JP2014138361A - 光送信器、光通信システム、および光送信器補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンスタレーション上の信号配置を等間隔にする。
【解決手段】光送信器は、デジタル信号処理回路１と、デジタルアナログ変換器２，３と、変調器ドライバ４，５と、マッハツェンダ変調器７と、マッハツェンダ変調器７の出力レベルを検出する光パワー検出器８とを備える。デジタル信号処理回路１は、信号処理部１１の出力レベルである設定レベルとマッハツェンダ変調器７の出力レベルとの関係を取得するレベル取得部１２と、出力レベルの情報から、等間隔の理想の出力レベルを算出し、設定レベルと出力レベルとの関係から、理想の出力レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出部１３と、設定レベル導出部１３が求めた設定レベルを、信号処理部１１が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用部１４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信システムにおいて光信号を送信する光送信器に係り、特に、長距離大容量伝送のためのデジタル信号処理を用いた光送信器に関するものである。

光通信、無線通信、ワイヤード通信では、伝送容量を増大させるために送信信号の多値化が進んでいる。また、伝送距離をさらに延伸するために、送信信号の予等化（プレディストーション）や帯域制限が検討されている。このような長距離大容量伝送を実現するために、送信信号は、デジタル信号処理により生成された任意波形であることが求められ、かつ歪みが少ないことが求められる。

図１０に、非特許文献１に開示された従来の光送信器の構成を示す。従来の光送信器は、デジタル信号処理回路（Digital Signal Processor、以下ＤＳＰ）１００と、２個のデジタルアナログ変換器（Digital Analog Converter、以下ＤＡＣ）１０１，１０２と、２個の変調器ドライバ（Driver、以下ＤＲＶ）１０３，１０４と、レーザダイオード（Laser Diode、以下ＬＤ）１０５と、マッハツェンダ変調器（Mach-Zehnder Modulator、以下ＭＺＭ）１０６とから構成される。ＤＳＰ１００は、入力データに予等化を施したり、光出力に帯域制限をかけたりするための信号処理を行う。ＤＡＣ１０１は、ＤＳＰ１００から出力された同相信号（Ｉ）側のデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ１０２は、ＤＳＰ１００から出力された直交信号（Ｑ）側のデジタル信号をアナログ信号に変換する。

ＤＲＶ１０３は、ＤＡＣ１０１から出力されたＩ側のアナログ信号を、ＭＺＭ１０６の駆動に必要な電圧振幅まで増幅する。ＤＲＶ１０４は、ＤＡＣ１０２から出力されたＱ側のアナログ信号を、ＭＺＭ１０６の駆動に必要な電圧振幅まで増幅する。ＭＺＭ１０６は、ＬＤ１０５からの連続光（ＣＷ）を入力とし、この連続光を２個のＤＲＶ１０３，１０４の出力信号により変調して出力する。ここで ＭＺＭ１０６としてＩＱ変調器を用いて、２個のＤＡＣ１０１，１０２から２値のＩ信号、Ｑ信号を出力すると、ＭＺＭ１０６の光出力はＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）信号となり、２個のＤＡＣ１０１，１０２から４値のＩ信号、Ｑ信号を出力すると、ＭＺＭ１０６の光出力は１６−ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）信号となる。

ＤＲＶ１０３，１０４およびＭＺＭ１０６の遷移特性は一般に非線形となる。したがって、ＤＡＣ１０１，１０２の出力レベルは ＤＲＶ１０３，１０４を通過することで歪み、ＭＺＭ１０６を通過することで更に歪む。
図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に１６−ＱＡＭ信号を生成することを想定した従来の光送信器の各部のアイパタンを示す。図１１（Ａ）はＤＡＣ１０１または１０２の出力のアイパタンを示し、図１１（Ｂ）はＤＲＶ１０３または１０４の出力のアイパタンを示し、図１１（Ｃ）はＭＺＭ１０６の出力のアイパタンを示している。ＤＡＣ１０１，１０２の出力レベルを図１１（Ａ）に示すように４値の等間隔のレベルとすると、ＤＲＶ１０３，１０４の出力は、振幅の大きい側で飽和することにより、図１１（Ｂ）に示すように上端と下端のレベルが接近する。図１１（Ｃ）に示すようにＭＺＭ１０６の出力も、同様に振幅の大きい側でサイン特性により上端と下端のレベルが接近する。結果として、光出力の出力レベルは、中心レベルが間延びし、上端と下端のレベルが接近するように歪むことになる。

図１２（Ａ）に従来の光送信器が出力する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーション（Constellation）を示す。図１２（Ｂ）は無歪みの理想的な光送信器が出力する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示している。従来の光送信器が出力する光出力は、コンスタレーション上において、上端のレベル（Ｉ軸とＱ軸が交差する原点から最も遠い信号のレベル）と下端のレベル（原点に最も近い信号のレベル）とが接近し、その中間のレベルが間延び（原点から遠ざかる）しており、無歪みの理想的な光送信器が出力する光出力のコンスタレーションと比較して、信号が不等間隔に並ぶことが分かる。

S.Yamanaka，T.Kobayashi，M.Nagatani，"High-order Multi-level Optical Transmission for beyond 100Gb/s using High-speed DACs"，IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium （CSICS），Oct.2011，Hawaii

従来の光送信器では、ＤＲＶおよびＭＺＭの遷移特性が非線形であるため、アイパタンのレベルが不等間隔となり、この結果、コンスタレーション上の信号配置が不等間隔になるという問題点があった。コンスタレーション上の信号配置が不等間隔になると、特定のシンボル間が接近する状況が発生し、符号誤り率（Bit Error Rate、以下ＢＥＲ）のＳ／Ｎ耐性特性が悪化するので、信号の伝送距離が短くなってしまうという問題点があった。この問題を避けるために、ＤＲＶを線形動作の範囲で使用し、かつＭＺＭを線形動作と見なせる範囲で使用することもできるが、この場合には消光比が悪化してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光送信器に複数の歪み発生デバイスが存在し、フィードフォワード制御での補正が困難な場合でも、コンスタレーション上の信号配置を等間隔にすることができる光送信器、光通信システム、および光送信器補償方法を提供することを目的とする。

本発明の光送信器は、入力データを信号処理する信号処理手段と、この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器と、このマッハツェンダ変調器の出力レベルを検出する光パワー検出器と、前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得するレベル取得手段と、前記マッハツェンダ変調器の出力レベルの情報から、前記マッハツェンダ変調器の出力レベルが等間隔となる理想の出力レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係から、前記理想の出力レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出手段と、この設定レベル導出手段が求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の光送信器の１構成例において、前記レベル取得手段は、データ伝送の運用開始前に、前記信号処理手段の設定レベルを予め規定された範囲で順次設定し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得し、前記設定レベル採用手段は、データ伝送の運用開始前に、前記設定レベル導出手段が求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用することを特徴とするものである。
また、本発明の光送信器の１構成例において、前記レベル取得手段は、データ伝送の運用中に、前記信号処理手段の所望の設定レベルに対応する前記マッハツェンダ変調器の出力レベルを前記光パワー検出器に検出させ、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得し、前記設定レベル採用手段は、前記設定レベル採用手段が求めた設定レベルを、データ伝送の運用中に前記信号処理手段が出力するデータの新たな設定レベルとして更新することを特徴とするものである。

また、本発明の光通信システムは、光送信器と、光伝送路を介して前記光送信器と接続された光受信器とからなり、前記光送信器は、入力データを信号処理する信号処理手段と、この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器と、前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係を取得するレベル取得手段と、前記光受信器の受信レベルの情報から、前記光受信器の受信レベルが等間隔となる理想の受信レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係から、前記理想の受信レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出手段と、この設定レベル導出手段が求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用手段とを備え、前記光受信器は、前記光送信器から受信した光出力の受信レベルの情報を前記光送信器に送信する送信手段を備えることを特徴とするものである。

また、本発明は、入力データを信号処理する信号処理手段と、この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器とを備えた光送信器の遷移特性の非線形性を補償する光送信器補償方法であって、前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと光送信器の光パワー検出器が検出した前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得するレベル取得ステップと、前記マッハツェンダ変調器の出力レベルの情報から、前記マッハツェンダ変調器の出力レベルが等間隔となる理想の出力レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係から、前記理想の出力レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出ステップと、この設定レベル導出ステップで求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用ステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の光送信器補償方法は、光伝送路を介して前記光送信器と接続された光受信器が、前記光送信器から受信した光出力の受信レベルの情報を前記光送信器に送信する送信ステップと、前記光送信器が、前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係を取得するレベル取得ステップと、前記光送信器が、前記光受信器の受信レベルの情報から、前記光受信器の受信レベルが等間隔となる理想の受信レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係から、前記理想の受信レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出ステップと、前記光送信器が、前記設定レベル導出ステップで求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、光送信器を構成する変調器ドライバおよびマッハツェンダ変調器の遷移特性の非線形性を一括して補償することができるので、コンスタレーション上の信号配置を等間隔にすることができる。この結果、光送信器のＢＥＲのＳ／Ｎ耐性特性を向上させることができ、信号の伝送距離を延伸することができる。変調器ドライバおよびマッハツェンダ変調器の遷移特性の非線形性を一括して補償できることは、光送信器の製造・調整時に変調器ドライバおよびマッハツェンダ変調器の特性ばらつきを個別に考慮する必要がないことを意味し、光送信器の低コスト化に有効である。

本発明の第１の実施の形態に係る光送信器およびデジタル信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る変調器ドライバおよびマッハツェンダ変調器の遷移特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光送信器の適応制御の動作を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態において適応制御前後の光送信器が出力する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光送信器およびデジタル信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光送信器の適応制御の動作を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムおよびデジタル信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光送信器の適応制御の動作を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態において適応制御前後の光受信器が受信する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示す図である。 従来の光送信器の構成を示すブロック図である。 従来の光送信器の各部のアイパタンを示す図である。 従来の光送信器が出力する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示す図である。

［発明の原理］
本発明では、アイパタンのレベルを検出し、この検出結果を元に適応的に歪みを補正する制御を行うことにより、アイパタンのレベルを等間隔にし、この結果コンスタレーション上の信号配置を等間隔にできる光送信器を提供する。特に、複数の歪み発生デバイス（ＤＲＶ、ＭＺＭ）の非線形性を一括して適応的に補正することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）は本実施の形態に係る光送信器の構成を示すブロック図、図１（Ｂ）は本実施の形態のＤＳＰの構成を示すブロック図である。本実施の形態の光送信器２０は、ＤＳＰ１と、２個のＤＡＣ２，３と、２個のＤＲＶ４，５と、光源であるＬＤ６と、ＭＺＭ７と、光パワー検出器８とから構成される。光パワー検出器８は、モニタ用フォトダイオード（以下、モニタＰＤ（Photo diode））９と、アナログデジタル変換器（Analog Digital Converter、以下ＡＤＣ）１０とから構成される。ＤＳＰ１は、信号処理部１１と、レベル取得部１２と、設定レベル導出部１３と、設定レベル採用部１４とを備えている。

ＤＳＰ１の信号処理部１１は、入力データに予等化を施したり、光出力に帯域制限をかけたりするための信号処理を行う。ＤＡＣ２は、ＤＳＰ１から出力された同相信号（Ｉ）側のデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ３は、ＤＳＰ１から出力された直交信号（Ｑ）側のデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＲＶ４は、ＤＡＣ２から出力されたＩ側のアナログ信号を、ＭＺＭ７の駆動に必要な電圧振幅まで増幅する。ＤＲＶ５は、ＤＡＣ３から出力されたＱ側のアナログ信号を、ＭＺＭ７の駆動に必要な電圧振幅まで増幅する。ＭＺＭ７は、ＬＤ６からの連続光（ＣＷ）を入力とし、この連続光を２個のＤＲＶ４，５の出力信号により変調して出力する。ここで ＭＺＭ７としてＩＱ変調器を用いて、２個のＤＡＣ２，３から２値のＩ信号、Ｑ信号を出力すると、ＭＺＭ７の光出力はＱＰＳＫ信号となり、２個のＤＡＣ２，３から４値のＩ信号、Ｑ信号を出力すると、ＭＺＭ７の光出力は１６−ＱＡＭ信号となる。

図２（Ａ）に本実施の形態のＤＲＶ４，５の遷移特性を示し、図２（Ｂ）にＭＺＭ７の遷移特性を示す。ＤＲＶ４，５の遷移特性およびＭＺＭ７の遷移特性は一般に非線形であるため、ＤＡＣ２，３の出力信号は、ＤＲＶ４，５を通過することで歪み、ＭＺＭ７を通過することで更に歪む。ＤＲＶ４，５またはＭＺＭ７のどちらかのみ遷移特性が非線形の場合には、フィードフォワード制御により比較的容易に非線形性を補償することが可能である。しかし、ＤＲＶ４，５の遷移特性およびＭＺＭ７の遷移特性が共に非線形性の場合には、これらの遷移特性が温度変動、電源電圧変動に応じて変動し、これらの遷移特性の変動が積の形で複雑に関係するため、フィードフォワード制御で一意に補償することが困難となる。本実施の形態は、この複数の非線形性を一括して適応補償するものである。

以下、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を用いて本実施の形態の適応制御の動作を説明する。本実施の形態の光送信器２０では、まずＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を補償する適応制御を行い、その後データ伝送の運用を開始する。

［ステップ１］
ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性のため、ＤＳＰ１の信号出力レベルである設定レベルと、ＭＺＭ７の光出力の出力レベルとの関係は図３（Ａ）に模式的に示すように非線形の関係になっている。図３（Ａ）では、簡単のために第１象限のみについて記載しているが、第１象限のみとは限らない。

ＤＳＰ１のレベル取得部１２は、光送信器内部の全デバイスの遷移特性を一括して検出するために、ＤＳＰ１の設定レベルを予め規定された最大値から予め規定された最小値まで順次設定（スキャン）し、ＭＺＭ７の出力レベルを設定レベル毎に光パワー検出器８に検出させる。光パワー検出器８は、ＭＺＭ７の出力レベルを検出する。具体的には、モニタＰＤ９は、ＭＺＭ７の光出力を受光する。ＡＤＣ１０は、モニタＰＤ９から出力される光電流をデジタル信号に変換してＤＳＰ１に出力する。レベル取得部１２は、ＤＳＰ１の設定レベルと光パワー検出器８で検出されたＭＺＭ７の出力レベルとを対応付けて記録する。レベル取得部１２は、ＤＳＰ１の設定レベルを様々な値に設定することで、図３（Ａ）に示したような設定レベルと出力レベルとの関係を取得することができる。以上で、ステップ１の処理が終了する。

［ステップ２］
次に、ＤＳＰ１の設定レベル導出部１３は、ステップ１で記録されたＭＺＭ７の出力レベルの情報から、ＭＺＭ７の出力レベルが等間隔となる理想の出力レベルを算出する。ここで、理想レベルの出力レベルは、ＱＰＳＫの場合は２レベル、１６−ＱＡＭの場合は４レベル、６４−ＱＡＭの場合は８レベルとする。なお、図３（Ｂ）では１６−ＱＡＭの場合の理想の出力レベルＬ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１を記載している。そして、設定レベル導出部１３は、ステップ１で記録されたＤＳＰ１の設定レベルとＭＺＭ７の出力レベルとの関係から、理想の出力レベルＬ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１に対応するＤＳＰ１の設定レベルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を求める。以上で、ステップ２の処理が終了する。

［ステップ３］
ＤＳＰ１の設定レベル採用部１４は、設定レベル導出部１３が求めた設定レベルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を、信号処理部１１が出力するＩ信号、Ｑ信号の設定レベルとして採用し、データ伝送の運用を開始する。こうして、設定レベル導出部１３が求めた設定レベルを採用することにより、図３（Ｃ）に示すようにＭＺＭ７の出力レベルを等間隔にすることができる。したがって、光送信器２０を構成するＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を一括して補償することができる。

図４（Ａ）に適応制御前の光送信器２０が出力する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示し、図４（Ｂ）に適応制御後の本実施の形態の光送信器２０が出力する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示す。適応制御前の本実施の形態の光送信器２０は、従来と同様に、ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７が非線形の遷移特性を持つので、光送信器２０が出力する光出力は、コンスタレーション上において、上端のレベルと下端のレベルとが接近し、その中間のレベルが間延びしている。これに対して、適応制御後の本実施の形態の光送信器２０は、ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性が一括して補償されているので、ＭＺＭ７の出力レベルが等間隔になり、コンスタレーション上の信号配置が等間隔になる。

以上のように、本実施の形態では、光送信器を構成するＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を一括して補償することができるので、コンスタレーション上の信号配置を等間隔にすることができる。この結果、光送信器のＢＥＲのＳ／Ｎ耐性特性を向上させることができ、信号の伝送距離を延伸することができる。ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を一括して補償できることは、光送信器の製造・調整時にＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の特性ばらつきを個別に考慮する必要がないことを意味し、光送信器の低コスト化に有効である。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５（Ａ）は本実施の形態に係る光送信器の構成を示すブロック図、図５（Ｂ）は本実施の形態のＤＳＰの構成を示すブロック図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の光送信器２０ａは、ＤＳＰ１ａと、２個のＤＡＣ２，３と、２個のＤＲＶ４，５と、ＬＤ６と、ＭＺＭ７と、サンプリング光パワー検出器８ａとから構成される。サンプリング光パワー検出器８ａは、モニタＰＤ９と、ＡＤＣ１０ａと、サンプル回路１５とから構成される。ＤＳＰ１ａは、信号処理部１１と、レベル取得部１２ａと、設定レベル導出部１３と、設定レベル採用部１４ａとを備えている。

本実施の形態は、第１の実施の形態の光パワー検出器８をサンプリング光パワー検出器８ａに変更し、ＤＳＰ１ａの設定レベルを運用中に更新する適応制御を可能にしたことが異なる。運用中のＭＺＭ７の出力レベルを検出するには、光パワー検出器に用いるＡＤＣとして、伝送レートに対応する高速ＡＤＣを利用することも原理的に可能であるが、高速ＡＤＣの採用は消費電力増大とコスト増大を引き起こす。そこで、本実施の形態では、低消費電力で安価な低速のＡＤＣ１０ａとサンプル回路１５の組合せで、サンプリング光パワー検出器８ａを構成する。

以下、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を用いて本実施の形態の適応制御の動作を説明する。本実施の形態の光送信器２０ａでは、データ伝送運用中の適切なタイミングで、ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を補償する適応制御を継続的に行う。

［ステップ１］
ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性のため、ＤＳＰ１ａの信号出力レベルである設定レベルと、ＭＺＭ７の光出力の出力レベルとの関係は図６（Ａ）に模式的に示すように非線形の関係になっている。図６（Ａ）では、簡単のために第１象限のみについて記載しているが、第１象限のみとは限らない。

ＤＳＰ１ａのレベル取得部１２ａは、データ伝送の運用中に、光送信器内部の全デバイスの遷移特性を一括して検出するために、ＤＳＰ１ａの所望の設定レベルに対応するＭＺＭ７の出力レベルをサンプリング光パワー検出器８ａに検出させる。サンプリング光パワー検出器８ａは、レベル取得部１２ａからの指示に応じて、ＤＳＰ１の所望の設定レベルに対応するＭＺＭ７の出力レベルを適切なタイミングで検出する。具体的には、モニタＰＤ９は、ＭＺＭ７の光出力を受光して光電変換する。サンプル回路１５は、モニタＰＤ９から出力される光電流を適切なタイミングでサンプリングする。ＡＤＣ１０ａは、サンプル回路１５の出力をデジタル信号に変換してＤＳＰ１ａに出力する。レベル取得部１２ａは、ＤＳＰ１ａの設定レベルとサンプリング光パワー検出器８ａで検出されたＭＺＭ７の出力レベルとを対応付けて記録する。レベル取得部１２ａは、ＤＳＰ１ａの様々な設定レベルに対応するＭＺＭ７の出力レベルをサンプリング光パワー検出器８ａに検出させることで、図６（Ａ）に示したような設定レベルと出力レベルとの関係を取得することができる。以上で、ステップ１の処理が終了する。

［ステップ２］
次に、ＤＳＰ１ａの設定レベル導出部１３は、ステップ１で記録されたＭＺＭ７の出力レベルの情報から、ＭＺＭ７の出力レベルが等間隔となる理想の出力レベルを算出する。ここで、理想レベルの出力レベルは、ＱＰＳＫの場合は２レベル、１６−ＱＡＭの場合は４レベル、６４−ＱＡＭの場合は８レベルとする。なお、図６（Ｂ）では１６−ＱＡＭの場合の理想の出力レベルＬ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１を記載している。そして、設定レベル導出部１３は、ステップ１で記録されたＤＳＰ１ａの設定レベルとＭＺＭ７の出力レベルとの関係から、理想の出力レベルＬ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１に対応するＤＳＰ１ａの設定レベルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を求める。以上で、ステップ２の処理が終了する。

［ステップ３］
ＤＳＰ１ａの設定レベル採用部１４ａは、設定レベル導出部１３が求めた設定レベルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を、データ伝送運用中に信号処理部１１が出力するＩ信号、Ｑ信号の新たな設定レベルとして更新する。こうして、設定レベル導出部１３が求めた設定レベルを採用することにより、図６（Ｃ）に示すようにＭＺＭ７の出力レベルを等間隔にすることができる。

本実施の形態の光送信器２０ａは、以上のような適応制御をデータ伝送運用中の適切なタイミングで継続的に行う（例えば一定時間毎に行う）。したがって、光送信器２０ａを構成するＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を一括して継続的に補償できることになる。なお、適応制御の方法は以上の方法に限られることはなく、例えば出力レベルのみを検出して、出力レベルが等間隔になるように設定レベルを調整するアルゴリズムを採用してもよい。

本実施の形態では、第１の実施の形態の光送信器で得られる効果に加えて、データ伝送の運用中に、適切なタイミングで設定レベルの更新が可能となるので、温度変動、電源電圧変動、経年変動による運用中のＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の変動を補正できるので、光送信器の送信端でのＢＥＲのＳ／Ｎ耐性特性を常に最良の状態で運用することができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７（Ａ）は本実施の形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図、図７（Ｂ）は本実施の形態のＤＳＰの構成を示すブロック図であり、図１（Ａ）、図１（Ｂ）と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の光送信器２０ｂは、ＤＳＰ１ｂと、２個のＤＡＣ２，３と、２個のＤＲＶ４，５と、ＬＤ６と、ＭＺＭ７とから構成される。ＤＳＰ１ｂは、信号処理部１１と、レベル取得部１２ｂと、設定レベル導出部１３ｂと、設定レベル採用部１４ｂとを備えている。

本実施の形態は、第２の実施の形態のサンプリング光パワー検出器８ａを取り去り、データ伝送後の光受信器３０から受信レベル信号をフィードバックさせることにより、設定レベルを運用中に更新する適応制御を可能にしたことが異なる。
本実施の形態の光送信器２０ｂと光伝送路４０を介して接続された光受信器３０は、光フロントエンド（以下、光ＦＥ（Front-End））３１と、ＡＤＣ３２とを備えている。光ＦＥ３１とＡＤＣ３２とは、送信手段を構成している。

以下、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）を用いて本実施の形態の適応制御の動作を説明する。本実施の形態の光送信器２０ｂでは、データ伝送運用中の適切なタイミングで、ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を補償する適応制御を継続的に行う。

［ステップ１］
ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性のため、ＤＳＰ１ｂの信号出力レベルである設定レベルと、光受信器３０の受信レベルとの関係は図８（Ａ）に模式的に示すように非線形の関係になっている。図８（Ａ）では、簡単のために第１象限のみについて記載しているが、第１象限のみとは限らない。

ＤＳＰ１ｂのレベル取得部１２ｂは、データ伝送の運用中に、光送信器内部の全デバイスの遷移特性を一括して検出するために、ＤＳＰ１ｂの所望の設定レベルに対応する光受信器３０の受信レベルを、光受信器３０からの受信レベルフィードバック信号を利用して適切なタイミングで読み取る。光受信器３０の光ＦＥ３１は、光送信器２０ｂの光出力を受光して光電変換する。ＡＤＣ３２は、光ＦＥ３１の出力をデジタル信号に変換して受信レベルフィードバック信号として光送信器２０ｂに送信する。レベル取得部１２ｂは、ＤＳＰ１ｂの設定レベルと光受信器３０の受信レベルとを対応付けて記録する。レベル取得部１２ｂは、ＤＳＰ１ｂの様々な設定レベルに対応する光受信器３０の受信レベルを取得することで、図８（Ａ）に示したような設定レベルと受信レベルとの関係を取得することができる。以上で、ステップ１の処理が終了する。なお、ステップ１の処理は、例えば設定レベルが既知の一定値である所定の期間で行えばよい。

［ステップ２］
次に、ＤＳＰ１ｂの設定レベル導出部１３ｂは、ステップ１で記録された光受信器３０の受信レベルの情報から、光受信器３０の受信レベルが等間隔となる理想の受信レベルを算出する。ここで、理想レベルの受信レベルは、ＱＰＳＫの場合は２レベル、１６−ＱＡＭの場合は４レベル、６４−ＱＡＭの場合は８レベルとする。なお、図８（Ｂ）では１６−ＱＡＭの場合の理想の受信レベルＲ４，Ｒ３，Ｒ２，Ｒ１を記載している。そして、設定レベル導出部１３ｂは、ステップ１で記録されたＤＳＰ１ｂの設定レベルと光受信器３０の受信レベルとの関係から、理想の受信レベルＲ４，Ｒ３，Ｒ２，Ｒ１に対応するＤＳＰ１ｂの設定レベルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を求める。以上で、ステップ２の処理が終了する。

［ステップ３］
ＤＳＰ１ｂの設定レベル採用部１４ｂは、設定レベル導出部１３ｂが求めた設定レベルＳ４，Ｓ３，Ｓ２，Ｓ１を、データ伝送運用中に信号処理部１１が出力するＩ信号、Ｑ信号の新たな設定レベルとして更新する。こうして、設定レベル導出部１３ｂが求めた設定レベルを採用することにより、図８（Ｃ）に示すように光受信器３０の受信レベルを等間隔にすることができる。

本実施の形態の光送信器２０ｂは、以上のような適応制御をデータ伝送運用中の適切なタイミングで継続的に行う（例えば一定時間毎に行う）。したがって、光送信器２０ｂを構成するＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性を一括して継続的に補償できることになる。

図９（Ａ）に適応制御前の光送信器２０ｂが出力して光受信器３０が受信する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示し、図９（Ｂ）に適応制御後の本実施の形態の光送信器２０ｂが出力して光受信器３０が受信する１６−ＱＡＭ光出力のコンスタレーションを示す。適応制御前の本実施の形態の光送信器２０ｂは、従来と同様に、ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７が非線形の遷移特性を持つので、光送信器２０ｂが出力して光受信器３０が受信する光出力は、コンスタレーション上において、上端のレベルと下端のレベルとが接近し、その中間のレベルが間延びしている。これに対して、適応制御後の本実施の形態の光送信器２０ｂは、ＤＲＶ４，５およびＭＺＭ７の遷移特性の非線形性が一括して補償されているので、光受信器３０の受信レベルが等間隔になり、コンスタレーション上の信号配置が等間隔になる。

なお、適応制御の方法は以上の方法に限られることはなく、例えば受信レベルのみを検出して、受信レベルが等間隔になるように設定レベルを調整するアルゴリズムを採用してもよい。また、設定レベルに小さい変調をかけて受信レベルが等間隔になる設定レベルを探すアルゴリズム等を採用してもよい。

また、本実施の形態では、光受信器３０の送信手段を光ＦＥ３１とＡＤＣ３２とから構成しているが、これに限るものではなく、光受信器３０は、ＡＤＣ３２の代わりにＤＳＰを備えていてもよい。この場合、光受信器３０からの受信レベルフィードバック信号としては、ＤＳＰで計算されるコンスタレーションの情報やエラーベクトル振幅（ＥＶＭ（Error Vector Magnitude））の情報を利用することができる。

また、本実施の形態では、受信レベルフィードバック信号を有線を介して光送信器２０ｂに送信しているが、これに限るものではなく、受信レベルフィードバック信号を無線送信してもよいことは言うまでもない。

本実施の形態では、第１の実施の形態および第２の実施の形態の光送信器で得られる効果に加えて、光送信器の送信端から伝送路を経由して光受信器までの歪み補償が可能となるので、伝送システムとしてのＢＥＲのＳ／Ｎ耐性特性を常に最良の状態で運用することができる。

本発明は、デジタル信号処理を用いた光送信器に適用することができる。

１，１ａ，１ｂ…デジタル信号処理回路、２，３…デジタルアナログ変換器、４，５…変調器ドライバ、６…レーザダイオード、７…マッハツェンダ変調器、８…光パワー検出器、８ａ…サンプリング光パワー検出器、９…モニタ用フォトダイオード、１０，１０ａ，３２…アナログデジタル変換器、１１…信号処理部、１２，１２ａ，１２ｂ…レベル取得部、１３，１３ｂ…設定レベル導出部、１４，１４ａ，１４ｂ…設定レベル採用部、１５…サンプル回路、２０，２０ａ，２０ｂ…光送信器、３０…光受信器、３１…光フロントエンド、４０…光伝送路。

Claims (8)

1. 入力データを信号処理する信号処理手段と、
   この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、
   このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、
   光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器と、
   このマッハツェンダ変調器の出力レベルを検出する光パワー検出器と、
   前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得するレベル取得手段と、
   前記マッハツェンダ変調器の出力レベルの情報から、前記マッハツェンダ変調器の出力レベルが等間隔となる理想の出力レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係から、前記理想の出力レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出手段と、
   この設定レベル導出手段が求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用手段とを備えることを特徴とする光送信器。
2. 請求項１記載の光送信器において、
   前記レベル取得手段は、データ伝送の運用開始前に、前記信号処理手段の設定レベルを予め規定された範囲で順次設定し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得し、
   前記設定レベル採用手段は、データ伝送の運用開始前に、前記設定レベル導出手段が求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用することを特徴とする光送信器。
3. 請求項１記載の光送信器において、
   前記レベル取得手段は、データ伝送の運用中に、前記信号処理手段の所望の設定レベルに対応する前記マッハツェンダ変調器の出力レベルを前記光パワー検出器に検出させ、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得し、
   前記設定レベル採用手段は、前記設定レベル採用手段が求めた設定レベルを、データ伝送の運用中に前記信号処理手段が出力するデータの新たな設定レベルとして更新することを特徴とする光送信器。
4. 光送信器と、光伝送路を介して前記光送信器と接続された光受信器とからなり、
   前記光送信器は、
   入力データを信号処理する信号処理手段と、
   この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、
   このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、
   光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器と、
   前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係を取得するレベル取得手段と、
   前記光受信器の受信レベルの情報から、前記光受信器の受信レベルが等間隔となる理想の受信レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係から、前記理想の受信レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出手段と、
   この設定レベル導出手段が求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用手段とを備え、
   前記光受信器は、前記光送信器から受信した光出力の受信レベルの情報を前記光送信器に送信する送信手段を備えることを特徴とする光通信システム。
5. 入力データを信号処理する信号処理手段と、この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器とを備えた光送信器の遷移特性の非線形性を補償する光送信器補償方法であって、
   前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと光送信器の光パワー検出器が検出した前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得するレベル取得ステップと、
   前記マッハツェンダ変調器の出力レベルの情報から、前記マッハツェンダ変調器の出力レベルが等間隔となる理想の出力レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係から、前記理想の出力レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出ステップと、
   この設定レベル導出ステップで求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用ステップとを含むことを特徴とする光送信器補償方法。
6. 請求項５記載の光送信器補償方法において、
   前記レベル取得ステップは、データ伝送の運用開始前に、前記信号処理手段の設定レベルを予め規定された範囲で順次設定し、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得し、
   前記設定レベル採用ステップは、データ伝送の運用開始前に、前記設定レベル導出ステップで求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用することを特徴とする光送信器補償方法。
7. 請求項５記載の光送信器補償方法において、
   前記レベル取得ステップは、データ伝送の運用中に、前記信号処理手段の所望の設定レベルに対応する前記マッハツェンダ変調器の出力レベルを前記光パワー検出器に検出させ、前記信号処理手段の設定レベルと前記マッハツェンダ変調器の出力レベルとの関係を取得し、
   前記設定レベル採用ステップは、前記設定レベル採用ステップで求めた設定レベルを、データ伝送の運用中に前記信号処理手段が出力するデータの新たな設定レベルとして更新することを特徴とする光送信器補償方法。
8. 入力データを信号処理する信号処理手段と、この信号処理手段から出力されたデータをアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、このデジタルアナログ変換器から出力された信号を増幅する変調器ドライバと、光源から入力された連続光を前記変調器ドライバの出力信号により変調して出力するマッハツェンダ変調器とを備えた光送信器の遷移特性の非線形性を補償する光送信器補償方法であって、
   光伝送路を介して前記光送信器と接続された光受信器が、前記光送信器から受信した光出力の受信レベルの情報を前記光送信器に送信する送信ステップと、
   前記光送信器が、前記信号処理手段の出力レベルである設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係を取得するレベル取得ステップと、
   前記光送信器が、前記光受信器の受信レベルの情報から、前記光受信器の受信レベルが等間隔となる理想の受信レベルを算出し、前記信号処理手段の設定レベルと前記光受信器の受信レベルとの関係から、前記理想の受信レベルに対応する設定レベルを求める設定レベル導出ステップと、
   前記光送信器が、前記設定レベル導出ステップで求めた設定レベルを、前記信号処理手段が出力するデータの設定レベルとして採用する設定レベル採用ステップとを含むことを特徴とする光送信器補償方法。

Images