JP3014258B2 - アナログ光通信システム - Google Patents

アナログ光通信システム

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JP3014258B2 JP5282160A JP28216093A JP3014258B2 JP 3014258 B2 JP3014258 B2 JP 3014258B2 JP 5282160 A JP5282160 A JP 5282160A JP 28216093 A JP28216093 A JP 28216093A JP 3014258 B2 JP3014258 B2 JP 3014258B2
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    • H04J14/0298—Wavelength-division multiplex systems with sub-carrier multiplexing [SCM]

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アナログ光システムの
縦続歪み補償に関し、特に、各素子が特定の機能を提供
することが可能な、複数の前または後歪み補償素子の直
列接続を使用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】アナログ光通信システムの発展領域に、
ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）網がある。特に、長波長分
布フィードバック（ＤＦＢ）レーザ技術における最近の
進歩によって、複数のＣＡＴＶチャネルをλ＝１．３μ
ｍの１つのシングルモードファイバによって伝送するこ
とが可能となった。（例えば、ティ．イー．ダーシー
(T. E. Darcie)他「光波サブキャリアＣＡＴＶ伝送シス
テム」、IEEE Trans. Microwave Theory Tech.、第ＭＴ
Ｔ−３８巻第５２４ページ（１９９０年）参照。）ＤＦ
Ｂレーザからのアナログ歪みおよびノイズが低レベルで
あることにより、共通通信路上に多くのチャネルが存在
することが特定のチャネルの受信にあまり影響を与えな
いというシステム条件を満足することが分かっている。
【０００３】しかし、多くの文献にあるように、ＤＦＢ
レーザの非線形性はシステムの合成２次（ＣＳＯ）歪み
に影響を与えることが分かっている。前歪み回路がレー
ザの非線形性を補償するために開発されている。装置の
一例が、米国特許第４，９９２，７５４号（発明者：エ
イチ．エー．ブローヴェルト(H. A. Blauvelt)他）に開
示されている。この装置では、歪みは、ＤＦＢレーザに
よって導入される歪みと大きさが等しく逆符号の前歪み
信号を加えることによって補償される。入力信号は一次
と二次の２つのパスに分割される。信号の一次部分は、
二次パスの遅延を補償する時間遅延を含み、直接デバイ
スに送られる。二次パスの前歪み器が高調波信号を発生
する。その振幅は、歪みの振幅に一致するように調節さ
れる。歪みの周波数依存性に対して前歪みの振幅を補償
するために傾斜調整が行われる。前歪み信号の位相が一
次信号の位相と正確に関係づけられるように、遅延の微
調整も含まれる。
【０００４】ブローヴェルト他の文献に記載されていな
い非線形性の他の源、例えば、ＤＦＢレーザに固有のＦ
Ｍチャープとファイバ分散の相互作用（イー．イー．バ
ーグマン(E. E. Bergmann)他「１．５μｍでの分散誘導
合成２次歪み」、IEEE Photonics Tech. Lett.第３巻第
１号（１９９１年１月）第５９ページ、という論文に記
載）もまた、システム性能に影響を与えることがある。
バーグマン他の文献に記載されているように、分散非線
形性は、分散シフトファイバの利用、レーザチャープの
縮小、または比較的短スパン（例えば３ｋｍ未満）への
適用制限によって、打ち消すことができる。この組合せ
の前歪み補償の例は、エイチ．ジセル(H. Gysel)他「レ
ーザチャープおよびファイバ分散の結合効果を補償する
電気的前歪み」、Electronic Letters、第２７巻第５号
第４２１〜３ページ」という論文に記載されている。ジ
セル他は、光送信デバイスに加えられる信号中に予想さ
れる歪みの逆を「組み込む」ために、バラクタダイオー
ド／インダクタの組合せの利用について説明している。
【０００５】最近、ドープファイバ増幅器が使用可能と
なり、連結損失の収支を大きく改善するためにＣＡＴＶ
網で使用可能である。特に、エルビウムドープファイバ
増幅器（ＥＤＦＡ）は、高い飽和出力パワー、偏光非依
存増幅、および低い固有光学ノイズを示すため、有望な
素子である。ＥＤＦＡの高い飽和出力パワーは、ＣＡＴ
Ｖ伝送および分配アプリケーションに特に重要である。
さらに、その飽和利得特性は、小さい吸収および誘導放
出断面積、ならびに、エルビウムイオンの長い準安定寿
命のために、数キロヘルツより高速の入力信号変動には
応答しない。しかし、ＥＤＦＡが直接変調されたＤＦＢ
レーザからのアナログ光ＡＭ ＣＡＴＶ多重キャリア信
号を増幅するために使用される場合には、システム歪み
の増大が観測される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】一般に、上記の分散源
の組合せは、通信システムに含まれる外部変調器やエル
ビウムドープファイバ増幅器のような他の非線形素子と
ともに、システム性能に歪みを加える可能性のある全シ
ステムベースの非線形効果を引き起こす。従来の補償技
術は、素子レベル（すなわち、通信システムへのインス
トール前）における歪みには対処しているが、全アナロ
グ通信システムに対する十分な補償を提供することがで
きない。
【０００７】従って、動作中のアナログ光通信システム
内に存在するシステムレベルの非線形性に起因する信号
歪みを縮小する必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】従来技術に残された要求
は、本発明によって解決される。本発明は、アナログ光
システムの縦続歪み補償に関し、特に、複数の前または
後歪み補償素子の直列接続を使用する装置に関する
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の原理による縦続直列歪み補
償を利用したアナログ光通信システム１０の例の一般化
したブロック図である。一般に、システム１０は、レー
ザ送信器１２を有する。レーザ送信器１２は、光ファイ
バ１４を通じて光受信器１６（例えばＰＩＮ−ＦＥＴ受
信器）へ伝播する光通信信号を形成するために利用され
る。本発明の原理によれば、ｎ個の前歪み補償素子１８
がレーザ送信器１２への入力の前に縦続直列配置で設置
される。図１では、Ｎ個の後歪み補償素子２０が受信器
１６の出力の後ろに縦続直列配置で設置されている（た
だし、ｎはＮに等しくても等しくなくてもよい）。動作
時には、電気的（ＲＦ）メッセージ信号ｉ（ｔ）が入力
として前歪み素子１８の直列配置に加えられ、それを通
過しながら修飾され、出力において前歪み入力信号
ｉ″．．′（ｔ）を生成する。次に、前歪み入力信号
ｉ″．．′（ｔ）は入力として送信器１２に加えられ
る。送信器１２は、必要な帯域幅にわたってほぼ線形で
あるように十分前歪みを加えられた光信号を発生する。
続いて、この光信号は、光ファイバ１４に沿って伝播
し、入力として光受信器１６に加えられる。光受信器１
６は例えばＰＩＮ−ＦＥＴ受信器からなる。光受信器１
６は、この光信号を電気的表現Ｉ（ｔ）に変換する。変
換された電気信号Ｉ（ｔ）は、光ファイバ１４（色分
散）および光受信器１６の両方によって導入された歪み
を含む。後歪み補償素子２０が受信器１６の出力に結合
されており、これらの歪み要素をほぼ補償するために利
用される。
【００１０】前歪み補償配置１８は、ｎ個の歪み補償素
子１８1、１８2、．．．、１８nからなり、各素子は、
レーザ送信器に付随する相異なる歪み因子を補正するた
めに利用される。例えば、レーザデバイス自体に付随す
る歪みは、素子１８iによって補正される。他のさまざ
まな要素、例えば、光増幅器や外部変調器をレーザ送信
器とともに配置可能であり、これらの要素に付随する歪
みは必要に応じて補償される。同様に、後歪み補償配置
２０はＮ個の歪み補償素子２０1、２０2、．．．、２０
Nからなり、各素子は、光受信器に付随する相異なる歪
み因子を補正するために利用される。例えば、光ファイ
バ１４に沿っての色分散による歪みは、素子２０iによ
って補正される。
【００１１】上記のように、本発明の直列縦続配置の利
点は、配置のモジュール性である。すなわち、他の補償
素子の補償特性を乱すことなく、個々の素子を変更する
ことができる。例えば、送信器１２が異なるレーザ源に
置換された場合、異なる歪み補償素子１８iに置換する
ことができる。同様に、受信器が異なる長さのファイバ
に移された場合、例えば、ファイバ分散を補償している
後歪み素子２０iは、他の後歪み素子を調節することな
く置換することができる。従って、本発明の配置は、配
備されているシステムの環境の変化に適応するようにユ
ーザによって必要に応じて変更することができる。
【００１２】図２は、図１のシステム１０で利用可能な
ｎ＝２個の前歪み補償素子の図である。特に、第１の素
子１８1は、レーザ送信器１２（図１）の固有の非線形
性を補償するために利用される。図示のように、素子１
８1はスプリッタ３０を有する。スプリッタ３０は、入
力（電気）信号ｉ（ｔ）を第１の信号路３２および第２
の信号路３４に沿って送出するように作用する。第１信
号路３２は遅延手段３６を有する。遅延手段３６は、第
２信号路３４に付随する遅延にほぼ等しい時間遅延τ1
を信号ｉ（ｔ）に加えるように作用する。第２信号路３
４は、補償要素３８（例えば信号平方器）を有する。補
償要素３８は、送信器１２に付随する特定の非線形性を
（振幅、位相および周波数で）ほぼ２倍にする。このよ
うな補償方式の詳細は当業者に周知であるため、ここで
説明する必要はない。要素３８の出力はインバータ４０
でほぼ符号反転される。次に、加算要素４２が、もとの
（遅延された）信号を歪み補償信号に加算して第１歪み
補償信号ｉ′（ｔ）を形成するために使用される。
【００１３】上記のように、システムの非線形性へのも
う１つの影響は、送信器１２とともに配置されるドープ
ファイバ増幅器（図示せず）の存在に起因する。このよ
うな増幅器からの合成２次（ＣＳＯ）歪みへの寄与は、
ファイバ増幅器のドープ領域内での偶発的なＦＭからＡ
Ｍへの変換の結果であることが分かっている。また、外
部変調器をレーザ送信器１２とともに利用することによ
っても、同様の種類の歪みを形成することがある。いず
れの場合にも、レーザ源が注入電流を通じて直接変調さ
れると、その光周波数も同様に変動する。この周波数変
調信号が、波長依存利得Ｇ（ν）を有するファイバ増幅
器（または外部変調器）を通過する際に、信号は望まし
くない振幅変調を受け、これが入力信号の所望の振幅変
調に重ね合わされる。従って、レーザと増幅器（または
変調器）の組合せからの有効Ｌ−Ｉ曲線は線形以上また
は線形以下となり、望ましくない２次歪みを生じる。ド
ープファイバ増幅器の存在に関係するこの２次歪み（２
ＨＤと書く）は次のように表現することができる。
【数１】 ただし、δＧ／δν（本明細書では偏微分の記号をδで
代用する）は、ドープファイバ増幅器曲線の傾きとして
定義され、ｄν／ｄＩは周波数チャープであり、Ｉmは
変調電流の振幅であり、Ｇ（ｐ￣，ν0）は時間不変利
得として定義される。（ｐ￣は「ｐのバー」を表す。）
ＣＡＴＶシステムの第ｊチャネルの２次歪みに関係する
ＣＳＯ歪みは次のように表される。ＣＳＯj＝ｃj［２Ｈ
Ｄ］2
【００１４】上記のような増幅器に起因するＣＳＯ歪み
は、図２の前歪み素子１８2を使用して補正される。特
に、素子１８2は、第１前歪み素子１８1から出力された
第１前歪み信号ｉ′（ｔ）に応答する。図示のように、
第２前歪み素子１８2は、信号路の対５２および５４に
沿って前歪み信号ｉ′（ｔ）を送出するスプリッタ５０
を有する。信号路５２は、第２の信号路５４に沿った時
間遅延とほぼ等しい所定の時間遅延τ2を与える遅延要
素５６を含む。第２信号路５４は、平方要素５８、減衰
器６０および時間遅延手段６２を含み、ａｉk（ｔ−
τ2）の形の歪み信号を形成する。加算要素６４が、こ
の歪み信号を信号路５２に沿った第１の（遅延された）
歪み信号ｉ′（ｔ）に加算するために使用され、第２の
前歪み信号ｉ″（ｔ）を形成する。続いて、信号ｉ″
（ｔ）は、図１のレーザ送信器１２に入力として送られ
る。上記のように、他のさまざまな前歪み素子を上記の
ものに付加することが可能である。
【００１５】図３は、Ｎ＝２後歪み要素２０1および２
０2の例である。上記のように、アナログ光通信システ
ム１０におけるもう１つの歪み源は、光ファイバ１４に
よって導入される色分散である。研究によれば、ファイ
バ長の増大、および、チャネル周波数の増大とともにＣ
ＳＯも増大する。さらに、チャープが大きいレーザほど
ＣＳＯも悪化することが分かっている。理論的には、特
定のチャネルｊに対するレーザチャープとファイバ分散
の組合せに起因するＣＳＯは以下のように表される。
【数２】 ただし、ｃjはＣＳＯ成分の数、ωjは歪みが生じる角周
波数、ｍは変調指数、ｐ￣は平均光パワー、ｄｐ／ｄＩ
は光勾配効率、αsはシステム減衰率、Ｄはファイバ分
散、Ｌはファイバ長、ｄν／ｄＩはレーザチャープ、λ
は平均信号波長、ｃは光速度である。
【００１６】図３の第１後歪み補償素子２０1が、上記
の色分散を補償するために使用される。特に、素子２０
１は信号スプリッタ７０を有する。信号スプリッタ７０
は、入力として、光受信器１６（図１）から電子出力信
号Ｉ（ｔ）を受信する。続いて、スプリッタ７０の出力
は、第１信号路７２および第２信号路７４に沿って伝送
される。前に図２に関して説明した前歪み素子と同様
に、第１信号路７２は、第２信号路７４と等しい時間遅
延τ1を与える遅延手段７６を有する。図示のように、
第２信号路７４は、色分散を補償するために利用される
いくつかの要素を有する。特に、第２信号路７４は、信
号の第２高調波を形成するために利用される平方手段７
８、および、信号のｊ次微分を形成するために使用され
る微分器８０を有する。ファイバ分散補正の場合は、１
次微分が利用される。減衰器８２が第２信号路７４に配
置され、歪み補償の正確なレベルを与えるためにユーザ
が調整することができる。１次微分信号が使用されると
仮定すれば、第２信号路７４からの出力は、項ｂ・ｄＩ
2（ｔ−τb）／ｄｔによって定義される。続いて、この
歪み補償信号は、加算要素８４内で、第１信号路７２に
沿って伝播した信号Ｉ（ｔ）と加算され、出力として、
第１後歪み信号Ｉ′（ｔ）を形成する。
【００１７】第２後歪み補償素子２０2は、第１素子２
０1の出力に配置され、受信される信号への高次の補正
因子を与えるために使用される。例えば、この素子は、
合成３次うなり（ＣＴＢ）歪みを補償するために使用さ
れる。特に、素子２０2は信号スプリッタ９０を含む。
信号スプリッタ９０は、第１後歪み信号Ｉ′（ｔ）に応
答して、この信号を信号路の対９２および９４に沿って
送出する。第１の信号路９２は遅延手段９６を有する。
第２信号路９４は、補償要素９８を含む。補償要素９８
は、入力される信号の立方を形成するように作用する。
加算要素１００が、信号路９２および９４に沿って伝播
した信号を結合するために使用され、出力として第２後
歪み信号Ｉ″（ｔ）を形成する。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ア
ナログ通信システム全体に対する十分な補償を提供する
ことができ、動作中のアナログ光通信システム内に存在
するシステムレベルの非線形性に起因する信号歪みを縮
小することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の縦続直列歪み補償配置を利用したアナ
ログ光通信システムの図である。
【図２】図１のシステムとともに使用可能な複数の縦続
前歪み補償素子の図である。
【図３】図１のシステムとともに使用可能な複数の縦続
後歪み補償素子の図である。
【符号の説明】
１０ アナログ光通信システム １２ レーザ送信器 １４ 光ファイバ １６ 光受信器 １８ 前歪み補償素子 ２０ 後歪み補償素子 ３０ スプリッタ ３２ 信号路 ３４ 信号路 ３６ 遅延手段 ３８ 補償要素 ４０ インバータ ５０ スプリッタ ５２ 信号路 ５４ 信号路 ５６ 遅延要素 ５８ 平方要素 ６０ 減衰器 ６２ 時間遅延手段 ６４ 加算要素 ７０ 信号スプリッタ ７２ 信号路 ７４ 信号路 ７６ 遅延手段 ７８ 平方手段 ８０ 微分器 ８２ 減衰器 ８４ 加算要素 ９０ 信号スプリッタ ９２ 信号路 ９４ 信号路 ９６ 遅延手段 ９８ 補償要素 １００ 加算要素
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−97549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−102837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−94247（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−14741（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子入力信号に応答して、アナログ光出
    力信号を出力する光信号源（１２）と、 前記光信号源の出力に接続された光信号路（１４）と、 前記光信号路に接続され、光信号から前記電子入力信号
    を回復する光受信器（１６）と、 前記光信号源、前記光信号路および前記光受信器によっ
    て発生される歪みと一対一に対応してそれぞれ別個の所
    定の歪みを補償するように設定された、縦続接続された
    複数の歪み補償素子（１８，２０）とからなるアナログ
    光通信システム（１０）において前記複数の歪み補償素
    子は、前記光信号源への入力および前記光受信器の出力
    の両方に配置され、前記光信号源への入力において前歪
    み電子入力信号を提供するとともに、前記光受信器の出
    力において回復された電子信号への後歪み補償を行うこ
    とを特徴とするアナログ光通信システム。
  2. 【請求項２】 前記複数の歪み補償素子は、前記光信号
    源に前歪み電子入力信号を提供するように、前記光信号
    源への入力に縦続接続された複数の前歪み補償素子（１
    ８）を含むことを特徴とする請求項１に記載のアナログ
    光通信システム。
  3. 【請求項３】 前記複数の前歪み補償素子（１８）は、
    固有レーザ歪みおよびレーザ送信器内に含まれる要素の
    非線形性に付随する歪みを補償するために利用されるこ
    とを特徴とする請求項２に記載のアナログ光通信システ
    ム。
  4. 【請求項４】 １つの前歪み補償素子（１８2）は、レ
    ーザ送信器内に含まれるドープファイバ増幅器の補償を
    行うように選択されることを特徴とする請求項３に記載
    のアナログ光通信システム。
  5. 【請求項５】 １つの前歪み補償素子がはレーザ送信器
    内に含まれる外部変調器の補償を行うように選択される
    ことを特徴とする請求項３に記載のアナログ光通信シス
    テム。
  6. 【請求項６】 前記複数の歪み補償素子（１８）は、回
    復された電子信号への補償を行うように、前記光受信器
    の出力に縦続接続された複数の後歪み補償素子（２０）
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のアナログ光通
    信システム。
  7. 【請求項７】 １つの後歪み補償素子は、前記光信号路
    に付随する色分散の補償を行うように選択されることを
    特徴とする請求項６に記載のアナログ光通信システム。
  8. 【請求項８】 １つの後歪み補償素子は、前記光受信器
    の補償を行うように選択されることを特徴とする請求項
    ６に記載のアナログ光通信システム。
  9. 【請求項９】 前記複数の歪み補償素子は、 前記光信号源に前歪み電子入力信号を提供するように、
    前記光信号源への入力に縦続接続された複数の前歪み補
    償素子（１８）と、 回復された電子信号への補償を行うように、前記光受信
    器の出力に縦続接続された複数の後歪み補償素子（２
    ０）とからなることを特徴とする請求項１に記載のアナ
    ログ光通信システム。
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