JP2005045415A - 光波長多重伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】波長多重（ＷＤＭ）方式の光伝送装置に関し、１ビット信号あるいは１シンボル信号の各信号間の符号間干渉を抑圧し、かつ波長チャネル間の干渉妨害を抑えて合波、伝送、分波および検波する。
【解決手段】各チャネル毎に、送信側では光パルスを前記光学フィルタを介して送出し、受信側では光信号を前記光学フィルタを介して受信、検波してなり、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信光学フィルタとしてベッセルフィルタを用いる。
【選択図】 図１
【解決手段】各チャネル毎に、送信側では光パルスを前記光学フィルタを介して送出し、受信側では光信号を前記光学フィルタを介して受信、検波してなり、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信光学フィルタとしてベッセルフィルタを用いる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重（ＷＤＭ）方式の光伝送装置に関し、１ビット信号あるいは１シンボル信号の各信号間の符号間干渉を抑圧し、かつ波長チャネル間の干渉妨害を抑えて合波、伝送、分波および検波する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重方式（ＷＤＭ）システムでは、各ビット信号のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）とすると、チャネル周波数間隔が４０Ｆヘルツ以上であり、たとえば、伝送レートＦが２．５Ｇビット／秒に対してチャネル波長間隔は１００ＧＨｚ以上である。こうした波長多重方式では、波長選択素子を介した波長の合波、伝送、分派及び検波において各波長間の干渉や信号処理に伴い生じる信号劣化は問題とならなかった。
【０００３】
一方、波長の使用効率を上げるため高密度の波長多重方式（ＤＷＤＭ）（Ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ）が検討されるようになっている。この波長多重方式では、各ビット信号のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）とすると、チャネル周波数間隔が２．５Ｆヘルツであり、たとえば伝送レートＦが４０Ｇビット／秒に対してチャネル周波数間隔は１００ＧＨｚである。この場合、波長選択素子を介した波長の合波、伝送、分派及び検波において各波長間の干渉や信号処理に伴い生じる信号劣化は大きな問題となる。
【０００４】
このため、伝送系の分散補償や誤り訂正など、信号の劣化を抑える技術が開発されつつあるが、信号伝送理論的に正確な手法ではなく、経験則、使い込みのテクニックによるところが大きく、ことに信号情報理論的に周波数領域と時間領域の両面から現象を定量化した解決法ではない。
【０００５】
従来、図９に示すように、一般に分散補償と呼んでいる装置デバイスはファイバの群遅延時間の単純なスロープを補償する装置デバイスであるが、この分散補償法ではＤＷＤＭシステムの複雑な群遅延時間の偏差は補償できず、信号の劣化さらに通信品質の劣化を補償できない。
【０００６】
また、１ビット光信号を短パルス化しても占有スペクトラムのパワーを減らしチャネル間干渉を減少させて通信品質を保持する方法として、図１０に示すＣＳ−ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ） など変調信号を工夫した方式があるが、１ビットの占有するスペクトラムや光パルス形状はＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号と変わらない。
【０００７】
また図１１に示すデュオバイナリ（Ｄｕｏ Ｂｉｎａｒｙ）方式は、符号化と変調方式を組み合わせ、スペクトラムの狭帯域化に伴う信号品質の劣化を時間軸で分散させてシステム全体で情報劣化の少ない組み合わせとしているが、信号情報理論的に最適条件としている訳ではない。
【０００８】
以上より明らかな様に、これら従来の技術ではデバイスにおいても変調復調方式においても信号情報理論的に必ずしも最適条件を求めたものではない。
【０００９】
最近の研究で、図１２に示すような送信部と受信部に光の整合フィルタを用いる伝送方式が報告されている（非特許文献１）。この研究はまだ理論的な段階であり、また実際には実現できない光学の整合フィルタの代わりに架空の超ガウスフィルタ（Ｓｕｐｅｒ Ｇａｕｓｓｉａｎ）の特性をシミュレーションとして用い、通常のＲＺ、ＣＳＲＺ、ＮＲＺ信号との組み合わせで信号の品質を検討している。
【００１０】
この研究では、かなり信号理論を取り入れた技術となっているが、整合フィルタが実現できないため計算上で超ガウスフィルタと通常の変調方式の信号を組み合わせるという点で、まだ必ずしも信号理論的に最適化している訳ではなく改善の余地がある。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｂｏｓｃｏ． Ｇ， ｅｔ ａｌ． ，”Ｏｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＮＲＺ， ＲＺ， ａｎｄ ＣＳＲＺ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｔ ４０ Ｇｂ／ｓ ｗｉｔｈ ｎａｒｒｏｗ ＤＷＤＭ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ” Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｐｔ． ２００２
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、これら従来の技術ではデバイスにおいても変調復調方式においても信号情報理論的に必ずしも最適条件を求めたものではなかった。
【００１３】
そこで本発明では、１ビット信号あるいは１シンボル信号の各信号間の符号間干渉を抑圧し、かつ波長チャネル間の干渉妨害を抑えた光波長多重伝送装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、各チャネル内のビット信号列間の符号間干渉（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）と各チャネル間の干渉妨害を同時に抑圧する１ビット信号波形と波長選択フィルタとを時間領域と周波数領域を同時に考慮して情報信号理論的に最適設計を行うものである。すなわち、本発明では１ビット信号の波形と、波長選択フィルタの特性を時間領域と周波数領域の両面で捉えて、ナイキストのクリテリアにできるだけ近い条件の特性の組み合わせとする。
【００１５】
そのため、複数の送信部からの光信号が合波部で合波され１本の光ファイバーを介して伝送され、分波部で分波されて対応する受信部に導かれ、各送信部は定められたチャネル波長の光パルス発生器と送信光学フィルタを具備し、対応する受信部は受信光学フィルタを具備する光波長多重伝送装置であって、各チャネル毎に、送信側では光パルスを前記光学フィルタを介して送出し、受信側では光信号を前記光学フィルタを介して受信、検波してなり、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信光学フィルタがベッセルフィルタであることを特徴とする。
【００１６】
また、前記送信部の光学フィルタのインパルスレスポンスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長と、前記光パルスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長の和が前記パルス間隔Ｔの０．８〜１．２倍となっていることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記受信部の光学フィルタの−３ｄＢ通過帯域幅は伝送レートＦの１〜２倍であることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明の光学フィルタと信号波形の組み合わせにより、波長多重（ＷＤＭ）方式の光伝送装置に関し、特に多重される光信号の各チャネル内の符号間干渉と各チャネル間の妨害干渉を同時に抑えて合波、伝送、分波および検波が可能となり、品質の高い通信システムとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく以下、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００２０】
図１に本発明の一実施例を示す。これは２チャネルの例であるが、実際には同様な構造の多チャネルの光多重伝送装置に適用することができる。
【００２１】
送信側では光源１、２より指定のチャネル波長の光キャリア信号が出力されており、それぞれ変調器３、４に入力される。それぞれの変調器には変調信号源５、６からの変調信号が入力されており、変調された光パルス信号が出力ポート１８、１９から出力され、光学フィルタ７、８に入力される。それぞれのフィルタの信号は出力ポート２０、２１から出力され、合波器９で合波されて、ファイバ１０を通り受信側の分波器１１に入力される。分波器１１からの出力は光学フィルタ１２、１３に入力される。各フィルタの出力ポート２２、２３から出力され、検波器１４や光増幅器１５に入力される。それぞれの出力端子１６、１７から検波信号や増幅された光信号が出力される。
【００２２】
ここで、本発明では、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信側の光学フィルタ１２、１３としてベッセルフィルタを用いた。
【００２３】
また、前記送信側の光学フィルタ７、８のインパルスレスポンスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長と、前記光パルスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長の和が前記パルス間隔Ｔの０．８〜１．２倍となっていることが好ましい。
【００２４】
さらに、前記受信側の光学フィルタ１２、１３の−３ｄＢ通過帯域幅は伝送レートＦの１〜２倍であることが好ましい。
【００２５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１において、ある信号チャネルに着目する。例えば、光源１、変調器３、変調信号源５、光学フィルタ７と光学フィルタ１２、検波器１４が注目している信号チャネルに関するデバイスとする。図２、図３にそれぞれ送信側、受信側における光信号の時間領域の波形を示す。
【００２７】
変調器３の出力ポートにおける１ビット光パルス信号ｓ１（ｔ）の波形２４の全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長をＴ１秒、光学フィルタのインパルスレスポンスｓ２（ｔ）の全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長をＴ２秒とすると、光学フィルタ７の出力ポート２０における出力信号ｓ３（ｔ）の波形２６は波形２５と波形２６の畳み込み積分となり、数１で表される。その全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長Ｔ３秒はおよそＴ１＋Ｔ２秒となっている。
【００２８】
【数１】
【００２９】
波形２６がファイバ１０を歪みなく伝送されたものとすると、受信側の光学フィルタ１２に入力される図２の波形２７は波形２６と同じである。光学フィルタ２２のインパルスレスポンスｓ４（ｔ）である波形２８の全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長をＴ４秒とすると、光学フィルタ１２の出力ポート２２における出力信号ｓ５（ｔ）の波形２９は波形２７と波形２８の畳み込み積分であり、数２で表される。
【００３０】
【数２】
【００３１】
その全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長Ｔ５秒はおよそＴ３＋Ｔ４秒となっている。波形２９が検波器１４で検波されるとそのエンベロープ波形３０から１ビット波形３３が得られ、前後のビットの波形３４、３５を０と１の組み合わせで加算し、ジッタとノイズを載せると図４に示すアイパターンが得られる。
【００３２】
ここで、アイパターンが最大に開く条件、ナイキストの第２クリテリア、を求める。アイパターンの縦軸に関しては、アイパターンの最大開口ポイント３１と３２においてＣ／Ｎが最大になればよい。信号理論から明らかな様にノイズが重畳された系では、アイパターンの最大開口ポイントにおけるＣ／Ｎが最大になる条件は、波形２７と波形２８が数３に示す関係となっていれば良い。
【００３３】
【数３】
【００３４】
この関係は波形２７と波形２８の畳み込み積分が互いに共通の自己相関関数となることで、この場合、波形２７に対して光学フィルタ１２は「整合フィルタ」となる。理論的には、波形２７と波形２８が周波数領域で振幅が同じで位相が共役であればよいが、実際の受動素子でそうしたフィルタは実現できない。しかし、波形２７と波形２８がそれぞれピークに対して偶対称形であれば位相は考慮しなくて良いので、波形２７と波形２８がピークに対して偶対称形となりかつ同じ波形となれば良く、これに近い特性は現実に実現可能である。
【００３５】
次にアイパターンの横軸に対しては、アイパターンの最大開口ポイントの近辺において、前後のビットによる波形ができるだけ広い範囲で直交する、即ち０に近い値であればよい。このためには、波形２７、波形２８のピークから±Ｔ秒近辺でできるだけ０に収束していれば良く、エンベロープがオーバーシュート無く、急激に単調減衰する波形が望ましい。
【００３６】
信号理論から明らかな様に、時間領域あるいは周波数領域のいずれかの領域で、急激に矩形波の形で波形を減衰させるともう一方の領域ではオーバーシュートが出てまた信号の占有帯域幅あるいは信号長が広がる。このため両方の帯域を同時には制限できない。
【００３７】
たとえば、図５に示す周波数領域で矩形波的に選択性を持たせたバターワ−ス型（フラットトップ）フィルタでは、インパルスレスポンスにオーバーシュートが生じ長く尾を引く。このためこのフィルタを用いると隣接ビット信号のアイパターンの開口ポイント近まで残って尾を引いてノイズとして重畳されるので、符号間干渉の妨害信号となり信号品質が劣化する。また反対に図６に示すように時間領域で矩形波の１ビット信号波形を使用すると、スペクトラムが広がり、隣接チャネルの信号に重畳して隣接チャネル信号のＣ／Ｎを劣化させる。
【００３８】
両方の領域を同じように穏やかに制限する信号として、図７に示すガウス型波形がある。数４に両方の領域の関係を示す。
【００３９】
【数４】
【００４０】
この特性は両方の帯域を同様に穏やかに制限できるので、図１２に示した非特許文献１の例ではこのタイプのフィルタを採用している。しかし、実際のシステムでは、素子や信号の精度、必要とされる選択度、ノイズの性質、実際のフィルタの作りやすさ等から必ずしも最適ではない。たとえば、周波数領域で通過帯域内での反射損がやや急峻で希望信号のスペクトラムが削られる割には、阻止域の減衰が穏やかであり、妨害干渉の抑圧効果が小さい。
【００４１】
これに対し、周波数領域での通過帯域の反射損を少なくし、また阻止域の減衰を多くして特性を改善し、そして時間領域ではインパルスレスポンスにオーバーシュートを生じないフィルタとして、本発明では数５に示されるようなベッセル型のフィルタを用いる。
【００４２】
【数５】
【００４３】
また、ベッセル型フィルタの特性は図８に示される。数５の例は５次のベッセルフィルタの例であるが、他の次数のベッセルフィルタも同様にオーバーシュートが少ない性質を持ち、次数が高いほど周波数領域の選択特性が高くなる。
【００４４】
このようなベッセル型フィルタを用いることにより、特性を改善することができ、信号パワーの損失を抑えてＣ／Ｎを確保し、また、製造誤差による中心波長、あるいは中心周波数のずれに対し安定である。またアイパターンの横軸に関しては、ガウスタイプのフィルタの場合よりもアイの開口の幅が狭くなるが、実用上の差は殆ど無い。また、このようなベッセル型フィルタは、光学薄膜フィルタとして実現できる。
【００４５】
それ故、図１に示す実施例としては、先ず受信側の光学フィルタ７として、インパルスレスポンスの波形２８のエンベロープの半値幅が光パルス信号のハルス間隔Ｔ秒に近い光学ベッセルフィルタを用いる。５次のベッセルフィルタの場合、−３ｄＢ通過帯域幅はおよそ伝送レートＦビット／秒に近い値となる。つぎに送信信号の波形２６が波形２８に近くなるように送信側の光学フィルタ７と変調器出力の波形２４を決める。例えば、矩形波に近い光パルスの波形２４と−３ｄＢ帯域幅が受信側の光学フィルタ１２のそれよりもやや広いベッセルフィルタの光学フィルタとの組み合わせ、あるいはガウス波形に近いパルス波形２４と−３ｄＢ帯域幅が受信側の光学フィルタのそれよりも２倍以上広いバターワース特性の光学フィルタ７との組み合わせなどが可能であり、システムを構築し易い組み合わせとする。
【００４６】
【実施例】
本発明の実施例として図８に示す５次のベッセルフィルタを用いた場合と、比較例として図５に示す５次のバターワース型フィルタを用いた場合の比較を示す。
【００４７】
図３の入力信号が、９０％のエネルギーを含む時間幅が１ビット長Ｔ秒とする。両方のフィルタの−３ｄＢの通過対域幅をともにＦヘルツとする。基準としてフィルタの通過対域幅がともに十分広く、アイパターンに時間軸の擾乱であるジッタ、振幅の擾乱であるノイズが載っていなかったものとし、この時のアイパターンの開口の高さがともに１とする。
【００４８】
つぎに、それぞれのフィルタの−３ｄＢ通過帯域幅をＦとし、アイパターンにパルス間隔Ｔの３％のジッタと、ノイズとしてアイパターンの開口１の１％のノイズがのるものとする。すると、アイパターンの開口の高さは、比較例であるバターワース型フィルタの場合は０．３０に減少するのに対し、本発明実施例であるベッセルフィルタでは０．５２となり、アイパターンの減少が抑えられた。これに伴い信号の誤り率の低下を抑えることができる。
【００４９】
以上より、本発明実施例によれば、Ｄ−ＷＤＭにおいて最良の信号品質の光波長多重伝送装置ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波長多重伝送装置を示す図である。
【図２】本発明の光波長多重伝送装置における送信側の信号波形を示す図である。
【図３】本発明の光波長多重伝送装置における受信側の信号波形を示す図である。
【図４】本発明の光波長多重伝送装置におけるアイパターンを示す図である。
【図５】バターワース型フィルタの特性を示す図である。
【図６】矩形波の信号を示す図である。
【図７】ガウス型フィルタの特性を示す図である。
【図８】本発明で用いるベッセルフィルタの特性を示す図である。
【図９】従来例の分散補償デバイスの例を示す図である。
【図１０】従来のＣＳ−ＲＺを示す図である。
【図１１】従来例のデュオバイナリ信号を示す図である。
【図１２】従来例の整合フィルタを用いたシステムを示す図である。
【符号の説明】
１、２ 光源
３、４ 変調器
５、６ 変調信号源
７、８、１２、１３ 光学フィルタ
９ 合波器
１０ ファイバ
１１ 分波器
１４ 検波器
１５ 光増幅器
１６、１７ 出力端子
１８、１９出力ポート
２０、２１、２２、２３ 出力ポート
２４ １ビット光パルス信号の波形
２５、２８ 光学フィルタのインパルスレスポンスの波形
２６、２９ 出力信号の波形
２７ 入力信号の波形
３０ エンベロープ波形
３１、３２ アイパターンサンプル点
３４、３５、３６ １ビット波形
【発明の属する技術分野】
本発明は波長多重（ＷＤＭ）方式の光伝送装置に関し、１ビット信号あるいは１シンボル信号の各信号間の符号間干渉を抑圧し、かつ波長チャネル間の干渉妨害を抑えて合波、伝送、分波および検波する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重方式（ＷＤＭ）システムでは、各ビット信号のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）とすると、チャネル周波数間隔が４０Ｆヘルツ以上であり、たとえば、伝送レートＦが２．５Ｇビット／秒に対してチャネル波長間隔は１００ＧＨｚ以上である。こうした波長多重方式では、波長選択素子を介した波長の合波、伝送、分派及び検波において各波長間の干渉や信号処理に伴い生じる信号劣化は問題とならなかった。
【０００３】
一方、波長の使用効率を上げるため高密度の波長多重方式（ＤＷＤＭ）（Ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ）が検討されるようになっている。この波長多重方式では、各ビット信号のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）とすると、チャネル周波数間隔が２．５Ｆヘルツであり、たとえば伝送レートＦが４０Ｇビット／秒に対してチャネル周波数間隔は１００ＧＨｚである。この場合、波長選択素子を介した波長の合波、伝送、分派及び検波において各波長間の干渉や信号処理に伴い生じる信号劣化は大きな問題となる。
【０００４】
このため、伝送系の分散補償や誤り訂正など、信号の劣化を抑える技術が開発されつつあるが、信号伝送理論的に正確な手法ではなく、経験則、使い込みのテクニックによるところが大きく、ことに信号情報理論的に周波数領域と時間領域の両面から現象を定量化した解決法ではない。
【０００５】
従来、図９に示すように、一般に分散補償と呼んでいる装置デバイスはファイバの群遅延時間の単純なスロープを補償する装置デバイスであるが、この分散補償法ではＤＷＤＭシステムの複雑な群遅延時間の偏差は補償できず、信号の劣化さらに通信品質の劣化を補償できない。
【０００６】
また、１ビット光信号を短パルス化しても占有スペクトラムのパワーを減らしチャネル間干渉を減少させて通信品質を保持する方法として、図１０に示すＣＳ−ＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ） など変調信号を工夫した方式があるが、１ビットの占有するスペクトラムや光パルス形状はＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号と変わらない。
【０００７】
また図１１に示すデュオバイナリ（Ｄｕｏ Ｂｉｎａｒｙ）方式は、符号化と変調方式を組み合わせ、スペクトラムの狭帯域化に伴う信号品質の劣化を時間軸で分散させてシステム全体で情報劣化の少ない組み合わせとしているが、信号情報理論的に最適条件としている訳ではない。
【０００８】
以上より明らかな様に、これら従来の技術ではデバイスにおいても変調復調方式においても信号情報理論的に必ずしも最適条件を求めたものではない。
【０００９】
最近の研究で、図１２に示すような送信部と受信部に光の整合フィルタを用いる伝送方式が報告されている（非特許文献１）。この研究はまだ理論的な段階であり、また実際には実現できない光学の整合フィルタの代わりに架空の超ガウスフィルタ（Ｓｕｐｅｒ Ｇａｕｓｓｉａｎ）の特性をシミュレーションとして用い、通常のＲＺ、ＣＳＲＺ、ＮＲＺ信号との組み合わせで信号の品質を検討している。
【００１０】
この研究では、かなり信号理論を取り入れた技術となっているが、整合フィルタが実現できないため計算上で超ガウスフィルタと通常の変調方式の信号を組み合わせるという点で、まだ必ずしも信号理論的に最適化している訳ではなく改善の余地がある。
【００１１】
【非特許文献１】
Ｂｏｓｃｏ． Ｇ， ｅｔ ａｌ． ，”Ｏｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＮＲＺ， ＲＺ， ａｎｄ ＣＳＲＺ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｔ ４０ Ｇｂ／ｓ ｗｉｔｈ ｎａｒｒｏｗ ＤＷＤＭ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ” Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｐｔ． ２００２
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、これら従来の技術ではデバイスにおいても変調復調方式においても信号情報理論的に必ずしも最適条件を求めたものではなかった。
【００１３】
そこで本発明では、１ビット信号あるいは１シンボル信号の各信号間の符号間干渉を抑圧し、かつ波長チャネル間の干渉妨害を抑えた光波長多重伝送装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、各チャネル内のビット信号列間の符号間干渉（Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｍｂｏｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）と各チャネル間の干渉妨害を同時に抑圧する１ビット信号波形と波長選択フィルタとを時間領域と周波数領域を同時に考慮して情報信号理論的に最適設計を行うものである。すなわち、本発明では１ビット信号の波形と、波長選択フィルタの特性を時間領域と周波数領域の両面で捉えて、ナイキストのクリテリアにできるだけ近い条件の特性の組み合わせとする。
【００１５】
そのため、複数の送信部からの光信号が合波部で合波され１本の光ファイバーを介して伝送され、分波部で分波されて対応する受信部に導かれ、各送信部は定められたチャネル波長の光パルス発生器と送信光学フィルタを具備し、対応する受信部は受信光学フィルタを具備する光波長多重伝送装置であって、各チャネル毎に、送信側では光パルスを前記光学フィルタを介して送出し、受信側では光信号を前記光学フィルタを介して受信、検波してなり、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信光学フィルタがベッセルフィルタであることを特徴とする。
【００１６】
また、前記送信部の光学フィルタのインパルスレスポンスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長と、前記光パルスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長の和が前記パルス間隔Ｔの０．８〜１．２倍となっていることを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記受信部の光学フィルタの−３ｄＢ通過帯域幅は伝送レートＦの１〜２倍であることを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明の光学フィルタと信号波形の組み合わせにより、波長多重（ＷＤＭ）方式の光伝送装置に関し、特に多重される光信号の各チャネル内の符号間干渉と各チャネル間の妨害干渉を同時に抑えて合波、伝送、分波および検波が可能となり、品質の高い通信システムとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく以下、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更・改良を施すことは何ら差し支えない。
【００２０】
図１に本発明の一実施例を示す。これは２チャネルの例であるが、実際には同様な構造の多チャネルの光多重伝送装置に適用することができる。
【００２１】
送信側では光源１、２より指定のチャネル波長の光キャリア信号が出力されており、それぞれ変調器３、４に入力される。それぞれの変調器には変調信号源５、６からの変調信号が入力されており、変調された光パルス信号が出力ポート１８、１９から出力され、光学フィルタ７、８に入力される。それぞれのフィルタの信号は出力ポート２０、２１から出力され、合波器９で合波されて、ファイバ１０を通り受信側の分波器１１に入力される。分波器１１からの出力は光学フィルタ１２、１３に入力される。各フィルタの出力ポート２２、２３から出力され、検波器１４や光増幅器１５に入力される。それぞれの出力端子１６、１７から検波信号や増幅された光信号が出力される。
【００２２】
ここで、本発明では、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信側の光学フィルタ１２、１３としてベッセルフィルタを用いた。
【００２３】
また、前記送信側の光学フィルタ７、８のインパルスレスポンスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長と、前記光パルスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長の和が前記パルス間隔Ｔの０．８〜１．２倍となっていることが好ましい。
【００２４】
さらに、前記受信側の光学フィルタ１２、１３の−３ｄＢ通過帯域幅は伝送レートＦの１〜２倍であることが好ましい。
【００２５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１において、ある信号チャネルに着目する。例えば、光源１、変調器３、変調信号源５、光学フィルタ７と光学フィルタ１２、検波器１４が注目している信号チャネルに関するデバイスとする。図２、図３にそれぞれ送信側、受信側における光信号の時間領域の波形を示す。
【００２７】
変調器３の出力ポートにおける１ビット光パルス信号ｓ１（ｔ）の波形２４の全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長をＴ１秒、光学フィルタのインパルスレスポンスｓ２（ｔ）の全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長をＴ２秒とすると、光学フィルタ７の出力ポート２０における出力信号ｓ３（ｔ）の波形２６は波形２５と波形２６の畳み込み積分となり、数１で表される。その全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長Ｔ３秒はおよそＴ１＋Ｔ２秒となっている。
【００２８】
【数１】
波形２６がファイバ１０を歪みなく伝送されたものとすると、受信側の光学フィルタ１２に入力される図２の波形２７は波形２６と同じである。光学フィルタ２２のインパルスレスポンスｓ４（ｔ）である波形２８の全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長をＴ４秒とすると、光学フィルタ１２の出力ポート２２における出力信号ｓ５（ｔ）の波形２９は波形２７と波形２８の畳み込み積分であり、数２で表される。
【００３０】
【数２】
その全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長Ｔ５秒はおよそＴ３＋Ｔ４秒となっている。波形２９が検波器１４で検波されるとそのエンベロープ波形３０から１ビット波形３３が得られ、前後のビットの波形３４、３５を０と１の組み合わせで加算し、ジッタとノイズを載せると図４に示すアイパターンが得られる。
【００３２】
ここで、アイパターンが最大に開く条件、ナイキストの第２クリテリア、を求める。アイパターンの縦軸に関しては、アイパターンの最大開口ポイント３１と３２においてＣ／Ｎが最大になればよい。信号理論から明らかな様にノイズが重畳された系では、アイパターンの最大開口ポイントにおけるＣ／Ｎが最大になる条件は、波形２７と波形２８が数３に示す関係となっていれば良い。
【００３３】
【数３】
この関係は波形２７と波形２８の畳み込み積分が互いに共通の自己相関関数となることで、この場合、波形２７に対して光学フィルタ１２は「整合フィルタ」となる。理論的には、波形２７と波形２８が周波数領域で振幅が同じで位相が共役であればよいが、実際の受動素子でそうしたフィルタは実現できない。しかし、波形２７と波形２８がそれぞれピークに対して偶対称形であれば位相は考慮しなくて良いので、波形２７と波形２８がピークに対して偶対称形となりかつ同じ波形となれば良く、これに近い特性は現実に実現可能である。
【００３５】
次にアイパターンの横軸に対しては、アイパターンの最大開口ポイントの近辺において、前後のビットによる波形ができるだけ広い範囲で直交する、即ち０に近い値であればよい。このためには、波形２７、波形２８のピークから±Ｔ秒近辺でできるだけ０に収束していれば良く、エンベロープがオーバーシュート無く、急激に単調減衰する波形が望ましい。
【００３６】
信号理論から明らかな様に、時間領域あるいは周波数領域のいずれかの領域で、急激に矩形波の形で波形を減衰させるともう一方の領域ではオーバーシュートが出てまた信号の占有帯域幅あるいは信号長が広がる。このため両方の帯域を同時には制限できない。
【００３７】
たとえば、図５に示す周波数領域で矩形波的に選択性を持たせたバターワ−ス型（フラットトップ）フィルタでは、インパルスレスポンスにオーバーシュートが生じ長く尾を引く。このためこのフィルタを用いると隣接ビット信号のアイパターンの開口ポイント近まで残って尾を引いてノイズとして重畳されるので、符号間干渉の妨害信号となり信号品質が劣化する。また反対に図６に示すように時間領域で矩形波の１ビット信号波形を使用すると、スペクトラムが広がり、隣接チャネルの信号に重畳して隣接チャネル信号のＣ／Ｎを劣化させる。
【００３８】
両方の領域を同じように穏やかに制限する信号として、図７に示すガウス型波形がある。数４に両方の領域の関係を示す。
【００３９】
【数４】
この特性は両方の帯域を同様に穏やかに制限できるので、図１２に示した非特許文献１の例ではこのタイプのフィルタを採用している。しかし、実際のシステムでは、素子や信号の精度、必要とされる選択度、ノイズの性質、実際のフィルタの作りやすさ等から必ずしも最適ではない。たとえば、周波数領域で通過帯域内での反射損がやや急峻で希望信号のスペクトラムが削られる割には、阻止域の減衰が穏やかであり、妨害干渉の抑圧効果が小さい。
【００４１】
これに対し、周波数領域での通過帯域の反射損を少なくし、また阻止域の減衰を多くして特性を改善し、そして時間領域ではインパルスレスポンスにオーバーシュートを生じないフィルタとして、本発明では数５に示されるようなベッセル型のフィルタを用いる。
【００４２】
【数５】
また、ベッセル型フィルタの特性は図８に示される。数５の例は５次のベッセルフィルタの例であるが、他の次数のベッセルフィルタも同様にオーバーシュートが少ない性質を持ち、次数が高いほど周波数領域の選択特性が高くなる。
【００４４】
このようなベッセル型フィルタを用いることにより、特性を改善することができ、信号パワーの損失を抑えてＣ／Ｎを確保し、また、製造誤差による中心波長、あるいは中心周波数のずれに対し安定である。またアイパターンの横軸に関しては、ガウスタイプのフィルタの場合よりもアイの開口の幅が狭くなるが、実用上の差は殆ど無い。また、このようなベッセル型フィルタは、光学薄膜フィルタとして実現できる。
【００４５】
それ故、図１に示す実施例としては、先ず受信側の光学フィルタ７として、インパルスレスポンスの波形２８のエンベロープの半値幅が光パルス信号のハルス間隔Ｔ秒に近い光学ベッセルフィルタを用いる。５次のベッセルフィルタの場合、−３ｄＢ通過帯域幅はおよそ伝送レートＦビット／秒に近い値となる。つぎに送信信号の波形２６が波形２８に近くなるように送信側の光学フィルタ７と変調器出力の波形２４を決める。例えば、矩形波に近い光パルスの波形２４と−３ｄＢ帯域幅が受信側の光学フィルタ１２のそれよりもやや広いベッセルフィルタの光学フィルタとの組み合わせ、あるいはガウス波形に近いパルス波形２４と−３ｄＢ帯域幅が受信側の光学フィルタのそれよりも２倍以上広いバターワース特性の光学フィルタ７との組み合わせなどが可能であり、システムを構築し易い組み合わせとする。
【００４６】
【実施例】
本発明の実施例として図８に示す５次のベッセルフィルタを用いた場合と、比較例として図５に示す５次のバターワース型フィルタを用いた場合の比較を示す。
【００４７】
図３の入力信号が、９０％のエネルギーを含む時間幅が１ビット長Ｔ秒とする。両方のフィルタの−３ｄＢの通過対域幅をともにＦヘルツとする。基準としてフィルタの通過対域幅がともに十分広く、アイパターンに時間軸の擾乱であるジッタ、振幅の擾乱であるノイズが載っていなかったものとし、この時のアイパターンの開口の高さがともに１とする。
【００４８】
つぎに、それぞれのフィルタの−３ｄＢ通過帯域幅をＦとし、アイパターンにパルス間隔Ｔの３％のジッタと、ノイズとしてアイパターンの開口１の１％のノイズがのるものとする。すると、アイパターンの開口の高さは、比較例であるバターワース型フィルタの場合は０．３０に減少するのに対し、本発明実施例であるベッセルフィルタでは０．５２となり、アイパターンの減少が抑えられた。これに伴い信号の誤り率の低下を抑えることができる。
【００４９】
以上より、本発明実施例によれば、Ｄ−ＷＤＭにおいて最良の信号品質の光波長多重伝送装置ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波長多重伝送装置を示す図である。
【図２】本発明の光波長多重伝送装置における送信側の信号波形を示す図である。
【図３】本発明の光波長多重伝送装置における受信側の信号波形を示す図である。
【図４】本発明の光波長多重伝送装置におけるアイパターンを示す図である。
【図５】バターワース型フィルタの特性を示す図である。
【図６】矩形波の信号を示す図である。
【図７】ガウス型フィルタの特性を示す図である。
【図８】本発明で用いるベッセルフィルタの特性を示す図である。
【図９】従来例の分散補償デバイスの例を示す図である。
【図１０】従来のＣＳ−ＲＺを示す図である。
【図１１】従来例のデュオバイナリ信号を示す図である。
【図１２】従来例の整合フィルタを用いたシステムを示す図である。
【符号の説明】
１、２ 光源
３、４ 変調器
５、６ 変調信号源
７、８、１２、１３ 光学フィルタ
９ 合波器
１０ ファイバ
１１ 分波器
１４ 検波器
１５ 光増幅器
１６、１７ 出力端子
１８、１９出力ポート
２０、２１、２２、２３ 出力ポート
２４ １ビット光パルス信号の波形
２５、２８ 光学フィルタのインパルスレスポンスの波形
２６、２９ 出力信号の波形
２７ 入力信号の波形
３０ エンベロープ波形
３１、３２ アイパターンサンプル点
３４、３５、３６ １ビット波形
Claims (3)
- 複数の送信部からの光信号が合波部で合波され１本の光ファイバーを介して伝送され、分波部で分波されて対応する受信部に導かれ、各送信部は定められたチャネル波長の光パルス発生器と送信光学フィルタを具備し、対応する受信部は受信光学フィルタを具備する光波長多重伝送装置であって、各チャネル毎に、送信側では光パルスを前記光学フィルタを介して送出し、受信側では光信号を前記光学フィルタを介して受信、検波してなり、各光パルス列のパルス間隔をＴ（秒）、信号の伝送レートをＦ（ビット／秒）と表しＦＴ＝１として、前記チャネル周波数間隔が伝送レートＦの１〜３倍の間であるとともに、少なくとも前記受信光学フィルタがベッセルフィルタであることを特徴とする光波長多重伝送装置。
- 前記送信部の光学フィルタのインパルスレスポンスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長と、前記光パルスの全エネルギーの９０％のエネルギーを含む時間長の和が前記パルス間隔Ｔの０．８〜１．２倍となっていることを特徴とする請求項１記載の光波長多重伝送装置。
- 前記受信部の光学フィルタの−３ｄＢ通過帯域幅は伝送レートＦの１〜２倍であることを特徴とする請求項１または２記載の光波長多重伝送装置。
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