JP5028555B2 - 波長多重伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、送信源に周波数コム光生成装置を持つ高密度波長多重伝送（ＤＷＤＭ）システムに好適であり、波長多重度が高密度であっても受信側で信号成分をエラーフリーで検出することができる波長多重伝送システムに関する。

従来技術

高密度波長多重（ＤＷＤＭ）伝送システムは、高密度にキャリア周波数を配置して波長多重により、多数の信号を１本のファイバで伝送する。
たとえば、キャリア周波数間隔はこれまで２００ＧＨｚ程度であるが、将来的には５０ＧＨｚさらには２５ＧＨｚ以下まで高密度にしたいという要求がある。

このときの問題点として、
（１）送信側では、少しずつ発振周波数の異なる多数のレーザ（たとえば５０ＧＨｚずつ周波数が異なるレーザ）を用意することになるが、それらの発振周波数を安定に保つことが困難であり、かつ高コストになる、
（２）受信側では周波数の異なる多数の信号光を分波することが必要だが、周波数間隔が小さくなるとこれらの分波器の実現が技術的に困難となることが挙げられる。

周波数コム発生システムとして、具体的には、本願発明者の発明にかかる特許文献１の周波数コム発生システムや特許文献２の周波数コム発生システムを使用することができ、（１）の問題の解決となる。
すなわち、図５に示すように、特許文献１の周波数コム発生システム８１は、レーザ光源８１１と、周波数コム光発生装置８１２と、光等価／光増幅器８１３と、アレイ導波路格子８１４とを備えている。レーザ光源８１１は、電源８１１１とレーザダイオードＬＤ８１１２と波長ロッカ８１１３からなる。光等価／光増幅器８１３は、周波数コム光発生装置８１２の光を入射し光強度を増幅し、等価化を行うもので、本実施形態では前段の光増幅器８１３２と後段の光等価器８１３１とから構成されている。アレイ導波路格子８１４は光等価／光増幅器８１３から出射される周波数コム光を複数の光路で出力する。周波数コム発生システム８１では、角周波数間隔が従来の２倍の周波数コム光を生成することができるので、入手が容易でかつ安価な、変調駆動回路（低い角周波数出力のもの）を用いることができる。

また、特許文献２の周波数コム発生システム（周波数コム光源）８２は、図６に示すように、周波数コム光ＦＣを発生する周波数コム光発生源（ＦＣＧ）８２１と、レーザ光源（ＬＳ₁〜ＬＳ_n）の群８２２（ＬＳ₁〜ＬＳ_n）と、各レーザ光源が出射するレーザ光を合波して周波数コム発生源８２１に出射するレーザ光カプラ８２３とを備えている。各レーザ光源（ＬＳ₁〜ＬＳ_n）が出射する各レーザ光の周波数は、全て異なり、かつ、２つのレーザ光の周波数の差の絶対値が全ての組合せについて、ＦＣＧ８２１が発生する周波数コム光の周波数間隔の、正の整数倍となるように設定されている。この周波数コム発生システム８２では、広帯域かつコム間隔が不規則となる部分が生じない周波数コム光を発生することができる。

本発明は、後述するように（２）の問題を、上述の周波数コム発生システムを前提として解決するものであり、関連技術として、特許文献３の技術が知られている。
図７はこの技術を示す回路図であり、受信側９２では分波器９２１により１つのコム光成分を、光ファイバーアンプ９２２を介して取り出し、これを種光とし、周波数コム発生器９２３から局部発振コム光を発生させる。
そして、この局部発振コム光と、分波された信号光（ｃｈ−１〜ｃｈ−ｎ）とをチャネル毎に復調器９２５に導入し、フォトダイオード９２６により信号を検出している。
特開２００６−３３０５２３ 特開２００７−０１２９４５ 特開２００３−２９８５５３

ところで、特許文献３の技術では、受信側に設置されている周波数コム発生器（図７の符号９２３）に使用されている発振周波数ｆｍの発振器（図７の符号９２４）が、当該受信側に独立に用意されている。そのため、周波数コム光発生器９２３が発生する周波数コム光のコム間隔と、送信側から伝送されてくる周波数コム光のコム間隔を同じにすることが難しいという問題がある。

実際の通信網では多数の送信／受信装置を複数の通信会社が個別に運用しているため、送信側と受信側で周波数間隔を完全に同じにすることは難しい。また、発振器から出力される発振周波数も長期的には変動するため、送信側と受信側で周波数間隔を完全に同じにすることは難しい。しかしながら、どのようなシステム間でも長期間に渉って送信側と受信側の周波数間隔を完全に同じにしないと実際の実用化は困難である。
また、コム光の周波数間隔を小さくして高密度に多重化していくと、高分解能の分波器の実現が難しくなるため光信号を分波することが困難となる問題がある。

本発明の目的は、周波数コム光の密度が高密度であっても、受信側でコム光成分を高精度で分波すること、具体的には波長多重度が高密度であっても、受信側で信号成分をエラーフリーで検出することにある。

本発明では、コム光成分のうち隣接する少なくとも２つをパイロット信号として伝送し、受信側でこの２つのコム光成分から局部発振コム光を発生させる。また、本発明では、受信側に構造の簡単な分岐器あるいは低分解能の分波器をおくだけでよいため、高密度な多重と低コスト化が容易となる。さらに、実際の検波回路においては、受信装置内にループフィルタと移相器からなるフィードバック機構が置かないと安定な検波ができないが、特許文献３ではこの点についての対処がなされていない。このように、特許文献３の技術は実際の通信ネットワークを考えると非現実的である。

本発明では、局部コム光発生器による検波（ホモダイン検波またはヘテロダイン検波）を行う。従来、１つの信号光に対して局発光（Ｌｏｃａｌ光）を用意し、検波する技術が知られている。本発明は、送信される多数の周波数コム光と同じ周波数の局発のコム光を用意して検波するシステムである。本発明では、以下に説明するように、これらの問題点を完全に解決するものである。

本発明は、以下（１）〜（３）を要旨とする。
（１）送信部からキャリア光とパイロット光とを光伝送路に送出し、前記光伝送路上または前記光伝送路端に設けた受信部において前記キャリア光を前記パイロット光を用いて検波する高密度波長多重伝送システムであって、
前記送信部が、
周波数コム光発生源と、
前記周波数コム光発生源が発生するコム光成分のうち、前記パイロット光として機能する少なくとも２成分を除く成分をキャリア光として、当該キャリア光に信号を載せ多重信号光に変調する変調器とを備え、
前記多重信号光とパイロット光を含む周波数コム光を光伝送路に送出し、
前記受信部が、
前記光伝送路からの前記光を分波する二波分波器と、
前記二波分波器により前記パイロット光を分波し、当該パイロット光を光電変換して発生したビート信号により駆動される局部周波数コム発生器と、
前記局部周波数コム発生器により生成された周波数コム光を分波する分波器と、
前記二波分波器により分波した、多重信号光を分岐し対応するチャネルのキャリア光に分岐する分岐器と、
前記多重信号光を分岐したチャネルのキャリア光と、前記周波数コム光より前記チャネルのキャリア光に対応するコム光を入力してチャネルごとの信号光成分を検波するチャネル受信機と、
を備えたこと特徴とする波長多重伝送システム。
（２）前記パイロット光は変調されていないこと特徴とする（１）に記載の波長多重伝送システム。
（３）前記パイロット光の１つが、前記局部周波数コム発生器が発生する周波数コム光の種光であること特徴とする（１）または（２）に記載の波長多重伝送システム。

本発明の高密度波長多重伝送システムを用いれば、周波数多重されてきた信号光を光レベルで分波する必要がない。
したがって、高分解能で各チャネルの信号光を分波する光フィルタ（広帯域光分波器）を用意することなく、従来よりも非常に狭いチャンネル間隔で多重化しても所望の信号を分波することができる。たとえば、これまではチャンネル間隔は２００ＧＨｚ以上が一般的であり、それよりも狭いチャンネル間隔（たとえば５０ＧＨｚ以下）では広帯域な光分波器を作ることが難しいため困難と考えられていた。

これに対し、本発明によれば光分波器が不要なため、従来よりも高密度の波長多重伝送が技術的に可能となるばかりでなく、コスト的にも安くなる利点がある。
なお、本発明の高密度波長多重伝送システムでは、送信側のキャリア光に周波数コム光を用いることを前提としている。
逆に言えば、周波数コム光源を用いて正確で、かつ狭いチャンネル間隔をもつ多波長光源を構成する方法が送信側で提案されていたにもかかわらず、受信側でこの高密度なチャンネル間隔から信号を分波する方法がないことが問題であったが、この問題は、本発明の高密度波長多重伝送システムによって解決できる。

本発明の高密度波長多重伝送システムは、将来、１Ｇｂｐｓの信号速度が見込まれる加入者系にも適用できる。

以下、本発明の高密度波長多重伝送システムの実施形態を例に説明する。図１は本発明の高密度波長多重伝送システムの一実施形態を示す構成図である。
図１において、高密度波長多重伝送システム１は送信側の送信機（本発明における送信部であり、周波数コム一括光源である）１１と、合波器１２と、合波器１２から出力される合波光を伝送する光伝送路１３と、受信側の二波分波器１４と、局部周波数コム発生器１５と、分岐器１６と、受信機（本発明における受信部）１７とからなる。

送信側においては、合波器１２は、送信機１１が出射する多重信号を合波する。受信側においては、二波分波器１４は伝送されてきた少なくとも二波のパイロット光（ここでは、Ａ_k，Ａ_k+1：周波数ν_k，ν_k+1）を他の信号光から分波して局部周波数コム発生器１５に導く。また、他の信号光、すなわち光伝送路１３を伝送されてきた周波数コム光（Ａ₁，Ａ₂，・・・，Ａ_k-1，Ａ_k+2，・・・，Ａ_N：周波数ν₁，ν₂，・・・，ν_k-1，ν_k+2，・・・，ν_N）は、二波分波器１４により分岐器１６に送られ、分岐器１６により複数（（Ｎ−２）個）の経路に分岐される。

受信機１７は、分波器１７１と、（Ｎ−２）個のチャネル受信機１７２とからなる。局部周波数コム発生器１５から発生したコム光を分波器１７１によって分波して、対応するチャネルのキャリア光を、分岐器１６から分岐した多重信号光（Ａ₁，Ａ₂，・・・，Ａ_N）と一緒に、チャネル受信機１７２に入力する。その結果、（Ｎ−２）個のチャネルごとの信号光成分が検波される。

図２は送信機（送信部）の一例を示す周波数コム一括光源の説明図である。送信機１１は、周波数コム発生器１１１と、分波器１１２と、変調装置１１３とからなる。
周波数コム発生器１１１は、レーザダイオード１１１１（図２では１つであるが複数であってもよい）と、コム変調器１１１２と、光増幅器１１１３とから構成される。この周波数コム発生装置１１では、周波数コム発生器１１１で１つのレーザ（波長ν_k）から一定周波数間隔の、（Ｎ−２）個のキャリア光（周波数ν₁，ν₂，・・・，ν_k-1，ν_k+2，・・・，ν_N）および２個のパイロット光（周波数ν_k，ν_k+1）を発生する。
キャリア光は分波器１１２で分波された後、変調装置１１３内の変調器（Ｍ₁〜Ｍ_N）により、変調信号Ｓ₁，Ｓ₂，・・・，Ｓ_k-1，Ｓ_k+2，・・・，Ｓ_Nに従ってチャンネルごとに変調される。

こうして生成された信号光Ａ₁，Ａ₂，・・・，Ａ_k，Ａ_k+1，・・・，Ａ_Nは、合波器１２によって１つの光ファイバに束ねられて光伝送路１３を伝送される。本実施形態では、隣接した少なくとも２つの光（Ａ_k，Ａ_k+1：周波数ν_k，ν_k+1）だけはパイロット光であり、変調はされない。後述する図４（Ａ）にキャリア光（周波数ν₁，ν₂，・・・，ν_k-1，ν_k+2，・・・，ν_N）およびパイロット光（周波数ν_k，ν_k+1）を示す。

受信側ではパイロット光が分波される。すなわち、ν_k，ν_k+1の周波数の光だけを二波分波器１４により分波して局部周波数コム発生器１５に入力する。他の信号光Ａ₁，Ａ₂，・・・，Ａ_k-1，Ａ_k+2，・・・，Ａ_Nは、二波分波器１４を通って受信機１７に入力される。
なお二波分波器１４としては、例えばν_k，ν_k+1の周波数の光だけを反射し、他の周波数の光は透過させるような特性のファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）などを用いることができる。

周波数ν_kの光は、分岐器１５１を介して光増幅器１５２によって増幅された後、局発コム光ＬＣの種光Ｇとして局部周波数コム発生器１５７に入射される。またν_k+1の光は、分岐器１５１からのν_kの光と結合器１５３により混合された後、光増幅器１５４を介してフォトダイオード１５５に入射される。本実施形態では、光増幅器１５４をフォトダイオード１５５の前に配置しているが、条件によってはこの光増幅器１５４を設けないようにもできる。

フォトダイオード１５５からは２波の光（周波数ν_k，ν_k+1）のビート周波数である周波数信号（本実施形態ではミリ波であり、送信側で発生したコム光間隔の周波数ｆ_mに等しい）が発生する。このミリ波ｆ_mは、増幅器１５６を介して局部周波数コム発生器に入力される。このミリ波の周波数は、送信機１１におけるチャンネル間隔の周波数と完全に同一となる。

図３（Ａ）に局部周波数コム発生器１５７の一例を示す。種光Ｇは、位相変調器１５７１と、強度変調器１５７２とを介して、変調（フォトダイオード１５５で発生したミリ波ｆ_mにより変調）される。局部周波数コム発生器１５７の出力光は、光増幅器１５８を介して分波器１７１に入力される。

受信機１７の働きを、図３（Ｂ）および図４（Ａ），（Ｂ）により説明する。ここでの例では、キャリア周波数ν₂の信号成分を分離抽出する場合を説明するが、実際にはすべてのキャリア周波数（周波数ν₁，ν₂，・・・，ν_k-1，ν_k+2，・・・，ν_N）について同時処理を行うことができる。

図３（Ｂ）に示すように、チャネル受信機１７２には、本実施形態では分波されていない（分波されていてもよい）信号光Ａ₁，Ａ₂，・・・，Ａ_N（これらの混合光）と、局発コム光のうちの特定周波数光（ここでは周波数ν₂の光）が入射される。これらは、光結合器１７２１により足し合わされて光電変換素子（フォトダイオード）１７２３に入射され、増幅器１７２４を介して、ベースバンドフィルタ１７２６およびループフィルタ１７２５に送られる。キャリア光ν₂に載っていた信号Ｓ₂は、ベースバンドとして検波され、他の信号はベースバンドフィルタ１７２６によってカットされる。図４（Ｂ）に信号スペクトルとベースバンドフィルタ１７２６の特性を示す。

また、光電変換素子１７２３からの信号の一部はループフィルタ１７２５を介して光移相器１７２２に入射され、局発光の位相を信号光の位相に合わせて出力が最大となるようにフィードバックされる。このようにして、光のフィルタ（光分波器）を使わずに周波数多重された信号から所望の信号のみを分波できる。

従来のシステムでは、局部周波数コム発生器の安定性が悪く、数時間しか安定に動作しないが、本発明のシステムで使用する局部周波数コム生成器１５は少なくとも数日間安定に動作することを確認している。また、これにより、実際に１０Ｇｂｐｓの信号を１００ｋｍ、エラーフリーで伝送できた。
なお、上記の実施例では局部周波数コム発生器が発生するコム光は、送信側から送られてきたパイロット光の１つを種光として生成した。しかし、受信側に周波数安定化されたレーザを別に配置し、これを局部周波数コム光発生器の種光としてもよい。なお、この場合にはヘテロダイン検波することができる。

本発明の高密度波長多重伝送システムの第１実施形態を示す説明図である。 図１の高密度波長多重伝送システムにおける送信側の周波数コム一括光源を示す図である。 （Ａ）は局部周波数コム発生器の一例を示す図であり、（Ｂ）は図１の高密度波長多重伝送システムにおけるチャンネル受信機を示す説明図である。 （Ａ）は多重伝送される信号光とパイロット光のスペクトルを示す図、（Ｂ）はホモダイン検波された信号のスペクトルとベースバンドフィルタの特性を示す図である。 本発明者の発明にかかる従来の周波数コム発生システムの一例を示す説明図である。 従来の周波数コム発生器の他の例を示す説明図である。 本発明の関連技術を示す説明図である。

符号の説明

１ 高密度波長多重伝送システム
１１ 送信機（周波数コム一括光源）
１２ 合波器
１３ 光伝送路
１４ 二波分波器
１６ 分岐器
１７ 受信機
１１１ 周波数コム発生器
１１２ 分波器
１１３ 変調装置
１５１ 分岐器
１５２ 光増幅器
１５３ 結合器
１５４ 増幅器
１５５ フォトダイオード
１５６ 増幅器
１５７ 局部周波数コム発生器
１５８ 光増幅器
１７１ 分波器
１７２ チャネル受信機
１７２１ 光結合器
１７２２ 光移相器
１７２３ フォトダイオード
１７２４ 増幅器
１７２５ ループフィルタ
１７２６ ベースバンドフィルタ

Claims (3)

1. 送信部からキャリア光とパイロット光とを光伝送路に送出し、前記光伝送路上または前記光伝送路端に設けた受信部において前記キャリア光を前記パイロット光を用いて検波する高密度波長多重伝送システムであって、
   前記送信部が、
   周波数コム光発生源と、
   前記周波数コム光発生源が発生するコム光成分のうち、前記パイロット光として機能する少なくとも２成分を除く成分をキャリア光として、当該キャリア光に信号を載せ多重信号光に変調する変調器とを備え、
   前記多重信号光とパイロット光を含む周波数コム光を光伝送路に送出し、
   前記受信部が、
   前記光伝送路からの前記光を分波する二波分波器と、
   前記二波分波器により前記パイロット光を分波し、当該パイロット光を光電変換して発生したビート信号により駆動される局部周波数コム発生器と、
   前記局部周波数コム発生器により生成された周波数コム光を分波する分波器と、
   前記二波分波器により分波した、多重信号光を分岐し対応するチャネルのキャリア光に分岐する分岐器と、
   前記多重信号光を分岐したチャネルのキャリア光と、前記周波数コム光より前記チャネルのキャリア光に対応するコム光を入力してチャネルごとの信号光成分を検波するチャネル受信機と、
   を備えたこと特徴とする波長多重伝送システム。
2. 前記パイロット光は変調されていないこと特徴とする請求項１に記載の波長多重伝送システム。
3. 前記パイロット光の１つが、前記局部周波数コム発生器が発生する周波数コム光の種光であること特徴とする請求項１または２に記載の波長多重伝送システム。

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