JP6016496B2

JP6016496B2 - 光送信機

Info

Publication number: JP6016496B2
Application number: JP2012158551A
Authority: JP
Inventors: 彰俊伊藤; 健一宇藤; 智貴保科
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: JP2014022871A

Description

本発明は、光トランシーバ装置に搭載される光送信機に関する。

通信トラフィックの増大に伴って、４０Ｇｂｐｓ光送受信機の導入が検討されている。
光通信システムでは、４つの位相差に２ビットの情報を載せる差動４値位相変調方式（Differential Quadrature Phase-Shift Keying：DQPSK）が注目されている。

下記特許文献１には、Ｉｃｈ（実数部：In-phase channel）信号を増幅してＩｃｈ変調信号を出力するＩｃｈドライバと、Ｑｃｈ（虚数部：Quadrature-phase channel）信号を増幅してＱｃｈ変調信号を出力するＱｃｈドライバと、Ｉｃｈ変調信号およびＱｃｈ変調信号に応じたＤＱＰＳＫ光信号を出力するＤＱＰＳＫ変調器と、ＤＱＰＳＫ変調器から出力されるＤＱＰＳＫ光信号の光強度を検出する光検出部と、光検出部により検出される光強度に基づいて、ＤＱＰＳＫ変調器に印加するＩｃｈバイアス制御電圧およびＱｃｈバイアス制御電圧を調整すると共に、ＩｃｈドライバおよびＱｃｈドライバに出力するＩｃｈ利得制御信号およびＱｃｈ利得制御信号を調整する制御回路とを備えた光送信機が開示されている。

そして、変調器バイアス制御の最適化の際には、Ｉｃｈ，Ｑｃｈの各制御電圧に低周波ディザ信号を重畳し、光検出部が検出した光強度に基づいてＤＱＰＳＫ変調器から出力される光信号のディザ誤差信号が最小になるようにフィードバック制御する。
これによって、Ｉｃｈ，Ｑｃｈのバイアス制御電圧をＤＱＰＳＫ変調器の消光カーブのヌル（ＮＵＬＬ）点になるように制御すると共に、この状態で光損失がないよう変調度を１００パーセント未満に設定し、ＤＱＰＳＫ変調器の線形性を確保する。

また、変調信号利得制御の最適化の際には、ＤＱＰＳＫ変調器へのＱｃｈ変調信号およびＱｃｈの低周波ディザ信号を遮断し、ＤＱＰＳＫ変調器の変調度の最適値を求めると共に、光検出部が検出した光強度に基づいてＤＱＰＳＫ変調器の変調度がその求められた最適値になるように、Ｉｃｈ用ドライバの出力振幅を調整する。
また、ＤＱＰＳＫ変調器へのＩｃｈ変調信号およびＩｃｈの低周波ディザ信号を遮断し、光検出部が検出した光強度に基づいてＤＱＰＳＫ変調器の変調度が上記求められた最適値になるように、Ｑｃｈ用ドライバの出力振幅を調整する。
両者の変調度を上記最適値に一致させることにより、ＩｃｈおよびＱｃｈの信号レベルを一致させる。

特開２０１１−２３２５５３号公報

従来の光送信機は以上のように構成されているので、以下のような課題があった。
上記特許文献１では、変調器バイアス制御の最適化の際に、図４に示すように、バイアス制御電圧をＤＱＰＳＫ変調器の消光カーブのヌル点になるように制御すると共に、この状態で光損失がないよう変調度を１００パーセント未満に設定する。

しかし、変調信号利得制御の最適化の際に、変調度を正確に調整するには、バイアス制御電圧を図４に示たようなＤＱＰＳＫ変調器の消光カーブのヌル点ではなく、図５に示すように、ＤＱＰＳＫ変調器の消光カーブのピーク（ＰＥＡＫ）点に収束させる必要がある。
これは、ヌル点で変調信号利得制御の最適化を実施すると、変調信号時間波形の振幅のロー（ＬＯＷ）レベルが雑音に埋もれてしまい、正確に振幅を測定することができないためである。

しかしながら、バイアス制御電圧を消光カーブのピーク点に収束させる際に、バイアス制御電圧と利得制御信号の干渉により、調整するのに非常に時間がかかり、且つ精度良く調整することができない課題があった。

ここで、バイアス制御電圧と利得制御信号の干渉について説明する。
バイアス制御電圧と利得制御信号は、伴にＤＱＰＳＫ変調器の出力光強度に影響を与えるため、バイアス制御電圧と、利得制御信号とを、完全に独立に制御することは困難である。
例えば、バイアス制御電圧を調整し、一旦、ＤＱＰＳＫ変調器の出力光強度を最大になるように制御しても、その後、利得制御信号の調整により、利得制御信号を変化させたときに、ＤＱＰＳＫ変調器の出力光強度が最大からずれてしまう。
このような現象を、バイアス制御電圧と利得制御信号の干渉という。

本発明は、変調信号利得制御の最適化の際におけるバイアス制御電圧の消光カーブのピーク点への収束を、短時間、且つ高精度に行う光送信機を得ることを目的とする。

本発明の光送信機は、制御部において、差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を、光検出部によりモニタされた差動４値位相変調光信号の光強度が最大になるように粗調整し、同相成分用ドライバおよび直交成分用ドライバのうち、調整対象とした一方のドライバからの変調信号出力のみ活かし、更に差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を、光検出部によりモニタされた差動４値位相変調光信号に重畳される高周波信号の波高値が最小になるように微調整すると共に、光検出部によるモニタ光信号に基づいて、一方のドライバに対する利得制御信号を、所望の変調度の規格内となるように調整し、当該一方のドライバの調整が終了後、他方のドライバを調整対象とし、一方のドライバと同様に当該他方のドライバを調整する。

本発明によれば、変調信号利得制御の最適化の際におけるバイアス制御電圧の消光カーブのピーク点への収束を、粗調整と微調整とに分けて調整することにより、収束を、短時間、且つ高精度に行うことができる。

本発明の実施の形態１による光トランシーバ装置を示す構成図である。本発明の実施の形態１による変調度調整法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２による変調度調整法を示すフローチャートである。変調器の消光カーブのヌル点を示す説明図である。変調器の消光カーブのピーク点を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による光トランシーバ装置を示す構成図である。
図において、光トランシーバ装置は、光送信機１および光受信機２からなる。
光送信機１において、デジタル信号処理部１１は、Ｉｃｈ信号およびＱｃｈ信号を出力する。
Ｉｃｈドライバ（同相成分用ドライバ）１２は、Ｉｃｈ信号を利得制御したＩｃｈ変調信号を出力する。
Ｑｃｈドライバ（直交成分用ドライバ）１３は、Ｑｃｈ信号を利得制御したＱｃｈ変調信号を出力する。
ＤＱＰＳＫ変調器（差動４値位相変調器）１４は、Ｉｃｈ変調信号およびＱｃｈ変調信号に応じたＤＱＰＳＫ光信号を出力する。
光検出部１５は、ＤＱＰＳＫ変調器１４から出力されるＤＱＰＳＫ光信号をモニタする。

制御部１６において、変調器バイアス制御回路１７は、光検出部１５によるモニタ光信号に基づいて、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を調整する。
また、変調信号利得制御回路１８は、光検出部１５によるモニタ光信号に基づいて、Ｉｃｈドライバ１２に出力するＩｃｈ利得制御信号を調整すると共に、Ｑｃｈドライバ１３に出力するＱｃｈ利得制御信号を調整する。

光受信機２において、１ビット遅延干渉計２１は、入力されるＤＱＰＳＫ光信号を復調する。
Ｏ／Ｅ変換器２２は、復調された光信号を電気信号に変換し、デジタル信号処理部１１に出力する。

次に動作について説明する。
図２に変調度調整法のフローチャートを示す。
図２に示すフローチャートでは、変調信号振幅を最適化する際のバイアス電圧制御を、短時間、且つ高精度に行うことができるように、粗調整と微調整に分けたアルゴリズムを導入する。

まず、変調信号利得制御回路１８は、Ｉｃｈドライバ１２およびＱｃｈドライバ１３の
変調信号出力を全てオフに設定する（ステップＳＴ１）。
次に、デジタル信号処理部１１は、試験用信号を設定する（ステップＳＴ２）。
試験用信号としては、例えば、１０交番パタン（１と０が交互に繰り返される信号）が設定される。

変調器バイアス制御回路１７は、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を、光検出部１５によりモニタされたＤＱＰＳＫ光信号の光強度が最大になるように粗調整する（ステップＳＴ３，ステップＳＴ４）。
これによって、粗調整ではあるが、図５に示したように、バイアス制御電圧をＤＱＰＳＫ変調器１４の消光カーブのピーク点に収束させたことになる。
この粗調整によって、まず、時短化を図ることが可能になる。

粗調整後に、変調信号利得制御回路１８は、Ｉｃｈドライバ１２およびＱｃｈドライバ１３のうちの変調信号利得制御の最適化対象のドライバに対してのみ変調信号出力をオンに設定する（ステップＳＴ５）。

変調器バイアス制御回路１７は、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を、光検出部１５によりモニタされたＤＱＰＳＫ光信号の光時間波形振幅が最小になるように微調整する（ステップＳＴ６，ステップＳＴ７）。
より具体的には、光検出部１５によりモニタされたＤＱＰＳＫ光信号の高周波成分のピーク・ツー・ピーク値（波高値）が最小になるように、バイアス制御電圧を微調整する。
これによって、粗調整後に、最適化対象のドライバ出力をオンすることにより、バイアス制御電圧が消光カーブのピーク点からずれるが、微調整により、ピーク点からのずれを補正することができる。
よって、この微調整によって、高精度化を図ることが可能となる。

変調信号利得制御回路１８は、光検出部１５によりモニタされたＤＱＰＳＫ光信号に基づいて、ステップＳＴ５にてオン設定した最適化対象のチャネルに対する振幅（変調度）の測定を行い、所望の変調度の規格内であれば調整完了する（ステップＳＴ８，ステップＳＴ１０）。
規格外であれば、変調信号利得制御回路１８は、最適化対象のドライバに対して利得制御信号を出力し（ステップＳＴ９）、以降、ステップＳＴ６からステップＳＴ９の処理を繰り返すことにより、バイアス制御電圧が消光カーブのピーク点に微調整されると共に、最適化対象のドライバに対する利得制御信号が所望の変調度の規格内になるように調整される。
ステップＳＴ１０にて、一方のドライバに対する変調信号利得制御の最適化が完了となる。
同様の手順で他方のドライバに対する変調信号利得制御の最適化を行い、両者の変調度を所望の変調度に一致させる。

以上のように、実施の形態１によれば、例えば、Ｉｃｈ利得制御信号の調整時には、バイアス制御電圧をＤＱＰＳＫ変調器１４の消光カーブのピーク点に収束させるように、一旦、粗調整し、その後のＩｃｈ利得制御信号の調整により、ピーク点からずれるが、再度、バイアス制御電圧をピーク点に微調整すると共に、Ｉｃｈ利得制御信号を所望の変調度に調整する。
したがって、変調信号利得制御の最適化の際におけるバイアス制御電圧の消光カーブのピーク点への収束を、ＤＱＰＳＫ光信号の光強度が最大になる粗調整と、ＤＱＰＳＫ光信号に重畳される高周波信号の波高値が最小になる微調整とに分けて調整することにより、収束を、短時間、且つ高精度に行うことができる。

実施の形態２．
本実施の形態２による光トランシーバ装置の構成は、図１と同様である。
図３は本発明の実施の形態２による変調度調整法のフローチャートを示す。
図３に示すフローチャートでは、変調信号振幅を最適化する際のバイアス電圧制御を、短時間、且つ高精度に行うことができるように、粗調整と微調整に分けたアルゴリズムを導入する。

以下、図３に示すフローチャートのうちの図２に示したフローチャートと異なる処理についてのみ説明する。
図２におけるステップＳＴ３，ステップＳＴ４では、変調器バイアス制御回路１７により、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を、光検出部１５によりモニタされたＤＱＰＳＫ光信号の光強度が最大になるように粗調整した。
この図３に示すフローチャートでは、変調器バイアス制御回路１７により、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を、ＤＱＰＳＫ変調器１４の消光カーブのピーク点に収束するように粗調整する（ステップＳＴ１１）。
これによって、粗調整ではあるが、図５に示したように、バイアス制御電圧をＤＱＰＳＫ変調器１４の消光カーブのピーク点に収束させたことになる。
この粗調整によって、まず、時短化を図ることが可能になる。

消光カーブのヌル点からピーク点へのバイアス制御電圧の切り替えは、制御信号の符号の差異のみのため、ヌル点ではなく、ピーク点に収束するバイアス制御電圧に切り替えられるような符号の切り替え機能を、変調器バイアス制御回路１７のソフトウエアに追加すれば良い。

また、図２におけるステップＳＴ６，ステップＳＴ７では、変調器バイアス制御回路１７により、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を、光検出部１５によりモニタされたＤＱＰＳＫ光信号の光時間波形振幅が最小になるように微調整した。
この図３に示すフローチャートでは、変調器バイアス制御回路１７により、ＤＱＰＳＫ変調器１４に印加するバイアス制御電圧を、ＤＱＰＳＫ変調器１４の消光カーブのピーク点に収束するように粗調整する（ステップＳＴ１２）。
これによって、粗調整後に、最適化対象のドライバ出力をオンすることにより、バイアス制御電圧が消光カーブのピーク点からずれるが、微調整により、ピーク点からのずれを補正することができる。
よって、この微調整によって、高精度化を図ることが可能となる。

以上のように、実施の形態２によれば、例えば、Ｉｃｈ利得制御信号の調整時には、バイアス制御電圧をＤＱＰＳＫ変調器１４の消光カーブのピーク点に収束させるように、一旦、粗調整し、その後のＩｃｈ利得制御信号の調整により、ピーク点からずれるが、再度、バイアス制御電圧をピーク点に微調整すると共に、Ｉｃｈ利得制御信号を所望の変調度に調整する。
したがって、変調信号利得制御の最適化の際におけるバイアス制御電圧の消光カーブのピーク点への収束を、粗調整と微調整とに分けて調整することにより、収束を、短時間、且つ高精度に行うことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１光送信機、２光受信機、１１デジタル信号処理部、１２Ｉｃｈドライバ（同相成分用ドライバ）、１３Ｑｃｈドライバ（直交成分用ドライバ）、１４ＤＱＰＳＫ変調器（差動４値位相変調器）、１５光検出部、１６制御部、１７変調器バイアス制御回路、１８変調信号利得制御回路、２１１ビット遅延干渉計、２２Ｏ／Ｅ変換器。

Claims

同相成分信号を利得制御した同相成分変調信号を出力する同相成分用ドライバと、
直交成分信号を利得制御した直交成分変調信号を出力する直交成分用ドライバと、
上記同相成分変調信号および上記直交成分変調信号に応じた差動４値位相変調光信号を出力する差動４値位相変調器と、
上記差動４値位相変調光信号をモニタする光検出部と、
上記光検出部によるモニタ光信号に基づいて、上記差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を調整すると共に、上記同相成分用ドライバおよび上記直交成分用ドライバに出力する利得制御信号を調整する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を、上記光検出部によりモニタされた差動４値位相変調光信号の光強度が最大になるように粗調整し、
上記同相成分用ドライバおよび上記直交成分用ドライバのうち、調整対象とした一方のドライバからの変調信号出力のみ活かし、
更に上記差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を、上記光検出部によりモニタされた差動４値位相変調光信号に重畳される高周波信号の波高値が最小になるように微調整すると共に、上記光検出部によるモニタ光信号に基づいて、上記一方のドライバに対する利得制御信号を、所望の変調度の規格内となるように調整し、当該一方のドライバの調整が終了後、他方のドライバを調整対象とし、上記一方のドライバと同様に当該他方のドライバを調整することを特徴とする光送信機。
同相成分信号を利得制御した同相成分変調信号を出力する同相成分用ドライバと、
直交成分信号を利得制御した直交成分変調信号を出力する直交成分用ドライバと、
上記同相成分変調信号および上記直交成分変調信号に応じた差動４値位相変調光信号を出力する差動４値位相変調器と、
上記差動４値位相変調光信号をモニタする光検出部と、
上記差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を調整すると共に、上記光検出部によるモニタ光信号に基づいて、上記同相成分用ドライバおよび上記直交成分用ドライバに出力する利得制御信号を調整する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を、該差動４値位相変調器の消光カーブのピーク点に収束するように粗調整し、
上記同相成分用ドライバおよび上記直交成分用ドライバのうち、調整対象とした一方のドライバからの変調信号出力のみ活かし、
更に上記差動４値位相変調器に印加するバイアス制御電圧を、該差動４値位相変調器の消光カーブのピーク点に収束するように微調整すると共に、上記光検出部によるモニタ光信号に基づいて、上記一方のドライバに対する利得制御信号を、所望の変調度の規格内となるように調整し、当該一方のドライバの調整が終了後、他方のドライバを調整対象とし、上記一方のドライバと同様に当該他方のドライバを調整することを特徴とする光送信機。