JP3000551B2 - 光電式周波数分割器回路及びその操作方法 - Google Patents

光電式周波数分割器回路及びその操作方法

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    • H04B10/50577Laser transmitters using external modulation using a feedback signal generated by analysing the optical output to control the phase of the modulating signal
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    • H04J14/00Optical multiplex systems
    • H04J14/08Time-division multiplex systems

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、周波数分割器回路
に係り、いわゆるOTDM(Optical Time Division Mul
tiplexing)(光時分割多重化)技術を基にした光伝送に
適用できるよう特別の注意を払うことにより開発されて
きた。
【0002】
【従来の技術】この技術は、光リンクの伝送容量を増大
させる必要のある全ての状況において特に興味深い。こ
の技術は、一般にはWDM(Wavelength Division Multi
plexing)(波長分割多重化)技術を用いることで複数の
チャンネル間で同じ物理搬送波を共用することに基づい
た、又はリンクで利用可能な光ファイバーの数を増やす
ことに基づいた他の解決策に代わるべき手段である。後
者の解決策は、一般に(新しいケーブルの敷設や掘削の
実行のような)設置における調停作業を要し、また、光
ファイバーにより利用可能とされる極度に広い帯域を完
全には利用するものでない。例えば波長分割多重化技術
に従って同じ光ファイバー上で多くの異なるチャンネル
を同時に伝送することにより、リンク上での高い総容量
を得ることができる一方で、送信器及び受信器の両方に
おいて低速光電式コンポーネントを使用することができ
る。波長分割多重化により、さらにチャンネル除去及び
挿入、ダイナミックルーティング、リンク保護のような
幾つかのネットワーク機能を、ネットワークノード内の
電気部分の処理負荷を大きく低減して光学レベルにて実
行できる。この方法の主要な不都合は、送信器やチャン
ネル選択で使用される光フィルターのために波長を選択
し安定化する必要性や、ファイバー伝播中の非線形現象
(例えば四波混合(Four Wave Mixing)として公知の現
象)を原因として起こり得るチャンネル間干渉や、光増
幅器利得のスペクトル非一様性に関連している。OTD
Mシステムでは、パルスシーケンスの相対遅延に作用す
ることにより、多くの光信号、すなわちRZ(ゼロ復
帰)コードに従って変調された強度が、単一フロー内に
インターリーブされる。この解決策は、送信器と受信器
の両方において低速光電式コンポーネントを使用できる
ことに関するWDM技術の利点の多くを保持し、さらに
上記ネガティブな現象の幾つかが生じるのを避ける。し
かしながら、OTDMシステムの適当な動作のための基
本的条件は、チャンネル間の干渉を避けるため、異なる
光支流フローが十分に同期し且つ十分狭いパルスにより
構成されなければならないことである。さらに、多重化
されたフローに同期した支流周波数の駆動信号は、デマ
ルチプレクシングデバイスにおいて利用可能である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この後者の
必要性に対する解決策を与え、より一般的には、特に簡
単な光電式周波数分割器回路を与える。該回路は、周波
数安定性、及び分割から得られる信号と入力信号間のフ
ェーズロックに関して良好な性能を有して非常に高い周
波数でも(一般に数十Gbit/sのオーダーの入力周
波数で)動作するよう適応する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明により、この目的
は、特許請求の範囲に特定的に記載した特徴を有する光
電式周波数分割器回路により達成できる。本発明は、こ
の回路を操作する方法も扱う。限定的ではないが好まし
いOTDM伝送システムへの適用においては、この回路
は、支流ビットレートを越えない帯域幅のコンポーネン
トを用いることにより、総ビットレートを分割すること
を可能にする。従って、周波数分割器の実際の実施態様
は、伝送システムにおける単一チャンネルの送信器及び
受信器を作るのに必要な技術開発程度より高い技術開発
程度を要求しない。以下、添付図面を参照して単に非制
限的な例として本発明が説明される。
【0005】
【発明の実施の形態】図1において、参照符号Tは、O
TDM技術に従って実現した光リンクを全体として示
す。システムTは、それ自体公知の基準に従って動作
し、光ファイバーラインW(ブロックAE1とAE2に
より概略的に表された夫々の増幅/等化ユニットに接続
される)上において、RZ(ゼロ復帰)コードによって
変調され且つ例えば40Gbit/sに等しいビットレ
ートf0 を有するRZ光信号強度を伝送することを可能
にする。このような光信号は、各々が10Gbit/s
に等しいビットレートf1 を有し且つ「支流(tributar
y) 」として定められた幾つかの光信号(この例では4
つ)を、多重化ユニット(光カップラー)OC内で集め
ることにより得られる。4つの10Gbit/s支流フ
ローを多重化することにより得られ且つ40Gbit/
sに等しいビットレートを有する総フローについての参
照は、単に例として考えていることは明らかである。支
流信号のビットレート、及び多重化されたこれらの信号
の数の両方、並びに結果として得られる総フローのビッ
トレートは、特定の適用ニーズ及び本発明の範囲を逸脱
することなく使用されているコンポーネントの関数とし
て広く変更されるように適応される設計パラメータであ
る。
【0006】特に、支流フロー(以下、本明細書では例
として4つの支流フローを常に参照する)は、パルスソ
ースSにより発生されたRZパルス列から開始して発生
される。このパルスソースSは、一般に時間領域制限さ
れた十分に狭いパルスのレーザーソースから構成され
る。ソースSからの信号は、セパレーターSP1により
複数のレプリカに分割され、その各々はそれぞれの変調
器M1〜M4に送られる。送信器入力データは、理想的
にはデータソースSDから送られる電気信号の形式であ
り、対応する数のチャンネルC1〜C4内に編成され
る。データソースSDは、同期発振器SYNに対して共
通スレーブであるゆえ、ソースSにより同期駆動され
る。同期発振器SYNも、開示された実施態様では、ソ
ースSの周波数に等しい周波数10GHzにて動作す
る。各々のチャンネルC1〜C4は、10Gbit/s
のビットレートを有する。チャンネルC1〜C4に存在
する信号は、それぞれの光変調器M1〜M4を駆動す
る。光変調器M1〜M4は、関連パルス列上に情報を
「書き込み」、得られた信号は、例えばそれぞれの調整
可能光遅延ラインL1〜L4において時間間隔Δtだけ
相互に時間オフセットした後に、光カップラーOCを介
してファイバーWに送られる。
【0007】それにより、ファイバーWに注入された総
フローは、一般的な時間領域多重化構造を示す。実際、
ファイバーWにより伝送される総フローは、チャンネル
C1から来るデータに対応するシンボル、チャンネルC
2から来るデータに対応するシンボル、チャンネルC3
から来るデータに対応するシンボル、チャンネルC4か
ら来るデータに対応するシンボル等から周期的に構成さ
れる。受信側では、総フローが光デマルチプレクサーD
MPXに送られる。光デマルチプレクサーDMPXは、
受信した総フローから支流チャンネルに対応した信号を
順に抽出し、対応する受信器RX1〜RX4に向けてそ
れらをルート指定し、チャンネルC1〜C4に対応する
フローを出力にて回復する。異なる支流信号を正しく抽
出するために、デマルチプレクサーデバイスDMPX
は、支流周波数を有し且つ総(又は多重化)フロー周波
数にフェーズロックされた駆動信号e2 を要する(この
駆動信号は、全体を1で示された同期回復回路により与
えられ、且つ、受信器RX1〜RX4にも送られる)。
RZフォーマットにて動作する際、総フロービットレー
トのラインは、常に多重化されたフロースペクトル内に
存在する一方、支流周波数のスペクトル成分は存在しな
い(これは多重化操作により現れなくなる)。同期回復
回路は、正しく動作するべく、元の周波数と分割された
周波数間でフェーズロックを保ちつつ、多重化ファクタ
ーに等しいファクターで総ビットレートを分割しなけれ
ばならない。特定の場合には、総ビットレートに対応す
る信号が、セパレーターSP2のようなコンポーネント
を介してファイバーWから送られる信号から抽出され
る。
【0008】従って、本発明の主題である同期回復回路
1は、総周波数の光信号から開始して、支流信号周波数
に対応する周波数の電気信号を発生できる。理想的に
は、本発明による回路は、ミラー(Miller)周波数分割器
として公知の回路に係る。この分割回路は、フィードバ
ックシステムから構成されるので再生分割器(regenerat
ive divider)としても公知であるが、その特徴は、非常
に低い付加ノイズレベルである。それは、高いスペクト
ル純度の発生ソースの使用により見つけられ、該高いス
ペクトル純度は、高い周波数基準を分割することにより
得られる。このような公知回路の特徴の一般的な説明に
関しては、R.C.ミラー(Miller)による論文「再生変
調を利用した部分周波数発生器(Fractional-frequency
Generators Utilizing Regenerative Modulation) 」、
プロシーディングIRE、Vol.27、446〜45
7頁、1939年7月、が参照できる。ミラー分割器に
類似して、本発明による回路1は、ミキサー機能を実行
するのに適応したコンポーネントを用いる。ここで、分
割されるべき信号のパルス繰り返しレートに対応する周
波数の成分と、フィードバックループから送られる電気
分割信号の高調波との積が実行される。これらの高調波
は、参照符号2で示され且つ非線形動作を特徴とするこ
のコンポーネント内部で生じる。
【0009】この種の特徴を示すコンポーネントはどれ
でも、本発明で用いることができる。現在のところ好ま
しい実施態様では、コンポーネント2は、図3に示され
たような伝送特性を有する電気光学マッハ・ツェンダー
変調器である。この図では、縦座標軸は、
【外1】 として表されたモジュール2の駆動条件特性たるパラメ
ータに対する、伝送度T(最大値を1として規格化され
ている)を示す。特に、Vbiasは、変調器2の第1駆動
入力に与えられるバイアス電圧を表し、VRFは、対応入
力に与えられるラジオ周波数駆動信号である。図2に示
された特定の実施態様では、関係するラジオ周波数信号
は、e3 として示される。パラメータ
【外2】 は、規格化パラメータであり、特に、最大伝送度から最
小伝送度に移るのに与えられる電圧である。明らかに、
伝送度は、変調器を通過する光信号の入/出力動作に関
連する。示された例では、光入力信号は、信号Pinによ
り表され、Poutとして示された出力信号は、入力信号
に伝送度を掛けたものに等しい。従って、変調器2によ
り、光入力パワー変調におけるスペクトル成分と駆動信
号高調波との積を実行することができる。
【0010】もしラジオ周波数信号VRFが、十分強いシ
ヌソイド信号であるならば、伝送度は、信号e3 の高調
波周波数に対応する周波数を有する成分を含む。そのよ
うな高調波の相対振幅は、変調器特性(図3参照)上、
すなわちバイアス電圧Vbias上の作動ポイント位置に依
存する。特に、作動ポイントを最大又は最小伝送度に隣
接して配置することによってのみ偶数高調波を有するこ
とができ、特性中心にて動作することにより奇数高調波
のみを有することができる。ここに示されている特定の
実施態様では、4(N=4)による周波数分割を行うこ
とが望まれる。従って、ラジオ周波数信号の第3高調波
(N−1=3)を発生し使用するために、特性中心が選
択されており、該特性中心は、図3中で矢印により示さ
れた変曲点のうちの一つに隣接している。換言すれば、
以下の結果が得られる。 (i)周波数f1 の信号e3 から開始して、周波数(N
−1)f1 の(N−1)番目高調波の発生(非線形動作
を原因とする)、及び(ii)(総周波数を有する信号に
加えて)周波数が入力信号周波数間の差に等しい出力信
号の発生(変調器2の典型的な積動作を原因とする)。
【0011】一般に、入力信号Pinにより変換された周
波数f0 は、周波数f1 のN倍である(f0 =Nf1
から、出力差信号は、次の周波数、 Nf1 −(N−1)f1 =f1 を有し、この後者が所望の周波数である。明らかに、異
なる作動ポイント及び/又は異なる非線形特性を有する
コンポーネントを選ぶことにより、異なるオーダーの高
調波を発生でき、よって、異なるファクターによる分割
を行うことができる。いずれにしても、高調波の発生は
変調器2内部で起こるので、変調器2自身のラジオ周波
数入力のパスバンドが、周波数f1 を有する信号の周波
数を越えて拡がることは必要ではないことは重要であ
る。
【0012】まとめると、図2では、光入力信号Pin
分割されるべき周波数(上記例では40Gbit/s)
にて変調される強度は、電気光学変調器2を介して光信
号Pout を発生する。この光信号Pout は、場合によっ
ては遅延ラインとして動作する光ファイバー3のセクシ
ョンを介して、フォトダイオード4により受信される。
フォトダイオード4では、光信号Pout は、電気信号e
1 に変換される。フォトダイオード4の下流に配置され
る可変電気遅延ライン5を通過した後、信号e1 は、周
波数f1 を中心としてチューニングされたバンドパスフ
ィルター8においてフィルタリングされる。このように
して得られたフィルタリング信号は、e3 として示され
ており、変調器2の入力VRFに送り返され、フィードバ
ックされる。通常、フィルター8(これもフィードバッ
ク経路内でフォトダイオード4の下流に配置)から変調
器2に通過する際、この信号は、振幅調整増幅ステージ
9及び例えば双方向カップラーのような抽出デバイス1
0を通過するようにもされる。抽出デバイス10は、フ
ィードバック信号の一部を抽出し、デバイス用の出力信
号e2 を構築する。本回路は、入力信号Pinと発振信号
3 間のフェーズロックを行う。このことが、図1の支
流同期回復デバイスのような応用に対して本回路を有効
ならしめている。
【0013】出願人により行われた実験により、図2の
一般図以内において幾つかの特定の適用実施態様を用い
ることの利点が示された。これらの実施態様は、たとえ
それ自体が必修でなくとも、一般に好ましいものと考え
られる。特に、好ましくは、入力信号Pinは、公知タイ
プで且つ特定的に示されてはいない偏光制御部を介して
変調器2内に入れられる。フィードバック経路においる
信号により受ける遅延の大半に対して応答する光ファイ
バー3を使用することは、必要な場合に回路動作を安定
化するためには一般に好ましいと考えられる。フィード
バックループの電気セクションにおいて与えられる可変
遅延ライン5は、全体フェーズシフトを微細に制御する
のに必要である。プリアンプ6と可変減衰器7により、
循環パワーを正確に調整することができる。バンドパス
フィルター8は、特定の選択特性を要しない。増幅器9
は、変調器2の入力VRFに与えられる信号e3 を十分高
いレベル(例えば約25dBm)に上げ、変調器2内部
において所望の高調波を作るのに必要な歪みがこの信号
に与えられるようにする。明らかに、コンポーネント部
分及び実施態様は、本発明の範囲から逸脱しない範囲に
おいて本発明の原理を変えることなく、記載され示され
たことに対して大きく変更され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による周波数分割器回路が適用できるO
TDM光伝送システムの一般構成をブロック図の形式に
て示す。
【図2】本発明による分割器回路の一般構造をブロック
図形式にて示す。
【図3】図2の回路のコンポーネントのうちの一つの動
作特性を示す図である。
【符号の説明】
T 光リンクシステム W 光ファイバーライン AE1、AE2 増幅/等化ユニット S パルスソース SP1、SP2 セパレーター M1...M4 光変調器 L1...L4 光遅延ライン OC 光カップラー SD データソース C1...C4 チャンネル SYN 同期発振器 DMPX 光デマルチプレクサー RX1...RX4 受信器 1 同期回復回路 2 マッハ・ツェンダー変調器 3 光ファイバー 4 フォトダイオード 5 可変電気遅延ライン 6 プリアンプ 7 可変減衰器 8 バンドパスフィルター 9 増幅器 10 双方向カップラー
フロントページの続き (72)発明者 アンドレア・デ・マルキ イタリー国 10129 トリノ、シー.エ ツセオ・ガリレオ・フエラーリス 94 (72)発明者 ラツフアエレ・ギラルデイ イタリー国 12084 モンドヴイ(シ ー・エヌ)、ヴイア・マンツオーニ 17 (72)発明者 ステフアニア・ロエミスク イタリー国 10040 ボルガレツト(テ イー・オー)、ヴイア・カーセ・スパル セ 14 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/06 H04J 14/08 G02F 1/00 - 1/03 502

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (ア)非線形動作を行う電気光学ミキサ
    ー手段(2)であって、所与の周波数(f1 )の電気信
    号(e3 )に加えて、分割されるべき周波数(f0 )の
    第1光信号(Pin)を入力として受信し、第2光信号
    (Pout )を出力として発生するように適応され、この
    第2光信号(Pout )の変調スペクトルは、分割される
    べき前記周波数(f0 )と前記非線形動作を原因として
    発生される前記所与の周波数(f1 )の少なくとも1つ
    の高調波との差に対応する周波数をミキシング動作の結
    果含む、上記電気光学ミキサー手段(2)、(イ)光電
    式変換器手段(4)を含むフィードバック経路(3〜1
    0)であって、光電式変換器手段(4)は、前記電気光
    学ミキサー手段(2)に送り返されるべく適応した電気
    変換信号(e1 )に前記第2光信号(Pout )を変換す
    る、上記フィードバック経路(3〜10)、(ウ)前記
    フィードバック経路に接続され、前記差周波数の成分を
    前記スペクトルから抽出するフィルタリング手段
    (8)、及び(エ)周波数分割操作から得られる信号
    (e2 )として、前記差周波数の信号を前記フィードバ
    ック経路から引き出す抽出手段(10)、を含むことを
    特徴とする光電式周波数分割器回路。
  2. 【請求項2】 前記電気光学ミキサー手段(2)が、マ
    ッハ・ツェンダー電気光学変調器を含むことを特徴とす
    る請求項1記載の回路。
  3. 【請求項3】 前記少なくとも1つの高調波のオーダー
    を選択する制御入力(Vbias)が、前記電気光学ミキサ
    ー手段(2)に与えられることを特徴とする請求項1又
    は請求項2に記載の回路。
  4. 【請求項4】 前記電気光学ミキサー手段が、実質的に
    シヌソイド伝送度/入力電圧特性を示すこと、及び、前
    記電気光学ミキサー手段(2)が、前記少なくとも1つ
    の高調波が奇数オーダーの高調波であるように、前記特
    性において中間ポイントの一つに隣接して作動すること
    を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載
    の回路。
  5. 【請求項5】 前記少なくとも1つの高調波が、前記所
    与の周波数(f1 )の第3高調波であることを特徴とす
    る請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の回路。
  6. 【請求項6】 前記フィードバック経路(3〜10)が
    少なくとも1つの遅延要素(3、5)を含むことを特徴
    とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の回
    路。
  7. 【請求項7】 前記フィードバック経路が、前記電気光
    学ミキサー手段(2)と前記光電式変換器手段(4)の
    間に挿入された光導波路(3)を遅延要素として含むこ
    とを特徴とする請求項6記載の回路。
  8. 【請求項8】 前記フィードバック経路が、電気信号に
    作用し且つフィードバック経路に沿って前記光電式変換
    器手段(4)の下流に配置される遅延ライン(5)を遅
    延要素として含むことを特徴とする請求項6又は請求項
    7に記載の回路。
  9. 【請求項9】 前記フィードバック経路内において、前
    記フィルタリング手段(8)が、前記光電式変換器手段
    (4)の下流に配置されることを特徴とする請求項1〜
    請求項8のいずれか一項に記載の回路。
  10. 【請求項10】 前記フィードバック経路において、前
    記電気光学ミキサー手段(2)の非線形動作を保証する
    ようなレベルに前記電気信号(e3 )を保持する利得制
    御手段(6、7、9)を含むことを特徴とする請求項1
    〜請求項9のいずれか一項に記載の回路。
  11. 【請求項11】 前記差周波数の前記成分が前記電気光
    学ミキサー手段(2)に送られる前記電気信号(e3
    として使用されるように、前記フィルタリング手段が、
    前記フィードバック経路において接続されることを特徴
    とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の回
    路。
  12. 【請求項12】 前記差周波数の前記成分が周波数分割
    操作により得られる信号(e2 )として使用されるよう
    に、前記抽出手段(10)が前記フィルタリング手段
    (8)の下流に配置されることを特徴とする請求項1〜
    請求項11のいずれか一項に記載の回路。
  13. 【請求項13】 前記第1光信号(Pin)は、複数の支
    流フローを光学的に時分割多重化することにより得られ
    る総フローに属する信号であり、支流フローの各々は、
    前記所与の周波数(f1 )に等しいビットレートを有
    し、また、周波数分割操作により得られる前記信号(e
    2 )は、前記支流フローに同期した信号であり、総フロ
    ーをデマルチプレクシングするための同期信号を形成す
    ることを特徴とする請求項1〜請求項12のいずれか一
    項に記載の回路。
  14. 【請求項14】 光時分割多重化法によりインターリー
    ブされた所与の数(N)の光支流信号から成る総フロー
    を伝送する光信号(Pin)から、前記光支流信号の周波
    数(f1 )の同期信号を抽出する方法であって、(ア)
    変調スペクトルを有する別の光信号(Pout )を発生す
    るために、前記光支流信号の周波数(f1 )の電気信号
    (e3 )を用いて前記光信号(Pin)に非線形電気光学
    ミキシング操作(2)を加える操作であって、前記変調
    スペクトルは、ミキシング操作を原因として、前記総フ
    ローの周波数(f0 )と前記ミキシング操作の非線形動
    作故に発生した前記光支流信号の周波数(f1 )の少な
    くとも1つの高調波との差に対応した周波数を含む、該
    操作、(イ)前記別の光信号(Pout )を電気変換信号
    (e1 )に変換する操作であって、該電気変換信号(e
    1 )は、一般フィードバック経路に従って前記電気光学
    ミキシング操作のための前記電気信号(e3 )を発生す
    るのに用いることができ、フィルタリング操作(8)
    は、前記フィードバック経路に関連し前記差周波数の成
    分を前記スペクトルから抽出する、上記変換操作、
    (ウ)前記差周波数に対応する信号(e2 )を前記フィ
    ードバック経路から抽出する操作(10)であって、そ
    のようにして抽出された信号は、前記同期信号である、
    該抽出操作(10)、を含むことを特徴とする方法。
  15. 【請求項15】 N個のインターリーブされた光支流信
    号から成る総フローに適用される請求項14記載の方法
    であって、前記電気光学変換操作が、前記少なくとも1
    つの高調波が(N−1)番目のオーダーの高調波である
    ような非線形度にて実行されることを特徴とする上記方
    法。
  16. 【請求項16】 前記別の光信号(Pout )と前記フィ
    ードバック経路内の前記電気変換信号(e1 )とのうち
    の少なくとも1つの伝搬を遅延させる操作を含むことを
    特徴とする請求項14又は請求項15に記載の方法。
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