JP2004312679A - デュオバイナリ光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＲＢＳに対する伝送特性に影響を受けず、また、既存のフィードバック形態のプリコーダ及び電気式低帯域通過フィルタを使用せず、波長分割に強い特性を有するデュオバイナリ光伝送装置を提供する。
【解決手段】駆動増幅器３６０、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器３７０、光搬送波を出力するレーザ光源３８０に加え、Ｔフリップフロップ(Toggle Flip-Flop)３１０及びＡＮＤゲート３３０を備えることにより、入力データ信号の‘１’のグループごとに分離して各信号が相互に異なる位相を有するように変調させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、デュオバイナリ(duobinary)光伝送装置に関する。

通常、高密度波長分割多重(Dense Wavelength Division Multiplexing；ＤＷＤＭ)光伝送システムは、一本の光ファイバ内で複数の波長を使用して伝送することにより伝送効率を高めることができ、伝送速度に無関係に光信号を伝送することができるので伝送量が増加している超高速インターネット網に幅広く使用されているシステムである。しかし、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り、既存のＮＲＺを利用した光強度変調では、５０ＧＨｚのチャンネル間隔以下で過度のチャンネル間干渉及び歪曲による伝送容量の拡張に限界がある。また、既存のバイナリ(binary)ＮＲＺ伝送信号のＤＣ周波数成分と変調のとき拡散された高周波成分は、光ファイバ媒体内での伝播に際し非直線性と散乱を引き起こして、１０Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送において伝送距離に限界がある。

そこで最近では、光デュオバイナリ技術が、色分散(chromatic dispersion)による伝送距離の制限を克服できる光伝送技術として研究されている。デュオバイナリ伝送の主な長所は、伝送スペクトルが一般的なバイナリ伝送に比べて減少することである。分散制限システムにおいて、伝達距離は、伝送スペクトル帯域幅の自乗に反比例する。これは、伝送スペクトルが１／２に縮小されれば伝達距離は４倍に増加することを意味する。

さらに、搬送波周波数がデュオバイナリ伝送スペクトル内で抑圧されるので、光ファイバ内で刺激を受けたブリュアン散乱(Brillouin Scattering)によって引き起こされた光電力出力に対する制限を緩和させることができる。

図１は、従来のデュオバイナリ光伝送装置の一構成例を示す。

図１に示すように、従来のデュオバイナリ光伝送装置は、２−レベルデータ信号をディジタル信号に符号化するプリコーダ１０、低域通過フィルタ(Low Pass Filter；ＬＰＦ)２０，２１、駆動増幅器３０，３１、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器４０、及び光搬送波を出力するレーザ光源５０で構成される。このような構成を有するデュオバイナリ光伝送システムでは、伝送対象の２−レベルデータ信号を差動プリコーダ(differential precoder)１０に印加して符号化し、電気式低域通過フィルタ２０，２１を通して３−レベルの電気信号に変える。低域通過フィルタ２０，２１の出力は、駆動増幅器３０，３１により増幅された後にマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器(Mach-Zehnder-interferometer-type optical intensity modulator)４０の駆動信号として利用され、レーザ光源５０から出力された光搬送波が、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器４０で駆動信号により光強度変調されてデュオバイナリ光信号Ｆとして出力される。

図２は、従来のデュオバイナリ光伝送装置に使用されているプリコーダ１０の構造を示す。

図２に示すように、従来のプリコーダ１０は、排他的論理和(ＸＯＲ)ゲート１１と、排他的論理和ゲート１１の出力信号を遅延要素１２で１データビットだけ時間遅延させてフィードバック(feedback)する構造を有する。

しかし、高速のデータ信号の場合、排他的論理和ゲート自体で１データビット以上の時間遅延を有するので、プリコーダの製作に難しさがある。また、電気式低帯域通過フィルタを利用して３−レベルデータ信号を作るとき、擬似雑音ビットシーケンス(Pseudo-Random bit sequence；ＰＲＢＳ)の影響を大きく受けるようになり、擬似雑音ビットシーケンス(ＰＲＢＳ)の長さが長くなることに従って信号伝送特性の劣化が深刻になってシステムの実現に難しさがあった。

上記背景に鑑みて、本発明の目的は、擬似雑音ビットシーケンス(ＰＲＢＳ)に対する伝送特性に影響を受けないデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、既存のフィードバック形態のプリコーダ及び電気式低帯域通過フィルタを使用せず、波長分割に強い特性を有するデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、光搬送波をデータ信号で変調しデュオバイナリ光信号を出力するデュオバイナリ光伝送装置において、２−レベルデータ信号を受信してその上昇エッジごとにトグルされた出力信号を出力するＴ（トグル）フリップフロップと、これら２−レベルデータ信号及びトグルされた出力信号を論理積する論理積ゲートと、２−レベルデータ信号の反転信号を所定の時間遅延させて出力する遅延器と、この遅延器の出力信号の強度を減少させる減衰器と、論理積ゲートの出力信号及び減衰器の出力信号を合わせて３−レベル信号を出力するパワー結合器と、を備え、その３−レベル信号により光搬送波を変調することを特徴とする。

このようなデュオバイナリ光伝送装置は、３−レベル信号を受信して駆動信号を生成する駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、駆動信号により光搬送波を変調しデュオバイナリ光信号を出力する干渉計型光変調器を備えることができる。

減衰器は、遅延器の出力信号の強度を半分に減少させるものとするとよい。また、Ｔフリップフロップ及び論理積ゲートは、入力される２−レベルデータ信号の奇数番目又は偶数番目の‘１’のグループを分離させるものとし、そして、パワー結合器から出力される３−レベル信号は、２−レベルデータ信号における奇数番目（又は偶数番目）の‘１’のグループが上位レベル、偶数番目（又は奇数番目）の‘１’のグループが下位レベル、‘０’が中間レベルとして生成されるものとすることができる。この場合、その分離された２−レベルデータ信号の‘１’のグループは、相互に１８０°(π)の位相差を有することになる。

また、本発明によれば、光搬送波をデータ信号で変調しデュオバイナリ光信号を出力するデュオバイナリ光伝送装置において、２−レベルデータ信号を受信してその上昇エッジごとにトグルされた出力信号を生成するＴフリップフロップと、これら２−レベルデータ信号及びトグルされた出力信号を論理積する論理積ゲートと、２−レベルデータ信号の反転信号を所定の時間遅延させる遅延器と、論理積ゲートの出力信号及び遅延器の出力信号を合わせて３−レベル信号を出力する加算器と、を備え、その３−レベル信号により光搬送波を変調することを特徴とする。

このようなデュオバイナリ光伝送装置は、３−レベル信号を受信して駆動信号を生成する駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、駆動信号により光搬送波を変調しデュオバイナリ光信号を出力する干渉計型光変調器と、を備えることができる。

Ｔフリップフロップ及び論理積ゲートは、入力される２−レベルデータ信号の奇数番目又は偶数番目の‘１’のグループを分離させるものとし、そして、加算器から出力される３−レベル信号は、２−レベルデータ信号における奇数番目（又は偶数番目）の‘１’のグループが上位レベル、偶数番目（又は奇数番目）の‘１’のグループが下位レベル、‘０’が中間レベルとして生成されるものとすることができる。その分離された２−レベルデータ信号の‘１’のグループは、変調後、相互に１８０°(π)の位相差を有するようになる。

加算器は、論理積ゲートの出力信号を反転させるインバータと、該インバータの出力端にベースが連結され、負荷抵抗と第１電流源との間にコレクタ−エミッタ電流通路が形成された第１トランジスタと、遅延器の出力端にベースが連結され、負荷抵抗と第２電流源との間にコレクタ−エミッタ電流通路が形成された第２トランジスタと、を備え、その第１電流源の電流を第２電流源の電流の２倍とした構成とすることができる。

また、本発明によれば、入力される２−レベルデータ信号の上昇エッジごとにトグルされて出力信号を生成するトグル回路と、これら２−レベルデータ信号及びトグルされた出力信号を論理積する論理積ゲートと、その論理積信号と２−レベルデータ信号を反転させ且つ遅延させた信号とを結合して３−レベル信号を出力する結合器と、を備えたことを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置が提供される。

この場合、３−レベル信号を受信して駆動信号を生成する駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、駆動信号により光搬送波を変調させてデュオバイナリ光信号を出力する干渉計型光変調器と、を備えることができる。また、２−レベルデータ信号を反転させ且つ遅延させた信号の光強度を減衰させて結合器へ入力する減衰器を備えることができる。

本発明によるデュオバイナリ光伝送装置は、既存のフィードバック形態のプリコーダ及び電気式低帯域通過フィルタを使用せず、デュオバイナリ信号の交差する位相特性を使用することにより、擬似雑音ビットシーケンス(ＰＲＢＳ)に対する影響をなくすことができる。また、波長分割に強い特性を有する伝送システムを実現することにより、伝送距離を増加させ、伝送速度の高速化を図ることができる。

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。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。

図３は、本発明によるデュオバイナリ光伝送装置の第１実施例を示す。同図において、駆動増幅器(Drive Amplifier)３６０、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器３７０、及び光搬送波を出力するレーザ光源３８０は、図１に示した従来のデュオバイナリ光伝送装置のものと同様である。本発明の特徴は、従来のフィードバックループを使用したプリコーダ及び電気式低帯域通過フィルタを使用せず、１つのトグルフリップフロップ(Toggle Flip-Flop；Ｔ.ＦＦ)３１０、遅延器３２０、論理積(ＡＮＤ)ゲート３３０、減衰器３４０、及びパワー結合器(Combiner)３５０を備えた点にある。

図４は図３に示したノードＡ〜Ｆでの出力信号のタイミング図である。図３及び図４を参照して本例のデュオバイナリ光伝送システムの動作及び信号フローを説明すると次のようである。

伝送対象の２−レベルデータ信号Ａはトグル回路としてのトグルフリップフロップ(Ｔ.ＦＦ)３１０に入力され、また、２−レベルデータ信号の反転信号／Ａは遅延器３２０に入力される。トグルフリップフロップ３１０により、データ信号Ａのライジングエッジ(rising edge)ごとにトグルされた信号Ｂが出力される。これらデータ信号Ａ及びトグルフリップフロップ出力信号Ｂは、ＡＮＤゲート３３０に入力されて信号Ｃとして出力される。このようにトグルフリップフロップ及びＡＮＤゲートを使用した理由は、データ信号の‘１’のグループを分離させるためである。すなわち、奇数番目(又は偶数番目)‘１’のグループを分離させ、奇数番目(又は偶数番目)‘１’のグループは上位レベル、偶数番目(又は奇数番目)‘１’のグループは下位レベル、‘０’は中間レベルとして生成するためである。

遅延器３２０を通じて所定の時間遅延したデータ信号の反転信号／Ａは、減衰器３４０に入力される。減衰器３４０は、遅延器３２０の出力信号のを減少させ半分の信号Ｄを生成する。このとき、遅延器３２０は、トグルフリップフロップ３１０自体の時間遅延とＡＮＤゲート３３０に対する影響を考慮して、後段のパワー結合器３５０で正確に減衰器３４０の出力信号ＤとＡＮＤゲート３３０の出力信号Ｃとの位相を合わせるためにある。

さらに図３を参照すると、ＡＮＤゲート３３０の出力信号Ｃ及び減衰器３４０の出力信号Ｄは、パワー結合器３５０により合わせられて２−レベルから３−レベルに変換される。３−レベルに変換された信号は、駆動増幅器３６０へ入力されてマッハ・ツエンダ干渉計型光変調器３７０の駆動信号として出力され、レーザ光源３８０から印加される光搬送波を２−レベルの光信号に変調させる。ここで、駆動増幅器３６０が１つの出力信号を生成する場合、該１つの出力信号は、単一電極を有するマッハ・ツエンダ変調器(single arm MZ modulator)の駆動信号として使用され、駆動増幅器３６０の出力信号が第１出力信号と該第１出力信号の反転信号である第２出力信号となる場合、二重電極を有するマッハ・ツエンダ変調器(dual arm MZ modulator)の駆動信号として使用されることができる。

図５は、本発明によるデュオバイナリ光伝送装置の第２実施例を示す。同図において、デュオバイナリ光伝送装置は、トグルフリップフロップ５１０、遅延器５２０、ＡＮＤゲート５３０、駆動増幅器５５０、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器５６０、及びレーザ光源５７０を含み、これらは図３に示したデュオバイナリ光伝送装置の構成と同様である。本実施例の特徴は、データ信号の反転信号(／Ａ)及びその信号の強度を半分に減少させる減衰器を使用せず、図３に示したようなパワー結合器の代わりに加算器(Adder)５４０を使用することにある。

図６Ａは、図５に示した加算器５４０の詳細な回路図であり、図６Ｂは、当該加算器５４０の入力信号に対する論理真理値表である。

図６Ａにおいて、図５に示した参照符号‘＋’に該当する第１入力信号Ｃがｉｎ１であり、参照符号‘−’に該当する第２入力信号Ｇがｉｎ２である。第１入力信号ｉｎ１は、インバータ６１により論理反転した後、第１トランジスタＱ１のベースへ入力される。第２入力信号ｉｎ２は、第２トランジスタＱ２のベースへ入力される。各トランジスタＱ１，Ｑ２は、エミッタに電流源６２，６３を有しているが、第１トランジスタＱ１のエミッタに連結された電流源６２の電流は、第２トランジスタＱ２のエミッタに連結された電流源６３に比べて２倍である。そして、各トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタは、負荷抵抗(load resistor)Ｒに連結されている。各トランジスタＱ１，Ｑ２のオン又はオフ状態に従って負荷抵抗Ｒに、電流値０，ｉ，２ｉのうちのいずれかが流れ得る。結局、加算器５４０の出力電圧は、信号‘０’、‘ｉＲ’、‘２ｉＲ’になる。

図６Ａを参照すると、各トランジスタＱ１，Ｑ２の入力信号が‘１’の場合は、トランジスタがオフ状態になって電流が流れないようになり、各トランジスタＱ１，Ｑ２に入力信号‘０’が印加される場合は、オン状態になって電流源の電流が流れるようになる。たとえば、第１及び第２入力信号ｉｎ１，ｉｎ２が両方とも論理レベル‘１’である場合、インバータ６１により論理レベル‘０’に反転して第１トランジスタＱ１に入力され、第２トランジスタＱ２には論理レベル‘１’が入力される。従って、第１トランジスタＱ１のみオン状態になって２ｉの電流が負荷抵抗Ｒへ流れるようになり、出力電圧は２ｉＲになる。また、たとえば、第１及び第２入力信号ｉｎ１，ｉｎ２が両方とも論理レベル‘０’である場合、第２トランジスタＱ２のみがオン状態になって負荷抵抗Ｒにｉの電流が流れ、出力電圧はｉＲになる。

図６Ｂは、図６Ａに示した加算器５４０の入力信号に対する論理真理値表である。加算器５４０の出力信号Ｏｕｔ（図５のＨ）がＡＣ-カップルされた信号であれば、２ｉＲの信号は論理レベル‘＋１’に、ｉＲの信号は論理レベル‘０’に、０の信号は論理レベル‘−１’に表現されることができる。図５に示した加算器５４０で第１入力信号ｉｎ１が‘１’で第２入力信号ｉｎ２が‘０’である場合は存在しない。

図７は、図５に示した各ノードＡ〜Ｃ及びＧ〜Ｉでの信号波形を示すもので、図５及び図７を参照して本実施例のデュオバイナリ光伝送装置の動作及び信号フローを説明すると次のようである。

図５に示したノードＡ〜Ｃに関する動作は図３と同一であるので、図７に示す信号波形Ａ〜Ｃは図５と同一である。ＡＮＤゲート５３０の出力信号Ｃ及び遅延器５２０の出力信号Ｇは、加算器５４０に入力され、加算器５４０は図６で説明したようにして３−レベル出力信号Ｈを生成する。加算器５４０の３−レベル出力信号Ｈは、駆動増幅器５５０により増幅されてマッハ・ツエンダ干渉計型光変調器５６０の駆動信号として入力される。ここで、図３と同様に、駆動増幅器５５０が１つの出力信号を生成する場合、単一電極を有するマッハ・ツエンダ変調器の駆動信号として使用され、駆動増幅器５５０が第１出力信号及び該第１出力信号の反転信号である第２出力信号の２つの出力信号を生成する場合、二重電極を有するマッハ・ツエンダ変調器の駆動信号として使用されることができる。

図８は、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器を通じてデュオバイナリ光信号に変調される過程を示す。図３に示した信号Ｅ又は図５に示した信号Ｈの３−レベル信号がマッハ・ツエンダ干渉計型光変調器にそれぞれ入力されて、１８０度(π)の位相差を有するデュオバイナリ光信号Ｆ及びＩを生成する。このとき、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器のバイアスは、変調器の特性曲線の最小点(null point)に位置させる。

以上、本発明の詳細につき具体的実施形態により説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。

従来のデュオバイナリ光伝送装置の構成例を示す図。 従来のデュオバイナリ光伝送装置に使用されているプリコーダの構造を示す図。 本発明によるデュオバイナリ光伝送装置の第１実施例を示す図。 図３に示した各ノードＡ〜Ｆでの信号波形を示す図。 本発明によるデュオバイナリ光伝送装置の第２実施例を示す図。 図６Ａは図５に示した加算器の詳細な回路図、図６Ｂは、図６Ａに示した加算器の入力信号に対する論理真理値表。 図５に示した各ノードＡ〜Ｃ及びＧ〜Ｉでの信号波形を示す図。 マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器を通じてデュオバイナリ光信号に変調される過程を示す図。

符号の説明

３１０，５１０ トグルフリップフロップ（Ｔ．ＦＦ）
３２０，５２０ 遅延器
３３０，５３０ ＡＮＤゲート
３４０ 減衰器(Attenuator)
３５０ パワー結合器
３６０，５５０ 駆動増幅器
３７０，５６０ 光変調器
５４０ 加算器
３８０，５７０ 光源

Claims (15)

1. 光搬送波をデータ信号で変調しデュオバイナリ光信号を出力するデュオバイナリ光伝送装置において、
   ２−レベルデータ信号を受信してその上昇エッジごとにトグルされた出力信号を出力するＴフリップフロップと、
   前記２−レベルデータ信号及び前記トグルされた出力信号を論理積する論理積ゲートと、
   前記２−レベルデータ信号の反転信号を所定の時間遅延させて出力する遅延器と、
   前記遅延器の出力信号の強度を減少させる減衰器と、
   前記論理積ゲートの出力信号及び前記減衰器の出力信号を合わせて３−レベル信号を出力するパワー結合器と、を備え、
   前記３−レベル信号により光搬送波を変調することを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。
2. ３−レベル信号を受信して駆動信号を生成する駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、前記駆動信号により前記光搬送波を変調しデュオバイナリ光信号を出力する干渉計型光変調器と、を備える請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
3. 減衰器は、遅延器の出力信号の強度を半分に減少させる請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
4. Ｔフリップフロップ及び論理積ゲートは、入力される２−レベルデータ信号の奇数番目又は偶数番目の‘１’のグループを分離させ、そして、パワー結合器から出力される３−レベル信号は、前記２−レベルデータ信号における奇数番目（又は偶数番目）の‘１’のグループが上位レベル、偶数番目（又は奇数番目）の‘１’のグループが下位レベル、‘０’が中間レベルとして生成される請求項３記載のデュオバイナリ光伝送装置。
5. 分離された２−レベルデータ信号の‘１’のグループは、変調後、相互に１８０°(π)の位相差を有するようになる請求項４記載のデュオバイナリ光伝送装置。
6. 光変調器は、１又は２の電極を有するマッハ・ツエンダ干渉型光変調器である請求項３記載のデュオバイナリ光伝送装置。
7. 光搬送波をデータ信号で変調しデュオバイナリ光信号を出力するデュオバイナリ光伝送装置において、
   ２−レベルデータ信号を受信してその上昇エッジごとにトグルされた出力信号を生成するＴフリップフロップと、
   前記２−レベルデータ信号及び前記トグルされた出力信号を論理積する論理積ゲートと、
   前記２−レベルデータ信号の反転信号を所定の時間遅延させる遅延器と、
   前記論理積ゲートの出力信号及び前記遅延器の出力信号を合わせて３−レベル信号を出力する加算器と、を備え、
   前記３−レベル信号により光搬送波を変調することを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。
8. ３−レベル信号を受信して駆動信号を生成する駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、前記駆動信号により前記光搬送波を変調しデュオバイナリ光信号を出力する干渉計型光変調器と、を備える請求項７記載のデュオバイナリ光伝送装置。
9. Ｔフリップフロップ及び論理積ゲートは、入力される２−レベルデータ信号の奇数番目又は偶数番目の‘１’のグループを分離させ、そして、加算器から出力される３−レベル信号は、前記２−レベルデータ信号における奇数番目（又は偶数番目）の‘１’のグループが上位レベル、偶数番目（又は奇数番目）の‘１’のグループが下位レベル、‘０’が中間レベルとして生成される請求項７記載のデュオバイナリ光伝送装置。
10. 分離された２−レベルデータ信号の‘１’のグループは、変調後、相互に１８０°(π)の位相差を有するようになる請求項９記載のデュオバイナリ光伝送装置。
11. 加算器は、論理積ゲートの出力信号を反転させるインバータと、該インバータの出力端にベースが連結され、負荷抵抗と第１電流源との間にコレクタ−エミッタ電流通路が形成された第１トランジスタと、遅延器の出力端にベースが連結され、前記負荷抵抗と第２電流源との間にコレクタ−エミッタ電流通路が形成された第２トランジスタと、を備え、前記第１電流源の電流が、前記第２電流源の電流の２倍である請求項７記載のデュオバイナリ光伝送装置。
12. 光変調器は、１又は２の電極を有するマッハ・ツエンダ干渉計型光変調器である請求項８記載のデュオバイナリ光伝送装置。
13. 入力される２−レベルデータ信号の上昇エッジごとにトグルされて出力信号を生成するトグル回路と、
    前記２−レベルデータ信号及び前記トグルされた出力信号を論理積する論理積ゲートと、
    前記論理積信号と前記２−レベルデータ信号を反転させ且つ遅延させた信号とを結合して３−レベル信号を出力する結合器と、を備えたことを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。
14. ３−レベル信号を受信して駆動信号を生成する駆動増幅器と、
    光搬送波を出力する光源と、
    前記駆動信号により前記光搬送波を変調させてデュオバイナリ光信号を出力する干渉計型光変調器と、を備える請求項１３記載のデュオバイナリ光伝送装置。
15. ２−レベルデータ信号を反転させ且つ遅延させた信号の光強度を減衰させて結合器へ入力する減衰器を備える請求項１３記載のデュオバイナリ光伝送装置。

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