JP6108939B2

JP6108939B2 - 光送受信機

Info

Publication number: JP6108939B2
Application number: JP2013092681A
Authority: JP
Inventors: 小林　竜也; 竜也小林; 喜宏臼井; 彰俊伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: JP2014216843A

Description

この発明は、光の位相および振幅の両方に情報を載せる直角位相振幅変調方式（ＱＡＭ：ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの多値変調方式にて必須となる変調器ドライバのリニアリティ調整を高精度にかつ簡便に行う光送受信機に関するものである。

従来のトランスポンダで採用されている変調方式の主流は、強度変調方式（ＯＯＫ：ＯｎＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）あるいは位相変調方式（ＰＳＫ：ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）である。これらの変調方式では、変調器ドライバ（変調器ドライバ手段）をリミッティング動作させるため、変調器ドライバの調整パラメータとしては擬似ランダムビット列（ＰＲＢＳ：ＰｓｅｕｄｏＲａｎｄｏｍＢｉｔＳｅｑｕｅｎｃｅ）を用いた出力時間波形の振幅およびクロスポイントのみでよい。

特開２０１１−２３２５５３号公報

一方、通信トラフィックの増加に伴い、ＱＡＭなどの多値変調方式を採用した高速大容量トランスポンダの研究開発が行われている。多値変調方式を採用した光送受信機における光送信部にはリニアリティが求められるため、従来はリミッティング動作させていた変調器ドライバをリニア動作させる必要がある。しかし、擬似ランダムビット列を用いた従来の変調器ドライバ調整方法では、リニアリティ調整が困難であるという課題があった。

なお特許文献１には、マルチレベル変調方式を採用した光送受信器の光送信信号に監視、長距離伝送に必須の光送信パワーと、光送信波形の線形性とを両立させるために、Ｉｃｈ／Ｑｃｈ変調器を２Ｖπ未満の振幅で駆動させることについて開示されている。しかしながら、この特許文献１の目的は、線形な電気光変換を実現し、かつＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異を抑制することができる光送受信器を得ることであり、上記課題を解消するものではない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、変調器ドライバ手段のリニアリティ調整を高精度にかつ簡便に実現可能な多値変調方式トランスポンダである光送受信機を提供することを目的としている。

この発明に係る光送受信機は、入力された信号を長距離伝送用のフレームに収容し、後段に出力するフレーマ手段と、フレーマ手段の後段に配置され、入力された信号に対して符号化処理を施し、後段に出力するエンコーダ手段と、エンコーダ手段の後段に配置され、入力された信号を低速パラレル信号から高速パラレル信号に多重する多重手段と、多重手段により多重された信号に対し、時間波形のリニアリティを維持したまま振幅を増幅する変調器ドライバ手段と、任意の波長の連続光を出力する光源と、変調器ドライバ手段により振幅が増幅された信号に従い、光源により出力された連続光に対し位相変調および振幅変調を行う変調器手段と、低周期固定パタンとなる信号系列を発生し、フレーマ手段、エンコーダ手段または多重手段のいずれかに出力するリニアリティ調整用パタン発生手段と、変調器ドライバ手段により振幅が調整された信号系列のリニアリティに基づいて、当該変調器ドライバ手段の設定電圧および設定電流を調整してリニアリティを調整するリニアリティ調整手段とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、従来では困難であった変調器ドライバ手段のリニアリティ調整を高精度にかつ簡便に実施可能となる。

この発明の実施の形態１に係る光送受信機を示す全体構成図である。この発明の実施の形態１に係る光送受信器による変調器ドライバの調整方法を示す時間波形である。この発明の実施の形態１に係る光送受信器による変調器ドライバの調整方法を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２に係る光送受信機を示す全体構成図である。この発明の実施の形態２に係る光送受信器による変調器ドライバの調整方法を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る多値変調方式を採用した光送受信機１を示す全体構成図である。
光送受信機１は、図１に示すように、フレーマ（フレーマ手段）２、エンコーダ（エンコーダ手段）３、多重回路（多重手段）４、変調器ドライバ（変調器ドライバ手段）５、光源６、変調器（変調器手段）７、ローカルオシレータ８、フロントエンド回路９、デジタル信号処理回路１０、分離回路１１、デコーダ１２、リニアリティ調整用パタン発生回路（リニアリティ調整用パタン発生手段）１３、リニアリティ調整回路（リニアリティ調整手段）１４、送信側伝送路１５および受信側伝送路１６から構成されている。また、光送受信器１の外部には、オシロスコープ１７が設けられている。
なお、フレーマ２、エンコーダ３、多重回路４、変調器ドライバ５、光源６および変調器７は、光送受信機１の光送信部を構成する。また、ローカルオシレータ８、フロントエンド回路９、デジタル信号処理回路１０、分離回路１１、デコーダ１２およびフレーマ２は、光送受信機１の光受信部を構成する。

フレーマ２は、外部からクライアント信号が入力された場合に、当該クライアント信号を長距離伝送用に構成するフレームに収容し、また、デコーダ１２からの信号が入力された場合に、当該信号から長距離伝送用に構成されたフレームを除去してクライアント信号を取り出すものである。このフレーマ２によりクライアント信号が収容されたフレームはエンコーダ３に出力され、また、フレームが除去されて取り出されたクライアント信号は外部に出力される。

エンコーダ３は、フレーマ２からの信号（フレーム）に対して符号化処理を施すものである。なお、符号化処理は、変調器７の変調方式により決定される。このエンコーダ３により符号化処理が施された信号は多重回路４に出力される。

多重回路４は、エンコーダ３からの信号を低速パラレル信号から高速シリアル信号に多重するものである。この多重回路４により多重された信号は変調器ドライバ５に出力される。

変調器ドライバ５は、多重回路４からの信号に対し、時間波形のリニアリティ（線形性）を維持したまた振幅を増幅するものである。この変調器ドライバ５により振幅が増幅された信号は変調器７に出力される。
光源６は、任意の波長の連続光を変調器７に出力するものである。

変調器７は、変調器ドライバ５からの信号に従い、光源６からの連続光に対し位相変調および振幅変調を行うことで、連続光の位相および振幅の両方に情報を載せるものである。この変調器により位相変調および振幅変調された連続光（送信光信号）は送信側伝送路１５に出力される。また、変調器７は、変調器ドライバ５からの信号である電気信号を電気・光変換（Ｅ／Ｏ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ−ｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ）し、送信光信号を送信側伝送路１５に出力する。

ローカルオシレータ８は、フロントエンド回路９における入力信号を中間周波数に変換するための局部的な光をフロントエンド回路９に出力するものである。

フロントエンド回路９は、ローカルオシレータ８からの光に基づいて、受信側伝送路１６からの受信光信号を光・電気変換（Ｏ／Ｅ：Ｏｐｔｉｃａｌ−ｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）するものである。このフロントエンド回路９により電気信号に変換された信号はデジタル信号処理回路１０に出力される。

デジタル信号処理回路１０は、フロントエンド回路９からの信号に基づいて、光源６の連続光に載せられた位相および振幅の両方の情報を再生するものである。このデジタル信号処理回路１０による処理結果である信号は分離回路１１に出力される。

分離回路１１は、デジタル信号処理回路１０からの信号を高速シリアル信号から低速パラレル信号に分離するものである。この分離回路１１により分離された信号はデコーダ１２に出力される。

デコーダ１２は、分離回路１１からの信号に対して復号化処理を施すものである。なお、復号化処理は、エンコーダ３における符号化処理に対応して決定される。このデコーダ１２により復号化された信号（フレーム）はフレーマ２に出力される。

リニアリティ調整用パタン発生回路１３は、変調器ドライバ５の調整を行う際に、変調器ドライバ５への入力信号の波形が三角波／鋸波／正弦波などの低周期固定パタンとなる信号系列を発生するものである。このリニアリティ調整用パタン発生回路１３により発生された信号系列は多重回路４に出力される。なお、出力先をフレーマ２あるいはエンコーダ３としてもよい。また、リニアリティ調整用パタン発生回路１３は、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）に実装してもよいし、フレーマ２／エンコーダ３／多重回路４のいずれかに内蔵してもよい。
そして、リニアリティ調整用パタン発生回路１３からの信号系列が入力されたフレーマ２／エンコーダ３／多重回路４では、当該信号系列に対して通常時の場合と同様の処理を行う。また、変調器ドライバ５では、信号の出力先を変調器７からオシロスコープ１７に変更する。

リニアリティ調整回路１４は、オシロスコープ１７によるリニアリティ検出結果に基づいて、変調器ドライバ５の出力信号である増幅された信号系列のリニアリティが改善するように、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整するものである。

オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列に基づいて、変調器ドライバ５で増幅された低周期の固定パタンの時間波形のリニアリティを検出するものである。このオシロスコープ１７によるリニアリティ検出結果はリニアリティ調整回路１４に出力される。

次に、多値変調方式を採用した光送受信機１における変調器ドライバ５の調整方法について詳細に説明する。図２は実施の形態１による変調器ドライバ５の調整方法を示す時間波形である。図２では、リニアリティ調整用の低周期な固定パタンの一例として、１６シンボル周期の三角波パタンを用いている。

図２（ａ）は変調器ドライバ５のリニアリティ調整を必要としない従来例である。この図２（ａ）では、信号速度がシンボルレートに等しい擬似ランダムビット列を用い、変調器ドライバ５の出力時間波形の振幅およびクロスポイントが所望の値となるように、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整している。一般的に、変調器ドライバ５の出力時間波形の振幅は変調器７の半波長電圧（Ｖπ）の整数倍に調整し、変調器ドライバ５の出力時間波形のクロスポイントは５０％に調整する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）で調整を行った変調器ドライバ５に、リニアリティ調整用の低周期な固定パタンを入力した場合における変調器ドライバ５の出力時間波形の一例である。図２（ｂ）の変調器ドライバ５の出力時間波形では、ピークおよびボトム付近がリミットされ、良好なリニアリティ検出結果を得られない様子を示している。
リニアリティ検出手段としては、オシロスコープ１７のヒストグラム機能がある。図２（ｂ）のようにヒストグラムウインドウを設定した場合、リミットされたピークおよびボトムに対応する度数分布の標準偏差が大きくなる。

一方、図２（ｃ）のように変調器ドライバ５の出力時間波形のリニアリティが良好な場合には、上記標準偏差は小さくなる。
そこで、リニアリティ調整回路１４は、変調器ドライバ５の出力時間波形の振幅およびクロスポイントを所望の値とすることに加え、上記標準偏差が最も小さくなるように変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流をフィードバック制御することで、リニアリティの調整を行う。

次に、変調器ドライバ５の調整方法について、図３を参照しながら説明する。
変調器ドライバ５の調整方法では、図３に示すように、まず、リニアリティ調整用パタン発生回路１３は、低周期固定パタンとなる信号系列を発生する（ステップＳＴ３０１）。このリニアリティ調整用パタン発生回路１３により発生された信号系列は例えば多重回路４を介して変調器ドライバ５に出力され、この変調器ドライバ５にて時間波形のリニアリティを維持したまま振幅が増幅される。

次いで、オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形の振幅をモニタする（ステップＳＴ３０２）。

次いで、オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形の振幅が設定範囲内であるかを判定する（ステップＳＴ３０３）。

このステップＳＴ３０３において、オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形の振幅が設定範囲内であると判定した場合には、当該時間波形のピークおよびボトムに対する度数分布の標準偏差が設定範囲内であるかを判定する（ステップＳＴ３０４）。

このステップＳＴ３０４において、オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形のピークおよびボトムに対する度数分布の標準偏差が設定範囲内であると判定した場合には、当該時間波形のクロスポイントが設定範囲内であるかを判定する（ステップＳＴ３０５）。

このステップＳＴ３０５において、オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形のクロスポイントが設定範囲内であると判定した場合には、変調器ドライバ５の調整を終了する。

一方、ステップＳＴ３０３において、オシロスコープ１７が変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形の振幅が設定範囲内ではないと判定した場合、またはステップＳＴ３０５において、当該時間波形のクロスポイントが設定範囲内ではないと判定した場合には、リニアリティ調整回路１４は、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整する（ステップＳＴ３０６）。これにより、従来技術と同様に、変調器ドライバ５の出力信号の振幅・クロスポイント調整を行う。その後、シーケンスはステップＳＴ３０２に戻る。

また、ステップＳＴ３０４において、オシロスコープ１７は、変調器ドライバ５からの信号系列の時間波形のピークおよびボトムに対する度数分布の標準偏差が設定範囲内ではないと判定した場合には、当該信号系列のリニアリティを検出する（ステップＳＴ３０７）。そして、リニアリティ調整回路１４は、オシロスコープ１７によるリニアリティの検出結果に基づいて、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整する（ステップＳＴ３０６）。これにより、変調器ドライバ５の出力信号のリニアリティ調整を行う。その後、シーケンスはステップＳＴ３０２に戻る。

以上のように、この実施の形態１によれば、入力された信号を長距離伝送用のフレームに収容し、後段に出力するフレーマ２と、フレーマ２の後段に配置され、入力された信号に対して符号化処理を施し、後段に出力するエンコーダ３と、エンコーダ３の後段に配置され、入力された信号を低速パラレル信号から高速パラレル信号に多重する多重回路４と、多重回路４により多重された信号に対し、時間波形のリニアリティを維持したまま振幅を増幅する変調器ドライバ５と、任意の波長の連続光を出力する光源６と、変調器ドライバ５により振幅が増幅された信号に従い、光源６により出力された連続光に対し位相変調および振幅変調を行う変調器７と、低周期固定パタンとなる信号系列を発生し、フレーマ２、エンコーダ３または多重回路４のいずれかに出力するリニアリティ調整用パタン発生回路１３と、変調器ドライバ５により振幅が調整された信号系列のリニアリティに基づいて、当該変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整してリニアリティを調整するリニアリティ調整回路１４とを備えたので、従来では困難であった変調器ドライバ５のリニアリティ調整を高精度にかつ簡便に実施可能となる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る多値変調方式を採用した光送受信機１を示す全体構成図である。図４に示す実施の形態２に係る光送受信機１は、図１に示す実施の形態１に係る光送受信機１と同様の構成であり、オシロスコープ１７をスペクトラムアナライザ１８に変更したものである。また、リニアリティ調整用パタン発生回路１３は、変調器ドライバ５への入力信号の波形が低周期な正弦波パタンとなる信号系列を発生する。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

次に、多値変調方式を採用した光送受信機１における変調器ドライバ５の調整方法について詳細に説明する。
変調器ドライバ５の出力信号のリニアリティが良好な場合、スペクトラムアナライザ１８により検出される当該信号の周波数成分は、リニアリティ調整用パタン発生回路１３により生成される正弦波成分ｆ_１のみとなる。一方、変調器ドライバ５の出力信号のリニアリティが良好ではない場合には、変調器ドライバ５のリミッティングによる信号歪が生じる。そのため、スペクトラムアナライザ１８により検出される周波数成分は、リニアリティ調整用パタン発生回路１３により生成された正弦波成分ｆ_１に加え、正弦波の整数倍の周波数成分を有する高周波成分ｆ_ｎも含まれる。そして、アナログ信号の歪を示す指標として、下式（１）で表される全高周波歪（ＴＨＤ：ＴｏｔａｌＨａｒｍｏｎｉｃＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）が知られている。
よって、リニアリティ調整回路１４は、変調器ドライバ５の出力スペクトラム波形の全高周波歪が最も小さくなるように、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流をフィードバック制御する。

次に、変調器ドライバ５の調整方法について、図５を参照しながら説明する。
変調器ドライバ５の調整方法では、図５に示すように、まず、リニアリティ調整用パタン発生回路１３は、低周期の正弦波パタンとなる信号系列を発生する（ステップＳＴ５０１）。このリニアリティ調整用パタン発生回路１３により発生された信号系列は例えば多重回路４を介して変調器ドライバ５に出力され、この変調器ドライバ５にて時間波形のリニアリティを維持したまま振幅が増幅される。

次いで、スペクトラムアナライザ１８は、変調器ドライバ５からの信号系列をモニタする（ステップＳＴ５０２）。

次いで、スペクトラムアナライザ１８は、変調器ドライバ５からの信号系列のパワーが設定範囲内であるかを判定する（ステップＳＴ５０３）。

このステップＳＴ５０３において、スペクトラムアナライザ１８は、変調器ドライバ５からの信号系列のパワーが設定範囲内であると判定した場合には、当該信号系列のスペクトラム波形の全高周波歪が設定範囲内であるかを判定する（ステップＳＴ５０４）。

このステップＳＴ５０４において、スペクトラムアナライザ１８は、変調器ドライバ５からの信号系列のスペクトラム波形の全高周波歪が設定範囲内であると判定した場合には、変調器ドライバ５の調整を終了する。

一方、ステップＳＴ５０３において、スペクトラムアナライザ１８が変調器ドライバ５からの信号系列のパワーが設定範囲内ではないと判定した場合には、リニアリティ調整回路１４は、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整する（ステップＳＴ５０５）。これにより、従来技術と同様に、変調器ドライバ５の出力信号の振幅・クロスポイント調整を行う。その後、シーケンスはステップＳＴ５０２に戻る。

また、ステップＳＴ５０４において、スペクトラムアナライザ１８は、変調器ドライバ５からの信号系列のスペクトラム波形の全高周波歪が設定範囲内ではないと判定した場合には、当該信号系列のリニアリティを検出する（ステップＳＴ５０６）。そして、リニアリティ調整回路１４は、変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整する（ステップＳＴ５０５）。これにより、変調器ドライバ５の出力信号のリニアリティ調整を行う。その後、シーケンスはステップＳＴ５０２に戻る。

以上のように、この実施の形態２によれば、リニアリティ調整回路１４にて、変調器ドライバ５により振幅が調整された信号系列の全高周波歪に基づいて、当該変調器ドライバ５の設定電圧および設定電流を調整してリニアリティを調整するように構成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

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光送受信機、２フレーマ（フレーマ手段）、３エンコーダ（エンコーダ手段）、４多重回路（多重手段）、５変調器ドライバ（変調器ドライバ手段）、６光源、７変調器（変調器手段）、８ローカルオシレータ、９フロントエンド回路、１０デジタル信号処理回路、１１分離回路、１２デコーダ、１３リニアリティ調整用パタン発生回路（リニアリティ調整用パタン発生手段）、１４リニアリティ調整回路（リニアリティ調整手段）、１５送信側伝送路、１６受信側伝送路、１７オシロスコープ、１８スペクトラムアナライザ。

Claims

入力された信号を長距離伝送用のフレームに収容し、後段に出力するフレーマ手段と、
前記フレーマ手段の後段に配置され、入力された信号に対して符号化処理を施し、後段に出力するエンコーダ手段と、
前記エンコーダ手段の後段に配置され、入力された信号を低速パラレル信号から高速パラレル信号に多重する多重手段と、
前記多重手段により多重された信号に対し、時間波形のリニアリティを維持したまま振幅を増幅する変調器ドライバ手段と、
任意の波長の連続光を出力する光源と、
前記変調器ドライバ手段により振幅が増幅された信号に従い、前記光源により出力された連続光に対し位相変調および振幅変調を行う変調器手段と、
低周期固定パタンとなる信号系列を発生し、前記フレーマ手段、前記エンコーダ手段または前記多重手段のいずれかに出力するリニアリティ調整用パタン発生手段と、
前記変調器ドライバ手段により振幅が調整された前記信号系列のリニアリティに基づいて、当該変調器ドライバ手段の設定電圧および設定電流を調整してリニアリティを調整するリニアリティ調整手段と
を備えた光送受信機。
前記リニアリティ調整手段は、前記変調器ドライバ手段により振幅が調整された前記信号系列のピークおよびボトムに対応する度数分布の標準偏差に基づいて、当該変調器ドライバ手段の設定電圧および設定電流を調整してリニアリティを調整する
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信機。
前記リニアリティ調整手段は、前記変調器ドライバ手段により振幅が調整された前記信号系列の全高周波歪に基づいて、当該変調器ドライバ手段の設定電圧および設定電流を調整してリニアリティを調整する
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信機。