JP2012175607A

JP2012175607A - 光ファイバ伝送路設計方法

Info

Publication number: JP2012175607A
Application number: JP2011038094A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Matsuda; 俊哉松田; Fukutaro Hamaoka; 福太郎濱岡; Tsuyoshi Seki; 剛志関
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】超高速光伝送システムにおいて、ＰＤＬによる信号劣化を解消するための光ファイバ伝送路の設計方法を提供する。
【解決手段】それぞれ一定のＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mを有するｍ個（ｍは２以上の整数）の定ＰＤＬデバイスと、ＰＤＬ値が確率分布して平均ＰＤＬ値<Ｋ₁>〜<Ｋ_n>を有するｎ個（ｎは１以上の整数）の分布ＰＤＬデバイスとを縦列接続して構成される光ファイバ伝送路の全体の平均ＰＤＬ値<Ｋ_total>を

と見積もる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超高速光伝送システムにおける光ファイバ伝送路の偏波パラメータを設計する光ファイバ伝送路設計方法に関する。

伝送速度が40Ｇbit/s 以上の光伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路の偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization mode dispersion）が主要な伝送制限要因として、光ファイバ伝送路のＰＭＤ設計に考慮されるようになってきた（非特許文献１参照）。光ファイバ伝送路のＰＭＤ設計を行う際に、光ファイバ伝送路全体でのＰＭＤ値（平均ＤＧＤ（Differential Group Delay）値）を見積もる場合、ＰＭＤ測定器の性能限界や、フィールド測定の稼働の関係により、各光ファイバ区間およびデバイスの平均ＤＧＤ値<Ｄ_i> （ｉ＝１，…，ｎ）の測定を行い、各測定値から２乗和平方根を計算する以下の式(1) に従い光ファイバ伝送路全体の平均ＤＧＤ値を見積もっていた（非特許文献２参照）。

一方、近年研究開発が盛んな伝送速度 100Ｇbit/s の超高速光伝送システムにおいて、偏波多重信号を用いたデジタルコヒーレント受信方式が主流となっている（非特許文献３参照）。この方式ではデジタル信号処理によって強力なＰＭＤ補償が可能となり、10Ｇbit/s システムと同様、ＰＭＤによる制限は実質的にほとんどなくなる。しかしながら、偏波依存性損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss ）については、デジタル信号処理の不安定性（非特許文献４参照）が知られており、更にＰＤＬによる光信号雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio ）の劣化についてはデジタル信号処理によって補償できないため、伝送設計におけるＰＤＬの見積もりが必要となる。

また、光ファイバ、光増幅中継器、光フィルタ、光Add/Drop装置等の光合分波器、光コネクタ等の複数のＰＤＬデバイスを縦列接続した場合、全体の平均ＰＤＬ値は、ＰＭＤ値（平均ＤＧＤ値）を見積もる場合と同様に、各ＰＤＬデバイスの平均ＰＤＬ値<Ｋ_i> （ｉ＝１，…，ｎ）の測定を行い、各測定値の２乗和平方根を計算する以下の式(2) により見積もることが可能であることが知られている（非特許文献５、６参照）。

松田他、「ＲＺ−ＤＧＰＳＫ変復調方式のＰＭＤ耐力と高ＰＭＤファイバを用いた検証実験」、OCS 信学技報2007-17 、2007. M. Brodsky et al.,"Field PMD Measurements through a Commercial, Raman-Amplified ULH Transmission System"， LEOS2003, MB3.3, 2003. X. Zhou et al.,"Cascaded two-modulus algorithm for blind polarization demultiplexing of 114-Gb/s PDM-8-QAM optical signals" ，OFC/NFOEC2009, OWG3, 2009. L. Liu et al.,"Initial Tap Setup of Constant Modulus Algorithm for Polarization De-multiplexing in Optical Coherent Receivers", OFC/NFOEC2009, OMT2, 2009. P. Lu et al.,"Statistical Distribution of Polarization-Dependent Loss in the Presence of Polarization-Mode Dispersion in Single-Mode Fibers", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.13, No.5, pp.451-453, 2001. Y. Fukada et al.,"Probability Density Function of Polarization Dependent Loss (PDL) in Optical Transmission System Composed of Passive Devices and Connecting Fibers",J. Lightwave Technol. Vol.20, No.6, pp.953-964, 2002.

光増幅中継を行う光ファイバ伝送路の場合、伝送路を構成するデバイスとして光増幅中継器や光フィルタのようにある一定のＰＤＬ値となるものが多く存在する。このような一定のＰＤＬ値を有するデバイスのＰＤＬ値は確率的に分布するものではないため、このようなデバイスを多段に接続したときの全体の平均ＰＤＬ値については、２乗和平方根で見積もることができなかった。

本発明は、一定のＰＤＬ値を有する定ＰＤＬデバイスと、平均ＰＤＬ値を有する分布ＰＤＬデバイスが混在する光ファイバ伝送路の全体の平均ＰＤＬ値を求めることができる光ファイバ伝送路設計方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ伝送路設計方法は、それぞれ一定のＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mを有するｍ個（ｍは２以上の整数）の定ＰＤＬデバイスと、ＰＤＬ値が確率分布して平均ＰＤＬ値 <Ｋ₁>〜<Ｋ_n> を有するｎ個（ｎは１以上の整数）の分布ＰＤＬデバイスとを縦列接続して構成される光ファイバ伝送路の全体の平均ＰＤＬ値<Ｋ_total> を

と見積もることを特徴とする。

本発明の光ファイバ伝送路設計方法では、一定のＰＤＬ値を有する定ＰＤＬデバイスを縦列接続したときの全体ＰＤＬ値の確率分布が平均ＰＤＬ値を持つMaxwell 分布で表されることを利用し、一定のＰＤＬ値を有する定ＰＤＬデバイスと、平均ＰＤＬ値を有する分布ＰＤＬデバイスが混在する光ファイバ伝送路の全体の平均ＰＤＬ値を求めることができる。

本発明が適用される光ファイバ伝送路の構成例を示す図である。定ＰＤＬデバイスの縦列接続時の全体ＰＤＬ発生頻度を示す図である。定ＰＤＬデバイスの縦列接続構成を示す図である。定ＰＤＬデバイスの縦列接続構成を示す図である。定ＰＤＬデバイスの縦列接続構成を示す図である。本発明が適用される光ファイバ伝送路の実施例構成を示す図である。

図１は、本発明が適用される光ファイバ伝送路の構成例を示す。
図１において、光ファイバ伝送路は、光合分波器や光増幅中継器のようにそれぞれ一定のＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mを有する定ＰＤＬデバイス１１−１〜１１−ｍ（ｍは２以上の整数）と、光ファイバのようにＰＤＬ値が確率分布して平均ＰＤＬ値 <Ｋ₁>〜<Ｋ_n> を有する分布ＰＤＬデバイス１２−１〜１２−ｎ（ｎは１以上の整数）とを縦列接続した構成である。本発明は、このような光ファイバ伝送路の全体の平均ＰＤＬ値<Ｋ_total> を算出する方法を示すものであり、以下に詳細に説明する。

まず、一定のＰＤＬ値ｋ₀を持つｍ個の定ＰＤＬデバイスを縦列接続した場合を考える。このときの全体ＰＤＬ値Ｋの確率密度関数Ｐ(K) は、次の式(3) で表されることが報告されている（非特許文献６参照）。

ここで、ｋ₀＝0.1dB の場合、ｍ＝４，８，12，16における全体ＰＤＬ値Ｋの頻度を式(3) より求め、図２に示す。

式(3) について、Maxwell 分布を用いて表すと式(4) となる。

ここで、μは、式(5) で表される全体ＰＤＬ値Ｋの平均値とする。

式(4) による全体ＰＤＬ値Ｋの頻度を式(3) の場合と同様に図２に実線で示す。式(3) と式(4) の結果はよく一致しており、式(3) が式(4) で近似できることが分かる。また非特許文献６によれば、モンテカルロ法によるシミュレーションにより求められる全体ＰＤＬ値Ｋの分布は、ｍが十分大きければ式(3) に一致することが示されている。これは、一定のＰＤＬ値ｋ₀を持つ十分に多数のｍ個のデバイスを縦列接続したときの全体ＰＤＬ値Ｋの確率分布が、式(5) の平均ＰＤＬ値を持つMaxwell 分布で表されることを示している。

次に、それぞれ一定のＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mを持つｍ個の定ＰＤＬデバイスを縦列接続した場合の全体の平均ＰＤＬ値<Ｋ_const> を考える。

図３は、定ＰＤＬデバイスの縦列接続構成を示す。ここでは、定ＰＤＬデバイス１１−１〜１１−ｍがそれぞれｘ個ずつ定ＰＤＬデバイスを縦列接続した構成の光ファイバ伝送路を示す。この光ファイバ伝送路の平均ＰＤＬ値を<Ｋ_const(x)>と表す。式(5) より、ｘが十分に大きければ各ｘ個ずつの定ＰＤＬデバイス１１−ｉ（ｉ＝１〜ｍ）の合計ＰＤＬ値は、式(6) の平均ＰＤＬ値<Ｋ_i(x)>を持つ分布ＰＤＬデバイス１２−ｉと見なせる。

したがって、式(2) および式(6) より、平均ＰＤＬ値<Ｋ_const(x)>は、

となる。

ここで、図４に示すように、十分に大きな整数Ｍ≫１に対して、定ＰＤＬデバイス１１−１〜１１−ｍがそれぞれ（Ｍ＋１）個ずつ定ＰＤＬデバイスを縦列接続した光ファイバ伝送路を想定する。次に、図４に示す各定ＰＤＬデバイスの接続順について、図５に示すように、ＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mの定ＰＤＬデバイス１１−１〜１１−ｍがそれぞれＭ個ずつの組と、１つずつの組に並べ替える。Ｍ個ずつの定ＰＤＬデバイスの組は、図３に示すように分布ＰＤＬデバイス１２−１〜１２−ｍと見なすことができる。

このとき、光ファイバ伝送路は、分布ＰＤＬデバイス１２−１〜１２−ｍの平均ＰＤＬ値<Ｋ_const(Ｍ)>と、ＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mの定ＰＤＬデバイスの平均ＰＤＬ値<Ｋ_const>の２つの分布ＰＤＬデバイスが接続したものと見なすことができる。

したがって、式(2) より、

が成り立ち、平均ＰＤＬ値<Ｋ_const> は、

となる。

一方、平均ＰＤＬ値<Ｋ_i> （ｉ＝１〜ｎ）で確率分布するｎ個の分布ＰＤＬデバイスが縦列接続した場合の全体の平均ＰＤＬ値 <Ｋ_dist> は、式(2) より、

となる。

以上より、図１に示すように、一定のＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mを持つｍ個の定ＰＤＬデバイス１１−１〜１１−ｍと、平均ＰＤＬ値 <Ｋ₁>〜<Ｋ_m> で確率分布するｎ個の分布ＰＤＬデバイス１２−１〜１２−ｎが縦列接続した場合の全体の平均ＰＤＬ値<Ｋ_total> は、式(2) 、式(9) 、式(10)より、

で見積もることができる。ここで、ｍは２以上の整数、ｎは１以上の整数である。

図６は、本発明が適用される光ファイバ伝送路の実施例構成を示す。
図６において、光送信器６１と光受信器６２を接続する光ファイバ伝送路は、光合分波器６３−１〜６３−２、光増幅中継器６４−１〜６４−４、光ファイバ６５−１〜６５−３で構成される。合分波器６３−１〜６３−２はそれぞれ定ＰＤＬ＝0.5dB 、各光増幅中継器６４−１〜６４−４は定ＰＤＬ＝0.15dB、各光ファイバは平均ＰＤＬ＝0.1dB の分布ＰＤＬを持つとする。

この光ファイバ伝送路の平均ＰＤＬ値<Ｋ_total> は、式(11)より、

と見積もることができる。

１１定ＰＤＬデバイス
１２分布ＰＤＬデバイス
６１光送信器
６２光受信器
６３光合分波器（定ＰＤＬデバイス）
６４光増幅中継器（定ＰＤＬデバイス）
６５光ファイバ（分布ＰＤＬデバイス）

Claims

それぞれ一定のＰＤＬ値ｋ₁〜ｋ_mを有するｍ個（ｍは２以上の整数）の定ＰＤＬデバイスと、ＰＤＬ値が確率分布して平均ＰＤＬ値 <Ｋ₁>〜<Ｋ_n> を有するｎ個（ｎは１以上の整数）の分布ＰＤＬデバイスとを縦列接続して構成される光ファイバ伝送路の全体の平均ＰＤＬ値<Ｋ_total> を

と見積もる
ことを特徴とする光ファイバ伝送路設計方法。