JP3887602B2 - マルチチャネル光信号を受信する受信機及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に光通信システムに関連し、特にマルチチャネル光通信システムのための受信機及び方法に関連する。

テレコミュニケーションシステム、ケーブルテレビジョンシステム及びデータ通信ネットワークは、遠隔した地点間で大量の情報を速やかに搬送するために光ネットワークを利用する。光ネットワークでは、情報は、光ファイバを介した光信号の形式で伝搬される。光ファイバは、非常に低損失で長距離にわたって信号を伝送することの可能な細いガラス線（ｓｔｒａｎｄ）である。

光ネットワークは、伝送容量を増やすために波長分割多重化（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用することが間々ある。ＷＤＭネットワークでは、多数の光チャネルが、異なる波長で各ファイバ内で伝送される。ネットワーク容量は、各ファイバにおける波長又はチャネルの多重数と共に増加する。

増幅することなしに、ＷＤＭ又は他の光ネットワーク内で信号が伝搬し得る最大距離は、その光ファイバに関連する吸収、散乱及び他の損失によって制限される。長距離にわたって信号を伝送するために、光ネットワークは、一般的には各ファイバ経路に沿って離間された複数の個々の増幅器を備える。個々の増幅器は、ファイバ中の伝搬損失を補償するように受信信号を大きくする。

光増幅器に関する問題は、信号が、ファイバの長さと共に多数の非線形損傷（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔ）を累積することである。複数の光チャネルが同一の光ファイバにて伝送されるＷＤＭ又は他のシステムに対するこれらの損傷の原因には、伝送中に生じるチャネル間のクロストーク、又は受信端末による不完全なチャネル選択が含まれる。これらの損傷に対処するために、ＷＤＭシステムは一般的に１０ギガビット毎秒（Ｇｂ／ｓ）のチャネルの間で５０ギガヘルツ（ＧＨｚ）間隔を使用する。このチャネル間隔は、多数のチャネルがファイバ毎に送信されることを可能にし、従ってチャネル間を識別する光受信機の性能を下げることを犠牲にして、ネットワークの容量を増やすことを可能にする。しかしながら結果的に、チャネル間のクロストークが増え、再生成されるまでの伝送距離が制限されてしまう。

本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）その他のマルチチャネルシステムのための改善された受信機及び方法を与え、それらは従前の方法及びシステムに付随する問題及び不都合を実質的に軽減又は解消するものである。特定の態様では、チャネル間隔は、非強度変調光情報信号に関するシンボル及び／又はビットレートの一部（ｆｒａｃｔｉｏｎ）として定められ、且つ受信した信号を強度変調信号に変換するために干渉計が使用され、隣接するチャネルの排除性を増進する。

本発明の一態様によれば、ＷＤＭその他適切なマルチチャネル光通信システムの受信機における送信された信号を処理する方法及びシステムは、あるシンボルレートを有し且つ複数の非強度変調（ｎｏｎ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）光情報信号より成るマルチチャネル信号を受信する。非強度変調光情報信号は、Ｎが整数を表し、Ｂがシンボルレートを表す場合に、（Ｎ＋０．４）Ｂより大きくかつ（Ｎ＋０．６）Ｂより小さい最少チャネル間隔を有する。非強度変調光情報信号は、マルチチャネル信号から分離され、非対称干渉計を用いて強度変調情報信号にそれぞれ変換される。データ信号は強度変調情報信号から復元される。

より具体的には、本発明の特定の態様によれば、非対称干渉計は、マッハゼンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ）型又は他の適切な干渉計より成り、その干渉計は、情報信号の中でシンボル期間シフトを起こすよう動作し得る経路長差を有する２つの干渉計経路を有する。このデータ信号は、二重検出器を用いて電気信号として復元され得る。

本発明の技術的利点は、マルチチャネル光通信システムで情報を伝送する改善された方法及びシステムを提供することを含む。特定の態様では、非強度変調信号が、ビット及び／又はシンボル伝送レートのある割合として離間され、隣接するチャネルの排除性を高める波長依存損失特性を有する干渉計を用いて受信機により強度変調信号に変換される。その結果、チャネル選択性が改善され、クロストーク及び他のノイズが最小化される。

本発明に関する１以上の態様による技術的利点は、高密度ＷＤＭシステムを提供することを包含する。特に、非強度変調信号は、ある整数から０．４乃至０．６の範疇の値にシンボルレートを乗算したチャネル間隔を有する。そのチャネル間隔にて増進したチャネル排除特性を有するマッハゼンダ干渉計又は他の適切な干渉計は、チャネルを選択するために受信機にて使用される。その結果、チャネルはファイバ内で互いに近接して隔てられ、システムの容量が増える。

本発明に関する他の技術的利点は、特許請求の範囲、明細書及び図面により、当業者にとって明瞭になるであろう。

本発明及びその利点をより一層理解するためには、添付図面に関連する以下の詳細な説明が参照され、そこでは同様な番号は同様な部分を表現する。

図１は、本発明の一実施例による光通信システムを示す。本実施例では、光通信システム１０は、異なる波長の多数の光チャネルが共通経路上で伝送される波長多重分割（ＷＤＭ）システムである。光通信システム１０は、他の適切なシングルチャネル、マルチチャネル又は双方向伝送システムから構成され得ることが理解されるであろう。

図１を参照するに、ＷＤＭシステム１０は、発信元又はソース端部におけるＷＤＭ送信機１２と、光リンク１６によって互いに接続された宛先端部におけるＷＤＭ受信機１４とを有する。ＷＤＭ送信機１２は、複数の光信号におけるデータ又はチャネルを、光リンク１６を介して離れて位置するＷＤＭ受信機１４に送信する。チャネル間の間隔は、隣接するチャネル間のクロストークを回避する又は最小化するように選択される。一実施例では、以下に詳細に説明されるように、最少チャネル間隔（ｄｆ）は、ある整数（Ｎ）から０．４乃至０．６の範疇の値に送信シンボル及び／又はビットレート（Ｂ）を乗じたものより成る。数学的に表現すれば、（Ｎ＋０．４）Ｂ＜ｄｆ＜（Ｎ＋０．６）Ｂである。これは、隣接するチャネルクロストークを抑制する。本発明の範囲から逸脱することなしに、チャネル間隔は適切に変化され得ることが理解されるであろう。

ＷＤＭ送信機１２は、複数の光送信部２０及びＷＤＭマルチプレクサ２２を有する。各光送信部２０は、そのチャネル間隔における個々の波長λ_１，λ_２．．．λ_ｎの集合の中の１つにおける光情報信号２４を生成する。光情報信号２４は、音声、映像、テキスト、リアルタイム、非リアルタイムその他適切なデータをエンコードするために変調される少なくとも１つの特質を備えた光信号より成る。光情報信号２４は、光リンク１６で送信するために、ＷＤＭマルチプレクサ２２によって１つのＷＤＭ信号２６に多重化される。或いは、光情報信号２４はＷＤＭ信号２６に適切に結合され得ることが、理解されるであろう。ＷＤＭ信号は、同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ）その他の適切なフォーマットで伝送される。

ＷＤＭ受信機１４は、光情報信号２４を受信し、分離し、デコードし、包含されているデータを復元する。一実施例では、ＷＤＭ受信機１４は、ＷＤＭデマルチプレクサ３０及び複数の光受信部３２を有する。ＷＤＭデマルチプレクサ３０は、単一のＷＤＭ信号２６からの光情報信号２４を抽出、多重化解除又はデマルチプレクスし、各々の光情報信号２４を対応する光受信部３２に送信する。各光受信部３２は、光学的に又は電気的に、関連する信号２４からエンコードされたデータを復元する。ここで使用されているように、各々の用語は、識別される項目の少なくとも１つの部分集合中の総てを意味する。

光リンク１６は、光信号が低損失で伝送される光ファイバその他の適切な媒体より成る。光リンク１６に沿って介在するものは、１以上の光増幅器４０である。光増幅器４０は、光電変換を必要とせずに、１以上の光情報信号２４、ひいてはＷＤＭ信号２６の強度を増幅し、又は昇圧する。

一実施例では、光増幅器４０は、個別的な増幅器（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４２及び分散された増幅器（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４４より成る。個別的な増幅器４２は、光リンク１６内のある場所でＷＤＭ信号２６を増幅するよう動作することの可能な、エルビウムのドープされたファイバ（ＥＤＦＡ）のような希土類ドープファイバ増幅器、及び他の適切な増幅器より成る。

分散された増幅器４４は、光リンク１６の拡張された長さ部分に沿ってＷＤＭ信号２６を増幅する。一実施例では、分散された増幅器４４は、双方向分散型ラマン増幅器（ＤＲＡ）より成る。双方向ＤＲＡ４４の各々は、増幅器４４の開始点における光リンク１６に結合された順方向又は共通ポンピング（ｃｏ−ｐｕｍｐｉｎｇ）ソースレーザ５０と、増幅器４４の終点における光リンク１６に結合された後方又はカウンタポンピング（ｏｕｎｔｅｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ）ソースレーザ５２とを含む。共通ポンピング及びカウンタポンピングソースレーザ５０，５２は、光リンク１６の別々の又は一部のみ重複する波長を増幅する。

ラマンポンプソース５０，５２は、ポンプ光又は増幅信号を生成することの可能な、光情報信号２４に含まれる１以上又は総てを含むＷＤＭ信号２６を増幅することの可能な半導体素子その他適切なレーザより成る。ポンプソース５０，５２は、ラマン利得の偏光感度を最小化するために、非偏光化され、偏光スクランブルされ又は偏光多重化され得る。

共通ポンピングレーザ５０からの増幅信号は、ＷＤＭ信号２６の伝搬方向に発せされ、実質的に同じ速度で及び／又は僅かに異なる若しくは別の適切な異なる速度でＷＤＭ信号２６と共に伝送される。カウンタポンピングレーザ５２からの増幅信号は、ＷＤＭ信号２６とは反対の伝送方向に発せられ、ＷＤＭ信号２６に対して逆に伝搬される。増幅信号は、実質的に同一の又は適切な別の速度で反対方向に伝搬する。

増幅信号は、増幅される１つ又は複数の信号より低い波長の１以上の高電力光又は高電力波より成る。増幅信号が光リンク１６を伝搬するにつれて、増幅信号は、リンク１６中の原子と散乱し、その原子に関して幾らかのエネルギを損失し、増幅された１つ又は複数の信号と同じ波長を維持する。こうして、増幅信号は、何マイルも又は何キロにもわたって、より多くの光子によって表現されるエネルギを取得する。ＷＤＭ信号２６に関し、共通ポンピング及びカウンタポンピングレーザ５０，５２各々は、いくつかの異なるポンプ波長を有し、その波長は、波長分割光情報信号の各々を増幅するために共に使用される。

一実施例では、以下に詳細に説明されるように、キャリア信号の非強度特性が、各光送信部２０にてデータ信号と共に変調される。この非強度特性は、順方向ポンピング分散増幅器又は双方向ポンピング分散増幅器からのクロス利得変調（ＸＧＭ）に起因する、クロストークに対して完全に又はある程度抑制された感度を有する、位相、周波数その他の適切な特性から成る。非強度変調された光情報信号は、クロック又は他の非データ信号と共に、強度変調器を用いて更に処理される及び／又は再変調される。非強度変調光情報信号は、非データ信号の強度変調より成る。

特定の実施例では、以下に詳細に説明されるように、ＷＤＭ信号２６は、位相又は周波数変調された光情報信号２４より成り、その信号はＸＧＭに起因してチャネル２４間にてクロストークなしに双方向ＤＲＡ４４を用いて増幅される。本実施例では、双方向ＤＲＡ４４は、優れた光信号対雑音比での増幅を与え、より長い伝送距離及び改善された伝送特性を可能にする。

図２は、本発明の一実施例による光送信部２０の詳細を示す。本実施例では、光送信部２０は、レーザ７０と、変調部７２と、データ信号部７４を有する。レーザ７０は、適切な波長制御による所定の周波数におけるキャリア信号を生成する。一般的には、レーザ７０により発せられる波長は、１５００ナノメートル（ｎｍ）範囲内に選択され、その範囲では、シリカに準拠した光ファイバにとって最少の信号減衰となる。より具体的には、１３１０乃至１６５０ｎｍの範囲内で波長を選択するのが一般的であるが、適宜変更され得る。

モジュレータ７２は、光情報信号２４を生成するために、データ信号７４をキャリア信号で変調する。モジュレータ７２は、データ信号７４をキャリア信号にエンコードするために、振幅変調、周波数変調、位相変調、強度変調、振幅シフトキーイング、周波数シフトキーイング、位相シフトキーイングその他適切な技法を利用し得る。加えて、別のモジュレータ７２が１以上の変調システムの組合せを利用し得ることは理解されるであろう。

一実施例によれば、モジュレータ７２は、データ信号７４と共に、位相、周波数その他適切なキャリア信号の非強度特性を変調する。前述したように、これは、双方向ＤＲＡ又は他の分散増幅を用いながら長きにわたるＸＧＭ及び他の伝送システムに起因する、クロストークに対する非敏感性を備えた非強度光情報信号２４を生成する。キャリア波、キャリア波の周波数変調及びキャリア波の位相変調の詳細が図３Ａ−Ｃに示されている。

図３Ａを参照するに、キャリア信号７６は、指定された波長にて完全に周期的な信号である。キャリア信号７６は、変調により変化させられ且つ変調を通じて情報を搬送することの可能な少なくとも１つの性質を有する。

図３Ｂを参照するに、キャリア信号７６の周波数はデータ信号７４と共に変調され、周波数変調された光情報信号７８を生成している。周波数変調では、キャリア信号７６の周波数は、データ信号７４の関数として遷移又はシフトさせられる。キャリア信号の周波数が個々の状態の間でシフトする周波数シフトキーイングが使用され得る。

図３Ｃを参照するに、キャリア信号７６の位相は、データ信号８０と共に変調され、位相変調された光情報信号８２を生成している。位相変調では、キャリア信号７６の位相が、データ信号８０の関数としてシフトさせられる。キャリア信号の位相が個々の状態の間でシフトする位相シフトキーイングが使用され得る。

図４は本発明の別の実施例による光送信部８０を示す。本実施例では、データはキャリア信号に位相又は周波数変調され、信号クロックに同期した強度変調と共に再変調され、伝送システムでの優れた電力許容度又はトレランスを与える。

図４を参照するに、光送信部８０は、レーザ８２と、非強度モジュレータ８４と、データ信号８６とを有する。非強度モジュレータ８４は、レーザ８２からのキャリア信号の位相又は周波数をデータ信号８６と変調する。その結果のデータ変調信号は、クロック周波数９０用いる再変調用の強度モジュレータ８８に伝送され、二重又は多重変調の光情報信号９２を生成する。クロックに基づく強度変調はランダムではなく、完全に周期的パターンであるので、順方向ポンピング方向にて僅かな速度差が存在する限り、ＸＧＭに起因するクロストークはＤＲＡ４４から全く又は殆ど発生しない。図５は、二重変調光情報信号９２の波形を図示する。

図６は、本発明の一実施例による光受信部３２の詳細を示す。本実施例では、光受信部３２は、位相シフトキーイングによりキャリア信号の位相にデータ変調されている、多重化解除された光情報信号２４を受信する。或いは光受信部３２は、本発明の範囲から逸脱することなしに、光情報信号２４にエンコードされたデータを受信及び検出するように適切に構成され得る。

図６を参照するに、光受信部３２は非対称干渉計１００と検出器１０２とを包含する。干渉計１００は、検出器１０２によるデータ検出のために、非強度変調光情報信号２４を強度変調光情報信号に変換することの可能な非対称マッハゼンダ型又は他の適切な干渉計である。波長依存損失特性及びチャネル間隔に対する良好な排除特性の観点からは、マッハゼンダ型干渉計１００が好ましい。

マッハゼンダ干渉計１００は、受信した光信号を異なる長さの２つの干渉計経路１１０，１１２に分割し、その２つの経路１１０，１１２を可干渉的に結合し、相補的な出力信号１１４，１１６を生成する。特に、光学的経路差（Ｌ）は、シンボルレート（Ｂ）に光速（Ｃ）を乗じ、その経路の光屈折率（ｎ）で割ったものに等しい。数学的に表現すれば、Ｌ＝Ｂｃ／ｎである。

特定の実施例では、２つの経路長１１０，１１２は、１つのシンボル期間又はビットシフトを与えるように、シンボル又はビットレートに基づいて調整される。本実施例では、マッハゼンダ干渉計１００は波長依存性損失を有し、その損失は、チャネル間隔が、上述したように、ある整数から０．４乃至０．６の範疇の値にシンボル伝送レートを乗じたものである場合に、隣接チャネルの除去(rejection)を増進させる。

検出器１０２はデュアル形式又は他の適切な検出器である。一実施例では、デュアル検出器１０２は、平衡検出構成で直列に接続されたフォトダイオード１２０，１２２と制限増幅器１２４とを包含する。本実施例では、マッハゼンダ干渉計１００からの２つの相補的な光出力１１４，１１６は、光信号を電気信号に変換するためにフォトダイオード１２０，１２２に与えられる。電気的な制限増幅器１２４は、干渉計１００により分配される光強度に依存して、電気信号をディジタル信号（０又は１）に変換する。別の実施例では、検出器１０２は、出力１１６に接続された１つのフォトダイオード１２２を備えた単一の検出器である。その実施例では出力１１４は使用されない。

図７は、本発明の一実施例による非対称マッハゼンダ干渉計１００の周波数応答を示す。本実施例では、チャネル間隔は、上述したように、ある整数から０．４乃至０．６の範疇の値にシンボル伝送レートを乗じたものより成る。理解されるように、隣接するチャネルの光周波数は、デマルチプレクサ３０のチャネル排除機能と共に、非対称マッハゼンダ干渉計１００によって自動的に排除される。非対称マッハゼンダ干渉計は他の適切なチャネル間隔に関連付けて使用され得ることが理解されるであろう。

図８Ａ−Ｃは、本発明の一実施例によるデマルチプレクサ３０の詳細を示す。本実施例では、位相又は周波数変調光情報信号２４が、ＷＤＭ受信部１４のデマルチプレクサ３０内で、及び／又はデマルチプレクス処理前に又はデマルチプレクス処理中に強度変調光情報信号に変換される。或いは、デマルチプレクサ３０は、本発明の範囲から逸脱することなしに、ＷＤＭ信号２６から光情報信号２４を適切に多重化解除及び／又は分離する。

図８Ａを参照するに、デマルチプレクサ３０は、複数のデマルチプレクス要素１３０と、マルチチャネルフォーマット変換器１３１とを有する。各デマルチプレクス要素１３０は、受信したチャネル１３２のセット（ｓｅｔ）をチャネル１３４の個々のセットに分離する。最終的なチャネル分離は、各々が特定のチャネル波長１３８を濾波する誘電体フィルタ１３６によって実行される。

マルチチャネルフォーマット変換器１３１は、位相変調を強度変調に変換し、且つ干渉計１００に関連して上述したように非強度変調信号を強度変調信号に変換する、１ビットシフトに関する非対称マッハゼンダ干渉計とすること、又は少なくとも２つの位相又は周波数変調チャネルを周波数変調ＷＤＭ信号チャネルに変換する、周期的周波数応答を有する適切な光学装置とすることが可能である。強度変換干渉計は、第１段目のデマルチプレクサ要素の前に、第１及び第２段の間に、他の適切な段の間に設けられ得る。他のデマルチプレクサ要素１３０は、チャネル１３２の到来するセットを出力チャネル１３４の２つのセットに濾波するよう動作するフィルタ又は非変換性マッハゼンダ干渉計から形成することが可能である。

特定の実施例では、マルチチャネルフォーマット変換器１３１は、ＷＤＭチャネル間隔又はその半整数倍に一致する非拘束スペクトル範囲（ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ）を有する非対称マッハゼンダ干渉計である。このことは、総てのＷＤＭチャネルが、マッハゼンダ干渉計内で同時に変換されることを可能にする。本実施例では、チャネル間隔は、非拘束スペクトル範囲を規定するチャネルビットレートに準拠して形成される。デマルチプレクサ３０内に強度変換マッハゼンダ干渉計を設けることは、光受信部３２各々に大きくてコストがかかる干渉計１００を設ける必要性を排除し得る。加えて、マッハゼンダ及び他のデマルチプレクサ要素１３０を含むデマルチプレクサ３０は、同一チップにて製造されることが可能であり、ＷＤＭ受信部１４の大きさ及びコストを小さくすることが可能である。

図８Ｂを参照するに、デマルチプレクサ３０は、複数の波長インターリーバ１３３と、最終段波長インターリーバ１３３によるインターリーブ済み光情報信号のセット各々についてのマルチチャネルフォーマット変換器１３５とを有する。各々の波長インターリーバ１３３は、チャネルの受信したセットをインターリーブされたチャネルの２つの個々のセットに分ける。マルチチャネルフォーマット変換器１３５は、１ビットシフトに関する非対称マッハゼンダ干渉計であり、干渉計１００又は他の適切な光学装置に関して上述したような非強度変調信号を強度変調信号に変換する。フォーマット変換前にＷＤＭ多重化解除の一部として波長インターリーブを利用することは、たとえ干渉計の非拘束スペクトル範囲がＷＤＭチャネル間隔の整数倍に一致しない場合でさえも、いくつかのＷＤＭチャネルが、あるマッハゼンダ干渉計内で同時に変換されることを可能にする。図８Ｃは、非拘束スペクトル範囲がチャネル間隔の４分の３個分である波長インターリーバ１３３を利用する、デマルチプレクサ３０の特定の実施例に関する４つのマッハゼンダ干渉計の伝送内容を示す。本実施例では、４つのマッハゼンダ干渉計が、ＷＤＭチャネル総てを変換するために使用される。

図９は、本発明の一実施例による分散増幅を用いる光通信システムでの情報送信方法を示す。本実施例では、データ信号は、キャリア信号に対して位相シフトキーイングで処理され、その信号は個々の及び分散的な増幅を利用して伝送中に増幅される。

図９を参照するに、本方法はステップ１４０から始まり、別々の波長の光キャリア信号各々の位相がデータ信号７４と共に変調され、光譲歩信号２４を生成する。ステップ１４２では、光情報信号２４はＷＤＭ信号２６に多重化される。ステップ１４３では、ＷＤＭ信号２６は光リンク１６により伝送される。

ステップ１４４の処理に関し、ＷＤＭ信号２６は、個々の及び分散的な増幅を利用して光リンク１６に沿って増幅される。上述したように、ＷＤＭ信号２６はＥＤＦＡ４２を用いて個々の地点で増幅され、及び双方向ＤＲＡ４４を用いて分散的に増幅される。データ信号はキャリア信号の位相に変調されるので、順方向ポンピング増幅に起因するＸＧＭからのチャネル間クロストークは除去される。従って、信号雑音比は最大化されることが可能になり、その信号は再生成せずに一層長い距離を伝搬することが可能になる。

次に、ステップ１４５では、ＷＤＭ信号２６がＷＤＭ受信部１４によって受信される。ステップ１４６では、ＷＤＭ信号２６は、デマルチプレクサ３０によって多重化解除され、光情報信号２４に分離される。ステップ１４７では、位相変調光情報信号２４は、ステップ１４８でデータ信号７４を復元するために強度変調信号に変換される。こうして、データ信号７４は低ビット雑音比で順方向又は双方向ポンピング分散増幅を利用しながら長距離にわたって伝送される。

図１０は、本発明の一実施例による双方向光通信システム１５０を示す。本実施例では、双方向光通信システム１５０は、光リンクの各端部にＷＤＭ送信部１５２及びＷＤＭ受信部１５４を備える。ＷＤＭ送信部１５２は、ＷＤＭ送信部１２に関連して上述したような光送信部とマルチプレクサとを有する。同様に、ＷＤＭ受信部１５４は、ＷＤＭ受信部１４に関連して上述したようなデマルチプレクサと光受信部とを有する。

各端部にて、１組のＷＤＭ送信部及び受信部が、配信装置１５８によって光リンク１５６に接続される。配信装置１５８は、下り又は外向（ｅｇｒｅｓｓ）トラフィックが、ＷＤＭ送信部１５２からリンク１５６を通じて伝搬すること、及びリンク１５６からＷＤＭ受信部１５４に上り又は内向（ｉｎｇｒｅｓｓ）トラフィックを配信することを可能にする光サーキュレータ、光ファイバ、又は光インターリーバフィルタであり得る。

光リンク１５６は、リンクに沿って周期的に設けられた双方向個別増幅器１６０及び双方向分散増幅器１６２より成る。双方向個別増幅器１６０は、増幅器４２に関連して上述されたようなＥＤＦＡ増幅器より成る。同様に、分散的な増幅器１６２は、ＤＲＡ増幅器４４に関連して上述したような、共通ポンピング及びカウンタポンピングレーザ１１６４，１６６を包含するＤＲＡ増幅器より成る。

動作時にあっては、ＷＤＭ信号が生成され、各端部地点から別の端部地点に送信され、ＷＤＭ信号がその別の端部地点にて受信される。光リンク１５６の長さに沿って、ＷＤＭ信号は、双方向ポンプＤＲＡ１６２を利用しながら増幅される。データは光強度の形式で搬送されないので、ＸＧＭに起因するクロストークは排除される。従って、ＤＲＡ及び他の適切な分散的な増幅は、長距離にわたる他の適切な双方向光伝送システムに使用され得る。

図１１は、本発明の別の実施例による光送信部２００及び光受信部２０２を示す。本実施例では、光送信部２００及び光受信部２０４は、光情報信号２４の伝送特性を改善するために微調整変調（ｆｉｎｅ−ｔｕｎｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で通信を行なう。或いは、光情報信号の変調は、本発明の範囲から逸脱することなしに、ダウンストリームフィードバックを利用して微調整され得る。

図１１を参照するに、光送信部２００は、レーザ２１０、モジュレータ２１２、データ信号２１４を有し、これらはレーザ７０、モジュレータ７２、データ信号７４に関して説明されたように動作する。コントローラ２１６は、ダウンストリーム光受信部２０２からビットエラーレート又は伝送エラーに関する他の指標を受信し、その指標に基づいて伝送エラーを減らす又は最小化するためにモジュレータ２１２の変調度（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）を調整する。コントローラ２１６は、振幅、強度、位相、周波数及び／又は他の適切なモジュレータ２１２の変調度を調整し、適切な制御ループ又は他のアルゴリズムを利用し、そのアルゴリズムは、伝送エラーレートを最小化する又は抑制するために、変調内容のみを又は他の特性と組み合わせて調整する。従って、例えば、コントローラ２１６は、光送信部８０内で非強度変調度及び周期的強度変調度を調整し、多重変調信号を生成及び最適化する。

光受信部２０２は、干渉計２２０及び検出器２２２より成り、それらは干渉計１００及び検出器１０２に関して上述したように動作する。順方向誤り訂正（ＦＥＣ）デコーダ２２４は、ビットエラーを判別するために、ＳＯＮＥＴ若しくは他のフレームのヘッダ若しくは他の部分にて又は送信プロトコルデータにて、ヘッダ、冗長、シンプトン（ｓｙｍｐｔｏｍ）又は他の適切なビットを利用する。ＦＥＣデコーダ２２４は、検出されたビットエラーを補償し、そのビットエラーレート又は伝送エラーに関するあの指標を、光受信部２０２に関するコントローラ２２６に転送する。

コントローラ２２６は、ビットエラーレート又は他の指標を、光学的監視チャネル（ＯＳＣ）２３０を介して光送信部２００内のコントローラ２１６と通信する。コントローラ２１６，２２６は、伝送システムの導入時又は起動時に、伝送システムの動作中に周期的に、伝送システムの動作中に継続的に、又は所定のトリガイベントに応答して、微調整変調度を互いに通信することができる。このようにして、変調度は、受信部にて測定される受信信号品質に準拠して調整され、色分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、非線形効果、受信特性、他の予測不可能な及び／又は予測可能なシステムの特性を最適にし得る。

図１２は、本発明の一実施例によるモジュレータ２１２の詳細を示す。本実施例では、モジュレータ２１２は、位相及び強度変調を利用して、２重変調光情報信号を生成する。位相及び強度変調度は、伝送エラーを最小化するために受信部側フィードバックに基づいて調整される。

図１２を参照するに、モジュレータ２１２は、位相シフトキーイングのような位相変調を行なうために、電気的装置２３２に接続されたバイアス回路２３０を含む。バイアス回路２３０は電源であり、電気的ドライバ２３２は広帯域増幅器であり得る。バイアス回路２３０は、コントローラ２１６により制御され、バイアス信号を電気的ドライバ２３２に出力する。バイアス信号は位相変調用の指標又はインデックスを与える。電気的ドライバ２３２は、バイアス信号に基づいてデータ信号２１４を増幅し、その結果の信号を位相モジュレータ２３４に出力する。位相モジュレータ２３４は、レーザ２１０により出力されたキャリア信号の位相に受信バイアス調整データ信号を変調し、位相変調光情報信号２３６を生成する。

強度シフトキーイングのような強度変調に備えて、モジュレータ２１２は、電気的ドライバ２４２に接続されたバイアス回路２４０を包含する。バイアス回路２４０は、コントローラ２１６により制御され、バイアス信号を電気的ドライバ２４２に出力する。バイアス信号は、強度変調指標として働く。電気的ドライバ２４２はバイアス信号に基づいてネットワーク、システム、又は他の適切なクロック信号２４４を増幅し、その結果の信号を強度モジュレータ２４６に出力する。強度モジュレータ２４６は位相モジュレータ２３４に接続され、受信バイアス調整クロック信号を位相変調光情報信号２３６に変調し、受信機に送信するための二重変調光情報信号を生成する。或いは、送信部における位相及び強度モジュレータは、受信部側フィードバックに準拠して適切に制御され、光リンク上でのデータ送信エラーを最小化し得ることが理解されるであろう。

図１３は、本発明の一実施例による受信部側情報を用いる光情報信号の変調度を微調整する方法を示す。本方法はステップ２５０から始まり、光キャリアが光送信部２００にてデータ信号２１４と共に変調される。次に、ステップ２５２では、その結果の光情報信号２４がＷＤＭ信号２６にて光受信部２０２に送信される。

ステップ２５４の処理では、データ信号２１４が光受信部２０４で復元される。ステップ２５６ではＦＥＣデコーダ２２４が、ＳＯＮＥＴオーバーヘッド中のビットに基づいて、そのデータに関するビットエラーレートを判別する。ステップ２５８では、そのビットエラーレートが、光受信部２０２のコントローラ２２６によって、ＯＳＣ２３０を介して光送信部２００のコントローラ２１６に報告される。

次に、判定段階２６０では、コントローラ２１６は変調が最適か否かを判別する。一実施例では、ビットエラーレートが最小化される場合に変調が最適化される。変調が最適化されない場合は、判定ステップ２６０で「いいえ」の場合はステップ２６２に進み、変調度が調整される。ステップ２６２はステップ２５０に戻り、データ信号２１４が新たな変調度で変調され、光受信部２０２に送信される。変調度が反復的な一連の処理（ｔｒａｉｌ）及び測定又は他の適切な手法によって最適化されると、判定ステップ２６０の「はい」の分岐に進み、プロセスを終了する。このようにして、送信動作が改善され、送信エラーが最小化される。

図１４は、本発明の一実施例による情報チャネルにてクロック信号を分配する光通信システムを示す。本実施例では、光システム２７５における１以上又は総てのノードに、純粋なクロックがチャネル内で伝送される。

図１４を参照するに、光システム２７５は、光リンク２８４を介してＷＤＭ受信部２８２に接続されたＷＤＭ送信部２８０を包含する。ＷＤＭ送信部２８０は、複数の光送信部２９０及び１つのＷＤＭマルチプレクサ２９２を有する。各光送信部２９０は、そのチャネル間隔における個々の波長の集合中の１つにおける光情報信号２９４を生成する。クロックチャネル２９６では、光送信部２９０は、クロック信号をエンコードするために変調される少なくとも１つの特性と共に光情報信号２９４を生成する。データチャネル２９７では、光送信部２９０は、対応するデータ信号をエンコードするために変調される少なくとも１つの特性と共に光情報信号２９４を生成する。

クロック及びデータチャネル２９６，２９７からの光信号２９４は、光リンク２８４での送信用に、ＷＤＭマルチプレクサ２９２により１つのＷＤＭ信号２９８に多重化される。光リンク２８４と共に、信号は、上述したような個々の及び／又は分散的な増幅器によって増幅される。

ＷＤＭ受信部２８２は、光情報信号２９４を分離及びデコードし、包含されているデータ及びクロック信号を復元する。一実施例では、ＷＤＭ受信部２８２は、ＷＤＭデマルチプレクサ３１０及び複数の光受信部３１２を包含する。ＷＤＭデマルチプレクサ３１０は、１つのＷＤＭ信号２９８から光情報信号２９４を多重化解除し、各光情報信号２９４を対応する光受信部３１２に送信する。

各光受信部３１２は、光学的に又は電気的に、対応する信号２９４からエンコードされたデータ又はクロック信号を復元する。クロックチャネル２９６では、クロック信号が復元され、データ抽出及び順方向誤り訂正にて使用するデータチャネル２９７にて光受信部３１２に転送される。情報チャネルで純粋なクロックを送信することは、より少ないジッタと共に、より安定的なクロック復元を可能にする。安定的なクロックは、順方向誤り訂正によって使用され、ジッタが存在して貧弱な光信号品質であったとしても、ビットエラーレートを改善することができる。

図１５は、本発明の一実施例による多重変調信号からクロック信号を抽出する光受信部３２０を示す。本実施例では、光受信部３２０は、キャリア信号に変調されたデータ位相と共に多重化解除された光情報信号を受信し、その位相は、光送信部８０に関して上述したようなネットワーク、システム又は他の適切なクロックに同期した強度変調と共に再変調される。光受信部３２０は、光信号からクロック情報を抽出し、安定的なクロックを用いて、チャネルの位相変調された信号からデータを復元する。従って、各チャネルはそれ自身のクロックを復元することができる。

図１５を参照するに、光受信部３２０は、光受信部３２に関連して上述したような干渉計３２２及び検出器３２４を包含する。干渉計３２２は、検出器３２４によってデータ信号３３０を復元するために、多重変調された信号を受信し、位相変調を強度変調に変換する。

クロック復元要素３２６は、データ信号の位相−強度変換前にクロック信号を復元するための、フォトダイオード及び／又は他の適切な要素を備える。クロック復元要素３２６は、位相ロックループ、タンク回路、高品質フィルタ等より成る。クロック復元要素３２６は、多重変調された信号を受信し、強度変調からクロック信号３３２を復元する。

データ信号３３０及び復元されたクロック信号３３２は、ディジタルフリップフロップ又は他の適切なデータ復元回路３３４に出力される。このようにして、光受信部３２０は、データ信号の位相−強度変換前に光信号からクロック情報を抽出し、且つ１ｅ^−２の範囲内のビットエラーレートに対応する貧弱な光信号品質でさえも、少ないジッタで安定的なクロックの復元性を与える。

本発明はいくつかの実施例と共に説明されてきたが、様々な変更及び修正が当業者に示されるであろう。そのような変更や修正は本発明の特許請求の範囲に包含されることを意図する。

本発明の一実施例による分散増幅を用いた光通信システムのブロック図である。 本発明の一実施例による図１における光送信部のブロック図である。 本願実施例による図１の光通信システムにて送信するための非強度変調信号を示す図である。 本発明の別の実施例による図１の光送信部を示すブロック図である。 本発明の一実施例による図４の光送信部により生成される光学波形を示す図である。 本発明の一実施例による図１の光受信部を示すブロック図である。 本発明の一実施例による図６の非対称マッハゼンダ干渉計の周波数応答を示す図である。 本願実施例による図１のデマルチプレクサを示すブロック図である。 本願実施例による図１のデマルチプレクサを示すブロック図である。 本願実施例による図１のデマルチプレクサに関連する波形図である。 本発明の一実施例による分散増幅を用いた光通信システムにてデータを通信する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施例による分散増幅を用いた双方向光通信システムを示すブロック図である。 本発明の別の実施例による図１の光送信部及び受信部を示すブロック図である。 本発明の一実施例による図１１のモジュレータを示すブロック図である。 本願実施例による受信部側情報に基づいて光信号の変調度を調整する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施例による情報チャネル内のクロック信号を分配する光通信システムを示すブロック図である。 本発明の一実施例により多変調信号からクロック信号を抽出する光受信機を示すブロック図である。

Claims (15)

1. マルチチャネル光通信システムの受信機にて情報を処理する方法であって：
   Ｎが整数を表し、Ｂがシンボルレートを表す場合に、（Ｎ＋０．４）Ｂより大きくかつ（Ｎ＋０．６）Ｂより小さい最少チャネル間隔を有する複数の位相変調光情報信号より成る波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を受信し；
   ＷＤＭ信号からの位相変調光情報信号の多重化を解除し；
   非対称干渉計を用いて位相変調光情報信号の各々を強度変調光情報信号に変換し；及び
   強度変調光情報信号からデータ信号を復元する；
   ことを特徴とする方法。
2. Ｎが整数を表す場合に、前記最小チャネル間隔が、（Ｎ＋０．５）にシンボルレートを乗じたものより成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記シンボルレートが、ＷＤＭ信号の伝送ビットレートより成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記非対称干渉計が、非対称マッハゼンダ干渉計であることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記非対称干渉計が、光情報信号内にてあるシンボル期間シフトを形成させるよう動作し得る経路長差を有する２つの干渉計経路を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 更に、前記データ信号を、二重検出器を用いて電気信号として復元することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 波長分割多重化（ＷＤＭ）光通信システム用の光受信機であって：
   波長分割多重化（ＷＤＭ）信号を複数の位相変調光情報信号に多重化解除するよう動作し得るデマルチプレクサ；
   複数の位相変調光情報信号の内関連するものを受信するよう動作し得る非対称干渉計；
   より成り、前記非対称干渉計が、位相変調光情報信号を強度変調光情報信号に変換するよう動作することが可能であり；及び
   強度変調光情報信号からデータ信号を復元するよう動作し得る検出器；
   を備え、Ｎが整数を表し、Ｂが前記ＷＤＭ信号のシンボルレートを表す場合に、前記位相変調光情報信号が、（Ｎ＋０．４）Ｂより大きくかつ（Ｎ＋０．６）Ｂより小さいシンボルレートを乗じたものより成る最少チャネル間隔を有するることを特徴とする光受信機。
8. 前記シンボルレートが、ＷＤＭ信号のビットレートであることを特徴とする請求項７記載の光受信機。
9. 前記非対称干渉計が、マッハゼンダ干渉計より成ることを特徴とする請求項７記載の光受信機。
10. 前記非対称干渉計が、光情報信号内にて１ビットシフトを起こさせるような経路長差を有する２つの干渉計経路を有することを特徴とする請求項７記載の光受信機。
11. 前記検出器が、二重平衡検出器より成ることを特徴とする請求項７記載の光受信機。
12. 波長分割多重化（ＷＤＭ）光通信システムにて情報を通信する方法であって：
    波長の異なるキャリア信号の非強度変調を用いて複数のデータ信号の各々を送信するステップであって、前記キャリア信号が、Ｎが整数を表し、Ｂがシンボルレートを表す場合に、（Ｎ＋０．４）Ｂより大きくかつ（Ｎ＋０．６）Ｂより小さい最少チャネル間隔を有するところのステップ；
    非対称マッハゼンダ干渉計を用いてキャリア信号の非強度変調を強度変調に変換するステップ；及び
    マッハゼンダ干渉計の出力に接続された検出器を利用して、データ信号を復元するステップ；
    より成ることを特徴とする方法。
13. 前記非対称マッハゼンダ干渉計が、１ビットの経路長差及び相補的な出力を有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記検出器が、マッハゼンダ干渉計の相補的な出力に接続された二重検出器であることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. Ｎが整数を表す場合に、前記最小チャネル間隔が、（Ｎ＋０．５）にシンボルレートを乗じたものより成ることを特徴とする請求項１２記載の方法。

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