JP2005151565A

JP2005151565A - 高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器

Info

Publication number: JP2005151565A
Application number: JP2004327527A
Authority: JP
Inventors: Kun Kin; 薫金; Yun-Je Oh; 潤済呉; Seong-Teak Hwang; 星澤黄
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-06-09
Also published as: KR20050045701A; CN1617012A; US20050100346A1; KR100539893B1

Abstract

【課題】高密度波長分割多重化方式の光伝送システムに適する、受信感度に優れながらもスペクトルの幅が狭いＲＺ−ＡＭＩ信号を生成する光送信器を提供する。
【解決手段】入力する２進データ電気信号をコーディングするプリコーダ２０１と、該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器２０２，２０３と、搬送波を出力する光源２０６と、前記変調器駆動増幅器２０２，２０３により増幅された信号を用いて前記光搬送波の位相を変調する第１の光変調器２０４と、該第１の光変調器２０４の出力信号をＲＺ(return to zero)信号に変換する第２の光変調器２０６と、該第２の光変調器２０６の出力信号を、定められた帯域に合わせてフィルタリングする光学フィルタ２０７とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、光送信器に関し、特に、高密度波長分割多重化方式の光伝送システムに適する、受信感度に優れながらもスペクトルの幅が狭いＲＺ−ＡＭＩ(return to zero−alternate mark inversion)信号を生成する光送信器に関する。

一般に、ＡＭＩ（alternate mark inversion：以下、‘ＡＭＩ’と称する。）変調方式は、光信号の強度に、情報をロードするとともに、‘１’ビットごとに信号の位相を逆転させるという特徴を有する。特に、ＲＺ(return to zero)−ＡＭＩ信号は、強度を表すにあたって、ＲＺ信号と同様に、‘１’ビットごとに信号のエネルギーが、‘０’エネルギーから‘１’のエネルギーに移動して、再び‘０’エネルギーに戻る、という特徴を有する。

したがって、ＲＺ−ＡＭＩ信号は、信号の強度が、ＲＺ信号の強度と同一であるため、ＲＺ変調方式の長所(例えば、２０Gb/s以上のデータ速度を持つ伝送システムにおいて光ファイバの非線形性に強いこと)を、そのまま保持しつつも、‘１’ビットごとに位相が反転するので、搬送波周波数成分が抑えられて、ブリルアン(Brillouin)非線形効果に対して強い抗力を有する。また、ＲＺ−ＡＭＩ信号は、ＲＺ変調方式を用いるにもかかわらず、ＤＣ周波数成分がないために、受信端の信号変調方式を、ＶＳＢ(vestigial sideband)変調方式に変換し易く、その結果、光ファイバの分散に関する許容値を増加させることができる。

図１は、従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器を示す構成図である。図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、図１に示したＲＺ−ＡＭＩ光送信器の出力信号のアイ・ダイヤグラム(eye-diagrams)及び光スペクトルを示す図である。

図１を参照すると、従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器１００は、プリコーダ１０１と、４つの変調器駆動増幅器１０２，１０３，１０９，１１０と、２つの低域フィルタ１０４，１０５と、レーザー光源(laser source)１０６と、２つのマッハ・ツェンダー干渉計型の光強度変調器(Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator：以下、‘ＭＺＭＯＤ’と略す。)１０７，１０８と、から構成される。

次に、このように構成される従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器１００の動作について説明する。まず、２進(binary)入力データ(Data)は、プリコーダ１０１でコーディングされる。

通常、プリコーダは、１ビット(1bit)遅延素子とＸＯＲ(exclusive-OR)論理素子とから構成される。コーディングされた２進データは、２つの変調器駆動増幅器１０２，１０３を経て、低域フィルタ（ＬＰＦ）１０４，１０５にそれぞれ伝送される。図１において、Ｑバーは、Ｑの反転(inverter)信号を表す。低域フィルタ１０４，１０５はそれぞれ、コサイン二乗(cosine²)フィルタとするのが理想的ではあるが、ベッセルトムソンフィルタ(Bessel-Thomson filter)で構成してもよい。

低域フィルタ１０４，１０５の帯域幅が、２進データ信号の伝送速度の１/４に相当する３dBの帯域幅を持つ場合(例えば、１０Gb/sデータにおける２．５GHzフィルタ)には、低域フィルタ１０４，１０５を通過した２進信号は、帯域幅の制限された３進信号(band-limited ternary signal)に変換される。この信号が、第１のＭＺＭＯＤ１０７に入力して、レーザー光源１０６から出力された搬送波を、光デュオバイナリ信号に変調する。

このときに、第１のＭＺＭＯＤ１０７のバイアス(bias)位置は、伝達特性関数において最小値に相当するヌルポイント(null point)とする。生成された光デュオバイナリ信号は、第２のＭＺＭＯＤ１０８に伝送される。第２のＭＺＭＯＤ１０８を駆動する電気信号は、信号クロック周波数の半周波数に相当する正弦波信号である。ＭＺＭＯＤ１０８のバイアス位置が、特性伝達関数において最小値に相当するヌルポイント(null point)となることから、第２のＭＺＭＯＤ１０８は、キャリア抑圧ＲＺ（carrier-suppressed return to zero：以下、‘ＣＳ−ＲＺ’と称する。）信号を生成する。したがって、第２の変調器１０８は、毎ビットごとに信号の位相を反転させる機能を担う。

上述した従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器１００は、光デュオバイナリ送信器とＣＳ−ＲＺ生成器とから構成されている点から、デュオバイナリキャリア抑圧ＲＺ、すなわち、ＤＣＳ−ＲＺ(Duo-binary-Carrier-Suppressed RZ)とも呼ばれる。

上記従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器は、図２Ａに示した出力信号のアイ・ダイヤグラムを参照すれば、‘０’レベルに、データ伝送速度の２倍の周波数に相当する正弦波信号が存在するために、ＲＺ−ＯＯＫ(return-to-zero on-off key)信号と比べて受信感度に劣る。これは、従来の光送信器で生成したＲＺ−ＡＭＩ信号が、雑音に敏感であるということを意味し、最大伝送距離の低下につながる。また、従来の光送信器は、３進信号に基づいてデュオバイナリ信号を生成し、これを用いてＲＺ−ＡＭＩ信号を生成するので、受信された電気信号のパターン長によっては、送信器の性能が変化してしまう。

他にも、従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器は、図２Ｂに示した出力信号のスペクトルからわかるように、時間的にＲＺ変調方法を取っているので、広い帯域幅が要求され、したがって、高いスペクトル効率(例えば、０．６bit/s/Hz)が得られない、という欠点がある。

したがって、本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高密度波長分割多重化方式の長距離光伝送システムの性能向上のために、受信感度に優れながらもスペクトルの幅が狭い、ＲＺ−ＡＭＩ信号を生成する光送信器を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明による高密度波長分割多重化方式の光伝送システムは、入力される２進データ電気信号をコーディングするプリコーダと、該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器と、光搬送波を出力する光源と、前記変調器駆動増幅器により増幅された信号を用いて前記光搬送波の位相を変調する第１の光変調器と、該第１の光変調器の出力信号をＲＺ(return to zero)信号に変換する第２の光変調器と、該第２の光変調器の出力信号を、定められた帯域に合わせてフィルタリングする光学フィルタと、を含めて構成されることを特徴とする。

本発明の光送信器は、受信感度及び帯域幅の活用といった性能面から従来の光送信器に比べて優れている。

また、本発明の光送信器は、デュオバイナリ信号を生成する低域フィルタが必要ではなく、ＡＷＧ(arrayed waveguide grating)タイプの波長分割多重化器で構成可能な狭帯域光学フィルタが使用され、また、この狭帯域光学フィルタが、第２のＭＺＭＯＤの後段に配置されるため、波長分割多重方式システムを複雑化することなく、経済的に適用することができる。

したがって、本発明の光送信器によれば、高密度波長分割多重方式の長距離光伝送システムの性能を大きく向上させることが可能になる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図面中、同一の構成要素には、可能な限り同一の参照番号及び符号を共通使用するものとする。なお、下記の説明において、関連した公知機能や構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には、その詳細な説明は省略される。

図３は、本発明の実施形態のＲＺ−ＡＭＩ光送信器を示す構成図である。

図３を参照すれば、本実施形態の光送信器２００は、プリコーダ２０１と、変調器駆動増幅器２０２，２０３と、ＣＷ（連続波）レーザー２０５と、第１及び第２のＭＺＭＯＤ２０４，２０６と、光学フィルタ２０７と、から構成される。

プリコーダ２０１は、入力される２進データ信号をコーディング(coding)し、１ビット(１bit)遅延素子とＸＯＲ(exclusive-OR)論理素子とから構成される。

変調器駆動増幅器２０２，２０３は、変調器の駆動が可能となるように上記コーディングされた２進データを増幅する。

ＣＷレーザー２０５は、光源として光搬送波を出力する。

第１及び第２のＭＺＭＯＤ２０４，２０６は、電極に印加される駆動信号に応じて上記光搬送波の位相を変調し、変調の度合いを表す変調指数(modulation index)を調整して、位相変調の度合いを調節することができる。一般に、マッハツェンダータイプの光強度変調器には、単一電極(single arm)を持つＸ−カット構造と、二重電極(dual arm)を持つＺ−カット構造がある。本実施形態では、Ｚ−カット構造のＭＺＭＯＤを使用した場合を挙げるが、単一電極(single arm)構造のＸ−カットマッハ・ツェンダー光強度変調器を使用してもよいことはいうまでもない。

光学フィルタ２０７は、位相変調された信号を受け、これを所定の帯域幅にフィルタリングする機能を担い、ＡＷＧ(arrayed waveguide grating)タイプの波長分割多重化器、または、インターリーバ(interleaver)で構成することができる。インターリーバは、波長分割多重化方式の光伝送システムにおいて、偶数チャネルと奇数チャネルを分離／結合する素子であって、偶数チャネルと奇数チャネルを、それぞれ方向性結合器または波長分割多重化器で多重化した後に、帯域幅が、信号変調速度の０．７倍程度であるインターリーバを使って、偶数チャネルと奇数チャネルを結合することによって、本実施形態の送信端を実現することができる。本実施形態の光学フィルタ２０７は、狭帯域光学フィルタであり、フィルタの帯域幅は、信号変調速度の０．７倍程度となる。

このような構成を持つ光送信器２００の動作について述べると、下記の通りである。

再び図３を参照すれば、２進データ信号(Data)は、プリコーダ２０１でコーディング(coding)された後に、変調器駆動増幅器２０２,２０３を経て、第１のＭＺＭＯＤ２０４に伝送される。図３において、Ｑバーは、Ｑの反転(inverter)信号を表し、２重電極構造を持つ第１のＭＺＭＯＤ２０４の、陽(＋)電極及び陰(−)電極に、それぞれ入力される。この第１のＭＺＭＯＤ２０４の動作条件として、バイアス位置は、変調器伝達特性の最小値に相当するヌルポイント(null point)とし、受信信号の大きさは、光変調器の半波長電圧(half-wave voltage)Ｖπの２倍の大きさとする。このような動作条件において、第１のＭＺＭＯＤ２０４は、位相変調器として動作し、ＣＷレーザー２０５から出力される光搬送波の位相を変調する。

図４Ａないし図４Ｃは、図３の動作原理を説明するための図であり、コンピュータシミュレーションから得られた結果である。図４Ａは、前記第１のＭＺＭＯＤ２０４の出力アイ・ダイヤグラムを示す。

第１のＭＺＭＯＤ２０４で位相変調された信号は、第２のＭＺＭＯＤ２０６に伝送される。第２のＭＺＭＯＤ２０６を駆動する電気信号は、信号クロック周波数の半周波数に相当する正弦波信号であり、位相変調された信号に対して半ビット遅延している。

したがって、第２のＭＺＭＯＤ２０６を経た信号は、図４Ｂに示す通りになる。続いて、図４Ｂの信号は、狭帯域光学フィルタ２０７に伝送される。光学フィルタ２０７の帯域幅は、２進データ信号の伝送速度の０．５〜０．９倍程度、好ましくは０．７倍程度である。

これは、光学フィルタの帯域幅が、伝送速度の０．５倍より狭いと、信号歪みが発生してシンボル間干渉（inter-symbol interference）を引き起こし、光学フィルタの帯域幅が伝送速度の０．９倍より広いと、フィルタリングによって、光信号のスペクトルにほぼ影響しないためである。また、コンピュータシミュレーションの結果、伝送速度のほぼ０．７倍程度の場合が好ましいことがわかった。

光学フィルタ２０７を通過した後の信号に対するアイ・ダイヤグラムは、図４Ｃに示す通りになる。

図４Ｃのアイ・ダイヤグラムは、従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器１００の出力信号(すなわち、図２Ａ)と比べて、‘０’レベルにリップル(ripple)成分が大きく抑制されていることがわかる。また、ＲＺ信号のデューティ比(duty rate)も減少したことがわかる。このような特性から、本発明の実施形態のＲＺ−ＡＭＩ送信器２００の信号は、優れた受信感度を持つようになる。

図５は、従来のＲＺ−ＡＭＩ信号１と本発明の実施形態によるＲＺ−ＡＭＩ信号２の受信感度シミュレーション結果を比較した結果である。受信感度とは、通常、１０^−９ビット誤り率(bit error ratio：以下、‘ＢＥＲ’と称する。)を得る上で要求される光信号の電力のことをいい、受信感度が低いほど、信号が光学雑音に強いということを意味する。図５のシミュレーション結果から、従来のＲＺ−ＡＭＩ信号１は、約−３１．６dBmの受信感度を持つのに対し、本発明の実施形態のＲＺ−ＡＭＩ信号２は、約−３３．８dBmの受信感度を持ち、結果として、２．２dBの受信感度利得が得られることがわかる。これは、長距離伝送システムにおいて、約２０％の伝送距離の増加に相当する数値である。

図６は、本発明の実施形態の光送信器２００で生成したＲＺ−ＡＭＩ信号の光スペクトルである。ここでは、従来の場合(図２ｂ)に比べて、信号の帯域幅が減少したことがわかる。このように帯域幅が減少するということは、波長分割多重化方式の光伝送システムにおいて与えられた帯域幅内に、より多い数のチャネルを収容することができるということを意味する。

本発明の詳細な説明では具体例について説明したが、本発明の範囲を逸脱しない限り種々の変形が可能であることは言うまでもない。したがって、本発明の範囲は、上述した具体例に限定されるものではなく、特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

従来のＲＺ−ＡＭＩ光送信器を示す構成図である。図１に示すＲＺ−ＡＭＩ光送信器の出力信号のアイ・ダイヤグラム(eye-diagrams)である。図１に示すＲＺ−ＡＭＩ光送信器の出力信号の光スペクトルを示す図である。本発明の実施形態に従うＲＺ−ＡＭＩ光送信器を示す構成図である。図３に示すＲＺ−ＡＭＩ光送信器の動作原理を示す図である。図３に示すＲＺ−ＡＭＩ光送信器の動作原理を示す図である。図３に示すＲＺ−ＡＭＩ光送信器の動作原理を示す図である。従来のＲＺ−ＡＭＩ信号と本発明の実施形態によるＲＺ−ＡＭＩ信号の受信感度シミュレーション結果を示すグラフである。本発明の実施形態の光送信器から生成されたＲＺ−ＡＭＩ信号の光スペクトルを示す図である。

符号の説明

２０１プリコーダ
２０２，２０３変調器駆動増幅器
２０４第１の光変調器
２０５ＣＷレーザー
２０６第２の光変調器
２０７光学フィルタ

Claims

入力される２進データ電気信号をコーディングするプリコーダと、
該コーディングされた信号を増幅する変調器駆動増幅器と、
光搬送波を出力する光源と、
前記変調器駆動増幅器により増幅された信号を用いて、前記光搬送波を変調する第１の光変調器と、
該第１の光変調器の出力信号を、ＲＺ(return to zero)信号に変換する第２の光変調器と、
該第２の光変調器の出力信号を、所定の帯域にフィルタリングする光学フィルタと、
を含めて構成されることを特徴とする高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記第１及び第２の光変調器は、マッハツェンダータイプの光強度変調器であることを特徴とする請求項１に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記マッハツェンダータイプの光強度変調器は、Ｚ−カット二重電極(dual arm)構造を有するものであることを特徴とする請求項２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記マッハツェンダータイプの光強度変調器は、Ｘ−カット単一電極(single arm)構造を有するものであることを特徴とする請求項２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記第１の光変調器は、位相変調器であることを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式光伝送システムのための光送信器。
前記第１の光変調器のバイアス位置は、変調器伝達特性の最小値に相当するヌルポイント(null point)とすることを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記第１の光変調器は、第１の光変調器の半波長電圧(half-wave voltage)Ｖπの２倍の大きさを有する所定の信号を受信することを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記第２の光変調器は、その信号クロック周波数の半周波数を有する正弦波電気信号を受信することを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記正弦波電気信号は、前記第１の光変調器の出力信号に対して、半ビット遅延していることを特徴とする請求項８に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記光学フィルタの帯域幅は、前記２進データ信号の伝送速度の０．５ないし０．９倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記光学フィルタは、波長分割多重化器であることを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記光学フィルタは、インターリーバであることを特徴とする請求項１または２に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。
前記プリコーダは、１ビット遅延器とＸＯＲ論理ゲートとからなることを特徴とする請求項１に記載の高密度波長分割多重化方式の光伝送システムのための光送信器。