CN1269329C - 波分复用光传输系统和波分复用光传输方法 - Google Patents

Abstract

波分复用光传输系统和波分复用光传输方法。本发明的目的是提供一种光传输系统，该系统指定一种传输条件以便同时获得高频谱效率和大传输距离-容量积，并使用小型低成本光发送器和光接收器，以实现高密度波长复用光传输。为此目的，本发明的WDM光传输系统具有一种系统结构，该系统结构根据信号光调制类型的确定以及根据表示光复用器和光解复用器的传输特性的方程式的假定，通过计算来对传输距离-容量积为最大值时的频谱效率进行指定，并对从各光发送器输出的信号光的位速率和频率间隔以及光复用器和光解复用器的传输特性进行优化，以便接近频谱效率。

Description

波分复用光传输系统和波分复用光传输方法

技术领域

本发明涉及一种用于对具有不同波长的多个信号光进行复用，并在相同光纤中传输该多个信号光以实现大容量通信的波分复用(WDM)光传输系统和WDM光传输方法。本发明具体涉及一种用于以高密度来对各信号光进行复用以便传输的技术。

背景技术

为了增加WDM光传输系统的传输容量，有必要把频率间隔(波长间隔)减少得尽量窄，并以高密度来对许多波长进行复用。然而，信号光的频谱宽度取决于信号光的位速率，并且频谱宽度限制了频率间隔。

上述信号光频谱宽度不仅取决于位速率，而且取决于调制解调系统。作为用于WDM光传输系统的调制解调系统，例如，以下系统是公知的。

(1)使用NRZ调制类型的强度调制-直接检波(IM-DD)系统

(2)使用RZ调制类型的强度调制-直接检波(IM-DD)系统

(3)CS-RZ(载波抑制RZ)调制-直接检波系统(例如，参见“使用前向纠错和载波抑制RZ格式以125km间隔在376km长度上进行1.2Tbit/s(30×42.7Gbit/s ETDM光信道)WDM传输”(1.2Tbit/s(30×42.7Gbit/s ETDM optical channel)WDM transmission over 376kmwith 125km spacing using forward error correction andcarrier-suppressed RZ format)，Y.Miyamoto，OFC2000 PD26等)

(4)BSIM-DPSK调制-直接检波系统(例如，参见“使用位同步强度调制的DPSK信号来抑制在WDM传输中由SPM/XPM+GVD引发的劣化”(Suppression of degradation induced by SPM/XPM+GVD in WDMtransmission using a bit-synchronous intensity modulated DPSKsignal)，T.Miyano，OECC2000 14D3-3等)

(5)VSB调制-直接检波系统(例如，参见“对使用滤光器依靠频带减少RZ光信号进行20Gbit/s WDM传输的研究”(Study on 20Gbit/s WDMtransmission by band reduction RZ optical signal using opticalfilter)，T.Tsuritani，OCS2001-28等)

在这些调制系统中，系统(1)最广泛用于实际产品。系统(2)～(4)各自均具有对OSNR的耐力比系统(1)高的优点。然而，由于信号光具有较宽频谱，因而从高密度复用的观点来看这是不利的。并且，系统(5)具有的信号光频谱比系统(1)窄，从高密度复用的观点来看这是有利的，但却具有一个缺点是光发送器的构成复杂。

并且，作为一种用于使WDM信号光高密度化的措施，除了以上以调制解调系统为中心所述的技术以外，例如还提出了一种基于以下偏振控制的技术。

(6)正交偏振传输技术(参见“具有0.8bit/s/Hz频谱效率的6.4Tb/s(160×40Gb/s)WDM传输实验”(6.4Tb/s(160×40Gb/s)WDMTransmission Experiment with 0.8 bit/s/Hz Spectral Efficiency)，T.Ito，ECOC2000 PD1.1等)

(7)偏振分割复用传输技术(例如，参见“在3×100km的TeraLight^TM光纤上以42.7Gb/s(10.2Tb/s容量)传输256个波分复用和偏振分割复用信道”(Transmission of 256 wavelength-division andpolarization-division-multiplexed channels at 42.7Gb/s(10.2Tb/scapacity)over 3×100km of TeraLight^TM fiber)，Y.Frignac，OFC2002截止期限之后的论文FC5-1等)

另外，频谱效率被称为用于表示WDM信号光高密度的指标。该频谱效率是由通过把每1波的位速率B除以频率间隔S所获得的值(B/S)来定义的。

例如，在(1)中所述的使用普通NRZ调制类型的强度调制-直接检波(IM-DD)系统中，即使在不使用(6)中所述的正交偏振传输技术，也不使用(7)中所述的偏振分割复用传输技术的情况下，也能获得0.4bit/s/Hz的最大频谱效率。具体地说，报告了以下情况，即：以25GHz间隔来对每1波10Gbit/s的信号光进行复用(例如，参见“在380km长度上以25GHz间隔进行DWDM 160×10.66Gbit/s(1.6Tbit/s)无中继传输”(25GHz spacedDWDM 160×10.66Gbit/s(1.6Tbit/s)Unrepeatered Transmission over380km)，P.Le Roux，ECOC2001 PDM1.5等)，或者是以下情况，即：以100GHz间隔对每1波40Gbit/s的信号光进行复用(例如，参见“使用VIPA可变色散补偿器在600km NZDSF上进行3.5Tbit/s(43Gbit/s×88ch)传输(3.5Tbit/s(43Gbit/s×88ch)transmission over 600km NZDSF with VIPAvariable dispersion compensators)，H.Ooi，OFC2002 ThX3等)。

并且，在研究阶段，通过把(6)和(7)中所述的有关偏振控制的技术应用于(5)中所述的VSB调制-直接检波系统，实现了超过0.4bit/s/Hz的频谱效率。

然而，为了实现上述正交偏振传输技术和偏振分割复用传输技术，由于随着光发送器和光接收器中的部件数增加，组装变得非常复杂，因而存在一个问题是尺寸和成本增加。因此，需要采用一种使用小型低成本的光发送器和光接收器的构成，在不进行正交偏振传输和偏振分割复用传输的情况下来实现超过0.4bit/s/Hz的频谱效率，以便获得一种大容量系统。

在实现频谱效率增加方面的一个主要问题是Q值由于光信号间的串扰而劣化。也就是说，即使可增加频谱效率来扩大传输容量，然而如果这使得Q值劣化并且传输距离缩短，则也会存在无法满足市场需求的情况。

为了从这种观点来论述系统性能，不仅使用频谱效率，而且例如使用传输距离和传输容量的积(以下称为传输距离-容量积)作为性能指标是有效的，并且在系统设计中，使上述传输距离-容量积最大是一项重要课题。为了使传输距离-容量积最大，对由光信号间的串扰引起的Q值劣化进行抑制是重要的。

发明内容

本发明是针对上述问题而作成的，本发明的目的是提供一种光传输系统和光传输方法，该系统和方法指定能同时获得高频谱效率和大传输距离-容量积的传输条件，并使用小型低成本的光发送器和光接收器，以实现高密度波分复用光传输。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种WDM光传输系统，其中，从多个光发送器输出的具有不同波长的各信号光由光复用器进行复用，以便传输到光传输路径，并且通过光传输路径传播的WDM信号光由光解复用器根据各自波长进行解复用，以便由多个光接收器接收。在该WDM光传输系统中，多个光发送器各自均生成信号光，其中，信号光的位速率和频率间隔被设定成使得频谱效率接近传输距离和传输容量的积(传输距离-容量积)为最大值时的频谱效率。传输距离-容量积是根据信号光调制类型的确定以及根据表示光复用器和光解复用器的传输特性的方程式模型的假定来计算的。并且，光复用器和光解复用器具有传输特性，其中，传输带宽是根据上述方程式模型以及根据传输距离-容量积为最大值时的频谱效率来设定的。

在具有这种构成的WDM光传输系统中，传输距离-容量积为最大值时的频谱效率是通过计算来指定的，并且对从各光发送器输出的信号光的位速率和频率间隔以及光复用器和光解复用器的传输特性进行优化，以便接近该频谱效率。这可实现传输距离-容量积的增加，同时可实现高频谱效率，而不用应用正交偏振传输或偏振分割复用传输。因此，可提供一种能使用低成本小型光发送器和光接收器来实现高密度波长复用光传输的大容量光传输系统。

在上述WDM光传输系统中，信号光调制类型可以是NRZ调制类型，并且表示光复用器和光解复用器的传输特性的方程式模型可以是在以下方程中使用频率f、传输频带的中心频率fc、传输频带的半峰全宽Δf以及滤光次数(filter order)“n”来表示与各信号光的波长对应的各传输频带的形状的方程式。

$T\left(f\right)=10\·\log \left[\exp \right\{-2\·\ln \sqrt{2}\·{\left(\frac{|f-\mathrm{fc}|}{\mathrm{\Δf}/2}\right)}^{2n}\left\}\right]\left(\mathrm{dB}\right)$

在此情况下，如果滤光次数“n”是二次，则传输距离-容量积为最大值时的频谱效率为0.574bit/s/Hz。

并且，当预先给定信号光的每1波的位速率B和频率格栅(frequencygrid)I时，可以选择自然数“k”，以使“k”为自然数的频谱效率B/(kI)与传输距离-容量积为最大值时的频谱效率之差最小，从而根据自然数“k”来设定信号光的频率间隔S＝kI。

根据本发明的另一方面，提供了一种WDM光传输系统，该系统包括：波长复用设备，用于对具有多个波长的光信号进行复用，以便输出到传输路径；以及波长解复用设备，用于对来自传输路径的波分复用光进行解复用，其中，波长复用设备和波长解复用设备各自均使用频带比根据光信号的位速率和编码类型获得的频谱宽度窄的滤光器来消除各光信号频谱的短波长侧和长波长侧的各分量，并使光信号间的间隔比上述频谱宽度窄。并且，可采用无偏振依赖性的光部件来构成波长复用设备和波长解复用设备。在具有这种构成的系统中，还可增加传输距离-容量积，同时可实现高频谱效率，而不用应用正交偏振传输或偏振分割复用传输。

作为WDM光传输方法的一个方面，本发明提供了一种方法，用于对具有不同波长的多个信号光进行复用，以便传输到光传输路径，并根据波长来对通过光传输路径传播的波分复用信号光进行解复用以便接收，其中，传输距离和传输容量的积为最大值时的频谱效率是根据信号光调制类型的确定以及根据表示信号光的复用和解复用时的传输特性的方程式模型的假定来计算的，信号光的位速率和频率间隔被设定成使得频谱效率接近传输距离和传输容量的积为最大值时的频谱效率，并且信号光的复用和解复用时的实际传输特性是根据上述方程式模型来设定的，以便传输波分复用信号光。

作为WDM光传输方法的另一方面，本发明提供了一种方法，用于生成通过对具有不同波长的多个光进行调制所获得的多个光信号，消除各光信号频谱的短波长侧和长波长侧的各分量，以使各光信号具有预定带宽，并按照预定带宽来对各光信号进行波分复用，以便传输波分复用信号光。

通过以下结合附图对实施例所作的说明，将会明白本发明的其他目的、特点和优点。

附图说明

图1是示出在典型WDM光传输系统中把频率间隔设定得较宽的情况下的信号光频谱一例的图。

图2是示出在典型WDM光传输系统中把频率间隔设定得较窄的情况下的信号光频谱一例的图。

图3是示出在图2的系统中对信号光频谱进行限幅的情况下的一例的图。

图4是示出针对频谱效率B/S的变化来计算Q值劣化量ΔQ的一例的图。

图5是对根据本发明的优化技术进行说明的图，该图示出了获得性能指标PI与频谱效率B/S的关系的一例。

图6是示出当图5的计算结果与25GHz的频率格栅间隔和40～50Gbit/s的位速率对应时的分析结果的图。

图7是示出根据图6的分析结果来实现优化的WDM光传输系统的结构例的方框图。

图8是示出图7的结构例中的光复用器的一特定例的图。

图9是示出图7的结构例中的光复用器的另一特定例的图。

图10是示出图7的结构例中的光复用器的又一特定例的图。

图11是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝1.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图12是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝1.1时的PI与Δf/fb的关系的图。

图13是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝1.2时的PI与Δf/fb的关系的图。

图14是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝1.3时的PI与Δf/fb的关系的图。

图15是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝1.4时的PI与Δf/fb的关系的图。

图16是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝1.5时的PI与Δf/fb的关系的图。

图17是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝2.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图18是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝3.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图19是示出在B/I＝1.60的第一设定例中n＝4.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图20是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝1.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图21是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝1.1时的PI与Δf/fb的关系的图。

图22是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝1.2时的PI与Δf/fb的关系的图。

图23是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝1.3时的PI与Δf/fb的关系的图。

图24是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝1.4时的PI与Δf/fb的关系的图。

图25是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝1.5时的PI与Δf/fb的关系的图。

图26是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝2.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图27是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝3.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图28是示出在B/I＝1.72的第二设定例中n＝4.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图29是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝1.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图30是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝1.1时的PI与Δf/fb的关系的图。

图31是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝1.2时的PI与Δf/fb的关系的图。

图32是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝1.3时的PI与Δf/fb的关系的图。

图33是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝1.4时的PI与Δf/fb的关系的图。

图34是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝1.5时的PI与Δf/fb的关系的图。

图35是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝2.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图36是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝3.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

图37是示出在B/I＝2.00的第三设定例中n＝4.0时的PI与Δf/fb的关系的图。

具体实施方式

以下将根据附图，对本发明的实施例进行说明。

首先，将参照图1至图3，对由在提高频谱效率时发生的光信号间的串扰引起的Q值劣化进行说明，这对理解本发明的光传输系统的特点是有用的。

此处，例如如图1所示，假定一种情况是：在一种光传输系统中，即：从多个光发送器(OS)输出的具有波长λa、λb、λc、…的各信号光由光复用器(OMUX)进行复用，以便传输到光传输路径3，并且由设置在光传输路径3上的光中继器6放大时传播的WDM信号光由光解复用器(ODMUX)4针对各波长进行解复用，以便由各对应的光接收器(OR)5接收，各信号光的频率间隔(波长间隔)被设定得较宽，并且与光复用器2和光解复用器4的波长λa、λb、λc、…对应的滤光特性被设定成具有较宽的传输带宽。注意，光复用器2相当于波长复用设备，并且光解复用器4相当于波长解复用设备。

在此情况下，从各光发送器1输出的各信号光在光复用器2中，在频谱形状没有变化的情况下，按照比各频谱宽度宽的间隔进行复用，以便传输到光传输路径3。因此，各自波长的信号光频谱不会相互重叠，因而基本上不会发生由各信号光间的串扰引起的Q值劣化。

与上述频率间隔较宽的WDM光传输系统相比，例如在图2所示的窄频率间隔情况的系统中，由于已由光复用器2进行复用的各信号光的邻接波长的频谱相互重叠，因而在各信号光间产生串扰，从而造成Q值劣化。为了避免由这种串扰引起的Q值劣化，例如如图3所示，一种采用光复用器2和光解复用器4对各信号光的频谱的高频率分量进行限幅的方法是有效的。

然而，在图3的光传输系统中，如果各信号光频谱的高频率分量由光复用器2和光解复用器4限幅太多，则还存在发生显著Q值劣化的可能性。并且已确认，如果频率间隔根据位速率相对于频谱宽度太小，则不能获得该效果。

因此，本发明提供了一种特定技术，用于对WDM信号光的位速率和频率配置以及光复用器2和光解复用器4的滤光特性进行优化，以实现一种能够以高频谱效率使Q值劣化最小的光传输系统。以下将对本发明的优化技术进行详细说明。

图4是示出针对频谱效率B/S的变化来计算Q值劣化量ΔQ的一例的图。在该计算例中，由于假定使用与图1至图3所示相同的系统结构，并且不进行正交偏振或偏振分割复用，因而假定所有信号光的偏振状态相同(最坏情况)。并且，为了简化说明，在WDM信号光的波长数为8波的情况下，对中心波长的Q值劣化进行评估。

并且，假定上述Q值劣化量ΔQ由以下方程(1)来定义，在该方程(1)中，当传输1波时的Q值为Q₀，并且当传输8波时的中心波长的Q值为Q。

$\mathrm{\ΔQ}=20\·\log \frac{Q}{Q_0}\left(\mathrm{dB}\right)---\left(1\right)$

用于确定该Q值劣化量ΔQ的因素为邻接波长间的信号光频谱，以及光复用器2和光解复用器4的滤光特性(传输特性)。因此，即使增加或减少波长数，ΔQ的计算结果也不会改变。

此外，对于在计算Q值劣化量ΔQ时使用的光复用器2和光解复用器4的滤光特性，与各信号光的波长对应的光复用器2和光解复用器4的传输特性的形状例如由以下方程(2)所示的函数来假定，用于对实际滤光特性进行建模。

$T\left(f\right)10\·\log \left[\exp \right\{-2\·\ln \sqrt{2}\·{\left(\frac{|f-\mathrm{fc}|}{\mathrm{\Δf}/2}\right)}^{2n}\left\}\right]\left(\mathrm{dB}\right)---\left(2\right)$

在以上方程中，fc是传输频带的中心频率，Δf是半峰全宽，“n”是相关方程的次数，并且此处通过设定n＝2，该方程相当于被称为二次超高斯(secondary super Gaussian)的函数型。对于半峰全宽Δf，可以根据信号光频谱来事先设定所需值。或者，可以根据频谱效率B/S的变化来优化半峰全宽Δf。

如图4的计算结果所示，可以看出，如果频谱效率B/S增加到超过约0.6bit/s/Hz，则Q值劣化量ΔQ快速增加。该Q值劣化的主要因素被认为是由光复用器2和光解复用器4对信号光频谱的截止，以及各信号光间的串扰。并且，当改变Δf/fb值时，从特性变化可知，Q值劣化量ΔQ根据滤光器的带宽Δf而改变，该Δf/fb值是通过把与光复用器2和光解复用器4的各波长对应的传输带宽Δf(半峰全宽)除以信号光的时钟频率fb所获得的。

以下将对用作上述系统的性能指标的传输距离-容量积进行详细说明。

作为典型传输特性，在光中继器间隔几乎相等的光多级中继传输系统的情况下，其传输距离几乎与10·(-ΔQ/10)成比例。并且，在假定WDM信号光的波长带宽(WDM带宽)恒定的情况下，传输容量与频谱效率B/S成比例。也就是说，可使用WDM信号光的波长数N、每1波的位速率B、WDM带宽W和频率间隔S把传输容量C表示为C＝N·B＝(W/S)·B＝W·(B/S)，并且该传输容量C与频谱效率B/S成比例。因此，如果可使10·(-ΔQ/10)·B/S最大，则也可使传输距离-容量积最大。因此，在本发明中，关注10·(-ΔQ/10)·B/S的值(以下称为性能指标PI)，以实现对WDM信号光的位速率和频率配置以及光复用器2和光解复用器4的滤光特性的优化。

图5是示出通过计算来获得性能指标PI与频谱效率B/S的关系的一例。

用于获得图5的关系的条件是假定与光复用器2和光解复用器4的滤光特性有关的方程式模型，并确定信号光调制类型。此处，方程(2)所示的二次超高斯例如用作滤光特性，并且NRZ调制例如被用作信号光调制类型，以计算性能指标PI与频谱效率B/S的关系。

如图5的计算结果所示，可以看出，通过确定有关滤光特性的方程式模型和信号光调制类型的条件，当获得频谱效率B/S的特定值时，性能指标PI为最大。具体地说，在二次超高斯被用作滤光特性并且NRZ调制被用作信号光调制类型的情况下，如果频谱效率B/S在0.574bit/s/Hz左右，则性能指标PI为最大，也就是说，传输距离-容量积为最大。因此，通过对实际使用的WDM信号光的位速率和频率配置以及光复用器2和光解复用器4的滤光特性进行优化，以便接近使性能指标PI最大的频谱效率B/S，可设计一种能同时实现高频谱效率和大传输距离-容量积的光传输系统。

另外，在WDM光传输系统中使用的信号光的中心频率(中心波长)例如已在ITU作了论述，并且目前可达25GHz间隔的ITU格栅已被采用作为标准。通常，诸如用作光发送器1的光源的可调激光器那样的光部件是基于ITU格栅来制造的。因此，如果采用基于ITU格栅的信号光频率，则可使用在市场上可广泛购买到的基于ITU的标准部件，从而可实现低成本光发送器。

另一方面，与SONET/SDH对应的位速率(例如，10Gbit/s，40Gbit/s等)通常用于光传输设备。并且，通过采用公知的纠错(FEC：前向纠错)技术，可实现位速率相当于基于SONET/SDH的位速率的1～1.25倍那么高的光传输设备。鉴于这种情况，对于目前假定的位速率，例如可考虑10～12.5Gbit/s、20～25Gbit/s、40～50Gbit/s、80～100Gbit/s、160～200Gbit/s等。

在设计WDM光传输系统时的一项课题是，当传输的WDM信号光的频率格栅I和位速率B给定时，确定传输距离-容量积可接近最大值时的频率间隔S＝kI(k是自然数)。也就是说，在图5所示的计算例中，通过选择自然数“k”以使频谱效率B/S接近0.574bit/s/Hz，换言之，|B/(kI)-0.574|bit/s/Hz较小，可使传输距离-容量积最大。

具体地说，例如如图6所示，当频率格栅I＝25GHz间隔并且位速率B＝40～50Gbit/s时，可在自然数“k”＝3的情况下，使传输距离-容量积最大。特别是，可以看出，在位速率B＝43Gbit/s的情况下，频谱效率B/S＝0.574bit/s/Hz，因此可获得最大效果。

图6示出了频率格栅I＝25GHz间隔和位速率B＝40～50Gbit/s的一例。然而，只要B/I值相同，即使频率格栅I和位速率B改变，图6中的计算结果也相同，因此可适用于各种频率格栅I和位速率B。

并且，在上述例中已具体表明，当频谱效率B/S＝0.574bit/s/Hz时，传输距离-容量积为最大。然而，传输距离-容量积为最大时的频谱效率值根据有关滤光特性的方程式模型和信号光调制类型而变化，并且该值不限于上述值。

在根据上述分析结果来设计WDM光传输系统时还须注意的一点是，有多少光信号将配置在光传输路径上设置的光放大器的增益带宽内，以增加传输容量。也就是说，在图1所示的光传输系统中，把更多光信号配置在具有用于使光在传输路径上的光中继器6内直接放大的光放大器61的增益的频带内是增加传输容量的关键。

光放大器61包括掺杂稀土元素的稀土元素掺杂光纤和用于泵激稀土元素掺杂光纤的泵激光源，并依靠由通过传输路径传播的光引起的受激发射现象进行光放大。该光放大器61的增益和具有该增益的频带由稀土元素和添加到稀土元素掺杂光纤内的诸如铝等那样的掺杂剂来确定。因此，如果可把更多光信号配置在具有光放大器61的增益的频带内，则可实现传输容量的增加。另一方面，如图1所示，光信号频谱是根据对光进行调制的编码系统和光信号的位速率来确定的。如果如图2所示，光信号间的频谱相互重叠以便进行复用，则传输特性由于串扰而劣化。因此，如果可使传输特性在光放大器61的增益带宽内不会由于光信号间的串扰而劣化，并且可对比通过把光放大器的带宽除以由编码系统和位速率确定的频谱所获得的信号数多的光信号进行波长复用，则将是有效的。

因此，在本发明中，如上述图3所示，在与发送侧的波长复用设备相当的光复用器2中，使用带宽比由光信号的位速率和编码类型所获得的频谱宽度窄的滤光器，可消除光信号频谱的短波长侧和长波长侧的各分量。然后，按照比由位速率和编码类型所获得的频谱宽度窄的间隔来对短波长侧和长波长侧的分量已被消除的各光信号进行波长复用，以便传输到传输路径，从而在光信号频谱间不会发生串扰。

并且，在与波长解复用设备相当的光解复用器4中，同样，使用带宽比由发送部中的光信号的位速率和编码类型所获得的频谱宽度窄的滤光器，可消除短波长侧和长波长侧的各分量。然后，按照比由位速率和编码类型所获得的频谱宽度窄的间隔来对短波长侧和长波长侧的分量已被消除的各光信号进行波分解复用，从而在光信号频谱间不会发生串扰。

根据这种构成，即使在邻接光信号信道间不进行正交偏振，也可传输WDM信号光，而不会发生串扰。也就是说，通过构成与光信号频谱对应的波长复用设备(光复用器)和波长解复用设备(光解复用器)的滤光器，无需在邻接光信号信道间进行正交偏振分割复用，并可使用非偏振(无偏振依赖性的)光部件来形成构成波长复用设备和波长解复用设备的滤光装置。

图7是示出根据上述分析结果来实现优化的WDM光传输系统的一实施例的结构图。

在图7所示的WDM光传输系统中，对各光发送器1和各光接收器5的波长设定和调制解调系统(具体地说，强度调制-直接检波(IM-DD)系统)进行预先设定，从而按照频率间隔S＝kI＝3·25GHz＝75GHz把采用NRZ方法进行强度调制的位速率B＝43Gbit/s的信号光配置在25GHz的ITU格栅上，以便发送和接收。并且，为表现出遵循与各信号光的波长对应的方程(2)所示的二次超高斯的传输特性而设计的公知滤光器可用于对从各光发送器1输出的各信号光进行复用的光复用器2，以及对通过光传输路径3传播的WDM信号光进行解复用的光解复用器4。使用这种光复用器2和光解复用器4，可在最佳条件下对信号光频谱的高频率分量进行限幅。注意，配有公知光放大器61的光中继器6设置在光传输路径3上。

对于实现上述传输特性的光复用器2的特定构成，例如，优选的是采用：图8所示的一种使用阵列波导光栅(AWG)的构成，图9所示的一种把AWG或多层介质膜滤光器与使用干涉滤光器的光交织器进行组合的构成等。并且，如图10所示，还可采用一种使图9的构成成为一个单元，并使用光交织器把各单元进行组合的构成。可使用无偏振依赖性的光部件(不保持偏振的光部件)来构成图8至图10所示的光复用器2。此处，已对光复用器2的特定构成作了说明。然而，与光复用器2类似，也可构成光解复用器4。

理想的是，通过采用上述构成来实现遵循为获得图6的计算结果而已假定的二次超高斯的传输特性。然而，考虑以下情况，即：实际获得的滤光特性可以与上述假定不同。因此，以下将对有关光复用器2和光解复用器4的滤光特性的容限进行进一步分析。

有关方程(2)所示的关系，在用于获得图6的结果的计算过程中，假定次数“n”为二次，并且把半峰全宽Δf固定为所需值，或者根据频谱宽度B/S来优化半峰全宽Δf。此处，通过在逐步改变次数“n”的同时，计算性能指标PI与半峰全宽Δf的关系，可对滤光特性的容限进行特定分析。

首先，作为第一设定例，考虑以下情况，即：假定信号光的位速率B和频率格栅I的比率B/I被设定为1.60bit/s/Hz。这种设定条件例如相当于位速率B＝40Gbit/s(40G的SONET信号光)并且频率格栅I＝25GHz(25GHz间隔的ITU格栅)的情况。

图11至图19示出了在第一设定例中通过计算性能指标PI与Δf/fb值的关系所获得的结果，该Δf/fb值是通过把半峰全宽Δf除以信号光的时钟频率fb来获得的。注意，图11至图16示出了次数“n”按照0.1间隔从1.0增加到1.5的情况，并且图17至图19示出了次数“n”按照1间隔从2增加到4的情况。

图11至图19的计算结果表明，与当假定图6所示的二次滤光特性时类似，为了在把用于确定频率间隔S＝kI的自然数“k”设定为3的情况下获得最大性能指标PI，方程(2)中的次数“n”可以等于或大于1.2。因此，通过把次数“n”设定为等于或大于1.2，并对滤光器带宽Δf进行优化以使性能指标PI接近最大值，可进一步增加传输距离-容量积。具体地说，如图13至图19中的虚线所示，通过把滤光器带宽Δf设定成使Δf/fb值在1.50～1.90的范围内，可获得增加传输距离-容量积的效果，特别是当Δf/fb＝1.75时，可获得最大效果。

接着，作为第二设定例，考虑以下情况，即：假定信号光的位速率B和频率格栅I的比率B/I被设定为1.72bit/s/Hz。这种设定条件例如相当于位速率B＝43Gbit/s并且频率格栅I＝25GHz的情况。注意，当依靠RS(255，239)码或BCH(8160.7648.39)码对40G的SONET信号光进行纠错时等，可获得43Gbit/s的信号光。

图20至图28示出了在第二设定例中通过计算性能指标PI与Δf/fb值的关系所获得的结果。注意，图20至图25示出了次数“n”按照0.1间隔从1.0增加到1.5的情况，并且图26至图28示出了次数“n”按照1间隔从2增加到4的情况。

图20至图28的计算结果表明，与当假定二次滤光特性时类似，为了在把自然数“k”设定为3的情况下获得最大性能指标PI，方程(2)中的次数“n”可以等于或大于1.5，并且通过对滤光器带宽Δf进行优化以使性能指标PI接近最大值，可进一步增加传输距离-容量积。具体地说，如图25至图28中的虚线所示，通过把滤光器带宽Δf设定成使Δf/fb值在1.35～1.70的范围内，可获得增加传输距离-容量积的效果，特别是当Δf/fb＝1.60时，可获得最大效果。

接着，作为第三设定例，考虑以下情况，即：假定信号光的位速率B和频率格栅I的比率B/I被设定为2.00bit/s/Hz。这种设定条件例如相当于位速率B＝50Gbit/s并且频率格栅I＝25GHz的情况。此处，当依靠RS连接码对40G的SONET信号光进行纠错时等，可获得50Gbit/s的信号光。

图29至图37示出了在第三设定例中通过计算性能指标PI与Δf/fb值的关系所获得的结果。此处，图29至图34示出了次数“n”按照0.1间隔从1.0增加到1.5的情况，并且图35至图37示出了次数“n”按照1间隔从2增加到4的情况。

图29至图37的计算结果表明，与假定二次滤光特性的情况类似，为了在把自然数“k”设定为3的情况下获得最大性能指标PI，方程(2)中的次数“n”可以等于或大于2.0，并且通过对滤光器带宽Δf进行优化以使性能指标PI接近最大值，可增加传输距离-容量积。具体地说，如图35至图37中的虚线所示，通过把滤光器带宽Δf设定成使Δf/fb值在1.35～1.70的范围内，可获得增加传输距离-容量积的效果，特别是当Δf/fb＝1.45时，可获得最大效果。

正如与上述第一至第三设定例对应的分析结果表明，根据本发明的优化技术设计的光复用器2和光解复用器4的滤光特性针对方程式模型的次数“n”(滤波特性的形状)和传输带宽Δf，在较广范围内是有效的，从而可采用这种利用图8至图10所示的公知滤光器的构成来实现光复用器2和光解复用器4。并且，由于与第一至第三设定例对应的分析结果是根据标准频率来论述的，因而即使位速率B或频率格栅I的设定更改为上述以外的值，也不会失去一般适用性。因此，本发明也适用于与40～50Gbit/s以外的位速率，具体地说，上述根据SONET/SDH假定的位速率范围对应的系统设计。

如上所述，通过对性能指标PI为最大值时的频谱效率B/S进行指定，并且对WDM信号光的位速率和频率配置以及光复用器2和光解复用器4的滤光特性进行优化，以便接近频谱效率B/S，可实现传输距离-容量积的增加，同时可实现超过0.4bit/s/Hz的高频谱效率，而不用应用正交偏振传输或偏振分割复用传输。结果，可提供一种能使用低成本小型光发送器1和光接收器5来实现高密度波分复用光传输的大容量光传输系统。

Claims (16)

1.一种波分复用光传输系统，其中，从多个光发送器输出的具有不同波长的各信号光由光复用器进行复用，以便传输到光传输路径，并且通过光传输路径传播的波分复用信号光由光解复用器根据各自波长进行解复用，以便由多个光接收器接收；

其中，所述信号光调制类型是NRZ调制类型，并且表达所述光复用器和所述光解复用器的传输特性的方程式模型由以下方程表示，在该方程中，对应于各信号光的波长的各传输频带的形状T(f)通过频率f、传输频带的中心频率fc、传输频带的半峰全宽Δf以及滤光次数“n”表示，

$T\left(f\right)=10\·\log \left[\exp \right\{-2\·\ln \sqrt{2}\·{\left(\frac{|f-\mathrm{fc}|}{\mathrm{\Δf}/2}\right)}^{2n}\left\}\right]---\left(\mathrm{dB}\right)$

其中，所述多个光发送器各自均生成信号光，其中，信号光的位速率和频率间隔被设定成使得频谱效率接近传输距离和传输容量的积为最大值时的频谱效率，所述积是根据所述方程式模型来计算的，以及

所述光复用器和所述光解复用器具有传输特性，其中，传输带宽是根据所述方程式模型以及根据传输距离和传输容量的积为最大值时的频谱效率来设定的。

2.根据权利要求1所述的波分复用光传输系统，其中，所述滤光次数“n”是二次，并且所述传输距离和所述传输容量的积为最大值时的频谱效率为0.574bit/s/Hz。

3.根据权利要求2所述的波分复用光传输系统，

其中，当预先给定信号光的每1波的位速率B和频率格栅I时，选择自然数“k”以使“k”为自然数的频谱效率B/(kI)与所述传输距离和所述传输容量的积为最大值时的频谱效率之差最小，从而根据自然数“k”来设定信号光的频率间隔S＝kI。

4.根据权利要求3所述的波分复用光传输系统，

其中，当通过把所述位速率B除以所述频率格栅I所获得的B/I值为1.6～2.0bit/s/Hz时，选择3作为所述自然数“k”。

5.根据权利要求4所述的波分复用光传输系统，

其中，当给定40～50Gbit/s作为所述位速率B，并且给定25GHz间隔作为所述频率格栅I时，把频率间隔设定为75GHz。

6.根据权利要求3所述的波分复用光传输系统，

其中，当通过把所述位速率B除以所述频率格栅I所获得的B/I值为1.6bit/s/Hz，并且选择3作为所述自然数“k”时，

所述光复用器和所述光解复用器具有遵循所述滤光次数“n”为等于或大于1.2的所述方程式模型的传输特性。

7.根据权利要求6所述的波分复用光传输系统，

其中，所述光复用器和所述光解复用器具有传输特性，其中，通过把所述传输频带的半峰全宽Af除以信号光的时钟频率fb所获得的Δf/fb值在1.50～1.90的范围内。

8.根据权利要求3所述的波分复用光传输系统，

其中，当通过把所述位速率B除以所述频率格栅I所获得的B/I值为1.7bit/s/Hz，并且选择3作为所述自然数“k”时，

所述光复用器和所述光解复用器具有遵循所述滤光次数“n”为等于或大于1.5的所述方程式模型的传输特性。

9.根据权利要求8所述的波分复用光传输系统，

其中，所述光复用器和所述光解复用器具有传输特性，其中，通过把所述传输频带的半峰全宽Δf除以信号光的时钟频率fb所获得的Δf/fb值在1.45～1.95的范围内。

10.根据权利要求3所述的波分复用光传输系统，

其中，当通过把所述位速率B除以所述频率格栅I所获得的B/I值为2.0bit/s/Hz，并且选择3作为所述自然数“k”时，

所述光复用器和所述光解复用器具有遵循所述滤光次数“n”等于或大于2的所述方程式模型的传输特性。

11.根据权利要求10所述的波分复用光传输系统，

其中，所述光复用器和所述光解复用器具有传输特性，其中，通过把所述传输频带的半峰全宽Δf除以信号光的时钟频率fb所获得的Δf/fb值在1.35～1.70的范围内。

12.根据权利要求1所述的波分复用光传输系统，

其中，所述光复用器和所述光解复用器各自均是使用阵列波导光栅而构成的。

13.根据权利要求1所述的波分复用光传输系统，

其中，所述光复用器和所述光解复用器各自均是通过把使用干涉滤光器的光交织器与阵列波导光栅进行组合而构成的。

14.根据权利要求1所述的波分复用光传输系统，

其中，所述光复用器和所述光解复用器各自均是通过把使用干涉滤光器的光交织器与多层介质膜滤光器进行组合而构成的。

15.根据权利要求1所述的波分复用光传输系统，

其中，所述传输距离和所述传输容量的积为最大值时的频谱效率是作为使用系统的Q值劣化量ΔQ、信号光的位速率B和频率间隔S表示的性能指标PI＝10·(-ΔQ/10)·B/S为最大值时的频谱效率而计算的。

16.一种波分复用光传输方法，用于对具有不同波长的多个信号光进行复用，以便传输到光传输路径，并根据波长来对通过所述光传输路径传播的波分复用信号光进行解复用以便接收，

其中，所述信号光调制类型是NRZ调制类型，并且表达信号光复用和解复用时的传输特性的方程式模型由以下方程表示，在该方程中，对应于各信号光的波长的各传输频带的形状T(f)通过频率f、传输频带的中心频率fc、传输频带的半峰全宽Δf以及滤光次数“n”表示，

$T\left(f\right)=10\·\log \left[\exp \right\{-2\·\ln \sqrt{2}\·{\left(\frac{|f-\mathrm{fc}|}{\mathrm{\Δf}/2}\right)}^{2n}\left\}\right]---\left(\mathrm{dB}\right)$

其中，传输距离和传输容量的积为最大值时的频谱效率是根据所述方程式模型来计算的，以及

信号光的位速率和频率间隔被设定成使得频谱效率接近所述传输距离和所述传输容量的积为最大值时的频谱效率，并且信号光的复用和解复用时的实际传输特性是根据所述方程式模型来设定的，以便传输波分复用信号光。

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