JP2006020325A - 光信号送信の方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光送信リンク上で光信号を送信する方法および装置を提供すること。
【解決手段】 光信号送信性能を著しく改善するために、送信リンクの色分散が、分散閾値より大きいまたは小さいとき、それぞれ、デュオバイナリ信号または逆データ信号が送信される。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に光送信に関し、より具体的には、光信号の送信を生成する方法および装置に関する。

本出願は、２００３年１月３１日に出願された「Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」および「Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の同時係属特許出願に関する。両方とも、参照によって本明細書に組み込まれている。

デュオバイナリは、光ファイバ通信の周知の変調フォーマットである。光デュオバイナリ信号は、通常、従来の２進信号の色分散許容度の２から３倍の色分散許容度、ならびに非線形ペナルティに対する高い許容度を有する。デュオバイナリ送信の色分散許容度の増大により、分散補償モジュール（ＤＣＭ）の必要性を排除することによって、光送信システムの著しいコスト節約を提供することができる。

光デュオバイナリ信号の送信を実現する１つの技術は、差分符号化された２進ＮＲＺデータ・ストリームを電気低域通過フィルタでろ過することによって、３レベル変調器駆動信号を生成する。ろ過済み駆動信号は、受信器への送信リンク上で送信されるデュオバイナリ信号を生成するように、変調器を駆動する。この技術は、通常、電気低域通過ろ過済み（ＬＰＦ）デュオバイナリ手法と呼ばれる。電気ＬＰＦデュオバイナリ信号を送信する光送信システムの一例が、図１に示されている。図１に示される差分エンコーダは、生成された光デュオバイナリ信号（受信器でのデジタル化後）が元のデータと同じであるように、低域通過ろ過の前にデータを事前符号化するために使用される。

デュオバイナリ送信システムは、具体的には都市に適用される、潜在的に費用高価の高い市販光ファイバによる輸送解決法である。しかし、小さい色分散（たとえば、色分散補償リンク、もしくは比較的短距離を張るリンク）または折返し送信を有する送信リンクでは、デュオバイナリ信号は、従来の２進信号と比較して、２〜４ｄＢの信号対雑音（ＯＳＮＲ）ペナルティの影響を受けることがある。
同時係属特許出願、名称「Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」、２００３年１月３１日出願 同時係属特許出願、名称「Ｄｕｏｂｉｎａｒｙ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」、２００３年１月３１日出願

本発明の一態様は、送信リンクが、特定可能な分散閾値より大きい色分散を有するとき、従来の光デュオバイナリ信号（これ以降、デュオバイナリ信号とも呼ばれる）は、従来の２進信号と比較して、増幅自然放出（ＡＳＥ）雑音に対しより高い許容度を有し、一方、送信リンクが分散閾値より小さい色分散を有するとき、逆データ信号は、デュオバイナリ信号と比較して、ＡＳＥ雑音に対しより高い許容度を有するという認識を含む。具体的には、デュオバイナリ信号は、送信リンクの色分散が小さいとき、または送信リンクに色分散がないとき、不十分に作用する。そのような場合、本発明による逆データ信号の送信を使用して、ＡＳＥ雑音に対する高い許容度を提供することができる。（本明細書において使用される「逆データ信号」という用語は、デュオバイナリ信号の強度プロファイルまたは波形に対して相補的な強度プロファイルまたは波形を有する信号を指す。さらに、逆データ信号は、デュオバイナリ信号のデータ内容と比較して反転されているデータ内容を有する。）

本発明の他の態様では、送信リンクの色分散が分散閾値より小さいとき、デュオバイナリ信号の代わりに逆データ信号を送信することによって、送信の性能は、駆動信号のタイミング・ジッタ、偏光モード分散（ＰＭＤ）、および非線形効果による障害に関して、著しく改善されることが認識された。

本発明の好ましい実施形態では、送信リンク上での送信性能を最適にするために、送信リンクの色分散に応じて、デュオバイナリ信号または逆データ信号を適応的に生成する装置および方法が提供される。

本発明による装置の一実施形態では、デュオバイナリ信号生成と逆データ信号生成との切替えは、信号を生成するために使用される変調器のバイアスを制御することによって達成される。代替実施形態では、デュオバイナリ信号の送信と逆データ信号の送信との切替えは、２重出力変調器の相補出力ポートからのそのような信号の送信を切り替えるために、光学１×２スイッチを使用して達成される。

図２に示される本発明の１つの好ましい実施形態では、光信号を送信する装置２００が提供される。装置２００は、送信器２１０およびバイアス制御装置２６０を含む。

送信器２１０は、プリコーダ２１５、増幅器２１７、および変調器２２０を含むことが好ましい。プリコーダ２１５は、差分エンコーダを備えることが好ましく、データ信号２０１を差分符号化駆動信号２１６に変換するために使用される。駆動信号２１６は、変調器２２０を駆動して、送信リンク上で送信される光信号２２５を生成するために使用される。

変調器２２０は、駆動信号２１６のデータを光源からの光に符号化して、光信号２２５を生成するように構成されたマッハ・ツェンダー変調器であることが好ましい。

増幅器２１７は、ＲＦ増幅器であることが好ましく、変調器２２０を駆動する前に駆動信号２１６を増幅するために提供される。増幅器２１７は、プリコーダ２１５から出力された電力が変調器２２０を駆動するのに十分ではない場合にのみ必要である。増幅器２１７は、プリコーダ２１５から出力された駆動信号２１６の電力が変調器２２０を駆動するのに十分である場合、送信器２１０のアーキテクチャから完全に取り除くことができる。

低域通過フィルタ（図示せず）が、送信器２１０に含まれて、低域通過ろ過済みデュオバイナリ信号および逆データ信号を生成するために、駆動信号２１６の低域通過ろ過を提供することが可能である。代替として、変調器２２０は、変調器２２０が送信器２１０の周波数応答を限定して、光デュオバイナリ信号および逆データ信号を生成するために低域通過ろ過を提供するように、選択されることが可能である。

バイアス制御装置２６０が、変調器２２０のバイアスを制御するために、送信器２１０に結合される。バイアス制御装置２６０は、制御ユニット２６５およびバイアス制御２６７を含むことが好ましい。制御ユニット２６５は、送信器のデータ率、送信リンク、および／または光信号２２５が送信される送信リンクの色分散に関する情報など、ネットワーク・デバイス（たとえば、ネットワーク制御装置）から情報を受信する。（本明細書において使用される送信リンクの色分散は、送信器と受信器との間の送信リンクに累積する色分散を指す。）制御ユニット２６５は、ネットワーク・デバイスからの情報を使用して、デュオバイナリ信号または逆データ信号が生成されるように変調器２２０のバイアスを変更するかを決定する。次いで、この決定に基づいて、制御ユニット２６５は、バイアス制御２６７を制御する制御信号２６６を生成する。

バイアス制御２６７は、制御信号２６６に基づいて変調器２２０のバイアスを制御するために、制御ユニット２６５および変調器２２０に結合される。具体的には、バイアス制御２６７は、制御ユニット２６５から制御信号２６６を受信して、バイアス電圧２８０を生成し、バイアス電圧２８０は、電気光効果により、変調器２２０のアームを進行する２つの波の間において光位相差を設定するために、変調器２２０の１つのアームに加えられる。これは、変調器２２０から出力される生成光信号２２５をデュオバイナリ信号と逆データ信号との間で切り替えることを見込む。具体的には、デュオバイナリ信号を生成するバイアス条件は、ヌルにおいて変調器２２０にバイアスをかけるバイアス電圧２８０を印加することによって達成される。逆データ信号を生成するバイアス条件は、ピークにおいて変調器２２０にバイアスをかけるバイアス電圧２８０を印加することによって達成される。ヌルおよびピークのバイアス条件のバイアス電圧は、Ｖ_πだけ異なる。

バイアス制御２６７は、生成された光信号２２５の電力を検出する検出器２９５から電力監視信号２９０をも受信することが好ましい。次いで、バイアス制御２６７は、電力監視信号２９０からのフィードバックに基づいて、変調器２２０の望ましいバイアス条件（すなわち、ヌル・バイアスまたはピーク・バイアス）を維持するように、バイアス電圧信号２８０を変化させることができる。当業者なら、望ましいバイアス条件を維持するために、適切なバイアス制御アルゴリズムがバイアス制御２６７によって使用されることを理解することができる。

当業者なら、バイアス制御２６７が送信器２１０内に統合される場合、またはバイアス制御２６７および検出器２９５が変調器２２０と統合される場合など、様々な構成を使用して本発明を実施することができることを理解するであろう。

図３に示される本発明の他の実施形態では、送信リンク上で光信号を送信する装置３００が提供される。装置３００は、送信器３１０および制御装置３６０を含む。送信器３１０は、プリコーダ３１５、増幅器３１７、変調器３２０、および光学スイッチ３７５を含むことが好ましい。プリコーダ３１５は、差分エンコーダを備えることが好ましく、データ信号３０１を差分符号化駆動信号３１６に変換するために使用される。駆動信号３１６は、変調器３２０を駆動するために使用される。

変調器３２０は、駆動信号３１６のデータを光源からの光に符号化して、２つの相補出力：１）データ出力ポート３２６におけるデュオバイナリ信号３２５、および２）逆データ出力ポート３３６における逆データ信号３３５を生成するように構成される２重出力マッハ・ツェンダー変調器であることが好ましい。

光学スイッチ３７５は、変調器３２０のデータ出力ポート３２６および逆データ出力ポート３３６に結合され、出力ポート３７６を有する。制御装置３６０は、送信リンクへの光学スイッチ３７５の出力ポート３７６を経たデュオバイナリ信号３２５の送信と逆データ信号３３５の送信とを切り替えるために、光学スイッチ３７５を制御する。

制御装置３６０は、送信器のデータ率、送信リンク、および／またはデュオバイナリ信号３２５もしくは逆データ信号３３５が送信される送信シンクの色分散に関する情報など、ネットワーク・デバイス（たとえば、ネットワーク制御装置）から受信された情報に基づいて、光学スイッチ３７５の動作を制御する。具体的には、制御装置３６０は、送信性能をその後最適化するために、ネットワーク・デバイスから受信された情報に基づいて、デュオバイナリ信号３２５または逆データ信号３３５のどちらが送信リンクで送信されるべきかを決定する。

増幅器３１７は、ＲＦ増幅器であることが好ましく、変調器３２０を駆動する前に、駆動信号３１６を増幅するために提供される。増幅器３１７は、プリコーダ３１５からの電力出力が、変調器３２０を駆動するのに十分ではない場合のみ、必要である。増幅器３１７は、プリコーダ３１５から出力される駆動信号３１６の電力が、変調器３２０を駆動するのに十分である場合、送信器３１０のアーキテクチャから完全に取り除くことができる。

低域通過フィルタ（図示せず）が、送信器３１０に含まれて、低域通過ろ過済みデュオバイナリ信号および逆データ信号を生成するために、駆動信号３１６の低域通過ろ過を提供することが可能である。代替として、変調器３２０は、変調器３２０が送信器３１０の周波数応答を限定して、光信号を生成するために低域通過ろ過を提供するように選択されることが可能である。

図４ａ〜ｆは、０ｋｍおよび４０ｋｍにおいて、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）信号送信、デュオバイナリ信号送信、および逆データ信号送信を比較するために実施されたシミュレーションからのアイ・ダイアグラムを示す。シミュレーションは、本発明の一実施形態によるマッハ・ツェンダー変調器を有する１０Ｇｂ／ｓ光送信装置をモデルとした。しかし、本発明は、送信器における変調器の帯域幅および低域通過フィルタの帯域幅を比例してスケーリングすることによって（低域通過フィルタの帯域幅は、ビット率の約１／４であることが好ましい）、様々なビット・レート（たとえば、４０Ｇｂ／ｓ）において送信する光送信装置に一般的に適用することができることを理解されたい。

再び図４ａ〜ｆを参照すると、当業者なら、ゼロまたは小さい色分散の場合、逆データ信号が、０レベル付近において、ＡＳＥ雑音限定の場合のＮＲＺ信号またはデュオバイナリ信号と同程度に広い、またはより広いアイ開口を有する（すなわち、同等以上に実施する）ことを理解することができる。

０ｋｍにおいて（すなわち、折返し送信、またはゼロ分散（Ｄ＝０）を有するリンク上での送信）、１Ｅ−３のビット・エラー率に必要なＯＳＮＲは、ＮＲＺ信号では〜１０ｄＢ、デュオバイナリ（非逆）信号では〜１３ｄＢ、および逆データ信号では〜１０ｄＢである。

標準的な単一モード・ファイバ（ＳＳＭＦ）の４０ｋｍにわたる送信では（〜６８０ｐｓ／ｎｍの色分散（Ｄ）値に対応する）、１Ｅ−３のビット・エラー率に必要なＯＳＮＲは、ＮＲＺ信号では〜１２．５ｄＢ、デュオバイナリ（非逆）信号では〜１２ｄＢ、および逆データ信号では〜１２ｄＢである。したがって、送信性能は、送信リンクの色分散が小さいとき（すなわち、約７００ｐｓ／ｎｍの分散閾値より小さい）、逆データ信号を使用することによって、最高で約３ｄＢだけ向上させることができる。
したがって、デュオバイナリ信号と逆データ信号とを切り替える決定は、送信リンク分散Ｄ_ｌｉｎｋと分散閾値

とを比較することによって行うことができる。ＢＲは、信号ビット・レートである。Ｄ_ｌｉｎｋ＞Ｄ_ｔｈのとき、デュオバイナリ信号が、送信のために選択される。そうでない場合、逆データ信号が選択される。

また上記で議論されたように、デュオバイナリ信号または逆データ信号を選択することによって（送信リンクの色分散に基づいて）、駆動信号のタイミング・ジッタ、ＰＭＤ、狭光学ろ過、ならびに自己位相変調（ＳＰＭ）および交差位相変調（ＸＰＭ）などの非線形ペナルティに対するより高い許容度を達成することができることが分かっている。許容度を向上させる１つの理由は、デュオバイナリ信号および逆データ信号が、より広い０レベル（それぞれ、分散閾値より上および下）を有し、したがって、符号間干渉により耐性があるからである。

図５ａ〜ｃは、０ｋｍにわたるデュオバイナリ信号送信および逆データ信号送信、ならびに４０ｋｍ後の逆データ信号送信の性能を比較するために実施された実験からのアイ・ダイアグラムを示し、変調器駆動信号の著しいタイミング・ジッタが存在する。当業者なら理解することができるように、逆データ信号（１０Ｇｂ／ｓにおけるＳＳＭＦの０ｋｍおよび４０ｋｍにわたる送信後）は、より広いアイ開口を有し（０レベル付近にある決定レベルにおいて）、したがって、デュオバイナリ信号より良好な性能を有する。

図６ａ〜ｄは、０ｐｓおよび４０ｐｓのゼロ色分散および差分群遅延（ＤＧＤ）を有するデュオバイナリ信号送信および逆データ信号送信の偏光モード分散許容度を比較するために実施された他のシミュレーションからのアイ・ダイアグラムを示す。シミュレーションから、逆データ信号送信のＯＳＮＲペナルティは、１０．７Ｇｂ／ｓシステムにおいて４０ｐｓのＤＧＤでは、約１．５ｄＢより小さく、これは、デュオバイナリ信号送信の場合より１ｄＢを超えて小さい。したがって、逆データ信号は、色分散のない送信リンク上で送信されるとき、より良好なＰＭＤ許容度を有する。当業者なら、より大きい色分散（すなわち、Ｄ_ｌｉｎｋ＞Ｄ_ｔｈ）を有する送信リンクでは、デュオバイナリ信号のＰＭＤ許容度は、逆データ信号の許容度より良好であることを理解することができる。

図７ａ〜ｃは、小さい色分散を有するが、ＳＰＭおよびＸＰＭなどの大きな非線形効果を有する長距離リンク（すなわち、２０００ｋｍ）上での、ＮＲＺ信号送信、デュオバイナリ信号送信、および逆データ信号送信の非線形許容度を比較するために実施されたシミュレーションからのアイ・ダイアグラムを示す。当業者なら、図７ａ〜ｃから、逆データ信号送信は、０レベルが広くなっているために、ＮＲＺ信号送信およびデュオバイナリ信号送信の両方と比較して、より良好な非線形許容度を有することを理解するであろう。

本発明は、送信器装置および離散構成要素または統合モジュールを備える他の構成要素を使用して実施することができる（たとえば、レーザ／変調器モジュール、デュオバイナリ・ドライバ／変調器モジュール、レーザ／デュオバイナリ・ドライバ／変調器モジュールなど）。

本発明は、例示的な実施形態に関して記述されたが、本記述は、限定的な意味において構築されるべきではない。記述された実施形態の様々な修正、ならびに本発明の他の実施形態が、本発明が関係する当業者には明らかであり、特許請求の範囲において表される本発明の原理および範囲内にあると見なされる。

従来の技術の電気ＬＰＦデュオバイナリ送信器および送信リンクの概略図である。 本発明による光信号を送信する装置の一実施形態の概略図である。 本発明による光信号を送信する装置の他の実施形態の概略図である。 ０ｋｍにおける非ゼロ復帰（ＮＲＺ）信号送信の性能を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。である。 ０ｋｍにおけるデュオバイナリ信号送信の性能を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 ０ｋｍにおける逆データ信号送信の性能を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 ４０ｋｍにおける非ゼロ復帰（ＮＲＺ）信号送信の性能を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 ４０ｋｍにおけるデュオバイナリ信号送信の性能を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 ４０ｋｍにおける逆データ信号送信の性能を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 ０ｋｍにわたるデュオバイナリ信号送信の性能を比較する実験からのアイ・ダイアグラムである。 ０ｋｍにわたる逆データ信号送信の性能を比較する実験からのアイ・ダイアグラムである。 ４０ｋｍ後の逆データ送信の性能を比較する実験からのアイ・ダイアグラムである。 デュオバイナリ信号送信について偏光モード分散許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 逆データ信号送信について偏光モード分散許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 デュオバイナリ信号送信について偏光モード分散許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 逆データ信号送信について偏光モード分散許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 ＮＲＺ信号送信について非線形許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 デュオバイナリ信号送信について非線形許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。 逆データ信号送信について非線形許容度を比較するシミュレーションからのアイ・ダイアグラムである。

Claims (8)

1. 送信リンク上で光信号を送信する方法であって、
   前記送信リンクの色分散が所定の分散閾値より大きいとき、デュオバイナリ信号を送信することと、
   前記送信リンクの色分散が前記所定の色分散閾値より小さいとき、逆データ信号を送信することとを備える、方法。
2. 前記所定の分散閾値Ｄ_ｔｈが、ほぼ
   

   

   であり、ＢＲが、送信された光信号のビット・レートである、請求項１に記載の方法。
3. 送信リンク上で送信される光信号を生成する方法であって、
   第１出力ポートにおいてデュオバイナリ信号を生成し、第２出力ポートにおいて逆データ信号を生成するように、２重出力変調器を駆動することと、
   前記送信リンク上で前記第１出力ポートから前記デュオバイナリ信号を送信することと、前記送信リンク上で前記第２出力ポートから前記逆データ信号を送信することとを切り替えるために、前記送信リンクの前記色分散に基づいて、前記変調器に結合される光学スイッチを制御することとを備える、方法。
4. 送信リンク上で光信号を送信する装置であって、
   光信号を生成するための変調器と、
   生成された光信号の波形を変化させるために、前記送信リンクの前記色分散に基づいて、前記変調器のバイアスを制御するバイアス制御装置とを備える、装置。
5. 前記バイアス制御装置が、
   前記送信リンクの前記色分散に基づいてバイアス制御信号を生成するための制御ユニットと、
   前記制御ユニットからの前記制御信号に基づいて、ヌル・バイアスとピーク・バイアスとの間で変化するように前記変調器の前記バイアスを制御するために、前記制御ユニットおよび前記変調器に結合されるバイアス制御とを含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記バイアス制御が、生成された光信号の電力を検出して、電力監視信号を生成するための検出器にさらに結合され、前記バイアス制御が、前記変調器のバイアス条件を維持するために、前記制御信号および前記電力監視信号に基づいて、前記変調器の前記バイアスを変化させる、請求項５に記載の装置。
7. 生成された光信号の前記波形が、デュオバイナリ信号波形と逆データ信号波形との間で変更される、請求項４に記載の装置。
8. 送信リンク上で光信号を送信する装置であって、
   前記送信リンクの前記色分散が所定の分散閾値より大きいとき、光デュオバイナリ信号を送信し、前記送信リンクの前記色分散が前記所定の分散閾値より小さいとき、逆データ信号を送信する手段を備える、装置。

Images