JP5984161B2 - 光送信器およびｄｃバイアス制御方法 - Google Patents

Description

この発明は光送信器およびＤＣバイアス制御方法に関し、特に、複数の多値変調光信号を安定的に生成する光送信器およびＤＣバイアス制御方法に関する。

光通信システムの大容量化および周波数利用効率の向上の観点で、多値変調の適用が活発化している。また、より柔軟なシステム構成を実現するために、多値変調を用いて適応的に変調方式（伝送レートもしくは伝送帯域）を変更する送信方法が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１では、各ＭＺ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）変調器の駆動は２値駆動である。そのため、各ＭＺ変調器のバイアス制御に、通常の２値変調用の方式をそのまま使用することが可能である。しかしながら、その場合には、多値度が増すにつれて変調器の数を増加させる必要がある。その結果、光送信器構成が複雑となるという課題がある。

また、伝送性能を向上させるために、送信側で伝送路伝達関数の逆演算処理をデジタル信号処理によって行い、高速のＤ／Ａ変換器を通して得られるアナログ波形で光信号を生成する方法が知られている（例えば、非特許文献２参照）。非特許文献２では、Ｄ／Ａ変換器により得られるアナログ信号を元に光波形生成を行う。この方法においては、伝送条件により信号のピーク電力対平均電力比（ＰＡＰＲ: Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）が変化するため、ＭＺ変調器駆動時のＤＣバイアス調整に工夫が必要となる。これまで、任意のアナログ波形駆動を行う変調器のバイアス制御の手法として、ディザ信号を用いた制御手法が提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、ＰＡＰＲ変動に伴う平均駆動振幅の違いにより、バイアス制御の極性が変化するという特性が知られている。これを回避するため、ＰＡＰＲに応じた駆動振幅制御を行ってバイアス制御を安定に実施するという技術が開示されている（例えば、特許文献１および非特許文献３参照）。

複数の多値変調方式をサポートする場合に、多値度の増加に伴うＭＺ変調器の増加を抑制し、より簡易な送信器構成を行う方法として、Ｄ／Ａ変換を用いた多値信号生成技術がある（例えば、特許文献３および非特許文献４参照）。送信データの多値信号へのマッピングは、例えば特許文献４に記載されるルック・アップ・テーブルの利用により簡易に多値変調が実現できる。

国際公開第２０１１／１０４８３８号パンフレット 特開２０１１−２３２５５３号公報 特開２００７−２８８５９１号公報 国際公開第２０１０／０８２５７８号パンフレット

Ｈ．Ｔａｋａｒａ，ｅｔ ａｌ．， "Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ４００ Ｇｂ／ｓ Ｍｕｌｔｉ−ｆｌｏｗ， Ｍｕｌｔｉ−ｒａｔｅ， Ｍｕｌｔｉ−ｒｅａｃｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｏｕｔｉｎｇ，" ＥＣＯＣ２０１１， Ｔｕ．５．Ａ．４， ２０１１． Ｔ．Ｓｕｇｉｈａｒａ，ｅｔ ａｌ．， "Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｒｅ−ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｕｓｉｎｇ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ＤＡＣ，" ＥＣＯＣ２０１１， Ｔｕ．６．Ｂ．２， ２０１１． Ｔ．Ｙｏｓｈｉｄａ，ｅｔ ａｌ．， "Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｂｉａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｄｕａｌ−ｐａｒａｌｌｅｌ ｍａｃｈ−ｚｅｈｅｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，" ＥＣＯＣ２０１０， Ｔｕ．３．Ａ．６， ２０１０． Ｓ．Ｋａｍｅｔａｎｉ，ｅｔ ａｌ．， "１６−ＱＡＭ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｂｙ ｐｏｌａｒ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｄｕａｌ ｄｒｉｖｅ ｍａｃｈ−ｚｅｈｎｄｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，" ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２００９， ＯＷＧ６， ２００９．

しかしながら、従来技術には、次のようないくつかの問題点がある。

ＭＺ変調器をＤ／Ａ変換器出力で駆動する多値変調方法においては、光送信器の構成は簡易化される。しかしながら、変調の多値度が変わることにより、駆動電気信号のＰＡＰＲが変化する。そのため、変調の多値度によらず、ＭＺ変調器のＤＣバイアスを安定化させることは難しく、複数の変調方式のサポートが困難である。

また、変調の多値度によらずに、同一のＤＣバイアス制御とするためには、駆動信号振幅を小さく抑えることが必要となる。しかしながら、その場合は、電気信号の信号対雑音比が劣化し、信号品質の劣化が起きる。

さらに、ＭＺ変調器をＤ／Ａ変換器出力で駆動し、複数の多値変調方式をサポートする場合の好適なＤＣバイアス制御方式はこれまで報告されていない。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、簡易な変調器構成で、複数の多値変調方式を安定に実現することが可能な、光送信器およびＤＣバイアス制御方法を得ることを目的としている。

この発明は、電気信号であるデータ系列を用いて、光源からの光を変調し、光送信信号を生成する光送信器であって、前記変調の多値度を示す変調多値度情報が入力される入力部と、前記入力部に入力された前記変調多値度情報に基づいて、前記データ系列をマッピングして、多値データに変換するマッピング部と、前記マッピング部から出力される多値データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ信号に基づいて駆動され、前記光源からの光を変調する光変調器と、前記光変調器にディザ信号が重畳されたＤＣバイアスを印加し、出力を同期検波して誤差信号演算により前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うバイアス制御部であって、前記入力部に前記変調多値度情報が入力されたときに、前記変調多値度情報に基づいて、適応的に、前記誤差信号に対する前記光変調器のＤＣバイアス制御の制御極性を正にするか負にするかを設定して、前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うバイアス制御部とを備えたことを特徴とする光送信器である。

この発明は、電気信号であるデータ系列を用いて、光源からの光を変調し、光送信信号を生成する光送信器であって、前記変調の多値度を示す変調多値度情報が入力される入力部と、前記入力部に入力された前記変調多値度情報に基づいて、前記データ系列をマッピングして、多値データに変換するマッピング部と、前記マッピング部から出力される多値データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ信号に基づいて駆動され、前記光源からの光を変調する光変調器と、前記光変調器にディザ信号が重畳されたＤＣバイアスを印加し、出力を同期検波して誤差信号演算により前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うバイアス制御部であって、前記入力部に前記変調多値度情報が入力されたときに、前記変調多値度情報に基づいて、適応的に、前記誤差信号に対する前記光変調器のＤＣバイアス制御の制御極性を正にするか負にするかを設定して、前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うバイアス制御部とを備えたことを特徴とする光送信器であるので、簡易な変調器構成で、複数の多値変調方式を安定に実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る光送信器を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るマッハツェンダ（ＭＺ）変調器のＤＣバイアス制御極性を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る光変調器での多値度と変調損失の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光変調器でのバイアス制御極性の選択手法を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係るマッハツェンダ（ＭＺ）変調器の消光特性を示す説明図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、この実施の形態は一例であり、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光送信器を示す構成図である。この光送信器は、電気信号であるデータ系列（２値データ）を用いて、光源からの光を光変調器で変調し、任意の光波形の光送信信号を生成する。

図１において、この光送信器は、光源１、バイアス制御部１０、ネスト型ＭＺ変調器１２（光変調器）、出力パワーモニタ部１３、マッピング部１４、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂ、および、電気増幅部１６を備えている。また、電気増幅部１６は、２つの電気増幅器１６ａ，１６ｂから構成されている。

ネスト型ＭＺ変調器１２は、２つのマッハツェンダ変調器（以下、ＭＺ変調器とする）１１ａ，１１ｂと、光分岐部１７と、光合波部１８とを有している。

本実施の形態では、ネスト型ＭＺ変調器１２として、２つのマッハツェンダ変調器（以下、ＭＺ変調器とする）１１ａ，１１ｂが並列接続されたＤＰ−ＭＺＭ（Ｄｕａｌ−Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を例に挙げて説明する。ここでは、ＭＺ変調器１１ａを実部（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｉ−ｃｈ））用のＭＺ変調器とし、ＭＺ変調器１１ｂを虚数部（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｑ−ｃｈ））用のＭＺ変調器とする。ＤＰ−ＭＺＭでは、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂから出力される各変調信号に対して、相対光位相差を与えて合波することで、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の多値信号を生成し、当該多値信号が光送信信号として出力される。

以下、本実施の形態に係る光送信器の各部位の機能について説明する。

光源１は、光を出力し、ネスト型ＭＺ変調器１２に入力する。

ネスト型ＭＺ変調器１２では、まず、光源１から入力された光を、光分岐部１７により２つの光に分岐する。光分岐部１７から出力される各光は、それぞれ、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂに入力される。

ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂには、変調多値度情報を基に決定されるＤ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂからの出力信号が、電気増幅器１６ａ，１６ｂを介して、多値駆動信号として入力される。ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂは、それらの多値駆動信号に基づいて駆動される。
なお、変調多値度情報とは、変調の多値度を示す情報である。すなわち、ＱＡＭ変調を例に挙げると、図３に示すように、変調の多値度の種類には、４値（ＱＰＳＫ）、１６値（１６ＱＡＭ）、３６値（３６ＱＡＭ）、６４値（６４ＱＡＭ）などがある。従って、変調多値度情報は、変調の多値度が、これらの種類のうちのいずれであるかを示す。

また、ネスト型光変調器１２には、図１に示すように、バイアス制御部１０から３つのバイアス信号（すなわち、Ｉｃｈ制御電圧、Ｑｃｈ制御電圧、および、位相制御電圧）が入力される。Ｉｃｈ制御電圧およびＱｃｈ制御電圧は、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂが、互いに直交するＩ−ｃｈ光電界およびＱ−ｃｈ光電界をそれぞれ生成するときに用いられるバイアス信号である。また、位相制御電圧は、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂから出力される変調信号にＩ−ｃｈ／Ｑ−ｃｈ間の相対光位相差を与えるときに用いられるバイアス信号である。

ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂは、光分岐部１７から出力される各光を、電気増幅器１６ａ，１６ｂから出力される多値駆動信号に基づいて、データ変調する。また、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂは、データ変調された各光を、バイアス制御部１０からのＩｃｈ制御電圧およびＱｃｈ制御電圧に基づいて位相変調する。こうして、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂによって変調された光信号に、位相制御電圧に基づく相対光位相差を与え、光合波部１８によりそれらを合波する。合波された光信号は、光送信信号として外部に出力される。

出力パワーモニタ部１３は、ネスト型ＭＺ変換器１２から出力される光送信信号の出力パワーを検出する。出力パワーモニタ部１３は、光合波部１８で合波された光の強度に応じた電気信号を検出信号として出力する。当該検出信号は、バイアス制御部１０に入力される。

出力パワーモニタ部１３として、ネスト型ＭＺ変調器１２の出力散乱光をモニタする低速のＰＤ（Ｐｈｏｔｏ−Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いてもよい。あるいは、光分岐部１８を光カプラ等で構成し、出力パワーモニタ部１３を低速のＰＤにより構成してもよい。その場合には、ネスト型ＭＺ変調器１２から出力される光信号自体を光分岐部１８（光カプラ）を用いてタップし、それを出力パワーモニタ部１３（低速のＰＤ）で受光する。実際には、ＰＤの後段にＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの増幅器を設け、ＰＤにて光信号を電流に変換した後に、当該電流を、増幅器により、制御に好適な電気信号レベルまたは電気信号帯域に変換するが、図１ではそのような増幅器は図示していない。

マッピング部１４は、２値データから構成されたデータ系列が入力されるとともに、変調多値度情報が入力される。マッピング部１４は、変調多値度情報に基づいて、当該２値データをマッピングして、多値データに変換する。すなわち、変調多値度情報が４値の場合には、マッピング部１４は、２値データを、４値データに変換する。変調多値度情報が１６値の場合には、マッピング部１４は、２値データを、１６値データに変換する。マッピング部１４は、例えば非特許文献４および特許文献４に記載のルック・アップ・テーブルなどを用いて、マッピングを行う。また、マッピング部１４で、適応的に多値度を変更する場合には、ルック・アップ・テーブルの設定変更などで対応する。マッピング部１４は、生成した多値データのうち、Ｉ−ｃｈ成分をＤ／Ａ変換器１５ａに出力し、Ｑ−ｃｈ成分をＤ／Ａ変換器１５ｂに出力する。

Ｄ／Ａ変換器１５ａは、Ｉ−ｃｈ成分のデータ信号をアナログ信号に変換し、電気増幅部１６ａに出力する。
Ｄ／Ａ変換器１５ｂは、Ｑ−ｃｈ成分のデータ信号をアナログ信号に変換し、電気増幅部１６ｂに出力する。

電気増幅器１６ａは、Ｄ／Ａ変換器１５ａから入力されたアナログ信号を、ＭＺ変調器１１ａを駆動するのに必要な電圧振幅レベルまで増幅する。
電気増幅器１６ｂは、Ｄ／Ａ変換器１５ｂから入力されたアナログ信号を、ＭＺ変調器１１ｂを駆動するのに必要な電圧振幅レベルまで増幅する。
こうして、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂで生成されたアナログ信号は、電気増幅器１６ａ，１６ｂを介して、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂに入力され、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂを駆動する多値駆動信号として用いられる。

バイアス制御部１０は、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのＤＣバイアスを設定するためのＩｃｈ制御電圧およびＱｃｈ制御電圧、及び、Ｉ−ｃｈ／Ｑ−ｃｈ間の相対光位相差を設定するための位相制御電圧を調整する。バイアス制御部１０では、当該調整により、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのＤＣバイアスをＮｕｌｌ点に制御するとともに、相対光位相差の設定を略π／２に設定するよう制御する。ここで、Ｉ−ｃｈ／Ｑ−ｃｈ間の相対光位相差をπ／２に設定する動作は、Ｉ−ｃｈ光電界とＱ−ｃｈ光電界を直交させることに相当する。バイアス制御部１０では、出力パワーモニタ部１３からの検出信号に基づいて、バイアス制御を行う。バイアス制御部１０はマイクロコンピュータおよびＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のデバイスから構成され、デジタル制御プログラムによって実現することが可能である。

バイアス制御部１０で、デジタル信号処理を行う場合には、出力パワーモニタ部１３から出力される検出信号はアナログ信号であるため、それをデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器を用いるが、図１では省略している。ネスト型ＭＺ変調器１２におけるバイアス制御は、例えば非特許文献３、特許文献１、及び、特許文献２等の方法を用い、低速のディザ信号重畳と同期検波および誤差信号演算を行うことで実現可能である。

図１において、ネスト型ＭＺ変調器１２による多値ＱＡＭ変調を行う場合、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂを駆動する多値駆動信号は２値以上の値をとる必要がある。例えば１６ＱＡＭの場合、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのそれぞれを４値で駆動することが必要であり、本実施の形態では、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂを用いて、それぞれの多値駆動信号を生成する。送信データ（２値データ）をそれぞれＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのための多値駆動信号に変換するには、まず、マッピング部１４により、ルック・アップ・テーブル等を用いて、入力された２値データを多値データに変換する。次に、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂにより、当該多値データをアナログ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂからの出力は、電気増幅部１６ａ，１６ｂにより、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂを駆動するのに必要な電圧振幅レベルまで増幅されて、多値駆動信号として出力される。このとき、バイアス制御部１０は、電気増幅器１６ａ，１６ｂの増幅率を、多値駆動信号のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値が概略２Ｖπ（ＶπはＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの半波長電圧）になるように設定する。以下、このことについて、図５を用いて、詳細に説明する。

図５（ａ）は、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの消光特性を示し、図５（ｂ）は、多値駆動信号の波形を示す。図５（ａ）に示されるように、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂでは、印加される多値駆動電圧を変化させることにより、光信号の位相が変化する。ここで、印加される多値駆動電圧に対して、光信号の出力パワーが最小となる点をＮｕｌｌ点とし、光信号の出力パワーが最大となる点をＰｅａｋ点と定義する。

また、図５（ａ）において、隣接するＮｕｌｌ点とＰｅａｋ点との電圧差をＶπと定義する。すなわち、Ｖπは、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの半波長電圧である。バイアス制御部１０により、図５（ａ）に示すＮｕｌｌ点を中心として、左右にＶπずつ掃引できるようにＤＣバイアスを調整することにより、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号を得ることができる。このことを、「ＤＣバイアスをＮｕｌｌ点に制御する」と称する。

図５（ｂ）は、電気増幅器１６ａ，１６ｂから出力される多値駆動信号の波形を示す。図５（ｂ）では、多値駆動信号の駆動振幅（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値）が２Ｖπに設定された場合を示している。このように、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの半波長電圧（Ｖπ）の２倍の駆動振幅（２Ｖπ）の多値駆動信号で、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂを駆動することを、「２Ｖπ駆動」と称する。同様に、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの半波長電圧（Ｖπ）の１倍の駆動振幅（Ｖπ）の多値駆動信号で、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂを駆動することを、「Ｖπ駆動」と称する。なお、２Ｖπ駆動時に、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの光信号の出力パワーは最大となる。従って、本実施の形態においては、バイアス制御部１０が、多値駆動信号のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値が略２Ｖπになるように、電気増幅器１６ａ，１６ｂの増幅率を設定する。

もし、２Ｖπ駆動時に、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの持つ正弦波状の消光特性の非線形を避ける場合には、以下の手法（１）〜（３）のうちのいずれか１つの手法を用いることで、より線形な駆動電圧対光電界特性を得ることができる。
（１）バイアス制御部１０による電気増幅器１６ａ，１６ｂの利得調整によって駆動振幅を低下させる。
（２）マッピング部１４のルック・アップ・テーブルにて振幅補正（例えば、特許文献４参照）を行う。
（３）図１において、デジタル信号処理回路を、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂの前段に挿入し、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂの出力以降の非線形応答を補正する。

図２に、バイアス制御部１０により、非特許文献３を元に、任意のアナログ波形を用いてＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのＤＣバイアスを制御する方法を示す。図２（ａ）は、各ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの駆動振幅に対する平均光出力を示し、図２（ｂ）は、各ＤＣバイアス設定点で低速ディザ信号を重畳した場合の誤差信号を示す。図２（ｂ）の誤差信号は、図２（ａ）に示す矩形状の低速ディザ信号に対してバイアスがＤＣバイアス中心に対してプラス側に触れた時の平均パワーとマイナス側に触れた時の平均パワーの差として表わされる値である。図２（ｂ）の誤差信号は、図２（ａ）の正弦波状の平均光出力カーブの最大値もしくは最小値で０となる。図２では、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの駆動振幅の設定として、平均駆動振幅比ｍが、ｍ＝１００％、５０％、２５％の場合の特性を示している。平均駆動振幅比ｍとは、多値駆動信号が理想矩形波（すなわち、多値駆動信号の立ち上がり時間および立下り時間がゼロの波形）とした場合、２Ｖπに対する多値駆動信号のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値の比率である。従って、多値駆動信号のｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ値を２Ｖπとした場合をｍ＝１００％、Ｖπとした場合がｍ＝５０％、１／２Ｖπとした場合がｍ＝２５％となる。図２の結果から、誤差信号がゼロになる点を制御の収束点と設定した場合、バイアスずれ対誤差信号の曲線の傾きは、平均駆動振幅比ｍが５０％のときを境に反転しており、駆動振幅によってバイアス制御の向きを反転させる必要があることがわかる。

ここで、本実施の形態に係る、適応的に変調多値度を変更する光送信器（適応光送信器）でのバイアス制御の動作について説明する。図２に示されるように、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのバイアス制御は、平均駆動振幅比がｍ＝５０％を境にバイアス制御極性を反転させることが必要となるが、これは変調による損失３ｄＢを境にしてバイアス制御極性が反転することと等価である。以下では、変調多値度を変更した場合のバイアス制御方法について記す。

図３は、変調多値度に対する変調損失関係の一例を示すグラフである。ここで、ＱＡＭ変調での各信号点は光電界でのコンステレーション上に等間隔に配置されるよう、送信側のデジタル信号処理などで線形化処理が行われているものと仮定する。図３の特性を示す構成をとる場合、変調の多値度が４（ＱＰＳＫ）の場合には、変調損失は３ｄＢ未満であるが、多値度１６(１６ＱＡＭ)となった場合、３ｄＢを超える変調損失となる。従って、図３の例では、変調損失が３ｄＢを超える前後において、バイアス制御極性（制御方向）を反転させる必要がある。従って、本実施の形態の光送信器では、変調多値度情報をバイアス制御極性の判別に用い、４値⇔１６値の切り替えを行う際に、図４のフローに従って、バイアス制御極性を反転させることで、いずれの変調多値度でも安定なバイアス制御動作を実現することができる。

図４においては、まず、ステップＳ１で、バイアス制御部１０に、変調多値度情報が入力される。次に、ステップＳ２で、バイアス制御部１０が、当該変調多値度情報が１６値以上か否かを判定する。バイアス制御部１０が、当該変調多値度情報が１６値未満であると判定した場合はステップＳ３に進み、一方、当該変調多値度情報が１６値以上であると判定した場合はステップＳ４に進む。ステップＳ３では、バイアス制御部１０は、ＭＺ変調器１１ａ，１１ｂのバイアス制御極性（Ｉｃｈ制御電圧およびＱｃｈ制御電圧の制御方向）を正に設定する。一方、ステップＳ４では、バイアス制御部１０は、バイアス制御極性（Ｉｃｈ制御電圧およびＱｃｈ制御電圧の制御方向）を負に設定する。ステップＳ３、Ｓ４の処理が終わったら、ステップＳ１に戻る。

このように、本実施の形態においては、バイアス制御部１０が、変調多値度情報に対する閾値を予め設定し、変調多値度情報の閾値判定を行い、当該判定の結果に基づいて、ＭＺ光変調器１１ａ，１１ｂのＤＣバイアス（Ｉｃｈ制御電圧およびＱｃｈ制御電圧）の制御極性を反転する。なお、上記の例では、閾値を１６値と設定したが、これに限定されるものではなく、適宜設定してよい。

また、図３の例では、４値、１６値、３６値、６４値の４つの種類の多値度について制御極性の設定の切り替えを行う例について説明したが、これに限定されるものではなく、多値度の種類の個数は、少なくとも２以上であれば任意の個数でよい。

なお、バイアス制御極性の変更を行わず、例えばどの変調多値度においても常に変調損失が３ｄＢ以上となるように、電気増幅部の利得やＤ／Ａ変換器への設定データを制御することでも複数の多値度に対応可能であるが、この場合は多値度が低い場合に電気信号の信号対雑音比の過度の劣化を引き起こすため、光信号品質が劣化することが課題となる。従って、本実施の形態を適用することで、各変調多値度に対して電気信号の信号対雑音比を最大に保ちつつ、安定なバイアス制御を提供できるため、光信号品質を高く保った安定な光送信器が実現可能となる。

さらに、図２（ｂ）の特性から平均駆動振幅比ｍが５０％（変調損失３ｄＢ相当）の近傍では、誤差信号レベルがゼロもしくはゼロに非常に近い値となり、制御精度が不足する場合が想定される。従って、本実施の形態においては、変調多値度情報に応じて、バイアス制御部１０が、電気増幅部１６の利得設定を調整して、電気増幅部１６の増幅率の制御を行うことで、変調損失が３ｄＢから離れた状態で、バイアス制御精度および光信号品質の両方が確保できるよう制御する。これにより、より好適な光送信器を得ることが可能となる。このように、本実施の形態においては、電気増幅部１６の増幅率を、変調多値度情報に基づいて設定する。これにより、変調の多値度に応じた、最適な多値駆動信号の振幅設定を行うことができる。

さらに加えて、多値度を変更した場合には、必要とされる電気部品の性能等が変化するため、必ずしもマッピング部１４での単一パラメータによる補正、図示しないＤ／Ａ変換器前段のデジタル信号処理回路での単一パラメータ設定による補正では、適応光送信器としての最適動作が得られるとは限らない。この場合、変調多値度情報を元に、マッピング部１４の補正パラメータ設定、図示しないＤ／Ａ変換器前段のデジタル信号処理回路のパラメータ設定、電気増幅部１６の設定を連携して制御することで、光変調信号として複数の変調多値度に対する最適動作が可能となる。

上記のとおり、本発明の実施の形態１に係る光送信器は、電気信号であるデータ系列を用いて、光源からの光を変調し、光送信信号を生成する光送信器であって、変調の多値度を示す変調多値度情報に基づいて、データ系列をマッピングして、多値データに変換するマッピング部１４と、マッピング部１４から出力される多値データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂと、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂから出力されるアナログ信号に基づいて駆動され、光源１からの光を変調するネスト型ＭＺ変調器１２と、変調多値度情報に基づいて、ネスト型ＭＺ変調器１２のＤＣバイアス制御の制御極性を設定するバイアス制御部１０とを備えている。また、本発明の実施の形態１においては、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂとネスト型ＭＺ変調器１２との間に設けられ、Ｄ／Ａ変換器１５ａ，１５ｂから出力されるアナログ信号を増幅して、ネスト型ＭＺ変調器１２に、駆動信号として出力する電気増幅部１６をさらに備え、電気増幅部１６の増幅率は、ネスト型ＭＺ変調器１２の駆動信号の振幅がネスト型ＭＺ光変調器１２の半波長電圧の略２倍になるように設定される。従って、本発明の実施の形態１によれば、変調多値度情報を元にバイアス制御極性を可変するとともに、変調多値度情報に応じてＭＺ変調器１１ａ，１１ｂの駆動信号の振幅設定を行うことで、複数の変調多値度の光信号に対して、光信号品質およびＤＣバイアスの安定度が優れる適応光送信器を実現可能となる。

１ 光源、１０ バイアス制御部、１１ａ、１１ｂ マッハツェンダ変調器（ＭＺ変調器）、１２ ネスト型マッハツェンダ変調器（ネスト型ＭＺ変調器）、１３ 出力パワーモニタ部、１４ マッピング部、１５ａ，１５ｂ Ｄ／Ａ変換器、１６ 電気増幅部、１６ａ，１６ｂ 電気増幅器、１７ 光分岐部、１８ 光合波部。

Claims (6)

1. 電気信号であるデータ系列を用いて、光源からの光を変調し、光送信信号を生成する光送信器であって、
   前記変調の多値度を示す変調多値度情報が入力される入力部と、
   前記入力部に入力された前記変調多値度情報に基づいて、前記データ系列をマッピングして、多値データに変換するマッピング部と、
   前記マッピング部から出力される多値データをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
   前記Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ信号に基づいて駆動され、前記光源からの光を変調する光変調器と、
   前記光変調器にディザ信号が重畳されたＤＣバイアスを印加し、出力を同期検波して誤差信号演算により前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うバイアス制御部であって、前記入力部に前記変調多値度情報が入力されたときに、前記変調多値度情報に基づいて、適応的に、前記誤差信号に対する前記光変調器のＤＣバイアス制御の制御極性を正にするか負にするかを設定して、前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うバイアス制御部と
   を備えたことを特徴とする光送信器。
2. 前記バイアス制御部は、
   前記変調多値度情報の値が予め設定された閾値以上か否かを判定し、
   前記変調多値度情報の値が前記閾値未満であると判定されたときに、前記誤差信号に対する前記光変調器の前記ＤＣバイアス制御の制御極性を正に設定し、
   前記変調多値度情報の値が前記閾値以上であると判定されたときに、前記誤差信号に対する前記光変調器の前記ＤＣバイアス制御の制御極性を負に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
3. 前記Ｄ／Ａ変換器と前記光変調器との間に設けられ、前記Ｄ／Ａ変換器から出力される前記アナログ信号を増幅して前記光変調器に駆動信号として出力する電気増幅部をさらに備え、
   前記電気増幅部の増幅率は、前記変調多値度情報に基づいて設定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光送信器。
4. 前記Ｄ／Ａ変換器と前記光変調器との間に設けられ、前記Ｄ／Ａ変換器から出力される前記アナログ信号を増幅して前記光変調器に駆動信号として出力する電気増幅部をさらに備え、
   前記電気増幅部の増幅率は、前記光変調器の駆動信号の振幅が前記光変調器の半波長電圧の２倍になるように設定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光送信器。
5. 前記光変調器は、並列に接続された２つのマッハツェンダ変調器から構成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光送信器。
6. 光送信器に設けられ、電気信号であるデータ系列を用いて、光源からの光を変調する光変調器にディザ信号が重畳されたＤＣバイアスを印加し、出力を同期検波して誤差信号演算により前記光変調器のＤＣバイアス制御を行うＤＣバイアス制御方法であって、
   前記変調の多値度を示す変調多値度情報を入力するステップと、
   前記変調多値度情報の値が、予め設定された閾値以上か否かを判定するステップと、
   前記変調多値度情報の値が前記閾値未満であると判定されたときに、前記誤差信号に対する前記光変調器の前記ＤＣバイアス制御の制御極性を正に設定するステップと、
   前記変調多値度情報の値が前記閾値以上であると判定されたときに、前記誤差信号に対する前記光変調器の前記ＤＣバイアス制御の制御極性を負に設定するステップと
   を備えたことを特徴とするＤＣバイアス制御方法。

Images