JP4361506B2 - 波長多重光増幅中継システム - Google Patents

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Description

本発明は、波長多重光信号を中継伝送する波長多重光増幅中継システムに関する。
波長多重光信号を光増幅中継器を用いて多段中継伝送する場合に、光増幅中継器の利得特性の微妙な偏差が累積することにより、波長多重光信号の特定の波長の光信号で光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が劣化することが知られている。
従来の技術では、この光増幅中継器の利得偏差によるＯＳＮＲ劣化を抑圧するために、送信側で波長多重光信号の各波長の信号光パワーを制御し、受信側の各波長の光信号のＯＳＮＲを等しくするプリエンファシス（非特許文献１）や、伝送路中で光フィルタ等の利得等化器（ＧＥＱ）により波長多重光信号パワーを等化してＯＳＮＲを抑圧する利得等化法（非特許文献２）がある。
A.R.Chraplyvy et al.,"Equalization in amplified WDM lightwave transmission systems", IEEE Photon. Technol.Lett., Vol.4,No.8,pp.920-922(1992) T.Matsuda et al.,"340 Gbit/s (34x10Gbit/s) WDM transmission over 8514km using a broad band gain equalization technique for transoceanic systems", Electron.Lett.,Vol.35,No.13,pp.1090-1091(1999)
プリエンファシスを用いる場合、送信側で利得の低い波長の光信号パワーを持ち上げることになる。そのため、利得偏差が大きくなると、当該波長の光信号パワーの過剰な増加による光ファイバ中での非線形現象により信号光波形の劣化が生じる。
一方、利得等化法の場合、伝送路中で一旦劣化したＯＳＮＲは回復しないため、ＯＳＮＲの劣化抑圧を十分に行うためには、小まめに利得等化を行うための多くの利得等化器が必要になり、経済的に不利となる。
本発明は、所定の波長の光信号パワーの過剰な増加を回避しながら、光増幅中継器の利得偏差によるＯＳＮＲ劣化を抑圧することができる波長多重光増幅中継システムを提供することを目的とする。
本発明は、光送信器から光ファイバ伝送路と複数の光増幅中継器を介して接続された光受信器に波長多重光信号を伝送する波長多重光増幅中継システムにおいて、複数の光増幅中継器を光送信器側から順に１以上所定数以下の光増幅中継器ごとに２以上のグループに分け、各グループごとにその出力側における波長多重光信号の各波長の光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が等しいかまたは所定の差になる各波長の光信号パワーに基づいて、各グループの入力側で各波長の光信号パワーを設定する利得制御装置を備える。
また、各グループの出力側で、波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲを測定し、その測定値を各グループの利得制御装置にフィードバックするＯＳＮＲ測定装置を備え、利得制御装置は、ＯＳＮＲの測定値に基づいて波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しいかまたは所定の差になるように各波長の光信号パワーを設定する構成としてもよい。
本発明の波長多重光増幅中継伝送システムは、光送信器と光受信器との間で少なくとも２以上の利得制御装置を用いて各波長の光信号パワーを制御することにより、利得の低い波長の光信号パワーの過剰な増加を回避しながら、各光増幅中継器の利得偏差によって生じる当該波長の光信号のＯＳＮＲ劣化を抑圧することができる。これにより、広帯域の波長多重光信号の長距離伝送を実現することができる。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の波長多重光増幅中継システムの第１の実施形態を示す。図において、光送信器（ＯＳ）１と光受信器（ＯＲ）２は、光ファイバ伝送路３−１〜３−６と光増幅中継器４−１〜４−６を交互に介して接続される。ここでは、中継数６とした場合の構成を示し、光送信器１、光増幅中継器４−２および光増幅中継器４−４の各出力段に備えた利得制御装置５−１，５−２，５−３で、それぞれ光増幅中継器４−２，４−４，４−６の出力における波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように各波長の信号光パワーを設定する。
すなわち、利得制御装置５−１では、グループ１の光増幅中継器４−１，４−２の利得偏差およびＡＳＥ雑音の累積によって生じる波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように、各波長の光信号パワーを設定する。利得制御装置５−２では、グループ２の光増幅中継器４−３，４−４の利得偏差およびＡＳＥ雑音の累積によって生じる波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように、各波長の光信号パワーを設定する。利得制御装置５−３では、グループ３の光増幅中継器４−５，４−６の利得偏差およびＡＳＥ雑音の累積によって生じる波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように、各波長の光信号パワーを設定する。
図２は、光増幅中継器における光信号および光雑音パワーモデルを示す。ｎ番目の光増幅中継器の出力における光信号パワーＰS(n)、光雑音パワーＰN(n)は、光増幅中継器の利得偏差をΔＧ、光増幅中継器で発生するＡＳＥ雑音をΔＰN とすると、
ＰS(n)＝ΔＧ・ＰS(n-1) …(1)
ＰN(n)＝ΔＧ・ＰN(n-1)＋ΔＰN …(2)
と表される。波長多重光信号の各波長の光信号について、式(1) および式(2) を逐次計算することにより、ｎ番目の光増幅中継器の出力におけるＯＳＮＲ（＝ＰS(n)／ＰN(n)）が求まる。
ここで、図１の例では光増幅中継器４−２，４−４，４−６の出力における波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように、利得制御装置５−１，５−２，５−３ではそれぞれ光増幅中継器利得の低い波長の光信号に対して光信号パワーを持ち上げる制御を行う。
具体例を示す。波長多重光信号の波長をλ1 ，λ2 とし、中継区間損失を20ｄＢ、光増幅中継器出力を３ｄＢｍ、光増幅中継器の雑音指数を６ｄＢ、２波長間の光増幅中継器の利得偏差を3.68ｄＢ（ただし、λ1 利得＜λ2 利得）とする。式(1) および式(2) から、光増幅中継器４−２の出力における両光信号のＯＳＮＲが等しくなる送信光信号パワーを求めると、波長λ1 の光信号パワーは0.61ｄＢｍ、波長λ2 の光信号パワーは−0.71ｄＢｍとなり、利得制御装置５−１は両波長の光信号パワーをこの値に設定する。利得制御装置５−２，５−３においても同様に、光増幅中継器４−４，４−６の出力における両光信号のＯＳＮＲが等しくなる送信光信号パワーを設定する。
なお、本実施形態では、６つの光増幅中継器４−１〜４−６を３つのグループに分け、各利得制御装置間に配置される光増幅中継器の数はそれぞれ２つずつになっているが、利得制御装置の数（グループの数）およびその間に配置される光増幅中継器の数は適宜選択される。ただし、利得制御装置の数（グループの数）は２以上、各グループ内の光増幅中継器の数は１以上所定数以下である。光送信器１と光受信器２との間で少なくとも２以上の利得制御装置を用いて各波長の光信号パワーを制御することにより、光送信器のみで行う従来のプリエンファシスと違って、利得の低い波長の光信号パワーの過剰な増加を回避しながら、各光増幅中継器の利得偏差によって生じる当該波長の光信号のＯＳＮＲ劣化を抑圧することができる。
波長数が３波以上の場合も同様に、波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように各波長の光信号パワーを設定することにより、伝送路中での過剰な光信号パワーの増加を回避しながら、各光増幅中継器の利得偏差によって生じるＯＳＮＲの劣化を抑圧することができる。
また、伝送路中で波長多重光信号の一部の光信号のアドドロップやビットレートが違う信号が混在した波長多重伝送などのように、ネットワークの設計の都合により波長多重光信号の品質に差をつける場合には、対象となるＯＳＮＲに対応する差がつくように光信号パワーを設定することにより容易に対応可能である。
図３は、光増幅中継器の利得偏差とＯＳＮＲの関係を示す。ここでは、中継数６、中継区間損失20ｄＢ、光増幅中継器の雑音指数６ｄＢ、ＯＳＮＲ測定時の光雑音帯域 0.2ｎｍの場合を示す。本発明によるＯＳＮＲは、プリエンファシスや利得等化法に比べて、利得偏差が大きい領域でもＯＳＮＲの劣化がほとんどないことが分かる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の波長多重光増幅中継システムの第２の実施形態を示す。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態の構成において、光増幅中継器４−２，４−４，４−６の出力における波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲを測定するＯＳＮＲ測定装置６−１，６−２，６−３を備え、それぞれの測定結果を利得制御装置５−１，５−２，５−３にフィードバックする構成である。
利得制御装置５−１では、光増幅中継器４−１，４−２の利得偏差およびＡＳＥ雑音の累積によって生じる波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲの測定値に基づき、ＯＳＮＲが低い波長の光信号パワーを増大し、ＯＳＮＲが高い波長の光信号パワーを減少し、ＯＳＮＲ測定装置６−１における各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように、あるいは所定の関係になるように制御する。利得制御装置５−２，５−３においても同様に、ＯＳＮＲ測定装置６−２，６−３における各波長の光信号のＯＳＮＲが等しくなるように、あるいは所定の関係になるようにそれぞれ各波長の光信号パワーを制御する。
本発明の波長多重光増幅中継システムの第１の実施形態を示す図。 光増幅中継器における光信号および光雑音パワーモデルを説明する図。 光増幅中継器の利得偏差とＯＳＮＲの関係を示す図。 本発明の波長多重光増幅中継システムの第２の実施形態を示す図。
符号の説明
１ 光送信器（ＯＳ）
２ 光受信器（ＯＲ）
３ 光ファイバ伝送路
４ 光増幅中継器
５ 利得制御装置
６ ＯＳＮＲ測定装置

Claims (2)

  1. 光送信器から光ファイバ伝送路と複数の光増幅中継器を介して接続された光受信器に波長多重光信号を伝送する波長多重光増幅中継システムにおいて、
    前記複数の光増幅中継器を前記光送信器側から順に１以上所定数以下の光増幅中継器ごとに２以上のグループに分け、各グループごとにその出力側における前記波長多重光信号の各波長の光信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が等しいかまたは所定の差になる各波長の光信号パワーに基づいて、各グループの入力側で各波長の光信号パワーを設定する利得制御装置を備えた
    ことを特徴とする波長多重光増幅中継システム。
  2. 請求項１に記載の波長多重光増幅中継システムにおいて、
    前記各グループの出力側で、前記波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲを測定し、その測定値を各グループの利得制御装置にフィードバックするＯＳＮＲ測定装置を備え、
    前記利得制御装置は、前記ＯＳＮＲの測定値に基づいて前記波長多重光信号の各波長の光信号のＯＳＮＲが等しいかまたは所定の差になるように各波長の光信号パワーを設定する構成である
    ことを特徴とする波長多重光増幅中継システム。
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