JP3215416B2 - 情報を伝送するための方法および装置 - Google Patents

情報を伝送するための方法および装置

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    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２つの値の１つをそれぞれ有する一連の２
進ディジット（ビット）で表される情報を伝送する方法
に関する。本発明はさらに、伝送のためのこのような情
報を生成する送信機、このような情報を伝達する伝送シ
ステム、およびパーティー間のこのような情報の通信の
ための通信システムに関する。
異なる観点における本発明は、情報が光ファイバ導波
体によって伝達され、間隔を隔てた別々の光ファイバ増
幅器が光ファイバに沿った伝播中に生じた損失を補償す
るために使用される状態に適用するのに特に適している
が、それに限定されるものではない。
与えられたエラー率内の伝送された信号を検出できる
このような通信システムの端部における特定な帯域幅の
受信機に関して、それは最小値よりも大きな信号対雑音
比（S/N）を有する信号を受信しなければならない。
整列した光ファイバ増幅器を有する光ファイバ伝送ラ
インにおいて、雑音は増幅器における増幅した自然放射
（ASE）によって生成される。それゆえ光伝送ラインに
よって生成された全雑音は、ラインにおける増幅器の数
および各増幅器によって生成されたASE雑音に依存す
る。
ASE雑音は、次の式によって与えられる増幅器の利得
の関数である。
ｇ＝0.23Lsγ/n dB …（１） ここでLsはkmにおけるシステム長であり、ｎは全て同
じと仮定された増幅器の総数であり、γはdB/kmにおけ
るシステム損失である。
光ファイバ伝送ラインの下流に伝播するソリトンパル
スはエネルギを失い、断続する増幅を受ける。パルスの
距離平均パワーが単一のソリトンパワーに等しい伝播を
有するため、Ｎ番目のソリトンが光伝送ライン中に入射
されなければならないということが示されている。ここ
でＮは次のように与えられる。
N2＝log（ｇ）／（１−1/g） …（２） 10-14ビットエラー率を与えるのに十分なS/N率を達成
するために必要な最小平均パワーPminは、次の通りであ
る。
Pmin＝10-4Bn（exp（45LS/n）−１）mW …（３） ここでＢはG/ビットにおける帯域幅である。
所望な最小平均パワーＰおよび帯域幅Ｓの要求された
Ｎ番目のソリトンパルスを生成するために要求されたパ
ルス幅が次のように与えられるということが示されてい
る。
tASE＝0.658N2BD/P …（４） ここでＤは分散である。
式（４）は、所望のS/N率を達成する最大ソリトンパ
ルス幅ｔを限定する。
ビット率が高くなるにしたがって次第重要となる別の
雑音源は、ゴートン・ハウス効果である。これは文献
（1986年のOptics Lett 11 665乃至７頁のRandom Walk
of Coherently amplified Solitons inOptidal Fibre T
ransmission,J.P.Gordon氏およびH.A.Haus氏）に記載さ
れている。
この効果は、ASE誘導周波数変動および分散の結合作
用から生ずる到着時間ｔａ′における変動によりエラー
を誘起する。平均平方ジターは次のように表される。
ここでｎは光量子番号である。この効果によるエラー
率が計算できる。
動作する非線状動力学は、ソリトン周期が増幅器間隔
ＬＡ′よりも長いという第２の要求を強要する。すなわ
ち次の通りである。
tspaing＞（0.3DL1α）1/2 …（６） ここでαは約10の安全率である。式（４）および
（６）のこれら２つの条件が満たされると、任意に大き
な距離にわたる単一のパルスの本質的に歪みのない伝播
が観察される。
図１は、１例の6000kmのシステム長の３つの制限処理
（式4,5および６）を示しているパルスの持続時間に対
して間隔を隔てている増幅器の特性が示されている。Ｇ
−Ｈ効果はビット率に依存する唯一のものであり、これ
は３つのビット率（10,8および5Gビット/s）に構想され
る。
従来のソリトン伝送システムｔを動作するため、ソリ
トンパルス幅はＧ−Ｈ制限よりも小さく、tASEよりも小
さく、tspaingよりも大きくなければならない。
本発明の第１の観点によれば、２つの値の１つをそれ
ぞれ有する一連の２進ディジットとして情報を送信する
方法が提供され、ｎが１より大きな整数である一連のｎ
個のソリトンパルスは２つの値のそれぞれの発生で光フ
ァイバに結合される。
本発明の第２の観点によれば、２進ディジット値のそ
れぞれの発生でｎが１より大きな整数である一連のｎ個
の光ソリトンパルスを供給するために配置された光ソリ
トンパルスのソースを具備している２つの値の１つをそ
れぞれ有する一連の２進ディジットとして情報を伝送す
る光送信機、および光ファイバ中にパルスの列を結合す
る光結合手段が提供される。
本発明は、従来のシステムのビットごとのソリトンパ
ルスにおける式５および６によって与えられる制限を避
けるために従来のシステムの１ビットにつき１ソリトン
パルスが必要である短いパルスによっては動作しないで
ビット内の平均パワーを増加することを可能にする。そ
の結果は、変調のビット機構ごとの単一のソリトンより
も多数のソリトンがデータの各ビットにおいて存在する
にもかかわらず、ASE雑音制限が高いビット率を許容す
るように長いパルスに移動されることである。
この方法は、さらにGHのジターを減少し、長いパルス
にＧ−Ｈ制限を移動することによって動作の窓を開く。
この理由は、両方のパルスが十分にシフトされる場合の
みエラーが生ずるようにパルスがジターと無関係になる
ためである。単純なデルタ関数は、ジターにおいてｎ
1/2の縮小が与えられたパルスのモデルである。
本発明のビット変調機構ごとの多重パルスに関する潜
在的な問題は、パルス間（すなわち、ソリトン間）の相
互作用である。これは良く知られている現象であり、そ
れらが初めに同位相である場合にパルスの崩壊に導く。
ビットごとの全エネルギは崩壊によっては不変であるの
で、原理的にシステムの特性に影響を及ぼさない。それ
は近接するビットパルスと相互作用しないという場合に
所望される。２進ディジットを表すｎ個の光ソリトンパ
ルスの各列が各列内のパルスよりも長い時間の間隔によ
って次の列から分離されることが好ましい。
パルス間の相互作用が顕著である時、ｎ個の光ソリト
ンパルスの各列における各パルスは列における近接した
パルスに関して異なる位相の０あるいはπ/2ラジアンで
あることがさらに所望とされる。
ビットごとの２つのソリトンのパルス間隔の変化およ
び位相制御を達成する適当な方法は、光ソリトンパルス
の流れを生成する手段を具備している送信機を使用する
ことであり、ビームスプリッタは２つの補足的な流れに
光パルスの流れを分けるために配置され、１対の反射手
段はビームスプリッタに２つの補足的な流れを反射し、
この反射手段は２つの補足的な流れの位置が補足的な流
れの１つを変える光ソリトンパルスの出力流を形成する
ためにビームスプリッタによって結合されるように位置
される。２つ以上のパルスの列は、このような適当な数
の送信機を多重化することによって容易に生成できる。
ミラーのような反射手段の距離は、所望な位相関係の
等距離に間隔が隔てられた、または対として組合わされ
た光パルスを供給するために調整される。この位相が固
定されると、伝播の崩壊効果はビット間隔のエネルギを
減少しない。提案された機構は、ビットの中央のパルス
の完全な重複する方式で動作できる。これは、ビットご
とのパルスの数に等しい整数Ｎを有する最初の形のNsec
h（ｔ）のソリトンによって動作することに等しい。こ
の多重ソリトン変調機構は平均的なパワーにおける増加
と同じ利点を有するが、減少したジターの利点は有さな
い。
本発明の第３および第４の観点による光伝送システム
は、２つ以上の離れた光増幅器を有する光ファイバ通信
ネットワークに光学的に結合された光送信機を備え、光
通信システムは上記伝送システムと、伝送された光ソリ
トンパルスを受信する光ファイバ通信ネットワークに結
合された光受信機とを具備する。
本発明の実施例は、添付図面に関連して幾つかの観点
および動作の原理について以下説明される。
図１は、従来の6000kmのビットごとの単一のソリトン
パルスのソリトン通信システムの動作上の制限を決定す
る関数のグラフであり、 図２は、本発明の方法によるビットごとの２重ソリト
ンパルスを使用する図１の6000kmシステムの動作上の制
限を決定する関数のグラフであり、 図３の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれの均
一および非均一のパルス間隔を有する本発明によって送
信された２進情報信号の概略図であり、 図４は、本発明による光通信システムの実施例であ
る。
図１は、単一のソリトン／ビット伝送に関する5,8お
よび10Gビット/sのデータ率に対するtspacing、tASFお
よびゴードン・ハウス制限の計算された制限を示す。伝
送は実質的にtASFよりも小さく、tspacingよりも大き
く、Ｇ−Ｈビット率の制限よりも大きいパルス幅が存在
する増幅器の間隔に対して可能である。動作の窓は、図
１に斜線で示されている。50kmの大きな増幅器間隔が約
5Gビットs/sまでのデータ率に制限されることが分か
る。
図２を参照すると、本発明のビット伝送ごとの２つの
ソリトンに対する計算された制限が示され、それにおけ
る減少したジター利得は、ソリトン間の崩壊によって保
持しないので含まれない。短いソリトンパルスによって
は動作しないで平均パワーを増加する効果は、図２の斜
線領域に示されている動作窓を開けることに見られる。
このように、80kmの増幅器間隔は、5Gビット/sより下の
データ率で達成され、50kmの増幅器間隔は8Gビット/sの
データ率で達成される。増幅器の間隔が近いときには、
従来は達成されなかった10Gビット/sの動作が可能であ
る。
図３を参照すると、本発明の２つの変調機構が示され
ており、それにおける図３の（ａ）の２進ディジットの
例示的なデータ流はビットごとの２つのソリトンパルス
で符号化され、パルスの存在は１の値を表す。図３の
（ｂ）におけるソリトンパルスは、ビット周期で等距離
に間隔が隔てられている。図３の（ｃ）におけるソリト
ンパルス対は、１つのビットにおける２つのパルスの各
列間の時間間隔がビット周期内のパルス間の時間の間隔
よりも長いようにビット周期の中央に集められる。
図４を参照すると、光通信システムは光送信機２、間
隔を隔てて配置されたエルビウムファイバ増幅器６を有
する6000kmの光ファイバ伝送ライン４および光受信機８
を具備する。
送信機２は、光ソリトンパルス流12がバルク光ビーム
スプリッタ14に向けられる既知の方法で生成するモード
ロックされた半導体レーザ10を具備する。流12は２つの
補足的な流れ16および18（それぞれP1およびP2のパルス
を有する）にビームスプリッタ14によって分けられ、ミ
ラー20および22によってビームスプリッタ14に反射され
る。ビームスプリッタ14からのミラー22の距離Ｌは、調
整可能である。図４における距離は、レーザ10によって
供給される率の２倍のパルスの出力流24を形成するため
に補足的な流れ16および18の等距離のインターリーブを
得るように設定される。ミラー22は、パルスP1に関して
パルスP2の位相を調整するために調整される。
出力流24は、２進情報信号によって変調された制御装
置28からの電気信号に応じて変調器26によって変調され
る。データ率は、２つのソリトンパルスが単一のビット
周期中にあるように選定される。
変調ソリトンパルス流は、標準的な光学手段（明瞭に
示されてはいない）によって受信機８に対して伝播する
ため光ファイバ伝送ライン4,6中に結合される。
フロントページの続き (72)発明者 ブロウ、ケイス・ジェイムズ イギリス国、アイピー12・１エイチエ ー、サフォーク、ウッドブリッジ、コボ ルド・ロード 14 (56)参考文献 特開 昭63−76532（ＪＰ，Ａ) Ｉ．Ｍ．Ｕｚｕｎｏｖ，ｅｔ ａ ｌ，”ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＮＥ−ＳＯＬＩＴＯＮ ＰＵＬＳＥＳ ＳＵＣＣＥＳＳＩＯＮＳ ＩＮ ＭＯ ＮＯＭＯＤＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢ ＥＲＳ”，1989，Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍ ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．70, Ｎｏ．５，ｐ．389−392. (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 G02F 1/35

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】各ディジットが第１の値または第２の値の
    いずれかを有する一連の２進ディジットの形で情報を伝
    送する方法であって、前記情報は各々２進ディジットの
    １つに対応する一連のタイムスロットで伝送され、第１
    の値を有する２進ディジットに対応しているタイムスロ
    ットは一連のｎ個（ｎ≧２の整数）の光ソリトンパルス
    を含み、第２の２進値を有するディジットに対応してい
    るタイムスロットはパルスを含まない情報伝送方法。
  2. 【請求項２】ｎが２に等しい請求項１による方法。
  3. 【請求項３】各タイムスロットのために単一のソリトン
    パルスを発生し、前記単一のソリトンパルスを２つのソ
    リトンパルスに分割し、前記２つのパルスを第１の２進
    値として単一のタイムスロットに伝送し、第２の２進値
    に対応しているタイムスロットにソリトンパルスを伝送
    しないことを含む請求項２による方法。
  4. 【請求項４】（ａ）ソリトンパルス源（10） （ｂ）ビームスプリッタ（14）であって、このビームス
    プリッタ（14）が （b1）ソリトンパノレス源（10）に結合された入力ポー
    ト、 （b2）第１の補足的な経路（16）に結合され、この第１
    の補足的な経路（16）がビームスプリッタ（14）ヘパル
    スを反射して戻す第１のミラー（20）を含んでいる第１
    の補足的なポート、 （b3）第２の補足的な経路（18）に結合され、この第２
    の補足的な経路（18）がビームスプリッタ（14）へパル
    スを反射して戻す第２のミラー（22）を含んでいる第２
    の補足的なポート、 （b4）出力経路（24）に結合され、出力経路（24）がソ
    リトンパルス源（10）により発生されたパルス流の２倍
    のパルス率でパルス流を含む出力ポート、 （ｃ）出力ポートからのソリトンパルス流を単一のタイ
    ムスロット中２個を単位として変調し、一連のタイムス
    ロットのうち第１の値を有する２進ディジットに対応す
    るタイムスロットは２個のソリトンパルスを含み、第２
    の値を有する２進ディジットに対応するタイムスロット
    はパルスを含まないように伝送する変調器（26）、 とを含んでいる２進情報を一連のソリトンパルスの形で
    伝送する送信機。
  5. 【請求項５】補足的な経路の１つ（18）が出力経路（2
    4）におけるパルスの間隔を調整するため長さを調整可
    能である請求項４による送信機。
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