JP6961986B2 - 光送信機、及び光伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、光送信機及び光伝送方法に関する。

近年、クラウドコンピューティング、クラウドサービス等の普及に伴い、データ処理速度とデータ伝送速度の向上がいっそう求められている。データ伝送に使用される光送受信器として１チャネルあたり１００Ｇｂｐｓ以上の伝送レートを実現する光トランシーバが導入されつつある。ｘＤＳＬ規格で使用されているＤＭＴ（Discrete Multi-Tone：離散マルチトーン）方式を光伝送ネットワークに適用することで、１００Ｇｂｐｓを超える伝送レートも実現されている。

一方、デジタルコヒーレント技術を用いた高速光伝送の変調では、チャーピングの影響を防止するためにマッハツェンダ（ＭＺ）型変調器などの外部変調器が一般的に用いられている。外部変調器では、温度変動、経年変化等により動作点がドリフトする。ＮＲＺ（non-return-to-zero）方式のデジタルデータ伝送における動作点ドリフトの補償方法として、光変調器の駆動信号に低周波信号を重畳する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。低周波信号の重畳により、駆動信号は入力データの２つの論理値のレベル、たとえば「０」レベルと「１」レベルに対応する電位レベルで、緩やかに振幅変調される。光変調器からの出力光をモニタし、重畳された低周波成分が検出されないようにバイアス電圧を制御することで動作点のドリフトが防止される。

特開平３−２５１８１５

図１に示すように、外部変調器は周期的な消光特性または電圧対光出力特性を有する。動作点（たとえば光強度が１／２になる点）がずれると、出力される光パワーの強度が変動する。図１の例では動作点がマイナス側に大きくずれて、所定の光出力を得ることができない。ＤＭＴ変調等で生成されるアナログ信号にも低周波信号を重畳して、動作点のドリフトを補償することが考えられる。しかし、アナログ信号に従来のデジタル変調方式のバイアス制御をそのまま適用すると十分な制御感度が得られない。制御感度を上げようとすると、消光特性曲線の非線形領域での信号伝送の劣化が顕著になるという問題がある。

本発明は、動作点ドリフト補正の制御感度を高く維持しつつ、伝送容量の劣化を低減することのできる光伝送技術を提供することを課題とする。

本発明の一態様では、光送信機は、
光源からの光を変調する光変調器と、
前記光変調に入力される駆動信号を生成するプロセッサと、
を有し、
前記プロセッサは、アナログ信号に、低周波で振幅変調されたバイアス制御信号を一定間隔で挿入して前記駆動信号を生成する。

動作点ドリフト補正の制御感度を高く維持しつつ伝送容量の劣化を低減することができる。

外部光変調器の消光特性曲線と動作点ドリフトを示す図である。 ＤＭＴ方式の伝送技術を説明する図である。 アナログ信号に従来のＮＲＺ方式でのバイアス制御をそのまま適用したときの問題点を説明する図である。 実施形態のバイアス制御の原理を説明する図である。 実施形態がターゲットとする制御感度を説明する図である。 制御感度の計算を説明する図である。 伝送容量の劣化を示す図である。 実施形態の制御感度の計算を説明する図である。 バイアス制御信号に重畳される低周波信号の振幅と、アナログ光信号の伝送量劣化の関係を示す図である。 実施形態の光送信機の概略ブロック図である。 送信側のＤＭＴ信号生成部の概略図である。 実施形態の光送信機の動作フローを示す図である。 実施形態の光送信機の変形例を示す図である。 変形例の光送信機の動作フローを示す図である。 サイクリックプレフィックスを制御信号として利用する例を示す図である。 実施形態の光送信機が適用される光トランシーバの概略図である。

図２は、本発明が適用される光伝送の一例として、ＤＭＴ方式の伝送技術を説明する図である。ＤＭＴはＯＦＤＭ（直交周波数）を基礎とし、データは複数のサブキャリアに分割されて送信される。このように複数のキャリア周波数を用いた伝送方式をマルチキャリア伝送と呼んでもよい。マルチキャリア伝送では所定の周波数帯域に多数のサブキャリアが含まれている。チャネル品質等の伝搬状態は、必ずしも全帯域にわたって均等とは限らず、サブキャリアによって伝送特性が異なる場合がある。ＤＭＴ方式では、通常はシステム起動時に受信状況をモニタしてチャネル品質を確認し、伝送特性に応じてサブキャリアの多値度とパワー割り当てが決められる。

ＤＭＴ方式では、伝送特性の良いサブキャリアに１シンボル当たり、より多くのビット数が割り当てられる。伝送特性のよいサブキャリアを複数束ねて多値レベルの高い変調（たとえば１２８値の７ビット伝送）を行い、伝送特性があまり良くないサブキャリアでは多値レベルの小さい変調（たとえば４値の２ビット伝送）を行う。伝送特性に応じて、サブキャリアの多値度（ビット数）とパワーレベルを適応的に割り当てることで、高速伝送が実現される。

図３は、アナログ信号にＮＲＺ方式でのバイアス制御をそのまま適用したときの問題点を説明する図である。ＮＲＺ方式のデジタル変調では、光変調器に入力される駆動信号は入力データの論理値に対応して、高電位レベルと低電位レベルの間で一定の振幅で高速に振動している。入力駆動信号に低周波信号が重畳されることにより、駆動信号の振幅に時間方向に連続して緩やかな変調がかけられる。光変調器の出力光に含まれる低周波成分に基づいて、動作点が制御される。

ＤＭＴ等で生成されるアナログ信号は、その振幅レベルがアナログ的に変化する。アナログ変調信号の駆動振幅は、消光特性曲線の線形領域で変調が行われるように設定されている。図３（Ａ）に示すように、アナログ変調方式の入力駆動信号に低周波信号が重畳されている場合、消光特性曲線の最小と最大に近い非線形領域で低周波成分が検出されないと、ドリフト補償の制御が行われない。線形領域での変調信号であるＤＭＴ信号に、非線形領域を用いる補償手法を適用した場合、十分なドリフト補正効果が期待できない。

制御感度を上げるために主信号の振幅を大きくすると、光変調器から出力されるＤＭＴ変調光は消光特性曲線の非線形部分の影響を受けて、伝送容量が劣化する。

図３（Ｂ）に示すように、消光特性を最小から最大まで変化させる電圧をＶπ（半波長電圧）とすると、Ｖπの０．４〜０．６倍の変調振幅で最大のＤＭＴ容量を達成することができる。変調振幅がＶπの０．８倍以上になると消光特性の非線形領域に入り、制御感度は向上しても、ＤＭＴ伝送容量が劣化する。

そこで、実施形態では、制御感度を高く維持しながら、消光特性の非線形領域での容量劣化を防止して、動作点ドリフトを効果的に補償することのできる光伝送制御方法を提供する。

図４は、実施形態のバイアス制御の原理を説明する模式図である。実施形態では、光変調器に入力されるアナログ変調信号に一定期間ごとにバイアス制御信号を挿入する。この例では、光変調器に複数のサブキャリア信号を含むＤＭＴ変調信号が入力される。ＤＭＴ変調信号の振幅はアナログ的に変化する。このように振幅レベルがアナログ的に変化して光変調器を駆動する駆動信号を便宜上「アナログ変調信号」と称して、デジタル変調方式の駆動信号と区別する。

アナログ変調信号に挿入されるバイアス制御信号の振幅は、主信号のアナログ変調信号よりも大きいことが望ましい。バイアス制御信号には低周波が重畳されており、バイアス制御信号の包絡線は、主信号の振幅中心に対して互いに逆相で振幅変調されている。バイアス制御信号に重畳される低周波信号は、光変調器に入力されるアナログ変調信号の周波数と比較して十分に低い周波数、たとえば数ｋＨｚの正弦波である。

バイアス制御信号は、一定間隔でアナログ変調信号に挿入される。一例として、バイアス制御信号は有効な送信データ信号が含まれていない区間に挿入される。ＤＭＴ方式の基礎となっているＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）方式では、各ＯＦＤＭシンボルの先頭にサイクリックプレフィックス（ＣＰ：Cyclic Prefix）と呼ばれるガード区間が設けられている。サイクリックプレフィックスを挿入することで、狭帯域のサブキャリアの直交性の崩れに起因するサブキャリア間干渉を防止できる。サイクリックプレフィックスの区間を利用して、バイアス制御信号を挿入してもよい。サイクリックプレフィックスを用いずに互いに隣接しないサブキャリア同士を組み合わせるマルチキャリア伝送方式では、あるサブキャリアのシンボルと次のサブキャリアのシンボルの間に、ＣＰと同等の長さの制御区間を設けて、バイアス制御信号を挿入してもよい。また、後述するように、制御感度と伝送容量の兼ね合いで、ＣＰよりも短い、あるいはＣＰよりも長いバイアス制御信号の区間を設けてもよい。

図４（Ａ）のように、光変調器の動作点が最適なバイアス点にあるときは、入力されるアナログ変調信号の振幅中心は、動作点、たとえば消光特性曲線の最小（消光）から最大（ピーク）までの変化の１／２のバイアス点に位置する。この場合、光変調器から出力される光信号に含まれるバイアス成分は、主信号の振幅中心に対して逆相で変化し、互いに打ち消し合う。したがって、光変調器の出力光からバイアス成分は検出されない。

図４（Ｂ）のように、光変調器の動作点が最適バイアス点からマイナス側にドリフトしたときは、入力駆動信号の高電位側は光出力パワーが減少する方向にずれ、低電位側は光出力パワーが増大する方向にずれている。その結果、光変調器から出力される光信号に同相で振幅変化するバイアス成分が生じる。このバイアス成分は消光特性曲線の非線形領域の近傍で低周波で振幅変化し、低周波成分がモニタ光から検出される。

ＤＭＴ等のアナログ変調方式の光伝送でも、光変調器の出力光をモニタして、モニタ光にバイアス制御信号の低周波成分が含まれているか否かを検知することで、動作点ドリフトを補正することができる。検出される低周波成分に応じて光変調器に印加されるバイアス電圧を調整し、動作点を最適なバイアス点に制御することができる。

動作点が最適なバイアス点からマイナス側にずれて、バイアス制御信号に重畳された低周波信号と同相の低周波成分が検出された場合は、光変調器に印加するバイアス電圧を上げる方向に制御する。動作点が最適のバイアス点からプラス側にずれて、バイアス制御信号に重畳された低周波信号と逆相の低周波成分が検出された場合は、光変調器に印加するバイアス電圧を下げる方向に制御する。この構成により、アナログ光変調で動作点のドリフトを補償することができる。

図４において、バイアス制御信号が挿入される間隔または周期をβ、挿入される区間の時間幅をγとすると、バイアス制御信号の信号発生確率はγ／βで表される。バイアス制御信号を用いた動作点ドリフト補償で制御感度を上げるためには、バイアス制御信号の信号発生確率γ／βを大きくするか、またはバイアス制御信号の振幅を大きくすることが考えられる。しかし、制御信号の発生確率を高くすると、主信号の伝送容量が低下する。そのため、制御感度を従来のＮＲＺ信号での制御精度と同程度に維持しつつ、伝送容量の劣化を防止できる構成が求められる。

図５は、実施形態がターゲットとする制御感度を説明する図である。図５（Ａ）に示すように、複数のサブキャリアを含むＤＭＴ信号の時間波形のヒストグラムは、ほぼ正規分布となる。ＤＭＴ信号の非データ区間にＮＲＺ方式で低周波成分を重畳した場合、低周波のバイアス成分の発生確率もほぼ正規分布となる。これに対し、図５（Ｂ）のＮＲＺ信号は低電位と高電位の間をデジタル的に変化し、時間波形のヒストグラムでは、「０」レベルと「１」レベルの包絡線部分で信号発生確率が高くなる。包絡線部分での信号発生確率を１とする。

図６は、制御感度の計算を説明する図である。図６（Ａ）はＮＲＺ信号を入力するときの制御感度（ターゲット値）の計算を示す。図６（Ｂ）はＮＲＺ方式の動作点ドリフト補償をそのままアナログ変調方式の信号に適用したときの制御感度の計算を示す。

図６（Ａ）では、振幅Ｖπで振動するＮＲＺ駆動信号に低周波信号（ｆ₀信号）が重畳される。通常はｆ₀信号の振幅は主信号の振幅（Ｖπ）の１％程度である。動作点を最適バイアス点から０．１×Ｖπだけずらす。動作点のシフトにより、光変調器のモニタ光の中に重畳されたｆ₀信号の成分が現れる。モニタ光から検出される低周波成分の振幅を「Ａ」とする。ＮＲＺ方式の入力駆動信号の包絡線部分での低周波信号の発生確率は１である。低周波信号ｆ₀を用いたバイアス制御の制御感度Ｓｎを、モニタ光から検出される低周波成分の振幅とその発生確率の積で表すと、制御感度Ｓｎは、
Ｓｎ＝Ａ×１＝Ａ
で表される。ＮＲＺ方式で得られるこの制御感度Ｓｎをターゲット感度とする。

次に、図６（Ｂ）において、ＮＲＺ信号と同様に、アナログ変調信号に時間方向に連続するｆ₀信号を重畳する。図６（Ａ）と同様に、動作点を最適バイアス点から０．１×Ｖπだけずらす。アナログ変調信号に重畳された低周波成分の発生頻度は正規分布を有し、変調電圧（ｖ）に応じて異なる低周波成分が検出される。図中で、異なる低周波成分は、模式的に太い実線と細い実線で描かれている。

各変調電圧でモニタ光から検出される低周波成分の振幅をａ（ｖ）とし、その低周波成分の発生確率をｂ（ｖ）とすると、制御感度Ｓｎは、ａ（ｖ）とｂ（ｖ）の乗算値の積分値で表される。

ＮＲＺ信号で得られる制御感度Ｓｎと同じ制御感度をＤＭＴ等のアナログ変調信号で得るためには、

を満たす駆動振幅が必要である。

シミュレーションの結果、アナログ変調信号の振幅が０．８８×Ｖπのときに式（２）が成立することがわかった。しかし、この駆動振幅では消光特性曲線の非線形領域に入って、ＤＭＴ伝送での伝送容量が劣化する。

図７は、変調振幅が０．８８×ＶπのときのＤＭＴ伝送容量の劣化を示す図である。横軸は駆動電圧（変調電圧）、縦軸がＤＭＴ容量である。０．６×Ｖπでの最大伝送容量と比較して、０．８８×Ｖπでは伝送容量が劣化する。最大伝送容量に対する伝送劣化の割合は０．０５８である。

図８は、実施形態のバイアス制御の制御感度の計算を説明する図である。アナログ変調信号に一定間隔で挿入されるバイアス制御信号の時間幅をγ、挿入される間隔をβとすると、バイアス制御信号の発生確率はγ／βとなる。ＤＭＴ信号の伝送容量の劣化量は、発生確率γ／βで表される。

バイアス制御信号に重畳されている低周波信号の振幅をｋとすると、光変調器のモニタ出力に含まれるバイアス成分の振幅はα（ｋ）である。一定間隔で挿入されるバイアス制御信号を用いた実施形態の制御感度Ｓｎは、
Ｓｎ＝α（ｋ）×（γ／β） （３）
で表される。制御感度Ｓｎをターゲットの制御感度Ａと同じにするためには、
Ａ＝α（ｋ）×（γ／β）
が成り立つようにγ／βを選択する必要がある。ここで、γ／β＝Ａ／α（ｋ）である。

図９は、伝送容量劣化量（γ／β）を、バイアス制御信号に重畳される低周波信号の振幅ｋの関数としてプロットした図である。重畳される低周波信号の振幅が０．２×Ｖπ以上であれば、伝送量の劣化を０．０５８よりも小さくすることができる。すなわち、０．２×Ｖπ以上の振幅の低周波信号をバイアス制御信号に重畳することで、ＮＲＺ方式でのバイアス制御を同じ制御感度で、伝送量の劣化を小さく抑えることができる。

重畳される低周波信号の振幅は、挿入されるバイアス制御信号の時間幅γと挿入周期βから最適な値が決められる。たとえば、ＤＭＴ等のアナログ信号のフレーム長が１０２４ビットのデータ信号に３２ビットのバイアス制御信号を挿入すると、伝送容量劣化量を０．０３程度に抑えることができる（γ／β＝３２／（１０２４＋３２））。このとき、バイアス制御信号に０．３５×Ｖπの振幅の低周波信号を重畳することで、制御感度を維持しつつ伝送容量の劣化を抑制することができる。

図１０は、実施形態の光送信機１０Ａの概略ブロック図である。光送信機１０Ａは、マイクロプロセッサ１１Ａと、光送信フロントエンド回路１２と、モニタ回路１３と、バイアス制御回路１４と、低周波生成回路１５を有する。マイクロプロセッサ１１Ａは、たとえばＤＳＰ（Digital Signal Processor：デジタル信号プロセッサ）であり、ＤＭＴ変調部１１０Ａを有する。ＤＭＴ変調部１１０は、ＤＭＴ信号生成部１１１と、信号合成回路１１２と、バイアス制御信号生成回路１１３を含む。

ＤＭＴ信号生成部１１１は、入力される送信データをそれぞれサブキャリアに割り当ててサブキャリアごとに多値変調を行い、シンボルごとにサイクリックプレフィックスを挿入してＤＭＴ信号を生成する。ＤＭＴ信号は、アナログ変調方式の信号の一例である。生成されたＤＭＴ信号は、信号合成回路１１２に供給される。

バイアス制御信号生成回路１１３は、ＤＭＴ信号に挿入されるバイアス制御信号を生成する。バイアス制御信号生成回路１１３は、低周波生成回路１５から供給される低周波信号をバイアス制御信号に重畳し、低周波で緩やかに振幅変調されたバイアス制御信号を信号合成回路１１２に出力する。低周波信号の振幅は、バイアス制御信号の時間幅と挿入周期に基づいて、あらかじめ適切な振幅に設定されている。

信号合成回路は１１２は、ＤＭＴ信号と、低周波信号が重畳されたバイアス制御信号を合成して、アナログ変調信号を生成する。バイアス制御信号は、アナログ変調信号の所定の区間に挿入されている。バイアス制御信号は主データの無い区間に挿入されるのが望ましい。主データの無い区間として、サイクリックプレフィックスが挿入されている区間を利用してもよい。信号合成回路１１２の出力は、ＤＭＴ信号に一定間隔でバイアス制御信号Ｓ_BCが挿入されたアナログ変調信号である。

アナログ変調信号は、光送信フロントエンド回路１２の光変調器１２２に入力される。光送信フロントエンド回路１２は、連続光（ＣＷ）を出力する光源１２１と、光変調器１２２と、光分岐回路１２３を有する。光変調器１２２には、動作点を決めるバイアス電圧が印加されている。光源１２１から出力された光は光変調器１２２に入力され、アナログ変調方式の駆動信号で変調される。変調された光は光変調信号として光変調器１２２から出力され、伝送路４０に出力される。

光変調信号の一部は光分岐回路１２３で分岐されて、モニタ回路１３に供給される。モニタ回路は、フォトダイオード（ＰＤ）などの光検出器１３１と、ゲート回路１３２を有する。光検出器１３１で検出され、電気信号に変換されたモニタ信号は、ゲート回路１３２に入力される。

ゲート回路１３２には、ＤＭＴ信号生成部１１１から出力されるフレームクロックと、低周波生成回路１５で生成された低周波信号が入力される。ゲート回路１３２はフレームクロックのタイミングで、モニタ信号に含まれるバイアス成分を低周波信号で同期検波する。検波結果は、バイアス制御回路１４に供給される。

バイアス制御回路１４は、モニタ信号にバイアス成分が含まれている場合は、検出されるバイアス成分が最小になるように、光変調器１２２のバイアス電圧を調整する。ゲート回路１３２によって検出されたバイアス成分の低周波の位相が、バイアス制御信号に重畳された低周波信号と同相のときは、動作点が最適なバイアス点からマイナス側にずれていることを示す。この場合、バイアス制御回路１４は光変調器１２２に印加されるバイアス電圧を増大させる。バイアス制御信号に重畳された低周波信号と逆相で変化するバイアス成分が検出された場合は、光変調器に印加するバイアス電圧を低減する。

この構成により、伝送容量の劣化を低減し、かつターゲットとする制御感度を維持して動作点ドリフトを補正することができる。

図１１は、ＤＭＴ信号生成部１１１の構成例を示す。ＤＭＴ信号生成部１１１は、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換器１１１−１と、マッパ１１１−２と、ミラー処理回路１１１−３と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆フーリエ変換）回路１１１−４と、ＣＰ付加回路１１１−５と、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換器１１１−６を有する。

シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換器１１１−１は、入力されるシリアル送信データを複数系列のパラレルデータに変換して、パラレルデータをマッパ１１１−２に出力する。マッパ１１１−２は、Ｓ／Ｐ変換器１１１−１から入力されるパラレルデータ（デジタルビット列）を、サブキャリアごとに複素平面（コンスタレーション）上の信号点にマッピングする。ミラー処理回路１１１−３は、各サブキャリアが複素共役対称となるようにミラーリングする。ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆フーリエ変換）回路１１１−４は、サブキャリアごとにミラーリングされた信号に逆フーリエ変換を適用して、周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。ＣＰ付加回路１１１−５は、サブキャリアごとに、シンボルの先頭にガードインターバルとしてＣＰを挿入する。Ｐ／Ｓ変換器１１１−６は、複数のサブキャリア信号をシリアルデータに変換して出力する。シリアルデータはアナログ信号に変換されて、アナログ信号が信号合成回路１１２に供給される。

図１１の構成のＤＭＴ信号生成部１１１を用いる場合は、ＣＰ挿入区間を利用して、低周波で変調されたバイアス制御信号を挿入することができる。バイアス制御信号の時間幅γはＣＰ挿入区間の長さになり、バイアス制御信号の挿入間隔はシンボル長となる。ＣＰ区間を利用することで有効データのない区間をバイアス制御信号の挿入に利用できるので有利である。もっとも、バイアス制御信号の挿入タイミングは必ずしもＣＰ区間に限定されない。互いに隣接しないサブキャリア信号をシリアル配置する場合は、図９で示したように、γ／βが所望の値となるようなガードインターバルをシンボル間に設けて低周波信号の振幅を適切な値に設定してもよい。

図１２は、実施形態の光送信機１０Ａの動作フローである。アナログ変調信号のシンボル間にバイアス制御信号を挿入する（Ｓ１１）。バイアス制御信号は主信号の振幅中心に対して逆相で変化する低周波信号で振幅変調されている。バイアス制御信号の時間幅と挿入間隔、及び低周波信号の振幅は、伝送容量の劣化が最小限に抑えられる範囲内で設定されている。

バイアス信号が挿入されているアナログ変調信号で光変調器を駆動し、光変調器の出力信号を受光してモニタ信号を生成する（Ｓ１２）。モニタ信号から、バイアス制御信号の低周波成分を抽出する（Ｓ１３）。モニタ信号から低周波成分が抽出された場合は、抽出された低周波成分の位相にしたがって、光変調器の動作点を決めるバイアス電圧の制御の方向を決定する。上述のように、モニタ信号から抽出されたバイアス制御信号の低周波成分の位相が、バイアス制御信号に重畳されて低周波信号と同相であればバイアス電圧を増大し、逆相であればバイアス電圧を低減する。

バイアス制御回路１４で、モニタ信号から検出された低周波成分の振幅が所定の閾値以下であるか（許容範囲内であるか）が判断される（Ｓ１５）。検出される低周波成分の大きさが許容範囲内または最小になるまで、ステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返す。

これにより、伝送容量の劣化を抑制して、高い制御感度で光変調器の動作点を最適なバイアス点に維持することができる。図１２の処理は、光送信機１０Ａの動作中に定期的に行われてもよいし、変調信号の歪みが許容範囲を超えて増大したときに外部からの入力指示により開始されてもよい。

図１３は、光送信機１０Ａの変形例である光送信機１０Ｂの概略ブロック図である。光送信機１０Ｂのマイクロプロセッサ１１Ｂはスイッチ切替指示回路１０１を有し、マルチチャネル信号変調部１１０Ｂは、バイアス制御スイッチ１１５を有する。バイアス制御スイッチ１１５は、たとえばバイアス制御信号生成回路１１３と信号合成回路１１２の間に配置される。バイアス制御スイッチ１１５は、スイッチ切替指示回路１０１からの切替指示に基づいて、信号合成回路１１２へのバイアス制御信号の入力のオン・オフを切り替える。スイッチとして論理回路やセレクタを用いてもよい。

スイッチ切替指示回路１０１は、光変調器１２２の動作点ずれの原因となる環境情報に基づいて、切替指示を出力する。光変調器１２２の動作点は、温度変化や経時変化によってドリフトする。マイクロプロセッサ１１Ｂの外部から温度センサ情報やタイマ情報がスイッチ切替指示回路１０１に入力されてもよいし、マイクロプロセッサ１１Ｂがタイマを内蔵していてもよい。温度センサ情報を用いる場合は、温度変化が一定値以上のときにスイッチ切替指示を出力してもよい。タイマの場合は、一日に一度、一週間に一度など、定期的にスイッチ切替指示を出力してもよい。

バイアス制御スイッチ１１５がオンのときは、信号合成回路１１２でＤＭＴ等のアナログ信号にバイアス制御信号Ｓ_BCが挿入されて、バイアス制御信号Ｓ_BCが挿入されたアナログ変調信号が光変調器１２２に入力される。バイアス制御スイッチ１１５がオフのときは、信号合成回路１１２で生成されたＤＭＴ信号が、そのまま駆動信号として光変調器１２２に入力される。バイアス制御スイッチ１１５がオンのときのバイアス制御の構成と動作は図１０を参照して説明したのと同じである。

図１３の構成は、動作点のドリフト補正が必要なときにバイアス制御信号を挿入するので、データレートを高く維持することができる。多少のデータレートの低下を許容しても動作点のドリフト補正が必要な場合は、所望の伝送容量で最大制御感度になるように設定されたγ／βの値と低周波信号の振幅値で、バイアス制御信号が生成される。

この構成により、伝送容量の劣化を低減しながら、動作点ドリフトを効率的に補正することができる。

図１４は、変形例の光送信機１０Ｂの動作フローである。まず、スイッチ切替指示回路で、バイアス制御をオンにするか否かが判断される（Ｓ２１）。バイアス制御をオンしない場合は（Ｓ２１でＮＯ）、バイアス制御がオンされるまで待機する。バイアス制御がオンされると（Ｓ２１でＹＥＳ）、信号合成回路１１２でアナログ信号のシンボル間にバイアス制御信号が挿入される（Ｓ２２）。光変調器の出力信号の一部を光検出器で受光してモニタ信号を生成し（Ｓ２３）、モニタ信号からバイアス制御信号の低周波成分を抽出する（Ｓ２４）。バイアス制御信号の低周波成分の位相にしたがって、光変調器の動作点を決めるバイアス電圧を制御の方向を決定して、バイアス電圧の値を調整する（Ｓ２５）。モニタ信号に含まれるバイアス制御信号の低周波成分の振幅が許容範囲内か否かを判断し（Ｓ２６）、検出される低周波成分の大きさが許容範囲内または最小になるまで、ステップＳ２３〜Ｓ２６を繰り返す。

これにより、動作点ドリフトの補正が必要なときにバイアス制御を行い、伝送容量をできるだけ高く維持する。バイアス制御に用いられるバイアス制御信号の時間幅γと挿入間隔βは、最小の伝送容量劣化量で最大の制御感度が得られるように選択されているので、伝送容量の劣化を抑えて高感度で動作点を制御できる。

図１５は、アナログ変調方式の信号に挿入されるバイアス制御信号として、サイクリックプレフィックス自体を用いる例を示す。サイクリックプレフィックスは、シンボル波形の後方の一部をコピーまたは繰り返して使用される。サイクリックプレフィックスの振幅を増大させて低周波信号を重畳することで、非線形領域で変化するバイアス制御信号として用いることができる。

図１６は、実施形態の光送信機１０を有する光トランシーバモジュール２Ａ、２Ｂを用いた光伝送システム１の概略図である。光トランシシーバモジュール２Ａと２Ｂは同じ構成であるので、光トランシーバモジュール２Ａについて説明する。

光トランシーバモジュール２Ａは、光送信フロントエンド回路１２と、光受信フロントエンド回路２２と、電気ＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）１１を有する。電気ＩＣ１１はＤＭＴ変調部１１０と、ＤＭＴ復調部１２０を有する。光送信フロントエンド回路１２とＤＭＴ変調部１１０で、光送信機１０が形成される。光受信フロントエンド回路２２とＤＭＴ復調部１２０で、光受信機２０が形成される。

ＤＭＴ復調部１２０は、図１１のＤＭＴ信号の生成と逆の処理を行う。デジタルサンプリングされたシリアル受信信号をシンボルごとにパラレルデータに変換し、サブキャリアごとにＣＰを除去し、ＦＦＴ処理を行う。周波数領域の信号から実数部だけを取り出し、コンスタレーション平面における受信シンボルを識別して、受信シンボルにマッピングされたビットを抽出（デマップ）してサブキャリアに復調する。復調されたサブキャリア信号はシリアル信号に変換されて受信データとして出力される。

光トランシーバモジュール２Ａの光送信機は、図１０の光送信機１０Ａと、図１３の光送信機１０Ｂのいずれであってもよい。いずれの場合も、適切な時間幅γと周期βで挿入されるバイアス制御信号を用いることで、伝送の伝送容量の劣化を最小限にして、光変調器の動作点のドリフトを高感度で制御することができる。

上述した実施形態は本発明の一例であり、多様な変形例を含む。実施形態では動作点が光パワー出力のピークの１／２の点に設定される例を用いたが、Ｉ／Ｑ変調で動作点が消光点に設定される場合も同様の効果が得られる。また、ＤＭＴ信号に限定されず、ＲｏＦなどのアナログ光変調方式にも適用される。

以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
光源からの光を変調する光変調器と、
前記光変調器に入力される駆動信号を生成するプロセッサと、
を有し、
前記プロセッサは、アナログ信号に、低周波で振幅変調されたバイアス制御信号を一定間隔で挿入して、前記駆動信号を生成することを特徴とする光送信機。
（付記２）
前記プロセッサは、前記バイアス制御信号を前記アナログ信号の有効送信データの無い区間に挿入することを特徴とする付記１に記載の光送信機。
（付記３）
前記プロセッサは、前記バイアス制御信号を前記アナログ信号のガード区間に挿入することを特徴とする付記１または２に記載の光送信機。
（付記４）
前記プロセッサは、前記アナログ信号に含まれるサイクリックプレフィックスを前記バイアス制御信号として用いることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光送信機。
（付記５）
前記バイアス制御信号の時間幅と挿入間隔は、前記アナログ信号の伝送容量の劣化が所定の範囲内に抑制されるように設定されていることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光送信機。
（付記６）
前記低周波の振幅は、前記バイアス制御信号の時間幅と挿入間隔に対応して設定されていることを特徴とする付記５に記載の光送信機。
（付記７）
前記低周波の振幅は、前記光変調器の消光特性における半波長電圧の０．２倍以上であることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の光送信機。
（付記８）
前記プロセッサは、バイアス制御スイッチと、スイッチ切替指示回路とを有し、
前記スイッチ切替指示回路の出力に基づいて前記バイアス制御スイッチがオンされたときに、前記アナログ信号に前記バイアス制御信号を挿入することを特徴とする付記１〜７のいずれかに記載の光送信機。
（付記９）
前記光変調器の出力光をモニタするモニタ回路と、
前記モニタ回路のモニタ出力に基づいて前記光変調器の動作点を決めるバイアス電圧を制御するバイアス制御回路と、
をさらに有することを特徴とする付記１〜８のいずれかに記載の光送信機。
（付記１０）
付記１〜９のいずれかに記載の光送信機と、
光受信機と、
を有する光トランシーバ。
（付記１１）
アナログ信号に低周波で振幅変調されたバイアス制御信号を一定間隔で挿入してアナログ変調信号を生成し、
前記アナログ変調信号を光変調器に入力して、光源からの出力光を変調する、
ことを特徴とする光伝送方法。
（付記１２）
前記バイアス制御信号は、前記アナログ信号の有効送信データの無い区間に挿入されることを特徴とする付記１１に記載の光伝送方法。
（付記１３）
前記バイアス制御信号は、前記アナログ信号のガード区間に挿入されることを特徴とする付記１１または１２に記載の光伝送方法。
（付記１４）
前記アナログ信号に含まれるサイクリックプレフィックスを、前記バイアス制御信号として用いることを特徴とする付記１１〜１３のいずれかに記載の光伝送方法。
（付記１５）
前記バイアス制御信号の時間幅と挿入間隔を、前記アナログ信号の伝送容量の劣化が所定の範囲内に抑制されるように設定することを特徴とする付記１１〜１４のいずれかに記載の光伝送方法。
（付記１６）
前記低周波の振幅を、前記バイアス制御信号の時間幅と挿入間隔に対応して設定することを特徴とする付記１５に記載の光伝送方法。
（付記１７）
前記低周波の振幅を、前記光変調器の消光特性における半波長電圧の０．２倍以上に設定することを特徴とする付記１１〜１６のいずれかに記載の光伝送方法。
（付記１８）
環境情報または時間情報に基づいてバイアス制御のオン・オフを切り替え、
前記バイアス制御がオンされているときに、前記アナログ信号に前記バイアス制御信号が挿入されることを特徴とする付記１１〜１７のいずれかに記載の光伝送方法。
（付記１９）
前記光変調器の出力光をモニタし、
モニタ結果に基づいて前記光変調器の動作点を決めるバイアス電圧を制御する、
ことを特徴とする付記１１〜１８のいずれかに記載の光伝送方法。

１ 光伝送システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ 光送信機
１１Ａ、１１Ｂ マイクロプロセッサ
１２ 光送信フロントエンド回路
１３ モニタ回路
１４ バイアス制御回路
１５ 低周波生成回路
１０１ スイッチ切替指示回路
１１０Ａ，１１０Ｂ ＤＭＴ変調部
１１１ ＤＭＴ信号生成部
１１２ 信号合成回路
１１３ バイアス制御信号生成回路
１１５ バイアス制御スイッチ

Claims (8)

1. 光源からの光を変調する光変調器と、
   前記光変調器に入力される駆動信号を生成するプロセッサと、
   を有し、
   前記プロセッサは、アナログ信号に、低周波で振幅変調されたバイアス制御信号を一定間隔で挿入して、前記駆動信号を生成し、前記バイアス制御信号の振幅は前記アナログ信号の振幅よりも大きく、前記バイアス制御信号の包絡線は前記アナログ信号の振幅中心に対して互いに逆相で振幅変調されていることを特徴とする光送信機。
2. 前記プロセッサは、前記バイアス制御信号を前記アナログ信号の有効送信データの無い区間に挿入することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
3. 前記プロセッサは、前記バイアス制御信号を前記アナログ信号のガード区間に挿入することを特徴とする請求項１または２に記載の光送信機。
4. 前記プロセッサは、前記アナログ信号に含まれるサイクリックプレフィックスを前記バイアス制御信号として用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信機。
5. 前記低周波の振幅は、前記光変調器の消光特性における半波長電圧の０．２倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光送信機。
6. 前記プロセッサは、バイアス制御スイッチと、スイッチ切替指示回路とを有し、
   前記スイッチ切替指示回路の出力に基づいて前記バイアス制御スイッチがオンされたときに、前記アナログ信号に前記バイアス制御信号を挿入することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光送信機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光送信機と、
   光受信機と、
   を有する光トランシーバ。
8. アナログ信号に低周波で振幅変調されたバイアス制御信号を一定間隔で挿入してアナログ変調信号を生成し、
   前記アナログ変調信号を光変調器に入力して、光源からの出力光を変調し、
   前記バイアス制御信号の振幅は前記アナログ信号の振幅よりも大きく、前記バイアス制御信号の包絡線は前記アナログ信号の振幅中心に対して互いに逆相で振幅変調されている
   ことを特徴とする光伝送方法。

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