JP4980319B2 - Optical transmitter - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバでRF(無線周波数)変調信号を伝送するための光送信器に関する。 The present invention relates to an optical transmitter for transmitting an RF (radio frequency) modulated signal through an optical fiber.
図1は、従来の光送信器の第1の構成例を示す。
図において、本構成の光送信器は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 等のベースバンド多重信号でRF搬送波を変調したRF変調信号により光変調器を駆動し、光キャリア(CW光)を変調するSCM(サブキャリア変調)方式を実現するものである。すなわち、乗算器11はベースバンド多重信号とRF搬送波を乗算し、フィルタ12は乗算器11から出力されるRF変調信号の片側帯波を切り出し、増幅器13はRF変調信号の片側帯波を増幅してLN変調器14に入力し、LN変調器14は光キャリア(CW光)をRF変調信号で光強度変調して変調光を出力する。なお、LN変調器14は、電気光学効果をもつニオブ酸リチウム(LN:LiNbO3) の結晶を用いた光変調器である。
FIG. 1 shows a first configuration example of a conventional optical transmitter.
In the figure, the optical transmitter of this configuration drives the optical modulator with an RF modulation signal obtained by modulating an RF carrier with a baseband multiplexed signal such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) and modulates the optical carrier (CW light). An SCM (subcarrier modulation) system is realized. That is, the
LN変調器14の変調特性は、入力電圧に対して光出力が正弦波的に変化するため、変調光には図1の変調光スペクトルに示すようにRF変調信号の3次歪み成分が現れる。このため、LN変調器14の変調特性の線形部分を利用して3次歪み成分を低減するように、RF変調信号の電圧が調整される。しかし、LN変調器14の変調特性の線形部分は狭いため、光キャリア成分に対するRF変調成分が小さくなり、CNRまたはSNRを大きく設定することが困難であった。
The modulation characteristic of the
図2は、従来の光送信器の第2の構成例を示す。
図において、本構成の光送信器は、レーザダイオード(LD)15の直接変調を用いて、RF変調信号を光キャリアに重畳する構成である。RF変調信号は、図1と同様の乗算器11、フィルタ12、増幅器13を用いて生成され、バイアスT16でバイアス電圧を付加してLD15を駆動する。LD15のI−L特性(注入電流対光出力特性)は、概ね直線性を有しているが、LDの閾値以下のRF変調電流に対しては歪み(クリッピングノイズ)を生じることになる(非特許文献1)。
FIG. 2 shows a second configuration example of a conventional optical transmitter.
In the figure, the optical transmitter of this configuration is configured to superimpose an RF modulation signal on an optical carrier using direct modulation of a laser diode (LD) 15. The RF modulation signal is generated using a
図3は、従来の光送信器の第3の構成例を示す。
図において、本構成の光送信器は、図2の構成においてクリッピングノイズを低減するために、フィルタ12と増幅器13との間にFM−AM一括変調器17を配置し、時間的に変化するRF変調信号(AM信号)をFM信号に変換する。このFM−AM一括変調方式により、振幅変化を周波数変化に置き換え、閾値以下のRF変調電流変化が生じないようにしている(非特許文献2)。受信器では、FM復調器により、もとのRF変調信号に変換する。
In the figure, the optical transmitter of this configuration has an FM-
RF変調信号を光キャリアに重畳するSCM方式を実現する上で、従来技術の構成では3次歪みやクリッピングノイズの問題があった。すなわち、3次歪みにより良好なCNRまたはSNRを得ることが困難であった。また、クリッピングノイズの問題はFM−AM一括変調方式が考案されているが、広帯域なRF変調信号に対応するFM−AM一括変調器を実現することが困難であった。 In realizing the SCM method in which the RF modulation signal is superimposed on the optical carrier, the configuration of the prior art has problems of third-order distortion and clipping noise. That is, it is difficult to obtain a good CNR or SNR due to third-order distortion. Further, although the FM-AM batch modulation system has been devised as a problem of clipping noise, it has been difficult to realize an FM-AM batch modulator corresponding to a broadband RF modulation signal.
本発明は、SCM方式における3次歪みによるCNRまたはSNRの劣化を回避し、FM−AM一括変調方式を用いずにクリッピングノイズを低減することができる光送信器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical transmitter capable of avoiding CNR or SNR degradation due to third-order distortion in the SCM scheme and reducing clipping noise without using the FM-AM batch modulation scheme.
第1の発明の光送信器は、ベースバンド多重信号とRF搬送波を乗算し、RF変調信号を出力する乗算器と、入力電圧対出力電圧が対数特性を有し、RF変調信号を入力し、対数的に変換したRF変調信号を出力する対数増幅器と、対数的に変換されたRF変調信号で光キャリアを変調し、乗算器から出力されるRF変調信号の振幅に比例した光強度変化を示す変調光を出力する電界吸収型変調器とを備える。 An optical transmitter according to a first aspect of the present invention is a multiplier that multiplies a baseband multiplexed signal and an RF carrier and outputs an RF modulated signal; an input voltage versus an output voltage has logarithmic characteristics; A logarithmic amplifier that outputs a logarithmically converted RF modulation signal and an optical carrier modulated with the logarithmically converted RF modulation signal, and showing a change in light intensity proportional to the amplitude of the RF modulation signal output from the multiplier An electroabsorption modulator that outputs modulated light.
第2の発明の光送信器は、入力電圧対出力電圧が対数特性を有し、ベースバンド多重信号を入力し、対数的に変換されたベースバンド多重信号を出力する第1の対数増幅器と、入力電圧対出力電圧が対数特性を有し、RF搬送波を入力し、対数的に変換されたRF搬送波を出力する第2の対数増幅器と、対数的に変換されたベースバンド多重信号と対数的に変換されたRF搬送波を加算し、対数的に変換されたRF変調信号を出力する加算器と、加算器から出力される対数的に変換されたRF変調信号で光キャリアを変調し、対数的に変換する前のRF変調信号の振幅に比例した光強度変化を示す変調光を出力する電界吸収型変調器とを備える。 The optical transmitter of the second invention has a first logarithmic amplifier that has a logarithmic characteristic of input voltage to output voltage, inputs a baseband multiplexed signal, and outputs a logarithmically converted baseband multiplexed signal; A second logarithmic amplifier having a logarithmic characteristic of input voltage vs. output voltage, receiving an RF carrier and outputting a logarithmically transformed RF carrier; and logarithmically transformed baseband multiplexed signal logarithmically An adder that adds the converted RF carrier wave and outputs a logarithmically converted RF modulated signal; and an optical carrier that is logarithmically modulated by the logarithmically converted RF modulated signal output from the adder; An electroabsorption modulator that outputs modulated light indicating a change in light intensity proportional to the amplitude of the RF modulated signal before conversion.
本発明の光送信器は、光変調器を駆動するRF変調信号を増幅する増幅器として入力電圧対出力電圧が対数特性を有する対数増幅器を用い、電界吸収型変調器の変調特性の非線形性を補正することにより、変調光はRF変調信号の振幅電圧に比例して変化することになり、3次歪みを低減することができる。これにより、変調光の3次歪みによるCSRやSNRの劣化を改善することができる。 The optical transmitter of the present invention uses a logarithmic amplifier having a logarithmic characteristic of input voltage versus output voltage as an amplifier that amplifies an RF modulation signal that drives the optical modulator, and corrects the nonlinearity of the modulation characteristic of the electroabsorption modulator. As a result, the modulated light changes in proportion to the amplitude voltage of the RF modulation signal, and third-order distortion can be reduced. Thereby, degradation of CSR and SNR due to third-order distortion of modulated light can be improved.
(第1の実施形態)
図4は、本発明の光送信器の第1の実施形態を示す。
図において、乗算器11はベースバンド多重信号とRF搬送波を乗算し、フィルタ12は乗算器11から出力されるRF変調信号の片側帯波およびRF搬送波成分を切り出し、本発明の特徴とする対数増幅器21に入力する。対数増幅器21は、入力電圧対出力電圧が対数特性を有し、RF変調信号の片側帯波を増幅して電界吸収型(EA:Electro-Absorption)変調器22に入力し、EA変調器22は光キャリア(CW光)をRF変調信号で光強度変調して変調光を出力する。なお、フィルタ12は省いてもよい。
(First embodiment)
FIG. 4 shows a first embodiment of the optical transmitter of the present invention.
In the figure, a
本実施形態の光送信器は、RF変調信号を対数増幅器21で増幅することにより、RF変調信号の振幅電圧Vinを対数的に変換し、その出力電圧Vは、
V=A・logVin
となる。ここで、Aは定数(対数アンプゲイン)である。
The optical transmitter of this embodiment amplifies the RF modulation signal by the logarithmic amplifier 21 to logarithmically convert the amplitude voltage Vin of the RF modulation signal, and the output voltage V is
V = A ・ logVin
It becomes. Here, A is a constant (logarithmic amplifier gain).
EA変調器22の変調特性は、RF変調信号の入力電圧V、変調光出力Popt としたときに
Popt =P0 exp[−(V/V0)]
となる。ここで、P0 、V0 は定数である。EA変調器22の入力電圧Vは、対数増幅器21でRF変調信号の振幅電圧Vinを対数的に変換したものであるので、Aを調整することで得られる変調光出力Popt はRF変調信号の振幅電圧Vinに比例して変化することになり、3次歪みを低減することができる。
The modulation characteristic of the
It becomes. Here, P 0 and V 0 are constants. Since the input voltage V of the
なお、対数増幅器は、一般に演算増幅器(オペアンプ)のフィードバック素子として非線形性をもつバイポーラトランジスタを用い、入出力電圧間に対数の関係をもたせたものである。その用途には、RF信号の強度を対数変換し、平滑化したエンベロープを出力するものがあり、パワーメータやスペクトルアナライザの表示回路に利用されている。本発明の光送信器で用いる対数増幅器21は、出力がエンベロープにならないくらい従来の対数増幅器を高速化したものを用いる必要がある。そのためには、例えばSi 系CMOSなどで設計される演算増幅器をIn Pなどの化合物半導体で実現するなど、高速回路設計技術を用いて実現することができる。 A logarithmic amplifier generally uses a bipolar transistor having nonlinearity as a feedback element of an operational amplifier (op amp), and has a logarithmic relationship between input and output voltages. One of its uses is to logarithmically transform the intensity of an RF signal and output a smoothed envelope, which is used for a display circuit of a power meter or a spectrum analyzer. As the logarithmic amplifier 21 used in the optical transmitter of the present invention, it is necessary to use a logarithmic amplifier having a conventional logarithmic amplifier speeded up so that the output does not become an envelope. For that purpose, it can be realized by using a high-speed circuit design technique, for example, an operational amplifier designed with Si-based CMOS or the like is realized with a compound semiconductor such as InP.
(第2の実施形態)
図5は、本発明の光送信器の第2の実施形態を示す。
本実施形態の光送信器では、ベースバンド多重信号およびRF搬送波をそれぞれ対数増幅器23,24で増幅し、それぞれ対数的に変換されたベースバンド多重信号およびRF搬送波を生成する。加算器25はこの対数的に変換されたベースバンド多重信号とRF搬送波を加算してRF変調信号を生成し、フィルタ12でそのRF変調信号の片側帯波およびRF搬送波成分を切り出すことにより、第1の実施形態の乗算器11、フィルタ12および対数増幅器21を介して出力される対数的に変換されたRF変調信号と同等のものを生成してEA変調器22に入力する。なお、フィルタ12は省いてもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment of the optical transmitter of the present invention.
In the optical transmitter of this embodiment, the baseband multiplexed signal and the RF carrier are amplified by logarithmic amplifiers 23 and 24, respectively, and the baseband multiplexed signal and the RF carrier that are logarithmically converted are generated. The
対数的に変換されたRF変調信号とEA変調器22の変調特性の関係は第1の実施形態と同様であり、RF変調信号の振幅電圧Vinに比例して変化する3次歪みの小さい変調光を出力することができる。
The relationship between the logarithmically converted RF modulation signal and the modulation characteristic of the
なお、第1の実施形態はベースバンド多重信号とRF搬送波を乗算したものを対数変換しており、本実施形態は対数変換したベースバンド多重信号とRF搬送波を加算しており、ベースバンド多重信号をB、RF搬送波をRとすると、両者は
log(B×R)= logB+logR
の関係により等価である。
The first embodiment performs logarithmic conversion of a product of a baseband multiplexed signal and an RF carrier. In the present embodiment, the baseband multiplexed signal and the RF carrier that have been logarithmically converted are added, and the baseband multiplexed signal is added. Is B and RF carrier is R,
log (B × R) = logB + logR
It is equivalent due to the relationship.
(第3の実施形態)
図6は、本発明の光送信器の第3の実施形態を示す。
本実施形態の光送信器は、周波数が互いに異なる複数のRF搬送波にベースバンド信号が重畳された複数のRF変調信号1〜Nがあり、それらを加算器26で加算して多重RF変調信号を生成し、さらに対数増幅器27を介して対数的に変換された多重RF変調信号を生成してEA変調器22に入力する。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a third embodiment of the optical transmitter of the present invention.
The optical transmitter of this embodiment has a plurality of RF modulation signals 1 to N in which baseband signals are superimposed on a plurality of RF carriers having different frequencies, and adds them by an
対数的に変換された多重RF変調信号とEA変調器22の変調特性の関係は第1の実施形態と同様であり、対数的に変換する前の多重RF変調信号の振幅電圧に比例して変化する3次歪みの小さい変調光を出力することができる。
The relationship between the logarithmically converted multiplex RF modulation signal and the modulation characteristic of the
(第4の実施形態)
図7は、本発明の光送信器の第4の実施形態を示す。
本実施形態の光送信器は、周波数が互いに異なる複数のRF搬送波にベースバンド信号が重畳された複数のRF変調信号1〜Nがあり、それぞれ対数増幅器28−1〜28−Nを介して対数的に変換されたRF変調信号を生成し、それらを加算器26で加算して多重RF変調信号を生成してEA変調器22に入力する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the optical transmitter of the present invention.
The optical transmitter according to the present embodiment includes a plurality of RF modulation signals 1 to N in which baseband signals are superimposed on a plurality of RF carriers having different frequencies, and logarithms via logarithmic amplifiers 28-1 to 28 -N, respectively. The modulated RF modulation signals are generated and added by an
対数的に変換された多重RF変調信号とEA変調器22の変調特性の関係は第1の実施形態と同様であり、対数的に変換する前の多重RF変調信号の振幅電圧に比例して変化する3次歪みの小さい変調光を出力することができる。
The relationship between the logarithmically converted multiplex RF modulation signal and the modulation characteristic of the
なお、本実施形態の対数増幅器28は、第3の実施形態の対数増幅器27に比べて狭帯域のものでよい。
Note that the
11 乗算器
12 フィルタ
13 増幅器
14 LN変調器
15 レーザダイオード(LD)
16 バイアスT
17 FM−AM一括変調器
21,23,24,27,28 対数増幅器
22 電界吸収型(EA)変調器
25,26 加算器
11
16 Bias T
17 FM-AM
Claims (2)
入力電圧対出力電圧が対数特性を有し、前記RF変調信号を入力し、対数的に変換したRF変調信号を出力する対数増幅器と、
前記対数的に変換されたRF変調信号で光キャリアを変調し、前記乗算器から出力される前記RF変調信号の振幅に比例した光強度変化を示す変調光を出力する電界吸収型変調器と
を備えたことを特徴とする光送信器。 A multiplier that multiplies the baseband multiplexed signal and the RF carrier, and outputs an RF modulated signal;
A logarithmic amplifier in which an input voltage versus an output voltage has logarithmic characteristics, inputs the RF modulation signal, and outputs a logarithmically converted RF modulation signal;
An electroabsorption modulator that modulates an optical carrier with the logarithmically converted RF modulation signal, and outputs modulated light indicating a change in light intensity proportional to the amplitude of the RF modulation signal output from the multiplier; An optical transmitter comprising:
入力電圧対出力電圧が対数特性を有し、RF搬送波を入力し、対数的に変換されたRF搬送波を出力する第2の対数増幅器と、
前記対数的に変換されたベースバンド多重信号と前記対数的に変換されたRF搬送波を加算し、対数的に変換されたRF変調信号を出力する加算器と、
前記加算器から出力される前記対数的に変換されたRF変調信号で光キャリアを変調し、対数的に変換する前のRF変調信号の振幅に比例した光強度変化を示す変調光を出力する電界吸収型変調器と
を備えたことを特徴とする光送信器。 A first logarithmic amplifier that has a logarithmic characteristic of input voltage versus output voltage, inputs a baseband multiplexed signal, and outputs a logarithmically converted baseband multiplexed signal;
A second logarithmic amplifier, wherein the input voltage vs. output voltage has a logarithmic characteristic, inputs an RF carrier, and outputs a logarithmically transformed RF carrier;
An adder that adds the logarithmically converted baseband multiplexed signal and the logarithmically converted RF carrier, and outputs a logarithmically converted RF modulated signal;
An electric field that modulates an optical carrier with the logarithmically converted RF modulation signal output from the adder, and outputs modulated light indicating a light intensity change proportional to the amplitude of the RF modulation signal before logarithmically conversion. An optical transmitter comprising: an absorption modulator.
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