JP2006287694A

JP2006287694A - 光通信システム及び光送信器

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Publication number: JP2006287694A
Application number: JP2005106076A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Fujisaki; 芳春藤咲
Original assignee: SIGMA LINKS Inc; SIGMA-LINKS Inc
Current assignee: SIGMA LINKS Inc; SIGMA-LINKS Inc
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】波長分散による波形劣化を抑える光通信システム及び光送信器を提供する。
【解決手段】光送信器１００のフィルタ部１１０は入力された１０ＧＨｚの電気信号を２ＧＨｚに落として電気光変換部１２０に出力する。電気光変換部１２０はこれを光信号に変換し、伝送路３００を介して光受信器２００に送信する。光受信器２００の光電気変換部２１０はこれを受信して電気信号に変換し、電気的分散補償部２２０はモード分散による波形の歪みを補償する演算により、伝送前に落とされた帯域を復元して１０ＧＨｚの電気信号を出力する。識別再生部２３０はクロックリカバリ部２４０が出力するクロックを用いてこの電気信号からデジタル信号を識別再生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気信号を光信号に変換して伝送する光通信システム及びこれに用いられる光送信器に関する。

従来の光通信システムにおける光送信器の変調帯域は、データレート比で０．８〜１．２程度、すなわち、データレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓである場合は８〜１２ＧＨｚに設定されるのが通例である。また、非特許文献１において、送信波形のアイマスクとして、データレートの０．７５倍の帯域を持った４次Ｂｅｓｓｅｌ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ（ベッセルトムソン）フィルタの透過プロファイルを推奨している。これによると送信波形をＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）で定める規格に適合させるには、その評価において上記のフィルタにより帯域が０．７５倍に落とされるので、光送信器の変調帯域は少なくともデータレートと同等以上が必要となる。
INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION「ITU-T G.691 Optical interfaces for single channel STM-64, STM-256 systems and other SDH systems with optical amplifiers」（米国）INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION, October 2000, p.27-28

しかし、従来の光送信器を用いた光通信システムは、データレートが高速になるにつれ光ファイバの波長分散により波形が劣化し、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートの信号をＩＴＵ−ＴＧ．６５２準拠のシングルモードファイバを用いて伝送する場合、分散値換算で１６００ｐｓ／ｎｍの波形の歪みを生じる８０ｋｍの伝送が限界とされてきた。
図４は、従来の光通信システムによる伝送前後の波形のシミュレーション結果を示す。図４の（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ横軸に時間、縦軸に電圧を表し、波形を繰り返し重ねて表したアイパターンである。図４の（ａ）は伝送前の波形、（ｂ）は８０ｋｍ伝送後の波形、（ｃ）は１６０ｋｍ伝送後の波形を示す。１６０ｋｍ伝送後の波形は激しく劣化しており、この距離の伝送は不可能であることが分かる。

これに対し、近年、ＥＤＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ、波形の電気的分散補償を行う回路、装置等）により、上記のように波長分散によって伝送限界となる距離を伸ばそうとする試みがなされている。ＥＤＣはアダプティブイコライジング技術を用いたものが主流であり、モード分散、偏波モード分散等による波形の歪みを補償するために開発されたＥＤＣは、これらの補償には大変効果があるとされている。また、ＥＤＣは、ＰＣＢ（プリント配線基板）上の配線で発生する高周波ロスの補償にも利用されている。しかし、波長分散による符合間干渉（ＩｎｔｅｒＳｙｍｂｏｌＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）が生じた場合にはある程度の効果はあるものの、アイパターンが完全に潰れた状態から波形を復元することはできないため、分散耐力を数十％程度伸ばすにとどまっていた。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、送信信号の狭帯域化により、波長分散による波形劣化を抑える光通信システム及び光送信器を提供することである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、入力される電気信号の帯域より狭い帯域を光信号に変換して出力する光送信器と、前記光送信器の出力信号を入力し電気信号に変換して出力する光電気変換部と、前記光電気変換部の出力信号を入力し波形の歪みを補償して出力する電気的分散補償部と、前記電気的分散補償部の出力信号を入力しクロックを抽出して出力するクロックリカバリ部と、前記電気的分散補償部及び前記クロックリカバリ部の出力信号を入力しデジタル信号を識別再生する識別再生部と、を具備する光受信器と、を具備することを特徴とする光通信システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光通信システムにおいて、前記光送信器は、前記入力される電気信号の帯域より狭い帯域を通過させるフィルタ部と、前記フィルタ部の出力信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と、を具備することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光通信システムにおいて、前記光送信器は、前記入力される電気信号の帯域より狭い帯域を入力し光信号に変換して出力する電気光変換部を具備することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の光送信器において、前記フィルタ部は、前記入力される電気信号の帯域のうち１／２以下の帯域を通過させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光送信器において、前記電気光変換部は、前記入力される電気信号の帯域のうち１／２以下の帯域を入力し光信号に変換して出力することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれかの項に記載の光通信システムにおいて、前記電気的分散補償部は、モード分散による波形の歪みを補償するＥＤＣであることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１から５のいずれかの項に記載の光通信システムにおいて、前記電気的分散補償部は、波形の高周波ロスを補償するイコライザであることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかの項に記載の光通信システムにおいて、前記光電気変換部は、前記光送信器に入力される電気信号の帯域より狭い帯域を入力し電気信号に変換して出力することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、入力される電気信号の帯域より狭い帯域を通過させるフィルタ部と、前記フィルタ部の出力信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と、を具備することを特徴とする光送信器である。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の光送信器において、前記フィルタ部は、前記入力される電気信号の帯域のうち１／２以下の帯域を通過させることを特徴とする。

本発明によれば、送信信号の狭帯域化により、波長分散耐力が向上し、従来よりも長い距離を伝送することができる。また、光送信器は帯域の狭い通信で用いられるものを流用して構成することができるので、機器のコストを削減することができる。また、送信信号の光スペクトルが従来よりも狭帯域化できるので、波長多重装置における波長間隔を狭くすることができ、伝送容量を上げることができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。図１はこの実施形態における光通信システムの構成を示すブロック図である。この光通信システムは、入力される電気信号を光信号に変換し伝送路３００を介して送信する光送信器１００と、伝送路３００を介して受信した光信号を電気信号に変換して出力する光受信器２００から構成される。以下、この光通信システムに入力される電気信号はデータレート１０Ｇｂｉｔ／ｓ、帯域１０ＧＨｚである場合を例に説明する。

光送信器１００は、この光送信器１００に入力される電気信号の帯域より狭い帯域を電気光変換する電気光変換部１２０と、この光送信器１００に入力される電気信号の帯域をこの電気光変換部１２０に適した帯域に落とすフィルタ部１１０から構成される。従来の光送信器は１０ＧＨｚ用、２．５ＧＨｚ用、１ＧＨｚ用等があり、ここでは電気光変換部１２０に従来の２．５ＧＨｚ用の光送信器の電気光変換部を用いることができる。このためフィルタ部１１０は、入力信号の１０ＧＨｚの帯域をこの電気光変換部１２０に適した帯域、ここでは２ＧＨｚに落とす。すなわち、２ＧＨｚ以下の周波数成分を通過させ、２ＧＨｚを超える周波数成分を減衰させる。このフィルタ部１１０は、例えばローパスフィルタを用いることができる。

電気光変換部１２０は、入力された電気信号を光信号に変換して出力する。通常、電気光変換部１２０はデータレートの約１．０倍、すなわち、データレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓである場合は１０ＧＨｚの帯域で光信号に変調するものが用いられる。これにより光のキャリア周波数を中心として上下約１０ＧＨｚの帯域に周波数成分を有する光信号に変調される。しかし、ここでは１０ＧＨｚより狭い帯域として０．２倍した２ＧＨｚの帯域に落とされた電気信号を光信号に変換する。これにより光のキャリア周波数を中心として上下約２ＧＨｚの帯域に周波数成分を有する光信号に変調される。

なお、上記では、光送信器１００をフィルタ部１１０と電気光変換部１２０で構成したが、電気光変換部１２０が狭帯域である場合はフィルタ部１１０を設けず、光送信器１００に入力された電気信号を直接、電気光変換部１２０に入力する構成としてもよい。例えば、上記の構成において２ＧＨｚ用の電気光変換部１２０を用いれば、フィルタ部１１０を設けなくてよい。この電気光変換部１２０は、光送信器１００に入力される電気信号の帯域である１０ＧＨｚより狭い２ＧＨｚの帯域を有するので、上記と同様の光信号を出力する。

光受信器２００は、１０ＧＨｚの帯域に変調された光信号を受信する従来の光受信器とは、電気的分散補償部２２０を有する点が異なる。
光電気変換部２１０は、１０ＧＨｚの帯域に変調された光信号を電気信号に変換して出力する。上記のように、光送信器１００から出力される光信号の帯域は２ＧＨｚであるが、光電気変換部２１０は１０ＧＨｚの光信号の波形が伝送中に歪んだものとして受信し電気信号に変換する。

電気的分散補償部２２０は、波形の歪みを補償する。すなわち、元の波形を復元する。ここでは前述したモード分散用のＥＤＣ、すなわち、マルチモードファイバにおけるモード分散で歪んだ波形を補償するＥＤＣを用いる。これはフィルタ部１１０により減衰させた高周波数成分を補償することと、モード分散で歪んだ波形を補償することが同様の演算により行うことができるためである。ＥＤＣは、固定値のハイパスフィルタではなく入力波形に対して最適になるように逐次フィードバック計算を行いながら歪んだ高周波数成分をもり上げる。

識別再生部２３０は、電気的分散補償部２２０が出力する信号について「０」又は「１」の判定を行いデジタル信号に復元する識別再生を行う。この判定はクロックリカバリ部２４０が出力するクロックに基づいて行う。
クロックリカバリ部２４０は、電気的分散補償部２２０が出力する信号から上記の識別再生に用いるクロックを抽出して出力する。

次に上述した光通信システムによる伝送前後の波形を説明する。図２は、伝送前後の波形のシミュレーション結果を示す。図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ横軸に時間、縦軸に電圧を表し、波形を繰り返し重ねて表したアイパターンである。ここで変調のチャープパラメータはα＝−０．７としている。
図２（ａ）は、光送信器１００から出力され、伝送路３００により伝送される前の波形である。入力信号の帯域１０ＧＨｚをフィルタ部１１０により２ＧＨｚに落とすことにより、波形の立ち上がり及び立ち下がりをシャープにする高周波数成分が欠ける。このため図４（ａ）よりもなだらかな波形となり、また、図４（ａ）とは異なり高レベル、低レベル、これらの中間レベルの３つのレベルの間を上下する波形となっている。前述のように送信波形の標準規格が存在するため、このように一見つぶれた波形を送信するという発想は従来存在しなかった。また、ＥＤＣは伝送した結果、歪んだ波形を復元するもので、これを通信に応用し、予め歪ませた波形を送信して受信側で復元するためにＥＤＣを用いるものは存在しなかった。

図２（ａ）は、一見するとアイが開いていない、すなわち「０」又は「１」のレベルが明確でない波形が存在するため受信は不可能に見えるが、マルチモードファイバを使用して伝送したときにモード分散により歪んだ波形とほぼ同じであるので、モード分散を補償するＥＤＣを用いれば波形を復元することができる。また、高周波ロスを補償するイコライザを用いてもこの波形を復元することができる。
図２（ｂ）は、８０ｋｍ伝送後の波形である。図２（ａ）と比べてほとんど変化がないため、上記と同様にＥＤＣ等を用いて信号を復元することができる。
図２（ｃ）は、１６０ｋｍ伝送後の波形である。図２（ａ）と比べて若干変化があるものの波形の歪みの程度は浅いため、上記と同様にＥＤＣ等を用いて波形を復元することができる。

上記のように、従来の光通信システムによる伝送後の波形と比較して波形の歪みが少なくなる理由は、次の通りである。そもそも波長分散による波形の歪みは、光強度変調によって光スペクトルが広がることが原因である。占有する光スペクトル幅はデータレートに比例する。しかし、上述した光通信システムにおいては電気光変換部１２０の出力信号を狭帯域化しているので、光スペクトル幅を従来よりも狭くすることができる。光スペクトル幅が狭くなると波長分散の影響を受けにくくなり、波形の歪みが少なくなる。例えば、帯域が１／２になると波長分散耐力は４倍となる。このため、従来と比べて波長分散耐力の向上が見込まれ、伝送距離を伸ばすことができる。

上記の光送信器１００及び光受信器２００を用いれば、伝送路３００によって伝送される光信号の帯域を従来よりも狭くすることができるので、従来の波長多重／分割装置を用いた波長多重伝送システムの伝送容量を上げることができる。
図３の光送信器１０１から１０４は光送信器１００と同様に構成され、光受信器２０１から２０４は光受信器２００と同様に構成されている。波長多重装置４００は、光送信器１０１から１０４の出力信号をそれぞれ波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４を中心とする占有帯域からなる光信号に多重化し伝送路３００を介して送信する。波長分割装置５００は、伝送路３００を介して受信した光信号から波長λ_１、λ_２、λ_３、λ_４を中心とする占有帯域に分割し、それぞれ光受信器２０１から２０４へ出力する。

従来の１０ＧＨｚ用の光送信器を用いて１０ＧＨｚの帯域で変調した場合は光のキャリア周波数を中心として上下約１０ＧＨｚの帯域に周波数成分を有する光信号に変調されるが、２．５ＧＨｚ用の光送信器を用いて２．５ＧＨｚの帯域で変調した場合は光のキャリア周波数を中心として上下約２．５ＧＨｚの帯域に周波数成分を有する光信号に変調されるため、伝送に必要となる占有帯域は１／４となる。したがって、上記のような波長多重伝送システムにより同じ帯域に４倍の信号を多重化して伝送することができる。

なお、上記の実施形態においては、光送信器１００の電気光変換部１２０に入力される電気信号の帯域を２ＧＨｚとしたが、光送信器１００に入力される電気信号の帯域より狭い帯域、すなわち上記の実施形態においては１０ＧＨｚより狭い帯域であればよい。波長分散による波形の歪みを抑え、機器のコストを削減し、波長多重伝送システムにおける伝送容量を上げる点からは、この帯域は狭いほど好ましい。

なお、上記の実施形態においては、光送信器１００の送信帯域を光送信器１００に入力される電気信号の帯域より狭い帯域である２ＧＨｚ、光受信器２００の受信帯域を光送信器１００に入力される電気信号の帯域と同じ１０ＧＨｚとしたが、光受信器２００の受信帯域を光送信器１００に入力される電気信号の帯域より狭い帯域としてもよい。例えば、光送信器１００の送信帯域を４ＧＨｚ、光受信器２００の受信帯域を４ＧＨｚとしてもよい。これを上記の実施形態と同様に電気的分散補償部２２０により１０ＧＨｚの信号に復元し、識別再生部２３０によりデジタル信号を識別再生する。

本発明は、電気信号を光信号に変換して伝送する光通信システムに用いられる。

本発明の実施形態による光通信システムの構成を示すブロック図である。この実施形態による光通信システムによる伝送前後の波形のシミュレーション結果を示す。光送信器及び光受信器を用いた波長多重伝送システムの構成を示すブロック図である。従来の光通信システムによる伝送前後の波形のシミュレーション結果を示す。

符号の説明

１００、１０１、１０２、１０３、１０４…光送信器
１１０…フィルタ部
１２０…電気光変換部
２００、２０１、２０２、２０３、２０４…光受信器
２１０…光電気変換部
２２０…電気的分散補償部
２３０…識別再生部
２４０…クロックリカバリ部
３００…伝送路
４００…波長多重装置
５００…波長分割装置

Claims

入力される電気信号の帯域より狭い帯域を光信号に変換して出力する光送信器と、
前記光送信器の出力信号を入力し電気信号に変換して出力する光電気変換部と、
前記光電気変換部の出力信号を入力し波形の歪みを補償して出力する電気的分散補償部と、
前記電気的分散補償部の出力信号を入力しクロックを抽出して出力するクロックリカバリ部と、
前記電気的分散補償部及び前記クロックリカバリ部の出力信号を入力しデジタル信号を識別再生する識別再生部と、
を具備する光受信器と、
を具備することを特徴とする光通信システム。
前記光送信器は、前記入力される電気信号の帯域より狭い帯域を通過させるフィルタ部と、前記フィルタ部の出力信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
前記光送信器は、前記入力される電気信号の帯域より狭い帯域を入力し光信号に変換して出力する電気光変換部を具備することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
前記フィルタ部は、前記入力される電気信号の帯域のうち１／２以下の帯域を通過させることを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
前記電気光変換部は、前記入力される電気信号の帯域のうち１／２以下の帯域を入力し光信号に変換して出力することを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。
前記電気的分散補償部は、モード分散による波形の歪みを補償するＥＤＣであることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の光通信システム。
前記電気的分散補償部は、波形の高周波ロスを補償するイコライザであることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の光通信システム。
前記光電気変換部は、前記光送信器に入力される電気信号の帯域より狭い帯域を入力し電気信号に変換して出力することを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の光通信システム。
入力される電気信号の帯域より狭い帯域を通過させるフィルタ部と、
前記フィルタ部の出力信号を光信号に変換して出力する電気光変換部と、
を具備することを特徴とする光送信器。
前記フィルタ部は、前記入力される電気信号の帯域のうち１／２以下の帯域を通過させることを特徴とする請求項９に記載の光送信器。