JP2005538612A - 高いビットレートの光時分割多元接続のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
高いビットレートの光時分割多元接続通信信号を発生するための方法は、連続波の搬送波信号を発生するステップを含んでいる。搬送波信号の位相は、高いビットレートの信号を発生するため、互いに関して個別の遅延を有する複数のデータ信号のそれぞれに基づいて個別に変調される。高ビットレート信号の第一の部分は、高ビットレート信号の第二の部分に関して光学的に遅延され、光ファイバでの伝送のため、高いビットレートの出力信号を発生するために結合される。
Description
本発明は、光ネットワーク全般に関し、より詳細には、高いビットレートの光時分割多元接続(OTDM: Optical Time Division Multiplexing)のためのシステム及び方法に関する。
電気通信システム、ケーブルテレビジョンシステム及びデータ通信ネットワークは、遠隔地点間で大量の情報を迅速に伝達するために光ネットワークを使用している。光ネットワークでは、情報は、光ファイバを通して光信号の形式で伝達される。光ファイバは、非常に低い損失で長い距離にわたり信号を伝送可能なカラス製の薄いストランドである。
光ネットワークは、伝送キャパシティを増加するために光時分割多元接続(OTDM)を利用することができる。OTDMネットワークでは、個別の時間遅延をそれぞれに課すことで、多数の光信号がそれぞれのファイバで伝送される。ネットワークキャパシティは、それぞれのファイバにおける時間遅延されたチャネル数の倍数として増加される。
本発明は、高いビットレートの光時分割多元接続のためのシステム及び方法を提供する。特定の実施の形態では、連続波レーザは、複数のデータ信号を高いビットレートのOTDM位相変調信号に多重化するため、多電極のシリアルフェーズ変調器と共に使用される。光遅延干渉計が使用され、光通信システムにおける伝送のために位相変調信号に基づいて強度変調された高いビットレートの信号を発生する。
本発明の1実施の形態によれば、高いビットレートの光時分割多重された通信信号を発生するための方法は、連続波の搬送波信号を発生することを含んでいる。搬送波信号の位相は、高いビットレートの信号を発生するために互いに関して個別の遅延を有する複数のデータ信号のそれぞれに基づいて個別に変調される。高ビットレート信号は、光遅延干渉計を通して通過され、この場合、高ビットレート信号は、2つの部分に分離される。高ビットレート信号の第一の部分は、光ファイバでの伝送のために高いビットレートの強度変調出力信号を発生するために干渉測定的に結合される前に、高ビットレート信号の第二の部分に関して光学的に遅延される。
本発明の技術的な利点は、高ビットレートのOTDMのためのシステムを提供することを含んでいる。1実施の形態では、光送信機は、連続波レーザ、及び高ビットレート信号を発生するために複数のデータ信号に基づいて発生された搬送波信号を変調するn電極の位相変調器を含んでいる。したがって、送信機は、短パルス光源を利用する従来の送信機よりもコンパクトであって安価である。さらに、光挿入損失は、従来のシステムのn個のスプリッタブランチを除くことにより制限される。特定の実施の形態では、送信機は、それぞれのデータ信号に基づいて搬送波信号の位相を変調する。入力データ信号は、ビット毎にゼロに戻らない(NRZ: Non-Return to Zero)データストリームである場合がある。光遅延干渉計は、位相変調信号をビット毎にゼロに戻る(RZ: Return to Zero)信号に変換する。このように、送信機は、NRZデータストリームを受け、該データストリームをRZ信号に変換するために動作可能である。
本発明の1以上の実施の形態に関する別の技術的な利点は、様々なデューティ比について構成することができるOTDM送信機を含んでいる。特に、光遅延干渉計は、光遅延干渉計が利用される光ネットワークの必要に依存して、様々なデューティ比に対して構成可能である。可変のデューティ比は、マッハツェンダー干渉計又は他の光遅延干渉計の2つのアーム間の遅延を再設計することで達成される場合がある。結果として、伝送パフォーマンスは、パルスデューティ比を最適化することで拡張される場合がある。さらに、OTDM光信号は、100%のデューティ比を有する場合があり、これは、比較的低いQファクタの低下をもつNRZ信号に対応する。このように、本発明におけるパルス幅への低い依存性は、デューティサイクルによるシステムの最適化における柔軟性を増加する場合がある。
本発明の1以上の実施の形態に関するさらに別の技術的な利点は、非線形作用に関する改善された耐性をもつ光送信機を提供することを含んでいる。特に、光信号における隣接ビットの交流の光位相により、パルスの相互作用が低減される。
本発明の1以上の実施の形態に関する更に別の技術的な利点は、高いビットレートのOTDM光信号を提供する光送信機である。特定の実施の形態では、2つの毎秒40ギガビットのNRZデータストリームは、毎秒80ギガビットのRZ信号として伝送される場合がある。したがって、変調器サイズで費用対効率が高くかつコンパクトな送信機において、毎秒80ギガビットRZ信号が発生される。したがって、改善されたパフォーマンスの光ネットワークが低減された費用で設計及び実現される場合がある。
本発明の他の技術的な利点は、以下の図面、実施の形態の説明及び特許請求の範囲から当業者であれば容易に明らかであろう。さらに、特定の利点が先に列挙されたが、様々な実施の形態は、該列挙された利点の全部又は一部を含んでいるか、若しくは全く含まない場合がある。
本発明及びその効果をより完全に理解するため、添付図面と共に行われる以下の発明の実施の形態に対して参照される。
本発明及びその効果をより完全に理解するため、添付図面と共に行われる以下の発明の実施の形態に対して参照される。
図1は、本発明の1実施の形態に係る光通信システムを例示している。この実施の形態では、光通信システム10は、光時分割多元接続(OTDM)システムであり、このシステムは、多数の光信号が伝送ファイバで搬送される。なお、光通信システム10は、他の適切な多チャネル又は双方向の伝送システムを備えている場合があることを理解されたい。光通信システム10は、長距離、メトロリング、メトロコア、又は他の適切なネットワーク若しくはネットワークの組み合わせである場合がある。
図1を参照して、OTDMシステム10は、光リンク16により互いに結合される、ソースのエンドポイントにあるOTDM送信機12、及び目的地のエンドポイントにあるOTDM受信機14を含んでいる。OTDM送信機12は、遠隔地に位置されるOTDM受信機14に、光リンク16を通してOTDM信号で複数のチャネルのデータを送信する。1実施の形態では、以下にさらに詳細に説明されるように、OTDM信号は、非線形効果に対して改善された耐性をもつノン・リターン・トゥ・ゼロ(NRZ)信号である場合がある。
光リンク16は、光ファイバ又は光信号が低損失で送信される場合がある他の適切なメディアを備えている。光リンク16に沿って挿入されているのは、1以上の光増幅器30である。光増幅器30は、光−電気変換を必要とすること無しに、OTDM信号の強度を増加又は高める。信号再生器は、光リンク16に沿って必要とされるように提供される場合がある。
1実施の形態では、光増幅器30は、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)、エルビウムドープ導波増幅器(EDWA)、及び光リンク16におけるポイントでOTDM信号を増幅可能な他の増幅器のような希土類ドープファイバ増幅器を備えている。他の実施の形態では、たとえば、光増幅器30は、ネオディニウムドープファイバ、ツリウムドープファイバ、ドープ導波、又は他の適切な利得メディアを備える場合がある。別の実施の形態では、分散される増幅器は、たとえば、分散されたラマン増幅(DRA: Distributed Raman Amplifier)である、OTDM信号を増幅するために利用される場合もある。
OTDM送信機12は、互いに光学的に結合される、連続波レーザ20、多電極位相変調器22、及び光遅延干渉計24を含んでいる。連続波レーザ20、多電極位相変調器22及び光遅延干渉計24は、光ファイバ、PLC(Planer Lightwave Circuit)、FSO(Free Space Optics)、若しくは光信号が結合されたコンポーネント間を通過される場合があるように適切に結合される導波路により互いに結合される場合がある。
連続波レーザ20は、良好な波長制御により規定又は選択された周波数で搬送波信号を発生可能な光学的な光源エミッタである。本実施の形態で使用されるように、波は実質的に一定、連続、安定、若しくはさもなければパルス信号又はバースト信号とは対照的に進行中の信号を意味している。連続波レーザ20は、分布帰還型レーザ、可変波長レーザ、非可変波長レーザ、又は光エネルギーを提供するために動作可能な他の適切なエネルギー源である場合がある。典型的に、連続波レーザ20により放出される波長は、1500ナノメートル(nm)のレンジにあるように選択され、このレンジで、シリコンベースの光ファイバについて最小の信号の減衰が生じる。より詳細には、波長は、1310から1650ナノメートルにあるように一般的に選択されるが、適切に変化される場合がある。
多電極位相変調器22は、それぞれの電極がデータ信号を受信し、該データ信号に基づいて搬送波信号の位相を変調するn個の電極をもつ1コンポーネントの位相変調器であるか、予め符号化されたデータ信号に基づいて搬送波信号の位相を変調するためにそれぞれ構成される一連の個々の位相変調器である場合がある。データ信号は、ビット内の基本的な順序に基づいて遅延35により除々に遅延される。遅延35は、電気的であって、異なる電気的な伝送長をかけることにより動作する場合がある。したがって、最初のビットは0だけ遅延され、第二のビットはτだけ遅延され、第三のビットは2τだけ遅延され、第n番目のビットは(n−1)τだけ遅延され、ここでτは選択された遅延時間である。データ信号は、別途適切に遅延される場合がある。多電極位相変調器22は、πラジアンの位相シフトを作用させるために電圧で駆動される場合がある。
光遅延干渉計24は、マッハツェンダー干渉計、偏光子が続く複屈折ファイバ、若しくは他の適切な光コンポーネントである場合があり、この他の適切な光コンポーネントは、光信号の第一の部分を該光信号の第二の部分に関して遅延し、次いで指定された干渉及び結果的に得られる出力信号を発生するために該部分を結合するために動作する。マッハツェンダー干渉計の実施の形態は、図2と共に以下に説明される。複屈折ファイバの実施の形態では、複屈折ファイバは、「高速」な軸と「低速」な軸である2つの伝送軸を含んでおり、高速軸と低速軸との間の伝送速度における差は、MZIの作用と類似の作用をもつ遅延を導入するために動作する。偏光子は、複屈折ファイバからの光出力の偏光を揃えるために利用される場合がある。
動作において、連続波レーザ20は、搬送波信号を発生する。連続波レーザ20の出力は、多電極の位相変調器22に供給される。多電極位相変調器22のそれぞれの電極は、低速の、特質的に符号化されたNRZデータストリームD1,D2,...Dnのうちの異なる1により駆動される。それぞれのデータストリームは、異なるファクタτにより電気的に遅延される。たとえば、先に説明されたように、第一のデータストリームは0τだけ遅延され、第二のデータストリームはτだけ遅延され、第三のデータストリームは2τだけ遅延され、第n番目のデータストリームは(n−1)τだけ遅延される。遅延τは、多重化された信号をチャネル数で割ったビット期間に等しい場合がある。この実施の形態では、τは、多重化されたデータのビット期間である。遅延ファクタτは、別途適切に選択される場合がある。
結果的に得られる出力信号は、高ビットレートで特質的に符号化される位相変調された光信号である。本実施の形態で使用されるように、高ビットレートは、本来の低速のNRZデータストリームD1,D2,...,Dnのビットレートよりも高いビットレートを意味している。高ビットレート信号は、40Gb/S、80Gb/s又は他の適切なレートである場合がある。多電極位相変調器22、差動位相シフトキーイング(DPSK)の出力は、光遅延干渉計24に送信される。その後、この信号は、光遅延干渉計24に該信号を通過させることによりRZ信号に変換され、この光遅延干渉計は、光位相の変化がない場合には、完全に破壊的な干渉(destructive interference)又は完全に建設的な干渉(constructive interference)のいずれかを達成するために調整される。
1実施の形態では、光遅延干渉計24は、RZデューティ比を定義するマッハツェンダー干渉計(MZI)の2つのアーム間に遅延をもつ非対称のMZIである。したがって、光遅延干渉計は、DPSK信号を強度変調RZ(IM−RZ)信号に変換する。パルス幅はMZIの長い方のアームの長さに基づいているため、パルス幅及びデューティ比は、MZIの遅延アームの長さを選択することで、所望のように構成される場合がある。
OTDM信号は、位相スウィングπをもつ2相位相シフトキーイングの排他的論理和(XOR)特性を利用することで実現される。以下に更に詳細に説明されるように、2以上の光信号の位相は、2以上の前に符号化されたNRZデータストリームにより変調される。その後、信号はXOR演算され、論理1の数が奇数である場合、結果的に得られる位相はπであり、さもなければゼロである。結果的に得られる出力信号は、高いビットレートで特性的に符号化された位相変調された信号である。MZIの出力で、遅延された位相をもつ2以上のフィールドは重ね合わせられ、光位相の変化がない場合には破壊的な干渉又は建設的な干渉のいずれかが存在し、これにより位相変調信号は、RZ信号に変換される。
OTDM受信機14は、OTDMデマルチプレクサ40を含んでいる。デマルチプレクサ40は、OTDM信号を受信し、多重化されたOTDM信号からコンポーネントデータ信号を回復する。デマルチプレクサ40は、1つ又は複数のマッハツェンダー干渉計(MZI)スイッチ、又はOTDM信号を受信して該OTDM信号を離散的なデータ信号に分離するために動作する他の適切な光コンポーネントを備えている場合がある。
図2は、図1の光遅延干渉計24の1実施の形態を例示している。図2を参照して、光遅延干渉計50は、非対称のマッハツェンダー干渉計であるか、又は目的地でのデータ検出のために、強度変調されていない光情報信号を強度変調された光情報信号に変換するために動作する他の適切な干渉計である。マッハツェンダー干渉計の実施の形態では、光遅延干渉計50は、受信された光信号を異なる長さの2つの干渉計の経路52及び54に分離し、その後、信号56を生成するために、2つの経路52及び54を干渉測定的に結合する。マッハツェンダー干渉計は、受信された光信号を分離する電力分離器と、信号の第一及び第二の部分を結合する電力結合器とを含んでいる場合がある。基礎となる経路信号56及び58における光位相変化がない場合に、経路信号52及び54の間の破壊的な干渉又は建設的な干渉のいずれかが存在するように、経路信号52及び54は結合される。
特に、光経路の差(L)は、光の速度(c)及びデューティサイクル(D)により乗算され、経路のオプティカルインデックス(n)で割ったビットレート(B)に等しい。数学的には、L=BcD/nで表わされる。特定の実施の形態では、2つの経路長は、出力RZパルスのシンボル又はビットレート及びデューティサイクルに基づいて設計される。
図3は、本発明の1実施の形態に係るOTDM信号の例示的な発生を説明している。説明されるグラフのセクション(a)では、2つの毎秒40ギガビット位相変調信号が示されている。図示されるように、光信号PM2の位相は、光信号PM1に関して遅延される。セクション(b)では、信号PM1及び(遅延された)PM2は、先に説明されたような排他的論理和(XOR)方法を使用して結合され、結合された結果的に得られる毎秒80ギガビットのDPSK信号が説明される。セクション(c)では、光遅延干渉計のファクタにより遅延されるように、対応する遅延された毎秒80ギガビットのDPSK信号が説明されている。先にさらに詳細に説明されたように、光遅延干渉計により課される遅延は、OTDM信号のパルス幅(したがってデューティサイクル)を決定する。光遅延干渉計は修正可能であるため、光遅延干渉計に課される遅延を調整することで、様々なデューティサイクルが容易に達成される。光遅延干渉計の出力での結果的に得られる毎秒80ギガビットのRZ信号は、セクション(d)により例示されている。
図4は、本発明の1実施の形態に係る高いビットレートのOTDM信号を発生するための方法を説明している。本方法は、ステップ100で始まり、ここで連続波の搬送波信号が発生される。この信号は、図1のシステム10のOTDM送信機12の連続波レーザ20により発生される。つぎにステップ105で、予め符号化されたデータ信号は、遅延τに基づいて遅延される。1実施の形態では、このステップは、図1のOTDM送信機12の多電極の位相変調器22における電気的な遅延35により実行される場合がある。たとえば、データ信号が最初の、すなわち最初に間に合った信号である場合、遅延はゼロである。残りの信号は、全体のビット伝送におけるデータ信号の位置に与えられた適切な遅延要素により遅延される。つぎに、ステップ110で、搬送波信号は、前に符号化されたデータ信号に基づいて順次変調される。1実施の形態では、このステップは、図1の多電極の位相変調器22により実行される。
つぎに、ステップ115で、高ビットレート信号の第一の部分は、高ビットレート信号をRZ信号に変換するため、高ビットレート信号の第二の部分に関して光学的に遅延される。つぎに、ステップ120で、高ビットレート信号の第一の部分と第二の部分とが結合される。1実施の形態では、ステップ115及び120は、図1の光遅延干渉計24により実行される。つぎに、ステップ125で、結合された信号は送信され、処理は終了する。
図4の方法は、特定の順序で特定のステップで示されているが、適切なように異なる順序でステップが実行される場合があり、本発明の精神に合わせて適切なように他のステップが追加又は省略される場合があることを理解されたい。
図5は、本発明の1実施の形態に係る、図1の送信機の例示的なパフォーマンス特性を説明している。特に、送信機は、前に符号化された40Gb/sのNRZデータストリームにより駆動される直列にある2つの位相変調器、及びRZデューティ比を定義する2つのアームの間に遅延をもつ非対称のマッハツェンダー干渉計(MZI)を含んでいる。図5は、25dBの光学的な信号対雑音比でのファイバ伝送のないセントラルチャネルのQファクタを示している。160GHzの最適な帯域幅をもつ多重及び分離のために二次のガウシャンフィルタを想定し、200GHz間隔をもつ5つの80Gb/s波長分割多元接続(WDM)チャネルについて結果が示されている。示されるように、送信機は、デューティ比には非常に低い依存性を示している。さらに、送信機は、Qファクタにおける0.6dBの低下のみをもち、100%デューティ比での信号の発生を可能にしている。したがって、パルス幅への送信機の低い依存性は、デューティサイクルによるシステムの最適化に柔軟性を加える。さらに、送信機は、従来のOTDMシステム及び方法に比較して、全体として少なくとも3デジベル(dB)の低い光学的な挿入損失を示している。Qファクタは、以下のような、理想的な受信機により達成される理論的なビット誤り率に関連する信号品質の測度である。
本発明は幾つかの実施の形態により説明されたが、様々な変形及び変更は、当業者に対して指摘される場合がある。なお、本発明は、特許請求の範囲及びそれらの等価なものに含まれるとして、かかる変形及び変更を包含することが意図される。
Claims (24)
- 高いビットレートの光時分割多元接続通信信号を生成するための方法であって、
連続波の搬送波信号を発生するステップと、
高いビットレートの信号を発生するため、互いに関して本質的に異なる遅延を有する複数のデータ信号のそれぞれに基づいて該搬送波信号の位相を個別に変調するステップと、
該高いビットレートの信号のうちの第一の部分を該高いビットレートの信号の第二の部分に関して光学的に遅延させ、光ファイバでの伝送のための高いビットレートの出力信号を発生するため、該第一の部分と該第二の部分とを結合するステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - 該データ信号は、NRZ(Non-return to Zero)信号を備える、
請求項1記載の方法。 - 該搬送波信号は、πラジアンの間隔で変調される、
請求項1記載の方法。 - 該遅延は、該高いビットレートの出力信号のビット期間に基づく、
請求項1記載の方法。 - 該高いビットレート信号は、差動位相シフトキーイング変調信号を備える、
請求項1記載の方法。 - 該高いビットレートの信号の該第一の部分は、マッハツェンダー干渉計で光学的に遅延される、
請求項1記載の方法。 - 該高いビットレートの信号の該第一の部分は、指定されたデューティ比に基づいて光学的に遅延される、
請求項1記載の方法。 - 該高いビットレートの出力信号は、強度変調されたRZ(Return-to Zero)信号である、
請求項1記載の方法。 - 光通信システムのための送信機であって、
搬送波信号を発生するために動作可能な連続波レーザと、
高いビットレートの信号を生成するため、互いに関して本質的に異なる遅延を有する複数の離散的なデータチャネルのうちの本質的に異なる1つに基づいて該連続波レーザからの該搬送波信号を変調するためにそれぞれの電極が動作可能な多電極の位相変調器と、
該多電極の位相変調器から該高いビットレートの信号を受信し、該高いビットレートの信号の第一の部分を該高いビットレートの信号の第二の部分に関して遅延させ、高いビットレートの出力信号を発生するため、該第一の部分と該第二の部分とを結合するために動作可能な光遅延干渉計と、
を備える送信機。 - 該多電極の位相変調器は、複数の直列に結合された位相変調器を備える、
請求項9記載の送信機。 - 該高いビットレートの信号は、差動位相シフトキーイング変調信号を備える、
請求項9記載の送信機。 - 該光遅延干渉計は、マッハツェンダー干渉計を備える、
請求項9記載の送信機。 - 該データ信号のそれぞれの遅延は、該高いビットレートの出力信号のビット期間に基づく、
請求項9記載の送信機。 - 該高いビットレートの信号の該第一の部分は、指定されたデューティ比に基づいて光学的に遅延される、
請求項9記載の送信機。 - 該多電極の位相変調器は、πラジアンの位相シフトを作用するための電圧で駆動される、
請求項9記載の送信機。 - 高いビットレートの光時分割多元接続通信信号を発生するためのシステムであって、
連続波の搬送波信号を発生する手段と、
高いビットレートの信号を発生するため、互いに関して本質的に異なる遅延を有する複数のデータ信号のそれぞれに基づいて該搬送波信号の位相を個別に変調する手段と、
該高いビットレートの信号の第一の部分を該高いビットレートの信号の第二の部分に関して光学的に遅延させ、光ファイバでの伝送のための高いビットレートの出力信号を発生するため、該第一の部分と該第二の部分を結合する手段と、
を備えるシステム。 - 該データ信号は、NRZ(Non-Return to Zero)信号を備える、
請求項16記載のシステム。 - 該搬送波信号の位相は、πラジアンの間隔で変調される、
請求項16記載のシステム。 - 該遅延は、該高いビットレートの出力信号のビット期間をデータ信号の数で割ることに基づく、
請求項16記載のシステム。 - 該高いビットレート信号は、差動位相シフトキーイング変調信号を備える、
請求項16記載のシステム。 - 該高いビットレートの信号の該第一の部分は、マッハツェンダー干渉計で光学的に遅延される、
請求項16記載のシステム。 - 該高いビットレートの信号の該第一の部分は、指定されたデューティ比に基づいて光学的に遅延される、
請求項16記載のシステム。 - 該高いビットレートの出力信号は、強度変調されたRZ(Return-to-Zero)信号である、
請求項16記載のシステム。 - 光時分割多元接続通信システムの送信機であって、
搬送波信号を発生するために動作可能な連続波レーザと、
直列に結合される、第一の変調信号を生成するために第一の予め符号化されたNRZ(Non-Return to Zero)データストリームに基づいて該連続波レーザからの該搬送波信号を変調するために動作可能な第一の位相変調器と、差動位相シフトキーイングされた高いビットレートの信号を生成するため、該第一の予め符号化されたNRZデータストリームに関して電気的な遅延を有する第二の予め符号化されたNRZデータストリームに基づいて該第一の位相変調器からの該第一の変調信号を変調するために動作可能な第二の位相変調器とを少なくとも含む位相変調器と、
該位相変調器からの差動位相シフトキーイングされた高いビットレートの信号を受信し、該差動位相シフトキーイングされた高いビットレートの信号の第一の部分を該差動位相シフトキーイングされた高いビットレートの信号の第二の部分に関して遅延させ、強度変調されたRZ(Return-to-Zero)光時分割多元接続された高いビットレートの信号を生成するため、該第一の部分と該第二の部分とを結合するために動作可能である光遅延干渉計と、
を備えることを特徴とする送信機。
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