WO2009122509A1 - デジタル信号処理光送信装置 - Google Patents

Abstract

　プリディストーションやＯＦＤＭなどのデジタル信号処理光送信装置において、送信光信号のピーク対アベレージパワー比が変動しても、常に一定の平均パワーで送信光信号を出力制御し、安定したＳ／Ｎ比で光伝送可能にすることを目的とする。デジタル信号処理回路２から出力されたデジタル信号の平均パワーを算出する平均パワー算出手段３０と、光ベクトル変調器５から出力される送信光信号の平均パワーを一定にする光パワー可変手段３１とを備えている。

Description

デジタル信号処理光送信装置

　この発明は、誤り訂正光通信システムなどに適用される光送信装置に関し、特に、デジタル信号処理回路によって送信光信号を生成するデジタル信号処理光送信装置に関するものである。

　一般に、光伝送システムのビットレートの高速化を阻害する要因として、光ファイバの波長分散があげられる。波長分散とは、光ファイバ中の伝搬速度が波長によって異なることであり、これにより、信号中に含まれる異なる波長成分が受信端に到達する時間に差が生じて、送信光信号の波形が歪むことになる。

　この場合の波形歪み量は、ビットレートの２乗に比例し、たとえば光ファイバに１０Ｇｂ／ｓの光信号を伝送させたときに発生する波形歪み量に対して、同じ光ファイバに１００Ｇｂ／ｓの光信号を伝送させたときの波形歪み量は、１００倍になる。従って、同じ分散特性の光ファイバで、１００Ｇｂ／ｓの光信号を伝送できる距離は１０Ｇｂ／ｓの光信号の場合の１００分の１になってしまう。

　波長分散に起因した上記問題を解決するために、従来から、光ファイバの分散を補償する手段が用いられている。この場合、光ファイバと逆の分散特性を有する、いわゆる分散補償ファイバが広く実用化されているが、分散補償ファイバの分散量が固定であるうえ、光損失を補償するための光増幅器が必要になるという新たな問題が生じる。

　そこで、比較的新しい従来方法として、デジタル信号処理による分散補償方式が提案されている（たとえば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
　非特許文献１に記載の方法は、送信側のデジタル信号処理において、あらかじめ送信データ系列を光ファイバと逆特性の伝達関数で演算することにより、伝送後に波形歪みが解消するようにする方法であり、プリディストーション（または、予等化）と呼ばれている。

　また、非特許文献２に記載の方法は、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）を光通信に適用して、送信データ系列を多値のシンボルにマッピングした後、離散逆フーリエ変換することにより、複数のサブキャリア変調に変換する方法である。この場合、サブキャリアの数だけ速度が分割され、シンボルレートが低下する。たとえば、１０個のサブキャリアに分割されると、分散による波形歪みが１００分の１に小さくなる。

　ここで、非特許文献１に記載されたプリディストーションについて、図面を参照しながら説明する。
　図５は、従来のプリディストーションによるデジタル信号処理光送信装置の構成を示すブロック図である。

　図５において、デジタル信号処理光送信装置は、情報源１に基づきプリディストーションの演算を行うデジタル信号処理回路（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＳＰ）２と、デジタル信号処理回路２で演算されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ３ａ、３ｂと、レーザ光を発生するレーザ装置（以下、「レーザダイオード」という）４と、実数部と虚数部とを独立に変調して送信光信号６を出力する光ベクトル変調器５とを備えている。

　次に、図５に示した従来装置の動作について説明する。
　情報源１は、デジタル信号に演算処理しやすいように、並列展開された状態でデジタル信号処理回路２に入力される。

　デジタル信号処理回路２は、遅延素子、掛け算器および加算器からなるトランスバーサルフィルタと、ルックアップテーブルとにより構成されており、情報源１に対して演算処理を施し、デジタル信号を出力する。
　このとき、デジタル信号処理回路２においては、光ファイバの分散の逆関数との畳み込み演算が、実数部および虚数部のそれぞれについて施され、たとえば、複数の矢印で示すように６ビットのデジタル信号が演算される。

　デジタル信号処理回路２からのデジタル信号は、Ｄ／Ａコンバータ３ａ、３ｂにおいてアナログ信号に変換される。
　ここで、Ｄ／Ａコンバータ３ａは、実数部のデジタル信号をアナログ信号に変換し、Ｄ／Ａコンバータ３ｂは、虚数部のデジタル信号をアナログ信号に変換する。

　続いて、光ベクトル変調器５は、レーザダイオード４からのレーザ光（直流光）を、Ｄ／Ａコンバータ３ａ、３ｂからの各アナログ信号で変調し、変調された光信号を、送信光信号６として光ファイバに送出する。
　このとき、光ファイバの分散で受ける波形歪みによって、送信光信号６が元に戻るように、あらかじめ送信波形を歪ませるので、プリディストーションと呼ばれている。

　図６は従来（図５）のデジタル信号処理光送信装置により制御される送信光信号６の波形を示す説明図である。
　図６（ａ）は補償する分散量が大きい場合の波形であり、ある頻度で振幅が大きなピークが発生している。

　プリディストーションにおいては、演算結果のピークを上限としてＤ／Ａ変換が行われるので、ピークとアベレージとのパワー比（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ａｖｅｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒａｔｉｏ：ＰＡＰＲ）によって、送信する平均光パワーが変化してしまう。

　図６（ａ）では、一番大きい振幅をデジタル信号の最上位ビットとして、それ以下の振幅を下位ビットに割り当てるので、結果として、平均パワーが低下してしまう（パワー比ＰＡＰＲ≒６）。
　一方、図６（ｂ）は補償する分散量がゼロの場合の波形であり、元の情報源を２値ＮＲＺで表した波形そのものである。この場合、平均パワーは、ピークパワーの半分である。

Ｄ．　ＭｃＧｈａｎ，　ｅｔ　ａｌ．，　"５１２０　ｋｍ　ＲＺ－ＤＰＳＫ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｖｅｒ　Ｇ６５２　ｆｉｂｅｒ　ａｔ　１０　Ｇｂ／ｓ　ｗｉｔｈ　ｎｏ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，"　ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２００５，　ＰＤＰ２７，　Ａｎａｈｅｉｍ，　ＣＡ，　Ｍａｒ．　２００５． Ａ．　Ｊ．　Ｌｏｗｅｒｙ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ＯＦＤＭ　ｉｎ　ｕｌｔｒａ　ｌｏｎｇ－ｈａｕｌ　ＷＤＭ　ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ，"　ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｖｏｌ．　２５，　ｎｏ．　１，　ｐｐ．　１３１　_　１３８，　Ｊａｎ．　２００７．

　従来のデジタル信号処理光送信装置では、図６（ａ）のように平均パワーが小さくなる場合や、図６（ｂ）のように平均パワーがピークの１／２になる場合など、分散補償する量によって平均パワーが変化すると、分散補償量（すなわち、パワー比ＰＡＰＲ）が大きい場合に、送信光信号６の平均光パワーが極端に小さくなる。この結果、必要な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が得られず、受信端で分散補償されていても、送信光信号６のＳ／Ｎ比が要求値に達しなくなり、ビット誤りが生じるという課題があった。

　この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、分散補償量の変化に依存した送信光信号の平均パワー低下（または、変動）を回避したデジタル信号処理光送信装置を得ることを目的とする。

　この発明によるデジタル信号処理光送信装置は、情報源に基づくデジタル信号を出力するデジタル信号処理回路と、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、レーザ光を発生するレーザ装置と、アナログ信号に基づいてレーザ光を変調する光変調器と、平均パワー制御信号を算出する平均パワー算出手段と、平均パワー制御信号に応答して、平均パワーに比例した送信光信号となるように、光変調器から出力される変調光を制御する光パワー可変手段とを備え、平均パワー算出手段は、送信光信号の平均パワーが一定となるように光パワー可変手段を制御するものである。

　この発明によれば、分散補償量の変化による送信光信号パワーの平均値低下や変動を回避することができる。

この発明の実施例１に係るデジタル信号処理光送信装置を示すブロック図である。（実施例１） この発明の実施例１において制御される送信光信号の波形を従来波形と対比して示す説明図である。（実施例１） この発明の実施例２に係るデジタル信号処理光送信装置を示すブロック図である。（実施例２） この発明の実施例３に係るデジタル信号処理光送信装置を示すブロック図である。（実施例３） 従来のデジタル信号処理光送信装置を示すブロック図である。 従来のデジタル信号処理光送信装置により制御される送信光信号の波形を示す説明図である。

（実施例１）
　以下、図面を参照しながら、この発明の実施例１について詳細に説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　図１は、この発明の実施例１に係るデジタル信号処理光送信装置の構成例を示すブロック図であり、前述（図５参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。

　図１において、デジタル信号処理光送信装置は、前述と同様のデジタル信号処理回路２、Ｄ／Ａコンバータ３ａ、３ｂ、レーザダイオード４および光ベクトル変調器５に加えて、平均パワー制御信号を算出する平均パワー算出手段３０と、光ベクトル変調器５の出力側に挿入されて平均パワー制御信号に応動する光パワー可変手段３１とを備えている。

　なお、ここでは、前述と同様に光ベクトル変調器５を用いているが、他の光変調器として、たとえば極座標変調器を用いても同様の作用効果が得られる。このことは、後述する他の実施例においても同様である。
　光パワー可変手段３１は、平均パワー制御信号に応答して、平均パワーに比例した送信光信号３２となるように、光ベクトル変調器から出力される変調光を制御する。

　平均パワー算出手段３０は、デジタル信号処理回路２からＤ／Ａコンバータ３ａ、３ｂに送られるデジタル信号を一定時間積算して、デジタル信号の平均パワーに対応した平均パワー制御信号を算出し、送信光信号３２の平均パワーが一定となるように光パワー可変手段３１を制御する。

　次に、図１に示したこの発明の実施例１による動作について説明する。
　平均パワー算出手段３０は、デジタル信号処理回路２の演算結果に基づき、Ｄ／Ａコンバータ３ａ、３ｂに送られるデジタル信号を一定時間積算して、デジタル信号の平均値（平均パワー）を算出し、平均パワーに見合った平均パワー制御信号を出力する。

　光パワー可変手段３１は、平均パワー制御信号の印加電圧に応じて挿入損失を可変可能なアッテネータ（バリアブル　オプティカル　アッテネータ：ＶＯＡ）により構成されており、平均パワー算出手段３０から出力される平均パワー制御信号（平均値）に比例した送信光信号３２となるように、出力制御を行う。

　図２はこの発明の実施例１による送信光信号の波形制御動作を示す説明図であり、（ａ’）、（ｂ’）は平均パワー算出手段３０および光パワー可変手段３１を用いた送信光信号３２の波形を示している。
　図２（ａ）、（ｂ）は、従来波形（図６（ａ）、（ｂ））と同一であり、この発明の実施例１による制御と対比するために示している。また、この発明による図２（ｂ’）の波形は、図２（ｂ）の従来波形と同一である。

　図２において、（ａ’）は平均パワー算出手段３０および光パワー可変手段３１によって平均値（１点鎖線）が一定に制御された波形を示し、分散補償量がゼロの場合の（ｂ’）（＝（ｂ））の波形での平均値と等しくなるように、送信光信号３２の振幅を制御した状態を示している。

　また、（ｂ’）の波形の平均値は、（ａ’）と同じである。すなわち、分散補償量の違いで発生するピークパワー（破線）の違いによらず、送信光信号の平均パワー（平均値：１点鎖線）が一定となるので、常に同じＳ／Ｎ比で送信光信号３２を伝送することができ、安定した伝送特性を得ることができる。
　仮に、上記制御を行わなければ、図２（ａ）の従来波形のように、不要に低い平均パワーで伝送することになり、著しくＳ／Ｎ比が劣化して、安定した伝送を実現することはできない。

　以上のように、この発明の実施例１に係るデジタル信号処理光送信装置は、情報源１に基づくデジタル信号を出力するデジタル信号処理回路２と、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ３ａ、３ｂと、レーザ光を発生するレーザダイオード４（レーザ装置）と、アナログ信号に基づいてレーザ光を変調する光ベクトル変調器５（光変調器）と、平均パワー制御信号を算出する平均パワー算出手段３０と、平均パワー制御信号に応答して、平均パワーに比例した送信光信号３２となるように、光ベクトル変調器５から出力される変調光を制御する光パワー可変手段３１とを備えている。

　平均パワー算出手段３０は、デジタル信号処理回路２からＤ／Ａコンバータ３ａ、３ｂに送られるデジタル信号を一定時間積算（Σ）して、デジタル信号の平均パワーに対応した平均パワー制御信号を算出し、送信光信号３２の平均パワーが一定となるように光パワー可変手段３１を制御する。また、光パワー可変手段３１は、可変アッテネータにより構成されている。
　これにより、分散補償量の変化に依存した送信光信号３２の平均パワーの低下や変動を回避して、常に同じＳ／Ｎ比で送信光信号３２を伝送することができ、安定した伝送特性を実現したデジタル信号処理光送信装置を得ることができる。

（実施例２）
　なお、上記実施例１（図１）では、デジタル信号処理回路２からのデジタル信号に基づく平均パワー算出手段３０を用いたが、図３のように、光パワー可変手段３１からの送信光信号をモニタして平均パワー制御信号を算出する平均パワー算出手段５１を用いてもよい。

　図３はこの発明の実施例２に係るデジタル信号処理光送信装置を示すブロック図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
　図３において、光パワー可変手段３１の出力端子側には、ビームスプリッタなどの光分岐手段５０が設けられている。
　光分岐手段５０は、光パワー可変手段３１からの送信光信号５２を分岐して、分岐光信号を平均パワー算出手段５１に入力する。

　この場合、平均パワー算出手段５１は、たとえば、フォトダイオードと積分回路とにより構成される。
　平均パワー算出手段５１は、光分岐手段５０を介して、光パワー可変手段３１から出力される送信光信号５２をモニタし、分岐光信号に基づいて平均パワー制御信号を算出する。
　これにより、平均パワー算出手段５１は、送信光信号５２の平均パワーが一定となるように、光パワー可変手段３１を制御する。

　図３のように、光パワー可変手段３１の出力側に、光分岐手段５０と、フォトダイオードおよび積分回路を有する平均パワー算出手段５１とを設け、送信光信号５２の分岐光信号の積分に基づく平均パワー制御信号により光パワー可変手段３１を制御しても、前述の実施例１と同様に、送信光信号５２の平均パワーを一定に制御することができる。

（実施例３）
　なお、上記実施例１、２（図１、図３）では、可変アッテネータで構成された光パワー可変手段３１を用いたが、図４のように、出力可変機能を有する光増幅器（ＡＭＰ）で構成された光パワー可変手段６１を用いてもよい。

　図４はこの発明の実施例３に係るデジタル信号処理光送信装置を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
　なお、ここでは、代表的に、実施例２（図３）の構成において、光増幅器からなる光パワー可変手段６１を適用したが、実施例１（図１）の構成においても適用可能なことは言うまでもない。

　図４において、光パワー可変手段６１は、出力可変機能を有する光増幅器により構成されている。
　この場合、光パワー可変手段６１から出力される送信光信号６２は、前述と同様に、光分岐手段５０で分岐されて平均パワー算出手段５１に入力される。
　平均パワー算出手段５１は、分岐光信号に基づいて平均パワー制御信号を算出し、送信光信号６２の平均パワーが一定となるように、光パワー可変手段（光増幅器）６１の励起パワーを制御する。

　図４のように、光増幅器からなる光パワー可変手段６１を用いても、前述の実施例１、２と同様に、送信光信号６２の平均パワーを一定に制御することができ、前述と同等の作用効果を奏することができる。

　なお、上記実施例１～３では、プリディストーション方式によるデジタル信号処理光送信装置を例にとって説明したが、ＯＦＤＭ方式を用いたデジタル信号処理光送信装置でも同じ技術を適用することによって、送信光信号の平均パワーを一定にするという作用効果を得ることができる。この場合、たとえば、図１内のデジタル信号処理回路２に代えて、ＯＦＤＭ送信機の離散逆フーリエ変換回路を用いればよい。

　さらに、プリディストーションやＯＦＤＭ以外のデジタル信号処理光送信装置であっても、変調によってパワー比ＰＡＰＲが変化する装置であれば、どのようなものにも適用可能なことは言うまでもない。

産業上の利用の可能性

　以上のように、この発明によるデジタル信号処理光送信装置は、光伝送システムの分散補償を行う送信装置に利用可能である。

Claims (5)

1. 　情報源に基づくデジタル信号を出力するデジタル信号処理回路と、
   　前記デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、
   　レーザ光を発生するレーザ装置と、
   　前記アナログ信号に基づいて前記レーザ光を変調する光変調器と、
   　平均パワー制御信号を算出する平均パワー算出手段と、
   　前記平均パワー制御信号に応答して、前記平均パワーに比例した送信光信号となるように、前記光変調器から出力される変調光を制御する光パワー可変手段とを備え、
   　前記平均パワー算出手段は、前記送信光信号の平均パワーが一定となるように前記光パワー可変手段を制御することを特徴とするデジタル信号処理光送信装置。
2. 　前記平均パワー算出手段は、前記デジタル信号処理回路から前記Ｄ／Ａコンバータに送られるデジタル信号を一定時間積算して、前記デジタル信号の平均パワーに対応した平均パワー制御信号を算出することを特徴とする請求項１に記載のデジタル信号処理光送信装置。
3. 　前記平均パワー算出手段は、前記光パワー可変手段から出力される送信光信号をモニタして前記平均パワー制御信号を算出することを特徴とする請求項１に記載のデジタル信号処理光送信装置。
4. 　前記光パワー可変手段は、可変アッテネータにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のデジタル信号処理光送信装置。
5. 　前記光パワー可変手段は、出力可変機能を有する光増幅器により構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のデジタル信号処理光送信装置。

Images