JP3657983B2 - 分散感受性が低い光伝送方法およびこの方法を実施するための伝送装置と伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバによって生じる色分散に対して感受性の低い光ファイバ伝送方法と、この方法を実施するための伝送装置及び伝送システムに関するものである。
中継器をもたない光ファイバによる伝送最大距離は、減衰および色分散によって制限されている。エルビウムを注入された光ファイバ型の増幅器は減衰を矯正することはできるが、反対に、色分散は、たとえば10Gビット／秒といった、高い伝送速度を有する信号に対して大きな制限を残してしまう。従来のいくつかの方法は、ファイバの一定の区間について色分散を少なくとも部分的には補償することができる。
従来の他の方法は、色分散そのものは変えずに、色分散に対して感受性の低い伝送を行うことを目的としている。とりわけELECTRONICS LETTERS 1993年12月９日第29巻第25号でX.GuとL.C.Blanckが発表した「標準ファイバの100キロメートル以上に渡る10Gビット／秒の中継器なし３レベル光伝送」と題する論文に、以下の方法が紹介されている。この方法は、
− 二進信号の通過周波数帯を小さくすることで得られる、二重二進信号（duo−binaire）、すなわちおよそ＋１、０、−１の値をとることができる信号の形で、伝送される情報シーケンスを符号化するステップと、
− ３つの異なるレベルに従って振幅変調される搬送波を得るために、この信号がとる値に応じて光搬送波を変調するステップと、
− 特定の色分散補償方法を使用することなしに、変調された搬送波を伝送用光ファイバ上で伝送するステップと、
− 受信した光信号の振幅を表す電気信号を供給する光受容器を用いて、光ファイバの端部で受信光信号の振幅を復調し、さらに２つの二進信号を並列に復元するために、この信号を２つの基準値と比較するステップと、
− 情報シーケンスを復元するために２つの二進信号を復調するステップとを含む。
二重二進符号化および振幅変調の利用によって、伝送された信号が占める帯域幅を小さくすることができる。その結果、色分散効果が減少する、つまり伝送最大距離がかなり増大する。もう一つの利点は、光送信器と光受信器が、二進信号によって搬送波の振幅を変調するという従来の伝送の場合よりも小さい通過周波数帯を有することができることにある。
しかしながら従来のこの方法には欠点がある。それは、光受容器によって供給される電気信号において別々の３つのレベルの振幅を区別する必要があるという点である。この３つのレベルの区別は、二進信号による振幅の変調にとって必要な２つのレベルの区分よりもはるかに難しい。一方、SN比は、二進信号とともに得られる比よりも小さい。
本発明の目的は、分散への感受性が低く、なおかつ復調がより容易に行える光伝送方法を提案することにある。
本発明は、以下のような、分散感受性が低い光伝送方法を対象とする。この方法は、
− 最大値、最小値および最大値と最小値の間に含まれる中間値と呼ばれる３つの有意値をとることができる、変調信号としての三進信号（signal ternaire）の形で伝送される情報シーケンスを符号化するステップと、
− 変調信号がとる値に応じて光搬送波を変調するステップとを含む。
またこの方法は、この搬送波を変調するために、
− 他方に比べて、変調搬送波の位相をおよそ180゜ずらすことによって、フィルタリングされた変調信号の最大値と最小値を示す最大振幅と、
− 変調信号の中間値を示す最小振幅とをもつ搬送波を送信することを特徴とする。
さらに、変調された光搬送波を復調するために、変調搬送波の出力の包絡線において２つのレベルを区別し、それから伝送される情報シーケンスを引き出すことを特徴とする。
このような特徴を有する方法は、色分散に対する感受性が低い。なぜなら、伝送された信号の通過周波数帯が、三進信号の形での符号化により、二進信号による従来の振幅変調に比べて小さくなるからである。たとえば、17.5ps/ナノメートル・キロメートルの分散を有するファイバにおいて、10Gビット／秒で150キロメートル以上の距離にわたる伝送が可能になる。加えてこの方法は、光搬送波の復調手段の実施が容易になるという利点をもっている。なぜなら、復調は周波数のみにかかわり、別々の２つのレベルだけを区別するからである。さらに、復調が３つのレベルを区別する場合よりもSN比がすぐれている。
伝送される情報シーケンスを三進信号の形で符号化するための好ましい実施の形態によれば、本発明による方法は、
− すでに二進信号の形態をとっていない場合に、情報シーケンスを二進信号の形で符号化するステップと、
− 差分符号化によって二進信号を他の二進信号の形で符号化するステップと、
− その通過周波帯を小さくするために、該他の二進信号をフィルタリング（濾波）し、その結果三進信号を得るステップとからなる。
別の実施の形態によれば、伝送される情報シーケンスを三進信号の形で符号化するために、本発明による方法は、
− 別々の３つのレベルにおいて情報シーケンスを三進信号の形で符号化するステップと、
− 次に、さらにその周波数の帯域幅を小さくするために、３つの異なるレベルのこの三進信号を選択的にフィルタリングするステップとからなる。
本発明のもう一つの目的は、
− 伝送される情報シーケンスを、最大値、最小値、さらに最大値と最小値の間に含まれる中間値の３つの有意値をとることができる、変調信号としての三進信号の形で符号化するための手段と、
− 変調信号がとる値に応じた光搬送波を変調する手段とを備える、本発明による方法を実施するための伝送装置である。
また、この方法は、光搬送波を変調する手段が、
− 他に比べた場合に変調搬送波の位相をおよそ180゜ずらすことによって、変調信号が最大値をとるときおよび最小値をとるときは、最大振幅をもち、
− 変調信号が中間値をとるときは最小振幅をもつ、変調された搬送波を供給する変調器を備えることを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態によれば、伝送される情報シーケンスを三進信号の形で符号化する手段は、
− すでに二進信号の形態をとっていない場合に、前記情報シーケンスを二進信号の形で符号化する手段と、
− 差分符号化によって、この二進信号を他の二進信号の形で符号化する手段と、
− この周波数の帯域幅を小さくしさらに三進信号を得るために、該他の二進信号をフィルタリングする手段とを備える。
別の実施の形態によれば、符号化手段は、
− すでに三進信号の形態をとっていない場合に、別々の３つのレベルにある三進信号の形で前記の情報シーケンスを符号化する手段と、
− その周波数の帯域幅を小さくし、この三進信号をフィルタリングするための選別的な手段とを備える。
本発明はさらに、
− 情報シーケンスによって光搬送波を変調する伝送装置と、
− その一端が、伝送装置の出力に連結されている光伝送ケーブルと、
− 入力がケーブルの第二の端部に連結されており、変調された光搬送波の出力の包絡線を示す信号を供給する、変調光搬送波を復調する手段と、
− この信号を基準値と比較し、そこから伝送される情報シーケンスを表す二進信号を引き出すためのコンパレータとを備える伝送システムを目的とする。
このシステムはまた、本発明による伝送装置を備えることを特徴とする。
次に、添付の図面を参照して本発明の別の特徴を説明する。
第１図は、本発明による伝送システムの実施の形態のフローチャートである。
第２図および第３図は、本発明による方法の実施の形態の２つの変形例を示す時間変化図である。
第４図は、マッハ・ツェンダータイプの変調器によって構成される場合に、変調手段の作動を表す時間変化図である。
第１図は、本発明による方法の実施のための本発明による光伝送システムの実施の形態のフローチャートを示している。この実施の形態は、
− 一定の振幅の搬送波を送信するレーザ１と、
− レーザ１によって供給された搬送波を受信し、制御入力に印加される値Veに応じて変調されたPM搬送波を供給する、マッハ・ツェンダータイプの変調器と、
− 変調器２の出力に連結された光ファイバによる光伝送ケーブル10と、
− この実施の形態においては二進信号シーケンスで構成されている、情報シーケンスSIが印加される入力端子３と、
− 端子３に接続された入力と、この信号の二進伝送速度の0.44倍に相当する帯域幅を占める、変調信号としての別の二進信号SMを供給する出力を有し、情報シーケンスSIを表す差分符号器４と、
− 符号器４の出力に接続された入力を有し、信号SMの二進伝送速度の0.3倍に等しい通過周波数帯を有し、その出力が、信号SMの二進伝送速度の0.25倍に等しい低減された帯域幅を有し、分散感受性を減少させる二重二進信号である、フィルタリングされた変調信号SMFを供給する、低域通過フィルタ５と、
− フィルタ５の出力に接続された入力と、フィルタ５によってフィルタリングされ、増幅器６によって増幅された変調信号SMである、信号SMFを変調器２の制御入力に供給する出力とを有する増幅器６と、
− 位相に関係なく、受信した光出力の包絡線に比例する電気信号EPPを供給する機能を有する、ケーブル10の先端に連結された光受容器７と、
− 光受容器７の出力に接続された入力と基準値Refを受取る入力を備え、光受容器７によって供給された信号EPPの値をこの基準値と比較し、出力端子９に提供される補足的な復調を行う必要なく、情報シーケンスSIに等しくなる二進信号をそこから引き出す機能を有するコンパレータ８とを備える。
第２図は、例として、
− 二進値010100101100で構成された情報シーケンスSIと、
− ０が遷移を引き起こし、１は遷移を引き起こさない、差分二進符号化によって得られる変調信号SMと、
− この信号SMに対応し、３つの有意値、−ａ、０±ε、＋ａを有する、フィルタリングおよび増幅された変調信号SMFと、
− 変調された搬送波PMの出力の包絡線PPMおよびこの変調された搬送波に加えられる位相の変位の値の時間変化図を示している。
代替の実施の形態によれば、変調信号は、３つの離散レベルでの三進符号化によって得ることができる。この変調信号は、何らかのフィルタリングを行う前には、最初の二進信号に比べて小さい周波数帯を占めている。選択的なフィルタリングによって、周波数帯域幅をさらに小さくすることができる。伝送される情報シーケンスが一列の二進法の形をとっていない場合には、二進符号化を経ずに、直接三進符号化を行うことができる。
第３図は、例として、この変形例を示し、
− 二進値010100101100で構成される伝送される情報シーケンスSI'と、
− ３つの離散値、−１、０、＋１での符号化によって得られ、急峻な立ち上がり、立ち下がりを有する、変調信号SM'と、
− この信号SM'に対応し、３つの有意値−ａ、０±ε、＋ａおよび非常になだらかな立ち上がり、立ち下がりを有する、フィルタリングされた変調信号SMF'と、
− 変調された光搬送波の出力の包絡線PPM'、および変調された搬送波に加えられる位相の変位の値の時間変化図を示している。
この実施の形態においては、一つの０は０で示され、また、＋１から−１へのまたはその逆の直接的遷移はない、つまり＋１と−１の間あるいは−１と＋１の間には常に一つの０があるという条件で一つの１は＋１または−１で示されるという規則に従って、三進符号化が行われる。＋１と−１を交互に用いて１を表す方法は、様々存在する。たとえば、２つの１の間に、奇数個の０が存在する場合には符号を変え、偶数個の０が存在する場合には符号を変えないという方法がある。
このような三進信号SM'が占める周波数帯域幅は、情報シーケンスSI'の二進伝送速度の0.22倍に等しい。選択的フィルタリングにより三進信号SM'によって占められる周波数帯をさらに小さくすることができる。たとえばフィルタの通過周波数帯を、二進信号SI'の二進伝送速度の0.6倍とすることができる。この通過周波数帯の値は臨界ではない。
したがって、フィルタリングされた変調信号SMF'は三進信号SM'の急峻な立ち上がり、立ち下がりを有さないが、それぞれが三進信号SM'の値、−１、０、＋１に対応する別々の３つの値−ａ、０、＋ａをとる。連続する記号間の干渉のために、これらの異なる３つの値は、−１、０、＋１のための有意値とみなされる３つの値、−ａ、０、＋ａの付近を変動する。
３つの有意値を有する変調信号を得るために、部分的な応答によるまったく別の周知の符号化方法を実施することができる。
第１図に示されているフローチャートはこの変形例を実施するのに適している。符号器４とフィルタ５の周波数帯域幅だけが変えられる。フィルタリングは、フィルタ５によって行う代わりに、それらの通過周波数帯が信号SM'の周波数帯域幅より小さい場合には、振幅器６または変調器２によって行うことができる。
変調された搬送波の出力の包絡線PPMもしくはPPM'は、変調信号SMもしくはSM'が＋１または−１となるとき最大である。また変調信号SMまたはSM'が０に等しくなるとき、最小値、ゼロまたはゼロに近くなる。いずれの場合にも変調器５は、搬送波を遅らせるが、フィルタリングされた変調信号SMFもしくはSMF'の符号によって異なるようにその位相をずらす。この変調信号の符号は、フィルタリングされていない変調号SMもしくはSM'の符号に対応している。第２図と第３図を参照して説明する２つの実施例において、信号SMFもしくはSMF'の正の符号はずれθ１で表され、負の符号はずれθ２＝θ１＋180゜で表される。位相値の他のあらゆる結合は、２つの値の間におよそ±180゜の差があれば適していることになる。
復調によって、伝送される情報シーケンスを表す二進信号が復元されるためには、次の二つの条件を満たせばよい。変調器に印加される変調信号の最大値と最小値が伝送される情報シーケンスの基本的情報を示す同一の二進値を表す（この実施例では１）こと、および中間値が補数二進値（この実施例では０）を表すことである。
こうしてこれらの条件が満たされれば、受信された信号の出力の包絡線を限界値と比較して、伝送情報シーケンスを示す二進信号を得ることが可能になる。この二進信号の復調は、伝送された情報シーケンスが差分符号化または三進符号化されるまでは二進列ではなかった場合に必要になることもある。たとえば、差分二進数によって直接的に符号化されたＭ進記号が問題になるときには、その最初のフォーマットでの情報シーケンスを復元するためには、二進−Ｍ進の変換符号化が必要である。
第４図は、マッハ・ツェンダータイプの変調器２の動作を示している。この図は、
− その値Veが変調器２を制御するフィルタリングされ増幅された変調信号SMFを時間ｔの関数としてプロットしたグラフと、
− この変調器２について出力の動作特性を構成する、変調器２によって供給される変調された光搬送波の出力PPを値Veの関数としてプロットしたグラフと、
− 信号SMFがその制御入力に印加される場合に、変調器２によって供給される変調された光搬送波の出力の包絡線PPMを時間ｔの関数としてプロットしたグラフと、
− この変調器２について位相動作特性を構成する、変調器２によって供給される変調された光搬送波のθ位相を値Veの関数としてプロットしたグラフを表している。
フィルタリングおよび増幅された変調信号SMFは従来の二重二進信号である。この信号は０を中心とする。最小値として−ａを、最大値として＋ａをとる。さらに、０に近い２つの中間値−εと＋εをとる。マッハ・ツェンダー変調器２は、いかなる周波数変調も生じないように、また出力動作特性のグラフPPがVe＝０の値に対応する軸に対して対称的なＶ形となるように偏っている。この特性は、経時偏移を避けるための従来の手段によって安定化されている。グラフPPの各分岐は、０と最大値Ｍとの間に変化のない傾斜を有する。フィルタリングされた変調信号の振幅は、増幅器６によって変調器２の出力で、０とM'の間の搬送波の出力を得ることができる値ａに増幅される。M'はＭよりわずかに小さいまたはＭに等しい数である。
フィルタリングされ増幅された変調信号SMFが正の値をもつとき、変調器２は任意の基準に対して一定の位相のずれθ１で変調された搬送波を供給する。反対に、信号SMFが負の値をとるとき、変調器２は同一基準に対して位相のずれθ２＝θ１＋180゜で変調された搬送波を供給する。したがって、信号SMFが＋ａの近似値から−ａの近似値へと遷移するとき、変調器２は180゜の位相のスキップをひきおこす。
グラフPPによる出力変調とグラフθによる位相のスキップの組合せは、従来抑制搬送波変調と呼ばれていた振幅変調である。
信号SMFによって変調される光搬送波の出力の包絡線グラフPPMは、M'に等しい最大値と２つの最小値０とｍをとる。ｍは０の近似値である。光受容器７は、受信した光信号の出力の包絡線を表す電気信号EPPを供給する。信号EPPのグラフは、ノイズがない場合には第３図に表されているグラフPPMと同じである。光受容器７によって供給される値をM'とｍとの間の定められた基準値Refと比較することによって、このグラフにおける高いレベルと低いレベルが容易に区別できる。この実施例においては、比較によって生じる二進信号が二進シーケンスSIを直接復元する。
本発明の範囲は、マッハ・ツェンダータイプの変調器の使用に限定されるものではない。なぜなら、振幅変調と180゜の位相のスキップを得ることができる特性を有するあらゆる変調手段を使用することが可能だからである。

Claims (10)

1. − 最大値（＋ａ）、最小値（−ａ）、及び最大値と最小値との間の中間値（０±ε）の３つの有意値をとることができる、変調信号としての三進信号（SMF）の形で、伝送する情報シーケンス（SI）を符号化するステップと、
   − 変調信号（SMF）がとる値（−ａ、０±ε、＋ａ）に応じて光搬送波を変調するステップとからなる、分散感受性が低い光伝送方法であって、
   この搬送波を変調するために、
   − 他方に比べて、変調搬送波の位相をおよそ180゜ずらすことによって、変調信号（SMF）の最大値（＋ａ）と最小値（−ａ）を表す最大振幅と、
   − 変調信号（SMF）の中間値（０±ε）を表す最小振幅とをもつ搬送波を伝送すること、および
   変調された光搬送波を復調するために、変調搬送波の出力の包絡線を表す信号（EPP）において２つのレベル（０とM'）を区別し、それから伝送される情報シーケンスを引き出すことを特徴とする方法。
2. 伝送される情報シーケンスを三進信号（SMF）の形で符号化するために、
   − すでに二進信号の形をとっていない場合には、情報シーケンスを二進信号（ST）の形で符号化すること、
   − 差分符号化によって、この二進信号（SI）を他の二進信号（SM）の形で符号化すること、および
   − 通過周波数帯を小さくするために前記他の二進信号（SM）をフィルタリングし、その結果三進信号（SMF）を得ることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 伝送される情報シーケンス（SI'）を三進信号（SM'）の形で符号化するために、３つの離散レベル（−１、０、＋１）を有する三進信号（SM'）の形で情報シーケンス（SI'）を符号化することを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。
4. 周波数帯域幅を小さくし、フィルタリングされた三進信号（SMF'）を得るために、３つの離散レベルを有する三進信号（SM'）を更にフィルタリングすることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の方法。
5. − 最小値（−ａ）、最大値（＋ａ）、及び最大値と最小値との間の中間値としての値（０±ε）の３つの有意値をとることができる、変調信号としての三進信号（SMF）の形で、伝送する情報シーケンス（SI）を符号化する手段（４）と、
   − 変調信号（SMF）がとる値に応じて光搬送波（Ｐ）を変調する手段（１、２、６）とを備えており、
   光搬送波を変調する手段が
   − 他方と比べて、変調搬送波の位相（θ）をおよそ180゜ずらすことによって、変調信号（SMF）が最大値（＋ａ）を有するときおよびその最小値（−ａ）を有するときは最大振幅をもち、
   − 変調信号（SMF）が中間値（０±ε）を有するときは最小振幅をもつ、変調搬送波を提供する変調器（２）を備えることを特徴とする光伝送装置。
6. 情報シーケンスを三進信号の形で符号化する手段（４）が、
   − すでに二進信号の形をとっていない場合に前記の情報シーケンスを二進信号（SI）の形で符号化する手段と、
   − 差分符号化によって、この二進信号を他の二進信号（SM）の形で符号化する手段（４）と、
   − 周波数帯域幅を小さくし、三進信号（SMF）を得るために前記他の二進信号（SM）をフィルタリングする手段（５）とを備えることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の装置。
7. 情報シーケンスを三進信号の形で符号化する手段（４）が、前記情報シーケンス（SI'）がすでに三進信号の形をとっていない場合には、３つの離散レベル（−１、０、＋１）を有する三進信号（SM'）の形でこの情報シーケンス（SI'）を符号化する手段を備えることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の装置。
8. さらに、周波数帯域幅を小さくすることによって三進信号（SM'）をフィルタリングする手段（５）を備えることを特徴とする、請求の範囲第７項に記載の装置。
9. 変調手段（１、２、６）がマッハ・ツェンダー・タイプの変調器を備えることを特徴とする、請求の範囲第５項に記載の装置。
10. − 情報シーケンスによって光搬送波を変調する伝送装置（１、２、４、６）と、
    − 一端が伝送装置の出力に連結されている伝送用光ケーブル（10）と、
    − ケーブルの第二の端部に連結されている入力を有し、変調されたこの光搬送波の出力の包絡線を表す信号（EPP）を供給する、変調された光搬送波を復調する手段（７）と、
    − この信号（EPP）を基準値（Ref）と比較し、それから伝送された情報シーケンスを表す二進信号を引き出すためのコンパレータ（８）とを備える伝送システムであって、
    前記の伝送装置（１、２、４、６）が請求の範囲第５項から第９項のいずれか一項に記載の装置であることを特徴とするシステム。

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