JP2005080299A - 光信号再生装置および同方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号の位相の変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号の再生を可能にする信号再生装置を提供すること。
【解決手段】光ネットワーク１４上を伝送され、かつ一時的な一連の光パルスを含んだ信号の位相変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号用の光再生装置３２を提供する。
本発明の装置は、光パルス非線形位相偏移モジュール３６、線形パルス拡張モジュール３４、および線形拡張モジュール３４のパルスによって受ける拡張の線形補償用のモジュール３８を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は信号の位相変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号用の光再生装置に関する。また、本発明は対応する再生方法に関する。

より正確には、本発明は、光ネットワーク上を伝送され、かつ一時的な一連の光パルスを含んだ信号の位相変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号用の光再生装置に関する。

信号が光ファイバ内を伝送されるとき、その信号はいくらかの歪み、例えば、振幅、周波数、あるいは位相の歪みを受ける。伝送された信号とできるだけ同様になるように信号を取り出すには、光ファイバの出力において信号を再生するための装置を設置する必要がある。

現行の技術においては、信号振幅の光再生用の装置は、例えば、飽和性吸収体として既に知られている。

４０ギガビット（Ｇｂ）／秒以上のビットレートを得るために使用される現行の光送信装置は、特にＲＺ−ＤＰＳＫ（差分位相偏移）型の変調によって、位相偏移信号用に次第に使用されつつある。このタイプの変調においては、情報はその信号の位相で符号化される。例えば、「１」ビットは搬送信号の位相反転によって符号化され、「０」は位相の変化が存在しないことによって符号化される。

現行の光再生装置は信号の振幅のみに対して働くので、位相偏移によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号を正確に再生することができない。したがって、信号が運ぶ情報を破壊する信号の位相歪みを抑えることができないか、あるいは少なくとも低減することができない。

本発明の目的は、信号の位相の変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号の再生を可能にする信号再生装置を提案することである。

したがって、本発明の主題は上記のような光再生装置であり、その特徴は光パルス非線形位相偏移モジュールを備え、この位相偏移モジュールが連続するパルス間の位相差に生じた光ネットワーク内の信号の伝送の効果を補償するようにパラメータ化された非分散的かつ非線形の光伝搬媒体を含んでいることである。

いくつかの連続パルスが非線形媒体を伝送されるとき、連続パルス間の非線形相互作用がこれらパルスの位相歪みを誘発することがわかる。

光ネットワークを伝送される信号によって受けるこれら位相歪みの効果を低減するために、本発明の装置は連続パルス間の相互作用を再現することのできる非線形位相偏移モジュールを使用する。連続パルス間の相互作用は、光ネットワーク内を伝送される間にパルスによって受ける位相歪みをパルスが引き起こす位相歪みが補償するような状態になる。

したがって、本発明の装置は信号が運ぶ情報のアイテムが位相偏移によって符号化される信号のパルスの位相を再生するために用いられる。

有利な一実施形態によれば、本装置は位相偏移モジュール前の動作系統に位置するパルス非線形拡張モジュールを備えてよく、この拡張モジュールは分散的かつ線形の光伝搬媒体を含み、線形拡張モジュール内のパルスによって受ける拡張の線形補償のためのモジュールが、位相偏移モジュール後の動作系統に位置し、この線形補償モジュールは分散的かつ線形的光伝搬媒体を含む。

特に、パルスが一時的に閉じられる場合および／または拡張される場合、近接するパルス間の相互作用に起因する歪みは媒体の非線形性に対してより反応し易い。

パルスの一時的な幅を増大させる線形拡張モジュールは、位相偏移モジュールの感度および効果を高めるのに用いられる。

線形補償補償モジュールは信号の位相を再生した後、最初のパルス幅を復元するのに用いられる。

任意には、この再生装置は位相偏移モジュール前の動作系統に位置する光増幅器を備えてよい。

この増幅器によって、信号は位相偏移モジュール内にその信号自身を伝搬させるための十分な光出力を達成することができる。

拡張モジュールを線形的方法で動作させるには、送りこまれた光出力が相対的に低いものであることが好ましい。したがって、非線形効果を受けながら、拡張モジュールと位相偏移モジュールとの間に光増幅器を設けることが望ましい。

また、本発明の光再生装置は１つまたは複数の次の特徴を有してよい：
−本発明の装置は位相偏移モジュール後の動作系統に位置する１個の光減衰器を備える。
−本発明の装置は飽和性吸収体などの振幅再生手段を備える。

本発明の別の主題は、光ネットワーク上を伝送され、かつ一時的な一連の光パルスを含んだ信号の変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号用の光再生方法であり、
その特徴は、連続パルス間の位相差に生じた光ネットワーク内の信号の伝送の効果を補償するようにパラメータ化された非分散的かつ非線形の光伝搬媒体を有する位相偏移モジュールにおいて、光パルス非線形位相偏移工程を含んだことである。

本発明の光再生方法はまた次の工程の１つまたは複数を含んでよい：
−本発明の方法は、分散的かつ線形の光伝搬媒体を有するパルス線形拡張モジュールによって位相偏移工程前に実行されるパルスの線形拡張の工程と、線形拡張工程の間にパルスによって受ける拡張の線形補償の工程であって、位相偏移工程の後に分散的かつ線形的な光伝搬媒体を含んだパルス線形補償モジュールによって実行される工程とを含む。
−信号は位相偏移モジュールに入る前に増幅される。
−信号は位相偏移モジュールを出て行った後に減衰される。

例示の目的のみで記載され、添付図面に関してなされた以下の説明を読めば、本発明がよりよく理解されるであろう。

図１は信号の位相変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号の光伝送用の設置方法を示している。

この設置は送信装置１０、受信装置１２、および信号を伝送する光ネットワーク１４を含む。示した実施形態では、該光ネットワークは従来のタイプの光ファイバ１４を有している。

送信装置１０から受信装置１２へ伝送される情報は二進コードである。

例えば、列「．．．００１０１１１０１１１．．．」について考えてみる。光ファイバ１４を用いてこの列を伝送できるようにするために、信号が伝送される情報のアイテムの搬送波になるように、光信号の位相が変調される。

この目的のために、送信装置１０は光パルス生成器１８を備えている。送信装置１０はまた位相偏移器１６を備えている。この位相偏移器１６は、入力において生成器１８によって供給される光パルスを受け取り、これらパルスの位相値の列は、列「．．．００１０１１１０１１１．．．」から決定される。

このパルスは「ビットタイム」と呼ばれる周期Ｔ_Ｂを置いて間隔が開けられ、すべて同じ周波数スペクトルを有する。

位相偏移器１６は入力パルスと同じ周波数で出力に光パルスを供給するが、その位相は情報のアイテムの搬送波である。

選択した実施形態では、ＲＺ−ＤＰＳＫ変調が使用されている。つまり、「１」ビットは搬送信号の位相反転によって符号化され、「０」は位相の変化が存在しないことによって符号化される。したがって、列「．．．００１０１１１０１１１．．．」は次の連続する位相値「．．．００ππ０π００π０π．．．」によって符号化されるであろう。

最初の列からこの連続する位相値を自動的に得るために、通常、ＸＯＲ論理ゲートと呼ばれる「排他的ＯＲ」論理ゲート２０が用いられる。この論理ゲートの２つの入力変数は、「．．．００１０１１１０１１１．．．」で二進データであり、この二進データは１ビットタイムの遅延を受けた後にこのゲートの出力において得られる。初期化と同時に出力は０になると考えられる。次に、論理ゲート２０の出力にて得られたこのビット列は「．．．００１０１１１０１１１．．．」となる。

次に、このビット列はビット列をπで乗算する構成要素２２で伝送され、「．．．００ππ０π００π０π．．．」となる。したがって、次に、値が０またはπの位相の列が得られ、この列は位相変調器１６の入力において供給される。

変調されたパルスは光ファイバ１４を用いて受信装置１２に送られる。

生成器１８によって供給される光パルスの一般的な式をＥ_{ｇａｕｓｓｉａｎ}（ｔ）として表す。このパルスは、例えば、ガウス包絡線パルスである。

伝送される各パルスはこのガウスパルスに等しく、ψ（ｎ）として示される位相とは別のものであり、一時的な変換のためのものである。したがって、受信装置１２によって受け取られる積率ｎＴ_Ｂのｎ番目のパルスは次のように表される：

ｎ番目のパルスの位相ψ（ｎ）の値は位相の列のｎ番目の値によって与えられる。

受信装置１２は光信号の位相ではなく強度に反応する光学検波器２４を備える。したがって、３ｄＢカプラを用いることによって、位相変調信号を振幅変調信号に変換させる変調変更装置２６が作られる。この変調変更装置２６は次のように働く。２つの同一のパルス列を得るために、パルスは最初に第１のカプラ２８に入る。次に２つのパルス列の一方はあるビット時間Ｔ_Bだけ一時的に遅延される。続いて、２つの列は２つの連続するパルスの間の合計を生成する第２のカプラ３０内で共に加算される。

上式を展開すると以下のようになる。

ψ（ｎ）＝ψ（ｎ−１）、すなわち２つの連続するパルスが同じ位相を有している場合、最終的な信号Ｅ_{ｆｉｎａｌ}は２Ｅ_{ｇａｕｓｓｉａｎ}（ｔ−ｎｔ_Ｂ）ｅ^{ｉψ（ｎ）}となる。この値はゼロではないので、光学検波器２４によって検知される出力はゼロではない。これはｎ番目のパルスが二進情報「０」を搬送している場合に相当する。

ψ（ｎ）＝ψ（ｎ−１）＋π、すなわち２つの連続する信号が反対の位相である場合、Ｅ_{ｆｉｎａｌ}はゼロになるので、光学検波器２４によって検知される出力はゼロになる。これはｎ番目パルスが二進情報「１」を搬送している場合に相当する。

したがって、この変調変更装置は位相変調信号を振幅変調信号に変換するために効果的に用いられる。

光学検波器２４は最終的な振幅変調信号を翻訳し、元のビット列を復元するのに用いられる。

しかし、光ファイバは完璧なものではない。伝送中、位相雑音が光信号を乱れさせる。この位相雑音があるために、パルスの位相差の値は正確には０またはπではないが、雑音を受けた値は０またはπに近似したものである。

したがって、２つの式ψ（ｎ）＝ψ（ｎ−１）およびψ（ｎ）＝ψ（ｎ−１）＋πのいずれも、信号が第２の変換器３０に入った後には検証されず、信号Ｅ_{ｆｉｎａｌ}の最小値と最大値の間の差は理想的な伝送の場合の差よりも小さい。

したがって、光学検波器２４が「０」ビットと「１」ビットの間で区別を行うのがより困難であり、その検出エラー率は増大する。

復号化の間にこの検出エラー率を低減するために、パルスの位相を再生する装置３２が受信装置１２前の光ファイバ１４の終端部に設けられる。このパルス位相再生装置は、位相偏移が再度０またはπに近似するパルスを得るために用いられる。参照のためにこれを図２に詳細に記載する。

光ファイバをパルスが伝送される間に、知られているモデルを用いてガウスパルスの展開の式が特定のパラメータの関数として得られる。

この式のパラメータは以下の意味を有する：
−Ｘ_１はパルスの振幅を表す。
−Ｘ_２はパルスの一時的変換を表す。
−Ｘ_３はパルスの幅の特徴を表す。
−Ｘ_４はここでは「チャープ」と呼ばれるパルスの２次の周波数変動を表す。
−Ｘ_５は周波数偏移を表す。
−Ｘ_６はパルスの位相偏移を表す。

連続するパルスを含んだ信号の場合、任意のパルスの位相Ｘ_６はより正確には次の微分方程式の通りになる：

ここで、Ｒｅ［］は関数の実数部分であり、γは信号が伝搬する光ファイバの非線形性の係数特性であり、ｋ_ｄ２およびｋ_ｇ２は近接するパルス間の相互作用の因数特性である。

因数ｋ_ｄ２は該当するパルスとそれに先行するパルスとの間の相互作用の特性を表し、因数ｋ_ｇ２は該当するパルスとその後のパルスとの間の相互作用の特徴を表す。１次では、これら２つの因数は付録に記載された式によって与えられる。
付録

これら式において、変数は２つの添え字を有する。１と６との間で変動する第１の添え字はガウスパルスの展開の式において先に用いられる表記を取る。第２の添え字は、変数が該当するパルスに関連する場合は１であり、近接するパルスに関連する場合は２である。

は、該当するパルスと近接するパルスとの間の位相差を表す。

これら２式において、パルス幅の項Ｘ_３２およびＸ_３１の特性が表れるのがわかる。項Ｘ_３２および／またはＸ_３１が増加すると、すなわち、パルスが広がると、項ｋ_ｄ２およびｋ_ｇ２は増加するので、パルス間の非線形相互作用に有利になる。

位相によって受ける歪みを提供する微分方程式は３つの項を加算することを含む。第１の項は光ファイバの線形効果に相当し、第２の項は特定の非線形効果（自己位相変調）に相当し、第３の項は近接するパルス間の非線形相互作用に相当する。

第３の項はパルスの位相が近接するパルスとの非線形相互作用によって変調されることを示す。

本発明の再生装置はこの特性を利用してパルスの位相に対して働く。非線形相互作用に対する位相変動の感度を増大させるために、再生装置は主に第３の項に関連するパラメータに対して働く。これらパラメータは明らかに、パラメータγ、パラメータＸ_１、およびパラメータＸ_３である。

図２に位相再生装置３２を詳細に示す。

位相再生装置３２は光ファイバ１４によって伝送されるパルスを入力として受け取る線形パルス拡張モジュール３４を備える。この拡張モジュール３４は分散的かつ線形の光伝搬媒体を含む。実際には、この拡張モジュール３４はパルスがそこで拡張される従来の光ファイバから構成されてよい（パラメータＸ_３）。

例えば、ビットレートが１６０Ｇｂ／秒または４０Ｇｂ／秒の場合、有利には総分散が−２．７２ｐｓ／ｎｍの光ファイバ、あるいは、例えば、単位長さ当たりの分散が−９０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの３０．２メートルのＤＣＦタイプの光ファイバが使用される。

この位相再生装置３２はまた線形拡張モジュール３４によって拡張されたパルスの非線形位相偏移用のモジュール３６を備える。したがって、この位相偏移モジュール３６は線形拡張モジュール３４によって供給されるパルスをその入力にて受け取る。位相偏移モジュール３６は、連続パルス間の位相差に生じた光ネットワーク内の信号の伝送の効果を補償することが意図された非分散的かつ非線形の光伝搬媒体を含む。

実際には、この位相偏移モジュール３６は高い非線形性を有する光ファイバから構成される。

有利には、ビットレートが４０Ｇｂ／秒または１６０Ｇビット／秒の場合、非線形効果を高めるために長さ２ｋｍ、該当する波長においてゼロ分散、非線形指数が２．６×１０^−２０ｍ^２／ｗ^−１、かつコア径１０平方マイクロメートルの光ファイバが使用される。

この位相再生装置３２はまた線形拡張モジュール３４のパルスによって受ける拡張の線形補償用のモジュール３８を備える。この線形補償モジュール３８は分散的かつ線形の光伝播媒体を含む。実際には、線形補償モジュール３８は、線形拡張装置３４の分散とは反対の、すなわち、総分散２．７２ｐｓ／ｎｍの従来の光ファイバから構成される。有利には、ビットレートが４０Ｇｂ／秒または１６０Ｇｂ／秒の場合、単位長さ当たりの分散が１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのＳＭＦタイプの光ファイバ１６０ｍが用いられる。

そのような光ファイバを用いて光ファイバ１４によって供給されるパルスの元の幅が復元される。

位相偏移モジュール３６の非線形効果を高めるために、パルスが十分な出力を達成できるようにする光増幅器４０が線形拡張モジュール３４と位相偏移モジュール３６との間に設けられてよい。

この場合、パルスの出力を低減させるために、パルスが補償モジュール３８を伝搬するときに非線形歪みを受けないように、減衰器４２もまた位相偏移モジュール３６と補償モジュール３８との間に設置されてよい。

有利には、１６０Ｇｂ／秒で出力１３．５ｄＢｍの光増幅器および４０Ｇｂ／秒で出力１６．５ｄＢｍの光増幅器が用いられる。同様に、４０Ｇｂ／秒または１６０Ｇｂ／秒で１５ｄＢの減衰器が用いられるのが好ましい。

再生装置３２の存在を利用して受信装置１２の出力におけるエラー率が改善される。

したがって、示したパラメータを用いて記載した設置のコンピュータシミュレーションは、この設置を用いて、該設置の出力におけるエラー率を測るＱ係数Ｑ^２が、以下により改善され得る：
−Ｑ^２＝１６ｄＢの領域にある場合は１６０Ｇｂ／秒で約２．５ｄＢ、および
−Ｑ^２＝１６ｄＢの領域にある場合は４０Ｇｂ／秒で約３．０５ｄＢ。

本発明の光再生装置を用いて光ファイバを伝搬するパルスによって受ける位相偏移が補償され得ることは明白である。一方では線形拡張モジュールを用いてパルス幅（Ｘ_３）のパラメータを変えることによって、増幅器４０を用いてパルス振幅（Ｘ_１）を変えることにより、かつ位相偏移モジュール３６を用いてγを変えることによって、これらの非線形効果が低減するように、あるいは光ネットワーク１４内の信号の伝送の効果を補償さえするように、光再生装置３２が設定され得る。

当然、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

特に、受信される信号の品質を一層改善するために、上記の再生装置３２が、例えば、別の再生装置に追加されるものとして、例えば、飽和性吸収体などの振幅再生用の再生装置に用いられてよい。

本発明の光再生装置を備えた光パルス伝送設置の一般的な構造を示した略図である。 図１の光再生装置を詳細に示したブロック図である。

符号の説明

１４ 光ネットワーク
３２ 光再生装置
３４ 線形パルス拡張モジュール
３６ 光パルス非線形変換モジュール
３８ 拡張の線形補償用のモジュール
４０ 光増幅器
４２ 光減衰器

Claims (7)

1. 光ネットワーク（１４）上を伝送され、かつ一時的な一連の光パルスを含んだ信号の位相変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号用の光再生装置（３２）であって、該装置が、
   連続パルス間の位相差に生じた光ネットワーク（１４）内の信号の伝送の効果を補償するようにパラメータ化された非分散的かつ非線形の光伝搬媒体を含んだ光パルス非線形位相偏移モジュール（３６）と、
   位相偏移モジュール（３６）前の動作系統に位置し、分散的かつ線形の光伝搬媒体を含んだ線形パルス拡張モジュール（３４）と、
   位相偏移モジュール後の動作系統に位置し、分散的かつ線形の光伝搬媒体を含んだ、線形拡張モジュール（３４）のパルスによって受ける拡張の線形補償用のモジュール（３８）とを備えたことを特徴とする光再生装置。
2. 位相偏移モジュール（３６）前の動作系統に位置する光増幅器（４０）を備えた請求項１に記載の光再生装置。
3. 位相偏移モジュール（３６）後の動作系統に位置する光減衰器（４２）を備えた請求項２に記載の光再生装置。
4. 飽和性吸収体などの振幅再生手段も備えた請求項１から３のいずれか一項記載の光再生装置。
5. 光ネットワーク（１４）上を伝送され、かつ一時的な一連の光パルスを含んだ信号の位相変調によって符号化された情報のアイテムを運ぶ信号用の光再生方法であって、該方法が、
   連続パルス間の位相差に生じた光ネットワーク（１４）内の信号の伝送の効果を補償するようにパラメータ化された非分散的かつ非線形の光伝搬媒体を含んだ光パルス非線形位相偏移モジュール（３６）における、光パルス非線形位相偏移工程と、
   分散的かつ線形の光伝搬媒体を含むパルス線形拡張モジュール（３４）による、位相偏移工程の前に実行されるパルスの線形拡張工程と、
   分散的かつ線形の光伝搬媒体を含むパルス線形補償モジュールにより位相偏移工程の後に実行される、線形拡張工程の間にパルスによって受ける拡張のための線形補償工程とを含んだ光再生方法。
6. 信号が位相偏移モジュール（３６）に入る前に増幅される請求項５に記載の光再生方法。
7. 信号が位相偏移モジュールを出て行った後に減衰される請求項６に記載の光再生方法。

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