JP5873054B2 - Optical transmitter and optical signal generation method - Google Patents
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Description
本発明は、多値QAM(Quadrature Amplitude Modulation)を用いる光送信器、及び光信号生成方法に関する。 The present invention relates to an optical transmitter using multilevel QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and an optical signal generation method.
光伝送システムに用いる送信符号として、低いシンボルレートで大容量の光信号を挿引可能な多値QAMが注目を集めている。最も単純なQAMは4値QAMであり、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)と呼ばれる。本明細書において多値QAMの一例としてQPSKを用いて説明を行うが、QPSKに限らずに、nを整数として全てのn2値QAMを用いた場合に適用可能である。なお、以下の説明において図面及び数式において、パラメータ等の文字又は文字列の上にバー( ̄)が付与されている場合、明細書中では「 ̄」の次にパラメータ等の文字又は文字列を記すことでこれを表す。 As a transmission code used in an optical transmission system, multi-level QAM capable of inserting and extracting a large-capacity optical signal at a low symbol rate has attracted attention. The simplest QAM is quaternary QAM and is called QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). In the present specification will be described with reference to QPSK as an example of multi-level QAM, but not limited to QPSK, it is applicable to the case of using all the n 2-QAM where n is an integer. In the following description, in the drawings and mathematical formulas, when a bar ( ̄) is added on a character or character string such as a parameter, the character or character string such as a parameter is indicated after “ ̄” in the specification. This is indicated by writing.
図7は、従来技術における、IQ光変調器20を用いてn2値QAM信号を生成するための典型的な構成を示す図である。IQ光変調器20は、同図に示すように、第1の光カプラ21、第1の光変調部22、第2の光変調部23、光位相シフタ24、及び、第2の光カプラ25を備えている。IQ光変調器20に入力されたCW(Continuous Wave)光は、第1の光カプラ21により2つに分離され、分離されたCWのうち一方が第1の光変調部22に入力され、他方が第2の光変調部23に入力される。
7, in the prior art, is a diagram illustrating an exemplary configuration for generating the n 2 value QAM signal using an
第1の光変調部22及び第2の光変調部23は、通常、MZI(Mach-Zehnder Interferometer:マッハ−ツェンダ干渉計)型の光変調器によって構成される。第1の光変調部22は、IQ光変調器20の入力端子In1及びIn2を介して入力される信号(Data1、 ̄Data1)に基づいてCW光の光位相及び光強度を相対的に変化させる。また、第2の光変調部23は、IQ光変調器20の入力端子In3及びIn4に入力された信号(Data2、 ̄Data2)に基づいてCW光の光位相及び光強度を相対的に変化させる。
The first
信号(Data1、 ̄Data1)は、第1のn値データ信号に基づいて第1の駆動アンプ14から出力される。第1の駆動アンプ14は、第1のn値データ信号を正相と逆相との2種類に増幅した信号(Data1、 ̄Data1)を生成して出力する。信号(Data2、 ̄Data2)は、第2のn値データ信号に基づいて第2の駆動アンプ16から出力される。第2の駆動アンプ16は、第1の駆動アンプ14と同様に、第2のn値データ信号を正相と逆相との2種類に増幅した信号(Data2、 ̄Data2)を生成して出力する。第1のn値データ信号と第2のn値データ信号とは、n値のNRZ(Non Return-to-Zero)信号である。
The signal (Data1,  ̄Data1) is output from the
第1の駆動アンプ14において増幅された信号(Data1、 ̄Data1)は、第1の光変調部22が有する2つのアームのそれぞれに、第1の駆動信号用電極221を介して印加され、±φ1の位相シフトをCW光に生じさせる。第2の駆動アンプ16において増幅された信号(Data2、 ̄Data2)は、第2の光変調部23が有する2つのアームそれぞれに、第2の駆動信号用電極231を介して印加され、±φ2の位相シフトをCW光に生じさせる。位相遅延φ1及びφ2の値は、第1のn値データ信号及び第2のn値データ信号が有するn種の値に対応して変化する。
The signals (Data1,  ̄Data1) amplified by the
また、第1の光変調部22は、信号(Data1、 ̄Data1)にて光位相及び光強度を変化させたCW光に対して、第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)に基づいて更に+θ1及び−θ1の位相シフトを行う。第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)は、第1のバイアス電源42において発生され、IQ光変調器20の入力端子In5及びIn6を介して入力される。第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)は、第1の光変調部22が有する2つのアームのそれぞれに、第1のバイアス電極222を介して印加され、±θ1の位相シフトをCW光に生じさせる。
Further, the first
また、第2の光変調部23は、信号(Data2、 ̄Data2)にて光位相及び光強度を変更させたCW光に対して、第2のデータバイアス電圧(Vbias2、V’bias2)に基づいて更に+θ2及び−θ2の位相シフトを行う。第2のデータバイアス電圧(Vbias2、V’bias2)は、第2のバイアス電源52において発生され、IQ光変調器20の入力端子In7及びIn8を介して入力される。第2のデータバイアス電圧(Vbias2、V’bias2)は、第2の光変調部23が有する2つのアームそれぞれに第2のバイアス電極232を介して印加され、±θ2の位相シフトをCW光に生じさせる。
Further, the second
ここで、信号(Data1、 ̄Data1)と信号(Data2、 ̄Data2)とにおける電圧を以下のように定義する。第1の駆動アンプ14によって生成される差動の信号(Data1、 ̄Data1)の有するn種類の値(信号レベル)を電圧V0、V1、…、Vm、−Vm、…、−V1、−V0と表記する。なお、V0>V1>…>Vm>−Vm>…>−V1>−V0であるものとする。このとき、m=n/2−1である。一般に、第1の光変調部22と第2の光変調部23との光学特性は同等であるので、第2の駆動アンプ16によって生成される差動の信号(Data2、 ̄Data2)が有するn種類の信号レベルも、同様にV0、V1、…、Vm、−Vm、…、−V1、−V0とする。
Here, voltages in the signal (Data1,  ̄Data1) and the signal (Data2,  ̄Data2) are defined as follows. The n types of values (signal levels) of the differential signals (Data1,  ̄Data1) generated by the
第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)は、第1の光変調部22がヌル点にバイアスされるように選択される。すなわち、第1の駆動アンプ14において生成される信号(Data1、 ̄Data1)の差動電圧が0であるときに、第1の光変調部22の出力光が消光するように、第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)は設定される。また、第2のデータバイアス電圧(Vbias2、V’bias2)は、第2の光変調部23がヌル点にバイアスされるように選択される。第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)と同様に、第2の駆動アンプ16において生成される信号(Data2、 ̄Data2)の差動電圧が0であるときに、第2の光変調部23の出力光が消光するように第2のデータバイアス電圧(Vbias2、V’bias2)は設定される。
The first data bias voltages (V bias1 , V ′ bias1 ) are selected so that the
第1の光変調部22及び第2の光変調部23の半波長電圧Vπについて説明する。第1の光変調部22はMZI型変調器であり、第1の光変調部22には二つの光導波路が組み込まれている。これら二つの光導波路に加えられる電圧Data1と電圧 ̄Data1とがともに0であるときに前述したように出力光が消光し、電圧Data1がVxに変化し電圧 ̄Data1が−Vxに変化したときに出力光が最大強度に達するとき2Vxを第1の光変調部22の半波長電圧Vπという。電圧Data1が−Vxであり電圧 ̄Data1がVxである場合にも、第1の光変調部22の出力光は最大になるが、この場合における出力光の光位相はπだけ異なっている。
The half wavelength voltage Vπ of the first
第1の光変調部22は、この性質を利用して光の位相及び強度を変更するので、信号(Data1、 ̄Data1)は各々最大で2Vx=Vπの振幅を有し、(Data1− ̄Data1)は最大で2Vπの振幅を有するように設計されている。第2の光変調部23も、第1の光変調部22と同様に設計される。なお、図1に示すIQ光変調器20は、第1の光変調部22における第1の駆動信号用電極221と、第2の光変調部23における第2の駆動信号用電極231とが2つの光導波路に正負の相反する電圧を印加する構成となっている。すなわち、合計四つの電極が存在している。このようなタイプのIQ光変調器をデュアル駆動型という。
Since the
一方、シングル駆動型のIQ変調器は駆動信号用の電極が二つになる。このような構成では、第1の駆動信号用電極で第1の光変調部内の2つの光導波路に同時に電界を加え、第2の駆動信号用電極で第2の光変調部内の2つの光導波路に同時に電界を加える。これらの4つの光導波路の異方性により、デュアル駆動型と同様の機能を実現できる。このように変調器を構成する場合においても、第1の駆動信号用電極及び第2の駆動信号用電極に印加されるデータ信号のn種類の値(信号レベル)は、電圧V0、V1、…、Vm、−Vm、…、−V1、−V0のn種類の電圧であり、各駆動信号の振幅は半波長電圧Vπの2倍を超えないように設定される。 On the other hand, the single drive IQ modulator has two drive signal electrodes. In such a configuration, an electric field is simultaneously applied to the two optical waveguides in the first optical modulation unit by the first drive signal electrode, and the two optical waveguides in the second optical modulation unit are applied by the second drive signal electrode. At the same time, an electric field is applied. Due to the anisotropy of these four optical waveguides, the same function as the dual drive type can be realized. Even when the modulator is configured in this way, n types of values (signal levels) of the data signals applied to the first drive signal electrode and the second drive signal electrode are voltages V0, V1,. , Vm, -Vm,..., -V1, -V0, and the amplitude of each drive signal is set so as not to exceed twice the half-wave voltage Vπ.
図8は、第1の光変調部22の出力光の電場E1と、電圧V0、V1、…、Vm、−Vm、…、−V1の関係を示す図である。同図において、縦軸は出力光の電場E1を示し、横軸は信号(Data1、 ̄Data1)の電圧差を示している。ここでは、説明を容易にするためにn=2、m=0のQPSK信号の場合について説明する。同図に示すように、駆動信号の電位に対して出力光の電場E1は、正弦波を描き、電圧V0、−V0によって生成される出力光の電場E11及び電場E12は0レベルに対して対称に位置する。また、第2の光変調部23の出力光の電場E2と、電圧V0、−V0とについても図8に示す関係と同様である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the electric field E1 of the output light of the first
図7に戻り、IQ光変調器20の構成の説明を続ける。
光位相シフタ24は、第3のバイアス電圧Vbias3に基づいて、第2の光変調部23の出力光に対して、位相シフトを行う。第3のバイアス電圧Vbias3は、第3のバイアス電源64で発生され、IQ光変調器20の入力端子In9を介して入力される。第3のバイアス電圧Vbias3は、光位相シフタ24が有する第3のバイアス電極241に印加され、第2の光変調部23の出力光に位相シフト(遅延)を生じさせる。第3のバイアス電圧Vbias3が適切な値である場合、位相シフト量θ3は、π/2又は−π/2であり、第1の光変調部22の出力光と第2の光変調部23の出力光との光電界のベクトルが直交するように保たれる。また、位相シフト量θ3は、光位相シフタ24に与える第3のバイアス電圧Vbias3を調整することで行われる。
Returning to FIG. 7, the description of the configuration of the IQ
The
第2の光カプラ25において、第1の光変調部22の出力光と、光位相シフタ24の出力光とが合波され、合波結果がn2値QAMの光信号として出力される。光位相シフタ24における位相シフト量θ3がπ/2又は−π/2のときに最良の波形が得られる。これは、キャリア波長の1/4に相当するが、波長は、一般的にマイクロメータのオーダであるため、調整はきわめてシビアである。また、光QAM信号の光品質は、光位相シフタ24における誤差に敏感であるため、光位相シフタ24における位相シフト量θ3を適切な値に調整することはきわめて重要である。なお、図7では、第2の光変調部23の後段に光位相シフタ24を設けた構成を示しているが、第2の光変調部23の後段に代えて第1の光変調部22の後段に光位相シフタを設けてもよいし、第1の光変調部22及び第2の光変調部23それぞれの後段に光位相シフタを設けるようにしてもよい。
In the second
第1の光変調部22の出力光と、光位相シフタ24の出力光とが直交するとき、IQ光変調器20の出力光のコンスタレーションは図9に示すような格子状のものになる。図9は、IQ光変調器20の出力光のコンスタレーションの一例を示す図である。図9(A)はθ3がπ/2である場合を示し、図9(B)はθ3が−π/2である場合を示している。光電界E1及びE2におけるIn−Phase成分及びQuadrature−Phase成分をそれぞれI成分、Q成分ということもある。θ3=π/2の場合とθ3=−π/2の場合とを比較すると、コンスタレーションの星の配置がQ成分側で反転しているが、復調器内でQ成分側の復調信号を反転させればθ3の符号によらず同一の信号を復調することができる。このため、前置分散補償を用いない場合においては、θ3=π/2を選択しても、θ3=−π/2を選択しても、復調器において復調信号を反転させることにより、伝送システムとしては正しく信号の伝送を行うことができる。
When the output light of the first
バイアス電圧(Vbias1、V’bias1、Vbias2、V’bias2、Vbias3)の最適値はバイアスドリフトと呼ばれる現象により時間の経過とともに変動することが知られている。このため、商用のトランシーバにおいては、自動バイアス制御が必須となる。前置分散補償を用いない場合は、n2値QAM信号生成用のIQ変調器における自動バイアス制御は、例えば非特許文献1や非特許文献2などに記載されている非対称バイアスディザリングを用いることにより可能となる。
The optimum value of the bias voltage (V bias1, V 'bias1, V bias2, V' bias2, V bias3) is known to vary over time due to a phenomenon called the bias drift. For this reason, automatic bias control is essential in commercial transceivers. If not using the pre-dispersion compensation, automatic bias control in the n 2-QAM signal IQ modulator for generating, for example using an asymmetric bias dithering that is described in
以上の説明では、前置分散補償がない場合のn2値QAM信号について説明した。次にn2値QAM信号に前置分散補償を施す場合について説明する。前置分散補償とは、伝送路内で生じる波長分散や偏波分散との逆の波長分散や偏波分散を、送信器側において送信する光信号に加える処理である。光伝送路が波長分散や偏波分散を有すると、受信信号の品質劣化が生じてしまう。送信器において予め前置分散補償を行ってから光信号を伝送路に送信するならば、伝送路内で生じる波長分散や偏波分散による信号品質の劣化を低減又はキャンセルした上で受信することができる。 In the above description has described n 2 value QAM signal in the case where there is no pre-dispersion compensation. Next will be described the case of applying the pre-dispersion compensation n 2 value QAM signal. Pre-dispersion compensation is a process of adding chromatic dispersion and polarization dispersion opposite to chromatic dispersion and polarization dispersion generated in a transmission line to an optical signal transmitted on the transmitter side. If the optical transmission line has chromatic dispersion or polarization dispersion, the quality of the received signal is degraded. If the optical signal is transmitted to the transmission line after performing pre-dispersion compensation in the transmitter in advance, the signal can be received after reducing or canceling signal quality degradation due to chromatic dispersion or polarization dispersion occurring in the transmission line. it can.
前置分散補償には複数のアプローチがある。一つは分散補償ファイバなどによる光学的なアプローチであり、他の一つはディジタル信号処理による電気的なアプローチである。ディジタル信号処理によるアプローチでは、高速な演算回路が必要になるが、光学的なアプローチに比べ補償可能な分散量が大きいという利点がある。本明細書においては、前置分散補償は、ディジタル信号処理による電気的なアプローチの前置分散補償のことをいう。なお、以下の説明においては、前置分散補償による補償対象を波長分散として説明する。波長分散は、波長によって光信号の光伝送路内での伝搬速度が変わる現象である。 There are several approaches to pre-dispersion compensation. One is an optical approach using a dispersion compensating fiber, and the other is an electrical approach using digital signal processing. The digital signal processing approach requires a high-speed arithmetic circuit, but has the advantage that the amount of dispersion that can be compensated is large compared to the optical approach. In the present specification, pre-dispersion compensation refers to pre-dispersion compensation of an electrical approach based on digital signal processing. In the following description, the compensation object by the pre-dispersion compensation will be described as chromatic dispersion. Chromatic dispersion is a phenomenon in which the propagation speed of an optical signal in an optical transmission line changes depending on the wavelength.
光信号は、その変調速度と信号パターンとに応じて、キャリア周波数fcの周辺に広がる光スペクトルを有する。QAM信号は、強度変調信号であると同時に光位相変調でもあるが、同一の強度と光位相が時間軸上で連続する(同符号連続)ならばその光スペクトル成分はキャリア周波数fc近傍にあり、異種の強度と光位相が時間軸上で交番に生じる(異符号連続)ならばその光スペクトル成分はキャリア周波数fcから乖離したところに生じる。これは、信号パターンによって異なる波長成分が生じることを意味するから、光伝送路が波長分散を有する場合、光信号の到着時間が信号パターンによって変化し、信号品質が劣化することになる。 The optical signal has an optical spectrum that spreads around the carrier frequency fc according to the modulation speed and the signal pattern. A QAM signal is an intensity modulation signal as well as an optical phase modulation, but if the same intensity and optical phase are continuous on the time axis (same sign continuous), the optical spectrum component is in the vicinity of the carrier frequency fc, If different intensities and optical phases occur alternately on the time axis (continuous different signs), the optical spectrum component is generated at a position deviating from the carrier frequency fc. This means that different wavelength components are generated depending on the signal pattern. Therefore, when the optical transmission line has chromatic dispersion, the arrival time of the optical signal changes depending on the signal pattern, and the signal quality is deteriorated.
波長分散の前置分散補償は、光伝送路上で受ける伝搬遅延を光位相の遅延ΔΦpreに換算して予測し、送信器側において光信号に−ΔΦpreの位相シフトを予め与えることにより実現される。遅延ΔΦpreの大きさと符号とは伝送路の波長分散量だけでなく信号パターンにも依存するため、リアルタイムの処理が要求される。図10は、ディジタルシグナルプロセッサ(Digital Signal Processor:DSP)を用いた信号処理部において前置分散補償を行う光送信器の構成例を示すブロック図である。同図に示す光送信器では、信号処理部11において、第1のn値データ及び第2のn値データそれぞれに対して、伝送路の伝達関数の逆関数が乗算される(例えば、非特許文献3)。この伝達関数の逆関数の乗算は、送信する光信号の光位相を−ΔΦpreだけ遅らせる演算である。−ΔΦpreの遅延が加えられた第1のn値データ及び第2のn値データは、第1のディジタル−アナログ変換器(Digital Analogue Converter:DAC)12及び第2のディジタル−アナログ変換器13によってアナログ信号に変換され、第1の駆動アンプ14と第2の駆動アンプ16とに入力される。これにより、IQ光変調器20に入力される信号(Data1、 ̄Data1)及び信号(Data2、 ̄Data2)は、波長分散の前置分散補償が施された駆動信号になる。
Pre-dispersion compensation for chromatic dispersion is realized by predicting the propagation delay received on the optical transmission line by converting it to an optical phase delay ΔΦ pre , and giving a phase shift of −ΔΦ pre to the optical signal in advance at the transmitter side. The Since the magnitude and sign of the delay ΔΦ pre depend not only on the chromatic dispersion amount of the transmission path but also on the signal pattern, real-time processing is required. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of an optical transmitter that performs pre-dispersion compensation in a signal processing unit using a digital signal processor (DSP). In the optical transmitter shown in the figure, the
信号処理部11が行う演算処理を、位相空間上で簡略化して表すと図11に示す処理となる。図11は、前置分散補償の一例を示す図である。ここでは、変調としてQPSKを用い、θ3=π/2としている。前述のように、ΔΦpreの大きさと符号とは伝送路の波長分散量と信号パターンとに依存するため、時々刻々変化し、きわめて複雑であるが、同図では説明のためきわめて簡略化して図9におけるシンボルAの光位相を+ΔΦpreだけ遅らせる場合を図示している。図11から明らかなように、この演算処理は、電場E11と電場E21とに回転行列を掛ける処理である。θ3=π/2であるならば、この演算処理は、次式のような変換を行えばよいことになる。
E11 ← E11×cos(ΔΦpre)+E21×sin(ΔΦpre)
E21 ← E11×cos(ΔΦpre)−E21×sin(ΔΦpre)
If the arithmetic processing performed by the
E11 ← E11 × cos (ΔΦ pre ) + E21 × sin (ΔΦ pre)
E21 ← E11 × cos (ΔΦ pre ) -E21 × sin (ΔΦ pre)
ここで、θ3の符号が何らかの事情で入れ替わり、θ3=−π/2(3π/2)となった場合を考える。図12は、図11におけるθ3がπ/2から−π/2となった場合における一例を示す図である。図12に示すように、光位相は、本来意図した向きと逆にΔΦpreだけ進んでしまうことになる。前述のように、遅延量ΔΦpreの符号は伝送路の波長分散量に依存して決まる量であるから、このような場合は正しい前置波長分散補償が行えないことになる。 Here, let us consider a case where the sign of θ 3 is changed for some reason and θ 3 = −π / 2 (3π / 2). FIG. 12 is a diagram illustrating an example when θ 3 in FIG. 11 is changed from π / 2 to −π / 2. As shown in FIG. 12, the optical phase advances by ΔΦ pre in the opposite direction to the originally intended direction. As described above, since the sign of the delay amount ΔΦ pre is an amount determined depending on the chromatic dispersion amount of the transmission line, in this case, correct pre-chromatic dispersion compensation cannot be performed.
以上のことから、前置分散補償を伴うn2値QAM信号を生成する光送信器におけるバイアス制御では、第1の光変調部22と第2の光変調部23との出力光の光位相差θ3の絶対値をπ/2に制御するだけでなく、θ3の符号をも正しく選択できる機能が要求される。
From the above, in the bias control in the optical transmitter for generating the n 2 value QAM signal with the pre-dispersion compensation, an optical phase difference between the output light of the first
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ディジタル信号処理による電気的な前置分散補償を併用した多値QAM信号の生成する際の位相シフト量の制御を行うことができる光送信器、及び光信号生成方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to control the amount of phase shift when generating a multi-level QAM signal combined with electrical pre-dispersion compensation by digital signal processing. It is an object to provide an optical transmitter and an optical signal generation method capable of performing the above.
本発明の一態様は、連続波光を分離する第1の光カプラと、前記第1の光カプラにおいて分離された連続波光のうち一つの連続波光に対して、送信する第1のn値データに基づいて、光位相及び光強度を変化させる第1の光変調部と、前記第1の光カプラにおいて分離された連続波光のうち他の連続波光に対して、送信する第2のn値データに基づいて、光位相及び光強度を変化させる第2の光変調部と、前記第1の光変調部又は前記第2の光変調部のうちいずれか一方の出力光に対して位相シフトを行う位相シフタと、前記第1の光変調部又は前記第2の光変調部のうちいずれか他方の出力光と、前記位相シフタの出力光とを合波する第2の光カプラと、前記第1のn値データがゼロレベルのときに前記第1の光変調部の出力光を消光させる第1のデータバイアス電圧を発生する第1のバイアス電源と、前記第2のn値データがゼロレベルのときに前記第2の光変調部の出力光が消光させる第2のデータバイアス電圧を発生する第2のバイアス電源と、前記第2の光カプラの出力光の光パワを電気信号として出力する光パワモニタと、前記第1のデータバイアス電圧に所定の第1の周波数を有する第1のディザ信号を重畳する第1のディザ信号印加手段と、前記第2のデータバイアス電圧に、前記第1のディザ信号と位相が直交する第2のディザ信号を重畳する第2のディザ信号印加手段と、前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第1の周波数の整数倍の第2の周波数を用いて同期検波し、同期検波結果が0になるように前記位相シフタにおける位相シフト量を補正する位相量補正手段と、を備え、前記位相量補正手段は、前記同期検波結果が負である場合に前記位相シフト量を増加させ、前記同期検波結果が正である場合に前記位相シフト量を減少させるポジティブスロープモードと、前記同期検波結果が正である場合に前記位相シフト量を増加させ、前記同期検波結果が負である場合に前記位相シフト量を減少させるネガティブスロープモードとのいずれかが予め選択されており、選択されたスロープモードと前記同期検波結果とに基づいて、前記位相シフタにおける位相シフト量を補正することを特徴とする光送信器である。 According to one embodiment of the present invention, the first n-value data to be transmitted is transmitted to one continuous wave light among the first optical coupler that separates continuous wave light and the continuous wave light separated by the first optical coupler. Based on the first optical modulation unit that changes the optical phase and the optical intensity, and the second n-value data to be transmitted with respect to the other continuous wave light among the continuous wave light separated in the first optical coupler. And a phase that shifts the phase of the output light of one of the second light modulation unit that changes the light phase and the light intensity, and the first light modulation unit or the second light modulation unit. A shifter, a second optical coupler that combines the output light of the other of the first light modulation unit and the second light modulation unit, and the output light of the phase shifter; When the n-value data is at a zero level, the output light of the first light modulator is quenched. A first bias power source for generating a first data bias voltage, and a second data bias voltage for quenching the output light of the second optical modulation unit when the second n-value data is at a zero level. A second bias power source, an optical power monitor that outputs the optical power of the output light of the second optical coupler as an electrical signal, and a first dither having a first frequency as a first data bias voltage First dither signal applying means for superimposing a signal; and second dither signal applying means for superimposing a second dither signal whose phase is orthogonal to the first dither signal on the second data bias voltage; The electrical signal output from the optical power monitor is synchronously detected using a second frequency that is an integral multiple of the first frequency, and the phase shift amount in the phase shifter is corrected so that the synchronous detection result becomes zero. Phase amount correction means, wherein the phase amount correction means increases the phase shift amount when the synchronous detection result is negative, and increases the phase shift amount when the synchronous detection result is positive. One of a positive slope mode for decreasing and a negative slope mode for increasing the phase shift amount when the synchronous detection result is positive and decreasing the phase shift amount when the synchronous detection result is negative. The optical transmitter is selected in advance and corrects a phase shift amount in the phase shifter based on the selected slope mode and the synchronous detection result.
また、本発明の一態様は、上記の光送信器において、前記ポジティブスロープモードと前記ネガティブスロープモードとの切り替えを随時可能とする切り替えスイッチを更に備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the optical transmitter further includes a changeover switch that enables switching between the positive slope mode and the negative slope mode as needed.
また、本発明の一態様は、上記の光送信器において、伝送路において生じる波長分散又は偏波分散に応じた前置分散補償を前記第1のn値データ及び前記第2のn値データに対して行う信号処理部と、前記信号処理部において前置分散補償が施された前記第1のn値データをアナログ信号に変換して前記第1の光変調部に出力する第1のディジタル−アナログ変換部と、前記信号処理部において前置分散補償が施された前記第2のn値データをアナログ信号に変換して前記第2の光変調部に出力する第2のディジタル−アナログ変換部とを更に備えることを特徴とする。 Further, according to one embodiment of the present invention, in the optical transmitter described above, pre-dispersion compensation according to chromatic dispersion or polarization dispersion occurring in a transmission path is applied to the first n-value data and the second n-value data. And a first digital output unit that converts the first n-value data subjected to pre-dispersion compensation in the signal processing unit into an analog signal and outputs the analog signal to the first optical modulation unit. An analog conversion unit, and a second digital-analog conversion unit that converts the second n-value data subjected to pre-dispersion compensation in the signal processing unit into an analog signal and outputs the analog signal to the second optical modulation unit And further comprising.
また、本発明の一態様は、上記の光送信器において、前記信号処理部は、前記第1のn値データ及び前記第2のn値データに対してローパスフィルタ処理を行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the above optical transmitter, the signal processing unit performs low-pass filter processing on the first n-value data and the second n-value data. .
また、本発明の一態様は、上記の光送信器において、前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第1のディザ信号を用いて同期検波し、同期検波結果が0になるように前記第1のバイアス電源が発生する前記第1のデータバイアス電圧を補正する第1のバイアス補正手段と、前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第2のディザ信号を用いて同期検波し、同期検波結果が0になるように前記第2のバイアス電源が発生する前記第2のデータバイアス電圧を補正する第2のバイアス補正手段とを更に備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the above optical transmitter, the electrical signal output from the optical power monitor is synchronously detected using the first dither signal, and the synchronous detection result is 0. A first bias correction means for correcting the first data bias voltage generated by the first bias power supply, and an electrical signal output from the optical power monitor, using the second dither signal, and synchronously detecting, And a second bias correction unit that corrects the second data bias voltage generated by the second bias power supply so that the synchronous detection result becomes zero.
また、本発明の一態様は、上記の光送信器において、前記位相量補正手段、前記第1のバイアス補正手段、及び、前記第2のバイアス補正手段のうち少なくとも一つは、同期検波結果に対して所定のオフセット値を加算した結果に基づいた補正を行うことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the optical transmitter described above, at least one of the phase amount correction unit, the first bias correction unit, and the second bias correction unit generates a synchronous detection result. On the other hand, correction based on the result of adding a predetermined offset value is performed.
また、本発明の一態様は、連続波光を分離する第1の光カプラと、前記第1の光カプラにおいて分離された連続波光のうち一つの連続波光に対して、送信する第1のn値データに基づいて、光位相及び光強度を変化させる第1の光変調部と、前記第1の光カプラにおいて分離された連続波光のうち他の連続波光に対して、送信する第2のn値データに基づいて、光位相及び光強度を変化させる第2の光変調部と、前記第1の光変調部又は前記第2の光変調部のうちいずれか一方の出力光に対して位相シフトを行う位相シフタと、前記第1の光変調部又は前記第2の光変調部のうちいずれか他方の出力光と、前記位相シフタの出力光とを合波する第2の光カプラと、前記第1のn値データがゼロレベルのときに前記第1の光変調部の出力光を消光させる第1のデータバイアス電圧を発生する第1のバイアス電源と、前記第2のn値データがゼロレベルのときに前記第2の光変調部の出力光が消光させる第2のデータバイアス電圧を発生する第2のバイアス電源と、前記第2の光カプラの出力光の光パワを電気信号として出力する光パワモニタと、前記第1のデータバイアス電圧に所定の第1の周波数を有する第1のディザ信号を重畳する第1のディザ信号印加手段と、前記第2のデータバイアス電圧に、前記第1のディザ信号と位相が直交する第2のディザ信号を重畳する第2のディザ信号印加手段と、前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第1の周波数の整数倍の第2の周波数を用いて同期検波し、同期検波結果が0になるように前記位相シフタにおける位相シフト量を補正する位相量補正手段と、前記同期検波結果が負である場合に前記位相シフト量を増加させ、前記同期検波結果が正である場合に前記位相シフト量を減少させるポジティブスロープモードと、前記同期検波結果が正である場合に前記位相シフト量を増加させ、前記同期検波結果が負である場合に前記位相シフト量を減少させるネガティブスロープモードとのいずれかを選択する切り替え手段とを備える光送信器における光信号生成方法であって、前記同期検波結果と前記切り替え手段によって選択されたスロープモードとに基づいて制御信号の大きさと符号を定める第1のステップと、前記制御信号を前記位相シフタにフィードバックすることにより前記位相シフト量を補正する第2のステップとを有することを特徴とする光信号生成方法である。 According to one embodiment of the present invention, a first optical coupler that separates continuous wave light and a first n value that is transmitted with respect to one continuous wave light among the continuous wave lights separated by the first optical coupler. Based on the data, the first optical modulation unit that changes the optical phase and the light intensity, and the second n value to be transmitted with respect to the other continuous wave light among the continuous wave light separated in the first optical coupler Based on the data, a phase shift is performed on the output light of the second light modulation unit that changes the optical phase and the light intensity, and either the first light modulation unit or the second light modulation unit. A phase shifter to be performed; a second optical coupler that combines the output light of the other of the first light modulation unit and the second light modulation unit and the output light of the phase shifter; When the n-value data of 1 is zero level, the output light of the first light modulation unit is turned off. A first bias power source that generates a first data bias voltage to be generated, and a second data bias voltage that causes the output light of the second optical modulation unit to be extinguished when the second n-value data is at a zero level. A second bias power source that is generated, an optical power monitor that outputs the optical power of the output light of the second optical coupler as an electrical signal, and a first having a predetermined first frequency for the first data bias voltage First dither signal applying means for superimposing a dither signal; and second dither signal applying means for superimposing a second dither signal whose phase is orthogonal to the first dither signal on the second data bias voltage. The electric signal output from the optical power monitor is synchronously detected using a second frequency that is an integral multiple of the first frequency, and the phase shift amount in the phase shifter is set so that the synchronous detection result becomes zero. A phase amount correcting means for correcting, a positive slope mode for increasing the phase shift amount when the synchronous detection result is negative, and decreasing the phase shift amount when the synchronous detection result is positive; and the synchronization Optical transmission comprising switching means for selecting one of a negative slope mode that increases the phase shift amount when the detection result is positive and decreases the phase shift amount when the synchronous detection result is negative An optical signal generation method in an optical device comprising: a first step for determining a magnitude and a sign of a control signal based on the synchronous detection result and the slope mode selected by the switching means; and the control signal to the phase shifter And a second step of correcting the phase shift amount by feedback. It is.
本発明によれば、第2の光カプラにおいて合波される二つの出力光の位相差がπ/2又は−π/2からずれているとき、同期検波によって検出される強度変調成分(同期検波結果)に基づいて位相シフト量を補正することにより、位相シフト量の絶対値をπ/2に制御するだけでなく、ディジタル信号処理による電気的な前置分散補償が正しく行われるよう位相シフト量の符号を定めることができる。 According to the present invention, the intensity modulation component (synchronous detection) detected by synchronous detection when the phase difference between the two output lights combined in the second optical coupler deviates from π / 2 or −π / 2. In addition to controlling the absolute value of the phase shift amount to π / 2 by correcting the phase shift amount based on the result), the phase shift amount is properly adjusted so that electrical pre-dispersion compensation by digital signal processing is correctly performed. Can be defined.
本発明に係る実施形態における光送信器の構成等を説明する前に、再び前置分散補償を用いない状態について説明する。ここで、第1のデータバイアス電圧(Vbias1、V’bias1)及び第2のデータバイアス電圧(Vbias2、V’bias2)は、非特許文献1や非特許文献2に記載されている非対称バイアスディザリングにより既に最適値に保たれており、第1の光変調部22及び第2の光変調部23(図7、図10)はヌル点に正しくバイアスされているものとする。
Before describing the configuration and the like of the optical transmitter in the embodiment according to the present invention, a state where pre-dispersion compensation is not used will be described again. Here, the first data bias voltage (V bias1, V 'bias1) and the second data bias voltage (V bias2, V' bias2) is asymmetrical bias that is described in
非対称バイアスディザリングでは、電圧V0、V1、…、Vmのうち少なくとも一つはVπより小さく設定され、第1のデータバイアス電圧及び第2のデータバイアス電圧には位相が直交する低速なディザ信号を重畳させる。n=2、m=0のQPSKであれば、光電界E1は図1に示す2つの塗りつぶされた黒丸(●)を中心として、二重丸(◎)又は白抜きの丸(○)のシンボルを周期的に遷移する。図1は、第1のデータバイアス電圧にディザ信号を重畳した際の光電界E1の遷移を示す図である。同図において、縦軸は出力光の電場E1を示し、横軸は信号(Data1、 ̄Data1)の電圧差を示している。 In asymmetric bias dithering, at least one of the voltages V0, V1,..., Vm is set smaller than Vπ, and a low-speed dither signal whose phase is orthogonal to the first data bias voltage and the second data bias voltage. Superimpose. In the case of QPSK with n = 2 and m = 0, the optical electric field E1 is a symbol of a double circle (◎) or a white circle (◯) with the two filled black circles (●) shown in FIG. 1 as the center. Transition periodically. FIG. 1 is a diagram illustrating a transition of the optical electric field E1 when a dither signal is superimposed on the first data bias voltage. In the figure, the vertical axis represents the electric field E1 of the output light, and the horizontal axis represents the voltage difference of the signals (Data1,  ̄Data1).
ここで、注意すべきことは、ディザ信号を印加しなかった場合(黒丸(●))は、電場E11と電場E12との絶対値が等しいが、ディザ信号が正の場合(二重丸(◎))には|E11|>|E12|になり、ディザ信号が負の場合(白丸(○))には|E11|<|E12|になる。この結果、コンスタレーションは周期的に原点に対して僅かに非対称に歪む。 Here, it should be noted that when the dither signal is not applied (black circle (●)), the absolute values of the electric field E11 and the electric field E12 are equal, but the dither signal is positive (double circle (() )), | E11 |> | E12 |, and when the dither signal is negative (white circle (◯)), | E11 | <| E12 |. As a result, the constellation is periodically distorted slightly asymmetrically with respect to the origin.
第1のデータバイアス電圧に印加されるディザ信号をcos(ωd×t)で表し、第2のデータバイアス電圧に印加されるディザ信号をsin(ωd×t)で表す。QPSKのコンスタレーションに生じる、非対称バイアスディザリングによる周期的な歪みを図2に示す。図2は、QPSKのコンスタレーションに生じる非対称バイアスディザリングによる周期的な歪みを示す図である。ここで、この歪みにより、光パワ(Optical Power)がどのように変化するかについて説明する。ここで、「光パワ」とは、信号のシンボル周期(〜100ピコ秒)より遙かに長く、かつディザリングの周期(〜1ミリ秒)よりは短い周期で平均をとった値とする。θ3がπ/2であるとき、ωd×tがどのような値であっても突出したシンボルは生じない。 The dither signal applied to the first data bias voltage is represented by cos (ωd × t), and the dither signal applied to the second data bias voltage is represented by sin (ωd × t). FIG. 2 shows periodic distortion caused by asymmetric bias dithering, which occurs in the QPSK constellation. FIG. 2 is a diagram showing periodic distortion due to asymmetric bias dithering that occurs in the constellation of QPSK. Here, how the optical power changes due to this distortion will be described. Here, the “optical power” is a value obtained by averaging at a period that is much longer than the symbol period of the signal (˜100 picoseconds) and shorter than the dithering period (˜1 millisecond). When theta 3 is [pi / 2, the symbols that protrudes whatever value is .omega.d × t does not occur.
しかし、θがπ/2より小さいとき(θ3=45°の列)において、ωd×t=π/4及びωd×t=5π/4であるとき、原点から最も乖離したシンボル(黒塗りの星印(★))が生じる。黒塗りの星印(★)と対極の位置に原点に最も接近したシンボル(白抜きの星印(☆))も現れる。光パワは光電界ベクトルの二乗に比例するため、両者のずれは相殺されずに光パワの合計が最大となる。よって、光QPSK全体の光パワには、非特許文献1に記載されているように、ディザ信号の周波数の2倍の周期2ωdの強度変調成分が重畳されることになる。
However, when θ is smaller than π / 2 (the row of θ 3 = 45 °), when ωd × t = π / 4 and ωd × t = 5π / 4, the most dissimilar symbol (blacked out) An asterisk (★) is generated. A black star (★) and a symbol closest to the origin (white star (☆)) appear at the opposite position. Since the optical power is proportional to the square of the optical electric field vector, the deviation between the two is not canceled out, and the total optical power is maximized. Therefore, as described in
一方、θがπ/2より大きいとき(θ3=135°の列)において、光QPSK全体の光パワにはディザ信号の周波数の2倍の周期2ωdの強度変調成分が重畳される。そのピークはωd×t=3π/4及びωd×t=7π/4に現れる。 On the other hand, when θ is larger than π / 2 (θ 3 = 135 ° column), an intensity modulation component with a period 2ωd that is twice the frequency of the dither signal is superimposed on the optical power of the entire optical QPSK. The peaks appear at ωd × t = 3π / 4 and ωd × t = 7π / 4.
θ3が増加し、πを超えた場合を図3に示す。図3は、QPSKのコンスタレーションに生じる非対称バイアスディザリングによる周期的な歪みを示す図である。E2の軸が上下反転するため、ディザ信号sin(ωd×t)の影響も反転する。θ3=3π/2であれば、ωd×tがどのような値であっても突出したシンボルは生じないが、θ3が3π/2より小さいとき(θ3=225°の列)、ωd×t=3π/4及びωd×t=7π/4において光パワが最大になる。また、θ3が3π/2より大きいとき(θ3=315°の列)、ωd×t=π/4及びωd×t=5π/4において光パワが最大になる。 theta 3 is increased, showing a case where it exceeds π in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating periodic distortion caused by asymmetric bias dithering in the QPSK constellation. Since the axis of E2 is inverted vertically, the influence of the dither signal sin (ωd × t) is also inverted. If θ 3 = 3π / 2, but does not occur symbols protruding whatever value is .omega.d × t, when theta 3 is less than 3π / 2 (θ 3 = 225 ° of the column), .omega.d The optical power becomes maximum at xt = 3π / 4 and ωd × t = 7π / 4. In addition, when θ 3 is larger than 3π / 2 (a row of θ 3 = 315 °), the optical power becomes maximum at ωd × t = π / 4 and ωd × t = 5π / 4.
以上の説明から、前置分散補償を用いない状態でかつθ3が直角(π/2又は3π/2)ではない場合には、光QPSKの光パワに2ωdの強度変調成分が重畳されることが示される。ここで、強度変調成分をsin(2ωd×t)の正弦波を参照クロックとして同期検波することを考える。sin(2ωd×t)は、ωd×t=π/4及びωd×t=5π/4において最大値1をとるから、同期検波結果をθ3の関数として示せば図4のように表せる。図4は、sin(2ωd×t)を参照クロックとして同期検波したときの結果を示すグラフである。同図において、縦軸は同期検波結果を示し、横軸はθ3を示す。
From the above description, when the pre-dispersion compensation is not used and θ 3 is not a right angle (π / 2 or 3π / 2), the intensity modulation component of 2ωd is superimposed on the optical power of the optical QPSK. Is shown. Here, it is assumed that the intensity modulation component is synchronously detected using a sin (2ωd × t) sine wave as a reference clock. Since sin (2ωd × t) takes the
図4に示すように、同期検波結果はθ3がπ/2(=90°)又は3π/2(=270°)であるときに0となる。しかし、θ3に対する同期検波結果の傾斜は逆となっている。3π/2と−π/2とは等価であるから、同期検波結果のスロープ(傾斜)を限定した上で0点を探すことにより、θ3=π/2又はθ3=−π/2を正しく選択することが可能となる。 As shown in FIG. 4, the synchronous detection result becomes 0 when θ 3 is π / 2 (= 90 °) or 3π / 2 (= 270 °). However, the slope of the synchronous detection result with respect to θ 3 is reversed. Since 3π / 2 and −π / 2 are equivalent, by searching for the zero point after limiting the slope (tilt) of the synchronous detection result, θ 3 = π / 2 or θ 3 = −π / 2 is obtained. It becomes possible to select correctly.
図4において、0点近傍のスロープが右下がりとなるよう0点を探すフィードバック制御をネガティブスロープモードと定義し、0点近傍のスロープが右上がりとなるよう0点を探すフィードバック制御をポジティブスロープモードと定義する。ネガティブスロープモードではθ3=+π/2に収束し、ポジティブスロープモードではθ3=−π/2に収束する。この対応関係は回路構成にも依存し、ディザ信号を印加する電極の配置や、光パワモニタの構造によっては逆転することがあり得る。また、前置分散補償のアルゴリズムによっても変わりうる。しかし、回路構成やアルゴリズムが定まってしまえば、選択すべきスロープモードの極性とθ3の符号は一意に定まる。 In FIG. 4, the feedback control for searching for the zero point so that the slope near the zero point becomes lower right is defined as negative slope mode, and the feedback control for searching for the zero point so that the slope near the zero point rises to the right is positive slope mode. It is defined as In the negative slope mode, it converges to θ 3 = + π / 2, and in the positive slope mode, it converges to θ 3 = −π / 2. This correspondence also depends on the circuit configuration and may be reversed depending on the arrangement of the electrodes to which the dither signal is applied and the structure of the optical power monitor. It can also be changed by the pre-dispersion compensation algorithm. However, once definite circuit configuration and algorithm, the sign of the polarity and theta 3 slope mode to be selected is uniquely determined.
フィードバック制御を行う前に、予め正しいスロープモードが選択されている必要がある。これはフィードバック制御における帰還信号の符号と誤差信号の大きさの相対関係を決めることで実現される。装置構成が不変であれば、スロープモードは固定で良い。しかし、前置分散補償のアルゴリズムの変更などが予測される場合は、その変更に対応できるよう、スロープモードを選択スイッチで切り替え可能とすることが望ましい。 Before performing feedback control, the correct slope mode must be selected in advance. This is realized by determining the relative relationship between the sign of the feedback signal and the magnitude of the error signal in feedback control. If the device configuration is unchanged, the slope mode may be fixed. However, when a change in the pre-dispersion compensation algorithm is predicted, it is desirable that the slope mode can be switched with the selection switch so that the change can be accommodated.
以上の説明では、簡単のために前置分散補償を用いない状態での説明を行った。次に本願発明に係る実施形態における、前置分散補償を行った状態でのθ3の符号選択方法について説明する。図11において示した前置分散補償によるシンボルの角度の変化は、原点からシンボルへの距離を一定に保つ変換である。光パワは光電界のベクトルの大きさの二乗に比例するから、図11に示した変換は光パワに変化をもたらさない。したがって、前置分散補償の有無に関わらず、図4に示した方法をそのまま適用することにより、θ3が+π/2であるか−π/2であるかを正しく判定できる。ここまでの説明は光QPSK信号を例にしたが、一般の光n2値QAM信号についても同様に扱うことができる。 In the above description, for the sake of simplicity, the description has been made in a state where pre-dispersion compensation is not used. Next, a method for selecting a sign of θ 3 in a state where pre-dispersion compensation is performed in the embodiment according to the present invention will be described. The change in the angle of the symbol by the pre-dispersion compensation shown in FIG. 11 is a conversion that keeps the distance from the origin to the symbol constant. Since the optical power is proportional to the square of the magnitude of the vector of the optical electric field, the conversion shown in FIG. 11 does not change the optical power. Therefore, whether or not θ 3 is + π / 2 or −π / 2 can be correctly determined by applying the method shown in FIG. 4 as it is regardless of the presence or absence of pre-dispersion compensation. Description up to this point has been the optical QPSK signal as an example, it can be treated similarly for ordinary light n 2 value QAM signal.
<第1の実施形態>
図5は、本発明に係る第1の実施形態における光送信器の構成を示すブロック図である。同図において、図7及び図10において説明した機能部と同じ機能部には同じ符号を付してある。また、図7又は図10において説明した機能部についてはその説明を省略する。また、図5において、IQ光変調器20内の構成について記載を省略し、入力端子In1〜In9を示し、IQ光変調器20と他の構成との接続関係が示されている。同図に示す光送信器では、デュアル駆動型のIQ光変調器20の入力端子In1及びIn2に信号(Data1、 ̄Data1)が入力され、IQ光変調器20の入力端子In3及びIn4に信号(Data2、 ̄Data2)が入力されている。
<First Embodiment>
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the optical transmitter according to the first embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same functional units as those described in FIGS. 7 and 10. Further, the description of the functional units described in FIG. 7 or 10 is omitted. In FIG. 5, the description of the configuration in the IQ
第1の駆動アンプ14には、信号処理部11において前置分散補償が施された第1のn値データであってアナログ信号に変換された第1のn値データが入力される。第1の駆動アンプ14では、入力された第1のn値データの差動の信号(Data1、 ̄Data1)が生成され、当該差動の信号の振幅が第1の振幅調整部15によって調整される。すなわち、第1の駆動アンプ14は、入力される第1のn値データから、第1の振幅調整部15によってその振幅が調整された差動の信号(Data1、 ̄Data1)を生成してIQ光変調器20に入力する。
The first n-value data that is the first n-value data that has been subjected to the pre-dispersion compensation in the
第2の駆動アンプ16にも同様に、信号処理部11において前置分散補償が施された第2のn値データであってアナログ信号に変換された第2のn値データが入力される。第2の駆動アンプ16では、入力された第2のn値データの差動の信号(Data2、 ̄Data2)が生成され、当該差動の信号の振幅が第2の振幅調整部17によって調整される。すなわち、第2の駆動アンプ16は、入力される第2のn値データから、第2の振幅調整部17によってその振幅が調整された差動の信号(Data2、 ̄Data2)を生成してIQ光変調器20に入力する。第1の振幅調整部15及び第2の振幅調整部17は、前述の電圧V0、V1、…、Vmのうちの少なくとも一つがVπより小さくなるように振幅を調整する。
Similarly, second n-value data that has been subjected to pre-dispersion compensation in the
本実施形態では、第1のバイアス電源42から出力される電圧が第1の差動アンプ44によって差動増幅される。第1の差動アンプ44において差動増幅された第1のデータバイアス電圧±Vbias1が、IQ光変調器20の入力端子In5及びIn6に入力され、第1のバイアス電極222に印加される。第1のデータバイアス電圧±Vbias1は、IQ光変調器20内の第1の光変調部22が有する二つのアームに印加される。この二つのアームは、第1のデータバイアス電圧±Vbias1による差動のバイアス電圧を受ける。
In the present embodiment, the voltage output from the first
第1のバイアス電源42から出力される電圧は、第1の発振器41から出力される周波数ωdの正弦波信号が第1の加算器43において加算されるディザリングが掛けられて、第1の差動アンプ44に入力される。第1のデータバイアス電圧±Vbias1に対するディザリングの振幅はn2値QAM信号のボーレートより小さくし、高々kHzオーダにする。
The voltage output from the first
第2のバイアス電源52から出力される電圧が第2の差動アンプ54によって差動増幅される。第2の差動アンプ54において差動増幅された第2のデータバイアス電圧±Vbias2が、IQ光変調器20の入力端子In7及びIn8に入力され、第2のバイアス電極232に印加される。第2のデータバイアス電圧±Vbias2は、IQ光変調器20内の第2の光変調部23が有する二つのアームに印加される。この二つのアームは、第2のデータバイアス電圧±Vbias2による差動のバイアス電圧を受ける。
The voltage output from the second
第2のバイアス電源52から出力される電圧は、第2の発振器51から出力される周波数ωdの正弦波信号が第2の加算器53において加算されるディザリングが掛けられて、第2の差動アンプ54に入力される。第2のデータバイアス電圧±Vbias2に対するディザリングの振幅はn2値QAM信号のボーレートより小さくし、高々kHzオーダにする。
The voltage output from the second
本実施形態においては、第1の発振器41の出力をcos(ωd×t)とし、第2の発振器51の出力をsin(ωd×t)とする。すなわち、第1の発振器41から出力される正弦波信号と、第2の発振器51から出力される正弦波信号とは直交している。なおtは時間である。したがって、図5における光送信器では、位相シフト量θ1にcos(ωd×t)に同期したディザリングがかかり、位相シフト量θ2にsin(ωd×t)に同期したディザリングがかかっている。
In the present embodiment, the output of the
IQ光変調器20では、第2の光変調部23の出力光に対して、第3のバイアス電源64から出力される第3のバイアス電圧Vbias3に応じた位相シフトが光位相シフタ24により施される。第3のバイアス電圧Vbias3に対しては、第1のデータバイアス電圧±Vbias1及び第2のデータバイアス電圧±Vbias2と異なり、ディザリングを施さない。IQ光変調器20から出力されるn2値QAM信号は、第3の光カプラ31により分岐され、一方が送信され、他方が光パワモニタ32に入力される。
In the IQ
光パワモニタ32は、第3の光カプラ31において分岐された光信号における光パワを測定し、測定結果を電気信号として第3の同期検波器62に入力する。光パワモニタ32がモニタ(測定)できる帯域は、ディザリングの周波数ωdの2倍に追随できる程度でよい。第3の同期検波器62は、第3の発振器61から出力されるsin(2ωd×t)の正弦波信号を参照クロックとして、光パワモニタ32から入力される信号に対して同期検波を行う。第3の同期検波器62は、同期検波結果を第3のループゲイン調整回路63に入力する。
The optical power monitor 32 measures the optical power in the optical signal branched by the third optical coupler 31 and inputs the measurement result to the third
第3のループゲイン調整回路63は、PID制御を用いて帰還信号の大きさを定めるとともに、ポジティブスロープモードとネガティブスロープモードとのうち選択されているスロープモードと同期検波結果とに基づいて帰還信号の正負を決定する。スロープモードはフィードバック制御を行う前に予め選択されている。なお、前置分散補償のアルゴリズムの変更などに対応できるよう、ポジティブスロープモードとネガティブスロープモードとの切り替えを随時可能にするスイッチを第3のループゲイン調整回路63に実装してもよい。
The third loop
図4に示したように、ネガティブスロープモードが選択されている場合、同期検波結果が正のときに位相シフト量θ3が増加するように第3のバイアス電圧Vbias3を変化させ、同期検波結果が負のときに位相シフト量θ3を減少させるように第3のバイアス電圧Vbias3を変化させる制御を第3のループゲイン調整回路63は第3のバイアス電源64に対して行う。また、ポジティブスロープモードが選択されている場合には、前述の制御と逆の制御を第3のループゲイン調整回路63は第3のバイアス電源64に対して行う。
As shown in FIG. 4, when the negative slope mode is selected, the third bias voltage V bias3 is changed so that the phase shift amount θ 3 increases when the synchronous detection result is positive, and the synchronous detection result The third loop
また、本実施形態の光送信器では、位相シフト量θ3の正負に応じて伝達関数の逆関数を二通り定義するなどの煩雑な処理を行わずとも、ディジタル信号処理による電気的な前置分散補償処理が適切に加えられたn2値QAM信号が生成されるように位相シフト量θ3の補正を行い、第1の光変調部22の出力光と光位相シフタ24の出力光とを符号を正しく選択した上で直交させることができる。
Further, in the optical transmitter according to the present embodiment, electrical pre-conditioning by digital signal processing can be performed without performing complicated processing such as defining two inverse functions of the transfer function according to whether the phase shift amount θ 3 is positive or negative. dispersion compensation process corrects the amount of phase shift theta 3 to properly added n 2 value QAM signal is generated, the output light of the output light and the
<第2の実施形態>
図6は、第2の実施形態における光送信器の構成を示すブロック図である。同図において、図5、図7及び図10において説明した機能部と同じ機能部には同じ符号を付してある。また、図5、図7及び図10において説明した機能部についてはその説明を省略する。また、図5と同様に、図6においてもIQ光変調器20内の構成について記載を省略し、入力端子In1〜In9を示し、IQ光変調器20と他の構成との接続関係を示す。本実施形態における光送信器は、第1の同期検波器45及び第1のループゲイン調整回路46と、第2の同期検波器55及び第2のループゲイン調整回路56とを備えている点が、第1の実施形態における光送信器(図5)と異なっている。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the optical transmitter according to the second embodiment. In the figure, the same reference numerals are given to the same functional units as those described in FIGS. Further, description of the functional units described in FIGS. 5, 7, and 10 is omitted. Similarly to FIG. 5, in FIG. 6, the description of the configuration in the IQ
本実施形態における光送信器では、第1の同期検波器45及び第1のループゲイン調整回路46と、第2の同期検波器55及び第2のループゲイン調整回路56とを用いて、光パワモニタ32の出力を用いたフィードバック制御を第1のバイアス電源42及び第2のバイアス電源52に対して行う。これにより、第1及び第2のデータバイアス電圧(±Vbias1及び±Vbias2)をバイアスドリフトに応じて変化させて最適値に維持させる。
The optical transmitter according to the present embodiment uses the first
第1の同期検波器45は、第1の発振器41から出力される正弦波信号(cos(ωd×t))を参照クロックとして、光パワモニタ32から入力される信号に対して同期検波を行う。第1の同期検波器45は、同期検波結果を第1のループゲイン調整回路46に入力する。第1のループゲイン調整回路46は、PID制御などを用いて、入力される同期検波結果が0になるように、第1のバイアス電源42が出力する第1のデータバイアス電圧Vbias1を制御する。
The first
第2の同期検波器55は、第2の発振器51から出力される正弦波信号(sin(ωd×t))を参照クロックとして、光パワモニタ32から入力される信号に対して同期検波を行う。第2の同期検波器55は、同期検波結果を第2のループゲイン調整回路56に入力する。第2のループゲイン調整回路56は、PID制御などを用いて、入力される同期検波結果が0になるように、第2のバイアス電源52が出力する第2のデータバイアス電圧Vbias2を制御する。
The second
本実施形態における光送信器では、第1及び第2のデータバイアス電圧(Vbias1、Vbias2)に生じるバイアスドリフトに応じて第1及び第2のデータバイアス電圧を変化させることにより、出力されるn2値QAM信号の品質を向上させることができる。なお、本実施形態では、三つの同期検波器(第1の同期検波器45、第2の同期検波器55、及び第3の同期検波器62)を用いる構成を説明したが、同期検波器をタイムシェアリングすることにより、一つの同期検波器を用いてバイアスドリフトの検出とフィードバックとを行う構成としてもよい。
In the optical transmitter in the present embodiment, by changing the first and second data bias voltage according to the bias drift occurs in the first and second data bias voltage (V bias1, V bias2), is output it is possible to improve the quality of the n 2 value QAM signal. In the present embodiment, the configuration using three synchronous detectors (first
なお、上述の各実施形態における光送信器では、第1のデータバイアス電圧Vbias1と第2のデータバイアス電圧Vbias2とは差動駆動としたが、一方を接地することにより単相駆動としてもよい。この場合、例えば、IQ光変調器20の入力端子In6及びIn8を接地する。
また、上述の各実施形態における光送信器では、駆動信号をデュアル駆動として説明したが、Xカットの変調器を用いてシングル駆動としてもよい。
In the optical transmitters in the above-described embodiments, the first data bias voltage Vbias1 and the second data bias voltage Vbias2 are differentially driven, but may be single-phase driven by grounding one of them. Good. In this case, for example, the input terminals In6 and In8 of the IQ
In the optical transmitters in the above-described embodiments, the drive signal is described as dual drive, but single drive may be performed using an X-cut modulator.
また、上述の各実施形態における光送信器では、光パワモニタ32をIQ光変調器20の外部に設ける場合について説明したが、IQ光変調器内に光パワモニタを備える構成であってもよい。例えば、市販の光変調器には光パワモニタを内蔵したものがあり、それらを用いるようにしてもよい。ただし、光変調器に内蔵されている光パワモニタには、ピークシフトと呼ばれる誤差を有することがある。変調器は干渉系であるから、各バイアスを変更すると光変調器の出力パワも周期的に変化し、これに同期して光パワモニタの出力も周期的に変化するが、前述のピークシフトが無視できない場合、これら二つの周期変動のピークが僅かに狂う。したがって、このような光パワモニタを用いてバイアス制御を行うと、最適値から僅かにずれたバイアス値に制御ループが収束してしまう。これを避けるために、第1〜第3のループゲイン調整回路それぞれにオフセット機能を持たせ、同期検波結果に微調整用の定数を足し合わせた上で帰還信号を生成する構成としてもよい。
In the optical transmitter in each of the above-described embodiments, the case where the optical power monitor 32 is provided outside the IQ
また、光周波数の利用効率を向上させるために、信号処理部11にディジタルLPF(Low Pass Filter)の機能を持たせ、第1及び第2のn値データに含まれるノイズや高調波成分を除去するローパスフィルタ処理を行うようにしてもよい。このとき、ディジタルLPFとしては、例えばナイキストフィルタを用いるようにしてもよい。
また、上述の各実施形態における光送信器では、第3の発振器61がディザ信号の周波数に対して2倍の周波数の正弦波信号(sin(2ωd×t))を用いて同期検波する場合を説明したが、2倍に代えて整数倍の正弦波信号を用いて同期検波するようにしてもよい。
In addition, in order to improve the utilization efficiency of the optical frequency, the
In the optical transmitter in each of the above-described embodiments, the
上述した各実施形態における光送信器をIQ光変調器とコンピュータとを組み合わせて実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。 You may make it implement | achieve the optical transmitter in each embodiment mentioned above combining an IQ optical modulator and a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” is a program that dynamically holds a program for a short time, like a communication line when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.
11…信号処理部
12…第1のディジタル−アナログ変換器
13…第2のディジタル−アナログ変換器
14…第1の駆動アンプ
15…第1の振幅調整部
16…第2の駆動アンプ
17…第2の振幅調整部
20…IQ光変調器
21…第1の光カプラ
22…第1の光変調部
221…第1の駆動信号用電極
222…第1のバイアス電極
23…第2の光変調部
231…第2の駆動信号用電極
232…第2のバイアス電極
24…光位相シフタ
241…第3のバイアス電極
25…第2の光カプラ
31…第3の光カプラ
32…光パワモニタ
41…第1の発振器
42…第1のバイアス電源
43…第1の加算器
44…第1の差動アンプ
45…第1の同期検波器
46…第1のループゲイン調整回路
51…第2の発振器
52…第2のバイアス電源
53…第2の加算器
54…第2の差動アンプ
55…第2の同期検波器
56…第2のループゲイン調整回路
61…第3の発振器
62…第3の同期検波器
63…第3のループゲイン調整回路
64…第3のバイアス電源
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第1の光カプラにおいて分離された連続波光のうち一つの連続波光に対して、送信する第1のn値データに基づいて、光位相及び光強度を変化させる第1の光変調部と、
前記第1の光カプラにおいて分離された連続波光のうち他の連続波光に対して、送信する第2のn値データに基づいて、光位相及び光強度を変化させる第2の光変調部と、
前記第1の光変調部又は前記第2の光変調部のうちいずれか一方の出力光に対して位相シフトを行う位相シフタと、
前記第1の光変調部又は前記第2の光変調部のうちいずれか他方の出力光と、前記位相シフタの出力光とを合波する第2の光カプラと、
前記第1のn値データがゼロレベルのときに前記第1の光変調部の出力光を消光させる第1のデータバイアス電圧を発生する第1のバイアス電源と、
前記第2のn値データがゼロレベルのときに前記第2の光変調部の出力光が消光させる第2のデータバイアス電圧を発生する第2のバイアス電源と、
前記第2の光カプラの出力光の光パワを電気信号として出力する光パワモニタと、
前記第1のデータバイアス電圧に所定の第1の周波数を有する第1のディザ信号を重畳する第1のディザ信号印加手段と、
前記第2のデータバイアス電圧に、前記第1の周波数と同一の周波数を有し、かつ、前記第1のディザ信号と位相が直交する第2のディザ信号を重畳する第2のディザ信号印加手段と、
前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第1の周波数の整数倍の第2の周波数を用いて同期検波し、前記整数は2以上の偶数であり、同期検波結果が0になるように前記位相シフタにおける位相シフト量を補正する位相量補正手段と、
前記同期検波結果が負である場合に前記位相シフト量を増加させ、前記同期検波結果が正である場合に前記位相シフト量を減少させるポジティブスロープモードと、前記同期検波結果が正である場合に前記位相シフト量を増加させ、前記同期検波結果が負である場合に前記位相シフト量を減少させるネガティブスロープモードとの切り替えを随時可能にする切替スイッチと、
を備え、
前記位相量補正手段は、
前記ポジティブスロープモードと前記ネガティブスロープモードとのいずれかが予め選択されており、選択されたスロープモードと前記同期検波結果とに基づいて、前記位相シフタにおける位相シフト量を補正する
ことを特徴とする光送信器。 A first optical coupler for separating continuous wave light;
A first light modulation unit that changes an optical phase and light intensity based on first n-value data to be transmitted with respect to one continuous wave light among the continuous wave lights separated in the first optical coupler;
A second optical modulation unit that changes an optical phase and an optical intensity based on second n-value data to be transmitted with respect to another continuous wave light among the continuous wave lights separated in the first optical coupler;
A phase shifter that performs a phase shift on the output light of either the first light modulation unit or the second light modulation unit;
A second optical coupler that combines the output light of the other of the first light modulation unit or the second light modulation unit and the output light of the phase shifter;
A first bias power supply for generating a first data bias voltage for quenching the output light of the first light modulation unit when the first n-value data is at a zero level;
A second bias power source for generating a second data bias voltage for quenching the output light of the second optical modulation unit when the second n-value data is at a zero level;
An optical power monitor that outputs the optical power of the output light of the second optical coupler as an electrical signal;
First dither signal applying means for superimposing a first dither signal having a predetermined first frequency on the first data bias voltage;
Second dither signal applying means for superimposing a second dither signal having the same frequency as the first frequency and having a phase orthogonal to the first dither signal on the second data bias voltage When,
The electrical signal output from the optical power monitor is synchronously detected using a second frequency that is an integer multiple of the first frequency, and the integer is an even number equal to or greater than 2, so that the synchronous detection result is zero. Phase amount correction means for correcting a phase shift amount in the phase shifter;
When the synchronous detection result is negative, the phase shift amount is increased, and when the synchronous detection result is positive, the positive slope mode for decreasing the phase shift amount, and when the synchronous detection result is positive A change-over switch that increases the phase shift amount and enables switching to a negative slope mode that reduces the phase shift amount when the synchronous detection result is negative;
With
The phase amount correction means includes
Either the positive slope mode or the negative slope mode is selected in advance, and the phase shift amount in the phase shifter is corrected based on the selected slope mode and the synchronous detection result. Optical transmitter.
伝送路において生じる波長分散又は偏波分散に応じた前置分散補償を前記第1のn値データ及び前記第2のn値データに対して行う信号処理部と、
前記信号処理部において前置分散補償が施された前記第1のn値データをアナログ信号に変換して前記第1の光変調部に出力する第1のディジタル−アナログ変換部と、
前記信号処理部において前置分散補償が施された前記第2のn値データをアナログ信号に変換して前記第2の光変調部に出力する第2のディジタル−アナログ変換部と
を更に備えることを特徴とする光送信器。 The optical transmitter according to claim 1,
A signal processor that performs pre-dispersion compensation on the first n-value data and the second n-value data according to chromatic dispersion or polarization dispersion generated in the transmission line;
A first digital-analog converter that converts the first n-value data subjected to pre-dispersion compensation in the signal processor into an analog signal and outputs the analog signal to the first optical modulator;
A second digital-analog converter that converts the second n-value data subjected to pre-dispersion compensation in the signal processor into an analog signal and outputs the analog signal to the second optical modulator. An optical transmitter characterized by.
前記信号処理部は、
前記第1のn値データ及び前記第2のn値データに対してローパスフィルタ処理を行う
ことを特徴とする光送信器。 The optical transmitter according to claim 2, wherein
The signal processing unit
An optical transmitter, wherein low pass filter processing is performed on the first n-value data and the second n-value data.
前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第1のディザ信号を用いて同期検波し、同期検波結果が0になるように前記第1のバイアス電源が発生する前記第1のデータバイアス電圧を補正する第1のバイアス補正手段と、
前記光パワモニタから出力される電気信号を、前記第2のディザ信号を用いて同期検波し、同期検波結果が0になるように前記第2のバイアス電源が発生する前記第2のデータバイアス電圧を補正する第2のバイアス補正手段と
を更に備えることを特徴とする光送信器。 The optical transmitter according to any one of claims 1 to 3,
The electrical signal output from the optical power monitor is synchronously detected using the first dither signal, and the first data bias voltage generated by the first bias power supply is set so that the synchronous detection result becomes zero. First bias correction means for correcting;
The electrical signal output from the optical power monitor is synchronously detected using the second dither signal, and the second data bias voltage generated by the second bias power supply is set so that the synchronous detection result becomes zero. And a second bias correcting means for correcting the optical transmitter.
前記位相量補正手段、前記第1のバイアス補正手段、及び、前記第2のバイアス補正手段のうち少なくとも一つは、
同期検波結果に対して所定のオフセット値を加算した結果に基づいた補正を行う
ことを特徴とする光送信器。 The optical transmitter according to claim 4, wherein
At least one of the phase amount correction means, the first bias correction means, and the second bias correction means is:
An optical transmitter characterized by performing correction based on a result obtained by adding a predetermined offset value to a synchronous detection result.
前記同期検波結果と前記切り替え手段によって選択されたスロープモードとに基づいて制御信号の大きさと符号を定める第1のステップと、
前記制御信号を前記位相シフタにフィードバックすることにより前記位相シフト量を補正する第2のステップと
を有することを特徴とする光信号生成方法。 Based on the first n-value data to be transmitted with respect to one continuous wave light among the first optical coupler that separates the continuous wave light and the continuous wave light separated in the first optical coupler, the optical phase and the light Based on the second n-value data to be transmitted with respect to the other continuous wave light among the continuous wave light separated in the first optical modulator for changing the intensity and the first optical coupler, the optical phase and the light A second light modulation unit that changes the intensity, a phase shifter that performs a phase shift on the output light of either the first light modulation unit or the second light modulation unit, and the first A second optical coupler that multiplexes either the output light of the light modulation unit or the second light modulation unit and the output light of the phase shifter; and the first n-value data is zero level Sometimes the first data by which the output light of the first light modulator is quenched. A second bias for generating a second data bias voltage for quenching the output light of the second light modulation unit when the second n-value data is at a zero level. A bias power supply, an optical power monitor that outputs the optical power of the output light of the second optical coupler as an electrical signal, and a first dither signal having a predetermined first frequency is superimposed on the first data bias voltage. A first dither signal applying means; and a second dither signal having the same frequency as the first frequency in the second data bias voltage and having a phase orthogonal to the first dither signal. The second dither signal applying means for superimposing and the electric signal output from the optical power monitor are synchronously detected using a second frequency that is an integral multiple of the first frequency, and the integer is an even number of 2 or more. Yes, the synchronous detection result Phase amount correction means for correcting the phase shift amount in the phase shifter so as to be 0, and when the synchronous detection result is negative, the phase shift amount is increased, and when the synchronous detection result is positive, A positive slope mode for decreasing the phase shift amount, and a negative slope mode for increasing the phase shift amount when the synchronous detection result is positive, and decreasing the phase shift amount when the synchronous detection result is negative. An optical signal generation method in an optical transmitter comprising switching means for selecting any of the following:
A first step of determining the magnitude and sign of the control signal based on the synchronous detection result and the slope mode selected by the switching means;
And a second step of correcting the phase shift amount by feeding back the control signal to the phase shifter.
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