JP3625726B2

JP3625726B2 - Optical transmission device and optical transmission system

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Publication number: JP3625726B2
Application number: JP2000061068A
Authority: JP
Inventors: 光師福徳; とも子宮野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP2001251250A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル信号に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。
【０００２】
【従来の技術】
（ＩＭ−ＤＤ方式）
図９は、強度変調−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。
【０００３】
図において、送信部１０では、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。
【０００４】
このようなＩＭ−ＤＤ方式を用いた光伝送システムは、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。
【０００５】
しかし、光ファイバ伝送路および光増幅器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。
【０００６】
ここで、光増幅中継数の制限要因のうち、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。
【０００７】
図９のように、光増幅器３１のみにより多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ＳＮＲを大きくする必要がある。
【０００８】
しかし、光ファイバ伝送路への入力光パワーを上昇させると、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（ＳＰＭ＋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。
【０００９】
ＩＭ−ＤＤ方式を用いた光伝送システムにおいて、１波長のみを伝送させた場合には、ＳＰＭ＋ＧＶＤ効果が顕著になることが報告されている（参考文献：Ａ．Ｎａｋａｅｔａｌ．，”Ｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｅｙｅｏｐｅｎｉｎｇｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｄｕｅｔｏｓｅｌｆ−ｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｎｄｇｒｏｕｐ−ｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ”，ＩＥＥＥｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２８，ｐｐ．２２２１−２２２２，１９９２）。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．Ｈｕｉｅｔａｌ．，”Ｃｒｏｓｓ−ｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｎｍｕｌｔｉｓｐａｎＷＤＭｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１７，ｐｐ．１０１８−１０２６，１９９９）。
【００１０】
（ＤＰＳＫ−ＤＤ方式）
次に、ＩＭ−ＤＤ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。
【００１１】
図１０は、ＤＰＳＫ−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。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“０１”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λ１〜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。
【００１２】
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。
【００１３】
送信部１０側では、予め送信信号が光信号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。
【００１４】
ここで、光弁別器２５の２つの出力ポートには、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．Ｎｏｒｉｍａｔｓｕｅｔａｌ．，”Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｒｏｓｓ−ｐｈａｓｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｎｏｐｔｉｃａｌＦＤＭＰＳＫｈｏｍｏｄｙｎｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ”，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１１，ｐｐ．７９５−８０４，１９９３）。
【００１５】
以上説明したように、ＩＭ−ＤＤ方式を用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。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光伝送システム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。
【００１７】
（ＳＰＭ＋ＧＶＤ効果）
まず、従来の光伝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。
【００１８】
図１１は、ＩＭ−ＤＤ方式で生じる自己位相変調による光周波数変化を示す。（ａ）はＮＲＺ（Ｎｏｎ−ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）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、ＮＲＺ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。
【００１９】
図１２は、ＮＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ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、３６０ｋｍ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。
【００２０】
図１２（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、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。
【００２１】
次に、ＤＰＳＫ＋ＤＤ方式におけるＳＰＭ＋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。
【００２２】
上述したように、光位相変化の時間微分が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。
【００２３】
図１４は、ＤＰＳＫ−ＤＤ方式の１波長伝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。
【００２４】
なお、ＳＰＭ−ＧＶＤ効果による符号間干渉を低減させるために、ＩＭ−ＤＤ方式においてＲＺ（ＲｅｔｕｒｎｔｏＺｅｒｏ）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。
【００２５】
（ＸＰＭ＋ＧＶＤ効果）
次に、波長多重伝送で問題となるＳＰＭ＋ＧＶＤ効果およびＸＰＭ＋ＧＶＤ効果のうち、ＸＰＭ＋ＧＶＤ効果について詳細に説明する。
【００２６】
光強度により送信信号を伝送するＩＭ−ＤＤ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＋ＧＶＤ効果という。
【００２７】
図１５は、ＮＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ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。
【００２８】
図１５（ａ），（ｂ）に示すように、隣接波長間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。
【００２９】
次に、上述したＸＰＭ＋ＧＶＤ効果によ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。
【００３０】
この電気スペクトルは連続光を受光した際のものであるので、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。
【００３１】
以上、ＮＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ方式における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ＩＭ−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。
【００３２】
図１７は、１００ＧＨｚ間隔の３波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、１２０ｋｍ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。
【００３３】
図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれＮＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ方式、ＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ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。
【００３４】
なお、ここでは波長多重伝送を行った場合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。
【００３５】
このように、光伝送システムでは、非線形光学効果と光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。
【００３６】
本発明は、ＳＰＭ＋ＧＶＤ効果やＸＰＭ＋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。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光伝送装置は、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における光信号強度がビットの境界以外の光信号強度と比較して相対的に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。
【００３８】
請求項２に記載の光伝送装置は、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における光信号強度がビットの境界以外の光信号強度と比較して相対的に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。
【００３９】
このように、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。
【００４０】
請求項３に記載の光伝送装置は、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、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。
【００４１】
請求項４に記載の光伝送装置は、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、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。
【００４２】
また、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、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。
【００４３】
また、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してもよい（請求項６）。
【００４４】
請求項７に記載の光伝送システムは、請求項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。
【００４５】
請求項８に記載の光伝送システムは、請求項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。
【００４６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発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。
【００４７】
図において、送信部１０では、ディジタル送信信号を符号化器１４に入力して符号化する。光源１１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。
【００４８】
受信部２０では、受信した光信号が光復調器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。
【００４９】
このように本発明の特徴は、送信部１０を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２０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。
【００５０】
本実施形態は、１波長の光信号を伝送するものであるが、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、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。
【００５１】
なお、本実施形態では、送信部１０から位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、ＳＰＭ＋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。
【００５２】
図２は、第１の実施形態における１波長伝送時の信号波形を示す。ここでは、ビットレート１０Ｇｂｉｔ／ｓの信号を波長分散値２．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの光伝送路で１２０ｋｍごとに光増幅中継し、３６０ｋｍ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。
【００５３】
従来のＩＭ−ＤＤ方式やＤＰＳＫ−ＤＤ方式では、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。
【００５４】
図３は、第１の実施形態における伝送後の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ＮＲＺ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。
【００５５】
光伝送路への光入力パワーを減少させると、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。
【００５６】
なお、本実施形態では、光復調器２４の光弁別器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。
【００５７】
また、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。
【００５８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の光伝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。
【００５９】
図において、送信部１０では、複数のディ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。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。
【００６０】
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。
【００６１】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、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。
【００６２】
次に、本実施形態において、ＸＰＭ＋ＧＶＤ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。
【００６３】
本実施形態では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、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。
【００６４】
このように、本実施形態における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。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、ＸＰＭ＋ＧＶＤ効果による波形劣化を低減することが可能となる。
【００６５】
ここで、第２の実施形態におけるＸＰＭ＋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。
【００６６】
この電気スペクトルは連続光を受光した際のものであるので、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。
【００６７】
図７は、第２の実施形態の構成による３波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、１２０ｋｍ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。
【００６８】
図８は、第２の実施形態における伝送後の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）。
【００６９】
１波長伝送時と３波長伝送時の符号誤り率を比較すると、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。
【００７０】
このＸＰＭ＋ＧＶＤ効果による波形劣化は、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。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送装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。
【００７２】
また、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、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。
【００７３】
なお、復調信号からクロック周波数以上の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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送装置および光伝送システムの第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態における１波長伝送時の信号波形を示す図。
【図３】第１の実施形態における伝送後の符号誤り率特性を示す図。
【図４】本発明の光伝送装置および光伝送システムの第２の実施形態を示すブロック図。
【図５】第２の実施形態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。
【図６】第２の実施形態におけるＸＰＭ＋ＧＶＤ効果の周波数分布を示す図。
【図７】第２の実施形態の構成による３波波長多重伝送実験により得られたアイパターンを示す図。
【図８】第２の実施形態における伝送後の符号誤り率特性を示す図。
【図９】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ブロック図。
【図１０】ＤＰＳＫ−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ブロック図。
【図１１】ＩＭ−ＤＤ方式で生じる自己位相変調による光周波数変化を示す図。
【図１２】ＮＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ方式の１波長伝送時の信号波形を示す図。
【図１３】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図。
【図１４】ＤＰＳＫ−ＤＤ方式の１波長伝送時の信号波形を示す図。
【図１５】ＮＲＺ符号を用いたＩＭ−ＤＤ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。
【図１６】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図。
【図１７】１００ＧＨｚ間隔の３波波長多重伝送実験により得られたアイパターンを示す図。
【符号の説明】
１０送信部
１１光源
１２光強度変調器
１３光合波器
１４符号化器
１５光位相変調器
１６光強度変調器
２０受信部
２１光分波器
２２受光素子
２３識別再生器
２４光復調器
２５光弁別器
２６バランス型受光器
３０光ファイバ伝送路
３１光増幅器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission apparatus and an optical transmission system that transmit and receive an optical signal phase-modulated by a digital signal.
[0002]
[Prior art]
(IM-DD method)
FIG. 9 shows a configuration example of a conventional wavelength division multiplexing optical transmission system using an intensity modulation-direct detection (IM-DD) system.
[0003]
In the figure, in the transmission unit 10, continuous light of wavelengths λ1 to λn generated by a plurality of light sources 11-1 to 11-n is input to the light intensity modulators 12-1 to 12-n, and the intensity of each transmission signal is increased. A modulated optical signal is generated. The optical signals of the respective wavelengths are wavelength-multiplexed by the optical multiplexer 13 and transmitted to the receiving unit 20 through the optical fiber transmission lines 30-1 to 30-m and the optical amplifiers 31-1 to 31-m that compensate for the loss. Is done. In the receiving unit 20, the optical demultiplexer 21 demultiplexes the optical signals of the respective wavelengths, inputs the signals to the corresponding light receiving elements 22-1 to 22-n, and directly detects and converts them into electrical signals. Each electrical signal is identified and reproduced by the identification reproduction circuits 23-1 to 23-n and output as a reception signal.
[0004]
Such an optical transmission system using the IM-DD system transmits a high bit rate signal over a long distance because it uses a broadband and low-loss optical fiber transmission line even when only one wavelength is transmitted. be able to. Further, by using the optical amplifier 31 as shown in FIG. 9, it is possible to amplify and repeat an optical signal as it is, compared with the case where a regenerative repeater that converts an optical signal into an electric signal and identifies and reproduces it is used. A low-cost optical transmission system can be constructed. Furthermore, in the wavelength division multiplexing optical transmission system as shown in FIG. 9, since the optical fiber transmission line 30 and the optical amplifier 31 can be shared by a plurality of wavelengths, a more economical system can be constructed.
[0005]
However, due to the signal deterioration factor generated in the optical fiber transmission line and the optical amplifier, it is not possible to relay only by the optical amplifier, and a regenerative repeater is required. In the wavelength division multiplexing optical transmission system, as many regenerative repeaters as the number of wavelengths are required, and the economic effect of wavelength multiplexing is reduced.
[0006]
Here, among the limiting factors of the number of optical amplification repeaters, the signal-to-noise ratio (optical SNR) degradation due to the spontaneous emission light (ASE light) of the optical amplifier and the signal degradation due to the nonlinear optical effect of the optical fiber transmission line will be described. .
[0007]
As shown in FIG. 9, in a configuration where optical signals are amplified and relayed in multiple stages using only the optical amplifier 31, ASE light is accumulated every time it passes through the optical amplifier. For this reason, the optical SNR, which is the ratio of the optical signal to the ASE light, is greatly degraded at the receiving end relative to the transmitting end. Further, when the optical SNR is reduced, the code error rate is increased at the receiving unit. In order to maintain the signal quality while maintaining the code error rate below a certain value, it is necessary to increase the optical power at the transmission end by increasing the input optical power to the optical fiber transmission line.
[0008]
However, when the input optical power to the optical fiber transmission line is increased, signal degradation due to the nonlinear optical effect of the optical fiber transmission line increases. The nonlinear optical effect is a phenomenon in which when high-power light propagates through an optical fiber, the light and the optical fiber interact with each other, and the refractive index of the optical fiber causes a nonlinear response. Phenomena that cause problems in optical transmission systems include the interaction between self-phase modulation and group velocity dispersion (SPM + GVD), the interaction between cross-phase modulation and group velocity dispersion (XPM + GVD), four-wave mixing, and stimulated Raman scattering.
[0009]
In an optical transmission system using the IM-DD system, it is reported that the SPM + GVD effect becomes remarkable when only one wavelength is transmitted (reference: A. Naka et al., “Fiber transmission distance”. “determined by eye opening degrading due to self-phase modulation and group-velocity dispersion”, IEEE Electronics Letters, vol. 28, pp. 2221-2222, 222.2222. Further, in the wavelength division multiplexing optical transmission system as shown in FIG. 9, it is reported that the XPM + GVD effect becomes remarkable when a wavelength other than the vicinity of the zero dispersion wavelength of the optical transmission line is used (reference: R.D. Hui et al., “Cross-phase modulation in multispan WDM optical fiber systems”, IEEE Journal of Lightwave Technology, vol.
[0010]
(DPSK-DD system)
Next, the DPSK-DD system that can reduce the influence of optical SNR degradation compared to the IM-DD system will be described. The DPSK-DD scheme is a scheme in which a transmission signal is transmitted in correspondence with a change in the phase of light, the front and rear bits are interfered by a receiving unit, and the phase change is converted into an intensity signal and demodulated.
[0011]
FIG. 10 shows a configuration example of a conventional wavelength division multiplexing optical transmission system using the DPSK-DD system. In the figure, the transmission unit 10 inputs a plurality of transmission signals to the encoders 14-1 to 14-n, sets the transmission signal “0” to “01” or “10”, and “1” to “11”. Is encoded. Continuous light of wavelengths λ1 to λn generated by a plurality of light sources 11-1 to 11-n is input to optical phase modulators 15-1 to 15-n, and output signals from encoders 14-1 to 14-n. To generate optical signals that have undergone phase modulation. At this time, the relative phase of the optical signal corresponds to the output signals of the encoders 14-1 to 14-n, and becomes a binary phase modulation signal of 0 and π. The optical signals of the respective wavelengths are wavelength-multiplexed by the optical multiplexer 13 and transmitted to the receiving unit 20 through the optical fiber transmission lines 30-1 to 30-m and the optical amplifiers 31-1 to 31-m that compensate for the loss. Is done.
[0012]
In the receiving unit 20, the optical demultiplexer 21 demultiplexes the optical signals having the respective wavelengths and inputs the optical signals to the corresponding optical demodulators 24-1 to 24-n. The optical demodulator 24 includes an optical discriminator 25 and a balance type light receiver 26. The optical discriminator 25 is composed of a 2-input 2-output Mach-Zehnder interferometer. The optical signal input from one input port is branched into two, and after being delayed by one bit time, the signals are combined and output to two output ports. Output to. If there is no change in the phase of the light at one output port, the optical signals branched by the interference strengthen each other and output a high intensity optical signal. If there is a change in the phase of the light, it is branched by the interference. The optical signals cancel each other and output an optical signal with a low intensity.
[0013]
On the transmission unit 10 side, since the transmission signal is associated with the phase change of the optical signal in advance, a light intensity signal equal to the transmission signal is output from one output port of the optical discriminator 25. A logically inverted optical signal is output to the other output port of the optical discriminator 25. By receiving these light with the balance type light receiver 26, it is possible to demodulate the electric signal corresponding to the transmission signal. Each electrical signal is identified and reproduced by the identification reproduction circuits 23-1 to 23-n and output as a reception signal.
[0014]
Here, to the two output ports of the optical discriminator 25, the ASE light components of the non-coherent optical amplifier are equally output, and the coherent optical signals are output as complementary optical signals. For this reason, the ASE light component is canceled out by the output of the balance type light receiver 26, and the optical signal component is doubled and output. Therefore, if the peak power of the optical signal is made equal to that of the IM-DD system, the optical SNR of the DPSK-DD system is doubled, and the influence of optical SNR deterioration due to ASE accumulation can be reduced. However, it has been reported that the nonlinear optical effect is deteriorated even when phase modulation is used (reference: S. Norimatsu et al., “The influence of cross-phase modulation on optical FDM PSK homotransmission). ", IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. 11, pp. 795-804, 1993).
[0015]
As described above, in an optical transmission system using the IM-DD system, optical amplification repeater is affected by optical SNR degradation due to ASE light accumulation caused by multi-stage relaying of an optical amplifier and nonlinear optical effects in an optical fiber transmission line. The number is limited. In the optical transmission system using the DPSK-DD system, the restriction on the optical SNR degradation can be relaxed, but the influence of the nonlinear optical effect cannot be reduced, which is a limiting factor for the number of optical amplification repeaters.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Of the nonlinear optical effects that are a problem in the conventional optical transmission system, the SPM + GVD effect that is a problem in single wavelength transmission, the SPM + GVD effect and the XPM + GVD effect that are problems in wavelength multiplexing transmission will be described in detail.
[0017]
(SPM + GVD effect)
First, the influence of the SPM + GVD effect in the IM-DD system in the conventional optical transmission system will be described.
[0018]
FIG. 11 shows an optical frequency change due to self-phase modulation that occurs in the IM-DD system. (A) is a waveform of an intensity modulation signal using an NRZ (Non-Return to Zero) code, and (b) is an optical frequency change caused by induced self-phase modulation. When an intensity-modulated signal as shown in FIG. 11A propagates through the optical fiber transmission line, an optical phase change proportional to the light intensity occurs in the self-optical signal through the nonlinear refractive index of the optical fiber. This optical phase change is called self-phase modulation (SPM). Since the time differentiation of the optical phase change corresponds to the optical frequency fluctuation, the optical frequency fluctuation occurs when the phase changes according to the optical intensity change as shown in FIG. As described above, in the IM-DD system using the NRZ code, the optical frequency fluctuation occurs only at the boundary between the bits where the code changes. The effect that this optical frequency variation is converted into a change in light intensity due to group velocity dispersion in the optical transmission line is called an SPM + GVD effect.
[0019]
FIG. 12 shows a signal waveform at the time of one-wavelength transmission of the IM-DD system using the NRZ code. Here, a change in waveform is shown when an optical transmission line having a chromatic dispersion value of 2.5 ps / nm / km is optically amplified and relayed every 120 km and transmitted by 360 km. (A) shows the waveform before transmission, and (b) shows the waveform after transmission. In order to eliminate the influence of only the group velocity dispersion, the group velocity dispersion of the optical transmission line was compensated with a dispersion compensating fiber after transmission.
[0020]
The two arrows in FIG. 12B both represent “1” of the transmission signal, but it can be seen that the waveforms are greatly different depending on the sign of the preceding and succeeding bits. As shown in FIG. 11, the optical frequency fluctuation of self-phase modulation occurs only at the bit boundary where the code changes, but this optical frequency fluctuation affects the bits before and after that and causes intersymbol interference. . Due to the intersymbol interference, a variation in waveform depending on the code of the preceding and succeeding bits occurs, and an error occurs in the signal.
[0021]
Next, the influence of the SPM + GDV effect in the DPSK + DD system will be described.
FIG. 13 shows the relationship between the light intensity of the phase modulation signal and its optical frequency change. (A) shows the waveform of the phase modulation signal, and (b) shows the optical frequency change caused by the induced self-phase modulation. As shown in FIG. 13 (a), since the phase modulation signal makes the transmission signal correspond to the relative phase of the light, the light intensity can be made constant, but the optical phase changes. In particular, a phase change occurs at a bit boundary where the sign changes and the relative phase of light changes from “0” to “π” and from “π” to “0”.
[0022]
As described above, since the temporal differentiation of the optical phase change becomes the optical frequency fluctuation, the optical frequency fluctuation as shown in FIG. 13B occurs at the bit boundary when the optical phase changes. Since the optical frequency variation is converted into a light intensity change when transmitted through an optical fiber having group velocity dispersion, the intensity change depending on the transmission signal is generated in the phase modulation signal as well as the intensity modulation signal. Due to the intensity change depending on the transmission signal, intersymbol interference due to the SPM + GVD effect occurs even when the phase modulation signal is used, as in the case of the above-described IM-DD system, resulting in waveform deterioration.
[0023]
FIG. 14 shows a signal waveform at the time of one wavelength transmission of the DPSK-DD system. Here, the waveform change when the phase modulation signal is transmitted under the same condition as the signal waveform shown in FIG. 12 is shown. (A) shows the output waveform of the optical demodulator before transmission, and (b) shows the output waveform of the optical demodulator after transmission. As in the case of the IM-DD system, the two arrows in FIG. 14B both represent “1” of the transmission signal. In the DPSK-DD system, the front and rear bits are the same as in the IM-DD system. The waveform varies greatly depending on the waveform, and the waveform varies due to intersymbol interference.
[0024]
In order to reduce intersymbol interference due to the SPM-GVD effect, use of an RZ (Return to Zero) code in the IM-DD scheme has been studied. In this case, deterioration due to the SPM-GVD effect is reduced, but signal deterioration due to ASE light cannot be improved.
[0025]
(XPM + GVD effect)
Next, the XPM + GVD effect will be described in detail among the SPM + GVD effect and XPM + GVD effect that are problematic in wavelength division multiplexing transmission.
[0026]
In the IM-DD system that transmits a transmission signal based on light intensity, a change in light intensity corresponding to the transmission signal changes the phase of an adjacent wavelength via the nonlinear refractive index of the optical fiber. The effect that the optical frequency change caused by this phase change appears as intensity fluctuation due to group velocity dispersion is called XPM + GVD effect.
[0027]
FIG. 15 shows changes in optical frequency caused by cross-phase modulation when wavelength division multiplexing transmission is performed by the IM-DD method using an NRZ code. FIGS. 15A and 15B show waveforms of light intensity modulation signals having wavelengths λ1 and λ2. The arrows between FIGS. 15A and 15B indicate points where cross-phase modulation occurs between adjacent wavelengths due to a change in light intensity. For example, the downward arrow indicates that an optical signal with wavelength λ1 is converted into an optical signal with wavelength λ2. It means to cause a frequency change. FIG. 15C shows the change in optical frequency that occurs in the optical signal with wavelength λ2 due to the change in intensity of the optical signal with wavelength λ1.
[0028]
As shown in FIGS. 15A and 15B, there is no correlation between transmission signals between adjacent wavelengths, so there is no correlation in intensity change between adjacent channels. For this reason, as shown in FIG. 15C, the optical frequency change caused by the influence of the adjacent channel becomes a random change unrelated to the own optical signal. This random optical frequency change is converted into a random intensity change by group velocity dispersion in the optical fiber.
[0029]
Next, a frequency distribution after reception of random waveform deterioration due to the XPM + GVD effect described above will be described.
FIG. 16 shows a frequency distribution of the XPM + GVD effect generated in the IM-DD system using the NRZ code. Here, a case where a center wavelength optical signal at the time of transmission is directly detected with respect to a three-wavelength wavelength multiplexed optical signal in which the center wavelength is continuous light and the others are intensity-modulated using an NRZ code at a bit rate of 10 Gbit / s. Electric spectrum is shown.
[0030]
Since this electric spectrum is obtained when continuous light is received, only the frequency 0 Hz component originally exists and no other frequency component exists. However, as shown in FIG. 16, a broad spectrum is generated in a region where no spectrum originally exists. This spectrum is generated by a random intensity change due to the XPM + GVD effect of the adjacent wavelength. The spectrum generated by the XPM + GVD effect overlaps the signal frequency band as shown in the figure and cannot be removed. For this reason, random signal degradation occurs in the receiving unit.
[0031]
As described above, the influence of the XPM + GVD effect in the IM-DD scheme using the NRZ code has been described, but the signal degradation also occurs in the DPSK-DD scheme similarly to the SPM + GVD effect. Further, also in the IM-DD system using the RZ code, the intensity change depends on the transmission signal, and random signal deterioration due to the XPM + GVD effect is given to the adjacent wavelength.
[0032]
FIG. 17 shows an eye pattern obtained by a three-wavelength multiplex transmission experiment at 100 GHz intervals. The bit rate of the signal was 10 Gbit / s. The optical transmission line used in the experiment had a chromatic dispersion value of 2.5 ps / nm / km, and was optically amplified and relayed every 120 km for 360 km. In order to eliminate the influence of only the group velocity dispersion, the group velocity dispersion of the optical transmission line was compensated with a dispersion compensating fiber after transmission.
[0033]
FIGS. 17A, 17B, and 17C show eye patterns of the IM-DD system using the NRZ code, the IM-DD system using the RZ code, and the DPSK-DD system, respectively. For comparison, the eye patterns before transmission are also shown at the same time. As shown in the figure, the eye pattern after three-wavelength multiplex transmission has a waveform that randomly deteriorates compared to before transmission, and the level difference between “0” and “1” becomes small and errors are likely to occur. I understand that. In this way, when wavelength division multiplexing transmission is performed, in addition to the SPM + GVD effect, the signal deteriorates due to random waveform deterioration due to the XPM + GVD effect.
[0034]
Here, as an example of the nonlinear optical effect in the case of performing wavelength division multiplexing transmission, the deterioration due to the XPM + GVD effect has been described. However, the phenomenon in which the change in light intensity, that is, the change in optical power affects other wavelengths is described above. It causes the same degradation as the XPM + GVD effect.
[0035]
Thus, in the optical transmission system, the signal deteriorates due to the influence of the nonlinear optical effect and the optical SNR deterioration. In particular, the influence of the SPM + GVD effect and the XPM + GVD effect is a major limiting factor for the number of optical amplification repeaters in an optical transmission system using the conventional technology.
[0036]
The present invention relaxes restrictions on the number of optical amplification repeaters due to nonlinear optical effects such as the SPM + GVD effect and XPM + GVD effect, and optical SNR degradation, and constructs an economical network by minimizing regenerative repeaters in the optical transmission line An object of the present invention is to provide an optical transmission device and an optical transmission system that can be used.
[0037]
[Means for Solving the Problems]
An optical transmission apparatus according to claim 1, wherein a light source that generates light of a single wavelength, phase modulation means that phase-modulates light of a single wavelength by a digital signal, and a boundary between each bit of the phase-modulated optical signal The optical signal strength in the relative to the optical signal strength other than the bit boundary Intensity modulation means for intensity-modulating the signal so as to be small, and transmitting the phase-modulated and intensity-modulated optical signal.
[0038]
The optical transmission apparatus according to claim 2, wherein a plurality of light sources that generate light of different wavelengths, a plurality of phase modulation means that respectively phase modulate light of each wavelength by a plurality of digital signals, and each phase-modulated wavelength Boundary of each bit of optical signal The optical signal strength in the relative to the optical signal strength other than the bit boundary A plurality of intensity modulation means for intensity-modulating each of the optical signals so as to be small; and an optical multiplexer for multiplexing the optical signals of the respective wavelengths that are phase-modulated and intensity-modulated, and the wavelength-multiplexed optical signal output from the optical multiplexer Send.
[0039]
In this way, intensity modulation is performed at the timing synchronized with the bit of the signal so that the light intensity becomes small at the boundary between the bits modulated by the digital transmission signal, so that the intensity change of the transmission waveform is uniform in all bits. Thus, the light intensity decreases at the bit boundary. As a result, intersymbol interference caused by the SPM + GVD effect can be suppressed, and signal degradation can be reduced.
[0040]
An optical transmission device according to claim 3 is an optical demodulating unit that demodulates an optical signal phase-modulated by a digital signal and converts it into an electric signal, and an identification reproducing unit that discriminates and reproduces the electric signal and outputs a digital signal. The optical demodulator receives the optical signal transmitted from the optical transmission device according to claim 1.
[0041]
The optical transmission device according to claim 4, an optical demultiplexer that demultiplexes a wavelength-multiplexed optical signal obtained by phase-modulating each wavelength optical signal by a plurality of digital signals into each wavelength optical signal, and each wavelength 3. A plurality of optical demodulating means for demodulating an optical signal and converting it to an electric signal, and a plurality of identification reproducing means for identifying and reproducing each electric signal and outputting a corresponding digital signal, respectively. The wavelength division multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device is received by the optical demultiplexer and demultiplexed.
[0042]
Further, there may be provided means for attenuating a frequency component equal to or higher than the clock frequency of the electrical signal demodulated by the optical demodulation means. The optical signal transmitted from the optical transmission apparatus of the present invention has a waveform whose intensity is modulated by a component that matches the clock frequency of the transmission signal. Therefore, the waveform degradation due to the XPM + GVD effect occurs at the clock frequency that is the period of the intensity change of the adjacent channel and its multiplied frequency. Therefore, the waveform degradation due to the XPM + GVD effect is reduced by attenuating the component above the clock frequency from the demodulated signal. be able to.
[0043]
The optical demodulating means also interferes the input optical signal between the previous and next bits, converts the phase modulation component of the optical signal into an intensity modulation component, and converts the optical signal output from the optical discriminator into an electrical signal. You may comprise by the photoelectric converter to convert (Claim 6).
[0044]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical transmission system according to the first aspect, an optical fiber transmission line for transmitting an optical signal or a wavelength multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission apparatus, and an optical fiber transmission line. The optical transmission apparatus according to claim 3, wherein the optical transmission apparatus receives the optical signal transmitted.
[0045]
An optical transmission system according to an eighth aspect includes an optical transmission device according to the second aspect, an optical fiber transmission line for transmitting an optical signal or a wavelength multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission apparatus, and an optical fiber transmission line. The optical transmission apparatus according to claim 4, which receives a wavelength-multiplexed optical signal transmitted through the optical fiber.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of an optical transmission apparatus and an optical transmission system of the present invention. The basic part of the modem unit according to the DPSK-DD system is the same as the conventional configuration shown in FIG. Here, a configuration for transmitting an optical signal of one wavelength is shown.
[0047]
In the figure, a transmission unit 10 inputs a digital transmission signal to an encoder 14 and encodes it. The continuous light having the wavelength λ 1 output from the light source 11 is input to the optical phase modulator 15 and phase-modulated by the output signal of the encoder 14. This phase-modulated signal is input to an optical intensity modulator 16 driven by a clock signal, and intensity-modulated for each bit so that the optical intensity becomes small at the bit boundary. This optical signal is transmitted to the receiving unit 20 through optical fiber transmission lines 30-1 to 30-m and optical amplifiers 31-1 to 31-m that compensate for the loss.
[0048]
In the receiving unit 20, the received optical signal is input to the optical demodulator 24. The optical demodulator 24 includes an optical discriminator 25 and a balance type light receiver 26. The optical discriminator 25 is composed of a 2-input 2-output Mach-Zehnder interferometer. The optical signal input from one input port is branched into two, and after being delayed by one bit time, the two are combined and output to two output ports. Output to. A light intensity signal equal to the transmission signal is output to one output port, and a light intensity signal that is logically inverted is output to the other output port. The two light intensity signals output from the light discriminator 25 are received by the balanced light receiver 26, and the electrical signal corresponding to the transmission signal is demodulated. The electric signal is discriminated and reproduced by the discriminating / reproducing circuit 23 and outputted as a digital received signal.
[0049]
As described above, the present invention is characterized in the optical transmission apparatus constituting the transmission unit 10 and using the light intensity modulator 16 for the phase modulation signal to be transmitted, the intensity modulation so that the light intensity is reduced at the bit boundary. There is a place to do. A conventional optical transmission device constituting the receiving unit 20 can be used.
[0050]
In the present embodiment, an optical signal having one wavelength is transmitted, but the nonlinear optical effect that affects this is the SPM + GVD effect. As described above, in the IM-DD system and the DPSK-DD system using the NRZ code, the signal deteriorates due to intersymbol interference caused by the SPM + GVD effect. In this embodiment, intensity modulation is performed at a timing synchronized with the bits of the signal so that the light intensity is reduced at the boundary of the bits modulated by the digital transmission signal. For this reason, the intensity change of the transmission waveform is uniform in all bits, and the light intensity is reduced at the bit boundary. If the light intensity at the bit boundary is reduced, intersymbol interference caused by the SPM + GVD effect can be suppressed, and signal degradation can be reduced.
[0051]
In this embodiment, the phase modulation signal is transmitted from the transmission unit 10 and the reception unit 20 performs a demodulation process using the light discriminator 25 and the balance type light receiver 26. Therefore, the conventional DPSK-DD system is used. Similarly to the above, it is possible to increase the reception sensitivity and reduce the influence of the ASE light of the optical amplifier 31. Even in the IM-DD system using the RZ code, the intersymbol interference caused by the SPM + GVD effect can be suppressed. However, the configuration of the present invention is characterized in that the influence of the ASE light can also be reduced.
[0052]
FIG. 2 shows a signal waveform during one-wavelength transmission in the first embodiment. Here, a waveform change is shown when a signal having a bit rate of 10 Gbit / s is optically amplified and relayed every 120 km through an optical transmission line having a chromatic dispersion value of 2.5 ps / nm / km and transmitted at 360 km. (A) shows the output waveform of the optical demodulator before transmission, and (b) shows the output waveform of the optical demodulator after transmission. In order to eliminate the influence of only the group velocity dispersion, the group velocity dispersion of the optical transmission line was compensated with a dispersion compensating fiber after transmission.
[0053]
In the conventional IM-DD system and DPSK-DD system, as shown in FIG. 17, the inter-code interference due to the SPM + GVD effect causes the waveform to change depending on the preceding and following bits, while deterioration occurs. In the embodiment, since intersymbol interference can be suppressed, it can be seen that waveform deterioration is small.
[0054]
FIG. 3 shows the code error rate characteristics after transmission in the first embodiment. The experimental conditions are the same as in the experiment of FIG. In this experiment, the code error rate when the optical transmission line loss is fixed at 30 dB and the optical input power to the optical transmission line is changed is shown. The mark ● in the figure indicates the code error rate when the optical input power is small, but the code error rate at the time of three-wavelength transmission described later was diverted. This is because, when the optical input power is small, there is no influence of the nonlinear optical effect, and it almost coincides with the code error rate at the time of one-wavelength transmission. FIG. 3A shows an IM-DD system using an NRZ code, FIG. 3B shows an IM-DD system using an RZ code, FIG. 3C shows a DPSK-DD system, and FIG. Is the code error rate of this embodiment.
[0055]
When the optical input power to the optical transmission line is decreased, the code error rate is deteriorated. This indicates that there is a lower limit to the optical input power due to the influence of the optical SNR degradation caused by the ASE light described above. On the other hand, when the optical input power to the optical transmission line is increased, the code error rate also deteriorates. This is a limitation due to the deterioration of the waveform due to the influence of the nonlinear optical effect. As the range of the optical input power between the upper limit and the lower limit is wider, the influence of the ASE light and the nonlinear optical effect is smaller, and the number of optical amplification repeaters can be increased. The reference code error rate is 10 ^-9 Assuming that the range of the optical input power satisfying this is the maximum in the present embodiment shown in FIG. 3D, it can be seen that the influence of the ASE light and the nonlinear optical effect can be reduced.
[0056]
In the present embodiment, the Mach-Zehnder interferometer is used as the optical discriminator 25 of the optical demodulator 24. However, the effect of reducing intersymbol interference due to the SPM + GVD effect does not depend on the configuration of the optical demodulator. Even when the demodulation method is used, the intersymbol interference generated in the optical transmission line can be reduced.
[0057]
Further, as means for attenuating a component having a clock frequency or higher from the demodulated signal of the optical demodulator 24, for example, as shown in FIG. May be. In the transmission unit 10 of the present embodiment, since all the bits of the optical transmission waveform have a uniform intensity change, waveform degradation due to the SPM + GVD effect similarly occurs in all the bits. As a result, the waveform deterioration after demodulation occurs in the frequency component that matches or is multiplied by the clock frequency. Therefore, the waveform deterioration after demodulation can be improved by using a filter for attenuating a component equal to or higher than the clock frequency with respect to the output of the optical demodulator 24.
[0058]
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a second embodiment of the optical transmission apparatus and the optical transmission system of the present invention. The basic part of the modem unit according to the DPSK-DD system is the same as the conventional configuration shown in FIG. Here, a configuration for n-wavelength multiplexing transmission is shown.
[0059]
In the figure, a transmission unit 10 inputs a plurality of digital transmission signals to encoders 14-1 to 14-n and encodes them. Continuous light of wavelengths λ1 to λn generated by a plurality of light sources 11-1 to 11-n is input to optical phase modulators 15-1 to 15-n, and output signals from encoders 14-1 to 14-n. To generate optical signals that have undergone phase modulation. The phase-modulated signals of the respective wavelengths are input to the light intensity modulators 16-1 to 16-n driven by the clock signals, and the intensity is modulated for each bit so that the light intensity becomes small at the bit boundary. The optical signals of the respective wavelengths are wavelength-multiplexed by the optical multiplexer 13 and transmitted to the receiving unit 20 through the optical fiber transmission lines 30-1 to 30-m and the optical amplifiers 31-1 to 31-m that compensate for the loss. Is done.
[0060]
In the receiving unit 20, the optical demultiplexer 21 demultiplexes the optical signals having the respective wavelengths and inputs the optical signals to the corresponding optical demodulators 24-1 to 24-n. The optical demodulator 24 includes an optical discriminator 25 and a balance type light receiver 26. The optical discriminator 25 is composed of a 2-input 2-output Mach-Zehnder interferometer. The optical signal input from one input port is branched into two, and after being delayed by one bit time, the signals are combined and output to two output ports. Output to. A light intensity signal equal to the transmission signal is output to one output port, and a light intensity signal that is logically inverted is output to the other output port. The two light intensity signals output from the light discriminator 25 are received by the balanced light receiver 26, and the electrical signal corresponding to the transmission signal is demodulated. The electrical signals output from the optical demodulators 24-1 to 24-n are identified and reproduced by the identification and reproduction circuits 23-1 to 23-n, respectively, and output as digital received signals.
[0061]
In this embodiment, as in the first embodiment, intensity modulation is performed at the timing synchronized with the bit of the signal so that the light intensity is reduced at the boundary of the bit modulated by the digital transmission signal. The intensity change is uniform for all bits, and the light intensity decreases at the bit boundaries. As a result, intersymbol interference caused by the SPM + GVD effect can be suppressed, and signal degradation can be reduced.
[0062]
Next, the principle of reducing signal degradation caused by the XPM + GVD effect in this embodiment will be described.
FIG. 5 shows an optical frequency change caused by cross phase modulation in the second embodiment. FIGS. 5A and 5B show waveforms of phase modulation / intensity modulation signals of wavelengths λ1 and λ2. The arrows between FIGS. 5 (a) and 5 (b) indicate the point at which optical frequency variation occurs due to light intensity changes between adjacent wavelengths due to cross-phase modulation. For example, the downward arrow means that the optical signal with the wavelength λ1 causes an optical frequency change in the optical signal with the wavelength λ2. FIG. 5C shows the change in optical frequency that occurs in the optical signal with wavelength λ2 due to the change in intensity of the optical signal with wavelength λ1.
[0063]
In this embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, since the digital transmission signal is transmitted by the phase of the light, the light intensity is always small at the bit boundary regardless of the transmission signal. Become. Therefore, the waveform is intensity-modulated with a component that matches the clock frequency of the transmission signal. In addition, since all bits are subjected to the same intensity modulation, the XPM + GVD effect also affects all bits uniformly as indicated by arrows in the figure. As a result, as shown in FIG. 5C, the period of the optical frequency change caused by the mutual phase modulation from the adjacent channel coincides with the bit rate.
[0064]
As described above, the waveform deterioration due to the XPM + GVD effect in the present embodiment occurs in the clock frequency that is the period of the intensity change of the adjacent channel and the multiplied frequency thereof. Accordingly, as means for attenuating a component having a clock frequency or higher from the demodulated signal of the optical demodulator 24, a filter is disposed between the optical demodulator 24 and the identification regenerator 23 of the receiving unit 20, for example, as shown in FIG. This makes it possible to reduce waveform deterioration due to the XPM + GVD effect.
[0065]
Here, the frequency distribution after reception of waveform degradation due to the XPM + GVD effect in the second embodiment will be described.
FIG. 6 shows the frequency distribution of the XPM + GVD effect in the second embodiment. Here, for a wavelength multiplexed optical signal of 3 wavelengths with a bit rate of 10 Gbit / s, in which the center wavelength is continuous light and the others are phase-modulated and intensity-modulated according to the present invention, the optical signal of the center wavelength at the time of transmission is directly detected. Electric spectrum is shown.
[0066]
Since this electric spectrum is obtained when continuous light is received, originally only a frequency 0 Hz component exists. The other frequency components indicate the influence of the XPM + GVD effect on the adjacent wavelength. In the IM-DD system, a broad spectrum is generated over the entire signal band as shown in FIG. 16, but the waveform deterioration due to the XPM + GVD effect of the present embodiment is caused by the clock frequency that is the period of the intensity change of the adjacent channel and its multiplication. Occurs at the frequency of. Therefore, the waveform deterioration component can be easily removed by a filter that attenuates a component equal to or higher than the clock frequency.
[0067]
FIG. 7 shows an eye pattern obtained by a three-wavelength multiplex transmission experiment according to the configuration of the second embodiment. The bit rate of the signal was 10 Gbit / s. The optical transmission line used in the experiment had a chromatic dispersion value of 2.5 ps / nm / km, and was optically amplified and relayed every 120 km for 360 km. In order to eliminate the influence of only the group velocity dispersion, the group velocity dispersion of the optical transmission line was compensated with a dispersion compensating fiber after transmission. In the conventional configuration shown in FIG. 17, the eye pattern after the three-wavelength multiplex transmission has greatly deteriorated in the waveform. However, in the configuration of the present embodiment, the eye pattern after the three-wavelength multiplex transmission does not significantly deteriorate, and SPM + GVD. It can be seen that the waveform deterioration due to the effect and the XPM + GVD effect can be suppressed.
[0068]
FIG. 8 shows the bit error rate characteristics after transmission in the second embodiment. The experimental conditions are the same as in the experiment of FIG. In this experiment, the code error rate when the optical transmission line loss is fixed at 30 dB and the optical input power to the optical transmission line is changed is shown. 8A shows the IM-DD system using the NRZ code, FIG. 8B shows the IM-DD system using the RZ code, FIG. 8C shows the DPSK-DD system, and FIG. Is the code error rate of this embodiment. For reference, the code error rate at the time of one-wavelength transmission is also shown (▲ mark).
[0069]
Comparing the code error rate at the time of 1 wavelength transmission and that at the time of 3 wavelength transmission, it can be seen that the code error rate at the time of 3 wavelength transmission increases when the optical input power to the optical transmission line is large. This is due to the waveform degradation caused by the XPM + GVD effect due to the interaction between wavelengths. Among them, the present embodiment shown in FIG. 8D minimizes the degradation of the code error rate. I understand that.
[0070]
The waveform deterioration due to the XPM + GVD effect can be reduced by using a means for attenuating a component equal to or higher than the clock frequency for the demodulated output as described above. In the experiment, it was possible to reduce waveform deterioration due to the XPM + GVD effect and suppress deterioration of the code error rate by using an optical demodulator whose bandwidth is about 10 GHz which is a bit rate. Here, the reference code error rate is 10 ^-9 Assuming that the range of the optical input power satisfying this is the maximum in this embodiment shown in FIG. 8D, it can be seen that the influence of the ASE light and the nonlinear optical effect can be reduced. Thereby, the number of optical amplification repeaters can be increased, and an economical optical transmission system can be constructed.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, the optical transmission apparatus and the optical transmission system of the present invention perform intensity modulation at a timing synchronized with the bit of the signal so that the optical intensity becomes small at the boundary of the bit modulated by the digital transmission signal. Therefore, the intensity change of the transmission waveform is uniform for all bits, and the light intensity is reduced at the bit boundaries. As a result, intersymbol interference caused by the SPM + GVD effect can be suppressed, and signal degradation can be reduced.
[0072]
The optical signal transmitted from the optical transmission apparatus of the present invention has a waveform that is intensity-modulated by a component that matches the clock frequency of the transmission signal. Therefore, the waveform degradation due to the XPM + GVD effect occurs at the clock frequency that is the period of the intensity change of the adjacent channel and its multiplied frequency. Therefore, the waveform degradation due to the XPM + GVD effect is reduced by attenuating the component above the clock frequency from the demodulated signal. be able to.
[0073]
Note that the configuration for attenuating a component having a frequency equal to or higher than the clock frequency from the demodulated signal is also effective during one-wavelength transmission. That is, since all the bits of the optical transmission waveform have a uniform intensity change, the waveform deterioration due to the SPM + GVD effect also occurs in all the bits in the same manner. As a result, the waveform deterioration after demodulation occurs in the frequency component that matches or is multiplied by the clock frequency. Therefore, waveform deterioration after demodulation can be improved by attenuating a component having a clock frequency or higher from the demodulated signal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an optical transmission apparatus and an optical transmission system according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a signal waveform during one-wavelength transmission in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a code error rate characteristic after transmission in the first embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the optical transmission apparatus and the optical transmission system of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an optical frequency change caused by cross-phase modulation when wavelength division multiplexing is performed in the second embodiment.
FIG. 6 is a view showing a frequency distribution of an XPM + GVD effect in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an eye pattern obtained by a three-wavelength wavelength division multiplexing transmission experiment according to the configuration of the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a code error rate characteristic after transmission in the second embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a conventional wavelength division multiplexing optical transmission system using the IM-DD scheme.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of a conventional wavelength division multiplexing optical transmission system using a DPSK-DD system.
FIG. 11 is a diagram showing a change in optical frequency due to self-phase modulation that occurs in the IM-DD system.
FIG. 12 is a diagram showing a signal waveform at the time of one-wavelength transmission in the IM-DD system using an NRZ code.
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the light intensity of a phase modulation signal and the change in its optical frequency.
FIG. 14 is a diagram showing a signal waveform at the time of one-wavelength transmission in the DPSK-DD system.
FIG. 15 is a diagram showing an optical frequency change caused by cross-phase modulation when wavelength division multiplexing transmission is performed by the IM-DD method using an NRZ code.
FIG. 16 is a diagram showing a frequency distribution of an XPM + GVD effect generated in an IM-DD system using an NRZ code.
FIG. 17 is a diagram showing an eye pattern obtained by a three-wavelength wavelength multiplex transmission experiment at intervals of 100 GHz.
[Explanation of symbols]
10 Transmitter
11 Light source
12 Light intensity modulator
13 Optical multiplexer
14 Encoder
15 Optical phase modulator
16 Light intensity modulator
20 Receiver
21 Optical demultiplexer
22 Light receiving element
23 Identification regenerator
24 optical demodulator
25 Light discriminator
26 Balance type receiver
30 Optical fiber transmission line
31 Optical amplifier

Claims

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における光信号強度がビットの境界以外の光信号強度と比較して相対的に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。A light source that generates light of a single wavelength;
Phase modulation means for phase modulating the light of the single wavelength by a digital signal;
Intensity modulation means for intensity-modulating the optical signal intensity at each bit boundary of the phase-modulated optical signal so as to be relatively small compared to the optical signal intensity other than the bit boundary ;
An optical transmission apparatus that transmits the phase-modulated and intensity-modulated optical signal.

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における光信号強度がビットの境界以外の光信号強度と比較して相対的に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。A plurality of light sources that generate light of different wavelengths;
A plurality of phase modulation means for respectively phase-modulating the light of each wavelength by a plurality of digital signals;
A plurality of intensity modulation means for modulating the intensity so that the optical signal intensity at the boundary of each bit of the optical signal of each wavelength subjected to phase modulation is relatively smaller than the optical signal intensity other than the boundary of the bit ;
An optical transmission device comprising: an optical multiplexer that multiplexes the optical signals of the respective wavelengths subjected to the phase modulation and the intensity modulation, and transmits a wavelength-multiplexed optical signal output from the optical multiplexer.

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。An optical demodulation means for demodulating an optical signal phase-modulated by a digital signal and converting it into an electrical signal;
Identifying and reproducing means for identifying and reproducing the electrical signal and outputting the digital signal;
An optical transmission device, wherein the optical demodulation unit receives an optical signal transmitted from the optical transmission device according to claim 1.

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。An optical demultiplexer for demultiplexing a wavelength-multiplexed optical signal obtained by phase-modulating each wavelength optical signal by a plurality of digital signals into each wavelength optical signal;
A plurality of optical demodulation means for demodulating the optical signals of the respective wavelengths and respectively converting them into electrical signals;
A plurality of identification and reproduction means for identifying and reproducing each electric signal and outputting a corresponding digital signal,
An optical transmission device, wherein the optical demultiplexer receives and demultiplexes a wavelength multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device according to claim 2.

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。In the optical transmission device according to claim 3 or 4,
An optical transmission apparatus comprising means for attenuating a frequency component equal to or higher than a clock frequency of the electrical signal demodulated by the optical demodulation means.

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。In the optical transmission device according to claim 3 or 4,
The optical demodulating means interferes the input optical signal between the previous and next bits, converts the phase modulation component of the optical signal into an intensity modulation component, and converts the output optical signal of the optical discriminator into an electrical signal An optical transmission device comprising a photoelectric converter.

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。An optical transmission device according to claim 1;
An optical fiber transmission line for transmitting an optical signal or wavelength multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device;
An optical transmission system comprising: the optical transmission device according to claim 3, which receives the optical signal transmitted through the optical fiber transmission line.

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。An optical transmission device according to claim 2;
An optical fiber transmission line for transmitting an optical signal or wavelength multiplexed optical signal transmitted from the optical transmission device;
An optical transmission system comprising: the optical transmission apparatus according to claim 4, which receives the wavelength-multiplexed optical signal transmitted through the optical fiber transmission line.