JP2001251250A - 光伝送装置および光伝送システム - Google Patents
光伝送装置および光伝送システムInfo
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Abstract
増幅中継数の制限を緩和し、経済的なネットワークを構
築する。 【解決手段】 送信部を構成する光伝送装置として、単
一波長の光を発生する光源と、ディジタル信号により単
一波長の光を位相変調する位相変調手段と、位相変調さ
れた光信号の各ビットの境界で光強度が小さくなるよう
に強度変調する強度変調手段とを備え、位相変調および
強度変調された光信号を送信する。
Description
より位相変調された光信号を送受信する光伝送装置およ
び光伝送システムに関する。
直接検波(IM−DD)方式を用いた従来の波長多重光
伝送システムの構成例を示す。
11−1〜11−nで発生させた波長λ1〜λnの連続
光を光強度変調器12−1〜12−nに入力し、送信信
号でそれぞれ強度変調した光信号を生成する。各波長の
光信号は、光合波器13で波長多重され、光ファイバ伝
送路30−1〜30−mおよびその損失を補償する光増
幅器31−1〜31−mを介して受信部20まで伝送さ
れる。受信部20では、光分波器21で各波長の光信号
に分波し、それぞれ対応する受光素子22−1〜22−
nに入力して直接検波し、電気信号に変換する。各電気
信号は、識別再生回路23−1〜23−nにより識別再
生され、受信信号として出力される。
システムは、1波長のみを伝送する場合でも、広帯域お
よび低損失な光ファイバ伝送路を用いているために、高
ビットレートの信号を長距離伝送することができる。ま
た、図9のように光増幅器31を用いることにより、光
信号を光のままで増幅中継することができ、光信号を電
気信号に変換して識別再生する再生中継器を用いる場合
に比べて低コストな光伝送システムを構築できる。さら
に、図9のような波長多重光伝送システムでは、光ファ
イバ伝送路30および光増幅器31を複数の波長で共有
できるので、より経済的なシステムを構築できる。
で生じる信号劣化要因により、光増幅器のみで中継する
ことはできず再生中継器が必要になる。なお、波長多重
光伝送システムでは、再生中継器は波長数分必要とな
り、波長多重による経済化効果が低減する。
光増幅器の自然放出光(ASE光)による信号対雑音比
(光SNR)の劣化、および光ファイバ伝送路の非線形
光学効果による信号劣化について説明する。
段に光信号の増幅中継を行う構成では、ASE光が光増
幅器を通過するごとに累積される。このため、光信号と
ASE光との比である光SNRは、送信端に対して受信
端で大きく劣化する。また、光SNRが小さくなると、
受信部で符号誤り率が増加する。この符号誤り率を一定
値以下に保持して信号品質を維持するには、光ファイバ
伝送路への入力光パワーを上昇させ、送信端での光SN
Rを大きくする必要がある。
ーを上昇させると、光ファイバ伝送路の非線形光学効果
による信号劣化が大きくなる。非線形光学効果は、光フ
ァイバ中を高パワーの光が伝搬するとき、光と光ファイ
バが相互作用を起こし、光ファイバの屈折率が非線形応
答を起こす現象である。光伝送システムで問題となる現
象として、自己位相変調と群速度分散の相互作用(SP
M+GVD)、相互位相変調と群速度分散の相互作用
(XPM+GVD)、四光波混合、誘導ラマン散乱等が
ある。
おいて、1波長のみを伝送させた場合には、SPM+G
VD効果が顕著になることが報告されている(参考文
献:A.Naka et al.,"Fiber transmission distance det
ermined by eye opening degradation due to self-pha
se modulation and group-velocity dispersion", IEEE
lectoronics Letters, vol.28, pp.2221-2222, 199
2)。また、図9のような波長多重光伝送システムにお
いて、光伝送路の零分散波長近傍以外の波長を用いた場
合には、XPM+GVD効果が顕著になることが報告さ
れている(参考文献:R.Hui et al.,"Cross-phase modu
lation in multispan WDM optical fiber systems", IE
EE Journal of Lightwave Technology, vol.17, pp.101
8-1026, 1999)。
方式に比べて光SNR劣化の影響を低減できるDPSK
−DD方式について説明する。DPSK−DD方式は、
送信信号を光の位相の変化に対応させて伝送し、受信部
で前後のビットを干渉させ、位相変化を強度信号に変換
して復調する方式である。
来の波長多重光伝送システムの構成例を示す。図におい
て、送信部10では、複数の送信信号をそれぞれ符号化
器14−1〜14−nに入力し、送信信号“0”を“0
1”または“10”とし、“1”を“11”と符号化す
る。複数の光源11−1〜11−nで発生させた波長λ
1〜λnの連続光を光位相変調器15−1〜15−nに
入力し、符号化器14−1〜14−nの出力信号により
それぞれ位相変調した光信号を生成する。このとき、光
信号の相対位相は符号化器14−1〜14−nの出力信
号に対応し、0とπの2値の位相変調信号となる。各波
長の光信号は、光合波器13で波長多重され、光ファイ
バ伝送路30−1〜30−mおよびその損失を補償する
光増幅器31−1〜31−mを介して受信部20まで伝
送される。
光信号に分波し、それぞれ対応する光復調器24−1〜
24−nに入力される。光復調器24は、光弁別器25
とバランス型受光器26から構成される。光弁別器25
は2入力2出力のマッハツェンダ干渉計により構成し、
一方の入力ポートから入力した光信号を2分岐し、その
一方に1ビット分時間遅延させた後に合波して2つの出
力ポートに出力する。一方の出力ポートには、光の位相
に変化が無ければ、干渉によって分岐された光信号が強
め合って強度の大きい光信号を出力し、光の位相に変化
があれば、干渉によって分岐された光信号が打ち消し合
って強度の小さい光信号を出力する。
の位相変化に対応付けられているので、送信信号と等し
い光強度信号が光弁別器25の一方の出力ポートから出
力される。光弁別器25の他方の出力ポートには、論理
反転した光信号が出力される。これらをバランス型受光
器26で受光することにより、送信信号に応じた電気信
号を復調することができる。各電気信号は、識別再生回
路23−1〜23−nにより識別再生され、受信信号と
して出力される。
には、可干渉性のない光増幅器のASE光成分は均等に
出力され、可干渉性のある光信号は相補的な光信号とし
て出力される。このため、バランス型受光器26の出力
にはASE光成分は相殺され、光信号成分は2倍になっ
て出力される。したがって、IM−DD方式と光信号の
ピークパワーを等しくすると、DPSK−DD方式の光
SNRは2倍になり、ASE累積による光SNR劣化の
影響を低減することができる。しかし、非線形光学効果
については、位相変調を用いた場合でも劣化が生じるこ
とが報告されている(参考文献:S.Norimatsu et al.,"
The influence of cross-phase modulation on optical
FDM PSK homodyne transmission systems",IEEE Journ
al of Lightwave Technology, vol.11, pp.795-804, 19
93) 。
いた光伝送システムでは、光増幅器の多段中継に起因す
るASE光累積による光SNR劣化と、光ファイバ伝送
路における非線形光学効果の影響により、光増幅中継数
が制限されている。また、DPSK−DD方式を用いた
光伝送システムでは、光SNR劣化に対する制限は緩和
できるが、非線形光学効果の影響については低減でき
ず、光増幅中継数の制限要因になっている。
において問題となる非線形光学効果のうち、1波長伝送
で問題となるSPM+GVD効果、波長多重伝送で問題
となるSPM+GVD効果およびXPM+GVD効果に
ついて、詳細に説明する。
送システムにおいて、IM−DD方式におけるSPM+
GVD効果の影響について説明する。
相変調による光周波数変化を示す。(a) はNRZ(Non-
Return to Zero) 符号を用いた強度変調信号の波形、
(b) は誘起される自己位相変調によって生じる光周波数
変化を示す。図11(a) に示すような強度変調信号が光
ファイバ伝送路を伝搬すると、光ファイバの非線形屈折
率を介して自光信号に光強度に比例した光位相変化が生
じる。この光位相変化を自己位相変調(SPM)とい
う。光位相変化の時間微分は光周波数変動に対応するた
め、図11(b) に示すように光強度変化に応じて位相が
変化する際に光周波数変動が生じる。このように、NR
Z符号を用いたIM−DD方式では、符号が変化するビ
ットの境界でのみ光周波数変動が生じる。この光周波数
変動が光伝送路中の群速度分散により、光強度変化に変
換される効果をSPM+GVD効果という。
方式の1波長伝送時の信号波形を示す。ここでは、波長
分散値 2.5ps/nm/kmの光伝送路を 120kmごとに光増幅
中継し、360 km伝送した場合の波形変化を示す。(a)
は伝送前、(b) は伝送後の波形を示す。なお、群速度分
散のみの影響を除くため、伝送後に分散補償ファイバに
より光伝送路の群速度分散を補償した。
信号の“1”を表しているが、前後のビットの符号に依
存し、波形が大きく異なっていることがわかる。図11
に示すように、自己位相変調の光周波数変動は、符号が
変化するビットの境界のみで生じるが、この光周波数変
動はその前後のビットに対して影響を与え、符号間干渉
を生じさせる。この符号間干渉により、前後のビットの
符号に依存した波形のばらつきが生じ、信号に誤りが生
じることになる。
+GDV効果の影響について説明する。図13は、位相
変調信号の光強度とその光周波数変化の関係を示す。
(a) は位相変調信号の波形、(b) は誘起される自己位相
変調によって生じる光周波数変化を示す。図13(a) に
示すように、位相変調信号は送信信号を光の相対位相に
対応させるため、光強度を一定にできるが、光位相は変
化する。特に、符号が変化し、光の相対位相が“0”か
ら“π”、“π”から“0”に変化するビットの境界で
位相変化が生じる。
光周波数変動になるので、光位相が変化するときのビッ
ト境界に図13(b) に示すような光周波数変動が生じ
る。光周波数変動は、群速度分散がある光ファイバを伝
送すると光強度変化に変換されるため、位相変調信号に
おいても強度変調信号と同様に送信信号に依存した強度
変化を生じることになる。この送信信号に依存した強度
変化により、上述のIM−DD方式と同様に、位相変調
信号を用いた場合でもSPM+GVD効果による符号間
干渉が生じ、波形劣化を招く。
送時の信号波形を示す。ここでは、図12に示す信号波
形と同一条件で位相変調信号を伝送させた場合の波形変
化を示す。(a) は伝送前、(b) は伝送後の光復調器の出
力波形を示す。IM−DD方式の場合と同様に、図14
(b) 中の2つの矢印は、ともに送信信号の“1”を表し
ているが、DPSK−DD方式においてもIM−DD方
式と同様に前後ビットによって波形が大きく異なり、符
号間干渉による波形のばらつきが生じている。
渉を低減させるために、IM−DD方式においてRZ
(Return to Zero) 符号を用いることが検討されてい
る。この場合には、SPM−GVD効果による劣化は低
減されるが、ASE光による信号劣化は改善できない。
送で問題となるSPM+GVD効果およびXPM+GV
D効果のうち、XPM+GVD効果について詳細に説明
する。
D方式では、送信信号に対応した光強度変化が光ファイ
バの非線形屈折率を介して隣接波長の位相を変化させ
る。この位相変化により生じる光周波数変化が、群速度
分散により強度揺らぎとして現れる効果をXPM+GV
D効果という。
方式で波長多重伝送を行った場合の相互位相変調によっ
て生じる光周波数変化を示す。図15(a),(b) は、波長
λ1,λ2の光強度変調信号の波形を示す。図15(a),
(b) 間の矢印は、光強度の変化によって隣接波長間の相
互位相変調が生じる点を示し、例えば下向きの矢印は波
長λ1の光信号が波長λ2の光信号に光周波数変化を生
じさせることを意味する。図15(c) は、波長λ1の光
信号の強度変化によって波長λ2の光信号に生じる光周
波数変化を示す。
には送信信号の相関はないので、隣接チャネル間の強度
変化には相関はない。このため、図15(c) に示すよう
に、隣接チャネルの影響により生じた光周波数変化は自
光信号とは無関係なランダムな変化となる。このランダ
ムな光周波数変化は、光ファイバ中の群速度分散により
ランダムな強度変化に変換される。
ランダムな波形劣化の受信後の周波数分布について説明
する。図16は、NRZ符号を用いたIM−DD方式で
生じるXPM+GVD効果の周波数分布を示す。ここで
は、中心波長を連続光とし、他を10Gbit/s のビットレ
ートでNRZ符号を用いて強度変調した3波長の波長多
重光信号について、伝送時の中心波長の光信号を直接検
波した場合の電気スペクトルを示す。
のものであるので、本来は周波数0Hz成分のみ存在し、
他の周波数成分は存在しない。しかし、図16に示すよ
うに、本来スペクトルが存在しない領域にブロードなス
ペクトルが生じている。このスペクトルは、隣接波長の
XPM+GVD効果によるランダムな強度変化によって
生じたものである。XPM+GVD効果により生じたス
ペクトルは、図に示すように信号周波数帯域と重なって
おり、取り除くことは不可能である。このため、受信部
においてランダムな信号劣化が生じることになる。
におけるXPM+GVD効果の影響について説明した
が、DPSK−DD方式についてもSPM+GVD効果
と同様に信号劣化を生じる。また、RZ符号を用いたI
M−DD方式についても、強度変化は送信信号に依存
し、隣接波長にXPM+GVD効果によるランダムな信
号劣化を与える。
実験により得られたアイパターンを示す。信号のビット
レートは10Gbit/s とした。また、実験に用いた光伝送
路は波長分散値 2.5ps/nm/kmであり、 120kmごとに光
増幅中継し、360 km伝送した。なお、群速度分散のみ
の影響を除くため、伝送後に分散補償ファイバにより光
伝送路の群速度分散を補償した。
号を用いたIM−DD方式、RZ符号を用いたIM−D
D方式、DPSK−DD方式のアイパターンを示す。な
お、比較のために、伝送前のアイパターンもそれぞれ同
時に示す。図に示すように、3波長多重伝送後のアイパ
ターンは、伝送前と比較して波形がランダムに劣化し、
“0”と“1”のレベル差が小さくなって誤りが生じや
すくなっていることがわかる。このように、波長多重伝
送を行った場合は、SPM+GVD効果に加え、XPM
+GVD効果によりランダムな波形劣化を受けて信号が
劣化する。
の非線形光学効果の例として、XPM+GVD効果によ
る劣化について説明したが、光強度変化すなわち光パワ
ーの変化が他の波長に影響を与える現象については、上
記のXPM+GVD効果と同様の劣化を生じさせる。
光学効果と光SNR劣化の影響により信号が劣化する。
特に、SPM+GVD効果およびXPM+GVD効果に
よる影響は、従来技術を用いる光伝送システムにおいて
光増幅中継数の大きな制限要因となっている。
GVD効果等の非線形光学効果、および光SNR劣化に
よる光増幅中継数の制限を緩和し、光伝送路における再
生中継器を最小限に抑えて経済的なネットワークを構築
することができる光伝送装置および光伝送システムを提
供することを目的とする。
装置は、単一波長の光を発生する光源と、ディジタル信
号により単一波長の光を位相変調する位相変調手段と、
位相変調された光信号の各ビットの境界で光強度が小さ
くなるように強度変調する強度変調手段とを備え、位相
変調および強度変調された光信号を送信する。
長の光を発生する複数の光源と、複数のディジタル信号
により各波長の光をそれぞれ位相変調する複数の位相変
調手段と、位相変調された各波長の光信号の各ビットの
境界で光強度が小さくなるようにそれぞれ強度変調する
複数の強度変調手段と、位相変調および強度変調された
各波長の光信号を合波する光合波器とを備え、光合波器
から出力される波長多重光信号を送信する。
相変調されたビットの境界で、光強度が小さくなるよう
に信号のビットに同期したタイミングで強度変調を行う
ので、送信波形の強度変化はすべてのビットにおいて一
様になり、ビットの境界で光強度が小さくなる。これに
より、SPM+GVD効果により生じる符号間干渉を抑
圧でき、信号劣化を低減することができる。
ル信号により位相変調された光信号を復調して電気信号
に変換する光復調手段と、電気信号を識別再生してディ
ジタル信号を出力する識別再生手段とを備え、請求項1
に記載の光伝送装置から送信された光信号を光復調手段
に受信する。
ィジタル信号により各波長の光信号がそれぞれ位相変調
された波長多重光信号を各波長の光信号に分波する光分
波器と、各波長の光信号を復調してそれぞれ電気信号に
変換する複数の光復調手段と、各電気信号を識別再生し
てそれぞれ対応するディジタル信号を出力する複数の識
別再生手段とを備え、請求項2に記載の光伝送装置から
送信された波長多重光信号を光分波器に受信して分波す
る。
クロック周波数以上の周波数成分を減衰させる手段を備
えてもよい(請求項5)。本発明の光伝送装置から送信
された光信号は、送信信号のクロック周波数と一致した
成分により強度変調された波形となる。したがって、X
PM+GVD効果による波形劣化は隣接チャネルの強度
変化の周期であるクロック周波数およびその逓倍の周波
数に生じるので、復調信号からクロック周波数以上の成
分を減衰させることにより、XPM+GVD効果による
波形劣化を低減することができる。
前後のビット間で干渉させ、光信号の位相変調成分を強
度変調成分に変換する光弁別器と、光弁別器の出力光信
号を電気信号に変換する光電変換器とにより構成しても
よい(請求項6)。
項1に記載の光伝送装置と、この光伝送装置から送信さ
れた光信号または波長多重光信号を伝送する光ファイバ
伝送路と、光ファイバ伝送路を伝送された光信号を受信
する請求項3に記載の光伝送装置とを備えた構成であ
る。
項2に記載の光伝送装置と、この光伝送装置から送信さ
れた光信号または波長多重光信号を伝送する光ファイバ
伝送路と、光ファイバ伝送路を伝送された波長多重光信
号を受信する請求項4に記載の光伝送装置とを備えた構
成である。
明の光伝送装置および光伝送システムの第1の実施形態
を示す。DPSK−DD方式による変復調部の基本的な
部分は、図10に示す従来の構成と同様である。ここで
は、1波長の光信号を伝送する構成を示す。
送信信号を符号化器14に入力して符号化する。光源1
1から出力される波長λ1の連続光は光位相変調器15
に入力され、符号化器14の出力信号により位相変調さ
れる。この位相変調信号は、クロック信号で駆動される
光強度変調器16に入力され、ビットの境界で光強度が
小さくなるようにビットごとに強度変調される。この光
信号は、光ファイバ伝送路30−1〜30−mおよびそ
の損失を補償する光増幅器31−1〜31−mを介して
受信部20まで伝送される。
器24に入力される。光復調器24は、光弁別器25と
バランス型受光器26から構成される。光弁別器25は
2入力2出力のマッハツェンダ干渉計により構成し、一
方の入力ポートから入力した光信号を2分岐し、その一
方に1ビット分時間遅延させた後に合波して2つの出力
ポートに出力する。一方の出力ポートには、送信信号と
等しい光強度信号が出力され、他方の出力ポートには論
理反転した光強度信号が出力される。光弁別器25から
出力される2つの光強度信号はバランス型受光器26に
受光され、送信信号に応じた電気信号が復調される。電
気信号は識別再生回路23により識別再生され、ディジ
タル受信信号として出力される。
構成する光伝送装置にあり、送信する位相変調信号に対
して光強度変調器16を用いてビットの境界で光強度が
小さくなるように強度変調するところにある。受信部2
0を構成する光伝送装置は従来のもので対応することが
できる。
ものであるが、このときに影響を与える非線形光学効果
はSPM+GVD効果である。上述したように、NRZ
符号を用いるIM−DD方式、DPSK−DD方式で
は、SPM+GVD効果により生じる符号間干渉によっ
て信号が劣化する。本実施形態では、ディジタル送信信
号により位相変調されたビットの境界で、光強度が小さ
くなるように信号のビットに同期したタイミングで強度
変調を行う。このため、送信波形の強度変化はすべての
ビットにおいて一様になり、ビットの境界で光強度が小
さくなる。ビットの境界の光強度を小さくすれば、SP
M+GVD効果により生じる符号間干渉を抑圧でき、信
号劣化を低減することができる。
相変調信号を送信し、受信部20で光弁別器25および
バランス型受光器26を用いた復調処理を行う構成であ
るので、従来のDPSK−DD方式と同様に受信感度を
高め、光増幅器31のASE光の影響を小さくすること
ができる。RZ符号を用いたIM−DD方式でも、SP
M+GVD効果により生じる符号間干渉を抑圧できる
が、本発明の構成ではASE光の影響も合わせて低減で
きるところに特徴がある。
送時の信号波形を示す。ここでは、ビットレート10Gbi
t/s の信号を波長分散値 2.5ps/nm/kmの光伝送路で 120
kmごとに光増幅中継し、360 km伝送した場合の波形
変化を示す。(a) は伝送前、(b) は伝送後の光復調器の
出力波形を示す。なお、群速度分散のみの影響を除くた
め、伝送後に分散補償ファイバにより光伝送路の群速度
分散を補償した。
式では、図17に示すように、SPM+GVD効果によ
る符号間干渉により、前後のビットの依存して波形が変
化し劣化が生じているのに対して、本実施形態では符号
間干渉を抑圧できるので波形劣化が小さいことが分か
る。
符号誤り率特性を示す。なお、実験条件は図2の実験と
同様である。本実験では、光伝送路の損失を30dBに固
定し、光伝送路への光入力パワーを変化させた場合の符
号誤り率を示す。図中の●印は、光入力パワーが小さい
場合の符号誤り率であるが、後述する3波長伝送時の符
号誤り率を転用した。これは、光入力パワーが小さい場
合には、非線形光学効果の影響はなく、1波長伝送時の
符号誤り率とほぼ一致するからである。図3(a) はNR
Z符号を用いたIM−DD方式、図3(b) はRZ符号を
用いたIM−DD方式、図3(c) はDPSK−DD方式
であり、図3(d) が本実施形態の符号誤り率である。
と、符号誤り率が悪化する。これは、上述したASE光
による光SNR劣化の影響により、光入力パワーに下限
が存在することを示す。一方、光伝送路への光入力パワ
ーを上昇させると、符号誤り率がやはり悪化する。これ
は、非線形光学効果による影響で波形が劣化したことに
よる制限である。この上限、下限間の光入力パワーの範
囲が広いほど、ASE光および非線形光学効果の影響が
小さく、光増幅中継数を大きくすることができる。基準
となる符号誤り率を10-9以下とすると、これを満たす光
入力パワーの範囲は、図3(d) に示す本実施形態のもの
が最大であり、ASE光および非線形光学効果の影響を
低減できることがわかる。
弁別器25としてマッハツェンダ干渉計を用いた構成を
示したが、SPM+GVD効果による符号間干渉の低減
効果は光復調器の構成によらないので、他の復調方式を
用いた場合でも同様に光伝送路中で生じる符号間干渉を
低減することができる。
ク周波数以上の成分を減衰させる手段として、例えば図
1に示すように、受信部20の光復調器24と識別再生
器23との間にフィルタを配置してもよい。本実施形態
の送信部10では、光送信波形のすべてのビットが一様
な強度変化となるので、SPM+GVD効果による波形
劣化もすべてのビットに同様に生じる。その結果、復調
後の波形劣化は、クロック周波数と一致またはその逓倍
の周波数成分に生じる。したがって、光復調器24の出
力に対してクロック周波数以上の成分を減衰させるフィ
ルタを用いることにより、復調後の波形劣化を改善する
ことができる。
送装置および光伝送システムの第2の実施形態を示す。
DPSK−DD方式による変復調部の基本的な部分は、
図10に示す従来の構成と同様である。ここでは、n波
長多重伝送する構成を示す。
ジタル送信信号をそれぞれ符号化器14−1〜14−n
に入力して符号化する。複数の光源11−1〜11−n
で発生させた波長λ1〜λnの連続光を光位相変調器1
5−1〜15−nに入力し、符号化器14−1〜14−
nの出力信号によりそれぞれ位相変調した光信号を生成
する。各波長の位相変調信号は、それぞれクロック信号
で駆動される光強度変調器16−1〜16−nに入力さ
れ、ビットの境界で光強度が小さくなるようにビットご
とに強度変調される。各波長の光信号は、光合波器13
で波長多重され、光ファイバ伝送路30−1〜30−m
およびその損失を補償する光増幅器31−1〜31−m
を介して受信部20まで伝送される。
光信号に分波し、それぞれ対応する光復調器24−1〜
24−nに入力される。光復調器24は、光弁別器25
とバランス型受光器26から構成される。光弁別器25
は2入力2出力のマッハツェンダ干渉計により構成し、
一方の入力ポートから入力した光信号を2分岐し、その
一方に1ビット分時間遅延させた後に合波して2つの出
力ポートに出力する。一方の出力ポートには、送信信号
と等しい光強度信号が出力され、他方の出力ポートには
論理反転した光強度信号が出力される。光弁別器25か
ら出力される2つの光強度信号はバランス型受光器26
に受光され、送信信号に応じた電気信号が復調される。
各光復調器24−1〜24−nから出力される電気信号
は、それぞれ識別再生回路23−1〜23−nにより識
別再生され、ディジタル受信信号として出力される。
に、ディジタル送信信号により位相変調されたビットの
境界で、光強度が小さくなるように信号のビットに同期
したタイミングで強度変調を行うので、送信波形の強度
変化はすべてのビットにおいて一様になり、ビットの境
界で光強度が小さくなる。これにより、SPM+GVD
効果により生じる符号間干渉を抑圧でき、信号劣化を低
減することができる。
D効果によって生じる信号劣化を低減する原理について
説明する。図5は、第2の実施形態で相互位相変調によ
って生じる光周波数変化を示す。図5(a),(b) は、波長
λ1,λ2の位相変調・強度変調信号の波形を示す。図
5(a),(b) 間の矢印は、相互位相変調により隣接波長間
の光強度変化による光周波数変動が生じる点を示す。例
えば下向きの矢印は、波長λ1の光信号が波長λ2の光
信号に光周波数変化を生じさせることを意味する。図5
(c) は、波長λ1の光信号の強度変化によって波長λ2
の光信号に生じる光周波数変化を示す。
に、ディジタル送信信号は光の位相により伝達されるの
で、光強度は送信信号によらず、ビットの境界で常に光
強度が小さくなる。このため、送信信号のクロック周波
数と一致した成分により強度変調された波形となる。ま
た、全てのビットが同一の強度変調を受けるため、図中
の矢印のように、XPM+GVD効果も全てのビットで
一様に影響を与える。この結果、図5(c) に示すよう
に、隣接チャネルからの相互位相変調により生じる光周
波数変化の周期はビットレートと一致することになる。
GVD効果による波形劣化は、隣接チャネルの強度変化
の周期であるクロック周波数およびその逓倍の周波数に
生じる。したがって、光復調器24の復調信号からクロ
ック周波数以上の成分を減衰させる手段として、例えば
図4に示すように、受信部20の光復調器24と識別再
生器23との間にフィルタを配置することにより、XP
M+GVD効果による波形劣化を低減することが可能と
なる。
GVD効果による波形劣化の受信後の周波数分布につい
て説明する。図6は、第2の実施形態におけるXPM+
GVD効果の周波数分布を示す。ここでは、中心波長を
連続光とし、他を本発明により位相変調・強度変調した
ビットレート10Gbit/s の3波長の波長多重光信号につ
いて、伝送時の中心波長の光信号を直接検波した場合の
電気スペクトルを示す。
のものであるので、本来は周波数0Hz成分のみ存在す
る。他の周波数成分は、隣接波長のXPM+GVD効果
による影響を示している。IM−DD方式では、図16
に示すように信号帯域全域にわたりブロードなスペクト
ルが生じていたが、本実施形態のXPM+GVD効果に
よる波形劣化は、隣接チャネルの強度変化の周期である
クロック周波数およびその逓倍の周波数に生じている。
したがって、その波形劣化成分は、クロック周波数以上
の成分を減衰させるフィルタにより容易に取り除くこと
ができる。
長多重伝送実験により得られたアイパターンを示す。信
号のビットレートは10Gbit/s とした。また、実験に用
いた光伝送路は波長分散値 2.5ps/nm/kmであり、 120k
mごとに光増幅中継し、360km伝送した。なお、群速
度分散のみの影響を除くため、伝送後に分散補償ファイ
バにより光伝送路の群速度分散を補償した。図17に示
す従来構成では、3波波長多重伝送後のアイパターンが
大きく波形劣化していたが、本実施形態の構成では3波
長多重伝送後のアイパターンに顕著な劣化が見られず、
SPM+GVD効果およびXPM+GVD効果による波
形劣化が抑圧できていることがわかる。
符号誤り率特性を示す。なお、実験条件は図2の実験と
同様である。本実験では、光伝送路の損失を30dBに固
定し、光伝送路への光入力パワーを変化させた場合の符
号誤り率を示す。図8(a) はNRZ符号を用いたIM−
DD方式、図8(b) はRZ符号を用いたIM−DD方
式、図8(c) はDPSK−DD方式であり、図8(d) が
本実施形態の符号誤り率である。なお、参考のために、
1波長伝送時の符号誤り率についても表示している(▲
印)。
を比較すると、光伝送路への光入力パワーが大きい場合
に、3波長伝送時の符号誤り率が高くなることがわか
る。これは、波長間の相互作用によるXPM+GVD効
果により生じる波形劣化が原因であるが、その中では図
8(d) に示す本実施形態のものが符号誤り率の劣化が最
小限に抑えられていることが分かる。
は、上述したように復調出力に対してクロック周波数以
上の成分を減衰させる手段を用いることにより低減する
ことができる。実験では、光復調器の帯域がビットレー
トである10GHz程度のものを用いることにより、XPM
+GVD効果による波形劣化を低減でき、符号誤り率の
劣化を抑圧できた。ここで、基準となる符号誤り率を10
-9以下とすると、これを満たす光入力パワーの範囲は、
図8(d) に示す本実施形態のものが最大であり、ASE
光および非線形光学効果の影響を低減できることがわか
る。これにより、光増幅中継数を増やすことができ、経
済的な光伝送システムを構築することができる。
置および光伝送システムは、ディジタル送信信号により
位相変調されたビットの境界で、光強度が小さくなるよ
うに信号のビットに同期したタイミングで強度変調を行
うので、送信波形の強度変化はすべてのビットにおいて
一様になり、ビットの境界で光強度が小さくなる。これ
により、SPM+GVD効果により生じる符号間干渉を
抑圧でき、信号劣化を低減することができる。
光信号は、送信信号のクロック周波数と一致した成分に
より強度変調された波形となる。したがって、XPM+
GVD効果による波形劣化は隣接チャネルの強度変化の
周期であるクロック周波数およびその逓倍の周波数に生
じるので、復調信号からクロック周波数以上の成分を減
衰させることにより、XPM+GVD効果による波形劣
化を低減することができる。
成分を減衰させる構成は、1波長伝送時にも効果があ
る。すなわち、光送信波形のすべてのビットが一様な強
度変化となるので、SPM+GVD効果による波形劣化
もすべてのビットに同様に生じる。その結果、復調後の
波形劣化は、クロック周波数と一致またはその逓倍の周
波数成分に生じる。したがって、復調信号からクロック
周波数以上の成分を減衰させることにより、復調後の波
形劣化を改善することができる。
1の実施形態を示すブロック図。
形を示す図。
性を示す図。
2の実施形態を示すブロック図。
相互位相変調によって生じる光周波数変化を示す図。
周波数分布を示す図。
実験により得られたアイパターンを示す図。
性を示す図。
システムの構成例を示すブロック図。
光伝送システムの構成例を示すブロック図。
光周波数変化を示す図。
伝送時の信号波形を示す図。
関係を示す図。
形を示す図。
重伝送を行った場合の相互位相変調によって生じる光周
波数変化を示す図。
XPM+GVD効果の周波数分布を示す図。
得られたアイパターンを示す図。
Claims (8)
- 【請求項1】 単一波長の光を発生する光源と、 ディジタル信号により前記単一波長の光を位相変調する
位相変調手段と、 前記位相変調された光信号の各ビットの境界で光強度が
小さくなるように強度変調する強度変調手段とを備え、 前記位相変調および前記強度変調された光信号を送信す
ることを特徴とする光伝送装置。 - 【請求項2】 異なる波長の光を発生する複数の光源
と、 複数のディジタル信号により前記各波長の光をそれぞれ
位相変調する複数の位相変調手段と、 前記位相変調された各波長の光信号の各ビットの境界で
光強度が小さくなるようにそれぞれ強度変調する複数の
強度変調手段と、 前記位相変調および前記強度変調された各波長の光信号
を合波する光合波器とを備え、 前記光合波器から出力される波長多重光信号を送信する
ことを特徴とする光伝送装置。 - 【請求項3】 ディジタル信号により位相変調された光
信号を復調して電気信号に変換する光復調手段と、 前記電気信号を識別再生して前記ディジタル信号を出力
する識別再生手段とを備え、 請求項1に記載の光伝送装置から送信された光信号を前
記光復調手段に受信することを特徴とする光伝送装置。 - 【請求項4】 複数のディジタル信号により各波長の光
信号がそれぞれ位相変調された波長多重光信号を各波長
の光信号に分波する光分波器と、 前記各波長の光信号を復調してそれぞれ電気信号に変換
する複数の光復調手段と、 前記各電気信号を識別再生してそれぞれ対応するディジ
タル信号を出力する複数の識別再生手段とを備え、 請求項2に記載の光伝送装置から送信された波長多重光
信号を前記光分波器に受信して分波することを特徴とす
る光伝送装置。 - 【請求項5】 請求項3または請求項4に記載の光伝送
装置において、 前記光復調手段で復調された電気信号のクロック周波数
以上の周波数成分を減衰させる手段を備えたことを特徴
とする光伝送装置。 - 【請求項6】 請求項3または請求項4に記載の光伝送
装置において、 光復調手段は、入力された光信号を前後のビット間で干
渉させ、光信号の位相変調成分を強度変調成分に変換す
る光弁別器と、光弁別器の出力光信号を電気信号に変換
する光電変換器とにより構成されたことを特徴とする光
伝送装置。 - 【請求項7】 請求項1に記載の光伝送装置と、 前記光伝送装置から送信された光信号または波長多重光
信号を伝送する光ファイバ伝送路と、 前記光ファイバ伝送路を伝送された前記光信号を受信す
る請求項3に記載の光伝送装置とを備えたことを特徴と
する光伝送システム。 - 【請求項8】 請求項2に記載の光伝送装置と、 前記光伝送装置から送信された光信号または波長多重光
信号を伝送する光ファイバ伝送路と、 前記光ファイバ伝送路を伝送された前記波長多重光信号
を受信する請求項4に記載の光伝送装置とを備えたこと
を特徴とする光伝送システム。
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