(57)【要約】【課題】光ファイバーにおける信号の分散的伝播に関連する不利な条件を軽減する方法を提供する。【解決手段】四ビット期間にわたりそして三パラメータにより記述出来る単位変調パルスを作り出すため二値電気駆動信号をフィルタリングする段階、送信システム性能に関連する性能指数を最適化するように単位変調パルスの三パラメータの一つ又は二つ以上を調整する段階、及びマッハツェンダ変調器への入力として単位変調パルスからレベル電気駆動信号を発生させる段階、からなる送信システムで使用されるマッハツェンダ変調器を制御する方法であり、単位変調パルスの三パラメータの各々は半ビット期間にわたり規定され、そして全体ではラインコード式送信アイダイアグラムを記述するに十分であり、パラメータは送信機が使用される光送信システムが正味色分散の所定レベルで最適化されるように調整される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四ビット期間にわたりそして三パラメータにより記述出来る単位変調パルスを作り出すため二値電気駆動信号をフィルタリングする段階、送信システム性能に関連する性能指数を最適化するように単位変調パルスの三パラメータの一つ又は二つ以上を調整する段階、及びマッハツェンダ変調器への入力として単位変調パルスからレベル電気駆動信号を発生させる段階、からなる送信システムで使用されるマッハツェンダ変調器を制御する方法。
【請求項２】
三パラメータの各々は半ビット期間にわたり規定され、且つ全体ではラインコード式送信アイダイヤグラムを記述するのに十分である請求項１記載の方法。
【請求項３】
三パラメーターは更に夫々ａ、ｂ、及びｃとして規定され、α、η、ζに対して次式で記述出来る請求項１記載の方法。
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【請求項４】
調整段階が送信システム性能が正味色分散の所定レベルで向上されるように実行される請求項１記載の方法。
【請求項５】
二値電気駆動信号を受信するための入力，単位パルスが正味色分散の一組の値により最適送信性能を作り出す本質的に三レベル単位変調パルスを有する送信を作り出すために受信された二値電気駆動信号をフィルタリングするためのフィルター、及びフィルタリングされた三レベル電気駆動信号を受信するようにフィルターに結合された変調器、からなる送信機。
【請求項６】
最適化判定基準により更に送信性能を向上させるため単位変調パルスを選択的に変更させるためのフィルターへ結合された制御装置を更に含む請求項５記載の送信機。
【請求項７】
最適化判定基準は送信機性能における分散欠陥の不利な条件の最小化を含む請求項５記載の送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は概して光通信、特にフィルター付き三レベル式送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーにおける信号の分散的伝播は光通信における重要な障害メカニズムを代表する。光ファイバーを通して伝播する信号は色分散のため、パルスの歪みを受ける。この歪みはファイバーを通して送信されるシンボル間の遷移の拡大として明らかである。十分に高レベルの分散では、符号間の干渉（ＩＳＩ）は、ある時に受信機にて測定される符号は他の時の符号の存在により影響される場合に発生する。この影響は送信誤り率を増加させ、性能を低下させる。
【０００３】
光ファイバー通信システムは、選択のラインコードとしてその実施の簡単さのため好まれるオンオフキー方式（「ＯＯＫ」）を伝統的に使用してきた。この二値ラインコードはマークを示すために単位振幅パルスを送信し、スペースを示すためにはパルスを送信しない。受信機において信号は光検出器にて測定される。強度変調直接検出(「ＩＭ-ＤＤ」)と呼ばれるこの方法は光ファイバーを使用して送信結合を確立する最も簡単な手段を提供する。ＯＯＫＩＭ‐ＤＤを使用して開始される光信号はマッハツェンダ（「ＭＺ」）変調器で生成される。ＭＺ変調器は入射連続光波（「ＣＷ」）に振幅及び位相変調をかける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように分散的光伝播に関連する不利な条件を軽減することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
フィルター付き三レベル式送信機は四ビット期間にわたり、そして三パラメータにて記述出来る単位変調パルスを作り出すため、二値電気駆動信号をフィルタリングすることにより提供される。単位変調パルスの三パラメータの一つ又は二つ以上は光送信システムの性能に関連する性能指数を最適化するように調整される。次に三レベル電気駆動信号はマッハツェンダ変調器の入力として単位変調パルスより生成される。単位変調パルスの三パラメータの各々は半ビット期間で規定され、全体としてはラインコード式送信アイダイヤグラムを記述するのに十分である。パラメータは、本発明の送信機が利用される光送信システムが、それにより分散的光伝播の不利な条件を軽減するように正味色分散の所定レベルで最適化されるように調整される。
【０００６】
本発明の図解実施例において，本発明送信機は本質的に三レベルの単位変調パルスを有する送信を作り出すために、受信した二値電気駆動信号をフィルタリングするためのフィルターを利用する。変調器は単位パルスが正味色分散の一組の値に対し最適な伝送特性を作り出すようにフィルターへ結合される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のフィルタ−付き三レベル式送信機は、光通信において分散的光伝播に関連する不利な条件を軽減するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
汎用送信機はラインコーダが次に来る入力データ列及び出力データ列を作り出す変調器として表現される。この場合入力データ列ａｋは二値入力アルファベットＡ＝{０、１}よりとられる。数列｛ａｋ｝における入力符号の各例ａはある値ｉに対し
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の入力データ列は出力数列｛ｂｋ｝を作り出すためラインコードにより処理され、ここで出力符号の各例ｂは出力アルファベットＢよりとられる。
【０００９】
出力アルファベットは二値Ｂ＝{０、１}である。数列{ｂｋ}の出力符号の各例ｂはある値ｊに対して
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ラインコードＬは次式により出力を入力に接続する。
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ここで｛ａｋ｝及び｛ｂｋ｝は夫々入力及び出力数列である。各入力ビットに対し正確に一つの出力符号が存在する。受信機では一ビットの情報は、ここでラインコードは統一速度で変化するとして、送信された各符号より決定される。
【００１０】
ラインコードの概略分類は有限状態マシーン（「ＦＳＭ」）の展開により記述される。ＦＳＭにおける各状態に対し、各入力符号はＦＳＭの別の状態への遷移を起こす。各遷移に伴い出力符号が作り出される。このようにして入力符号数列は出力数列が生成されるにつれてＦＳＭにおける遷移を作り出す。一般に出力符号は入力符号だけに依存するのではなく入力数列の全ての先行履歴にも依存する。明確には次式である。
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関連する遷移マトリックス、即ち初期状態及び最終状態への入力符号、及び出力符号への結合は全てＦＳＭ及び関連ラインコードを規定する。
【００１１】
模範的な交互スペース反転（「ＡＳＩ」）ＦＳＭを図１に描写する。示すように状態「０」で始まれば、入力「０」は出力パルス「−Ｐ」を出して状態「1」への遷移を起こし、入力「１」は出力パルス「Ｐ」を出して状態「０」へ戻る遷移を起こす。状態「１」で始まれば、入力「０」は出力パルス「Ｐ」を出して状態「０」への遷移を起こし、入力「１」は出力パルス「−Ｐ」を出して状態「１」へ戻る遷移を起こす。
【００１２】
コード化された出力は単位変調パルスｐ(ｔ)へ振幅{ｂｋ}を与えることにより生成される。従って
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ここでＴ0はクロック期間である。単位変調パルスは最適フィルターを使用して電子駆動回路の出力をフィルタリングすることにより作り出される。本発明の原理によると最適変調パルス形状を作り出すためのフィルターを設計することにより大きな利点が分散的伝播下で得られる。
【００１３】
結果的な信号は光変調器へ与えられ、そこで電気信号は光送信へ変換される。電圧信号Ｖ(ｔ)はマッハツェンダ光変調器へ与えられ、その結果光フィールドのエンベロ−プ出力は
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ここでＥ0はフィールド振幅である。
【００１４】
現状の送信実行との整合性のための一式の制約を維持することは本発明の耐分散ラインコードの構築において重要である。第一の制約は、信号は標準ＩＭ‐ＤＤ単閾値識別受信機を使用して受信出来ることである。この制約の観察は現在使用されている受信機と整合性のある送信を提供する。第二の制約は、コードは変調振幅をコード化するためにＡＳＩＦＳＭを使用することである。
【００１５】
ＡＳＩＦＳＭの使用は一組のラインコード（ここでは「ＡＳＩコード」として言及する。）が単位変調パルスを特定することにより規定されることを可能にする。出来るだけ少ないパラメータを使用して重要な変調機能のこのスペースを記述することが望まれる。従って四ビット期間三パラメータ（「４Ｐ３Ｐ」）単位変調パルスの斬新な分類が公式化される。本発明によるとこれらの単位パルスは標準二値電気駆動回路の出力をフィルタリングすることにより作り出される．四ビット期間の選択は、一般的にＩＳＩは送信アイダイヤグラムの最大１６の個別トレースを作り出す観察により動機付けられる。送信アイダイヤグラム見本はフィルターの結果としての電気駆動信号の三レベル側面をＩＳＩと共に図解する図２に示す。示すようにＩＳＩを通して寄与する四単位パルスに対応してフィールドに対し１６の異なる値が常に存在する。
【００１６】
４Ｐ３Ｐ変調パルスの分類構築への第一段階はラインコード式送信のアイダイヤグラムに固有の構造があることに気付くことである。図３の変調駆動アイダイヤグラムの左上の象限に示すように一組のトレースは三つの関数ａ、ｂ及びｃを確認することにより互いに関係している。これらの関数は図３の挿絵部分に描写され、そしてアイダイヤグラム、従って送信を完全に記述するのに十分である。
【００１７】
このようなアイダイヤグラムを有する如何なる送信もＡＳＩＦＳＭ、三関数ａ、ｂ、ｃ及び直接検出を使用して表現することができる。対応する４Ｐ３Ｐ単位変調パルスはこれらの構成関数により図４に図解するように表現できる。示すように４Ｐ３Ｐパルスは四ビット期間にわたりアイダイヤグラムを確立し、そしてＡＳＩＦＳＭと共にラインコードの概略分類を規定する。関数ａ、ｂ、ｃ、及びそれらの時間を反転した片方（上バーにて示す）は１．５ビット期間にわたり規定され、そして全体で単位パルスを規定する。この一組のラインコードにより送信を最適化することは向上された性能を有する信号の組を作り出す。本発明の原理によると最適信号は電気駆動回路の出力をフィルタリングすることにより作り出される。
【００１８】
単位パルスは以下の場合連続する。
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そして以下のように連続する微分値を有する場合
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【００１９】
図２に示すアイダイヤグラムのパラメータは
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ここでα＝０．１６２８，ζ＝１．１４８２，η＝１．０５２３である。
４Ｐ３Ｐ単位変調パルスの構築において、0≦ｔ≦１／２の間のみ規定される要素信号ａ、ｂ及びｃは図４に示すような定義によると各半ビット期間に変換される。
【００２０】
単位パルス見本は図５に示す。そこではパルスビット期間は、単位期間を以って時刻t＝−０．５に始まる。単位パルスはビット期間の端に中心がある。
【００２１】
４Ｐ３Ｐ単位変調パルスによる最適化は耐色分散ラインコードを使用する送信の最適化に対し強力な方法を代表する。上で気付いたように、結果として生じる変調単位パルスは電気駆動回路の出力パルスよりフィルタリングにより得られる。色分散の存在における最適性能はこのようにより簡単に製作できる実施機器において実現される。
【００２２】
上で記述した技術は多くの色々な判定基準に関する最適化に適用出来る。各場合において性能指数は送信性能のある判定基準に基づき計算される。４Ｐ３Ｐ変調の三パラメータは最適が達成される迄調整される。興味あるシステムの重要な性能側面を代表するため性能指数を確立することにより、ラインコードはシステム設計者の特別な要望に応じて手直しが可能である。
【００２３】
増幅が必要でない送信システムへの適用のため受信感度が決定され，そして変調は所定の正味色分散での性能に対し最適化される。連続するアイ形状が曖昧なシステムにおいて色分散を同時に最適化するために、アイの最低対称要求に制約されるアイの非対称基準を最適性能指数へ組み込むことができる。例として重大な正味色分散要求のある光増幅システムが考慮される。興味ある性能指数は正味色分散の窓内のどこでも所定のビット誤り率閾値（「ＢＥＲ」）を達成するために要求される光信号対雑音比（「ＯＳＮＲ」）である。ＯＳＮＲ感度は受信機の熱雑音は無視できると仮定して計算される。更に雑音性能は信号に伴い自然発生するビートノイズが誤り統計を支配することを仮定してモデル化される。単チャンネルの背景で直線的光信号伝播を可能にするようなシステムが考慮される。
【００２４】
ｄＢで測定されたＤ＝０及びＤ＝Ｄｍａｘ間におけるＯＳＮＲ感度比率が次式のようになるような最大分散Ｄｍａｘにそして三要素パラメーターｐΔ＝｛ａΔ、ｂΔ、ｃΔ、｝の全ての組の決定に考慮される。
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最適化パラメーター
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は以下のように決定される。
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ここでｐΔは数式（９）により規定される。この方法は各値の組｛Δ，Ｄｍａｘ，ＢＥＲ｝に対し、パルスパラメータｐ（Δ，Ｄｍａｘ，ＢＥＲ）により規定される一つの最適単位パルスを作り出す。
【００２５】
最適コードは模範的な１０Ｇｂ／ｓ送信システムに対し図６に示すようにこの技術の利点を実証している。標準ＯＯＫ変調は分散が増加するに従い，ＯＳＮＲ感度における大きい不利な条件を作り出す。Ｄ＝０における少ない（０．２５ｄＢ）損失でＯＳＮＲの不利な条件は、損失がＤ＝２４００ｐｓ／ｎｍで僅か２．０ｄＢであるように削減できる。Ｄ＝０における１．０ｄＢの損失でＤ＝２４００ｐｓ／ｎｍにおけるＯＳＮＲの不利な条件は０．２５ｄＢに削減できる。これらは上に記述した最適化手順より決定されるフィルターで最適化される。フィルターはＤ＝０における所要微分値が与えられれば、Ｄ＝２４００ｐｓ／ｎｍにおいて可能な最良性能を作り出す。
【００２６】
今度は図７へ進んで、本発明のフィルター付き三レベル式送信機の実行を容易にする図解配置を示す。電子駆動回路７１０はライン７１４上に二値出力信号を作り出す。電子駆動回路７１０による典型的な波形出力は参照番号７１２により示される。最適三レベルフィルター７１５はライン７１４上で受信される受信二値信号を三レベル信号へ変換する。最適三レベルフィルター７１５により作り出される三レベルを有する図解の波形は図３に示し、そして参照番号７１６により示される。ＭＺ変調器７３０はライン７２１上で三レベル信号を受信するように結合され、そして示すようにライン728上でＣＷレ−ザ−光を受信する．ＭＺ変調器７３０はそれにより耐分散送信を作り出すようにレーザー７２２よりのＣＷレーザー光に三レベル信号を与える。ＭＺ変調器７３０はＩＭ‐ＤＤ検出器７４１により受信される送信を光ライン７３２（増幅を含む）へ出力する。ＩＭ‐ＤＤ検出器はライン７４４上に対応する二値出力信号を作り出す。図解の出力信号は図３で参照番号７５３により示される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明のフィルタ−付き三レベル式送信機は光ファイバーを用いる光通信に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】交互スペース反転ラインコード法による有限スペースマシーンの簡略化された描写である。
【図２】本発明による電気駆動信号の三レベル側面及びフィルタリングの結果起こる符号間干渉を図解するアイダイヤグラム見本を示す。
【図３】本発明によるアイトレース及び単位変調パルス要素間の関連を図解するアイダイヤグラム見本を示す。
【図４】本発明による斬新な四期間三パラメータコード体系のための単位変調パルスを描写する。
【図５】本発明による図解単位パルスを示す。
【図６】本発明による最適ラインコ−ドの分散性能見本を示す．
【図７】本発明のフィルター付き三レベル式送信機の実行を容易にする図解配置を示す。
【符号の説明】
【００２９】
図1
「0」：状態「0」
「1」：状態「1」
「ｐ」，「−ｐ」：出力パルス
図3、図4
ａ、ｂ、ｃ：アイダイヤグラム関数
（上バ−付きは夫々時間軸反転値）
図7
700：フィルタ−付き三レベル式送信機
710：電子駆動回路
712：駆動回路出力波形
714：駆動回路出力ライン
715：三レベルフィルタ−
716：フィルタ−出力波形
721：フィルタ−出力ライン
722：レ−ザ−光源
728：レ−ザ−出力ライン
730：ＭＺ変調器
732：光ライン出力
741：ＩＭ-ＤＤ検出器
744：検出器出力ライン
753：検出器出力波形
【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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【国際調査報告】
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