(57)【要約】【課題】  マルチレベル符号化された光信号を用いて伝送システムの情報スペクトル密度又は容量の増加のための手段を提供する。【解決手段】  光伝送のためにマルチレベル符号化された光信号を生成するシステムと方法が開示される。方法は、差動位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイング変調を用いて光信号を生成するために同じデータレートを持つ少なくとも２つの同期データ信号で少なくとも２つの変調器を駆動するステップからなる。【選択図】  図１
2005110256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチレベル符号化された光信号伝送のための通信方法であって、
差動位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイング変調を用いて光信号を生成するために同じデータレートを持つ少なくとも２つの同期データ信号で少なくとも２つの変調器を駆動するステップ
からなる方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、さらに、非線形伝送中の自己位相変調に起因する劣化を実質的に低減するために後段の非線形位相シフト補償を提供するステップからなる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、該振幅シフトキーイング変調がチャープされない光信号を生成することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、該振幅シフトキーイング変調がチャープされた光信号を生成することを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、該振幅シフトキーイング変調が約５ｄＢから約１０ｄＢの間の消光比を持つことを特徴とする方法。
【請求項６】
差動位相振幅シフトでキーイングされた光信号を生成する送信装置であって、
変調手段であって、同じデータレートを持つ同期データ信号によって駆動される少なくとも２つの変調器を含み、差動位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイング変調を用いて光信号を発生するように適応された変調手段
からなる装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、さらに、該変調手段に動作上結合されてＲＺ光信号の生成を可能とするパルス生成器からなる装置。
【請求項８】
光伝送システムであって、
第１のデータ信号を受信するために適応された第１の変調器、及び
該第１の変調器に結合され第２のデータ信号を受信するために適応された第２の変調器、
からなり、
該第１及び第２のデータ信号は同期していて同じデータレートを有し、該第１及び第２の変調器は差動位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイング変調を用いてマルチレベル符号化された光信号を生成するように適応されたことを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項８記載の装置であって、さらに、差動位相シフトでキーイングされた光信号の部分を検出するバランス検出器を含む受信機からなるシステム。
【請求項１０】
光伝送システムであって、
４相のＤＰ−ＡＳＫ（差動位相振幅シフトキーイング）変調された光信号を供給するために適応された少なくとも２つの変調器を含む光４相ＤＰ−ＡＳＫ送信機、及び
光受信機であって、該４相ＤＰ−ＡＳＫ変調された信号のＤＰＳＫ（差動位相シフトキーイング）変調された部分を検出するための遅延干渉器及びバランスされた受信機を含むＤＰＳＫ受信機、並びに該４相ＤＰ−ＡＳＫ変調された信号のＡＳＫ（振幅シフトキーイング）変調された部分を検出するための光強度受信機からなる光受信機
からなるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送に関し、具体的にはマルチレベル符号化光信号を生成するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多相振幅シフトキーイング（Ｍ相ＡＳＫ）は伝送システムの情報スペクトル密度又は容量の増加のための手段を提供する。Ｍ相ＡＳＫはまた所与のビットレートに対してシンボルレートを下げることによる色彩の分散や偏波モード分散（ＰＭＤ）に対するシステムの耐性を実質的に改善する。
【０００３】
従来技術において、直交（４相）ＡＳＫ変調フォーマットが提案され実証された。４相ＡＳＫフォーマットにおいて、各シンボルは４つの異なる光強度で同じ位相を持つ。そのようなフォーマットがWalklin氏及びConradi氏による「Multilevel Signaling Technologies」Journal of Lightwave Technologies Vol.17、pp.2235-2248（1999）に記載され、ここに引用によって取り込まれている。しかしながら、このフォーマットは、従来からの全て同じデータレートの２進フォーマットに比べて大きな電力劣化を受け、従来のＤＷＤＭ伝送での４相ＡＳＫの使用を妨げるものである。従来のフォーマットと比較した場合のこのフォーマットの性能は、Conradi氏によるOptical Fiber Telecommunication IVB, Academic Press の第１６章に詳細が記され、ここに引用によって取り込まれている。
【０００４】
差動直交位相シフトキーイング（ＤＱＰＳＫ）はもう１つの多相変調フォーマットであり、分散に対する改善された耐性及び高い受信感度のＰＭＤを提供する。しかしながら、ＤＱＰＳＫは他のフォーマットと比べてより複雑な送信機及び受信機を必要とする。ＤＱＰＳＫフォーマットにおいて、各シンボルは４つの等間隔の位相で同じ輝度を持つ。このフォーマットは、R. A. Griffin 他 「Optical Differential Quadrature Phase-Shift Key (oDQPSK) For High Capacity Optical Transmission」Proceedings of OFC 2002 pp. 367-368 (2002) に述べられ、ここに引用によって取り込まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、２つのセットのデータが、一方が差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）を用いて変調され他方が振幅シフトキーイング（ＡＳＫ）を用いて変調され、単一波長で同時であるが個別に伝送される差動位相振幅シフトキーイング（ＤＰ−ＡＳＫ）変調によってマルチレベル光信号を生成するシステムと方法を提供するものである。連続波（ＣＷ）キャリアの輝度及び位相双方が変調され所与の情報ビットに対して４つの可能なシンボルを提供する。
【０００６】
１つの実施例における方法は、差動位相シフトキーイング及び振幅シフトキーイング変調を用いて光信号を生成するために同じデータレートを持つ少なくとも２つの同期データ信号で少なくとも２つの変調器を駆動するステップからなる。
【０００７】
他の実施例における光伝送システムは、４相ＤＰ−ＡＳＫ変調された光信号を供給するために適応された少なくとも２つの変調器を含む光４相ＤＰ−ＡＳＫ送信機を備える。システムはまた、４相ＤＰ−ＡＳＫ変調された信号のＤＰＳＫ変調された部分を検出するための遅延干渉器及びバランスされた受信機を含むＤＰＳＫ受信機を含む光受信機を含む。受信機はまた４相ＤＰ−ＡＳＫ変調された信号のＡＳＫ変調された部分を検出するための光強度受信機を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好適な実施例において、本発明は、一方はＤＰＳＫ変調のための変調器で他方はＡＳＫ変調のための変調器である２つの変調器を用いた光伝送システムにおける伝送のための光４相ＤＰ−ＡＳＫ信号を生成するためのシステムと方法を提供するものである。このようなシステムによって２本のデータ流の同時でありながらも独立した送受信が可能となる。（隣接するＤＰＳＫビット間の伝送中のＡＳＫビットの中心での歪みを避けるために）２本のデータ流は２つの流れのビット中心が時間で配列されるように同じデータレートを持ち同期して変調されるのが好ましい。
【０００９】
本発明の一実施例であるシステム１００の４相ＤＰ−ＡＳＫ送信機１１０が図１に示される。レーザ１２０からの光が、一方のデータ流１３５を用いて、例えば単導波路位相変調器、位相変調するためにゼロでバイアスされたマッハツェンダー変調器（ＭＺＭ）等の位相変調器１３０を用いて第１のＤＰＳＫ変調がなされる。ＭＺＭは、例えばLiNbO3等の様々な電気−光材料から作られ、０とπの間の光信号の位相を切り換えるために好ましくはゼロ点でバイアスされる。チャープのないＭＺＭが好ましく、なぜならそれは理想的な位相値（０及びπ）のＤＰＳＫ信号を生成するからである。
【００１０】
ＤＳＰＫ符号化は好ましくは差動符号器１４０を用いて変調の前に行われる。輝度変調器１５０はＤＰＳＫ信号を第２のデータ流１５５を用いて変調する。好ましくは、輝度変調器１５０は６〜９ｂＢの消光比（ＥＲ）になるように駆動される。輝度変調器１５０は、例えばＭＺＭ、電界吸収型変調器（ＥＡＭ）等である。ＭＺＭにおける低いＥＲはＭＺＭを低駆動しバイアス点を直交点からずらすことで達成される。ＥＡＭの変調における低いＥＲはバイアス点をずらすことで達成される。光信号のＤＰＳＫ変調とＡＳＫ変調の順序は逆でも本発明のＤＰ−ＡＳＫ信号を供給することになる。
【００１１】
システム１００は好ましくは受信機１７５も含む。好ましくはエルビウムドープファイバ増幅器１８０（ＥＤＦＡ）が受信機１７５において前段光増幅器として用いられる。光フィルタ１８１は、増幅された任意の輻射（ＡＳＥ）ノイズからの悪影響を低減するために好ましくは前段増幅器１８０の後に配置される。増幅された信号は好ましくは２つの経路１８３と１８４に分岐される。一方の経路１８３は信号をＤＰＳＫ受信機１９０に伝送する。ＤＰＳＫ受信機１９０は好ましくは１ビット遅延干渉器１９２、バランス検出器１９４、及びＤＰＳＫ流（即ち、信号のＤＰＳＫ変調された部分や成分）の検出のための差動ＲＦ増幅器１９６からなる。１ビット遅延干渉器１９２は好ましくは光を経路１８３上で２つのアームに分割し、一方のアームを約１ビット周期遅延させる。当業者には理解できるように、遅延干渉器１９２による遅延は本発明による充分な遅延を提供する一方、正確に１ビットから変えられる。好ましくは、遅延干渉器１９２による遅延はビット周期の約０.８から１.２倍の間である。
【００１２】
他方の経路１８４は信号のＡＳＫ流の部分を検出するＡＳＫ検出器１９８に信号を伝送する。
【００１３】
図２は４相ＤＰ−ＡＳＫ変調の４シンボルのコンステレーションのプロット図である。図中、ｘ軸は光領域の実部を示し、ｙ軸は光領域の虚部を示す。ＤＰＳＫデータ流は隣接するビットの符号（即ち、位相）を比較するためのｙ軸における決定しきい値を設定することにより回復され、これは遅延干渉器１９２及びバランス検出器１９４を用いて決定しきい値を０に設定することで実現される。例えば、２つの隣接するビットが同じ（又は反対の）符号を持つ場合、「１」（又は「−１」）が判別される。ＡＳＫデータ流が決定しきい値をシンボルの大きい振幅と小さい振幅との中間値の半径を持つ円２１０に設定することにより好適に回復される。
【００１４】
本発明の実施例は総計２０Ｇｂ/ｓのリターントゥゼロでない（ＮＲＺ）４相ＤＰ−ＡＳＫ信号を用いて実験的に実証された。連続波（ｃｗ）源１２０は波長１５５０ｎｍで動作する調整可能なレーザを使用した。１０Ｇｂ/ｓのＤＰＳＫ流は位相変調するためにゼロでバイアスされ２Ｖπで駆動されるＭＺＭによりｃｗ光上で変調された。光は１０Ｇｂ/ｓのＡＳＫ流を搬送するために〜８ｄＢのＥＲで輝度変調された。２本のデータ流に対して等しい受信感度を得るためにより好適にはＡＳＫのＥＲが約９.５ｄＢであることが分かった。４相ＤＰ−ＡＳＫに対する所与のＢＥＲ光信号対ノイズ（ＯＳＮＲ）の要求は、全て同じデータレートの２値オンオフキーイング（ＯＯＫ）フォーマットのものよりもたったの約１ｄＢしか高くないことが分かった。４値電力段階付けによる４相ＡＳＫと比べて、ＤＰ−ＡＳＫは所与のＢＥＲに対して約４.５ｄＢ低いＯＳＮＲが要求される。
【００１５】
実験で使用されたＤＰＳＫ受信機の限られたダイナミックレンジのために、好ましいＥＲは約８ｄＢであると判別された。低いＥＲは０.９ＶπでＭＺＭを低駆動し、バイアス点をＭＺＭの直交点よりも約０.０５Ｖπずらすことで達成された。
【００１６】
送信機を簡素化するために、市販のチャープのない２状態統合ＭＺ変調器が使用された。２つのＭＺＭの帯域幅は約１０ＧＨｚであった。送信機の総挿入損失は約５.５ｄＢであった。
【００１７】
受信機１７５で、約４.５ｄＢのＮＦを持つＥＤＦＡが光前段増幅器１８０として使用された。前段増幅器１８０の後段の光フィルタ１８１は３ｄＢの１００ＧＨｚ帯域幅を持っていた。増幅された信号は２つの信号に分岐され、一方は、１００ｐｓの遅延干渉器１９２、バランス検出器１９４及び差動ＲＦ増幅器１９６からなるＤＰＳＫ受信機１９０に入力され、他方はＡＳＫ検出器に入力された。２つの受信機の有効ＲＦ帯域幅は約７ＧＨｚであった。
【００１８】
図３ａ〜ｃはＤＰＳＫ受信機１９０とＡＳＫ受信機１９８で検出されたアイパターンを示す図である。ＤＰＳＫ分流に対して、バランス検出器１９４を用いて、決定レベルは０に固定された。図４に（前段増幅器の前で）受信された光電力に対するＤＰＳＫ及びＡＳＫの両ＢＥＲ性能を示す。
【００１９】
パルスパターン生成器は１パターン長が２７−１の擬似ランダムビットシーケンス（ＰＲＢＳ）からなるデータストリームとそれを反転したものを生成するために使用された。ＤＰＳＫ変調器１３０はそのデータで駆動され、ＡＳＫ変調器１５０は、変調器１３０と１５０に対する２本のデータストリームの相関を解除するために〜３０ビット遅延された反転データで駆動される。反転／遅延されたデータは２本のデータ流生成の実験上の目的のためだけに使用されたことが理解される。
【００２０】
（ＢＥＲが１０−９で）−３０.５ｄＢｍの受信感度がＤＰＳＫ及びＡＳＫ受信機１９０及び１９８に対して達成された。感度は（実験上の例である）１０Ｇｂ/ｓの２値ＮＺＲの感度よりも約６ｄＢ悪く、理論的に予測された性能よりも約２ｄＢ悪く、これは主にＤＰＳＫ受信機１９０の限られたダイナミックレンジによるものである。
【００２１】
４相ＤＰ−ＡＳＫ色彩の分散と光フィルタリングに対する高い耐性を持つことが理解される。図５ａ〜ｂは、４２５ｐｓ/ｎｍの分散の下での、及び２５ＧＨｚチャネル間隔で〜２０ＧＨｚ通過帯域の整列導波路グレーティング（ＡＷＧ）による凝縮したフィルタリングの下での２０Ｇｂ/ｓの４相ＤＰ−ＡＳＫの性能を示すものである。ＤＰＳＫ及びＡＳＫの分散による劣化は双方とも２値１０Ｇｂ/ｓのＮＺＲ伝送と同様に１ｄＢ未満であった。フィルタリングにより、ＤＰＳＫ、ＡＳＫの受信感度はそれぞれ１ｄＢ、０.７ｄＢ改善された。ＡＷＧはＡＳＥノイズの帯域幅を効果的に制限し、それゆえ受信感度が改善される。実験結果はまた、帯域幅がさらに１６ＧＨｚに狭められたとき、４相ＤＰ−ＡＳＫが約１００％より大きいスペクトル効率で伝送されるとした場合、１ｄＢ未満の劣化であることを示している。実験に関してはECOC'03に提出されたX. Liu他による論文「Quaternary Differential-Phase Amplitude-Shift-Keying For DWDM Transmission」に詳細が記載され、ここに引用され取り込まれている。
【００２２】
本発明の他の実施例において、４相ＤＰ−ＡＳＫ変調はリターントゥゼロ（ＲＺ）パルスフォーマットに基づくことができる。ＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫはＮＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫと比較して改善された受信感度を提供することができる。ＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫは、例えば、各ビットスロットでパルスを生成するためにもう１つの変調器（図示せず）を用いて光学的に、又は、例えばＲＺＲＦデータを供給して輝度変調器１５０を駆動するためにＲＺパルス生成器を用いて、電気的に実現できる。
【００２３】
図６ａ〜ｂは、電気的に行われたパルス発生を用いた２０Ｇｂ/ｓのＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫバックトゥバック伝送のＤＰＳＫデータ流及びＡＳＫデータ流の受信された電気的アイパターンを示すものである。図７は２０Ｇｂ/ｓのＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫバックトゥバック伝送のＤＰＳＫ流及びＡＳＫ流の測定されたＢＥＲ性能を示すプロット図である。ＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫ伝送の全体受信感度はＮＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫ伝送よりも約２ｄＢ良い。
【００２４】
非線形伝送におけるＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫ変調を用いた本発明の他の実施例において、自己位相変調（ＳＰＭ）が異なる輝度の信号に対して異なる位相シフトを含みＤＰＳＫ流の性能を低下させる差動位相アイ閉塞を引き起こすとすると、プレエンファシスがＳＰＭによる劣化を克服するために用いられる。図８はＳＰＭによる劣化を克服するためのチャープされたＡＳＫを介したプレエンファシスの使用を示す図である。チャープされたＡＳＫ変調は並列駆動ＭＺＭの１つのアームを、いずれの高輝度「１」も低輝度「０」の位相シフトよりも小さい位相シフトを持つように駆動することで実現される。そのようにすることで、ＳＰＭがより多くの位相シフトを「０」よりも「１」に対してもたらす非線形伝送の後で、「１」及び「０」の全体の位相が最適の受信感度に対して（図２に示すように）理想な場合における位相に近づく。非線形ＤＰＳＫ伝送における最適な非線形位相シフトは約１ラジアンなので、約５ｄＢと９ｄＢの間のＥＲのチャープされたＡＳＫ変調が好ましい。
【００２５】
非線形伝送におけるＲＺ４相ＤＰ−ＡＳＫ変調を用いた本発明の他の実施例において、ＳＰＭに誘引される差動位相アイ閉塞の補償のために後段非線形位相シフト補償（ｐｏｓｔ−ＮＰＳＣ）が用いられる。本発明によって用いることができるｐｏｓｔ−ＮＰＳＣの一方法が米国特許出願番号１０／３３１２１７「Nonlinear Phase-Shift Compensation Method And Apparatus」に開示され、ここに引用によって取り込まれている。ｐｏｓｔ−ＮＰＳＣの詳細な説明は、X. Liu他による「Improving Transmission Performance In Differential Phase-Shift-Keyed System By Use of Lumped Nonlinear Phase-Shift Compensation」Optics Letters, Vol.27, pp.1616-1618 (2002)、及びC. Xu氏とX. Liu氏による「Postnonlinearity Compensation With Data-Driven Phase Modulators In Phase-Shift Keying Transmission」Optics Letters, Vol.27, pp.1619-1621 (2002)にもあり、ここに引用によって取り込まれている。図９は、非線形伝送中のＳＰＭによってもたらされる差動位相閉塞を補償するためのｐｏｓｔ−ＮＰＳＣの使用を示す図である。
【００２６】
本発明は示された実施例に従って記載したが、当業者であれば実施例には変形例もあり、それら変形例は特許請求の範囲によって規定される本発明の精神と範囲に含まれるであろうことは直ちに認識できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は本発明による光システムの一実施例を示す図である。
【図２】図２は４相ＤＰ−ＡＳＫシンボルのコンステレーションを示すプロット図である。
【図３Ａ】本発明の実施例によるＤＰ−ＡＳＫバックトゥバック伝送のＤＰＳＫ部分及びＡＳＫ部分の受信された電気的アイパターンを示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例によるＤＰ−ＡＳＫバックトゥバック伝送のＤＰＳＫ部分及びＡＳＫ部分の受信された電気的アイパターンを示す図である。
【図４】本発明の実施例によるシステムの測定されたＢＥＲ性能を示すプロット図である。
【図５Ａ】本発明の実施例によるシステムの測定されたＢＥＲ性能及び測定された信号スペクトルを示すプロット図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例によるシステムの測定されたＢＥＲ性能及び測定された信号スペクトルを示すプロット図である。
【図６Ａ】本発明の実施例によるリターントゥゼロ（ＲＺ）ＤＰ−ＡＳＫバックトゥバック伝送のＤＰＳＫ部分及びＡＳＫ部分の受信された電気的アイパターンを示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例によるリターントゥゼロ（ＲＺ）ＤＰ−ＡＳＫバックトゥバック伝送のＤＰＳＫ部分及びＡＳＫ部分の受信された電気的アイパターンを示す図である。
【図７】本発明の実施例によるシステムの測定されたＢＥＲ性能を示すプロット図である。
【図８】図８は非線形伝送中の自己位相変調（ＳＰＭ）に起因する差動位相アイ閉塞を改善するためのチャープされたＡＳＫを介したプレエンファシスの使用を示す図である。
【図９】図９は非線形伝送中のＳＰＭに起因する差動位相閉塞を補償するための後段非線形位相シフト補償（ｐｏｓｔ−ＮＰＳＣ）の使用を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１０  送信機
１２０  レーザ
１３０  位相変調器
１３５  ＤＰＳＫデータ流
１４０  差動符号器
１５０  輝度変調器
１５５  ＡＳＫデータ流
１７５  受信機
１８０  光増幅器
１８１  光フィルタ
１８３  経路
１８４  経路
１９０  ＤＰＳＫ受信機
１９２  遅延干渉器
１９４  バランス検出器
１９６  差動ＲＦ増幅器
１９８  ＡＳＫ受信機
【図１】
2005110256.tif 000003
【図２】
2005110256.tif 000004
【図３Ａ】
2005110256.tif 000005
【図３Ｂ】
2005110256.tif 000006
【図４】
2005110256.tif 000007
【図５Ａ】
2005110256.tif 000008
【図５Ｂ】
2005110256.tif 000009
【図６Ａ】
2005110256.tif 000010
【図６Ｂ】
2005110256.tif 000011
【図７】
2005110256.tif 000012
【図８】
2005110256.tif 000013
【図９】
2005110256.tif 000014