JP2009027441A - 光送信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なＱＡＭ信号の生成を実現する。
【解決手段】パワー一定の連続光を出力する信号光源と、この信号光源から入力された光信号をｎ分岐（ｎ≧２）する光分岐部と、分岐されたそれぞれの光信号に対して位相偏移変調を重畳する光直交位相偏移変調部と、それぞれの光信号に一定の光位相シフトを与える位相調整部と、ｎ分岐された光信号を結合して出力する光結合部と、入力される２ｎ本のバイナリデータを２本のバイナリデータを単位とするｎ組のバイナリデータ対に分ける手段とを備え、光直交位相偏移変調部は、バイナリデータ対を４値の光位相偏移に符号化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変調符号として直交振幅変調(Quadrature Amplitude
Modulation:QAM)方式を用いる多値光送受信技術に関する。

基幹系光伝送システムにおいては、１本の光ファイバ中に複数の波長を多重化して伝送するＷＤＭ伝送技術が適用されており、経済的かつ大容量の情報伝送が実現されている。

従来のＷＤＭ伝送装置で用いられる変復調方式としては、従来、光強度のオン・オフによる２値の強度変調を行い、受信側ではフォトダイオードにより直接検波するＩＭ−ＤＤ(Intensity Modulation Direct Detection)方式が一般的であった。

近年、限られた光伝送帯域を有効に利用して周波数利用効率を向上させるために、多値光送受信技術が検討されている。これまで、シンボル速度が１ＧＳｙｍｂｏｌ／ｓの６４−ＱＡＭ変調方式を用いた伝送などが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。

電子情報通信学会、「電子情報通信学会２００７年総合大会講演論文集」、２００７年３月２０日〜２３日、Ｂ−１０−６９、Ｐ４０８

しかしながら、従来の多値光送受信技術においては以下のような課題がある。送信側に関しては、非特許文献１では、６４−ＱＡＭ信号を生成するために、同相成分、直交成分それぞれ８値の電気信号をＤＡ変換器により生成し、この８値の電気信号により光変調器を駆動している。

このような構成で良好なＱＡＭ信号を得るためには、変調器駆動用のドライバアンプ、および変調器のＥＯ変換特性に高い線形性が要求される。とりわけ、伝送速度が数１０Ｇｂｉｔ／ｓ級の高速光伝送システムでは、このような線形性の高いドライバアンプや変調器を実現するのは困難である。

本発明は、このような背景を考慮してなされたもので、２値の駆動信号で変調器を駆動することを可能とし、良好なＱＡＭ信号の生成を実現することができる光送信回路を提供することを目的とする。

本発明は、パワー一定の連続光を出力する信号光源と、この信号光源から入力された光信号をｎ分岐（ｎ≧２）する光分岐部と、分岐されたそれぞれの光信号に対して位相偏移変調を重畳する光直交位相偏移変調部と、それぞれの光信号に一定の光位相シフトを与える位相調整部と、ｎ分岐された光信号を結合して出力する光結合部と、入力される２ｎ本のバイナリデータを２本のバイナリデータを単位とするｎ組のバイナリデータ対に分ける手段とを備えた光送信回路である。

ここで、本発明の特徴とするところは、前記光直交位相偏移変調部は、前記バイナリデータ対を４値の光位相偏移に符号化する手段を備えたところにある。このように、送信側の変調器構成を、複数の直交位相偏移変調部を並列に配置して構成することにより、２値の駆動信号で変調器を駆動することができ、良好なＱＡＭ信号の生成を実現することができる。

前記光分岐部は、ｋ番目（１≦ｋ≦ｎ）の分岐の光パワーが４^k-1に比例するように分岐比を設定することが望ましい。

前記光分岐部により分岐された各光信号に対して可変の減衰を与える可変光減衰部を備えることができる。これにより、送信信号の符号（多値数）を切替えて伝送路で発生する光雑音に対する耐力を可変し、１台の光送信回路で様々な条件の伝送路に適応することができる。

前記光直交位相偏移変調部に与えるデータ信号のシンボル速度に同期した周期で光強度を変調し、シンボル遷移点での光パワーが小さくなるように強度変調を印加するＲＺ変調部を備えた構成とすることもできる。これにより、シンボルの中央において光ピークパワーを増加させることができ、光受信回路側における受信感度の向上を実現することができる。

出力される光信号の同相成分および直交成分の光多値信号がグレイコードで符号化されるように、前記入力される２ｎ本のバイナリデータに対して符号化処理を行うプリコーダ部を備えることもできる。これにより、誤り率の劣化を抑圧することができる。

本発明によれば、２値の駆動信号で変調器を駆動することができ、良好なＱＡＭ信号の生成が可能となる。

（第一実施例）
本発明の第一実施例を図１から図５を参照して説明する。図１は、本実施例の光送信回路の構成を示す図である。図１に示すように、本実施例の光送信回路は、パワー一定のＣＷ光を出力する信号光源１と、この信号光源１からの光をｎ経路（ｎ≧２）に分岐する光分岐部２と、ｎ経路に分岐した光信号のそれぞれに対し、４値の位相偏移変調を重畳する光直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ変調）部３−１〜３−ｎと、分岐した光信号の位相を調整する位相調整部４−１〜４−ｎと、分岐したｎ本の光信号を結合する光結合部５と、２ｎ本の電気バイナリデータ信号から、２ｎ本のＱＰＳＫ変調器駆動信号を生成するプリコーダ部６とから構成される。この送信回路構成により、２²ⁿ−ＱＡＭ信号を生成することができる。

ここで、本発明の特徴とするところは、光変調部を並列のＱＰＳＫ変調部３−１〜３−ｎに分割し、２ｎ本のバイナリ電気信号によりＱＰＳＫ変調部３−１〜３−ｎ内の変調器を駆動することによりＱＡＭ信号を生成できるようにしたところにある。

次に、本実施例の動作を説明する。ここでは、まずｎ＝２、すなわち１６−ＱＡＭ信号の生成について説明する。ｎ＝２の場合は、ＱＡＭ変調部は、並列に配置された２つのＱＰＳＫ変調部３−１および３−２により構成される。この構成を図５に示す。ここで、ＱＰＳＫ変調部３−１および３−２は、２本のバイナリデータ信号を入力し、光信号の位相に対して０、π／２、π、３π／２の４値の位相偏移を与える機能を有している。

その構成は、図２に示すように、２つのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型変調器ＭＺＭ♯１および♯２を並列に配置した構成（図２（ａ））や、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型変調器ＭＺＭと位相変調器ＰＭとを直列に配置した構成（図２（ｂ））を用いてもよい。

光分岐部２では、各分岐への振幅分岐比が２：１（パワー分岐比は４：１）となるように分岐する。このとき、振幅分岐比が２の方のアームを通過した信号光は、ＱＰＳＫ変調されているため、コンスタレーション図上では、図３（ａ）の白抜きで示した４点の内のいずれかを占めることになる。

光結合部５では、この白抜きで示した４点に対し、振幅が半分のＱＰＳＫ信号がベクトル加算されることになる。各アームの光位相調整部４−１および４−２で固定の光位相を与えて、光搬送波の位相を一致させるように調整した場合には、光結合部５でベクトル加算された出力信号は図３（ａ）に黒丸で示した１６点を占めることになり、出力信号は１６−ＱＡＭ信号となる。

上記は分岐比がｎ＝２で１６−ＱＡＭ信号を生成する場合を例にとって説明したが、分岐を３分岐として、振幅分岐比を４：２：１（パワー分岐比は１６：４：１）とすれば、図３（ｂ）に示したように６４−ＱＡＭ信号を生成することができる。これは、分岐比が４および２の２本の分岐により前述した１６−ＱＡＭ信号が生成され（図３（ｂ）の白抜きの点で示す）、さらに分岐比が１のＱＰＳＫ信号がベクトル加算されるためである。同様にして、分岐数をｎとし、各分岐への振幅分岐比を２^k-1（ｋ＝１，…，ｎ）とすると、２²ⁿ−ＱＡＭ信号を生成することができる。

次に、プリコーダ部６について、ｎ＝２の１６−ＱＡＭ信号の場合を例にとって説明する。各アームはＱＰＳＫ変調されるが、同相成分（ｘ軸方向）を下位ビットに割当て、直交成分（ｙ軸方向）を上位ビットに割当てた場合は、振幅分岐比が２：１の各アームの位相点は、図４（ａ）のように表される。

これを光結合部５においてベクトル加算した後の各位相点は、図４（ｂ）のように符号化されることがわかる。ここで、下位２ビットが同相成分（ｘ軸方向）を表し、上位２ビットが直交成分（ｙ軸方向）を表している。図４（ｂ）では、同相成分および直交成分が自然符号で符号化されているため、受信側で受信シンボルを識別した場合に、誤り率が劣化する可能性がある。

例えば、同相成分はレベルが低い方から順番に００、０１、１０、１１となるため、０１と１０との中間では、上位および下位の２ビットが同時に誤りを起こす可能性がある。これを回避するために、送信側にプリコーダ部６を設け、同相成分および直交成分がそれぞれグレイコードとなるように符号化することにより、誤り率の劣化を抑圧することができる。

図５に、ｎ＝２の場合のプリコーダ部６の構成を示す。この場合には、４つのバイナリ入力データＤ１〜Ｄ４に対し、Ｄ１、Ｄ３は入力データがそのまま出力されて振幅比が２のＱＰＳＫ変調器の同相成分および直交成分を変調し、Ｄ２、Ｄ４はそれぞれＤ１、Ｄ３との排他的論理和をとって出力され、振幅比が１のＱＰＳＫ変調器の同相成分および直交成分を変調する。

このような構成をとることにより、変調された信号は図４（ｃ）に示したグレイコードで符号化された信号とすることができる。また、ｎ＝３以上の場合にも、同様にプリコーダ部６により送信データがグレイコードとなるように符号化することにより、誤り率の劣化を抑圧することができる。

（第二実施例）
本発明の第二実施例の光送信回路の構成を図６に示す。第一実施例との相違点は、ｎ分岐した後の各アームに可変光減衰部７−１〜７−ｎを設けた点と、シンボル速度に同期してＲＺ化の変調を印加するＲＺ変調部８を設けた点である。

各アームに可変光減衰部７−１〜７−ｎを設け、各アームの光分岐比を可変にすることにより、送信信号の符号（多値数）を切り替えることができる。例えば、分岐数が３分岐の場合には、振幅比が１：０：０の場合にはＱＰＳＫ信号、２：１：０の場合には１６−ＱＡＭ信号、分岐比が４：２：１の場合には６４−ＱＡＭ信号というように、複数の符号を生成することができる。

多値数が異なると、伝送路で発生する光雑音に対する耐力も異なってくるため、伝送路の状態に応じて送信信号の符号を切り替えることにより、１台の光送信回路で、様々な条件の伝送路に適応することが可能となる。

次に、ＲＺ変調部８について説明する。平均パワー一定の条件で考えた場合に、ＲＺ変調を重畳して図７に示すようにシンボル遷移点において光強度が常に減衰するようにすることにより、ＲＺ変調による強度変調を印加しない場合に比べてシンボルの中央において光ピークパワーを増加させることができ、光受信回路側における受信感度の向上を実現することができる。

ここで、ＲＺ変調部８では、図６に示すように、入力データのクロック周波数（シンボル間隔の逆数）の電気信号を入力し、位相シフタ１０を介してＲＺ変調器９に印加し、シンボル遷移点において光が消光するように位相シフタ１０を調整することにより、所望のＲＺ変調を実現できる。

また、図６の光送信回路は、図１の光送信回路に対し、可変光減衰部７−１〜７−ｎとＲＺ変調部８とを同時に追加した構成となっているが、これら各機能部はそれぞれ独立した機能を有しており、いずれか一方のみを追加した構成としてもよい。

また、図６の送信回路において、光分岐部における分岐比は、各可変減衰部の出力光信号が所望の振幅比に設定可能な範囲であれば、任意の分岐比としてもよいが、最も単純な例としては、１：１：…１とすることが考えられる。

本発明は、良好なＱＡＭ信号を生成できるので、光通信における通信品質の向上に利用できる。

第一実施例の光送信回路の構成例を示す図。 ＱＰＳＫ変調器の構成例を示す図。 第一実施例の出力光信号のコンスタレーション図。 グレイコードによる符号化の様子を示す図。 プリコード部を備えた１６−ＱＡＭ送信回路の構成例を示す図。 第二実施例の光送信回路の構成例を示す図。 ＲＺ変調部を用いた場合の信号波形を示す図。

符号の説明

１ 信号光源
２ 光分岐部
３−１〜３−ｎ ＱＰＳＫ変調部
４−１〜４−ｎ 位相調整部
５ 光結合部
６ プリコーダ部
７−１〜７−ｎ 可変減衰部
８ ＲＺ変調部
９ ＲＺ変調器
１０ 位相シフタ

Claims (5)

1. パワー一定の連続光を出力する信号光源と、
   この信号光源から入力された光信号をｎ分岐（ｎ≧２）する光分岐部と、
   分岐されたそれぞれの光信号に対して位相偏移変調を重畳する光直交位相偏移変調部と、
   それぞれの光信号に一定の光位相シフトを与える位相調整部と、
   ｎ分岐された光信号を結合して出力する光結合部と、
   入力される２ｎ本のバイナリデータを２本のバイナリデータを単位とするｎ組のバイナリデータ対に分ける手段と
   を備えた光送信回路であって、
   前記光直交位相偏移変調部は、前記バイナリデータ対を４値の光位相偏移に符号化する手段を備えた
   ことを特徴とする光送信回路。
2. 前記光分岐部は、ｋ番目（１≦ｋ≦ｎ）の分岐の光パワーが４^k-1に比例するように分岐比を設定する請求項１記載の光送信回路。
3. 前記光分岐部により分岐された各光信号に対して可変の減衰を与える可変光減衰部を備えた請求項１または２記載の光送信回路。
4. 前記光直交位相偏移変調部に与えるデータ信号のシンボル速度に同期した周期で光強度を変調し、シンボル遷移点での光パワーが小さくなるように強度変調を印加するＲＺ変調部を備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の光送信回路。
5. 出力される光信号の同相成分および直交成分の光多値信号がグレイコードで符号化されるように、前記入力される２ｎ本のバイナリデータに対して符号化処理を行うプリコーダ部を備えた請求項１ないし４のいずれかに記載の光送信回路。

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