JP5778060B2 - 光伝送システム及び光伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタルコヒーレント光伝送方式を用いた光伝送装置と光伝送システム及び光伝送方法に関する。

近年、コヒーレント伝送方式にデジタル信号処理技術を適用したデジタルコヒーレントファイバ伝送システムの研究開発が進み、一部導入が始まっている。デジタルコヒーレント伝送において、ＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ：偏波依存損失）とＤＧＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ：群遅延時間差）が伝送品質に及ぼす影響についても検討が進められている（例えば、非特許文献１−３参照。）。

非特許文献１には、ＰＤＬがデジタルコヒーレント伝送システムに及ぼす影響について、検討されており、ＰＤＬに応じてペナルティが大きくなることが示されている。非特許文献２においては、デジタルコヒーレント伝送方式におけるＤＧＤ耐力が検討されており、少なくとも５０ｐｓまでのＤＧＤについては、デジタル信号処理によりペナルティが発生しないことが記載されている。非特許文献３においては、伝送路にＰＤＬ媒質とＤＧＤ媒質がある場合の伝送ペナルティの検討がされている。

Ｔ． Ｄｕｔｈｅｌ ｅｔ ａｌ．， "Ｉｍａｐｃｔ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ ｏｎ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＰＯＬＭＵＸ−ＮＲＺ−ＤＱＰＳＫ"， ＯＴｈＵ５．， ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ ２００８． Ｓ． Ｙａｍａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ．， "ＰＭＤ Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｆ １００−Ｇｂｉｔ／ｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＰＤＭ−ＱＰＳＫ ｉｎ ＤＳＦ−Ｉｎｓｔａｌｌｅｄ Ｆｉｅｌｄ Ｔｅｓｔｂｅｄ"， ｐｐ．２１２−２１３ ＯＥＣＣ２０１１． Ｔ．Ｔａｎｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， "ＦＰＧＡ−ｂａｓｅｄ １１２Ｇｂ／ｓ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＤＰ−ＱＰＳＫ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ ＰＭＤ−ＰＤＬ Ｅｍｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ Ｆａｓｔ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ"， Ｔｕ．５．Ａ．３ ＥＣＯＣ２０１０． Ｔ．Ｔｏｋｕｒａ ｅｔ ａｌ．， "Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｕｍｐ Ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ Ｇａｉｎ" Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ．２４， ｎｏ．１１ ｐｐ．３８８９−３８９６ ２００６．

上記のようにデジタルコヒーレント伝送においては、ＤＧＤについては、デジタル信号処理により、その影響を緩和することが検討されているものの、ＰＤＬによるペナルティを緩和するための方法については、デバイスのＰＤＬ値を小さくする以外の検討はなされていない。

本発明は、簡便な方法によりＰＤＬによるペナルティを緩和する方法を供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明のデジタルコヒーレント光伝送システムは、（１）伝送路中に複屈折媒質（ＤＧＤ）を挿入し、（２）挿入するＤＧＤ媒質の主偏波面と信号光の偏波面は０度と９０度以外の値にし、（３）ＤＧＤ媒質のＤＧＤ値Ａ、伝送路のＤＧＤ値Ｂ、受信器で補償可能なＤＧＤ値Ｃは次式を満たすことを特徴とする。
Ａ＋Ｂ≦Ｃ

具体的には、本願発明の光伝送装置は、光信号の伝送経路中にＰＤＬ媒質を含むデジタルコヒーレント光伝送システムにおける光伝送装置であって、前記伝送経路中に、ＤＧＤを付加し、前記ＤＧＤの値は、光受信器のＤＧＤ耐力から前記伝送経路中に含まれるＤＧＤ値を引いたものより小さく、前記ＤＧＤの逆数は、前記光信号の信号スペクトル幅に等しいことを特徴とする。

具体的には、本願発明のデジタルコヒーレント光伝送システムは、光信号を送信する光送信器と、前記光送信器から送信された光信号にＤＧＤを付加するＤＧＤ発生器と、ＰＤＬ媒質が含まれ、前記ＤＧＤ発生器でＤＧＤの付加された光信号を伝送する伝送路と、前記伝送路を通過後の光信号を受信する光受信器と、を備え、前記ＤＧＤ発生器は、前記光受信器のＤＧＤ耐力から前記伝送路中に含まれるＤＧＤを引いたＤＧＤよりも小さな値のＤＧＤを付加し、前記ＤＧＤ発生器の付加するＤＧＤの逆数は、前記光信号の信号スペクトル幅に等しい。

具体的には、本願発明のデジタルコヒーレント光伝送方法は、光送信器から送信された光信号にＤＧＤを付加するＤＧＤ付加手順と、ＤＧＤの付加された光信号をＰＤＬ媒質が含まれる伝送路に通過させた後に光受信器で受信する受信手順と、を順に有し、前記ＤＧＤ付加手順において、前記光受信器のＤＧＤ耐力から前記伝送路中に含まれるＤＧＤを引いたＤＧＤよりも小さな値のＤＧＤを付加し、前記ＤＧＤ付加手順において付加するＤＧＤの逆数は、前記光信号の信号スペクトル幅に等しい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、ＤＧＤを付加することで、ＰＤＬが周波数依存性をもち、変調により広がった信号スペクトルの帯域内で、ＰＤＬ値が変化することになるため、ＰＤＬの影響を平均化することができる。付加するＤＧＤが光受信器のＤＧＤ耐力より小さいＤＧＤを付加するため、ＤＧＤによる品質劣化は光受信器のＤＧＤ補償で補償することができる。したがって、本発明に係る光伝送システム及び光伝送方法は、ＤＧＤ付加によるペナルティを発生させることなく、ＰＤＬによるペナルティを緩和することが可能となる。

本発明の光伝送システムの一例を示す。 本発明の原理を説明するための測定系の一例を示す。 ＤＧＤ媒質入力部での偏波軸のなす角度θの一例を示す。 本発明の原理を説明するための実験結果を示す。 伝送システムを模擬した系の一例を示す。 ファイバのＤＧＤが小さい場合のＰＤＬの波長依存性の一例を示す。 ファイバのＤＧＤが大きい場合のＰＤＬの波長依存性の一例を示す。 ファイバのＤＧＤが小さい場合のＰＤＬが波長依存性を持つ場合の信号スペクトルとの関係の一例を示す。 ファイバのＤＧＤが大きい場合のＰＤＬが波長依存性を持つ場合の信号スペクトルとの関係の一例を示す。 ＤＧＤによるＱ値分布の違いの一例を示す。 ＤＧＤ発生器を中継装置の前に設置する場合の本発明の実施形態の一例を示す。 ＤＧＤ発生器を中継装置の後に設置する場合の本発明の実施形態の一例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係る光伝送システムの一例を示す。本実施形態に係るデジタルコヒーレント光伝送システムは、光送信器としてのデジタルコヒーレント送信器１０と、光受信器としてのデジタルコヒーレント受信器２０と、伝送路３０と、ＤＧＤ発生器４０と、を備える。伝送路３０は、ＰＤＬ媒質３１が含まれ、ＤＧＤ発生器４０で光信号にＤＧＤを付加する。ＰＤＬ媒質３１は、例えば、光ファイバ、ノード装置又は中継装置を含む。

本実施形態に係る光伝送方法は、ＤＧＤ付加手順と、受信手順と、を順に有する。
ＤＧＤ付加手順では、デジタルコヒーレント送信器１０から送信されたデジタルコヒーレント光信号にＤＧＤを付加する。
受信手順では、ＤＧＤの付加されたデジタルコヒーレント光信号をＰＤＬ媒質が含まれる伝送路３０に通過させた後にデジタルコヒーレント受信器２０で受信する。

ＤＧＤ発生器４０は、デジタルコヒーレント送信器１０と伝送路３０の間に設置され、伝送路３０中にＤＧＤ値を付加する。ＤＧＤ発生器４０の付加するＤＧＤ値がａ［ｐｓ］であり、デジタルコヒーレント受信器２０のＤＧＤ耐力がｂ［ｐｓ］であり、伝送路３０のＤＧＤ値がｃ［ｐｓ］である場合、次式が成り立つように、ＤＧＤ値ａを決定する。
ａ＜ｂ−ｃ （１）

ＤＧＤ値ａ＋ｃがデジタルコヒーレント受信器２０のＤＧＤ耐力ｂ［ｐｓ］を超えないようにＤＧＤを付加するので、本実施形態に係る光伝送システムはＤＧＤペナルティの発生を防止することができる。

次に、ＤＧＤ発生器４０を設けることにより、ＰＤＬによるペナルティが緩和される理由について記す。図２に本発明の原理を説明するための測定系を示す。ＤＧＤ媒質５２とＰＤＬ媒質５３が接続された系に対して、透過率の波長依存性を測定する系である。測定器は直線偏光出力である波長可変光源５１と光パワーメータ５４から成る。光パワーメータ５４の代わりに光スペクトラムアナライザを用いて、掃引波長に該当する光レベルを読み取ることでも構わない。

ＤＧＤ媒質５２がＤＧＤ発生器４０として機能し、ＰＤＬ媒質５３が伝送路３０として機能する。波長可変光源５１からの出力は、ＤＧＤ媒質５２、ＰＤＬ媒質５３の順番に通過し、光パワーメータ５４で透過パワーを測定する。ここで、波長可変光源５１の出力は直線偏波であり、ＤＧＤ媒質５２の入力部における偏波軸Ｐのなす角度θは４５度になるように調整する。

図３に、ＤＧＤ媒質５２として、定偏波ファイバを用いた場合に、波長可変光源５１の偏波軸Ｐと定偏波ファイバの偏波軸Ｙのなす角度θの模式図を示す。通常同じコネクタ種別同士の場合には、コネクタキーに偏波の軸があっているため、４５度にずらすことはできないが、ＦＣ型ＳＣ型コネクタ変換アダプタの製品の中には、コネクタキーが４５度ずれているものがあるので、それを利用してもよい。また、ＦＣ型コネクタはコネクタキーがはずせるものがあるので、それらを利用することでも構わない。波長可変光源５１とＤＧＤ媒質５２の間に、λ／２板を挿入して偏波軸のなす角度θを調整することでもよい。

図４に、図２の測定系で得られた結果を示す。なお、ＤＧＤ媒質５２として定偏波ファイバ（ＰＭＦ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）を３種類（２ｍ，１０ｍ，３０ｍ）用意し、ＰＤＬ媒質５３として、任意のＰＤＬ設定が可能なＰＤＬエミュレータを用意した。２ｍ、１０ｍ、３０ｍのＰＭＦのＤＧＤ値はそれぞれ、２．４ｐｓ、１２ｐｓ、３６ｐｓであることを市販の測定器を用いて事前に測定してある。また、ＰＤＬエミュレータのＰＤＬ値は３．５ｄＢであった。ＤＧＤ媒質５２とＰＤＬ媒質５３が組み合わさった場合には、透過率がＤＧＤ値の逆数の周期で、振幅がＰＤＬ値の周期性を有することが分かる。

なお、図２の原理説明において、ＤＧＤ媒質５２の偏波軸と入射光の偏波軸がなす角度θを４５度にあわせたのは、波長可変光源５１の偏光状態がＤＧＤ媒質通過後周期的に変化させるためである。ＤＧＤ媒質５２の偏波軸と入射光の偏波軸のなす角度θが０度と９０度の場合には、ＤＧＤ媒質５２出力の偏光状態は周期的に変化しない。図１においてデジタルコヒーレント送信器１０からの出力の偏波軸は、一般的にどの角度になっているか不定であり、保守作業によるファイバタッチ等により偏波軸が変化する可能性がある。また、波長多重システムの場合には、波長毎に信号の偏波軸が異なることが考えられる。そのため、図１の本発明のＤＧＤ発生器４０とデジタルコヒーレント送信器１０からの出力の偏波軸Ｐのなす角度θを事前に設定しない。０度入射と９０度入射になる場合もありえるが、本発明の伝送装置を付加することによる過剰なペナルティを発生させることはなく、また、０度、９０度以外の場合には、ＰＤＬによるペナルティを緩和できることになる。

また、デジタルコヒーレント光信号が単一偏波（＝偏波多重信号ではない）で、ＰＤＬ媒質５３の軸が分かっている場合には、ＰＤＬ媒質５３への入射偏波角度を合わせることで、ＰＤＬ媒質５３による影響を受けないように偏波軸の角度設定することは可能であるが、一般の伝送システムにおいては、ＰＤＬ媒質５３の偏波軸は、不明であり、ファイバタッチ等により信号の偏波軸の角度は時間的に変化すること、さらに、ＷＤＭ信号の場合には、波長毎に、偏波軸が異なる場合もあるため、ＰＤＬ媒質５３への入射信号の偏波軸を調整することは困難である。

実際の伝送路を想定し、複数のＤＧＤ媒質とＰＤＬ媒質の組み合わせと考えたモデルを図５に示す。ここで、各スパンにＰＤＬ＝１ｄＢのＰＤＬエミュレータ１５３を設置し、ファイバ１５２には、ＤＧＤ値が大きいものと小さいものの２種類を用意した。各スパンの偏波結合状態は偏波コントローラ１５４で色々な組み合わせができるようにしたＤＧＤ値が大きい場合には、６スパン全体で平均ＤＧＤ＝３０ｐｓであった。また、各スパンのＤＧＤ値が小さい場合には、６スパン全体での平均ＤＧＤ＝３ｐｓ程度であった。

図６及び図７に、図５の系でのＰＤＬの波長依存性を各スパンのＤＧＤが小さい場合と大きい場合の測定結果をしめす。偏波結合状態を変化させることにより、ＰＤＬ値が変化するが、ＤＧＤが小さい場合には、波長依存性がほとんどないのに対し（図６）、ＤＧＤが大きい場合には、大きな波長依存性を示している（図７）。１２８ＧｂｐｓのＤＰ−ＱＰＳＫ信号の場合、デジタルコヒーレント光信号の帯域は、約３２ＧＨｚであるので、ＤＧＤが大きい場合には、信号帯域内で、ＰＤＬ値が大きく変動することになる。

すなわち、ＤＧＤ値が小さい場合には、信号帯域内でＰＤＬ値がほぼ一定であるので、信号の偏波軸がＰＤＬ媒質の偏波軸と一致すると、偏波多重信号の偏波成分間のレベル偏差がＰＤＬ分生じることになる。一方、ＤＧＤが大きい場合には、信号帯域内で、ＰＤＬ値が変動することになるので、偏波成分間のレベル偏差が緩和されることになる。上記説明を模式的に示したものが図８及び図９である。ＰＤＬは、トランスミッタンスの最大値（Ｔｍａｘ）と最小値（Ｔｍｉｎ）の差分で表される。

信号スペクトルの周波数軸上の幅と、ＤＧＤ媒質５２によるＰＤＬ媒質５３の波長依存性の周期が同程度にあるとＰＤＬ媒質５３によるレベル偏差が緩和されることになる。すなわち、信号スペクトル幅が小さい場合には、ＤＧＤ媒質５２によるＰＤＬ媒質５３の波長依存性の周期を短くし、かつ、付加したＤＧＤ値により、デジタルコヒーレント受信器２０のＤＧＤ耐力を超過しないように付加するＤＧＤ値を選ぶ必要がある。１２８ＧｂｐｓのＤＰ−ＱＰＳＫ信号の場合、信号の帯域が約３２ＧＨｚなので、伝送路のＤＧＤ値の合計が３０ｐｓ程度になるように、ＤＧＤ値を付加すれば、デジタルコヒーレント受信器２０のＤＧＤ耐力（現状５０ｐｓを想定）以下のＤＧＤ値の付加により、ＰＤＬ媒質５３によるペナルティの緩和が期待できることになる。

そこで、本実施形態では、ＤＧＤ発生器４０に、可変ＤＧＤ装置を用いることが好ましい。これにより、デジタルコヒーレント光信号のスペクトル幅に合うように、ＰＤＬ値に周期性をもたせることができる。

図１０は、図２の系において、波長をスイープしたときの各波長におけるＱ値を測定し、設定ＤＧＤ値毎にＱ値の分布を示したものである。ＤＧＤ値が大きい場合には、Ｑ値の分布が狭く、ペナルティが緩和されていることが分かる。

なお、上記説明においては、偏波多重信号であるＤＰ−ＱＰＳＫ信号にて記載したが、本発明は、偏波多重信号に限定されるものではない。偏波多重信号の場合には、偏波間の光ＳＮの差として、ＰＤＬが影響するが、偏波多重ではない単一偏波信号の場合には、光ＳＮの劣化と考えればよい。すなわち、図８に示すＤＧＤ＝０の場合には、ＰＤＬ分の光ＳＮが劣化するが、図９に示すＤＧＤが大きい場合には、信号帯域内でトランスミッタンスが変化するので、ＰＤＬによる光ＳＮの変化が平均化され、ペナルティが緩和されることになる。

従来の光通信システムにおいては、ＤＧＤによるペナルティを避けるため、ＤＧＤの小さい伝送路が選ばれたりしていた。デジタルコヒーレント技術により、ＤＧＤが補償され、ＤＧＤ耐力内では、ペナルティが発生しなくなった。一方、ＰＤＬによるペナルティは、各装置のＰＤＬを小さくする以外に有効な方法がなかった。本願は、デジタルコヒーレント伝送システムにおいて、あえてＤＧＤ値を付加することによりＰＤＬによるペナルティを緩和するものである。

なお、ラマン増幅用の励起光をデポラライズするために、ＤＧＤ媒質を伝送システムに用いる場合があるが、励起光のみが通過する部分に適用され、主信号が通過する部分に適用されることはなかった（例えば、非特許文献４参照。）。

（実施形態２）
図１１及び図１２に、本実施形態に係るデジタルコヒーレント光伝送システムの第１例及び第２例を示す。本実施形態に係るデジタルコヒーレント光伝送システムは、伝送路３０に中継装置３２がある場合に、本発明の装置を設置する箇所を示している。

通常ファイバ伝送路自体は、ＰＤＬが小さく、中継装置３２部分でのＰＤＬが問題になる。中継装置３２が一台の場合には、図１１に示すように、ＤＧＤ発生器４０を中継装置３２の前に設置する。

中継装置３２が複数台ある場合には、図１２に示すように、ＤＧＤ発生器４０を、デジタルコヒーレント送信器１０と伝送路３０の間と、伝送路３０の複数箇所に分けて設置することでも構わない。例えば、デジタルコヒーレント送信器１０と伝送路３０の間にＤＧＤ発生器４０＿１を設置し、中継装置３２＿１と中継装置３２＿２の間にＤＧＤ発生器４０＿２を設置する。

なお、ＤＧＤ発生器４０を複数箇所に分けて設置する場合には、ＤＧＤ発生器４０＿１及び４０＿２の全体によって付加されるＤＧＤ値が、デジタルコヒーレント受信器２０のＤＧＤ耐力から伝送路３０のＤＧＤ値ｃを引いたものより小さくなるようにＤＧＤ発生器４０＿１及び４０＿２のＤＧＤ値を選ぶ必要がある。

以上説明したように、本発明は、ＤＧＤ媒質を付加するだけの簡便な方法で、新たなペナルティを発生させることなく、ＰＤＬに起因するペナルティを緩和することができる有益なものである。

１０：デジタルコヒーレント送信器
２０：デジタルコヒーレント受信器
３０：伝送路
３１：ＰＤＬ媒質
３２、３２＿１、３２＿２：中継装置
４０、４０＿１、４０＿２：ＤＧＤ発生器
５１：波長可変光源
５２：ＤＧＤ媒質
５３：ＰＤＬ媒質
５４：光パワーメータ
１５２：ファイバ
１５３：ＰＤＬエミュレータ
１５４：偏波コントローラ

Claims (3)

1. 光信号の伝送経路中にＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）媒質を含むデジタルコヒーレント光伝送システムにおける光伝送装置であって、
   前記伝送経路中に、ＤＧＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ）を付加し、
   前記ＤＧＤの値は、光受信器のＤＧＤ耐力から前記伝送経路中に含まれるＤＧＤ値を引いたものより小さく、
   前記ＤＧＤの逆数は、前記光信号の信号スペクトル幅に等しいことを特徴とする光伝送装置。
2. 光信号を送信する光送信器と、
   前記光送信器から送信された光信号にＤＧＤを付加するＤＧＤ発生器と、
   ＰＤＬ媒質が含まれ、前記ＤＧＤ発生器でＤＧＤの付加された光信号を伝送する伝送路と、
   前記伝送路を通過後の光信号を受信する光受信器と、を備え、
   前記ＤＧＤ発生器は、前記光受信器のＤＧＤ耐力から前記伝送路中に含まれるＤＧＤを引いたＤＧＤよりも小さな値のＤＧＤを付加し、
   前記ＤＧＤ発生器の付加するＤＧＤの逆数は、前記光信号の信号スペクトル幅に等しいことを特徴とするデジタルコヒーレント光伝送システム。
3. 光送信器から送信された光信号にＤＧＤを付加するＤＧＤ付加手順と、
   ＤＧＤの付加された光信号をＰＤＬ媒質が含まれる伝送路に通過させた後に光受信器で受信する受信手順と、
   を順に有し、
   前記ＤＧＤ付加手順において、前記光受信器のＤＧＤ耐力から前記伝送路中に含まれるＤＧＤを引いたＤＧＤよりも小さな値のＤＧＤを付加し、
   前記ＤＧＤ付加手順において付加するＤＧＤの逆数は、前記光信号の信号スペクトル幅に等しいことを特徴とするデジタルコヒーレント光伝送方法。

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