JP2014138316A - 光伝送システムおよび光伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信感度の向上により伝送品質を改善して大容量・高速化伝送を容易にし、さらに光ネットワーク障害発生時の光信号断を防止して安定性を向上させる。
【解決手段】光伝送システムは、同一の光信号を分岐して複数の光伝送路に送出する光信号送信機と、複数の光伝送路を介して伝送された同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する光信号受信機とを備える。さらに、光信号受信機は、複数の光伝送路を介して伝送された光信号または検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号送信機から同一の光信号を複数の光伝送路または複数の波長を用いて伝送し、光信号受信機で一括受信して信号合成を行う光伝送システムおよび光伝送方法に関する。

光伝送における大容量・高速化の需要により、１波長あたり 100Ｇbps を超える光伝送システムの検討が進められている。

この大容量・高速光伝送システムを実現するために、コヒーレント光通信技術とデジタル信号処理技術とを組み合わせたデジタルコヒーレント技術が用いられる。デジタルコヒーレント技術では、送信側で位相変調した光信号を送信し、受信側で光信号とローカル光源との干渉によるコヒーレント検波により電気信号として出力し、それをＡＤ（Analog to Digital)コンバータでデジタル信号に変換した後に、デジタル信号処理部により伝送路で歪んだ受信波形をデジタル領域で補償する。このように、デジタルコヒーレント技術では、波形の歪みの補正が簡易な構成で行うことができる。また、デジタル信号処理部における波形等化処理により、波形歪みの補償と同時に光信号の偏波分離をすることが可能なため、デジタルコヒーレント伝送方式では、一般的に偏波多重された光信号を用いて大容量・高速化を実現している（非特許文献１）。

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現在、１波長あたり 100Ｇpbs の光伝送を実現するための変調方式として、偏波多重ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying)方式が広く用いられている（非特許文献２）。さらに大容量・高速化伝送を実現するために、偏波多重16ＱＡＭ（Quadratuere Amplitude Modulation）等、変調信号の多値化が検討されている。しかし、変調信号の多値化により受信感度が低下するため、伝送距離に制限が生じてしまう（非特許文献３）。

また、従来の光伝送システムでは、光ネットワークの信頼性を高めるために、予め伝送路の冗長をとり、光ネットワークの障害が発生した際に現用回線から予備回線へ切り替える構成を用いる場合があるが（非特許文献４）、障害発生時の物理的な切替に数十ｍｓ程度の時間を要するため、その間は光信号断になってしまう。

本発明は、受信感度の向上により伝送品質を改善して大容量・高速化伝送を容易にし、さらに光ネットワーク障害発生時の光信号断を防止して安定性を向上させる光伝送システムおよび光伝送方法を提供することを目的とする。

第１の発明の光伝送システムは、同一の光信号を分岐して複数の光伝送路に送出する光信号送信機と、複数の光伝送路を介して伝送された同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する光信号受信機とを備える。

第１の発明の光伝送システムにおいて、光信号受信機は、複数の光伝送路を介して伝送された光信号または検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である。

第２の発明の光伝送システムは、複数の波長で生成された同一の光信号を波長多重し、さらに分岐して複数の光伝送路に送出する光信号送信機と、複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号をそれぞれ分波し、複数の波長の同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する光信号受信機とを備える。

第２の発明の光伝送システムにおいて、光信号受信機は、複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号または検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である

第３の発明の光伝送方法は、光信号送信機から同一の光信号を分岐して複数の光伝送路に送出し、光信号受信機で、複数の光伝送路を介して伝送された同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する。

第３の発明の光伝送方法において、光信号受信機は、複数の光伝送路を介して伝送された光信号または検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する。

第４の発明の光伝送方法は、光信号送信機から複数の波長で生成された同一の光信号を波長多重し、さらに分岐して複数の光伝送路に送出し、光信号受信機で、複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号をそれぞれ分波し、複数の波長の同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する。

第４の発明の光伝送方法において、光信号受信機は、複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号または検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である。

本発明の光伝送システムおよび光伝送方法は、光信号送信機から同一の光信号を複数の光伝送路または複数の波長を用いて伝送し、光信号受信機で一括受信して信号合成を行うことにより、受信感度を向上させることができる。特に、平均パワーが閾値以下となっている信号を除いて信号合成することにより、ノイズ成分の合成による伝送品質の劣化を防止して大容量・高速化伝送を容易に実現することができる。

また、本発明の光伝送システムおよび光伝送方法は、複数の光伝送路を介して伝送された信号を合成して復調することにより、光ネットワークの障害発生時における光信号断を防止し、光伝送システムの安定性を高めることができる。

本発明の光伝送システムの実施例１の構成例を示す図である。 本発明の光伝送システムの実施例２の構成例を示す図である。

図１は、本発明の光伝送システムの実施例１の構成例を示す。
図１において、実施例１の光伝送システムにおける光信号送信機１０は、 100Ｇbps の電気信号を出力する電気信号生成器１１と、電気信号生成器１１から入力する電気信号を偏波多重ＱＰＳＫ方式で変調した光信号に変換して出力する光信号生成器１２と、光信号生成器１２から入力する光信号を３方路へ分配する光スプリッタ１３とにより構成される。

光信号送信機１０と光信号受信機２０は、ここでは３つの光伝送路３１〜３３を介して接続される。光伝送路３１〜３３はシングルコアの光ファイバであり、光伝送路３１，３２は光アンプ間を１区間として例えば４区間で構成され、光伝送路３３は例えば６区間で構成されるものとする。

光信号受信機２０は、光信号波長と等しい波長のローカル光を出力するローカル光源２１−１〜２１−３を備え、３つの光伝送路３１〜３３を介して伝送された光信号とローカル光とをコヒーレントレシーバ２２−１〜２２−３に入力し、コヒーレント検波を行ってそれぞれ電気信号に変換して出力する。この電気信号は、ＡＤコンバータ２３−１〜２３−３でそれぞれデジタル信号に変換され、波形等化器２４−１〜２４−３で偏波分離および波形等化が行われ、タイミング同期器２５−１〜２５−３で互いのタイミング同期がとられ、信号合成器２６でタイミング同期した３つのデジタル信号が合成される。この合成されたデジタル信号は、復調器２７に入力してシンボル列として復調され、誤り訂正器２８でビットエラー訂正が行われる。

表１は、実施例１の構成による光伝送路３１〜３３ごとの伝送品質を示す。ここでは、光伝送路３１〜３３ごとの光信号に対して、波形等化されたデジタル信号をシンボル列へ復調した後に、ビットエラーレートを計算し、ビットエラーレートから変換したＱ値を伝送品質を示す値としている。

表２は、信号合成器２６で信号合成後の伝送品質を示す。ここでは、光伝送路３１〜３３の組合せに応じて、表１と同様に方法により算出したＱ値を示す。

表２に示す信号合成後のＱ値は、光伝送路３１〜３３の組合せの全てにおいて、表１に示す光伝送路３１〜３３ごとのＱ値よりも大きくなっており、信号合成により伝送品質が向上することが確認できる。すなわち、信号合成により受信感度が向上して伝送距離の長延化が可能となる。

また、実施例１では、光信号送信機１０から同一の光信号を３つの光伝送路３１〜３３に送出し、光信号受信機２０で３つの光伝送路３１〜３３を介して伝送された光信号を検波、波形等化後に合成をして１つの信号として復調しているため、３つの光伝送路３１〜３３で同時に障害が発生しない限り、受信側で光信号断が発生することはなく、光伝送システムの安定性を高めることができる。

ここで、光伝送路３１〜３３のいずれかで障害が発生した場合、障害が発生した光伝送路からの信号を信号合成器２６で信号合成すると、ノイズ成分を信号合成することになり、伝送品質が劣化してしまう。そのため、例えば、ＡＤコンバータ２３−１〜２３−３から出力されるデジタル信号の平均化したパワーを波形等化器２４−１〜２４−３の内部でモニタし、予め設定した閾値以下となった場合は、その光伝送路のデジタル信号を合成しない処理を行う。あるいは、平均化パワーが閾値以下となった光伝送路からのデジタル信号の値を全て０として合成する。これにより、ノイズ成分の合成による伝送品質の劣化を防止することができる。また、コヒーレントレシーバ２２−１〜２２−３に入力する光信号の平均化したパワーをモニタし、予め設定した閾値以下となった場合に、上記と同様の処理を行う構成としてもよい。

以下、実施例１の構成における変形例を示す。
光信号送信機１０において、光スプリッタ１３を用いる構成に代えて、電気信号生成器１１から出力される電気信号を３分岐して３個の光信号生成器１２にそれぞれ入力して光信号に変換し、各光伝送路３１〜３３に送出する構成としてもよい。

光信号受信機２０において、３個のローカル光源２１を用いる構成に代えて、１個のローカル光源２１から出力されるローカル光を３分岐してコヒーレントレシーバ２２−１〜２２−３に入力する構成としてよい。

３つの光伝送路３１〜３３を用いる構成に代えて、一般的に２以上の光伝送路を用い、光信号送信機１０および光信号受信機２０も光伝送路数に応じた構成であってもよい。

それぞれシングルコアの光ファイバで３つの光伝送路３１〜３３を用いる構成に代えて、１つの光伝送路で３つのコアをもつマルチコアファイバを用いる構成であってもよい。さらに、一般的に２以上の光伝送路を用いる構成に代えて、２以上のコアをもつマルチコアファイバを用いる構成であってもよい。さらに、コア数ＭのマルチコアファイバをＮ個用い、Ｍ×Ｎの並列伝送を行い、信号合成する構成であってもよい。

光信号送信機１０において、光信号生成器１２で 100Ｇbps の偏波多重ＱＰＳＫ方式で変調された光信号を出力する構成に代えて、任意のビットレートおよび変調方式で変調した光信号を出力する構成であってもよい。以下に示す実施例２においても同様である。

光信号送信機１０の電気信号生成器１１で予めタイミング同期用の信号を挿入し、光信号受信機２０のタイミング同期器２５−１〜２５−３でタイミング同期用の信号を検出して、波形等化された３つの信号のタイミング同期を行う構成としてもよい。あるいは、タイミング同期用の信号を挿入する以外にも、タイミング同期用のパイロット信号を光信号に重畳する等、任意のタイミング同期方法を適用してもよい。以下に示す実施例２においても同様である。

図２は、本発明の光伝送システムの実施例２の構成例を示す。
図２において、実施例２の光伝送システムにおける光信号送信機４０は、 100Ｇbps の電気信号を例えば２分岐して出力する電気信号生成器４１と、電気信号生成器４１から入力する電気信号を偏波多重ＱＰＳＫ方式でそれぞれ変調した波長λ1 ，λ２の光信号に変換して出力する光信号生成器４２−１，４２−２と、各光信号生成器から入力する波長λ１，λ２の光信号を波長多重して出力する波長多重器４３とにより構成されている。

光信号送信機４０と光信号受信機５０は、ここでは１つの光伝送路３１を介して接続される。光伝送路３１はシングルコアの光ファイバであり、光伝送路３１は光アンプ間を１区間として例えば４区間で構成されるものとする。

光信号受信機５０は、光伝送路３１から入力する波長多重光信号を波長分波器５１で各波長λ１，λ２の光信号に分波し、それぞれコヒーレントレシーバ５２−１，５２−２に入力する。ここで、波長多重器４３および波長分波器５１は、例えば、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating ）、光カプラとＷＳＳ（Wavelength Selective Switch ）等を用いて構成することができる。

コヒーレントレシーバ５２−１には、ローカル光源５３−１から波長λ１のローカル光を入力して波長λ１の光信号をコヒーレント検波し、コヒーレントレシーバ５２−２には、ローカル光源５３−２から波長λ２のローカル光を入力して波長λ２の光信号をコヒーレント検波する。それ以降のＡＤコンバータ５４−１，５４−２、波形等化器５５−１，５５−２、タイミング同期器５６−１，５６−２、信号合成器５７、復調器５８、誤り訂正器５９は、実施例１における対応する各部と同様の機能を有し、複数の波長λ１，λ２で伝送された光信号を検波、波形等化して合成し、復調して誤り訂正する。

実施例２において、波長λ1 ，λ２の光信号の伝送性能として、実施例１と同様に、光信号受信機５０の波形等化器５５−１，５５−２から出力される波形等化されたデジタル信号のＱ値を実施例１と同様に計算した。波長λ1 の光信号のＱ値は8.93ｄＢ、波長λ2 の光信号のＱ値は9.91ｄＢとなった。信号合成後のデジタル信号のＱ値は、 12.32ｄＢとなり、信号合成により伝送品質が向上することが確認できる。すなわち、信号合成により受信感度が向上して伝送距離の長延化が可能となる。

実施例２では、１つの光伝送路３１を用いる構成であり、光伝送路３１に障害が発生すると信号断となる。そこで、光信号送信機４０から出力される波長多重光信号を、実施例１と同様に複数の光伝送路を介して伝送し、光信号受信機５０で波長多重伝送された光信号を分波し、各波長の光信号を受信処理して信号合成することにより、全ての光伝送路で同時に障害が発生しない限り、受信側で光信号断が発生することはなく、光伝送システムの安定性を高めることができる。

ここで、複数の光伝送路を用いる構成では、実施例１と同様に、ＡＤコンバータから出力されるデジタル信号の平均化したパワーを波形等化器の内部でモニタし、予め設定した閾値以下となった場合は、その光伝送路のデジタル信号を合成しない処理を行う。あるいは、平均化パワーが閾値以下となった光伝送路からのデジタル信号の値を全て０として合成するようにしてもよい。また、コヒーレントレシーバに入力する光信号の平均化したパワーをモニタし、予め設定した閾値以下となった場合に、上記と同様の処理を行う構成としてもよい。

また、同一の電気信号を変調した波長の異なる２つの光信号を波長多重伝送する構成に代えて、一般的に波長の異なる２以上の光信号を波長多重伝送する構成とし、光信号送信機４０および光信号受信機５０も波長多重数に応じた構成であってもよい。

１０ 光信号送信機
１１ 電気信号生成器
１２ 光信号生成器
１３ 光スプリッタ
２０ 光信号受信機
２１ ローカル光源
２２ コヒーレントレシーバ
２３ ＡＤコンバータ
２４ 波形等化器
２５ タイミング同期器
２６ 信号合成器
２７ 復調器
２８ 誤り訂正器
３１，３２，３３ 光伝送路
４０ 光信号送信機
４１ 電気信号生成器
４２ 光信号生成器
４３ 波長多重器
５０ 光信号受信機
５１ 波長分波器
５２ コヒーレントレシーバ
５３ ローカル光源
５４ ＡＤコンバータ
５５ 波形等化器
５６ タイミング同期器
５７ 信号合成器
５８ 復調器
５９ 誤り訂正器

Claims (8)

1. 同一の光信号を分岐して複数の光伝送路に送出する光信号送信機と、
   前記複数の光伝送路を介して伝送された前記同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する光信号受信機と
   を備えたことを特徴とする光伝送システム。
2. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   前記光信号受信機は、前記複数の光伝送路を介して伝送された光信号または前記検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である
   ことを特徴とする光伝送システム。
3. 複数の波長で生成された同一の光信号を波長多重し、さらに分岐して複数の光伝送路に送出する光信号送信機と、
   前記複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号をそれぞれ分波し、前記複数の波長の同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する光信号受信機と
   を備えたことを特徴とする光伝送システム。
4. 請求項３に記載の光伝送システムにおいて、
   前記光信号受信機は、前記複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号または前記検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である
   ことを特徴とする光伝送システム。
5. 光信号送信機から同一の光信号を分岐して複数の光伝送路に送出し、
   光信号受信機で、前記複数の光伝送路を介して伝送された前記同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する
   ことを特徴とする光伝送方法。
6. 請求項５に記載の光伝送方法において、
   前記光信号受信機は、前記複数の光伝送路を介して伝送された光信号または前記検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する
   ことを特徴とする光伝送方法。
7. 光信号送信機から複数の波長で生成された同一の光信号を波長多重し、さらに分岐して複数の光伝送路に送出し、
   光信号受信機で、前記複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号をそれぞれ分波し、前記複数の波長の同一の光信号をそれぞれ検波して波形等化を行い、タイミングを同期させて信号合成し、復調する
   ことを特徴とする光伝送方法。
8. 請求項７に記載の光伝送方法において、
   前記光信号受信機は、前記複数の光伝送路を介して波長多重伝送された光信号または前記検波後の信号の平均パワーが閾値以下の信号を除いて信号合成する構成である
   ことを特徴とする光伝送方法。

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