JP4351508B2 - Duobinary pulse shaping for optical transmission systems using pulse amplitude modulation techniques - Google Patents
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Description
本発明は、一般に、光通信システムに関し、より具体的には、デュオバイナリ多重レベル・パルス振幅変調技法を使用する光通信システムに関する。 The present invention relates generally to optical communication systems, and more particularly to optical communication systems that use duobinary multi-level pulse amplitude modulation techniques.
本出願は、2002年9月23日出願された米国仮出願第60/412,870号の利益を主張する。 This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 412,870, filed September 23, 2002.
デジタル通信技術の爆発的な成長により、データ、音声、および/またはビデオの情報などのデジタル情報を伝達するための帯域幅に対する需要がさらに増大した。帯域幅に対する需要の増大と歩調を合わせるために、増大するデータ転送速度において有効に機能する新しいまたは改良されたネットワーク構成要素および技術を絶えず開発しなければならない。しかし、光通信システムでは、改良された光学構成要素を配備するコストは、そのようなより高いデータ転送速度では法外に高くなる。たとえば、40Gbpsの光通信システムを配備するコストは、既存の10Gbps光通信システムのコストの10倍を超えると推定される。一方、達成可能なスループットは、4倍にしか増大しない。 The explosive growth of digital communication technology has further increased the demand for bandwidth to carry digital information such as data, voice, and / or video information. To keep pace with the increased demand for bandwidth, new or improved network components and technologies that function effectively at increasing data rates must be constantly developed. However, in optical communication systems, the cost of deploying improved optical components is prohibitively high at such higher data rates. For example, the cost of deploying a 40 Gbps optical communication system is estimated to exceed ten times the cost of an existing 10 Gbps optical communication system. On the other hand, the achievable throughput increases only four times.
したがって、光通信の分野における研究の多くは、既存の光技術からより高いスループットを獲得することを試みた。従来の光伝送システムでは、分散補償は、通常、高価な光補償装置を必要とする。分散補償モジュール(DCM)の必要性を軽減するために、デュオバイナリ・パルス整形技法が光チャネルについて考慮された。デュオバイナリ・パルス整形技法は、2進データ信号を3レベル信号にマッピングすることによって、必要な信号帯域幅を2分の1に低減した。 Thus, much research in the field of optical communications has attempted to obtain higher throughput from existing optical technologies. In conventional optical transmission systems, dispersion compensation usually requires an expensive optical compensator. To alleviate the need for a dispersion compensation module (DCM), a duobinary pulse shaping technique was considered for the optical channel. The duobinary pulse shaping technique reduced the required signal bandwidth by a factor of two by mapping the binary data signal to a three level signal.
通常、デュオバイナリ変調フォーマットは、2つの信号レベル(+1および−1)を使用して1の2進値を表し、1つの信号レベル(0)を使用して2進値のゼロを表す。分散感度を最小限に抑え、かつ高密度波長分割多重化技術を可能にするために、従来の非ゼロ復帰(NRZ)2進信号と比較して、狭いスペクトル幅のデュオバイナリ信号が開発された。標準的な非ゼロ復帰(MRZ)信号とは対照的に、デュオバイナリ電気信号で光信号を変調することにより、光スペクトルが2分の1に低減されることが観測されている。
スペクトル効率をさらに改善するために、デュオバイナリ・パルス整形技法を使用する光通信システムが必要である。利点の中でも、スペクトル効率の改善により、分散に対するより広範な許容性と、包括的かつ利用可能な光技術の使用とが可能になる。たとえば、スペクトル効率を4倍に改善することにより、既存の10Gbps光通信システムを使用して、40Gbps光通信システムが提供される。 To further improve spectral efficiency, an optical communication system that uses duobinary pulse shaping techniques is needed. Among the benefits, improved spectral efficiency allows for wider tolerance for dispersion and the use of comprehensive and available optical technologies. For example, by improving spectral efficiency by a factor of 4, a 40 Gbps optical communication system is provided using an existing 10 Gbps optical communication system.
全般的に、パルス振幅変調(PAM)技法を使用してスペクトル効率をさらに改善する、デュオバイナリ光通信システムを開示する。開示するPAMデュオバイナリ光送信器は、PAM技法を使用して、複数の入力ビットをNレベル信号に変換し、現行Nレベル信号を先行Nレベル信号に追加して2N−1レベル信号を生成し、受信器に送信するために2N−1レベル信号を光信号に変換する。複数の入力ビットは、現行複数の入力ビットを先行複数の出力ビットに追加することによって、Nレベル信号に変換することができる。 In general, a duobinary optical communication system is disclosed that further improves spectral efficiency using pulse amplitude modulation (PAM) techniques. The disclosed PAM duobinary optical transmitter uses PAM techniques to convert multiple input bits into an N level signal and add the current N level signal to the preceding N level signal to generate a 2N-1 level signal. The 2N-1 level signal is converted to an optical signal for transmission to the receiver. Multiple input bits can be converted to an N-level signal by adding the current multiple input bits to the preceding multiple output bits.
同様に、開示するPAMデュオバイナリ光受信器は、受信光信号(複数のビットを符号化するために、パルス振幅変調技法とデュオバイナリ符号化技法を使用して符号化されている)のパワー・レベルを検出し、検出したパワー・レベルを複数のビットにマッピングして、送信情報に戻す。受信光信号のパワー・レベルを検出することにより、光信号を電気信号に変換することもできる。二乗演算を実施して、光信号を電気信号に変換することができる。二乗演算により、受信した2N−1レベル信号はNレベル信号に自動的に変換される。 Similarly, the disclosed PAM duobinary optical receiver is capable of powering the received optical signal (encoded using pulse amplitude modulation and duobinary encoding techniques to encode multiple bits). The level is detected, and the detected power level is mapped to a plurality of bits and returned to the transmission information. By detecting the power level of the received optical signal, the optical signal can be converted into an electrical signal. A square operation can be performed to convert the optical signal into an electrical signal. The received 2N-1 level signal is automatically converted to an N level signal by the square operation.
一例示的な実施態様では、PAM−4変調技法をデュオバイナリ・パルス整形技法と組み合わせて、光信号の帯域幅を低減することによって、スペクトル効率を全体で4倍に改善する。この方式では、同じ帯域幅の範囲内において、たとえば、2.5Gbps光通信システムを改良して、10Gbps光通信システムを提供することができ、また10Gbps光通信システムを改良して、40Gbps光信号システムを提供することができる。
本発明のより完全な理解と、ならびに本発明の他の特徴および利点とは、以下の詳細な記述および図面を参照することによって獲得されるであろう。
In one exemplary implementation, the PAM-4 modulation technique is combined with a duobinary pulse shaping technique to improve the spectral efficiency by a factor of 4 by reducing the bandwidth of the optical signal. In this system, within the same bandwidth, for example, a 2.5 Gbps optical communication system can be improved to provide a 10 Gbps optical communication system, and a 10 Gbps optical communication system can be improved to provide a 40 Gbps optical signal system. Can be provided.
A more complete understanding of the present invention, as well as other features and advantages of the present invention, will be obtained by reference to the following detailed description and drawings.
図1は、3つのレベルを使用して各ビットを符号化する例示的な従来のデュオバイナリ光通信システム100の概略的なブロック図である。図1に示すように、入力ビットは、排他的論理和(XOR)ゲート110の一端子に加えられ、先行ビットは、XORゲート110の第2端子に加えられる。先行ビットは、遅延要素150を含んでいるフィードバック・ループによって獲得される。XORゲート110および遅延要素150は、プリコーダ115を備え、このプリコーダは、先行出力ビットを現行入力ビットに追加することによって、相関を送信信号に導入する。したがって、プリコーダ115は、1/(1+D){mod2}演算を実施すると言われる。Dは、1つのビット間隔によってビットのシーケンスを遅延させる遅延演算である。
FIG. 1 is a schematic block diagram of an exemplary conventional duobinary
プリコーダ115の出力は、2レベル値(0または1)であり、この値は、エンコーダ120に加えられ、このエンコーダは、2レベル値を3レベル値にマッピングする。具体的には、所与のビット間隔において、エンコーダ120は、以下の表に従って、先行および現行のビット・レベルを共に追加して、3レベル値(0,1,2)を生成する。
The output of the
エンコーダ120によって生成された3レベル値は、マッハ・ツェンダー変調器130に加えられる。このマッハ・ツェンダー変調器は、既知の方式で、3レベル(0,1,2)のそれぞれを対応する電圧レベル(−V,0,+V)にマッピングする。次いで、生成された電圧レベルは、光信号(−e,0,+e)に変換されて、光ファイバ135に加えられる。
The tri-level value generated by
図1に示すように、受信器は、受信光信号を復号するパワー検出器140を含む。通常、パワー検出器140は、受信信号に関する二乗演算を実施することによって、光電気変換を実施する。受信信号は、3つの光学値(−e,0,+e)の1つを有することができるので、二乗演算により、信号は+e2または0に戻る。その後、パワー検出器140によって生成された2つのレベルは、対応する1ビット2進値にマッピングされる。この方式では、受信器におけるMod2演算は、マッピング表を進行することによって、および光領域から電気領域に自動的に獲得される(強度を測定するとき、−Vは+Vと等価である)。したがって、デュオバイナリ光通信システム100の出力におけるビットは、入力ビットに等しい。
As shown in FIG. 1, the receiver includes a
デュオバイナリ光通信システム100は、光スペクトルの帯域幅を2分の1に低減し、したがって、分散が存在する場合の性能を向上させる。デュオバイナリ光通信システム100の全体的な変換関数は、以下のように表される。
1/(1+D)×(1+D){mod2}=1{mod2}
Duobinary
1 / (1 + D) × (1 + D) {mod2} = 1 {mod2}
適切な従来のデュオバイナリ光通信システム100のより詳細な議論については、たとえば、参照によって本明細書に組み込まれている、Kazushige YonenagaおよびShigeru Kuwano、「Dispersion−Tolerant Optical Transmission System Using Duobinary Transmitter and Binary Receiver」J.of Lightwave Technology、vol.15、No.8、1530〜1537頁(1997年8月)を参照されたい。
For a more detailed discussion of a suitable conventional duobinary
本発明の一態様によれば、デュオバイナリ・パルス整形技法は、パルス振幅変調(PAM)技法と併用される。したがって、本発明は、デュオバイナリ・パルス整形技法を使用して獲得されるスペクトル効率の改善を、PAM変調を利用することによってさらに改善することができることを認識する。一例示的な実施態様では、PAM−4変調技法をデュオバイナリ・パルス整形技法と組み合わせて、光信号の帯域幅を低減することによって、スペクトル効率を全体で4倍に改善する。この方式では、たとえば、同じ帯域幅の範囲内において、2.5Gbps光通信システムを改良して、10Gbps光通信システムを提供することができ、また10Gbps光通信システムを改良して、40Gbps光通信システムを提供することができる。 According to one aspect of the invention, the duobinary pulse shaping technique is used in conjunction with a pulse amplitude modulation (PAM) technique. Thus, the present invention recognizes that the improvement in spectral efficiency obtained using duobinary pulse shaping techniques can be further improved by utilizing PAM modulation. In one exemplary implementation, the PAM-4 modulation technique is combined with a duobinary pulse shaping technique to improve the spectral efficiency by a factor of 4 by reducing the bandwidth of the optical signal. In this system, for example, within the same bandwidth, the 2.5 Gbps optical communication system can be improved to provide a 10 Gbps optical communication system, and the 10 Gbps optical communication system can be improved to provide a 40 Gbps optical communication system. Can be provided.
図2は、本発明の特徴を組み込んでいる例示的なPAM−4デュオバイナリ光通信システム200の概略的なブロック図である。図2に示すように、例示的なPAM−4実施態様では、4つのレベルを備える2つの入力ビットは、モジュロ4加算器210の一端子に加えられ、先行する4レベル値は、加算器210の第2端子に加えられる。先行4レベル値は、遅延要素250を含んでいるフィードバック・ループによって獲得される。加算器210および遅延要素250は、プリコーダ215を備え、このプリコーダは、先行4レベル出力値を現行4レベル入力値に追加することによって、相関を送信信号に導入する。したがって、プリコーダ215は、1/(1+D){mod4}演算を実施すると言われ、出力は、4レベル値である。
FIG. 2 is a schematic block diagram of an exemplary PAM-4 duobinary
プリコーダ215の4レベル出力は、エンコーダ220に加えられ、このエンコーダは、4つのレベルを7レベル値(0,1,2,3,4,5,6)にマッピングする。具体的には、所与のビット間隔において、エンコーダ220は、以下の表に従って、先行および現行の4レベル値を一緒に追加して、7レベル値を生成する。
The 4-level output of
エンコーダ220によって生成された7レベル値は、デジタル・アナログ変換器(DAC)225に加えられ、この変換器は、7レベル値を対応する電圧にマッピングする。たとえば、デジタル・アナログ変換器225は、以下の例示的なマッピングを使用することが考えられる。
The 7 level value generated by
それぞれ(0,1,2,3,6,5,4)→(−3V,−2V,−V,0,V,2V,3V)
デジタル・アナログ変換器225による他のマッピングも可能であることに留意されたい。次いで、マッハ・ツェンダー変調器230が、7電圧レベル(−3V,−2V,−V,0,V,2V,3V)のそれぞれを対応する光信号(−3e,−2e,−e,0,e,2e,3e)にマッピングし、光信号は、光ファイバ235に加えられる。
(0, 1, 2, 3, 6, 5, 4) → (-3V, -2V, -V, 0, V, 2V, 3V)
Note that other mappings by the digital to
図2に示すように、受信器は、受信光信号を復号するパワー検出器240を含む。通常、パワー検出器240は、受信信号に関する二乗演算を実施することによって、光電気変換を実施する。受信信号は、7つの光学値(−3e,−2e,−e,0,e,2e,3e)の1つを有することができるので、二乗演算により、信号は、+9e2、+4e2、+e2、または0に戻る。その後、スライサ260が、パワー検出器240によって生成された4つのレベルを対応する2ビット2進値にマッピングする。この方式では、受信器におけるMod4演算は、スライサ260のマッピング表を進行することによって、および光領域から電気領域に自動的に獲得される(強度を測定するとき、−Vは+Vと等価である)。したがって、PAM−4デュオバイナリ光通信システム220の出力における2ビットは、入力ビットに等しい。
As shown in FIG. 2, the receiver includes a
PAM−4デュオバイナリ光通信システム200は、光スペクトルの帯域幅を4分の1に低減し、したがって、分散が存在する場合の性能を改善する。デュオバイナリ光通信システム200の全体的な変換関数は、以下のように表される。
1/(1+D)×(1+D){mod4}=1{mod4}
The PAM-4 duobinary
1 / (1 + D) × (1 + D) {mod4} = 1 {mod4}
本明細書において示し、記述した実施形態および変形形態は、単に本発明の原理の例示であり、かつ、当業者によって、本発明の範囲および精神から逸脱せずに、様々な修正を実施することが可能であることを理解されたい。 The embodiments and variations shown and described herein are merely illustrative of the principles of the present invention and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Please understand that is possible.
Claims (10)
複数の入力ビットをNレベル信号に変換するステップと、
現行のNレベル信号を先行のNレベル信号に追加して、2N−1レベル信号を生成するステップであって、受信器で二乗演算を実施した後受信された信号がモジュロN演算として表わされるように、前記2N−1レベル信号は前記2N−1レベルの並べ換えられたセットを使用して対応する電圧値にマッピングされる生成するステップと、
前記受信器に送信するために、前記2N−1レベル信号を光信号に変換するステップとを含む方法。 A method for transmitting information,
Converting a plurality of input bits into an N-level signal;
Adding the current N-level signal to the preceding N-level signal to generate a 2N-1 level signal , so that the signal received after the squaring operation at the receiver is represented as a modulo-N operation Generating the 2N-1 level signal mapped to a corresponding voltage value using the reordered set of 2N-1 levels ;
For transmission to the receiver, the method comprising the step of converting said 2N-1 level signal to an optical signal.
それぞれ(0,1,2,3,6,5,4)→(−3V,−2V,−V,0,V,2V,3V)のように、7レベル値を対応する電圧値にマッピングするステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。 The additional step is as follows:
7 level values are mapped to corresponding voltage values as (0, 1, 2, 3, 6, 5, 4) → (−3V, −2V, −V, 0, V, 2V, 3V), respectively. The method of claim 1, further comprising a step.
複数のビットを符号化するために、パルス振幅変調技法とデュオバイナリ符号化技法を使用して符号化された光信号を受信するステップと、
前記受信された光信号のパワー・レベルを検出するステップと、
前記検出されたパワー・レベルを複数のビットにマッピングするステップであって、二乗演算を実施した後前記受信された信号がモジュロN演算として表わされるように、2N−1レベル信号は前記2N−1レベルの並べ換えられたセットを使用して対応する電圧値にマッピングされるマッピングするステップとを含む方法。 A method of receiving information,
Receiving an optical signal encoded using a pulse amplitude modulation technique and a duobinary encoding technique to encode a plurality of bits;
Detecting a power level of the received optical signal;
Mapping the detected power level to a plurality of bits , the 2N-1 level signal being the 2N-1 so that the received signal is represented as a modulo N operation after performing a square operation Mapping using a reordered set of levels to map to a corresponding voltage value .
複数の入力ビットをNレベル信号に変換するプリコーダと、
現行のNレベル信号を先行のNレベル信号に追加して、2N−1レベル信号を生成する加算器であって、受信器で二乗演算を実施した後受信された信号がモジュロN演算として表わされるように、前記2N−1レベル信号は前記2N−1レベルの並べ換えられたセットを使用して対応する電圧値にマッピングされる加算器と、
前記受信器に伝送するために、前記の2N−1レベル信号を光信号に変換するデジタル・アナログ変換器とを備えるシステム。 A system for transmitting information,
A precoder for converting a plurality of input bits into an N-level signal;
An adder that adds a current N-level signal to a preceding N-level signal to generate a 2N-1 level signal, the signal received after performing a squaring operation at the receiver is represented as a modulo-N operation Such that the 2N-1 level signal is mapped to a corresponding voltage value using the reordered set of 2N-1 levels ;
A system comprising a digital-to-analog converter for converting the 2N-1 level signal into an optical signal for transmission to the receiver.
複数のビットを符号化するために、パルス振幅変調技法とデュオバイナリ符号化技法を使用して符号化された光信号を受信するための入力ポートと、
前記受信された光信号のパワー・レベルを検出するパワー検出器と、
前記検出されたパワー・レベルを複数のビットにマッピングするスライサであって、二乗演算を実施した後前記受信された信号がモジュロN演算として表わされるように、2N−1レベル信号は前記2N−1レベルの並べ換えられたセットを使用して対応する電圧値にマッピングされるスライサとを備えるシステム。 A system for receiving information,
An input port for receiving an optical signal encoded using pulse amplitude modulation and duobinary encoding techniques to encode a plurality of bits;
A power detector for detecting a power level of the received optical signal;
A slicer that maps the detected power level to a plurality of bits , the 2N-1 level signal being the 2N-1 so that the received signal is represented as a modulo N operation after performing a square operation And a slicer that is mapped to a corresponding voltage value using a sorted set of levels .
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