JP6353280B2 - Light modulator - Google Patents
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Description
本発明は、光信号を生成するための光変調装置に関し、より詳細には、デジタル信号処理の帯域が補償された光変調装置に関する。 The present invention relates to an optical modulation device for generating an optical signal, and more particularly to an optical modulation device in which a band of digital signal processing is compensated.
通信需要の急速な増大を背景として、通信網の大容量化に向けた検討が精力的に行われている。伝送容量の大容量化においては、周波数利用効率を高めて1本の光ファイバに伝送できる総容量を増大させる技術進展と、1チャネルあたりの伝送容量(チャネルレート)を増大させる技術進展が求められている。チャネルレートを増大させるために、複数サブキャリアをまとめて1チャネルとして扱うマルチキャリア化や、アナログ高周波回路の帯域を増大によるシンボルレート(変調符号送出速度)増大、光信号の位相及び振幅変調により複素平面上にシンボル点(符号点)を配置する直交振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)が盛んに検討されている。 With the rapid increase in communication demand, studies for increasing the capacity of communication networks are being energetically conducted. In order to increase the transmission capacity, there is a need for technological progress to increase the total capacity that can be transmitted to a single optical fiber by increasing frequency utilization efficiency and technical progress to increase the transmission capacity (channel rate) per channel. ing. In order to increase the channel rate, multi-carriers that handle multiple subcarriers as a single channel, increase the symbol rate (modulation code transmission speed) by increasing the bandwidth of the analog high-frequency circuit, and complex by optical signal phase and amplitude modulation. Quadrature Amplitude Modulation (QAM) in which symbol points (code points) are arranged on a plane has been actively studied.
近年の直交振幅変調信号の伝送においては、位相推定や伝送路推定、分散補償などのデジタル信号処理が商用的に用いられており、光通信にデジタル信号処理を用いたことはチャネルレート向上のためのブレイクスルーであったと言える。また、商用伝送方式におけるデジタル信号処理は主に受信側で用いられてきたが、次世代の伝送システムにおいては送信側においてもデジタル信号処理を用いるべく検討が進められており、光通信におけるデジタル信号処理技術はこれからも発展していくことが予想される。しかし、直交振幅変調における多値化によるチャネルレート向上には、シャノンの定理により示されるように伝送距離とのトレードオフがあり、伝送距離を固定した場合には多値数に制限があるため一定以上のチャネルレート向上は原理的に難しい。 In recent transmissions of quadrature amplitude modulation signals, digital signal processing such as phase estimation, transmission path estimation, and dispersion compensation is used commercially, and the use of digital signal processing for optical communication is to improve the channel rate. It can be said that it was a breakthrough. In addition, digital signal processing in commercial transmission systems has been mainly used on the receiving side, but in next-generation transmission systems, studies are being made to use digital signal processing on the transmitting side as well. Processing technology is expected to continue to evolve. However, channel rate improvement by multi-valued quadrature amplitude modulation has a trade-off with the transmission distance as shown by Shannon's theorem, and when the transmission distance is fixed, there is a limit on the number of multi-values. In principle, it is difficult to improve the channel rate.
マルチキャリアを一括して扱う方式は、キャリアの数だけ送受信器を並列で用いることにより異なる周波数のキャリアを別々に変調・復調し、これらをまとめて1チャネルとして扱うことでチャネルレートを向上させる方式である。この方法は単純にデバイスを並列して1つの送受信器システムとして扱うために技術的なハードルは低い。しかし、マルチキャリア伝送は、キャリア数分だけデバイスを並列するため送受信器のサイズや消費電力がキャリア数に比例して増大し、さらにはコストや信頼性に関わる問題を有する。シャノンの定理による伝送距離制限やキャリア数増大による送受信器数増大という問題を回避しながらチャネルレートを向上するためにはシンボルレート向上が必要である。 The multi-carrier handling method is a method of improving the channel rate by separately modulating / demodulating carriers of different frequencies by using as many transmitters / receivers in parallel as the number of carriers and treating them as one channel. It is. This method has low technical hurdles because it simply handles the devices in parallel as a single transceiver system. However, in multicarrier transmission, devices are arranged in parallel by the number of carriers, so that the size and power consumption of the transmitter / receiver increase in proportion to the number of carriers, and further, there are problems related to cost and reliability. In order to improve the channel rate while avoiding the problems of the transmission distance limitation due to Shannon's theorem and the increase in the number of transceivers due to the increase in the number of carriers, it is necessary to improve the symbol rate.
しかしながら、高周波デバイスの広帯域化は、高周波線路の高周波特性がボトルネックとなっており難しいとされている。図1は、従来の光変調装置の概略を表している(特許文献1及び非特許文献1を参照)。図1には、デジタル集積回路(IC:Integrated Circuit)101と、第1及び第2の電気信号ポート103a及び103bを有するデジタルアナログ変換器102と、第1及び第2の変調器ドライバ104a及び104bと、レーザ光源105と、出力用光ポート107を有する光変調器106と、を備えた光変調装置が示されている。 However, it is considered difficult to increase the bandwidth of high-frequency devices because the high-frequency characteristics of high-frequency lines are a bottleneck. FIG. 1 shows an outline of a conventional light modulation device (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). FIG. 1 shows a digital integrated circuit (IC) 101, a digital-analog converter 102 having first and second electric signal ports 103a and 103b, and first and second modulator drivers 104a and 104b. In addition, an optical modulation device including a laser light source 105 and an optical modulator 106 having an output optical port 107 is shown.
図1に示す光変調装置では、デジタルIC101が光変調装置から出力したい信号を生成し、デジタルIC101で生成した信号をデジタルアナログ変換器102でアナログ電気信号に変換する。その後、デジタルアナログ変換器102で生成されて電気信号ポート103a及び103bからそれぞれ出力されたアナログ電気信号は、変調器ドライバ104a及び104bによりそれぞれ増幅されて光変調器106に入力される。光変調器106は、レーザ光源105から入力した光を変調器ドライバ104から入力した電気信号により変調し光信号を生成する。高周波電気信号は、デジタルアナログ変換器102、変調器ドライバ104、光変調器106を通過するため、シンボルレートはこれらの帯域により制限される。 In the optical modulation device shown in FIG. 1, the digital IC 101 generates a signal desired to be output from the optical modulation device, and the signal generated by the digital IC 101 is converted into an analog electric signal by the digital / analog converter 102. Thereafter, the analog electrical signals generated by the digital-analog converter 102 and output from the electrical signal ports 103 a and 103 b are amplified by the modulator drivers 104 a and 104 b and input to the optical modulator 106. The optical modulator 106 modulates the light input from the laser light source 105 with the electrical signal input from the modulator driver 104 to generate an optical signal. Since the high-frequency electrical signal passes through the digital-analog converter 102, the modulator driver 104, and the optical modulator 106, the symbol rate is limited by these bands.
変調器ドライバや光変調器は、3dB帯域が100GHzを超えるものが存在するが、デジタルICと同じ基板上に作製するデジタルアナログ変換器においては、3dB帯域が20GHz程度であり、光変調装置全体のボトルネックとなっている。また、光伝送の受信側の帯域を考えても、フォトダイオードやトランスインピーダンス増幅器の3dB帯域はデジタルアナログ変換器を大きく上回るものが報告されている。デジタルアナログ変換器における帯域制限は、デジタルアナログ変換器の材料として広く普及しているシリコン上の高周波線路の高周波特性による制限であり、アナログ帯域向上には材料の変更が必須となりデジタルICとの親和性が薄れてしまう。このように、光送受信システムにおけるチャネルレート向上に向けたシンボルレート向上のためには、デジタルアナログ変換器の狭いアナログ帯域というボトルネックを解消する必要があった。 Some modulator drivers and optical modulators have a 3 dB band exceeding 100 GHz. However, in a digital-to-analog converter manufactured on the same substrate as the digital IC, the 3 dB band is about 20 GHz. It is a bottleneck. Further, even when considering the band on the receiving side of optical transmission, it has been reported that the 3 dB band of photodiodes and transimpedance amplifiers greatly exceeds that of digital-analog converters. Band limitation in digital-analog converters is a limitation due to the high-frequency characteristics of high-frequency lines on silicon that are widely used as materials for digital-analog converters. To improve the analog band, it is necessary to change the material, and compatibility with digital ICs. The nature will fade. Thus, in order to improve the symbol rate for improving the channel rate in the optical transmission / reception system, it is necessary to eliminate the bottleneck of the narrow analog band of the digital-analog converter.
本発明は、上述のような従来技術に鑑みてなされたもので、その目的は、デジタルアナログ変換器のアナログ帯域をデジタル信号処理と外部アナログ高周波集積回路により補償された光変調装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the prior art as described above, and an object thereof is to provide an optical modulation device in which an analog band of a digital-analog converter is compensated by digital signal processing and an external analog high-frequency integrated circuit. It is in.
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の光変調装置は、デジタルICと、前記デジタルICと電気的に接続されたデジタルアナログ変換器と、前記デジタルアナログ変換器と電気的に接続された電気信号合成部と、前記電気信号合成部と電気的に接続され、光源から入力した光を前記電気信号合成部が出力するアナログ変調信号で変調する光変調器と、を備え、前記デジタルICは、デジタル変調信号を高周波側成分のデジタル信号と低周波側成分のデジタル信号とに分離し、前記高周波側成分のデジタル信号を周波数下方変換し、前記低周波側成分のデジタル信号と前記周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号とを前記デジタルアナログ変換器へ出力し、前記デジタルアナログ変換器は、前記周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号を第1のアナログ信号に変換し、前記低周波側成分のデジタル信号を第2のアナログ信号に変換し、前記第1および第2のアナログ信号を前記電気信号合成部へ出力し、前記電気信号合成部は、前記第1のアナログ信号を周波数上方変換して前記高周波側成分のデジタル信号と同じ周波数帯域を有する周波数上方変換された第1のアナログ信号を生成し、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とを加算し、当該加算信号をアナログ変調信号として前記光変調器に出力することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an optical modulation device according to claim 1 of the present invention includes a digital IC, a digital-analog converter electrically connected to the digital IC, and an electrical connection with the digital-analog converter. An electrical signal synthesizer connected to the optical signal synthesizer, and an optical modulator that is electrically connected to the electrical signal synthesizer and modulates light input from a light source with an analog modulation signal output by the electrical signal synthesizer, The digital IC separates the digital modulation signal into a high frequency side component digital signal and a low frequency side component digital signal, down-converts the high frequency side component digital signal, and the low frequency side component digital signal The digital signal of the high frequency side component subjected to the frequency down conversion is output to the digital analog converter, and the digital analog converter A wave-side component digital signal is converted into a first analog signal, the low-frequency-side component digital signal is converted into a second analog signal, and the first and second analog signals are sent to the electric signal synthesis unit. outputting the electric signal synthesis unit generates a first analog signal frequency up conversion having the same frequency band as the digital signal of the first said high frequency side component analog signals with frequency up conversion of the The first analog signal that has been frequency-upconverted and the second analog signal are added, and the added signal is output to the optical modulator as an analog modulation signal.
本発明の請求項2に記載の光変調装置は、本発明の請求項1に記載の光変調装置であって、前記電気信号合成部は、前記第1のアナログ信号を周波数上方変換して前記高周波側成分のデジタル信号と同じ周波数帯域を有する周波数上方変換された第1のアナログ信号を生成する周波数上方変換部と、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とを加算し、当該加算信号を前記アナログ変調信号として前記光変調器に出力する加算部と、を備えたことを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 2 of the present invention is an optical modulating device according to claim 1 of the present invention, the electrical signal combining unit, the first analog signal to frequency up conversion the a first frequency up conversion unit for generating an analog signal of the first analog signal and the second analog signal the frequency up conversion and which is frequency up conversion having the same frequency band as the digital signal of the high frequency side component And an adding unit that outputs the added signal as the analog modulation signal to the optical modulator.
本発明の請求項3に記載の光変調装置は、本発明の請求項1に記載の光変調装置であって、前記電気信号合成部は、IQ変調器と、周期信号発生器と、第1及び第2の加算器と、を備え、前記IQ変調器は、第1の90度移相器と、第1及び第2の乗算器と、を含み、前記周期信号発生器は、前記第1のアナログ信号を周波数上方変換する際の周波数シフト量となる周波数の信号を前記第1の90度移相器に出力し、前記第1の90度移相器は、前記周期信号発生器から入力した信号に基づいて、前記周期信号発生器の信号と同相の信号及び前記周期信号発生器の信号を90度位相シフトさせた信号を生成して前記第1及び第2の乗算器に出力し、前記第1の乗算器は、前記同相の信号と前記第1のアナログ信号とを乗算して前記第1の加算器へ出力し、前記第2の乗算器は、前記90度位相シフトさせた信号と、前記第1のアナログ信号を90度位相シフトさせた信号とを乗算して前記第1の加算器へ出力し、前記第1の加算器は、前記第1及び第2の乗算器からの出力を加算することで、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号を生成して前記第2の加算器に出力し、前記第2の加算器は、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とを加算し、当該加算信号を前記アナログ変調信号として前記光変調器に出力することを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 3 of the present invention is an optical modulating device according to claim 1 of the present invention, the electrical signal combining unit, and the IQ modulator, and the periodic signal generator, the first And the second adder, wherein the IQ modulator includes a first 90-degree phase shifter and first and second multipliers, and the periodic signal generator includes the first adder. A signal having a frequency that is a frequency shift amount when the analog signal is frequency-upconverted is output to the first 90-degree phase shifter, and the first 90-degree phase shifter is input from the periodic signal generator. Based on the generated signal, a signal in phase with the signal of the periodic signal generator and a signal obtained by phase shifting the signal of the periodic signal generator by 90 degrees are output to the first and second multipliers, The first multiplier multiplies the in-phase signal by the first analog signal and performs the first addition. The second multiplier multiplies the signal phase-shifted by 90 degrees and the signal obtained by phase-shifting the first analog signal by 90 degrees and outputs the result to the first adder. The first adder adds the outputs from the first and second multipliers to generate the first analog signal that is frequency- upconverted and outputs the first analog signal to the second adder. The second adder adds the first analog signal that has been frequency- upconverted and the second analog signal, and outputs the added signal to the optical modulator as the analog modulation signal. It is characterized by.
本発明の請求項4に記載の光変調装置は、本発明の請求項3に記載の光変調装置であって、前記電気信号合成部は、第2の90度移相器をさらに備え、前記第2の90度移相器は、前記第1のアナログ信号が入力され、前記第1のアナログ信号と同相の信号を前記第1の乗算器に出力し、前記第1のアナログ信号を90度位相シフトさせた信号を前記第2の乗算器に出力することを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 4 of the present invention is an optical modulating device according to claim 3 of the present invention, the electrical signal combining unit further includes a second 90 degree phase shifter, the The second 90-degree phase shifter receives the first analog signal, outputs a signal in phase with the first analog signal to the first multiplier, and outputs the first analog signal by 90 degrees. The phase-shifted signal is output to the second multiplier.
本発明の請求項5に記載の光変調装置は、本発明の請求項1乃至4のいずれかに記載の光変調装置であって、前記デジタルICは、前記低周波側成分のデジタル信号の帯域と前記周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号の帯域のいずれもが前記デジタルアナログ変換器の帯域内となるように、前記デジタル変調信号を分離することを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 5 of the present invention is an optical modulating device according to any one of claims 1 to 4 of the present invention, the digital IC, the bandwidth of the digital signal of the low frequency side component And the digital modulation signal is separated so that both of the band of the digital signal of the high frequency side component subjected to the frequency down conversion fall within the band of the digital-analog converter.
本発明の請求項6に記載の光変調装置は、本発明の請求項1乃至5のいずれかに記載の光変調装置であって、前記デジタルICは、前記低周波側成分のデジタル信号の帯域が、前記デジタル変調信号の帯域の52%以上となるように、前記デジタル変調信号を分離することを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 6 of the present invention is an optical modulating device according to any one of claims 1 to 5 of the present invention, the digital IC, the bandwidth of the digital signal of the low frequency side component However, the digital modulation signal is separated so as to be 52% or more of the band of the digital modulation signal.
本発明の請求項7に記載の光変調装置は、本発明の請求項1乃至6のいずれかに記載の光変調装置であって、前記電気信号合成部が1個のチップに集積されていることを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 7 of the present invention is an optical modulating device according to any one of claims 1 to 6 of the present invention, the electric signal synthesizer is integrated into one chip It is characterized by that.
本発明の請求項8に記載の光変調装置は、本発明の請求項1乃至7のいずれかに記載の光変調装置であって、前記電気信号合成部は、前記アナログ変調信号を増幅する増幅器をさらに備えたことを特徴とする。 Optical modulating device according to claim 8 of the present invention is an optical modulating device according to any one of claims 1 to 7 of the present invention, the electrical signal combining unit, an amplifier for amplifying the analog modulated signal Is further provided.
本発明は、デジタルアナログ変換器が処理する高周波成分を低周波数にシフトすることによりデジタルアナログ変換器の帯域制限を回避できるため、デジタルアナログ変換器の帯域制限を超えた変調符号送出速度の光信号を生成する効果を奏する。 Since the present invention can avoid the band limitation of the digital-analog converter by shifting the high-frequency component processed by the digital-analog converter to a low frequency, the optical signal of the modulation code transmission speed exceeding the band limitation of the digital-analog converter It produces the effect of generating.
以下、図面および数式を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、図面においては同一の機能を有する部分は同一の番号を付すことで、説明の明瞭化を図っている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and mathematical expressions. In the drawings, parts having the same function are given the same numbers to clarify the explanation.
(第1の実施形態)
図2は、本発明の第1の実施形態に係る光変調装置の構成を示している。図2に示されるように、本発明の第1の実施形態に係る光変調装置は、デジタルIC200と、デジタルIC200と電気的に接続され、出力部に電気信号ポート202a乃至202dが設けられたデジタルアナログ変換器201と、電気信号ポート202aに電気的に接続された周波数上方変換部211aと、周波数上方変換部211aと電気信号ポート202bに電気的に接続された加算器212aと、電気信号ポート202cに電気的に接続された周波数上方変換部211bと、周波数上方変換部211bと電気信号ポート202dに電気的に接続された加算器212bと、加算器212a及び212bに電気的に接続され、レーザ光源105と光学的に接続された光変調器106と、光変調器106の出力に光学的に接続された出力用光ポート107と、を備えている。周波数上方変換部211a及び211bと、加算器212a及び212bとで、電気信号合成部210を構成している。
(First embodiment)
FIG. 2 shows a configuration of the light modulation device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the light modulation device according to the first embodiment of the present invention is a digital IC 200 and a digital IC that is electrically connected to the digital IC 200 and provided with electrical signal ports 202a to 202d at the output unit. The analog converter 201, the frequency upward conversion unit 211a electrically connected to the electrical signal port 202a, the adder 212a electrically connected to the frequency upward conversion unit 211a and the electrical signal port 202b, and the electrical signal port 202c A frequency up-conversion unit 211b electrically connected to the frequency up-conversion unit 211b, an adder 212b electrically connected to the electrical signal port 202d, and adders 212a and 212b. 105, an optical modulator 106 optically connected to 105, and an output optically connected to the output of the optical modulator 106. It includes a optical port 107. The frequency up-conversion units 211a and 211b and the adders 212a and 212b constitute an electric signal synthesis unit 210.
デジタルIC200は、デジタルアナログ変換されることでアナログ変調信号となるデジタル変調信号(以下、単に「デジタル変調信号」という)を高周波側成分と低周波側成分に分離し、高周波側成分のデジタル信号をデジタル信号処理にて周波数下方変換し、低周波側成分のデジタル信号と周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号とをデジタルアナログ変換器201へ出力する。ここで、デジタルIC200でのデジタル変調信号の分離処理は、分離した後の低周波成分の帯域と、周波数下方変換した高周波成分の帯域とが、いずれもデジタルアナログ変換器201の帯域内となるように行う。 The digital IC 200 separates a digital modulation signal (hereinafter simply referred to as “digital modulation signal”) that is converted into an analog modulation signal by digital-analog conversion into a high-frequency component and a low-frequency component, and converts the digital signal of the high-frequency component into The frequency is down-converted by digital signal processing, and the low-frequency component digital signal and the high-frequency component digital signal down-converted are output to the digital-analog converter 201. Here, in the separation process of the digital modulation signal in the digital IC 200, the band of the low-frequency component after separation and the band of the high-frequency component after frequency down-conversion are both within the band of the digital-analog converter 201. To do.
デジタルアナログ変換器201は、周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号を第1のアナログ信号に変換し、電気信号ポート202a及び202cより周波数上方変換部211a及び211bにそれぞれ第1のアナログ信号を出力する。また、デジタルアナログ変換器201は、低周波側成分のデジタル信号を第2のアナログ信号に変換し、電気信号ポート202b及び202dより加算器212a及び212bにそれぞれ第2のアナログ信号を出力する。 The digital-analog converter 201 converts the digital signal of the high frequency side component subjected to the frequency down conversion into a first analog signal, and outputs the first analog signal to the frequency up conversion units 211a and 211b from the electrical signal ports 202a and 202c, respectively. To do. The digital-analog converter 201 converts the low-frequency component digital signal into a second analog signal, and outputs the second analog signal from the electrical signal ports 202b and 202d to the adders 212a and 212b, respectively.
周波数上方変換部211a及び211bは、それぞれ、入力した第1のアナログ信号を周波数下方変換される前の元の高周波側成分の周波数帯域に周波数上方変換し、加算器223a及び223bに出力する。加算器212a及び212bは、それぞれ、周波数上方変換された第1のアナログ信号と第2のアナログ信号とを加算して加算信号を生成し、当該加算信号を、光変調器106を駆動してレーザ光源105が出力するレーザ光を変調するためのアナログ変調信号として光変調器106に出力する。 The frequency up-conversion units 211a and 211b up-convert the input first analog signal into the frequency band of the original high-frequency component before frequency down-conversion, and output to the adders 223a and 223b. The adders 212a and 212b respectively add the first analog signal and the second analog signal that have been frequency-upconverted to generate an added signal, and drive the optical modulator 106 to output the added signal to the laser. The laser light output from the light source 105 is output to the optical modulator 106 as an analog modulation signal for modulating the laser light.
このような構成により、第1の実施形態に係る光変調装置は、デジタルアナログ変換器201の帯域制限を回避しつつ、高速なシンボルレートの変調光信号を得ることができる。 With such a configuration, the optical modulation device according to the first embodiment can obtain a modulated optical signal with a high symbol rate while avoiding the band limitation of the digital-analog converter 201.
図3は、本発明に係る電気信号合成部の動作を示している。以下の図3に係る説明では、電気信号ポート202a及び202bと、周波数上方変換部211aと、加算器212aとから構成される一組の演算の動作について説明するが、電気信号ポート202c及び202dと、周波数上方変換部211bと、加算器212bとから構成される組の演算についても同様の動作をする。 FIG. 3 shows the operation of the electric signal synthesizer according to the present invention. In the following description of FIG. 3, a description will be given of the operation of a set of operations composed of the electrical signal ports 202a and 202b, the frequency up-conversion unit 211a, and the adder 212a, but the electrical signal ports 202c and 202d The same operation is performed for a set of operations including the frequency upward conversion unit 211b and the adder 212b.
電気信号ポート202a及び202bからそれぞれ出力される第1及び第2のアナログ信号の帯域は、デジタルアナログ変換器201の帯域内にあり、その最大周波数成分はflimとする。電気信号ポート202aから出力された第1のアナログ信号の0Hzからflimまでに分布している周波数成分は、周波数上方変換部211aによってflimから2flimまでに分布している周波数成分に上方変換される。その後、周波数上方変換部211aから出力された周波数上方変換された第1のアナログ信号と電気信号ポート202bから出力された第2のアナログ信号とを加算器212aにより合成することで、0Hzから2flimまでの周波数成分を持つ信号を生成することができる。 The bands of the first and second analog signals output from the electric signal ports 202a and 202b are within the band of the digital-analog converter 201, and the maximum frequency component is f lim . The frequency component distributed from 0 Hz to f lim of the first analog signal output from the electrical signal port 202a is converted upward to the frequency component distributed from f lim to 2f lim by the frequency upward conversion unit 211a. Is done. After that, the first analog signal output from the frequency upward conversion unit 211a and the second analog signal output from the electrical signal port 202b are synthesized by the adder 212a, so that the frequency from 0 Hz to 2f lim A signal having frequency components up to can be generated.
このように、デジタルアナログ変換器201の帯域はflim程度あれば足りることから、デジタルアナログ変換器201の帯域をflimとすると、本発明に係る電気信号合成部210は、加算器212により高周波側の周波数上方変換された第1のアナログ信号と低周波側の第2のアナログ信号とを加算することにより、周波数がデジタルアナログ変換器201の帯域の2倍に相当する2flimまでの周波数成分をもつ電気信号(アナログ変調信号)を生成することができる。すなわち、デジタルアナログ変換器の帯域制限を回避して、高速なシンボルレートの変調信号を生成することができる。 Thus, since it is sufficient that the band of the digital-analog converter 201 is about f lim , when the band of the digital-analog converter 201 is f lim , the electric signal synthesis unit 210 according to the present invention uses the adder 212 to increase the frequency. The frequency component up to 2f lim corresponding to twice the band of the digital-analog converter 201 is obtained by adding the first analog signal that has been frequency-upconverted on the side and the second analog signal on the low-frequency side It is possible to generate an electrical signal (analog modulation signal) having That is, it is possible to generate a modulation signal with a high symbol rate while avoiding the band limitation of the digital-analog converter.
以下では、数式を用いて上記動作を説明する。本発明に係る演算の結果として得られる信号、すなわち電気信号合成部210の出力であるアナログ変調信号sout(t)は、フーリエ級数展開により下記のように記述できる。 Hereinafter, the above operation will be described using mathematical expressions. The signal obtained as a result of the calculation according to the present invention, that is, the analog modulation signal s out (t) which is the output of the electric signal synthesis unit 210 can be described as follows by Fourier series expansion.
まず、デジタルIC200に入力されるデジタル変調信号s(t)は、以下の(数式1)で示される。
s(t)=S0exp(2πf0t)+S1exp(2πf1t)+…+S2N-1exp(2πf2N-1t) (数式1)
ここで、fxは各項の周波数(xは0から2N−1までの整数)、Sk(t)は信号の各周波数成分の振幅(kは0から2N−1までの整数)、2N−1はフーリエ級数展開の最大次数である。Nは演算を行うデータ長とオーバーサンプリング係数によって決定される。デジタルIC200内のデジタル処理にて、デジタルIC200はデジタル変調信号s(t)を以下のように分割する。
sL(t)=S0exp(2πf0t)+S1exp(2πf1t)+…+SN-1exp(2πfN-1t) (数式2)
sU(t)=SNexp(2πfNt)+SN+1exp(2πfN+1t)+…+S2N-1exp(2πf2N-1t) (数式3)
sL(t)はデジタル変調信号s(t)の低周波側の周波数成分のデジタル信号であり、sU(t)はデジタル変調信号s(t)の高周波側の周波数成分のデジタル信号である。なお、ここでは、低周波側信号sL(t)と高周波側信号sU(t)はN次の次数を境に分離した。すなわち、元のデジタル変調信号s(t)の周波数帯域のちょうど中間となる周波数にて低周波側信号sL(t)と高周波側信号sU(t)とを分離したが、本発明はこれに限定されるものではない。先に述べたように、低周波側信号sL(t)と高周波側信号sU(t)を周波数下方変換した高周波側信号sU’(t)とが、いずれもデジタルアナログ変換器201の帯域内となるような周波数を基準として分離すればよい。
First, a digital modulation signal s (t) input to the digital IC 200 is expressed by the following (Formula 1).
s (t) = S 0 exp (2πf 0 t) + S 1 exp (2πf 1 t) + ... + S 2N-1 exp (2πf 2N-1 t) (Formula 1)
Here, f x (an integer from 0 x to 2N-1) frequency of each term, S k (t) is (integer of k from 0 to 2N-1) the amplitude of each frequency component of the signal, 2N −1 is the maximum order of the Fourier series expansion. N is determined by the data length to be calculated and the oversampling coefficient. Through digital processing in the digital IC 200, the digital IC 200 divides the digital modulation signal s (t) as follows.
s L (t) = S 0 exp (2πf 0 t) + S 1 exp (2πf 1 t) +… + S N-1 exp (2πf N-1 t) (Formula 2)
s U (t) = S N exp (2πf N t) + S N + 1 exp (2πf N + 1 t) +... + S 2N-1 exp (2πf 2N-1 t) (Formula 3)
s L (t) is a digital signal of a frequency component on the low frequency side of the digital modulation signal s (t), and s U (t) is a digital signal of a frequency component on the high frequency side of the digital modulation signal s (t). . Here, the low-frequency side signal s L (t) and the high-frequency side signal s U (t) are separated at the Nth order. That is, the low frequency side signal s L (t) and the high frequency side signal s U (t) are separated at a frequency just in the middle of the frequency band of the original digital modulation signal s (t). It is not limited to. As mentioned earlier, the low-frequency side signal s L (t) and the high frequency side signal s U (t) frequency down converts the high-frequency-side signal s U '(t), but none of the digital-to-analog converter 201 What is necessary is just to isolate | separate on the basis of the frequency which becomes in a band.
次いで、デジタルIC200は、デジタル処理にて高周波側信号sU(t)の周波数を下方変換する。すなわち、高周波側信号sU(t)が周波数下方変換された高周波側信号sU’(t)は、以下の(数式4)で示される。
sU’(t)=SNexp(2πf0t)+SN+1exp(2πf1t)+…+S2N-1exp(2πfNt) (数式4)
デジタルIC200により(数式1)乃至(数式4)の演算が行われて生成された信号sL(t)及びsU’(t)は、デジタルアナログ変換器201に入力されてアナログ変換される。その後、周波数下方変換及びアナログ変換された高周波側信号sU’(t)は電気信号ポート202aから出力され、アナログ変換された低周波側信号sL(t)は電気信号ポート202bから出力される。
Next, the digital IC 200 down-converts the frequency of the high frequency side signal s U (t) by digital processing. That is, the high frequency side signal s U (t) is frequency down converted frequency side signal s U '(t) is represented by the following (Equation 4).
s U '(t) = S N exp (2πf 0 t) + S N + 1 exp (2πf 1 t) +… + S 2N-1 exp (2πf N t) (Formula 4)
The signals s L (t) and s U ′ (t) generated by performing the operations of (Equation 1) to (Equation 4) by the digital IC 200 are input to the digital-analog converter 201 and are converted into analog signals. Thereafter, the high-frequency side signal s U ′ (t) subjected to frequency down-conversion and analog conversion is output from the electrical signal port 202a, and the low-frequency side signal s L (t) subjected to analog conversion is output from the electrical signal port 202b. .
電気信号ポート202aから出力された信号sU’(t)は周波数上方変換部211aにより周波数が上方変換される。すなわち、信号sU’(t)が上方変換された後の信号sU’’(t)は、以下の(数式5)のように表される。
sU’’(t)=SNexp(2πfNt)+SN+1exp(2πfN+1t)+…+S2N-1exp(2πf2N-1t) (数式5)
ここで、(数式5)で示されるsU’’(t)は上記(数式3)に等しい。すなわち、sU’’(t)は以下の(数式6)のように表される。
sU’’(t)=sU(t) (数式6)
周波数上方変換部211aの出力sU’’(t)と電気信号ポート202bの出力sL(t)は加算器212aに入力されて加算される。すなわち、加算器212aの出力である電気信号合成部210の出力sout(t)は、以下の(数式7)のように表される。
sout(t)=sU’’(t)+sL(t)=sU(t)+sL(t)=s(t) (数式7)
このようにして、デジタル変調信号s(t)をアナログ変調してアナログ変調信号sout(t)が得られることがわかる。
The frequency of the signal s U ′ (t) output from the electrical signal port 202a is up-converted by the frequency up-conversion unit 211a. That is, the signal s U '(t) signal s U after being upconverted''(t) can be expressed as the following (Formula 5).
s U ″ (t) = S N exp (2πf N t) + S N + 1 exp (2πf N + 1 t) +... + S 2N-1 exp (2πf 2N-1 t) (Formula 5)
Here, s U ″ (t) shown in (Formula 5) is equal to the above (Formula 3). That is, s U ″ (t) is expressed as the following (Formula 6).
s U '' (t) = s U (t) (Formula 6)
The output s U ″ (t) of the frequency up-conversion unit 211a and the output s L (t) of the electric signal port 202b are input to the adder 212a and added. That is, the output s out (t) of the electrical signal synthesis unit 210, which is the output of the adder 212a, is expressed as the following (Equation 7).
s out (t) = s U '' (t) + s L (t) = s U (t) + s L (t) = s (t) (Formula 7)
In this way, it can be seen that the analog modulation signal s out (t) is obtained by analog modulation of the digital modulation signal s (t).
ここで、図2に示す光変調装置では、電気信号ポート202a及び202bと、周波数上方変換部211aと、加算器212aとから構成される組と、電気信号ポート202c及び202dと、周波数上方変換部211bと、加算器212bとから構成される組との2組を用いて2系統の電気信号を用いる構成を例示したが、いずれか1組のみで構成して1系統の電気信号を用いる構成としてもよく、また複数の組を構成して複数の系統の電気信号を用いる構成としてもよい。 Here, in the optical modulation device shown in FIG. 2, a set including the electrical signal ports 202a and 202b, the frequency upward conversion unit 211a, and the adder 212a, the electrical signal ports 202c and 202d, and the frequency upward conversion unit The configuration using two sets of electric signals using two sets of 211b and the set constituted by the adder 212b is illustrated, but as a configuration using only one set and using one set of electric signals Alternatively, a plurality of sets may be configured to use a plurality of systems of electrical signals.
図4に、本発明の第1の実施形態に係る光変調装置の実施例を示す。図4には、デジタルシグナルプロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)301と、DSP301と電気的に接続され、出力部にRF端子303a乃至303dが設けられたデジタルアナログ変換器302と、RF端子303aに電気的に接続された周波数上方変換部304aと、周波数上方変換部304aとRF端子303bに電気的に接続されたパワーコンバイナ305aと、RF端子303cに電気的に接続された周波数上方変換部304bと、周波数上方変換部304bとRF端子303dに電気的に接続されたパワーコンバイナ305bと、パワーコンバイナ305aの出力部に電気的に接続されたRFドライバ306aと、パワーコンバイナ305bの出力部に電気的に接続されたRFドライバ306bと、RFドライバ306a及び306bにそれぞれ電気的に接続されたRF端子307a及び307bを有する光変調器308と、光変調器308の出力部に光学的に接続された光コネクタ310aと、光変調器308及び狭線幅波長可変レーザ309を光学的に接続する光コネクタ310b及び310cと、を備えた光変調装置が示されている。 FIG. 4 shows an example of the light modulation device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a digital signal processor (DSP) 301, a digital-analog converter 302 electrically connected to the DSP 301 and provided with RF terminals 303a to 303d at the output unit, and an electric terminal connected to the RF terminal 303a. A frequency up-conversion unit 304a, a power combiner 305a electrically connected to the frequency up-conversion unit 304a and the RF terminal 303b, a frequency up-conversion unit 304b electrically connected to the RF terminal 303c, A power combiner 305b electrically connected to the frequency up converter 304b and the RF terminal 303d, an RF driver 306a electrically connected to the output of the power combiner 305a, and an output connected to the output of the power combiner 305b RF driver 306b and RF driver 306a Optical modulator 308 having RF terminals 307a and 307b electrically connected to the optical modulator 306b, an optical connector 310a optically connected to the output of the optical modulator 308, the optical modulator 308, and a narrow line width, respectively. An optical modulation device including optical connectors 310b and 310c for optically connecting a wavelength tunable laser 309 is shown.
図4に示される光変調装置では、光変調装置で生成される光信号が2系統のデジタル変調信号s1(t)及びs2(t)から生成される構成を実現した。デジタル変調信号s1(t)及びs2(t)のシンボルレートは50GBaudとした。光変調器308は、ニオブ酸リチウム(LN:Lithium Niobate)変調器を用いた。 The light modulation device shown in FIG. 4 realizes a configuration in which an optical signal generated by the light modulation device is generated from two systems of digital modulation signals s 1 (t) and s 2 (t). The symbol rate of the digital modulation signals s 1 (t) and s 2 (t) was 50 GBaud. As the optical modulator 308, a lithium niobate (LN) modulator was used.
DSP301は、(数式1)によりデジタル変調信号s1(t)及びs2(t)を生成し、(数式2)及び(数式3)に示される信号分割、(数式4)に示される周波数下方変換を行い、信号s1U’(t)、s1L(t)、s2U’(t)及びs2L(t)を生成して出力する。これらのデジタル信号s1U’(t)、s1L(t)、s2U’(t)及びs2L(t)は、デジタルアナログ変換器302によりアナログ信号に変換され、それぞれRF端子303a乃至303dから出力される。RF端子303aから出力された信号s1’(t)及びRF端子303bから出力された信号s2U’(t)は、周波数上方変換器304a及び304bに入力される。周波数上方変換器304a及び304bは、入力した信号s1’(t)及びs2U’(t)に基づいて(数式5)に従う演算処理を行い、それぞれ信号s1U’’(t)及びs2U’’(t)を生成して出力する。その後、周波数上方変換器304aから出力された信号s1u’’(t)及びRF端子303bから出力された信号s1L(t)は、パワーコンバイナ305aに入力されて加算され、(数式7)のようにアナログ変調信号sout1(t)=s1(t)が生成される。同様に、周波数上方変換器304bから出力された信号s2U’’(t)及びRF端子302dから出力された信号s2L(t)は、パワーコンバイナ305bに入力されて加算され、(数式7)のようにアナログ変調信号sout2(t)=信号s2(t)が生成される。 The DSP 301 generates the digital modulation signals s 1 (t) and s 2 (t) according to (Equation 1), the signal division shown in (Equation 2) and (Equation 3), and the lower frequency shown in (Equation 4). Conversion is performed to generate and output signals s 1U ′ (t), s 1L (t), s 2U ′ (t), and s 2L (t). These digital signals s 1U ′ (t), s 1L (t), s 2U ′ (t) and s 2L (t) are converted into analog signals by the digital-analog converter 302, and are respectively sent from the RF terminals 303a to 303d. Is output. The signal s 1 ′ (t) output from the RF terminal 303a and the signal s 2U ′ (t) output from the RF terminal 303b are input to the frequency up converters 304a and 304b. The frequency up converters 304a and 304b perform arithmetic processing according to (Equation 5) based on the input signals s 1 ′ (t) and s 2U ′ (t), and the signals s 1U ″ (t) and s 2U respectively. '' (t) is generated and output. Thereafter, the signal s 1u ″ (t) output from the frequency up-converter 304a and the signal s 1L (t) output from the RF terminal 303b are input to the power combiner 305a and added, and (Formula 7) Thus, the analog modulation signal s out1 (t) = s 1 (t) is generated. Similarly, the signal s 2U ″ (t) output from the frequency up-converter 304b and the signal s 2L (t) output from the RF terminal 302d are input to the power combiner 305b and added, (Equation 7) Thus, the analog modulation signal s out2 (t) = signal s 2 (t) is generated.
こうして生成された2系統のアナログ変調信号s1(t)及びs2(t)は、それぞれRFドライバ306a及び306bによって増幅され、RF端子307a及び307bから光変調器308に入力される。光変調器308は、狭線幅波長可変光源309から光コネクタ310a及び310bを介して入力された無変調連続波(CW:Continuous Wave)光をアナログ変調信号s1(t)及びs2(t)により変調する。光変調器308の出力光信号は、光コネクタ310cから光変調装置の外に出力される。 The two analog modulation signals s 1 (t) and s 2 (t) generated in this way are amplified by the RF drivers 306a and 306b, respectively, and input to the optical modulator 308 from the RF terminals 307a and 307b. The optical modulator 308 converts unmodulated continuous wave (CW) light input from the narrow line width variable wavelength light source 309 via the optical connectors 310a and 310b into analog modulated signals s 1 (t) and s 2 (t ) To modulate. The output optical signal of the optical modulator 308 is output from the optical connector 310c to the outside of the optical modulator.
図5(a)は周波数上方変換器304aの入力信号スペクトルを示し、図5(b)は周波数上方変換器304aの出力信号スペクトルを示す。入力信号は周波数上方変換前の信号s1U’(t)であり、図5(a)に示されるように、入力信号の電力は周波数が0乃至12.5GHzの領域に分布している。一方、出力信号は周波数上方変換後の信号s1U’’(t)であり、図5(b)に示されるように、信号の電力は周波数が12.5乃至25GHzの領域に分布している。このように、周波数上方変換器304aにより信号s1U’(t)の周波数が上方に変換されていることがわかる。上記では、アナログ変調信号s1(t)を生成する過程における周波数上方変換部304aの入出力信号について説明したが、アナログ変調信号s2(t)を生成する過程における周波数上方変換部304bの入出力信号についても同様である。 FIG. 5A shows the input signal spectrum of the frequency up converter 304a, and FIG. 5B shows the output signal spectrum of the frequency up converter 304a. The input signal is a signal s 1U ′ (t) before frequency up-conversion, and as shown in FIG. 5A, the power of the input signal is distributed in a frequency range of 0 to 12.5 GHz. On the other hand, the output signal is a signal s 1U ″ (t) after frequency up-conversion, and as shown in FIG. 5B, the power of the signal is distributed in a frequency range of 12.5 to 25 GHz. . Thus, it can be seen that the frequency of the signal s 1U ′ (t) is converted upward by the frequency upward converter 304a. In the above description, the input / output signals of the frequency upward conversion unit 304a in the process of generating the analog modulation signal s 1 (t) have been described, but the input of the frequency upward conversion unit 304b in the process of generating the analog modulation signal s 2 (t) is described. The same applies to the output signal.
図6は、本発明の第1の実施形態に係る光変調装置の電気信号特性を表している。図6(a)はパワーコンバイナ305aによって加算が行われた後のアナログ変調信号s1(t)のスペクトルを表している。図6(a)から、アナログ変調信号s1(t)の電力は周波数が0乃至25GHzの領域に分布していることがわかる。このように、シンボルレート50GBaud、ロールオフ率α≒0のナイキスト波形信号であることがスペクトルから確認できる。また、図6(b)は、アナログ変調信号s1(t)の時間波形を表している。図6(b)から、時間波形が20ps間隔で開口していることから50GBaudであることがわかり、遷移波形からナイキスト波形であることがわかる。上記では、アナログ変調信号s1(t)について説明したが、アナログ変調信号s2(t)についても同様である。 FIG. 6 shows electric signal characteristics of the light modulation device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6A shows the spectrum of the analog modulated signal s 1 (t) after the addition is performed by the power combiner 305a. From FIG. 6A, it can be seen that the power of the analog modulation signal s 1 (t) is distributed in a frequency range of 0 to 25 GHz. Thus, it can be confirmed from the spectrum that the Nyquist waveform signal has a symbol rate of 50 GBaud and a roll-off rate α≈0. FIG. 6B shows a time waveform of the analog modulation signal s 1 (t). From FIG. 6B, it can be seen that the time waveform is opened at 20 ps intervals, so that it is 50 GBaud, and the transition waveform is a Nyquist waveform. Although the analog modulation signal s 1 (t) has been described above, the same applies to the analog modulation signal s 2 (t).
図7は、本発明の第1の実施形態に係る光変調装置の出力光信号特性を表している。図7(a)は本発明に係る光変調装置の出力光信号のスペクトルを表しており、光変調装置の出力光信号の相対周波数が−25乃至25GHzの領域に電力が分布していることから、シンボルレート50GBaudで、ロールオフ率α≒0のナイキスト波形光信号が生成できていることがわかる。また、図7(b)は、本発明に係る光変調装置の出力光信号を復調した結果のコンスタレーションを表している。図7(b)に示されるように、信号劣化の大きさを示すエラーベクトル振幅(EVM:Error Vector Magnitude)が10%以下であり、これはビットエラーレート10−9以下に相当するので、良好な信号特性が得られていることがわかる。 FIG. 7 shows output optical signal characteristics of the optical modulation device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7A shows the spectrum of the output optical signal of the optical modulation device according to the present invention, because power is distributed in the region where the relative frequency of the output optical signal of the optical modulation device is −25 to 25 GHz. It can be seen that a Nyquist waveform optical signal having a roll-off rate α≈0 can be generated at a symbol rate of 50 GBaud. FIG. 7B shows a constellation as a result of demodulating the output optical signal of the optical modulation device according to the present invention. As shown in FIG. 7B, an error vector amplitude (EVM) indicating the magnitude of signal degradation is 10% or less, which corresponds to a bit error rate of 10 −9 or less, which is good. It can be seen that excellent signal characteristics are obtained.
上記実施例では、2系統の電気信号s1(t)及びs2(t)を光変調器に入力して光信号を生成する場合を例に説明したが、これは中長距離の光伝送において光位相変調信号を生成するにあたり、光の実軸と虚軸を個別に振幅変調する光IQ変調器が用いられることが多いからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、1系統の電気信号のみから光信号を生成するものでも、4系統の電気信号から光信号を生成するものでも、その他複数系統の電気信号から光信号を生成するものであっても、勿論構わない。 In the above-described embodiment, the case where two systems of electric signals s 1 (t) and s 2 (t) are input to the optical modulator to generate an optical signal has been described as an example. This is because optical IQ modulators that individually modulate the amplitude of the real axis and the imaginary axis of light are often used in generating optical phase modulation signals. However, the optical modulation device according to the present invention is not limited to this example, and the optical modulation device that generates an optical signal from only one electric signal, the one that generates an optical signal from four electric signals, and the like. Of course, an optical signal may be generated from a plurality of electrical signals.
また、上記実施例では、加算器としてパワーコンバイナを用いる場合を例に説明したが、これはパワーコンバイナの3ポートのインピーダンスが50Ωに揃えられるからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、パワースプリッタのように2ポートのインピーダンスが75Ωで1ポートのインピーダンスが50Ωのものを使用しても良いし、集積回路のようにインピーダンスマッチングを無視した構成の加算器を使用しても、勿論構わない。 In the above embodiment, the case where a power combiner is used as an adder has been described as an example. This is because the impedance of the three ports of the power combiner is made 50Ω. However, the light modulation device according to the present invention is not limited to this example, and a power splitter having a 2-port impedance of 75Ω and a 1-port impedance of 50Ω may be used, such as a power splitter, or an integrated circuit. Of course, it is possible to use an adder having a configuration in which impedance matching is ignored.
また、上記実施例では、光変調器として材料がニオブ酸リチウムの光IQ変調器を例に説明したが、これは、LN光変調器は損失やチャープが少なく消光比が高いため特性の良い光信号を生成できるからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、光変調器の材料として、インジウムリン、ガリウムヒ素、ガリウムナイトライド、シリコンなどの半導体を用いても良いし、ポリマーなどの有機材料であっても、勿論構わない。 In the above embodiment, an optical IQ modulator made of lithium niobate is used as an example of the optical modulator. This is because the LN optical modulator has low loss and chirp, and has a high extinction ratio. This is because a signal can be generated. However, the light modulation device according to the present invention is not limited to this example. As a material for the light modulator, a semiconductor such as indium phosphide, gallium arsenide, gallium nitride, silicon, or the like may be used. Of course, any organic material may be used.
また、上記実施例では、レーザ光源として狭線幅波長可変光源を用いる構成を例に説明したが、これは光の位相情報を利用するコヒーレント伝送には狭線幅であるほうが位相ノイズが少なく伝送特性が良好となるからであり、波長可変であると光通信波長帯全域をカバーできるからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、狭線幅ではないレーザであっても、波長可変ではないレーザであっても、勿論構わない。 In the above embodiment, a configuration using a narrow linewidth wavelength tunable light source as a laser light source has been described as an example. However, for coherent transmission using phase information of light, transmission with less phase noise is performed with a narrow linewidth. This is because the characteristics are good, and when the wavelength is variable, the entire optical communication wavelength band can be covered. However, the light modulation device according to the present invention is not limited to this example, and may be a laser that is not a narrow line width or a laser that is not variable in wavelength.
また、上記実施例では、生成される光信号のフォーマットが位相偏移変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)である場合を例に説明したが、これはQPSKを光IQ変調器で生成する場合には2系統の信号が2値信号となり現象が簡便であるからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、変調フォーマットがオンオフ変調(OOK:On-Off-Keying)であっても、QAMであっても、多次元符号化変調であっても、勿論構わない。 In the above embodiment, the case where the format of the generated optical signal is phase shift keying (QPSK) has been described as an example, but this is the case where QPSK is generated by the optical IQ modulator. This is because the two systems of signals become binary signals and the phenomenon is simple. However, the optical modulation device according to the present invention is not limited to this example, and the multi-dimensional code modulation is possible regardless of whether the modulation format is on-off modulation (OOK) or QAM. Even so, of course.
また、上記実施例では、電気信号を増幅するためにRFドライバを用いた構成を例に説明したが、これはデジタルアナログ変換器の出力は光変調器の駆動振幅より小さいことが多いためである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はRFドライバを使用する構成に限定されるものではなく、変調効率の高い光変調器を用いることによりRFドライバを使用しない構成でも良いし、高出力デジタルアナログ変換器を用いることによりRFドライバを使用しない構成でも良いし、増幅機能が設けられた周波数上方変換器または加算器を用いることによりRFドライバを使用しない構成でも、勿論構わない。 In the above embodiment, the configuration using the RF driver for amplifying the electric signal has been described as an example. This is because the output of the digital-analog converter is often smaller than the drive amplitude of the optical modulator. . However, the optical modulation device according to the present invention is not limited to the configuration using the RF driver, and may be configured so as not to use the RF driver by using an optical modulator having high modulation efficiency, or to a high output digital-analog conversion. Of course, a configuration that does not use an RF driver by using an amplifier, or a configuration that does not use an RF driver by using a frequency upward converter or an adder provided with an amplification function may be used.
また、上記実施例では、生成される光信号のシンボルレートが50GBaudの場合を例に説明したが、これは今回用いたデジタルアナログ変換器の帯域では生成できないシンボルレートであり、かつ計算が簡便なため原理の検証がしやすいからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、シンボルレートは40GBaudであっても、80GBaudであっても、その他のレートであっても、勿論構わない。 In the above embodiment, the case where the symbol rate of the generated optical signal is 50 GBaud has been described as an example. However, this is a symbol rate that cannot be generated in the band of the digital-analog converter used this time, and the calculation is simple. This is because it is easy to verify the principle. However, the light modulation device according to the present invention is not limited to this example, and the symbol rate may be 40 GBaud, 80 GBaud, or any other rate.
また、上記実施例では、生成される光信号がロールオフ率α≒0のナイキスト波形である場合を例に説明したが、これはα=0のナイキスト波形の信号のスペクトルが矩形であり本発明の原理を確認しやすいからである。しかしながら、本発明に係る光変調装置はこの例に限定されるものではなく、α=0.2のナイキスト波形であっても構わないし、α=1の矩形時間波形の信号であっても構わないし、その他のαであっても、勿論構わない。 In the above embodiment, the case where the generated optical signal has a Nyquist waveform with a roll-off rate α≈0 has been described as an example, but this is because the spectrum of the Nyquist waveform signal with α = 0 is rectangular. This is because it is easy to confirm the principle. However, the light modulation device according to the present invention is not limited to this example, and may be a Nyquist waveform with α = 0.2 or a signal with a rectangular time waveform with α = 1. Of course, other α may be used.
(第2の実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態に係る光変調装置を表している。図8には、デジタルIC200と、デジタルIC200と電気的に接続され、出力部に電気信号ポート202a乃至202dが設けられたデジタルアナログ変換器201と、デジタルアナログ変換器201に電気的に接続された電気信号合成部400と、電気信号合成部400と電気的に接続され、レーザ光源105と光学的に接続された光変調器106と、光変調器106の出力に光学的に接続された出力用光ポート107と、を備えた光変調器が示されている。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows an optical modulation apparatus according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, the digital IC 200 is electrically connected to the digital IC 200, and is electrically connected to the digital-analog converter 201 provided with the electric signal ports 202 a to 202 d in the output unit. The electrical signal synthesizer 400, the optical modulator 106 electrically connected to the electrical signal synthesizer 400, optically connected to the laser light source 105, and the output optically connected to the output of the optical modulator 106 An optical modulator with an optical port 107 is shown.
電気信号合成部400は、90°移相器401a及び401bと、IQ変調器410a及び410bと、周期信号発生器402と、加算器403a及び403bとを備える。IQ変調器410aは、周期信号発生器402の出力が入力される90°移相器401cと、90°移相器401aの一方の出力と90°移相器401cの一方の出力が入力される乗算器411aと、90°移相器401aの他方の出力と90°移相器401cの他方の出力が入力される乗算器411bと、乗算器411a及び411bの出力が入力される加算器403cとを含む。IQ変調器410bは、周期信号発生器402の出力が入力される90°移相器401dと、90°移相器401bの一方の出力と90°移相器401dの一方の出力が入力される乗算器411cと、90°移相器401bの他方の出力と90°移相器401dの他方の出力が入力される乗算器411dと、乗算器411c及び402dの出力が入力される加算器403dと、を含む。 The electric signal synthesis unit 400 includes 90 ° phase shifters 401a and 401b, IQ modulators 410a and 410b, a periodic signal generator 402, and adders 403a and 403b. The IQ modulator 410a receives the 90 ° phase shifter 401c to which the output of the periodic signal generator 402 is input, one output of the 90 ° phase shifter 401a, and one output of the 90 ° phase shifter 401c. A multiplier 411a, a multiplier 411b to which the other output of the 90 ° phase shifter 401a and the other output of the 90 ° phase shifter 401c are input, and an adder 403c to which the outputs of the multipliers 411a and 411b are input including. The IQ modulator 410b receives the 90 ° phase shifter 401d to which the output of the periodic signal generator 402 is input, one output of the 90 ° phase shifter 401b, and one output of the 90 ° phase shifter 401d. A multiplier 411c, a multiplier 411d to which the other output of the 90 ° phase shifter 401b and the other output of the 90 ° phase shifter 401d are input, and an adder 403d to which the outputs of the multipliers 411c and 402d are input ,including.
90°移相器401a及び401bは、電気信号ポート202a及び202cからそれぞれ出力される電気信号を90°位相差を有する2つの信号に分配する機能を有し、この機能はすなわちヒルベルト変換をしていることに相当する。90°移相器401a及び401bにおいてヒルベルト変換が行われた信号がIQ変調器410a及び410bに入力されるため、IQ変調器410a及び410bは片側波帯(SSB:Single Side Band)変調の動作をする。 The 90 ° phase shifters 401a and 401b have a function of distributing the electric signals output from the electric signal ports 202a and 202c, respectively, to two signals having a 90 ° phase difference, that is, by performing a Hilbert transform. It corresponds to being. Since the signals subjected to the Hilbert transform in the 90 ° phase shifters 401a and 401b are input to the IQ modulators 410a and 410b, the IQ modulators 410a and 410b perform a single side band (SSB) modulation operation. To do.
例えば、90°移相器401aの2出力のうち一方の位相を0°としたとき他方の位相は90°となる。同様に、90°位相器401bの2出力のうち一方の位相を0°としたとき他方の位相は90°となる。乗算器411aにおいて90°移相器401aの位相0°の出力及び90°移相器401cの位相0°の出力が乗算され、乗算器411bにおいて90°位相器401aの位相90°の出力及び90°移相器401cの位相90°の出力が乗算されるとき、IQ変調器410aはSSB変調の動作をする。 For example, when one of the two outputs of the 90 ° phase shifter 401a is 0 °, the other phase is 90 °. Similarly, when one of the two outputs of the 90 ° phase shifter 401b is 0 °, the other phase is 90 °. The multiplier 411a multiplies the 90 ° phase shifter 401a output of the 90 ° phase shifter 401a and the 90 ° phase shifter 401c output of the 90 ° phase shifter 401c, and the multiplier 411b outputs the 90 ° phase shifter 401a output of 90 ° and 90 °. When the phase 90 ° output of the phase shifter 401c is multiplied, the IQ modulator 410a operates in SSB modulation.
電気信号合成部がこのような構成であっても、本発明の効果を奏することができる。以下、図9を用いて、IQ変調器410a及び410bの動作について数式を用いて説明する。図9(a)は、IQ変調器410aを示している。周期信号発生器402が正弦波波形の信号を出力するものとし、その角周波数がω(周波数f=ω/2π)であるとすると、90°移相器401cへの入力Vinは、以下の(数式8)で表される。 Even if the electrical signal synthesis unit has such a configuration, the effects of the present invention can be achieved. Hereinafter, the operations of the IQ modulators 410a and 410b will be described using mathematical expressions with reference to FIG. FIG. 9A shows the IQ modulator 410a. If the periodic signal generator 402 outputs a signal having a sine wave waveform and the angular frequency is ω (frequency f = ω / 2π), the input Vin in the 90 ° phase shifter 401c is as follows: (Expression 8)
Vin=cos(ωt) (数式8)
90°移相器401cは、(数式8)の入力に対し、90°位相差のついた2つの信号として、乗算器411aに対してcos(ωt)、乗算器411bに対してsin(ωt)を出力する。
V in = cos (ωt) (Formula 8)
The 90 ° phase shifter 401c receives cos (ωt) for the multiplier 411a and sin (ωt) for the multiplier 411b as two signals having a 90 ° phase difference with respect to the input of (Equation 8). Is output.
一方、90°移相器401aが正弦波波形の信号を出力しているものと想定し、その角周波数がΩ(周波数F=Ω/2π)であると仮定する。90°移相器401aは90°位相差のついた2つの信号を出力するので、乗算器411aに対してcos(Ωt)、乗算器411bに対してsin(Ωt)を出力するものとする。乗算器411aは乗算の結果としてcos(ωt)cos(Ωt)を、乗算器411bは乗算の結果としてsin(ωt)sin(Ωt)を、加算器403cに出力する。乗算器411a及び411bから出力された信号が加算器403cで加算されることにより、最終的に、IQ変調器410aの出力信号Voutは、以下の(数式9)で示される。 On the other hand, it is assumed that the 90 ° phase shifter 401a outputs a signal having a sinusoidal waveform, and its angular frequency is assumed to be Ω (frequency F = Ω / 2π). Since the 90 ° phase shifter 401a outputs two signals with a 90 ° phase difference, cos (Ωt) is output to the multiplier 411a and sin (Ωt) is output to the multiplier 411b. The multiplier 411a outputs cos (ωt) cos (Ωt) as a multiplication result, and the multiplier 411b outputs sin (ωt) sin (Ωt) as a multiplication result to the adder 403c. By adding the signals output from the multipliers 411a and 411b by the adder 403c, the output signal Vout of the IQ modulator 410a is finally expressed by the following (Equation 9).
出力信号Voutのスペクトルを、図9(b)に示す。図9(b)に示されるように、IQ変調器410aは、90°移相器401aの出力角周波数Ωを、周期信号発生器402の出力角周波数ωだけ上方変換(すなわち、90°移相器401aの出力周波数Fを、周期信号発生器402の出力周波数fだけ上方変換)することができる。 The spectrum of the output signal V out is shown in FIG. As shown in FIG. 9B, the IQ modulator 410a up-converts the output angular frequency Ω of the 90 ° phase shifter 401a by the output angular frequency ω of the periodic signal generator 402 (ie, 90 ° phase shift). The output frequency F of the generator 401 a can be converted upward by the output frequency f of the periodic signal generator 402.
出力信号Vout及び第2のアナログ信号は、加算器403aに入力されて加算され、アナログ変調信号s1(t)として光変調器106に出力される。 The output signal Vout and the second analog signal are input to the adder 403a and added, and output to the optical modulator 106 as an analog modulation signal s 1 (t).
なお、上述の説明では、90°移相器401aの出力は、単一の周波数成分である正弦波波形の信号として説明したが、実際には、図5に示されるs1U’(t)のような、所定の帯域にわたって分布する周波数成分を有する信号である。90°移相器401aの出力がこのような信号であっても、IQ変調器410aは90°移相器401aの出力信号を、周期信号発生器402の出力周波数だけ周波数上方変換できることは言うまでもない。また、当然ではあるが、IQ変調器410bも、IQ変調器410aと同様の動作をするものであることは、言うまでもない。 In the above description, the output of the 90 ° phase shifter 401a has been described as a sinusoidal waveform signal that is a single frequency component, but in practice, the output of s 1U ′ (t) shown in FIG. Such a signal having frequency components distributed over a predetermined band. It goes without saying that even if the output of the 90 ° phase shifter 401a is such a signal, the IQ modulator 410a can upconvert the output signal of the 90 ° phase shifter 401a by the output frequency of the periodic signal generator 402. . Needless to say, the IQ modulator 410b operates in the same manner as the IQ modulator 410a.
本発明の第2の実施形態に係る光変調装置によると、IQ変調器410を用いてSSB変調により周波数上方変換を行う場合、周波数上方変換の演算時の不要スペクトル成分発生を抑えることができる。もし不要なスペクトル成分が発生する構成の周波数上方変換部であった場合にはバンドパスフィルタを追加で設けなければならず、部品点数が増大する。また、バンドパスフィルタを追加で設ける場合には、一般にカットオフ特性が急峻なフィルタは実現が難しいためカットオフ特性が緩やかなフィルタを用いることになってしまうが、この場合は必要な信号がフィルタリングされてしまったり、不要な信号が残留してしまったりすることにより、生成する電気信号の特性が劣化してしまう。これらの特性劣化をデジタルIC200内のデジタル処理で事前に補償することも可能であるが、この場合にはデジタルICの規模が増大してしまう。上記から、信号特性劣化やデジタルIC規模増大を抑えて本発明の効果を奏することができることが、本発明の第2の実施形態に係る光変調装置の利点である。 According to the optical modulation device according to the second embodiment of the present invention, when frequency up-conversion is performed by SSB modulation using the IQ modulator 410, generation of unnecessary spectral components at the time of frequency up-conversion calculation can be suppressed. If the frequency up-conversion unit is configured to generate unnecessary spectral components, an additional band-pass filter must be provided, increasing the number of components. In addition, when an additional bandpass filter is provided, it is generally difficult to realize a filter with a steep cutoff characteristic, so a filter with a gentle cutoff characteristic is used. In this case, the necessary signal is filtered. As a result, or unnecessary signals remain, the characteristics of the generated electric signal deteriorate. These characteristic deteriorations can be compensated in advance by digital processing in the digital IC 200, but in this case, the scale of the digital IC increases. From the above, it is an advantage of the light modulation device according to the second embodiment of the present invention that the effects of the present invention can be achieved while suppressing signal characteristic deterioration and digital IC scale increase.
また、本発明の第2の実施形態に係る光変調装置において、SSB変調を行うために必要なヒルベルト変換対の生成に90°位相器を用いることで、デジタルアナログ変換器の規模を抑えることができる。ヒルベルト変換対の生成はデジタル領域でもアナログ領域でも行うことができるが、デジタル領域でヒルベルト変換対を生成すると、図8に示される構成と同様の信号処理を行うためにはデジタルアナログ変換器の出力RF端子が6個必要になり、図8に示される電気信号ポートが4個の構成と比較して1.5倍に増加してしまう。このように、デジタルアナログ変換器の規模増大を抑えつつ本発明の効果を奏することができることが、本発明の第2の実施形態の利点である。 Further, in the optical modulation device according to the second embodiment of the present invention, the scale of the digital-analog converter can be suppressed by using a 90 ° phase shifter for generating the Hilbert transform pair necessary for performing the SSB modulation. it can. The generation of the Hilbert transform pair can be performed in the digital domain or the analog domain. However, when the Hilbert transform pair is generated in the digital domain, in order to perform signal processing similar to the configuration shown in FIG. Six RF terminals are required, and the number of electrical signal ports shown in FIG. 8 is increased by a factor of 1.5 compared to the four configuration. Thus, it is an advantage of the second embodiment of the present invention that the effects of the present invention can be achieved while suppressing the increase in the scale of the digital-analog converter.
(第3の実施形態)
図10は、本発明の第3の実施形態に係る光変調装置を表している。図10に示されるように、第3の実施形態に係る光変調装置は、第2の実施形態に係る光変調装置と同様の構成を有しているが、デジタルIC200においてデジタル変調信号s(t)を高周波側信号sU(t)と低周波側信号sL(t)に分割する際、その分割が非対称であり、低周波側信号sL(t)の信号帯域が、高周波側信号sU(t)の信号帯域と低周波側信号sL(t)の信号帯域の合計に対して52%以上である点で第2の実施形態と異なる。
(Third embodiment)
FIG. 10 shows an optical modulation apparatus according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the light modulation device according to the third embodiment has the same configuration as the light modulation device according to the second embodiment, but the digital modulation signal s (t (t ) Is divided into the high frequency side signal s U (t) and the low frequency side signal s L (t), the division is asymmetric, and the signal band of the low frequency side signal s L (t) is the high frequency side signal s. It differs from the second embodiment in that it is 52% or more with respect to the total of the signal band of U (t) and the signal band of the low frequency side signal s L (t).
図10にはまた、本発明の第3の実施形態に係る光変調装置における信号処理の概略が示されている。図8に示される本発明の第2の実施形態に係る光変調装置の構成では、ヒルベルト変換器として90°移相器401a及び401bを用いている。しかし、信号電力が分布している周波数帯から0Hzまで90°性を保つ90°移相器は、一般的に実現が困難である。すなわち、本発明に係る光変調装置において、シンボルレート50GBaudの信号を生成する場合(信号の周波数帯域は0〜25GHz)には、高周波側信号sU(t)を周波数下方変換した信号sU’(t)の帯域である0Hzから12.5GHzにわたり90°性を保った90°移相器が必要であるが、その実現が困難である。その理由は、桁で異なる周波数に対してインピーダンス整合をとることが原理的に困難だからである。 FIG. 10 also shows an outline of signal processing in the light modulation device according to the third embodiment of the present invention. In the configuration of the optical modulation device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 8, 90 ° phase shifters 401a and 401b are used as Hilbert converters. However, it is generally difficult to realize a 90 ° phase shifter that maintains 90 ° characteristics from a frequency band in which signal power is distributed to 0 Hz. That is, in the light modulation device according to the present invention, when a signal with a symbol rate of 50 GBaud is generated (the frequency band of the signal is 0 to 25 GHz), the signal s U ′ obtained by down-converting the high frequency side signal s U (t). Although a 90 ° phase shifter that maintains 90 ° property from 0 Hz to 12.5 GHz, which is the band of (t), is necessary, it is difficult to realize it. The reason is that, in principle, it is difficult to achieve impedance matching for frequencies that are different by digits.
そこで、本発明の第3の実施形態に係る光変調装置のように、例えば高周波側信号sU(t)は帯域13.5〜25GHzの周波数帯とし、それを周波数下方変換した信号sU’(t)は帯域1.0〜12.5GHzの信号となるようにデジタルIC200において信号処理すれば、DC成分に近い低周波帯の信号が90°移相器へ入力されることを回避できるため、90°移相器の90°性を保つことが可能である。このとき、高周波側信号sU(t)の信号帯域を削った分だけ低周波側信号sL(t)の信号帯域を増やし、この例では0Hzから13.5GHzに分布するようにデジタルIC200で信号処理すればよい。そして、周期信号発生器402を、第2の実施形態と同様に、デジタル変調信号s(t)の帯域の中心となる周波数(上述の例では12.5GHz)の正弦波波形の信号を出力するように設定すれば、加算器403aおよび403bから、図10に示すように、元のデジタル変調信号s(t)と同じ帯域のアナログ変調信号を得ることができる。 Therefore, as in the optical modulation apparatus according to the third embodiment of the present invention, for example, the high frequency side signal s U (t) is a frequency band of 13.5 to 25 GHz, and the signal s U ′ obtained by frequency down-converting it. If the digital IC 200 performs signal processing so that (t) is a signal in the band of 1.0 to 12.5 GHz, it is possible to avoid a low-frequency band signal close to a DC component being input to the 90 ° phase shifter. The 90 ° property of the 90 ° phase shifter can be maintained. At this time, the signal band of the low frequency side signal s L (t) is increased by the amount corresponding to the reduction of the signal band of the high frequency side signal s U (t), and in this example, the digital IC 200 distributes from 0 Hz to 13.5 GHz. Signal processing may be performed. Then, similarly to the second embodiment, the periodic signal generator 402 outputs a signal having a sinusoidal waveform having a frequency (12.5 GHz in the above example) that is the center of the band of the digital modulation signal s (t). By setting as described above, an analog modulation signal having the same band as that of the original digital modulation signal s (t) can be obtained from the adders 403a and 403b as shown in FIG.
上記のように、低い周波数帯を避けるように非対称にスペクトルを分割するデジタル処理をする場合には、高周波側信号sU(t)の信号帯域(ΔfSU)と低周波側信号sL(t)の信号帯域(ΔfSL)の合計に対して低周波側信号sL(t)の信号帯域が52%以上に設定すると、信号品質の劣化がない出力光信号が得られる。ここで、「高周波側信号sU(t)の信号帯域(ΔfSU)と低周波側信号sL(t)の信号帯域(ΔfSL)の合計」とは、デジタル変調信号s(t)の全信号帯域にほかならない。 As described above, when digital processing is performed to asymmetrically divide the spectrum so as to avoid the low frequency band, the signal band (Δf SU ) of the high frequency side signal s U (t) and the low frequency side signal s L (t When the signal band of the low frequency side signal s L (t) is set to 52% or more with respect to the total of the signal band (Δf SL ) of), an output optical signal with no deterioration in signal quality can be obtained. Here, “the sum of the signal band (Δf SU ) of the high frequency side signal s U (t) and the signal band (Δf SL ) of the low frequency side signal s L (t)” refers to the digital modulation signal s (t). This is the entire signal band.
図11は、高周波側信号sU(t)と低周波側信号sL(t)の合計に対する低周波側信号sL(t)の割合の出力光信号品質への影響を表している。図11の横軸はΔfSL/(ΔfSL+ΔfSU)を表しており、縦軸は信号劣化の大きさを表すEVMを表している。図11に示されるように、ΔfSL/(ΔfSL+ΔfSU)が50%以下の領域ではEVMが20%以上となり信号劣化が見られるが、ΔfSL/(ΔfSL+ΔfSU)が52%以上の領域ではEVMが10%以下となり信号劣化が見られない。 Figure 11 shows the effect on the high frequency side signal s U (t) and the output optical signal quality ratio of the low frequency side signal s L low-frequency side signal s to the sum of (t) L (t). The horizontal axis in FIG. 11 represents Δf SL / (Δf SL + Δf SU ), and the vertical axis represents EVM representing the magnitude of signal degradation. As shown in FIG. 11, when Δf SL / (Δf SL + Δf SU ) is 50% or less, EVM is 20% or more and signal deterioration is observed, but Δf SL / (Δf SL + Δf SU ) is 52% or more. In this area, the EVM is 10% or less and no signal deterioration is observed.
このように、本発明の第3の実施形態に係る光変調装置の構成においては、高周波側の信号帯域(ΔfSU)と低周波側の信号帯域(ΔfSL)の合計に対して低周波側の信号帯域が52%以上とすることが望ましい。 As described above, in the configuration of the optical modulation device according to the third embodiment of the present invention, the low frequency side with respect to the sum of the high frequency side signal band (Δf SU ) and the low frequency side signal band (Δf SL ). It is desirable that the signal band of the above is 52% or more.
以上のように、本発明の第3の実施形態に係る光変調装置では、帯域の狭いデジタルアナログ変換器201による帯域制限のボトルネックを受けることなく、かつ電気信号合成部410を構成する90°移相器401における90°移相特性の影響を受けることなく、高速なシンボルレートの変調光信号を得ることができる。 As described above, in the optical modulation device according to the third embodiment of the present invention, the 90 ° configuration of the electric signal combining unit 410 without receiving the band limitation bottleneck caused by the narrow band digital-to-analog converter 201. A modulated optical signal with a high symbol rate can be obtained without being affected by the 90 ° phase shift characteristic in the phase shifter 401.
(第4の実施形態)
図12は、本発明の第4の実施形態に係る光変調装置を表している。本実施形態に係る光変調装置は、第2の実施形態で述べた電気信号合成部400におけるヒルベルト変換機能を、図12に示すデジタルIC500におけるデジタル処理で実施するものであり、デジタルIC500、デジタルアナログ変換器501及び電気信号ポート502a及び502f以外の構成は第2の実施形態と同じである。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 shows an optical modulation apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The light modulation device according to the present embodiment performs the Hilbert transform function in the electric signal synthesis unit 400 described in the second embodiment by digital processing in the digital IC 500 shown in FIG. The configuration other than the converter 501 and the electric signal ports 502a and 502f is the same as that of the second embodiment.
IQ変調器410aの入力には、デジタルアナログ変換器501の2つの電気信号ポート502a及び502bを用い、IQ変調器410a及び410bの入力には、デジタルアナログ変換器501の2つの電気信号ポート502d及び502eを用いる。IQ変調器410a及び410bはSSB変調として駆動されるため、デジタルIC500におけるデジタル処理により電気信号ポート502a及び502bから出力される信号はヒルベルト変換対をなし、同様に、電気信号ポート502d及び502eから出力される信号もヒルベルト変換対をなす。このような構成であっても、本発明の効果を奏することができる。 Two electrical signal ports 502a and 502b of the digital-analog converter 501 are used as inputs to the IQ modulator 410a, and two electrical signal ports 502d and 502d of the digital-analog converter 501 are used as inputs to the IQ modulators 410a and 410b. 502e is used. Since the IQ modulators 410a and 410b are driven as SSB modulation, signals output from the electric signal ports 502a and 502b by digital processing in the digital IC 500 form a Hilbert transform pair, and similarly output from the electric signal ports 502d and 502e. The signal to be processed also forms a Hilbert transform pair. Even if it is such a structure, there can exist the effect of this invention.
なお、本実施形態に係る光変調装置において、第3の実施形態と同様に、デジタルIC500にて、低周波側信号sL(t)の帯域を、変調信号s(t)の帯域のうち下方52%以上の信号帯域となるようにして非対称に分割するように処理してもよい。 In the optical modulation device according to the present embodiment, as in the third embodiment, in the digital IC 500, the band of the low frequency side signal s L (t) is lower than the band of the modulation signal s (t). You may process so that it may divide | segment asymmetrically so that it may become a signal band of 52% or more.
図13は、第1乃至第4の実施形態に係る光変調装置における、信号品質のシンボルレート依存性の比較を表している。図13に示されるグラフの横軸はシンボルレートであり、縦軸は信号劣化の大きさを表すEVMである。ここでは3dB帯域が20GHzのデジタルアナログ変換器を用いた。いずれの実施形態で説明した光変調装置も、図13で示すものと同様の特性を示している。シンボルレートが増大していくとデジタルアナログ変換器の帯域制限の影響でEVMが増大する。 FIG. 13 shows a comparison of the symbol rate dependence of the signal quality in the light modulation devices according to the first to fourth embodiments. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 13 is a symbol rate, and the vertical axis is EVM representing the magnitude of signal degradation. Here, a digital-to-analog converter having a 3 dB band of 20 GHz was used. The light modulation device described in any of the embodiments exhibits the same characteristics as those shown in FIG. As the symbol rate increases, EVM increases due to the band limitation of the digital-analog converter.
図13に示されるように、図1に示す従来の光変調装置の出力光信号品質は、シンボルレート25GBaud以上のときにEVMが10%を超える。一方、本発明に係る光変調装置の出力光信号は、シンボルレート50GBaud以下のときにはEVM10%を下回っている。このように、本発明に係る光変調装置は、3dB帯域が20GHzのデジタルアナログ変換器を用いた場合には、従来の光変調装置では特性が劣化してしまうようなシンボルレート25GBaud以上であっても、変調特性の劣化を抑制することができる。すなわち、本発明に係る光変調装置では、帯域の狭いデジタルアナログ変換器による帯域制限のボトルネックを受けることなく、高速なシンボルレートの変調光信号を得ることができる。 As shown in FIG. 13, the output optical signal quality of the conventional optical modulator shown in FIG. 1 exceeds 10% when the symbol rate is 25 GBaud or more. On the other hand, the output optical signal of the light modulation device according to the present invention is lower than EVM 10% when the symbol rate is 50 GBaud or less. As described above, the optical modulation device according to the present invention has a symbol rate of 25 GBaud or more that would deteriorate the characteristics of the conventional optical modulation device when a digital-to-analog converter with a 3 dB band of 20 GHz is used. Also, it is possible to suppress the deterioration of the modulation characteristics. That is, in the optical modulation device according to the present invention, a modulated optical signal with a high symbol rate can be obtained without receiving a bottleneck of band limitation due to a narrow band digital-analog converter.
(第5の実施形態)
図14は、本発明の第5の実施形態に係る光変調装置を表している。図14に示す本発明の第5の実施形態に係る光変調装置は、周波数上方変換部202a及び202bと、加算器203a及び203bとが1チップの電気信号合成IC600に集積されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 shows an optical modulation device according to the fifth embodiment of the present invention. In the optical modulation device according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 14, the frequency up-conversion units 202a and 202b and the adders 203a and 203b are integrated in an electric signal synthesis IC 600 of one chip.
電気信号ポート202a乃至202dから出力されるデジタルアナログ変換器201の出力信号は電気信号合成IC600に入力され、電気信号合成IC600の内部で周波数上方変換及び加算の演算がなされた後に出力される。このような構成により、小型な部品を用いて本発明の効果を奏することができる。 The output signal of the digital-analog converter 201 output from the electrical signal ports 202a to 202d is input to the electrical signal synthesis IC 600, and is output after frequency up-conversion and addition operations are performed within the electrical signal synthesis IC 600. With such a configuration, the effects of the present invention can be achieved using small components.
(第6の実施形態)
図15は、本発明の第6の実施形態に係る光変調装置を表している。図15に示す本発明の第6の実施形態に係る光変調装置は、電気信号合成IC600の内部に、アナログ変調信号を増幅する信号増幅部701a及び701bを備える。このような構成により、変調効率が高くない光変調器を用いる場合にも変調器ドライバを追加することなく簡易な構成で本発明の効果を奏することができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 15 shows an optical modulation apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The optical modulation device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 15 includes signal amplification units 701a and 701b for amplifying an analog modulation signal inside the electric signal synthesis IC 600. With such a configuration, even when an optical modulator with low modulation efficiency is used, the effects of the present invention can be achieved with a simple configuration without adding a modulator driver.
デジタルIC 101、200、500
デジタルアナログ変換器 102、201、302、501
電気信号ポート 103、202、502
変調器ドライバ104
レーザ光源 105
光変調器 106、308
出力用光ポート 107
電気信号合成部 210、400
周波数上方変換部 211、304
加算器 212、403
DSP 301
RF端子 303、307
パワーコンバイナ 305
RFドライバ 306
狭線幅波長可変レーザ 309
光コネクタ 310
90°移相器401
周期信号発生器 402
IQ変調器 410
乗算器 411
電気信号合成IC 600
信号増幅部 701
Digital IC 101, 200, 500
Digital-to-analog converter 102, 201, 302, 501
Electrical signal port 103, 202, 502
Modulator driver 104
Laser light source 105
Optical modulator 106, 308
Output optical port 107
Electric signal synthesizer 210, 400
Frequency upward conversion unit 211, 304
Adders 212 and 403
DSP 301
RF terminal 303, 307
Power combiner 305
RF driver 306
Narrow linewidth tunable laser 309
Optical connector 310
90 ° phase shifter 401
Periodic signal generator 402
IQ modulator 410
Multiplier 411
Electric signal synthesis IC 600
Signal amplification unit 701
Claims (8)
前記デジタルICと電気的に接続されたデジタルアナログ変換器と、
前記デジタルアナログ変換器と電気的に接続された電気信号合成部と、
前記電気信号合成部と電気的に接続され、光源から入力した光を前記電気信号合成部が出力するアナログ変調信号で変調する光変調器と、を備え、
前記デジタルICは、デジタル変調信号を高周波側成分のデジタル信号と低周波側成分のデジタル信号とに分離し、前記高周波側成分のデジタル信号を周波数下方変換し、前記低周波側成分のデジタル信号と前記周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号とを前記デジタルアナログ変換器へ出力し、
前記デジタルアナログ変換器は、前記周波数下方変換した高周波側成分のデジタル信号を第1のアナログ信号に変換し、前記低周波側成分のデジタル信号を第2のアナログ信号に変換し、前記第1および第2のアナログ信号を前記電気信号合成部へ出力し、
前記電気信号合成部は、前記第1のアナログ信号を周波数上方変換して前記高周波側成分のデジタル信号と同じ周波数帯域を有する周波数上方変換された第1のアナログ信号を生成し、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とを加算し、当該加算信号をアナログ変調信号として前記光変調器に出力することを特徴とする光変調装置。 Digital IC,
A digital-to-analog converter electrically connected to the digital IC;
An electrical signal synthesis unit electrically connected to the digital-analog converter;
An optical modulator that is electrically connected to the electrical signal synthesis unit and modulates light input from a light source with an analog modulation signal output by the electrical signal synthesis unit;
The digital IC separates the digital modulation signal into a high frequency side component digital signal and a low frequency side component digital signal, down-converts the high frequency side component digital signal, and the low frequency side component digital signal Output the digital signal of the high frequency side component that has been down-converted to the frequency to the digital analog converter,
The digital-to-analog converter converts the digital signal of the high-frequency side component that has been down-converted into the frequency into a first analog signal, converts the digital signal of the low-frequency side component into a second analog signal, and Outputting a second analog signal to the electrical signal synthesizer;
The electrical signal synthesis unit frequency-upconverts the first analog signal to generate a frequency-upconverted first analog signal having the same frequency band as the digital signal of the high-frequency side component, and the frequency up-conversion An optical modulation device characterized by adding the first analog signal and the second analog signal, and outputting the added signal as an analog modulation signal to the optical modulator.
前記第1のアナログ信号を周波数上方変換して前記高周波側成分のデジタル信号と同じ周波数帯域を有する周波数上方変換された第1のアナログ信号を生成する周波数上方変換部と、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とを加算し、当該加算信号を前記アナログ変調信号として前記光変調器に出力する加算部と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The electrical signal synthesizer
A frequency up converter for generating a first analog signal frequency up conversion having the same frequency band as the digital signal of the first said high frequency side component and frequency up converts the analog signal, which is the frequency up conversion An adder that adds the first analog signal and the second analog signal and outputs the added signal to the optical modulator as the analog modulation signal;
The light modulation device according to claim 1, further comprising:
IQ変調器と、周期信号発生器と、第1及び第2の加算器と、を備え、
前記IQ変調器は、第1の90度移相器と、第1及び第2の乗算器と、を含み、
前記周期信号発生器は、前記第1のアナログ信号を周波数上方変換する際の周波数シフト量となる周波数の信号を前記第1の90度移相器に出力し、
前記第1の90度移相器は、前記周期信号発生器から入力した信号に基づいて、前記周期信号発生器の信号と同相の信号及び前記周期信号発生器の信号を90度位相シフトさせた信号を生成して前記第1及び第2の乗算器に出力し、
前記第1の乗算器は、前記同相の信号と前記第1のアナログ信号とを乗算して前記第1の加算器へ出力し、
前記第2の乗算器は、前記90度位相シフトさせた信号と、前記第1のアナログ信号を90度位相シフトさせた信号とを乗算して前記第1の加算器へ出力し、
前記第1の加算器は、前記第1及び第2の乗算器からの出力を加算することで、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号を生成して前記第2の加算器に出力し、
前記第2の加算器は、前記周波数上方変換された第1のアナログ信号と前記第2のアナログ信号とを加算し、当該加算信号を前記アナログ変調信号として前記光変調器に出力することを特徴とする請求項1に記載の光変調装置。 The electrical signal synthesizer
An IQ modulator, a periodic signal generator, and first and second adders,
The IQ modulator includes a first 90 degree phase shifter, and first and second multipliers;
The periodic signal generator outputs a signal having a frequency that is a frequency shift amount when the first analog signal is frequency-upconverted to the first 90-degree phase shifter,
The first 90-degree phase shifter shifts the signal in phase with the signal of the periodic signal generator and the signal of the periodic signal generator by 90 degrees based on the signal input from the periodic signal generator. Generating a signal and outputting it to the first and second multipliers;
The first multiplier multiplies the in-phase signal and the first analog signal and outputs the result to the first adder.
The second multiplier multiplies the signal phase-shifted by 90 degrees and the signal obtained by phase-shifting the first analog signal by 90 degrees and outputs the result to the first adder;
The first adder adds the outputs from the first and second multipliers to generate a first analog signal whose frequency is up- converted and outputs the first analog signal to the second adder. ,
The second adder adds the first analog signal that has been frequency- upconverted and the second analog signal, and outputs the added signal to the optical modulator as the analog modulation signal. The light modulation device according to claim 1.
前記第2の90度移相器は、前記第1のアナログ信号が入力され、前記第1のアナログ信号と同相の信号を前記第1の乗算器に出力し、前記第1のアナログ信号を90度位相シフトさせた信号を前記第2の乗算器に出力することを特徴とする請求項3に記載の光変調装置。 The electrical signal synthesis unit further includes a second 90-degree phase shifter,
The second 90-degree phase shifter receives the first analog signal, outputs a signal in phase with the first analog signal to the first multiplier, and outputs the first analog signal to the first 90-degree phase shifter. 4. The optical modulation device according to claim 3, wherein the phase-shifted signal is output to the second multiplier. 5.
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