JP4735567B2 - Optical transmission apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、複数のサブキャリアを含む電気信号を、アナログ光変調により伝送する光伝送装置及び方法に関する。 The present invention relates to an optical transmission apparatus and method for transmitting an electrical signal including a plurality of subcarriers by analog optical modulation.
光信号を、無線周波数帯の電気信号の振幅に応じて、例えば、強度変調して伝送するシステムが提案されている(例えば、非特許文献1、参照。)。 A system that transmits an optical signal after, for example, intensity modulation according to the amplitude of an electric signal in a radio frequency band has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
非特許文献1は、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術を用いたものであり、光伝送装置は、まず、高速フーリエ逆変換処理及びデジタルアナログ変換処理により実数部及び虚数部のベースバンド信号を生成し、実数部及び虚数部のベースバンド信号、それぞれを、互いに直交する同一周波数の正弦波信号により周波数変換して加算することで、レーザダイオードからの連続光を変調するための、変調電気信号を生成している。 Non-Patent Document 1 uses Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technology, and an optical transmission apparatus first performs real and imaginary part processing by fast Fourier inverse transform processing and digital / analog conversion processing. The baseband signal is generated, and the baseband signal of the real part and the imaginary part are respectively frequency-converted by the same frequency sine wave signals orthogonal to each other and added to modulate the continuous light from the laser diode. Generating a modulated electrical signal.
変調電気信号により強度変調された光信号は、レーザダイオードの発光周波数である光キャリア信号を対称軸とし、情報を搬送する側波帯が高周波側と低周波側に配置された光スペクトラムを有するが、非特許文献1に記載の光伝送装置は、一方の側波帯をフィルタで除去、つまり、片側側波帯(SSB:Single Side Band)方式にて光信号を送信している。 The optical signal whose intensity is modulated by the modulated electric signal has an optical spectrum in which the optical carrier signal, which is the emission frequency of the laser diode, is an axis of symmetry, and the sidebands carrying information are arranged on the high frequency side and the low frequency side. In the optical transmission device described in Non-Patent Document 1, one sideband is removed by a filter, that is, an optical signal is transmitted using a single sideband (SSB) system.
また、上記光信号を受信した光伝送装置は、まず、フォトダイオードにより、受信光信号を、変調電気信号に変換し、変調電気信号と同相及び直交する正弦波を、それぞれ、変調電気信号に乗じて、実数部及び虚数部のベースバンド信号に変換し、デジタルアナログ変換処理及び高速フーリエ変換処理により、実数部及び虚数部のベースバンド信号を、周波数領域の複素信号に変換している。 In addition, the optical transmission device that has received the optical signal first converts the received optical signal into a modulated electrical signal by a photodiode, and multiplies the modulated electrical signal by a sine wave that is in phase and orthogonal to the modulated electrical signal. Thus, the baseband signals of the real part and the imaginary part are converted into baseband signals of the real part and the imaginary part, and the baseband signals of the real part and the imaginary part are converted into complex signals in the frequency domain by digital analog conversion processing and fast Fourier transform processing.
図6は、非特許文献1に記載の光伝送装置が送信する光信号の概略的な光スペクトラムを示す図である。なお、ベースバンド信号を周波数変換するための正弦波信号の周波数をfTX、変調電気信号に含まれる一番低いサブキャリアと、一番高いサブキャリアの周波数差、つまり、変調電気信号の帯域をfSIGとする。図6によると、複数のサブキャリアを含む上側側波帯30の中心周波数は、光キャリア20から、周波数変換に使用した正弦波信号の周波数fTXだけ離れている。ここで、光キャリア20の周波数は、外部光変調器に入力されるレーザダイオードの発光周波数に等しい。
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic optical spectrum of an optical signal transmitted by the optical transmission device described in Non-Patent Document 1. Note that the frequency of the sine wave signal for frequency conversion of the baseband signal is f TX , and the frequency difference between the lowest subcarrier and the highest subcarrier included in the modulated electric signal, that is, the band of the modulated electric signal is f SIG . According to FIG. 6, the center frequency of the
非特許文献1にも記載されている様に、OFDMといった、複数のサブキャリアを含む側波帯30を有する光信号を、フォトダイードにより変調電気信号に変換した場合、相互変調(Intermodulation)とも呼ばれる、各サブキャリア間の相互混合(Intermixing)により相互混合ノイズが発生する。図7は、フォトダイードに対して、図6に示す光信号を入力した場合に出力される電気信号の概略的な周波数スペクトルを示す図である。図7によると、変調電気信号50の中心周波数は、光キャリア20と側波帯30の中心との周波数差に等しくfTXであり、相互混合ノイズ40が、直流からほぼ周波数fSIGまで発生している。なお、この相互混合ノイズ40の外挿ノイズ(Extrapolation)が、周波数fSIGより高い周波数領域にまで漏れ込むため、周波数fSIGより高い領域に存在する信号も、実際には影響を受けることになる。
As described in Non-Patent Document 1, when an optical signal having a
非特許文献1によると、相互混合ノイズ40は、キャリア対信号比(CSR:Carrier to Signal Ratio)が小さくなる程大きくなる。つまり、光伝送に使用できる光パワーの多くを光キャリア20に割り振ることで、相互混合ノイズ40を小さくできるが、これは、側波帯30、つまり、伝送する情報を有している信号に割り振れる光パワーが小さくなることを意味し、信号対雑音比(SNR:Signal to Noise Ratio)が劣化してしまう。このため、非特許文献1においては、光キャリア20と側波帯30には同一光パワーを配分し、相互混合ノイズ40を避けるため、fTXをfSIGの1.5倍とし、光キャリア20と側波帯30との間に、周波数幅fSIGのガード帯域を確保することとしている。
According to Non-Patent Document 1, the
相互混合ノイズ40による信号への影響は低いことが好ましく、かつ、そのことは、確保すべきガード帯域を減少させ周波数帯域を有効に利用することにつながる。
It is preferable that the influence of the
したがって、本発明は、複数のサブキャリアを含む電気信号を、アナログ光変調により伝送する場合において、従来技術より確保すべきガード帯域を狭くすることができる、いいかえると、同一ガード帯域においては、相互混合ノイズの影響を抑えることができる光伝送装置及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, when an electric signal including a plurality of subcarriers is transmitted by analog optical modulation, the guard band to be secured can be made narrower than that in the prior art. In other words, in the same guard band, An object of the present invention is to provide an optical transmission apparatus and method capable of suppressing the influence of mixed noise.
本発明の光伝送装置によれば、
複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を受信する光伝送装置であって、前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行う手段と、波形整形後の光信号を電気信号に変換する手段とを備えており、波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させることを特徴とする。
According to the optical transmission device of the present invention,
An optical transmission apparatus for receiving an optical signal including sidebands corresponding to a plurality of subcarriers, the means for shaping the waveform of the sideband included in the optical signal, and the optical signal after waveform shaping The waveform shaping is characterized by decreasing the optical power as the frequency is higher for the upper sideband, and decreasing the optical power as the frequency is lower for the lower sideband. To do.
本発明の光伝送方法によれば、
送信側伝送装置において、光キャリア信号を、複数のサブキャリアを含む電気信号で変調し、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を生成するステップと、生成した光信号を送信するステップと、受信側光伝送装置において、前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行うステップと、波形整形後の光信号を電気信号に変換するステップとを備えており、波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させることを特徴とする。
According to the optical transmission method of the present invention,
In the transmission-side transmission device, a step of modulating an optical carrier signal with an electric signal including a plurality of subcarriers to generate an optical signal including sidebands corresponding to the plurality of subcarriers, and transmitting the generated optical signal And a step of performing waveform shaping of a sideband included in the optical signal, and a step of converting the optical signal after waveform shaping into an electrical signal in the reception-side optical transmission device, For the upper sideband, the optical power is decreased as the frequency is higher, and for the lower sideband, the optical power is decreased as the frequency is lower.
また、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号は、片側側波帯光信号であることも好ましく、更に、隣接するサブキャリアにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度は、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上であることも好ましい。 In addition, the optical signal including the sidebands corresponding to the plurality of subcarriers is preferably a single sideband optical signal. Further, in the adjacent subcarriers, the multilevel degree of the modulation format of the subcarrier having a high frequency is used. Is preferably more than the multi-level of the modulation format of the subcarrier having a low frequency.
相互混合ノイズは、各サブキャリアの周波数差をその周波数成分とするため、光電気変換後に、低周波側となるサブキャリアの光パワーは、あまり減少させず、相互混合ノイズの影響を受けない、高周波側となるサブキャリアの光パワーを減少させることで、相互混合ノイズを抑え信号対雑音比を改良することができ、よって、従来技術より、ガード帯域を減少させることが可能になる。更に、隣接するサブキャリアにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度を、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上とすることを波形整形と組み合わせることで、信号対雑音比を更に改良することができる。 Since the intermixing noise uses the frequency difference of each subcarrier as its frequency component, the optical power of the subcarrier on the low frequency side after photoelectric conversion does not decrease so much and is not affected by the intermixing noise. By reducing the optical power of the subcarrier on the high frequency side, it is possible to suppress the mutual mixing noise and improve the signal-to-noise ratio, and thus it is possible to reduce the guard band as compared with the prior art. Furthermore, in the adjacent subcarriers, the signal-to-noise ratio is obtained by combining the waveform shaping with the multilevel of the modulation format of the subcarrier having the higher frequency being equal to or greater than the multilevel of the modulation format of the subcarrier having the lower frequency. Can be further improved.
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は、本発明による光伝送装置の送信側のブロック図である。図1によると、光伝送装置は、変調部1と、周波数変換部2と、光信号生成部3と、光変調部4と、光フィルタ5とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram of a transmission side of an optical transmission apparatus according to the present invention. According to FIG. 1, the optical transmission device includes a modulation unit 1, a
変調部1は、複数のサブキャリアを含むベースバンド信号を周波数変換部2に入力し、周波数変換部2は、ベースバンド信号を無線周波数(RF:Radio Frequency)帯の電気信号に周波数変換し、複数のサブキャリアを含む変調電気信号50を出力する。なお、複数のサブキャリアを含む変調電気信号50の例としては、OFDM信号や、副搬送波多重(SCM:Sub−Carrier Multiplexing)方式で光信号により伝送される信号があるが、これらに限定されるものではない。また、以下の説明において、変調電気信号50の帯域をfSIG、その中心周波数をfTXとする。
The modulation unit 1 inputs a baseband signal including a plurality of subcarriers to the
光信号生成部3は、例えば、分布帰還型レーザダイオードであり、連続光を光変調部4に出力する。光変調部4は、例えば、マッハツェンダ変調器といった連続光を変調する外部光変調器であり、変調電気信号50で連続光を変調し、光フィルタ5は、光変調部4が出力する光信号の一方の側波帯、本実施形態においては、下側側波帯を抑圧して、図2に示す、光キャリア20及び上側側波帯30を含む光信号、つまり、光SSB信号を、光伝送路に送信する。なお、以下、上側側波帯30を利用する実施形態で説明を行うが、下側側波帯を利用することも可能であり、また、両側側波帯方式であっても良い。
The optical
図3は、本発明による光伝送装置の受信側のブロック図である。図3によると、光伝送装置は、光フィルタ6と、光電気変換部7と、周波数変換部8と、復調部9とを備えている。
FIG. 3 is a block diagram of the receiving side of the optical transmission apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 3, the optical transmission device includes an
光フィルタ6は、光伝送路から受信する光SSB信号の側波帯30に対して、周波数軸上で、光キャリア20から離れるに従いその光パワーが減少する様に波形整形を行う。具体的には、使用している側波帯30が上側側波帯である場合には、周波数が高いほど減衰量を強くし、下側側波帯である場合には、周波数が低いほど減衰量を強くして波形整形を行う。図4に、光フィルタ6が出力する光SSB信号の概略的なスペクトラムを示す。以後、側波帯の光キャリア20に最も近いサブキャリアの光パワーと、最も遠いサブキャリアの光パワーとの差、つまり、図4でXにて示す量を、チルト量と呼ぶ。
The
光電気変換部7は、例えば、フォトダイオードであり、光フィルタ6が出力する光信号を変調電気信号50に変換し、周波数変換部8は、周波数fTXの正弦波信号により変調電気信号50をベースバンド信号に変換し、復調部9は、ベースバンド信号の復調を行う。
The photoelectric conversion unit 7 is, for example, a photodiode, and converts an optical signal output from the
相互混合ノイズ40は、各サブキャリアの周波数差をその周波数成分とするため、変調電気信号50に近い位置に発生する相互混合ノイズ40は、主に、両端のサブキャリアに基づき発生したものである。このため、相互混合ノイズ40の発生位置近傍となる、光キャリア20に近いサブキャリアの光パワーは、あまり減少させず、相互混合ノイズ40の影響を受けない、光キャリア20から遠い位置にあるサブキャリアの光パワーを減少させることで、相互混合ノイズ40を抑え、変調電気信号50の信号対雑音比を改良することができる。また、これにより、従来技術より、ガード帯域を減少させることが可能になる。
Since the
図5は、光フィルタ6で波形整形して電気信号に変換した場合と、波形整形せずに電気信号に変換した場合、それぞれの、キャリア対信号比(CSR)に対する誤り率(BER:Bit Error Ratio)を示す図である。なお、シミュレーションの条件は変調電気信号50としてFFTサイズを512、帯域7GHz、各サブキャリアの変調フォーマットがQPSKのOFDM信号を使用し、自然放出光雑音(ASE:Amplified Spontaneous Emission)を印加する場合には、信号対雑音比(SNR)を11dBとした。
FIG. 5 shows an error rate (BER: Bit Error) with respect to the carrier-to-signal ratio (CSR) when the waveform is shaped by the
CSRが大きい領域においては、相互混合ノイズ40は小さく、ASEの影響が支配的となる。図6からも明らかなように、CSRが増大するに従い、信号のパワーも減少するため、誤り率が劣化し、波形整形による差は見られない。
In the region where the CSR is large, the
しかしながら、CSRが小さい領域においては、相互混合ノイズ40が増大し、相互混合ノイズ40の影響が支配的となる。図6から、ASEを印加した場合と印加しない場合の両方において、波形整形を行うことによりBERが改善することが分かる。また、チルト量によってもBERが変動することが分かる。
However, in a region where the CSR is small, the
なお、シミュレーション結果において、20dBのチルト量は、10dBのチルト量より低いBERを示しているが、チルト量を大きくすることは、光キャリア20から遠い位置にあるサブキャリの光パワーを光フィルタ6において、強く減少させることを意味し、チルト量を大きくしすぎると、これら、光キャリア20から遠い位置にあるサブキャリのBERが大きく劣化することになる。したがって、最適なチルト量は、相互混合ノイズ40のパワー、光電気変換部7の感度、復調部9におけるアナログデジタル変換処理の分解能等に応じて決定することになる。
In the simulation results, the tilt amount of 20 dB indicates a BER lower than the tilt amount of 10 dB. However, increasing the tilt amount causes the optical power of the subcarrier at a position far from the
また、チルト量を大きくしすぎることによる信号品質の劣化を避けるため、サブキャリアごとの変調フォーマットを異なるものとすることも好ましい。具体的には、隣接するサブキャリにおいて、周波数の高いサブキャリアの変調フォーマットの多値度を、周波数の低いサブキャリアの変調フォーマットの多値度以上とする。光キャリア20から近い位置にあるサブキャリは、相互混合ノイズ40及びその外挿ノイズにより影響を受ける為、光キャリア20から近い位置にあるサブキャリ程、多値度の低い変調フォーマットを使用することで、更に、SNRが改善される。
In order to avoid deterioration of signal quality due to an excessively large tilt amount, it is also preferable that the modulation format for each subcarrier is different. Specifically, in the adjacent subcarriers, the multilevel degree of the modulation format of the subcarrier having the high frequency is set to be equal to or higher than the multilevel degree of the modulation format of the subcarrier having the low frequency. Since the sub-carrier located closer to the
1 変調部
2、8 周波数変換部
3 光信号生成部
4 光変調部
5、6 光フィルタ
7 光電気変換部
9 復調部
20 光キャリア
30 側波帯
40 相互混合ノイズ
50 変調電気信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行う手段と、
波形整形後の光信号を電気信号に変換する手段と、
を備えており、
波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させる、
光伝送装置。 An optical transmission device that receives an optical signal including sidebands corresponding to a plurality of subcarriers,
Means for shaping a waveform of a sideband included in the optical signal;
Means for converting the optical signal after waveform shaping into an electrical signal;
With
Waveform shaping reduces the optical power as the frequency is higher for the upper sideband, and decreases the optical power as the frequency is lower for the lower sideband.
Optical transmission device.
光キャリア信号を、複数のサブキャリアを含む電気信号で変調し、複数のサブキャリアに対応する側波帯を含む光信号を生成するステップと、
生成した光信号を送信するステップと、
受信側光伝送装置において、
前記光信号に含まれる側波帯の波形整形を行うステップと、
波形整形後の光信号を電気信号に変換するステップと、
を備えており、
波形整形は、上側側波帯については周波数が高いほど光パワーを減少させ、下側側波帯については周波数が低いほど光パワーを減少させる、
光伝送方法。 In the transmission side optical transmission device,
Modulating an optical carrier signal with an electrical signal including a plurality of subcarriers to generate an optical signal including sidebands corresponding to the plurality of subcarriers;
Transmitting the generated optical signal; and
In the receiving side optical transmission device,
Performing waveform shaping of sidebands included in the optical signal;
Converting the optical signal after waveform shaping into an electrical signal;
With
Waveform shaping reduces the optical power as the frequency is higher for the upper sideband, and decreases the optical power as the frequency is lower for the lower sideband.
Optical transmission method.
請求項3に記載の方法。 In adjacent subcarriers, the multi-level of the modulation format of the high-frequency sub-carrier is greater than the multi-level of the modulation format of the low-frequency sub-carrier.
The method of claim 3.
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