WO2014034047A1 - 光送信機、バイアス電圧制御方法 - Google Patents

光送信機、バイアス電圧制御方法 Download PDF

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    • H04B10/5561—Digital phase modulation

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmitter, and more particularly to bias voltage control of an optical transmitter.
  • QPSK Quadrature Phase Shift Keying
  • IQ modulator a 2-parallel MZ modulator composed of two Mach-Zehnder (MZ) modulators
  • MZ modulator as an MZ interferometer
  • I channel or I arm an in-phase component In-phase channel
  • quadrature-phase channel that is a quadrature component.
  • Each modulation signal (Q channel or Q-arm) is combined with a carrier phase difference of 90 degrees.
  • This type of optical modulator applies intensity modulation to continuous light having a constant intensity.
  • bias bias voltage or current
  • signal signal voltage or current
  • These signal power and bias power have appropriate values for the output optical modulation signal to be an optical modulation signal that is linear with respect to the digital input signal and has no distortion.
  • this MZ modulator is affected by environmental temperature and time fluctuation, the optimum bias voltage changes. Therefore, in order to stabilize the signal quality, it is important to control the bias of the optical modulator with high accuracy.
  • Patent Document 1 describes the basic principle of operation of ABC control (Auto Bias Control) during intensity modulation. However, it does not mention the convergence time to the control point.
  • Patent Document 2 describes the basic principle of ABC operation during intensity modulation. It also describes the basic principle of ABC operation during normal operation (after convergence to the control point). However, it does not mention the convergence time. Furthermore, the V ⁇ characteristic of the modulator is scanned for one cycle, the maximum / minimum value is searched, and the control point is obtained. However, according to this method, at the time of phase modulation, about 10 to 20 V scan is performed at 2 V ⁇ , and it takes too much time until the ABC convergence time.
  • Patent Document 3 describes the basic principle of ABC operation during phase modulation. This document also does not describe the convergence time.
  • Patent Document 4 describes a basic configuration example of ABC operation during phase modulation. However, there is no description regarding the convergence time.
  • Patent Document 5 describes a technique for direct modulation. This document also has no description regarding the convergence time. As described above, Patent Documents 1 to 5 do not present any solution for shortening the control stabilization time of the modulator bias voltage when the optical transmitter is activated.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an optical transmitter and a bias voltage control method capable of shortening the bias voltage control stabilization time of a modulator at the time of starting the optical transmitter.
  • the purpose is to provide.
  • the optical transmitter includes: an optical modulation unit that modulates an optical signal to generate an optical modulation signal; a bias voltage output unit that supplies a bias voltage on which a pilot signal is superimposed to the optical modulation unit; Pilot signal receiving means for extracting a pilot signal component corresponding to the pilot signal by photoelectrically converting the modulation signal, and bias voltage control means are provided.
  • the bias voltage control means includes training means for determining a control start voltage and a control direction of the bias voltage based on the pilot signal component in the first and second bias voltage values, the control start voltage, and the control voltage.
  • the pilot signal component is analyzed while gradually adjusting the bias voltage along the control direction from the control start voltage, thereby compensating for the deviation of the operating point of the light modulation means.
  • the first voltage step between the first and second bias voltage values is configured to be set larger than the second voltage step in the stepwise adjustment of the bias voltage in the feedback means.
  • the bias voltage control method in the optical transmitter includes: optical modulation that generates an optical modulation signal by modulating an optical signal; and a bias voltage on which a pilot signal is superimposed is supplied during the optical modulation. Outputting a bias voltage.
  • the method includes photoelectrically converting the optical modulation signal to receive a pilot signal for extracting a pilot signal component corresponding to the pilot signal, and controlling a bias voltage.
  • the bias voltage control includes a training process for determining a control start voltage and a control direction of the bias voltage based on the pilot signal component in the first and second bias voltage values, the control start voltage, and the control voltage.
  • the shift of the operating point in the optical modulation is reduced. Feedback to determine the proper bias voltage to compensate.
  • the first voltage step between the first and second bias voltage values may be larger than the second voltage step in the stepwise adjustment of the bias voltage during the feedback.
  • FIG. 5 is a pattern diagram in which the amplitude value, phase, and voltage of a pilot signal according to the present embodiment are varied.
  • FIG. 5 is a pattern diagram in which the amplitude value, phase, and voltage of a pilot signal according to the present embodiment are varied.
  • FIG. 5 is a pattern diagram in which the amplitude value, phase, and voltage of a pilot signal according to the present embodiment are varied.
  • FIG. 5 is a pattern diagram in which the amplitude value, phase, and voltage of a pilot signal according to the present embodiment are varied. It is a figure of the evaluation result of the change of the pilot signal amplitude with respect to the bias voltage which concerns on this embodiment. It is a comparison figure of control stabilization time concerning this embodiment. It is a comparison figure of control stabilization time concerning this embodiment. It is the figure which showed the influence on the optical waveform of the gain strength of the feedback system which concerns on this embodiment. It is the figure which showed the influence on the optical waveform of the gain strength of the feedback system which concerns on this embodiment.
  • bias voltage control It is a flowchart figure of bias voltage control concerning this embodiment. It is a flowchart figure of bias voltage control concerning this embodiment. It is a flowchart figure of bias voltage control concerning this embodiment. It is a flowchart figure of bias voltage control concerning this embodiment. It is a flowchart figure of bias voltage control concerning this embodiment. It is a block diagram of the system which concerns on this embodiment. It is a figure of training processing and bias voltage control concerning this embodiment. It is a figure of training processing and bias voltage control concerning this embodiment.
  • an optical transmitter 100 includes a light source 1, a QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) modulator 2, a DATA Driver 3, a bias output circuit 4, a pilot signal demodulation circuit 5, and a system 6.
  • the system 6 includes a feedback unit 61 and a training unit 62 (FIG. 10).
  • FIG. 2 is a diagram showing the inside of the modulator 2 in the optical transmitter shown in FIG.
  • the optical modulation signal is photoelectrically converted using a photodiode (PD) 7 inside the modulator, and the pilot signal component included in the optical modulation signal is monitored to observe the amount of deviation from the optimum bias voltage of the modulator. be able to.
  • PD photodiode
  • FIG. 3 shows the V ⁇ curve characteristics in the I arm and Q arm of the QPSK modulator.
  • the vertical axis represents the light output intensity
  • the horizontal axis represents the modulator applied voltage (bias voltage).
  • bias voltage As the applied voltage changes, the light output intensity also changes.
  • a low frequency pilot signal is superimposed on the bias voltage of each of the I arm and Q arm (bias output circuit 4), and the demodulated pilot signal is taken out from the PD 7 of the modulator ( The signal is transmitted to the pilot signal demodulation circuit 5) and the system 6, and the feedback unit 61 feeds back to the bias output circuit 4.
  • This method is generally called ABC control (Auto Bias Control).
  • ABC control Auto Bias Control
  • the amplitude of the demodulated pilot signal varies depending on the bias voltage when the pilot signal is superimposed. This is shown in FIG. When the bias voltage is adjusted so that the light output intensity becomes maximum (PEAK point), the amplitude of the pilot signal is minimum.
  • the pilot signal amplitude is maximum when the bias voltage is adjusted so that the light output intensity is reduced to half from the maximum (QUADRATURE point). Even when the bias voltage is adjusted to the NULL point where the light output intensity is minimum, the amplitude of the pilot signal is minimum.
  • the phase of the pilot signal in each slope of the V ⁇ curve symmetric about the NULL point is inverted by 180 degrees. Therefore, the change in the bias voltage, the amplitude of the pilot signal, and the change in the phase of the pilot signal are linked with the V ⁇ curve. By monitoring the change of the pilot signal, it is possible to perform feedback control for locking to the NULL point.
  • the bias voltage setting procedure in this embodiment includes training 80 and subsequent feedback control 81.
  • the control start voltage (start voltage) and the control direction of the bias voltage are determined.
  • the control start voltage of the bias voltage means an initial value of the bias voltage value when starting normal feedback control 81 for compensating for the deviation of the operating point of the modulator 2.
  • the control direction of the bias voltage means a direction in which the bias voltage is changed when starting the normal feedback control 81 (that is, a direction in which the bias voltage increases or decreases).
  • the pilot signal amplitude becomes zero at two points, the NULL point and the PEAK point (FIG. 4C), but control is performed so as to converge to the NULL point which is the optimum bias point.
  • the stage of the training process 80 performed by the training unit 62 will be described.
  • the amplitude and phase of the pilot signal at the start bias voltage value (first point), and the second bias different from the first bias voltage value Monitor the amplitude and phase of the pilot signal at voltage values and compare them.
  • the amplitude and phase of the pilot signal at the first bias voltage and the amplitude and phase of the pilot signal at the second bias voltage are used to determine the bias voltage at the start of the optical transmitter.
  • the following four patterns can be considered.
  • (a) Phase negative, away from the optimum bias point (NULL point) by V ⁇ / 2 or more (FIG.
  • the phase of the phase is monitored by the pilot signal demodulation circuit 5 at the first point. As a result, it is determined whether it is located on either the down or up of the V ⁇ curve with the NULL point as the boundary.
  • the feedback unit 61 controls the voltage through the bias output circuit 4 in the increasing direction when the V ⁇ curve is descending, and decreasing the voltage when the V ⁇ curve is ascending (FIG. 4A). That is, in the initial state, when the phase of the initial voltage is negative (the amplitude of the pilot signal is negative), the modulator applied voltage (bias voltage) is controlled to increase. When the phase of the initial voltage is positive (the pilot signal amplitude is positive), the modulator applied voltage (bias voltage) is controlled to decrease.
  • the pilot signal amplitude once increases with the increase (decrease) in the modulator applied voltage (bias voltage) and reaches the maximum point, and then the optimum bias point ( It goes to the minimum point of the amplitude which is (NULL point). Therefore, the amplitude of the pilot signal at the initial point (first point) and the bias voltage at the second point is compared. If the amplitude of the pilot signal at the second point is large, the voltage is increased or decreased stepwise as shown later.
  • the bias voltage value at which the pilot signal amplitude becomes the maximum value or near the maximum value is determined, and the control start voltage is determined based on the bias voltage value. For example, a bias voltage value at which the pilot signal amplitude becomes the maximum value or near the maximum value may be used as the control start voltage. Further, an interpolation value between the bias voltage value at which the pilot signal amplitude becomes the maximum value or near the maximum value and the bias voltage value immediately before the bias voltage value may be used as the control start voltage.
  • steps 206a and 206b the pilot signal amplitude value C [V] and the positive / negative phase are stored.
  • step 210a and 210b it is determined whether the amplitude value of the pilot signal is C> D (steps 210a and 210b). As a result, when C> D is not satisfied, the process is repeated Y times until the amplitude becomes maximum (steps 211a and 211b), and the process returns to steps 208a and 208b. If C> D is determined in steps 210a and 210b, the start voltage is changed to A ⁇ (Y ⁇ 1) ⁇ ⁇ V or A + (Y ⁇ 1) ⁇ ⁇ V (steps 212a and 212b). . Here, the pilot signal amplitude becomes the maximum value or the vicinity thereof.
  • the training process of the pattern (a) or (d) is ended 230.
  • Reference numeral 80 in FIG. 11 represents the training process described above.
  • the amplitude of the pilot signal also decreases as the modulator applied voltage (bias voltage) increases (decreases). For this reason, the amplitude of the pilot signal at the second point from the initial time point is compared (steps 207a and 207b). If the amplitude of the pilot signal at the second point is small, it is based on the bias voltage value at the second point.
  • the control start voltage is determined (steps 220a and 220b).
  • the second bias voltage value may be used as the control start voltage.
  • An interpolation value between the bias voltage value at the second point and the bias voltage value at the initial point may be used as the control start voltage.
  • the training process is terminated here.
  • the bias voltage change step ⁇ V in training may be set to V ⁇ / 8
  • the value of the change step ⁇ V is only an example. That is, the bias voltage changing step ⁇ V in training may be a value larger than the bias voltage changing step in the subsequent feedback control.
  • the change step (change width) of the bias voltage in training is made too large, the control points will be greatly exceeded in patterns (b) and (c). If there is a temperature drift of the modulator due to a rapid temperature change at start-up, it is not desirable to make the variable width too large. Further, if the variable width is small, it takes time for training to search for the control start voltage (start voltage) for the patterns (a) and (d).
  • FIG. 4A shows the V ⁇ curve of the modulator
  • FIG. 4B shows how the pilot signal amplitude changes with respect to the bias voltage, and a method of locking to the NULL point when the optical transmitter is activated will be described.
  • the system 6 performs bias control so as to lock to the control point 1 when the initial voltage is in the slope range V1 when the optical transmitter is started. .
  • the phase of the pilot signal in the slope range V5 is negative
  • the phase of the pilot signal is positive in the slope range V6.
  • FIG. 6 shows the evaluation result of the change of the pilot signal amplitude with respect to the bias voltage.
  • the amplitude of the pilot signal is minimized at the NULL point, and the phase of the pilot signal is inverted 180 degrees with respect to the NULL point.
  • the optical waveform is as shown in the lower part of FIG.
  • the graph is an eye pattern of an optical waveform in phase modulation.
  • the feedback control stage 81 after training that is, the control stage to the optimum bias point will be described (FIGS. 11 and 12).
  • the modulator applied voltage bias voltage
  • the NULL point is detected by sequentially comparing the amplitudes of the pilot signals.
  • the control stabilization time can be shortened to about 1/2 at the longest. Also, if the gain in the total feedback system is increased, the control stabilization time can be shortened. However, the lower the gain, the higher the stability as a feedback system. As shown in FIG. 8A and FIG. 8B, when the gain is high with respect to the eye pattern of the optical waveform in the phase modulation, as the jitter in the intensity direction in the optical waveform (fluctuation of the time position of the phase of the signal in the electric signal). This is because it will affect the quality degradation. On the other hand, when the influence of the jitter is small, it is possible to increase the gain and control the bias voltage by the above method.
  • the bias voltage value (control start voltage) close to the NULL point (control point) is determined by performing the training process when the optical transmitter is activated, and the bias control is started from the voltage.
  • the control stabilization time can be shortened.
  • control stabilization time can be shortened while maintaining the stability as the feedback system.
  • the control according to this method may be performed only when the optical transmitter is activated (including restart), and normal feedback control may be performed during operation. Thereby, it is not necessary to complicate ABC control.
  • the control method of the bias voltage for compensating for the deviation of the operating point described in this embodiment may be realized using a semiconductor processing apparatus including an ASIC (Application Specific Specific Integrated Circuit).
  • This method may be realized by causing a computer system including at least one processor (e.g. microprocessor, MPU, DSP (Digital Signal Processor)) to execute a program.
  • processor e.g. microprocessor, MPU, DSP (Digital Signal Processor)
  • one or a plurality of programs including a group of instructions for causing the computer system to execute the algorithm related to the bias voltage control described with reference to the flowchart or the like may be generated, and the programs may be supplied to the computer.
  • Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media (tangible storage medium). Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (eg flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg magneto-optical discs), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable ROM), flash ROM, RAM (random access memory)) are included.
  • the program may also be supplied to the computer by various types of temporary computer-readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
  • the amount of voltage change ⁇ V in the training process is not constant and may be changed as appropriate.
  • the device and method for via bus voltage control described in the first embodiment are BPSK (binary phase shift keying), 8PSK (8 phase shift keying), OQPSK (offset QPSK), ⁇ / 4 shift QPSK, PLL.
  • optical modulators such as QPSK, (pi) / 2 shift BPSK, 16QAM, and 64QAM.

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Abstract

　本発明にかかる光送信機(100)は、光変調手段(2)と、パイロット信号が重畳されたバイアス電圧を光変調手段に供給するバイアス電圧出力手段(4)と、パイロット信号受信手段(5)と、バイアス電圧制御手段(81)を備える。バイアス電圧制御手段(81)は、第１及び第２のバイアス電圧値のパイロット信号成分を基に、バイアス電圧の制御開始電圧と制御方向を確定するトレーニング手段(62)を有する。そして、制御開始電圧及び制御方向が決定された後、制御開始電圧から制御方向に沿ってバイアス電圧を段階的に調整し、パイロット信号成分を解析して、光変調手段の動作点のずれの補償用の適正バイアス電圧を決定するフィードバック手段(61)を含み、第１、第２のバイアス電圧値間の第１の電圧ステップは、フィードバック手段(61)のバイアス電圧の段階的な調整の第２の電圧ステップより大となるよう構成されている。

Description

光送信機、バイアス電圧制御方法
　本発明は光送信機に関し、特に光送信機のバイアス電圧制御に関する。
　現在、光通信システムにおいて、多値変調方式として、４つの位相差に２ビット情報を載せる４相位相偏移変調方式であるＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）が用いられている。また、ＱＰＳＫでは、２個のMach-Zehnder（ＭＺ）変調器で構成される２並列ＭＺ変調器（以下、ＩＱ変調器という）が使われる。このＩＱ変調器は、ＭＺ干渉計としてのＭＺ変調器を並列に接続し、同相成分のIn-phase channel（Ｉチャネル、またはIアーム（I-arm）という）と直交成分であるQuadrature-phase channel（Ｑチャネル、またはＱアーム（Q-arm）という）の各々の変調信号を、９０度の搬送波位相差を与えて合波している。
　この種の光変調器は、強度が一定な連続光に対して強度変調をかける。この強度変調を与える電力として、入力されたデジタル信号（デジタル入力信号）に比例した信号電力と、直流からなるバイアス電力とがある。デジタル信号を正しく動作させるためには、適切にバイアス（バイアス電圧もしくは電流）を与え、そのバイアスを中心に信号（信号電圧もしくは電流）を与える必要がある。これらの信号電力及びバイアス電力には、出力された光変調信号がデジタル入力信号に対してリニアであって歪みのない光変調信号となるための適正な値がある。しかし、このＭＺ変調器は、環境温度や時間変動の影響を受けるため、最適なバイアス電圧が変化する。従って、信号品質を安定化するためには高い精度の光変調器のバイアス制御が重要である。
特開２００５－００５７６７号公報 特開２００６－３１４００３号公報 特開２００７－３１０２８８号公報 特開２００８－０９２１７２号公報 特開２０１１－１６０２５７号公報
　従来は光送信機の起動時において、送信器内で使用している変調器のバイアス電圧を最適制御するために、バイアス電圧を徐々に可変させて最適電圧を探すように制御していた。しかし、この方法を用いると、起動時の初期電圧が変調器の安定時最適バイアス電圧ロック点から最も離れた電圧である場合、最適電圧までの制御安定時間が長くなるという問題点を生じていた。特にコヒーレントなどの多値変調方式の場合、バイアス制御が必要となるＭＺＩ（Mach-Zehnder interferometer）の個数が増えてくるため、必然的に制御安定時間も増える。
　そこで、多値変調を行なう光送信機において、光送信機の起動時における変調器のバイアス電圧の制御安定時間短縮が今後の重要な課題となる。光トランシーバは、規格等がMSA（Multi-Source Agreement）で規定されているので、光送信機の起動時間短縮は、従来の機器と異なる特徴となり、その機能が求められる。
　特許文献１では、強度変調時のＡＢＣ制御（Auto Bias Control）の動作の基本原理を述べている。しかし、制御点への収束時間に関しては言及していない。
　特許文献２では、強度変調時のＡＢＣ動作の基本原理を述べている。また、通常動作中(制御点に収束後)のＡＢＣ動作の基本原理も述べている。しかし、収束時間に関しては言及していない。さらに、変調器のVπ特性を1サイクル分スキャンして、最大/最小値を探索し制御点を求めている。しかし、この方式によると、位相変調時では2Vπで約10～20Vスキャンすることになり、ＡＢＣ収束時間までに時間が掛かりすぎる。
　特許文献３では、位相変調時のＡＢＣ動作の基本原理を述べている。この文献でも収束時間に関する記載は無い。
　特許文献４では、位相変調時のＡＢＣ動作の基本構成例が記載されている。しかし、収束時間に関する記載は無い。
　特許文献５では、直接変調時の技術について述べられている。この文献についても、収束時間に関する記載は無い。以上のように、特許文献１乃至５は、光送信機の起動時における変調器のバイアス電圧の制御安定時間短縮に関して、解決策を何ら提示していない。
　本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光送信機の起動時における変調器のバイアス電圧制御安定時間を短縮することが可能な光送信機及びバイアス電圧制御方法を提供することを目的とする。
　一態様では、光送信機は、光信号を変調して光変調信号を生成する光変調手段と、パイロット信号が重畳されたバイアス電圧を前記光変調手段に供給するバイアス電圧出力手段と、前記光変調信号を光電変換することによって、前記パイロット信号に対応するパイロット信号成分を取り出すパイロット信号受信手段と、バイアス電圧制御手段と、を備えている。また、前記バイアス電圧制御手段は、第１及び第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分に基づいて、前記バイアス電圧の制御開始電圧と制御方向を確定するトレーニング手段と、前記制御開始電圧及び前記制御方向が決定された後に、前記制御開始電圧から前記制御方向に沿って前記バイアス電圧を段階的に調整しながら前記パイロット信号成分を解析することによって、前記光変調手段の動作点のずれを補償するための適正バイアス電圧を決定するフィードバック手段と、を含んでいる。さらに、前記第１及び第２のバイアス電圧値の間の第１の電圧ステップは、前記フィードバック手段における前記バイアス電圧の段階的な調整における第２の電圧ステップより大きく設定するよう構成されている。
　一態様では、前記光送信機におけるバイアス電圧の制御方法は、光信号を変調して光変調信号を生成する光変調すること、パイロット信号が重畳されたバイアス電圧を前記光変調の際に供給するバイアス電圧出力すること、を含む。また、前記光変調信号を光電変換することによって、前記パイロット信号に対応するパイロット信号成分を取り出すパイロット信号受信すること、バイアス電圧制御すること、を備えている。そして、前記バイアス電圧制御は、第１及び第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分に基づいて、前記バイアス電圧の制御開始電圧と制御方向を確定するトレーニング処理すること、前記制御開始電圧及び前記制御方向が決定された後に、前記制御開始電圧から前記制御方向に沿って前記バイアス電圧を段階的に調整しながら前記パイロット信号成分を解析することによって、前記光変調の際の動作点のずれを補償するための適正バイアス電圧を決定するフィードバックすること、を含んでいる。さらに、前記第１及び第２のバイアス電圧値の間の第１の電圧ステップは、前記フィードバックの際における前記バイアス電圧の段階的な調整における第２の電圧ステップより大きくなることを含む。
　上述した態様によると、光送信機の起動時における変調器のバイアス電圧制御安定時間を短縮することが可能な光送信機及びバイアス電圧制御方法を提供することができる。
本実施形態に係る光送信機の構成図である。 本実施形態に係るＱＰＳＫ変調器の構成図である。 本実施形態に係るＱＰＳＫ変調器のIアーム，QアームにおけるVπカーブ特性の図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御を説明した図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御を説明した図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御を説明した図である。 本実施形態に係るパイロット信号の振幅値と位相、電圧を可変させたパターン図である。 本実施形態に係るパイロット信号の振幅値と位相、電圧を可変させたパターン図である。 本実施形態に係るパイロット信号の振幅値と位相、電圧を可変させたパターン図である。 本実施形態に係るパイロット信号の振幅値と位相、電圧を可変させたパターン図である。 本実施形態に係るバイアス電圧に対するパイロット信号振幅の変化の評価結果の図である。 本実施形態に係る制御安定時間の比較図である。 本実施形態に係る制御安定時間の比較図である。 本実施形態に係るフィードバック系のゲインの強弱の光波形への影響を示した図である。 本実施形態に係るフィードバック系のゲインの強弱の光波形への影響を示した図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御のフローチャート図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御のフローチャート図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御のフローチャート図である。 本実施形態に係るバイアス電圧制御のフローチャート図である。 本実施形態に係るシステムの構成図である。 本実施形態に係るトレーニング処理とバイアス電圧制御の図である。 本実施形態に係るトレーニング処理とバイアス電圧制御の図である。
　実施の形態１
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図１を参照すると、光送信機１００は、光源１、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）変調器２、DATA Driver３、バイアス出力回路４、パイロット信号復調回路５、システム６を含んで構成される。システム６はフィードバック部６１とトレーニング部６２を備えている（図１０）。
　図２は、図１に示す光送信機内における、変調器２内部の図である。変調器内部のフォトダイオード（Photodiode:PD）７を用いて光変調信号を光電変換し、光変調信号に含まれるパイロット信号成分をモニタすることで、変調器の最適バイアス電圧に対するズレ量を観測することができる。
　図３は、ＱＰＳＫ変調器のIアーム、QアームにおけるVπカーブ特性を示している。縦軸は光出力強度で、横軸が変調器印加電圧（バイアス電圧）である。印加電圧の変化により、光出力強度も変化する。変調器のバイアス電圧を制御するために、Iアーム、Qアームそれぞれのバイアス電圧に低周波数のパイロット信号を重畳して（バイアス出力回路４）、変調器のPD７から復調したパイロット信号を取り出して（パイロット信号復調回路５）、システム６に伝達し、バイアス出力回路４にフィードバック部６１がフィードバックする。
　この方法を一般的にＡＢＣ制御（Auto Bias Control）という。パイロット信号を重畳した時のバイアス電圧によって、復調したパイロット信号の振幅が異なる。この様子は図３中に示している。光出力強度が最大（ＰＥＡＫ点）となるようにバイアス電圧を合わせたとき、パイロット信号の振幅は最小である。
　光出力強度を最大から半分（QUADRATURE点）となるようにバイアス電圧を合わせたとき、パイロット信号の振幅は最大である。そして、光出力強度が最小のＮＵＬＬ点にバイアス電圧を合わせたときも、パイロット信号の振幅は最小となる。また、ＮＵＬＬ点を対称としたVπカーブのそれぞれのスロープにおけるパイロット信号は位相が180度反転する。従って、バイアス電圧の変化と、パイロット信号の振幅および、パイロット信号の位相の変化はVπカーブと連動している。このパイロット信号の変化をモニタすることで、ＮＵＬＬ点にロックさせるフィードバック制御が可能となる。
　本実施の形態におけるバイアス電圧の設定手順は、トレーニング８０及びその後のフィードバック制御８１を含む。トレーニング８０では、起動時のバイアス電圧から出発してバイアス電圧の制御開始電圧（スタート電圧）及び制御方向を確定する。バイアス電圧の制御開始電圧とは、変調器２の動作点のずれを補償するための通常のフィードバック制御８１を開始する際のバイアス電圧値の初期値を意味する。バイアス電圧の制御方向とは、通常のフィードバック制御８１を開始する際にバイアス電圧を変更する方向（つまり、バイアス電圧の増加方向又は減少方向）を意味する。フィードバック制御８１では、トレーニングにおいて確定された制御開始電圧から制御方向に沿ってバイアス電圧を逐次変更しながらパイロット信号を比較し、パイロット信号の振幅が最小（ＮＵＬＬ点＝バイアス最適点）となるように制御する。
　パイロット信号の振幅が０になるのは、ＮＵＬＬ点とＰＥＡＫ点の2箇所あるが（図４Ｃ）、バイアス最適点であるＮＵＬＬ点に収束するよう制御する。
　まず、トレーニング部６２が行うトレーニング処理８０の段階について説明する。Vπカーブにおける、初期バイアス電圧の状態を確定するために、起動時のバイアス電圧値（１点目）におけるパイロット信号の振幅及び位相、並に１点目バイアス電圧値とは異なる２点目のバイアス電圧値におけるパイロット信号の振幅及び位相をモニタし、それらを比較する。図５Ａ～図５Ｄに示すように、１点目のバイアス電圧におけるパイロット信号の振幅及び位相と、２点目のバイアス電圧におけるパイロット信号の振幅及び位相によって、光送信機の起動時におけるバイアス電圧の状態は以下の4パターンが考えられる。
(a) 位相=負、バイアス最適点（ＮＵＬＬ点）からVπ/2以上離れている（図５Ａ）
(b) 位相=負、バイアス最適点（ＮＵＬＬ点）からVπ/2以内（図５Ｂ）
(c) 位相=正、バイアス最適点（ＮＵＬＬ点）からVπ/2以内（図５Ｃ）
(d) 位相=正、バイアス最適点（ＮＵＬＬ点）からVπ/2以上離れている（図５Ｄ）
　次に、制御方向の確定について説明する。まず、一点目で位相の正負をパイロット信号復調回路５でモニタする。それによりNULL点を境にした、Vπカーブの下り、又は上りのいずれかに位置しているかを判定する。Vπカーブの下りの場合は電圧を増加方向に、上りの場合は電圧を減少方向にフィードバック部６１がバイアス出力回路４を通して制御する（図４Ａ）。すなわち、初期状態において、初期電圧の位相が負（パイロット信号の振幅が負）の場合、変調器印加電圧（バイアス電圧）を増加方向に制御する。初期電圧の位相が正（パイロット信号の振幅が正）の場合、変調器印加電圧（バイアス電圧）を減少方向に制御する。
　次に、図９A～Dのフローチャートを用いて、トレーニングによる制御開始電圧の確定について更に詳しく説明する。上記のパターン(a)又は(d)の場合、変調器印加電圧（バイアス電圧）の増加（減少）に伴い、パイロット信号の振幅が、一旦増加して最大点に達したのち、バイアス最適点（ＮＵＬＬ点）である振幅の最小点に向かう。このため、初期点（１点目）及び２点目のバイアス電圧におけるパイロット信号の振幅を比較し、２点目のパイロット信号の振幅が大きい場合は、後に示す通り電圧を段階的に増加又は減少させ、パイロット信号振幅が最大値又は最大値近傍となるバイアス電圧値を決定し、そのバイアス電圧値に基づいて制御開始電圧を決定する。例えば、パイロット信号振幅が最大値又は最大値近傍となるバイアス電圧値を制御開始電圧としてもよい。また、パイロット信号振幅が最大値又は最大値近傍となるバイアス電圧値とその直前のバイアス電圧値の間の補間値を制御開始電圧としてもよい。
　図５Ａ（a）及び図５Ｄ（d）に示すように、制御点からVπ/2以上離れた点に初期電圧（A[V]）２０１がある場合（Y：整数、この時点でY=1）、パイロット信号の振幅値（B[V]）と位相の正負を記憶する（ステップ２０２）。そして、位相の正負の判断（ステップ２０３）の後、ステップ２０４a及び２０４bでは、バイアス電圧をΔVの可変幅で増加(A+ΔV)又は減少(A-ΔV)させる（この時点でY=2）。なお、ここでは、トレーニングにおけるバイアス電圧の変更ステップ（変更幅）は、例えば、ΔV＝Vπ/8とする。
　ステップ２０６a及び２０６bでは、この時点でのパイロット信号の振幅値C[V]と位相の正負を記憶する。ステップ２０７a及び２０７bでは、パイロット信号の振幅値がB>Cとなるか判断する。パターン(a)及び(d)のケースではB>Cとならないので、ステップ２０８a及び２０８bにおいて、バイアス電圧をさらにΔV増加又は減少させ、A-2ΔV又は、A+2ΔVと設定する（この時点でY=3）。そして、この時点でのパイロット信号の振幅値D[V]と位相の正負を記憶する（ステップ２０９a及び２０９b）。
　次に、パイロット信号の振幅値がC>Dか判断する（ステップ２１０a及び２１０b）。その結果、C>Dとならない場合は、振幅が最大となるまでY回繰り返し（ステップ２１１a及び２１１b）、ステップ２０８a及び２０８bに戻る。そして、ステップ２１０a及び２１０bの判断でC>Dと判断された場合、スタート電圧はA-(Y-1)×ΔV又は、A＋(Y-1)×ΔVに変更される（ステップ２１２a及び２１２b）。ここでパイロット信号振幅が最大値又はその近傍となる。ここでパターン(a)又は(d)のトレーニング処理を終了とする２３０。図１１の符号８０は、上記のトレーニング処理を表している。
　続いてパターン(b)又は(c)の場合の場合について説明する。図５Ｃ（c）及び図５Ｄ（d）に示すように、変調器印加電圧（バイアス電圧）の増加（減少）に伴い、パイロット信号の振幅も減少する。このため、初期時点と初期時点から２点目のパイロット信号の振幅を比較し（ステップ２０７a及び２０７b）、２点目のパイロット信号の振幅が小さい場合は、この２点目のバイアス電圧値に基づいて制御開始電圧を決定する（ステップ２２０a及び２２０b）。例えば、２点目のバイアス電圧値を制御開始電圧としてもよい。また、２点目のバイアス電圧値と初期時点のバイアス電圧値の間の補間値を制御開始電圧としてもよい。パターン(b) 又は(c)ついては、ここでトレーニング処理を終了とする。
　なお、上述の例では、トレーニングにおけるバイアス電圧の変更ステップΔVをVπ/8とする例を示したが、この変更ステップΔVの値は一例にすぎない。つまり、トレーニングにおけるバイアス電圧の変更ステップΔVは、その後のフィードバック制御におけるバイアス電圧の変更ステップよりも大きい値であればよい。ただし、トレーニングにおけるバイアス電圧の変更ステップ（変更幅）を大きくし過ぎると、パターン（b）および(ｃ)のときに制御点を大きく越えてしまう。起動時の急激な温度変化による変調器の温度ドリフトがある場合には、可変幅を大きくしすぎることは望ましくない。また、可変幅が小さいと、パターン(a)および (d)のときに制御開始電圧（スタート電圧）を探すトレーニングに時間がかかってしまう。
　図４Ａに変調器のVπカーブ、図４Ｂにバイアス電圧に対するパイロット信号振幅の変化の様子を示し、光送信機の起動時におけるＮＵＬＬ点へのロック方法を説明する。図４Ａに示すように、Vπカーブとバイアス電圧を比較すると、光送信機の起動時において初期電圧がスロ－プ範囲V１にある場合、制御点１にロックするようにシステム６がバイアス制御を行なう。
　図４Ｂに示すように、バイアス電圧に対するパイロット信号振幅の変化を比較すると、光送信機の起動時において初期電圧がスロープ範囲V4にある場合、制御点２にロックするようにシステム６がバイアス制御を行なう。
　図４Ｃに示すように、スロープ範囲V5でのパイロット信号の位相を負とすると、スロープ範囲V6でパイロット信号の位相は正となる。パイロット信号の位相が負のときはバイアス電圧を高く、パイロット信号の位相が正のときはバイアス電圧を低くするようにフィードバック制御をかけると、ＮＵＬＬ点へ向かうように制御することが可能となる。これにより、ＰＥＡＫ点にロックすることはない。
　図６に、バイアス電圧に対するパイロット信号振幅の変化の評価結果を示す。このようにＮＵＬＬ点においてパイロット信号の振幅が最小となり、また、ＮＵＬＬ点を境にパイロット信号の位相が180度反転していることが確認できる。また、光波形は図６下段の様になる。グラフは位相変調での光波形のアイパターンである。ＮＵＬＬ点を最適状態とすると、バイアス電圧が外れることによって波形が崩れるということを表している。以上をトレーニング処理の段階とする。
　次に、トレーニング後のフィードバック制御段階８１、つまりバイアス最適点への制御段階について説明する（図１１、図１２）。制御開始電圧及び制御方向を上記トレーニング処理８０で決定した後、一般的方法と同様に、制御開始電圧から制御方向に沿って変調器印加電圧（バイアス電圧）を増加（パターン(a)又は(d)の場合）または減少（パターン(b)又は(c)の場合）させながら、パイロット信号の振幅を逐次比較することにより、ＮＵＬＬ点を検出する。
　位相情報と振幅情報でＮＵＬＬ点かＰＥＡＫ点かの判別は可能であるが、従来のように、初期状態を意識せずに制御すると初期状態によっては、最大でVπカーブ半波長分スキャンする必要があり、収束までに時間が掛かる。
　上記の様に、本実施の形態に係るバイアス電圧の制御方法によれば、光送信機の起動時間を短縮することが可能となる。図７Ａ、図７Ｂに示すように、制御安定時間を最長でも約１/２程度まで短縮することが可能となる。また、フィードバック系トータルでのゲインを高くすると制御安定時間を短縮することができる。しかし、ゲインが低いほうがフィードバック系としての安定性が高くなる。それは、図８Ａ、図８Ｂに示すように、位相変調での光波形のアイパターンに対して、ゲインが高いと光波形に強度方向のジッタ（電気信号において信号の位相の時間位置の揺らぎ）として影響してくるため、品質劣化に繋がるからである。その一方で、前記ジッタの影響が少ない場合は、ゲインを高くして上記方法でバイアス電圧制御をすることも可能である。
　以上、本実施の形態においては、光送信機の起動時にトレーニング処理することで、ＮＵＬＬ点（制御点）に近いバイアス電圧値（制御開始電圧）を決定し、その電圧からバイアス制御をスタートすることにより、制御安定時間を短縮することが可能となる。一般的なバイアス制御ではフィードバック系としての安定性を重視しているため、制御安定時間がかかってしまう。本実施の形態の制御方法によれば、フィードバック系としての安定性を保ったまま、制御安定時間を短縮することが可能である。さらに、光送信器の起動時（リスタートも含む）のみ本方法による制御を行い、運用時は通常のフィードバック制御としてもよい。これにより、ＡＢＣ制御を複雑化せずに済む。
　本実施形態で述べた動作点のずれを補償するためのバイアス電圧の制御方法は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を含む半導体処理装置を用いて実現されてもよい。また、この方法は、少なくとも１つのプロセッサ（e.g. マイクロプロセッサ、ＭＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor））を含むコンピュータシステムにプログラムを実行させることによって実現されてもよい。具体的には、フローチャート等を用いて説明されたバイアス電圧制御に関するアルゴリズムをコンピュータシステムに行わせるための命令群を含む１又は複数のプログラムを作成し、当該プログラムをコンピュータに供給すればよい。
　これらのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記トレーニング処理における電圧の変化量ΔVは一定でなく、適宜変化させてもよい。また、実施の形態１で述べたバイアバス電圧制御のためイの装置および方法は、ＢＰＳＫ(binary phase shift keying)、８ＰＳＫ(8 phase shift keying)、ＯＱＰＳＫ(offset QPSK)、π/4シフトＱＰＳＫ、ＰＬＬ-ＱＰＳＫ、π/2シフトＢＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の光変調器に適用してもよい。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１２年８月２８日に出願された日本出願特願２０１２－１８７７５８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1　光源
2　QPSK変調器
3　Data Driver
4　バイアス出力回路
5　パイロット信号復調回路
6　システム
7　フォトダイオード
61　フィードバック部
62　トレーニング部
80　トレーニング処理
81　バイアス電圧制御
100　光送信機
201　1回目DAC出力設定
202　パイロット信号の振幅値と位相の正負を記憶
203　初期電圧の位相の正負を判断
204　2回目のDAC出力設定
206　パイロット信号の振幅値と位相の正負を記憶
207　パイロット信号の振幅値を比較
208　3回目のDAC出力を設定
209　パイロット信号の振幅値と位相の正負を記憶
210　パイロット信号の振幅値を比較
211　振幅が最大となるまでY回繰り返す
212　スタート電圧の電圧を設定
230　トレーニング処理終了

Claims (9)

  1. 　光信号を変調して光変調信号を生成する光変調手段と、
    　パイロット信号が重畳されたバイアス電圧を前記光変調手段に供給するバイアス電圧出力手段と、
    　前記光変調信号を光電変換することによって、前記パイロット信号に対応するパイロット信号成分を取り出すパイロット信号受信手段と、
    　バイアス電圧制御手段と、
    を備え、
    　前記バイアス電圧制御手段は、第１及び第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分に基づいて、前記バイアス電圧の制御開始電圧と制御方向を確定するトレーニング手段と、
    　前記制御開始電圧及び前記制御方向が決定された後に、前記制御開始電圧から前記制御方向に沿って前記バイアス電圧を段階的に調整しながら前記パイロット信号成分を解析することによって、前記光変調手段の動作点のずれを補償するための適正バイアス電圧を決定するフィードバック手段と、
    を含み、
    　前記第１及び第２のバイアス電圧値の間の第１の電圧ステップは、前記フィードバック手段における前記バイアス電圧の段階的な調整における第２の電圧ステップより大きい、
    光送信機。
  2. 　前記トレーニング手段は、前記第１のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の第１の振幅値と前記第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の第２の振幅値との比較結果に基づいて前記制御開始電圧を決定する、請求項１記載の光送信機。
  3. 　前記トレーニング手段は、
    　前記第１のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の第１の位相が正の場合に、前記第１のバイアス電圧値よりも前記第１の電圧ステップだけ小さい電圧値を前記第２のバイアス電圧値とし、
    　前記第１の位相が負の場合に、前記第１のバイアス電圧値よりも前記第１の電圧ステップだけ大きい電圧値を前記第２のバイアス電圧値とする、
    請求項２に記載の光送信機。
  4. 　前記トレーニング手段は、
    　前記第２の振幅値が前記第１の振幅値より大きい場合に、前記第２のバイアス電圧値を新たな第１のバイアス電圧値に採用し、前記新たな第１のバイアス電圧値と前記新たな第１のバイアス電圧値に基づく新たな第２のバイアス電圧値を用いて動作を繰り返し、
    　前記新たな第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の振幅値が、前記新たな第１のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の振幅値よりも小さい場合に、前記新たな第２のバイアス電圧値に基づいて前記制御開始電圧を決定する、
    請求項２または３に記載の光送信機。
  5. 　前記トレーニング手段は、前記第２の振幅値が前記第１の振幅値より小さい場合に、前記第２のバイアス電圧値に基づいて前記制御開始電圧を決定する、請求項２～４いずれか１項に記載の光送信機。
  6. 　光信号を変調して光変調信号を生成する光変調すること、
    　パイロット信号が重畳されたバイアス電圧を前記光変調の際に供給するバイアス電圧出力すること、
    　前記光変調信号を光電変換することによって、前記パイロット信号に対応するパイロット信号成分を取り出すパイロット信号受信すること、
    　バイアス電圧制御すること、
    を備え、
    　前記バイアス電圧制御は、第１及び第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分に基づいて、前記バイアス電圧の制御開始電圧と制御方向を確定するトレーニング処理すること、
    　前記制御開始電圧及び前記制御方向が決定された後に、前記制御開始電圧から前記制御方向に沿って前記バイアス電圧を段階的に調整しながら前記パイロット信号成分を解析することによって、前記光変調の際の動作点のずれを補償するための適正バイアス電圧を決定するフィードバックすること、
    を含み、
    　前記第１及び第２のバイアス電圧値の間の第１の電圧ステップは、前記フィードバックする際における前記バイアス電圧の段階的な調整における第２の電圧ステップより大きい、
    光送信機のバイアス電圧制御方法。
  7. 　前記トレーニング処理は、前記第１のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の第１の振幅値と前記第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の第２の振幅値との比較結果に基づいて前記制御開始電圧を決定する、請求項６記載の光送信機のバイアス電圧制御方法。
  8. 　前記トレーニング処理は、
    　前記第１のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の第１の位相が正の場合に、前記第１のバイアス電圧値よりも前記第１の電圧ステップだけ小さい電圧値を前記第２のバイアス電圧値とし、
    　前記第１の位相が負の場合に、前記第１のバイアス電圧値よりも前記第１の電圧ステップだけ大きい電圧値を前記第２のバイアス電圧値とする、
    請求項７に記載の光送信機のバイアス電圧制御方法。
  9. 　前記トレーニング処理は、
    　前記第２の振幅値が前記第１の振幅値より大きい場合に、前記第２のバイアス電圧値を新たな第１のバイアス電圧値に採用し、前記新たな第１のバイアス電圧値と前記新たな第１のバイアス電圧値に基づく新たな第２のバイアス電圧値を用いて動作を繰り返し、
    　前記新たな第２のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の振幅値が、前記新たな第１のバイアス電圧値における前記パイロット信号成分の振幅値よりも小さい場合に、前記新たな第２のバイアス電圧値に基づいて前記制御開始電圧を決定する、
    請求項７または８に記載の光送信機のバイアス電圧制御方法。
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