(57)【要約】【課題】電気の多値符号化信号やシリカ平面光波回路とＬｉＮｂＯ３位相変調器の混成集積光回路を使用することなしに、マルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成する送信装置および方法、並びにマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を柔軟に割り当てる方法を提供する。【解決手段】送信装置は、８ＱＡＭまたは１６ＱＡＭの一部のシンボルで光信号を変調するデュアルドライブマッハツェンダ変調器と、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫで光信号を変調するデュアルパラレルマッハツェンダ変調器と、変調形式に従って、前記２つの変調器を駆動するため駆動信号を生成する制御手段とを備える。また、送信装置を備える光通信システムは、信号品質に基づいて、光信号の変調フォーマットおよびレートを柔軟に割り当てる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
８ＱＡＭまたは１６ＱＡＭの一部のシンボルで光信号を変調するデュアルドライブマッハツェンダ変調器と、
ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫで光信号を変調するデュアルパラレルマッハツェンダ変調器と、
変調形式に従って、前記２つの変調器を駆動するため駆動信号を生成する制御手段と、
を備えることを特徴とするマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成する送信装置。
【請求項２】
前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の２つのアーム、および前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器の２つのマッハツェンダ変調器は、それぞれ２値駆動信号によって、独立して駆動されることを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の駆動信号のバイアス電圧（ｖｂ）および振幅（Ａ１、Ａ２）は、ＢＰＳＫおよびＱＰＳＫ生成の際、全て０であることを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
【請求項４】
ＢＰＳＫ生成のため、前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器の２つのアームの駆動信号のバイアス位置および振幅（Ａ３、Ａ４）は、バイアス位置＝ヌル、Ａ３＝０、Ａ４＝２Ｖπであることを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
【請求項５】
ＱＰＳＫ生成のため、前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器の２つのアームの駆動信号のバイアス位置および振幅（Ａ３、Ａ４）は、バイアス位置＝ヌル、Ａ３＝２Ｖπ、Ａ４＝２Ｖπであることを特徴とする請求項３に記載の送信装置。
【請求項６】
前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の駆動信号のバイアス電圧（ｖｂ）および振幅（Ａ１、Ａ２）は、８ＱＡＭおよび１６ＱＡＭ生成の際、光信号の振幅と位相を操作するために調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
【請求項７】
８ＱＡＭ生成のため、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の変調条件は、Ａ１＝０．５Ｖπ、Ａ２＝０、ｖｂ＝０．４Ｖπであることを特徴とする請求項６に記載の送信装置。
【請求項８】
１６ＱＡＭ生成のため、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の変調条件は、Ａ１＝Ａ２＝０．３Ｖπ、ｖｂ＝０．５Ｖπであることを特徴とする請求項６に記載の送信装置。
【請求項９】
デュアルドライブマッハツェンダ変調器が、８ＱＡＭまたは１６ＱＡＭの一部のシンボルで光信号を変調するステップと、
デュアルパラレルマッハツェンダ変調器が、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫで光信号を変調するステップと、
変調形式に従って、前記２つの変調器を駆動するため駆動信号を生成するステップと、を含むことを特徴するマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成するための方法。
【請求項１０】
請求項１から８に記載の送信装置を備える光通信システムにおいて、
信号品質に基づいて、光信号の変調フォーマットおよびレートを柔軟に割り当てることを特徴するマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を柔軟に割り当てる方法。
【請求項１１】
信号品質を測定するステップと、
前記信号品質があらかじめ定められた上限を超えた場合、現在の変調フォーマットより低いオーダの変調フォーマットを選択するステップと、
前記信号品質があらかじめ定められた下限より低くなった場合、現在の変調フォーマットより高いオーダの変調フォーマットを選択するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１０に記載のマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を柔軟に割り当てる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信装置および光ファイバリンクを備える光通信システムにおいて使用されるマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成する送信装置および方法に関する。また、本発明は、前記光通信システムにおいてマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を信号品質に基づいて柔軟に割り当てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制限されたスペクトル資源を効率的に利用するため、動的再構成可能な波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークにおいて、適応スペクトル配分に関する多くの技術が存在する。これらによれば、光送信装置が柔軟性を提供することが望ましい。つまり、光信号の変調フォーマットおよび／またはビットレートが柔軟に変化されることが望ましい。この目的のため、柔軟性を有する光送信装置の技術がいくつか提案された。
【０００３】
例えば、シリカ平面光波回路（ＰＬＣ：planar lightwave circuit）とＬｉＮｂＯ３（ＰＬＣ−ＬＮ）の混成集積技術に基づく新しい送信器が、非特許文献１で提案され、実証される（図７（ａ））。高集積変調器を用いることによって、この送信器はマルチフローおよびマルチレートの光信号を生成することが可能である。
【０００４】
一方、ソフトウェア定義のマルチフォーマット送信器は、非特許文献２および３で提案される。光信号の変調フォーマットを柔軟に割り当てるため、ＩＱ変調器に与えられた電気駆動信号が、制御信号にしたがって２値信号から多値信号に変化させられる。この動作のため、駆動信号は、ＦＰＧＡチップによって制御されたデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）（非特許文献２、図７（ｂ））または電気−光−電気（Ｅ−Ｏ−Ｅ）方法（非特許文献３、図７（ｃ））のいずれかによって生成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】H. Takara, etal., ECOC2011, Tu.5.A.4
【非特許文献２】R. Schmogrow, etal., PTL, vol. 22, pp. 1601-1603, 2010
【非特許文献３】Y.-K. Huang, etal, OFC/NFOEC2012, OM3H.4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１では、正確かつ安定な動作のため、同調フィルタ、可変結合器、位相シフト器および変調バイアスのような多くの制御パラメータを正確に制御する必要がある。この結果、この送信器は非常に複雑で高価な送信器になる。
【０００７】
また、非特許文献２および３において、多値レベル信号生成方法は複雑であり、これらの送信器は多値レベル信号の優れた品質を要求する。
【０００８】
したがって、本発明は、電気の多値符号化信号やシリカ平面光波回路とＬｉＮｂＯ３位相変調器の混成集積光回路を使用することなしに、マルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成する送信装置および方法、並びにマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を柔軟に割り当てる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明のマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成する送信装置は、８ＱＡＭまたは１６ＱＡＭの一部のシンボルで光信号を変調するデュアルドライブマッハツェンダ変調器と、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫで光信号を変調するデュアルパラレルマッハツェンダ変調器と、変調形式に従って、前記２つの変調器を駆動するため駆動信号を生成する制御手段とを備える。
【００１０】
また、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の２つのアーム、および前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器の２つのマッハツェンダ変調器は、それぞれ２値駆動信号によって、独立して駆動されることも好ましい。
【００１１】
また、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の駆動信号のバイアス電圧（ｖｂ）および振幅（Ａ１、Ａ２）は、ＢＰＳＫおよびＱＰＳＫ生成の際、全て０であることも好ましい。
【００１２】
また、ＢＰＳＫ生成のため、前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器の２つのアームの駆動信号のバイアス位置および振幅（Ａ３、Ａ４）は、バイアス位置＝ヌル、Ａ３＝０、Ａ４＝２Ｖπであることも好ましい。
【００１３】
また、ＱＰＳＫ生成のため、前記デュアルパラレルマッハツェンダ変調器の２つのアームの駆動信号のバイアス位置および振幅（Ａ３、Ａ４）は、バイアス位置＝ヌル、Ａ３＝２Ｖπ、Ａ４＝２Ｖπであることも好ましい。
【００１４】
また、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の駆動信号のバイアス電圧（ｖｂ）および振幅（Ａ１、Ａ２）は、８ＱＡＭおよび１６ＱＡＭ生成の際、光信号の振幅と位相を操作するために調整されることも好ましい。
【００１５】
また、８ＱＡＭ生成のため、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の変調条件は、Ａ１＝０．５Ｖπ、Ａ２＝０、ｖｂ＝０．４Ｖπであることも好ましい。
【００１６】
また、１６ＱＡＭ生成のため、前記デュアルドライブマッハツェンダ変調器の変調条件は、Ａ１＝Ａ２＝０．３Ｖπ、ｖｂ＝０．５Ｖπであることも好ましい。
【００１７】
上記課題を解決するため本発明のマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成するための方法は、デュアルドライブマッハツェンダ変調器が、８ＱＡＭまたは１６ＱＡＭの一部のシンボルで光信号を変調するステップと、デュアルパラレルマッハツェンダ変調器が、ＢＰＳＫまたはＱＰＳＫで光信号を変調するステップと、変調形式に従って、前記２つの変調器を駆動するため駆動信号を生成するステップとを含む。
【００１８】
上記課題を解決するため本発明のマルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を柔軟に割り当てる方法は、上記送信装置を備える光通信システムにおいて、信号品質に基づいて、光信号の変調フォーマットおよびレートを柔軟に割り当てる。
【００１９】
また、信号品質を測定するステップと、前記信号品質（例えばＢＥＲ）があらかじめ定められた上限を超えた場合、現在の変調フォーマットより低いオーダの変調フォーマットを選択するステップと、前記信号品質があらかじめ定められた下限より低くなった場合、現在の変調フォーマットより高いオーダの変調フォーマットを選択するステップとを備えることことも好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
上記に記載のように、本発明の送信装置は、電気の２値信号により駆動されるデュアルドライブマッハツェンダ変調器とデュアルパラレルマッハツェンダ変調器から構成され、光信号のシンボルレートを増加、減少させることが可能になる。さらに、この単純な構成のため、送信装置の構成は単純化され、コストが非常に減少される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の送信装置の構成を示す。
【図２】８ＱＡＭ生成時のＤＤ−ＭＺＭとＤＰ−ＭＺＭの出力でのコンスタレーションを示す。
【図３】１６ＱＡＭ生成時のＤＤ−ＭＺＭとＤＰ−ＭＺＭの出力でのコンスタレーションを示す。
【図４】光信号のフォーマット／レートを割り当てのフローチャートを示す。
【図５】本発明の送信装置の実験に用いた通信システムの構成を示す。
【図６】本発明の送信装置の実験結果を示す。
【図７】マルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を生成する既存の装置例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の送信装置の構成を示す。本送信装置は、レーザ光源１と光位相変調部２を備え、光位相変調部２は、直列に並べられたデュアルドライブマッハツェンダ（ＤＤ−ＭＺＭ）変調器２１、デュアルパラレルマッハツェンダ（ＤＰ−ＭＺＭ）変調器２２、および制御器２３を備える。本発明の送信装置は、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＱＡＭ、および１６ＱＡＭ信号を生成可能な柔軟な光送信装置である。
【００２３】
光位相変調部２は、レーザ光源１からの連続光を、２値入力電気信号のデータ１（Ａ１ｖ１（ｔ））、データ２（Ａ２ｖ２（ｔ））、データ３（Ａ３ｖ３（ｔ））、データ４（Ａ４ｖ４（ｔ））により光位相変調を行い、位相変調光信号を光伝送路に出力する。
【００２４】
ＤＤ−ＭＺＭ２１の各アームは、２つの独立した２値データ、データ１（Ａ１ｖ１（ｔ））、データ２（Ａ２ｖ２（ｔ））で駆動される。駆動信号の振幅（つまりＡ１、Ａ２）を調整することによって光信号のチャープを制御することができるため、光信号の振幅と位相を任意に操作することができる。ＭＺＭの分岐／合成比を同じであると仮定すると、ＤＤ−ＭＺＭ２１の伝達関数Ｈ（ｔ）は、
【数１】
2014050009.tif 000003
と表される。ここで、ｖｂとＶπは、それぞれＤＤ−ＭＺＭ２１のバイアス電圧とスイッチング電圧である。この式から、ＤＤ−ＭＺＭ２１は光信号の振幅と位相を任意に操作することができる。
【００２５】
同様に、ＤＰ−ＭＺＭ２２の個々のＭＺＭは、２つの独立した２値データ、データ３（Ａ３ｖ３（ｔ））、データ４（Ａ４ｖ４（ｔ））で駆動される。しかしながら、ＤＰ−ＭＺＭ２２は、チャープがない、つまりこの変調器は２つのｘ−ｃｕｔＬＮ変調器を集積することによって実装されているため、２Ｖπの振幅を有する２値データを１つのＭＺＭ（両方のＭＺＭに２つの独立したデータ）に与えると、理想的なＢＰＳＫ（ＱＰＳＫ）信号を生成することができる。
【００２６】
制御器２３は、外部から生成する信号のフォーマット／レートの要求を受け付け、この要求に基づきデータ信号の変調条件を決定し、ＤＤ−ＭＺＭ２１とＤＰ−ＭＺＭ２２に設定する。ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＱＡＭ、および１６ＱＡＭ信号を生成するための変調条件は以下で示される。
【００２７】
次に、本発明の送信装置の変調柔軟性の例を示し、変調条件の情報を提供する。ここで、ＤＰ−ＭＺＭ２２の上側のＭＺＭをＭＺＭＡとし、下側のＭＺＭをＭＺＭＢとし、主ＭＺ干渉系をＭＺＭＣとする。
【００２８】
１）ＢＰＳＫ
ＢＰＳＫは、ＤＤ−ＭＺＭ２１を電源オフにすること、つまり、レーザ光をそのまま透過されることで生成することができる。ＤＰ−ＭＺＭ２２のＭＺＭＢは、表１に示すように２Ｖπの振幅を有する電気の２値信号により駆動される。なお、本明細書で、ＤＰ−ＭＺＭ２２のバイアス位置は、ｖｂを除いてピーク／ヌル／直交（それぞれ、ＭＺＭの典型的な伝達曲線の最大／最小／半分の位置）で表す。
【表１】
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【００２９】
また、ＢＰＳＫは、ＤＰ−ＭＺＭ２２を電源オフにすることでも、生成することができる。ＤＤ−ＭＺＭ２１の各ＭＺＭは、表２に示すようにＶπの振幅を有する電気の２値信号により駆動される。なお、表２の＃１では、データ２は、データ１の反転データであり、＃２では、データ２は、データ１のデータである。
【表２】
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【００３０】
２）ＱＰＳＫ
ＱＰＳＫは、ＤＤ−ＭＺＭ２１を電源オフにすること、つまり、レーザ光をそのまま透過されることで生成することができる。ＤＰ−ＭＺＭ２２は、表３に示したようにＱＰＳＫを作成するために動作する。ＭＺＭＡとＭＺＭＢは、ＢＰＳＫ信号を生成し、２つのＢＰＳＫ信号が、ＭＺＭＣの中で９０°位相シフトされ、加えられ、ＱＰＳＫ信号が生成される。
【表３】
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【００３１】
また、ＱＰＳＫは、ＤＤ−ＭＺＭ２１とＤＰ−ＭＺＭ２２を使用することでも、生成することができる。ＤＰ−ＭＺＭ２２のＭＺＭＢは、表４に示すように２Ｖπの振幅を有する電気の２値信号により駆動される。ＤＤ−ＭＺＭ２１の各ＭＺＭは、表４に示すように、Ｖπ、０または０．５Ｖπの振幅を有する電気の２値信号により駆動される。なお、表２の＃２では、データ２は、データ１のデータである。
【表４】
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【００３２】
３）８ＱＡＭ
８ＱＡＭの最適なコンスタレーションは、図２（ｂ）に示されたように（１＋√３）：√２の２つの係数を有する。最適な８ＱＡＭ生成のため、光信号の振幅と位相は、最初に、ＤＤ−ＭＺＭ２１の駆動信号のバイアス電圧と振幅を制御することによって、変調され、図２（ａ）に示すコンスタレーションが生成される。表５に示すようにＤＤ−ＭＺＭ２１のデータ２はヌル（つまり、Ａ２＝０）で、その後、ＤＰ−ＭＺＭ２２は、ＱＰＳＫ変調を行い、最終的に図２（ｂ）で示される８ＱＡＭのコンスタレーションが生成される。
【表５】
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【００３３】
また、８ＱＡＭは、以下の表６に示す変調条件で、ＤＤ−ＭＺＭ２１とＤＰ−ＭＺＭ２２を駆動することでも生成することができる。表２の＃１では、データ２は、データ１の反転データであり、＃２では、データ２は、データ１のデータである。
【表６】
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【００３４】
４）１６ＱＡＭ
表７は１６ＱＡＭ生成のための変調条件を示す。１６ＱＡＭは、ＤＰ−ＭＺＭ２２がＱＰＳＫ出力を生成し、ＤＤ−ＭＺＭ２１に加える駆動信号のバイアス電圧と振幅を調節することによって、生成される。Ａ１＝Ａ２＝０．３Ｖπ、ｖｂ＝０．５Ｖπのとき、図３（ａ）に示される１６ＱＡＭコンスタレーションの四分円に置かれた４つのシンボルを作ることができる。ＤＰ−ＭＺＭ２２のＱＰＳＫ変調によって最終的に図３（ｂ）に示されるように１６ＱＡＭが生成される。
【表７】
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【００３５】
また、１６ＱＡＭは表８のように、Ａ１＝Ａ２＝０．７Ｖπ、ｖｂ＝０．５Ｖπにすることでも生成できる。
【表８】
2014050009.tif 000011
【００３６】
次に、本発明の送信装置の信号のフォーマット／レートを動的に割り当てるアルゴリズムを示す。再構成可能な光ネットワークにおいて、ファイバ断、ファイバ損失の増加、または光信号雑音比（ＯＳＮＲ）の低下のような予期せぬ機能障害／欠陥が、あるファイバリンクで発生した場合、信号経路は動的に経路変更される。しかしながら、新しい経路は、元の経路と異なった距離とＯＳＮＲを有しているため、光信号の変調フォーマット／レートを適切に割り当てる必要がある。このため、光信号のフォーマット／レートを割り当てるアルゴリズムを提案する。
【００３７】
図４は、光信号のフォーマット／レートを割り当てのフローチャートを示す。以下、本フローチャートに基づき、マルチフォーマットおよびマルチレートの光信号を柔軟に割り当てる方法を説明する。ここでは、ファイバリンク内の機能障害がファイバ損失の増加であり、この損失が変化することを仮定する。
【００３８】
ステップ１：ＢＥＲ閾値の上限と下限を設定する。高いスペクトル利用効率のため、最初は１６ＱＡＭを変調フォーマットとして設定する。
ステップ２：ここで、ファイバリンク内の損失が変化したとする。
ステップ３：光信号のビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定することによって、信号品質情報を得る。
ステップ４：ＢＥＲが最初に定めたＢＥＲ閾値の上限と下限内であるか確認する。上限と下限内である場合、ステップ２に戻る。上限外または下限外である場合、ステップ５に進む。
ステップ５：ＢＥＲが最初に定めたＢＥＲ閾値の上限を超えた場合、ステップ６に進み、下限より小さい場合、ステップ７に進む。
ステップ６：ＢＥＲが最初に定めたＢＥＲ閾値より劣化した場合、ＯＳＮＲマージンを向上させるため、現在の変調フォーマットより低いオーダの変調フォーマットを選択する。例えば、もし、現在の光信号の変調フォーマットが１６ＱＡＭであり、信号ＢＥＲがＢＥＲ閾値の上限より劣化した場合、８ＱＡＭに変更される。
ステップ７：ＢＥＲがＢＥＲ閾値の下限より低くなった場合、より高いオーダの変調フォーマットが高いスペクトル利用効率を得るために選択される。
【００３９】
図５は、本発明の送信装置の実験に用いた通信システムの構成を示す。本構成では光減衰器が挿入損失を与え、送信装置がこの損失により光信号のフォーマットを変化させる。送信装置は、１２．５ギガボーのＱＰＳＫ、８ＱＡＭ、または１６ＱＡＭ（つまり２５Ｇｂ／ｓ  ＱＰＳＫ、３７．５Ｇｂ／ｓ  ８ＱＡＭ、５０Ｇｂ／ｓ  １６ＱＡＭ）を利用し、送信装置と光減衰器がＧＰＩＢインタフェースを用いることによってコンピュータ（ＰＣ）に接続される。さらにＢＥＲ閾値の上限と下限をそれぞれ２×１０−３と２×１０−４に設定する。
【００４０】
図６は、本発明の送信装置の実験結果を示す。挿入損失を１１ｄＢから１３ｄＢに増加させたとき、１６ＱＡＭでのＢＥＲは劣化する。しかしながら、まだ上限２×１０−３を超えないため、１６ＱＡＭのままである。挿入損失が１５ｄＢになると、１６ＱＡＭのＢＥＲはＢＥＲ閾値の外に出る。このため、変調フォーマットの変換（１６ＱＡＭから８ＱＡＭ）が行われ、８ＱＡＭのＢＥＲは、ＢＥＲ閾値内に戻る。同様に挿入損失が２１ｄＢに変化したとき、８ＱＡＭのＢＥＲはＢＥＲ閾値の外に出て、変調フォーマットがＱＰＳＫに変換される。しかしながら、挿入ロスを１１ｄＢに減少されると、ＢＥＲが下限よりも良くなるため、再度８ＱＡＭおよび１６ＱＡＭに変換される。
【００４１】
また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１  レーザ光源
２  光位相変調部
２１  デュアルドライブマッハツェンダ（ＤＤ−ＭＺＭ）変調器
２２  デュアルパラレルマッハツェンダ(ＤＰ−ＭＺＭ)変調器
２３  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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