JP3679341B2 - 光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無中継伝送距離を増大させるために遠隔励起プリアンプ、または遠隔励起プリアンプと遠隔励起ポストアンプを用いた光伝送システムにおいて、遠隔励起プリアンプの位置および遠隔励起プリアンプを構成する希土類（例えばエルビウム）添加光ファイバの長さの最適化を図った光伝送システムに関する。
【０００２】
ここで、遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）は励起光源が受信端局にあり、遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）は励起光源が送信端局にあり、それぞれ励起光源から信号光伝送用または専用の光ファイバを介して励起光を伝送し、希土類添加光ファイバに供給して信号光の増幅を行うものである。
【０００３】
【従来の技術】
図１は、遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた光伝送システムの構成例を示す。図において、送信端局１と受信端局２は、光伝送路を構成する光ファイバ３−１，３−２と、その間に挿入された遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）４を介して接続される。送信端局１は光信号送信器１１を有し、受信端局２は合分波器２１、光信号受信器２２および励起光源２３を有する。ＲＰＲＡ４は、信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）４１により構成される。なお、希土類添加光ファイバとしてエルビウムを添加したＥＤＦを例に以下説明するが、希土類元素はエルビウムに限定されるものではなく、信号光波長に応じて適宜選択される。ここで、送信端局１と光ファイバ３−１の接続点を送信端といい、受信端局２と光ファイバ３−２の接続点を受信端という。
【０００４】
送信端局１の光信号送信器１１から送信された信号光は、送信端から光ファイバ３−１、ＲＰＲＡ４、光ファイバ３−２を介して受信端まで伝送され、受信端局２の合分波器２１を介して光信号受信器２２に受信される。受信端局２の励起光源２３から出力された励起光は、合分波器２１を介して受信端から光ファイバ３−２に送出され、ＲＰＲＡ４のＥＤＦ４１に入力される。
【０００５】
ここで、光ファイバ３−１，３−２間に挿入されるＲＰＲＡ４の位置を「受信端からの距離」として定義すると、ＲＰＲＡ４の位置およびＥＤＦ４１の長さは受信端での光ＳＮＲが最大になるように設定される。なお、ＲＰＲＡ４の最適位置は、後述のように信号光入力パワーと励起光入力パワーのトレードオフで決まる。
【０００６】
ところで、海底光伝送システムの設計では、システム耐用年数内に光ケーブル切断等の故障による光ケーブル修理を想定し、光ケーブル割入れによる伝送路損失（割入れ損失）を見込むのが一般的である。この場合における受信端での光ＳＮＲは、光ケーブル割入れがないときの光ＳＮＲの最大値から、信号光に対する割入れ損失の増加分を差し引いて算出される。すなわち、光ケーブル割入れ位置に応じたＲＰＲＡ４の励起光入力パワーに対する特性変動が考慮されておらず、単純に信号光に対する割入れ損失のみを考慮した設計になっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す光伝送システムでは、光ケーブル割入れがＲＰＲＡ４に対して送信端側か受信端側かに応じてＲＰＲＡ４の特性は大きく変化する。すなわち、光ケーブル割入れがＲＰＲＡ４に対して受信端側の場合には、信号光に対する割入れ損失とともに励起光に対する割入れ損失も発生し、光ＳＮＲに対する影響は相乗的なものとなる。
【０００８】
図２は、励起光パワーに対するＥＤＦの利得および雑音指数の特性（ＲＰＲＡの特性）を示す。利得および雑音指数はＥＤＦ入力部での励起光パワーに依存し、励起光パワーが小さい領域では励起光パワーの増加とともに利得および雑音指数は向上するが、やがて飽和する。したがって、励起光パワーが十分に大きく、光ケーブル割入れがあっても特性劣化への影響が小さい領域では問題はないが、光ケーブル割入れが受信端側にあって励起光パワーに対する割入れ損失が大きくなる場合には、ＲＰＲＡの特性劣化が顕著になり、受信端における光ＳＮＲに大きな影響をもたらすことになる。
【０００９】
このため、ＲＰＲＡと受信端との間に予め最大の割入れ損失を仮定し、それに合わせて受信端での光ＳＮＲが最大になるように、ＲＰＲＡ位置やＥＤＦ長を最適化する手法が考えられている。
【００１０】
図３は、ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す。図において、(A) は光ケーブル割入れがない場合、(B) は送信端に光ケーブル割入れがある場合、(C) は受信端に光ケーブル割入れがある場合を示す。
【００１１】
送信端に光ケーブル割入れがある場合(B) の割入れ損失を３ｄＢと仮定すると、光ケーブル割入れなしの場合(A) と比較して、ＲＰＲＡ位置に関わらず光ＳＮＲが一律に３ｄＢ低下する。これは、ＲＰＲＡに対して送信端側の割入れ損失は信号光のみに影響を与え、励起光入力パワーに対応するＲＰＲＡの特性には影響を与えないからである。したがって、(A) および(B) の場合は光ＳＮＲが最大となるＲＰＲＡの最適位置αは一致する。
【００１２】
ここで、ＲＰＲＡ位置を最適位置αから受信端側にすると（図中左側）、ＲＰＲＡへの励起光入力パワーは増加するがその特性は飽和領域で使用されているために変化せず、ＲＰＲＡへの信号光入力パワーの低下により、受信端での光ＳＮＲが低下する。一方、ＲＰＲＡ位置を最適位置αから送信端側にすると（図中右側）、ＲＰＲＡへの信号光入力パワーが増加するものの、ＲＰＲＡへの励起光入力パワー低下による特性劣化により、やはり受信端での光ＳＮＲが低下する。
【００１３】
また、受信端に光ケーブル割入れがある場合(C) には、ＲＰＲＡ位置が受信端から離れるに従って励起光パワーの損失が顕著に影響し、光ＳＮＲが急激に低下する。したがって、(C) におけるＲＰＲＡの最適位置βは、(A) および(B) におけるＲＰＲＡの最適位置αよりも受信端に近くなる。以上がＲＰＲＡの最適位置を決める信号光入力パワーと励起光入力パワーのトレードオフの関係である。
【００１４】
このように、光ケーブル割入れの位置に応じて、ＲＰＲＡ位置と受信端における光ＳＮＲの関係は大きく変化するが、光ケーブル割入れは光ケーブル切断等の故障によって生ずるのでその位置を予め設定しておくことができない。したがって、例えば受信端に光ケーブル割入れがある場合(C) を想定して光ＳＮＲが最大となる最適位置βにＲＰＲＡを配置しても、実際に送信端に光ケーブル割入れが発生する(B) の場合になると、ＲＰＲＡ位置βに対する光ＳＮＲは(C) の場合より劣化することになる。すなわち、ＲＰＲＡの最適位置βは(C) におけるものであり、(B) の場合（最悪ケース）になると光ＳＮＲは最悪値βSNR を示す。同様に、ＲＰＲＡの最適位置αは(B) におけるものであり、(C) の場合（最悪ケース）になると光ＳＮＲは最悪値αSNR を示す。この見込み違いによる光ＳＮＲが最悪値であり、それができるだけ高くなるように設定する必要がある。
【００１５】
本発明は、あらゆる光ケーブル割入れ位置を想定したときに受信端での光ＳＮＲの最悪値が最良になるように、遠隔励起プリアンプの位置および希土類添加光ファイバの長さを最適化するための設計手法を確立し、それに基づいて構成される光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた構成である。本発明の請求項２に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）および送信端局に励起光源を有する遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）を用いた構成である。それぞれ、信号光伝送用の光ファイバと、励起光伝送用の光ファイバを共用する構成である。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた構成である。ただし、励起光源を２つ用意し、一方の励起光は信号光伝送用の光ファイバを用いて伝送され、他方の励起光は同じ光伝送路を構成する他の光ファイバを用いて伝送される。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）および送信端局に励起光源を有する遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）を用いた構成である。ただし、励起光源をそれぞれ２つ（合計４つ）用意し、各一方の励起光は信号光伝送用の光ファイバを用いて伝送され、各他方の励起光は同じ光伝送路を構成する他の光ファイバを用いて伝送される。
【００１９】
請求項１，３の光伝送システムにおける遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）の位置は、割入れ損失を送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲと、受信端にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定する。割入れ損失の各挿入位置では、ＲＰＲＡから送信端側および受信端側をみてそれぞれ最悪の光ＳＮＲとなるので、それが等しくなるようにＲＰＲＡの位置を設定することにより、光ケーブル割入れの位置が最悪となるケースでも最良の光ＳＮＲを確保することができる。
【００２０】
また希土類添加光ファイバの長さは、割入れ損失を送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときおよび受信端にすべて挿入したときに、受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する。
【００２１】
請求項２，４の光伝送システムにおける遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）の位置は、割入れ損失を送信端にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲと、受信端にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定する。割入れ損失の各挿入位置では、ＲＰＲＡから送信端側および受信端側をみてそれぞれ最悪の光ＳＮＲとなるので、それが等しくなるようにＲＰＲＡの位置を設定することにより、光ケーブル割入れの位置が最悪となるケースでも最良の光ＳＮＲを確保することができる。
【００２２】
また希土類添加光ファイバの長さは、割入れ損失を送信端にすべて挿入したときおよび受信端にすべて挿入したときに、受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、図１に示す光伝送システムにおいて、光ファイバ割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。ＲＰＲＡは図２の特性を有するものとし、ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を図４に示す。ただし、ＥＤＦ長を15ｍとした。
【００２４】
図４において、(A) は光ケーブル割入れがない場合、(B) は送信端（＝送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置）に割入れ損失３ｄＢがある場合、(C) は受信端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(D) はＲＰＲＡの出力端に割入れ損失３ｄＢがある場合を示す。
【００２５】
(A),(B),(C) については、上述した図３に対する説明と同じである。ここで、(B) については、割入れ損失が送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置にあっても同じ特性となるが、ＲＰＲＡの出力端から受信端の間では割入れ損失の発生位置に応じて、(C) から(D) のように特性が変化する。これは、割入れ損失の発生位置に応じてＲＰＲＡの励起光入力パワーの変化はない（ＲＰＲＡの特性の変化はない）が、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの光ファイバ３−２を増幅媒体として、信号光が励起光から受ける後方励起ラマン増幅に影響が出るためである。なお、ラマン増幅利得は励起光パワーに依存することが知られている（参考文献：N.Ohkawa et al.,"Large capacity submarine repeaterless transmission system design employing remote pumping", IEICE Trans.Commun., vol.E81-B,no.3,pp.586-596, 1998)。
【００２６】
(C) の場合には、受信端で割入れ損失が発生するので励起光パワーが減少した後に後方励起ラマン増幅が行われる。一方、(D) の場合には、ＲＰＲＡの出力端で割入れ損失が発生するので、励起光パワーの減少は後方励起ラマン増幅が行われた後となる。したがって、(D) の場合の方が光ファイバ３−２中におけるラマン増幅利得が大きくなり、光ＳＮＲも向上する。なお、割入れ損失がＲＰＲＡの出力端から受信端の任意の位置に発生した場合には、ＲＰＲＡ位置に対する光ＳＮＲの特性曲線は(C) と(D) の間になる。したがって、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対しては、光ＳＮＲが最も劣化する(C) の場合を想定すればよい。
【００２７】
本実施形態では、送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択する。割入れ損失が送信端の(B) の場合の最適位置αに対して、実際の割入れ損失が(C) の受信端となると光ＳＮＲは低下する（最悪値αSNR ）。また、割入れ損失が受信端の(C) の場合の最適位置βに対して、実際の割入れ損失が(B) の送信端となると光ＳＮＲは低下する（最悪値βSNR ）。一方、ＲＰＲＡの位置γでは、(B) および(C) のいずれの場合でも光ＳＮＲは同じであり、さらに割入れ損失がＲＰＲＡの出力端の(D) になると光ＳＮＲは向上する。すなわち、ＲＰＲＡの位置γでは、光ＳＮＲは向上することはあっても低下することはない。しかも、あらゆる光ケーブル割入れ位置に対して、光ＳＮＲの最悪値は位置γに対するもの（γSNR ）が最良となる。
【００２８】
次に、ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについて、ケーブル割入れ位置を考慮して最適長を決定する。図４のＲＰＲＡの位置γは、送信端および受信端に規定の割入れ損失を考慮したＲＰＲＡ位置に対する光ＳＮＲ曲線の交点であり、これがＥＤＦ長を15ｍとしたときのＲＰＲＡの最適位置であった。図５は、ＥＤＦ長をパラメータとしたときのＲＰＲＡの最適位置の計算例を示す。
【００２９】
図５において、(B),(B'),(B") は送信端に割入れ損失３ｄＢで、それぞれＥＤＦ長が15ｍ，10ｍ，20ｍの場合であり、(C),(C'),(C") は受信端に割入れ損失３ｄＢで、それぞれＥＤＦ長が15ｍ，10ｍ，20ｍの場合である。それぞれのＥＤＦ長に対するＲＰＲＡの位置γ，γ',γ" において、光ＳＮＲが最大になるのは位置γに対する値（γSNR ）となる。したがって、この中ではＥＤＦ長を15ｍ、ＲＰＲＡ位置をγとすることにより、あらゆる光ケーブル割入れ位置に対する光ＳＮＲの最悪値を最良のものとすることができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）および遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）を用いた光伝送システムにおいて、光ケーブル割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。
【００３１】
図６は、第２の実施形態の光伝送システムの構成例を示す。図において、送信端局１と受信端局２は、光伝送路を構成する光ファイバ３−１，３−２，３−３と、光ファイバ３−１，３−２間に挿入された遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）５と、光ファイバ３−２，３−３間に挿入された遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）４を介して接続される。受信端局２は合分波器２１、光信号受信器２２および第１の励起光源２３を有し、送信端局１は光信号送信器１１、第２の励起光源１２および合分波器１３を有する。ＲＰＲＡ４は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（第１ＥＤＦ）４１により構成され、ＲＰＯＡ５は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（第２ＥＤＦ）５１により構成される。
【００３２】
送信端局１の光信号送信器１１から送信された信号光は、合分波器１３を介して送信端から光ファイバ３−１、ＲＰＯＡ５、光ファイバ３−２、ＲＰＲＡ４、光ファイバ３−３を介して受信端まで伝送され、受信端局２の合分波器２１を介して光信号受信器２２に受信される。送信端局１の励起光源１２から出力された励起光は、合分波器１３を介して送信端から光ファイバ３−１に送出され、ＲＰＯＡ５の第２ＥＤＦ５１に入力される。受信端局２の励起光源２３から出力された励起光は、合分波器２１を介して受信端から光ファイバ３−３に送出され、ＲＰＲＡ４の第１ＥＤＦ４１に入力される。
【００３３】
以上の構成において、ＲＰＯＡ５はできる限り送信端近くに配置する方が、ＲＰＯＡ５の第２ＥＤＦ５１へ到達する信号光および励起光ともに増大し、光ＳＮＲを向上させる観点から望ましい。ただし、ＲＰＯＡ５の出力信号が増大しすぎると、光ファイバの非線形現象により伝送信号波形歪み劣化が生じてしまうので、通常はこの劣化が生じない範囲内で最も送信端近くに配置される。また、ＲＰＯＡ５は通常、励起光が十分に大きな飽和領域で使用され、修理による光ケーブル割入れが生じてもＲＰＯＡ５のＥＤＦ長の最適値はほとんど変わらない。このため、光ケーブル割入れのあるなしにかかわらず、ＲＰＯＡ５のパラメータは最適化される。
【００３４】
図７は、第２の実施形態におけるＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す。図において、(A) は光ケーブル割入れがない場合、(B) は送信端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(C) は受信端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(D) はＲＰＲＡの出力端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(E) はＲＰＯＡの入力端に割入れ損失３ｄＢがある場合を示す。
【００３５】
(A),(B),(C),(D) については、上述した図４の特性に対してＲＰＯＡ５による光ＳＮＲ改善分が上乗せしたものとなる。ここで、割入れ損失が送信端からＲＰＯＡの入力端の間ではその発生位置に応じて、(B) から(E) のように特性が変化する。これは、割入れ損失の発生位置に応じて、送信端からＲＰＯＡの入力端までの光ファイバ３−１を増幅媒体として、信号光が励起光から受ける前方励起ラマン増幅に影響が出るためである（上記参考文献）。
【００３６】
(B) の場合には、送信端で割入れ損失が発生するので励起光パワーが減少した後に前方励起ラマン増幅が行われる。一方、(E) の場合には、ＲＰＯＡの入力端で割入れ損失が発生するので、励起光パワーの減少は前方励起ラマン増幅が行われた後となる。したがって、(E) の場合の方が光ファイバ３−１中におけるラマン増幅利得が大きくなり、光ＳＮＲも向上する。なお、割入れ損失が送信端からＲＰＯＡの入力端の任意の位置に発生した場合には、ＲＰＲＡ位置に対する光ＳＮＲの特性曲線は(B) と(E) の間になる。したがって、送信端からＲＰＯＡの入力端までの間の光ケーブル割入れに対しては、光ＳＮＲが最も劣化する(B) の場合を想定すればよい。
【００３７】
また、割入れ損失がＲＰＯＡの出力端からＲＰＲＡの入力端に発生した場合には、ともに飽和領域で動作しているＲＰＯＡおよびＲＰＲＡの特性には影響がないので、光ＳＮＲは(B) の場合と同等である。これにより、送信端からＲＰＲＡの入力端までの間の光ケーブル割入れに対しては、光ＳＮＲが最も劣化する(B) の場合を想定すればよい。
【００３８】
一方、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対しては、第１の実施形態で説明したように、光ＳＮＲが最も劣化する(C) の場合を想定すればよい。
【００３９】
したがって、本実施形態では第１の実施形態と同様に、送信端に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択する。これにより、あらゆる光ケーブル割入れ位置に対して、光ＳＮＲの最悪値は位置γに対するもの（γSNR ）が最良となる。
【００４０】
次に、ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについて、ケーブル割入れ位置を考慮して最適長を決定するが、これは図５に示した第１の実施形態の決定方法と同様である。
【００４１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態の構成（図１に示す光伝送システム）の励起光を伝送する媒体として、信号光伝送用と共用する光ファイバ３−２の他に、専用の光ファイバ3'−２を用いた光伝送システムにおいて、光ファイバ割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。なお、光ファイバ３−２および光ファイバ3'−２は、同一光ケーブル内に収容されている。
【００４２】
図８は、第３の実施形態の光伝送システムの構成例を示す。本実施形態は、図１の構成に加えて、受信端局２に第２の励起光源２３’を配置し、ＲＰＲＡ４に合分波器４２を配置する。励起光源２３’から出力された励起光は、受信端から光ファイバ3'−２を介してＲＰＲＡ４に入力され、合分波器４２を介してＥＤＦ４１を前方励起する構成である。
【００４３】
ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例は、図４に示す第１の実施形態と同様である。すなわち、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対して光ＳＮＲが最も劣化するケースは、受信端に割入れ損失がある場合(C) である。したがって、本実施形態においても、送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択すればよい。ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについても同様である。
【００４４】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第２の実施形態の構成（図６に示す光伝送システム）のＲＰＯＡに対する励起光を伝送する媒体として、信号光伝送用と共用する光ファイバ３−１，３−３の他に、専用の光ファイバ3'−１，3'−３を用いた光伝送システムにおいて、光ファイバ割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。なお、光ファイバ３−１，3'−１と、光ファイバ３−３，3'−３は、同一光ケーブル内に収容されている。
【００４５】
図９は、第４の実施形態の光伝送システムの構成例を示す。本実施形態は、図６の構成に加えて、受信端局２に第２の励起光源２３’を配置し、ＲＰＲＡ４に合分波器４２を配置し、送信端局１に第２の励起光源１２’を配置し、ＲＰＯＡ５に合分波器５２を配置する。励起光源２３’から出力された励起光は、受信端から光ファイバ3'−３を介してＲＰＲＡ４に入力され、合分波器４２を介してＥＤＦ４１を前方励起する構成である。励起光源１２’から出力された励起光は、送信端から光ファイバ3'−１を介してＲＰＯＡ５に入力され、合分波器５２を介してＥＤＦ５１を後方励起する構成である。
【００４６】
ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例は、図７に示す第２の実施形態と同様である。すなわち、送信端からＲＰＯＡの入力端までの間の光ケーブル割入れに対して光ＳＮＲが最も劣化するケースは、送信端に割入れ損失がある場合(B) である。ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対して光ＳＮＲが最も劣化するケースは、受信端に割入れ損失がある場合(C) である。したがって、本実施形態においても、送信端に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択すればよい。ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについても同様である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送システムは、修理に伴う光ケーブル割入れによって生じた伝送路損失（割入れ損失）に対するシステムマージンの設定に関して、あらゆる光ケーブル割入れ位置を想定したときに、最悪ケースにおいて光ＳＮＲが最良となるようにＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を設定することができる。これにより、ＲＰＲＡを用いた光伝送システムでは、光ケーブル修理時に必要なシステムマージンを正確かつ最小に設定することができ、結果としてＲＰＲＡを用いた光伝送システムの無中継伝送距離（システム長）を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた光伝送システム（第１の実施形態）の構成例を示す図。
【図２】励起光パワーに対するＥＤＦの利得および雑音指数の特性（ＲＰＲＡの特性）を示す図。
【図３】ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す図。
【図４】第１の実施形態におけるＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す図。
【図５】ＥＤＦ長をパラメータとしたときのＲＰＲＡの最適位置の計算例を示す。
【図６】第２の実施形態の光伝送システムの構成例を示す図。
【図７】第２の実施形態におけるＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す図。
【図８】第３の実施形態の光伝送システムの構成例を示す図。
【図９】第４の実施形態の光伝送システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
１ 送信端局
１１ 光信号送信器
１２ 励起光源
１３ 合分波器
２ 受信端局
２１ 合分波器
２２ 光信号受信器
２３ 励起光源
３ 光ファイバ
４ 遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）
４１ エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
４２ 合分波器
５ 遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）
５１ エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
５２ 合分波器
【発明の属する技術分野】
本発明は、無中継伝送距離を増大させるために遠隔励起プリアンプ、または遠隔励起プリアンプと遠隔励起ポストアンプを用いた光伝送システムにおいて、遠隔励起プリアンプの位置および遠隔励起プリアンプを構成する希土類（例えばエルビウム）添加光ファイバの長さの最適化を図った光伝送システムに関する。
【０００２】
ここで、遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）は励起光源が受信端局にあり、遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）は励起光源が送信端局にあり、それぞれ励起光源から信号光伝送用または専用の光ファイバを介して励起光を伝送し、希土類添加光ファイバに供給して信号光の増幅を行うものである。
【０００３】
【従来の技術】
図１は、遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた光伝送システムの構成例を示す。図において、送信端局１と受信端局２は、光伝送路を構成する光ファイバ３−１，３−２と、その間に挿入された遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）４を介して接続される。送信端局１は光信号送信器１１を有し、受信端局２は合分波器２１、光信号受信器２２および励起光源２３を有する。ＲＰＲＡ４は、信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）４１により構成される。なお、希土類添加光ファイバとしてエルビウムを添加したＥＤＦを例に以下説明するが、希土類元素はエルビウムに限定されるものではなく、信号光波長に応じて適宜選択される。ここで、送信端局１と光ファイバ３−１の接続点を送信端といい、受信端局２と光ファイバ３−２の接続点を受信端という。
【０００４】
送信端局１の光信号送信器１１から送信された信号光は、送信端から光ファイバ３−１、ＲＰＲＡ４、光ファイバ３−２を介して受信端まで伝送され、受信端局２の合分波器２１を介して光信号受信器２２に受信される。受信端局２の励起光源２３から出力された励起光は、合分波器２１を介して受信端から光ファイバ３−２に送出され、ＲＰＲＡ４のＥＤＦ４１に入力される。
【０００５】
ここで、光ファイバ３−１，３−２間に挿入されるＲＰＲＡ４の位置を「受信端からの距離」として定義すると、ＲＰＲＡ４の位置およびＥＤＦ４１の長さは受信端での光ＳＮＲが最大になるように設定される。なお、ＲＰＲＡ４の最適位置は、後述のように信号光入力パワーと励起光入力パワーのトレードオフで決まる。
【０００６】
ところで、海底光伝送システムの設計では、システム耐用年数内に光ケーブル切断等の故障による光ケーブル修理を想定し、光ケーブル割入れによる伝送路損失（割入れ損失）を見込むのが一般的である。この場合における受信端での光ＳＮＲは、光ケーブル割入れがないときの光ＳＮＲの最大値から、信号光に対する割入れ損失の増加分を差し引いて算出される。すなわち、光ケーブル割入れ位置に応じたＲＰＲＡ４の励起光入力パワーに対する特性変動が考慮されておらず、単純に信号光に対する割入れ損失のみを考慮した設計になっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す光伝送システムでは、光ケーブル割入れがＲＰＲＡ４に対して送信端側か受信端側かに応じてＲＰＲＡ４の特性は大きく変化する。すなわち、光ケーブル割入れがＲＰＲＡ４に対して受信端側の場合には、信号光に対する割入れ損失とともに励起光に対する割入れ損失も発生し、光ＳＮＲに対する影響は相乗的なものとなる。
【０００８】
図２は、励起光パワーに対するＥＤＦの利得および雑音指数の特性（ＲＰＲＡの特性）を示す。利得および雑音指数はＥＤＦ入力部での励起光パワーに依存し、励起光パワーが小さい領域では励起光パワーの増加とともに利得および雑音指数は向上するが、やがて飽和する。したがって、励起光パワーが十分に大きく、光ケーブル割入れがあっても特性劣化への影響が小さい領域では問題はないが、光ケーブル割入れが受信端側にあって励起光パワーに対する割入れ損失が大きくなる場合には、ＲＰＲＡの特性劣化が顕著になり、受信端における光ＳＮＲに大きな影響をもたらすことになる。
【０００９】
このため、ＲＰＲＡと受信端との間に予め最大の割入れ損失を仮定し、それに合わせて受信端での光ＳＮＲが最大になるように、ＲＰＲＡ位置やＥＤＦ長を最適化する手法が考えられている。
【００１０】
図３は、ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す。図において、(A) は光ケーブル割入れがない場合、(B) は送信端に光ケーブル割入れがある場合、(C) は受信端に光ケーブル割入れがある場合を示す。
【００１１】
送信端に光ケーブル割入れがある場合(B) の割入れ損失を３ｄＢと仮定すると、光ケーブル割入れなしの場合(A) と比較して、ＲＰＲＡ位置に関わらず光ＳＮＲが一律に３ｄＢ低下する。これは、ＲＰＲＡに対して送信端側の割入れ損失は信号光のみに影響を与え、励起光入力パワーに対応するＲＰＲＡの特性には影響を与えないからである。したがって、(A) および(B) の場合は光ＳＮＲが最大となるＲＰＲＡの最適位置αは一致する。
【００１２】
ここで、ＲＰＲＡ位置を最適位置αから受信端側にすると（図中左側）、ＲＰＲＡへの励起光入力パワーは増加するがその特性は飽和領域で使用されているために変化せず、ＲＰＲＡへの信号光入力パワーの低下により、受信端での光ＳＮＲが低下する。一方、ＲＰＲＡ位置を最適位置αから送信端側にすると（図中右側）、ＲＰＲＡへの信号光入力パワーが増加するものの、ＲＰＲＡへの励起光入力パワー低下による特性劣化により、やはり受信端での光ＳＮＲが低下する。
【００１３】
また、受信端に光ケーブル割入れがある場合(C) には、ＲＰＲＡ位置が受信端から離れるに従って励起光パワーの損失が顕著に影響し、光ＳＮＲが急激に低下する。したがって、(C) におけるＲＰＲＡの最適位置βは、(A) および(B) におけるＲＰＲＡの最適位置αよりも受信端に近くなる。以上がＲＰＲＡの最適位置を決める信号光入力パワーと励起光入力パワーのトレードオフの関係である。
【００１４】
このように、光ケーブル割入れの位置に応じて、ＲＰＲＡ位置と受信端における光ＳＮＲの関係は大きく変化するが、光ケーブル割入れは光ケーブル切断等の故障によって生ずるのでその位置を予め設定しておくことができない。したがって、例えば受信端に光ケーブル割入れがある場合(C) を想定して光ＳＮＲが最大となる最適位置βにＲＰＲＡを配置しても、実際に送信端に光ケーブル割入れが発生する(B) の場合になると、ＲＰＲＡ位置βに対する光ＳＮＲは(C) の場合より劣化することになる。すなわち、ＲＰＲＡの最適位置βは(C) におけるものであり、(B) の場合（最悪ケース）になると光ＳＮＲは最悪値βSNR を示す。同様に、ＲＰＲＡの最適位置αは(B) におけるものであり、(C) の場合（最悪ケース）になると光ＳＮＲは最悪値αSNR を示す。この見込み違いによる光ＳＮＲが最悪値であり、それができるだけ高くなるように設定する必要がある。
【００１５】
本発明は、あらゆる光ケーブル割入れ位置を想定したときに受信端での光ＳＮＲの最悪値が最良になるように、遠隔励起プリアンプの位置および希土類添加光ファイバの長さを最適化するための設計手法を確立し、それに基づいて構成される光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた構成である。本発明の請求項２に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）および送信端局に励起光源を有する遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）を用いた構成である。それぞれ、信号光伝送用の光ファイバと、励起光伝送用の光ファイバを共用する構成である。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた構成である。ただし、励起光源を２つ用意し、一方の励起光は信号光伝送用の光ファイバを用いて伝送され、他方の励起光は同じ光伝送路を構成する他の光ファイバを用いて伝送される。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の光伝送システムは、受信端局に励起光源を有する遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）および送信端局に励起光源を有する遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）を用いた構成である。ただし、励起光源をそれぞれ２つ（合計４つ）用意し、各一方の励起光は信号光伝送用の光ファイバを用いて伝送され、各他方の励起光は同じ光伝送路を構成する他の光ファイバを用いて伝送される。
【００１９】
請求項１，３の光伝送システムにおける遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）の位置は、割入れ損失を送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲと、受信端にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定する。割入れ損失の各挿入位置では、ＲＰＲＡから送信端側および受信端側をみてそれぞれ最悪の光ＳＮＲとなるので、それが等しくなるようにＲＰＲＡの位置を設定することにより、光ケーブル割入れの位置が最悪となるケースでも最良の光ＳＮＲを確保することができる。
【００２０】
また希土類添加光ファイバの長さは、割入れ損失を送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときおよび受信端にすべて挿入したときに、受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する。
【００２１】
請求項２，４の光伝送システムにおける遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）の位置は、割入れ損失を送信端にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲと、受信端にすべて挿入したときに得られる受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定する。割入れ損失の各挿入位置では、ＲＰＲＡから送信端側および受信端側をみてそれぞれ最悪の光ＳＮＲとなるので、それが等しくなるようにＲＰＲＡの位置を設定することにより、光ケーブル割入れの位置が最悪となるケースでも最良の光ＳＮＲを確保することができる。
【００２２】
また希土類添加光ファイバの長さは、割入れ損失を送信端にすべて挿入したときおよび受信端にすべて挿入したときに、受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、図１に示す光伝送システムにおいて、光ファイバ割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。ＲＰＲＡは図２の特性を有するものとし、ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を図４に示す。ただし、ＥＤＦ長を15ｍとした。
【００２４】
図４において、(A) は光ケーブル割入れがない場合、(B) は送信端（＝送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置）に割入れ損失３ｄＢがある場合、(C) は受信端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(D) はＲＰＲＡの出力端に割入れ損失３ｄＢがある場合を示す。
【００２５】
(A),(B),(C) については、上述した図３に対する説明と同じである。ここで、(B) については、割入れ損失が送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置にあっても同じ特性となるが、ＲＰＲＡの出力端から受信端の間では割入れ損失の発生位置に応じて、(C) から(D) のように特性が変化する。これは、割入れ損失の発生位置に応じてＲＰＲＡの励起光入力パワーの変化はない（ＲＰＲＡの特性の変化はない）が、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの光ファイバ３−２を増幅媒体として、信号光が励起光から受ける後方励起ラマン増幅に影響が出るためである。なお、ラマン増幅利得は励起光パワーに依存することが知られている（参考文献：N.Ohkawa et al.,"Large capacity submarine repeaterless transmission system design employing remote pumping", IEICE Trans.Commun., vol.E81-B,no.3,pp.586-596, 1998)。
【００２６】
(C) の場合には、受信端で割入れ損失が発生するので励起光パワーが減少した後に後方励起ラマン増幅が行われる。一方、(D) の場合には、ＲＰＲＡの出力端で割入れ損失が発生するので、励起光パワーの減少は後方励起ラマン増幅が行われた後となる。したがって、(D) の場合の方が光ファイバ３−２中におけるラマン増幅利得が大きくなり、光ＳＮＲも向上する。なお、割入れ損失がＲＰＲＡの出力端から受信端の任意の位置に発生した場合には、ＲＰＲＡ位置に対する光ＳＮＲの特性曲線は(C) と(D) の間になる。したがって、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対しては、光ＳＮＲが最も劣化する(C) の場合を想定すればよい。
【００２７】
本実施形態では、送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択する。割入れ損失が送信端の(B) の場合の最適位置αに対して、実際の割入れ損失が(C) の受信端となると光ＳＮＲは低下する（最悪値αSNR ）。また、割入れ損失が受信端の(C) の場合の最適位置βに対して、実際の割入れ損失が(B) の送信端となると光ＳＮＲは低下する（最悪値βSNR ）。一方、ＲＰＲＡの位置γでは、(B) および(C) のいずれの場合でも光ＳＮＲは同じであり、さらに割入れ損失がＲＰＲＡの出力端の(D) になると光ＳＮＲは向上する。すなわち、ＲＰＲＡの位置γでは、光ＳＮＲは向上することはあっても低下することはない。しかも、あらゆる光ケーブル割入れ位置に対して、光ＳＮＲの最悪値は位置γに対するもの（γSNR ）が最良となる。
【００２８】
次に、ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについて、ケーブル割入れ位置を考慮して最適長を決定する。図４のＲＰＲＡの位置γは、送信端および受信端に規定の割入れ損失を考慮したＲＰＲＡ位置に対する光ＳＮＲ曲線の交点であり、これがＥＤＦ長を15ｍとしたときのＲＰＲＡの最適位置であった。図５は、ＥＤＦ長をパラメータとしたときのＲＰＲＡの最適位置の計算例を示す。
【００２９】
図５において、(B),(B'),(B") は送信端に割入れ損失３ｄＢで、それぞれＥＤＦ長が15ｍ，10ｍ，20ｍの場合であり、(C),(C'),(C") は受信端に割入れ損失３ｄＢで、それぞれＥＤＦ長が15ｍ，10ｍ，20ｍの場合である。それぞれのＥＤＦ長に対するＲＰＲＡの位置γ，γ',γ" において、光ＳＮＲが最大になるのは位置γに対する値（γSNR ）となる。したがって、この中ではＥＤＦ長を15ｍ、ＲＰＲＡ位置をγとすることにより、あらゆる光ケーブル割入れ位置に対する光ＳＮＲの最悪値を最良のものとすることができる。
【００３０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）および遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）を用いた光伝送システムにおいて、光ケーブル割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。
【００３１】
図６は、第２の実施形態の光伝送システムの構成例を示す。図において、送信端局１と受信端局２は、光伝送路を構成する光ファイバ３−１，３−２，３−３と、光ファイバ３−１，３−２間に挿入された遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）５と、光ファイバ３−２，３−３間に挿入された遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）４を介して接続される。受信端局２は合分波器２１、光信号受信器２２および第１の励起光源２３を有し、送信端局１は光信号送信器１１、第２の励起光源１２および合分波器１３を有する。ＲＰＲＡ４は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（第１ＥＤＦ）４１により構成され、ＲＰＯＡ５は信号光を増幅するエルビウムドープファイバ（第２ＥＤＦ）５１により構成される。
【００３２】
送信端局１の光信号送信器１１から送信された信号光は、合分波器１３を介して送信端から光ファイバ３−１、ＲＰＯＡ５、光ファイバ３−２、ＲＰＲＡ４、光ファイバ３−３を介して受信端まで伝送され、受信端局２の合分波器２１を介して光信号受信器２２に受信される。送信端局１の励起光源１２から出力された励起光は、合分波器１３を介して送信端から光ファイバ３−１に送出され、ＲＰＯＡ５の第２ＥＤＦ５１に入力される。受信端局２の励起光源２３から出力された励起光は、合分波器２１を介して受信端から光ファイバ３−３に送出され、ＲＰＲＡ４の第１ＥＤＦ４１に入力される。
【００３３】
以上の構成において、ＲＰＯＡ５はできる限り送信端近くに配置する方が、ＲＰＯＡ５の第２ＥＤＦ５１へ到達する信号光および励起光ともに増大し、光ＳＮＲを向上させる観点から望ましい。ただし、ＲＰＯＡ５の出力信号が増大しすぎると、光ファイバの非線形現象により伝送信号波形歪み劣化が生じてしまうので、通常はこの劣化が生じない範囲内で最も送信端近くに配置される。また、ＲＰＯＡ５は通常、励起光が十分に大きな飽和領域で使用され、修理による光ケーブル割入れが生じてもＲＰＯＡ５のＥＤＦ長の最適値はほとんど変わらない。このため、光ケーブル割入れのあるなしにかかわらず、ＲＰＯＡ５のパラメータは最適化される。
【００３４】
図７は、第２の実施形態におけるＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す。図において、(A) は光ケーブル割入れがない場合、(B) は送信端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(C) は受信端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(D) はＲＰＲＡの出力端に割入れ損失３ｄＢがある場合、(E) はＲＰＯＡの入力端に割入れ損失３ｄＢがある場合を示す。
【００３５】
(A),(B),(C),(D) については、上述した図４の特性に対してＲＰＯＡ５による光ＳＮＲ改善分が上乗せしたものとなる。ここで、割入れ損失が送信端からＲＰＯＡの入力端の間ではその発生位置に応じて、(B) から(E) のように特性が変化する。これは、割入れ損失の発生位置に応じて、送信端からＲＰＯＡの入力端までの光ファイバ３−１を増幅媒体として、信号光が励起光から受ける前方励起ラマン増幅に影響が出るためである（上記参考文献）。
【００３６】
(B) の場合には、送信端で割入れ損失が発生するので励起光パワーが減少した後に前方励起ラマン増幅が行われる。一方、(E) の場合には、ＲＰＯＡの入力端で割入れ損失が発生するので、励起光パワーの減少は前方励起ラマン増幅が行われた後となる。したがって、(E) の場合の方が光ファイバ３−１中におけるラマン増幅利得が大きくなり、光ＳＮＲも向上する。なお、割入れ損失が送信端からＲＰＯＡの入力端の任意の位置に発生した場合には、ＲＰＲＡ位置に対する光ＳＮＲの特性曲線は(B) と(E) の間になる。したがって、送信端からＲＰＯＡの入力端までの間の光ケーブル割入れに対しては、光ＳＮＲが最も劣化する(B) の場合を想定すればよい。
【００３７】
また、割入れ損失がＲＰＯＡの出力端からＲＰＲＡの入力端に発生した場合には、ともに飽和領域で動作しているＲＰＯＡおよびＲＰＲＡの特性には影響がないので、光ＳＮＲは(B) の場合と同等である。これにより、送信端からＲＰＲＡの入力端までの間の光ケーブル割入れに対しては、光ＳＮＲが最も劣化する(B) の場合を想定すればよい。
【００３８】
一方、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対しては、第１の実施形態で説明したように、光ＳＮＲが最も劣化する(C) の場合を想定すればよい。
【００３９】
したがって、本実施形態では第１の実施形態と同様に、送信端に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択する。これにより、あらゆる光ケーブル割入れ位置に対して、光ＳＮＲの最悪値は位置γに対するもの（γSNR ）が最良となる。
【００４０】
次に、ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについて、ケーブル割入れ位置を考慮して最適長を決定するが、これは図５に示した第１の実施形態の決定方法と同様である。
【００４１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態の構成（図１に示す光伝送システム）の励起光を伝送する媒体として、信号光伝送用と共用する光ファイバ３−２の他に、専用の光ファイバ3'−２を用いた光伝送システムにおいて、光ファイバ割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。なお、光ファイバ３−２および光ファイバ3'−２は、同一光ケーブル内に収容されている。
【００４２】
図８は、第３の実施形態の光伝送システムの構成例を示す。本実施形態は、図１の構成に加えて、受信端局２に第２の励起光源２３’を配置し、ＲＰＲＡ４に合分波器４２を配置する。励起光源２３’から出力された励起光は、受信端から光ファイバ3'−２を介してＲＰＲＡ４に入力され、合分波器４２を介してＥＤＦ４１を前方励起する構成である。
【００４３】
ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例は、図４に示す第１の実施形態と同様である。すなわち、ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対して光ＳＮＲが最も劣化するケースは、受信端に割入れ損失がある場合(C) である。したがって、本実施形態においても、送信端からＲＰＲＡの入力端までの任意の位置に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択すればよい。ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについても同様である。
【００４４】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第２の実施形態の構成（図６に示す光伝送システム）のＲＰＯＡに対する励起光を伝送する媒体として、信号光伝送用と共用する光ファイバ３−１，３−３の他に、専用の光ファイバ3'−１，3'−３を用いた光伝送システムにおいて、光ファイバ割入れに対するＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を最適化するための設計手法について説明する。なお、光ファイバ３−１，3'−１と、光ファイバ３−３，3'−３は、同一光ケーブル内に収容されている。
【００４５】
図９は、第４の実施形態の光伝送システムの構成例を示す。本実施形態は、図６の構成に加えて、受信端局２に第２の励起光源２３’を配置し、ＲＰＲＡ４に合分波器４２を配置し、送信端局１に第２の励起光源１２’を配置し、ＲＰＯＡ５に合分波器５２を配置する。励起光源２３’から出力された励起光は、受信端から光ファイバ3'−３を介してＲＰＲＡ４に入力され、合分波器４２を介してＥＤＦ４１を前方励起する構成である。励起光源１２’から出力された励起光は、送信端から光ファイバ3'−１を介してＲＰＯＡ５に入力され、合分波器５２を介してＥＤＦ５１を後方励起する構成である。
【００４６】
ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例は、図７に示す第２の実施形態と同様である。すなわち、送信端からＲＰＯＡの入力端までの間の光ケーブル割入れに対して光ＳＮＲが最も劣化するケースは、送信端に割入れ損失がある場合(B) である。ＲＰＲＡの出力端から受信端までの間の光ケーブル割入れに対して光ＳＮＲが最も劣化するケースは、受信端に割入れ損失がある場合(C) である。したがって、本実施形態においても、送信端に割入れ損失がある場合の(B) と、受信端に割入れ損失がある場合の(C) を比較し、その交点である光ＳＮＲが等しくなるＲＰＲＡの位置γを最適位置として選択すればよい。ＲＰＲＡを構成するＥＤＦの長さについても同様である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送システムは、修理に伴う光ケーブル割入れによって生じた伝送路損失（割入れ損失）に対するシステムマージンの設定に関して、あらゆる光ケーブル割入れ位置を想定したときに、最悪ケースにおいて光ＳＮＲが最良となるようにＲＰＲＡ位置およびＥＤＦ長を設定することができる。これにより、ＲＰＲＡを用いた光伝送システムでは、光ケーブル修理時に必要なシステムマージンを正確かつ最小に設定することができ、結果としてＲＰＲＡを用いた光伝送システムの無中継伝送距離（システム長）を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）を用いた光伝送システム（第１の実施形態）の構成例を示す図。
【図２】励起光パワーに対するＥＤＦの利得および雑音指数の特性（ＲＰＲＡの特性）を示す図。
【図３】ＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す図。
【図４】第１の実施形態におけるＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す図。
【図５】ＥＤＦ長をパラメータとしたときのＲＰＲＡの最適位置の計算例を示す。
【図６】第２の実施形態の光伝送システムの構成例を示す図。
【図７】第２の実施形態におけるＲＰＲＡ位置に対する受信端での光ＳＮＲの計算例を示す図。
【図８】第３の実施形態の光伝送システムの構成例を示す図。
【図９】第４の実施形態の光伝送システムの構成例を示す図。
【符号の説明】
１ 送信端局
１１ 光信号送信器
１２ 励起光源
１３ 合分波器
２ 受信端局
２１ 合分波器
２２ 光信号受信器
２３ 励起光源
３ 光ファイバ
４ 遠隔励起プリアンプ（ＲＰＲＡ）
４１ エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
４２ 合分波器
５ 遠隔励起ポストアンプ（ＲＰＯＡ）
５１ エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）
５２ 合分波器
Claims (4)
- 第１の光伝送路と、前記第１の光伝送路を介して対向接続される送信端局および受信端局と、前記第１の光伝送路の途中に挿入される希土類添加光ファイバを用いた光増幅手段と、前記希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する励起光源とを備え、
前記励起光源を前記受信端局に設置し、
前記第１の光伝送路を構成する光ファイバを前記送信端局（光ファイバとの接続部を「送信端」という）から前記受信端局（光ファイバとの接続部を「受信端」という）への信号光伝送手段、および前記励起光源から前記希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用いた構成であり、
前記第１の光伝送路を修理するときに、その部分に新たに第２の光伝送路の割入れを行う光伝送システムにおいて、
前記希土類添加光ファイバの位置は、前記第２の光伝送路の割入れによる伝送路損失（以下「割入れ損失」という）を、前記送信端から前記希土類添加光ファイバの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲと、前記受信端にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定し、
前記希土類添加光ファイバの長さは、前記割入れ損失を前記送信端から前記希土類添加光ファイバの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときおよび前記受信端にすべて挿入したときに、前記受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する
ことを特徴とする光伝送システム。 - 第１の光伝送路と、前記第１の光伝送路を介して対向接続される送信端局および受信端局と、前記第１の光伝送路の途中に挿入される第１の希土類添加光ファイバおよび第２の希土類添加光ファイバを用いた光増幅手段と、前記第１の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する第１の励起光源と、前記第２の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する第２の励起光源とを備え、
前記第１の励起光源を前記受信端局に設置し、
前記第２の励起光源を前記送信端局に設置し、
前記第１の光伝送路を構成する光ファイバを前記送信端局（光ファイバとの接続部を「送信端」という）から前記受信端局（光ファイバとの接続部を「受信端」という）への信号光伝送手段、および前記各励起光源から前記各希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用いた構成であり、
前記第１の光伝送路を修理するときに、その部分に新たに第２の光伝送路の割入れを行う光伝送システムにおいて、
前記第１の希土類添加光ファイバの位置は、前記第２の光伝送路の割入れによる伝送路損失（以下「割入れ損失」という）を、前記送信端にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲと、前記受信端にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定し、
前記第１の希土類添加光ファイバの長さは、前記割入れ損失を前記送信端にすべて挿入したときおよび前記受信端にすべて挿入したときに、前記受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように第１の希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する
ことを特徴とする光伝送システム。 - 第１の光伝送路と、前記第１の光伝送路を介して対向接続される送信端局および受信端局と、前記第１の光伝送路の途中に挿入される希土類添加光ファイバを用いた光増幅手段と、前記希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する第１の励起光源および第２の励起光源とを備え、
前記第１の励起光源および第２の励起光源を前記受信端局に設置し、
前記第１の光伝送路を構成する第１の光ファイバを前記送信端局（光ファイバとの接続部を「送信端」という）から前記受信端局（光ファイバとの接続部を「受信端」という）への信号光伝送手段、および前記第１の励起光源から前記希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用い、前記第１の光伝送路を構成する第２の光ファイバを前記第２の励起光源から前記希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用いた構成であり、
前記第１の光伝送路を修理するときに、その部分に新たに第２の光伝送路の割入れを行う光伝送システムにおいて、
前記希土類添加光ファイバの位置は、前記第２の光伝送路の割入れによる伝送路損失（以下「割入れ損失」という）を、前記送信端から前記希土類添加光ファイバの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲと、前記受信端にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定し、
前記希土類添加光ファイバの長さは、前記割入れ損失を前記送信端から前記希土類添加光ファイバの入力端までの任意の位置にすべて挿入したときおよび前記受信端にすべて挿入したときに、前記受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する
ことを特徴とする光伝送システム。 - 第１の光伝送路と、前記第１の光伝送路を介して対向接続される送信端局および受信端局と、前記第１の光伝送路の途中に挿入される第１の希土類添加光ファイバおよび第２の希土類添加光ファイバを用いた光増幅手段と、前記第１の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する第１の励起光源および第２の励起光源と、前記第２の希土類添加光ファイバを励起する励起光を発生する第３の励起光源および第４の励起光源とを備え、
前記第１の励起光源および第２の励起光源を前記受信端局に設置し、
前記第３の励起光源および第４の励起光源を前記送信端局に設置し、
前記第１の光伝送路を構成する第１の光ファイバを前記送信端局（光ファイバとの接続部を「送信端」という）から前記受信端局（光ファイバとの接続部を「受信端」という）への信号光伝送手段、前記第１の励起光源から前記第１の希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段、および前記第３の励起光源から前記第２の希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用い、前記第１の光伝送路を構成する第２の光ファイバを前記第２の励起光源から前記第１の希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用い、前記第１の光伝送路を構成する第３の光ファイバを前記第４の励起光源から前記第２の希土類添加光ファイバへの励起光伝送手段として用いた構成であり、
前記第１の光伝送路を修理するときに、その部分に新たに第２の光伝送路の割入れを行う光伝送システムにおいて、
前記第１の希土類添加光ファイバの位置は、前記第２の光伝送路の割入れによる伝送路損失（以下「割入れ損失」という）を、前記送信端にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲと、前記受信端にすべて挿入したときに得られる前記受信端での光ＳＮＲが等しくなるように設定し、
前記第１の希土類添加光ファイバの長さは、前記割入れ損失を前記送信端にすべて挿入したときおよび前記受信端にすべて挿入したときに、前記受信端で等しい光ＳＮＲが得られるように第１の希土類添加光ファイバを配置したときに、その光ＳＮＲが最大になるように設定する
ことを特徴とする光伝送システム。
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