WO2005025094A1

WO2005025094A1 - 光送信器

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Publication number: WO2005025094A1
Application number: PCT/JP2003/010856
Authority: WO
Inventors: Kazuyuki Ishida; Kaoru Kinjo; Takashi Mizuochi
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US7809281B2; JPWO2005025094A1; EP1659710A1; EP1659710A4; US20060245763A1; EP1659710B1; JP4554519B2; DE60322977D1

Abstract

データ信号に基づいた差動符号化信号が差動符号化器（３）によって生成され、この差動符号化信号に基づいて電気領域のＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ　ｔｏ　Ｚｅｒｏ）信号である電気ＲＺ差動信号がＲＺ符号化器（４）によって生成され、この電気ＲＺ差動信号に基づいて光領域のＲＺ信号である光ＲＺ−ＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）信号がマッハツェンダ干渉計型強度変調器（２）によって生成される。

Description

明細書光送信器技術分野

この発明は、光ファイバを通信線路として用いる光伝送システムに適用される光送信器に関するものである。背景技術

近年、長距離光伝送システムでは 1. 5μπι帯の光を直接増幅できるエルビゥム添カ卩ファイバ増幅器（以下「EDF Α ： E r ub i um Do p e d F i b e r Amp l i f i e r] という。）を利用した光中継増幅伝送方式が主流となっている。さらに最近では、広帯域に増幅可能な EDF Aの実現により波長多重伝送方式を用いた大容量伝送システムが実現されている。

さらなる大容量ィヒと低コスト化が要求される昨今、これらの大容量化、低コスト化を実現するため、 1チャネルあたりの伝送速度の増加おょぴ増幅帯域の有効利用（波長多重間隔の狭窄化）ならびに中継間隔の延伸化等が求められてきている。

しかしながら、伝送速度を増加させ、中継間隔を延伸化させることに伴い、受信端における光信号対雑音比には過大な要求が課せられていることになる。

かかる状況の中で、従来と同程度の光信号対雑音比でも受信感度を 2倍向上させることが可能な変調方式として、差動位相シフトキーイング変調方式（以下「 DPSK : D i I r e r e n t i a l Ph a s e Sh i f t Ke y i n g 」変調方式という。）が注目を浴びている。

この DP SK変調方式は、オン/オフの 2値信号から生成される情報データ系列間の位相変化を差動符号化し、直流光を位相変調するものである。例えば、データ間の位相変ィ匕がない（すなわち、位相変化が "0" ) 場合には "オン"信号とし、パルス間で位相変化がある（すなわち、位相変化が "π" ) 場合には、 " オフ"信号とする差動符号ィ匕信号を生成する。特に、位相変調器を用いて、この差動符号化信号の "オン" 、 "オフ" に基づいて（0、 π) の位相変調を施したものが、 NRZ (No n-Re t u r n- t o-Z e r o) —DPSK変調方式である。 '

この DP SK変調方式にあっては、送信端では、 "オン" または "オフ" の 2 値信号から生成される情報データ系列間の位相変化を差動符号ィヒした差動符号ィ匕信号にて連続 (CW) 光を位相変調している。

一方、受信端では、 DPSK信号から差動符号化信号を生成し、さらに、この差動符号化信号から元のデータ信号を復号するようにしている。より具体的には、受信端では、 1ビット遅延干渉計、 2つのフォトディテクタ、識別器などを備えた自己遅延干渉検波器が、自己遅延検波と呼ばれる信号処理によつてデータ信号を抽出している。

この自己遅延干渉検波器では、 1ビット遅延干渉計における干渉結果の位相に応じて、 2つのフォトディテクタを切り換えて処理する。具体的には、 1ビット遅延干渉計で検出された検出信号の位相差が "0" のときには、一方のフォトディテクタで検出信号を処理し、位相差が "π" のときには他方のフォトディテクタで検出信号を処理する。さらに、いずれか一方のフォトディテクタで処理された信号を反転出力とし、両者の検出信号を後段の識別器へ入力し、データ信号を抽出する。すなわち、この検波器では、干渉結果の位相に応じてそれぞれ異なるフォトディテクタで処理するようにしている。したがって、従来の変調方式であるオン/オフキーイング変調（2値振幅変調）方式に比べて、 2倍の受信感度が得られるという特徴を有している。

このように、従来の光伝送システムに用いられてきたオン Ζオフキーイング変調方式に比べ 2倍の受信感度が得られる DPSK変調方式は、高速光通信において長距離伝送を実現する可能性を有する変調方式である。

DPSK変調方式には、前述の NRZ—DP SK変調方式の他に、この NRZ 一 DSPK信号をさらに強度変調を行って RZ (Re t u r n-t o -Z e r o ) 信号に変換し、この RZ—DPSK信号を用いて信号伝送を行う光伝送装置の開示例が存在する（例えば、特許文献 1, 2など）。

これらの文献の中では、 RZ— DP SK変調方式を用いた光伝送装置の幾つかの例を開示するとともに、 RZ— DPSK変調方式に関する幾つかの論文を紹介している。，

例えば、特許文献 1は、「1. 3 um零分散ファイバ伝送路を中継区間ごとに分散補償した線形中継系において、 RZ信号は NRZ信号に比べて 40Gb i t / sにおいて再生中継距離を約 3倍程度拡大できることをシュミレーションで予測している。」という内容が非特許文献 1に記載されていることを明らかにしている。

また、特許文献 1は、「10_Gb i t/s, 8波長 WDM伝送系において、 R Z信号は、 NR Z信号に比べて 1チャネルあたりのパワーが増大できることを実験的に示している。」という内容が非特許文献 2に記載されていることを明ら力にしている。

その一方で、非特許文献 3は、「RZ_DP SK変調方式を用いて、 5200 kmの長距離伝送が達成された。」ことを報告している。

これらの記載内容は、 DP SK変調方式を用いる効果というよりは、 RZ信号を用いた伝送効果の影響を表現しているものと考えられる。いずれにしても、高速光伝送システムでは、 RZ信号を用いた伝送を行うことが好ましいといえる。特許文献 1

特開 2000— 106543号公報

特許文献 2

特開 2001— 251250号公報

. 非特許文献 1

D. B r e u e r e t a l , "C omp a r i s o n o f NRZ a n d RZ-Mo d u 1 a t i o n F o rma t f o r 40-Gb i t/ s TDM S t a n d a r d-F i b e r Sy s t ems", I EEE P h o t o n. Te c hn o l . Le t t. v o l . 9 No. 3 p p. 3 98-400, 1997.

非特許文献 2

R. M. J o p s o n e t a l , "Ev a l u a t i o n o f r e t u r n— t o— z e r o mo du l a t i o n f o r wa v e 1 e n g t h— d i v i s i o n— mu l t i p l e x e d t r a n s m i s s i o n o v e r c o n v e n t i o n s i n g l e— mo d e— f i b e r" R. M. J o p s o n e t a 1 , i n Te c h. D i g e s t o f Op t i c a 1 F i b e r C o mm. C o n f . ' 98 FE 1, p. 40 6-407, 1998.

非特許文献 3

B . Z h u e t a 1 , "T r a n sm i s s i o n o f 3. 2 T b/ s (80 x 42. 7 Gb/s) o v e r 5200 km o f U l t r aWa v e f i b e r w i t h 100— km d i s p e r s i o n— ma n a g e d s p a n s u s i n g RZ— DPSK f o rma t", Te c hn i c a l D i g e s t o f ECOC2002、 p a p e r PD. 4. 2, S e p. 2002.

ところで、上記の非特許文献、あるいは非特許文献に示された光伝送装置は、いずれも RZ信号の生成を光領域で行っている。光領域にて RZ信号を生成するということは、電気領域にて NR Z信号を取り扱うことを意味する。

一方、この逆の場合、すなわち、電気領域にて RZ電気信号を取り扱う場合について、上記の特許文献 1は、 N R Z電気信号を電気領域で取り扱う場合に比べて電気回路に要求される帯域が 2倍必要となり、高速化が難しいことを指摘している。

し力しながら、電気領域において RZ信号を生成するということは、光送信器自身の回路規模を縮小し、装置の安定度ゃコスト面の優位性を活用できるといつた利点を有することになる。

例えば、電気 NRZ— DP SK信号を用いて、光 RZ— DP SK信号を生成するタイプの光伝送装置にあっては、上記の特許文献 2にも示されているように、まず、電気 N RZ-DP S K信号を光位相変調器で位相変調し、その位相変調信号を光強度変調器で強度変調することで、光 RZ— DPS K信号を生成する。つまり、電気 RZ— DP SK信号から光強度変調器だけを用いてダイレクトに光 R Z—DPS K信号を生成する場合に比べて、余分な回路（この場合では、光位相変調器）を必要とする。

実際の装置の製作においては、温度特性や安定度の異なる複数の回路や装置のそれぞれの間で、温度制御や同期制御などの種々の制御を行う必要があり、装置規模が大きくなるほどこれらの制御の設計、製作に費やすマンアワーゃコストが増加するといった欠点も存在する。

また、特許文献 1では、従来の RZ電気信号をそのまま増幅する方式では、容量結合型の駆動回路を用いると信号のマーク率変動により駆動波形の D Cレベル変動が生じ、駆動回路の出力ダイナミックレンジを約 2倍以上とる必要があり、また、マーク率によって変動する光強度変調器のバイアス点をマーク率によって補償する制御回路が必要であるという点について指摘している。

しかしながら、上記の指摘は、 DP SK伝送方式が用いられる以前の、 RZ— OOK (On O f f Ke y i n g) 伝送方式に対するものであり、 RZ—D PSK伝送方式では、前後のデータ間の位相変化のみが情報成分を有しているため、上記の指摘のような、マーク率変動や D Cレベルの変動が大きな問題となることはない。

この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、光 RZ— DPS K信号を用いた光伝送を行う光送信器において、電気 RZ— DP SK信号を用いて光変調を行うことによって、回路規模を削減し、機器の安定度やコスト面に優れた光送信器を提供することを.目的とするものである。発明の開示

この発明にかかる光送信器は、データ信号に基づいて差動符号化信号を生成する差動符号化器と、前記差動符号化器から出力された差動符号化信号に基づレヽて電気領域の RZ (Re t u r n t o Z e r o) 信号である電気 R Z差動信号を生成する RZ符号化器と、前記電気 RZ差動信号に基づいて光領域の RZ信号である光 RZ—DP SK (D i f f e r e n t i a 1 Ph a s e Sh i f t Ke y i n g) 信号を生成するマッハツエンダ干渉計型強度変調器とを備えたことを特 ί敖とする。

この発明によれば、データ信号に基づいた差動符号化信号が差動符号化器によつて生成され、この差動符号化信号に基づいて電気領域の RZ (Re t u r n t o Z e r o) 信号である電気 RZ差動信号が RZ符号化器によって生成され、この電気 RZ差動信号に基づいて光領域の RZ信号である光 RZ—DP SK (D i f f e r e n t i a l Ph a s e Sh i f t Ke y i n g) ィ¾号力 Sマッハツェンダ干渉計型強度変調器によつて生成される。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明の実施の形態にかかる光送信器の構成を示すブロック図であり、第 2図は、第 1図に示す光送信器のうち、マッハツエンダ干渉型光変調器の構成例を示す模式図であり、第 3図は、第 1図に示す光送信器の主要部分の細部構成を示すブロック図であり、第 4図は、本発明による RZ—DP SK信号の変復調処理を説明するためのタイミングチャートであり、第 5図は、 2つの RZ 差動信号から光 R Z— D P S K信号が生成される過程を示した説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光送信器の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。第 1図は、この発明の実施の形態にかかる光送信器の構成を示すプロック図である。同図に示す光送信器は、光源 1、マツハツヱンダ干渉計型強度変調器 2、差動符号化器 3、 RZ符号化器 4を備えている。また、この光送信器のマツハツェンダ干渉計型強度変調器 2には、光ファイバ線路 6が接続されている。

つぎに、この実施の形態の動作について説明する。第 1図において、差動符号ィ匕器 3は、入力された f [Gb i t/s] のデータ信号を用いて、 2つの差動信号（正相信号 Dおよび逆相信号 E (Dの反転信号））を生成して RZ符号化器 4 に出力する。 RZ符号化器 4は、 2つの論理積回路を備え、一方の論理積回路には、差動符号化器 3から出力された正相信号 Dとクロック信号とが入力され、他方の論理積回路には差動符号化器 3から出力された逆相信号 Eとクロック信号とが入力される。すなわち、 RZ符号化器 4は、差動符号化器 3から出力された 2 つの差動信号である正相信号 Dおよび逆相信号 Eをクロック信号に同期させた R Z化差動信号を生成してマッハツエンダ干渉計型強度変調器 2に出力する。一方、マッハツエンダ干渉計型光強度変調器 2では、光源 1から発せられた連続（CW ) 光が入力され、 RZ符号化器 4から出力された RZ化差動信号によって強度変調された光 RZ— DP SK信号として生成され、光ファイバ線路 6に出力される。第 2図は、第 1図に示す光送信器のうち、マツハツヱンダ干渉型光変調器の構成例を示す模式図である。同図において、 L i Nb〇3基板 13上には、 2つの経路の光導波路 19— 1、 1 9一 2と、電極 20—；！〜 20— 3， 21-1, 2 1-2がそれぞれ配置されている。光導波路 19一 1、 19-2の一端（左端）および他端（右端）はそれぞれ結合され、一端には光入力（CW光）が入力され、他端からは光出力（本発明では、 RZ— DPSK信号）が出力される。光電極 2 1 - 1の一端にはデータ入力端子 1 Ίが接続され、電極 21— 2の一端には反転データ入力端子 18が接続される。一方、電極 20_：!〜 20— 3は、接地される。マツハツヱンダ干渉計型の光変調器は、光強度変調器として使用されるのが一般的であるが、本発明におけるマッハツエンダ干渉計型強度変調器 2は、第 2 図に示すように干渉計を構成する各光路の位相を独立に変調（制御）できるものを用いることにより差動動作が可能な光強度変調器として機能させることができる。なお、データ入力端子 1 7および反転データ入力端子 1 8には、互いに位相が反転した 2つの 2値データ信号が入力されるが、それぞれのピーク間電圧は、マッハツヱンダ干渉計型強度変調器 2の半波長電圧に設定すればよい。

第 3図は、第 1図に示す光送信器の主要部分の細部構成を示すプロック図であり、第 4図は、本発明による R Z— D P S K信号の変復調処理を説明するためのタイミングチヤ一トである。なお、第 3図の図中に示したアルファべット記号 A 〜Hの各部位での状態が、第 4図のアルファべット記号 A〜Hに示した各波形にそれぞれ対応している。同図において、差動符号化器 3は、 1ビット遅延回路 3 1、排他的論理和回路 3 2、差動回路 3 3を備え、 R Z符号化器 4は、論理積回路 4 1 , 4 2を備えている。

つぎに第 3図を用いて、データ信号から光 R Z— D P S K信号が生成される処理の流れを説明する。同図において、データ信号（A) と、 1ビット遅延回路からの出力（以下「遅延回路出力」という。）（B) とが入力された排他的論理和回路 3 2の出力（以下「お也的論理和回路出力」という。）（C) は、差動回路 3 3に入力される。また、差動回路 3 3の反転出力である正相差動信号（D) の出力は、 R Z符号化器 4の論理積回路 4 1に入力されるとともに、 1ビット遅延回路 3 1にも入力される。一方、差動回路 3 3の非反転出力である逆相差動信号 (E) は、 R Z符号化器 4の論理積回路 4 1に入力される。なお、差動回路 3 3 の反転出力を正相差動信号とし、非反転出力を逆相差動信号と呼称しているのは便宜上であり、どちらをどのように呼称しても構わない。ただし、電気領域における " 1 " レベルまたは " 0 " レベルの解釈と、光領域における " 1 " レベルまたは " 0 " レベルとの解釈とが、相互に矛盾のない形で実現できるように、差動信号の正相、逆相を決定すればよい。

また、差動回路 3 3からそれぞれ出力された正相差動信号（D) および逆相差動信号（E) は、論理理積回路 4 1 , 4 2にそれぞれ入力され、クロック信号の入力に同期して、それぞれ正相 R Z差動信号（F) および逆相 R Z差動信号（G ) をマツハツヱンダ干渉計型強度変調器 2出力する。マツハツヱンダ干渉計型強度変調器 2は、これらの正相 RZ差動信号（F) および逆相 RZ差動信号（G) を用いて光 R Z— D P S K信号を生成する。

つぎに、第 4図を用いて、データ信号から光 RZ— DPS K信号が生成されるときの回路動作について、第 3図の図中に示したアルファベット記号 A〜Hの各部位での信号状態を用いて説明する。

第 4図おいて、入力されるデータ信号（A) は、例えば、 "00000100 01 10" のビット列とする。一方、排他的論理和回路出力（C) の初期状態は 0であるものとすれば、 1ビット遅延回路出力（B) の最初のビットは "1" レベルである。このとき、排他的論理和回路出力（C) は、データ信号（A) と遅延回路出力（B) の排他的論理和の出力となり "1" レベルとなる。また、正相差動信号（D) は、排他的論理和回路出力（C) とは逆相の "0" レベルであり、一方、逆相差動信号（E) は、排他的論理和回路出力（C) と同相の "1" レべノレとなる。以下、.正相差動信号（D) の出力が 1ビット遅延回路 31に入力されることで、同図（A) 〜（E) に示すビット列が得られる。

さらに、正相差動信号（D) および逆相差動信号（E) が論理積回路 41， 4 2にそれぞれ入力され、クロック信号に同期した正相 RZ差動信号（F) および逆相 RZ差動信号（G) がそれぞれ生成される。また、これらの正相 RZ差動信号（F) および逆相 RZ差動信号（G) に基づいて光 RZ— DPS K信号（H) が生成される。なお、この光 RZ— DPS K信号（H) は、光強度が連続したパルス列となるが、逆相 RZ差動信号（G) で変調された場合と正相 RZ差動信号 (F) で変調された場合とでは、相対位相がそれぞれ 0， πで変調される。また、この光 RZ— DPS Κ信号（H) を復号する際には、一般的な光 DPS K信号と同様に、隣接ビットとの位相差を強度変調することによって、元のデータ信号が得られる。

第 5図は、 2つの R Z差動信号から光 R Z-DPS K信号が生成される過程を示した説明図である。同図に示すように、第 1図のマッハツエンダ干渉計型強度変調器 2の光透過特性に対して DCバイアス点を透過特性の谷（消光点）として、 2つの電極（電極 1および電極 2) に対して 2つの RZ差動信号（正相 RZ差動信号および逆相 RZ差動信号）を印加する。光強度は連続したパルス列となるが、透過特性の谷を境に相対位相が π変化することから、 2つの R Ζ差動信号を印加することで相対位相が 0 / πと変調される。

以上説明したように、この発明にかかる光送信器によれば、データ信号に基づ Vヽた差動符号化信号が差動符号化器によって生成され、差動符号化信号に基づレヽて電気領域の RZ (Re t u r n t o Z e r o) 信号である電気 RZ差動信号が R Z符号化器によつて生成され、電気 R Z差動信号に基づレ、て光領域の R Z 信号である光 RZ— DP SK (D i f f e r e n t i a 1 Ph a s e Sh i f t Ke y i n g) 信号がマッハツェンダ干渉計型強度変調器（ 2 ) によって生成されるようにしているので、回路規模の削減や機器の安定度の増加、あるいはコスト低減に寄与することができるという効果を奏する。

また、この発明にかかる光送信器によれば、自己の出力を 1ビット遅延させた遅延出力とデータ信号との排他的論理和出力の反転出力である正相差動信号と、排他的論理和出力の非反転出力である逆相差動信号とを用いることで、電気領域における電気 RZ—DP SK信号を生成し、また、この正相差動信号をクロック信号に同期して出力した正相 R Z差動信号と、この逆相差動信号をクロック信号に同期して出力した逆相 R Z差動信号との 2信号からなる電気領域の R Z差動信号を生成するようにしているので、回路規模の削減や機器の安定度の増加、あるいはコスト低減に寄与することができるという効果を奏する。産業上の利用可能性

以上のように、本発明は、光ファイバを通信線路として用いる光伝送システムを構成する光送信器に有用である。

Claims

請求の範囲 ·

1. データ信号に基づいて差動符号化信号を生成する差動符号化器と、

前記差動符号化器から出力された差動符号化信号に基づいて電気領域の R Z ( Re t u r n t o Z e r o) 信号である電気 R Z差動信号を生成する R Z符号化器と、

前記電気 RZ差動信号に基づいて光領域の RZ信号である光 RZ—DP SK ( D i f f e r e n t i a l Pha s e Sh i f t Ke y i n g) 信号を生成するマッハツエンダ干渉計型強度変調器と、

を備えたことを特徴とする光送信器。

2. 前記光 RZ— DP SK信号は、（0， π) の差動位相によって変調されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光送信器。

3. 前記差動符号化信号は、正相差動信号と該正相差動信号の出力を反転した逆相差動信号との 2信号からなり、

前記電気 RZ差動信号は、

前記正相差動信号をク口ック信号に同期して出力した正相 R Ζ差動信号と、前記逆相差動信号をク口ック信号に同期して出力した逆相 R Ζ差動信号と、からなることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の光送信器。

4. 前記正相差動信号は、自己の出力を 1ビット遅延させた遅延出力と前記デ ' ータ信号との排他的論理和出力の反転出力であり、

前記逆相差動信号は、前記排他的論理和出力の非反転出力であることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の光送信器。