JP2014158263A - フェージングを避け、線形性を最適化するために光信号をフィルタ処理するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光信号の側波帯を排除し、フェージングを避けるために、帯域通過フィルタを使用して光信号を同調させるシステム及び方法を供する、またシステムの線形性を維持しながら、光信号に対する光変調指数（ＯＭＩ）を向上させるために、側波帯の排除と同時に、光信号のキャリアを抑制する。
【解決手段】本システムは、光信号を発生させるための端末を含む。変調により、光信号は、上方側波帯及び下方側波帯を備えた波長「λ」を有するキャリアを含む。チューナは、帯域通過フィルタに対して光信号のキャリアの波長「λ」を調整するために端末と接続される。目的は二つある。その一つは、この調整によって、フェージングを避けるために、光信号の側波帯が排除されることであり、もう一つは、信号の線形性を維持しながら、ＯＭＩを向上すべく光信号のキャリアが抑制されることである。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的に、光信号をフィルタ処理するシステム及び方法に関する。より詳しくは、本発明は、光信号の送信品質を改善するために、帯域通過フィルタに対して光信号を同調させる（tune）システム及び方法に関する。本発明は特に、限定するものではないが、光信号の側波帯を排除してフェージングを避けるために、そして同時に光信号に対する光変調指数（ＯＭＩ）を向上するためにキャリアを抑制するために、帯域通過フィルタに対して光信号を同調させるのに有用である。

光ビームが信号のキャリアとして使用され、そして光ビームが光ファイバを通して送信されるときはいつでも、送信に付随する幾つかの異なる現象が起こる。一つは、それらが光ファイバで同時に送信されているので、光ビームと一つ又はそれ以上の他の光ビームの間の干渉があり得る。別のものとしては、単一の光ビームでさえ、それが光ファイバを通過すると、それ自身との干渉を引き起こし得ることである。この後者の場合において特に興味があるのは「フェージング」として公知の現象である。

キャリア波長「λ」を有する光ビーム上への信号の変調によって、各々「λ_ｈｉ」及び「λ_ｌｏｗ」の上方側波帯及び下方側波帯の両方がもたらされるであろうことは周知である。更に、この変調された光ビーム「λ」が光ファイバで送信されるとき、側波帯（「λ_ｈｉ」及び「λ_ｌｏｗ」）の両方は各々、光ファイバとの相互作用（つまり、分散）によって引き起こされる位相シフトを受ける。次いでフェージングは、側波帯、「λ_ｈｉ」及び「λ_ｌｏｗ」、の異なる位相が互いに干渉するときに生じるであろう。最悪のシナリオの場合、フェージングによって信号無し（signal null）がもたらされ得る。これは、もちろん避けられるべきである。

光ファイバを通した光信号の送信に対する主要な関心事の別の態様は、システムの線形性の保存である。具体的に、システムの出力がその入力により直接変化することは最も重要なものである。この点について、光学的システムの線形動作に対する広く使用される尺度は、光変調指数（ＯＭＩ）として公知の因子である。本質的に、ＯＭＩは変調信号がシステムの出力にどれだけ多く影響を及ぼすかの尺度である。ここでの結果は、ＯＭＩが最適動作点を確立するために使用できるということである。しかしながら、これは、この最適動作点を超えると、システムが増大した非線形性を経験するという理解による。変調された光信号の具体的なケースにおいて、ＯＭＩは信号のキャリア波長（「λ」）に対する、信号の側波帯（例えば、「λ_ｌｏｗ」）の比率によって定められる（ＯＭＩ〜λ_ｌｏｗ／λ）。

光ファイバを通した光信号の送信に関する上記考慮に加えて、光信号発生器（例えば、Ｅ／Ｏ変換器）の周囲温度に対する変化が、更に別の考慮をもたらすことに注意することが重要である。具体的に、光信号発生器の周囲温度における変化によって、光信号のキャリア波長「λ」の変位が引き起こされるであろう。他方、帯域通過フィルタは一般的に温度変化に対して鈍感である。このように、相互の関連において、帯域通過フィルタは、「λ」の変化は温度変化により生じ得るけれども、効果的に定常状態に留まる。このため、帯域通過フィルタとキャリア「λ」の間の固定された関係を維持する観点から、光信号の周囲温度の変化が説明される必要がある。

上記を念頭に置き、本発明の目的は、光信号の側波帯を排除し、フェージングを避けるために、帯域通過フィルタを使用して光信号を同調させるシステム及び方法を供することである。本発明の別の目的は、システムの線形性を維持しながら、光信号に対する光変調指数（ＯＭＩ）を向上させるために、側波帯の排除と同時に、光信号のキャリアを抑制することである。本発明の更に別の目的は、組立が簡単であり、実行が容易であり、そして比較的に費用効率の良い、光ファイバを通した光信号の送信を最適化するシステム及び方法を提供することである。

光ファイバで信号を送信するために、光信号をフィルタ処理するためのシステムは、光信号を発生させるための端末を含む。具体的には、光信号は波長「λ」のキャリアを有するであろうし、そしてそれは上方側波帯「λ_ｈｉ」及び下方側波帯「λ_ｌｏｗ」の両方を有するであろう。加えて、本システムはまた、帯域通過制限によって定義される帯域通過フィルタも含む。他の帯域通過フィルタと同様に、本発明のためのフィルタの帯域通過制限によって、光信号（つまり、キャリア）の波長（「λ」）における変化に基づく送信デシベル（ｄＢ）レベルが確立される。詳細には、フィルタの帯域通過制限は、好ましくは、２５ｄＢよりも大きな実質的に一定のｄＢ値を有する、実質的に平らな帯域通過上限を有する中央領域によって特徴付けられる。更に、この中央領域は、正に傾斜した帯域通過制限を備えた下方領域と負に傾斜した帯域通過制限を備えた上方領域の間に置かれる。

本発明によれば、チューナは、光信号の「λ」を変えるために端末でＥ／Ｏ変換器と接続される。具体的に、これは、キャリアを事前に選択されたフィルタの領域中に位置付けそして維持するために成される。更に、細かい同調（tuning）のために、光信号は光ファイバを通して送信するためにＥ／Ｏ変換器によって発生されるので、その周囲温度を測定するために、チューナは、端末で温度計と接続される。この接続を用いて、チューナは、フィルタに対してキャリア「λ」の位置に影響を及ぼし得る温度変化に責任を持つことができる。好ましくは、チューナは当業技術において周知のタイプの熱電クーラー（ＴＥＣ）である。

本発明に対して見られる通り、光信号のキャリア「λ」は、好ましくは、傾斜した帯域通過制限を有する帯域通過フィルタの領域中に位置付けられる。最もあり得ることは、キャリア「λ」が、制限が負に傾斜される帯域通過制限の上方領域中に位置付けられるであろう。キャリア「λ」は次いで、二つの機能的目的を成し遂げるためにチューナによって上方領域中に位置付けることができる。その一つは、キャリア「λ」が、光信号の側波帯（例えば、「λ_ｈｉ」）を排除して、フェージングを避けるために位置付けることができる。もう一つは、それが、システムの線形性を維持しながら、光信号に対する光変調指数（ＯＭＩ）を向上させるために、キャリア「λ」を抑制するように位置付けることができる。

追加の特長として、本発明のシステムは、送信された（つまり、フィルタ処理された）光信号を増幅するために光増幅器も含み得る。例えば、光増幅器は、関連技術において周知のタイプのエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり得る。

本発明そのものだけでなく、本発明の新規特長、その構造及びその動作の両方について、添付記述と合わせて添付図面から最もよく理解されるであろう。ここで類似の参照符号は類似の部品を表す。
動作構成における本発明の機能部品の模式提示である。 本発明に従って光信号をフィルタ処理するための帯域通過フィルタに対して位置付けられた光信号の図解表現（illustrated representation）である。 本発明に従って光信号の適切な濾過を維持するために使用される制御変数を示している一般化された閉ループフィードバック制御図である。

最初に図１を参照すると、本発明に従うシステムが示され、そして一般的に１０と表される。示された通り、システム１０はデジタル信号１２を下流ステーション１４に送信する予定である。これを行うために、システム１０は、デジタル信号１２を無線周波数（ＲＦ）信号「ｆ」に最初に変換するモデム１６を組み込む。電気から光へのＥ／Ｏ変換器１８は次いで、上方側波帯「λ_ｈｉ」及び下方側波帯「λ_ｌｏｗ」を備えたＲＦ信号「ｆ」を、キャリア波長「λ」を有する光信号へ変換する。両方の場合、デジタルからＲＦへの変換、及びＲＦから光信号への変換は、関連技術において現在公知の種々の方法の如何なるものにおいても達成できる。まとめて（Collectively）、モデム１６及びＥ／Ｏ変換器１８は、光信号「λ」を発生させるための端末として一緒に機能する。

一旦、光信号「λ」が発生されると、フィルタ２０は二つの異なる機能的目的のために使用される。その一つとして、フィルタ２０は側波帯の一つ（「λ_ｈｉ」又は「λ_ｌｏｗ」の何れか）を排除するために使用される。別のものとして、フィルタ２０はキャリア「λ」自身を抑制するために使用される。抑制されたキャリア「λ」及び排除された側波帯（例えば、「λ_ｈｉ」）を備えた光信号は次いで、光増幅器２２によって増幅され得て、そして下流ステーション１４への送信のための光ファイバ２４内に導入され得る。必要なら、本発明は、光増幅器２２が、光ファイバ２４内に組み込まれるエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であり得ることを想定する。何れの場合においても、光増幅器２２が関連技術において周知の如何なるタイプのものでもあり得て、そしてその使用は任意であると理解されるべきである。

更に図１を参照すると、コンピュータ２６がフィルタ２０と接続されることが分かるであろう。具体的に、この接続で、コンピュータ２６には、フィルタ２０の動作パラメータ及び機能的特徴についての情報を含むフィルタ２０からの入力が供される。図１はまた、コンピュータ２６が温度計２８と接続されること、及び温度計２８がＥ／Ｏ変換器１８の出力と接続されることも示す。この接続で、コンピュータ２６には、Ｅ／Ｏ変換器１８の温度に関連して、温度計２８を介して、Ｅ／Ｏ変換器１８からの入力が供される。Ｅ／Ｏ変換器のこの温度は、このように、光信号のキャリア「λ」の周囲温度である。

図１はまた、チューナ３０がコンピュータ２６をＥ／Ｏ変換器１８と相互接続することも示す。この接続で、コンピュータ２６はチューナ３０を制御することができる。特に、温度計２８によって感知される周囲温度に基づいて、チューナ３０は、光信号のキャリア波長「λ」をフィルタ２０に対して位置付ける目的で、Ｅ／Ｏ変換器１８を変える。この目的のために、チューナ３０は、好ましくは、熱電クーラー（ＴＥＣ）などの、関連技術において周知のタイプのものである。

フィルタ２０の動作パラメータ及び機能的特徴は図２を参照して最もよく理解される。そこでは、フィルタ２０が、光信号の波長「λ」に基づいて送信デシベル（ｄＢ）レベルを確立する帯域通過制限３２によって本質的に定義されることが分かるであろう。示された通り、帯域通過制限３２は、一般的に平らである中央領域３４によって、部分的に、特徴付けられる。より具体的には、中央領域３４中の帯域通過制限３２の平らな部分は、好ましくは、約２５ｄＢより大きく実質的に一定のｄＢ値を有するであろう。

図２において、帯域通過制限３２の中央領域３４は、下方領域３６と上方領域３８の間に置かれるように示される。最も従来型の帯域通過フィルタの典型であるように、フィルタ２０の下方領域３６は正に傾斜した帯域通過制限３２を有し、そして上方領域３８は負に傾斜した帯域通過制限３２を有する。特に上方領域３８に関連して、この上方領域３８の負に傾斜した帯域通過制限３２は、波長「λ」の増加と共にｄＢレベルの低下によって特徴付けられる。例として、動作状況において、フィルタ２０の上方領域３８によって、波長「λ」における０．０１ｎｍの増加当たり、キャリアにおける約１．４ｄＢの損失が生じるであろう。同様に、上方領域３８によって、波長「λ」における０．０１ｎｍの低下当たり、キャリアにおける約１．４ｄＢの増加が生じるであろう。

システム１０の動作に対して、フィルタ２０の動作パラメータ及び機能的特徴に関する特定情報がコンピュータ２６に供される。チューナ３０は次いで、フィルタ２０の帯域通過制限３２に対してキャリア（波長「λ」）を位置付けるように動作される。重要なことは、この動作において、チューナ３０は初期には、キャリア（波長「λ」）をフィルタ２０の帯域通過制限３２の上方領域３８又は下方領域３６の何れかの下に位置付ける。

この開示の目的に対して、光信号（波長「λ」）のキャリアは、図２においてフィルタ２０の上方領域３８の下に位置付けられて示される。重要なことは、図２は、この位置付けから生じる二つの結果があることを示す。その一つは、フィルタ２０の上方領域３８におけるキャリア「λ」の実際の位置に対して確定される減衰量４０だけキャリア「λ」が抑制されることである。もう一方は、上方側波帯「λ_ｈｉ」が排除されるであろうことである。その後、この状況（つまり、キャリア「λ」とフィルタ２０の間の関係）はチューナ３０によりＥ／Ｏ変換器１８を微調整すること（つまり、「λ」の調節）によって維持できる。

波長「λ」が温度の関数、つまり、「λ（Ｔ）」であるため、光信号（キャリア「λ」）の微調整は温度計２８を備えたＥ／Ｏ変換器１８の周囲温度を監視することによって達成できる。この周囲温度は次いで、温度計２８によってコンピュータ２６に供される。今度は、コンピュータ２６によってチューナ３０が、フィルタ２０に対して光信号を適切に位置付けるように、Ｅ／Ｏ変換器１８で光信号の波長「λ」を調節することになる。目的は２重になっている。その一つは、光信号（「λ」）を、光信号の側波帯を排除してフェージングを避けるように位置付けることである。もう一つは、光信号（「λ」）キャリアを抑制して、システム１０の線形性を維持しながら、光信号に対する光変調指数（ＯＭＩ）を向上させるように位置付けることである。

前述した通り、光増幅器２２は、抑制された光信号（「λ」）を増幅するためにシステム１０内に組み込むことができる。しかしながら、光増幅器２２の使用は任意である。使用される場合、光増幅器２２は、好ましくは、光ファイバ２４内に直接組み込むことができるエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）として、関連技術において周知のタイプのものであろう。

ここで図３を参照すれば、フィルタ２０の帯域通過制限３２に対して光信号のキャリア（「λ」）を位置付けるための閉フィードバック制御ループが示され、そして一般的に４２と表される。図３において示される通り、デジタル信号１２のためのキャリアであるＲＦ信号「ｆ」は、Ｅ／Ｏ変換器１８へ入力される。同様に、Ｅ／Ｏ変換器１８への入力として、望ましい動作波長である入力信号「λ’（Ｔ_ｓｅｔ）」が入力され、本明細書においては温度（Ｔ）の関数であるように示される。以下に制御ループ４２を論じる。Ｅ／Ｏ変換器１８の出力は波長「λ’（Ｔ）」を有する光信号となる。尚、システム１０の動作におけるこの点で、Ｅ／Ｏ変換器１８の出力光信号「λ’（Ｔ）」は、信号発生器（つまり、Ｅ／Ｏ変換器１８）の周囲温度によって影響を受けている。結局、入力光信号「λ’（Ｔ_ｓｅｔ）」に及ぼすこの周囲温度の影響は、Ｅ／Ｏ変換器１８で温度計２８によって測定され、そしてこの影響の結果は加算器４４に送られる。加算器４４で、Ｔ’は、システム１０の動作（例えば、図２における点４６）に波長「λ」を調節するために望ましい温度Ｔ_ｓｅｔと比較される。この比較に基づいて、エラー信号「ｅ」が発生される。コンピュータ２６は次いで、チューナ３０を操作してＥ／Ｏ変換器１８を調節し、点４６でシステム１０の動作を維持するために、エラー信号「ｅ」を最小化する。

本明細書において示されそして詳細に開示された、フェージングを避けるためにそして線形性を最適化するために光信号をフィルタ処理する特別なシステム及び方法によって、本明細書に述べられた目的を得ること、利点を供することが充分可能であるが、それは発明の好ましい実施態様を単に説明するためのものであり、添付請求項において述べられたより以外に、本明細書において示された構造又は設計の詳細への何らの制限をも意図するものではないと理解されるべきである。

１０システム
１２デジタル信号
１４下流ステーション
１６モデム
１８Ｅ／Ｏ変換器
２０フィルタ
２２増幅器
２４光ファイバ
２６コンピュータ
２８温度計
３０チューナ
３２帯域通過制限
３４中央領域
３６下方領域
３８上方領域
４０確定できる減少量
４２制御ループ
４４加算器

Claims (3)

1. 光ファイバで信号の送信用の光信号をフィルタ処理するためのシステムであって：
   波長「λ」を有するキャリアと上方側波帯及び下方側波帯を含む光信号を発生させる端末；
   帯域通過制限によって定義されるフィルタであって、制限は、波長の変化に基づいて送信デシベル（ｄＢ）レベルを確立し、正に傾斜した帯域通過制限を備えた下方領域と、負に傾斜した帯域通過制限を備えた上方領域との間に、実質的に平らな帯域通過制限を備えた中央領域によって特徴付けられた前記フィルタ；及び
   フェージングを避けるべく前期光信号の前記側波帯を排除するために、そして前記光信号に対する光変調指数（ＯＭＩ）を向上するべく、前記キャリアを抑制するために、前記フィルタの傾斜した帯域通過制限を有する事前に選択された領域中に前記キャリアを位置付けるために前記端末と接続されるチューナ；
   を含む、前記システム。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記端末が：
   無線周波数（ＲＦ）信号を発生させるためのモデム；及び
   ＲＦ信号を、前記キャリア「λ」を有する前記光信号に変換するための電気−光（Ｅ／Ｏ）変換器；
   を含む、前記システム。
3. 光信号を送信するためのシステムであって：
   上方側波帯及び下方側波帯を備え、波長「λ」を有するキャリアを含む光信号を発生させるための端末；
   前記Ｏ／Ｅ変換器の周囲温度を測定するための、端末に接続された温度計；
   帯域通過制限によって定義されたフィルタであって、前記端末から前記光信号を受信するように位置付けられ、前記帯域通過制限は前記キャリアの前記波長「λ」に依存する送信デシベル（ｄＢ）レベルを確立し；
   前記Ｏ／Ｅ変換器の前記周囲温度の変化に対応して前記光信号のキャリアの前記波長「λ」を変えるために前記端末と接続されたチューナ；及び
   エラー信号を発生させるために、前記Ｏ／Ｅ変換器の前記周囲温度を所望の温度設定点と比較するための前記温度計に接続されたコンピュータであって、前記光信号の前記側波帯を排除してフェージングを避けるように、及び前記光信号の光変調指数（ＯＭＩ）及び線形性を高めるために前記光信号の前記キャリアを抑制するように、前記光信号の前記キャリアを前記フィルタの前記帯域通過制限に対して位置付けるよう、前記Ｏ／Ｅ変換器の前記周囲温度及び前記光信号の対応する前記キャリア波長「λ」を変えることによって前記エラー信号を最小化するように、前記チューナに接続された前記コンピュータ；
   を含む、前記システム。