JP3528998B2 - 光伝送システムおよび光伝送方法 - Google Patents
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Description
関し、より特定的には、電気信号を光強度変調信号に変
換して伝送するアナログ光伝送方式の光伝送システムに
関する。
示したブロック図である。図4において、本光伝送シス
テムは、信号源801と、電気光変換部804と、光伝
送路805と、光電気変換部808とを備えている。ま
た、電気光変換部804は、光源8041を含む。
おいて、信号源801は、光伝送すべき電気信号を出力
する。電気光変換部804は、この電気信号を光強度変
調信号に変換し、光伝送路805を介して伝送する。光
電気変換部808は、この伝送されてきた光信号を電気
信号に再変換する。
法としては、その代表的なものに、図5に示した直接光
変調方式によるものと、図6に示した外部光変調方式に
よるものとがある。図5の直接光変調方式では、光源8
041に半導体レーザなどを使用し、その注入電流を上
記電気信号で振幅変調することにより、光強度変調信号
を出力する。また、図6の外部光変調方式では、光源8
041からの無変調光を外部光変調器8042に入力
し、バイアス電圧発生部807によって決定される所定
のバイアス電圧(Vb )条件下において、外部光変調器
8042に印加する電圧を上記電気信号で振幅変調する
ことによって、光強度変調信号を出力する。
光変換部804における入力信号(電気信号)と出力信
号(光信号)との関係における非線形性が、光伝送にお
ける伝送品質(歪特性)を決定する上で大きな問題とな
る。すなわち、図7(直接光変調方式の場合)または図
8(外部光変調方式の場合、動作点Pにおいて)のよう
に、電気光変換部804における入出力伝達関数F
(x)が、 F(x)=a+bx+cx2 +dx3 で表わされる場合を考えると、2次の係数cが大きいほ
ど2次歪が大きく発生し、3次の係数dが大きいほど3
次歪が大きく発生する。
すると、2次歪として周波数2fの2倍高調波、あるい
は3次歪として周波数3fの3倍高調波が発生する。さ
らに、周波数の異なる複数の信号を多重した周波数多重
信号を電気光変換すると、2次の相互変調歪(IM2)
やその複合歪であるCSO、あるいは3次の相互変調歪
(IM3)やその複合歪であるCTBなどが生じる。こ
れらの歪は、特にアナログ伝送の場合、搬送波に対する
妨害波として、伝送品質を大きく劣化させることにな
る。
光伝送を行なおうとする場合は、伝達関数F(x)の2
次以上の係数(c,d,…)の絶対値を小さくする、す
なわち電気光変換部804の線形性を向上させる必要が
ある。そのために、直接光変調方式では、光源として線
形性の良いDFB(distributed feed
back;分布帰還型)レーザを使用し、さらにその性
能を向上させる研究が行われている。一方、外部光変調
方式では、図8に示すような入出力特性を有する外部光
変調器について、そのバイアス電圧(Vb )を線形性の
最も良好な領域(P点またはQ点)に最適設定する。こ
のような動作条件においても、外部光変調器は、一般に
DFBレーザに比べて線形性が劣るので、プリディスト
ーションなどの歪補償技術を用いて電気光変換における
線形性を向上させる努力がなされている。
に光伝送システムにおいて、電気光変換部804におけ
る非線形性は、伝送品質を劣化させるため、その線形性
を向上させることが望まれる。しかしながら、電気光変
換部804における線形性の向上は、上述のようにデバ
イスに依存する要素が大きく、このデバイスの特性を向
上させることは、一般的に困難である。また、デバイス
個々の特性ばらつきなどの問題もあり、従来の光伝送シ
ステムでは、電気光変換部における線形性をこれまで以
上に向上させることが困難であるという問題点を有して
いた。さらに、電気光変換部の光源として線形性の良い
DFBレーザを使用した場合、このようなDFBレーザ
は高価であるので、システムのコストを上昇させるとい
う問題点もあった。
能の光デバイスを使用しながら、電気光変換部で発生す
る歪みを低減でき、結果として高品質な光伝送が行える
光伝送装置を提供することである。
発明は、電気信号を光信号に変換して伝送するシステム
であって、電気信号を出力する信号源と、電気信号を2
分岐する分岐部と、分岐部において2分岐された一方の
電気信号である第1の変調信号を強度変調された光信号
に変換して出力する電気光変換部と、電気光変換部から
出力された光信号を伝送する第1の光伝送路と、分岐部
において2分岐された他方の電気信号である第2の変調
信号に所定量の時間遅延を与える遅延部と、所定のバイ
アス電圧が印加された状態で動作し、遅延部から出力さ
れる第2の変調信号の大きさに従って、第1の光伝送路
によって伝送されてきた光信号を強度変調する外部光変
調部と、外部光変調部から出力された光信号を伝送する
第2の光伝送路と、第2の光伝送路によって伝送されて
きた光信号を電気信号に再変換する光電気変換部とを備
え、外部光変調部は、第1の光伝送路によって伝送され
てきた光信号に含まれる、電気光変換部の電気光変換特
性の非線形性に起因した歪み成分を、当該光信号に含ま
れる第1の変調信号に相当する成分と、遅延部から出力
される第2の変調信号とを乗算することにより相殺する
ことを特徴としている。
部で光信号に変換する際、光信号中には、歪み成分が発
生し、伝送品質を劣化させる。そこで、上記第1の発明
では、電気光変換部から出力された光信号を、さらに外
部光変調部において同一の電気信号で強度変調すること
により、電気光変換部で生じる歪み成分と逆位相・同振
幅の歪みを強制的に発生させ、それによって光信号中に
含まれる歪み成分を相殺するようにしている。その結
果、従来と同等性能のデバイスを使用しながら、高品質
な光伝送が可能な光伝送システムを実現することができ
る。
源を基準とし、分岐部,電気光変換部,第1の光伝送路
および外部光変調部を経由して第2の光伝送路に至る信
号伝搬経路の遅延量DL1 と、分岐部,遅延部および外
部光変調部を経由して第2の光伝送路に至る信号伝搬経
路の遅延量DL2 とは、互いに等しくなるように設定さ
れており、電気光変換部の入力電気信号(第1の変調信
号)と出力光信号との関係を記述する入出力伝達関数F
1 (x)が、 F1 (x)=a1 +b1 x+c1 x2 +d1 x3 で表わされ、所定のバイアス電圧を印加された状態の外
部光変調部の入力電気信号(第2の変調信号)と出力光
信号の関係を記述する入出力伝達関数F2 (x)が、 F2 (x)=a2 +b2 x で表わされ、第1の変調信号のレベルP1 と、第2の変
調信号のレベルP2 との比が、 P1 :P2 =1:m で表わされるとき、mと、入出力伝達関数F1 (x)お
よびF2 (x)の係数とが、 b1 b2 m+c1 a2 ≒0(または、m≒−c1 a2 /
b1 b2 ) で表わされる関係を満足するように、第1および第2の
変調信号のレベルP1 およびP2 と、外部光変調部に印
加されるバイアス電圧値とが設定されることを特徴とし
ている。
達経路の遅延量DL1 と、第2の変調信号の伝達経路の
遅延量DL2 とが、互いに等しくなるように設定されて
いる。また、外部光変調部の線形性が良好でかつ外部光
変調部における光変調度が小さいため、外部光変調部の
入出力伝達関数F2 (x)が、 F2 (x)=a2 +b2 x で表わされる。この場合、mと、入出力伝達関数F1
(x)およびF2 (x)の係数とが、 b1 b2 m+c1 a2 ≒0 で表わされる関係を満足するように、第1および第2の
変調信号のレベルP1 およびP2 と、外部光変調部に印
加されるバイアス電圧値とを適当な値に設定することに
より、光信号に含まれる2次歪みを低減することができ
る。
る光伝送システムの構成を示すブロック図である。図1
において、本実施形態の光伝送システムは、信号源10
1と、分岐部102と、電気光変換部104と、第1の
光伝送路105と、外部光変調部106と、バイアス電
圧発生部107と、第2の光伝送路108と、光電気変
換部109と、遅延部110と、レベル調整部111と
を備えている。また、電気光変換部104は、光源10
41を含む。
る。信号源101は、伝送すべき電気信号として、例え
ば周波数fの正弦波を出力する。分岐部102は、この
電気信号を2分岐し、その一方(以下、第1の変調信号
と称す)を電気光変換部104に入力し、他方(以下、
第2の変調信号と称す)を遅延部110に入力する。遅
延部110は、入力された電気信号について所定の遅延
量を与えた後、出力する。図5と同様の直接変調方式を
採用する電気光変換部104は、光源1041を備え、
分岐部102から出力された所定レベルP1 の第1の変
調信号を、強度変調された光信号に変換して出力する。
この光信号は、第1の光伝送路105を介して、外部光
変調部106に入力される。レベル調整部111は、遅
延部110から出力された電気信号のレベルを所定レベ
ルP2 に調整した後、外部光変調部106に変調信号と
して印加する。図6と同様の外部変調方式を採用する外
部光変調部106は、バイアス電圧発生部107から供
給される所定のバイアス電圧(Vb )の条件下で動作
し、第2の変調信号の大きさに応じて、入力してきた光
信号に対して光強度変調を施した後、第2の光伝送路1
08へと出力する。光電気変換部109は、第2の光伝
送路108によって伝送されてきた光信号を電気信号に
再変換する。
岐部102、電気光変換部104および第1の光伝送路
105を介して外部光変調部106の光出力端(b)に
至る信号伝搬経路Aの遅延量(以下、第1の遅延量と称
す)をDL1 、信号源101の出力端子(a)から分岐
部102、遅延部110およびレベル調整部111を介
して外部光変調部106の光出力端(b)に至る信号伝
搬経路Bの遅延量(以下、第2の遅延量と称す)をDL
2 とする。また、電気光変換部104に入力される第1
の変調信号のレベルをP1 、外部光変調部106に入力
される第2の変調信号のレベルをP2とし、その比を P1 :P2 =1:m で表わす。
する電気光変換部104の入出力伝達関数F1 (x)
を、次式(1)で近似的に表す。 F1 (x)=a1 +b1 x+c1 x2 +d1 x3 …(1)
電圧(Vb )条件下における外部光変調部106の入出
力伝達関数F2 (x)を、次式(2)で近似的に表す。 F2 (x)=a2 +b2 x+c2 x2 +d2 x3 …(2)
数F2 (x)は、印加されるバイアス電圧条件によって
係数の大きさが変わり、例えばP点とQ点では、1次の
係数b2 の符号が反転する関係にある。また、R点近傍
にバイアス電圧を設定すれば、2次の特性が強く現れ
る。
部106の線形性が良好で、かつ外部光変調部106に
おける光変調度が小さいものとする。すなわち、本実施
形態では、外部光変調部106の入出力伝達関数F2
(x)が、前述の式(2)に代えて、次式(3)で表さ
れる。 F2 (x)=a2 +b2 x …(3)
(x)は、外部光変調器を一般に用いるバイアス電圧領
域(図3のP点またはQ点近傍)では線形性が良好であ
るため、式(2)における係数c2 ,d2 が小さくな
る。そのため、本実施形態では、外部光変調部106の
入出力伝達関数F2 (x)を、上式(3)のように近似
式で表しているのである。なお、1次の係数b2 は、P
点とQ点ではその符号が反転する。
1 と第2の遅延量DL2 とが等しくなるように、すなわ
ち第1の変調信号の伝達経路長と第2の変調信号の伝達
経路長とが等しくなるように、遅延部110における遅
延量が設定されている。
において、例えば2次歪を抑圧する場合には、次式
(4)の関係を満足するように、レベル調整部111お
よびバイアス電圧発生部107が設定される。 b1 b2 m+c1 a2 ≒0 …(4)
性が良好で、かつ外部光変調部106における光変調度
が小さい場合、すなわち外部光変調部106の入出力伝
達関数F2 (x)が式(3)で表される場合、第1の変
調信号を入力とし外部光変調部106から出射される光
信号を出力とする系の入出力伝達関数Ftotal (x)
は、次式(5)となる。 Ftotal (x)=a1 a2 +(b1 a2 +a1 b2 m)x +(c1 a2 +b1 b2 m)x2 +(d1 a2 +c1 b2 m)x3 +d1 b2 mx4 …(5)
ち、前述の式(4)の条件を満たす場合)、2次歪は発
生しない。他の歪み(3次歪み等)も同様の考え方で抑
圧が可能である。
における第1の遅延量DL1 と信号伝搬経路Bにおける
第2の遅延量DL2 とが所定の関係を有する(例えば、
等しくなる)ように、信号伝搬経路Aの長さと信号伝搬
経路Bの長さとをそれぞれ適当な値に設定するようにし
ても良い。この場合、第1および第2の遅延量DL1お
よびDL2 は、信号線自身が持つ遅延特性によって与え
られ、遅延部110を別途設ける必要がなくなる。
岐比を適当な値に選ぶことにより、第1の変調信号のレ
ベルP1 と第2の変調信号のレベルP2 とを、 P1 :P2 =1:m で示す関係にすることができる。この場合、レベル調整
部111を別途設ける必要がなくなる。
方式を、外部光変調方式としても良く、この場合も上記
実施形態と同様の効果を奏する。
成を示すブロック図である。
非線形性を説明するための図である。
非線形性を説明するための図である。
ック図である。
成を説明するためのブロック図である。
成を説明するためのブロック図である。
達関数の非線形性を説明するための図である。
達関数の非線形性を説明するための図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 電気信号を光信号に変換して伝送するシ
ステムであって、 電気信号を出力する信号源と、 前記電気信号を2分岐する分岐部と、 前記分岐部において2分岐された一方の電気信号である
第1の変調信号を強度変調された光信号に変換して出力
する電気光変換部と、 前記電気光変換部から出力された光信号を伝送する第1
の光伝送路と、 前記分岐部において2分岐された他方の電気信号である
第2の変調信号に所定量の時間遅延を与える遅延部と、 所定のバイアス電圧が印加された状態で動作し、前記遅
延部から出力される第2の変調信号の大きさに従って、
前記第1の光伝送路によって伝送されてきた光信号を強
度変調する外部光変調部と、 前記外部光変調部から出力された光信号を伝送する第2
の光伝送路と、 前記第2の光伝送路によって伝送されてきた光信号を電
気信号に再変換する光電気変換部とを備え、 前記外部光変調部は、前記第1の光伝送路によって伝送
されてきた光信号に含まれる、前記電気光変換部の電気
光変換特性の非線形性に起因した歪み成分を、当該光信
号に含まれる前記第1の変調信号に相当する成分と、前
記遅延部から出力される第2の変調信号とを乗算するこ
とにより相殺することを特徴とする、光伝送システム。 - 【請求項2】 前記信号源を基準とし、前記分岐部,前
記電気光変換部,前記第1の光伝送路および前記外部光
変調部を経由して前記第2の光伝送路に至る信号伝搬経
路の遅延量DL1 と、前記分岐部,前記遅延部および前
記外部光変調部を経由して前記第2の光伝送路に至る信
号伝搬経路の遅延量DL2 とは、互いに等しくなるよう
に設定されており、 前記電気光変換部の入力電気信号(前記第1の変調信
号)と出力光信号との関係を記述する入出力伝達関数F
1 (x)が、 F1 (x)=a1 +b1 x+c1 x2 +d1 x3 で表わされ、 前記所定のバイアス電圧を印加された状態の前記外部光
変調部の入力電気信号(前記第2の変調信号)と出力光
信号の関係を記述する入出力伝達関数F2 (x)が、 F2 (x)=a2 +b2 x で表わされ、 前記第1の変調信号のレベルP1 と、前記第2の変調信
号のレベルP2 との比が、 P1 :P2 =1:m で表わされるとき、 前記mと、前記入出力伝達関数F1 (x)およびF2
(x)の係数とが、 b1 b2 m+c1 a2 ≒0(または、m≒−c1 a2 /b1 b2 ) で表わされる関係を満足するように、前記第1および第
2の変調信号のレベルP1 およびP2 と、前記外部光変
調部に印加されるバイアス電圧値とが設定されることを
特徴とする、請求項1に記載の光伝送システム。
Priority Applications (2)
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