JP3545673B2 - Optical communication device, optical transmitter and optical receiver - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ等の伝送媒体が有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用によって生じる伝送品質の劣化を最小限に抑える光通信装置に関する。また、この光通信装置を構成する光送信器および光受信器に関する。
【0002】
【従来の技術】
光信号伝送では、その伝送媒体である光ファイバが有する波長分散、あるいはこれと非線形光学効果との相互作用による波形劣化が引き起こす伝送品質の劣化が問題となる。これは、光ファイバのもつ群速度分散が、光信号のもつ帯域幅に作用することによりその光パルス波形が崩れ、隣接タイムスロットとの間で干渉することにより起こる。
【0003】
この群速度分散による劣化を抑圧するために、例えば図16に示す光通信装置を用いた光デュオバイナリ伝送方式が提案されている(特開平9−236781号公報)。
【0004】
図16において、2値のデータ信号(バイナリ信号)は、符号変換回路71に入力されて3値のデュオバイナリ信号に変換される。このデュオバイナリ信号は2分岐してその一方が反転回路72で位相反転され、振幅調整回路73−1,73−2で帯域制限され、透過率が最小にバイアスされた二電極型のマッハツェンダ型光強度変調器74をプッシュプル駆動する。連続光光源75から出力される連続光は、この互いに位相が反転したデュオバイナリ信号に応じて強度変調され、光デュオバイナリ信号に変換されて光伝送媒体3に送出される。光伝送媒体3を介して伝送された光デュオバイナリ信号は、光検波回路81で直接検波され、その検波信号を識別回路82で識別再生し、反転回路83で位相反転することにより2値のデータ信号が復元される。
【0005】
このような光デュオバイナリ伝送方式では、光ファイバの波長分散に対して高い耐力が得られることが報告されている(K.Yonenaga et al., Electron. Lett., vol.31, pp.302−304, 1995) 。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来構成では、光ファイバ伝送路への入射光パワーを増大させると分散耐力が減少する問題があった。図17は、光デュオバイナリ伝送方式と、一般的なNRZおよびRZ符号形式を用いた伝送方式の分散耐力の計算機シミュレーション結果を示す。ここでは、いずれも局所分散が+2ps/nm/kmのシングルモードファイバ 100kmを光増幅器1台を介して2スパン伝送させた際のアイ開口劣化1dBの等高線を示す。なお、後述する本発明を用いた場合の分散耐力についても合わせて示している。
【0007】
図17において、入射光パワーが0dBmでは、NRZ符号形式はRZ符号形式に比べて約2倍の分散耐力を有し、光デュオバイナリ伝送方式はNRZ符号形式に比べて約4倍の分散耐力を有し、それぞれのもつ帯域幅から予測される通りの分散耐力を示している。また、このときの最適分散値はほぼ0ps/nm である。
【0008】
しかし、光ファイバ伝送路への入射光パワーを増大させると、光デュオバイナリ伝送方式の分散耐力は減少し、特に低光パワー領域で最適点であった総分散が0ps/nm の近傍において著しく劣化する。そして、入射光パワーが5dBmを越えた辺りで、アイ開口劣化が1dBを超過する。
【0009】
一方、NRZ・RZ符号形式では、最適分散値が入射光パワーを増大させるにつれて正分散側にシフトし、低光パワー(0dBm)において最適点であった0ps/nm は分散耐力マージンの端になり、分散耐力マージンは入射光パワーをさらに増大させると急激になくなる。これは、光ファイバ中の非線形光学効果により光信号に付加的に周波数チャープが加わるためである。また、分散耐力自体も、光デュオバイナリ伝送方式に比べて1/4から1/8と非常に小さいので、システム設計が厳しくなり、システム導入時の最適化も困難となる。
【0010】
このように、光デュオバイナリ伝送方式、NRZ・RZ符号形式を用いた伝送方式では、広い入射光パワー範囲において分散耐力の最適点が変動する。これは、光伝送システムの設計を複雑にし、迅速な導入および安定運用を妨げる要因になる。すなわち、光伝送システムの設計では、入射光パワーに依存して変動する最適分散値を考慮する必要が生じ、設計が複雑になる。
【0011】
また、光伝送システムの導入時には、光ファイバ伝送路の分散値を分散測定器により測定し、最適となる分散値(一般的には0ps/nm 、送信信号をチャープさせていれば多少ずれる)に設定してシステムを立ち上げることになる。この分散値の測定では、光ファイバの分散値の情報しか得られないので、伝送方式ごとに異なる上記の最適分散値のずれに追随させることは困難である。言い換えれば、従来方式では使用できる入射光パワーのダイナミックレンジが小さい。したがって、従来方式を用いた光伝送システムでは、ビットレートや伝送距離を制限する要因となる。
【0012】
また、光デュオバイナリ伝送方式、NRZ・RZ符号形式を用いた伝送方式のいずれにおいても、入射光パワーを増大させる際に分散耐力が急激に劣化する。これは、光伝送システムの安定運用に支障をきたす問題である。
【0013】
本発明は、広い入射光パワー範囲において高い分散耐力を安定に保ち、光伝送システムの設計を容易にし、光伝送システムの導入を迅速化し、安定運用を実現する光通信装置およびそれを構成する光送信器ならびに光受信器を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信装置は、光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段と、光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてRZ化し、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光変調手段から構成される光送信器と、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を伝送する光伝送媒体と、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を入力し、そのスペクトル成分中の2つの光デュオバイナリ成分を分割して出力する帯域分割手段と、2つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段から構成される光受信器とを備える。
【0015】
これにより、光ファイバ等の光伝送媒体を伝送するキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号はRZパルスの形をとり、光ファイバ中の非線形光学効果による波形劣化を最小限に抑えることができる。また、光受信器の帯域分割手段では、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の2つの光デュオバイナリ成分を分割し、それぞれ個別に抽出して受信するので、ほぼ半分の光デュオバイナリ信号に近い帯域成分が光伝送媒体の波長分散の影響を受ける。したがって、光伝送媒体の波長分散による波形劣化をほぼ1/4に抑えることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の光通信装置(光送信器、光受信器)の第1の実施形態を示す。
【0017】
図において、本発明の光通信装置は、光デュオバイナリ信号をキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号に変換して送信する光送信器1と、光伝送媒体3を介して伝送されたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を帯域分割して受信する光受信器2により構成される。
【0018】
光送信器1は、従来と同様の光デュオバイナリ信号を生成する光デュオバイナリ信号生成手段70と、生成された光デュオバイナリ信号に交番した位相差を加えてRZ化し、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号に変換する光変調手段10により構成される。
【0019】
光伝送媒体3には、分散シフトファイバ(DSF)、または 1.3μm帯のシングルモードファイバなどの石英系光ファイバが用いられる。なお、光ファイバ増幅器(光中継器)を含んでもよい。
【0020】
光受信器2は、伝送されたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号のスペクトル成分中の2つの光デュオバイナリ成分を分離する帯域分割手段20と、2つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段80により構成される。帯域分割手段20には、誘電体多層膜等で構成される光帯域通過型フィルタ、光ファイバまたは光導波路上に形成されたマッハツェンダ干渉計型の光フィルタ、アレイ導波路回折格子型フィルタ(AWG)などを用いることができる。光受信手段80は、図16に示すような光検波回路81、識別回路83、反転回路83からなり、帯域分割された光デュオバイナリ成分を光電変換、識別再生、位相反転することにより、元の2値のデータ信号を復元する。なお、反転回路83は、光送信器1の光デュオバイナリ信号生成手段70の符号変換回路の構成により不要な場合もある。
【0021】
図2は、光送信器1の構成例を示す。ただし、図2(a) は光送信器1の第1の構成例、図2(b) は後述する光送信器1の第2の構成例を示す。図2(a) において、光デュオバイナリ信号生成手段70は、符号変換回路71、位相反転回路72、振幅調整回路73−1,73−2、二電極型のマッハツェンダ型光変調器74、連続光光源75からなり、従来構成と同様に入力された2値のデータ信号(バイナリ信号)を符号変換回路71で3値のデュオバイナリ信号に変換し、さらにマッハツェンダ型光変調器74をプッシュプル駆動することにより光デュオバイナリ信号を生成する。光変調手段10は、二電極型のマッハツェンダ型光変調器11からなり、光デュオバイナリ信号生成手段70で生成された光デュオバイナリ信号のビットレートの半分の周波数のクロック信号(例えば正弦波)CLKでプッシュプル駆動することにより、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を生成する。
【0022】
以下、図3,4を参照して、本実施形態の動作について説明する。光デュオバイナリ信号生成手段70により、通常のNRZ符号に比較して約半分の帯域をもつ光デュオバイナリ信号が生成される。計算機シミュレーションにより得られた光波形(アイパターン)と、そのときの光スペクトルを図3(a) に示す。
【0023】
この光デュオバイナリ信号を光変調手段10(マッハツェンダ型光変調器11)に入力し、同期したクロック信号(CLK)でプッシュプル駆動して変調することにより、キャリア抑圧されたRZ信号(キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号)に変換される。このとき、駆動点を無変調時の透過率が最小の電圧とし、駆動するクロック信号の周波数を前段で生成された光デュオバイナリ信号のビットレートの半分とする。また、駆動振幅は、マッハツェンダ型光変調器11のVπの1〜3倍とする。このように駆動されるマッハツェンダ型光変調器11は、交番位相RZ化する機能を備えたゲート特性をもつ。この様子を図4に模式的に示す。
【0024】
図4(a) は前段の光デュオバイナリ信号生成手段70から出力される光デュオバイナリ信号であり、この光デュオバイナリ信号の位相に合わせて、図4(b) に示すようにマッハツェンダ型光変調器11のプッシュプル駆動のゲート位相を設定する。この操作により、図4(c) に示すビット間位相差をもつRZ信号が得られる。これがキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の波形である。
【0025】
ここで、マッハツェンダ型光変調器11は、入力光デュオバイナリ信号のビットレートの半分の周波数のクロック信号でプッシュプル駆動されるが、この光変調器の折り返し特性により、得られるRZパルスは繰り返し周波数が入力光デュオバイナリ信号のビットレートに一致する。このときに得られる光波形(アイパターン)と光スペクトルを図3(b) に示す。これは、マッハツェンダ型光変調器11の駆動電圧を、その変調器のもつVπのちょうど2倍の振幅(peak−to−peak) の正弦波とした場合のものである。デューティ比が約2/3の光パルスに変換されている。このように光デュオバイナリ信号をRZ化することにより、光伝送媒体3中での非線形光学効果に対して強い耐性を得ることができる。また、この光スペクトルはキャリア成分が抑圧され、かつ2つの光デュオバイナリ成分により構成されている。
【0026】
光伝送媒体3を伝送されたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号は、光受信器2の帯域分割手段20に入力され、上記の2つの光デュオバイナリ成分の一方が選択される。このときに得られる光波形(アイパターン)と光スペクトルを図3(c) に示す。この帯域分割により、光波形はほぼNRZ信号と同等となる。このような処理により、光ファイバの群速度分散による波形劣化を、伝送後の2つの光デュオバイナリ成分の一方のみに対するものに限定することができる。この効果により、図17に示したように高い入射光パワーに対して、広い分散耐力と、最適分散値が全分散値で零の近傍に維持される非線形光学効果に対する高い耐力とを両立することができる。なお、仮に伝送されたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を帯域分割せずに受信すると、光ファイバの群速度分散の影響を2つのデュオバイナリ成分全体の帯域として受けてしまうので、分散耐力が劣化する。
【0027】
(光送信器1の第2の構成例)
図1に示す光送信器1は、図2(b) に示すように、連続光光源75から出力される連続光を先に交番位相RZ化を行う光変調手段10(マッハツェンダ型光変調器11)に入力し、その出力光を光デュオバイナリ信号に変換するマッハツェンダ型光変調器74に入力する構成としてもよい。すなわち、前段のマッハツェンダ型光変調器11をクロック信号(CLK)でプッシュプル駆動し、後段のマッハツェンダ型光変調器74を振幅調整回路73−1,73−2から出力されるデュオバイナリ信号でプッシュプル駆動する。
【0028】
なお、この構成の場合には、連続光光源75と光変調手段10(マッハツェンダ型光変調器11)に代えて、2モード発振モードロックレーザを用いることができる。これにより、構成部品数も少なくなり、より簡単な光送信器1を構成することができる。
【0029】
(第2の実施形態)
図5は、本発明の光通信装置(光送信器)の第2の実施形態を示す。本実施形態の光送信器および光受信器の構成は、ともに図1に示す第1の実施形態と同様であるが、光送信器1の光変調手段10(マッハツェンダ型光変調器11)を駆動するクロック信号(CLK)の周波数が異なる。
【0030】
第1の実施形態では、光変調手段10を構成するマッハツェンダ型光変調器11を駆動するクロック信号(CLK)の周波数は、光デュオバイナリ信号生成手段70で生成される光デュオバイナリ信号のビットレートの半分とした。これにより生成されるキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の2つの光デュオバイナリ成分の周波数差は、図6(a) に示すように光デュオバイナリ信号のビットレートをNbit/s としたときにNHzとなる。
【0031】
一般的には、光デュオバイナリ信号のビットレートをNbit/s としたときに、マッハツェンダ型光変調器11をプッシュプル駆動するクロック信号の周波数はmN/2Hz(mは正の整数)としてもよい。第2の実施形態は、光デュオバイナリ信号のビットレートと同じ周波数のクロック信号(m=2)でマッハツェンダ型光変調器11をプッシュプル駆動する場合を示す。これにより、図6(b) に示すように、生成されるキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の2つの光デュオバイナリ成分の周波数差は、第1の実施形態に対して2倍(2NHz)にすることができる。したがって、光受信器2の帯域分割手段20で各光デュオバイナリ成分を抽出する際に、光フィルタの中心周波数および透過幅に対するマージンが大きくなり、安定動作が容易になる。
【0032】
(第3の実施形態)
図7は、本発明の光通信装置(光受信器)の第3の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第1の実施形態または第2の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【0033】
本実施形態の光受信器2は、帯域分割手段20で帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分を受信する光受信手段80aを備えたことを特徴とする。光受信手段80aは、2つの光検波回路81−1,81−2、加算回路84、識別回路82、反転回路83により構成される。2つの光検波回路81−1,81−2は、例えばPIN型のフォトダイオードを用い、同じ出力極性をもつ。この電気信号を加算回路84で加算して識別回路82に入力する構成である。
【0034】
本実施形態の動作について図8を参照して説明する。光送信器1から送信されたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号は、光伝送媒体3を介して光受信器2に受信され、帯域分割手段20で2つの光デュオバイナリ成分に分割され、それぞれ分離して出力される。2つの光デュオバイナリ成分は、光検波回路81−1,81−2でそれぞれ独立に電気信号に変換される。ここで、光検波回路81−1,81−2の出力振幅をそれぞれV1,V2 とする。加算回路84では、2つの電気信号を加算することにより、加算信号の振幅はV1 +V2 となって大きくすることができる。これにより、識別回路82への入力振幅が大きくなり、動作マージンが大きくなって安定した動作を実現することができる。
【0035】
(第4の実施形態)
図9は、本発明の光通信装置(光受信器)の第4の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第1の実施形態または第2の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【0036】
本実施形態の光受信器2は、帯域分割手段20で帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分を受信する光受信手段80bを備えたことを特徴とする。光受信手段80bは、2つの光検波回路81−1,81−2、減算回路85、識別回路82、反転回路83により構成される。2つの光検波回路81−1,81−2は、例えばPIN型のフォトダイオードを用い、異なる出力極性をもつ。この電気信号を減算回路85で減算して識別回路82に入力する構成である。
【0037】
ここで、図10を参照して本実施形態の動作について説明する。光送信器1から送信されたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号は、光伝送媒体3を介して光受信器2に受信され、帯域分割手段20で2つの光デュオバイナリ成分に分割され、それぞれ分離して出力される。2つの光デュオバイナリ成分は、光検波回路81−1,81−2でそれぞれ独立に電気信号に変換される。ここで、光検波回路81−1,81−2の出力振幅をそれぞれV1,V2 とする。ただし、2つの電気信号の極性は逆であり、一方が正極性(光が入射したときにプラスの電位)、他方が負極性(光が入射したときにマイナスの電位)となる。減算回路85では、2つの電気信号を減算することにより、減算信号の振幅はV1 −V2 となって大きくすることができる。これにより、識別回路82への入力振幅が大きくなり、動作マージンが大きくなって安定した動作を実現することができる。
【0038】
(第5の実施形態)
図11は、本発明の光通信装置(光受信器)の第5の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第1の実施形態または第2の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【0039】
本実施形態の光受信器2は、帯域分割手段20で帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分を並列に受信する光受信手段80−1,80−2を備え、一方を現用系、他方を予備系として用いることを特徴とする。各光受信手段80−1,80−2は、それぞれ光検波回路、識別回路、反転回路により構成される。
【0040】
本実施形態の各光受信手段の動作は、第1の実施形態の光受信器2と同様である。帯域分割手段20で帯域分割された2つの光デュオバイナリ成分を各光受信手段80−1,80−2でそれぞれ受信することにより、一方が故障した場合でも他方の光受信手段により受信を継続することができ、システムの安定性および信頼性を高めることができる。
【0041】
(第6の実施形態)
図12は、本発明の光通信装置(光受信器)の第6の実施形態を示す。本実施形態の光送信器の構成は、第1の実施形態または第2の実施形態と同様であるが、光受信器の構成が両者と異なる。
【0042】
本実施形態の光受信器2は、帯域分割手段20で帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分をモニタして帯域分割手段20を制御することを特徴とする。帯域分割手段20で帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分は、それぞれ光分岐手段21−1,21−2でその一部を分岐し、光パワーモニタ回路22−1,22−2で光パワーを測定して制御回路23に入力する。制御回路23は、2つの光パワーの和が最大で、かつその差が最小となるように帯域分割手段20を制御する構成である。帯域分割手段20は、光ファイバまたは光導波路上に形成されたマッハツェンダ干渉計型の光フィルタを用いる。光分岐手段21−1,21−2は、光ファイバ型カプラまたは部分反射型ミラーを用いた光ビームスプリッタなどを用いる。光パワーモニタ回路22−1,22−2は、光電変換回路等を用いた光パワーを測定する手段である。
【0043】
なお、光受信手段80cは、第1の実施形態のように帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分の一方のみを受信する構成、第3および第4の実施形態のように2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、加減算して識別する構成、第5の実施形態のように2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、現用系および予備系として利用する構成のいずれでもよい。
【0044】
また、帯域分割手段20としてアレイ導波路回折格子型フィルタ(AWG)を用いた場合には、帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分の光パワーの和が最大となるように帯域分割手段20を制御する構成となる。これは、AWGが分波する周波数間隔(グリッド間隔)が固定となるので、2つの光デュオバイナリ成分の光パワーの差が最小となるように制御することが不可能だからである。したがって、AWGとして、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号のビットレートに一致したグリッグ間隔のものを用いた場合には、2つの光デュオバイナリ成分の一方のみの光パワーをモニタし、その値が最大となるように制御してもよい。
【0045】
(第7の実施形態)
図13は、本発明の光通信装置の第7の実施形態を示す。本実施形態は、以上示した本発明の光送信器1および光受信器2を伝送波長ごとに複数組備え、複数の波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を波長多重伝送する構成を特徴とする。これにより、伝送容量を増大させることができる。
【0046】
光送信器1−1〜1−nは、それぞれ光デュオバイナリ信号生成手段70および光変調手段10により構成され、それぞれ異なる波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を生成する。各波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号は光合波手段4で合波され、光伝送媒体3を介して伝送されて光分波手段5で各波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号に分波され、それぞれ対応する光受信器2−1〜2−nに受信される。光受信器2−1〜2−nは、帯域分割手段20および光受信手段80cにより構成される。
【0047】
光受信手段80cは、第1の実施形態のように帯域分割した2つの光デュオバイナリ成分の一方のみを受信する構成、第3および第4の実施形態のように2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、加減算して識別する構成、第5の実施形態のように2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、現用系および予備系として利用する構成のいずれでもよい。
【0048】
(第8の実施形態)
図14は、本発明の光通信装置(光送信器)の第8の実施形態を示す。本実施形態の光送信器1には、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を生成する際に発生した余分な高調波成分を抑圧する光帯域制限手段12を備えたことを特徴とする。光受信器2は、以上示した各実施形態のいずれかの構成をとる。
【0049】
本実施形態の効果について図15を参照して説明する。光送信器1の光変調手段10では、図15(a) に示すようにキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を生成する際に高調波成分が発生する。光帯域制限手段12の透過帯域として、図15(b) に示すようなキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の帯域幅に合わせたものを用いることにより、図15(c) に示すように高調波成分を効果的に抑圧することができる。これにより、波長多重の際の帯域利用効率を向上させることができる。
【0050】
なお、第7の実施形態の波長多重伝送システムでは、光合波手段4としてアレイ導波路回折格子型フィルタ(AWG)を用い、その透過帯域幅を本実施形態の光帯域制限手段12と同等に設定することにより、各波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を一括して抑圧することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光通信装置では、光ファイバ等の光伝送媒体を伝送するキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号はRZパルスの形をとり、光ファイバ中の非線形光学効果による波形劣化を最小限に抑えることができる。
【0052】
また、光受信器の帯域分割手段で、キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の2つの光デュオバイナリ成分を分割し、それぞれ個別に抽出して受信することにより、ほぼ半分の光デュオバイナリ信号に近い帯域成分が光伝送媒体の波長分散の影響を受ける。したがって、光伝送媒体の波長分散による波形劣化をほぼ1/4に抑えることができる。
【0053】
また、図17に示すように、本発明により実用レベルの入射光パワーにおいて、最も広い分散耐力と、光パワーの変動に対して最適値が変動しない特徴を合わせもつシステムを構成することができる。すなわち、本発明の光通信装置(光送信器および光受信器)は、光伝送媒体の非線形光学効果および波長分散の相互作用による伝送品質の劣化に対して強く特性をもつことができる。これにより、従来の光デュオバイナリ、NRZ、RZ等の信号方式を用いた光通信装置に比べて、より長距離かつ大容量、さらに信頼性の高い光伝送システムを迅速に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す図。
【図2】光送信器1の構成例を示す図。
【図3】第1の実施形態の動作を説明する図。
【図4】キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の生成原理を説明する図。
【図5】本発明の第2の実施形態を示す図。
【図6】第1の実施形態と第2の実施形態の効果の違いを説明する図。
【図7】本発明の第3の実施形態を示す図。
【図8】第3の実施形態の動作を説明する図。
【図9】本発明の第4の実施形態を示す図。
【図10】第4の実施形態の動作を説明する図。
【図11】本発明の第5の実施形態を示す図。
【図12】本発明の第6の実施形態を示す図。
【図13】本発明の第7の実施形態を示す図。
【図14】本発明の第8の実施形態を示す図。
【図15】第8の実施形態の効果を説明する図。
【図16】光デュオバイナリ伝送方式を用いた従来の光通信装置の構成を示す図。
【図17】分散耐力の計算機シミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
1 光送信器
2 光受信器
3 光伝送媒体
4 光合波手段
5 光分波手段
10 光変調手段
11 マッハツェンダ型光変調器
12 光帯域制限手段
20 帯域分割手段
21 光分岐手段
22 光パワーモニタ回路
23 制御回路
70 光デュオバイナリ信号生成手段
71 符号変換回路
72 反転回路
73 振幅調整回路
74 マッハツェンダ型光変調器
75 連続光光源
80 光受信手段
81 光検波回路
82 識別回路
83 反転回路
84 加算回路
85 減算回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical communication apparatus for minimizing deterioration of transmission quality caused by chromatic dispersion of a transmission medium such as an optical fiber or an interaction between the chromatic dispersion and a nonlinear optical effect. Further, the present invention relates to an optical transmitter and an optical receiver constituting the optical communication device.
[0002]
[Prior art]
In optical signal transmission, there is a problem of chromatic dispersion of an optical fiber as a transmission medium, or deterioration of transmission quality caused by waveform deterioration due to interaction between the optical fiber and a nonlinear optical effect. This is caused by the fact that the group velocity dispersion of the optical fiber acts on the bandwidth of the optical signal, thereby distorting the optical pulse waveform and causing interference with adjacent time slots.
[0003]
In order to suppress the deterioration due to the group velocity dispersion, for example, an optical duobinary transmission method using an optical communication device shown in FIG. 16 has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 9-236781).
[0004]
In FIG. 16, a binary data signal (binary signal) is input to a
[0005]
It has been reported that in such an optical duobinary transmission system, high resistance to chromatic dispersion of an optical fiber can be obtained (K. Yonnega et al., Electron. Lett., Vol. 31, pp. 302-). 304, 1995).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration, there is a problem that the dispersion tolerance decreases when the incident light power to the optical fiber transmission line is increased. FIG. 17 shows computer simulation results of the dispersion tolerance of the optical duobinary transmission system and the transmission system using general NRZ and RZ code formats. Here, a contour line of 1 dB of eye opening deterioration when 100 km of a single mode fiber having a local dispersion of +2 ps / nm / km is transmitted for two spans via one optical amplifier is shown. In addition, the dispersion resistance when the present invention described later is used is also shown.
[0007]
In FIG. 17, when the incident light power is 0 dBm, the NRZ code format has about twice the dispersion tolerance as compared with the RZ code format, and the optical duobinary transmission system has about four times the dispersion tolerance as compared with the NRZ code format. And the dispersion tolerance as predicted from the respective bandwidths. The optimum dispersion value at this time is almost 0 ps / nm.
[0008]
However, when the optical power incident on the optical fiber transmission line is increased, the dispersion tolerance of the optical duobinary transmission system is reduced, and the total dispersion, which was the optimum point in the low optical power region, is significantly degraded near 0 ps / nm. I do. The eye opening deterioration exceeds 1 dB when the incident light power exceeds 5 dBm.
[0009]
On the other hand, in the NRZ / RZ code format, the optimum dispersion value shifts to the positive dispersion side as the incident light power increases, and 0 ps / nm, which was the optimum point at low light power (0 dBm), is the end of the dispersion tolerance margin. The dispersion tolerance margin sharply disappears when the incident light power is further increased. This is because the frequency chirp is additionally added to the optical signal due to the nonlinear optical effect in the optical fiber. Also, the dispersion tolerance itself is very small, from 1/4 to 1/8 of that of the optical duobinary transmission system, so that the system design becomes strict and optimization when introducing the system becomes difficult.
[0010]
As described above, in the optical duobinary transmission system and the transmission system using the NRZ / RZ code format, the optimum point of the dispersion tolerance fluctuates in a wide incident light power range. This complicates the design of the optical transmission system and hinders quick introduction and stable operation. That is, in the design of the optical transmission system, it is necessary to consider an optimum dispersion value that varies depending on the incident light power, and the design becomes complicated.
[0011]
When an optical transmission system is introduced, the dispersion value of an optical fiber transmission line is measured by a dispersion measuring device, and the dispersion value becomes an optimum dispersion value (generally 0 ps / nm, which is slightly shifted if a transmission signal is chirped). Set up and start the system. In the measurement of the dispersion value, only information on the dispersion value of the optical fiber can be obtained, so that it is difficult to follow the deviation of the above-mentioned optimum dispersion value that differs for each transmission method. In other words, the dynamic range of the incident light power that can be used in the conventional method is small. Therefore, in the optical transmission system using the conventional method, it becomes a factor that limits the bit rate and the transmission distance.
[0012]
In both the optical duobinary transmission method and the transmission method using the NRZ / RZ code format, when the incident light power is increased, the dispersion tolerance is rapidly deteriorated. This is a problem that hinders stable operation of the optical transmission system.
[0013]
The present invention provides an optical communication device that stably maintains a high dispersion tolerance over a wide range of incident optical power, facilitates the design of an optical transmission system, speeds up the introduction of an optical transmission system, and realizes stable operation, and an optical device that constitutes the optical communication device. It is an object to provide a transmitter and an optical receiver.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
An optical communication apparatus according to the present invention comprises: an optical duobinary signal generating means for generating an optical duobinary signal; RZ by adding an alternating phase difference to the optical duobinary signal; and converting the optical duobinary signal into a carrier suppressed RZ-converted optical duobinary signal. An optical transmitter comprising an optical modulating means for transmitting, an optical transmission medium for transmitting a carrier suppressed RZ optical duobinary signal, and a carrier suppressed RZ optical duobinary signal, and two lights in the spectrum components thereof are inputted. It comprises a band splitting means for splitting and outputting a duobinary component and an optical receiver comprising an optical receiving means for receiving one or both of two optical duobinary components.
[0015]
As a result, the carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal transmitted through an optical transmission medium such as an optical fiber takes the form of an RZ pulse, and waveform deterioration due to the nonlinear optical effect in the optical fiber can be minimized. Also, the band splitting means of the optical receiver splits the two optical duobinary components of the carrier suppressed RZ-converted optical duobinary signal and individually extracts and receives them. The components are affected by the chromatic dispersion of the optical transmission medium. Therefore, waveform deterioration due to chromatic dispersion of the optical transmission medium can be suppressed to almost 1/4.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of the optical communication device (optical transmitter, optical receiver) of the present invention.
[0017]
In the figure, an optical communication apparatus according to the present invention includes an
[0018]
The
[0019]
As the
[0020]
The
[0021]
FIG. 2 shows a configuration example of the
[0022]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. The optical duobinary signal generating means 70 generates an optical duobinary signal having about half the band as compared with a normal NRZ code. FIG. 3A shows an optical waveform (eye pattern) obtained by computer simulation and an optical spectrum at that time.
[0023]
This optical duobinary signal is input to the optical modulation means 10 (Mach-Zehnder type optical modulator 11), and is modulated by push-pull driving with a synchronized clock signal (CLK), so that the carrier-suppressed RZ signal (carrier-suppressed RZ signal) is obtained. Optical duobinary signal). At this time, the drive point is set to a voltage at which the transmittance at the time of non-modulation is the minimum, and the frequency of the clock signal to be driven is set to half the bit rate of the optical duobinary signal generated in the previous stage. The driving amplitude is set to be 1 to 3 times Vπ of the Mach-Zehnder optical modulator 11. The Mach-Zehnder optical modulator 11 driven in this manner has a gate characteristic having a function of converting the phase into an alternating phase RZ. This situation is schematically shown in FIG.
[0024]
FIG. 4A shows an optical duo-binary signal output from the optical duo-binary signal generating means 70 in the preceding stage. The Mach-Zehnder type optical modulation is performed in accordance with the phase of the optical duo-binary signal as shown in FIG. The gate phase of the push-pull drive of the detector 11 is set. By this operation, an RZ signal having a phase difference between bits shown in FIG. 4C is obtained. This is the waveform of the carrier suppressed RZ optical duobinary signal.
[0025]
Here, the Mach-Zehnder optical modulator 11 is push-pull driven by a clock signal having a frequency half the bit rate of the input optical duobinary signal, and the obtained RZ pulse has a repetition frequency due to the folding characteristics of the optical modulator. Coincides with the bit rate of the input optical duobinary signal. The light waveform (eye pattern) and light spectrum obtained at this time are shown in FIG. This is a case where the driving voltage of the Mach-Zehnder optical modulator 11 is a sine wave having an amplitude (peak-to-peak) that is exactly twice Vπ of the modulator. It is converted into an optical pulse having a duty ratio of about 2/3. By converting the optical duobinary signal into the RZ as described above, it is possible to obtain strong resistance to the nonlinear optical effect in the
[0026]
The carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal transmitted through the
[0027]
(Second configuration example of optical transmitter 1)
As shown in FIG. 2B, the
[0028]
In the case of this configuration, a two-mode oscillation mode-locked laser can be used instead of the continuous
[0029]
(Second embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment of the optical communication device (optical transmitter) of the present invention. The configurations of the optical transmitter and the optical receiver of this embodiment are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, but drive the optical modulator 10 (Mach-Zehnder optical modulator 11) of the
[0030]
In the first embodiment, the frequency of the clock signal (CLK) that drives the Mach-Zehnder optical modulator 11 that constitutes the
[0031]
Generally, when the bit rate of the optical duobinary signal is N bit / s, the frequency of the clock signal for push-pull driving the Mach-Zehnder optical modulator 11 may be mN / 2 Hz (m is a positive integer). . The second embodiment shows a case where the Mach-Zehnder optical modulator 11 is push-pull driven by a clock signal (m = 2) having the same frequency as the bit rate of the optical duobinary signal. Thus, as shown in FIG. 6B, the frequency difference between the two optical duobinary components of the generated carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal is twice (2 NHz) as compared with the first embodiment. can do. Therefore, when each optical duobinary component is extracted by the band dividing means 20 of the
[0032]
(Third embodiment)
FIG. 7 shows a third embodiment of the optical communication device (optical receiver) of the present invention. The configuration of the optical transmitter of the present embodiment is the same as that of the first embodiment or the second embodiment, but the configuration of the optical receiver is different.
[0033]
The
[0034]
The operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal transmitted from the
[0035]
(Fourth embodiment)
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the optical communication device (optical receiver) of the present invention. The configuration of the optical transmitter of the present embodiment is the same as that of the first embodiment or the second embodiment, but the configuration of the optical receiver is different.
[0036]
The
[0037]
Here, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. The carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal transmitted from the
[0038]
(Fifth embodiment)
FIG. 11 shows a fifth embodiment of the optical communication device (optical receiver) of the present invention. The configuration of the optical transmitter of the present embodiment is the same as that of the first embodiment or the second embodiment, but the configuration of the optical receiver is different.
[0039]
The
[0040]
The operation of each optical receiving unit of the present embodiment is the same as that of the
[0041]
(Sixth embodiment)
FIG. 12 shows a sixth embodiment of the optical communication device (optical receiver) of the present invention. The configuration of the optical transmitter of the present embodiment is the same as that of the first embodiment or the second embodiment, but the configuration of the optical receiver is different.
[0042]
The
[0043]
Note that the
[0044]
When an array waveguide diffraction grating filter (AWG) is used as the
[0045]
(Seventh embodiment)
FIG. 13 shows a seventh embodiment of the optical communication device of the present invention. The present embodiment is characterized in that a plurality of sets of the
[0046]
Each of the optical transmitters 1-1 to 1-n includes an optical duobinary
[0047]
The optical receiving means 80c is configured to receive only one of the two optical duobinary components that are band-divided as in the first embodiment, and is configured to receive two optical duobinary components as in the third and fourth embodiments, respectively. Any of a configuration in which the optical duobinary component is converted into an electrical signal and added and subtracted for identification, and a configuration in which two optical duobinary components are respectively converted into electrical signals and used as a working system and a standby system as in the fifth embodiment may be used.
[0048]
(Eighth embodiment)
FIG. 14 shows an eighth embodiment of the optical communication device (optical transmitter) of the present invention. The
[0049]
The effect of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the
[0050]
In the wavelength division multiplexing transmission system of the seventh embodiment, an array waveguide diffraction grating type filter (AWG) is used as the optical multiplexing means 4 and its transmission bandwidth is set to be equal to that of the optical band limiting means 12 of the present embodiment. By doing so, it is possible to collectively suppress the harmonic components of the carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal of each wavelength.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, in the optical communication device according to the present invention, the carrier suppressed RZ-converted optical duobinary signal transmitted through an optical transmission medium such as an optical fiber takes the form of an RZ pulse, and the waveform degradation due to the nonlinear optical effect in the optical fiber. Can be minimized.
[0052]
In addition, by dividing the two optical duobinary components of the carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal by the band dividing means of the optical receiver, and extracting and receiving each individually, the optical duobinary signal is almost half of the optical duobinary signal. The band component is affected by the chromatic dispersion of the optical transmission medium. Therefore, waveform deterioration due to chromatic dispersion of the optical transmission medium can be suppressed to almost 1/4.
[0053]
Further, as shown in FIG. 17, the present invention makes it possible to configure a system having the widest dispersion tolerance and the characteristic that the optimum value does not change with respect to the fluctuation of the optical power at the incident light power at the practical level. In other words, the optical communication device (optical transmitter and optical receiver) of the present invention can have strong characteristics against degradation of transmission quality due to the interaction between the nonlinear optical effect and the chromatic dispersion of the optical transmission medium. This makes it possible to quickly build a longer-distance, larger-capacity, and more reliable optical transmission system as compared to an optical communication device using a conventional signal system such as optical duobinary, NRZ, or RZ.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an
FIG. 3 is a view for explaining the operation of the first embodiment;
FIG. 4 is a view for explaining the principle of generating a carrier suppressed RZ-converted optical duobinary signal.
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining the difference between the effects of the first embodiment and the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view for explaining the operation of the third embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the fourth embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a view for explaining effects of the eighth embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a conventional optical communication device using an optical duobinary transmission system.
FIG. 17 is a diagram showing a computer simulation result of dispersion strength.
[Explanation of symbols]
1 Optical transmitter
2 Optical receiver
3 Optical transmission media
4 Optical multiplexing means
5 Optical demultiplexing means
10 Light modulation means
11 Mach-Zehnder optical modulator
12 Optical band limiting means
20 Band splitting means
21 Optical branching means
22 Optical power monitor circuit
23 Control circuit
70 Optical duobinary signal generation means
71 Code conversion circuit
72 Inverting circuit
73 Amplitude adjustment circuit
74 Mach-Zehnder optical modulator
75 continuous light source
80 Optical receiving means
81 Optical Detection Circuit
82 Identification Circuit
83 Inverting circuit
84 Addition circuit
85 Subtraction circuit
Claims (10)
前記キャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を入力し、そのスペクトル成分中の2つの光デュオバイナリ成分を分割して出力する帯域分割手段と、前記2つの光デュオバイナリ成分の一方または両方を受信する光受信手段から構成される光受信器と
を備えたことを特徴とする光通信装置。An optical duobinary signal generating means for generating an optical duobinary signal, and an optical modulating means for converting the optical duobinary signal into an RZ by adding an alternating phase difference, converting the optical duobinary signal into a carrier-suppressed RZ optical duobinary signal, and transmitting the same. Optical transmitter,
A band splitting means for receiving the carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal and dividing and outputting two optical duobinary components in the spectrum component; and a light receiving one or both of the two optical duobinary components. An optical communication device comprising: an optical receiver configured by receiving means.
前記複数の波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を合波して送信する光合波手段と、
前記光合波手段から送信された複数の波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号を入力し、各波長に分波する光分波手段と、
各波長のキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号をそれぞれ受信する複数の請求項1に記載の光受信器と
を備えたことを特徴とする光通信装置。A plurality of optical transmitters according to claim 1, which generate carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signals having different transmission wavelengths;
Optical multiplexing means for multiplexing and transmitting the carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signals of the plurality of wavelengths;
Optical demultiplexing means for receiving the carrier-suppressed RZ optical duobinary signal of a plurality of wavelengths transmitted from the optical multiplexing means, and demultiplexing each of the wavelengths;
An optical communication device comprising: a plurality of optical receivers according to claim 1, each receiving a carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal of each wavelength.
前記光変調手段は、前記光デュオバイナリ信号のビットレートをNbit/s としたときに、前記光デュオバイナリ信号に周波数mN/2Hz(mは正の整数)で交番した位相差を加え、繰り返し周波数mNHzのRZパルスとしたキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号に変換する構成である
ことを特徴とする光送信器。The optical transmitter of the optical communication device according to claim 1 or 2,
When the bit rate of the optical duobinary signal is Nbit / s, the optical modulation means adds a phase difference alternated at a frequency of mN / 2 Hz (m is a positive integer) to the optical duobinary signal, An optical transmitter characterized in that it is configured to convert into a carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal that is converted into an mNHz RZ pulse.
前記光変調手段から出力されるキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を抑圧する光帯域制限手段を備えた
ことを特徴とする光送信器。The optical transmitter of the optical communication device according to claim 1 or 2,
An optical transmitter comprising: an optical band limiting unit that suppresses a harmonic component of a carrier-suppressed RZ-converted optical duobinary signal output from the optical modulation unit.
前記光合波手段は、前記光変調手段から出力されるキャリア抑圧RZ化光デュオバイナリ信号の高調波成分を抑圧する光帯域制限手段の機能を含む構成である
ことを特徴とする光通信装置。The optical communication device according to claim 2,
The optical communication apparatus according to claim 1, wherein the optical multiplexing means has a function of an optical band limiting means for suppressing a harmonic component of the carrier-suppressed RZ optical duobinary signal output from the optical modulation means .
前記光受信手段は、同一の出力極性をもつ光電変換手段で前記2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、その電気信号を加算して識別再生する構成である
ことを特徴とする光受信器。The optical receiver of the optical communication device according to claim 1 or 2,
The light receiving means converts the two optical duobinary components into electric signals by photoelectric conversion means having the same output polarity, adds the electric signals, and performs discrimination reproduction. Receiver.
前記光受信手段は、互いに異なる出力極性をもつ光電変換手段で前記2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ電気信号に変換し、その電気信号を減算して識別再生する構成である
ことを特徴とする光受信器。The optical receiver of the optical communication device according to claim 1 or 2,
The light receiving means converts the two optical duobinary components into electric signals by photoelectric conversion means having mutually different output polarities, and subtracts the electric signals to perform identification reproduction. Receiver.
前記光受信手段は、前記2つの光デュオバイナリ成分をそれぞれ個別に受信する構成であり、そのうちの一方を冗長系とする
ことを特徴とする光受信器。The optical receiver of the optical communication device according to claim 1 or 2,
The optical receiver, wherein the optical receiving means is configured to individually receive the two optical duobinary components, and one of them is a redundant system.
前記光受信手段は、前記2つの光デュオバイナリ成分の一方の光パワーをモニタし、その光パワーが最大になるように前記帯域分割手段を制御する構成である
ことを特徴とする光受信器。The optical receiver of the optical communication device according to claim 1 or 2,
The optical receiver according to claim 1, wherein the optical receiving unit monitors one optical power of the two optical duobinary components and controls the band dividing unit so that the optical power becomes maximum.
前記光受信手段は、前記2つの光デュオバイナリ成分の各光パワーをモニタし、その2つの光パワーの和が最大で、かつその差が最小または0となるように前記帯域分割手段を制御する構成である
ことを特徴とする光受信器。The optical receiver of the optical communication device according to claim 1 or 2,
The optical receiving unit monitors each optical power of the two optical duobinary components, and controls the band dividing unit such that the sum of the two optical powers is maximum and the difference is minimum or zero. An optical receiver having a configuration.
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