JP5116573B2 - 分散予等化光送信器 - Google Patents

Description

この発明は、分散予等化光送信器に関するものである。

一般に、長距離光通信システムにおいて、システムの低コスト化と、伝送レート上昇によるシステムアップグレートとを容易に実現するためには、伝送路の有する波長分散をより効率的に補償する技術が重要となる。たとえば、システムの低コスト化を実現するためには、分散補償ファイバと、その損失補償に使用される光増幅器とを削減することが有効である。

また、伝送レートや変調フォーマットに応じて波長分散耐力は異なるが、どの伝送方式を用いた場合でも、分散補償ファイバを使用しないか、または少数の種別の分散補償ファイバのみを使用することにより、伝送レートや変調フォーマットに依存しない伝送路構成を実現することが可能となる。この結果、既存システムのアップグレードを実現するとともに、複数変調方式の混在システムを実現することが容易となる。

上記目的を達成するための１つの方策として、伝送路が有する波長分散に対して、絶対値が同一で符号が逆の波長分散の効果をあらかじめ付加した光信号を送信する分散予等化送信の方式が活発に研究されている（たとえば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４参照）。

たとえば、非特許文献１に記載の従来システムにおいては、分散予等化光送信を行うために、直交する光電界成分（Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ）を独立に生成可能なＩ／Ｑ変調器が使用される。この場合、Ｉ／Ｑ変調器は、マッハツェンダー（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）光変調器（以下、「ＭＺ光変調器」と略称する）を並列接続した特殊かつ高価な光変調器なので、送信器の低コスト化を実現するための障害となっている。

一方、非特許文献３に記載の従来システムにおいては、Ｉ／Ｑ変調器以外のＭＺ光変調器で分散予等化光送信器を実現するために、２電極型光変調器の活用が提案されている。２電極型光変調器は、ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ型光変調器として、通常の光送受信器に広く適用されている光部品である。

前述のＩ／Ｑ変調器を用いた場合には、光電界の実部データおよび虚部データをそのまま変調器の駆動信号として用いればよいが、２電極型光変調器を用いた場合には、非特許文献３に記載の通り、変調器伝達関数の逆変換演算が必要になる。
逆変換演算は、非線形演算であることから、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタに代表される線形演算では実現困難であり、ＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）などによる非線形フィルタを使用するなどの工夫が必要である。

そこで、非特許文献４には、非線形フィルタを用いた構成が開示されているが、高速光通信に適用する分散予等化の用途を考えると、ＬＵＴでの非線形フィルタによる実現方法は、回路規模増大などの点で課題が残る。

特表２００６−５２７５４６号公報 特表２００６−５２２５０８号公報 Ｄ．ＭｃＧｈａｎ，ｅｔ ａｌ．「５１２０−ｋｍ ＲＺ−ＤＰＳＫ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｇ．６５２ ｆｉｂｅｒ ａｔ １０Ｇｂ／ｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１８，ｎｏ．２，４００，２００６ Ｐ．Ｊ．Ｗｉｎｚｅｒ，ｅｔ ａｌ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔｓ」ＥＣＯＣ２００５，Ｔｕ４．２．２，Ｇｌａｓｇｏｗ，ＵＫ，Ｓｅｐ．２００５ Ｒ．Ｉ．Ｋｉｌｌｅｙ，ｅｔ ａｌ．「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｄｉｇｉｔａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ａ ｄｕａｌ−ｄｒｉｖｅ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｍｏｄｕａｌｔｏｒ」ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．３，７１４，２００５ Ｄ．ＭｃＧｈａｎ「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ」ＯＦＣ２００６，ＯＷＫ１，２００６

従来の分散予等化光送信器では、２電極型光変調器を用いた分散予等化光送信器を実現するために、変調器伝達関数の逆演算を行う必要があるが、演算の小規模化が困難になるという課題があった。

この発明は、この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、極座標変換手段および２電極型光変調器駆動データ演算手段を有し、簡易な演算部構成で２電極型ＭＺ光変調器を用いた分散予等化光送信器を得ることを目的とする。

この発明による分散予等化光送信器は、供給電圧に応じて光信号を生成する極座標光変調器と、分散予等化演算手段と、座標変換手段と、２電極型光変調器駆動データ演算手段と、Ｄ／Ａコンバータとを備えた分散予等化光送信器であって、分散予等化演算手段は、送信データ系列および分散予等化量を用いて、直交座標系での実部データおよび虚部データを生成し、座標変換手段は、直交座標系での実部データおよび虚部データから、極座標系での振幅データおよび位相データを生成し、２電極型光変調器駆動データ演算手段は、極座標系での振幅データおよび位相データから、２電極型光変調器を駆動するための２つの駆動信号を生成し、Ｄ／Ａコンバータは、２つの駆動信号をアナログ駆動電圧に変換して２電極型光変調器に供給する分散予等化光送信器において、２電極型光変調器駆動データ演算手段は、座標変換手段から得られる振幅データおよび位相データの各最大値をビットシフト演算によって調整し、極座標の位相データである位相最大値に対する、極座標光変調器の伝達関数の絶対値である振幅最大値の比率をほぼ１／４に設定するものである。

この発明によれば、簡易な演算部構成で２電極型光変調器を用いた分散予等化光送信器を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る分散予等化光送信器を示すブロック構成図である。以下、本実施の形態では、送信データから光変調器駆動データを生成する過程において、極座標変換が必要とされる極座標光変調器の１つとして、２電極型ＭＺ光変調器を使用する場合について説明する。
図１において、分散予等化光送信器は、送信データ系列に基づき光電界成分Ｉ、Ｑを演算する分散予等化演算手段１０と、光電界成分Ｉ、Ｑを極座標Ｒ、θに変換する座標変換手段１１と、振幅データおよび位相データに対応した極座標Ｒ、θに基づき変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２を演算する２電極型ＭＺ変調器駆動データ演算手段１２と、変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２をアナログ値に変換するＤ／Ａコンバータ１３ａ、１３ｂと、変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２のアナログ値（アナログ駆動電圧）を増幅する増幅器１４ａ、１４ｂと、変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２のアナログ増幅値ｖ１（ｔ）、ｖ２（ｔ）によるｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ光変調に基づき光信号を生成する２電極型ＭＺ光変調器１５とを備えている。

次に、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
まず、分散予等化演算手段１０は、予等化する伝送路分散量に応じて、送信データ系列に対して分散予等化演算を行う。
このときの分散予等化演算は、たとえば前述のＦＩＲフィルタを用いて、分散量から決まる伝送路伝達関数の逆特性のインパルス応答を、送信データ系列に対して畳み込み演算することで行うことができる。

続いて、座標変換手段１１および２電極型ＭＺ変調器駆動データ演算手段１２を介して伝送路伝達関数の逆特性演算を行い、Ｄ／Ａコンバータ１３ａ、１３ｂは、逆特性演算後の電圧データをアナログ値に変換し、増幅器１４ａ、１４ｂは、アナログ駆動電圧を所望の振幅に増幅した信号（アナログ増幅値）ｖ１（ｔ）、ｖ２（ｔ）を２電極型ＭＺ光変調器１５に供給する。
これにより、２電極型ＭＺ光変調器１５から、分散予等化処理された光信号を得ることができる。

なお、図１に示すように、使用される光変調器が２電極型ＭＺ光変調器１５の場合には、分散予等化演算手段１０による分散予等化演算後のデータ（Ｉ、Ｑ）に対して、光変調器に合わせた再変換（伝達関数の逆演算）を施すために、座標変換手段１１および２電極型ＭＺ変調器駆動データ演算手段１２が用いられる。

以下、２電極型ＭＺ光変調器１５（変調器）の伝達関数の逆演算について説明する。
まず、２電極型ＭＺ光変調器１５の伝達関数ＥＴｘは、変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２を用いて、以下の式（１）のように表すことができる。

また、極座標Ｒ、θの値として、Ｒ＝｜ＥＴｘ｜、θ＝φと置き、式（１）の逆関数として変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２を求めると、以下の式（２）〜（４）のように表される。

式（２）〜（４）を用いて、２電極型ＭＺ光変調器１５の伝達関数ＥＴｘの逆特性演算を行うためには、逆特性演算前の実部データおよび虚部データ（分散予等化演算手段１０の出力データＩ、Ｑ）から振幅データおよび位相データ（Ｒ、θ）を抽出し、さらに、ｓｉｎ^−１演算および加減算を行う必要がある。

図１においては、座標変換手段１１により振幅データおよび位相データ（Ｒ、θ）の抽出を行う。
座標変換手段１１の演算は、直交座標系（Ｉ、Ｑ）から極座標系（Ｒ、θ）への座標変換演算と見なすことができ、たとえば、ＣＯＲＤＩＣ（ＣＯｒｄｉｎａｔｅ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ＤＩｇｉｔａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）法を用いることで、デジタル演算として容易に実現することができる。
ここで、以下の式（５）のように近似できる領域を考える。

このとき、式（５）で示す近似領域では、上記式（２）、（３）を、以下の式（６）、（７）と変形することができる。

式（６）、（７）により、２電極型ＭＺ変調器駆動データ演算手段１２を加減算のみで構成することができ、伝達関数の逆特性演算を容易に実現することができる。
なお、式（６）、（７）は、振幅データおよび位相データ（｜ＥＴｘ｜、φ）の加減算により変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２が求められることを示しているが、ＣＯＲＤＩＣ法による演算結果の出力絶対値と、後段に配置されるＤ／Ａコンバータ１３ａ、１３ｂのダイナミックレンジとの関係を最適化させるためのスケーリングを行う必要がある。

このとき、ｔａｎ^−１関数とｓｉｎ^−１関数とのとり得る値の関係を考慮して、位相φに対する振幅｜ＥＴｘ｜の比率を、ほぼ１／４に維持することにより、性能劣化を招くことなくスケーリングを行うことができる。
また、スケーリングの演算は、デジタル演算の場合には、ビットシフト演算と加減算との組み合わせにより、容易に実現することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る分散予等化光送信器は、供給電圧に応じて光信号を生成する２電極型ＭＺ光変調器１５と、分散予等化演算手段１０と、座標変換手段１１と、２電極型ＭＺ駆動データ演算手段１２と、Ｄ／Ａコンバータ１３ａ、１３ｂと、増幅器１４ａ、１４ｂとを備えており、分散予等化演算手段１０は、送信データ系列および分散予等化量を用いて、直交座標系での実部データおよび虚部データ（Ｉ、Ｑ）を生成する。

また、座標変換手段１１は、直交座標系での実部データおよび虚部データ（Ｉ、Ｑ）から、極座標系での振幅データおよび位相データ（Ｒ、θ）を生成し、２電極型ＭＺ駆動データ演算手段１２は、極座標系での振幅データおよび位相データ（Ｒ、θ）から、２電極型ＭＺ光変調器１５を駆動するための２電極型ＭＺ駆動データとして、２つの駆動信号（変調器駆動電圧ｖ１、ｖ２）を生成する。
Ｄ／Ａコンバータ１３ａ、１３ｂは、２つの駆動信号をアナログ駆動電圧に変換し、さらに、増幅器１４ａ、１４ｂは、アナログ駆動電圧を増幅したアナログ増幅値ｖ１（ｔ）、ｖ２（ｔ）を２電極型ＭＺ光変調器１５に供給する。

また、座標変換手段１１による直交座標から極座標への変換処理は、ＣＯＲＤＩＣ法により実行され、２電極型ＭＺ駆動データ演算手段１２による演算処理は、加減算およびビットシフト演算の組み合わせを含む。

これにより、大規模ＬＵＴなどを用いることなく、直交座標（Ｉ、Ｑ）から極座標（Ｒ、θ）への変換処理と、加減算およびビットシフト演算のみの簡易なスケーリング構成とにより、２電極型ＭＺ光変調器１５の駆動を実現することができる。
さらに、２電極型ＭＺ駆動データ演算手段１２は、座標変換手段１０から得られる振幅データおよび位相データ（Ｒ、θ）の各最大値をビットシフト演算によって調整し、位相最大値に対する振幅最大値の比率をほぼ１／４に設定することにより、性能劣化を招くことなくスケーリングを行うことができる。

なお、上記説明では、２電極型ＭＺ光変調器１５を駆動する場合を示したが、極座標変換によって振幅データおよび位相データを抽出するので、光変調器が、光位相変調器と光強度変調器との組み合わせ（図示せず）で構成される場合や、光周波数変調器と光強度変調器との組み合わせ（図示せず）で構成される場合にも、適用可能であることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係る分散予等化光送信器を示すブロック構成図である。

符号の説明

１０ 分散予等化演算手段、１１ 座標変換手段、１２ ２電極型ＭＺ変調器駆動データ演算手段、１３ａ、１３ｂ Ｄ／Ａコンバータ、１４ａ、１４ｂ 増幅器、１５ ２電極型ＭＺ光変調器。

Claims (4)

1. 供給電圧に応じて光信号を生成する極座標光変調器と、分散予等化演算手段と、座標変換手段と、２電極型光変調器駆動データ演算手段と、Ｄ／Ａコンバータとを備えた分散予等化光送信器であって、
   前記分散予等化演算手段は、送信データ系列および分散予等化量を用いて、直交座標系での実部データおよび虚部データを生成し、
   前記座標変換手段は、前記直交座標系での実部データおよび虚部データから、極座標系での振幅データおよび位相データを生成し、
   前記２電極型光変調器駆動データ演算手段は、前記極座標系での振幅データおよび位相データから、前記極座標光変調器を駆動するための２つの駆動信号を生成し、
   前記Ｄ／Ａコンバータは、前記２つの駆動信号をアナログ駆動電圧に変換して前記極座標光変調器に供給する分散予等化光送信器において、
   前記２電極型光変調器駆動データ演算手段は、前記座標変換手段から得られる振幅データおよび位相データの各最大値をビットシフト演算によって調整し、極座標の位相データである位相最大値に対する、前記極座標光変調器の伝達関数の絶対値である振幅最大値の比率をほぼ１／４に設定することを特徴とする分散予等化光送信器。
2. 前記座標変換手段による直交座標から極座標への変換処理は、ＣＯＲＤＩＣ法により実行されることを特徴とする請求項１に記載の分散予等化光送信器。
3. 前記２電極型光変調器駆動データ演算手段による演算処理は、加減算およびビットシフト演算の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分散予等化光送信器。
4. 前記極座標光変調器は、２電極型ＭＺ型光変調器光変調器であり、
   前記２電極型光変調器駆動データ演算手段は、２電極型ＭＺ駆動データを生成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の分散予等化光送信器。

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