JP5905356B2

JP5905356B2 - ６４ｑａｍ光信号を生成する送信装置および方法

Info

Publication number: JP5905356B2
Application number: JP2012157592A
Authority: JP
Inventors: 賢瑛崔; 釣谷　剛宏; 剛宏釣谷
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: JP2014022827A

Description

本発明は、光通信装置および光ファイバリンクを備える光通信システムにおいて使用される６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ、64-ary quadrature amplitude modulation）光信号を生成する送信装置および方法に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいて、高い周波数利用効率を得るための変調方式として、６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ）方式は有望な方法の一つである。これまで、６４ＱＡＭ光信号を生成するための方法は、いくつか提案されている。

非特許文献１および非特許文献２では、６４ＱＡＭ光信号は、主ＭＺ干渉計の中に統合された２つの副ＭＺＭを備える１つのデュアルパラレルマッハツェンダ変調器（ＤＰ−ＭＺＭ）を使用することによって生成される（図６（ａ）および（図６（ｂ））。６４ＱＡＭ光信号生成のため、ＤＰ−ＭＺＭの各ＭＺＭは、電気８値符号化信号によって駆動され、この８値符号化信号は、光電気スキーム（非特許文献１）または高速デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）（非特許文献２）のいずれかによって合成される。

非特許文献３では、電気２値駆動信号による新しい送信器が提案され、実証される。この送信器の技術は、シリカ平面光波回路（ＰＬＣ：planar lightwave circuit）とＬｉＮｂＯ_３位相変調器の混成集積に基づいている（図６（ｃ））。

A. H. Gnauck, etal., JLT, vol. 30, 2012, pp. 532-536 J. Yu, et al.,OFC/NFOEC2010, OThM1 A. Sano, et al.,ECOC2009, PD2.2

しかしながら、高分解能で高サンプリングレートなＤＡＣはまだ未成熟な部分が多く、電気の多値符号化信号を増幅するための高速な駆動増幅器が要求されるため、非特許文献１および非特許文献２の方法は、シンボルレートを増加する際に問題を有している。また、非特許文献３の送信器によって生成された、２０ギガボー偏波多重６４ＱＡＭ光信号の性能は、良くなく、ビットエラーレート（ＢＥＲ）の下限は１０^−２ＢＥＲ程度である。さらに、この送信器は非常に複雑で結合器および位相シフト器のような多くの制御パラメータを有する。

したがって、本発明は、電気の８値符号化信号やシリカ平面光波回路とＬｉＮｂＯ_３位相変調器の混成集積光回路を使用することなしに、高効率で６４ＱＡＭ光信号を生成する送信装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の送信装置は、４つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備え、異なったシンボル間距離を有する４角形配置のシンボルを生成し、該４角形配置のシンボルを結合して６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ）の１６のシンボルを生成し、該１６のシンボルで光信号を変調する周波数偏移キューイング変調器と、２つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備え、前記周波数偏移キューイング変調器により変調された光信号を４等位相で変調して６４ＱＡＭ光信号を生成するデュアルパラレルマッハツェンダ変調器とを備える。

また、前記周波数偏移キューイング変調器の４つの駆動信号の振幅（Ａ_１〜Ａ_４）、およびバイアス電圧（ｖ_ａ、ｖ_ｂ、およびｖ_ｃ）は、光信号の振幅と位相を操作するために調整されることも好ましい。

また、前記周波数偏移キューイング変調器の変調条件は、Ａ_１＝Ａ_２＝０．２５Ｖ_π、Ａ_３＝Ａ_４≒０．５６Ｖ_π、ｖ_ａ＝ｖ_ｂ＝０．５Ｖ_π、およびｖ_ｃ＝０（Ｖ_πは前記副マッハツェンダ変調器のスイッチング電圧）で、６４ＱＡＭのコンスタレーションのうち、１６のシンボルを作ることも好ましい。

また、前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器は、２つの副マッハツェンダ変調器を備え、各副マッハツェンダ変調器は、２つの独立した２値駆動信号によって、独立して駆動されることも好ましい。

上記課題を解決するため本発明の６４ＱＡＭ光信号を生成するための方法は、４つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備えた周波数偏移キューイング変調器が、異なったシンボル間距離を有する４角形配置のシンボルを生成し、該４角形配置のシンボルを結合して６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ）の１６のシンボルを生成し、該１６のシンボルで光信号を変調するステップと、２つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備えたデュアルパラレルマッハツェンダ変調器が、前記周波数偏移キューイング変調器により変調された光信号を４等位相で変調して６４ＱＡＭ光信号を生成するステップとを含む。

高速６４ＱＡＭ信号（＞２０ギガボー）は、高速ＤＡＣまたは高速多値レベル駆動増幅器の問題のため、今まで品質の高い６４ＱＡＭ信号を生成することが困難であった。しかしながら、本発明の送信装置は、高速ＤＡＣまたは高速多値レベル駆動増幅器を用いることなく、一般的な商用の光変調器と、多値レベルの電気信号ではなく電気の２値駆動信号を使用して、効率的に高速６４ＱＡＭ光信号を生成することができる。

本発明の送信装置の構成を示す。本発明のＦＳＫ変調器の動作を示す。本発明のＦＳＫ変調器での加算手順と出力信号を示す。本発明の送信装置の最終的な出力信号を示す。シミュレーションによる各変調器での出力シンボルとシンボル間の全ての遷移を含む信号の軌跡を示す。６４ＱＡＭ光信号を生成する既存の装置例を示す。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の送信装置の構成を示す。本送信装置は、レーザ光源１と光位相変調部２を備え、光位相変調部２は、直列に並べられた周波数偏移キューイング（ＦＳＫ）変調器２１、およびデュアルパラレルマッハツェンダ（ＤＰ−ＭＺＭ）変調器２２を備える。

ＦＳＫ変調器２１の構成は、ＦＳＫ変調器２１の各副ＭＺＭが二重進行波電極を有していること以外、ＤＰ−ＭＺＭ２２の構成と同じである。一方、ＤＰ−ＭＺＭ２２はｘ−ｃｕｔＭＺＭの組を備えるため、ＤＰ−ＭＺＭ２２の各副ＭＺＭは単一電極を有している。

光位相変調部２は、レーザ光源１からの連続光を、入力２値電気信号のデータ１（ｖ_１（ｔ））、データ２（ｖ_２（ｔ））、データ３（ｖ_３（ｔ））、データ４（ｖ_４（ｔ））、データ５（ｖ_５（ｔ））、およびデータ６（ｖ_６（ｔ））により光位相変調を行い、位相変調光信号を光伝送路に出力する。４つの独立した２値電気信号（ｖ_１（ｔ）〜ｖ_４（ｔ））によって、ＦＳＫ変調器２１を駆動し、最初に６４ＱＡＭ光信号コンスタレーションの１６シンボル点を作成する。その後、２つの独立した２値電気信号（ｖ_５（ｔ）〜ｖ_６（ｔ））によって、ＤＰ−ＭＺＭ２２を駆動する。これらの信号の位相が、ＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying）光信号と同じ４等位相で変調され、結果として６４ＱＡＭ光信号が生成される。

ＦＳＫ変調器２１は、２つのデュアルドライブマッハツェンダ変調器（ＤＤ−ＭＺＭ）を並列に備える。連続光が２つに分岐され、さらに２つに分岐された後、各ＭＺＭで駆動信号により振幅および位相を操作し、合波され出力される。駆動信号の大きさを調整することによって光信号のチャープを制御することができるため、光信号の振幅と位相を操作することができる。ＦＳＫ変調器２１では、統合された４つのＭＺＭを独立に利用することができる。このため、図１に示すように、ＦＳＫ変調器２１は、各ＭＺＭに４つの独立した２値データを与えることによって、６４ＱＡＭ光信号の１６シンボル点を生成することができる。

ＦＳＫ変調器２１の２つのデュアルドライブマッハツェンダ変調器を、ＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂとする。各駆動信号と対応する駆動電圧は、ｖ_１（ｔ）〜ｖ_４（ｔ）、Ａ_１〜Ａ_４と表される。すべてのＭＺＭの分岐／合成比を同じであると仮定し、ＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂの伝達関数をそれぞれＨ_Ａ（ｔ）とＨ_Ｂ（ｔ）とすると、ＦＳＫ変調器２１の出力信号Ｅ_０（ｔ）は、

と表される。ここで、Ｅ_ｉｎ（ｔ）は入力光信号であり、Ｖ_πはＭＺＭのスイッチング電圧であり、ｖ_ｃはＦＳＫ変調器２１の主ＭＺＭ干渉系のバイアス電圧である。各伝達関数Ｈ_Ａ（ｔ）とＨ_Ｂ（ｔ）は、

と表される。ここで、ｖ_ａとｖ_ｂは、それぞれＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂのバイアス電圧である。この関係から、７つのパラメータ（Ａ_１、Ａ_２、Ａ_３、Ａ_４、ｖ_ａ、ｖ_ｂ、ｖ_ｃ）を調節することによって、６４ＱＡＭコンスタレーションの四分円の中に１６シンボルを生成するためのＦＳＫ変調器２１の変調条件を見つけることができる。

図２は、本発明のＦＳＫ変調器の動作を示す。図２で白丸と黒丸はそれぞれＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂの入力と結果を表す。この中で白丸の小円と黒丸の小円は、それぞれＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂの入力データシンボルを表し、白丸の大円と黒丸の大円は、それぞれＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂの出力結果のデータシンボルを表す。ＦＳＫ変調器２１の出力信号は、ｖ_ｃ＝０のとき、ＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂの出力間の単純な和の結果であるため、ＭＺＭ_ＡとＭＺＭ_Ｂは、図２に示されたような異なったシンボル間距離を有する４角形の配置を生成する。

２つの出力信号から、１６シンボルが以下のように生成される。ＦＳＫ変調器２１の出力で６４ＱＡＭコンスタレーションの正しい、１６シンボル点を得るため、次の２つの条件が要求される。

ここで、

である。

第１の条件は、ＭＺＭ_Ｂの出力のシンボル間の距離がＭＺＭ_Ａの出力のシンボル間の距離の２倍であることを意味している。第２の条件は、２つの四角形配置間の距離に関係し、ＭＺＭ_Ａの出力とＭＺＭ_Ｂの出力とを加算して、１６のシンボルを作成した時、各シンボル間の距離が等しくなるための条件である。これらの条件から、ＦＳＫ変調器２１の変調条件を以下のように、見つけることができる。Ａ_１＝Ａ_２＝０．２５Ｖ_πとｖ_ａ＝０．５Ｖ_πであるとき、ＭＺＭ_Ａの出力は４角形になり、Ａ_３＝Ａ_４≒０．５６Ｖ_πとｖ_ｂ＝０．５Ｖ_πであるとき、ＭＺＭ_Ｂの出力は、図２に示されるように、ＭＺＭ_Ａの出力より大きい４角形になる。

図３は、本発明のＦＳＫ変調器での加算手順と最終的な出力信号を示す。図３（ａ）は、ＭＺＭ_Ａの出力シンボル（白丸）とＭＺＭ_Ｂの出力シンボル（黒丸）を、同じ平面上においた図である。図３（ｂ）は、ＭＺＭ_Ｂの各シンボルがＭＺＭ_Ａの出力シンボルと結合されることを示す。一番左の図は、ＭＺＭ_Ｂの左下のシンボルとＭＺＭ_Ａの各出力シンボルとの結合を示し、結合されたシンボルは、二重丸で表される。同様に、他の図でＭＺＭ_Ｂの右下のシンボル、左上のシンボル、右上のシンボルとＭＺＭ_Ａの各出力シンボルとの結合が、二重丸で表される。結果的に、ＦＳＫ変調器２１の出力で、図３（ｃ）に示される、６４ＱＡＭコンスタレーションの四分円の中に置かれた１６シンボルを生成することができる。

この後、ＤＰ−ＭＺＭ２２に、駆動信号ｖ_５（ｔ）、ｖ_６（ｔ）を入力する。これにより、最終的に６４ＱＡＭコンスタレーションが得られる。図４は、本送信装置の出力での６４ＱＡＭコンスタレーションを示す。

図５は、シミュレーションによる各変調器での出力シンボルとシンボル間の全ての遷移を含む信号の軌跡を示す。図５（ａ）は、各変調器での出力シンボルを示し、図５（ｂ）は、シンボル間の全ての遷移を含む信号の軌跡を示す。それぞれ、左から、ＭＺＭ_Ａ、ＭＺＭ_Ｂ、ＦＳＫ変調器２１、ＤＰ−ＭＺＭ変調器２２の出力結果を示す。

以上のように、本発明の送信装置は、商用的に利用可能であるＦＳＫ変調器、およびＤＰ−ＭＺＭ変調器を利用して、電気２値信号により効果的に６４ＱＡＭ光信号を生成することができる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１レーザ光源
２光位相変調部
２１周波数偏移キューイング（ＦＳＫ）変調器
２２デュアルパラレルマッハツェンダ(ＤＰ−ＭＺＭ)変調器

Claims

４つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備え、異なったシンボル間距離を有する４角形配置のシンボルを生成し、該４角形配置のシンボルを結合して６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ）の１６のシンボルを生成し、該１６のシンボルで光信号を変調する周波数偏移キューイング変調器と、
２つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備え、前記周波数偏移キューイング変調器により変調された光信号を４等位相で変調して６４ＱＡＭ光信号を生成するデュアルパラレルマッハツェンダ変調器と、
を備えることを特徴とする送信装置。
前記周波数偏移キューイング変調器の４つの駆動信号の振幅（Ａ_１〜Ａ_４）、およびバイアス電圧（ｖ_ａ、ｖ_ｂ、およびｖ_ｃ）が、光信号の振幅と位相を操作するために調整されることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
前記周波数偏移キューイング変調器の変調条件は、Ａ_１＝Ａ_２＝０．２５Ｖ_π、Ａ_３＝Ａ_４≒０．５６Ｖ_π、ｖ_ａ＝ｖ_ｂ＝０．５Ｖ_π、およびｖ_ｃ＝０（Ｖ_πは前記副マッハツェンダ変調器のスイッチング電圧）で、６４ＱＡＭコンスタレーションのうち、１６のシンボルを作ることを特徴とする請求項２に記載の送信装置。
４つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備えた周波数偏移キューイング変調器が、異なったシンボル間距離を有する４角形配置のシンボルを生成し、該４角形配置のシンボルを結合して６４値直交振幅変調（６４ＱＡＭ）の１６のシンボルを生成し、該１６のシンボルで光信号を変調するステップと、
２つの独立した２値駆動信号によって独立して駆動される２つの副マッハツェンダ変調器を備えたデュアルパラレルマッハツェンダ変調器が、前記周波数偏移キューイング変調器により変調された光信号を４等位相で変調して６４ＱＡＭ光信号を生成するステップと、
を含むことを特徴とする６４ＱＡＭ光信号を生成するための方法。