(57)【要約】【課題】電気的な低域通過フィルタを使用せず、高速の中・長距離の伝送のとき非線形及び分散に対する耐性を増加させ得るデュオバイナリ光伝送装置に関する。【解決手段】本発明によるデュオバイナリ光伝送装置は、光搬送波を出力する光源５０と、ＮＲＺ信号を入力し、ＮＲＺ信号に従って光搬送波を変調した変調光信号を出力するデュオバイナリ光信号生成部１００と、ＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換するＲＺパルス生成部２００とを備え、１つの干渉計型光変調器を使用して光強度のみならず位相も変調できるようにする。【選択図】  図３
2004312678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光搬送波を出力する光源と、
ＮＲＺ(Non Return to Zero)信号を入力し、該ＮＲＺ信号に従って前記光搬送波を変調した変調光信号を出力するデュオバイナリ光信号生成部と、
前記ＮＲＺ信号をＲＺ(Return to Zero)信号に変換するＲＺパルス生成部と、を備え、
前記デュオバイナリ光信号生成部は、
前記ＮＲＺ信号を符号化して出力する差動符号化器と、
該符号化信号を増幅して変調器の駆動信号を出力する変調器駆動増幅器と、
該変調器駆動増幅器から入力される駆動信号に従って前記光搬送波の位相を変調する第１光変調器と、
該位相変調信号の帯域幅を制限する光帯域通過フィルタと、から構成されることを特徴とするデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項２】
ＲＺパルス生成部は、クロック発生器と、該クロック発生器によるクロック信号に同期してＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換する第２光変調器と、を備える請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項３】
第１及び第２光変調器は、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器である請求項２記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項４】
第１光変調器の伝達曲線の最小点(Null-point)で変調動作が遂行されるようにする請求項３記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項５】
第２光変調器の伝達曲線の最大点と最小点との間の中間点(Quad point)でクロック信号を印加して変調動作が遂行されるようにする請求項３記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項６】
光帯域通過フィルタの帯域幅を調節することによりデュオバイナリ光信号の特性を調節する請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項７】
光帯域通過フィルタの帯域幅は、０．７ビット率程度である請求項１記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【請求項８】
第１及び第２光変調器は、Ｘ−カットタイプ又はＺ−カットタイプマッハ・ツエンダ干渉計型光変調器である請求項２記載のデュオバイナリ光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デュオバイナリ(duobinary)光送信技術を利用したデュオバイナリ光伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度波長分割多重方式(Dense Wavelength Division Multiplexing；ＤＷＤＭ)の光伝送システムは、一本の光ファイバ内に相互に異なる波長を有する複数のチャンネルで構成された光信号を伝送することにより伝送効率を高めることができ、伝送速度に無関係に光信号を伝送することができるので伝送量が増加している超高速インターネット網に幅広く使用されているシステムである。現在ＤＷＤＭを使用して１００個以上のチャンネルを一本の光ファイバを利用して伝送するシステムが常用化されており、一本の光ファイバに２００個以上の４０Ｇｂ／ｓのチャンネルを同時に伝送して１０Ｔｂｐｓ以上の伝送速度を有するシステムに対する研究も活発に進行されている。
【０００３】
しかし、急激なデータトラヒックの増加及び４０Ｇｂｐｓ以上の高速データの伝送要求に対応するには、既存のＮＲＺを利用した光強度変調では、５０ＧＨｚのチャンネル間隔以下でチャンネル間の干渉及び歪曲がひどくなり、伝送容量の拡張に限界がある。また、既存のバイナリ(binary)ＮＲＺ伝送信号のＤＣ周波数成分と変調のとき拡散された高周波成分は、光ファイバ媒体内での伝播に際し非直線性と散乱を引き起こし、１０Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送において伝送距離に限界がある。
【０００４】
そこで最近では、光デュオバイナリ技術が、色分散(chromatic dispersion)による伝送距離の制限を克服できる光伝送技術として研究されている。デュオバイナリ伝送の主な長所は、伝送スペクトルが一般的なバイナリ伝送に比べて減少することである。分散制限システムにおいて、伝達距離は、伝送スペクトル帯域幅の自乗に反比例する。これは、伝送スペクトルが１／２に縮小される場合、伝達距離は４倍に増加することを意味する。さらに、搬送波周波数がデュオバイナリ伝送スペクトル内で抑圧されるので、光ファイバ内で刺激を受けたブリュアン散乱(Brillouin Scattering)によって引き起こされた光電力出力に対する制限を緩和させることができる。
【０００５】
また、バイナリＮＲＺ伝送信号よりも、１０Ｇｂｐｓ以上の高速の中・長距離伝送のときに非線形成分と分散特性に優れるデュオバイナリＲＺ伝送技術が活発に研究されている。 
【０００６】
図１は、従来のデュオバイナリＲＺ伝送技術を利用した光伝送装置の一構成例を示す。
【０００７】
図１に示すように、従来のデュオバイナリ光伝送装置は、デュオバイナリ光信号生成部１０及びＲＺパルス生成部２０で構成されてデュオバイナリＲＺ信号を生成する。
【０００８】
デュオバイナリ光信号生成部１０は、入力される２−レベルのＮＲＺ電気信号を符号化する差動符号化器(differential precoder)１１と、この差動符号化器１１から出力される２−レベルのＮＲＺ電気信号を増幅して光変調器の駆動信号を出力する変調器駆動増幅器１２１と、増幅された２−レベルの電気信号を３−レベルの電気信号に変化させ、信号の帯域幅を減少させる低域通過フィルタ１３と、搬送波を出力するレーザ光源(laser source)１４と、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器(Mach-Zehnder interferometer type optical intensity modulator)１５とから構成される。 
【０００９】
デュオバイナリ光信号生成部１０は、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器の電極構造によって２つに分類することができる。Ｘ−カット(cut)単一電極(single electrode)マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器の場合、図１に示すように、１極のアーム(arm)に変調器駆動増幅器及び電気的な低域通過フィルタを備えて単一電極に３−レベルの電気信号を印加できるようにする。これに比べて、Ｚ−カット二重電極(dual electrode)マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器の場合(図示せず)、２極のアームにそれぞれ変調器駆動増幅器及び電気的な低域通過フィルタを備えて二重電極に３−レベルの電気信号を印加できるようにする。
【００１０】
ＲＺパルス生成部２０は、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１及びビット率(bit rate)Ｔの周期を有するクロック信号を生成するクロック発生器２２で構成される。
【００１１】
このような構成を有する従来のデュオバイナリ光伝送装置の動作は、次のようである。
【００１２】
２−レベルのＮＲＺデータは、デュオバイナリ光信号生成部１０に位置した差動符号化器１１により２−レベルのバイナリ信号に符号化(encoding)され、変調器駆動増幅器１２により増幅される。増幅された２−レベルのバイナリ信号は低域通過フィルタ１３に入力される。この低域通過フィルタ１３は、２−レベルバイナリ信号のクロック周波数(clock frequency)の約１／４に該当する帯域幅を有する。このような帯域幅の過度な制限によりコード間の干渉が発生し、該コード間の干渉により、２−レベルのバイナリ信号は３−レベルのデュオバイナリ信号(3-level Duo-binary signal)に変換される。変換された３−レベルのデュオバイナリ信号は、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器１５の駆動信号として機能し、レーザ光源１４から出力された光搬送波を、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器１５により位相及び光強度変調して光デュオバイナリ信号として出力させる。このようにしてデュオバイナリ光信号生成部１０で生成された光デュオバイナリ信号は、ＲＺ変換のためにＲＺパルス生成部２０に位置したマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１へ入力される。一般的に、ＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換するためには、ビット率Ｔの周期を有するクロック信号を光変調器に印加して当該変調器へ入力されるＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換する。これと同様に、光変調器２１に入力された光デュオバイナリ信号は、ビット率Ｔの周期を有するクロック発生器２２のクロック信号に同期したマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１によりＲＺ信号に変換される。
【００１３】
従って、図１の出力信号を示す図２Ａ及び図１の出力信号の光スペクトル特性を示した図２Ｂに示すように、ＮＲＺ及びＲＺよりもビット当たり周波数効率性及び非線形特性が向上したデュオバイナリＲＺ信号の実現が可能である。   
【００１４】
しかし、このような従来技術は、電気的な低域通過フィルタを使用して３−レベルの電気信号を発生させるので、低域通過フィルタの透過特性による伝送品質の依存性と擬似雑音ビットシーケンス(Pseudo Random Bit Sequence；ＰＲＢＳ)の長さにより特性の差異が発生し、システムに致命的な問題を引き起こす可能性がある。一般的に、信号の０−レベルから１−レベルに変換するときの傾斜と１−レベルから０−レベルに減少するときの傾斜とは相互に異なる。しかし、電気的な低域通過フィルタを使用するデュオバイナリ光伝送装置の場合は、相互に異なる傾斜を有する部分が同時に合わせられて０−レベルから１−レベルへの遷移が発生し、１−レベルから０−レベルへの遷移が発生するので、出力波形のジッタ(jitter)が大きくなる構造的な短所を有している。これは、Ｚ−カットタイプまたはＸ−カットタイプの従来の構造で同様に発生し、このような信号パターンの依存性は、実際の光伝送の動作のとき限界を有するようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、擬似雑音ビットシーケンスの長さに影響を受けず、一定の伝送特性を有するデュオバイナリ光送信技術を利用したデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。  
【００１６】
また、本発明の他の目的は、電気的な低域通過フィルタを使用せず、高速の中、長距離ＷＤＭ伝送における非線形及び分散特性を向上させて価格競争力及び伝送品質を保障するデュオバイナリ光伝送装置を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するために、本発明によるデュオバイナリ光伝送装置は、光搬送波を出力する光源と、ＮＲＺ(Non Return to Zero)信号を入力し、該ＮＲＺ信号に従って光搬送波を変調した変調光信号を出力するデュオバイナリ光信号生成部と、ＮＲＺ信号をＲＺ(Return to Zero)信号に変換するＲＺパルス生成部と、を備え、そのデュオバイナリ光信号生成部は、ＮＲＺ信号を符号化して出力する差動符号化器と、その符号化信号を増幅して変調器の駆動信号を出力する変調器駆動増幅器と、この変調器駆動増幅器から入力される駆動信号に従って光搬送波の位相を変調する第１光変調器と、その位相変調信号の帯域幅を制限する光帯域通過フィルタと、から構成されることを特徴とする。
【００１８】
このようなデュオバイナリ光伝送装置におけるＲＺパルス生成部は、クロック発生器と、このクロック発生器によるクロック信号に同期してＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換する第２光変調器と、を備えることができる。この場合、第１光変調器の伝達曲線の最小点(Null-point)で変調動作が遂行されるようにし、さらに、第２光変調器の伝達曲線の最大点と最小点との間の中間点(Quad point)でクロック信号を印加して変調動作が遂行されるようにする。また、光帯域通過フィルタの帯域幅を調節することによりデュオバイナリ光信号の特性を調節することができ、その光帯域通過フィルタの帯域幅は、たとえば０．７ビット率程度とすることができる。
【００１９】
その第１及び第２光変調器は、マッハ・ツエンダ干渉計型光変調器とし、Ｘ−カットタイプ又はＺ−カットタイプを利用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるデュオバイナリ光伝送装置は、電気的な低域通過フィルタを使用せず、安価な一般化した干渉計型光強度変調器を利用してデュオバイナリＲＺ光信号を生成することができる。従って、電気的な低域通過フィルタの透過特性による伝送品質の依存性及びビットパターンの依存性を克服し、１０Ｇｂｐｓ以上の高速の中・長距離の伝送のとき、非線形及び分散特性を大幅に向上させるデュオバイナリ光伝送装置の実現が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。なお、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通使用するものとする。
【００２２】
図３は、本発明に係るデュオバイナリ光伝送装置の構成例を示す。
【００２３】
図３を参照すると、本発明のデュオバイナリ光伝送装置は、光搬送波を出力する光源５０と、ＮＲＺ電気信号を入力し、ＮＲＺ電気信号をデュオバイナリ光信号に変調するデュオバイナリ光信号生成部１００と、ＲＺパルスを発生させるＲＺパルス生成部２００とから構成される。本実施例では、デュオバイナリ光信号生成部１００が前段に位置し、ＲＺパルス生成部２００が後段に位置した構造について説明するが、これら構成要素の位置は置き換えてもいい。  
【００２４】
光源５０は、情報が含まれる光搬送波を生成して出力し、レーザダイオードを使用することができる。
【００２５】
デュオバイナリ光信号生成部１００は、入力されたＮＲＺ電気信号をデュオバイナリ光信号に変換して出力し、差動符号化器１１０、変調器駆動増幅器１２０、マッハ・ツエンダ干渉計型光位相変調器１３０、及び光帯域通過フィルタ(ＢＰＦ)１４０を備える。
【００２６】
差動符号化器１１０は、入力されたＮＲＺ電気信号を符号化し、２−レベルのバイナリ信号を符号化することにより、受信器の変更なしでデュオバイナリの送受信が可能であるようにする。 
【００２７】
変調器駆動増幅器１２０は、符号化されたバイナリ信号を増幅して出力し、この増幅信号が光位相変調器１３０の駆動信号として利用される。
【００２８】
マッハ・ツエンダ干渉計型光位相変調器１３０は、変調端子（ＲＦ）を通じて入力された２−レベルのバイナリ信号に従って光搬送波を位相変調して出力する。
【００２９】
光帯域通過フィルタ１４０は、帯域幅が０．７／Ｔ(bit rate)であり、当該帯域幅を外れた信号を除去することにより、位相変調されたデュオバイナリ光信号の帯域幅を制限する。 
【００３０】
ＲＺパルス生成部２００は、ＮＲＺ変調された信号をＲＺ信号に変換する機能を遂行し、マッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１０及びクロック発生器２２０で構成される。 
【００３１】
図４Ａ乃至図４Ｄは、本実施例によるデュオバイナリＲＺ出力信号の変換過程を示す図である。これらを参照して本発明のデュオバイナリ光伝送装置の動作を説明する。  
【００３２】
図３及び図４Ａ乃至図４Ｄを参照すると、ＮＲＺ方式の電気信号は、デュオバイナリ光信号生成部１００の差動符号化器１１０に入力されて０または１の情報を有するバイナリ信号に符号化される。符号化されたバイナリ信号は、変調器駆動増幅器１２０に印加されてマッハ・ツエンダ干渉計型光位相変調器１３０の駆動信号Ａ(electrical driving signal of MZ modulator)として機能する。マッハ・ツエンダ干渉計型光位相変調器１３０の変調曲線Ｂ(Modulation Curve)のヌルポイント(null point)Ｎで変調動作が行われ、変調の大きさ(magnitude)は、２Ｖπである。参考に、Ｖπは、オン／オフ動作を遂行するために要求される変調の大きさである。この場合、０または１のビットは、強度変調なく同一の大きさを有する光信号として生成されるが、０または１のビットは、電場Ｃ(Electric field)で０またはπの位相差を有する位相情報に変換される。従って、一般の干渉計型光強度変調器を利用して位相変調できることがわかる。このマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器１３０により位相変調された光信号は、帯域幅が０．７／Ｔである光帯域通過フィルタ１４０を通過する。このときの過程が図１に示した従来のデュオバイナリ光伝送装置で電気的な低域通過フィルタを通過する方式と同機能を遂行する過程である。これにより、図４Ｂに示すように、光帯域通過フィルタ１４０を通過した光信号はデュオバイナリ光信号に変換される。本発明の好適な実施例では、デュオバイナリ光伝送装置に２Ｖπの電圧を印加し、帯域幅が０．７／Ｔである光帯域通過フィルタ１４０を使用してデュオバイナリ光信号を発生させる。ただし、印加電圧、光帯域通過フィルタ１４０の帯域幅などは調節可能で、これにより、出力されるデュオバイナリ光信号の特性を調節することができる。
【００３３】
デュオバイナリ光信号Ｅは、ＲＺ変換のためにＲＺパルス生成部２００のマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１０に印加される。周知の手法を応用し、ＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換するために、ビット率Ｔの周期を有するクロック発生器２２０のクロック信号をマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１０に印加してデュオバイナリ光信号ＥをＲＺ信号に変換する。図４Ｃに示すように、伝達曲線の最大点と最小点との中間点であるクワッドポイント(quad point)Ｑで、振幅Ｖπ及びビット率Ｔの周期を有するクロック信号を印加し、図４Ｄに示すようなデュオバイナリＲＺに変換された信号を出力する。 
【００３４】
図５Ａは、図３の回路の出力信号を示し、図５Ｂは、図３の回路の出力信号の光スペクトル特性を示す。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、図２Ａ及び図２Ｂに示した出力信号と類似している特性を有するデュオバイナリＲＺ光信号が生成される。 
【００３５】
このような過程を通じて、電気的な低域通過フィルタを使用せずにデュオバイナリＲＺ光信号を生成することができ、２−レベル信号を３−レベル信号に変換する過程で発生する信号の歪曲を最小化できる。また、本例のデュオバイナリＲＺ光信号は、ＲＺパルス生成部２００に位置したマッハ・ツエンダ干渉計型光強度変調器２１０で生成されたＲＺ信号の消光比及びチャ−プ(chirp)により光ファイバの分散に対する耐性が決定されるので、光変調器の特性を考慮して最適の消光比とチャ−プを決定する。
【００３６】
本実施例では、Ｘ−カット単一電極(single electrode)マッハ・ツエンダ干渉計型変調器を使用した構造について説明してきたが、Ｚ−カット二重電極(dual electrode)マッハ・ツエンダ干渉計型変調器でも実現することができる。また、本実施例の説明では、機能ブロック内での変調器の機能を容易に把握できるように、光強度変調器又は光位相変調器として区別して記載したが、１つの干渉計型光変調器のみを使用して光強度のみならず位相も変調することができることに留意しなければならない。
【００３７】
以上、本発明の詳細につき具体的実施形態により説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来のデュオバイナリ光伝送装置の一構成例を示す図。
【図２Ａ】図１の回路の出力信号を示す図。
【図２Ｂ】図１の回路の出力信号の光スペクトル特性を示す図。
【図３】本発明によるデュオバイナリ光伝送装置の実施例を示す図。
【図４Ａ】本発明の実施例によるデュオバイナリＲＺ出力信号の変換過程を示す図。
【図４Ｂ】本発明の実施例によるデュオバイナリＲＺ出力信号の変換過程を示す図。
【図４Ｃ】本発明の実施例によるデュオバイナリＲＺ出力信号の変換過程を示す図。
【図４Ｄ】本発明の実施例によるデュオバイナリＲＺ出力信号の変換過程を示す図。
【図５Ａ】図３の回路の出力信号を示す図。
【図５Ｂ】図３の回路の出力信号の光スペクトル特性を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
５０  光源
１００  デュオバイナリ光信号生成部
１１０  差動符号化器
１２０  変調器駆動増幅器
１３０  光位相変調器
１４０  光帯域通過フィルタ
２００  ＲＺパルス生成部
２１０  光強度変調器
２２０  クロック発生器
【図１】
2004312678.tif 000003
【図２Ａ】
2004312678.tif 000004
【図２Ｂ】
2004312678.tif 000005
【図３】
2004312678.tif 000006
【図４Ａ】
2004312678.tif 000007
【図４Ｂ】
2004312678.tif 000008
【図４Ｃ】
2004312678.tif 000009
【図４Ｄ】
2004312678.tif 000010
【図５Ａ】
2004312678.tif 000011
【図５Ｂ】
2004312678.tif 000012