(57)【要約】      （修正有）【課題】光ＰＳＫ信号の受信を改善するための方法および装置を提供すること。【解決手段】受信機で光ＰＳＫ信号を２つの強度変調信号に変換し、２つの信号の間に所望の振幅不平衡を導入することにより、受信が改善される。このような振幅不平衡を導入すると、狭帯域光フィルタリングによる受信器性能の劣化を効果的に緩和し、実質的にエラー・フリーの伝送に必要な光Ｓ／Ｎ比を低下させることにより、狭帯域フィルタリングされたＰＳＫ信号向けの受信器性能が改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
狭帯域フィルタリングを施された光位相偏移変調（ＰＳＫ）信号を受信するための方法であって、
受信器でＰＳＫ信号を第１の強度変調信号および第２の強度変調信号に変換する工程と、
受信器性能を改善するために、第１と第２の強度変調信号の間に所望の振幅不平衡を導入する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記所望の振幅不平衡を導入する工程が、狭帯域光フィルタリングによる受信器性能の劣化を実質的に緩和する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所望の振幅不平衡を導入する工程が、実質的なエラー・フリー伝送に必要なＰＳＫ信号の光Ｓ／Ｎ比を実質的に低下させる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記所望の振幅不平衡を導入する工程が、光減衰要素および光利得要素の少なくとも１つを使用して実施される請求項１に記載の方法。
【請求項５】
狭帯域フィルタリングを施された光位相偏移変調（ＰＳＫ）信号を受信するための方法であって、
受信器でＰＳＫ信号を第１の光強度変調信号および第２の光強度変調信号に変換する工程と、
複数のフォト・ダイオードを用いて、前記第１および第２の光強度変調信号を検波して、第１の電気的強度変調信号および第２の電気的強度変調信号を生成する工程と、
受信器性能を改善するために前記第１と第２の電気的強度変調信号の間に所望の振幅不平衡を導入する工程とを含む方法。
【請求項６】
前記所望の振幅不平衡を導入する工程が、狭帯域光フィルタリングによる受信器性能の劣化を実質的に緩和する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記所望の振幅不平衡を導入する工程が、実質的なエラー・フリー伝送に必要なＰＳＫ信号の光Ｓ／Ｎ比を実質的に低下させる請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記所望の振幅不平衡を導入する工程が、電気的減衰要素および電気的利得要素の少なくとも１つを使用して実施される請求項５に記載の方法。
【請求項９】
受信器でＰＳＫ信号を第１の強度変調信号および第２の強度変調信号に変換するための手段と、
受信器性能を改善するために前記第１と第２の強度変調信号の間に所望の振幅不平衡を導入して狭帯域光フィルタリングによる受信器性能の劣化を実質的に緩和する手段とを備える光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光伝送に関し、より詳細には位相偏移変調（ＰＳＫ）光信号を受信する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＳＫ、とりわけ差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）を用いると、他の変調方式と比べて性能が改善することが示されている。ＤＰＳＫは、従来のオン・オフ変調（ＯＯＫ）方式より受信器感度が３ｄＢ向上することが示されている。このような受信器感度の改善により、ＤＰＳＫ変調を用いたシステムでは、信号非再生でより長い距離の伝送が可能になる。
【０００３】
ＤＰＳＫ信号伝送は、他の変調方式と比べて狭帯域光フィルタリングがより堅固であることも知られている。このような特性により、ＤＰＳＫ変調は、複数のＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）または光交差接続（ＯＸＣ）を組み込んだ光回線網向けの望ましい方式になっている。
【０００４】
位相偏移変調（ＰＳＫ）技術の利点を最大限に活かすために、ＰＳＫ光受信器は一般に、光遅延干渉計とこれに後続する平衡光受信器とを使用して構築される。従来技術の教示では、平衡受信器が完全に振幅平衡のとき最適の受信器性能が得られると示唆されている。しかし、１つまたは複数の光フィルタ装置（例えばＯＡＤＭまたはＯＸＣ）を組み込んだシステムでは、ＰＳＫ信号の完全な振幅平衡受信を用いると、受信器性能が劣化することが知られている。具体的には、ＰＳＫ信号の検波において所望のビット誤り率（ＢＥＲ）を実現するのに必要な光Ｓ／Ｎ比（ＯＳＮＲ）の点で性能が劣化する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、狭帯域光フィルタリングを使用するシステムにおいて伝送される光ＰＳＫ信号の受信を改善するための方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
受信器で光ＰＳＫ信号を２つの強度変調信号に変換し、２つの信号の間に所望の振幅不平衡を導入することにより、受信が改善される。このような振幅不平衡を導入すると、狭帯域光フィルタリングによる受信器性能の劣化を効果的に緩和し、実質的にエラー・フリーの伝送に必要な光Ｓ／Ｎ比を低下させることにより、狭帯域フィルタリングされたＰＳＫ信号向けの受信器性能が改善する。
【０００７】
前記概要ならびに本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と併せ読むことにより、よりよく理解されるであろう。本発明を例示するために、図には現時点で好ましい実施形態が示されている。しかし、本発明は、図示の通りの機構および手段だけには限定されないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の諸態様による、狭帯域フィルタリングされた光ＰＳＫ信号を受信するための光受信装置１００の概略図である。本明細書で使用される用語、「狭帯域フィルタリングされた」または「強くフィルタリングされた」光信号とは、例えば、約Ｂギガヘルツ帯域幅の光フィルタで光フィルタリングされ、Ｂギガビット／秒のデータ・レート（すなわち光フィルタの帯域幅がデータ・レートの約１倍）で情報を伝える光信号を意味する。具体例として、４０ギガヘルツの帯域幅を有する「狭帯域」光フィルタは、４０ギガビット／秒で情報を伝えるＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ光信号を「強く」フィルタリングすることになる。
【０００９】
光受信装置１００は、ＰＳＫ信号を受け取るための干渉計１１０を備える。干渉計１１０は、干渉計１１０の辺１１１Ａと１１１Ｂの間で約１ビットの遅延を生じさせるマッハ・ツェンダー遅延干渉計（ＭＺＤＩ）であることが好ましい。干渉計１１０は、ＰＳＫ信号入力を第１および第２の光強度変調信号（例えばＭＺＤＩの信号を強め合う出力ポートおよび信号を弱め合う出力ポートにおける各信号）へと変換する。第１および第２の光強度変調信号は、それぞれ干渉計１１０の出力ポート１１０Ａおよび１１０Ｂから出力される。
【００１０】
２つのフォト・ダイオード１１５Ａ、１１５Ｂは、それぞれ干渉計１１０の出力ポート１１０Ａ、１１０Ｂに結合されている。フォト・ダイオード１１５Ａ、１１５Ｂは、第１および第２の光強度変調信号を差動検波し、電気的強度変調信号を生成する（すなわち、第１および第２の光強度変調信号を表す光電流を生成する）ために使用される。フォト・ダイオード１１５Ａ、１１５Ｂは、特性が揃ったＩｎＰ導光路を有するｐｉｎフォト・ダイオードであることが好ましい。
【００１１】
１つまたは複数の振幅減衰／利得要素１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄは、干渉計１１０からの第１および第２の光強度変調信号またはフォト・ダイオード１１５Ａ、１１５Ｂからの第１および第２の電気的強度変調信号のパワー（すなわち振幅）のうち少なくとも一方を制御または調整するために使用される。減衰／利得要素１２０Ａ、１２０Ｄは、例えば、可変光減衰器、可変光利得装置、あるいは第１および／または第２の光強度変調信号のパワーを制御することができるどんな装置でもよい。減衰／利得要素１２０Ｂ、１２０Ｃは、例えば、電気的可変利得増幅器、電気的可変減衰器、あるいは第１および／または第２の電気的強度変調信号のパワーを制御することができるどんな装置でもよい。
【００１２】
減衰／利得要素１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄは、第１と第２の光強度変調信号の間および／または第１と第２の電気的強度変調信号の間に振幅不平衡を導入するために使用することが好ましい。完全な平衡受信器、すなわち理想的なＰＳＫ変調下で広帯域光フィルタリングが第１および第２の電気的等振幅強度変調信号をもたらす受信器の場合、受信したＰＳＫ信号に一旦狭帯域フィルタリングを施すと、第１と第２の強度変調信号（光または電気的）の間に「自然な」不平衡が生じ得ることを理解されたい。したがって、本発明の諸態様によれば、第１と第２の強度変調信号（光または電気的）の間に振幅不平衡を導入することには、「平衡な」信号に不平衡を導入すること、および／または、改善された（例えば最適な）受信器性能を得るために「自然の」（すなわち既存の）不平衡を増加させまたは変更することが含まれる。
【００１３】
振幅不平衡を導入することには、第１と第２の光強度変調信号、および／または第１と第２の電気的強度変調信号の振幅比の変更が含まれることが当業者には理解されよう。第１と第２の電気的強度変調信号の振幅比を変更することにより、狭帯域光フィルタリングによって刻印（ｉｍｐｒｉｎｔ）された第１と第２の電気的強度変調信号の間での光エネルギーの自然の分布が、受信器出力信号（例えば後述の受信器出力信号１６０、２８０）がより検波され易くなるように変更される。
【００１４】
総合的な光−電子変換係数は、ＳＡとＳＢから得ることができる。光−電子変換係数ＳＡまたはＳＢは、光強度変調信号（例えば出力端１１０Ａの信号）の光信号振幅と電気的強度変調信号（例えば以下に述べる差動増幅器１５０の前の信号）の電気信号振幅との比として定義される。完全な平衡受信器は、前述のように、ＳＡ＝ＳＢによって特徴づけられる。ＳＡは遅延干渉計の信号を強め合う出力ポートに対応し、ＳＢは信号を弱め合う出力ポートに対応する。受信器セットアップの不平衡は、次のように受信器不平衡βＡを用いて定量化することができる。
βＡ＝（ＳＡ−ＳＢ）／（ＳＡ＋ＳＢ）
ここでβＡ＝０は、完全に平衡な場合に相当する。
【００１５】
第１および第２の電気的強度変調信号を結合して、受信されたＰＳＫ信号を表す受信器出力信号１６０を生成するために、線形差動増幅器１５０または類似のものを使用することが好ましい。
【００１６】
図２に示す実験的な伝送システム２００を使用して本発明の諸態様を試験した。２つの直列接続されたＬｉＮｂＯ３マッハ・ツェンダー変調器（ＭＺＭ）を備える送信器２１０を使用して、搬送波抑圧ゼロ復帰（ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ）（すなわち６７％のゼロ復帰ＤＰＳＫ信号）変調の単一波長チャネルを１５５０．４ｎｍに生成させた。第１の変調器２１０Ａは２１．３ＧＨｚのクロックで駆動され、６７％のＲＺパルスを生成するためのパルス整形器（ｃａｒｖｅｒ）として動作した。第２の変調器２１０Ｂをヌルポイントで駆動することにより、データは位相変調として与えられた。
【００１７】
実験では高速前方誤り訂正（ＦＥＣ）データ・レート（標準ＦＥＣと同様に７％のオーバーヘッドを有する）を用いたが、実際にはこれらの実験でＦＥＣは実施されなかった。ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号にプリフィルタリングを施すために、送信器の後段に１００〜５０ＧＨｚの光インタリーバ（ＩＬ）２２０（約４４ＧＨｚで３ｄＢ帯域幅）を使用した。
【００１８】
再循環ループ２３０は、単一の全長１０ｋｍＳＳＭＦファイバと、それに後続し十分な分散補償をもたらすスロープ整合の分散補償モジュール（ＤＣＭ）２３５とを備えている。再循環ループ２３０は、背面接続されたＩＬ  ２４０Ａおよびデインタリーバ（Ｄ−ＩＬ）２４０Ｂを有するＯＡＤＭ  ２４０をさらに備え、これはＯＡＤＭノードを通る厳密にフィルタリングされた経路をエミュレートする。
【００１９】
ＥＤＦＡ前置増幅器２５０とこれに後続する５０〜１００ＧＨｚ  Ｄ−ＩＬ  ２５５とをシステムの受信器側に使用した。ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号の実分散をほぼゼロにするために可同調分散補償器（ＴＤＣ）（図示せず）を使用した。
【００２０】
受信器２５７は再循環ループ２３０に結合され、２つの辺の間に１ビットの遅延（２３．４ピコ秒）を有するＭＺＤＩ  ２６０と、可変の光減衰器２６５Ａ、２６５Ｂと、光フロント・エンド（ＯＦＥ）２７０とを備えていた。入ってくるＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号を、２つの出力ポート２６０Ａ、２６０Ｂにおける第１および第２の光強度変調信号に（隣接したビット間の位相差に従って）変換するために、ＭＺＤＩ  ２６０を使用した。ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号の隣接するビット間に位相変化がなかったとき一方の出力ポート（すなわち「信号を強め合う」ポート）に最大パワーが出現し、隣接するビット間の位相差がπのとき他方のポート（すなわち「信号を弱め合う」ポート）に最大パワーが出現することが当業者には理解されよう。
【００２１】
第１および第２の光強度変調信号間に所望の振幅不平衡を導入するために、可変の光減衰器２６５Ａ、２６５Ｂを使用して第１および第２の光強度変調信号の光パワー・レベルを調整した。
【００２２】
第１および第２の光強度変調信号を検波し受信器出力信号２８０を生成するために、ＩｎＰ導光路を有する特性が揃った２つのｐｉｎフォト・ダイオード２７０Ａ、２７０Ｂとそれに後続する線形差動増幅器２７５とを備えるＯＦＥ  ２７０を使用した。
両フォト・ダイオード２７０Ａ、２７０Ｂの平均光電流を観測した。その後、市販の電子デマルチプレクサ２９０を使用して、受信器出力信号２８０を４２．７Ｇｂ／秒から１０．７Ｇｂ／秒まで逆多重化し、ＢＥＲを測定した。ループの動作では、測定されたＢＥＲは１０．７Ｇｂ／秒の端局４つについての平均であった。
【００２３】
図３は、０、１、２および５個のＯＡＤＭの後のＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号の光スペクトルを示し、フィルタ連結によるスペクトルの狭まりを表している。図２の実験的な伝送システム２００で使用したインタリーバ２４０Ａ、２４０Ｂは、それぞれ標準的な市販の１０Ｇｂ／秒の両インタリーバと、約４４ＧＨｚで３ｄＢ帯域幅、および約６２ＧＨｚで２０ｄＢ帯域幅の３次ガウス・フィルタであった。
【００２４】
強くフィルタリングされたＣＳＲＺ−ＤＰＳＫに振幅不平衡が及ぼす効果を検討した。図２の実験的な伝送システム２００の性能は、目標ＢＥＲ１０−３（すなわちエラー・フリー動作（高速ＦＥＣ使用で矯正ＢＥＲ１０−１６以下）のしきい値）を実現するのに必要な光Ｓ／Ｎ比（ＯＳＮＲ）で評価した。
【００２５】
ＯＦＥ  ２７０の前段の減衰器２５６Ａ、２５６Ｂを使用して信号の光パワーを調整することにより、ＯＦＥ  ２７０に入力された第１と第２の光強度変調信号間に振幅不平衡を導入した。ＯＦＥ  ２７０における振幅不平衡は、フォト・ダイオード電流の時間平均の不平衡（βｉ）によって、次のように定義することができる。
βｉ＝（Ｉｃｏｎｓ−Ｉｄｅｓ）／（Ｉｃｏｎｓ＋Ｉｄｅｓ）
ＩｃｏｎｓおよびＩｄｅｓはフォト・ダイオード２７０Ａ、２７０Ｂからの第１および第２の電気的強度変調信号に起因する平均光電流である。Ｉｃｏｎｓ＝Ｉｄｅｓの場合、βｉ＝０であり、光電流平衡検波が実現する。正の（負の）βｉは、信号を強め合う（弱め合う）ポートからの強調された信号に相当することが、当業者には理解されよう。前述の教示に鑑みて、狭帯域光フィルタリングによって自然に、またはβＡを変えることにより意図的に、信号の強調が起こり得ることを理解されたい。βｉ＝＋１（βｉ＝−１）の場合、信号を強め合う（弱め合う）ポートのシングル・エンド検波が実現する。
【００２６】
所要のＯＳＮＲ（ＯＳＮＲＲｅｑ）（すなわち、受信したＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号の全信号パワーと０．１ｎｍの帯域幅中で測定した増幅された自然放出光（ＡＳＥ）の比）は、測定したＢＥＲが１０−３に劣化するまで前置増幅器２５０の前段にＡＳＥノイズを負荷して受信したＯＳＮＲを劣化させることによって得られた。図４に、ＯＡＤＭ  ２４０を複数回通過したＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号のＯＳＮＲＲｅｑを光電流不平衡（βｉ）の関数として示す。「フィルタなし」曲線は、送信器または受信器にインタリーバがない場合に相当する（「折返し」の場合と呼ばれることがある）。「フィルタなし」曲線は、正および負のβｉどちらの場合でもＯＳＮＲＲｅｑが徐々に上昇するとき、最小限の光フィルタリングを施すことによって得ることができる性能を表す。「ＯＡＤＭなし」曲線は、送信器２１０および受信器２５７にインタリーバ２２０、２５５が組み込まれている場合に相当する。ＯＡＤＭノード数が増加すると、受信器２５７が平衡のときＯＳＮＲＲｅｑは急激に上昇する。βｉが負の場合、より一層性能が劣化する。βｉが正であると受信器性能がかなり改善されることになる。この改善は、図４に挿入された光電管の図でも明らかである。
【００２７】
ＢＥＲが１０−３のときのＯＳＮＲペナルティは、フィルタリング後のＯＳＮＲＲｅｑ−完全な平衡検波の折返し（フィルタなし）ＯＳＮＲＲｅｑと定義された。図５でＯＳＮＲペナルティは光電流不平衡（βｉ）の関数として示され、βｉの値が正の場合効果的に最小化される。ＢＥＲが１０−３のときのＯＳＮＲペナルティは、平衡検波（βｉ＝０）で１３ｄＢであるのに対して、＋０．５５の不平衡βｉの場合４つのＯＡＤＭノードの後段で３．２ｄＢであった。図５において、βｉが負の場合、ＯＡＤＭ連結数の増加に伴ってＯＳＮＲペナルティの急激な上昇が見られる。また、厳密なフィルタリングにより歪みが増加するにつれて、受信器２５７の性能は、（フィルタリングなしの場合と比べて）不平衡の影響をより受けやすくなる。
【００２８】
本明細書に開示された方法および装置は、平衡検波を用いて有利にデコードされる他の様々な変調方式（ＤＰＳＫ、ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ、差動四相ＰＳＫ（ＤＱＰＳＫ）、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、偏光偏移変調（ＰｏｌＳＫ）、最小偏移変調（ＭＳＫ）、および類似のものを含むが、それだけには限定されない）と共に使用できることが当業者には理解されよう。
【００２９】
前述の実施形態を、その広範な発明概念から逸脱することなく変更できることも、当業者には理解されよう。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求によって定義される本発明の精神および範囲内の変更を包含することが意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の諸実施形態に従って使用することができる受信装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による受信装置を含む実験的な光伝送システムの概略図である。
【図３】０、１、２および５個のＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ−ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を介した伝送後の各搬送波抑圧ゼロ復帰差動位相偏移変調（ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ）信号の光スペクトルを示すグラフである。
【図４】約１０−３（必要なＯＳＮＲ）のビット誤り率（ＢＥＲ）を実現するのに必要なＯＳＮＲと様々なＯＡＤＭ連結の光電流不平衡の関係を示すグラフである。
【図５】ＯＳＮＲペナルティと様々なＯＡＤＭ連結の光電流不平衡の関係を示すグラフである。
【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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