DE60318358T2

DE60318358T2 - Vorrichtung und Verfahren zur optischen Wellenlängenmultiplexübertragung

Info

Publication number: DE60318358T2
Application number: DE60318358T
Authority: DE
Inventors: Takafumi Kawasaki-shi Terahara; Kentaro Kawasaki-shi Nakamura
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: US7796887B2; CN1469579A; EP1376919A2; EP1376919A3; US20040062550A1; EP1376919B1; JP4540289B2; JP2004040253A; CN1822528A; CN1269329C; DE60318358D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem (WDM als Abkürzung im Englischen für: wavelength division multiplexing) und ein optisches WDM-Verfahren zum Multiplexen einer Vielzahl von Signallichtern mit unterschiedlichen Wellenlängen und zum Übertragen dieser in eine identische optische Faser, um eine Kommunikation mit einer großen Kapazität zu realisieren. Im Genaueren betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zum Multiplexen von jedem Signallicht bei einer hohen Dichte für Übertragung.
(2) Beschreibung der verwandten Technik
Um die Übertragungskapazität eines optischen WDM-Übertragungssystems zu erhöhen, ist es notwendig, den Frequenzabstand (Wellenlängenabstand) so eng wie möglich zu reduzieren, und viele Wellenlängen bei einer hohen Dichte zu multiplexen. Jedoch weist das Spektrum von Signallicht eine Breite auf, die von der Bitrate des Signallichts abhängt, und die Spektrumsbreite begrenzt den Frequenzabstand.
Die oben erwähnte Breite des Signallichtspektrums hängt nicht lediglich von der Bitrate sondern auch von einem Modulations- und Demodulationssystem ab. Beispielsweise sind die folgenden Systeme als Modulations- und Demodulationssysteme bekannt, die für das optische WDM-Übertragungssystem verwendet werden.

(1) Intensitätsmodulation-Direktdetektierungs-(IM-DD) System unter Verwendung eines NRZ-Modulationstyps
(2) Intensitätsmodulation-Direktdetektierungs-(IM-DD) System unter Verwendung eines RZ-Modulationstyps
(3) CS-RZ-(Trägerunterdrückte-RZ, englisch: Carrier Supressed-RZ) Modulation-Direktdetektierungssystem (siehe beispielseise "1.2-Tbit/s (30 × 42.7-Gbit/s ETDM Optikkanal) WDM transmission over 376 km with 125-km spacing using forward error correction and carriersupressed RZ format" von Y. Miyamoto, OFC2000 PD26, und dergleichen)
(4) BSIM-DPSK-Modulation-Direktdetektierungssystem (siehe beispielsweise "Supression of degradation induced by SPM/XPM + GVD in WDM transmission using a bitsynchronous intensity modulated DPSK signal" von T. Miyano, OECC2000 14D3-3, und dergleichen)
(5) VSB-Modulation-Direktdetektierungssystem (siehe beispielsweise "Study an 20 Gbit/s WDM transmission by band reduction RZ optical signal using optical filter" von T. Tsuritani, OCS2001-28, und dergleichen) Unter diesen Modulationssystemen ist das System (1) das für aktuelle Produkte am breitesten verwendete. Die Systeme (2) bis (4) weisen jeweils einen Vorteil einer höheren Resistenz für OSNR als das System (1) auf. Da jedoch das Signallicht das breitere Spektrum aufweist, gibt es einen Nachteil aus Sicht von Multiplexen mit hoher Dichte. Ferner weist das System (5) ein schmaleres Signallichtsektrum auf als das System (1), was vorteilhaft aus Sicht von Multiplexen mit hohen Dichten ist, jedoch einen Nachteil darin aufweist, dass ein Aufbau des optischen Senders kompliziert ist. Darüber hinaus wird beispielsweise eine Maßnahme, damit das WDM-Signallicht bei einer hohen Dichte vorliegt, eine Technik, die auf der folgenden Polarisationssteuerung basiert, zusätzlich zu den oben beschriebenen Techniken vorgeschlagen, die sich auf das Modulations- und Demodulationssystem konzentrieren.
(6) Orthogonalpolarisations-Übertragungstechnik (siehe "6.4 Tb/s (160 × 40 Gb/s) WDM Transmission Experiment with 0.8 bit/s/Hz Spectral Efficiency" von T. Ito, ECO2000 PD1.1, und dergleichen)
(7) Polarisationsmultiplex-Übertragungstechnik (siehe beispielsweise "Transmission of 256 wavelength-division and polarization-division-multiplexed channels at 42.7 Gb/s (10.2 Tb/s capacity) over 3 × 100 km of TeraLight^TM fiber" von Y. Frignac, OFC2002 Post Deadline Papers FC5-1, und dergleichen)

Zufälligerweise ist Spektrumseffizienz als ein Index zum Repräsentieren der hohen Dichte von WDM-Signallicht bekannt. Diese Spektrumseffizienz wird definiert durch einen Wert (B/S), der erhalten wird durch Dividieren einer Bitrate B pro Welle durch einen Frequenzabstand S.
Beispielsweise wird in dem Intensitätsmodulation-Direktdetektierungs-(IM-DD) System, das einen normalen NRZ-Modulationstyp verwendet, wie in (1) beschrieben, selbst in dem Fall, wo weder die Orthogonalpolarisationsübertragungstechnik, wie in (6) beschrieben, noch die Polarisationsmultiplex-Übertragungstechnik, wie in (7) beschrieben, verwendet wird, die maximale Spektrumseffizienz von 0.4 Bit/s/Hz erreicht. Um genau zu sein, wird von einem Fall berichtet, in dem Licht mit 10 Gbit/s pro Welle bei einem Abstand von 25 GHz gemultiplext wird (siehe beispielsweise "25 GHz spaced DWDM 160 × 10.66 Gbit/s (1.6 Tbit/s) Unrepeatered Transmission over 380 km" von P. LeRoux, ECOC2001 PDM1.5, und dergleichen), oder ein Fall, wo Signallicht mit 40 Gbit/s pro eine Welle mit einem Abstand von 100 GHz gemultiplext wird (siehe beispielsweise "3.5Tbit/s (43-Gbit" × 88 ch) transmission over 600-km NZDSF with VIPA variable dispersion compensators" von H. Ooi, OFC2002 ThX3, und dergleichen).
Ferner wurde auf einem Forschungsniveau die Spektrumseffizienz von über 0.4 Bit/s/Hz realisiert durch Anwenden von Techniken hinsichtlich Polarisationssteuerung, wie in (6) und (7) beschrieben, auf das VSB-Modulation-Direktdetektierungssystem, wie in (5) beschrieben.
Um jedoch die zuvor erwähnte Orthogonalpolarisations-Übertragungstechnik und Polarisationsmultiplex-Übertragungstechnik zu realisieren, da der Zusammenbau sehr kompliziert wird, wenn sich die Anzahl der Bauteile in einem optischen Sender und einem optischen Empfänger erhöht, gibt es dahingehend ein Problem, dass die Größe und die Kosten vergrößert werden. Daher ist es notwendig, eine Spektrumseffizienz von über 0.4 Bit/s/Hz zu realisieren, ohne Orthogonalpolarisationsübertragung und Polarisationsmultiplexübertragung durchzuführen durch einen Aufbau, der einen kleinen und kostengünstigen optischen Empfänger und optischen Sender verwendet, um ein System mit großer Kapazität zu erreichen.
Ein Hauptproblem beim Erreichen einer Erhöhung der Spektrumseffizienz ist, dass der Q-Wert degradiert wird aufgrund der Nebensignaleffekte zwischen optischen Signalen. Das heißt, selbst wenn die Spektrumseffizienz erhöht werden kann, um die Übertragungskapazität zu erhöhen, wenn als ein Ergebnis der Q-Wert degradiert wird und eine Übertragungsdistanz verkürzt wird, gibt es einen Fall, wo Marktbedürfnisse nicht befriedigt werden können.
Um Systemperformanz von solch einem Blickpunkt aus zu diskutieren, ist es effektiv, nicht lediglich nur die Spektrumseffizienz zu verwenden, sondern beispielsweise auch das Produkt von Übertragungsdistanz und Übertragungskapazität (im Folgenden als Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt bezeichnet) als Performanzindizes, und bei der Systemauslegung ist die Maximierung des oben beschriebenen Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkts eine wichtige Aufgabe. Um das Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt zu maximieren, ist es wichtig, die Q-Wert-Degradation aufgrund von Nebensignaleffekte zwischen optischen Signalen zu unterdrücken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt aufgrund der oben beschriebenen Probleme mit einem Ziel der Bereitstellung eines Übertragungssystems und eines optischen Übertragungsverfahrens, das eine Übertragungsbedingung spezifiziert, die fähig ist, simultan hohe Spektrumseffizienz und ein großes Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt zu erhalten, und verwendet kleine und kostengünstige optische Sender und optische Empfänger, um eine optische Wellenlängenmultiplexübertragung mit hoher Dichte zu erreichen.
Um das oben Beschriebene zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein optisches WDM-Übertragungssystem bereitgestellt, wobei jedes Signallicht mit unterschiedlichen Wellenlängen, das von einer Vielzahl von optischen Sendern ausgegeben wird, durch einen optischen Multiplexer gemultiplext wird, um zu einem optischen Übertragungspfad übertragen zu werden, und Wellenlängen gemultiplexes Signallicht, das über den optischen Übertragungspfad propagiert, in Abhängigkeit von entsprechenden Wellenlängen durch einen optischen Demultiplexer gedemultiplext wird, um von einer Vielzahl von optischen Empfängern empfangen zu werden. In dem optischen WDM-Übertragungssystem erzeugt jeder der Vielzahl der optischen Sender Signallicht, in dem eine Bitrate und ein Frequenzabstand von diesem so eingestellt sind, um eine Spektrumseffizienz zu erreichen, bei der das Produkt einer Übertragungsdistanz und einer Übertragskapazität ein Maximalwert wird. Das Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt wird berechnet basierend auf der Bestimmung des Modulationstyps des Signallichts und auch auf der Annahme eines Gleichungsmodells, das Übertragungscharakteristiken des optischen Multiplexers und des optischen Demultiplexers ausdrückt. Ferner weisen der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken auf, in denen die Übertragungsbandbreite eingestellt wird in Übereinstimmung mit dem Gleichungsmodell und auch gemäß der Spektrumseffizienz, bei der das Produkt der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität ein Maximalwert wird.
In dem optischen WDM-Übertragungssystem mit solch einem Aufbau ist die Spektrumseffizienz, bei der das Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt der Maximalwert wird, durch Berechnung spezifiziert, und die Bitrate und der Frequenzabstand des Signallichts, das von jedem optischen Sender ausgegeben wird, und auch die Übertragungscharakteristiken des optischen Multiplexer und des optischen Demultiplexers sind optimiert, um diese Spektrumseffizienz zu erreichen. Dies ermöglicht eine Erhöhung des zu erreichenden Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkts, während eine hohe Spektrumseffizienz realisiert wird, ohne die Orthogonalpolarisationsübertragung oder die Polarisationsmultiplexübertragung anzuwenden. Daher wird es möglich, ein optisches Übertragungssystem mit großer Kapazität bereitzustellen, in dem eine optische Wellenlängenmultiplexübertragung mit hoher Dichte unter Verwendung von kostengünstigen und kleinen optischen Sendern und optischen Empfängern realisiert wird.
In dem oben beschriebenen optischen WDM-Übertragungssystem kann die Art der Signallichtmodulation eine NRZ-Modulationsart sein, und das Gleichungsmodell, das die Übertragungscharakteristiken des optischen Multiplexers und des optischen Demultiplexers ausdrückt, kann dasjenige sein, in dem die Form von jedem Übertragungsband, das der Wellenlänge von jedem Signallicht entspricht, ausgedrückt wird unter Verwendung einer Frequenz f, der Zentralfrequenz fc des Übertragungsbands, der Halbwertsbreite Δf des Übertragungsbands und einer Filterordnung "n", in der folgenden Gleichung.
In diesem Fall, wenn die Filterordnung "n" sekundär ist, dann ist die Spektrumseffizienz, bei der das Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt den Maximalwert annimmt, 0,575 Bit/s/Hz.
Ferner, wenn die Bitrate B und das Frequenzgitter I pro einer Welle des Signallichts im Voraus gegeben sind, kann eine natürliche Zahl "k" ausgewählt werden, um eine Differenz zwischen der Spektrumseffizienz B/(kl), wo k die natürliche Zahl ist, und der Spektrumseffizienz, bei der das Übertragungs-Distanz-Kapazitäts-Produkt der Maximalwert wird, zu minimieren, so dass der Frequenzabstand S = kl des Signallichts eingestellt wird in Übereinstimmung mit der natürlichen Zahl "k".
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zum Multiplexen einer Vielzahl von Signallichtern mit unterschiedlichen Wellenlängen zum Übertragen zu einem optischen Übertragungspfad und zum Demultiplexen von Wellenlängen gemultiplextem Signallicht, das über den optischen Übertragungspfad propagiert ist, gemäß der zu empfangenden Wellenlänge, wobei eine Spektrumseffizienz, bei der das Produkt einer Übertragungsdistanz und einer Übertragskapazität ein Maximalwert wird, berechnet wird basierend auf der Bestimmung des Modulationstyps des Signallichts und auch auf der Annahme eines Gleichungsmodells, das Übertragungscharakteristiken zur Zeit des Multiplexens uns Demultiplexens des Signallichts ausdrückt, wobei eine Bitrate und ein Frequenzabstand des Signallichts so eingestellt werden, damit die Spektrumseffizienz erreicht wird, bei der das Produkt der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität der Maximalwert wird, und auch tatsächliche Übertragungscharakteristiken bei der Stufe des Multiplexens und des Demultiplexens des Signallichts gemäß dem oben beschriebenen Gleichungsmodell eingestellt werden, um das Wellenlängen gemultiplexte Signallicht zu übertragen.
Andere Ziele, Eigenschaften und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Signallichtspektrums in dem Fall zeigt, in dem der Frequenzabstand in einem typischen optischen WDM-Übertragungssystem breit eingestellt ist.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Signallichtspektrums in dem Fall zeigt, in dem der Frequenzabstand in dem typischen optischen WDM-Übertragungssystem schmal bzw. eng eingestellt ist.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Falls zeigt, in dem das Signallichtspektrum abgeschnitten ist in dem System aus 2.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, in dem ein Q-Wert-Degradationsbetrag ΔQ mit Bezug auf eine Veränderung in der Spektrumseffizienz B/S berechnet ist.
5 ist ein Graph zum Erklären einer Optimierungstechnik gemäß der vorliegenden Erfindung, der ein Beispiel zeigt, in dem eine Beziehung eines Performanzindex PI zu der Spektrumseffizienz B/S erhalten wird.
6 ist ein Graph, der Analyseergebnisse zeigt, wenn die Berechnungsergebnisse aus 5 einen Frequenzabstand von 25 GHz und Bitraten von 40 bis 50 Gbit/s entsprechen.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel eines optischen WDM-Übertragungssystems zeigt, in dem eine Optimierung erreicht wird basierend auf den Analyseergebnissen von 6.
8 ist ein Diagramm, das ein spezifisches Beispiel eines optischen Multiplexers in dem Strukturbeispiel von 7 zeigt.
9 ist ein Diagramm, das ein anderes spezifisches Beispiel eines optischen Multiplexers in dem Strukturbeispiel von 7 zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein weiteres spezifisches Beispiel eines optischen Multiplexers in dem Strukturbeispiel von 7 zeigt.
11 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,0 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
12 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,1 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
13 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,2 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
14 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,3 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
15 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,4 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
16 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,5 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
17 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 2,0 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
18 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 3,0 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
19 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 4,0 in einer ersten Einstellung mit B/I = 1,60 zeigt.
20 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,0 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
21 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,1 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
22 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,2 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
23 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,3 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
24 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,4 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
25 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,5 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
26 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 2,0 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
27 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 3,0 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
28 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 4,0 in einer zweiten Einstellung mit B/I = 1,72 zeigt.
29 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,0 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
30 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,1 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
31 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,2 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
32 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,3 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
33 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,4 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
34 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 1,5 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
35 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 2,0 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
36 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 3,0 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
37 ist ein Graph, der eine Beziehung von PI zu Δf/fb in dem Fall von n = 4,0 in einer dritten Einstellung mit B/I = 2,00 zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun folgt eine Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf den Zeichnungen.
Zuerst wird Q-Wert-Degradation aufgrund von Nebensignaleffekten bzw. Übersprechen zwischen optischen Signalen, die auftreten, wenn die Spektrumseffizienz verbessert wird, mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben, was hilfreich ist für das Verständnis der Eigenschaften eines optischen Übertragungssystems der vorliegenden Erfindung.
Wie beispielsweise in 1 gezeigt, wird hier von einem Fall ausgegangen, in dem ein optisches Übertragungssystem, in dem jedes von einer Vielzahl von optischen Sendern (OS) 1 ausgegebenen Signallicht mit Wellenlängen λa, λb, λc, ... gemultiplext wird durch einen optischen Multiplexer (OMUX) 2, um zu einem optischen Übertragungspfad 3 übertragen zu werden, und propagiertes WDM-Signallicht wird, während es durch einen optischen Zwischenverstärker bzw. Repeater 6 verstärkt wird, der auf dem optischen Übertragungspfad angeordnet ist, für jede Wellenlänge durch einen optischen Demultiplexer (ODMUX) 4 gedemultiplext, um von jedem entsprechenden optischen Empfänger (OR) 5 empfangen zu werden, wobei der Frequenzabstand (Wellenlängenabstand) von jedem Signallicht breit eingestellt ist, und Filtercharakteristiken, die den Wellenlängen λa, λb, λc, ... entsprechen, des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4 werden so eingestellt, dass diese eine breite Transmissionsbandbreite aufweisen. Es ist anzumerken, dass der optische Multiplexer 2 mit einer Wellenlängenmultiplexvorrichtung verknüpft ist, und dass der optische Demultiplexer mit einer Wellenlängedemultiplexvorrichtung verknüpft ist.
In diesem Fall wird jedes von dem optischen Sender 1 ausgegebene Signallicht in dem optischen Multiplexer 2 bei einem breiteren Abstand gemultiplext als jede Spektrumsbreite ohne eine Veränderung in der Form des Spektrums, um zum optischen Übertragungspfad 3 übertragen zu werden. Folglich überlappen die Signallichtspektren der entsprechenden Wellenlängen nicht miteinander, und daher tritt im Wesentlichen keine Q-Wert-Degradation aufgrund von Nebensignaleffekten zwischen allen Signallichtern auf.
Verglichen mit dem oben beschriebenen optischen WDM-Übertragungssystem mit vergleichsweise breitem Frequenzabstand treten in einem System im Fall von schmalem Frequenzabstand, wie beispielsweise in 2 gezeigt, da die Spektren benachbarter Wellenlängen des Signallichts, die durch den optischen Multiplexer 2 gemultiplext wurden, miteinander überlappen, Nebensignaleffekte zwischen jedem Signallicht auf, wodurch di Q-Wert-Degradation verursacht wird. Um die Q-Wert-Degradation aufgrund solcher Nebensignaleffekte zu verhindern, ist, wie beispielsweise in 3 gezeigt, ein Verfahren effektiv, in dem eine Hochfrequenzkomponente des Spektrums von jedem Signallicht durch den optischen Multiplexer 2 und den optischen Demultiplexer 4 abgeschnitten wird.
In dem optischen Übertragungssystem aus 3, wenn die Hochfrequenzkomponente des Spektrums von jedem Signallicht zu sehr durch den optischen Multiplexer 2 und den optischen Demultiplexer 4 abgeschnitten wird, gibt es jedoch auch eine Möglichkeit, dass eine signifikante Q-Wert-Degradation trotzdem auftritt. Ferner wurde erkannt, dass wenn der Frequenzabstand relativ zu der Spektrumsbreit aufgrund der Bitrate zu klein ist, der Effekt dann nicht erhalten werden kann.
Daher stellt die vorliegende Erfindung eine spezifische Technik zum Optimieren der Bitrate und der Frequenzanordnung des WDM-Signallichts und der Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4 bereit, um ein optisches Übertragungssystem zu realisieren, das die Q-Wert-Degradation bei einer hohen Spektrumseffizienz minimieren kann. Hiernach folgt eine detaillierte Beschreibung der Optimierungstechnik der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem ein Q-Wert-Degradationsbetrag ΔQ mit Bezug auf eine Veränderung der Spektrumseffizienz B/S berechnet wird. In diesem Rechnungsbeispiel, da angenommen wird, dass die gleiche Systemstruktur wie die in den 1 bis 3 gezeigten verwendet wird, und dass die orthogonale Polarisation oder das Polarisationsmultiplexen nicht durchgeführt wird, wird angenommen, dass der Polarisationszustand für das gesamte Signallicht der gleiche ist (schlimmster Fall). Ferner, zum Vereinfachen der Beschreibung, wird die Q-Wert-Degradation der Zentralwellenlänge evaluiert mit der Anzahl der Wellenlängen des WDM-Signallichts, die 8 Wellen sind.
Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass der oben beschriebene Q-Wert-Degradationsbetrag ΔQ durch die folgende Gleichung (1) definiert wird, wobei der Q-Wert bei der Übertragung eine Welle Q₀ und der Q-Wert der zentralen Wellenlänge bei der Übertragung von 8 Wellen Q ist.
Faktoren zum Bestimmen des oben beschriebenen Q-Wert-Degradationbetrags ΔQ sind das Signallichtspektrum zwischen benachbarten Wellenlängen und die Filtercharakteristiken (Transmissionscharakteristiken) des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4. Daher wird selbst in dem Fall, in dem die Anzahl der Wellenlängen erhöht oder vermindert wird, das Berechnungsergebnis ΔQ nicht verändert.
Darüber hinaus werden für die Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4, die verwendet werden bei der Berechnung des Q-Wert-Degradationbetrags ΔQ, die Formen der Transmissionscharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4, die zugehörig sind zu der Wellenlänge von jedem Signallicht, durch eine in der folgenden Gleichung (2) ausgedrückt, beispielsweise zum Modellieren tatsächlicher Filtercharakteristiken.
In der oberen Gleichung ist fc die Zentralfrequenz des Transmissionsbandes, Δf ist die Halbwertsbreite, "n" ist die Ordnung der relativen Gleichung, und durch Einstellen von n = 2 entspricht die Gleichung einem Funktionstyp, der als sekundärer Super-Gauss bezeichnet wird. Für die Halbwertsbreite Δf kann ein benötigter Wert gemäß dem Signallichtspektrum zuvor eingestellt werden. Oder die Halbwertsbreite Δf kann optimiert werden gemäß der Veränderung in der Spektrumseffizienz B/S.
Aus den in 4 gezeigten Berechnungsergebnissen ist ersichtlich, dass wenn die Spektrumseffizienz B/S über 0,6 Bit/s/Hz erhöht wird, der Q-Wert-Degradationsbetrag ΔQ rapide erhöht wird. Als Hauptfaktoren für die Q-Wert-Degradation werden das Abschneiden des Signallichtspektrums durch den optischen Multiplexer 2 und den optischen Demultiplexer 4 und die Nebensignaleffekte zwischen den Signallichter betrachtet. Wie ferner aus Veränderungen der Eigenschaften klar wird, wenn ein Wert Δf/fb verändert wird, der erhalten wird durch Dividieren der Transmissionsbandreite Δf (Halbwertsbreite), entsprechend jeder Wellenlänge des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4, durch eine Taktfrequenz fb des Signallichts, wird der Q-Wert-Degradationsbetrag ΔQ in Abhängigkeit von der Bandbreite Δf des Filters variiert.
Als nächstes folgt eine detaillierte Beschreibung des Transmissions-Distanz-Kapazitäts-Produkts, das als ein Performanzindex des zuvor erwähnten Systems dient.
Im Fall eines mehrstufigen optischen Zwischenverstärker-Übertragungssystems, in dem optische Zwischenverstärker mit annährend gleichmäßigem Abstand angeordnet sind, ist als typische Überragungscharakteristik eine Übertragungsdistanz davon annährend proportional zu 10·(–ΔQ/10). Ferner ist in dem Fall, in dem angenommen wird, dass die Wellenlängenbandbreite des WDM-Signallichts (WDM-Bandbreite) konstant ist, eine Übertragungskapazität proportional zur Spektrumseffizienz B/S. Das heißt, dass die Übertragungskapazität C ausgedrückt werden kann als C = N·B = (W/S)·B = W·(B/S) unter Verwendung der Anzahl der Wellenlängen N des WDM-Signallichts, der Bitrate B pro einer Welle, der WDM-Bandbreite W und dem Frequenzabstand S, und ist proportional zur Spektrumseffizienz B/S. Wenn folglich 10·(–ΔQ/10) B/S maximiert werden kann, kann auch das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt maximiert werden. Daher ist in der vorliegenden Erfindung der Wert von 10·(–ΔQ/10)·B/S (der im Folgenden als Performanzindex PI bezeichnet wird) fokussiert, um die Optimierung der Bitrate und der Frequenzanordnung des WDM-Signallichts und der Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4 zu erreichen.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, in dem eine Beziehung des Performanzindex PI zu der Spektrumseffizienz B/S durch Berechnung erhalten wird.
Bedingungen zum Erhalten der Beziehung aus 5 sind das Annehmen eines Gleichungsmodells hinsichtlich der Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4 und Bestimmen des Typs der Signallichtmodulation. Hier wird der in der Gleichung (2) gezeigte sekundäre Super-Gauss beispielsweise als die Filtercharakteristiken angewendet, und es wird NRZ-Modulation als der Typ der Signallichtmodulation beispielsweise angewendet, um die Beziehung des Performanzindex PI zu Spektrumseffizienz B/S zu berechnen.
Aus dem in 5 gezeigten Berechnungsergebnis ist ersichtlich, dass durch Bestimmen der Bedingungen des Gleichungsmodells hinsichtlich der Filtercharakteristiken und der Art der Signallichtmodulation der Performanzindex PI maximal wird, wenn ein spezifischer Wert der Spektrumseffizienz B/S erhalten wird. Um genau zu sein, in dem Fall, in dem der sekundäre Super-Gauss als die Filtercharakteristiken angewendet wird, und die NRZ-Modulation als die Art der Signallichtmodulation angewendet wird, wenn die Spektrumseffizienz B/S sich in der Nähe von 0,574 Bit/s/Hz befindet, wird der Performanzindex PI maximal, das heißt, dass das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt maximal wird. Durch Optimieren der Bitrate und Frequenzanordnung des aktuell verwendeten WDM-Signallichts und der Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4, um sich der Spektrumseffizienz B/S zu nähern, die den Performanzindex PI maximiert, wird es möglich, ein optisches Übertragungssystem auszulegen, das simultan eine hohe Spektrumseffizienz und ein großes Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt realisiert.
Übrigens wurde die Zentralfrequenz (Zentralwellenlänge) des Signallichts, die in einem optischen WDM-Übertragungssystem verwendet wurde, beispielsweise bei der ITU diskutiert, und momentan wurde ein ITU-Gitter mit einem Abstand von bis zu 25 GHz als ein Standard angepasst. Normalerweise werden optische Bauteile, so wie ein einstellbarer Laser, der als eine optische Quelle des optischen Senders 1 verwendet wird, basierend auf dem ITU-Gitter hergestellt. Wenn eine Signallichtfrequenz auf dem ITU-Gitter angepasst wird, können daher Standardbauteile verwendet werden, die auf dem ITU basieren, die weit auf dem Markt verbreitet sind, wodurch es möglich wird, kostengünstige optische Sender zu realisieren.
Andererseits wird eine Bitrate (beispielsweise 10 GBit/s, 40 GBit/s, etc.), die SONST/SDH entspricht, typischerweise für eine optische Übertragungsvorrichtung verwendet. Ferner gibt es eine optische Übertragungsvorrichtung, in der eine Bitrate verwendet wird, die 1 bis 1,25 Mal so hoch ist wie die auf SONST/SDH basierende Bitrate, durch Anpassen einer bekannten Fehlerkorrekturtechnik (FEC: vorwärts gerichtete Fehlerkorrektur; engl.: Forward Error Correction). In Anbetracht solcher Umstände können für aktuell angenommene Bitraten von beispielsweise 10 bis 12,5 GBit/s, 20 bis 25 GBit/s, 40 bis 50 GBit/s, 80 bis 100 GBit/s, 160 bis 200 GBit/s und dergleichen berücksichtigt werden.
Eine Aufgabe beim Auslegen eines optischen WDM-Übertragungssystems ist die Bestimmung des Frequenzabstands S = kl (k ist eine natürliche Zahl), bei dem das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt einen Maximalwert erreichen kann, wenn das Frequenzgitter I und die Bitrate B des übertragenen WDM-Signallichts gegeben sind. Das heißt, dass in dem in 5 gezeigten Rechenbeispiel durch Auswählen einer natürlichen Zahl "k", so dass die Spektrumseffizienz B/S 0,574 Bit/s/Hz erreicht, mit anderen Worten |B/(kl) – 0,574| Bit/s/Hz wird klein, möglich ist, das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt zu maximieren.
Um präziser zu sein, wie beispielsweise in 6 gezeigt, wenn das Frequenzgitter I = 25 GHz Intervall und die Bitrate B = 40 bis 50 GBit/s sind, dann wird das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt mit der natürlichen Zahl "k" = 3 maximiert. Im Genaueren ist ersichtlich, dass im Fall der Bitrate von B = 43 GBit/s die Spektrumseffizienz B/S = 0,574 Bit/s/Hz ist, so dass der maximale Effekt erhalten werden kann.
6 zeigt ein Beispiel des Frequenzgitter I = 25 GHz Intervalls und der Bitrate B = 40 bis 50 GBit/s. Solange jedoch der Wert B/I gleich bleibt, selbst wenn das Frequenzgitter I und die Bitrate I verändert werden, ist das Berechnungsergebnis in 6 das gleiche, weshalb es bei verschiedenen Frequenzgittern I und Bitraten B anwendbar ist.
Ferner wurde in dem oberen Beispiel genau gezeigt, dass wenn die Spektrumseffizienz B/S = 0,574 Bit/s/Hz ist, das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt maximal wird. Jedoch ändert sich der Wert der Spektrumseffizienz, bei dem das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt maximal wird, gemäß dem Gleichungsmodell hinsichtlich der Filtercharakteristiken und der Art der Signallichtmodulation, und der Wert ist nicht auf den oben beschriebenen Wert begrenzt.
Ein weiter zu berücksichtigender Punkt beim Auslegen eines optischen WDM-Übertragungssystem basierend auf den oben beschriebenen Analyseergebnissen ist, wie viele optische Signale in der Verstärkungsbandbreite eines optischen Verstärkers anzuordnen sind, der auf einem optischen Übertragungspfad angeordnet ist, um die Übertragungskapazität zu erhöhen. In dem in 1 gezeigten optischen Übertragungssystem ist die Anordnung von mehr optischen Signalen in einem Band, das eine Verstärkung eines optischen Verstärkers 61 aufweist, der Licht im Inneren des optischen Zwischenverstärkers 6 auf dem Übertragungspfad direkt verstärkt, ein Schlüssel zur Erhöhung der Übertragungskapazität.
Der optische Verstärker 61 umfasst eine mit einem Seltenen-Erden-Element dotierte Faser, die mit einem Seltenen-Erden-Element dotiert ist, und eine Pumplichtquelle zum Pumpen der Seltenen-Erden-Element dotierten Faser, und führt optische Verstärkung aus durch ein stimuliertes Emissionsphänomen, das auf dem über den Übertragungspfad propagierenden Licht beruht. Die Verstärkung bzw. der Gewinn und das Band, das diese Verstärkung aufweist, des optischen Verstärkers 61 werden bestimmt durch das Seltenen-Erden-Element und einer Dotierung, so wie Aluminium oder dergleichen, der zu der Seltenen-Erden-Element dotierte Faser hinzuzufügen ist. Wenn mehr optische Signale in dem die Verstärkung aufweisenden Band des optischen Verstärkers 61 angeordnet werden können, wird es daher möglich, eine Erhöhung der Übertragungskapazität zu erreichen. Wie in 1 gezeigt, wird andererseits das Spektrum des optischen Signals in Übereinstimmung mit dem Codierungssystem bestimmt, in dem Licht und eine Bitrate des optischen Signals moduliert wird. Wenn sich die Spektren zwischen den optischen Signalen überlappen, um wie in 2 gezeigt gemultiplext zu werden, dann wird die Übertragungscharakteristik aufgrund von Nebensignaleffekten verschlechtert. Daher wird es effektiv sein, wenn es möglich ist, die Verschlechterung der Übertragungscharakteristik aufgrund von Nebensignaleffekte innerhalb der Verstärkungsbandbreite des optischen Verstärkers 61 nicht zu verschlechtern, und mehr optische Signale über die Wellenlänge zu multiplexen als die Anzahl der Signale, die erhalten wird durch Teilen der Bandbreite des optischen Verstärkers durch das Spektrum, das durch das Codierungssystem und die Bitrate bestimmt ist.
Wie in der oben gezeigten und beschriebenen 3 wird deshalb jede Komponente auf der kurzwelligen Seite und der langwelligen Seite des Spektrums des optischen Signals eliminiert unter Verwendung eines optischen Filters mit einer Bandbreite, die schmaler ist als die Spektrumsbreite, die durch die Bitrate und die Art der Codierung des optischen Signals erhalten wird, in dem optischen Multiplexer 2 entsprechend der Wellenlängenmultiplexvorrichtung auf der Senderseite. Dann wird jedes optische Signal, dessen Komponenten auf der kurzwelligen Seite und der langwelligen Seite eliminiert wurden, Wellenlängen-gemultiplext mit kleinerem Abstand als die Spektrumsbreite, die durch die Bitrate und die Art der Codierung erhalten werden, um über den Übertragungspfad übertragen zu werden, so dass Nebensignaleffekte nicht zwischen den Spektren der optischen Signale auftreten.
Ferner wird in dem optischen Demultiplexer 4, der zugehörig ist zu der Wellenlängen-Demultiplex-Vorrichtung, genauso jede Komponente auf der kurzwelligen Seite und der langwelligen Seite eliminiert unter Verwendung eines optischen Filters mit einer Bandbreite, die schmaler ist als die Spektrumsbreite, die erhalten wird durch die Bitrate und die Art der Codierung des optischen Signals in dem Sendeabschnitt. Dann wird jedes optische Signal, dessen Komponenten auf der kurzwelligen Seite und der langwelligen Seite eliminiert wurden, mit einem kleineren Abstand Wellenlängen-gedemultiplext als die Spektrumsbreite, die erhalten wird durch die Bitrate und die Art der Codierung, so dass Nebensignaleffekte zwischen den Spektren der optischen Signale nicht auftreten.
Gemäß solch einem Aufbau wird es möglich, WDM-Signallicht ohne Auftreten von Nebensignaleffekte zu übertragen, selbst ohne Durchführen von orthogonaler Polarisation zwischen benachbarten optischen Signalkanälen. Das heißt, dass es durch Gestalten bzw. Bilden der Filter der Wellenlängen-Multiplex-Vorrichtung (optischer Multiplexer) und der Wellenlängen-Demultiplex-Vorrichtung (optischer Demultiplexer) entsprechend den Spektren der optischen Signale unnötig wird, das Orthogonalpolarisations-Multiplexen zwischen benachbarten optischen Kanälen durchzuführen, und nicht polarisierte (polarisationsunabhängige) optische Bauteile können verwendet werden zum Bilden von Filtervorrichtungen, die die Wellenlängen-Multiplex-Vorrichtung und die Wellenlängen-Demultiplex-Vorrichtung bilden.
7 ist ein Strukturdiagramm, das eine Ausführungsform des optischen WDM-Übertragungssystem zeigt, in dem eine Optimierung basierend auf den oben beschriebenen Analyseergebnissen erreicht wird.
In dem in 7 gezeigten optischen WDM-Übertragungssystem werden die Wellenlängeneinstellung und ein Modulations- und Demodulationssytem (im Genaueren ein Intensitätsmodulations-Direktdetektierungssystem (IM-DD)) von jedem optischen Sender 1 und jedem optischen Empfänger 5 im voraus eingestellt, so dass Signallicht einer Bitrate B = 43 GBit/s, das durch ein NRZ-Verfahren Intensitätsmoduliert ist, auf dem ITU-Gitter mit 25 GHz mit einem Frequenzabstand von S = kl = 3·25 GHz = 75 GHz angeordnet ist, um gesendet und empfangen zu werden. Ferner wird ein bekanntes optisches Filter, das so ausgelegt ist, dass es Transmissionseigenschaften aufweist, die dem zweiten Super-Gauss folgen, der in Gleichung (2) gezeigt ist, entsprechend der Wellenlänge von jedem Signallicht, für den optischen Multiplexer 2, der jedes von jedem optischen Sender 1 ausgegebene signallicht multiplext, und für den optischen Demultiplexer 4 verwendet, der das WDM-Signallicht demultiplext, das über den optischen Übertragungspfad 3 propagierte. Durch Verwenden solch eines optischen Multiplexers 2 und optischen Demultiplexers 4 können Hochfrequenzkomponenten des Signallichtspektrums in optimaler Weise herausgeschnitten werden. Es ist anzumerken, dass der optische Zwischenverstärker 6, der mit dem bekannten optischen Verstärker 61 bereitgestellt ist, auf dem optischen Übertragungspfad 3 angeordnet ist.
Für einen spezifischen Aufbau des optischen Multiplexers 2, der die oben beschriebene Übertragungseigenschaft realisiert, ist es vorzuziehen, beispielsweise einen Aufbau zu verwenden, der ein wie in 8 gezeigtes Arrayed-Wellenleitergitter bzw. Arrayed Waveguide-Grating (AWG) verwendet, einen Aufbau, in dem ein AWG oder ein dielektrisches Mehrfachschichtfilmfilter und ein optischer Interleaver, der ein Interferenzfilter verwendet, wie in 9 gezeigt, kombiniert, oder dergleichen. Wie in 10 gezeigt, ist es ferner auch möglich einen Aufbau anzupassen, in dem der Aufbau aus 9 als eine Einheit gebildet ist, und jede Einheit ist unter Verwendung optischer Interleaver kombiniert. Der optische Multiplexer 2, wie in 8 bis 10 gezeigt, kann unter Verwendung von polarisationsunabhängigen optischen Bauteilen (optische Bauteile, die die Polarisation nicht erhalten), aufgebaut sein. Hier wurde der spezifische Aufbau des optischen Multiplexers 2 beschrieben. Jedoch kann der Demultiplexer 4 auch ähnlich dem optischen Multiplexer 2 aufgebaut sein.
Es ist ideal, dass die Übertragungscharakteristiken bzw. Transmissionseigenschaften, die dem zweiten Super-Gauss folgen, der angenommen wurde, um das Berechnungsergebnis in 6 zu erhalten, realisiert werden durch Anpassen des oben beschriebenen Aufbaus. Jedoch wird berücksichtigt, dass die aktuell erhaltenen Filtercharakteristiken von der oberen Annahme abweichen können. Daher wird zusätzlich eine Toleranzanalyse hinsichtlich der Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4 hiernach durchgeführt.
Hinsichtlich der in Gleichung (2) gezeigten Beziehung wird in dem Berechnungsprozess zum Erhalten des Ergebnisses von 6 die Ordnung "n" als sekundär angenommen, und die Halbwertsbreite Δf wird bei dem benötigten Wert fixiert oder gemäß der Spektrumseffizienz B/S optimiert. Durch Berechnen der Beziehung des Performanzindex PI zur Halbwertsbreite Δf, während schrittweise die Ordnung "n" verändert wird, wird eine spezifische Analyse der Toleranz der Filtercharakteristiken durchgeführt.
Als erstes wird als ein Einstellungsbeispiel ein Fall betrachtet, in dem ein Verhältnis B/I der Bitrate B und dem Frequenzgitter I des Signallichts auf 1,60 Bit/s/Hz eingestellt wird. Solch eine Einstellungsbedingung entspricht beispielsweise einem Fall, in dem die Bitrate B = 40 GBit/s (SONST Signallicht mit 40 G) und das Frequenzgitter I = 25 GHz (ITU-Gitter mit 25 GHz Intervall) sind.
11 bis 19 zeigen die Ergebnisse, die erhalten werden durch Berechnen der Beziehung des Performanzindex PI zu dem Wert Δf/fb, der erhalten wird durch Teilen der Halbwertsbreite Δf durch die Taktfrequenz fb des Signallichts, in dem ersten Einstellungsbeispiel.
Es ist anzumerken, dass 11 bis 16 einen Fall zeigen, in dem die Ordnung "n" von 1,0 auf 1,5 mit Intervallen von 0,1 erhöht wird, und 17 bis 19 zeigen einen Fall, in dem die Ordnung "n" von 2 auf 4 mit Intervallen von 1 erhöht wird.
Die Berechnungsergebnisse aus 11 bis 19 zeigen, dass zum Erhalten des maximalen Performanzindex PI in dem Fall, in dem die natürlich Zahl "k", die den Frequenzabstand S = kl bestimmt, auf 3 eingestellt ist, ähnlich wenn die sekundäre Filtercharakteristik wie in 6 gezeigt angenommen wird, die Ordnung "n" in Gleichung (2) 1,2 oder mehr sein kann. Folglich wird es durch Einstellen der Ordnung "n" auf 1,2 oder mehr und Optimieren der Bandbreite Δf des Filters, so dass der Performanzindex PI den maximalen Wert erreicht, möglich, das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt weiter zu erhöhen. Durch Einstellen der Bandbreite Δf des Filters, so dass der Wert von Δf/fb im Bereich von 1,50 bis 1,90 ist, wie durch die unterbrochenen Linien in 13 bis 19 gezeigt, kann eine Wirkung des Erhöhens des Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukts erreicht werden, und wenn Δf/fb = 1,75 ist, kann die maximale Wirkung erreicht werden.
Als nächstes wird als ein zweites Einstellungsbeispiel ein Fall betrachtet, in dem angenommen wird, dass das Verhältnis B/I der Bitrate B und des Frequenzgitters I des Signallichts auf 1,72 Bit/s/Hz eingestellt wird. Solch eine Einstellungsbedingung entspricht beispielsweise dem Fall, in dem die Bitrate B = 43 GBit/s ist und das Frequenzgitter I = 25 GHz ist. Es ist anzumerken, dass das Signallicht mit 43 GBit/s erhalten werden kann, wenn eine Fehlerkorrektur durch RS-(255, 239) Code oder BCH-(8160.7648.39) Code auf dem SONST Signallicht mit 40 G oder dergleichen durchgeführt wird.
20 bis 28 zeigen Ergebnisse, die erhalten werden durch Berechnen der Beziehung des Performanzindex PI zu dem Wert Δf/fb in dem zweiten Einstellungsbeispiel. Es ist anzumerken, dass 20 bis 25 einen Fall zeigen, in dem die Ordnung "n" von 1,0 auf 1,5 mit Intervallen von 0,1 erhöht wird, und 26 bis 28 zeigen einen Fall, in dem die Ordnung "n" von 2 auf 4 mit Intervallen von 1 erhöht wird.
Die Berechnungsergebnisse von 20 bis 28 zeigen, dass ähnlich wie wenn die sekundäre Filtercharakteristik angenommen wird zum Erhalten des Performanzindex PI in dem Fall, in dem die natürliche Zahl "k" auf 3 eingestellt wird, die Ordnung "n" in der Gleichung (2) 1,5 oder mehr sein kann, und durch Optimieren der Bandbreite Δf des Filters, so dass der Performanzindex PI den maximalen Wert erreicht, wird es möglich, das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt weiter zu erhöhen. Durch Einstellen der Bandbreite Δf des Filters, so dass der Wert Δf/fb im Bereich zwischen 1,35 bis 1,70 ist, wie durch die unterbrochenen Linien in 25 bis 28 gezeigt, kann eine Wirkung der Erhöhung des Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukts erhalten werden, und wenn Δf/fb = 1,60 ist, kann die maximale Wirkung erreicht werden.
Als nächstes wird als ein drittes Einstellungsbeispiel ein Fall betrachtet, in dem angenommen wird, dass das Verhältnis B/I der Bitrate B und des Frequenzgitters I des Signallichts auf 2,00 Bit/s/Hz eingestellt ist. Solch eine Einstellungsbedingung entspricht beispielsweise einem Fall, in dem die Bitrate B = 50 GBit/s und das Frequenzgitter I = 25 GHz sind. Hier kann das Signallicht mit 50 GBit/s erhalten werden, wenn die Fehlerkorrektur durch RS verbundenen Code durchgeführt wird auf SONST Signallicht mit 40 G, oder dergleichen.
29 bis 37 zeigen Ergebnisse, die erhalten werden durch Berechnen der Beziehung des Performanzindex PI zu dem Wert Δf/fb in dem dritten Einstellungsbeispiel. Hier zeigt 29 bis 34 einen Fall, in dem die Ordnung "n" von 1,0 auf 1,5 mit Intervallen von 0,1 erhöht wird, und 35 bis 37 zeigen einen Fall, in dem die Ordnung "n" von 2 auf 4 mit Intervallen von 1 erhöht wird.
Die Berechnungsergebnisse von 29 bis 37 zeigen, dass ähnlich dem Fall, in dem die sekundären Filtercharakteristiken angenommen sind zum Erreichen des maximalen Performanzindex PI in dem Fall, in dem die natürliche Zahl "k" auf 3 eingestellt ist, die Ordnung "n" in der Gleichung (2) 2,0 oder mehr sein kann, und durch Optimieren der Bandbreite Δf des Filters, so dass der Performanzindex PI den maximalen Wert erreicht, ist es möglich, das Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukt zu erhöhen. Um genau zu sein, kann durch Einstellen der Bandbreite Δf des Filters, so dass der Wert von Δf/fb im Bereich von 1,35 bis 1,70 ist, wie durch die unterbrochenen Linien in 35 bis 37 gezeigt, eine Wirkung des Erhöhens des Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukts erhalten werden, und wenn Δf/fb = 1,45 ist, kann die maximale Wirkung erreicht werden.
Wie in den Analyseergebnissen gezeigt, die zu den oben beschriebenen ersten bis dritten Einstellungsbeispielen gehören, sind die Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4, die gemäß den Optimierungstechniken der vorliegenden Erfindung ausgelegt sind, wirksam in einem vergleichsweise breiten Bereich mit Bezug auf die Ordnung "n" (Form der Filtercharakteristiken) und die Bandbreite Δf des Gleichungsmodells, wodurch der optimale Multiplexer 2 und Demultiplexer 4 realisiert werden können durch den Aufbau, in dem das bekannte optische Filter, wie in 8 bis 10 gezeigt, verwendet wird. Da die Analyseergebnisse, die zu den ersten bis dritten Einstellungsbeispielen gehören, basierend auf Standardfrequenzen diskutiert wurden, selbst wenn die Einstellung der Bitrate B oder des Frequenzgitters I auf einen anderen als die oben beschriebenen verändert wird, geht die allgemeine Anwendbarkeit nicht verloren. Folglich ist die vorliegende Erfindung auch anwendbar auf die Auslegung des Systems, das einer Bitrate unterschiedlich von 40 bis 50 GBit/s entspricht, um genau zu sein, ein Bereich von Bitraten, die wie oben beschrieben basierend auf SONST/SDH angenommen werden.
Wie oben beschrieben ist es möglich, durch Spezifizieren der Spektrumseffizienz B/S, bei der der Performanzindex PI maximal wird, und Optimieren der Bitrate und Frequenzanordnung des WDM-Signallichts und der Filtercharakteristiken des optischen Multiplexers 2 und des optischen Demultiplexers 4, so dass die Spektrumseffizienz B/S erreicht wird, die Erhöhung des Übertragungs-Distanz-Kapazitätsprodukts zu erreichen, während eine hohe Spektrumseffizienz, die 0,4 Bit/s/Hz übersteigt ohne Anwenden der Orthogonalpolarisationsübertragung oder der Polarisationsmultiplex-Übertragung realisiert wird. Als eine Folge wird es möglich, ein optisches Übertragungssystem mit großer Kapazität bereitzustellen, in dem eine optische Wellenlängenmultiplex-Übertragung realisiert ist unter Verwendung von kostengünstigen und kleinen optischen Sendern und optischen Empfängern.

Claims

Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem, in dem jedes Signallicht mit unterschiedlichen Wellenlängen, das von einer Vielzahl von optischen Sendern (OS) ausgegeben wird, durch einen optischen Multiplexer (OMUX) gemultiplext wird, um zu einem optischen Übertragungspfad (3) übertragen zu werden, und Wellenlängen gemultiplextes Signallicht, das über den optischen Übertragungspfad (3) propagiert, in Abhängigkeit von entsprechenden Wellenlängen durch einen optischen Demultiplexer (ODMUX) gedemultiplext wird, um von einer Vielzahl von optischen Empfängern (OR) empfangen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Vielzahl der optischen Sender (OS) Signallicht erzeugt, in dem eine Bitrate und ein Frequenzabstand von diesem so eingestellt sind, um eine Spektrumseffizienz (B/S) zu erreichen, bei der das Produkt (PI) einer Übertragungsdistanz und einer Übertragskapazität ein Maximalwert wird, wobei das Produkt berechnet wird basierend auf der Bestimmung des Modulationstyps des Signallichts und auch auf der Annahme eines Gleichungsmodells, das Übertragungscharakteristiken des optischen Multiplexers (OMUX) und des optischen Demultiplexers (ODMUX) ausdrückt, und dass der optische Multiplexer (OMUX) und der optische Demultiplexer (ODMUX) Übertragungscharakteristiken aufweisen, in denen die Übertragungsbandbreite eingestellt wird in Übereinstimmung mit dem Gleichungsmodell und auch gemäß der Spektrumseffizienz (B/S), bei der das Produkt (PI) der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität ein Maximalwert wird.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der Typ der Modulation des Signallichts ein NRZ-Modulationstyp ist, und das Gleichungsmodell, das die Übertragungscharakteristiken des optischen Multiplexers und des optischen Demultiplexers ausdrückt, dasjenige ist, in dem die Form von jedem Übertragungsband entsprechend der Wellenlänge von jedem Signallicht ausgedrückt wird unter Verwendung einer Frequenz f, der Zentralfrequenz f_c des Übertragungsbands, der Halbwertsbreite Δf des Übertragungsbands und einer Filterordnung n in der folgenden Gleichung,
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 2, wobei die Filterordnung n die zweite ist, und die Spektrumseffizienz, bei der das Produkt der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität der Maximalwert wird, 0,574 Bit/s/Hz ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 3, wobei wenn die Bitrate B und das Frequenzgitter I pro einer Welle des Signallichts im Voraus gegeben sind, eine natürliche Zahl k ausgewählt wird, um eine Differenz zwischen der Spektrumseffizienz B/(kl), wo k die natürliche Zahl ist, und der Spektrumseffizienz, bei der das Produkt der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität der Maximalwert wird, zu minimieren, so dass der Frequenzabstand S = kl des Signallichts eingestellt wird in Übereinstimmung mit der natürlichen Zahl k.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 4, wobei wenn ein Wert B/l, der erhalten wird durch Teilen der Bitrate B durch das Frequenzgitter I, 1,6 bis 2,0 Bit/s/Hz ist, 3 als die natürliche Zahl k ausgewählt wird.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 5, wobei wenn 40 bis 50 Gbit/s als die Bitrate B gegeben ist, und ein 25 GHz Intervall als das Frequenzgitter I gegeben ist, der Frequenzabstand auf 75 GHz eingestellt wird.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 4, wobei wenn ein Wert B/I, der durch Teilen der Bitrate B durch das Frequenzgitter I erhalten wird, 1,6 Bit/s/Hz ist und 3 als die natürliche Zahl k ausgewählt wird, der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken aufweisen, die dem Gleichungsmodell folgen, in dem die Filterordnung n 1,2 oder mehr ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 7, wobei der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken aufweisen, in denen ein Wert Δf/fb, der erhalten wird durch Teilen der Halbwertsbreite Δf des Übertragungsbands durch eine Taktfrequenz fb des Lichtsignals, innerhalb eines Bereichs von 1,50 bis 1,90 ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 4, wobei wenn ein Wert B/I, der erhalten wird durch Teilen der Bitrate B durch das Frequenzgitter I, 1,7 Bit/s/Hz ist und 3 als die natürliche Zahl k ausgewählt wird, der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken aufweisen, die dem Gleichungsmodell folgen, in dem die Filterordnung n 1,5 oder mehr ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 9, wobei der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken aufweisen, in denen ein Wert Δf/fb, der erhalten wird durch Teilen der Halbwertsbreite Δf des Übertragungsbands durch eine Taktfrequenz fb des Lichtsignals, innerhalb eines Bereichs von 1,45 bis 1,95 ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 4, wobei wenn ein Wert B/I, der erhalten wird durch Teilen der Bitrate B durch das Frequenzgitter I, 2,0 Bit/s/Hz ist und 3 als die natürliche Zahl k ausgewählt wird, der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken aufweisen, die dem Gleichungsmodell folgen, in dem die Filterordnung n 2 oder mehr ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 11, wobei der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer Übertragungscharakteristiken aufweisen, in denen ein Wert Δf/fb, der erhalten wird durch Teilen der Halbwertsbreite Δf des Übertragungsbands durch eine Taktfrequenz fb des Lichtsignals, innerhalb eines Bereichs von 1,35 bis 1,70 ist.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer aufgebaut sind durch Verwenden eines angeordneten Wellenleitergitters.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer aufgebaut sind durch Kombinieren eines optischen Verschachtelers, der einen Interferenzfilter verwendet, und eines angeordneten Wellenleitergitters.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der optische Multiplexer und der optische Demultiplexer aufgebaut sind durch Kombinieren eines optischen Verschachtelers, der einen Interferenzfilter verwendet, und eines dielektrischen Multischichtfilmfilters.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Spektrumseffizienz, bei der das Produkt der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität der Maximalwert wird, berechnet wird als Spektrumseffizienz, bei der ein Performanzindex PI = 10 (ΔQ/10) B/S, der ausgedrückt wird unter Verwendung eines Q-Wert-Degradationswertes ΔQ des Systems, einer Bitate B und eines Frequenzabstandes S des Signallichtes, ein Maximalwert wird.
Ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungsverfahren zum Multiplexen einer Vielzahl von jedem Signallicht mit unterschiedlichen Wellenlängen, die zu einem optischen Übertragungspfad (3) zu übertragen sind, und zum Demultiplexen von Wellenlängen gemultiplextem Signallicht, das über den optischen Übertragungspfad (3) propagiert ist, gemäß den zu empfangenden Wellenlängen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spektrumseffizienz (B/S), bei der das Produkt (PI) einer Übertragungsdistanz und einer Übertragskapazität ein Maximalwert wird, berechnet wird basierend auf der Bestimmung des Modulationstyps des Signallichts und auch auf der Annahme eines Gleichungsmodells, das Übertragungscharakteristiken an der Stufe des Multiplexens (OMUX) und des Demultiplexens (ODMUX) des Signallichts ausdrückt, und dass eine Bitrate und ein Frequenzabstand des Signallichts so eingestellt werden, damit die Spektrumseffizienz (B/S) erreicht wird, bei der das Produkt (PI) der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität der Maximalwert wird, und auch tatsächliche Übertragungscharakteristiken bei der Stufe des Multiplexens (OMUX) und des Demultiplexens (ODMUX) des Signallichts gemäß dem Gleichungsmodell eingestellt werden, und auch gemäß der Spektrumseffizienz (B/S), bei der das Produkt (PI) der Übertragungsdistanz und der Übertragungskapazität ein Maximalwert wird.