JP3606628B2 - Ｓｍｆ伝送路を用いた光伝送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光伝送システムに関し、特にシングルモード光伝送路の波長分散特性を最適に補償する光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
将来のマルチメディアネットワークを構築するため、さらなる大容量の光通信システムが要求されている。これまでに超大容量化を実現する多重化方式として、時分割（Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＴＤＭ）方式、光領域での時分割多重（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＴＤＭ）方式、波長多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）方式等の研究が盛んに行われている。
【０００３】
かかる方式において使用されるプリアンプ、ポストアンプ及び中継増幅器として１．５μｍ帶に広い利得帯域を有するエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が実用段階にある。上記の各種方式の中で、ＷＤＭ方式は、光レベルでのクロスコネクトや分岐挿入、異種サービスの多重化を行う柔軟な光波ネットワークの実現手段として期待されている。
【０００４】
また、ＷＤＭ方式は、現在世界的に最も普及している既設の１．３μｍ帯零分散シングルモードファイバ（以下ＳＭＦ）によるネットワークを用いて、超大容量伝送を行う場合に他の方式と比較して有利である。これは、各光キャリア当たりの伝送速度が低いため、波長分散許容値や光ファイバの非線形効果で制限される光入力パワーの許容値を比較的大きく設定することができるためである。
【０００５】
しかし、１波あたり１０Ｇｂ／ｓ程度以上の高速信号を光信号により伝送する場合は、ＳＭＦの波長分散特性あるいは分散特性と非線形効果の相互作用で伝送波形が歪み伝送速度、伝送距離が制限される。
【０００６】
ここで、波長分散特性とは、波長依存性を有する屈折率により波長毎に速度が変わり、したがって、波長毎に遅延量が異なるものとなり、この遅延量により、波形歪みを生じる特性をいう。
【０００７】
かかる波長分散を抑圧する方法としては、伝送路で発生する分散と逆符号の分散を有する分散補償器を挿入し、伝送路分散を相殺する方法が一般的である。分散補償器としては、▲１▼グレーティングを用いたもの、▲２▼光干渉計を用いたもの、▲３▼光ファイバを用いたもの、等様々な方法が提案されている。
【０００８】
また、送信部で予めプリチャープ（ベースバンド信号で変調されている強度信号成分以外に波長分散による広がりを抑圧する様に位相または、周波数変調を意図的に施すこと）をかける方法やＳＭＦ中の非線形効果により、パルス圧縮を行い波形を整形する方法等が提案されている。
【０００９】
種々の分散補償器の中で、広帯域動作、分散補償量の制御性、安定性の点で優れているものとして分散補償ファイバ（ＤＣＦ）が有望である。一例として、ＳＭＦ伝送路を用いた一般的な波長多重（ＷＤＭ）多中継伝送システムの構成例が図１３に示される。
【００１０】
図１３のシステムは、３中継、１６波、７０Ｋｍ×４＝２８０Ｋｍの波長多重伝送（ＷＤＭ）を行うものである。
【００１１】
更に図１３において、１はレーザダイオードＬＤであり、１６種のキャリア対応に１６個のレーザダイオード（ＬＤ）を有する。
【００１２】
２は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３：以下ＬＮと呼称する）外部変調器であり、それぞれ信号に応じて強度変調された異なるキャリア波長を発光する。
【００１３】
光カプラ３では、１６個のレーザダイオード（ＬＤ）１からのそれぞれ異なる波長の発光を入力し、これを合成して出力する。４は、１０：１の分岐比を持つ分岐回路であり、光カプラ３の合波出力の１／１０を分岐出力して波長安定化回路５に入力する。
【００１４】
波長安定化回路５は、それぞれのキャリア波長の信号が所定の波長に設定されるように、各々のレーザダイオード（ＬＤ）１の駆動回路を帰還制御する。
【００１５】
更に上記外部変調器（ＬＮ）２及び光カプラ３において、それぞれ減衰が生じる。したがって発光レベルを元に戻すためにポストアンプ６が備えられる。ポストアンプ６は、上記したエルビウム添加光ファイバで構成される。
【００１６】
更に、７は、例えば、１．３μｍ帯零分散シングルモードファイバ（以下ＳＭＦ）である。約７０Ｋｍの長さを有する。
【００１７】
更に、９は分岐回路であり、光伝送路を送られた光信号は分岐回路９により分岐された光信号は、０．３ｎｍの中心波長を有する帯域フィルタ１１を通り、光／電気変換回路１２に入力し、電気信号に変換される。
【００１８】
更に図１３において、分散補償回路８が光伝送路途中に挿入される。分散補償回路８は、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０、プリアンプ８１、ポストアンプ８２を有して構成される。
【００１９】
尚、図において、１波伝送の場合は、レーザダイオード（ＬＤ）１は、一つであり、光カプラ、光選択フィルは除かれる。
【００２０】
更に、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０は、分散の絶対値が大きくＳＭＦ７の分散値と反対符号を有して分散補償を与えるものである。
【００２１】
ここで、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０は、分散補償を与えるものであるが、このファイバは本質的にコア径が小さく、非線形屈折率が大きいために通常のＳＭＦや分散シフトファイバに比べ非線形効果が大きい。
【００２２】
この場合、顕著に現れる非線形効果は、信号光源が１波長の場合（ＴＤＭ、ＯＴＤＭ）には、自己位相変調効果（ＳＰＭ）であり、多波長の場合（ＷＤＭ）の場合は、自己位相変調効果（ＳＰＭ）とともに、相互位相変調効果（ＸＰＭ）である。
【００２３】
いずれの場合も信号光波に波長チャープを起こさせるもので伝送波形を歪ませ伝送特性を劣化させる。分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０での非線形効果を低減させる最も簡単な方法は、ＤＣＦ８０の入力パワーを下げることである。
【００２４】
しかし、ＤＣＦ８０の入力パワーを下げると、ＤＣＦ８０での損失でＳＮ比が悪くなる。あるいは、ＳＭＦ７の入力パワーを上げなければならなくなり、ＳＭＦ７内での非線形効果が顕著になる。
【００２５】
いずれにしても分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０の非線形効果がない時に比べると許容入力パワーの範囲、伝送距離、伝送速度が制限される。これによりＳＭＦでの伝送を困難にするという問題がある。
【００２６】
更に、前記した分散補償器の種々の形態、送信部でのプリチャープをかける方法やＳＭＦ中の非線形効果により、パルス圧縮を行い波形を整形する方法においても、これらの方法を単独で使用する場合は、波形整形が効果的に行われるＳＭＦ７への入力パワーのトレランス（余裕幅）が狭いという問題がある。
【００２７】
１波を伝送する場合は、波形整形が可能な、ＳＭＦ７への入力パワーとなるように光増幅器の出力を調整することも可能である。
【００２８】
しかし、ＷＤＭ伝送の場合は、▲１▼光源の光出力パワーや光部品の損失のばらつきが生じ、各チャンネルの出力パワーを一定に保つことが困難であること、▲２▼光増幅器の増幅特性に波長依存性（ゲインチルト）があり、波長が異なると増幅度も異なるため、チャンネル間の光出力にばらつきが発生すること、等の問題があり、ＷＤＭ信号をＳＭＦ伝送路中を安定に伝送するのは困難であった。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は先に例えば、電子通信学会、信学技報ＯＣＳ−９４−２８（１９９４─０６）に上記の分散補償について最適化の検討を報告している。
【００３０】
したがって、本発明の目的は、更なる最適化の検討に基づき、分散補償器８を構成する分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０の非線形効果による影響を考慮して、分散補償量を最適化した光伝送システムを提供することにある。
【００３１】
更に、本発明は、ＳＭＦ７の入力パワーの許容範囲を増大することができる送信部でのプリチャープと受信部での分散補償の最適値を提供することを目的とする。
【００３２】
更にまた、本発明の目的は、波長多重光伝送において、送信部でのプリチャープとＳＭＦ７の出力側での分散補償を組み合わせることでＳＭＦ７の入力パワーの許容範囲を増大することができるシステムを提供することにある。
【００３３】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明にしたがう第一の基本的構成は、請求項１に記載され、光波長に送信信号を光強度変調して送出し、光増幅多中継伝送する光伝送システムにおいて、
チャーピングパラーメータαが−０．６５〜−１．３に設定された、送信光に光位相変調もしくは光周波数変調する変調手段と、変調手段により変調された光信号を伝送する波長分散値が１６〜２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである伝送路と、伝送路の波長分散を補償する分散補償手段を有し、分散補償手段の入力光パワーが−５ｄＢｍ以上において、分散補償残量を＋５００〜＋１２００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定される。かかる条件において、ペナルティを最小にすることが出来る。
【００３４】
また、波長多重伝送システムに向けられた本発明にしたがう、第二の基本的構成は、請求項１３に記載され、送信信号を光強度変調して送出する光波長多重伝送システムにおいて、送信部に送信光に位相変調もしくは周波数変調する変調手段と、受信部に伝送路の波長分散を補償する分散補償手段を有し、この変調手段におけるチャーピングパラーメータαと、該分散補償手段における分散補償残量の組み合わせが、想定される多重化の最大波長数で最適値となるように設定される。
【００３５】
また具体的には、１．５５μｍでの分散値が１６〜２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである１．３μｍ零分散ファイバを伝送路とし、前記変調手段におけるチャーピングパラーメータαが−０．６５〜−１．３に設定され、且つ、前記受信部の分散補償手段の分散補償残量が６００±３００ｐｓ／ｎｍに設定される。
【００３６】
このように、チャーピングパラーメータαと分散補償残量の組み合わせを最適化することにより、波長多重伝送システムにおいて、想定している全ての波長数が分散補償残量を最適化できる。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明にしたがう好適な光伝送システムの実施例を説明する。本発明の光伝送システムは、再度の表示になるので図示省略するが、基本的に図１３において示したＷＤＭ伝送システムの構成と同様である。
【００３８】
そして、１波伝送の場合は、図１３においてレーザダイオード（ＬＤ）１が一つのみであり、カプラ３、８及び帯域フィルタ１１が省略される他は同様である。
【００３９】
本発明の特徴は、分散補償器８を構成する分散補償ファイバ（ＤＣＦ）８０の非線形効果による影響を新たに考慮して、分散補償量を最適化することにある。したがって本発明者によって見いだした分散補償量の最適化を実現する測定データを専ら用いて本発明の内容を以下に説明する。
【００４０】
図１は、ＤＣＦ入力パワーに対する分散補償残量の最適値の関係を示す図である。具体的には、１波長、伝送速度１０Ｇｂ／ｓ、３００ｋｍ伝送（３中継、７５ｋｍ×４区間）、αパラメータ（送信部でのプリチャープの方向と量を示す指標）を−１に設定した場合を示している。尚、αパラメータは、本発明の実施例において、−０．６５〜−１．３の範囲を含むものである。
【００４１】
横軸に分散補償残量が示され、縦軸にペナルテイ（損失）が示される。この分散補償残量とは、３００ｋｍのＳＭＦの全分散量は１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ×３００ｋｍ＝５１００ｐｓ／ｎｍなので、例えば分散補償残量が＋８００ｐｓ／ｎｍとすると５１００−８００＝４３００ｐｓ／ｎｍを補償していることを意味している。
【００４２】
ここでは分散補償残量は、各中継器と受信部に配置した４箇所の分散補償器８０で均等に割り振っているとしている（例えば分散補償残量が＋８００ｐｓ／ｎｍの場合は、各分散補償器の分散補償残量は２００ｐｓ／ｎｍとしている）。また、ＳＭＦ入力パワーを＋１３ｄＢｍとし、点線ＡはＤＣＦの非線形効果が無い時のものである。
【００４３】
ＤＣＦの非線形効果が有る場合、ＤＣＦ入力パワーを上げていくとＤＣＦの非線形効果のため最小のペナルティとなる分散補償残量が大きくなっていく。ペナルティが最小となる点を最適値とすると、非線形効果が無い場合（Ａ）は＋６００ｐｓ／ｎｍ、非線形効果が有る場合でＤＣＦ入力パワーが＋３ｄＢｍの時（Ｂ）は＋８００ｐｓ／ｎｍとなる。
【００４４】
ＤＣＦ入力パワーが＋３ｄＢｍで分散補償残量を＋６００ｐｓ／ｎｍと設定した場合、ＤＣＦの非線形効果により大きなペナルティが発生し伝送不能になるが、＋８００ｐｓ／ｎｍにするとペナルティが無い状態で伝送可能になる。
【００４５】
このように本発明にしたがい分散補償残量をＤＣＦの非線形効果を考慮し最適化すると、ＤＣＦの非線形効果の影響が無く伝送可能である。また、ＤＣＦへの入力パワーが−５ｄＢｍ以上では、概ね＋５００〜＋１２００ｐｓ／ｎｍに設定すればよい。
【００４６】
更に、本発明にしたがい図１の関係からＤＣＦ入力パワーが＋３ｄＢｍで最も高い受信感度を得るには、分散補償残量は＋８００ｐｓ／ｎｍ付近に設定し、受信ペナルティの許容量が１ｄＢ以下の場合には、＋６５０〜＋１２５０ｐｓ／ｎｍ付近に設定する。
【００４７】
分散補償残量の設定バラツキ等がある場合には設定トレランス（＋６５０〜＋１２５０ｐｓ／ｎｍ）の中心（＋９５０ｐｓ／ｎｍ）付近に設定することが好ましい。
【００４８】
図２は、１波伝送について、ＳＭＦ入力パワーとペナルティの関係を示す図であり、ＤＣＦ入力パワーを＋３ｄＢｍとしＳＭＦ入力パワー（横軸）を変化させた時の測定値を示す。
【００４９】
分散補償残量が＋７００〜＋１２００ｐｓ／ｎｍ付近ではＳＭＦ入力パワーの広い範囲でペナルティが無く伝送できることが分かる。
【００５０】
したがって、本発明にしたがい図１、図２から広いＳＭＦ入力パワーの範囲およびＤＣＦ入力パワーの範囲で小さなペナルティで伝送させるためには＋７００〜＋１２００ｐｓ／ｎｍに設定すればよい。
【００５１】
次に波長多重伝送（ＷＤＭ）の時の検討結果を図３に示す。即ち、図３は１６波伝送について、ＤＣＦ入力パワーに対する分散補償残量の最適値の関係を示す図である。
【００５２】
図３において、横軸に分散補償残量、縦軸にペナルティを示し、図１の構成で１６波、チャンネル間隔０．８ｎｍ、伝送速度１０Ｇｂ／ｓ（１波）、３００ｋｍ伝送（３中継７５ｋｍ×４）、αパラメータを−１に設定し、全てのチャンネルの変調信号は同一とした場合を示している。
【００５３】
ＳＭＦ入力パワーは相互位相変調（ＸＰＭ）の影響が顕著になるように＋１３ｄＢｍ／ｃｈと高くした。また、点線Ａは分散補償器（ＤＣＦ）の非線形効果が無い時のものである。
【００５４】
ＤＣＦの非線形効果が有る場合、ＤＣＦ入力パワーを上げていくとＤＣＦの非線形効果のため最小のペナルティとなる分散補償残量は大きくなっていく（図のＢ参照）。
【００５５】
ペナルティが最小となる点を最適値とすると、非線形効果が無い場合は＋６００ｐｓ／ｎｍ、有る場合でＤＣＦ入力パワーが＋３ｄＢｍ／ｃｈの時（Ｂ）は＋８００ｐｓ／ｎｍ付近となる。
【００５６】
ＤＣＦ入力パワーが＋３ｄＢｍ／ｃｈの時、分散補償残量を＋６００ｐｓ／ｎｍと設定すると大きなペナルティが発生し伝送不能となるが、＋８００ｐｓ／ｎｍとする小さなペナルティで伝送可能となる。
【００５７】
このように、１波伝送時と比べ相互位相変調（ＸＰＭ）の影響が付加されるため、最適値でも若干ペナルティはあるが、本発明にしたがい分散補償残量をＤＣＦの非線形効果を考慮し最適化すると、ＤＣＦの非線形効果の影響は大きく抑圧される。
【００５８】
ＤＣＦへの入力パワーが−５ｄＢｍ以上では、概ね＋５００〜＋９００ｐｓ／ｎｍに設定する。また、ＤＣＦ入力パワーが０ｄＢｍ／ｃｈで受信ペナルティの許容値を１ｄＢ以下と仮定すると＋６００〜＋９００ｐｓ／ｎｍ付近に全チャンネルを設定する。この時、全チャンネル一括補償してもよいし、各チャンネルあるいは複数のチャンネル毎に補償してもよい。
【００５９】
また、波長多重信号の中心付近のチャンネルを設定トレランス（＋６００〜＋９００ｐｓ／ｎｍ）の中心（＋７５０ｐｓ／ｎｍ）付近に設定すれば全チャンネルに対して大きなペナルティを払うことなく伝送可能となる。
【００６０】
図４は、ＳＭＦ入力パワーとペナルティの関係測定値を示す図であり、具体的には、ＤＣＦ入力パワーを０ｄＢｍ／ｃｈとしＳＭＦ入力パワーを変化させた時の検討結果である。
【００６１】
分散補償残量が＋７００〜＋９００ｐｓ／ｎｍではＳＭＦ入力パワーの広い範囲でペナルティが無く伝送できることが分かる。したがって、本発明にしたがい図３、図４の関係から広いＳＭＦ入力パワーの範囲およびＤＣＦ入力パワーの範囲で小さなペナルティで伝送させるためには＋７００〜＋９００ｐｓ／ｎｍに設定する。
【００６２】
図５は、各波長数に対する分散補償残量の最適値の関係を示す図であり、波長数が１〜１６波の時の検討結果を示す。横軸は分散補償残量、縦軸はペナルティである。図より波長数により相互位相変調（ＸＰＭ）による影響が変化し、最小のペナルティとなる分散補償残量は変化することが理解出来る。
【００６３】
４（Ｃ）、８波（Ｂ）の場合は＋８８０ｐｓ／ｎｍ付近、１６波（Ａ）の場合は＋８００ｐｓ／ｎｍ付近が最小のペナルティとなる。したがって、本発明にしたがい波長数に応じて分散補償残量を設定することが好ましい。
【００６４】
将来伝送容量の拡大等で波長数が変化すると予想される場合は、想定される最大の波長数、あるいは全ての波長数で大きなペナルティの無い値に設定する。１６波が最大波長数とすると＋８００ｐｓ／ｎｍ付近が適当な値となる。
【００６５】
ここで、波長多重伝送時の波形劣化は、１波伝送時の非線形効果である自己位相変調（ＳＰＭ）効果に相互位相変調（ＸＰＭ）効果が加わって引き起こされる。ＸＰＭは、各チャンネルの変調パターンの相関関係に依存する。
【００６６】
最もＸＰＭの影響が大きい状態は、光パワーが大きい伝送路の入口付近で各チャンネルの信号が同時に発光／非発光する状態、即ち同一の変調パターンが伝送路に入射する場合と考えられる。
【００６７】
従って、最適分散補償残量を決定する場合は、各チャンネルが同時に変調された場合を想定して検討すれば良い。図６は、分散補償残量の最適値の変調パターンの依存性を示す図であり、１６波伝送の場合の変調パターン依存性の検討結果を示す。
【００６８】
相互位相変調（ＸＰＭ）の影響を顕著に示すため、ＳＭＦ入力パターンは＋１０ｄＢｍ／ｃｈ、ＤＣＦ入力パワーは０ｄＢｍ／ｃｈと高くしている。
【００６９】
変調パターンは各チャンネル同一の場合（Ｉ）、受信チャンネル以外は反転の場合（ＩＩ）の２つとした。受信チャンネル以外は反転の変調パターンは最もＸＰＭの影響が小さい場合と考えられる。
【００７０】
図６より各チャンネル同一の場合（Ｉ）、トレランスが小さく最適値を得やすいことが分かる。また、ランダムの場合（ＩＩ）でも同じ値が得られるため、最適化は可能であるし、同一、反転、ランダムの全ての場合で最適化してもよい。
【００７１】
次に波長多重伝送システムにおいて、送信部におけるプリチャープとＳＭＦの出力側における分散補償を組み合わせることでＳＭＦの入力パワーの許容範囲を増大する本発明の実施例について説明する。
【００７２】
図７は、送信部のプリチャープと受信部でのＳＭＦ７の出力側分散補償を組み合わせた場合のＳＭＦ入力パワー（横軸）と受信ペナルティ（縦軸）の関係を示す図である。
【００７３】
この図は、１０Ｇｂ／ｓの１波を１８０ｋｍのＳＭＦ７で無中継伝送した場合のαパラメータ（送信部でのプリチャープの方向と量を示す指標）を−１に設定した場合を示している。
【００７４】
分散補償残量（Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｄｉｐｅｒｓｉｏｎ）が＋６００ｐｓ／ｎｍ（１８０ｋｍのＳＭＦ７の全分散量は１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ×１８０ｋｍ＝３２４０ｐｓ／ｎｍなので、残量が＋６００ｐｓ／ｎｍということは、２６４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍを補償していることを意味する。）の場合に、非常に広いＳＭＦ入力パワーの許容値が得られていることが理解出来る。
【００７５】
この様に本発明にしたがい上記の２種類の手段（即ち、プリチャープと分散補償残量）を組み合わせることは、ＷＤＭ伝送方式において有効な分散補償手段であることが理解出来る。
【００７６】
但し、１波を伝送する場合と複数の波長を使用したＷＤＭ伝送時では、上記の２種類のパラメータの最適値が異なる。また、多重化する波長多重数によってもこれらのパラメータの最適値は異なる。これは、１波伝送時の非線形効果である自己位相変調に加え、ＷＤＭ伝送時には、相互依存変調の効果も受けるためである。
【００７７】
図８は、無中継伝送実施例の分散補償残量の最適値の関係を示す図であり、無中継のＷＤＭ伝送時の本発明にしたがう最適分散補償残量を従来例との比較において示す。
【００７８】
１波の場合は、図７に示した様に＋６００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍが最適分散補償残量である。しかし、ＷＤＭ伝送の場合には、別の値に最適値がある。
【００７９】
即ち、図８は、分散補償残量を横軸にし、本発明者により見いだされた多重化する波長数とペナルティ（縦軸）の関係を示している。このペナルティを与える分散補償残量が所定値（例えば１ｄＢ）以下である時の残留分散値の余裕幅（トレランス）は、多重化する波長数が大きくなる程狭くなることが図より明かである。
【００８０】
したがって、図８に示した最大伝送波長数時（１６波：Ａ）の最適分散補償残量に合わせて分散補償量を設定すれば、それ以下の波長数および１波伝送時においても殆どペナルティの無い状態で伝送可能である。
【００８１】
図８の場合では、最大波長数１６（Ａ）の場合、＋４００ｐｓ／ｎｍが最適分散補償残量である。８波（Ｂ）、４波（Ｃ）の場合の残留分散値のトレランスは１６波の場合より広い。このため１６波（Ａ）時に最適化すると８波及び４波伝送時でも殆ど受信ペナルティの無い状態で伝送することが可能である。
【００８２】
図９は、分散補償残量と１６波で最適化した場合のＳＭＦ入力パワーと受信ペナルティの関係を示す図であり、分散補償残量を１６波〔図８の（Ａ）〕時の最適値である＋４００ｐｓ／ｎｍに設定した場合のＳＭＦ入力パワー（横軸）と受信ペナルティ（縦軸）の関係を示す。
【００８３】
１６波（Ａ）の場合には＋１３ｄＢｍ／ｃｈを越えたあたりから受信ペナルティの劣化が発生している。また、１波（Ｄ）伝送時では＋１８ｄＢｍ程度から劣化が始まっている。
【００８４】
図１０は、分散補償残量と１波で最適化した場合のＳＭＦ入力パワーと受信ペナルティの関係を示す図である。比較のため図１０においては、１波の最適分散補償残量である＋６００ｐｓ／ｎｍの場合（図７参照）のＳＭＦ入力パワー（横軸）と受信ペナルティ（縦軸）の関係を示す。
【００８５】
この場合、１６波（Ａ）伝送時では、約＋１０ｄＢｍ／ｃｈから受信ペナルティの劣化が起こり始めており、１６波で最適化した＋４００ｐｓ／ｎｍにくらべ、約３ｄＢ低いパワーから劣化し始めている。
【００８６】
８波（Ｂ）、４波（Ｃ）の場合でも１６波（Ａ）で最適化した場合（図９参照）の方が、ＳＭＦの入力パワーの上限が高くなっており、本発明による改善効果は明らかである。なお、１波伝送時は分散補償残量のトレランスが広いため、図９、図１０ともほぼ同じ入力パワーから劣化している。
【００８７】
次に、光増幅器を用いた多中継伝送時の分散補償残量（横軸）と受信ペナルティ（縦軸）の関係の測定値を図１１に示す。この図は、波長間隔０．８ｎｍで１〜１６波の信号を７５ｋｍの中継間隔で３００ｋｍ伝送した場合の測定結果である。
【００８８】
プリチャープパラメータαは−１であり、横軸の分散補償残量は、各中継器と受信部に配置された分散補償器で均等に割り振っている（例えば分散補償残量が＋８００ｐｓ／ｎｍの場合は、３つの中継器と受信部の分散補償残量は各２００ｐｓ／ｎｍずつとしている）。
【００８９】
この図では、１波（Ｄ）伝送時の最適分散補償残量は＋８００ｐｓ／ｎｍ付近にある。また、１６波（Ａ）伝送時の最適分散補償残量は＋６５０ｐｓ／ｎｍである。分散補償残量をこの＋６５０ｐｓ／ｎｍの値に設定すると、これより波長数が少ない場合においても受信ペナルティをほぼ最小の状態に保つことが可能となる。
【００９０】
以上の様に、想定している最大波長数で分散補償残量を最適化するという本発明の方式を採用すると、これより少ない波長数を伝送する場合でも受信ペナルティをほぼ最小の状態に保つことが可能である。更にこれは、無中継伝送時、光増幅多中継伝送時を問わず当てはまるものであることがわかる。
【００９１】
波長多重伝送時の波形劣化は、光ファイバ中の非線形効果により主として生じる。波長多重伝送時には、１波伝送時の非線形効果である自己位相変調（ＳＰＭ）に加え、相互依存変調（ＸＰＭ）の効果も影響する。
【００９２】
相互依存変調（ＸＰＭ）は、既に説明したように各チャンネルの光パワーや各チャンネルの変調パターンに依存すると考えられるが、最も影響が大きいのは、光パワーが最も大きい伝送路の入口で各チャンネルの信号が同時に発光／非発光する状態、即ち変調パターンが同一の場合で伝送路に入射する場合と考えられる。
【００９３】
従って、本発明の波長多重伝送システムにおいても上記の最適分散補償残量を決定する場合は、各チャンネルが同時に変調された場合を想定して検討すれば良い。変調ビットシーケンスと受信ペナルティの関係即ち、各チャンネル間の変調パターンの依存性の検討結果を図１２に示す。
【００９４】
この図１２は、４〜１６波伝送時において受信チャンネル（中央チャンネル）に対して残りの全てのチャンネルの変調ビットシーケンスを同時にずらした場合（横軸）のパワーペナルティ（縦軸）の測定例である。相互移相変調（ＸＰＭ）の影響を顕著に示すため、光パワーは＋１５ｄＢｍ／ｃｈ．と高くしている。
【００９５】
また、１６波（Ａ）伝送時にランダムにビットシーケンスをずらした場合の測定値も示している。横軸はビットシフト量を示しており、０は全てのチャンネルの信号シーケンスが一致している場合を示している。４波（Ｃ）伝送時ではＸＰＭの影響が小さく、ペナルティの変化は小さい。８波（Ｂ）、１６波（Ａ）伝送時ではＸＰＭの影響が現れる。
【００９６】
図より明らかなように、全チャンネルの信号シーケンスが一致している場合（横軸のビットシフト量が０の場合）が最悪であり、１６波（Ａ）伝送時では約１０ｄＢのペナルティを生じる。また、数タイムスロットずらすとペナルティは一定の値に収束することが理解出来る。
【００９７】
しかし、１６波伝送時にランダムにビットシーケンスをずらした場合（ＡＡ）では、パワーペナルティは、−１ｄＢ〜＋４ｄＢの間に分布し、パワーペナルティはビットシーケンスに依存することが分かる。
【００９８】
このように、パワーペナルティはビットシーケンスに依存するが、変調パターンが同一の場合の場合が最悪評価になることを本発明者は、測定により見いだした。従って、ＷＤＭ伝送システムの非線形効果に対する設計を行う場合は、各チャンネルが同一信号で変調されていることを想定すればよい。
【００９９】
陸上の光伝送システムでは、中継間隔は、定まっておらずルートの都合により、最大中継伝送距離より短い範囲で中継間隔が変化する。このため、各中継区間での分散補償量（あるいは、分散補償残量）も中継距離に合わせて最適化する必要がある。
【０１００】
このために、分散補償器は分散補償量が異なる幾つかのユニットを組み合わせることで所望の分散補償量を得る様な構成が望ましい。組み合わせる各分散補償ユニットの補償量は等比数列的に変化させたものが少ないユニットで全ての分散量を補償するのに都合がよい。
【０１０１】
一例として、総伝送路長を最大２８０ｋｍとし、最大７５ｋｍ毎に３中継するシステムを考える。各区間毎の分散補償残量を最適分散補償残量から±１００ｐｓ／ｎｍ以内になるように設定することを仮定する。伝送路の分散値を１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると以下に示す分散補償ユニットを組み合わせることで対応可能である。
【０１０２】
すなわち、想定している各区間毎の分散許容偏差（全幅）を最小の分散補償量とし、公比２の等比率数列で分散補償器を用意することが分散補償器の種類を最小にする観点からは良いことになる。表１は、かかる観点からの伝送距離と分散補償器の分散補償残量の関係を示す図である。
【０１０３】
【表１】

【０１０４】
【発明の効果】
以上実施例にしたがい説明したように、本発明により、分散補償手段の非線形効果による影響を抑圧することができ、超長距離大容量の安定な伝送が可能になる。
【０１０５】
また、波長多重伝送システムにおいて、想定している全ての波長数が分散補償残量を最適化でき、分散補償ユニットの種類を最小化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＣＦ入力パワーに対する分散補償残量の最適値の関係を示す図である。
【図２】１波伝送について、ＳＭＦ入力パワーとペナルティの関係を示す図である。
【図３】１６波伝送について、ＤＣＦ入力パワーに対する分散補償残量の最適値の関係を示す図である。
【図４】ＳＭＦ入力パワーとペナルティの関係測定値を示す図である。
【図５】各波長数に対する分散補償残量の最適値の関係を示す図である。
【図６】分散補償残量の最適値の変調パターンの依存性を示す図である。
【図７】プリチャープと受信側での分散補償を組み合わせた場合のＳＭＦ入力パワーと受信ペナルティの関係を示す図である。
【図８】無中継伝送実施例の分散補償残量の最適値の関係を示す図である。
【図９】分散補償残量と１６波で最適化した場合のＳＭＦ入力パワーと受信ペナルティの関係を示す図である。
【図１０】分散補償残量と１波で最適化した場合のＳＭＦ入力パワーと受信ペナルティの関係を示す図である。
【図１１】光増幅器を用いた多中継伝送時の分散補償残量と受信ペナルティの関係を示す図である。
【図１２】変調ビットシーケンスと受信ペナルティの関係を示す図である。
【図１３】一般的な波長多重伝送システム構成を示す図である。
【符号の説明】
１ レーザダイオード
２ ニオブ酸リチウム外部変調器
３、９ カプラ
４ 分岐回路
５ 波長安定化回路
１０、８１ プリアンプ
６、８２ ポストアンプ
７ シングルモードファイバ（ＳＭＦ）
８ 分散補償回路
８０ ＤＣＦ
１１ 帯域フィルタ
１２ 光／電気変換回路

Claims (20)

1. 光波長に送信信号を光強度変調して送出し、光増幅多中継伝送する光伝送システムにおいて、
   チャーピングパラーメータαが−０．６５〜−１．３に設定された、送信光に光位相変調もしくは光周波数変調する変調手段と、
   該変調手段により変調された光信号を伝送する波長分散値が１６〜２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである伝送路と、
   該伝送路の波長分散を補償する分散補償手段を有し、
   該分散補償手段の入力光パワーが−５ｄＢｍ以上において、分散補償残量を＋５００〜＋１２００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光伝送システム。
2. 請求項１において、
   前記伝送路への光入力パワーが０〜＋１５ｄＢｍにおいて、前記分散補償残量を＋７００〜＋１２００ｐｓ／ｎｍに設定されたことを特徴とする光伝送システム。
3. 請求項１または２において、
   前記分散補償手段は、送信部、伝送路途中、又は受信部に置かれ、その入力光パワーを−３、０、＋３ｄＢｍ近傍とする時、前記分散補償残量が該入力光パワーに対応して＋７００、＋７００、＋８００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光伝送システム。
4. 請求項１または２において、
   前記分散補償手段の入力光パワーを−３、０、＋３ｄＢｍ近傍とする時、前記分散補償残量が該入力光パワーに対応して＋５００〜＋１２００、＋５５０〜＋１２５０、＋６５０〜＋１２５０ｐｓ／ｎｍの範囲に設定されたとを特徴とする光伝送システム。
5. 請求項１または２において、
   前記分散補償手段の入力光パワーを−３、０、＋３ｄＢｍ近傍とする時、前記分散補償残量が該入力光パワーに対応して＋８５０、＋９００、＋９５０ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光伝送システム。
6. 送信信号を光強度変調して送出し光増幅多中継伝送する光波長多重伝送システムにおいて、
   チャーピングパラーメータαが−０．６５〜−１．３に設定された、送信光に光位相変調もしくは光周波数変調する変調手段と、
   該変調手段により変調された光信号を伝送する波長分散値が１６〜２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである伝送路と、
   該伝送路の波長分散を補償する分散補償手段を有し、
   該分散補償手段の入力光パワーが−５ｄＢｍ以上において、分散補償残量を＋５００〜＋９００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
7. 請求項６において、
   前記伝送路への光入力パワーが０〜＋１５ｄＢｍ／ｃｈとする時、前記分散補償残量が該入力光パワーに対応して＋７００〜＋９００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
8. 請求項６または７において、
   信号光の波長数を４、８、１６波とする時、前記分散補償残量が該波長数に対応して＋８８０、＋８８０、＋８００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
9. 請求項６または７において、
   信号光の波長数が１〜１６波とする時、、前記分散補償残量が＋８００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
10. 請求項６において、
    全チャンネルの前記分散補償残量が＋５００〜＋９００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
11. 請求項７において、
    全チャンネルの前記分散補償残量が＋７００〜＋９００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
12. 請求項６において、
    中心付近のチャンネルの前記分散補償残量が＋７００〜＋８００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
13. 請求項７において、
    中心付近のチャンネルの前記分散補償残量が＋８００ｐｓ／ｎｍ近傍に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
14. 送信信号を光強度変調して送出する光波長多重伝送システムにおいて、
    送信部に送信光に位相変調もしくは周波数変調する変調手段と、
    受信部に伝送路の波長分散を補償する分散補償手段を有し、
    該変調手段におけるチャーピングパラーメータαと、該分散補償手段における分散補償残量の組み合わせが、想定される多重化の最大波長数で最適値となるように設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
15. 請求項１４において、
    前記変調手段及び分散補償手段の設定値を最適化する際に、各チャンネルの信号を同一信号として送信させて行うことを特徴とした光波長多重伝送システム。
16. 請求項１４または１５において、
    光信号を伝送する分散値が１６〜２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである光ファイバを伝送路とし、
    前記変調手段におけるチャーピングパラーメータαが−０．６５〜−１．３に設定され、且つ、前記受信部の分散補償手段の分散補償残量が６００±３００ｐｓ／ｎｍに設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
17. 請求項１４または１５において、
    光信号を伝送する分散値が１６〜２１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである光ファイバを伝送路とし、
    前記変調手段におけるチャーピングパラーメータαが−０．６５〜−１．３に設定され、且つ、
    前記受信部の分散補償手段の分散補償残量が４００±１００ｐｓ／ｎｍに設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
18. 請求項１乃至１７において、
    前記各光増幅中継区間及び前記受信部に置かれる分散補償手段は、異なる分散量を持つ複数の分散補償ユニットから構成され、該分散補償ユニットの組み合わせにより最適な分散補償量が選択されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
19. 請求項１８において、
    前記伝送路の各中継区間に許容される最大分散補償残量を前記分散補償手段の最小値（初項）とし、公比を２とする間隔で分散値を与え、
    該伝送路の分散値に合わせて最適な分散補償量が選択されることを特徴とする光波長多重伝送システム。
20. 請求項１８、１９において、
    光増幅中継区間に置かれる分散補償手段による分散補償の不完全量が、受信部もしくは送信部に別途置かれる分散補償手段で補償されることを特徴とする光波長多重伝送システム。

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