光送信機、光通信システムおよび変調方法
【課題】線形な電気光変換を実現し、かつＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異を抑制することができる光送信機を得ること。
【解決手段】光源１と、光源１から出力される光を、Ｉチャネル用に変調した光信号とＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩ／Ｑ変調器２と、ＩＱ変調器２にＩチャネル駆動信号を供給するＩｃｈ用ドライバ３と、ＩＱ変調器２にＱチャネル駆動信号を供給するＱｃｈ用ドライバ４と、ＩＱ変調器２から出力される光信号の光強度を検出するモニタＰＤ６と、光強度に基づいて、Ｉチャネル駆動信号の振幅とＱチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御回路５と、を備える。
【解決手段】光源１と、光源１から出力される光を、Ｉチャネル用に変調した光信号とＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩ／Ｑ変調器２と、ＩＱ変調器２にＩチャネル駆動信号を供給するＩｃｈ用ドライバ３と、ＩＱ変調器２にＱチャネル駆動信号を供給するＱｃｈ用ドライバ４と、ＩＱ変調器２から出力される光信号の光強度を検出するモニタＰＤ６と、光強度に基づいて、Ｉチャネル駆動信号の振幅とＱチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御回路５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多値光変調信号を生成する光送信機、光通信システムおよび変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信トラフィックの増大に伴い、４０Ｇｂｐｓ，１００Ｇｂｐｓといった高速光送受信機の導入が積極的に検討されている。光通信システムでは、従来、光の強度に１ビット情報を載せる強度変調方式や、４つの位相差に２ビット情報を載せる差動４相位相偏移変調（Differential Quadrature Phase-Shift Keying：ＤＱＰＳＫ）方式が採用・検討されてきた。
【０００３】
高速光送受信機に適用する変調方式として、１シンボルあたりの伝送可能な情報量を上記の従来の方式に比べ拡大できる方式が注目されている。例えば、搬送波を複数のサブキャリアに分割することでシンボルレートを低減する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）や、９０度位相が異なる２つの搬送波の振幅を独立に変調し、それぞれの搬送波を複数の振幅値で変調する直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）が注目されている。２N（Ｎは１以上の整数、例えば１６ＱＡＭではＮ＝４）の信号点を有するＱＡＭでは１シンボルでＮビットの伝送が可能であり、強度変調方式に比べて、周波数利用効率をＮ倍向上させることができる。
【０００４】
一方、光送受信器や光伝送路における波形歪みを送信側デジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送する予等化技術も注目されている。ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化等の方式では、送信側で複数の振幅レベルをもつ光信号を生成する必要がある。このように複数の振幅レベルを有する光信号を送信側で生成する変調方式（以下、マルチレベル変調方式という）を実現する光変調器として、主に２並列マッハツェンダー型変調器が採用されている。マッハツェンダー型変調器は、電気光学効果を用いて光信号を生成し、少ないチャープで高速動作が可能である。
【０００５】
２並列マッハツェンダー型変調器は、２つの並列のマッハツェンダー干渉計により、実数部（In-phase channel；Ｉｃｈ；Ｉチャネル）と虚数部（Quadrature-phase channel；Ｑｃｈ；Ｑチャネル）の各変調信号に対して９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成する。以下では２並列マッハツェンダー型変調器をＩ／Ｑ変調器と呼ぶ。
【０００６】
Ｉ／Ｑ変調器では、マッハツェンダー干渉計のＮＵＬＬ点にバイアス点を設定すること、変調度を小さくして線形性を確保すること、の２つが要求される。しかしながら、ＮＵＬＬ点を中心に変調すると、変調度を小さくすることで過剰な光損失を招く恐れもある。変調度を大きくすることで光損失は低減できるが、一方で線形性が損なわれ、送信波形歪みが大きくなる。
【０００７】
マッハツェンダー干渉計の駆動電圧対光強度特性の山、谷、山を用いて、Ｎｕｌｌ点（谷に対応）を中心としたＶπ（Ｖπはマッハツェンダー干渉計の位相をπ変化させるための駆動電圧）の２倍の振幅（２Ｖπ）で駆動する場合に、光信号の振幅は最大となり、このときの変調度は１００％である。なお、ここでは、変調度は、光信号が最大振幅となる得るための駆動振幅（２Ｖπ）に対する出力される光信号の振幅の比とする。
【０００８】
上述のマルチレベル変調方式では、伝送性能を最大限に生かせるように、もとになる電気信号を線形に増幅しつつ光変調する必要がある。したがって、光信号レベルを確保しつつ、光変調を行なう変調器の透過特性等の非線形性に起因する変調歪は極力抑えなければならない。このため、マルチレベル変調方式では、Ｉ／Ｑ変調器を、Ｉ／Ｑ変調器の２Ｖπ未満の振幅で駆動する。この場合、変調度は１００％未満である。また、上述のように変調度が小さくなりすぎると、過剰な光損失を招く恐れもあるため、マルチレベル変調方式では、線形な増幅動作・電気光変換動作を維持しつつ、変調度を一定に制御することが課題である。
【０００９】
また、予等化動作を実現するために、予等化量によっては、ＩｃｈとＱｃｈに別々の信号レベルの成分を割り当てる必要がある。このような場合には、同一の信号レベルに対してはＩｃｈとＱｃｈの光信号の振幅レベルが同一となるよう調整する必要がある。
【００１０】
一方、ＤＱＰＳＫ送信機をはじめとするマッハツェンダー型変調器を用いた従来の光送信機では、変調器の駆動振幅の最大値と最小値を利用した２値の信号レベルを用いて、スイッチング変調を実現している（例えば下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−９２１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、２値変調を前提に検討されおり、ＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異の調整や、Ｉ／Ｑ変調器の非線形性の影響を考慮していない。そのため、ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化等マルチレベル変調方式に適用すると、信号成分の線形性の喪失による信号品質の劣化が生じる、という問題があった。また、ＩｃｈとＱｃｈの信号レベルに差異が生じることによる信号品質の劣化が生じる、という問題があった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、線形な電気光変換を実現し、かつＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異を抑制することができる光送信機、光通信システムおよび変調方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出力される光をＩチャネル用に変調した光信号と、前記光源から出力される光をＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩＱ変調器と、前記ＩＱ変調器にＩチャネル用の光信号を変調するためのＩチャネル駆動信号を供給するＩチャネル用ドライバと、前記ＩＱ変調器にＱチャネル用の光信号を変調するためのＱチャネル駆動信号を供給するＱチャネル用ドライバと、前記ＩＱ変調器から出力される光信号の光強度を検出する光検出部と、前記光強度に基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、線形な電気光変換を実現し、かつＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図２】図２は、２Ｖπの振幅の波形で駆動した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、マルチレベル変調方式に対応する場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、変調度の調整手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、低周波ディザ信号を重畳した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、バイアス制御電圧を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。
【図７】図７は、ドライバの駆動振幅を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態５の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態６の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態７の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態８の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態９の光通信システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる光送信機、光通信システムおよび変調方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光送信機の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の光送信機は、光源１と、ＩｃｈとＱｃｈをそれぞれ独立に変調可能でＩｃｈ用電極とＱｃｈ用電極を備えたＩ／Ｑ変調器２と、Ｉｃｈ用電極に駆動信号（変調信号）を供給するＩｃｈ用ドライバ３と、Ｑｃｈ用電極に駆動信号を供給するＱｃｈ用ドライバ４と、Ｉ／Ｑ変調器２からの出力される光信号の変調度を調整するアルゴリズムを備えた制御回路５と、Ｉ／Ｑ変調器２から出力される光強度をモニタするモニタＰＤ（Photo Diode）（光検出部）６と、で構成される。Ｉ／Ｑ変調器２としては、例えば、２並列マッハツェンダー型変調器を用いることができる。
【００１９】
本実施の形態の光送信機では、Ｉ／Ｑ変調器２が、光源１が射出する光を、Ｉｃｈ、ＱｃｈＩｃｈ用ドライバ３，Ｑｃｈ用ドライバ４からそれぞれ独立に入力される変調信号（駆動信号）に基づいて変調し、光信号として出力する。
【００２０】
２並列マッハツェンダー型変調器をＩ／Ｑ変調器２として用いる場合、駆動電圧対光信号強度（光出力強度）の山から谷、すなわち位相πに対応する駆動電圧の振幅であるＶπの２倍（２Ｖπ）の振幅の波形の電圧で駆動するときに、変調度は最大（１００％）となる。
【００２１】
図２は、２Ｖπの振幅（駆動振幅）の波形の駆動信号（駆動電圧）で駆動した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。図２の曲線Ｐは、マッハツェンダー干渉計の駆動電圧と光出力強度との関係を示している。図２の下側には、駆動電圧の波形（電気駆動波形）を示し、図２の右側には、マッハツェンダー干渉計から出力される光出力強度を示している。駆動振幅２Ｖπで駆動した場合には、光出力強度の最大値を用いることができるため、変調度が最大となる。一方で、光出力強度の最大値を用いるため、光強度の極大点付近を用いることによる非線形性歪（変調歪）が生じる可能性がある。
【００２２】
本実施の形態の光送信機は、ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化等のマルチレベル変調方式に対応可能とする。マルチレベル変調方式では、線形な増幅動作・電気光変換動作を維持しつつ、変調度を一定に制御することが課題である。したがって、マルチレベル変調方式では、図２で例示したような変調歪が生じる必要があり、変調歪を避けるためには、例えば駆動振幅を２Ｖπより小さくして駆動する方法がある。
【００２３】
図３は、マルチレベル変調方式に対応する場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。図３に示すように、駆動振幅を２Ｖπより小さくして変調歪が生じる光強度の極大点付近を避けることにより、線形な変調を行なうことができる。しかし、駆動振幅が小さくなることから変調度も小さくなり、光損失が大きくなりすぎる可能性もある。以上のことから、マルチレベル変調方式に対応する場合、Ｉ／Ｑ変調器２では、１ビット分解能を改善するために、変調度は線形性を維持できる範囲での最大値に設定することが望ましい。
【００２４】
図４は、制御回路５が実施する変調度の調整手順の一例を示すフローチャートである。図１および図４を用いて、Ｉ／Ｑ変調器２からの出力される光信号の変調度の調整方法を説明する。はじめに、制御回路５は、試験パタン信号をＩｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４へそれぞれ入力する（ステップＳ１）。試験パタンの信号レベルは、想定するマルチレベルの最大振幅と最小振幅の２値で構成される。また試験パタンの符号パタンとしては、最適な変調器バイアス値を導出するため、例えばマーク率５０％の擬似ランダムパタンを用いる。なお、この符号パタンとしては、最適な変調器バイアス値を導出することができるパタンであれば、マーク率５０％の擬似ランダムパタン以外のパタンを用いてもよい。
【００２５】
つぎに、制御回路５は、ドライバの駆動振幅（出力振幅）の初期値を、Ｉｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４に設定する（ステップＳ２）。マルチレベル変調では、ドライバ（図１の構成例ではＩｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４）と変調器（図１の構成例ではＩ／Ｑ変調器２）を合わせた光変調部で線形性を確保する必要があるため、線形性を確保することができるドライバの利得と駆動振幅を設定する。この初期設定段階では、ドライバの個別のばらつきまで考慮せず、予め試験等で蓄積した平均値等を用いる。
【００２６】
つぎに、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２のバイアス制御電圧を調整する（ステップＳ３）。具体的には、例えばつぎの手順で調整する。まず、Ｉｃｈ、Ｑｃｈの各制御電圧に低周波ディザ信号を重畳し、低周波ディザ信号を重畳後のバイアス制御電圧をＩ／Ｑ変調器２のＩｃｈ用電極、Ｑｃｈ用電極にそれぞれ印加する。そして、モニタＰＤ６が検出した光強度に基づいて、Ｉ／Ｑ変調器２から出力される光信号のディザ誤差信号が最小になるようにフィードバック制御する。低周波ディザ信号を重畳した場合、制御電圧が、駆動電圧と光信号との関係（入出力曲線、例えば図２の曲線Ｐ）のＮＵＬＬ点からずれると、出力信号（光信号）の直流成分のずれ（オフセット）が生じる。したがって、このずれ（ディザ誤差信号）が最小となるように、制御電圧を制御することにより、Ｉｃｈ，Ｑｃｈのバイアス制御電圧を、Ｉ／Ｑ変調器２の入出力曲線のＮＵＬＬ点となるように制御することができる。
【００２７】
また、制御回路５は、ＩｃｈとＱｃｈの搬送波の位相差は、π／２になるようにＩ／Ｑ変調器２を制御する。このような制御を実施し、フィードバック制御が安定した段階で、フィードバック制御ループをオープンにする。
【００２８】
そして、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２のバイアス制御電圧を、フィードバック制御で収束した制御電圧に固定する（ステップＳ４）。これは、次段階でＩｃｈとＱｃｈのどちらかのチャネルを消光させて、各チャネルでの変調度を測定したときに、変調器のチャネルごとのばらつき要因等により最適なバイアス制御電圧がずれることを防ぐためである。
【００２９】
つぎに、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２の調整対象外のチャネルへの変調信号と低周波ディザ信号の入力を遮断させることで、調整対象外のチャネルを消光させる（ステップＳ５）。線形な変調動作を実現するうえでは、同一の階調レベルに対して、ＩｃｈとＱｃｈとで変調度を一致させる必要があるため、本実施の形態では１チャネルごとに精度良く変調度を測定する。したがって、チャネルごとに変調度を測定するために、調整対象のチャネルだけ変調動作させ、調整対象外のチャネルを消光させる。
【００３０】
つぎに、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２の調整対象のチャネルの変調度を測定する（ステップＳ６）。そして、制御回路５は、変調度の測定結果がターゲット（変調度の最適値）の変調度であるか否かを判断し（ステップＳ７）、ターゲットの変調度でない場合（ステップＳ７ Ｎｏ）には、調整対象のチャネルのドライバ（Ｉｃｈ用ドライバ３またはＱｃｈ用ドライバ４）の駆動振幅を調整し（ステップＳ８）、ステップＳ６に戻る。具体的には、ステップＳ８では、測定した変調度がターゲットの変調度より小さい場合には駆動振幅を増加させ、測定した変調度がターゲットの変調度より大きい場合には駆動振幅を減少させるよう調整する。
【００３１】
本実施の形態では、ステップＳ６で測定した変調度の測定値に基づいて、ステップＳ７でターゲットの変調度となっているかを判定するが、ターゲットの変調度（最適な変調度）は、例えば、以下のような手順で決定する。この手順は、初回のステップＳ７の実施前に実施する。制御回路５は、Ｉｃｈ用ドライバ３またはＱｃｈ用ドライバ４から出力される調整対象のチャネルの変調信号に周波数ｆ［Ｈｚ］の低周波ディザ信号を重畳する。そして、モニタＰＤ６によるモニタした光出力に基づいて光出力中の低周波ディザ信号による誤差に基づいて変調度の最適値を求める。
【００３２】
図５は、低周波ディザ信号を重畳した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。図５の曲線Ｐは図１の曲線Ｐと同様であり、図５の下側には、駆動電圧の包絡線を示し、右側には、光出力の包絡線を示している。駆動電圧は、図５の下側に示したような包絡線上の駆動振幅の波形（波形は図示せず）で駆動される。図５の例では、Ｉ／Ｑ変調器２の２Ｖπ未満の駆動振幅が設定されており、バイアス制御電圧がＩ／Ｑ変調器２のＮＵＬＬ点に設定されている。この場合、モニタＰＤ６では、重畳した低周波ディザ信号の周波数ｆ［Ｈｚ］と同じ周波数成分のディザ信号を観測できる。
【００３３】
変調度の最適値を求める際には、例えば、バイアス制御電圧を変化させて最適値を求める方法とドライバの駆動振幅を変化させて最適値を求める方法とがある。なお、いずれの場合も、ＩｃｈとＱｃｈについてそれぞれ最適値を求める。
【００３４】
図６は、バイアス制御電圧を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。調整対象のチャネルのバイアス制御電圧を、プラス方向とマイナス方向の２方向にそれぞれ変化させていき、モニタＰＤ６で観測される低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつモニタＰＤ６で観測される低周波成分の振幅値が最小になるバイアス制御電圧を求める。低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になる領域は、非線形領域であり、それより駆動振幅はそれより小さい値に設定する必要がある。
【００３５】
したがって、低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつ低周波成分の振幅値が最小になるバイアス制御電圧を求めることにより、非線形領域と線形領域の境目となる駆動電圧を求めることができる。このようなバイアス制御電圧（低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつ低周波成分の振幅値が最小になるバイアス制御電圧）のうち、マイナス方向に変化させた場合に得られた値をＶ１（Ｖ１はマイナス方向変化させた絶対値）とし、プラス方向に変化させた場合に得られた値をＶ２とする。あらかじめ求めておいた２Ｖπに相当する駆動電圧をＶ３とし、ステップＳ１で設定したドライバの駆動振幅の初期値をＶＳとすると、初期ターゲットの変調度は、以下に式（１）に従って求めることができる。なお、上記のようにバイアス制御電圧を変化させて駆動振幅の最適値を求めた場合には、最適値を求めた後は、ＮＵＬＬ点となるようなバイアス制御電圧に戻す。
ターゲットの変調度（％）＝（ＶＳ＋Ｖ１＋Ｖ２）／Ｖ３×１００ …（１）
【００３６】
図７は、ドライバの駆動振幅を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。ドライバの駆動振幅を徐々に増加させていき、モニタＰＤ６で観測される低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつモニタＰＤ６で観測される低周波成分の振幅値が最小になるドライバの駆動振幅Ａ［Ｖｐｐ］を求める。そして、２Ｖπに相当する駆動電圧Ｂ［Ｖｐｐ］とＡ［Ｖｐｐ］とを用いて、ターゲットの変調度を以下の式（２）に基づいて変調度を求めることができる。
ターゲットの変調度（％）＝Ａ／Ｂ×１００ …（２）
【００３７】
なお、ステップＳ６で変調度の測定値を求める際には、その時点でのドライバの駆動振幅をＡｔｍｐとし、以下の式（３）により、変調度の測定値を求める。
変調度の測定値（％）＝Ａｔｍｐ／Ｂ×１００ …（３）
【００３８】
一方、ステップＳ７で、変調度の測定結果がターゲット（変調度の最適値）の変調度であると判断した場合（ステップＳ７ Ｙｅｓ）、全チャネルについて変調度の調整が終了したか否かを判断する（ステップＳ９）。変調度の調整が終了していないチャネルがある場合（ステップＳ９ Ｎｏ）は、そのチャネルを調整対象とし、ステップＳ５へ戻り、新たに調整対象としたチャネルの調整を実施する。また、ステップＳ９で全チャネルについて変調度の調整が終了したと判断した場合（ステップＳ９ Ｙｅｓ）、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とを比較する（ステップＳ１０）。
【００３９】
そして、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致（Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度との差が所定の許容誤差範囲内）するか否かを判断し（ステップＳ１１）、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致すると判断した場合（ステップＳ１１ Ｙｅｓ）は、変調度の調整を終了し、Ｉｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４から出力する変調信号を実施にデータ送信に使用するパタンに設定する（ステップＳ１２）。
【００４０】
また、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致しないと判断した場合（ステップＳ１１ Ｎｏ）は、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度と一致させるようＩｃｈまたはＱｃｈのいずれかを調整対象とし、ステップＳ５へ戻る。Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度と一致させる方法はどのような方法でもよいが、例えば、ＩｃｈとＱｃｈのうち変調度が小さい方に変調度を揃えることにより、非線形歪を避けることができる。したがって、この場合、ステップＳ１１でＩｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致しないと判断した場合（ステップＳ１１ Ｎｏ）には、変調度の大きいチャネルを調整対象とし、ターゲットの変調度を変調度の小さいチャネルの変調度として、ステップＳ５以降の処理を実施する。
【００４１】
このように、本実施の形態では、変調信号に周波数ｆ［Ｈｚ］の低周波ディザ信号を重畳し、Ｉ／Ｑ変調器２の光出力にｆ［Ｈｚ］の２倍の周波数が現れない最大の変調度を変調度の最適値と設定し、最適な変調度となるよう駆動振幅を調整するようにした。すなわち、駆動電圧の駆動振幅を最適な振幅となるよう調整するようにした。そのため、線形な駆動動作を実現できる最大の振幅を設定することができるので、変調歪による信号劣化のない光送信機を実現することができる。したがって、高速な通信に欠かせないＯＦＤＭ、ＱＡＭなどの変復調方式や、送信側デジタル信号処理によって波形やスペクトル形状を予等化する方式に有効な光送信機になる。また、ＩｃｈとＱｃｈの出力光の変調度が一致するように調整するため、光変調器の駆動振幅Ｖπの個体ばらつき、線形動作時に顕著になるドライバの駆動振幅、利得、ＤＵＴＹばらつきを吸収することができる。
【００４２】
実施の形態２．
図８は、本発明にかかる光送信機の実施の形態２の機能構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、実施の形態１の光送信機に、Ｉｃｈ用ドライバ３の駆動振幅値を検出するＩｃｈ用ピーク検波回路７と、Ｑｃｈ用ドライバ４の駆動振幅値を検出するＱｃｈ用ピーク検波回路８と、を追加する以外は実施の形態１の光送信機と同様である。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態の制御回路５が実施する変調度の調整手順は、実施の形態１と同様である。実施の形態１では、制御回路５が、試験パタンを用いて、最適な変調度となるようドライバ（Ｉｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４）の駆動振幅を調整した後（初期調整後）は、実施の送信するパタンを送信している間は変調度（ドライバの駆動振幅）の調整は行なわない。
【００４４】
これに対し本実施の形態では、ピーク検波回路７およびピーク検波回路８が、各々に対応するドライバの駆動振幅値を検出し、制御回路５は、ターゲットの変調度に対応する駆動振幅の値（ターゲットの変調度が得られる駆動振幅値）をリファレンスとして、ピーク検波回路７およびピーク検波回路８の出力がそれぞれリファレンス（最適値）に一致するように、各ドライバの駆動振幅をフィードバック制御する。なお、ドライバ駆動振幅値の調整は、線形性を確保できれば、ドライバ利得調整を行なうことで実施してもよい。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。
【００４５】
なお、ここでは、両方のチャネルにピーク検波回路を備えるようにしたが、ＩｃｈとＱｃｈのいずれか１つのドライバに対してピーク検波回路を備えるようにしてもよい。例えば、温度・経年劣化量が両方のドライバでほぼ等しいと想定できる場合等には、１つのピーク検波回路が検出した駆動振幅に基づいて、両チャネルをドライバの駆動振幅が最適値となるようそれぞれフィードバック制御してもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態では、初期調整後にも、ドライバの駆動振幅が最適値となるようにフィードバック制御する。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、温度・経年劣化に対する各チャネルの変調度変動を吸収できる。これにより、初期光性能を長期間維持できる。
【００４７】
実施の形態３．
図９は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機の構成は、実施の形態２の光送信機の構成と同様である。本実施の形態の光送信機から送信された信号は光伝送路を経由して、受信機で受信される。図９では、受信機の構成のうち受信信号復調部９および受信信号識別部１０を示している。実施の形態２と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態２と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態の受信機では、受信信号復調部９が、本実施の形態の光送信機から送信された光信号を復調する。そして、受信信号識別部１０が、復調結果に基づいて受信信号（すなわち本実施の形態の光送信機から送信された光信号）に含まれるビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）を算出し、算出したＢＥＲをＢＥＲ情報として本実施の形態の光送信機へ送信する。ＢＥＲの算出方法は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、光送信機から既知信号を送信し、受信信号識別部１０が復調結果と既知信号とを比較することによりビットエラーレートを算出する。
【００４９】
本実施の形態の光送信機では、制御回路５が、受信機から受信したＢＥＲ情報に基づいて、受信側でのビットエラーレートが最小になるように、ドライバ駆動振幅を調整する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態２と同様である。
【００５０】
なお、本実施の形態では、受信側のビットエラーレートが最小になるような制御と同時に、実施の形態２と同様にピーク検波回路７，８を用いたドライバの駆動振幅の調整を行なうようにしたが、ピーク検波回路７，８を用いたドライバの駆動振幅の調整を行なわないようにしてもよい。すなわち、実施の形態１と同様の構成の光送信機が、本実施の形態と同様に受信側のビットエラーレートが最小になるような制御を行うようにしてもよい。
【００５１】
このように、本実施の形態では、受信側での実際のビットエラーレートをモニタしながら、制御回路５がビットエラーレートを最小にするようにドライバ駆動振幅をフィードバック制御するため、高い光通信性能が得られ、また温度・経年劣化に対する各チャネルの変調度変動を吸収でき、初期光性能を長期間維持できる。同時に、実施の形態２と同様に、ドライバの駆動振幅もピーク検波回路７，８でモニタしているため、ビットエラー発生時の故障特定が容易である。
【００５２】
実施の形態４．
図１０は、本発明にかかる光送信機の実施の形態４の機能構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、光源１と、制御回路５と、モニタＰＤ６と、差動駆動型ＩＱ変調器１１と、差動出力Ｉｃｈ用ドライバ１２と、差動出力Ｑｃｈ用ドライバ１３と、で構成される。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態では、実施の形態１のＩ／Ｑ変調器２を差動駆動型ＩＱ変調器１１に代え、実施の形態１のＩｃｈ用ドライバ３，Ｑｃｈ用ドライバ４をそれぞれ差動出力Ｉｃｈ用ドライバ１２，差動出力Ｑｃｈ用ドライバ１３に代える。本実施の形態では、差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１の駆動が差動駆動型の動作となり、Ｉｃｈ用ドライバ３，Ｑｃｈ用ドライバ４は差動駆動信号（差動駆動電圧）をＩ／Ｑ変調器１１へ印加するが、変調度の調整手順については実施の形態１と同様である。本実施の形態では、差動駆動電圧の駆動振幅を実施の形態１と同様に調整する。
【００５４】
なお、本実施の形態の光送信機に、実施の形態２と同様に、ピーク検波回路７およびピーク検波回路８を追加し、実施の形態２と同様に初期調整以降でも、変調度の調整を実施してもよい。また、さらに、実施の形態３と同様に受信側からＢＥＲ情報を取得して、実施の形態３と同様にビットエラーを最小にするような制御を行ってもよい。
【００５５】
このように、本実施の形態では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を用いる場合に実施の形態１と同様の変調度の調整を行なうようにした。そのため、差動駆動型ＩＱ変調器１１を用いる場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態５．
図１１は、本発明にかかる光送信機の実施の形態５の機能構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、光源１と、制御回路５と、モニタＰＤ６と、差動駆動型ＩＱ変調器１１と、Ｉｃｈ正相用ドライバ１４と、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５と、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６と、Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７と、で構成される。実施の形態４と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
実施の形態４では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を差動出力Ｉｃｈ用ドライバ１２および差動出力Ｑｃｈ用ドライバ１３を用いて駆動したが、本実施の形態ではＩｃｈ正相用ドライバ１４と、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５と、により差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１のＩｃｈ用電極へ差動駆動電電圧を印加し、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６と、Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７と、により差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１のＱｃｈ用電極へ差動駆動電電圧を生成する。これ以外の本実施の形態の動作は、実施の形態４と同様である。
【００５８】
このように、本実施の形態では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合に、実施の形態１と同様に変調度の調整を行なうようにした。そのため、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
実施の形態６．
図１２は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態６の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、光源１と、制御回路５と、モニタＰＤ６と、差動駆動型ＩＱ変調器１１と、Ｉｃｈ正相用ドライバ１４と、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５と、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６と、Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７と、Ｉｃｈ正相用ピーク検出回路１８と、Ｉｃｈ逆相用ピーク検出回路１９と、Ｑｃｈ正相用ピーク検出回路２０と、Ｑｃｈ逆相用ピーク検出回路２１と、で構成される。光源１，制御回路５，モニタＰＤ６，差動駆動型ＩＱ変調器１１，Ｉｃｈ正相用ドライバ１４，Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５，Ｑｃｈ正相用ドライバ１６，Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７は、実施の形態５の光送信機と同様である。また、受信信号復調部９および受信信号識別部１０は、実施の形態３と同様である。実施の形態５または実施の形態３と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態５または実施の形態３と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
Ｉｃｈ正相用ピーク検出回路１８はＩｃｈ正相用ドライバ１４の駆動振幅を検出し、Ｉｃｈ逆相用ピーク検出回路１９はＩｃｈ逆相用ドライバ１５の駆動振幅を検出し、Ｑｃｈ正相用ピーク検出回路２０はＱｃｈ正相用ドライバ１６との駆動振幅を検出し、Ｑｃｈ逆相用ピーク検出回路２１はＱｃｈ逆相用ドライバ１７駆動振幅を検出する。制御回路５は、実施の形態３と同様に、各ピーク検出回路が検出した駆動振幅を初期調整時のリファレンスと一致するよう調整するとともに、受信側から取得したＢＥＲ情報に基づいてビットエラーを最小にするよう、駆動振幅を制御する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態５および実施の形態３と同様である。
【００６１】
なお、本実施の形態では、各ピーク検出回路による駆動振幅の検出と、受信側から取得したＢＥＲ情報に基づいてビットエラーを最小にするような制御の両方を行うようにしたが、いずれか片方のみを行なうようにしてもよい。
【００６２】
このように、本実施の形態では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合に、実施の形態３と同様に、受信側から取得したＢＥＲ情報に基づいてビットエラーを最小にするよう、駆動振幅を制御するようにした。そのため、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合にも実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
実施の形態７．
図１３は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態７の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、実施の形態６の光送信機に、ＤＡＣ（Digital−Analog−Convertor）２２を追加する以外は、実施の形態６の光送信機と同様である。実施の形態６と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態６と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態では、ＤＡＣ２２が、マルチビットのデジタル信号をアナログ信号に変換してＩｃｈ正相用ドライバ１４、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６およびＱｃｈ逆相用ドライバ１７の各ドライバにマルチビットに対応するアナログ信号を入力する。これにより、各ドライバは、入力された信号に基づいてマルチビットに対応した変調信号に基づく駆動電圧を差動駆動型ＩＱ変調器１１へ入力することになり、差動駆動型ＩＱ変調器１１は、マルチビットに対応するマルチレベルの光信号を出力する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態６と同様である。
【００６５】
なお、本実施の形態では、実施の形態６の光送信機にＤＡＣを追加したが、これに限らず、実施の形態１〜実施の形態５の光送信機にＤＡＣを追加して、マルチビットの信号に対応するようにしてもよい。
【００６６】
このように、本実施の形態では、マルチビットの信号に対応するようにした。そのため、実施の形態６と同様の効果が得られるとともに、ＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化といったマルチレベル変調を行なう場合に適した構成となる。
【００６７】
実施の形態８．
図１４は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、実施の形態７の光送信機に、試験パタン生成器２３を追加する以外は、実施の形態７の光送信機と同様である。実施の形態７と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態７と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態では、制御回路５と各ドライバ間の接続系統はそれぞれ２本である。これら２本のうち１つはドライバ駆動振幅調整用であり、他方はドライバ出力断制御用である。本実施の形態では、制御回路５は、ドライバ駆動振幅調整用の接続端子を用いて実施の形態７と同様に各ドライバの駆動振幅の制御を行う。また、本実施の形態では、制御回路５は、各ドライバからの差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１への駆動電圧の入力を停止と再開を、ドライバ出力断制御用の接続端子を用いて制御する。
【００６９】
本実施の形態では、初期調整時だけでなく、通常運用時にも必要に応じて、試験パタンを用いた初期調整と同様の調整を行なうことができるよう、制御回路５は、各ドライバへの入力パタンとして、試験パタン生成器２３からの入力と実際に送信する使用パタンとのいずれかを選択して使用する。制御回路５は、初期調整と同様の調整を行なう場合には、試験パタン生成器２３から出力される試験パタンを各ドライバに入力するよう制御する。
【００７０】
また、初期調整と同様の調整を実施する場合には、調整対象以外のチャネルを消光する必要があるが、この際には、ドライバ出力断制御用の接続端子を用いて各チャネルの消光を制御する。
【００７１】
なお、本実施の形態では、実施の形態７の光送信機に試験パタン生成器２３を追加して、初期調整時以外でも試験パタンを用いた調整を可能としたが、実施の形態１〜実施の形態６の光送信機に試験パタン生成器２３を追加して、初期調整時以外でも試験パタンを用いた調整を行なうようにしてもよい。
【００７２】
このように、本実施の形態では、制御回路５が、差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１へ入力する変調信号のパタンとして、試験パタンと通常送信する使用パタンとを切り替えて用いる構成とし、初期調整時以外にも、試験パタンを用いた駆動振幅の調整を可能とした。そのため、実施の形態７と同様の効果が得られるとともに、光送信機単体での試験調整を実現でき、初期調整だけでなく、実稼動後の検証も容易にメンテナンスを行なうことができる。
【００７３】
実施の形態９．
図１５は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態９の構成例を示す図である。図１５に示すように、本実施の形態の光通信システムは、実施の形態８の光送信機と同様の光送信機２４と、光合波器２５、光増幅器２６と、光分波器２７と、光受信機２８と、で構成される。また、光通信システムは、光送信機２４および光受信機２８を、それぞれ１以上の任意の数備える。また、光合波器２５、光増幅器２６および光分波器２７についても、それぞれいくつ備えてもよい。
【００７４】
本実施の形態の光送信機２４の動作は、実施の形態８の光送信機の動作と同様である。本実施の形態の光送信機２４から送信された光信号は、光合波器２５により他の光送信機から送信された光信号と合波される。そして、光増幅器２６が、この合波信号を増幅し、光分波器２７は、増幅され伝送された合波信号を分波して、分波信号を対応する光受信機２８へ出力する。
【００７５】
本実施の形態の光受信機２８は、実施の形態８と同様の受信信号復調部９および受信信号識別部１０を備え、本実施の形態の光送信機２４から送信された光信号を光分波器２７経由で受信する。また、光受信機２８から光送信機２４へＢＥＲ情報が送信される。
【００７６】
なお、光送信機２４として、実施の形態１〜実施の形態７の光送信機を用いてもよい。なお、実施の形態３、実施の形態６および実施の形態７の光送信機を用いる場合は、光受信機２４は、実施の形態３で説明した受信信号復調部９および受信信号識別部１０を備えることとする。
【００７７】
このように、本実施の形態では、実施の形態８の光送信機を用いて、光通信システムを構成した。そのため、実施の形態８と同様の効果が得られ、ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化などを用いた高速光伝送を安定して行なうことができる光通信システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる光送信機は、２並列マッハツェンダー型変調器を用いる光送信機に有用であり、特に、マルチレベル変調を行なう光送信機に適している。
【符号の説明】
【００７９】
１ 光源
２ Ｉ／Ｑ変調器
３ Ｉｃｈ用ドライバ
４ Ｑｃｈ用ドライバ
５ 制御回路
６ モニタＰＤ
７ Ｉｃｈ用ピーク検波回路
８ Ｑｃｈ用ピーク検波回路
９ 受信信号復調部
１０ 受信信号識別部
１１ 差動駆動型ＩＱ変調器
１２ 差動出力Ｉｃｈ用ドライバ
１３ 差動出力Ｑｃｈ用ドライバ
１４ Ｉｃｈ正相用ドライバ
１５ Ｉｃｈ逆相用ドライバ
１６ Ｑｃｈ正相用ドライバ
１７ Ｑｃｈ逆相用ドライバ
１８ Ｉｃｈ正相用ピーク検出回路
１９ Ｉｃｈ逆相用ピーク検出回路
２０ Ｑｃｈ正相用ピーク検出回路
２１ Ｑｃｈ逆相用ピーク検出回路
２２ ＤＡＣ
２３ 試験パタン生成器
２４ 光送信機
２５ 光合波器
２６ 光増幅器
２７ 光分波器
２８ 光受信機
Ｐ 曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多値光変調信号を生成する光送信機、光通信システムおよび変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信トラフィックの増大に伴い、４０Ｇｂｐｓ，１００Ｇｂｐｓといった高速光送受信機の導入が積極的に検討されている。光通信システムでは、従来、光の強度に１ビット情報を載せる強度変調方式や、４つの位相差に２ビット情報を載せる差動４相位相偏移変調（Differential Quadrature Phase-Shift Keying：ＤＱＰＳＫ）方式が採用・検討されてきた。
【０００３】
高速光送受信機に適用する変調方式として、１シンボルあたりの伝送可能な情報量を上記の従来の方式に比べ拡大できる方式が注目されている。例えば、搬送波を複数のサブキャリアに分割することでシンボルレートを低減する直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）や、９０度位相が異なる２つの搬送波の振幅を独立に変調し、それぞれの搬送波を複数の振幅値で変調する直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）が注目されている。２N（Ｎは１以上の整数、例えば１６ＱＡＭではＮ＝４）の信号点を有するＱＡＭでは１シンボルでＮビットの伝送が可能であり、強度変調方式に比べて、周波数利用効率をＮ倍向上させることができる。
【０００４】
一方、光送受信器や光伝送路における波形歪みを送信側デジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送する予等化技術も注目されている。ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化等の方式では、送信側で複数の振幅レベルをもつ光信号を生成する必要がある。このように複数の振幅レベルを有する光信号を送信側で生成する変調方式（以下、マルチレベル変調方式という）を実現する光変調器として、主に２並列マッハツェンダー型変調器が採用されている。マッハツェンダー型変調器は、電気光学効果を用いて光信号を生成し、少ないチャープで高速動作が可能である。
【０００５】
２並列マッハツェンダー型変調器は、２つの並列のマッハツェンダー干渉計により、実数部（In-phase channel；Ｉｃｈ；Ｉチャネル）と虚数部（Quadrature-phase channel；Ｑｃｈ；Ｑチャネル）の各変調信号に対して９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成する。以下では２並列マッハツェンダー型変調器をＩ／Ｑ変調器と呼ぶ。
【０００６】
Ｉ／Ｑ変調器では、マッハツェンダー干渉計のＮＵＬＬ点にバイアス点を設定すること、変調度を小さくして線形性を確保すること、の２つが要求される。しかしながら、ＮＵＬＬ点を中心に変調すると、変調度を小さくすることで過剰な光損失を招く恐れもある。変調度を大きくすることで光損失は低減できるが、一方で線形性が損なわれ、送信波形歪みが大きくなる。
【０００７】
マッハツェンダー干渉計の駆動電圧対光強度特性の山、谷、山を用いて、Ｎｕｌｌ点（谷に対応）を中心としたＶπ（Ｖπはマッハツェンダー干渉計の位相をπ変化させるための駆動電圧）の２倍の振幅（２Ｖπ）で駆動する場合に、光信号の振幅は最大となり、このときの変調度は１００％である。なお、ここでは、変調度は、光信号が最大振幅となる得るための駆動振幅（２Ｖπ）に対する出力される光信号の振幅の比とする。
【０００８】
上述のマルチレベル変調方式では、伝送性能を最大限に生かせるように、もとになる電気信号を線形に増幅しつつ光変調する必要がある。したがって、光信号レベルを確保しつつ、光変調を行なう変調器の透過特性等の非線形性に起因する変調歪は極力抑えなければならない。このため、マルチレベル変調方式では、Ｉ／Ｑ変調器を、Ｉ／Ｑ変調器の２Ｖπ未満の振幅で駆動する。この場合、変調度は１００％未満である。また、上述のように変調度が小さくなりすぎると、過剰な光損失を招く恐れもあるため、マルチレベル変調方式では、線形な増幅動作・電気光変換動作を維持しつつ、変調度を一定に制御することが課題である。
【０００９】
また、予等化動作を実現するために、予等化量によっては、ＩｃｈとＱｃｈに別々の信号レベルの成分を割り当てる必要がある。このような場合には、同一の信号レベルに対してはＩｃｈとＱｃｈの光信号の振幅レベルが同一となるよう調整する必要がある。
【００１０】
一方、ＤＱＰＳＫ送信機をはじめとするマッハツェンダー型変調器を用いた従来の光送信機では、変調器の駆動振幅の最大値と最小値を利用した２値の信号レベルを用いて、スイッチング変調を実現している（例えば下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−９２１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、２値変調を前提に検討されおり、ＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異の調整や、Ｉ／Ｑ変調器の非線形性の影響を考慮していない。そのため、ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化等マルチレベル変調方式に適用すると、信号成分の線形性の喪失による信号品質の劣化が生じる、という問題があった。また、ＩｃｈとＱｃｈの信号レベルに差異が生じることによる信号品質の劣化が生じる、という問題があった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、線形な電気光変換を実現し、かつＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異を抑制することができる光送信機、光通信システムおよび変調方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光源と、前記光源から出力される光をＩチャネル用に変調した光信号と、前記光源から出力される光をＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩＱ変調器と、前記ＩＱ変調器にＩチャネル用の光信号を変調するためのＩチャネル駆動信号を供給するＩチャネル用ドライバと、前記ＩＱ変調器にＱチャネル用の光信号を変調するためのＱチャネル駆動信号を供給するＱチャネル用ドライバと、前記ＩＱ変調器から出力される光信号の光強度を検出する光検出部と、前記光強度に基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御回路と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、線形な電気光変換を実現し、かつＩｃｈとＱｃｈの信号レベルの差異を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、実施の形態１の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図２】図２は、２Ｖπの振幅の波形で駆動した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。
【図３】図３は、マルチレベル変調方式に対応する場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、変調度の調整手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、低周波ディザ信号を重畳した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、バイアス制御電圧を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。
【図７】図７は、ドライバの駆動振幅を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態２の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態５の光送信機の機能構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態６の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態７の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態８の光通信システムの構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態９の光通信システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる光送信機、光通信システムおよび変調方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光送信機の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の光送信機は、光源１と、ＩｃｈとＱｃｈをそれぞれ独立に変調可能でＩｃｈ用電極とＱｃｈ用電極を備えたＩ／Ｑ変調器２と、Ｉｃｈ用電極に駆動信号（変調信号）を供給するＩｃｈ用ドライバ３と、Ｑｃｈ用電極に駆動信号を供給するＱｃｈ用ドライバ４と、Ｉ／Ｑ変調器２からの出力される光信号の変調度を調整するアルゴリズムを備えた制御回路５と、Ｉ／Ｑ変調器２から出力される光強度をモニタするモニタＰＤ（Photo Diode）（光検出部）６と、で構成される。Ｉ／Ｑ変調器２としては、例えば、２並列マッハツェンダー型変調器を用いることができる。
【００１９】
本実施の形態の光送信機では、Ｉ／Ｑ変調器２が、光源１が射出する光を、Ｉｃｈ、ＱｃｈＩｃｈ用ドライバ３，Ｑｃｈ用ドライバ４からそれぞれ独立に入力される変調信号（駆動信号）に基づいて変調し、光信号として出力する。
【００２０】
２並列マッハツェンダー型変調器をＩ／Ｑ変調器２として用いる場合、駆動電圧対光信号強度（光出力強度）の山から谷、すなわち位相πに対応する駆動電圧の振幅であるＶπの２倍（２Ｖπ）の振幅の波形の電圧で駆動するときに、変調度は最大（１００％）となる。
【００２１】
図２は、２Ｖπの振幅（駆動振幅）の波形の駆動信号（駆動電圧）で駆動した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。図２の曲線Ｐは、マッハツェンダー干渉計の駆動電圧と光出力強度との関係を示している。図２の下側には、駆動電圧の波形（電気駆動波形）を示し、図２の右側には、マッハツェンダー干渉計から出力される光出力強度を示している。駆動振幅２Ｖπで駆動した場合には、光出力強度の最大値を用いることができるため、変調度が最大となる。一方で、光出力強度の最大値を用いるため、光強度の極大点付近を用いることによる非線形性歪（変調歪）が生じる可能性がある。
【００２２】
本実施の形態の光送信機は、ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化等のマルチレベル変調方式に対応可能とする。マルチレベル変調方式では、線形な増幅動作・電気光変換動作を維持しつつ、変調度を一定に制御することが課題である。したがって、マルチレベル変調方式では、図２で例示したような変調歪が生じる必要があり、変調歪を避けるためには、例えば駆動振幅を２Ｖπより小さくして駆動する方法がある。
【００２３】
図３は、マルチレベル変調方式に対応する場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。図３に示すように、駆動振幅を２Ｖπより小さくして変調歪が生じる光強度の極大点付近を避けることにより、線形な変調を行なうことができる。しかし、駆動振幅が小さくなることから変調度も小さくなり、光損失が大きくなりすぎる可能性もある。以上のことから、マルチレベル変調方式に対応する場合、Ｉ／Ｑ変調器２では、１ビット分解能を改善するために、変調度は線形性を維持できる範囲での最大値に設定することが望ましい。
【００２４】
図４は、制御回路５が実施する変調度の調整手順の一例を示すフローチャートである。図１および図４を用いて、Ｉ／Ｑ変調器２からの出力される光信号の変調度の調整方法を説明する。はじめに、制御回路５は、試験パタン信号をＩｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４へそれぞれ入力する（ステップＳ１）。試験パタンの信号レベルは、想定するマルチレベルの最大振幅と最小振幅の２値で構成される。また試験パタンの符号パタンとしては、最適な変調器バイアス値を導出するため、例えばマーク率５０％の擬似ランダムパタンを用いる。なお、この符号パタンとしては、最適な変調器バイアス値を導出することができるパタンであれば、マーク率５０％の擬似ランダムパタン以外のパタンを用いてもよい。
【００２５】
つぎに、制御回路５は、ドライバの駆動振幅（出力振幅）の初期値を、Ｉｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４に設定する（ステップＳ２）。マルチレベル変調では、ドライバ（図１の構成例ではＩｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４）と変調器（図１の構成例ではＩ／Ｑ変調器２）を合わせた光変調部で線形性を確保する必要があるため、線形性を確保することができるドライバの利得と駆動振幅を設定する。この初期設定段階では、ドライバの個別のばらつきまで考慮せず、予め試験等で蓄積した平均値等を用いる。
【００２６】
つぎに、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２のバイアス制御電圧を調整する（ステップＳ３）。具体的には、例えばつぎの手順で調整する。まず、Ｉｃｈ、Ｑｃｈの各制御電圧に低周波ディザ信号を重畳し、低周波ディザ信号を重畳後のバイアス制御電圧をＩ／Ｑ変調器２のＩｃｈ用電極、Ｑｃｈ用電極にそれぞれ印加する。そして、モニタＰＤ６が検出した光強度に基づいて、Ｉ／Ｑ変調器２から出力される光信号のディザ誤差信号が最小になるようにフィードバック制御する。低周波ディザ信号を重畳した場合、制御電圧が、駆動電圧と光信号との関係（入出力曲線、例えば図２の曲線Ｐ）のＮＵＬＬ点からずれると、出力信号（光信号）の直流成分のずれ（オフセット）が生じる。したがって、このずれ（ディザ誤差信号）が最小となるように、制御電圧を制御することにより、Ｉｃｈ，Ｑｃｈのバイアス制御電圧を、Ｉ／Ｑ変調器２の入出力曲線のＮＵＬＬ点となるように制御することができる。
【００２７】
また、制御回路５は、ＩｃｈとＱｃｈの搬送波の位相差は、π／２になるようにＩ／Ｑ変調器２を制御する。このような制御を実施し、フィードバック制御が安定した段階で、フィードバック制御ループをオープンにする。
【００２８】
そして、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２のバイアス制御電圧を、フィードバック制御で収束した制御電圧に固定する（ステップＳ４）。これは、次段階でＩｃｈとＱｃｈのどちらかのチャネルを消光させて、各チャネルでの変調度を測定したときに、変調器のチャネルごとのばらつき要因等により最適なバイアス制御電圧がずれることを防ぐためである。
【００２９】
つぎに、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２の調整対象外のチャネルへの変調信号と低周波ディザ信号の入力を遮断させることで、調整対象外のチャネルを消光させる（ステップＳ５）。線形な変調動作を実現するうえでは、同一の階調レベルに対して、ＩｃｈとＱｃｈとで変調度を一致させる必要があるため、本実施の形態では１チャネルごとに精度良く変調度を測定する。したがって、チャネルごとに変調度を測定するために、調整対象のチャネルだけ変調動作させ、調整対象外のチャネルを消光させる。
【００３０】
つぎに、制御回路５は、Ｉ／Ｑ変調器２の調整対象のチャネルの変調度を測定する（ステップＳ６）。そして、制御回路５は、変調度の測定結果がターゲット（変調度の最適値）の変調度であるか否かを判断し（ステップＳ７）、ターゲットの変調度でない場合（ステップＳ７ Ｎｏ）には、調整対象のチャネルのドライバ（Ｉｃｈ用ドライバ３またはＱｃｈ用ドライバ４）の駆動振幅を調整し（ステップＳ８）、ステップＳ６に戻る。具体的には、ステップＳ８では、測定した変調度がターゲットの変調度より小さい場合には駆動振幅を増加させ、測定した変調度がターゲットの変調度より大きい場合には駆動振幅を減少させるよう調整する。
【００３１】
本実施の形態では、ステップＳ６で測定した変調度の測定値に基づいて、ステップＳ７でターゲットの変調度となっているかを判定するが、ターゲットの変調度（最適な変調度）は、例えば、以下のような手順で決定する。この手順は、初回のステップＳ７の実施前に実施する。制御回路５は、Ｉｃｈ用ドライバ３またはＱｃｈ用ドライバ４から出力される調整対象のチャネルの変調信号に周波数ｆ［Ｈｚ］の低周波ディザ信号を重畳する。そして、モニタＰＤ６によるモニタした光出力に基づいて光出力中の低周波ディザ信号による誤差に基づいて変調度の最適値を求める。
【００３２】
図５は、低周波ディザ信号を重畳した場合の電気駆動波形と光信号との関係の一例を示す図である。図５の曲線Ｐは図１の曲線Ｐと同様であり、図５の下側には、駆動電圧の包絡線を示し、右側には、光出力の包絡線を示している。駆動電圧は、図５の下側に示したような包絡線上の駆動振幅の波形（波形は図示せず）で駆動される。図５の例では、Ｉ／Ｑ変調器２の２Ｖπ未満の駆動振幅が設定されており、バイアス制御電圧がＩ／Ｑ変調器２のＮＵＬＬ点に設定されている。この場合、モニタＰＤ６では、重畳した低周波ディザ信号の周波数ｆ［Ｈｚ］と同じ周波数成分のディザ信号を観測できる。
【００３３】
変調度の最適値を求める際には、例えば、バイアス制御電圧を変化させて最適値を求める方法とドライバの駆動振幅を変化させて最適値を求める方法とがある。なお、いずれの場合も、ＩｃｈとＱｃｈについてそれぞれ最適値を求める。
【００３４】
図６は、バイアス制御電圧を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。調整対象のチャネルのバイアス制御電圧を、プラス方向とマイナス方向の２方向にそれぞれ変化させていき、モニタＰＤ６で観測される低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつモニタＰＤ６で観測される低周波成分の振幅値が最小になるバイアス制御電圧を求める。低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になる領域は、非線形領域であり、それより駆動振幅はそれより小さい値に設定する必要がある。
【００３５】
したがって、低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつ低周波成分の振幅値が最小になるバイアス制御電圧を求めることにより、非線形領域と線形領域の境目となる駆動電圧を求めることができる。このようなバイアス制御電圧（低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつ低周波成分の振幅値が最小になるバイアス制御電圧）のうち、マイナス方向に変化させた場合に得られた値をＶ１（Ｖ１はマイナス方向変化させた絶対値）とし、プラス方向に変化させた場合に得られた値をＶ２とする。あらかじめ求めておいた２Ｖπに相当する駆動電圧をＶ３とし、ステップＳ１で設定したドライバの駆動振幅の初期値をＶＳとすると、初期ターゲットの変調度は、以下に式（１）に従って求めることができる。なお、上記のようにバイアス制御電圧を変化させて駆動振幅の最適値を求めた場合には、最適値を求めた後は、ＮＵＬＬ点となるようなバイアス制御電圧に戻す。
ターゲットの変調度（％）＝（ＶＳ＋Ｖ１＋Ｖ２）／Ｖ３×１００ …（１）
【００３６】
図７は、ドライバの駆動振幅を変化させて変調度の最適値を求める方法の概念を示す図である。ドライバの駆動振幅を徐々に増加させていき、モニタＰＤ６で観測される低周波成分が重畳時の入力周波数ｆ［Ｈｚ］の２倍になり、かつモニタＰＤ６で観測される低周波成分の振幅値が最小になるドライバの駆動振幅Ａ［Ｖｐｐ］を求める。そして、２Ｖπに相当する駆動電圧Ｂ［Ｖｐｐ］とＡ［Ｖｐｐ］とを用いて、ターゲットの変調度を以下の式（２）に基づいて変調度を求めることができる。
ターゲットの変調度（％）＝Ａ／Ｂ×１００ …（２）
【００３７】
なお、ステップＳ６で変調度の測定値を求める際には、その時点でのドライバの駆動振幅をＡｔｍｐとし、以下の式（３）により、変調度の測定値を求める。
変調度の測定値（％）＝Ａｔｍｐ／Ｂ×１００ …（３）
【００３８】
一方、ステップＳ７で、変調度の測定結果がターゲット（変調度の最適値）の変調度であると判断した場合（ステップＳ７ Ｙｅｓ）、全チャネルについて変調度の調整が終了したか否かを判断する（ステップＳ９）。変調度の調整が終了していないチャネルがある場合（ステップＳ９ Ｎｏ）は、そのチャネルを調整対象とし、ステップＳ５へ戻り、新たに調整対象としたチャネルの調整を実施する。また、ステップＳ９で全チャネルについて変調度の調整が終了したと判断した場合（ステップＳ９ Ｙｅｓ）、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とを比較する（ステップＳ１０）。
【００３９】
そして、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致（Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度との差が所定の許容誤差範囲内）するか否かを判断し（ステップＳ１１）、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致すると判断した場合（ステップＳ１１ Ｙｅｓ）は、変調度の調整を終了し、Ｉｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４から出力する変調信号を実施にデータ送信に使用するパタンに設定する（ステップＳ１２）。
【００４０】
また、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致しないと判断した場合（ステップＳ１１ Ｎｏ）は、Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度と一致させるようＩｃｈまたはＱｃｈのいずれかを調整対象とし、ステップＳ５へ戻る。Ｉｃｈの変調度とＱｃｈの変調度と一致させる方法はどのような方法でもよいが、例えば、ＩｃｈとＱｃｈのうち変調度が小さい方に変調度を揃えることにより、非線形歪を避けることができる。したがって、この場合、ステップＳ１１でＩｃｈの変調度とＱｃｈの変調度とが一致しないと判断した場合（ステップＳ１１ Ｎｏ）には、変調度の大きいチャネルを調整対象とし、ターゲットの変調度を変調度の小さいチャネルの変調度として、ステップＳ５以降の処理を実施する。
【００４１】
このように、本実施の形態では、変調信号に周波数ｆ［Ｈｚ］の低周波ディザ信号を重畳し、Ｉ／Ｑ変調器２の光出力にｆ［Ｈｚ］の２倍の周波数が現れない最大の変調度を変調度の最適値と設定し、最適な変調度となるよう駆動振幅を調整するようにした。すなわち、駆動電圧の駆動振幅を最適な振幅となるよう調整するようにした。そのため、線形な駆動動作を実現できる最大の振幅を設定することができるので、変調歪による信号劣化のない光送信機を実現することができる。したがって、高速な通信に欠かせないＯＦＤＭ、ＱＡＭなどの変復調方式や、送信側デジタル信号処理によって波形やスペクトル形状を予等化する方式に有効な光送信機になる。また、ＩｃｈとＱｃｈの出力光の変調度が一致するように調整するため、光変調器の駆動振幅Ｖπの個体ばらつき、線形動作時に顕著になるドライバの駆動振幅、利得、ＤＵＴＹばらつきを吸収することができる。
【００４２】
実施の形態２．
図８は、本発明にかかる光送信機の実施の形態２の機能構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、実施の形態１の光送信機に、Ｉｃｈ用ドライバ３の駆動振幅値を検出するＩｃｈ用ピーク検波回路７と、Ｑｃｈ用ドライバ４の駆動振幅値を検出するＱｃｈ用ピーク検波回路８と、を追加する以外は実施の形態１の光送信機と同様である。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態の制御回路５が実施する変調度の調整手順は、実施の形態１と同様である。実施の形態１では、制御回路５が、試験パタンを用いて、最適な変調度となるようドライバ（Ｉｃｈ用ドライバ３およびＱｃｈ用ドライバ４）の駆動振幅を調整した後（初期調整後）は、実施の送信するパタンを送信している間は変調度（ドライバの駆動振幅）の調整は行なわない。
【００４４】
これに対し本実施の形態では、ピーク検波回路７およびピーク検波回路８が、各々に対応するドライバの駆動振幅値を検出し、制御回路５は、ターゲットの変調度に対応する駆動振幅の値（ターゲットの変調度が得られる駆動振幅値）をリファレンスとして、ピーク検波回路７およびピーク検波回路８の出力がそれぞれリファレンス（最適値）に一致するように、各ドライバの駆動振幅をフィードバック制御する。なお、ドライバ駆動振幅値の調整は、線形性を確保できれば、ドライバ利得調整を行なうことで実施してもよい。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態１と同様である。
【００４５】
なお、ここでは、両方のチャネルにピーク検波回路を備えるようにしたが、ＩｃｈとＱｃｈのいずれか１つのドライバに対してピーク検波回路を備えるようにしてもよい。例えば、温度・経年劣化量が両方のドライバでほぼ等しいと想定できる場合等には、１つのピーク検波回路が検出した駆動振幅に基づいて、両チャネルをドライバの駆動振幅が最適値となるようそれぞれフィードバック制御してもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態では、初期調整後にも、ドライバの駆動振幅が最適値となるようにフィードバック制御する。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、温度・経年劣化に対する各チャネルの変調度変動を吸収できる。これにより、初期光性能を長期間維持できる。
【００４７】
実施の形態３．
図９は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機の構成は、実施の形態２の光送信機の構成と同様である。本実施の形態の光送信機から送信された信号は光伝送路を経由して、受信機で受信される。図９では、受信機の構成のうち受信信号復調部９および受信信号識別部１０を示している。実施の形態２と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態２と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
本実施の形態の受信機では、受信信号復調部９が、本実施の形態の光送信機から送信された光信号を復調する。そして、受信信号識別部１０が、復調結果に基づいて受信信号（すなわち本実施の形態の光送信機から送信された光信号）に含まれるビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）を算出し、算出したＢＥＲをＢＥＲ情報として本実施の形態の光送信機へ送信する。ＢＥＲの算出方法は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、光送信機から既知信号を送信し、受信信号識別部１０が復調結果と既知信号とを比較することによりビットエラーレートを算出する。
【００４９】
本実施の形態の光送信機では、制御回路５が、受信機から受信したＢＥＲ情報に基づいて、受信側でのビットエラーレートが最小になるように、ドライバ駆動振幅を調整する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態２と同様である。
【００５０】
なお、本実施の形態では、受信側のビットエラーレートが最小になるような制御と同時に、実施の形態２と同様にピーク検波回路７，８を用いたドライバの駆動振幅の調整を行なうようにしたが、ピーク検波回路７，８を用いたドライバの駆動振幅の調整を行なわないようにしてもよい。すなわち、実施の形態１と同様の構成の光送信機が、本実施の形態と同様に受信側のビットエラーレートが最小になるような制御を行うようにしてもよい。
【００５１】
このように、本実施の形態では、受信側での実際のビットエラーレートをモニタしながら、制御回路５がビットエラーレートを最小にするようにドライバ駆動振幅をフィードバック制御するため、高い光通信性能が得られ、また温度・経年劣化に対する各チャネルの変調度変動を吸収でき、初期光性能を長期間維持できる。同時に、実施の形態２と同様に、ドライバの駆動振幅もピーク検波回路７，８でモニタしているため、ビットエラー発生時の故障特定が容易である。
【００５２】
実施の形態４．
図１０は、本発明にかかる光送信機の実施の形態４の機能構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、光源１と、制御回路５と、モニタＰＤ６と、差動駆動型ＩＱ変調器１１と、差動出力Ｉｃｈ用ドライバ１２と、差動出力Ｑｃｈ用ドライバ１３と、で構成される。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態では、実施の形態１のＩ／Ｑ変調器２を差動駆動型ＩＱ変調器１１に代え、実施の形態１のＩｃｈ用ドライバ３，Ｑｃｈ用ドライバ４をそれぞれ差動出力Ｉｃｈ用ドライバ１２，差動出力Ｑｃｈ用ドライバ１３に代える。本実施の形態では、差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１の駆動が差動駆動型の動作となり、Ｉｃｈ用ドライバ３，Ｑｃｈ用ドライバ４は差動駆動信号（差動駆動電圧）をＩ／Ｑ変調器１１へ印加するが、変調度の調整手順については実施の形態１と同様である。本実施の形態では、差動駆動電圧の駆動振幅を実施の形態１と同様に調整する。
【００５４】
なお、本実施の形態の光送信機に、実施の形態２と同様に、ピーク検波回路７およびピーク検波回路８を追加し、実施の形態２と同様に初期調整以降でも、変調度の調整を実施してもよい。また、さらに、実施の形態３と同様に受信側からＢＥＲ情報を取得して、実施の形態３と同様にビットエラーを最小にするような制御を行ってもよい。
【００５５】
このように、本実施の形態では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を用いる場合に実施の形態１と同様の変調度の調整を行なうようにした。そのため、差動駆動型ＩＱ変調器１１を用いる場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態５．
図１１は、本発明にかかる光送信機の実施の形態５の機能構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、光源１と、制御回路５と、モニタＰＤ６と、差動駆動型ＩＱ変調器１１と、Ｉｃｈ正相用ドライバ１４と、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５と、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６と、Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７と、で構成される。実施の形態４と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
実施の形態４では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を差動出力Ｉｃｈ用ドライバ１２および差動出力Ｑｃｈ用ドライバ１３を用いて駆動したが、本実施の形態ではＩｃｈ正相用ドライバ１４と、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５と、により差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１のＩｃｈ用電極へ差動駆動電電圧を印加し、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６と、Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７と、により差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１のＱｃｈ用電極へ差動駆動電電圧を生成する。これ以外の本実施の形態の動作は、実施の形態４と同様である。
【００５８】
このように、本実施の形態では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合に、実施の形態１と同様に変調度の調整を行なうようにした。そのため、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合にも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
実施の形態６．
図１２は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態６の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、光源１と、制御回路５と、モニタＰＤ６と、差動駆動型ＩＱ変調器１１と、Ｉｃｈ正相用ドライバ１４と、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５と、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６と、Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７と、Ｉｃｈ正相用ピーク検出回路１８と、Ｉｃｈ逆相用ピーク検出回路１９と、Ｑｃｈ正相用ピーク検出回路２０と、Ｑｃｈ逆相用ピーク検出回路２１と、で構成される。光源１，制御回路５，モニタＰＤ６，差動駆動型ＩＱ変調器１１，Ｉｃｈ正相用ドライバ１４，Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５，Ｑｃｈ正相用ドライバ１６，Ｑｃｈ逆相用ドライバ１７は、実施の形態５の光送信機と同様である。また、受信信号復調部９および受信信号識別部１０は、実施の形態３と同様である。実施の形態５または実施の形態３と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態５または実施の形態３と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
Ｉｃｈ正相用ピーク検出回路１８はＩｃｈ正相用ドライバ１４の駆動振幅を検出し、Ｉｃｈ逆相用ピーク検出回路１９はＩｃｈ逆相用ドライバ１５の駆動振幅を検出し、Ｑｃｈ正相用ピーク検出回路２０はＱｃｈ正相用ドライバ１６との駆動振幅を検出し、Ｑｃｈ逆相用ピーク検出回路２１はＱｃｈ逆相用ドライバ１７駆動振幅を検出する。制御回路５は、実施の形態３と同様に、各ピーク検出回路が検出した駆動振幅を初期調整時のリファレンスと一致するよう調整するとともに、受信側から取得したＢＥＲ情報に基づいてビットエラーを最小にするよう、駆動振幅を制御する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態５および実施の形態３と同様である。
【００６１】
なお、本実施の形態では、各ピーク検出回路による駆動振幅の検出と、受信側から取得したＢＥＲ情報に基づいてビットエラーを最小にするような制御の両方を行うようにしたが、いずれか片方のみを行なうようにしてもよい。
【００６２】
このように、本実施の形態では、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合に、実施の形態３と同様に、受信側から取得したＢＥＲ情報に基づいてビットエラーを最小にするよう、駆動振幅を制御するようにした。そのため、差動駆動型ＩＱ変調器１１を４つの単相出力ドライバで駆動する場合にも実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
実施の形態７．
図１３は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態７の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、実施の形態６の光送信機に、ＤＡＣ（Digital−Analog−Convertor）２２を追加する以外は、実施の形態６の光送信機と同様である。実施の形態６と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態６と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態では、ＤＡＣ２２が、マルチビットのデジタル信号をアナログ信号に変換してＩｃｈ正相用ドライバ１４、Ｉｃｈ逆相用ドライバ１５、Ｑｃｈ正相用ドライバ１６およびＱｃｈ逆相用ドライバ１７の各ドライバにマルチビットに対応するアナログ信号を入力する。これにより、各ドライバは、入力された信号に基づいてマルチビットに対応した変調信号に基づく駆動電圧を差動駆動型ＩＱ変調器１１へ入力することになり、差動駆動型ＩＱ変調器１１は、マルチビットに対応するマルチレベルの光信号を出力する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態６と同様である。
【００６５】
なお、本実施の形態では、実施の形態６の光送信機にＤＡＣを追加したが、これに限らず、実施の形態１〜実施の形態５の光送信機にＤＡＣを追加して、マルチビットの信号に対応するようにしてもよい。
【００６６】
このように、本実施の形態では、マルチビットの信号に対応するようにした。そのため、実施の形態６と同様の効果が得られるとともに、ＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化といったマルチレベル変調を行なう場合に適した構成となる。
【００６７】
実施の形態８．
図１４は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。本実施の形態の光送信機は、実施の形態７の光送信機に、試験パタン生成器２３を追加する以外は、実施の形態７の光送信機と同様である。実施の形態７と同一の機能を有する構成要素は、実施の形態７と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態では、制御回路５と各ドライバ間の接続系統はそれぞれ２本である。これら２本のうち１つはドライバ駆動振幅調整用であり、他方はドライバ出力断制御用である。本実施の形態では、制御回路５は、ドライバ駆動振幅調整用の接続端子を用いて実施の形態７と同様に各ドライバの駆動振幅の制御を行う。また、本実施の形態では、制御回路５は、各ドライバからの差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１への駆動電圧の入力を停止と再開を、ドライバ出力断制御用の接続端子を用いて制御する。
【００６９】
本実施の形態では、初期調整時だけでなく、通常運用時にも必要に応じて、試験パタンを用いた初期調整と同様の調整を行なうことができるよう、制御回路５は、各ドライバへの入力パタンとして、試験パタン生成器２３からの入力と実際に送信する使用パタンとのいずれかを選択して使用する。制御回路５は、初期調整と同様の調整を行なう場合には、試験パタン生成器２３から出力される試験パタンを各ドライバに入力するよう制御する。
【００７０】
また、初期調整と同様の調整を実施する場合には、調整対象以外のチャネルを消光する必要があるが、この際には、ドライバ出力断制御用の接続端子を用いて各チャネルの消光を制御する。
【００７１】
なお、本実施の形態では、実施の形態７の光送信機に試験パタン生成器２３を追加して、初期調整時以外でも試験パタンを用いた調整を可能としたが、実施の形態１〜実施の形態６の光送信機に試験パタン生成器２３を追加して、初期調整時以外でも試験パタンを用いた調整を行なうようにしてもよい。
【００７２】
このように、本実施の形態では、制御回路５が、差動駆動型Ｉ／Ｑ変調器１１へ入力する変調信号のパタンとして、試験パタンと通常送信する使用パタンとを切り替えて用いる構成とし、初期調整時以外にも、試験パタンを用いた駆動振幅の調整を可能とした。そのため、実施の形態７と同様の効果が得られるとともに、光送信機単体での試験調整を実現でき、初期調整だけでなく、実稼動後の検証も容易にメンテナンスを行なうことができる。
【００７３】
実施の形態９．
図１５は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態９の構成例を示す図である。図１５に示すように、本実施の形態の光通信システムは、実施の形態８の光送信機と同様の光送信機２４と、光合波器２５、光増幅器２６と、光分波器２７と、光受信機２８と、で構成される。また、光通信システムは、光送信機２４および光受信機２８を、それぞれ１以上の任意の数備える。また、光合波器２５、光増幅器２６および光分波器２７についても、それぞれいくつ備えてもよい。
【００７４】
本実施の形態の光送信機２４の動作は、実施の形態８の光送信機の動作と同様である。本実施の形態の光送信機２４から送信された光信号は、光合波器２５により他の光送信機から送信された光信号と合波される。そして、光増幅器２６が、この合波信号を増幅し、光分波器２７は、増幅され伝送された合波信号を分波して、分波信号を対応する光受信機２８へ出力する。
【００７５】
本実施の形態の光受信機２８は、実施の形態８と同様の受信信号復調部９および受信信号識別部１０を備え、本実施の形態の光送信機２４から送信された光信号を光分波器２７経由で受信する。また、光受信機２８から光送信機２４へＢＥＲ情報が送信される。
【００７６】
なお、光送信機２４として、実施の形態１〜実施の形態７の光送信機を用いてもよい。なお、実施の形態３、実施の形態６および実施の形態７の光送信機を用いる場合は、光受信機２４は、実施の形態３で説明した受信信号復調部９および受信信号識別部１０を備えることとする。
【００７７】
このように、本実施の形態では、実施の形態８の光送信機を用いて、光通信システムを構成した。そのため、実施の形態８と同様の効果が得られ、ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，予等化などを用いた高速光伝送を安定して行なうことができる光通信システムを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる光送信機は、２並列マッハツェンダー型変調器を用いる光送信機に有用であり、特に、マルチレベル変調を行なう光送信機に適している。
【符号の説明】
【００７９】
１ 光源
２ Ｉ／Ｑ変調器
３ Ｉｃｈ用ドライバ
４ Ｑｃｈ用ドライバ
５ 制御回路
６ モニタＰＤ
７ Ｉｃｈ用ピーク検波回路
８ Ｑｃｈ用ピーク検波回路
９ 受信信号復調部
１０ 受信信号識別部
１１ 差動駆動型ＩＱ変調器
１２ 差動出力Ｉｃｈ用ドライバ
１３ 差動出力Ｑｃｈ用ドライバ
１４ Ｉｃｈ正相用ドライバ
１５ Ｉｃｈ逆相用ドライバ
１６ Ｑｃｈ正相用ドライバ
１７ Ｑｃｈ逆相用ドライバ
１８ Ｉｃｈ正相用ピーク検出回路
１９ Ｉｃｈ逆相用ピーク検出回路
２０ Ｑｃｈ正相用ピーク検出回路
２１ Ｑｃｈ逆相用ピーク検出回路
２２ ＤＡＣ
２３ 試験パタン生成器
２４ 光送信機
２５ 光合波器
２６ 光増幅器
２７ 光分波器
２８ 光受信機
Ｐ 曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出力される光をＩチャネル用に変調した光信号と、前記光源から出力される光をＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩＱ変調器と、
前記ＩＱ変調器にＩチャネル用の光信号を変調するためのＩチャネル駆動信号を供給するＩチャネル用ドライバと、
前記ＩＱ変調器にＱチャネル用の光信号を変調するためのＱチャネル駆動信号を供給するＱチャネル用ドライバと、
前記ＩＱ変調器から出力される光信号の光強度を検出する光検出部と、
前記光強度に基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御回路と、
を備えることを特徴とする光送信機。
【請求項２】
前記制御回路は、前記光強度に基づいて、チャネルごとに前記光強度が入力に対して非線形とならない最大の駆動振幅を最適駆動振幅として求め、前記最適駆動振幅がチャネルごとに異なる場合には、一方のチャネルの最適駆動振幅を他方の最適駆動振幅と同一の値とし、Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とがそれぞれ最適駆動振幅となるよう調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記制御回路は、一方のチャネルの光信号を消光させた状態で、他方のチャネルの駆動信号に所定の周波数の低周波信号成分を重畳し、前記他方のチャネルの駆動信号の振幅を変化させ、前記光信号に前記所定の周波数の２倍の周波数成分が検出される最大の振幅を求め、求めた振幅を前記他方のチャネルの前記最適駆動振幅とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記制御回路は、一方のチャネルの光信号を消光させた状態で、他方のチャネルの駆動信号に所定の周波数の低周波信号成分を重畳し、前記他方のチャネルの駆動信号の振幅を所定の値に固定し、前記他方のチャネルの駆動信号に与えるバイアス値を変化させ、前記光信号に前記所定の周波数の２倍の周波数成分が検出される前記バイアス値を求め、前記バイアス値に基づいて前記他方のチャネルの前記最適駆動振幅を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項５】
前記Ｉチャネル駆動信号の振幅、前記Ｑチャネル駆動信号のうち１つ以上の信号の振幅を検出するピーク検出回路、
をさらに備え、
前記ピーク検出回路が検出した振幅が前記最適駆動振幅に一致するよう制御する、
ことを特徴とする請求項２、３または４に記載の光送信機。
【請求項６】
前記制御回路は、前記光信号を受信した受信機から、前記受信機が算出した前記光信号のビットエラーレートを取得し、前記ビットエラーレートに基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項７】
前記Ｉ／Ｑ変調器を、差動駆動型とし、
前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバを、差動ドライバとする、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項８】
前記Ｉ／Ｑ変調器を、差動駆動型とし、
前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバは、
正相ドライバと、
逆相ドライバと、
を備える、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項９】
マルチビット信号を生成するディジタルアナログ変換器、
をさらに備え、
前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバは、前記ディジタルアナログ変換器が生成したマルチビット信号に基づいて前記駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項１０】
所定の試験パタンを生成する試験パタン生成器、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記試験パタンと、送信系列パタンと、を切り替えて前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバに入力することとし、前記試験パタンを前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバに入力した場合に前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光送信機と、
前記光送信機から送信された光信号を受信する光受信機と、
を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の２以上の光送信機と、
２以上の前記光送信機から送信された光信号を合波して合波信号とする光合波器と、
前記合波信号を分波して分波信号とする光分波器と、
前記分波信号を受信する光受信機と、
を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１３】
光源から出力される光をＩチャネル用に変調した光信号と、前記光源から出力される光をＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩＱ変調ステップと、
前記ＩＱ変調ステップでＩチャネル用の光信号を変調するためのＩチャネル駆動信号を供給するＩチャネル用駆動信号供給ステップと、
前記ＩＱ変調ステップでＱチャネル用の光信号を変調するためのＱチャネル駆動信号を供給するＱチャネル用駆動信号供給ステップと、
前記ＩＱ変調ステップで出力される光信号の光強度を検出する光検出ステップと、
前記光強度に基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御ステップと、
を含むことを特徴とする変調方法。
【請求項１】
光源と、
前記光源から出力される光をＩチャネル用に変調した光信号と、前記光源から出力される光をＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩＱ変調器と、
前記ＩＱ変調器にＩチャネル用の光信号を変調するためのＩチャネル駆動信号を供給するＩチャネル用ドライバと、
前記ＩＱ変調器にＱチャネル用の光信号を変調するためのＱチャネル駆動信号を供給するＱチャネル用ドライバと、
前記ＩＱ変調器から出力される光信号の光強度を検出する光検出部と、
前記光強度に基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御回路と、
を備えることを特徴とする光送信機。
【請求項２】
前記制御回路は、前記光強度に基づいて、チャネルごとに前記光強度が入力に対して非線形とならない最大の駆動振幅を最適駆動振幅として求め、前記最適駆動振幅がチャネルごとに異なる場合には、一方のチャネルの最適駆動振幅を他方の最適駆動振幅と同一の値とし、Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とがそれぞれ最適駆動振幅となるよう調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記制御回路は、一方のチャネルの光信号を消光させた状態で、他方のチャネルの駆動信号に所定の周波数の低周波信号成分を重畳し、前記他方のチャネルの駆動信号の振幅を変化させ、前記光信号に前記所定の周波数の２倍の周波数成分が検出される最大の振幅を求め、求めた振幅を前記他方のチャネルの前記最適駆動振幅とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記制御回路は、一方のチャネルの光信号を消光させた状態で、他方のチャネルの駆動信号に所定の周波数の低周波信号成分を重畳し、前記他方のチャネルの駆動信号の振幅を所定の値に固定し、前記他方のチャネルの駆動信号に与えるバイアス値を変化させ、前記光信号に前記所定の周波数の２倍の周波数成分が検出される前記バイアス値を求め、前記バイアス値に基づいて前記他方のチャネルの前記最適駆動振幅を求める、
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項５】
前記Ｉチャネル駆動信号の振幅、前記Ｑチャネル駆動信号のうち１つ以上の信号の振幅を検出するピーク検出回路、
をさらに備え、
前記ピーク検出回路が検出した振幅が前記最適駆動振幅に一致するよう制御する、
ことを特徴とする請求項２、３または４に記載の光送信機。
【請求項６】
前記制御回路は、前記光信号を受信した受信機から、前記受信機が算出した前記光信号のビットエラーレートを取得し、前記ビットエラーレートに基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項７】
前記Ｉ／Ｑ変調器を、差動駆動型とし、
前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバを、差動ドライバとする、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項８】
前記Ｉ／Ｑ変調器を、差動駆動型とし、
前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバは、
正相ドライバと、
逆相ドライバと、
を備える、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項９】
マルチビット信号を生成するディジタルアナログ変換器、
をさらに備え、
前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバは、前記ディジタルアナログ変換器が生成したマルチビット信号に基づいて前記駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項１０】
所定の試験パタンを生成する試験パタン生成器、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記試験パタンと、送信系列パタンと、を切り替えて前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバに入力することとし、前記試験パタンを前記Ｉチャネル用ドライバおよび前記Ｑチャネル用ドライバに入力した場合に前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光送信機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光送信機と、
前記光送信機から送信された光信号を受信する光受信機と、
を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の２以上の光送信機と、
２以上の前記光送信機から送信された光信号を合波して合波信号とする光合波器と、
前記合波信号を分波して分波信号とする光分波器と、
前記分波信号を受信する光受信機と、
を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１３】
光源から出力される光をＩチャネル用に変調した光信号と、前記光源から出力される光をＱチャネル用に変調した光信号と、を生成するＩＱ変調ステップと、
前記ＩＱ変調ステップでＩチャネル用の光信号を変調するためのＩチャネル駆動信号を供給するＩチャネル用駆動信号供給ステップと、
前記ＩＱ変調ステップでＱチャネル用の光信号を変調するためのＱチャネル駆動信号を供給するＱチャネル用駆動信号供給ステップと、
前記ＩＱ変調ステップで出力される光信号の光強度を検出する光検出ステップと、
前記光強度に基づいて、前記Ｉチャネル駆動信号の振幅と前記Ｑチャネル駆動信号の振幅とをそれぞれ調整する制御ステップと、
を含むことを特徴とする変調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２３２５５３（Ｐ２０１１−２３２５５３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２９６７（Ｐ２０１０−１０２９６７）
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１７日（２０１１．１１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２８日（２０１０．４．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]