JP5727631B2 - 偏波分割多重を用いる光送信 - Google Patents

Description

本発明は、偏波分割多重を使用する光通信システムの技術分野に関し、詳細には光パケットまたはバーストの送信に関する。

偏波分割多重（ＰＤＭ）との光パケット送信の関連が、高いデータレートの高度にフレキシブルな通信システムの開発のために注目を受けている。コヒーレント受信器が、光回路接続のために最初に設計された。従来の偏波多重分離アルゴリズムの収束時間は、典型的には数千シンボルを必要とする。パケット送信では、あらゆるパケットがそれ自体の偏波の状態（ＳＯＰ）を有する。どのパケットに対してもすべてに従来の収束処理を繰り返すと、大量の帯域幅を消費することになる。

ＥＰ−Ａ−２２７３７００号では、光パケット受信に適合されたコヒーレント受信器で偏波多重分離フィルタの収束の速度を上げるための方法を教示している。これらの方法は、単一偏波の光信号を含むヘッダセクションおよび偏波分割多重の光信号を含むペイロードセクションを備える光パケットの生成を含む。そのような光パケットを生成するためにＥＰ−Ａ−２２７３７００号では、ヘッダセクションとペイロードセクションとの間で、非常に高速度で、ＭＺ変調器のドライバをターンオンおよびターンオフすること、ならびにマッハツェンダ（ＭＺ）変調器のバイアスを変更することを必要とする方法を教示している。

欧州特許出願公開第２２７３７００号明細書

一実施形態では本発明は、光チャネル上でデジタルデータを送信するための方法であって、
第１および第２のベースバンドデジタル信号を生成するステップ、
第１のベースバンドデジタル信号によって第１の偏波された光搬送波成分を変調するステップ、
第２のベースバンドデジタル信号によって第２の偏波された光搬送波成分を変調するステップであって、第２の偏波された光搬送波成分が、第１の偏波された光搬送波成分に対しての直交の偏波の状態を有する、変調するステップ、
ならびに、第１および第２の変調された光搬送波成分を伝搬媒体内に結合するステップを含み、
第１および第２のベースバンドデジタル信号が、変調された光搬送波成分が変調された単一偏波の光搬送波として結合されるように、相互に相関された様式で生成される、方法を提供する。

実施形態によればそのような方法は、下記の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る：
− 第１および第２のベースバンドデジタル信号が、等しい、または反対である。

− 第１の偏波された光搬送波成分および第２の偏波された光搬送波成分が線形の偏波状態を有し、結果として得られる単一偏波の光搬送波もまた線形の偏波状態を有する。あるいは偏波された光搬送波成分は、他の偏波の状態、例えば円形を有し得る。

− 偏波された光搬送波成分が位相変調される。

− 位相変調がＱＰＳＫ変調である。

− 変調するステップがマッハツェンダ変調器を用いて遂行される。

一実施形態では本発明は、光チャネル上で光パケットを生成するための方法であって、光パケットが、単一偏波の光信号を含むヘッダセクションおよび偏波分割多重の光信号を含むペイロードセクションを備え、
上記の方法を用いてヘッダセクションの単一偏波の光信号を生成するステップであって、第１および第２のベースバンドデジタル信号の第１の部分が、ヘッダセクションの単一偏波の光信号を得るために、相互に相関された様式で生成されるステップ、ならびに、
第１および第２のベースバンドデジタル信号の第２の部分を、ペイロードセクションの偏波分割多重の光信号を得るために、本質的には相互に相関されない様式で生成するステップを含む、方法をさらに提供する。

一実施形態では方法は、ヘッダセクションの生成するステップとペイロードセクションの生成するステップとの間に、ベースバンド信号生成モジュールの動作モードを変更するステップをさらに含む。

一実施形態では方法は、同様の方法を用いてヘッダセクションの第２の単一偏波の光信号を生成するステップであって、第１および第２のベースバンドデジタル信号の第３の部分が、ヘッダセクションの第１の単一偏波の光信号の偏波状態に対して直交である偏波状態でのヘッダセクションの第２の単一偏波の光信号を得るように、ベースバンドデジタル信号の第１の部分とは異なる相互関係を用いて、相互に相関された様式で生成される、ステップをさらに含む。

一実施形態では本発明は、偏波分割多重の光信号を生成するための光送信器であって、
第１および第２のベースバンドデジタル信号を生成するためのベースバンド信号生成モジュール、
第１のベースバンドデジタル信号によって第１の偏波された光搬送波成分を変調するための第１の変調器、
第２のベースバンドデジタル信号によって第２の偏波された光搬送波成分を変調するための第２の変調器であって、第２の偏波された光搬送波成分が、第１の偏波された光搬送波成分に対しての直交の偏波を有する、第２の変調器、ならびに、
第１および第２の変調された光搬送波成分を伝搬媒体内に結合するための光結合器を備え、
ベースバンド信号生成モジュールが、第１および第２の動作モードで動作するように構成され、
第１の動作モードでのベースバンド信号生成モジュールが、第１および第２のベースバンドデジタル信号を、変調された光搬送波成分が、伝搬媒体内で、変調された単一偏波の光搬送波として結合されるように、相互に相関された様式で生成し、
第２の動作モードでのベースバンド信号生成モジュールが、第１および第２のベースバンドデジタル信号を、変調された光搬送波成分が、偏波分割多重の光信号として結合されるように、本質的には相互に相関されない様式で生成する、光送信器をさらに提供する。

一実施形態では光送信器は、第１および第２の偏波された光搬送波成分を光パケットとして形成するためのパケット形成モジュールをさらに備える。

一実施形態では本発明は、偏波分割多重の光信号を生成するための光送信器であって、
第１および第２のベースバンドデジタル信号を生成するためのベースバンド信号生成モジュール、
第１のベースバンドデジタル信号によって第１の偏波された光搬送波成分を変調するための第１の変調器、
第２のベースバンドデジタル信号によって第２の偏波された光搬送波成分を変調するための第２の変調器であって、第２の偏波された光搬送波成分が、第１の偏波された光搬送波成分に対しての直交の偏波を有する、第２の変調器、
第１および第２の変調された光搬送波成分を伝搬媒体内に結合するための光結合器、
第１の偏波された光搬送波成分を光結合器に通過させるための通過状態で、または、第１の偏波された光搬送波成分を遮断するための遮断状態で選択的に動作可能な第１の光ゲート、
ならびに、第２の偏波された光搬送波成分のみと、第１および第２の偏波された光搬送波成分の結合とからなるグループ内で選択される伝搬媒体内での送信される光信号を得るために、遮断状態と通過状態との間で第１の光ゲートをスイッチするように構成されたゲート開閉制御器を備える、光送信器をさらに提供する。

実施形態によればそのような光送信器は、下記の特徴のうちの１つまたは複数を備え得る：
− 第２の偏波された光搬送波成分を光結合器に通過させるための通過状態で、または、第２の偏波された光搬送波成分を遮断するための遮断状態で選択的に動作可能な第２の光ゲートであって、
ゲート開閉制御器が、第１の偏波された光搬送波成分のみと、第２の偏波された光搬送波成分のみと、第１および第２の偏波された光搬送波成分の結合とからなるグループ内で選択される伝搬媒体内での送信される光信号を得るために、遮断状態と通過状態との間で第２の光ゲートをさらにスイッチするように構成される、第２の光ゲート。

− ゲート開閉制御器が、単一偏波の光信号を含むヘッダセクションおよび偏波分割多重の光信号を含むペイロードセクションを備える光パケットを形成するように、光ゲートをスイッチするように構成される。

− そのまたは各々の光ゲートが、半導体光増幅器を備える。

本発明の態様は、高速度でＭＺ変調器のバイアスを変更することが、変調される光信号の品質に厳しい制限を課す可能性がある望ましくない過渡状態を生成する場合があるという経験的知識に起因するものである。

本発明の態様は、ＭＺ変調器のバイアスを変更することなく、単一偏波または二重偏波の光信号を選択的に生成するようにＰＤＭ光送信器を動作させる発想に基づくものである。

本発明のこれらおよび他の態様は、例として図面を参照して、これ以降で説明される実施形態から明らかとなり、それらの実施形態を参照して解明されよう。

第１の実施形態によるＰＤＭ光送信器の機能表示の図である。 図１の送信器を用いて得られ得る光パケットの概略表示の図である。 第２の実施形態によるＰＤＭ光送信器の機能表示の図である。

図１を参照すると、ＰＤＭ光信号を生成するように構成された光送信器１が概略的に示されている。送信器１は、ＷＤＭ送信に適した選択された波長で光搬送波を生成するレーザ光源２を備える。ビームスプリッタ３は、光搬送波を、それぞれの導波路４および５内を伝搬する２つの搬送波成分に分割する。それぞれの光変調器６および７は、同じデータレートでベースバンド信号生成器１０により生成されるそれぞれのベースバンド信号１１および１２に応じて、対応する搬送波成分への変調を与えるように、導波路４および５の各々に配置される。光変調器６および７は、任意のタイプの変調器であり得る。好ましい実施形態では光変調器６および７は、ＰＳＫ変調、例えば２相位相変調または４相位相変調を生成するように適合されたＭＺ変調器の構成である。そのような配置構成は、当技術分野で知られている。詳細にはベースバンド信号１１および１２は、各々の信号遷移が、対応する搬送波成分において９０°または１８０°の位相偏移を引き起こすようにＭＺ変調器を駆動するＮＲＺ符号化信号を含み得る。

導波路４および５の出力では偏波ビーム結合器８が、導波路４から来る変調された搬送波成分のｘ−偏波された成分、および導波路５から来る変調された搬送波成分のｙ−偏波された成分を選択し、両方の偏波された成分を出力導波路９、例えば通信ネットワークに接続される光ファイバ内に重畳する。本明細書で使用される場合、ｘおよびｙは、当技術分野で知られているような、偏波ビーム結合器８の物理的構造により規定される２つの直交の偏波の状態を指す。

図１では導波路４から来る変調された搬送波成分はＥ_ｉｎ，ｘにより示され、対応するベースバンド信号１１はｘ−データにより示される。図１では導波路５から来る変調された搬送波成分はＥ_ｉｎ，ｙにより示され、対応するベースバンド信号１２はｙ−データにより示される。

結果として、出力導波路９内で送信される光信号

は、次式のように表現され得る。

ただし

はベクトルを示す。

通常のＰＤＭ送信ではこの原理は、同じベースバンドレートで単一偏波の送信と比較してデータレートを実質的に２倍にするように、それぞれの場の成分Ｅ_ｉｎ，ｘおよびＥ_ｉｎ，ｙ上で、本質的には独立したデータのストリームを伝送するために使用される。結果として、出力光信号

のＳＯＰは変化し続け、瞬間的なＳＯＰは、任意の所与の瞬間でのデータストリームｘ−データおよびｙ−データによって決まる。

これに対して、データストリームが等しいときに式（１）は、次式のように書き換えられ得ることが認められる。

すなわち、出力信号

のＳＯＰは一定であり、出力信号

は、方向

に沿った線形に偏波された場である。

同様に、データストリームが相互に反対であるときに式（１）は、次式のように書き換えられ得ることが認められる。

すなわち、出力信号

のＳＯＰは一定であり、出力信号

は、方向

に沿った線形に偏波された場である。

したがって、変調器６および７の動作点を修正することなく、ベースバンド信号１１および１２の２値的な内容を変更することによるだけで、方向

に沿った単一偏波の信号、または方向

に沿った単一偏波の信号、または二重偏波の光信号を生成するように光送信器１０が動作させられ得ることが認められる。

上記の原理は、当技術分野で知られているようなコヒーレント受信器で偏波多重分離フィルタの収束の速度を上げることが意図される単一偏波のヘッダが前にあるＰＤＭペイロードを有する光パケットを生成するために活用され得る。パケットヘッダは、１つの単一偏波のセクション、または、直交のＳＯＰを有する２つの異なる単一偏波のセクションを含み得る。加えてＰＤＭヘッダセクションが、ペイロードが受信される前に受信器でのフィルタ収束を改良するために付加され得る。３つのセクションを伴うそのようなパケットヘッダ２０の実施形態が、時間の関数として図２に概略的に示される。

図２ではヘッダセクション２１は、方向

に沿った線形に偏波された場を含み、ヘッダセクション２２は、方向

に沿った線形に偏波された場を含み、一方で２３はＰＤＭヘッダセクションを示す。あるいはＰＤＭセクション２３は、パケットペイロードであり得る。各々の引き続くヘッダセクション間で、またはパケットヘッダとパケットペイロードとの間で、送信器１０において必要とされる唯一の動作は、ベースバンド信号１１および１２の２値的な内容を変更することと同じであることが理解されよう。そのような変更は、電気領域において行われ、光信号での劣化を生出することなく非常に高速度で遂行され得る。加えて両方の相互に相関された場の成分を重ね合わせることにより、結果として得られる出力電力およびＯＳＮＲが単一の場の成分と比較して改善されることが理解されよう。

光パケットの形態で光信号

を生成するために光送信器１０は、レーザ光源２内部に、レーザ光源２とビームスプリッタ３との間に、または任意の他の適した位置に配置される、半導体光増幅器（ＳＯＡ）または他の光ゲートの形態でのパケットシェーパ（ｐａｃｋｅｔ ｓｈａｐｅｒ）（図示せず）を備え得る。

次に図３に目を向けると、詳細には光パケットの形態で単一偏波および二重偏波の信号を選択的に生成するように構成された光送信器１０１の別の実施形態が示されている。図１の実施形態に対して同様または同一である要素は、１００だけ増やされた同じ数字により指示される。

送信器１０１ではＳＯＡ３０および４０が、それぞれ導波路１０４および１０５上に置かれる。各々のＳＯＡ３０および４０は、対応する搬送波成分を選択的に消滅させる、または対応する搬送波成分を偏波ビーム結合器１０８に通過させるために、ゲート開閉制御器５０の制御下にある光ゲートとして動作させられる。

図２の光パケットと同様の構造を有する光パケットを生成するためにゲート開閉制御器５０は、以下のようにＳＯＡのスイッチング状態を制御する：
・第１のヘッダセクション２１に関しては、ＳＯＡ４０は遮断状態であり、ＳＯＡ３０は通過状態である。次に、結果として得られる第１のヘッダセクション２１が、方向

ではなく

に沿って偏波される。このヘッダセクションではベースバンド信号１１１を生成することが必要であるだけであり、一方でベースバンド信号１１２は明らかに不必要でありかつ効果が無い。

・第２のヘッダセクション２２に関しては、ＳＯＡ３０は遮断状態であり、ＳＯＡ４０は通過状態である。次に、結果として得られる第２のヘッダセクション２２が、方向

ではなく

に沿って偏波される。このヘッダセクションではベースバンド信号１１２を生成することが必要であるだけであり、一方でベースバンド信号１１１は明らかに不必要でありかつ効果が無い。

・第３のヘッダセクション２３および／またはペイロードに関しては、ＳＯＡ３０および４０は両方が通過状態である。

・現在の光パケットを終結させ、引き続く光パケットの前に保護帯域を生出するために、ＳＯＡ３０および４０は両方が遮断状態にスイッチされる。

あるいはシリコンフォトニクス光ゲートなど、ＳＯＡ以外の光ゲートが、ＳＯＡ３０および４０と同様に配置かつ制御され得る。

示される実施例では変調器１０６および１０７は、２つのアーム、各々のアーム内のＭＺ変調器、および下側のアーム内の９０°位相偏移を備えるＱＰＳＫ変調器である。他のタイプの変調器が同様に使用され得る。

ＰＤＭ送信ではｘ−データおよびｙ−データは、長期持続の相互関係を有さない独立したデータストリームとして生成される。しかしながら符号化技法およびプロトコル機能では、すなわち冗長符号化、フレーム再送等の結果として、信号間に一時的な相互関係を生出する場合がある。

制御ユニットおよび信号生成モジュールなどの要素は例えば、例えばＡＳＩＣのようなハードウェア手段、または、ハードウェア手段およびソフトウェア手段の組み合わせ、例えばＡＳＩＣおよびＦＰＧＡ、または、少なくとも１つのマイクロプロセッサおよびソフトウェアモジュールが中に存在する少なくとも１つのメモリであり得る。

本発明は説明された実施形態に限定されない。添付された特許請求の範囲は、ここに記載された基本的な教示の範囲内に相当含まれる、当業者に想到され得るすべての修正および代替的な構造様式を包含すると解釈されるべきである。

動詞「備えること、含むこと（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」または「含むこと（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」およびその活用形を使用することは、請求項に記述される要素またはステップ以外の要素またはステップの存在を排除しない。さらに要素またはステップの前につく冠詞「ａ」または「ａｎ」を使用することは、複数のそのような要素またはステップの存在を排除しない。

特許請求の範囲において、括弧の間に位置するいかなる参照符号も、特許請求の範囲の範囲を限定するとは解釈されないものとする。

Claims (11)

1. 光チャネル上でデジタルデータを送信するための方法であって、
   送信すべきデータストリームから第１および第２のベースバンドデジタル信号（１１、１２）を生成するステップ、
   第１のベースバンドデジタル信号によって第１の偏波された光搬送波成分を変調するステップ、
   第２のベースバンドデジタル信号によって第２の偏波された光搬送波成分を変調するステップであって、第２の偏波された光搬送波成分が、第１の偏波された光搬送波成分に対しての直交の偏波の状態を有する、変調するステップ、
   ならびに、第１および第２の変調された光搬送波成分を伝搬媒体（９）内に結合するステップを含み、
   第１および第２のベースバンドデジタル信号が、変調された光搬送波成分が一定の偏波の状態を有する変調された単一偏波の光搬送波（２１、２２）として結合されるように、相互に相関された様式で生成される、方法。
2. 第１および第２のベースバンドデジタル信号が、等しい、または反対である、請求項１に記載の方法。
3. 第１の偏波された光搬送波成分および第２の偏波された光搬送波成分が線形の偏波状態を有し、結果として得られる単一偏波の光搬送波もまた線形の偏波状態を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 偏波された光搬送波成分が位相変調される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 位相変調がＱＰＳＫ変調である、請求項４に記載の方法。
6. 変調するステップがマッハツェンダ変調器を用いて遂行される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 光チャネル上で光パケットを生成するための方法であって、光パケットが、単一偏波の光信号を含むヘッダセクション（２０）および偏波分割多重の光信号を含むペイロードセクションを備え、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を用いてヘッダセクションの単一偏波の光信号（２１）を生成するステップであって、第１および第２のベースバンドデジタル信号（１１、１２）の第１の部分が、一定の偏波の状態を有するヘッダセクションの単一偏波の光信号を得るために、相互に相関された様式で生成される、生成するステップ、ならびに、
   第１および第２のベースバンドデジタル信号の第２の部分を、データに依存して変動する偏波の状態を有するペイロードセクションの偏波分割多重の光信号を得るために、本質的には相互に相関されない様式で生成するステップを含む、方法。
8. ヘッダセクションの生成するステップとペイロードセクションの生成するステップとの間に、ベースバンド信号生成モジュール（１０）の動作モードを変更するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を用いてヘッダセクションの第２の単一偏波の光信号（２２）を生成するステップであって、第１および第２のベースバンドデジタル信号（１１、１２）の第３の部分が、ヘッダセクションの第１の単一偏波の光信号の一定の偏波の状態に対して直交である一定の偏波の状態でのヘッダセクションの第２の単一偏波の光信号を得るように、ベースバンドデジタル信号の第１の部分とは異なる相互関係を用いて、相互に相関された様式で生成される、ステップをさらに含む、請求項７または８に記載の方法。
10. 偏波分割多重の光信号を生成するための光送信器（１）であって、
    送信すべきデータストリームから第１および第２のベースバンドデジタル信号（１１、１２）を生成するためのベースバンド信号生成モジュール（１０）、
    第１のベースバンドデジタル信号によって第１の偏波された光搬送波成分を変調するための第１の変調器（６）、
    第２のベースバンドデジタル信号によって第２の偏波された光搬送波成分を変調するための第２の変調器（７）であって、第２の偏波された光搬送波成分が、第１の偏波された光搬送波成分に対しての直交の偏波を有する、第２の変調器（７）、ならびに、
    第１および第２の変調された光搬送波成分を伝搬媒体（９）内に結合するための光結合器（８）を備え、
    ベースバンド信号生成モジュール（１０）が、第１および第２の動作モードで動作するように構成され、
    第１の動作モードでのベースバンド信号生成モジュールが、変調された光搬送波成分が、伝搬媒体内で、一定の偏波の状態を有する変調された単一偏波の光搬送波として結合されるように、第１および第２のベースバンドデジタル信号を相互に相関された様式で生成し、
    第２の動作モードでのベースバンド信号生成モジュールが、変調された光搬送波成分が、データに依存して変動する偏波の状態を有する偏波分割多重の光信号として結合されるように、第１および第２のベースバンドデジタル信号を本質的には相互に相関されない様式で生成する、光送信器（１）。
11. 第１および第２の偏波された光搬送波成分を光パケットとして形成するためのパケット形成モジュール（２）をさらに備える、請求項１０に記載の光送信器。

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