JP4818367B2 - 差動位相偏移変調及び差動直交位相偏移変調受信器及び送信器を制御する方法及び装置 - Google Patents

差動位相偏移変調及び差動直交位相偏移変調受信器及び送信器を制御する方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は一般的に光学的データ通信に関し、特に光学的データ通信に於ける差動位相偏移変調通信方式の変復調方法及び装置に関する。
差動位相偏移変調(Differential Phased Shift Keying){デーピーエスケー(DPSK)、又、差動2進位相偏移変調(Differential Binary Phased Shift Keying)、デービーピーエスケー(DBPSK)としても知られる}及び差動直交位相偏移変調(Differential Quadrature Phased Shift Keying){デーキューピーエスケー(DQPSK)}は光学的データ伝送(optical data transmission)用に非常に魅力的な変調フォーマット(modulation
formats)である。バランスされた直接検出受信器(balanced direct detection receiver)で使用時、デーピーエスケーは従来のオンオフキーイング受信器(on−off keying receiver)感度(sensitivity)を約3dBだけ性能が優る(outperforms)。デーピーエスケー変調フォーマットを用いて40Gビット/秒で10、000kmまでの高密度波長分割多重化(Dense Wavelength Division Multiplexing){デーダブリューデーエム(DWDM)}伝送が示された。デーキューピーエスケーはシンボルレート(symbol rate)を有するがそれはデータレート(data rate)の半分である。例えば、43Gビット/秒のデータレートでは、毎秒21.5ギガシンボルレートが使われる。結果として、デーキューピーエスケーは、従来のフォーマット又はデーピーエスケーよりも、狭いスペクトルバンド幅(narrower spectral bandwidth)、大きいクロマチック分散許容差(greater chromatic dispersion tolerance)及び偏波モード分散(polarization mode dispersion)に関する大きい許容度、を有する。
デーピーエスケー及びデーキューピーエスケーはノンリターンツーゼロ(non−return−to−zero)のエヌアールゼット型変調(NRZ−type modulated)され得て、或いは、もしリターンツーゼロ(return−to−zero){アールゼット(RZ)}パルスカーバー(pulse carver)が送信器に付加されるなら、アールゼット型変調され得る。アールゼット型は通常、光学的信号雑音比(optical signal−to−noise ratio){オーエスエヌアール(OSNR)}感度と、非線形性(nonlinearity)に関するローバスト性(robustness)と、に基づいて性能面でエヌアールゼット型に優る。
デーピーエスケー及びデーキューピーエスケー変調フォーマットは幾分複雑(rather complicated)な送信器及び受信器を要する。図1−3はデーピーエスケー及びデーキューピーエスケー変調フォーマット用の送信器20,24及び受信器22,26を図解する。適当な動作用に、送信器20,24と受信器22,26は適当に同調(properly tuned)されるべきである。商業的使用には、送信器20,24及び受信器22,26の動作で、適当な同調に寄与し、適当な状態を維持するために、制御ループ(control loops)が実施される。
光学的受信器は普通、遅延干渉計(delay interferometers){
デーアイエス(DIs)}とも呼ばれる非対称(asymmetric)マッハツェンダー干渉計(Mach−Zehnder interferometer)を有するが、該干渉計は光学的デーピーエスケー/デーキューピーエスケー復調器(optical DPSK/DQPSK demodulators)、及びバランスされたフォト検出器(balanced photodetectors)として作用する。該干渉計の2つのアーム(arms)間の時間遅延(time delay)は近似的に、光学的デーピーエスケー/デーキューピーエスケーのデータ信号(data signal)の時間シンボルスロット(time symbol slots)の整数倍で、下記の様に表され
Δt=nT (1)
ここでn=1,2,...、T=1/Bはシンボルスロット(symbol slot)であり、そしてBはシンボルビットレート(symbol slot rate)である。光学的復調器(optical demodulator)はデーピーエスケー/デーキューピーエスケー位相変調された信号を、1つの出力では振幅変調された光学的信号に、そしてもう1つの出力では反転された(inverted)振幅変調光学信号に変換(converts)する。これらの信号は、受信器22,26で図解されるピーアイエヌ(PIN)ダイオード23,27の様な2つの高速検出器(high−speed detectors)から成るバランスされた検出器(balanced detector)で検出される。該検波器の出力は電気的に相互から引き算され、最終電氣信号はデータ回復回路(data recovery circuits)へ送られる。
デーピーエスケー受信器が適当に動作するためには、該非対称マッハツェンダー干渉計又はデーアイ(DI)は精密に位相同調されるか又は偏倚(biased)されるべきである。デーピーエスケー受信器22は1つのデーアイ21を使い、2つのアーム間の最適位相偏倚(optimum phase bias)はπか0である。デーキューピーエスケー受信器26は2つのデーアイエス(DIs)25,28を使う。1つのデーアイは+π/4偏倚に同調(tuned)され、もう1つのデーアイは−π/4偏倚に同調される。
デーピーエスケー及びデーキューピーエスケー送信器20,24の変調器も適当に偏倚されるべきである。変調器制御に影響すると知られる典型的パラメーターは、変調器偏倚(modulator biases)、アールゼット変調器によるアールゼットパルスカービングとデータ変調の間の相対タイミング(relative timing)、そして該2つのデータストリーム(data streams)間の時間整合(time alignment)(デーキューピーエスケー送信器24用)を含む。デーキューピーエスケー送信器24は2つの並列マッハツェンダー{エムゼット(MZ)}変調器29から成る。変調器29からの該光学的信号はアールゼットデーキューピーエスケー出力を作るために組み合わされる。π/2の、これらの信号間の適切な相対的光学的位相又は偏倚は、位相シフター(phase shifter)32によりセットされる。既知のシステムでは、位相シフター32は光学的パワー(optical power)のフイードバックに基づいて作動する。
簡潔に説明すると、本開示は温度又はエージング(aging)により引き起こされる様なシステムパラメーターの変化を有しながら、安定な動作(stable operation)を提供するように、光学的送信器及び受信器の改良された制御用のシステムと方法を提供することである。該開示されるシステムと方法は、送信器又は受信器の部品用の制御設定(control settings)を最適化(optimize)するために、該送信器又は受信器内の出力信号(output signal)のピークインテンシティ測定値(peak intensity measurement)を、識別(identifies)し利用(utilizes)する。
例示的実施例に依ると、光学的通信デバイス用の偏倚設定は出力信号ピークインテンシティにより影響されるフィードバックに基づき制御される。該出力信号ピークインテンシティは2つの光学的データ信号間の位相差(phase difference)に依る測定値を提供する。従って、該位相差を最適化するために、2つの光学的信号間の位相偏倚(phase bias)を制御するよう該出力信号ピークインテンシティフィードバック(output signal peak intensity feedback)が使用される。1実施例では、最小出力信号ピークインテンシティは該2つの光学的信号間の位相差用の最適偏倚設定を決定する。もう1つの実施例では最大出力信号ピークインテンシティが使われる。
開示されるシステムと方法の1側面に依れば、位相シフター部品に印加されるダイザートーン(dither tone)は改良された位相差安定性(improved phase difference stability)を得るよう該位相シフトを制御する。該ダイザートーンは、電圧ピーク検出器(voltage peak detector)に印加される光学的通信デバイス出力(optical communication device)からのフィードバックに基づき開発され得る。該フィードバック部は該出力光学的信号に結合される高速フォトダイオード(fast photodiode)を有してもよい。代わりに、又は加えて、該フィードバック信号は該光学的通信デバイスからの入手可能な電氣的出力であってもよい。
本発明はアールゼット又はエヌアールゼット変調を用いて動作するデーピーエスケー及びデーキューピーエスケー送信器及び受信器に応用可能である。送信器は典型的に光学的変調器を有し、一方受信器は典型的に光学的復調器(optical demodulator)を有する。
デーキューピーエスケー送信器の場合、電圧ピーク検出器信号は、出力信号ピークインテンシティを最小化するために該2つのデータ信号の1つのブランチで位相シフター(phase shifter)を調整するために、偏倚制御設定(bias control settings)をもたらす。該位相シフターに印加される適当な偏倚はπ/2又は3π/2である。該π/2の偏倚設定は該2つのデータブランチの位相差を最適化する、一方該3π/2の位相設定は反転データ(inverted data)の最適化に対応する。
もう1つの例示的実施例に依れば、該2つの光学的ブランチ間の位相差の最適化用のフィードバックループは、ゼロとシンボルレート周波数の間のスペクトルバンド内の無線周波(RF)パワーを測定するための無線周波パワー検出器を有する。該無線周波パワー検出器は、該変調偏倚(modulation bias)が正しいかどうかを決定するために、ミッドレンジ(midrange)スペクトル成分(spectral components)を検出出来る。正しくない(incorrect)変調偏倚を用いると、信号エネルギーの顕著な部分がミッドレンジスペクトル成分に入る。正しい変調(correct modulation)は該ミッドレンジスペクトル成分内に少ない集中エネルギー(less concentrated energy)しか有しない無線周波パワー信号(RF power signature)を作る。該制御ループはシステム出力を最適化するために、ミッドレンジスペクトル成分のエネルギー量を減じるよう、位相偏倚設定を調整出来る。
もう1つの例示的実施例に依れば、開示されるシステムと方法は電圧ピーク検出器フィードバックの検査によりデーピーエスケー受信器の動作を最適化する。位相シフター偏倚は、該デーピーエスケー受信器の出力のピーク電圧を最大化するよう制御される。該偏倚
用の最適設定は0、+π及び−πである。本発明の1側面に依れば、安定化位相偏倚(stabilization phase bias)は校正(calibration)時又はシステム初期化時2つの最大値の1つに基づいて選ばれる。
もう1つの例示的実施例に依れば、デーキューピーエスケー受信器の出力はピーク電圧フィードバックの検出に基づいて最適化される。該出力電圧は電圧ピーク検出器に印加され、該検出器は今度は、最適位相シフトを得るよう該位相シフターを制御する位相偏倚電子機器(phase bias electronics)に比例信号を供給する。該デーキューピーエスケー受信器は2つのブランチを有し、そして該別々のブランチ内に、2つの別々の電圧ピーク検出器と、2つの異なる位相シフター用の偏倚制御部と、を有し得る。該デーキューピーエスケー受信器では、該最適位相シフター偏倚は該フィードバック制御ループ内で検出されるピーク電圧の最小値と対応する。該2つのデーアイ変調器に対応する+π/4と−π/4での2つの最小値と、反転データ用の変調器設定に対応する+3π/4及び−3π/4でのもう2つの最小値と、がある。該フィードバック制御ループにより印加される位相シフター偏倚は、該デーキューピーエスケー受信器内の対応するバランスされた受信器の各々用の、ピーク出力電圧を最小化するよう位相シフトの調整を探し求める(seeks)。該2つのデーアイ復調器の位相シフトを制御するため使われる最小値の選出は、校正時又は受信器初期化時に選ばれてもよい。
開示されるシステムと方法の1側面に依れば、無線周波パワー検出器は、該デーキューピーエスケー受信器の受信器出力に関連する無線周波パワーを最小化するために該位相シフト偏倚を制御するよう使われてもよい。
本発明の利点に依れば、該ピーク電圧フィードバック信号は該バランスされた検出器の出力で、又は該別々のデーアイ復調器の1つ以上のアームの光学的出力部で、得られてもよい。該位相シフト偏倚制御は、該デーキューピーエスケー受信器内のバランスされた検出器の1つの光学的アームから又は両光学的アームから、の電圧ピーク検出に基づいてもよい。代わりに、又は、加えて、該ピーク電圧検出は該バランスされた検出器の異なるアーム、又は一緒の両アーム、の電氣的出力部(electrical output)で得られてもよい。
本開示のもう1つの例示的実施例に依れば、光学的送信器又は受信器用のフィードバック制御ループは、位相シフター用の偏倚を提供するために、データエラーレート(data error rate)に比例する信号を使う。該制御ループは、該データエラーレートに比例する信号を最小化するために、該位相シフター上の該偏倚を調整しようと企てる。該データエラーレートは例えばフォワードエラーコレクション(Forward Error Correction){エフイーシー(FEC)}チップ(chip)から得られてもよい。該データエラーレートに比例する信号を使う制御ループは、2つの別々のデーアイ復調器用の制御ループ間の干渉を避けるために、時分割多重化(time division multiplexing){テーデーエム(TDM)}型システム内の異なる時間スロット内でアクチブ(active)である。
2005年8月24日出願の米国特許仮出願第60/710,749号を参照する。
今図4を参照すると、パルス変調器(pulse modulator)36とデータ変調器(data modulator)38を有する光学的送信器の線図が示されている。光学的フィードバック信号39は変調器制御器(modulator controller)42に制御情報(control information)を提供する。変調器制御器42は該変調された光学的信号の作成に関連する3つの制御信号を提供する。
パルス偏倚制御信号(pulse bias control signal)44は偏倚制御(bias control)をパルス変調器36に提供し、データ偏倚制御信号(data bias control signal)46は偏倚制御をデータ変調器38に提供し、そして位相制御信号(phase control signal)48は位相シフター50用の位相制御を提供する。
一般に、変調器制御器42は光学的フィードバック39内の出力光学的パワーをモニターし、データ偏倚信号46,パルス偏倚信号44そして位相制御信号48用に望ましい値を維持する。変調器制御器42は、温度、エージング及び他のドリフト誘起性質に亘って最適光学的波形を作り、維持するよう1連のダイザーを使って、偏倚信号44及び46と位相制御信号48を設定する。最適の光学的波形を測定する1方法は、変調された光学的信号が提供される受信器に低いビットエラーレート(Bit Error Rate){ビーイーアール(BER)}を提供することである。図4の光学的送信器内のシステム動作の制御用の3次元的基礎を提供するためには、出力の光学的パワー内の動揺(Fluctuations)は、パルス偏倚44,データ偏倚46及び位相制御48の関数して影響を受ける。
下記で説明する開示システム及び方法は、アールゼット又はエヌアールゼット変調で動作するデーピーエスケー及びデーキューピーエスケーの送信器及び受信器に適用される。送信器は典型的に光学的変調器を有し、一方受信器は典型的に光学的復調器を有する。
今図5を参照すると、デーキューピーエスケー送信器60用の追加的制御パラメーターが、図4で図解される該アールゼットデーピーエスケー送信器用に使われるそれらを越えて使われる。それぞれデータ変調器62,63への2つのデータ入力、DATA1及びDATA2があるので、該データ変調器用には2つの偏倚がある。加えて、パルス変調器66用には2つの制御値(controls)があり、1つはクロック信号64と入力DATA1の間のタイミング用であり、1つはクロック信号64と入力DATA2の間のタイミング用である。これら2つの制御値は図4で示したパルス変調器36用のアールゼットデーピーエスケークロック制御値と同様であり、アールゼット又はデーピーエスケー変調用では省略されてもよい。
上記説明の信号及び制御値に加えて、光学的入力値DATA1とDATA2の間のπ/2の偏倚は送信器性能を最適化するよう制御されるべきである。更に、データレベルでの入力DATA1とDATA2の間の適当なタイミングも制御されるべきである。デーキューピーエスケー送信器60用の制御ループはパルス変調器66のデータ変調器及びアールゼットタイミングに関して図4で説明されたそれらと同様である。一般に、それらの制御スキームは適当な偏倚設定を維持するために光学的パワーフィードバックを使う。例えば、図4を参照すると、もしデータ変調器38の駆動電圧が約1.53Vπより小さいなら、正しい偏倚設定は、光学的パワー出力対偏倚の最小値に対応する。もしデータ変調器38用駆動電圧が約1.53Vπより高いなら、正しい偏倚設定は、光学的エネルギー出力対偏倚の最大値に対応する。加えて、図4の光学的送信器内のアールゼット対データタイミングは最大光学的エネルギー出力に設定される。アールゼットパルス変調器36は、フルクロックレート正弦波信号(full clock rate sinusoidal
signal)により駆動され得るマッハツェンダー(エムゼット)変調器であってもよい。すなわち、該信号周波数は該データ信号レート周波数と等しい。代わりに、該アールゼット変調器はハーフレート信号(half−rate signal)により駆動され得る。フルクロックレート信号の場合、該アールゼット偏倚はクォドラチュア(a quadrature)に設定される。該ハーフクロックレート信号の場合、該アールゼット偏倚は最小又は最大送信点に設定される。
図5で図解されるアールゼットデーキューピーエスケー送信器60では従来の光学的送信器に優る利用可能な幾つかの利点がある。2つのデータ変調器があるので、追加のタイミングスロットが時分割多重化(テーデーエム)スキームの第2変調器内に付加されてもよい。又該2つの異なるデータ変調器用に異なるダイザートーン周波数(dither tone frequencies)が使われてもよい。加えて、該アールゼットパルスカービング(RZ pulse carving)とデータストリームの間のタイミング制御は異なる方法で制御され得る。例えば、該システムは入力DATA1及び入力DATA2用の光路遅延を制御する一方、アールゼット変調器66の光路遅延の制御を省略してもよい。代わりに、該システムはアールゼット変調器66及び入力DATA1内の光路の遅延を制御する一方、入力DATA2内の光路遅延の制御を省略してもよい。
アールゼットデーキューピーエスケー送信器60内で制御されるべきパラメーターは光学的DATA1信号と光学的DATA2の間の位相差である。このパラメーターは一般にデータ偏倚位相シフトと呼ばれる。該データ偏倚位相シフトは、他の制御パラメーターの様に、望ましい出力を作るために該システム内で変数を安定化させるか又は制御するフィードバック値に依存する。しかしながら、該システム内の他の制御パラメーターと同様に、光学的パワーフィードバックを使って該データ偏倚位相シフトを制御する試みは、満足すべき制御を提供しない。
フィードバック値として平均出力光学的パワー(average output optical power)を使う概念は、該位相シフトをπ/2の望ましい値に維持する制御ループ内に或る安定性を提供するように見える。例えば、該制御されたデータ偏倚位相シフトに対する該平均出力光学的パワーの最大導関数(maximum derivative)を達成するよう設定された制御ループを用いると、或る望ましい制御パラメーターが達成される。この種の制御では、位相シフターに印加される偏倚トーン(bias
tone)は該トーンの第2調波周波数(second harmonic frequency)を最小化する制御ループを得る。しかしながら、平均出力光学的パワーに基づく制御ループフィードバックは、ランダム信号伝送(random signal transmissions)の存在のため、望まれる程安定でない。ランダム信号が伝送される時、該平均出力光学的パワーは該2つのデータ信号間の相対偏倚から独立であるべきである。従って、該平均出力光学的パワーフィードバックは、ランダム信号伝送の存在下では、一貫した制御結果を提供せず、改良された制御安定性を有する代わりの制御スキームが望まれる。
開示されるシステムと方法は、送信器に印加された光学的データ信号と受信器で観察された光学的データ信号の間の位相差の改良された制御を達成するために、フィードバック信号を光学的送信器又は受信器内で発生する技術を提供する。該開示されたシステム及び方法は、該データ信号の相互位相(mutual phase)に依存する光学的信号を作るために、該2つの光学的データ信号の組み合わせを使う。アールゼットデーキューピーエスケー送信器60内の制御ループのブロック線図の略図が図5で図解される。送信器60は図2で図解された送信器と同様であり、そこではデータストリーム(data stream)18をエンコード(encode)するために2つの異なるデータ路が提供される。図5を参照すると、該2つの異なるデータストリームDATA1とDATA2は、送信器60から送信される光学的データ信号を作るためにエムゼット変調器62,63用の変調を提供する。位相シフター67は該光学的DATA1及びDATA2信号間の位相シフトを制御する。光学的データ信号DATA1とDATA2の間の該アールゼットデーキューピーエスケー送信器60用の望ましい位相シフトはπ/2である。部品許容差、非線形性(non−linearities)、温度及びエージ(age)に亘る動作変動(operational variations)そして光学的データ信号DATA1及びDATA2間の位相関係の変化に寄与する他のシステム変動、が存在する中でこの
位相シフトを維持することは挑戦的である。従って、データ信号DATA1及びDATA2の間の位相差用の制御ループは、ローバストで、一貫性があり、そしてシステムパラメーター内の変動に適合するために長い期間に亘り精密であるべきである。
該2つの光学的信号DATA1及びDATA2の種々の組み合わせが、適当な位相シフトを伴う望ましい制御を得る企画と共に実験された。一寸、図6a−6cを参照すると、光学的データ信号DATA1及びDATA2間の種々の位相シフトが図解されている。図6aは、0又はπである位相シフト用の光インテンシティ出力(light intensity output)対時間を図解するグラフである。図6aで観察される光インテンシティピーク(light intensity peaks)の中に於いて、瞬間的な光学的場(instantaneous optical fields)は相互に強く干渉し合う。2つの入力光学的信号はデータストリームにより位相変調されるので、該ストリームの組み合わせ後の最終信号は強くインテンシティ変調された信号(strongly intensity modulated signal)である。種々のビットの光インテンシティ間に著しい差が観察される。すなわち、或るビットは0に近いインテンシティを有するが、他のビットは、光学的データ信号DATA1及びDATA2の組み合わせを通しての干渉の前に信号ビットのそれの約4倍のインテンシティを有する。すなわち、変調器62,63の出力で取られた光学的データ信号は、図5の点68で相互に干渉するよう組み合わされた時、打ち消される(cancelled)か又は掛け算(multiplied)されるデータビットを有する。
図6bを参照すると、3π/4の偏倚シフトは、図6aで図解された状況と同様な高ピークインテンシティと低レベル信号ビットインテンシティとに帰着する。図6a及び6bで提供された偏倚は、如何に不適当な偏倚が、信号とそれらのそれぞれの位相の干渉のために、高信号ピーク及び低レベル信号ビット値に帰着するか、を図解する。
今図6cを参照すると、光学的データ信号DATA1及びDATA2間の正しい偏倚位相シフトから生じる光インテンシティが図解される。この望ましい信号位相シフトは、大きさで相互に実質的に近い全データビットのインテンシティに帰着する。光学的データ路間の位相シフト用にπ/2又は3π/2位相シフト偏倚を伴って、瞬時の光学的場は相互に直交する(orthogonal)。結果として、各データビットの瞬時インテンシティは干渉時相互に付加されるので、組み合わされた出力は、組み合わせ前の信号インテンシティのそれの約2倍となるデータビットインテンシティを作る。図6cのグラフと図6a及び6bのそれらの間の差を観察することにより、ピーク信号インテンシティ値に焦点合わせした制御スキームが予想されてもよい。
興味深いことに、図6a−6cの場合の各々で平均光学的パワーは概略等しい。しかしながら、ピーク信号インテンシティ対位相偏倚に於ける差のために、一貫して安定な制御が該ピーク信号インテンシティに基づき実現される。例えば、該データ信号間の位相差のπ/2又は3π/2に対応する最適偏倚設定が、該組み合わせデータ信号の最小ピークインテンシティに基づき制御され得る。この関係は図7で図解される。従って、ピーク信号インテンシティは異なるデータ路間の位相差を制御するためのフィードバックとして使われてもよい。
再び図5を参照すると、電圧ピーク検出器69の使用を図解するフィードバックループが図解される。電圧ピーク検出器69は該フィードバックループ内で光学的信号を電氣的信号に変換するフォトダイオード61から入力を得る。電圧ピーク検出器69は出力光学的信号ピークインテンシティの指示値(indication)を作り、該指示値は、信号ピークインテンシティを最小化する位相シフター67を制御するため偏倚制御部65により使われる。実際は、偏倚制御部65は位相シフター67に適用されるべきダイザート
ーンを作る。信号ピークインテンシティの最小化はπ/2又は3π/2の望ましい位相シフトに帰着すべきである。
フォトダイオード61は、適当なループ速度と安定性の維持に寄与する高速フォトダイオード(fast photodiode)であってもよい。電圧ピーク検出器69からの信号を最小化することにより、送信器60は2つの光学的データ信号DATA1及びDATA2の間にπ/2又は3π/2の適当な位相差を維持出来る。
今図7を参照すると、送信器60用のピーク電圧対位相差のグラフが図解される。0.5π及び1.5πの望ましい位相差設定は、ピーク電圧内の最小値に対応するとして観察される。従って、フィードバックループ内で観察されるピーク電圧を最小化する制御スキームは、適当な位相差偏倚を提供する。π/2の位相差は反転されないデータ(non−inverted data)に対応し、3π/2の位相差は反転データ(inverted data)に対応する。該フィードバック信号ピークインテンシティを最小化するために、π/2か又は3π/2か何れかの偏倚の選出は、校正時又はデバイス初期化時行われてもよい。
位相シフター67上の偏倚用の適当な制御ループ設定を識別するもう1つの技術は該フィードバック信号の無線周波(RF)スペクトルを観察することである。図6a−6cで示した様に、望ましい光学的出力は望まない光学的出力と非常に異なる無線周波スペクトルを有する。該望まない光学的出力インテンシティ信号は強いインテンシティ変調を有し、従ってエネルギーのミッドレンジスペクトル成分の可成りの部分を含む。望ましい位相シフトと最終光学的出力インテンシティ信号はエネルギーの該ミッドレンジスペクトル成分の大きな部分を有しない。従って、図5に図解した電圧ピーク検出器69は、ゼロと該シンボルレート周波数の間のスペクトルバンドで無線周波パワーを測定する無線周波パワー検出器で置き換えられてもよい。該検出器で測定された該無線周波パワーは位相シフター67の制御用の適当な位相シフト偏倚を得るために最小化され得る。
該開示されたシステムと方法で提供される1つの利点は、データレベルのデータ入力DATA1及びDATA2の間のタイミングを修正する必要が無いことである。すなわち、データ路DATA1及びDATA2により提供される現実のデータ情報は本発明に依ればシフト又は修正される必要がない。データレベルの入力データ路DATA1及びDATA2の間のタイミングは校正時又はデバイス初期化時に設定され得て、次いでアールゼット変調及びデータ変調に関連する制御ループで維持される。
今図8を参照すると、本発明の電圧ピーク検出器82を有するデーピーエスケー受信器80が図解されている。同調可能なデーアイ84は偏倚制御部88からの電圧の印加による同調(tuning)用に位相シフター86を有する。デーアイ84での位相シフトの現実の制御は、他の利用可能な技術の中から、デーアイ84の機構の1部の加熱、又はピエゾ電氣素子(piezoelectric element)を用いた材料の引っ張り/圧縮による光路特性の変更、を含む多くの技術で達成されてもよい。受信器80は入力光学的デーピーエスケーデータ信号を復調し、デーアイ84で入力データ信号を適当に分解(deconstruct)するために最適の位相シフト制御部を有すべきである。本発明に依れば、バランスされた検出器85からの出力電氣信号は、位相シフター86を適当に制御する偏倚制御部88により使われるフィードバック信号を作るよう電圧ピーク検出器82に印加(applied)される。該電圧ピーク検出器82の使用は、デーアイ84の望ましい位相シフトの維持へ向けて位相シフター86へ適用する該適当な制御部の決定を可能にする。
図9を参照すると、ピーク電圧対位相オフセットのグラフ図が図解されている。図8で
図解されるデーピーエスケー受信器80について、位相シフター86用の最適偏倚設定は0,+π及び−πである。図9のグラフ図は、位相シフター86用の望ましい動作点は、バランスされた検出器85の出力の該ピーク電圧インテンシティが最大化される点に依ることを示す。0,+π及び−πの最大値は該非反転データ及び該反転データに対応し、該データの1つは校正時又はデバイス初期化時に選ばれ得る。図8の受信器の出力ピーク電圧インテンシティを最大化することにより、デーアイ84用の適当な位相シフトは維持され得る。従って、デーアイ84の該位相シフト偏倚用の制御ループの実際的実現が提供され得る。
該出力電圧ピークインテンシティの使用に加えて、受信器80は又、最大化され得る信号を作るために無線周波パワー検出器を使ってもよい。上記説明の様に、もし位相シフター86が該望ましい位相オフセットから離れた点で動作するなら、該出力電圧ピークインテンシティ又は無線周波パワーは、位相シフター86に適用されるべき適当な制御の指示を作るよう変化する。該電圧ピークインテンシティの場合、最大値が望まれる。該無線周波パワー検出器の場合、無線周波パワーを最大化するのが望ましい。最大無線周波パワーは、デーアイ84の2つの光学的通路が同相(in phase)で適当にシフトされるので、組み合わされた信号ビットの各々が強め合い干渉(constructive interference)を伴い足し算する(add up)時得られるのが一般的である。
今図10を参照すると、デーキューピーエスケー受信器100が図解されている。受信器100はそれぞれ制御可能な位相シフター105,106を有する2つのデーアイ103,104を備える。受信器100の各ブランチ101,102は図8の受信器80と同様に動作する別々の制御ループを有する。従って、電圧ピークインテンシティフィードバックは、位相シフター105,106を、それぞれのバランスされた検出器107,108の別々の電氣的出力の各々で制御するために使われる。
図11a−11cはバランスされた検出器107,108の1つに於ける出力信号を図解する。図11aは0又はπの正しくない(incorrect)位相シフト設定に対応しており、幾つかの信号ビットの打ち消し(cancellation)と、他の信号ビットの大きさの増大(increased magnitude)と、に帰着する。図11bはπ/8の位相シフトを図解し、そこでは打ち消しは少ししか起こらないが、位相シフトは最適ではない。図11cは、π/4の望ましい位相シフトと、相互に干渉するよう組み合わせ直しされた時の信号ビットの加算(addition of signal bits)と、を図解する。従って、該出力電圧ピークインテンシティは、可成りの精密さで維持され得る望ましい位相シフトを作るために、位相シフター105,106を制御する有用な手段を提供する。
図12a−12cを参照すると、デーキューピーエスケー受信器100用の種々の値の位相シフト偏倚用のアイダイアグラム(eye diagrams)が図解される。見られる様に、図12cのアイダイアグラムはπ/4の望ましい位相シフトで広く開いている(wide open)。
図13を参照すると、バランスされた検出器107,108の1つの出力についてピーク電圧対位相オフセットのグラフ図が図解される。デーキューピーエスケー受信器100用の望ましい位相シフト偏倚設定はπ/4,−π/4,3π/4及び−3π/4である。位相シフト偏倚用の望ましい動作点は図13でプロットされた波形の最小値に対応する。従って、出力電圧ピークインテンシティ検出に基づく該フィードバック制御ループは出力電圧ピークインテンシティを最小化するよう位相シフター105,106の制御を探索する。図13で図解される4つの最小値は非反転及び反転データに対応し、その何れかの使
用は校正時又はデバイス初期化時選ばれ得る。
今図14−17を参照すると、ピーク信号インテンシティを検出するための種々の技術を有するデーキューピーエスケー受信器が図解されている。図14では、バランスされた検出器107,108の1つのアームは電圧ピークインテンシティ指示を得るため使われる。該出力は、出力電圧ピークインテンシティを決定するためバランスされた検出器107,108内の2つのフォトダイオードの1つから取られる。
図15を参照すると、受信器150のデーアイ103,104の光学的出力の1つの通路がそれぞれ高速フォト検出器(fast photodetector)151,152に供給される。デーアイ103,104の各々用に受信器150で使われる該高速フォト検出器は、精細な位相調整を得るために制御ループ用のより速い応答時間を提供出来る。又高速フォト検出器の使用は、現在の受信器部品を修正すること無しに本発明の実施を可能にする。
図16を参照すると、受信器160はバランスされた検出器107,108の両通路の出力電圧ピーク検出を伴っている。各通路の該出力電圧が電圧ピークインテンシティ検出器へ供給される。該電圧ピークインテンシティ検出器の出力は偏倚制御部162,169に提供される比例信号を作るために合計(summed)される。例えば、電圧ピークインテンシティ検出器165,167の出力は合計され、位相シフター105を制御するために偏倚制御部169へ印加(applied)される。各バランスされた検出器107,108用に2つのフィードバック信号を提供することにより、より大きいフィードバック信号のグラデュエーション(graduations)又はグラニュラリティ(granularity)が入手可能である。電圧ピーク検出器165,167及び166,168で発生される該ピークインテンシティ信号は、それぞれ位相シフター105,106の向上した制御をもたらすより大きい振幅フィードバック信号を作るために一緒に加算される。
図17を参照すると、受信器170は、バランスされた検出器107,108の各々内の両光路で取られたフィードバックから信号ピークインテンシティを検出する。該フィードバックはバランスされた検出器107,108内のピーアイエヌダイオードの前で取られるので、光学的信号はフィードバック目的用に処理される。高速フォト検出器171−174は、デーアイエス103,104からの出力の光学的信号を、それぞれ電圧ピークインテンシティ検出器175−178に印加される電圧に、変換する。合算接合部(Summing junction)179,180はそれぞれ電圧ピークインテンシティ検出器175,177及び176,178の出力を合計し、該合計された電圧信号は偏倚制御部181,182に印加される。偏倚制御部181,182は、該フィードバック信号のピーク信号インテンシティの最小化に基づいて、デーアイエス103,104内の望まれる位相差を維持するよう位相シフター105,106を制御する。この構成により提供される1つの利点は、本発明がデーアイエス103,104或いはバランスされた検出器107,108の様な、該システム部品を修正すること無しに、現在のシステムに適用されることを可能にすることである。
又、フィードバック信号を電氣的形式に変換する必要無しに光学的信号ピークインテンシティ検出器を使うことが可能である。この様な検出器はより速い制御ループ応答と改良され安定な制御とを提供出来る。
ピーク信号インテンシティに基づき光学的送信器及び受信器の位相差を安定化する制御スキームを説明したが、追加的又は代わりの制御基準(control criteria)が入手可能である。例えば、フォワードエラーコレクション(Forward Er
ror Correction){エフイーシー(FEC)}アイシー(IC)内のデータエラーレートに比例するフィードバック信号が発生されてもよい。該光学的送信器又は受信器制御ループは、該データエラーレートを最小値にドライブするために、該エフイーシーから得られた該比例信号を使う。2つのデーアイエスが光学的デバイスで使われる場合、 エフイーシーを使う制御ループは、相互との干渉を避けるために異なる時間スロットでアクチブ(active)になる。該時間スロット構成は、前に説明した様に、時分割多重化(Time Division Multiplexing){テーデーエム(TDM)}スキームであってもよい。
ここで開示された本発明の概念から離れることなく、上記説明のシステムと方法の、更に進んだ変型及び変種が作られ得ることは、当業者には評価されるであろう。従って、本発明は、附属する請求項の範囲と精神によることを除いて、限定されると見られるべきでない。
開示されるシステムと方法は、付随する図面を参照して、下記で詳細に説明される。
それぞれデーピーエスケー送信器及び受信器を図解する。 アールゼットデーキューピーエスケー送信器のブロック線図の略図である。 アールゼットデーキューピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。 既知の光学的送信器のブロック線図である。 本発明のアールゼットデーキューピーエスケー送信器のブロック線図の略図である。 アールゼットデーキューピーエスケー送信器用の出力光インテンシティ対時間をプロットしたグラフ図である。 デーキューピーエスケー送信器用の出力ピークインテンシティ電圧対位相差をプロットしたグラフ図である。 本発明のフィードバック制御ループを有するデーピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。 デーピーエスケーのバランスされた検出器について出力ピークインテンシティ電圧対位相差をプロットしたグラフ図である。 バランスされた検出器の出力から取られたフィードバック信号を有するデーキューピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。 アールゼットデーキューピーエスケーのバランスされた検出器についての出力信号電圧対時間をプロットしたグラフ図である。 図11a−11cに示すそれぞれの信号のプロットについてのアイダイアクラム(eye diagrams)である。 デーキューピーエスケーのバランスされた検出器の出力に於ける出力ピークインテンシティ電圧対位相差をプロットしたグラフ図である。 各バランスされた検出器のフォトダイオードから取られたフィードバック信号を有するデーキューピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。 遅延干渉計の光学的出力から取られたフィードバック信号を有するデーキューピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。 バランスされた検出器の各々内の2つのフォトダイオードから取られたフィードバック信号を有するデーキューピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。 遅延干渉計の各々の2つの光学的出力から取られたフィードバック信号を有するデーキューピーエスケー受信器のブロック線図の略図である。

Claims (27)

  1. 光学的通信システム内で、各々光変調器を通過し及び光学的データ信号を運ぶように構成されている少なくとも2つの光路を有する光送信器を制御する方法であって、
    各ビットがピークインテンシティ値を有する複数のビットを有する少なくとも1つの最終信号を作るために、2以上の該光学的データ信号を組み合わせる過程と、
    該少なくとも1つの最終信号のビットのピークインテンシティ値の最大値を検出する過程と
    予め決められた特性を達成するために、該少なくとも1つの最終信号のビットのピークインテンシティ値に影響を与えるよう、ピークインテンシティ値の検出された最大値に応答して該光学的データ信号間の位相差を調整する過程と、
    を具備することを特徴とする方法。
  2. 前記少なくとも1つの最終信号のピークインテンシティ値の検出された最大値の最小又は最大の1つ以上を得るように光学的データ信号間の位相差を調整する過程を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 1以上のDPSK又はDQPSK光送信器で前記変調器を制御する方法を使う過程を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記光送信器で1以上のRZ又はNRZ変調を使う過程を具備することを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つの最終信号の一部を、前記少なくとも1つの最終信号のピークインテンシティ値の最大値を表す電気信号に変換する過程を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記電気信号の1以上のRF電力又はRF電圧のピークインテンシティ値の最大値を検出する過程を具備することを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 光学的通信システム内で、少なくとも2つの光路の各々が光学的データ信号を運ぶよう構成されている少なくとも2つの光路を備えた光復調器を有する光受信器を制御する方法であって、
    各ビットがピークインテンシティ値を有する複数のビットを有する少なくとも1つの最終光学的信号を作るために、前記少なくとも2つの光路からの光学的データ信号を組み合わせる過程と、
    前記少なくとも1つの最終光学的信号のビットのピークインテンシティの最大値を検出する過程と、
    予め決められた特性を達成するために、該少なくとも1つの最終光学的信号のビットのピークインテンシティ値に影響を与えるよう、ピークインテンシティ値の検出された最大値に応答して少なくとも2つの光路内において前記光学的データ信号間の位相差を調整する過程と、
    を具備することを特徴とする方法。
  8. 前記少なくとも1つの最終光学的信号に関してピークインテンシティ値の検出された最大値の最小又は最大の1つ以上を得るように前記少なくとも2つの光路において光学的データ信号間の位相差を調整する過程を具備することを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 1以上のDPSK又はDQPSK光受信器で前記光復調器を制御する方法を使う過程を具備することを特徴とする請求項7に記載の方法。
  10. 前記光受信器で1以上のRZ又はNRZ復調を使う過程を具備することを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. 前記少なくとも1つの最終光学的信号の一部を、前記少なくとも1つの最終光学的信号のピークインテンシティ値の最大値を表す電気信号に変換する過程を具備することを特徴とする請求項7に記載の方法。
  12. 前記ピークインテンシティ値の最大値のモニタリングをできるようにするために前記電気信号の1以上のRF電力又はRF電圧を検出する過程を具備することを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 少なくとも2つの最終光学的信号を作るために光学的データ信号を組み合わせる過程と、
    前記電気信号を作るために該少なくとも2つの最終光学的信号を平衡検波器に印加する過程と、
    を具備することを特徴とする請求項11に記載の方法
  14. 受信した光学的信号のデータ・エラーレートを検出する過程と、
    そして、データ・エラーレートに基づく位相差を調整する過程と、
    を具備することを特徴とする請求項7に記載の方法。
  15. 各々光変調器を通過し及び各ビットがピークインテンシティ値を有する複数のビットを有する光学的データ信号を運ぶように構成されている少なくとも2つの光路を有する、光送信器であって、
    光学的データ信号を受信するために光変調器と各々接続する少なくとも2つの光入力を有し、少なくとも1つの光出力及び少なくとも2つの光入力間で位相差を調整するための位相シフターを有する干渉計と、
    少なくとも1つの光出力でビットのピークインテンシティ値の最大値を検出するための少なくとも1つの光出力に接続したピークインテンシティ検出器と、
    該ピークインテンシティ検出器によって検出可能なピークインテンシティ値の最大値に応答して少なくとも2つの光入力間で位相差を調整するように位相シフターに影響を与えるようにバイアス・コントロール信号を出力するよう構成され、該ピークインテンシティ検出器及び該位相シフターに接続した少なくとも1つのバイアス・コントロールと、
    を具備する光送信機。
  16. 前記ピークインテンシティ値の検出された最大値の最小又は最大の1つ以上に基づいて少なくとも2つの光入力間で位相差を調整するように位相シフターに影響を与えるよう構成されている前記少なくとも1つのバイアス・コントロールを具備することを特徴とする請求項15に記載の光送信器。
  17. 1以上のDPSK又はDQPSK光送信器として構成される光送信器を具備することを特徴とする請求項15に記載の光送信器。
  18. 1以上のRZ又はNRZ変調を使用するように構成されている光送信器を具備することを特徴とする請求項17に記載の光送信器。
  19. 少なくとも1つの光出力に接続し、少なくとも一部の出力光学的信号を電気信号に変換するよう作動する光検出器を具備することを特徴とする請求項17に記載の光送信器。
  20. 前記ピークインテンシティ検出器が、電気信号を受信するために光検出器に接続した1以上のRF電力ピーク検出器又はRF電圧ピーク検出器を具備することを特徴とする請求項19に記載の光送信器。
  21. 光受信器であって、
    複数のビットを有する光学的データ信号の伝送のために、各々構成される少なくとも2つの光路を有する光復調器と、ここで該光復調器は、少なくとも1つの光出力及び1つの光路内で光学的データ信号の位相をシフトするために少なくとも2つの光路のうちの1つに接続する位相シフターを有する
    少なくとも1つの光出力でビットのピークインテンシティ値の最大値を検出するために少なくとも1つの光出力に接続したピークインテンシティ検出器と
    該ピークインテンシティ検出器により検出されるピークインテンシティ値の検出された最大値に応答して1つの光路内で光学的データ信号の位相をシフトするように位相シフターに影響を与えるようにバイアス・コントロール信号を出力するよう構成され、ピークインテンシティ検出器及び位相シフターに接続した少なくとも1つのバイアス・コントロール、
    を具備することを特徴とする光受信器。
  22. 前記ピークインテンシティ値の検出された最大値の最小又は最大の1つ以上に基づいて少なくとも2つの光入力間で位相差を調整するように位相シフターに影響を与えるよう構成されている少なくとも1つのバイアス・コントロールを具備することを特徴とする請求項21に記載の光受信器。
  23. 1以上のDPSK又はDQPSK光受信器として構成されている光受信器を具備することを特徴とする請求項21に記載の光受信器。
  24. 1以上のRZ又はNRZ変調を使用するように構成されている光受信器を具備することを特徴とする請求項23に記載の光受信器。
  25. 少なくとも1つの光出力に接続し、少なくとも一部の出力光学的信号を電気信号に変換するよう作動する光検出器を具備することを特徴とする請求項21に記載の光受信器。
  26. 前記ピークインテンシティ検出器が、電気信号を受信するために光検出器に接続した1以上のRF電力ピーク検出器又はRF電圧ピーク検出器を具備することを特徴とする請求項25に記載の光受信器。
  27. 前記光復調器が2つの光出力を有し、
    前記光受信器が、さらに
    各々2つの光出力の1つに接続した2つの光入力を有する平衡検波器と、ここで平衡検波器は電気信号出力を有し、
    電気信号出力に連結するピークインテンシティ検出器と、
    を具備することを特徴とする請求項21に記載の光受信器。
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