従来構造のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムにおいては、キャリア抑制ＲＺ信号をさらにデュオバイナリ信号に変換するときに、電気的低帯域通過フィルタを使用して３-レベルの電気信号を発生させるため、電気的低帯域フィルタの透過特性による伝送品質の依存性及び擬似雑音ビットシーケンス(Pseudo Random Bit Sequence: ＰＲＢＳ)の長さによって特性の差が発生し、システムに重大な問題を生じさせる。
これは、Ｚ-カットまたはＸ-カット構造を有する従来構造において同様に発生し、このような信号パターンの依存性は、実際の光伝送に限界をもたらすことになる。
本発明の目的は、電気的低帯域フィルタ構造を有するデュオバイナリ構造のフィルタ透過特性による伝送品質の依存性及びビットパターン(Bit pattern)の依存性を克服し、１０Ｇｂｐｓ以上の高速中長距離ＷＤＭ伝送において、ＮＲＺ伝送の非線形及び分散特性を向上させることのできる光位相変調器を利用した光伝送システムを提供することにある。
このような目的を達成するための本発明による光位相変調器を利用した光伝送システムは、ＮＲＺデータに基づいて光搬送波の位相を変調してからフィルタリングして、デュオバイナリ信号を出力するデュオバイナリ変調部と、このデュオバイナリ変調部から生成されたＮＲＺ形態のデュオバイナリ信号を所定の周期のクロック信号で変調してデュオバイナリキャリア抑制ＲＺ信号を出力する変調器を備えるキャリア抑制ＲＺ信号生成部と、から構成される。
その本発明によるデュオバイナリ変調部は、受信されるＮＲＺデータを符号化するデュオバイナリプリコーダと、このデュオバイナリプリコーダによって符号化されたデータを変調器駆動ができるように増幅する増幅器と、該増幅信号によって、入力される光搬送波の位相を変調する光位相変調器と、その位相変調光信号をフィルタリングしてデュオバイナリ信号を出力する光帯域通過フィルタと、から構成することができる。
本発明は、光位相変調器を利用した光伝送システムによって、伝送品質の依存性及びビットパターンの依存性を克服し、１０Ｇｂｐｓ以上の高速中長距離ＷＤＭ伝送において、ＮＲＺ伝送の非線形及び分散特性を画期的に向上させることができる。
さらに、本発明は、光位相変調器を利用してＤＣＳ−ＲＺ送信器を具現し、従来のデュオバイナリ送信方式のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムに比べて、簡素なＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの構成ができ、電気的帯域フィルタによる伝送品質の限界性を克服することによって、効率的な高速、高密度ＷＤＭ伝送端を具現することができるという効果がある。
このような本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムは、光トランスポンダ(transponder)、光トランスミッタ(transmitter)、光トランシーバ(transceiver)及びＷＤＭ光伝送システム、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ、イーサネット(登録商標)伝送システムにも適用することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号及び符号を使用する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
本発明は、ＤＷＤＭ光伝送システムにおいて新しいデュオバイナリ光送信方式を利用したキャリア抑制ＲＺ光伝送システムに関する。
図４は、本発明による光位相変調器を利用した光伝送システムの構成を示す。
図４を参照すると、本発明による光位相変調器を利用した光伝送システムは、デュオバイナリ信号を生成するためのデュオバイナリ変調部(Duobinary Modulator Section)１００及びキャリア抑制ＲＺを発生させるためのキャリア抑制ＲＺ部(Carrier suppressed ＲＺSection)２００から構成される。さらに、光搬送波を出力する光源３０を含む。本発明のデュオバイナリ変調部１００及びキャリア抑制ＲＺ部２００は、互いに位置（前後段関係）を変えても同一の特性を示す。
光源３０は、光搬送波を生成／出力し、レーザーダイオード(ＬＤ)によって具現することができる。
デュオバイナリ変調部１００は、デュオバイナリプリコーダ１０１、駆動増幅器１０２、光位相変調器１０３、及び位相変調された光信号をフィルタリングしてデュオバイナリ信号を出力する光帯域通過フィルタ１０４から構成される。
デュオバイナリプリコーダ１０１は、受信されるＮＲＺデータを符号化し、差動プリコーダ(differential precoder)によって具現することができる。
駆動増幅器１０２は、符号化された信号を増幅して変調器駆動信号として提供する。
光位相変調器１０３は、変調器駆動信号によって光搬送波の位相を変調させる。この時、変調の程度を示す変調指数(modulation index)を調整して位相変調の程度を調節することができる。
光帯域通過フィルタ１０４は、位相変調された光信号の帯域幅を調節して出力する。
このようにデュオバイナリ変調部１００では、ＮＲＺデータをデュオバイナリプリコーダ１０１によって符号化した後、駆動増幅器(Driving amplifier)１０２を通して増幅し、そして光位相変調器１０３に入力して、当該光位相変調器１０３において光信号の位相変調を遂行する。
最終的に光帯域通過フィルタ１０４を通してデュオバイナリ信号に変換された光信号は、キャリア抑制ＲＺ信号を発生させるために、キャリア抑制ＲＺ部２００のチャープフリーマッハツェンダ変調器２０１に入射され、チャープフリーマッハツェンダ変調器２０１に周期が２Ｔであるクロック(Clock)２０２を印加することで、キャリア抑制ＲＺ信号(ＤＣＳ−ＲＺ)を発生させる。
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の光位相変調器を利用した光伝送システムの出力特性を示す。
図５Ａは、本発明の光位相変調器１０３を利用した光伝送システムの出力を、時間軸(time(ps))対光パワー(Optical power(mW))によって示すグラフであり、図５Ｂは、波長及び周波数軸(Wavelength/frequency(GHz))対パワー(power(dBm))を示すグラフである。
一方、図６ないし図１０は、本発明による光伝送システムの動作過程を示すグラフである。
図４を参照すると、半導体レーザー(Semiconductor laser)を利用した光源３０から発生した搬送波の光信号が光位相変調器１０３に印加され、一方、ＮＲＺ(Non-Return To Zero)データは、デュオバイナリプリコーダ１０１を経て駆動増幅器１０２に印加されて増幅される。増幅された０または１の情報を有する２進データ(Binary Data)は、印加されるＮＲＺビットのサイズによって光信号の位相を変化させる。すなわち、ＮＲＺデータはデュオバイナリプリコーダ１０１及び駆動増幅器１０２によって符号化・増幅され、光位相変調器(Phase Modulator)１０３において光搬送波の位相変調を行う。その光位相変調器１０３は一般的な構造のものを流用可能である。
図６は、ＮＲＺデータに基づく位相変調を示し、入力される０または１のビットが、位相変調器１０３による変調で、電磁場(Electric field)において０またはπの位相差を有する位相情報に変換されることを示す。
図７は、位相変調光信号を光帯域通過フィルタ１０４を使用してフィルタリングした結果を示す。
光位相変調器１０３において位相変調された光信号は、帯域幅が０．７／Ｔ(Ｔは、ビット率)である光帯域通過フィルタ１０４を通過する。光帯域通過フィルタ１０４は、入力される信号をフィルタリングし、図７のグラフにおいて点線の部分のみを残し、残りはフィルタリングして除去する。光帯域通過フィルタ１０４は、歪みなしで伝送できる範囲内で帯域幅を調節してフィルタリングする。
光帯域通過フィルタ１０４を通過した光信号は、図９のようなデュオバイナリ信号に変換される。デュオバイナリ信号に変換された光信号は、ＤＣＳ−ＲＺ信号に変換するためにキャリア抑制ＲＺ部２００のチャープフリーマッハツェンダ変調器２０１に印加される。
通常、ＮＲＺ信号をＲＺに変換するためには、ビット率(Bit-rate)の半分または２倍の周期を有するクロックを強度変調器(intensity Modulator)に印加して、入射されるＮＲＺ変調された信号をＲＺに変換する。
図４を参照すると、光帯域通過フィルタ１０４から出力されたデュオバイナリ信号は、チャープフリーマッハツェンダ変調器２０１に印加され、伝達曲線のヌルポイント(Null point)で２Ｔのクロックを印加してキャリアが抑制されたＲＺを発生させる。従って、デュオバイナリ変換された光信号は、そのままキャリア抑制ＲＺ部２００において変換され、出力は、図１０のようなＤＣＳ−ＲＺに変換されて出力される。
以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は上記実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
従来のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの一例を示す構成図。 従来のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの他の例を示す構成図。 分図Ａは、図１及び図２の出力信号を示す図、分図Ｂは、出力信号の光スペクトル特性を示す図。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの構成を示す図。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの出力信号及び光スペクトル特性を示す図。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの動作を説明するグラフ。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの動作を説明するグラフ。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの動作を説明するグラフ。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの動作を説明するグラフ。 本発明のＤＣＳ−ＲＺ光伝送システムの動作を説明するグラフ。
符号の説明
１００ デュオバイナリ変調部
１０１ デュオバイナリプリコーダ
１０２ 駆動増幅器
１０３ 光位相変調器
１０４ 光帯域通過フィルタ
２００ キャリア抑制ＲＺ信号生成部
２０１ チャープフリーマッハツェンダ変調器
２０２ クロック

Claims (7)

  1. ＮＲＺデータに基づいて光搬送波の位相を変調してからフィルタリングして、デュオバイナリ信号を出力するデュオバイナリ変調部と、
    前記デュオバイナリ変調部から生成されたＮＲＺ形態のデュオバイナリ信号を所定の周期のクロック信号で変調してデュオバイナリキャリア抑制ＲＺ信号を出力する変調器を備えるキャリア抑制ＲＺ信号生成部と、
    から構成されることを特徴とする光位相変調器を利用した光伝送システム。
  2. デュオバイナリ変調部及びキャリア抑制ＲＺ生成部の前後段関係を逆にした請求項１記載の光位相変調器を利用した光伝送システム。
  3. デュオバイナリ変調部は、
    受信されるＮＲＺデータを符号化するデュオバイナリプリコーダと、
    前記デュオバイナリプリコーダによって符号化されたデータを変調器駆動ができるように増幅する増幅器と、
    前記増幅信号によって、入力される光搬送波の位相を変調する光位相変調器と、
    前記位相変調光信号をフィルタリングしてデュオバイナリ信号を出力する光帯域通過フィルタと、
    から構成される請求項１記載の光位相変調器を利用した光伝送システム。
  4. 光位相変調器は、変調の程度を示す変調指数を調整して特性を調節する請求項３記載の光位相変調器を利用した光伝送システム。
  5. 光帯域通過フィルタは、０．７／Ｔ(Ｔは、ビット率)の帯域幅を有して位相変調光信号をフィルタリングする請求項３記載の光位相変調器を利用した光伝送システム。
  6. 光帯域通過フィルタは、歪みなしで伝送できる範囲内で帯域幅を調節してフィルタリングする請求項３記載の光位相変調器を利用した光伝送システム。
  7. キャリア抑制ＲＺ生成部の変調器は、デュオバイナリ変調部からＮＲＺ形態のデュオバイナリ信号を受信して伝達曲線のヌルポイントで所定の周期のクロックを印加することでキャリア抑制ＲＺ信号を発生するチャープフリーマッハツェンダ変調器である請求項１記載の光位相変調器を利用した光伝送システム。
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