JP2018519732A - 光マルチキャリア送信のためのインタリーバ伝達関数の電子的補償 - Google Patents

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Abstract

異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を送信するための送信機デバイスが説明される。このデバイスは、それぞれ第1および第2の周波数または極性の第1および第2のサブキャリアで光を放出するための第1および第2の光学キャリアエミッタを備える。第1および第2の変調信号で第1および第2のサブキャリアを変調するための第1および第2の変調器が提供される。第1および第2の変調されたサブキャリアを光信号へインタリーブするためのインタリーバが提供される。第1および第2のデジタル信号処理ユニットは、インタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、第1および第2の変調信号をプリエンファシスするように構成される。

Description

本発明は、信号を複数のサブキャリアとして送信するためのマルチキャリアシステムに関する。特に、本発明は、限定的ではないが、複数のサブキャリアをインタリーブおよびデインタリーブするためのシステムに関する。
インターネット需要の劇的な成長に対応するために、光業界は、既存のファイバネットワークの総容量を増加する新たな方法を見つけ、それらの新たな技術が経済的に効率的であり、動作的に単純であり、スケーラブルであることを保証する必要がある。
光データ送信速度が増加し、データセンタ内など短距離のために光送信が推奨されるようになるのに従い、ファイバを介してより多くのデータをプッシュすることがより重要となる。非常に高速な送信速度のために、単一のキャリアを介して送信することは非現実的となる。たとえば、1Tb/s送信には、100GS/sアナログデジタル変換(ADC)技術を用いたとしても、非常に精巧な直角位相振幅変調(PM-1024QAM)が必要となる。この結果、貧弱な感度、位相雑音問題、非線形性に対する影響、ハードウェア問題、および非常に短い到達距離が生じる。
その解決法は、可能な限り近い間隔で配置された数個のサブキャリアにわたって情報を分散させ、共に「スーパーチャネル」を形成するものである。各サブキャリアは、現在のADCおよびデジタル信号プロセッサ(DSP)と互換性を持つ低レートで動作し得る。
非常に高速な送信速度を達成するために広く議論される概念は、(しばしば、フレックスグリッドとして知られる)柔軟な波長送信である。400G送信には、4つのサブキャリアを用いたデュアル極性4位相偏移変調と、2つのサブキャリアを用いたDP-16直角位相振幅変調(QAM)とが、検討中の選択肢である。これらの選択肢は、送信されている信号の帯域幅にチャネルサイズをマッチさせることによって、スペクトル的に効率的になる。
しかしながら、多くのサブキャリアが使用される場合、これらの信号は送信前に光ファイバへ結合される必要があり、これによってサブキャリアのすべてが多重化されるようになる。
同様に、受信機において、サブキャリアが逆多重化される必要がある。これは、変調器チップへ組み込まれ得るパッシブスプリッタ/結合器を使用して実行することができるが、そのような構成要素は比較的損失が大きい。代案は、チップの外部のマルチプレクサ/デマルチプレクサを使用することであるが、これは、送信機または受信機のフットプリントを増加させる。
本発明の1つの態様に従って、異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を送信するための送信機デバイスが提供される。このデバイスは、それぞれ第1および第2の周波数または極性の第1および第2のサブキャリアで光を放出するための第1および第2の光学キャリアエミッタを備える。第1および第2の変調信号で第1および第2のサブキャリアを変調するための第1および第2の変調器が提供される。第1および第2の変調されたサブキャリアを光信号へインタリーブするためのインタリーバが提供される。第1および第2のデジタル信号処理ユニットは、インタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、第1および第2の変調信号をプリエンファシスするように構成される。
インタリーバは、マッハ-ツェンダインタリーバであり得、シヌソイド(たとえば、二乗余弦)電力伝達関数を有し得る。
第1および第2のデジタル信号処理ユニットは、光信号中のサブキャリアチャネルが、実質的に上部が平坦なプロファイルを有するように、信号をプリエンファシスするように構成され得る。
本発明の別の態様に従って、異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を受信するための受信機デバイスが提供される。このデバイスは、光信号を受信し、光信号を第1および第2のサブキャリア信号へデインタリーブするためのデインタリーバを備える。第1および第2の光学受信機は、第1および第2のサブキャリア信号をそれぞれ受信し、復号することにより、第1および第2の電気信号を生成するために提供される。第1および第2のデジタル信号処理デバイスは、デインタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、第1および第2の電気信号を処理するように構成される。
デインタリーバは、マッハ-ツェンダデインタリーバであり得、シヌソイド(たとえば、二乗余弦)電力伝達関数を有し得る。
本発明の別の態様に従って、異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を送信する方法が提供される。この方法は、それぞれ第1および第2の周波数または極性の第1および第2のサブキャリアにおいて光を生成するステップと、第1および第2の変調信号で第1および第2のサブキャリアを変調するステップと、インタリーバを使用して、第1および第2の変調されたサブキャリアを光信号へインタリーブするステップとを備える。この方法はまた、インタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、第1および第2の変調信号をプリエンファシスするステップを備える。
本発明の別の態様に従って、異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を受信する方法が提供される。この方法は、デインタリーバを使用して、この信号を第1および第2のサブキャリア信号へデインタリーブするステップと、第1および第2のサブキャリア信号をそれぞれ復号することにより第1および第2の電気信号を生成するステップと、デインタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、デジタル信号処理構成要素において第1および第2の電気信号を処理するステップとを備える。
本発明のいくつかの好適な実施形態が、例のみとして、以下の添付図面を参照して説明されるであろう。
送信機デバイスの概要例示図である。 マッハ-ツェンダインタリーバの電力伝達関数を例示する図である。 受信機デバイスの概要例示図である。 代替送信機デバイスの概要例示図である。 代替受信機デバイスの概要例示図である。
図1は、送信機デバイスの概要例示図である。このデバイスは、異なる波長および/または極性の光学キャリアを放出するために、搭載された2つの光学キャリアエミッタ102、103(たとえば、調整可能なレーザ)を有する光集積回路(PIC)101として形成される。各キャリアエミッタからの光は、対応する変調器104、105へ送信される。各変調器は、この光に、デジタル信号処理(DSP)ユニット107、108およびDAC109、110を通過した電気変調信号を加える。各変調器からの信号を載せた光は、マッハ-ツェンダ(MZ)インタリーバであり得るインタリーバ108へ送信される。インタリーバからの出力は、PICから光ファイバ(図示せず)へ送信される。
図2は、単純なマッハ-ツェンダインタリーバの周波数に関する電力伝達関数201を例示する。この応答は、二乗余弦関数に従う。実際には、近い間隔で配置された、厳格に定義された帯域として各光学サブキャリアチャネルを送信することが望ましく、例202が図2に図示される。MZインタリーバに適用される場合、周波数帯域は、インタリーバ応答によってスペクトル的に形成され、パフォーマンスを下げる。より望ましい周波数応答を提供するようにMZインタリーバを設計することが可能であるが、これは、インタリーバの複雑さおよびコストを高める。
したがって、インタリーバの最適化を試みる代わりに、変調器へ渡される電気信号がインタリーバに達したときに、この信号のスペクトルを制御するように、この信号を最適化することが可能である。これは、DSPユニット107、108によって変調器104、105へ渡される信号のデジタル信号処理によって実行される。DSPユニットは、インタリーバ電力伝達関数の二乗余弦形状を補償するように、中心に対する各サブキャリア帯域の端部近傍の周波数における信号スペクトルをプリエンファシスするように構成される。
光学キャリアエミッタ102、103は、個別のレーザである必要はないことが認識されるであろう。他の構成も適切であり得る。たとえば、PICの外部にある1つまたは複数のレーザ(図示せず)が、キャリアエミッタ102、103によって2つのキャリアとして発信される光を提供するために使用され得る。
図3は、受信機デバイスの概要例示図である。このデバイスは、異なる波長および/または極性の光を生成するために、搭載された2つのエミッタ302、303、たとえば、(オプションとして、調整可能な)レーザを有するPIC301として形成される。送信機の場合と同様に、光は、外部からも提供され得る。各エミッタからの光は、対応する光学受信機304、305へ送信される。デインタリーバ306(ここでも、オプションでMZデインタリーバ)は、光ファイバ(図示せず)から信号を受信し、この信号からサブキャリアをデインタリーブする。サブキャリアは、光学受信機304、305へ伝送される。光学受信機304、305は、レーザ302、303からの光とともにサブキャリア信号を復号する。復号された信号はADC307、308へ渡され、そこから、さらなる処理のためにDSP309、310へ渡される。送信機の場合と同様に、デインタリーバは、シヌソイド電力伝達関数を備えた単純なデインタリーバであり得、DSPは、これを補償するために使用され得る。
3つ以上のキャリアが、このようにしてインタリーブまたはデインタリーブされ得、必要とされるのは、たとえば分岐構造への適切な構成要素のネスティングのみであることが認識されるであろう。2つ以上の極性状態に対応することもできる。便宜上、変調は一般的な極性の状態を用いて実行され得るが、その後、個々のサブキャリアの極性が、PICにおいて、または発信光学系の一部としてのマイクロ光学系を使用することにより、操作され得る。
デュアルキャリアデュアル極性送信機401のための適切な構成が、図4に図示される。送信機401は、図1に図示される送信機101に類似しており、異なる波長で送信する2つの光学キャリアエミッタ402、403を備える。各エミッタからの光は2つの経路へ分割され、各々が異なる波長/極性の組合せを有し、各々が対応する変調器404、405、406、407へ送信される4つのキャリアX1、X2、Y1、Y2を生成するように、各エミッタからの2つの経路のうちの1つにおける光が、任意の既知の手段(図示せず)によって回転される。図1と同様に、各変調器は、この光に、DSPユニット410、411、412、413およびDAC414、415、416、417を通過した電気変調信号408、409を加える。各変調器からの信号を載せた光は、インタリーバ418、419へ、その後、最終インタリーバ420へ送信される。インタリーバからの出力は、PICから光ファイバ(図示せず)へ送信される。
同様に、異なる極性で信号を分離および復号するための受信機デバイス501が、図5に図示される。2つのエミッタ502、503は、異なる波長で光を送信する。各エミッタからの光は、2つの経路へ分割され、対応する光学受信機504、505、506、507へ伝送される。デインタリーバ516、517は、光ファイバ(図示せず)からの信号を受信し、これら信号からのサブキャリアをデインタリーブする。実際には、2つの極性を含む単一の信号が受信され、2つの極性成分へ分割される。異なる波長であるが同じ極性である2つの個別の信号が2つのデインタリーバ516、517によって受信されるように、これら成分のうちの1つは、そのデインタリーバへの挿入前に回転される。サブキャリアは、光学受信機504、505、506、507へ伝送される。光学受信機504、505、506、507は、エミッタ502、503からの光とともにサブキャリア信号を復号する。復号された信号は、ADC508、509、510、511へ、さらには、さらなる処理のためにDSP512、513、514、515へ渡される。
したがって、本発明は、少なくとも好適な実施形態において、デュアルまたはマルチ波長チャネルにおいて送信することによってチャネル密度を高める手段を提供し、デュアルチャネル変調信号を達成するためのPICを提供する。これは、わずかな追加のスペース(real estate)を用いた送信機/変調器PICへのごく単純な修正を伴うが、容量を2倍またはそれ以上増加させることができる。
101 光集積回路
102 光学キャリアエミッタ
103 光学キャリアエミッタ
104 変調器
105 変調器
106 変調信号
107 DSP
108 DSP
108 インタリーバ
109 DAC
110 DAC
201 電力伝達関数
202 例
301 光集積回路
302 エミッタ
303 エミッタ
304 光学受信機
305 光学受信機
306 デインタリーバ
307 ADC
308 ADC
309 DSP
310 DSP
401 デュアルキャリアデュアル極性送信機
402 光学キャリアエミッタ
403 光学キャリアエミッタ
404 変調器
405 変調器
406 変調器
407 変調器
408 変調信号
409 変調信号
410 DSP
411 DSP
412 DSP
413 DSP
414 DAC
415 DAC
416 DAC
417 DAC
418 インタリーバ
419 インタリーバ
420 インタリーバ
501 受信機デバイス
502 エミッタ
503 エミッタ
504 光学受信機
505 光学受信機
506 光学受信機
507 光学受信機
508 ADC
509 ADC
510 ADC
511 ADC
512 DSP
513 DSP
514 DSP
515 DSP
516 デインタリーバ
517 デインタリーバ

Claims (9)

  1. 異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を送信するための送信機デバイスであって、
    それぞれ第1および第2の周波数または極性の第1および第2のサブキャリアで光を放出するための第1および第2の光学キャリアエミッタと、
    第1および第2の変調信号で前記第1および第2のサブキャリアを変調するための第1および第2の変調器と、
    前記第1および第2の変調されたサブキャリアを前記光信号へインタリーブするためのインタリーバと、
    前記インタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、前記第1および第2の変調信号をプリエンファシスするための第1および第2のデジタル信号処理ユニットとを備える、送信機デバイス。
  2. 前記インタリーバは、マッハ-ツェンダインタリーバである、請求項1に記載の送信機デバイス。
  3. 前記インタリーバは、シヌソイド電力伝達関数を有する、請求項1または2に記載の送信機デバイス。
  4. 前記第1および第2のデジタル信号処理ユニットは、前記光信号中の前記サブキャリアチャネルが、実質的に上部が平坦なプロファイルを有するように、前記信号をプリエンファシスするように構成される、請求項1から3のいずれか一項に記載の送信機デバイス。
  5. 異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を受信するための受信機デバイスであって、
    前記光信号を受信し、前記光信号を第1および第2のサブキャリア信号へデインタリーブするためのデインタリーバと、
    前記第1および第2のサブキャリア信号をそれぞれ受信し、復号することにより、第1および第2の電気信号を生成するための第1および第2の光学受信機と、
    前記デインタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、前記第1および第2の電気信号を処理するための第1および第2のデジタル信号処理デバイスとを備える、受信機デバイス。
  6. 前記デインタリーバは、マッハ-ツェンダデインタリーバである、請求項5に記載の受信機デバイス。
  7. 前記デインタリーバは、シヌソイド電力伝達関数を有する、請求項5または6に記載の受信機デバイス。
  8. 異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を送信する方法であって、
    それぞれ第1および第2の周波数または極性の第1および第2のサブキャリアにおいて光を生成するステップと、
    第1および第2の変調信号で前記第1および第2のサブキャリアを変調するステップと、
    インタリーバを使用して、前記第1および第2の変調されたサブキャリアを前記光信号へインタリーブするステップと、
    前記インタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、前記第1および第2の変調信号をプリエンファシスするステップとを備える、方法。
  9. 異なる波長を有する複数のサブキャリアチャネルの形態で光信号を受信する方法であって、
    デインタリーバを使用して、前記信号を第1および第2のサブキャリア信号へデインタリーブするステップと、
    前記第1および第2のサブキャリア信号をそれぞれ復号することにより第1および第2の電気信号を生成するステップと、
    前記デインタリーバの波長依存電力伝達関数を補償するために、デジタル信号処理構成要素において前記第1および第2の電気信号を処理するステップとを備える、方法。
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