JP3761528B2 - Optical transmission device and optical transmission method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光伝送に用いられる光送信装置に関し、特に超高速の波長多重伝送に用いられる光送信装置および光送信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光伝送において伝送容量を増大させるには、波長多重数を増加させる方向と伝送速度を増加させる方向がある。しかし、限られた波長資源の中ではこの両者は相反する。即ち伝送速度に比例して1波あたりの占有帯域が増加するため、波長多重数が減少してしまうという性格を有する。よって、限られた波長資源の中で伝送容量の更なる増大を図るためには、周波数利用効率を向上させる必要がある。
【0003】
変調スペクトルがコンパクトな光変調方式として、光デュオバイナリ変調方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この光デュオバイナリ変調方式は、伝送する信号の帯域程度のスペクトル幅を占有するのみであるので、周波数利用効率の観点から非常に優れた変調方式である。また、出力される光信号もバイナリ信号であるために、従来の受信器との整合性も確保できる。さらに、光ファイバの波長分散に対して優れた耐力を有している。
【0004】
超高速伝送においては、光ファイバ中の非線形現象に対する耐力が重要となる。例えば、光増幅器の中継間隔や伝送距離を同一とした場合に、同一の光信号対雑音比を得るためには、40Gbpsシステムにおいては10Gbpsシステムに比べて概ね4倍の光パワーを光ファイバに入力する必要がある。しかしながら、光デュオバイナリ変調方式の非線形耐力は非常に乏しく、超高速伝送には適していない。
【0005】
この非線形耐力に優れた変調方式としては、キャリア抑圧RZ(CS−RZ)変調方式(例えば、非特許文献2参照)、交番チャープRZ(AC−RZ)変調方式(例えば、非特許文献3参照)や差動位相を用いたキャリア抑圧RZ(DPCS−RZ)変調方式(例えば、非特許文献4参照)などが提案されている。DPCS−RZ変調方式では隣接するマークビットどうし互いに光位相が反転するという特徴を有するために、非線形耐力が優れている。
【0006】
しかしながら、いずれの方式においても、光スペクトルの占有帯域が広いために、高い周波数利用効率を実現することが困難である。
【非特許文献1】
K.Yonenaga et al., Electron. Lett. vol.31, No.4, 1995, p.302-304
【非特許文献2】
Y.Miyamoto et al., OAA'99, post-deadline paper PDP-4, 1999
【非特許文献3】
R.Ohhira et al., OFC'2001, WM2, 2000
【非特許文献4】
伊藤他、差動位相を利用したキャリアレスRZ変調方式の検討、40Gbit/s光伝送技術研究会OCS 40G-6-9、2002年6月20日、p.35-38
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の光送信装置においては、光デュオバイナリ変調方式では光ファイバ中での非線形耐力が著しく劣るため超高速伝送には適していないという問題があった。また、非線形耐力に優れた変調方式では光スペクトルの占有帯域が広いために高密度多重には適していないという問題があった。
【0008】
この発明は、変調スペクトルの占有帯域が狭く、かつ非線形耐力に優れた光送信装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明においては、伝送すべきNRZ符号形式のデータ信号のクロック周波数に等しい周波数間隔の2本のキャリア成分を有する光信号を発生する光キャリア発生部と、入力された前記データ信号をNRZI符号に符号変換する符号変換手段と、前記光キャリア発生部から入力された光信号を前記符号変換手段により符号変換された信号で位相変調する位相変調手段と、この位相変調手段から出力された光信号から、前記光キャリア発生部にて発生された光信号のキャリア周波数成分を抑圧するマッハ・ツェンダ型干渉計と、このマッハ・ツェンダ型干渉計が出力した光信号から、前記2本のキャリアの周波数帯域を通す帯域光フィルタとを備えたことを特徴とする光送信装置を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態の説明に入る前に、本発明の原理について図面を用いて説明する。図13(a)にDPCS-RZ方式の光スペクトルを示す。DPCS-RZ方式では、非線形耐力は優れるが少なくともビットレート(B)の2倍の帯域を占有するために、波長多重伝送に適用した場合に高密度化、即ち周波数利用効率という観点では問題があった。
【0011】
我々は図13(a)の光スペクトルが図13(b))に示す通り、キャリア周波数f0を挟んで、上下側波帯の2つの成分に分離でき、更に時系列的にはこの2つの成分が同時には発生しないことを見出した。
【0012】
そこで図14(a)に示す通り、キャリア周波数としてf1およびf2を有する2つの光キャリア成分(キャリア周波数の差はビットレートに一致)に対して同時にDPCS−RZ変調を施し、図14(b)に示す両者が重なるクロスハッチ部の内、f1−f2を含む破線部分のみを光フィルタで抽出する。
【0013】
これにより、変調スペクトルの占有帯域として光デュオバイナリ変調並の狭帯域化を図りつつ、かつDPCS−RZ方式の非線形耐力に優れるという特性をある程度保持した光送信装置を得ることができる。
【0014】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る光送信装置について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る光送信装置の構成を説明するための図である。
図1において、光送信装置1は、光キャリア発生部100,信号入力端子101,符号変換部102,光位相変調器103,マッハ・ツェンダ干渉計104,光フィルタ105から構成されている。
【0015】
光キャリア発生部100は、半導体レーザ111,112および光合波器120から構成されている。半導体レーザ111は、光周波数f1で発振する。半導体レーザ112は、f0とは異なる光周波数f2で発振する。これら発振された2つのレーザ光は光合波器120へ入力される。
【0016】
光合波器120は、半導体レーザ111,112から入力された2つのレーザ光を合波して光位相変調器103へ出力する。なお、以下各実施の形態では半導体レーザを用いるが、本発明はこれに限らずガスを用いたレーザを用いても良い。
【0017】
図示しない制御回路からの制御信号により、半導体レーザ111および112から出力される光キャリア周波数の差は、伝送するデータ信号のクロック周波数に一致するように設定されている。
【0018】
伝送するデータ信号であるNRZ(Non-Return to Zero)信号は、信号入力端子101を介して符号変換部102へ入力される。
符号変換部102は、信号入力端子101から入力されたNRZ信号をNRZI(Non-Return to Zero Inverse)信号に変換して光位相変調器103へ出力する。
【0019】
光位相変調器103は、光キャリア発生部100内の光合波器120から入力された合波されているレーザ光を、符号変換部102から入力されたNRZI信号により位相変調してマッハ・ツェンダ干渉計104へ出力する。
【0020】
マッハ・ツェンダ干渉計104のFSR(Free Spectrum Range)は、光キャリア発生部100より出力される2つのレーザ光(光キャリア)の周波数差周波数の差に概ね一致し、この透過特性は光キャリア発生部100より出力される光キャリア成分(2つのキャリア成分の両方)を抑圧するように調整される。
【0021】
マッハ・ツェンダ干渉計104は、光位相変調器103から入力された位相変調された信号の内、光キャリア発生部100より出力される光キャリア成分を抑圧して狭帯域光フィルタ105へ出力する。
【0022】
狭帯域光フィルタ105の透過中心周波数は、光キャリア発生部100から出力される2つのレーザ光(光キャリア)周波数の中央に一致するように設定されている。狭帯域光フィルタ105は、マッハ・ツェンダ干渉計104から入力された光を、2つの光キャリア周波数間の帯域を通して他の周波数帯を抑制するよう帯域制限して光伝送路へ出力する。このときの帯域制限としては、半値全幅(FWHM)がビットレート程度以上の光フィルタで帯域を制限すれば良い。
【0023】
次に、このように構成された本発明の第1の実施の形態に係る光送信装置の動作について、各部における出力光スペクトルと光波形を示す図2から図5を用いて説明する。図2〜5(a)は光スペクトルを示し、図2〜5(b)は光波形を示している。
【0024】
図2は、光キャリア発生部100の出力信号を示す図である。
本実施の形態では伝送速度を40[Gbps]と設定しており、光キャリア周波数の差は図2(a)に示す通り40[GHz]に設定している。
光波形としては、2本の光キャリア周波数のビート成分として、40[GHz]の正弦波信号が表れている。
図3は、光位相変調器103から出力される光信号を示す図である。
光位相変調器103により位相変調が施されるため、光スペクトルは図3(a)に示す通り光スペクトルが顕著に広がり、ピークから20[dB]下がったポイントにおける光スペクトル幅は約100[GHz]となっている。
【0025】
光波形としては図2(b)から変化はない。
図4は、マッハ・ツェンダ干渉計104から出力される光信号を示す図である。
図4(a)に示す通り光スペクトルは、マッハ・ツェンダ干渉計104により、光キャリア発生部100からの光キャリア成分が抑圧されている。また、光スペクトルは光位相変調器103で受けた位相変調成分が強度変調成分に変換されている。
【0026】
この結果、光波形としては図4(b)に示す通り信号入力端子101から入力されたNRZ信号が光RZ信号に変換された形で表れる。
このままでは光スペクトルが大きく広がったままであるため、スペクトル利用効率が低くなってしまう。
図5は、狭帯域光フィルタ105から出力される光信号を示す図である。
本実施の形態では狭帯域光フィルタとして3[dB]帯域幅、40[GHz]の3次ガウスフィルタを用いている。
光スペクトルは狭帯域光フィルタ105により帯域制限された結果、図5(a)に示す通り大幅に帯域制限されている(20dBダウンで約40GHz)。
しかし、光波形としては図5(b)に示す通り、良好なアイ開口が得られている。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る光送信装置の非線形耐力について図6を用いて説明する。なお、比較のため従来のDuobinary方式とNRZ方式についても図6中に示している。
【0027】
伝送路としては、SMF(Single Mode Fiber)80[km]の4スパンを仮定し、各光中継器においてファイバの分散および分散スロープについては100%補償した。
【0028】
図6の横軸は各スパンのSMFへの入力パワーを示し、縦軸はアイ開口度劣化を示す。
図6から本発明の方式は、従来のDuobinary方式やNRZ方式に比べ、狭い光スペクトル幅を有しているにもかかわらず、伝送路中の非線形効果に対して他の2方式より優れた耐力を有していることが分かる。
【0029】
以上説明したように、本発明の光送信装置は、伝送速度と同程度の狭いスペクトル幅を有しているために、高密度波長多重方式において優れた周波数利用効率を実現できる。
【0030】
また、非線形耐力についても従来の狭スペクトルの変調方式に比べ優れた特性を有するために、長距離伝送において良好な受信感度を得ることができる。
更に、波長多重伝送時においては、光合波器を狭帯域フィルタ105の代わりに使用することもできる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る光送信装置について図面を用いて詳細に説明する。
図7は、本発明の第2の実施の形態に係る光送信装置1の構成を説明するための図である。尚、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図7は、図1と比べて光キャリア発生部100内の構成が異なっている。
図7において、光キャリア発生部100は、半導体レーザ111,信号入力端子701,分周器702,変調電圧調整部703,光位相変調器704,光フィルタ705から構成されている。半導体レーザ111は、光周波数f1で発振する。
【0031】
伝送するデータ信号のクロック信号は、信号入力端子701を介して分周器702へ入力される。
分周器702は、信号入力端子701から入力されたクロックを二分周して変調電圧調整部703へ出力する。
変調電圧調整部703は、光位相変調器704から出力される光の内、半導体レーザ111から出力される光キャリア成分が最小となるように、光位相変調器704への印加電圧値を調整する。このとき最小が最良なのであるが、必ずしも最小である必要はなく、本発明の効果を得られる範囲であれば、略最小であっても良い。
【0032】
半導体レーザ111は、レーザ光を光位相変調器704へ出力する。
光位相変調器704は、半導体レーザ111から入力されたレーザ光を変調電圧調整部703から印加された印加電圧値に応じて位相変調して光フィルタ705へ出力する。
【0033】
図8に光フィルタ705の入出力光スペクトルを示す。
光位相変調器103が、半導体レーザ111から入力されたレーザ光(光周波数f1で発振)に対してキャリア成分が最小となるように位相変調を施すと、図8(a)に示す通り大きな高調波成分が発生する。
【0034】
そこで光フィルタ705により、図8(b)に示す通り光位相変調器704にて位相変調された出力光の高調波成分を抑圧する。これにより、伝送するデータ信号のクロック周波数に相当する周波数間隔を有する2本の光キャリア信号を得ることが出来る。なお、図の中心および両端のキャリアは、メインのキャリア成分に対して50[dB]以上抑圧されているので問題ない。
【0035】
このように光キャリア発生部100を構成することによって、1台の半導体レーザで2本の光キャリア信号を得ることが出来、装置をより小さく作ることが出来る。また、光キャリアの周波数間隔も入力するデータ信号に応じて可変することが出来る。
【0036】
尚、上述の図7を用いた説明では伝送するデータ信号のクロック信号を、光キャリア発生部100の外部から入力する構成とした。これに代え、伝送するデータ信号から、伝送するデータ信号のクロック成分を抽出する構成としても良い。
【0037】
以上のように光キャリア発生部100を構成したとしても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることが出来る。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る光送信装置について図面を用いて詳細に説明する。
図9は、本発明の第3の実施の形態に係る光送信装置1の構成を説明するための図である。尚、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図9は、図7と比べて光キャリア発生部100内の構成が異なっている。図7では光キャリア発生部100内で位相変調していたのに代え、図9では光キャリア発生部100内で強度変調している。
【0038】
図9において、光キャリア発生部100は、半導体レーザ111,信号入力端子701,分周器702,変調電圧調整部703,強度変調器902,バイアス制御部901から構成されている。
【0039】
伝送するデータ信号のクロック信号は、信号入力端子701を介して分周器702へ入力される。
変調電圧調整部703は、マッハ・ツェンダ型強度変調器902から出力される光の内、半導体レーザ111から出力される光キャリア成分が最小となるように、マッハ・ツェンダ型強度変調器902へ出力する変調信号を調整する。このとき最小が最良なのであるが、必ずしも最小である必要はなく、本発明の効果を得られる範囲であれば、略最小であっても良い。
【0040】
マッハ・ツェンダ型強度変調器902は、半導体レーザ111から入力されたレーザ光を変調電圧調整部703から印加された変調信号に応じて強度変調して光位相変調器103へ出力する。
【0041】
バイアス制御部901は、マッハ・ツェンダ型強度変調器902の動作点を最適化するようにマッハ・ツェンダ型強度変調器902にバイアス電圧を印加する。
次に、図10および図11を用いて、バイアス制御部901からマッハ・ツェンダ型強度変調器902へ印加されるバイアス電圧について説明する。
マッハ・ツェンダ型強度変調器902の変調電圧に対する透過特性は、図10に示す通りである。
横軸は変調電圧調整部703からマッハ・ツェンダ型強度変調器902の電極に印加される変調信号の電圧の大きさを示し、縦軸はマッハ・ツェンダ型強度変調器902から出力される光パワーの大きさを示す。
【0042】
図11(a)は、変調電圧調整部703から出力される変調信号を示す図である。
図11(b),(c),(d)は、バイアス制御部901において図10に示すそれぞれA,B,Cの各ポイントにDCバイアスを設定した場合のマッハ・ツェンダ型強度変調器902から出力される光波形を示す図である。
【0043】
本実施の形態では、バイアス制御部901からマッハ・ツェンダ型強度変調器902へ印加されるバイアス電圧は、図10に示すAまたはBのポイントにDCバイアスを設定する。
【0044】
ここで、変調電圧調整部703において、マッハ・ツェンダ型強度変調器902に印加される変調信号の振幅(peak-to-peak)が半波長電圧の2倍となるように調整した。
【0045】
図11(b)および(c)に示す通り、マッハ・ツェンダ型強度変調器902の動作点を透過特性が最小(バイアス:A)もしくは最大(バイアス:B)となる電圧に設定すれば、分周器702により二分周したクロック信号を用いて本来のクロック周波数を有する光パルス列、即ちクロック周波数に相当する周波数間隔を有する光キャリアが発生されることがわかる(図11(b)、(c))。このとき最小または最小が最良なのであるが、必ずしも最小/最大である必要はなく、分周器702により二分周したクロック信号を用いて本来のクロック周波数を有する光パルス列を得られる範囲であれば、略最小/略最大であっても良い。
【0046】
また、マッハ・ツェンダ型強度変調器の場合、光位相変調器と比べて高調波成分が小さいために、図7では必要であった光フィルタ705で高調波成分を抑圧する必要がない。従って、低コスト化、低損失化を実現することができる。
【0047】
なお、上記の実施形態では、強度変調器として単一電極マッハ・ツェンダ型強度変調器を用いたが、二電極型マッハ・ツェンダ変調器を用いても良い。この場合、二電極型マッハ・ツェンダ変調器に印加する変調信号の振幅を半分にできるため、変調電圧調整部703において高出力増幅器が不要となり、更に低コスト化・小型化を図ることができる。また、変調器出力光パルスのチャープを低減できるため、光スペクトル広がりを抑圧することができる。
【0048】
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る光送信装置について図面を用いて詳細に説明する。この実施の形態は、第3の実施の形態を波長多重伝送に適用した光送信装置である。
【0049】
図12は、本発明の第4の実施の形態に係る光送信装置2の構成を説明するための図である。尚、図9と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図12は、図9に示す光送信装置1から光フィルタ105を除いた構成である光送信部1201をn(nは自然数)個備えている。n個の光送信部1201内の半導体レーザ111は、互いに異なる光周波数で発振する。
【0050】
各光送信部1201からは図4に示す光スペクトルおよび光波形を有する光信号が出力される。ただし、光スペクトルの中心周波数は各光送信部1201で互いに異なっている。
【0051】
各光送信部1201から出力された光信号は、光合波器1202の各入力ポートへ入力される。光合波器1202の各入力ポートから出力ポートへの透過特性は、隣接するチャンネルとの干渉を抑圧するような光フィルタリング特性を有している。この光フィルタリング特性の透過中心周波数は、各光送信部1201内に実装されている半導体レーザ111の発振周波数と概ね一致している。
【0052】
このように波長多重方式においては、光合波器の透過波長特性により光スペクトルの狭窄化を図ることにより、各光送信装置に必要であった狭帯域光フィルタ105を省くことができるため、光送信装置全体としてのコストを低減することが可能となる。
【0053】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、変調スペクトルが非常に狭く、かつ伝送路中の非線形効果に対する耐力のある光送信装置が実現できるので、超高速伝送システムにおいても高密度波長多重が可能となるため、限られた波長資源の有効活用が可能となり、システムのトータルコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図。
【図2】 本発明の第1の実施形態における光キャリア発生部からの出力を示す図。
【図3】 本発明の第1の実施形態における光位相変調器103から出力される光信号を示す図。
【図4】 本発明の第1の実施形態におけるマッハ・ツェンダ干渉計104から出力される光信号を示す図。
【図5】 本発明の第1の実施形態における狭帯域光フィルタ105から出力される光信号を示す図。
【図6】 本発明の第1の実施形態における光送信装置の非線形耐力を説明する図。
【図7】 本発明の第2の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図。
【図8】 本発明の第2の実施形態における光キャリア発生部を説明する図。
【図9】 本発明の第3の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図。
【図10】 マッハ・ツェンダ型光強度変調器の印加電圧と変調電圧に対する透過特性を示す図。
【図11】 本発明の第3の実施形態における光キャリア発生部を説明する図。
【図12】 本発明の第4の実施形態に係る光送信装置の構成を示す図。
【図13】 DPCS−RZ変調方式における光スペクトルを説明する図。
【図14】 本発明の原理を説明するための図。
【符号の説明】
1,2…光送信装置、100…光キャリア発生部、101,701…信号入力端子、102…符号変換部、103,704…光位相変調器、104…マッハ・ツェンダ干渉計、105,705…光狭帯域フィルタ、111,112…半導体レーザ、120…光合波器、702…分周器、703…変調電圧調整部、901…バイアス制御部、902…マッハ・ツェンダ型光強度変調器、1201…光送信部、1202…光合波器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission device used for optical transmission, and particularly to an optical transmission device and an optical transmission method used for ultrahigh-speed wavelength division multiplexing transmission.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, to increase the transmission capacity in optical transmission, there are a direction to increase the number of wavelength multiplexing and a direction to increase the transmission speed. However, the two are in conflict with limited wavelength resources. That is, since the occupied band per wave increases in proportion to the transmission speed, the number of wavelength multiplexing decreases. Therefore, in order to further increase the transmission capacity in a limited wavelength resource, it is necessary to improve the frequency utilization efficiency.
[0003]
An optical duobinary modulation system has been proposed as an optical modulation system with a compact modulation spectrum (see, for example, Patent Document 1).
Since this optical duobinary modulation method only occupies the spectrum width of the band of the signal to be transmitted, it is a very excellent modulation method from the viewpoint of frequency utilization efficiency. Further, since the output optical signal is also a binary signal, consistency with a conventional receiver can be ensured. Furthermore, it has an excellent resistance to chromatic dispersion of optical fibers.
[0004]
In ultra-high-speed transmission, resistance to nonlinear phenomena in optical fibers is important. For example, in order to obtain the same optical signal-to-noise ratio when the repeater interval and transmission distance of the optical amplifier are the same, in the 40 Gbps system, approximately four times as much optical power as that in the 10 Gbps system is input to the optical fiber. There is a need to. However, the non-linear tolerance of the optical duobinary modulation system is very poor and is not suitable for ultra-high speed transmission.
[0005]
As a modulation method having excellent nonlinear tolerance, a carrier suppression RZ (CS-RZ) modulation method (for example, see Non-Patent Document 2), an alternating chirp RZ (AC-RZ) modulation method (for example, Non-Patent Document 3). In addition, a carrier suppression RZ (DPCS-RZ) modulation method using a differential phase (see, for example, Non-Patent Document 4) has been proposed. Since the DPCS-RZ modulation system has a feature that the optical phase is inverted between adjacent mark bits, the nonlinear proof stress is excellent.
[0006]
However, in any method, since the occupied band of the optical spectrum is wide, it is difficult to realize high frequency utilization efficiency.
[Non-Patent Document 1]
K. Yonenaga et al., Electron. Lett. Vol. 31, No. 4, 1995, p. 302-304
[Non-Patent Document 2]
Y.Miyamoto et al., OAA'99, post-deadline paper PDP-4, 1999
[Non-Patent Document 3]
R. Ohhira et al., OFC'2001, WM2, 2000
[Non-Patent Document 4]
Ito et al., Study of carrierless RZ modulation using differential phase, 40Gbit / s optical transmission technology workshop OCS 40G-6-9, June 20, 2002, p.35-38
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional optical transmission apparatus has a problem that the optical duobinary modulation method is not suitable for ultrahigh-speed transmission because the nonlinear resistance in the optical fiber is remarkably inferior. In addition, the modulation method with excellent nonlinear tolerance has a problem that it is not suitable for high-density multiplexing because the occupied band of the optical spectrum is wide.
[0008]
It is an object of the present invention to provide an optical transmission apparatus that has a narrow modulation spectrum occupancy band and is excellent in nonlinear tolerance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, an optical carrier generator for generating an optical signal having two carrier components having a frequency interval equal to the clock frequency of a data signal in the NRZ code format to be transmitted, and an input Code conversion means for code-converting the received data signal into an NRZI code, phase modulation means for phase-modulating the optical signal input from the optical carrier generation unit with a signal code-converted by the code conversion means, and the phase From an optical signal output from the modulation means, a Mach-Zehnder interferometer that suppresses a carrier frequency component of the optical signal generated by the optical carrier generator, and an optical signal output from the Mach-Zehnder interferometer An optical transmission device comprising a band optical filter that passes the frequency bands of the two carriers is provided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Prior to the description of the embodiments, the principle of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 13A shows the optical spectrum of the DPCS-RZ system. The DPCS-RZ system has excellent nonlinear tolerance, but occupies at least twice the bandwidth of the bit rate (B), so there is a problem in terms of higher density, that is, frequency utilization efficiency when applied to wavelength multiplexing transmission. It was.
[0011]
As shown in FIG. 13B, the optical spectrum of FIG. 13A can be separated into two components of the upper and lower sidebands across the carrier frequency f0, and further, these two components in time series. Found that they do not occur at the same time.
[0012]
Therefore, as shown in FIG. 14 (a), DPCS-RZ modulation is simultaneously applied to two optical carrier components having carrier frequencies f1 and f2 (the difference between the carrier frequencies matches the bit rate). Only the broken line portion including f1-f2 is extracted by the optical filter from the cross-hatched portion where the two overlap each other.
[0013]
As a result, it is possible to obtain an optical transmission apparatus that has a characteristic that it is excellent in the nonlinear tolerance of the DPCS-RZ system while narrowing the band equivalent to optical duobinary modulation as the occupied band of the modulation spectrum.
[0014]
(First embodiment)
An optical transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the optical transmission apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the
[0015]
The optical
[0016]
The
[0017]
The difference between the optical carrier frequencies output from the
[0018]
An NRZ (Non-Return to Zero) signal that is a data signal to be transmitted is input to the
The
[0019]
The
[0020]
The FSR (Free Spectrum Range) of the Mach-
[0021]
The Mach-
[0022]
The transmission center frequency of the narrow-band
[0023]
Next, the operation of the thus configured optical transmission apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 5 showing output optical spectra and optical waveforms in the respective units. 2-5 (a) shows an optical spectrum, and FIGS. 2-5 (b) show optical waveforms.
[0024]
FIG. 2 is a diagram illustrating an output signal of the optical
In this embodiment, the transmission rate is set to 40 [Gbps], and the difference in optical carrier frequency is set to 40 [GHz] as shown in FIG.
As an optical waveform, a sine wave signal of 40 [GHz] appears as a beat component of two optical carrier frequencies.
FIG. 3 is a diagram illustrating an optical signal output from the
Since phase modulation is performed by the
[0025]
There is no change in the optical waveform from FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical signal output from the Mach-
As shown in FIG. 4A, the optical carrier component from the optical
[0026]
As a result, the optical waveform appears in a form in which the NRZ signal input from the
If this is the case, the optical spectrum remains largely spread, and the spectrum utilization efficiency is lowered.
FIG. 5 is a diagram illustrating an optical signal output from the narrowband
In the present embodiment, a 3 [dB] bandwidth and a 40 [GHz] third order Gaussian filter are used as the narrow band optical filter.
As a result of the band limitation of the optical spectrum by the narrow band
However, as shown in FIG. 5B, a good eye opening is obtained as the optical waveform.
Next, the nonlinear proof strength of the optical transmission apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. For comparison, the conventional Duobinary method and NRZ method are also shown in FIG.
[0027]
As a transmission line, four spans of SMF (Single Mode Fiber) 80 [km] are assumed, and fiber dispersion and dispersion slope are compensated 100% in each optical repeater.
[0028]
The horizontal axis of FIG. 6 shows the input power to the SMF of each span, and the vertical axis shows the eye opening degree deterioration.
As shown in FIG. 6, the method of the present invention is superior to the other two methods against the nonlinear effect in the transmission line, despite the narrow optical spectrum width compared to the conventional Duobinary method and NRZ method. It can be seen that
[0029]
As described above, since the optical transmission apparatus of the present invention has a narrow spectrum width comparable to the transmission speed, it is possible to realize excellent frequency utilization efficiency in the high-density wavelength multiplexing system.
[0030]
In addition, since the non-linear proof stress has characteristics superior to those of the conventional narrow spectrum modulation method, it is possible to obtain good reception sensitivity in long-distance transmission.
Further, an optical multiplexer can be used in place of the
(Second Embodiment)
An optical transmission apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the
FIG. 7 is different from FIG. 1 in the configuration in the optical
In FIG. 7, the optical
[0031]
A clock signal of the data signal to be transmitted is input to the
The
The modulation
[0032]
The
The
[0033]
FIG. 8 shows the input / output light spectrum of the
When the
[0034]
Therefore, the
[0035]
By configuring the optical
[0036]
In the description using FIG. 7 described above, the clock signal of the data signal to be transmitted is input from the outside of the optical
[0037]
Even if the optical
(Third embodiment)
An optical transmission apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 9 is a diagram for explaining the configuration of the
FIG. 9 is different from FIG. 7 in the configuration in the optical
[0038]
In FIG. 9, the optical
[0039]
A clock signal of the data signal to be transmitted is input to the
The modulation
[0040]
The Mach-Zehnder
[0041]
The
Next, the bias voltage applied from the
The transmission characteristics with respect to the modulation voltage of the Mach-Zehnder
The horizontal axis indicates the magnitude of the voltage of the modulation signal applied to the electrode of the Mach-Zehnder
[0042]
FIG. 11A is a diagram illustrating a modulation signal output from the modulation
FIGS. 11B, 11C, and 11D are diagrams from a Mach-Zehnder
[0043]
In the present embodiment, the bias voltage applied from the
[0044]
Here, the modulation
[0045]
As shown in FIGS. 11B and 11C, if the operating point of the Mach-Zehnder
[0046]
Further, in the case of the Mach-Zehnder type intensity modulator, since the harmonic component is smaller than that of the optical phase modulator, it is not necessary to suppress the harmonic component by the
[0047]
In the above embodiment, the single-electrode Mach-Zehnder type intensity modulator is used as the intensity modulator, but a two-electrode type Mach-Zehnder modulator may be used. In this case, since the amplitude of the modulation signal applied to the two-electrode Mach-Zehnder modulator can be halved, the modulation
[0048]
(Fourth embodiment)
An optical transmission apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment is an optical transmission apparatus in which the third embodiment is applied to wavelength multiplexing transmission.
[0049]
FIG. 12 is a diagram for explaining the configuration of the
[0050]
Each
[0051]
The optical signal output from each
[0052]
As described above, in the wavelength division multiplexing method, the narrow-band
[0053]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an optical transmitter that has a very narrow modulation spectrum and is resistant to nonlinear effects in the transmission path, and therefore, high-density wavelength multiplexing is possible even in an ultrahigh-speed transmission system. Therefore, the limited wavelength resources can be effectively used, and the total cost of the system can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical transmission apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an output from an optical carrier generation unit in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an optical signal output from the
FIG. 4 is a diagram showing an optical signal output from a Mach-
FIG. 5 is a diagram showing an optical signal output from the narrowband
FIG. 6 is a diagram for explaining the non-linear proof strength of the optical transmission apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an optical transmission apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an optical carrier generation unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an optical transmission apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing transmission characteristics with respect to an applied voltage and a modulation voltage of a Mach-Zehnder optical intensity modulator.
FIG. 11 is a diagram illustrating an optical carrier generation unit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an optical transmission apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 illustrates an optical spectrum in the DPCS-RZ modulation method.
FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
入力された前記データ信号をNRZI符号に符号変換する符号変換手段と、
前記光キャリア発生部から入力された光信号を前記符号変換手段により符号変換された信号で位相変調する位相変調手段と、
この位相変調手段から出力された光信号から、前記光キャリア発生部にて発生された光信号のキャリア周波数成分を抑圧するマッハ・ツェンダ型干渉計と、
このマッハ・ツェンダ型干渉計が出力した光信号から、前記2本のキャリアの周波数帯域を通す帯域光フィルタとを備えたことを特徴とする光送信装置。An optical carrier generator for generating an optical signal having two carrier components at a frequency interval equal to the clock frequency of the data signal in the NRZ code format to be transmitted;
Code conversion means for code-converting the input data signal into an NRZI code;
Phase modulation means for phase-modulating the optical signal input from the optical carrier generator with the signal code-converted by the code conversion means;
A Mach-Zehnder interferometer that suppresses the carrier frequency component of the optical signal generated by the optical carrier generation unit from the optical signal output from the phase modulation unit,
An optical transmission apparatus comprising: a band optical filter that passes the frequency band of the two carriers from an optical signal output from the Mach-Zehnder interferometer.
互いに異なる光周波数を有する複数のレーザと、
前記複数のレーザからの光を合波する光合波手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の光送信装置。The optical carrier generator is
A plurality of lasers having different optical frequencies;
The optical transmission device according to claim 1, further comprising: an optical multiplexing unit configured to multiplex light from the plurality of lasers.
1つのキャリア成分を有する光信号を発生する光源と、
前記データ信号のクロック周波数成分を二分周する分周手段と、
入力された制御信号により制御され、前記分周手段で二分周された信号により前記光源から入力された光信号を位相変調する光源側位相変調手段と、
この光源側位相変調手段から出力される光信号に含まれる前記光キャリア発生部にて発生された光信号のキャリア周波数成分を略最小とする前記制御信号を前記光源側位相変調手段へ出力する制御手段と、
前記光源側位相変調手段から入力された光信号から高調波成分を抑圧する光フィルタとを具備することを特徴とする請求項1記載の光送信装置。The optical carrier generator is
A light source that generates an optical signal having one carrier component;
Frequency dividing means for dividing the clock frequency component of the data signal by two;
A light source side phase modulation unit that is controlled by the input control signal and phase-modulates an optical signal input from the light source by a signal divided by two by the frequency dividing unit;
Control for outputting the control signal that substantially minimizes the carrier frequency component of the optical signal generated by the optical carrier generator included in the optical signal output from the light source side phase modulation means to the light source side phase modulation means Means,
The optical transmission device according to claim 1, further comprising: an optical filter that suppresses harmonic components from the optical signal input from the light source side phase modulation means.
1つのキャリア成分を有する光信号を発生する光源と、
前記データ信号のクロック周波数成分を二分周する分周手段と、
この分周手段で二分周された信号により前記光源からの光信号を強度変調するマッハ・ツェンダ型強度変調手段と、
このマッハ・ツェンダ型強度変調手段に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御手段とを具備し、
このバイアス制御手段は、
前記分周手段から二分周された信号のDC成分に相当する電圧が、前記マッハ・ツェンダ型強度変調手段の光透過特性の略最小もしくは略最大に対応するように制御することを特徴とする請求項1記載の光送信装置。The optical carrier generator is
A light source that generates an optical signal having one carrier component;
Frequency dividing means for dividing the clock frequency component of the data signal by two;
Mach-Zehnder type intensity modulation means for intensity-modulating the optical signal from the light source by a signal divided by two by the frequency dividing means,
Bias control means for controlling the bias voltage applied to the Mach-Zehnder type intensity modulation means,
This bias control means
The voltage corresponding to the DC component of the signal frequency-divided by 2 from the frequency dividing means is controlled so as to correspond to the substantially minimum or substantially maximum light transmission characteristic of the Mach-Zehnder type intensity modulating means. Item 5. The optical transmission device according to Item 1.
符号変換手段により、入力された前記データ信号をNRZI符号に符号変換し、
位相変調手段により、前記光キャリア発生部から出力された光信号を前記符号変換手段により符号変換された信号で位相変調し、
マッハ・ツェンダ型干渉計により、前記位相変調手段から入力された光信号から、前記光キャリア発生部にて発生された光信号のキャリア周波数成分を抑圧し、
帯域光フィルタにより、前記マッハ・ツェンダ型干渉計が出力した光信号から、前記2本のキャリアの周波数帯域を通すことを特徴とする光送信方法。An optical carrier generation unit generates an optical signal having two carrier components having a frequency interval equal to the clock frequency of the data signal in the NRZ code format to be transmitted,
Code conversion means converts the input data signal into an NRZI code,
The phase modulation means modulates the phase of the optical signal output from the optical carrier generator with the signal converted by the code conversion means,
The Mach-Zehnder interferometer suppresses the carrier frequency component of the optical signal generated by the optical carrier generator from the optical signal input from the phase modulation unit,
An optical transmission method characterized by passing a frequency band of the two carriers from an optical signal output from the Mach-Zehnder interferometer by a band optical filter.
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