JP4855298B2 - 分散予等化光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに関し、特に、伝送路の有する波長分散の歪みを、より効率的に補償する分散予等化光通信システムに関する。

長距離光通信システムにおいて、システムの低コスト化ならびに伝送レート上昇によるシステムアップグレードを容易に行うためには、伝送路の有する波長分散を、より効率的に補償する技術が重要となる。たとえば、分散補償ファイバおよびその損失補償に使用する光増幅器を削減することで、システムの低コスト化を図ることが可能である。

また、伝送レートや変調フォーマットに応じて、波長分散耐力は異なるが、いずれの伝送方式においても、分散補償ファイバを使用しない、または、少数の種別の分散補償ファイバのみを使用することで、伝送レートや変調フォーマットによらない伝送路構成をとることが可能となる。その結果、既存システムのアップグレードや、複数変調方式の混在するシステムの実現が容易となる。

以上の効果を得るための１つの方策として、伝送路の有する波長分散に対して、絶対値は同じで、符号が逆の波長分散の効果をあらかじめ付加した光信号を送信する分散予等化送信方式が活発に研究されている（例えば、非特許文献１、２、特許文献１参照）。

図２は、従来の分散予等化光通信システムの概略ブロック図である。図２の分散予等化光送信器は、ＣＷ光源２０、光変調手段２１、分散予等化データ生成手段２２、光ファイバ伝送路２３、および光受信器２４で構成される（例えば、非特許文献１参照）。

また、図２中に示したグラフ（ａ）〜（ｅ）は、ＲＺパルスに対する分散予等化送信（シンボルレートｆｓ）を構成した際の各部の光信号または光スペクトルを示している。より具体的には、（ａ）はＣＷ光源２０の出力信号、（ｂ）は光変調手段２１の出力信号、（ｃ）は光変調手段２１の出力信号の光スペクトル、（ｄ）は光ファイバ伝送路２３を介して光受信器２４で受信される受信光信号、そして（ｅ）は受信光信号の光スペクトルについて、それぞれの概略イメージを示したものである。

次に、図２に沿って、従来の分散予等化光通信システムについて説明する。従来の分散予等化光通信システムにおける分散予等化データ生成手段２２は、送信元データ系列に対して、光ファイバ伝送路２３の波長分散の逆関数演算および光変調器伝達関数の逆関数演算を行う。そして、光変調手段２１は、分散予等化データ生成手段２２から得られる２系列のデータ（Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ）を用いて、ＣＷ光源２０の出力ＣＷ光に対して分散予等化用の変調を行う。

光変調手段２１としては、非特許文献１にあるように、Ｉ／Ｑ変調器が一般的に使用される。光受信器２４の入力では、分散予等化と光ファイバ伝送路２３の波長分散とが打ち消し合うことで、波長分散による歪みを抑圧した光信号が得られる。

この際、光ファイバ伝送路２３の波長分散の逆関数演算としては、伝送路の波長分散と絶対値は同じで、符号が逆の波長分散の伝達関数と、送信データ系列との掛け合わせ、もしくは、同伝達関数から求まるインパルス応答と、送信データ系列との畳み込みによって複素データ列を得る方法が一般的である。

また、図２中では記載を省略しているが、一般的に、電気・光変換の応答特性は、線形ではないため、理想的な光信号を生成するために、電気・光変換の応答特性を補正する演算が追加される。さらに、上述したような各種の演算をディジタル演算処理によって実施する場合には、Ｄ／Ａコンバータと増幅器を通して光変調手段２１の駆動用アナログ信号を得ることが一般的である。

D. McGhan、 et al.,"5120-km ＲＺ-DPSK Transmission Over G.652 Fiber at 10Gb/s Without Optical Dispersion Compensation, "IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 18、 no. 2、 400, 2006. P. J. Winzer, et al., "Electronic pre-distortion for advanced modulation formats," ECOC2005, Tu4.2.2, Glasgow, UK, Sep. 2005. 特表２００６−５２２５０８号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
非特許文献１では、ＲＺパルスをベースとした変調信号（ＲＺ−ＤＰＳＫ）を元に、分散予等化光送信を行っている。したがって、分散予等化データ生成手段２２は、一般的な送信元データ系列であるＮＲＺデータ系列に対して、ＲＺ化を考慮した演算を施すことにより２系列のデータ（Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ）を生成し、光変調手段２１を駆動することが必要となる。

一般に、光信号をＲＺ化した場合には、ＮＲＺ光信号に比べて光スペクトル幅が拡大するため、波長分散耐力は、劣化する。その結果、ＲＺ用の分散予等化データ生成手段２２では、同一波長分散値に対するＮＲＺ光信号の予等化に比べて、演算規模が増大する（例えば、非特許文献２参照）。

すなわち、ＲＺパルスをベースとした変調信号に対する分散予等化を行う場合には、ＮＲＺデータをベースとした変調信号に対する分散予等化を行う場合に比べて、分散予等化データ生成手段２２での演算量が増大するという課題がある。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、分散予等化データ生成のための演算量の増大を抑えた上で、伝送路の有する波長分散の歪みを、より効率的に補償することのできる分散予等化光通信システムを得ることを目的とする。

本発明に係る分散予等化光通信システムは、送信元データ系列に基づいて伝送路の波長分散の逆関数演算結果を分散予等化データとして生成する分散予等化データ生成手段と、変調のベースとなる光信号を送信する光送信手段と、生成された分散予等化データに基づいて、光送信手段から送信された光信号にデータ変調を施し、変調後の光信号を伝送路に伝送する光変調手段とを備えた分散予等化光通信システムにおいて、分散予等化データ生成手段は、送信元データ系列に対して、光信号をＲＺ化した場合と比較して狭い光スペクトル幅を対象に伝送路の波長分散の逆関数演算を施すことによりＮＲＺ光パルス用として分散予等化データを生成し、光変調手段は、伝送路中に伝送させる信号がＲＺパルス化されるように変調後の光信号を生成し、伝送路上における変調後の光信号の受信側に設けられ、変調後の光信号から信号光スペクトルのキャリア周波数（ｆ０Ｈｚ）近傍の光信号を抽出する光フィルタ手段をさらに備えたものである。

本発明によれば、ＮＲＺ用として生成された分散予等化データに基づいて、伝送路に送信される変調後の光信号がＲＺパルス列の光信号となるように変調処理を施し、伝送路を伝送された変調後の光信号の中から、伝送路の有する波長分散の歪みが低減された所望の周波数成分の光信号のみを光フィルタ手段を用いて抽出することにより、分散予等化データ生成のための演算量の増大を抑えた上で、伝送路の有する波長分散の歪みを、より効率的に補償することのできる分散予等化光通信システムを得ることができる。

以下、本発明の分散予等化光通信システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の分散予等化光通信システムは、ＲＺ化を考慮せずに、狭い光スペクトル幅を対象に演算処理を施して分散予等化データを算出することにより、演算量の削減を図ることができる点と、伝送路に伝送される変調後の光信号をパルス形状とし、信号光スペクトルのキャリア周波数近傍の光信号を光フィルタにより抽出することにより、干渉に強い伝送を行うとともに、伝送路の有する波長分散の歪みを、より効率的に補償することができる点とを技術的特徴として有している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における分散予等化光通信システムの構成図である。図１の分散予等化光通信システムは、パルス光送信手段１０、光変調手段１１、分散予等化データ生成手段１２、光ファイバ伝送路１３、光受信器１４、および光フィルタ手段１５で構成される。

また、図１中に示したグラフ（ａ）〜（ｅ）は、パルス光送信手段１０を用いた分散予等化送信（シンボルレートｆｓ、光パルス繰り返し周波数２ｆｓ）を構成する際の各部の光信号である。より具体的には、（ａ）はパルス光送信手段出力信号、（ｂ）は光変調手段出力信号、（ｃ）は光変調手段出力信号の光スペクトル、（ｄ）は受信光信号、（ｅ）は受信光信号の光スペクトルについて、それぞれの概略イメージを示したものである。

次に、このような構成を有する本実施の形態１における分散予等化光通信システムの動作について説明する。先の図２における従来の分散予等化光通信システムと比較すると、図１の分散予等化光通信システムは、ＣＷ光源２０の代わりにパルス光送信手段１０が用いられているとともに、新たに光フィルタ手段１５を備えている点が異なっている。

さらに、本実施の形態１の分散予等化光通信システムにおける分散予等化データ生成手段１２は、従来の分散予等化光通信システムにおける分散予等化データ生成手段２２と動作が異なっている。具体的には、図２中の分散予等化データ生成手段２２は、送信元データ系列に対してＲＺ光パルスに対応した分散予等化処理を施すのに対し、図１中の分散予等化データ生成手段１２は、ＲＺ化を考慮せず、ＮＲＺ光パルスに対応した分散予等化処理を施す点が異なっている。

なお、図１における光変調手段１１と図２における光変調手段２１とは、同一の機能を有し、また、図１における光受信器１４と図２における光受信器２４とも、同一の機能を有する。また、パルス光送信手段１０は、光送信手段に相当し、光ファイバ伝送路１３は、伝送路に相当する。

図１における光変調手段１１は、分散予等化データ生成手段１２によりＮＲＺ光パルス用に分散予等化処理を施された２系列データ（Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ）に基づいて、パルス光送信手段１０からの入力光信号の変調を行う。このように、分散予等化データ生成手段１２は、ＲＺ化を考慮した演算を施さないことにより、ＲＺ化に伴う演算量の増大を抑えている。

このため、入力光信号が先の図２中のグラフ（ａ）のように、ＣＷ光源２０の出力信号である場合には、光変調手段１１の出力は、ＮＲＺ用分散予等化光信号として出力されることとなる。

これに対して、本実施の形態１における図１の例では、図１中のグラフ（ａ）に示すように、パルス光送信手段１０により出力されるパルス列を有した信号が、入力光信号として光変調手段１１に入力される。この結果、光変調手段１１の出力は、図１中のグラフ（ｂ）に示すように、ＲＺパルス列となり、光ファイバ伝送路１３中は、ＲＺパルスとして伝送されることとなり、符号間干渉耐力に強い信号となる。

このとき、図１の分散予等化データ生成手段１２による分散予等化は、あくまでも、一般的な送信元データ系列であるＮＲＺデータ系列に対して演算・最適化されたものである。このため、光ファイバ伝送路１３の伝送後に対して分散予等化の効果があるのは、図１中のグラフ（ｃ）で示されるスペクトル成分のうち、キャリアである中心波長（ｆ０）近傍の概略ｆ０−ｆｓ〜ｆ０＋ｆｓ内のベースバンド成分のみである。

したがって、光変調手段１１と光受信器１４とを結ぶ光ファイバ伝送路１３上において、光受信器１４の前段、もしくは分散予等化の対象とした光ファイバ伝送路１３の後段に光フィルタ手段１５を配置することにより、キャリア波長近傍で、分散予等化と光ファイバ伝送路１３の波長分散とが打ち消し合う信号成分のみを抽出することができる。この結果、光ファイバ伝送路１３の波長分散による波形歪みが抑圧された光信号（図１中のグラフ（ｄ）（ｅ）参照）を得ることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、パルス光送信手段および光フィルタ手段を備えることにより、分散予等化データ生成手段としてはＮＲＺ用の演算を行うだけで、光ファイバ中を伝送する光信号としてはＲＺパルスを送出することが可能となる。この結果、ＲＺパルス伝送が有する符号間干渉耐力に優れるといった特徴を容易に得ることが可能となる。

さらに、分散予等化データ生成手段は、ＮＲＺ用としての演算を行えばよいので、ＲＺパルス化による演算規模の増大をまねくことなく、容易にパルス化伝送を実現できる。さらに、光フィルタ手段の働きにより、キャリア波長近傍で、分散予等化と光ファイバ伝送路１３の波長分散とが打ち消し合う信号成分のみを抽出することができ、波長分散による歪みを抑圧した光信号を得ることができる。

なお、図１では、パルス光送信手段１０からの出力光パルスは、シンボルレートの２倍の繰り返し周波数としたが、２倍以上の周波数であれば同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、パルス光送信手段１０からの出力光パルスは、シンボルレートの２倍以上で、かつシンボルレートの整数倍とすることで、電気パルスの基準クロック信号などの電気駆動回路の共通化を図ることができる。

さらに、より高いシンボルレートとすることで、キャリアとサイドバンドとの間の間隔が広くとれ、図１（ｃ）の光スペクトルから図１（ｅ）の光スペクトルを、光フィルタ手段１５で容易に抽出することができる。

また、上述の実施の形態では、光フィルタ手段１５での光スペクトル抽出範囲は、ｆ０−ｆｓ〜ｆ０＋ｆｓとして説明したが、隣接するサイドバンドが十分離れている場合には、サイドバンドの影響を受けない程度に、より広い周波数範囲でフィルタリングしてもよい。

さらに、送信するデータ信号成分の抽出では、例えば、ＮＲＺ符号だとｆ０−ｆｓ／２〜ｆ０＋ｆｓ／２の範囲をカバーしていればよいため、隣接サイドバンドの影響を極力抑圧するために、より狭い範囲の光スペクトル抽出としても問題ない。

なお、パルス光送信手段１０としては、通常のＣＷ光源を出力パルス光信号（図１中のグラフ（ａ）に相当）に対応した電気パルス信号で駆動してもよく、また、ＣＷ光源＋外部変調器の構成にて外部変調器を電気パルス信号で駆動する方式をとってもよい。

さらに加えて、上述の説明では、データ変調としてはＮＲＺ符号を想定しているが、位相変調をベースとしたＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調やＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調の場合でも、本実施の形態の分散予等化処理を同様に適用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態１における分散予等化光通信システムの構成図である。 従来の分散予等化光通信システムの概略ブロック図である。

符号の説明

１０ パルス光送信手段（光送信手段）、１１ 光変調手段、１２ 分散予等化データ生成手段、１３ 光ファイバ伝送路（伝送路）、１４ 光受信器、１５ 光フィルタ手段。

Claims (11)

1. 送信元データ系列に基づいて伝送路の波長分散の逆関数演算結果を分散予等化データとして生成する分散予等化データ生成手段と、
   変調のベースとなる光信号を送信する光送信手段と、
   生成された前記分散予等化データに基づいて、前記光送信手段から送信された前記光信号にデータ変調を施し、変調後の光信号を前記伝送路に伝送する光変調手段と
   を備えた分散予等化光通信システムにおいて、
   前記分散予等化データ生成手段は、前記送信元データ系列に対して、光信号をＲＺ化した場合と比較して狭い光スペクトル幅を対象に伝送路の波長分散の逆関数演算を施すことによりＮＲＺ光パルス用として前記分散予等化データを生成し、
   前記光変調手段は、前記伝送路中に伝送させる信号がＲＺパルス化されるように前記変調後の光信号を生成し、
   前記伝送路上における前記変調後の光信号の受信側に設けられ、前記変調後の光信号から信号光スペクトルのキャリア周波数（ｆ０Ｈｚ）近傍の光信号を抽出する光フィルタ手段をさらに備えた
   ことを特徴とする分散予等化光通信システム。
2. 請求項１に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記分散予等化データ生成手段は、前記送信元データ系列としてＮＲＺデータ系列を用いることを特徴とする分散予等化光通信システム。
3. 請求項１または２に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光送信手段は、送信する光信号として繰り返し光パルス信号を生成し、
   前記光変調手段は、前記分散予等化データに基づいて、前記光送信手段から送信された前記繰り返し光パルス信号にデータ変調を施してＲＺパルス化された変調後の光信号を生成する
   ことを特徴とする分散予等化光通信システム。
4. 請求項３に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光送信手段は、前記繰り返し光パルス信号の繰り返し周期を、前記伝送路を伝送される前記変調後の光信号のシンボルレート（ｆｓＨｚ）の２倍以上とすることを特徴とする分散予等化光通信システム。
5. 請求項３に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光送信手段は、前記繰り返し光パルス信号の繰り返し周期を、前記伝送路を伝送される前記変調後の光信号のシンボルレート（ｆｓＨｚ）の２倍以上で、かつシンボルレートの整数倍とすることを特徴とする分散予等化光通信システム。
6. 請求項３ないし５のいずれか１項に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光送信手段は、無変調のＣＷ光源および電気パルス信号源を有し、前記無変調のＣＷ光源からのＣＷ光を前記電気パルス信号源からの電気パルス信号で駆動することにより前記繰り返し光パルス信号を生成することを特徴とする分散予等化光通信システム。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光フィルタ手段は、ｍを１以上の整数としたときに、フィルタ通過帯域が隣接サイドバンドの影響を受けない概略ｆ０−ｍ×ｆｓ（Ｈｚ）〜ｆ０＋ｍ×ｆｓ（Ｈｚ）を超えない範囲内で、かつ分散予等化の効果と前記伝送路の波長分散とが打ち消し合う信号帯域のみを主成分として抽出することを特徴とする分散予等化光通信システム。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光フィルタ手段は、フィルタ通過帯域が概略ｆ０−ｆｓ（Ｈｚ）〜ｆ０＋ｆｓ（Ｈｚ）の範囲内で、かつ概略ｆ０−ｆｓ／２（Ｈｚ）〜ｆ０＋ｆｓ／２（Ｈｚ）以上の範囲の分散予等化の効果と前記伝送路の波長分散とが打ち消し合う信号帯域のみを主成分として抽出することを特徴とする分散予等化光通信システム。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
   前記光変調手段は、光の強度に情報を付与する変調方式により前記データ変調を施すことを特徴とする分散予等化光通信システム。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
    前記光変調手段は、光の位相に情報を付与する変調方式により前記データ変調を施すことを特徴とする分散予等化光通信システム。
11. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の分散予等化光通信システムにおいて、
    前記光変調手段は、ＮＲＺ変調、ＤＰＳＫ変調、またはＤＱＰＳＫ変調により前記データ変調を施すことを特徴とする分散予等化光通信システム。

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