JP2017147622A - 光送信機、及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光伝送で制御ディザを用いる場合に制御誤差を抑制し、主信号への影響を低減する。
【解決手段】 同相位相と直交位相の制御を行う光変調器から出力される光信号を送信する光送信機は、前記光信号の制御用のディザ信号を生成するディザ重畳回路と、前記ディザ信号の間欠印加を制御する制御回路と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光送信機とその制御方法に関する。

近年、デジタルコヒーレント技術を用いた偏波多重４値位相変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）により、１００Ｇｂ／ｓの長距離光伝送が実現している。さらなる大容量化を実現するために、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、ＤＰ−１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなどの多値の変調方式の開発が進められている。

ＱＰＳＫやＤＰ−ｘＱＡＭ（ｘは８、１６、３２、６４等）変調は、一般にＩ／Ｑ変調器を用いて変調する。ここで、"Ｉ"は波形の同相（In-phase）成分を表わし、"Ｑ"は直交位相（Quadrature）成分を表わす。Ｉ／Ｑ変調器には、２つのマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計が用いられる。偏波多重を行うＤＰ−ＱＰＳＫやＤＰ−ｘＱＡＭに用いられる光変調器は、偏波成分ごとにＩ／Ｑ変調器を有する。

Ｉ／Ｑ変調器では、光導波路間で以下の光波位相のオフセットを持たせることにより所望の変調が実現される。
・Ｉアーム変調器の２つの光導波路間の平均光波位相をπ（ラジアン）ずらす。
・Ｑアーム変調器の２つの光導波路間の平均光波位相をπ（ラジアン）ずらす。
・Ｉアーム変調器とＱアーム変調器の間の平均光波位相をπ／２（ラジアン）ずらす。

平均光波位相は、温度変化や経時変化によって容易に変化する。そこで、Ｉアーム、Ｑアーム、及びＩ−Ｑアーム間で上記の位相差を維持するために、ディザを用いた制御が行われている（たとえば、特許文献１参照）。ディザとは、主信号に対して十分に周波数が低く、主信号よりも振幅の小さい制御用のパイロット信号である。

また、ＭＺ変調器の動作点を光強度が１／２になる点に維持するために、ＭＺ変調器のバイアス電極にディザパルスを一定周波数ｆｍで連続的に与えて、ＤＣバイアス電圧を制御している（たとえば、特許文献２参照）。

米国特許出願公開２００９／０１１５５４４Ａ１ 国際公開第１９９４／２８４５５号

大容量化を実現するためにｘＱＡＭ方式により多値化を進めると、信号点間の距離が短くなる。主信号にとって、制御用ディザは一種の外乱であるため、信号点間の距離が短くなると信号劣化が生じやすくなる。また、信号点間の距離が短くなると、制御誤差の影響も受けやすくなる。

制御誤差を低減するためにディザの振幅を大きくすると、信号に対する外乱が大きくなり、符号誤り等の特性劣化の原因となる。

ディザの振幅を小さくすると、主信号への外乱の影響は小さくなるが、制御誤差が大きくなり、こちらも符号誤り等の特性劣化の原因となる。

そこで、制御ディザを用いる場合に制御誤差を抑制し、主信号への影響を低減する光送信技術を提供することを課題とする。

本発明の一態様では、同相位相と直交位相の制御を行う光変調器から出力される光信号を送信する光送信機において、
前記光信号の制御用のディザ信号を生成するディザ重畳回路と、
前記ディザ信号の間欠印加を制御する制御回路と、
を有する。

光伝送で制御ディザを用いる場合に、制御誤差を抑制し、主信号への影響を低減することができる。

制御ディザを用いる際の技術課題を説明する図である。 実施形態の原理を説明する図である。 実施形態のディザ間欠印加が適用される光送信機の構成例を示す図である。 実施形態のディザ間欠印加が適用される光送信機の別の構成例を示す図である。 時分割でのディザ間欠印加制御を示す図である。 時分割でのディザ間欠印加制御の別の例を示す図である。 実施形態のディザ間欠印加制御による符号誤り率の改善効果を示す図である。 実施形態のディザ間欠印加制御と、起動時または波長切り替え時の高速制御との組み合わせを説明する図である。 起動時または波長切り替え時の二段階制御を説明する図である。 光送信機を用いた光伝送システムの概略図である。

図１は、光送信機で制御ディザを用いる際の技術課題を説明する図である。図１（Ａ）と図１（Ｂ）に示すように、制御ディザが連続的に印加されている。制御ディザの縦方向のサイズは振幅を示し、横軸は時間である。図１では、制御ディザの一例として連続的な正弦波を描いているが、印加されるディザの形状は正弦波に限らず、一定周波数で連続的に印加されるパルス状のディザも、ここでいう連続印加に含まれる。

図１（Ａ）では、制御誤差を小さくするために、制御ディザの振幅をある程度大きくしてある。この場合、制御ディザは信号にとって外乱となり、ディザ起因の符号誤りＢ１が発生する。ディザ起因の符号誤りＢ１は、ディザの振幅に比例して大きくなる。

図１（Ｂ）では、信号に対する外乱を小さくするために、制御ディザの振幅を小さくしている。これにより、ディザ起因の符号誤りＢ１は小さくなる。しかし、制御誤差すなわち最適収束点からのずれによる符号誤りＢ２が発生する。ディザ起因の符号誤りＢ１と、収束点のずれによる符号誤りＢ２をトータルすると、光送信機全体としては伝送品質は改善されていない。

図２は、実施形態の原理を説明する図である。実施形態では制御ディザの振幅を低減せずに、必要に応じて制御ディザの間欠印加を採用する。図２において、一つの制御ディザは１つのパルスを表わすのではなく、ある時間幅"ｔｗ"で印加される連続的な低周波信号、あるいは連続的な低周波バルスの集合である。制御ディザが印加されている間は、ディザ起因の符号誤りＢ１は発生し得るものの、光送信機の動作全体でみると、符号誤りの発生は低減される。

後述するように、制御ディザの印加頻度（間引き率）、印加タイミング、間欠印加の周期Ｐ、制御ディザを印加する時間幅ｔｗ、印加時間幅を印加周期で割ったデューティ比などは、制御対象に応じて適宜設定、変更することができる。

ディザによる複数の制御を行う場合（たとえばＩアーム変調器の導波路間の位相制御、Ｑアーム変調器の導波路間の位相制御、Ｉアーム変調器とＱアーム変調器の間の位相制御など）は、後述するように、制御対象によって選択的に制御ディザを間引いてもよい。制御対象によってディアの印加先やディザの検出方法が異なり、所望の制御誤差を得るのに必要なディザ振幅やディザ外乱の影響が異なるからである。

実施形態の制御ディザの間欠印加は、たとえば、光送信機における光変調器に印加するバイアス電圧の制御や、光フィルタの制御に適用することができる。
＜装置構成例１＞
図３は、実施形態のディザ間欠印加が適用される光送信機１０Ａの概略構成図である。光送信機１０Ａでは、制御ディザの間欠印加は、波長可変フィルタの透過中心波長の制御に適用される。

光送信機１０Ａは、光源１１、Ｘ偏波用のＩ／Ｑ光変調部２０Ｘ、Ｙ偏波用のＩ／Ｑ光変調部２０Ｙ、偏波多重回路１３、光増幅器１４、波長可変フィルタ１５、モニタ回路１６、制御回路１７、ディザ重畳回路１８Ａを有する。

光源１１から出力された光は二分岐され、２つのＩ／Ｑ光変調部２０Ｘと２０Ｙに入力される。Ｉ／Ｑ光変調部２０Ｘと２０Ｙの各々で、電気信号が光信号に変換される。図３は送信フロントエンドを中心に描かれているが、図示しないディジタル信号処理回路で変調方式に応じて電界情報にマッピングされた送信データが、駆動信号としてＩ／Ｑ光変調部２０Ｘと２０Ｙに供給される。Ｉ／Ｑ光変調部２０Ｘと２０Ｙは、光源１１からの出力光を送信データで変調して、光信号を出力する。

変調方式は、たとえば大容量化を実現するために、ｘＱＡＭ（直交振幅位相変調）が用いられるが、これに限定されず、デジタル・マルチサブキャリア方式や、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）など、その他の変調方式にも実施形態のディザ間欠印加処理は適用可能である。

Ｉ／Ｑ光変調部２０Ｘと２０Ｙの出力は、偏波多重回路１３で偏波多重される。偏波多重回路１３は、特に図示はしないが、たとえばＸ偏波側またはＹ偏波側のいずれか一方に配置される偏波ローテータと、偏波ビームコンバイナ等によって実現される。

偏波多重された光信号は、光増幅器１４で増幅された後、波長可変フィルタ１５を通って、光送信機１０Ａから出力される。

波長可変フィルタ１５は、たとえば光バンドパスフィルタであり、所望の波長帯の光だけを通過させる。波長可変フィルタ１５の通過帯域は、通過帯域の中心が光信号の搬送波のピーク波長と一致するように制御される。このときの制御にディザを用いたフィードバック制御が行われる。

波長可変フィルタ１５の出力光は、モニタ回路１６でモニタされ、モニタ結果に基づいて制御回路１７で種々の制御信号が生成される。波長可変フィルタ１５の通過帯域の中心波長が光信号の搬送波のピーク波長に一致しているときは、モニタ回路１６でモニタされる光出力信号に、ディザ信号の周波数成分は含まれていない。波長可変フィルタ１５の通過帯域の中心波長が光信号の搬送波のピーク波長からずれているときは、モニタ信号の中にディザ信号の周波数成分が含まれている。制御回路１７は、検出されたディザ成分の大きさと位相に応じて、波長可変フィルタ１５の通過帯域の中心波長を、光信号の搬送波のピーク波長に合わせるための制御信号ＣＳ１を出力する。制御信号ＣＳ１を、「透過中心波長制御信号」と呼ぶ。

波長可変フィルタ１５は、制御信号ＣＳ１に応じて、その透過中心波長を調整する。たとえば、波長可変フィルタ１５がエタロン型の波長可変フィルタである場合は、制御信号ＣＳ１に応じた方向にエタロンを構成するシリコンの温度をヒータにより変化させることで、通過帯域の中心を光信号の搬送波のピーク波長に一致させる。これ以外に、波長可変フィルタ１５の透過中心波長の調整は、任意の方法で行われる。制御信号ＣＳ１に基づく制御により、光信号の搬送波波長以外の雑音、たとえば、光増幅器１４による自然放出光雑音を減衰させる。

制御回路１７はまた、モニタ回路１６により得られたモニタ結果に応じて、ディザ重畳回路１８Ａに制御信号ＣＳ２を出力する。制御信号ＣＳ２は、ディザの間欠印加を制御する信号であり、「ディザ間欠印加制御信号」と呼ぶ。

制御回路１７はさらに、モニタ回路１６によるモニタ結果に基づいて、光増幅器１４の増幅率を制御する制御信号ＣＳ３を出力する。制御信号ＣＳ３を「増幅率制御信号」と称する。

モニタ回路１６と、制御回路１７と、ディザ重畳回路１８は、一つのチップ３０で実現されてもよい。チップ３０は、図示はしないが、たとえば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）、マイクロプロセッサ、ファームウェア等を含む。

一例として、波長可変フィルタ１５の出力の一部がフォトダイオード等の図示しない光検出器で検出され、電流信号がモニタ回路１６に入力される。モニタ回路１６は、ＴＩＡやＡＤＣを有し、モニタ結果を表わすデジタル信号を制御回路１７に出力する。

制御回路１７とディザ重畳回路１８Ａは、マイクロプロセッサとファームウェアで実現されてもよい。ディザ重畳回路１８Ａで生成されたディザ信号は、ＤＡＣによりアナログ信号に変換されて、波長可変フィルタ１５に印加される。

ディザ重畳回路１８Ａで生成され、波長可変フィルタ１５に印加される制御ディザは、たとえば、図２に示す制御ディザである。制御ディザが間欠的に印加される時間幅ｔｗと間欠印加の周期Ｐは、制御回路１７によって制御される。

たとえば、波長可変フィルタ１５の通過帯域の中心と光信号の搬送波のピーク波長とのずれが大きい場合に、制御回路１７は制御信号Ｃ２を用いて、ディザの間欠印加の周期を短くする。あるいは、ずれのない状態が一定時間以上続く場合は、ディザの間欠印加の周期Ｐを長くする指示を含む制御信号ＣＳ２をディザ重畳回路１８Ａに出力する。ディザ重畳回路１８Ａは、制御信号ＣＳ２に従って、ディザ信号を生成し、波長可変フィルタ１５に出力する。

このように制御ディザの間欠印加のタイミングを制御することで、ディザ起因の符号誤りを低減し、光信号の伝送品質を改善することができる。
＜装置構成例２＞
図４は、実施形態のディザ間欠印加が適用される光送信機１０Ｂの概略構成図である。光送信機１０Ｂでは、制御ディザの間欠印加は、光変調部のバイアス制御に適用される。

光送信機１０Ｂは、光源１１、光変調器２１Ｉ及び光変調器２１Ｑ、駆動回路１２ａ〜１２ｄ、モニタ回路１６、位相バイアス制御回路１７Ｉ及び１７Ｑ、Ｉ／Ｑ間位相制御回路１７Ｐ、ディザ重畳回路１８、位相シフタ２２Ｉ及び２２Ｑを有する。光変調器２１Ｉと２１Ｑ、及び位相シフタ２２Ｉと２２Ｑで、Ｉ／Ｑ光変調部を形成する。

光変調器２１Ｉは、マッハツェンダ型光変調器であり、光導波路２１１と２１２でマッハツェンダ干渉計を形成する。光変調器２１Ｉは、Ｉ／Ｑ光変調部のＩ（同相）ブランチとなる。同様に、光変調器２１Ｑは、マッハツェンダ型光変調器であり、光導波路２１３と２１３でマッハツェンダ干渉計を形成する。光変調器２１Ｑは、Ｉ／Ｑ光変調部のＱ（直交）ブランチとなる。

光変調器２１Ｉ、２１Ｑは、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）変調器であってもよいし、インジウムリン（ＩｎＰ）やシリコン（Ｓｉ）などの半導体光変調器であってもよい。

光源１１は、たとえば半導体レーザである。光源１１は、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムに対応できるように、光波長の可変機能を有してもよい。

光源１１から出力された光は、二分岐され、Ｉブランチの光変調器２１Ｉと、Ｑブランチの光変調器２１Ｑに入力される。光変調器２１Ｉと２１Ｑの各々で、入力光が２つに分岐され、２つの光導波路Ａ、Ｂに入力される。光変調器２１Ｉでは、光導波路２１１と２１２が光導波路Ａ、Ｂとなる。光変調器２１Ｑでは、光導波路２１３と２１４が光導波路Ａ、Ｂとなる。各光変調器２１Ｉ、２１Ｑの２つの光導波路Ａと光導波路Ｂでは、光波の位相が逆極性で変調され、Ｉブランチの光変調器２１Ｉの出力と、Ｑブランチの光変調器２１Ｑの出力の各々は、位相が０とπの２値変調がかかった光波となる。駆動回路１２ａ〜１２ｄから出力される駆動信号の振幅が多値の場合は、出力光の振幅が多値変調されるが、位相は０とπの２値となる。

位相シフタ２２Ｉと２２Ｑは、π／２シフト用の電極で形成され、電圧の印加により、光変調器２１Ｉからの光波と光変調器２１Ｑからの光波の間に、π/２ラジアン（９０度）の位相差を付加する。π／２ラジアンの位相差が付加された２つの光波は合波され、出力される。この出力光は、直交位相変調された光波となる。

図示は省略するが、光導波路Ａ（すなわち光導波路２１１，２１３）と、光導波路Ｂ（すなわち光導波路２１２，２１４）には、光の進行方向に沿って信号電極と位相バイアス電極が設けられている。信号電極は進行波型の電極であり、駆動回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、及び１２ｄからの高速の（たとえば３２Ｇｂ／ｓ）電気信号を受けて、光波を高速変調する。駆動回路１２ａ〜１２ｄの各々と、対応する信号電極は、図示しないコンデンサを介して交流結合している。半導体変調器の場合は、信号電極に直流的に基板バイアス電圧が印加される。

π／２ラジアンの位相差が付加され合波された光信号の一部の成分は、モニタ回路１６でモニタされる。モニタ回路１６によるモニタ結果は、Ｉブランチの位相バイアス制御回路１７Ｉと、Ｑブランチの位相バイアス制御回路１７Ｑと、Ｉ／Ｑ間位相制御回路１７Ｐに入力される。

位相バイアス制御回路１７Ｉは、Ｉブランチの光変調器２１Ｉの光導波路２１１及び２１２に印加される位相バイアス電圧を制御する。位相バイアス制御回路１７Ｑは、Ｑブランチの光変調器２１Ｑの光導波路２１３及び２１４に印加する位相バイアス電圧を制御する。Ｉ／Ｑ間位相制御回路１７Ｐは、位相シフタ２２Ｉと２２Ｑに印加する位相バイアス電圧を制御する。

ディザ重畳回路１８は、所定のディザ信号を生成し、位相バイアス制御回路１７Ｉ、位相バイアス制御回路１７Ｑ、及びＩ／Ｑ間位相制御回路１７Ｐにディザ信号を供給する。位相バイアス制御回路１７Ｉと位相バイアス制御回路１７Ｑは、モニタ回路１６からのモニタ結果に基づいて、それぞれ光変調器２１Ｉと光変調器２１Ｑに印加される位相バイアス電圧と、ディザ信号の間欠印加を制御する。Ｉ／Ｑ間位相制御回路１７Ｐは、モニタ回路１６からのモニタ結果に基づいて、位相シフタ２２Ｉ及び２２Ｑへのπ／２シフトバイアス電圧の印加の、ディザ信号の間欠印加を制御する。

光位相変調方式では、駆動信号の振幅中心を、変調器の駆動電圧対光強度特性の、光強度が最低となる位置になるように変調器の位相バイアス電圧を制御する。位相バイアスとは、ＭＺ型変調器の２つの光導波路ＡとＢで変調される光波の静的な位相差を決める電圧である。

一例として、光変調器２１Ｉと２１Ｑに印加される位相バイアスをディザで微小変調する。光変調器２１Ｉと光変調器２１Ｑからの出力の交流成分に含まれるディザ成分が０に近づくように制御することで、所望の位相バイアスに設定される。

Ｉ／Ｑ間位相制御回路１７は、Ｉブランチの光変調器２１ＩとＱブランチの光変調器２１Ｑの静的な位相差をπ／２に制御する。たとえば、位相シフタ２２Ｉと２２Ｑに印加されるπ／２シフトバイアスをディザで微小変調する。Ｉ／Ｑ合波出力の交流成分に含まれるディザ成分が０に近づくように制御することで、所望のバイアスに設定される。

モニタ回路１６、位相バイアス制御回路１７Ｉと１７Ｑ、Ｉ／Ｑ位相制御回路１７Ｐ、及びディザ重畳回路１８は、一つのチップで実現されてもよい。この場合、チップはＴＩＡ、ＡＤＣ、ＤＡＣ、マイクロプロセッサ、ファームウェア等を含む。

図４では、主として位相バイアス制御にディザ間欠印加を組み合わせているが、信号電極に印加される基板バイアス電圧または駆動回路１２ａ〜１２ｄから出力される駆動信号にディザを間欠的に重畳してもよい。

半導体変調器は、印加電圧により光波の位相と吸収率が変化する。基板バイアス電圧は変調器の駆動信号の中心電位を決める電圧であり、信号電極に印加される直流電圧を便宜上「基板バイアス電圧」と呼んでいる。基板バイアスにより変調器の位相変調の効率が変化するため、駆動振幅を固定にして位相変調率を制御することが可能である。

たとえば、基板バイアス電圧または駆動振幅を数ｋＨｚのディザで微小に変調する。Ｉ／Ｑ合波後の光信号の一部を分岐し、モニタ回路１６で出力光に含まれる交流成分をモニタする。交流成分を得るために、モニタ回路１６はたとえば数百ＭＨｚの帯域を持つ。モニタ信号の電力成分を検出する（電圧の２乗検波）。この電力成分に含まれるディザ成分を同期検波する。交流成分が最小の動作点では、ディザ成分は折り返されて２倍周波の成分となるため、同期検波されるディザ成分はゼロとなる。最適動作点からずれた場合はディザ成分が検出され、ずれた方向によりディザ成分の極性が逆転するため、基板バイアスを制御する方向が判明する。

上述した制御はアナログ電子回路により実施できるが、ディジタル信号処理によっても実施できる。位相バイアスとπ／2シフトバイアスの制御は、図４に示すように個々に制御回路を設けて並行制御することもできるが、回路規模を縮小する観点から、ＣＰＵを用いた時分割制御が有効である。また、Ｉブランチの光変調器２１ＩとＱブランチの光変調器２１Ｑの位相バイアス制御のためのディザの振幅を、π／２シフトバイアス制御のためのディザの振幅よりも小さくしてもよい。

さらに、図４の構成に基板バイアス電圧の制御のための制御回路を別途設けてもよいし、ＣＰＵを用いて基板バイアス、位相バイアス、π／２シフトバイアスを時分割制御してもよい。図示しない信号電極に印加される基板バイアス電圧や駆動信号に重畳した制御ディザを用いて、位相バイアスやπ／２シフトバイアスを制御してもよい。
＜ディザ間欠印加制御の例＞
図５は、ディザ間欠印加制御の例を示す図である。図５（Ａ）に、時分割制御の場合における実施形態のディザ間欠印加の例を示す。比較例として、図５（Ｂ）に一般的に考えられ得る時分割制御を合わせて示す。

図５では、制御Ａ、Ｂ、Ｃという複数種類の制御が時分割で行われる。たとえば、
制御Ａ：Ｉ／Ｑブランチ間の位相の制御
制御Ｂ：Ｉブランチの光変調器２１Ｉの位相の制御
制御Ｃ：Ｑブランチの光変調器２１Ｑの位相の制御
である。

図５の例では、制御ディザＡの振幅は、所要精度を得るためにＢ、Ｃの制御ディザの振幅と比較して大きい。通常、このようにＩ位相とＱ位相の制御におけるディザの振幅を小さくても、精度は良好である。

一般的な時分割制御は、図５（Ｂ）に示すように、制御Ａ、Ｂ、Ｃを時分割で交互に行う。この場合、制御Ｂ、Ｃでのディザ起因の符号誤りの制御Ａと比較して小さいが、制御ディザの印加のたびに、制御Ａ、Ｂ、Ｃで符号誤りが発生する。

これに対し、図５（Ａ）の実施形態のディザ間欠印加では、制御Ａ、Ｂ、Ｃに重畳する制御ディザを間引く。逆にいうと、制御Ａ、Ｂ、Ｃに制御ディザを時分割周期ではなく、一定の間欠周期で印加する。

制御Ａ、Ｂ、Ｃで重畳するディザを間引くことで、ディザ起因の符号誤りを低減することができる。光伝送システムへの影響の度合いにより、ディザ印加頻度（周期）と、印加時間幅の少なくとも一方を変更してもよい。

この例では、制御Ａ、Ｂ、ＣをそれぞれＩ／Ｑブランチ間のπ／２位相差、Ｉ位相、Ｑ位相としたが、別の種類の制御にも適用できる。たとえば、Ｉブランチの光変調器２１Ｉへの基板バイアス印加制御と、Ｑブランチの光変調器２１Ｑへの基板バイアス印加制御を時分割で行う場合に、ディザ間欠印加制御を適用してもよい。また、駆動振幅の制御や、変調率制御にディザ間欠印加制御を適用してもよい。

図６は、ディザ間欠印加制御の別の例を示す。図６では、すべての種類の制御において一定周期でディザを間引くのではなく、特定の種類の制御に対する制御ディザの印加を間引く。図６（Ａ）は、実施形態のディザ間欠印加が適用された時分割制御である。図６（Ｂ）は、比較のために一般的な時分割制御を示す。図５と同様に、制御ＡをＩ／Ｑブランチ間の位相の制御、制御ＢをＩブランチの光変調器２１Ｉの位相の制御、制御ＣをＱブランチの光変調器２１Ｑの位相の制御とする。

制御Ａでは符号誤り発生の影響が大きいため、一定タイミングで制御ディザを間引く。制御Ｂと制御Ｃでは、ディザによる符号誤りの発生が小さいか、または発生しないため、ディザ間欠印加を適用せず、時分割制御の周期で制御ディザを重畳する。

図６のディザ間欠印加制御も、光変調器２１Ｉ及び２１Ｑの駆動振幅制御、基板バイアス制御、変調率制御など、他の種類の制御にも適用可能である。

図７は、実施形態のディザ間欠印加制御による符号誤り率の改善効果を示す図である。図中の横軸は光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal to Noise Ratio)、縦軸は符号誤り率である。一点鎖線Ｘは、ディザ重畳が行われない場合、すなわち最適バイアスに固定されているときの符号誤り率を示す。実線Ｙは、実施形態で制御ディザのトータルの印加時間を１／１０に低減（１０回に１回ディザを印加）した場合の符号誤り率である。点線Ｚは、一般的なディザ印加制御が行われている場合の符号誤り率である。

一般的なディザ重畳と比較すると、ディザ印加を１／１０に減らすことで、符号誤り率が１ケタ近く低減される。

ｘＱＡＭ方式では、通常、符号誤り訂正符号を使用して、たとえば誤り率２×１０^-2を１０^-15以下に訂正する。符号誤り率２×１０^-2を誤り訂正閾値Ｔｈとすると、実施形態のディザ間欠印加により、ＯＳＮＲの低い状況でも符号誤り率を小さくすることができ、ペナルティを小さく抑えることができる。
＜起動時の高速制御＞
図８は、実施形態のディザ間欠印加制御と、起動時の高速制御との組み合わせを説明する図である。

制御ディザを間欠的に印加することで、符号誤り率を低減することができるが、最適点への収束時間が長くなる。定常時は、制御スピードよりも特性劣化の低減を優先する。定常時とは、光送信機１０Ａ、１０Ｂが一定して光通信を行っている運用状態をいう。定常時には、温度変化や経年変化といった低速の現象に追従する制御を行う。他方、起動時や波長切り替え時には、迅速に最適動作点に収束させることが望ましい。

そこで、起動時（または波長切り替え時）には高速に収束させる高速制御を行い、定常時には特性劣化を抑制する低速制御（ディザ間欠印加制御を含む）を実施する。図８の中段に示すように、高速制御モードでは、特性劣化を許容して制御スピードを優先する。具体的には、定常時よりもディザの振幅を大きくして制御の精度を高くする。起動時や波長切り替え時には、符号誤りの発生を考えなくてもよいからである。また、ディザの間引き（間欠印加）は行わずに、連続印加とする。ディザ信号がパルス信号であっても、一定の周波数で連続的にパルスが印加される場合は、連続印加である。また、起動時や波長切り替え時には、制御のステップサイズ（間隔）を大きくして、短時間での最適動作点への収束を優先させる。たとえば、基板バイアスを秒単位で目標値に近づける制御を行ってもよい。起動時や波長切り替え時に制御のステップサイズを可変にしてもよいし、制御対象を変更してもよい。たとえばディザの印加先を、基板バイアス電圧から駆動信号に変更しても良い。

これに対し、定常時は、制御スピードよりも、符号誤り等の伝送品質の劣化を抑制することを優先する。ディザの振幅を小さくし、制御ステップを小さくする。また、ディザの間欠印加制御を適用する。

この制御により、図８の下段に示すように、起動時（または波長切り替え時）に、初期動作点から最適点へ短時間で収束する。起動時に、定常時と同じディザ間欠印加制御を行うと、破線で示すように最適点への収束が遅くなる場合があるが、起動時の制御を定常時の制御と異ならせることで、状況に応じた最適制御が実現する。

図９は、起動時の高速制御の別の例を示す。図９では、起動時または波長切り替え時の高速制御を、粗調整と微調整の２段階制御とする。粗調整では、定常時よりも大きな振幅の制御ディザを用いて、制御刻みを大きくする。これにより、短時間で最適動作点に近づける。微調整時には、制御ディザの振幅を維持したまま、制御刻みを小さくする。これにより、正確に最適動作点に収束させる。

図９の二段階制御により、より早く正確に最適動作点に収束させることができる。
＜光伝送システム＞
図１０は、実施形態の光送信機１０を用いた光伝送システム１の概略図である。光伝送システム１は、複数の光送信機１０−１〜１０−ｎ、光合波器５１、光増幅中継器５２、及びＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer；再構成可能な光分岐挿入装置）５３を有する。光伝送システム１はまた、光分波器５４と、複数の光受信機４０−１〜４−ｍを有する。

光送信機１０−１〜１０−ｎは、図３の光送信機１０Ａまたは図４の光送信機１０Ｂを用いることができる。光送信機１０−１〜１０−ｎは、異なる波長（λ１−λｎ）の変調光信号を出力する。

光合波器５１は、光送信機１０−１〜１０−ｎから出力された各波長の変調光信号を波長多重により合波し、光ファイバーケーブル等の光伝送路５５を介して合波光信号を出力する。

光増幅中継器５２は、光合波器５１から出力された合波光信号の伝送ロスを補うため、合波光信号に増幅処理を行う。

ＲＯＡＤＭ５３は、任意の波長の光信号を加える（アド）処理、及び光信号から任意の波長を取り出す（ドロップ）処理を実行する。例えば、ＲＯＡＤＭ５３は、光増幅中継器５２から出力された合波光信号から複数の任意の波長の光信号を取り出し、取り出した光信号を光分波器５４に出力する。

光分波器５４は、ＲＯＡＤＭ５３から出力された複数の波長を有する合波光信号を、波長ごとに複数の変調光信号に分波する。光分波器５４は、波長ごとにそれぞれの変調光信号を光受信機４０−１〜４０−ｍへ出力する。光受信機４０−１〜４０−ｍは、光分波器５４から出力された各波長の変調光信号を受信して、例えば偏波分離及びＱＡＭ復調などの各種受信処理を行う。光受信機４０−１〜４０−ｍはまた、大規模ルーターなど、信号を方路別に振り分ける装置へ光信号を送信する。

光受信機４０−１〜４０−ｍがディジタルコヒーレント受信機である場合は、波長選択機能を有するので、光分波器５４を用いないシステム構成も可能である。

この光伝送システム１では、光送信機１０−１〜１０−ｎの各々による偏波多重、ＱＡＭ変調に加え、波長多重を行って変調光信号を送受信するので、大容量の光送受信システムを実現することができる。

光送信機１０−１〜１０−ｎで実施形態のディザ間欠印加制御を行うことで、多値のＱＡＭ変調時にも伝送品質の劣化が抑制された大容量光送受信システムを実現することができる。

図３、４、及び１０では、説明の便宜上、送信側では送信機の構成と機能だけを図示しているが、一般に光通信では送受信を行うことから、ひとつの光伝送装置が、光送信機１０と光受信機４０を有してもよい。また、図３の制御構成と図４の制御構成を両方用いてもよいし、ひとつのプロセッサとメモリで両方の制御を行ってもよい。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
同相位相と直交位相の制御を行う光変調器から出力される光信号を送信する光送信機において、
前記光信号の制御用のディザ信号を生成するディザ重畳回路と、
前記ディザ信号の間欠印加を制御する制御回路と、
を有することを特徴とする光送信機。
（付記２）
前記制御回路は、前記間欠印加の制御を行うタイミング、前記ディザ信号の間引き率、前記ディザ信号を印加する時間幅、前記間欠印加の周期、前記間欠印加のデューティ比、前記ディザ信号の振幅、の少なくともひとつを可変に制御することを特徴とする付記１に記載の光送信機。
（付記３）
前記制御回路は、制御対象が複数ある場合に、制御対象によって選択的に前記間欠印加の制御を異ならせることを特徴とする付記１または２に記載の光送信機。
（付記４）
前記制御回路は、前記光送信機の起動時または波長切り替え時と、定常時とで前記ディザ信号の重畳を異ならせることを特徴とする付記１または２に記載の光送信機。
（付記５）
前記制御回路は、前記起動時または波長切り替え時において、前記ディザ信号を用いた制御刻みを異ならせることを特徴とする付記４に記載の光送信機。
（付記６）
前記制御回路は、第１の制御刻みで最適動作点への収束を制御する制御と、第１の制御刻みよりも細かい第２の制御刻みで前記最適動作点への収束を制御する制御とを行うことを特徴とする付記５に記載の光送信機。
（付記７）
前記光変調器は、光源からの光を送信データに応じて変調し、
前記制御回路は、前記光変調器の位相または動作点の制御に前記ディザ信号の間欠印加を適用することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光送信機。
（付記８）
前記光変調器は、第１のマッハツェンダ型変調器と第２のマッハツェンダ型変調器を有し、
前記制御回路は、
前記第１のマッハツェンダ型変調器の位相を制御する第１制御と、
前記第２のマッハツェンダ型変調器の位相を制御する第２制御と、
前記第１のマッハツェンダ型変調器と前記第２のマッハツェンダ型変調器の間の位相差を制御する第３制御、
に対して、前記ディザ信号の前記間欠印加の制御を行うことを特徴とする付記７に記載の光送信機。
（付記９）
前記制御回路は、前記第１制御、前記第２制御、及び前記第３制御の間で、前記ディザ信号の前記間欠印加の制御を異ならせることを特徴とする付記８に記載の光送信機。
（付記１０）
前記制御回路は、前記第１制御、前記第２制御、及び前記第３制御を時分割で行い、前記前記第１制御及び前記第２制御と、前記第３制御の間で、前記ディザ信号の間引き率を異ならせることを特徴とする付記９に記載の光送信機。
（付記１１）
前記制御回路は、前記第１制御及び前記第２制御で用いる前記ディザ信号の振幅を、前記第３制御で用いる前記ディザ信号の振幅よりも小さくすることを特徴とする付記９に記載の光送信機。
（付記１２）
特定の波長帯の前記光信号を取り出す光フィルタ、
をさらに有し、
前記制御回路は、前記光フィルタの透過中心波長の調整に前記ディザ信号の間欠印加を適用することを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光送信機。
（付記１３）
付記１〜１２のいずれかに記載の光送信機と、
光伝送路により前記光送信機と接続される光受信機と、
を含む光伝送システム。
（付記１４）
同相位相と直交位相の制御を行う光変調器から出力される光信号を送信する光送信機において、
前記光信号の制御用のディザ信号を生成し、
前記ディザ信号の間欠印加を制御する、
ことを特徴とする光送信機の制御方法。
（付記１５）
前記間欠印加の制御において、前記間欠印加の制御を行うタイミング、前記ディザ信号の間引き率、前記ディザ信号を印加する時間幅、前記間欠印加の周期、前記間欠印加のデューティ比、前記ディザ信号の振幅、の少なくともひとつを可変に制御することを特徴とする付記１４に記載の光送信機の制御方法。

１ 光伝送システム
１０、１０−１〜１０−ｎ 光送信機
１１ 光源
１２ａ〜１２ｄ 駆動回路
２０Ｘ、２０Ｙ Ｉ／Ｑ光変調部
２１Ｉ、２１Ｑ 光変調器
１６ モニタ回路
１７、１７Ｉ、１７Ｑ、１７Ｐ 制御回路
１８ ディザ重畳回路
４０−１〜４０−ｍ 光受信機
５１ 光合波器
５５ 光伝送路

Claims (8)

1. 同相位相と直交位相の制御を行う光変調器から出力される光信号を送信する光送信機において、
   前記光信号の制御用のディザ信号を生成するディザ重畳回路と、
   前記ディザ信号の間欠印加を制御する制御回路と、
   を有することを特徴とする光送信機。
2. 前記制御回路は、前記間欠印加の制御を行うタイミング、前記ディザ信号の間引き率、前記ディザ信号を印加する時間幅、前記間欠印加の周期、前記間欠印加のデューティ比、前記ディザ信号の振幅、の少なくともひとつを可変に制御することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
3. 前記制御回路は、制御対象が複数ある場合に、制御対象によって選択的に前記間欠印加の制御を異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信機。
4. 前記制御回路は、前記光送信機の起動時または波長切り替え時と、定常時とで前記ディザ信号の重畳を異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信機。
5. 前記光変調器は、光源からの光を送信データに応じて変調し、
   前記制御回路は、前記光変調器の位相または動作点の制御に前記ディザ信号の間欠印加を適用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送信機。
6. 特定の波長帯の前記光信号を取り出す光フィルタ、
   をさらに有し、
   前記制御回路は、前記光フィルタの透過中心波長の調整に前記ディザ信号の間欠印加を適用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光送信機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光送信機と、
   光伝送路により前記光送信機と接続される光受信機と、
   を含む光伝送システム。
8. 同相位相と直交位相の制御を行う光変調器から出力される光信号を送信する光送信機において、
   前記光信号の制御用のディザ信号を生成し、
   前記ディザ信号の間欠的印加を制御する、
   ことを特徴とする光送信機の制御方法。

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