JP2006106740A - 光フィルタリングからの符号間干渉を軽減するための方法及び装置 - Google Patents

光フィルタリングからの符号間干渉を軽減するための方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】挟帯域光フィルタリングの結果発生するISIペナルティを軽減するための方法及び装置を提供すること。
【解決手段】フィルタ通過帯域の透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示する光フィルタ装置を使用して多重チャンネル光信号をフィルタすることにより、挟帯域光フィルタリングからの符号間干渉(ISI)を軽減し、伝送性能を改善するための方法及び装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、概して光伝送、より具体的には符号間干渉(ISI)に起因するペナルティを軽減するための方法及び装置に関する。
光アド/ドロップ・マルチプレクサ(OADM)は、波長分割多重方式(WDM)伝送システムにおける柔軟な波長管理のための主要なイネーブラ(enabler)である。しかし、挟帯域光フィルタリングを提供する複数のOADMを直列で又はその他のデバイスを含む高データ速度伝送システム(例えば40Gb/s)は、挟帯域光フィルタリングに起因する重大なISIを被る可能性がある。ISIは、各ビット・スロットの信号のその他のビット・スロットへの拡散である。この拡散は、デジタル伝送システムでアイの開きを閉じ、システム性能の低下につながる。
挟帯域光フィルタリングからのISIを軽減するための従来技術による一解決策は、より狭い光周波数帯をもつ伝送フォーマットを使用することである。しかし、挟帯域伝送フォーマットを使用することは、そのような伝送フォーマットが非直線性及びノイズに対してより敏感である可能性があるので、常に実行可能又は望ましいとは限らない。さらにこのような解決策は、従来式の(挟帯域でない)変調フォーマットを使用するシステムには適用できない。
従来技術による他の解決策は、電子イコライザ(electronic equalizer)を使用することである。しかし、電子イコライザの有効性は、従来式二乗検波で光位相情報が失われるので基本的に制限される。さらに40Gb/s以上での電子イコライザは、通常80GHzより高い帯域幅を伴う電子装置を必要とするので多くの適用例で実用的ではない。
従来技術による他の解決策は、光フィルタを行った後の歪んだ信号を光学的に均一化するためにイコライザ装置を使用することである。C.D.Doerr他による「Simple Multichannel Optical Equalizer Mitigating Intersymbol Interference for 40−Gb/s Nonreturn−To―Zero Signals」が、このような装置について論議している。提案された光学的イコライザは、誘発されているISIペナルティを補償するための追加の光学的追加構成要素として紹介されておりマッハ・ツェンダー干渉計を採用している。しかしこのような解決策は商用アプリケーション全てに適切であるわけではない。
C.D.Doerr他「Simple Multichannel Optical Equalizer Mitigating Intersymbol Interference for 40−Gb/s Nonreturn−To―Zero Signals」
本発明は、挟帯域光フィルタリングの結果発生するISIペナルティを軽減するための方法及び装置を提供する。好ましい一実施形態に、多重チャンネル光信号を伝送するための一装置が提供されている。装置は、挟帯域光フィルタリングのための光フィルタ装置を含む。光フィルタ装置は、挟帯域光フィルタリングからのISIを軽減し、多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルに対する伝送性能を改善するようにフィルタ通過帯域の透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示している。
本発明による方法の好ましい一実施形態では、多重チャンネル光信号が、光フィルタリング装置を使用して挟帯域フィルタされる。光フィルタ装置は、挟帯域光フィルタリングからのISIを軽減し、多重チャンネル光信号の1つ又複数のチャンネルに対する伝送性能を改善するようにフィルタ通過帯域の透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示している。
前記概要並びに本発明の好ましい実施形態に対する以下の詳細な説明は、添付図面と共に読めばよりよく理解されよう。本発明を説明するために、図面に現状で好ましい実施形態を図示する。しかし本発明は、図示の仕組み及び手段に厳密に制約されるものではないことを理解されたい。
LRに関連する、周波数に依存する振幅変調は、一般的に正弦関数のフーリエ和(Fourier sum)で表すことができ、その各項は:
Figure 2006106740
ここでIpp及びfは、それぞれLR構成要素の(従来の損失リップル明細にしたがって)dB表示したピーク〜ピーク振幅及び周期でありφは、信号周波数とその直近の透過率ピークの間のオフセットに関連するLRの位相である。(本明細書では、LRは、フィルタの通過帯域応答のピーク〜ピークの変化を指す。)f=0が信号周波数の中心周波数に選ばれているので、(1)式から透過率のピークが信号スペクトルの中心に一致するときφ=π/2となる。シングル・パルス(「1」)のLRの歪んだ時間プロファイルを次のように書くことができる:
Figure 2006106740
ここでA(f)は、a(t)のフーリエ変換であり、元のパルスの時間プロファイルである。
ベッセル関数の母関数を使用して、
Figure 2006106740
ここで、J(z)は、第1種ベッセル関数であり、下記を得る:
Figure 2006106740
LRによって誘導された小さな/中位の歪のための1次項を保持すると、(J(Z)=1とJ±1(Z)=±Z/2を用いることにより)下記を得る
Figure 2006106740
式(5)は、歪んだパルスが、第1次項までは元のパルスと、共通の相対振幅In(10)Ipp/40並びに±φ−π/2の位相及び±1/fの遅れをそれぞれ有する2つの散乱パルスによって成ることを明らかにしている。サテライト・パルス(satellite puls)は、時間的に元のパルスから±1/f離れており、LRは、そのサテライト・パルスを分散させることに関して群遅延リップル(グループ・ディレイ・リップル(GDR))と同様に振舞うが、LRによって誘導されたサテライト・パルスは、GDRによって誘導されたものに比べるとその振幅及び位相の振舞いが違っていることが注目される。より具体的には、LRによって誘導されたサテライト・パルスの振幅はリップル周期に依存せず、したがって信号のビット・レート(BR)がLRの周期の倍数、つまりf=BR/n (n=1,2,3,…)の時には常に強いISIが存在する。これが、fがBRより小さいときペナルティのfへの依存性に「発振動作」(oscillation behavior)をもたらすが、これはBRがGDRの周期に近いときにだけ最悪のペナルティが起こるGDRのケースとは異なる。一方、リップルの周期がBRを越えて増加するにつれ元のパルスと散乱パルスの間の時間オフセットがビット周期T(T=1/BR)より小さくなり、LRによって誘導されたISIは急速に減少する。さらにLRによって誘導されたサテライト・パルスの位相の挙動が興味深い。φ=π/2のとき(つまり信号周波数が伝達率のピークと一致する場合)2つのサテライト・パルスは両方共に元のパルスの位相と同相になる。(狭帯域光フィルタリングは、φ=π/2の場合の特例であると見ることができる。)φ=3π/2では(つまり信号周波数が透過率の谷点と一致する)2つのサテライト・パルスは両方共に元のパルスから位相がずれる。この事実を有利に使用して、狭帯域光フィルタリングによってもたらされたペナルティを軽減することができる。
図1A〜Dに示されているアイ・ダイヤグラムは、Ipp=5dB及びf=1×BRを有するLPからのひずみを伴うRZ−OOK伝送をシミュレートしたものである。このパルスのデューティ・サイクルを33%と仮定する。φ=0又はπでは「1」とそのサテライトとの位相差はπ/2であり、「0」は「1」よりもっとグレードを落としている。φ=π/2(3π/2)では位相差は0(π)であり、「1」は「0」よりもっとグレードを落としている。差動位相シフト・キード(DPSK)伝送が、(OOKによるのと)同様にLRによってインパクトを受けることも判明している。
プリアンプにより光学的に増幅される受信器をもつシステムにおける、LRにより誘導されたOSNRペナルティも評価されている。ペナルティの要因は、下記のように定義することができる:
Figure 2006106740
これは、ノイズの分布が光学場ドメインでガウス分布のようになると仮定すると光の信号対ノイズ比(OSNR)ペナルティに対応する。項rem(1/f、T)は、1/fをTで除した余りで、各サテライト・パルスとその最も近いビットの中心との時間的距離を表している。簡単にするために線形伝送及び理想的受信器を仮定する。GDRの場合とは異なり、LRからのペナルティは、上述の「発振動作」があるので、短いものであるとは仮定することができないことに注意するべきである。ここでCECは、フィールド・ドメインで最悪なアイ・クロージャ係数である。OOKシステム(位相変調をもたない)では、多少の簡素化をすると:
EC_OOK=max{0、−sin(φ)}+max{1、2|sin(φ)|}
(7)
ここで、第1項max{0、−sin(φ)}は「1」のISIの程度を、第2項max{1、2|sin(φ)|}は「0」の最悪のISIの程度を表し、何れもパターンが「100」及び「101」のものである。OSNRペナルティ又はアイ・クロージャ係数を計算するときには、信号電力は、LRを経た後再正規化されるものと仮定した。
DSPKシステムでは、2つのタイプの「アイ・クロージャ」があり、1つは信号振幅において、もう一方は2つの隣接するビット間の相差においてである。変形すると、DSPKに対するLRによる全体的なアイ・クロージャ係数は、下記のようになる:
EC_DSPK=max(2|sin(φ)|、4|cos(φ)|/π )(8)
ここで2|sin(φ)|は、その程度が最悪である振幅アイ・クロージャに相当し、4cos|(φ)|/πは、その程度が最悪である位相差アイ・クロージャに相当する。図2A〜Bは、OOK及びDSPKシステムにおいて全体的アイ・クロージャ・ペナルティ係数(LR及びGDR両方に対して)のφへの依存性を示している。確かに、LRはGDRに比べると違った振舞いをする。
図3は、LRによって誘導されたOSNRペナルティ(dBによる)のGDR周期及びφ=π/2(又は3π/2)における振幅への依存性を等高線表示した図である。前述の「発振動作」がこのようにして観察される。送信器は理想的であると仮定する。当業者ならば、送信器が有限の消光比を有する場合、散乱パルスと「0」の信号場の間の干渉(又は位相差)が重要になることもあり、考慮の必要があることを理解されよう。
前述のようにφ=3π/2をもつLRは、φ=π/2をもつLRに対向するインパクトを有し、通過帯域の中心の透過率ディップ(φ=3π/2をもつLR)は、狭帯域フィルタリングからのISIのある部分を実質上キャンセルすることができる。
本発明の態様を立証するためのテストが実施された。42.7Gb/sのNRZ−DPSK信号に、43GHz 3dB 帯域幅をもつフラットトップ(3次の超ガウス分布(3rd order super−Gaussian))のチャンネル通過帯域を有する2つのインターリーバ(ILs)を通過させた。
図4は、2つのILsを通過した後の信号スペクトルを測定し表示したもので、ILsの1つはIpp=5dB、f=50GHz及びφ=3π/2をもつLRを伴いもう1方は伴わない。LRは、2つの縦続接続された20ps遅延干渉計(delay−line interforemeter)をもつ光学的イコライザによって生成され、その各々は様々な分割割合及び差動位相制御を有する。LRは、通常GDRを伴うが、実験的なテストで使用したLR発生器の設計では、本質的にGDRに束縛されない動作が可能である。ピーク〜ピークGDRの測定結果は、僅かに約1psまでであり、追加されるペラルティは無視できる。
図5A〜Bは、42.7Gb/sNRZ−DPSK信号をそれぞれLRをもつフィルタとLRをもたないフィルタで狭帯域フィルタし、測定したアイ・ダイヤグラムを表示している。LRをもって得られたアイは、LRをもたないで得られたものに比べより開いておりかつより対称的である。約0.9dBまでのOSNRマージンの改善が得られている(BER=6E−5で)(個々の決定用閾値の最適化で)。LR発生器は、周期的なLRを発生させ、そのLRを使用してWDMチャンネルの全てに対して同時にフィルタリング・ペナルティを軽減することができる。
本発明の態様のシステム・レベルの性能をテストするためにさらにテストを実施した。図6A〜Bは、50GHz3dBの帯域幅(3次の超ガウス分布状の)を有する6つの縦列接続ILsを通過させた42.7GHzNRZ−DPSK信号のアイ・ダイヤグラムをシミュレートしたものを示している。透過率ディップ、TD=0.5dBを各ILで使用するとOSNRマージンが約1.5dB改善された。
したがって本発明の態様によれば、フィルタの通過帯域で透過率ディップを生成する特別な種類の損失リップルを使用して、狭帯域光フィルタリングに関連するペナルティを軽減することができる。
図7は、本発明の一実施形態によりWDM光信号をフィルタするための光フィルタ装置700を図示している。光フィルタ710が、i番目のチャンネルのためのフィルタ通過帯域の透過率プロファイルで所望の透過率ディップを(図7の差し込み図に図示するように)呈示している。光フィルタ装置700の透過率ディップは、狭帯域光フィルタリングからのISIを軽減するように選択されることが好ましい。このような光フィルタ装置を採用した光通信装置は、システム内を伝送された多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルのための伝送性能を改善させた。
図7の差し込み図には1つの周波数だけが図示されているが、WDM伝送システムの多数のチャンネルのために透過率ディップを生成し、多数のチャンネルのために狭帯域光フィルタリングからのISIを軽減することができることを当業者ならば理解されよう。
図8は、本発明の一実施形態によるフィルタの透過率を図示し、その透過率は100GHzの周期性をもつ透過率ディップ(TD)を呈示している。周期的な透過率ディップは正弦波の損失リップル(図8に図示するように)によって生成できる。透過率ディップが、多くのチャンネルに対してフィルタ通過帯域の中心で発生するように損失リップルを選定することが好ましい。
本発明による一実施形態で、多重光信号を伝送するための装置が提供されている。装置は、狭帯域光フィルタリングのための光フィルタ装置を含む。光フィルタ装置は、狭帯域光フィルタリングからのISIを軽減するために所望の損失リップルを、光フィルタ装置のフィルタ通過帯域の透過率プロファイルに呈示している。ISIを軽減させることによって、多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルのための伝送性能が改善される。損失リップルは、光フィルタ装置のフィルタ通過領域の中央で透過率ディップを生成することが好ましい。損失リップルの周期、振幅及び位相は、装置の伝送特性を改善するように選定されることが好ましい。損失リップルの周期は、多重チャンネル光信号のチャンネル間隔を整数で除した値にほぼ等しいことが好ましい。一次ISIを軽減するための透過率ディップは約0.4dBであることが望ましい。当業者ならば、損失リップルが、多数次のISIを軽減するために、様々な周波数、振幅及び位相をもつ多数のリップルから成ることもあることを理解されよう。
狭帯域光フィルタ装置は、例えば光学的アド/ドロップ・マルチプレクサ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、光学的インターリーバ、又は同等品であってもよい。狭帯域光フィルタ装置は、
Figure 2006106740
になるように光信号をフィルタすることが好ましく、ここでTDは、伝送ディップで最小の伝送点から最大の伝送までを測定した透過率ディップ、BRmaxは最大ビット・レート、Δf3−dBは3dB帯域幅である。
本発明による他の実施形態では、多重チャンネル光信号を伝送するための一伝送システムが提供されている。このシステムは、狭帯域光フィルタリングのための複数の光フィルタ装置を備えることが好ましい。光フィルタ装置は、伝送装置内に配布することが好ましい。各光フィルタ装置は、狭帯域光フィルタリングからのISIを軽減するために、光フィルタ装置のフィルタ通過帯域の透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示し、それによって多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルのための伝送性能が改善されることが好ましい。
各光フィルタ装置によって呈示される損失リップルは、通過帯域の中心で透過率ディップを生成することが好ましい。各光フィルタ装置のための損失リップルの周期は、多重チャンネル光信号のチャンネル間隔を整数で徐した値にほぼ等しいことが好ましい。各光フィルタ装置のための損失リップルの周期、振幅及び位相は、伝送特性が改善されるように選定することが好ましい。
各光フィルタ装置のための損失リップルは、多数次(order)のISIを軽減するために、様々な周波数、振幅及び位相をもつ複数のリップルを含むこともある
狭帯域光フィルタ装置は、例えば光学的アド/ドロップ・マルチプレクサ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、光学的インターリーバ、又は同等品であってもよい。狭帯域光フィルタは、
Figure 2006106740
になるように光信号をフィルタすることが好ましく、ここでTDは、伝送ディップで最小の伝送点から最大の伝送までを測定した透過率ディップ、BRmaxは最大ビット・レート、Δf3−dBは3dB帯域幅である。
本発明による他の実施形態では、光伝送のための方法が提供されている。方法は、光フィルタ装置を使用して多重チャンネル光信号を狭帯域フィルタするステップを含むことが好ましい。光フィルタ装置は、狭帯域光フィルタリングからのISIを軽減するために、光フィルタ装置のフィルタ通過帯域の透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示し、それによって多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルのための伝送性能が改善されることが好ましい。
狭帯域光フィルタは、
Figure 2006106740
になるように光信号をフィルタすることが好ましく、ここでTDは、伝送ディップで最小の伝送点から最大の伝送までを測定した透過率ディップ、BRmaxは最大ビット・レート、Δf3−dBは3dB帯域幅である。
上述の実施形態には、その広範な発明思想から逸脱することなく変更を加えることができることを当業者なら理解されよう。したがってこの発明は開示した特定の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の精神及び範囲内で改変形態をカバーするものとする。
ゼロ復帰オンオフ・キード(RZ−OOK)光信号伝送のためのシミュレートしたアイ・ダイヤグラムである。 OOK及びDPSKシステムにおけるφに対する総合的なアイ・クロージャ・ペナルティ(eye closure penalty coefficient)係数の依存関係を示す図である。 損失リップル(LR)が誘導する光の信号対ノイズ比(OSNR)の、φ=π/2(又は3π/2)におけるリップル周期及び振幅に対する依存度の等高線を表示した図である。 LRをもつインターリーバとLRをもたないインターリーバの2つのインターリーバを通過した後の42.7Gb/sNRZ−DPSK信号の光スペクトルを測定表示した図である。 42.7Gb/sNRZ−DPSK信号をそれぞれLRをもつフィルタとLRをもたないフィルタで狭帯域フィルタし、測定したアイ・ダイヤグラムを表示した図である。 42.7Gb/sNRZ−DPSK信号を、それぞれLRをもたないインターリーバ(ILS)とLRをもつインターリーバ(ILS)に縦列で6回通した後のアイ・ダイヤグラムをシミュレートして表示した図である。 本発明による一実施形態による光フィルタ装置のブロック図である。 本発明の態様を図示する図である。

Claims (10)

  1. 多重チャンネル光信号を伝送するための装置であって、挟帯域光フィルタリングのための光フィルタ装置を備え、前記光フィルタ装置が、前記挟帯域光フィルタリングからの符号間干渉(ISI)を軽減するために前記光フィルタ装置のフィルタ通過帯域の透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示しており、それによって前記多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルに対する前記伝送の性能が改善される装置。
  2. 前記損失リップルが、前記フィルタ通過帯域の中心に透過率ディップを生成する請求項1に記載の装置。
  3. 前記損失リップルの周期、振幅及び位相が、前記伝送の特性を改善するように選定される請求項1に記載の装置。
  4. 前記損失リップルの周期が、前記多重チャンネル光信号のチャンネル間隔を整数で除した値に等しい請求項1に記載の装置。
  5. 前記損失リップルが、複数次のISIを軽減するために様々の周波数、振幅、及び位相を有する複数のリップルを含む請求項1に記載の装置。
  6. 前記光フィルタ装置が、光アド/ドロップ・マルチプレクサ、マルチプレクサ、デマルチプレクサ、及び光インターリーバから成るグループから選択した一装置である請求項1に記載の装置。
  7. 前記光フィルタ装置が光信号をフィルタし、それによって
    Figure 2006106740
    が得られ、ここでTDが透過率ディップのピーク〜ピーク振幅、BRmaxが最大ビット・レート、Δf3−dBが3dB帯域幅である請求項1に記載の装置。
  8. 多重チャンネル光信号の伝送のための光伝送システムであって、前記伝送システム内に配布された、挟帯域光フィルタリングのための複数の光フィルタ装置を備え、前記各光フィルタ装置が、前記挟帯域光フィルタリングからの符号間干渉(ISI)を軽減するために前記光フィルタ装置の前記フィルタ通過帯域の前記透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示しており、それによって前記多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルに対する前記伝送の性能が改善される光伝送システム。
  9. 光フィルタ装置を使用して多重チャンネル光信号を挟帯域光フィルタリングする工程を含む光伝送のための方法であって、
    前記光フィルタ装置が、前記挟帯域光フィルタリングからの符号間干渉(ISI)を軽減するために前記光フィルタ装置の前記フィルタ通過帯域の前記透過率プロファイルに所望の損失リップルを呈示しており、それによって前記多重チャンネル光信号の1つ又は複数のチャンネルに対する前記伝送の性能が改善される方法。
  10. 前記光フィルタ装置が多重チャンネル光信号をフィルタし、それによって
    Figure 2006106740
    が得られ、ここでTDが透過率ディップのピーク〜ピーク振幅、BRmaxが最大ビット・レート、Δf3−dBが3dB帯域幅である請求項9に記載の方法。
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