WO2010082578A1 - 光送信器 - Google Patents

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optical
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optical transmitter
multilevel
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杉原 隆嗣
聡一朗 亀谷
水落 隆司
小西 良明
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三菱電機株式会社
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    • H04L27/32Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36Modulator circuits; Transmitter circuits
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50Transmitters
    • H04B10/516Details of coding or modulation

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmitter that converts an electrical signal into an optical signal and transmits the optical signal.
  • an I / Q modulator is used as an optical modulator.
  • the I / Q modulator is a modulator that can independently generate orthogonal optical electric field components (I channel and Q channel), and has a special configuration in which Mach-Zehnder (MZ) modulators are connected in parallel. It is something to take.
  • DPMZM Dual Parallel MZ Modulator
  • QPMZM Quad Parallel MZ Modulator
  • the two-electrode MZ modulator is an optical component that is widely applied to a normal optical transceiver as a push-pull type optical modulator, the cost can be reduced.
  • the configuration is such that the light passes through the MZ modulator only once, the insertion loss of light can be reduced.
  • the prior art has the following problems.
  • the conventional optical transmitter it is necessary to perform multi-level modulation processing on an input data sequence input at high speed, which causes a problem of increasing processing load.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical transmitter capable of reducing the processing load of multilevel modulation processing.
  • An optical transmitter is an optical transmitter that converts an input data sequence, which is an input electrical signal, into an optical multilevel signal and outputs the optical multilevel signal, and stores data for performing optical multilevel modulation A lookup table for outputting the first modulation data and the second modulation data based on the input data series; a first D / A converter for D / A converting the first modulation data to generate a first multilevel signal; A second D / A converter that D / A converts the second modulation data to generate a second multilevel signal, a first phase modulator that modulates light from the light source according to the first multilevel signal, and A second phase modulator that modulates the light from the light source according to the two multilevel signal, and combines the optical signal from the first phase modulator and the optical signal from the second phase modulator to obtain an optical multilevel A two-electrode MZ modulator that outputs a signal is provided.
  • the optical transmitter stores data for performing optical multi-level modulation and outputs a first modulation data and a second modulation data based on an input data sequence. Has a table. Accordingly, the first modulation data and the second modulation data can be output on a one-to-one basis with respect to the input data series. Therefore, the processing load of multilevel modulation processing can be reduced.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating first and second drive electric signals necessary for realizing the signal point arrangement of FIG. 2 and stored data of an LUT when a DAC with 6-bit resolution is assumed.
  • FIG. 3 is another explanatory diagram illustrating the first and second drive electric signals necessary for realizing the signal point arrangement of FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a drive amplitude variation (amplitude shift) and a penalty when the first and second drive electrical signals corresponding to the table setting shown in FIG. 4 are used.
  • Embodiment 1 of the present invention the relationship between the set of 4-bit input data and the signal point arrangement on the complex plane when the drive amplitude of the drive electric signal is reduced (0.9 times) from the optimum value. It is explanatory drawing shown.
  • the relationship between the 4-bit input data set and the signal point arrangement on the complex plane when the drive amplitude of the drive electrical signal is increased (1.1 times) from the optimum value. It is explanatory drawing shown.
  • it is explanatory drawing which shows the example of a setting of the storage data of LUT when the drive amplitude of a drive electrical signal reduces from the optimal value.
  • the S / P conversion unit 1 and the P / S conversion unit 4 are provided. However, when the LUT 2 processing is executed at the same speed as the input data series, the S / P conversion unit 1 The conversion unit 1 and the P / S conversion unit 4 are not necessary.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an optical transmitter according to Embodiment 1 of the present invention.
  • this optical transmitter includes an S / P (Serial / Parallel) conversion unit 1, a lookup table 2, a lookup table control unit 3, a P / S (Parallel / Serial) conversion unit 4, and two D / S A converters 5a and 5b (first and second D / A converters), two electric amplifiers 6a and 6b, a light source 7 and a two-electrode MZ modulator 8 are provided.
  • the two-electrode MZ modulator 8 is composed of two phase modulators 8a and 8b.
  • the lookup table 2 is referred to as LUT2 (Look-up Table).
  • the D / A converters 5a and 5b are referred to as DACs 5a and 5b (Digital / Analog Converter).
  • the S / P converter 1 develops the input data series input to the optical transmitter in parallel according to the processing speed of the LUT 2.
  • the LUT 2 has the same number of tables as the number of expansions by the S / P conversion unit 1, and outputs the set values (first modulation data and second modulation data) of the DACs 5a and 5b corresponding to the input data series expanded in parallel.
  • the LUT 2 stores data for realizing optical multilevel modulation, and the stored data can be reset.
  • the LUT control unit 3 (lookup table control means) changes the data stored in the LUT 2 as needed. The stored data changing process by the LUT control unit 3 will be described later.
  • the P / S conversion unit 4 performs P / S conversion on the output from the LUT 2 to generate setting values of the DACs 5a and 5b having data rates corresponding to the output data update speeds of the DACs 5a and 5b. Output.
  • the DACs 5a and 5b D / A convert the set value output from the P / S conversion unit 4 to generate a first multi-value signal and a second multi-value signal.
  • the electric amplifiers 6a and 6b amplify the first and second multi-value signals from the DACs 5a and 5b to the voltage amplitude necessary for optical modulation, and the first drive electric signal V1 (t) and the second drive electric signal V2 ( t).
  • the two-electrode MZ modulator 8 drives the phase modulators 8a and 8b with the first and second drive electric signals V1 (t) and V2 (t) from the electric amplifiers 6a and 6b, and continuously ( CW (Continuous-wave) light is modulated and a modulated optical signal is output.
  • CW Continuous-wave
  • data for realizing optical multilevel modulation is stored as stored data in the LUT 2
  • an optical multilevel signal can be obtained as a modulated optical signal output from the two-electrode MZ modulator 8.
  • the LUT 2 outputs a set value of the DACs 5a and 5b according to the signal multiplicity of the optical multilevel signal (the number of signals mapped to one symbol), so that the length is longer than the signal multiplicity of the optical multilevel signal.
  • the table configuration has an address length and a bit width greater than the number of quantization bits of the DACs 5a and 5b. At this time, it is possible to read out the desired set values of the DACs 5a and 5b by referring to the data using the bit string of the input data series as an address.
  • FIG. 2 illustrates the relationship between a 4-bit input data set and signal point arrangement on the complex plane.
  • the transfer function of the two-electrode MZ modulator 8 is expressed by the following equation (1) based on the polar coordinate display format.
  • V ⁇ is a half-wave voltage of the two-electrode MZ modulator 8.
  • first and second drive electric signals V1 (t) and V2 (t) necessary for generating each signal point in FIG. 2 are expressed by the following equation (2) by inverse transformation of the equation (1). It is expressed in
  • the DACs 5a and 5b are used in order to actually output voltages necessary for generating each signal point represented by the equation (2). Also, the output data update speed of the DACs 5a and 5b is generally set to a speed that is at least twice the transmission symbol rate.
  • FIG. 3 shows the relationship between the resolution (number of bits) of the DACs 5a and 5b and the penalty represented by the average value of the deviation amounts from the optimum signal points.
  • the white circle is the calculation result for the two-electrode MZ modulator 8 (DDMZM)
  • the black circle is the calculation result for the above-described Dual Parallel MZ modulator (DPMZM).
  • DDMZM Dual Parallel MZ modulator
  • the DACs 5a and 5b having a resolution of 6 bits or more should be used in consideration of an area where the penalty can be ignored. .
  • the first and second drive electrical signals V1 (t) and V2 (t) necessary for realizing the signal point arrangement of FIG. 2 and storage of the LUT2 when assuming the DACs 5a and 5b with 6-bit resolution are stored.
  • the data is illustrated in FIG. In FIG. 4, the values of the first and second drive electric signals V1 (t) and V2 (t) are based on the voltage value applied to the two-electrode MZ modulator 8 and the half-wave voltage of the two-electrode MZ modulator 8 as a reference. It is a value expressed as
  • 6-bit data set in the DACs 5a and 5b can be obtained by using a set of 4-bit data as an address input and using 6-bit stored data corresponding to the address as an output. Since the 4-bit data set also corresponds to each signal point of FIG. 2, a 2-electrode MZ modulator is used by using the outputs from the DACs 5a and 5b corresponding to the 6-bit data obtained as the output of the LUT2. By driving 8, each signal point corresponding to 16QAM modulation can be realized as an optical multilevel signal.
  • the storage data of the LUT2 shown in FIG. Optimal data can be set for each output data update timing.
  • FIG. 5 shows another example of the first and second drive electric signals V1 (t) and V2 (t) and the data stored in the LUT 2 assuming the 6-bit resolution DACs 5a and 5b.
  • the white circle is the calculation result for the two-electrode MZ modulator 8 (DDMZM)
  • the black circle is the calculation result for DPMZM. From FIG. 6, it can be seen that when the two-electrode MZ modulator 8 (DDMZM) is used, the tolerance for deviation from the optimum setting of the drive electrical signal is smaller than when the DPMZM is used.
  • FIG. 7 shows the relationship between the 4-bit input data set and the signal point arrangement on the complex plane when the drive amplitude of the drive electric signal is reduced (0.9 times) from the optimum value.
  • FIG. 8 shows the relationship between the 4-bit input data set and the signal point arrangement on the complex plane when the drive amplitude of the drive electric signal is increased from the optimum value (1.1 times).
  • white circles are signal point arrangements corresponding to the optimum drive amplitude
  • black circles are signal point arrangements when the drive amplitude deviates from the optimum value. From FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that the deviation of the drive amplitude greatly affects the signal quality.
  • the optimal drive amplitude and LUT 2 of the drive electric signal to be applied to the two-electrode MZ modulator 8 are determined. There may be a difference with the stored data. This may be due to imperfect output of the DACs 5a and 5b, individual variations in the gain and output signal amplitude of the electric amplifiers 6a and 6b, and individual variations in the half-wave voltage of the two-electrode MZ modulator 8.
  • the characteristics of the DACs 5a and 5b, the characteristics of the electric amplifiers 6a and 6b, the deviation of the driving amplitude due to the necessary driving voltage of the phase modulators 8a and 8b constituting the two-electrode MZ modulator 8, and the measured driving are measured in advance.
  • the LUT 2 in which the stored data is corrected so as to reduce the amplitude deviation it is possible to reduce signal quality degradation.
  • the characteristic of the DACs 5a and 5b, the characteristic of the electric amplifiers 6a and 6b, the deviation of the driving amplitude due to the necessary driving voltage of the phase modulators 8a and 8b constituting the two-electrode MZ modulator 8, and the like are detected at any time.
  • the data stored in the LUT 2 is changed according to the amount.
  • the stored data of the LUT 2 can be set for each individual optical transmitter in accordance with the performance of each component, and the deterioration of the signal quality can be prevented.
  • a method for optimizing the data stored in the LUT 2 a method of observing the optical multilevel signal output from the two-electrode MZ modulator 8 and adjusting so as to obtain an optimal signal point, a response of a known training pattern The method of multiplying the inverse characteristic of the system obtained from the above, the method of minimizing the error rate of the received data at the opposite optical receiver, and the like can be used.
  • an optical multilevel signal a signal sequence represented by an orthogonal coordinate system of an I channel component (real part component) and a Q channel component (imaginary part component) is usually used as a signal point arrangement on a complex plane. Is used.
  • the two-electrode MZ modulator 8 since the drive electrical signal and the optical multilevel signal have the relationship represented by the above formula (1), the optical multilevel signal is different from when the DPMZM is used.
  • the deviation of the I channel component and the Q channel component from the ideal state does not correspond one-to-one with the drive electric signal.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a setting example of stored data in the LUT 2 when the drive amplitude of the drive electrical signal is reduced below the optimum value.
  • DACs 5a and 5b have 7-bit resolution as stored data in LUT2, and that data corresponding to 6-bit resolution corresponding to FIG. 4 is stored as an initial state.
  • the electric drive signal can be easily corrected, and 16QAM modulation can be executed under optimum driving conditions.
  • the bit width of the data stored in the LUT 2 and the bit width of the DACs 5a and 5b are set to a size in which correction bits are added to the number of bits necessary for the modulation scheme to be realized. Is desirable. For example, based on the penalty shown in FIG. 3, when the bit width required for executing 16QAM modulation is estimated to be 6 bits, the storage data of LUT2 is 7 bits, and the DACs 5a and 5b having 7-bit resolution are By using it, the correction process shown in FIG. 9 can be executed.
  • the memory capacity of the LUT 2 when transferring 40 Gb / s information by 16QAM modulation will be described.
  • the symbol rate of the generated optical multilevel signal is 10 Gsymbol / s
  • the resolution of the DACs 5a and 5b is 7 bits
  • the data width of the stored data in the LUT2 is 7 bits
  • the output update timing of the DACs 5a and 5b is the optical multilevel signal. It is assumed that the symbol rate is twice (2 times oversampling), and the S / P converter 1 has 64 parallel operations.
  • the optical transmitter stores data for performing optical multilevel modulation, and the first modulation data and the second modulation are based on the input data sequence. It has a lookup table that outputs data. Accordingly, the first modulation data and the second modulation data can be output on a one-to-one basis with respect to the input data series. Therefore, the processing load of multilevel modulation processing can be reduced.
  • the optical modulator further includes a look-up table control unit that changes data stored in the look-up table as needed. Therefore, after configuring the optical transmitter, the stored data of the lookup table can be set for each individual optical transmitter in accordance with the performance of each component, and deterioration of signal quality can be prevented.
  • correction of the drive amplitude of the two-electrode MZ modulator 8 is given as an example in FIG. 8, but since data setting using the LUT 2 is executed, linear correction and nonlinear correction are performed. Either can be supported.
  • the additional bit is 1 bit in FIG. 8 has been described.
  • the present invention is not limited to this, and a bit width may be freely added according to the correction content.
  • the data correction at the timing of realizing the signal point has been described.
  • n table values corresponding to the output update timing of the DACs 5a and 5b for the same signal point General linear and non-linear corrections using n times oversampling data can be performed.
  • the present invention is not limited to this.
  • the data stored in the LUT 2 is corrected, more optimal operation can be realized by further considering the characteristics (signal error rate, etc.) of the optical receiver facing the optical transmitter.
  • the characteristics of the optical receiver can be fed back by using a reverse communication path, information transfer using a supervisory control light or a public line, and the like.
  • the signal arrangement (mapping) to the multi-value signal of the input data series and the correction of the driving electric signal can be executed simultaneously, so that the circuit can be reduced in size.
  • 2 LUT Lookup Table
  • 3 LUT Control Unit Lookup Table Control Means
  • 7 Light Source 8 2-electrode MZ Modulator, 8a, 8b Phase Modulation vessel.

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Abstract

 多値変調処理の処理負荷を低減することができる光送信器を提供する。 入力された電気信号である入力データ系列を光多値信号に変換して出力する光送信器であって、光多値変調を実行するためのデータを格納し、入力データ系列に基づいて、第1変調データおよび第2変調データを出力するLUT2と、第1変調データをD/A変換して第1多値信号を生成するDAC5aと、第2変調データをD/A変換して第2多値信号を生成するDAC5bと、第1多値信号に応じて光源7からの光を変調する第1位相変調器8a、および第2多値信号に応じて光源からの光を変調する第2位相変調器8bを含み、第1位相変調器8aからの光信号と第2位相変調器8bからの光信号とを合成して、光多値信号を出力する2電極MZ変調器8とを備えている。

Description

光送信器
 この発明は、電気信号を光信号に変換して送信する光送信器に関する。
 WDM光通信システムの大容量化を実現するには、1波長あたりの伝送レートを上げることが有用である。ここで、変調方式を変えることなく光伝送路に送出するシンボルレートを上げた場合には、許容残留分散量がシンボルレートの2乗に反比例するので、光伝送路の波長分散耐力が低下するという問題点があった。また、電気信号処理を高速に実行することが必要となり、アナログ電気部品のコストが増加するという問題点もあった。
 そのため、近年では、シンボルレートを上げることなく、1シンボルあたりの信号多重度を上げることで、システムの大容量化を実現するための研究が盛んに行われている。
 信号多重度を上げる方式として、例えば、1シンボルに2値(多重度2)を割り当てることで伝送容量を2倍にするQPSK方式や、1シンボルに4値(多重度4)を割り当てることで伝送容量を4倍にする16QAM方式、16APSK方式等の多値変調方式が知られている。
 通常、これらの多値変調を実行する場合には、光変調器としてI/Q変調器が用いられる。I/Q変調器は、直交する光電界成分(Iチャンネル、Qチャンネル)を独立して生成可能な変調器であり、マッハツェンダー(MZ:Mach-Zehnder)変調器を並列接続した特殊な構成をとるものである。
 例えば、QPSK変調を実行する場合には、MZ変調器を2個並列に接続したDual Parallel MZ変調器(DPMZM:Dual Parallel MZ Modulator)が用いられる(例えば、特許文献1参照)。
 また、16QAM変調を実行する場合には、DPMZMや、DPMZMをさらに2個並列に接続したQuad Parallel MZ変調器(QPMZM:Quad Parallel MZ Modulator)が用いられる(例えば、非特許文献1参照)。
 ここで、特許文献1および非特許文献1の何れの変調器を用いる場合であっても、MZ変調器の数が増えることによって、コストが増加するとともに、バイアス制御箇所が増加するという問題点があった。
 そこで、位相変調器を2個並列に接続した2電極MZ変調器(DDMZM:Dual Drive MZM)を用いて多値変調を実現することが考えられている(例えば、特許文献2、非特許文献2)。
 2電極MZ変調器は、プッシュプル型光変調器として、通常の光送受信器に広く適用されている光部品なので、コストの低減を図ることができる。また、MZ変調器を一度通過するだけの構成なので、光の挿入損失低減を図ることができる。
特表2004-516743号公報 米国特許第7023601号明細書
T.Sakamoto,et al.,"50-Gb/s 16 QAM by a quad-parallel Mach-Zehnder modulator",ECOC2007,PD2.8,2007 K-P.Ho,et al.,"Generation of Arbitrary Quadrature Signals Using One Dual-Drive Modulator",IEEE J.Lightwave Technol.,Vol.23,No.2,February 2005,pp.764-770
 しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
 従来の光送信器では、高速で入力される入力データ系列に対して多値変調処理を実行する必要があるので、処理負荷が大きくなるという問題点があった。
 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って、その目的は、多値変調処理の処理負荷を低減することができる光送信器を提供することにある。
 この発明に係る光送信器は、入力された電気信号である入力データ系列を光多値信号に変換して出力する光送信器であって、光多値変調を実行するためのデータを格納し、入力データ系列に基づいて、第1変調データおよび第2変調データを出力するルックアップテーブルと、第1変調データをD/A変換して第1多値信号を生成する第1D/Aコンバータと、第2変調データをD/A変換して第2多値信号を生成する第2D/Aコンバータと、第1多値信号に応じて光源からの光を変調する第1位相変調器、および第2多値信号に応じて光源からの光を変調する第2位相変調器を含み、第1位相変調器からの光信号と第2位相変調器からの光信号とを合成して、光多値信号を出力する2電極MZ変調器とを備えたものである。
 この発明の光送信器によれば、光送信器は、光多値変調を実行するためのデータを格納し、入力データ系列に基づいて、第1変調データおよび第2変調データを出力するルックアップテーブルを備えている。これにより、入力データ系列に対して第1変調データおよび第2変調データをそれぞれ1対1に出力することができる。
 そのため、多値変調処理の処理負荷を低減することができる。
この発明の実施の形態1に係る光送信器を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態1による4ビットの入力データの組と複素平面上における信号点配置との関係を例示する説明図である。 この発明の実施の形態1によるDACの分解能(ビット数)と、ペナルティとの関係を示す説明図である。 図2の信号点配置を実現するために必要な第1および第2駆動電気信号と、6ビット分解能のDACを仮定した場合のLUTの格納データとを例示する説明図である。 図2の信号点配置を実現するために必要な第1および第2駆動電気信号と、6ビット分解能のDACを仮定した場合のLUTの格納データとを例示する別の説明図である。 図4に示したテーブル設定に対応した第1および第2駆動電気信号を用いた場合の、駆動振幅変動(振幅ずれ)と、ペナルティとの関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態1において、駆動電気信号の駆動振幅が最適値よりも減少(0.9倍)した場合の、4ビットの入力データの組と複素平面上における信号点配置との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態1において、駆動電気信号の駆動振幅が最適値よりも増加(1.1倍)した場合の、4ビットの入力データの組と複素平面上における信号点配置との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態1において、駆動電気信号の駆動振幅が最適値よりも減少した場合におけるLUTの格納データの設定例を示す説明図である。
 以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
 なお、以下の実施の形態では、S/P変換部1およびP/S変換部4を備えた構成としているが、入力データ系列と同じ速度でLUT2の処理を実行する場合には、S/P変換部1およびP/S変換部4は不要となる。
 実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1に係る光送信器を示すブロック構成図である。
 図1において、この光送信器は、S/P(Serial/Parallel)変換部1、ルックアップテーブル2、ルックアップテーブル制御部3、P/S(Parallel/Serial)変換部4、2つのD/Aコンバータ5a、5b(第1、第2D/Aコンバータ)、2つの電気増幅器6a、6b、光源7および2電極MZ変調器8を備えている。
 2電極MZ変調器8は、2つの位相変調器8a、8bから構成されている。
 なお、以下、ルックアップテーブル2を、LUT2(Look-up Table)と称する。また、D/Aコンバータ5a、5bを、DAC5a、5b(Digital/Analog Convertor)と称する。
 以下、この光送信器の各部位の機能について説明する。
 S/P変換部1は、光送信器に入力された入力データ系列を、LUT2の処理速度に合わせて並列展開する。LUT2は、S/P変換部1による展開数と同数のテーブルを有し、並列展開された入力データ系列に応じたDAC5a、5bの設定値(第1変調データ、第2変調データ)を出力する。ここで、LUT2には、光多値変調を実現するデータが格納され、また、格納データは、再設定が可能になっている。LUT制御部3(ルックアップテーブル制御手段)は、LUT2の格納データを随時変更する。LUT制御部3による格納データの変更処理については後述する。
 P/S変換部4は、LUT2からの出力をP/S変換して、DAC5a、5bの出力データ更新速度に対応したデータレートを有するDAC5a、5bの設定値を生成し、DAC5a、5bにそれぞれ出力する。DAC5a、5bは、P/S変換部4から出力された設定値をD/A変換し、第1多値信号および第2多値信号を生成する。電気増幅器6a、6bは、DAC5a、5bからの第1および第2多値信号を、光変調に必要な電圧振幅まで増幅し、第1駆動電気信号V1(t)および第2駆動電気信号V2(t)を生成する。
 2電極MZ変調器8は、電気増幅器6a、6bからの第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)で位相変調器8a、8bを駆動して、光源7からの連続(CW:Continuous-wave)光を変調し、変調光信号を出力する。
 ここで、LUT2の格納データとして、光多値変調を実現するデータが格納されているので、2電極MZ変調器8から出力される変調光信号として、光多値信号を得ることができる。
 なお、LUT2は、光多値信号の信号多重度(1シンボルにマッピングする信号数)に応じたDAC5a、5bの設定値を出力するために、光多値信号の信号多重度以上の長さを有するアドレス長と、DAC5a、5bの量子化ビット数以上の長さのビット幅とを持つテーブル構成としている。このとき、入力データ系列のビット列をアドレスとしてデータ参照することにより、所望のDAC5a、5bの設定値を読み出すことができる。
 以下、光多値変調として、2電極MZ変調器8(DDMZM)を用いて16QAM変調を実行する場合を例に挙げて説明する。
 16QAM変調では、光信号の1シンボルに4ビットのデータを割り当てる。この多値化操作によって、例えばシンボルレートが10Gsymbol/sである光信号により、40Gb/sの情報を転送することができる。4ビットの入力データの組と複素平面上における信号点配置との関係を図2に例示する。
 ここで、2電極MZ変調器8の伝達関数は、極座標表示の形式をもとにして、次式(1)のように表される。式(1)において、Vπは、2電極MZ変調器8の半波長電圧である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 また、図2の各信号点を生成するために必要な第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)は、式(1)の逆変換により、次式(2)のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 なお、実際に式(2)で表される各信号点の生成に必要な電圧を出力するためには、DAC5a、5bを使用する。また、DAC5a、5bの出力データ更新速度としては、伝送シンボルレートの2倍以上の速度とすることが一般的である。
 次に、DAC5a、5bの分解能(ビット数)と、最適信号点からのずれ量の平均値で表されるペナルティとの関係を図3に示す。
 図3において、白丸は2電極MZ変調器8(DDMZM)、黒丸は上述したDual Parallel MZ変調器(DPMZM)に対する計算結果である。
 図3より、2電極MZ変調器8(DDMZM)の使用を考えた場合に、ペナルティを無視することができる領域を考慮すると、6ビット以上の分解能を有するDAC5a、5bを用いればよいことが分かる。
 続いて、図2の信号点配置を実現するために必要な第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)と、6ビット分解能のDAC5a、5bを仮定した場合のLUT2の格納データとを図4に例示する。
 図4において、第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)の値は、2電極MZ変調器8に印加する電圧値を、2電極MZ変調器8の半波長電圧を基準にして表した値である。
 LUT2では、4ビットデータの組をアドレス入力とし、アドレスに対応した6ビットの格納データを出力として用いることにより、DAC5a、5bに設定する6ビットデータを得ることができる。
 また、4ビットデータの組は、図2の各信号点にも対応しているので、LUT2の出力として得られた6ビットデータに対応したDAC5a、5bからの出力を用いて2電極MZ変調器8を駆動することにより、光多値信号として16QAM変調に対応した各信号点を実現することができる。
 このとき、DAC5a、5bの出力データ更新速度を、光多値信号のシンボルレートのn倍とした場合には、図4に示したLUT2の格納データをn組以上準備することにより、DAC5a、5bの出力データの更新タイミング毎に、最適なデータを設定することができる。
 なお、図4に示した第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)とLUT2の格納データとは、これらの値に限定されるものではなく、同一の信号点配置を実現することができる組み合わせであれば、他の値であってもよい。第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)と、6ビット分解能のDAC5a、5bを仮定した場合のLUT2の格納データとの他の例を図5に示す。
 次に、図4に示したテーブル設定に対応した第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)を用いた場合の、駆動振幅変動(振幅ずれ)と、ペナルティとの関係を図6に示す。
 図6において、白丸は2電極MZ変調器8(DDMZM)、黒丸はDPMZMに対する計算結果である。
 図6より、2電極MZ変調器8(DDMZM)を使用した場合には、DPMZMを使用した場合よりも、駆動電気信号の最適設定からのずれに対する許容度が小さいことが分かる。
 続いて、駆動電気信号の駆動振幅が最適値よりも減少(0.9倍)した場合の、4ビットの入力データの組と複素平面上における信号点配置との関係を図7に示す。また、駆動電気信号の駆動振幅が最適値よりも増加(1.1倍)した場合の、4ビットの入力データの組と複素平面上における信号点配置との関係を図8に示す。
 図7および図8において、白丸は最適な駆動振幅に対応した信号点配置であり、黒丸は駆動振幅が最適値からずれた場合の信号点配置である。
 図7および図8より、駆動振幅のずれが信号品質に大きく影響することが分かる。
 ここで、図4に示したLUT2の格納データが最適設定であっても、実際の光送信器の駆動に際しては、2電極MZ変調器8に印加すべき駆動電気信号の最適な駆動振幅とLUT2の格納データとの間に差異が生じる場合がある。この要因としては、DAC5a、5bの出力の不完全性、電気増幅器6a、6bの利得および出力信号の振幅の個体ばらつき、2電極MZ変調器8の半波長電圧の個体ばらつき等が考えられる。
 そこで、DAC5a、5bの特性、電気増幅器6a、6bの特性、2電極MZ変調器8を構成する位相変調器8a、8bの必要駆動電圧等による駆動振幅のずれをあらかじめ測定し、測定された駆動振幅のずれを低減するように格納データを補正したLUT2を用いることにより、信号品質の劣化を低減することができる。
 また、信号品質の劣化を低減する別の方法として、LUT制御部3によってLUT2の格納データを随時変更することにより、駆動電気信号の振幅を最適状態に維持することが考えられる。この場合には、DAC5a、5bの特性、電気増幅器6a、6bの特性、2電極MZ変調器8を構成する位相変調器8a、8bの必要駆動電圧等による駆動振幅のずれを随時検出し、ずれ量に応じてLUT2の格納データを変更する。
 これにより、光送信器を構成した後に、各部品の性能に応じて個別の光送信器毎にLUT2の格納データを設定することができ、信号品質の劣化を防止することができる。
 ここで、LUT2の格納データの最適化手法としては、2電極MZ変調器8から出力される光多値信号を観測し、最適信号点が得られるように調整する手法、既知のトレーニングパターンの応答から得られる系の逆特性を乗算する手法、対向する光受信器での受信データの誤り率を最小とする手法等を用いることができる。
 なお、光多値信号の観測結果としては、通常、複素平面上の信号点配置として、Iチャンネル成分(実部成分)およびQチャンネル成分(虚部成分)の直交座標系で表される信号系列が用いられる。このとき、2電極MZ変調器8を用いる場合には、駆動電気信号と光多値信号とが上記式(1)で表される関係を有するので、DPMZM使用時とは異なり、光多値信号のIチャンネル成分およびQチャンネル成分の理想状態からのずれが駆動電気信号と1対1に対応しない。
 そのため、2電極MZ変調器8を用いた系で上述した逆特性を抽出する場合には、上記式(1)および上記式(2)で表される2電極MZ変調器8の伝達関数を考慮した演算を行う必要がある。
 図9は、駆動電気信号の駆動振幅が最適値よりも減少した場合におけるLUT2の格納データの設定例を示す説明図である。
 図9において、LUT2の格納データとしては、DAC5a、5bが7ビットの分解能を有しており、初期状態として、図4に対応する6ビット分解能相当のデータが格納されている状態を仮定する。
 図9より、初期状態において駆動振幅が最適値の0.9倍であり、1.1倍(=1/0.9倍)の補正を実行する場合には、右2列の値にLUT2の格納データを変更することにより、容易に電気駆動信号を補正することができ、最適な駆動条件で16QAM変調を実行することができる。
 ここで、図9に示されるように、LUT2の格納データのビット幅およびDAC5a、5bのビット幅は、実現される変調方式に必要なビット数に、補正用のビットを追加したサイズとすることが望ましい。例えば、図3に示したペナルティに基づいて、16QAM変調を実行する場合に必要なビット幅を6ビットと見積もったとき、LUT2の格納データを7ビットとし、7ビットの分解能を有するDAC5a、5bを用いることにより、図9に示した補正処理を実行することができる。
 次に、例えば、16QAM変調により40Gb/sの情報を転送する場合におけるLUT2のメモリ容量について説明する。
 なお、生成される光多値信号のシンボルレートを10Gsymbol/s、DAC5a、5bの分解能を7ビット、LUT2の格納データのデータ幅を7ビット、DAC5a、5bの出力更新タイミングを光多値信号のシンボルレートの2倍(2倍オーバサンプリング)、S/P変換部1の内部演算を64並列と仮定する。
 このとき、LUT2の格納データとしては、第1および第2駆動電気信号V1(t)、V2(t)用ともに、14Kbit(=64×16×7×2)のメモリ容量を持てばよい。
 この発明の実施の形態1に係る光送信器によれば、光送信器は、光多値変調を実行するためのデータを格納し、入力データ系列に基づいて、第1変調データおよび第2変調データを出力するルックアップテーブルを備えている。これにより、入力データ系列に対して第1変調データおよび第2変調データをそれぞれ1対1に出力することができる。
 そのため、多値変調処理の処理負荷を低減することができる。
 また、この光変調器は、ルックアップテーブルの格納データを随時変更するルックアップテーブル制御手段を備えている。
 そのため、光送信器を構成した後に、各部品の性能に応じて個別の光送信器毎にルックアップテーブルの格納データを設定することができ、信号品質の劣化を防止することができる。
 なお、上記実施の形態1では、図8において、2電極MZ変調器8の駆動振幅の補正を例に挙げたが、LUT2を用いたデータ設定を実行しているので、線形補正および非線形補正の何れにも対応することができる。
 また、上記実施の形態1では、図8において、追加ビットを1ビットとする場合について説明したが、これに限定されず、補正内容に応じて自由にビット幅を追加してもよい。
 また、上記実施の形態1では、信号点を実現するタイミングにおけるデータ補正について説明したが、同一の信号点に対して、DAC5a、5bの出力更新タイミングに対応したn個のテーブル値を持つことにより、n倍オーバサンプリングデータを用いた一般的な線形および非線形補正を実行することができる。
 また、上記実施の形態1では、LUT2の格納データの補正について、光送信器の各部位の特性のみを考慮したが、これに限定されない。LUT2の格納データを補正する際に、光送信器と対向する光受信器の特性(信号誤り率等)をさらに考慮することにより、より最適な動作を実現することができる。光受信器の特性は、逆方向の通信経路の使用、監視制御光や大衆回線を使用した情報転送等によってフィードバックすることができる。
 なお、LUT2を用いた場合には、入力データ系列の多値信号への信号配置(マッピング)と、駆動電気信号の補正とを同時に実行することができるので、回路を小型化することができる。
 2 LUT(ルックアップテーブル)、3 LUT制御部(ルックアップテーブル制御手段)、5a、5b DAC(第1、第2D/Aコンバータ)、7 光源、8 2電極MZ変調器、8a、8b 位相変調器。

Claims (7)

  1.  入力された電気信号である入力データ系列を光多値信号に変換して出力する光送信器であって、
     光多値変調を実行するためのデータを格納し、前記入力データ系列に基づいて、第1変調データおよび第2変調データを出力するルックアップテーブルと、
     前記第1変調データをD/A変換して第1多値信号を生成する第1D/Aコンバータと、
     前記第2変調データをD/A変換して第2多値信号を生成する第2D/Aコンバータと、
     前記第1多値信号に応じて光源からの光を変調する第1位相変調器、および前記第2多値信号に応じて前記光源からの光を変調する第2位相変調器を含み、前記第1位相変調器からの光信号と前記第2位相変調器からの光信号とを合成して、前記光多値信号を出力する2電極MZ変調器と、
     を備えた光送信器。
  2.  出力される前記光多値信号が所望の値となるように、前記ルックアップテーブルに格納された格納データを補正するルックアップテーブル制御手段をさらに備えた請求項1に記載の光送信器。
  3.  前記ルックアップテーブル制御手段は、前記光多値信号の信号点配置の最適値からのずれが最小になるように前記格納データを補正する請求項2に記載の光送信器。
  4.  前記ルックアップテーブル制御手段は、前記格納データに、前記入力データ系列の既知のトレーニングパターンに対する応答特性の逆特性を乗算して前記格納データを補正する請求項2に記載の光送信器。
  5.  前記ルックアップテーブル制御手段は、光送信器に対向する光受信器での信号誤り率が最小になるように前記格納データを補正する請求項2に記載の光送信器。
  6.  前記ルックアップテーブルは、前記第1D/Aコンバータおよび前記第2D/Aコンバータの出力データ更新速度と前記光多値信号のシンボルレートとの比をnとしたときに、n組以上の格納データを有し、前記第1D/Aコンバータおよび前記第2D/Aコンバータの出力データ更新タイミングに応じて格納データが切り替えられる請求項1から請求項5までの何れか1項に記載の光送信器。
  7.  前記ルックアップテーブルは、あらかじめ測定された第1D/Aコンバータおよび前記第2D/Aコンバータの特性、並びに前記第1位相変調器および前記第2位相変調器の必要駆動電圧に基づいて、前記光多値信号の信号点配置の最適値からのずれが最小になるように補正された格納データを有する請求項1から請求項6までの何れか1項に記載の光送信器。
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