JP6010000B2

JP6010000B2 - 光伝送システム及び光伝送方法

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Publication number: JP6010000B2
Application number: JP2013135424A
Authority: JP
Inventors: 武司河合; 博紀岸川; 光樹芝原; 光師福徳
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: JP2015012392A

Description

本発明は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）デジタルコヒーレント光伝送システムにおける信号品質劣化を補償する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は、受信端において、波長分散をデジタル信号処理によって一括して補償できるため、従来の光伝送システムの中継装置毎に設置されていた分散補償ファイバが必須でなくなった。

またデジタルコヒーレント伝送においても、自己位相変調（Self Phase Modulation：ＳＰＭ）および相互位相変調（Cross Phase Modulation：ＸＰＭ）等のファイバ非線形光学効果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。ＳＰＭ補償においては、ファイバ波長分散による波形歪補償と非線形光学効果による位相回転補償を複数回繰り返すことにより、ＳＰＭ補償が可能であることが分かっている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、波形歪補償と位相回転補償を複数回受信機で行うことは受信回路規模が大きくなるという課題を生じる。特に、波長分散補償は、信号を一旦周波数領域にするため、高速フーリエ変換・逆変換（ＦＦＴ／ＩＦＦＴ）を複数回行うことになり、受信回路規模を現実的な規模に収めることが困難になる。

一方、ＸＰＭを受信端でデジタル信号処理により補償する方法も検討されているが、受信信号と無相関な隣接チャネルからの影響によるものであるため、デジタル信号処理により完全に補償するのは困難である。一方、スパン毎の光学的分散補償とチャネル間の時間差付与により、ＸＰＭ発生を抑圧する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４７５９６２５号公報特許第４８７９１５５号公報

前述のようにデジタル信号処理のみで、波長分散と全ての非線形光学効果補償をすると受信機の装置規模が大きくなるという問題がある。また、ＷＤＭ伝送で、ＸＰＭがある場合には、ＳＰＭによる位相回転と隣接チャネルからのＸＰＭによる位相回転の寄与を切り分けることが困難であり、ＸＰＭを受信信号のデジタル信号処理のみで完全に補償するのは、困難である。そのためデジタル信号処理によるＳＰＭ補償の効果が小さくなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、送受信装置規模を大きくすることなく、光伝送における機能障害を補償することができる光伝送システム及び光伝送方法を提供することを目的とする。

本発明は、光信号を送信する光送信機と、前記光信号を受信する光受信機と、前記光送信機と前記光受信機との間に設けられ、前記光信号を中継する光ノードを備えるデジタルコヒーレント光伝送システムであって、前記光ノードは、前記光信号のスパン毎の損失を補償する光増幅手段と、前記スパン毎の分散を補償する分散補償手段と、波長チャネル間に相対時間差を付与する遅延付与手段とを備え、前記光送信機と前記光受信機のうち、いずれか一方または両方において、光伝送路ファイバにおける非線形光学効果を補償するための位相回転量をΦ _ｃｏｍｐとすると、Φ _ｃｏｍｐ＝α _ＳＰＭ・Ｐ・γ・Ｌ _ｅｆｆ・Ｎ（ここで、α _ＳＰＭはＳＰＭ補償係数、Ｐはファイバ入力パワー、γは非線形係数、Ｌ _ｅｆｆは有効長、Ｎはスパン数）によって求めた位相回転量による位相回転により前記非線形光学効果を補償することを特徴とする光伝送システムである。

本発明は、前記分散補償手段と前記遅延付与手段のいずれか一方または両方は、光位相制御機能デバイスにより構成されていることを特徴とする。

本発明は、前記遅延付与手段と分散補償手段のいずれか一方または両方にＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）を使用したことを特徴とする。

本発明は、前記位相回転の前後に分散補償処理を１回ずつ行うことを特徴とする。

本発明は、光信号を送信する光送信機と、前記光信号を受信する光受信機と、前記光送信機と前記光受信機との間に設けられ、前記光信号を中継する光ノードを備えるデジタルコヒーレント光伝送システムが行う光伝送方法であって、前記光ノードが、前記光信号のスパン毎の損失を補償する光増幅ステップと、前記光ノードが、前記スパン毎の分散を補償する分散補償ステップと、前記光ノードが、波長チャネル間に相対時間差を付与する遅延付与ステップと前記光送信機と前記光受信機のうち、いずれか一方または両方が、光伝送路ファイバにおける非線形光学効果を補償するための位相回転量をΦ _ｃｏｍｐとすると、Φ _ｃｏｍｐ＝α _ＳＰＭ・Ｐ・γ・Ｌ _ｅｆｆ・Ｎ（ここで、α _ＳＰＭはＳＰＭ補償係数、Ｐはファイバ入力パワー、γは非線形係数、Ｌ _ｅｆｆは有効長、Ｎはスパン数）によって求めた位相回転量による位相回転により前記非線形光学効果を補償する非線形光学補償ステップとを有することを特徴とする光伝送方法である。

本発明によれば、デジタル信号処理のみによる非線形光学効果補償の場合よりも、ＸＰＭの発生自体を抑えるため、ＳＰＭ補償効果も大きくなり受信信号のＱ値をより改善することが可能になり、かつ、受信装置規模も小さくすることができるという効果が得られる。

本発明の第１実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。中継装置（光ノード）において分散補償を行わないシステムにおける非線形光学効果を補償する方法の模式図である。分散補償システムにおける１ｓｔｅｐＳＰＭ補償の模式図である。第１実施形態における光伝送システムの動作を説明するために、信号強度と分散および波形を示す説明図である。第１実施形態の効果を確認するための実験系を示す図である。実験で用いたＸＰＭ抑圧器の特性を示す図である。図５に示す実験系によって得られた第１実施形態による光伝送システムの効果を示す実験結果を示す図である。図５に示す実験系によって得られた第１実施形態による光伝送システムの効果を示す実験結果を示す図である。図５に示す実験系によって得られた第１実施形態による光伝送システムの効果を示す実験結果を示す図である。図５に示す実験系によって得られた第１実施形態による光伝送システムの効果を示す実験結果を示す図である。図５に示す実験系によって得られた第１実施形態による光伝送システムの効果を示す実験結果を示す図である。本発明の第２実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。光ノードの構成を示すブロック図である。光ノードの構成を示すブロック図である。光ノードの構成を示すブロック図である。光ノードの構成を示すブロック図である。ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部の構成を示すブロック図である。ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部の構成の変形例を示すブロック図である。ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部の構成の変形例を示すブロック図である。ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いて、光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成を示すブロック図である。ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いて、光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成の変形例を示すブロック図である。図２２に示す光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成の変形例を示すブロック図である。石英ガラス等を用いたＰＬＣで光ノードの機能を集積化した場合の構成を示すブロック図である。ＰＬＣで光ノードの機能を集積化した構成の変形例を示すブロック図である。ＰＬＣで光ノードの機能を集積化した構成の変形例を示すブロック図である。ＰＬＣで光ノードの機能を集積化した構成の変形例を示すブロック図である。本発明の第４実施形態による光伝送システムの動作を示す図である。１ｓｔｅｐＤＢＰの動作を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態による光伝送システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は、光信号を送信する送信部（図においては、Ｔｘと表記する）である。符号２は、３つの送信部１の出力を合波する合波部である。符号３、４は光信号を中継する光ノードである。符号５、６、７はそれぞれ光伝送路である。符号８は、光信号を受信する受信部（図においては、Ｒｘと表記する）である。図１に示す光伝送システムは、Ｎ（Ｎは自然数）スパンの伝送路を備えるデジタルコヒーレントＷＤＭ伝送システムであり、複数の送信部（Ｔｘ）１、複数の受信部（Ｒｘ）８は、デジタル信号処理により非線形光学効果（ＳＰＭ）を補償する機能を有し、光ノード３、４においてはスパン毎に分散補償することで、信号歪を光学的に補償し、ファイバ入力波形がどのスパンにおいても同じになるようにする。さらに、光ノード３、４においては、チャネル間の時間遅延差（以下Ｗａｌｋ−ｏｆｆと記載）を付与する機能を有する。

デジタルコヒーレント伝送システムにおいては、受信端で、デジタル信号処理により分散補償が可能であることが知られている（例えば、特許４８７２００３号公報参照）。また、伝送信号が伝搬中にうける波長分散による波形歪と非線形光学効果による位相回転を、逆伝搬させる形で受信信号に付与することで、前述した（特許文献１）ように非線形光学効果（ＳＰＭ）も補償可能であることが知られている。

さらに、中継スパン毎に分散補償するシステムにおいては、光パワーの強いファイバ入力端における波形が、分散補償によりどのスパンにおいても一定になるため、例えばＮスパン分の非線形光学補償を１スパン分の位相回転をＮ倍した位相回転を１回行うことで、非線形光学効果を補償できることが知られている（例えば、文献「OFC2007 OTuA2 K.Kikuchi “Electronic post-compensation for nonlinear phase noise in a 1000-km 20-Gbit/s optical QPSK transmission system using the homodyne receiver with digital signal processing"」参照）。

特許文献１に記載があるとおり、分散補償を中継スパンごとに行わないシステムにおいては、分散補償と非線形光学効果による位相回転をスパン数分だけ行わなくてはならない。デジタル信号処理による分散補償は、フーリエ変換により信号を周波数領域に変換し、分散補償用の伝達関数を乗算した後、逆フーリエ変換により時間領域に戻すという手順が必要となる。Ｎスパンの伝送路の分散補償と非線形補償を行うためには、２Ｎ個以上のリアルタイムＦＦＴ回路が必要になるため、回路が非現実的に規模になるという課題が生じる。中継装置（光ノード）において分散補償を行わないシステムにおける非線形光学効果を補償する方法の模式図を図２に示す。受信部（Ｒｘ）では、デジタル領域で後方伝搬を繰り返し非線形補償を行うために、Ｎステップの線形等化（分散補償；ＦＦＴ＋ＩＦＦＴ処理）と非線形等化（位相回転）を行う必要があるため、２Ｎ個のリアルタイムＦＦＴ回路が必要になる。

また、デジタル信号処理によりＸＰＭを補償する試みも報告されているが、複雑な信号処理により受信回路規模が大きくなるという課題が残る（例えば、文献「Optic Express vol.19, no.20 2008 pp.16124-16137 E.Mateo “Impact of XPM and FWM on the digital implementation of impairment compensation for WDM transmission using backward propagation"」参照）。

一方、ＸＰＭを光学的に補償する方法も報告されている（例えば特許文献２参照）。ＱＰＳＫ等の位相変調方式において、ＸＰＭが影響するのは、ファイバ伝搬における波長分散により、位相変調が強度変調に変換され、相互位相変調を介して、伝搬信号光の位相を変調するためである。特許文献２に記載されているとおり、各スパンで波長分散の補償を行う場合には、各スパン入力端で、各チャネルに対する他チャネルのタイミングおよび強度が常に同じとなるため、ＸＰＭの影響が顕著になる。そのため、各スパンで波長分散の補償を行ったうえで、チャネル間にｗａｌｋ−ｏｆｆを設定する方法が特許文献２で提案されている。

デジタルコヒーレント光伝送においても、スパン毎に分散補償されたシステムにおいて、Ｗａｌｋ−ｏｆｆを付与することで、伝送特性が改善することが報告されている（例えば、文献「D. Sperti et al., Proc. ECOC'10, Th.9.A.1 “A Comparison of Different Options to Improve PDM-QPSK Resilience against Cross-channel Nonlinearities"」参照）。

ＷＤＭ伝送システムにおいて、特許文献２に記載の方法で光学的にＸＰＭの発生を抑圧すると、受信信号は、ＳＰＭの影響だけが残ることになる。さらに、スパン毎に分散補償されているので、１スパン分の位相回転をＮ倍した位相回転を１回行うことでＳＰＭが補償できることになる（以下、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償と称する）。分散補償システムにおける１ｓｔｅｐＳＰＭ補償の模式図を図３に示す。図３に示すように、デジタル領域で分散補償する必要がないためＮ回分の非線形等化を１ステップで実行可能である。分散補償されたシステムにおいて、ＸＰＭが補償されていない場合には、受信信号には、ＸＰＭとＳＰＭの両方の影響が残っているため、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償では、補償効果が小さくなる。これは、ＸＰＭが受信信号とは無相関な隣接チャネルからの影響であるためである。

図４は、第１実施形態における光伝送システムの動作を説明するために、信号強度と分散および波形を示す説明図である。光ノード３、４は、スパン毎に分散補償を行い、チャネル間の時間遅延差を付与する。これにより、ＸＰＭ発生を抑圧する。受信部８においては、分散補償された伝送路の場合には、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償が可能なため、受信回路規模を削減することができる。このように、スパン毎に分散補償されるため、ファイバ入力波形は、スパン毎に一定であり、ｗａｌｋ−ｏｆｆを付与される（波形λ_１と波形λ_２の間にｗａｌｋ−ｏｆｆの時間差を付与すること）ことで、ＸＰＭが抑圧され、受信信号はＳＰＭの影響のみになるので、回路規模が小さい１ｓｔｅｐＳＰＭ補償でＳＰＭ補償の効果が改善されることになる。

図５は、第１実施形態の効果を確認するための実験系を示す図である。図５に示すように、１８８．４５ＴＨｚ−１８８．５５ＴＨｚの５０ＧＨｚ間隔の３チャネル３２Ｇｂａｕｄの偏波多重（Polarization-division-multiplexing：ＰＤＭ）ＱＰＳＫ信号を５０／１００ＧＨｚのインターリーブフィルタ（ＩＬＦ）により合波し、周回伝送系にて伝送する。信号光源および局発光（Local：Ｌｏ）は、線幅＜１００ｋＨｚ以下の外部共振器型のレーザである。偏波多重部では、カプラで信号を２分岐した後、一方のみ３２０シンボル分の遅延を加えて、偏波ビームカプラで合波することにより偏波多重信号が得られる。

伝送路は、分散シフトファイバ（Dispersion shifted Fiber：ＤＳＦ）２０ｋｍと光ノードに相当するＸＰＭ抑圧部（ＸＰＭｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）から成る。実験に用いたＤＳＦの零分散波長は、１５７３ｎｍであった。ＸＰＭ抑圧部は、伝送路の損失を補償する光アンプとマルチチャネル可変光学分散補償器（Tunable Optical Dispersion Compensator：ＴＯＤＣ）を集積化したLiquid Crystal on Silicon（ＬＣＯＳ）技術を用いた波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch：ＷＳＳＦｉｎｉｓａｒ社ＷａｖｅＳｈａｐｅｒ利用）と光学可変遅延線（Tunable Optical Delay Line：ＴＯＤＬ）と光カプラからなる。ＤＳＦでの波長分散は、ＸＰＭ抑圧器部分で完全に補償される。

また、図５に示す実験系においては、ＷＳＳ部分で、利得等化も行う。周回毎の偏波をランダムにするために、偏波スクランブラ（Loop Synchronous Polarization Scrambler：ＬＳＰＳ）も周回系に設置されている。１６周回後の受信信号の光ＳＮ（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）が１８ｄＢ一定になるように、ＡＳＥノイズ付加部を調整した。測定周波数１８８．５ＴＨｚの受信信号は、オフラインで１ｓｔｅｐＳＰＭ補償を行った後、信号処理される。分散補償されたシステムにおいては、波長分散により波形歪はスパン毎に補償されるので、非線形光学効果補償のための位相回転量Φ_ｃｏｍｐは、以下の式（１）で表される。
Φ_ｃｏｍｐ＝α_ＳＰＭ・Ｐ・γ・Ｌ_ｅｆｆ・Ｎ・・・（１）
ここで、α_ＳＰＭ，Ｐ，γ，Ｌ_ｅｆｆ，Ｎはそれぞれ、ＳＰＭ補償係数、ファイバ入力パワー（分散補償システムなので、スパンに依らず一定）、非線形係数、有効長、スパン数を示す。

図６は、実験で用いたＸＰＭ抑圧器の特性を示す図である。測定周波数１８８．５ＴＨｚ近傍の分散特性と透過特性を示している。ＤＳＦ単体の分散値は、２２ｐｓ／ｎｍであるが、ＸＰＭ抑圧器を通ることで、ほぼ零に分散補償されていることが分かる。ＷＳＳの透過帯域幅が狭い場合には、フィルタリングによりペナルティが発生するが、図６に示すとおり、実験で用いたＸＰＭ抑圧器部の０．５ｄＢ帯域幅は、３６．７ＧＨｚと十分に広いため、ペナルティを発生させない。

図７〜図１１は、図５に示す実験系によって得られた第１実施形態による光伝送システムの効果を示す実験結果である。図７は、１波長伝送（１ｃｈ）時と３波長伝送（３ｃｈ）時で図５に示すＸＰＭ抑圧器（ＸＰＭｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）でのＷａｌｋ−ｏｆｆを付与しない場合に、ファイバ入力パワーを変化させて、非線形光学効果による伝送ペナルティを測定した結果である。１波長伝送で、ファイバ入力パワーを変化させたときのペナルティがＳＰＭによるペナルティとなる。また、３波長伝送と１波長伝送の差がＸＰＭによるペナルティになる。受信ＯＳＮＲを１８ｄＢ一定としているため、非線形ペナルティが生じていない時のＱ値は、約９ｄＢである。

図８は、図７から得られるＸＰＭによるペナルティとＸＰＭ抑圧器（ＸＰＭｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）で２０ｐｓのＷａｌｋ−ｏｆｆを与えて、ＸＰＭを抑圧した結果を示している。また、図９は、図７から得られるＳＰＭによるペナルティとＸＰＭを抑圧した後に、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償をした後の改善量を示している。ＸＰＭ抑圧器により約７ｄＢのペナルティが約４．３ｄＢ改善され、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償により、１．２ｄＢのＳＰＭペナルティが約０．６ｄＢ改善されていることが分かる。

図１０は、ＸＰＭ抑圧器のｗａｌｋ−ｏｆｆ量を変化させたときの、ＸＰＭ改善量とＳＰＭ改善量の関係を示している。インセットの図は、Ｗａｌｋ−ｏｆｆ量に対するＱ値の絶対値を１ｓｔｅｐＳＰＭ補償あり（実線）／無し（破線）で示した結果である。ｗａｌｋ−ｏｆｆ量を８ｐｓ程度まで大きくすると、Ｑ値が改善し、ＸＰＭが抑圧されているのが分かる。また、ＸＰＭが抑圧されるに従って、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償による改善量も増加しているのが分かる。１ｓｔｅｐＳＰＭ補償は、ＳＰＭのみを補償することを前提としているため、ＸＰＭによる影響が顕著な場合には、ＸＰＭによる位相回転とＳＰＭによる位相回転を切り分けることができないため、その補償効果が小さくなる。

このように、本実施形態による光学的分散補償とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与によるＸＰＭの抑圧と、デジタル信号処理によるＳＰＭ補償を組み合わせることで、従来よりも非線形光学効果をより補償できることが分かる。さらに、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償は、単純な位相回転のみでよいので、受信端での信号処理が軽減されて、受信回路規模を抑えることができることになる。

図１１は、スパン毎に分散補償を行う光伝送システムと従来の分散補償をスパン毎に行なわないシステムの信号品質(Ｑ値)を比較した結果である。本実施形態による光伝送システムの場合（○、●）には、スパン毎に光学分散補償を行い、ｗａｌｋ−ｏｆｆを２０ｐｓ与えた結果である。従来の装置（△、▲）においては、スパン毎の光学的分散補償を行わず、受信後デジタル信号処理にて、一括して分散補償を行った。また、ＳＰＭ補償は、本実施形態による光伝送システムの場合（○）には、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償であるが、従来のシステムの場合（△）には、スパン数に相当する１６ｓｔｅｐのＳＰＭ補償とした。

図１１より、本実施形態による光伝送システムのスパン毎に光学分散補償とｗａｌｋ−ｏｆｆを付与した場合のＱ値が一番よい値であることが分かる。これは、光学分散補償を行わない場合には、波長分散により波形が歪み、スパン毎のファイバ入力ピークパワー（Peak-to-average Power Ratio：ＰＡＰＲ）が分散補償を行う場合により大きくなり、ＸＰＭによるペナルティの影響が大きくなるためである。

また、図１１より、１６ノードのＲＯＡＤＭシステムにおいて、ファイバ入力が−２ｄＢｍ／ｃｈのときに、ＸＰＭもＳＰＭも補償しない場合には、Ｑ値が７．８ｄＢ程度になるのが、１６−ｓｔｅｐのＤＢＰのみを行うと、Ｑ値が８．２ｄＢまでしか改善しないのに対し、本願発明の各ノードで、分散補償とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与を行い、受信端で１ｓｔｅｐのＤＢＰを行うと８．５ｄＢまでＱ値が改善することが分かる。ＳＰＭによるペナルティがより大きくなる、ノード数が多いシステムの場合には、本実施形態による光伝送システムの効果がより顕著になることになる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による光伝送システムを説明する。図１２は、本発明の第２実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。図１に示す第１実施形態の場合は、ポイント−トゥ−ポイントの光伝送システムであったが、図１２に示す光伝送システムは、光ノードが多方路を有する光クロスコネクト（Optical Cross Connect：ＯＸＣ）やマルチディグリーＲＯＡＤＭ（reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）システムに相当する。

図１２において、符号１は、信号を送信する送信部（Ｔｘ）である。符号２は、複数の送信部１は出力する光信号を合波する合波部である。符号８は、光信号を受信する受信部（Ｒｘ）である。符号９は、光信号を分波して複数の受信部８に出力する分波部である。符号１０〜１５は、光信号を中継する光ノードである。符号１６〜２３は、光伝送路である。光ノード１２は、光ノード１０が出力する光信号、送信部１が送信する光信号及び光ノード１１が出力する光信号を入力して中継を行う。また、光ノード１３は、入力した光信号を光ノード１４、受信部８及び光ノード１５に対して光信号を出力する。

図１２に示す光伝送システムは、図１に示す光伝送システムと同じく各光ノードにおいては、スパン毎の分散補償とチャネル間のｗａｌｋ−ｏｆｆを付与し、受信端においては、１ｓｔｅｐＳＰＭ補償を行う。ただし、複数の方路から信号が入力される光ノード（図１２に示す例では光ノード１２）においては、経路に応じて、分散補償量を変える必要がある点が異なる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態による光伝送システムを説明する。図１３は、本発明の第３実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。この図において、図１に示す光伝送システムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図１３に示す装置が図１に示す装置と異なる点は、図１に示す装置では、受信端でＳＰＭ補償を行なっていたものを、図１３に示す装置では、送信端（送信部１ａ）で予等化する点が異なる。信号の位相成分を制御できるベクトル変調器を用いれば、伝送途中で受けるＳＰＭによる非線形効果をキャンセルするように、変調することが可能である。

受信信号を用いてデジタル信号処理にてＳＰＭ補償する場合には、受信信号には、ＡＳＥノイズも含まれているため、ＳＰＭ以外の影響を受けていることになる。一方送信端で予等化する場合には、無歪、無雑音の信号を処理するため、よりＳＰＭ補償の効果を期待できることになる。さらに、デジタル信号処理によるＳＰＭ補償を、送信・受信における位相回転量の和が式（１）を満足すれば、送信端における予等化と、受信端における処理に分けて両方で行うことでも構わない。

次に、図１３に示す光ノード３、４の構成を説明する。図１４は、光ノードの構成を示すブロック図である。光ノード３、４に必要となる機能は、スパン毎の損失を補償する光増幅機能、スパン毎の分散補償機能、チャネル間の遅延を付与するｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能である。これらの３つの機能は、どの順番で実行しても構わない。図１４は、分散補償機能部３１、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２、光増幅機能部３３の順番で実行する構成を示している。

図１５は、図１４に示す順番を変更して、光増幅機能部３３、分散補償機能部３１、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２の順番で実行する構成を示している。また、図１６は、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２、分散補償機能部３１、光増幅機能部３３の順番で実行する構成を示している。さらに、図１７は、光増幅機能部３３、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２、分散補償機能部３１の順番で実行する構成を示している。

なお、図１４〜図１７に示す分散補償機能部３１を分散補償ファイバ（Dispersion Compensation Fiber：ＤＣＦ）を用いて行う場合には、ＤＣＦのコア径が、通常の伝送路ファイバよりも小さく、ＤＣＦ内での非線形発生が問題となるため、光信号パワーが小さいところで用いるのが通常である。したがって、ＤＣＦを用いる場合には、図１４や図１６に示す構成を用いるのがよい。また、分散補償機能部３１を第１実施形態によるＬＣＯＳＷＳＳのＴＯＤＣ機能により実現する場合には、光信号パワーに依存しないため、どの構成でも構わない。

次に、図１４〜図１７に示すｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部の構成を説明する。図１８は、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２の構成を示すブロック図である。図１８に示すｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２は、波長分波機能部３２１、遅延付与部３２２、波長合波機能部３２３を備える。波長分波機能部３２１は入力光信号を３波長に分波する。遅延付与部３２２は、分波したそれぞれの光信号に対して波長毎に異なる遅延量を付与する。波長合波機能部３２３は、遅延付与部３２２のそれぞれによって遅延量が付与された光信号を合波する。ここで、波長分波機能部３２１に周回性を有するＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）を用いると、３波長周期で、同一ポートに信号がルーチングされるので、広い波長範囲での動作が可能になる。

図１９は、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２の構成の変形例を示すブロック図である。図１９に示すｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２は、波長分波機能部３２４、遅延付与部３２２、波長合波機能部３２５を備える。これは、波長分波機能部３２４と波長合波機能部３２５にＩＬＦ（インターリーブフィルタ）を用いた場合の構成である。奇数番目と偶数番目の波長チャネルがそれぞれ別の経路で、異なる遅延量を付与されることになる。

図２０は、ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２の構成の変形例を示すブロック図である。図２０に示すｗａｌｋ−ｏｆｆ付与部３２は、ＬＣＯＳＷＳＳ（例えばＦｉｎｉｓａｒ社ＷａｖｅＳｈａｐｅｒ）を用いたチャネル別遅延付与部を備えている。ＬＣＯＳＷＳＳの内部で波長チャネル毎に異なる遅延量を付与することが可能であるので、一つのデバイスでシンプルな構成が可能である。

なお、図１８および図１９に示す遅延付与部３２２は、その遅延量が可変である必要はなく、チャネル毎に異なる固定の遅延量でも構わない。

次に、ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いて、光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成を説明する。図２１は、ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いて、光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成を示すブロック図である。図２１に示す構成は、チャネル毎分散補償機能部と波長分波機能部とを一つのＬＣＯＳＷＳＳで実現した場合の構成である。

波長分波機能部＋チャネル毎分散補償機能部４１は、入力される光信号を分波し、分波した光信号それぞれにチャネル毎の分散補償を行って出力する。遅延付与部３２２は、分波したそれぞれの光信号に対して波長毎に異なる遅延量を付与する。波長合波機能部３２３は、遅延付与部３２２のそれぞれによって遅延量が付与された光信号を合波して出力する。

次に、ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いて、光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成の変形例を説明する。図２２は、チャネル毎分散補償機能部と波長分波機能部とを一つのＬＣＯＳＷＳＳで実現し、チャネル毎遅延付与機能部と波長合波機能部とを一つのＬＣＯＳＷＳＳで実現し、ＬＣＯＳＷＳＳ２台で光ノード機能を実現した場合の構成を示すブロック図である。

波長分波機能部＋チャネル毎分散補償機能部４１は、入力される光信号を分波し、分波した光信号それぞれにチャネル毎の分散補償を行って出力する。波長合波機能部＋チャネル毎遅延付与部４４は、波長分波機能部＋チャネル毎分散補償機能部４１から出力する光信号それぞれに対して、遅延量を付与し、遅延量が付与された光信号を合波して出力する。

次に、ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いて、光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成の変形例を説明する。図２３は、図２２に示す光ノードにおける分散補償機能とｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能を集積した構成の変形例を示すブロック図である。図２２に示すように、ＬＣＯＳＷＳＳを２台用いる場合には、波長毎に分波することは必須ではないため、図２３に示すとおり、チャネル毎の分散補償機能とチャネル毎の遅延付与機能だけを組み合わせた形態でも構わない。

チャネル毎分散補償機能部４５は、入力される光信号に対してチャネル毎の分散補償を行って出力する。チャネル毎遅延付与部４６は、チャネル毎分散補償機能部４５から出力する光信号に対して、チャネル毎に遅延量を付与して出力する。これにより、図２３に示す構成であっても、図２２に示す構成と同等の処理を行うことが可能となる。

このように、ＬＣＯＳ等の位相制御素子を用いることにより、個別の光デバイスを組み合わせるより、分散補償量を可変にできるため、より様々なネットワーク条件にも対応できることになり、装置自体も簡単な構成にすることができる。

次に、石英ガラス等を用いたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成を説明する。図２４は、石英ガラス等を用いたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した場合の構成を示すブロック図である。ＰＬＣは、機械的に安定したデバイスであり、集積化や小型化に適している。図２４に示す構成は、遅延付与部と波長合波機能部をＰＬＣで実現した場合の構成を示している。

波長分波機能部＋チャネル毎分散補償機能部５１は、入力される光信号を分波して、分波したチャネル毎に分散補償を行って出力する。遅延付与部５２のそれぞれは、分波された光信号毎に遅延量を付与して出力する。波長合波機能部５３は、遅延付与部５２のそれぞれから出力する光信号を合波して出力する。

次に、石英ガラス等を用いたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成の変形例を説明する。図２５は、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成の変形例を示すブロック図である。図２５に示す構成はチャネル毎の分散補償機能部は、ＬＣＯＳＷＳＳで実現し、Ｗａｌｋ−ｏｆｆ付与機能部を全てＰＬＣで実現した構成である。

チャネル毎分散補償機能部５４は、入力される光信号に対してチャネル毎に分散補償を行って出力する。波長分波機能部５５は、チャネル毎分散補償機能部５４から出力する光信号を分波して出力する。遅延付与部５２のそれぞれは、波長分波機能部５５から出力される光信号のそれぞれに対して、遅延量を付与して出力する。波長合波機能部５３は、遅延付与部５２のそれぞれから出力する光信号を合波して出力する。

次に、石英ガラス等を用いたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成の変形例を説明する。図２６は、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成の変形例を示すブロック図である。図２６に示す構成は、さらに分散補償の粗調整機能をＰＬＣで実現し、ＬＣＯＳＷＳＳでは調整範囲が限定される分散補償量の拡大を実現する構成である。

チャネル毎分散補償機能部５４は、入力される光信号に対してチャネル毎に分散補償を行って出力する。分散補償粗調整部５６は、チャネル毎分散補償機能部５４から出力する光信号に対して、分散補償の粗調整を行って出力する。なお、分散補償機能部５４と分散補償粗調整部５６の両方を通過することで、チャネル毎の分散補償ができればよいので、その順番が逆になっても構わない。波長分波機能部５５は、分散補償粗調整部５６から出力する光信号を分波して出力する。遅延付与部５２のそれぞれは、波長分波機能部５５から出力される光信号のそれぞれに対して、遅延量を付与して出力する。波長合波機能部５３は、遅延付与部５２のそれぞれから出力する光信号を合波して出力する。

次に、石英ガラス等を用いたＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成の変形例を説明する。図２７は、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）で光ノードの機能を集積化した構成の変形例を示すブロック図である。図２７に示す構成は、さらに分散補償の粗調整機能をＰＬＣで実現し、ＬＣＯＳＷＳＳでは調整範囲が限定される分散補償量の拡大を実現する構成である。

図２６に示す構成では、波長毎に分波することは必須ではないため、図２７に示すとおり、分散補償粗調整部５７、チャネル毎分散補償機能部５８及びチャネル毎遅延付与部５９だけを組み合わせた形態でも構わない。分散補償粗調整部５７は、入力させる光信号に対して、分散補償の粗調整を行って出力する。チャネル毎分散補償機能部５８は、分散補償粗調整部５７から出力される光信号に対してチャネル毎に分散補償を行って出力する。チャネル毎遅延付与部５９は、チャネル毎分散補償機能部５８から出力される光信号に対して、遅延量を付与して出力する。

このようにＰＬＣとＬＣＯＳＷＳＳを組み合わせることにより、集積化された小型な装置において、分散補償量や遅延量を設定変更できるようになり、より柔軟な装置を実現できることになる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態による光伝送システムを説明する。図２８は、第４実施形態による光伝送システムの動作を示す図である。図４に示す第１実施形態においては、ファイバの波長分散係数がＤＳＦのように小さく伝搬途中の波形歪が比較的小さい場合を示していた。図２８は、ファイバの分散係数が大きいＳＭＦなどの場合の動作を示す図である。分散係数が大きい場合には、波長分散により伝搬途中の波形歪が大きくなりビットの境界のピークパワーが、ファイバ入射端時のパワーより大きくなる場合がある。ＳＰＭは、伝送信号のピークパワーに比例するので、ＳＰＭ補償は、ファイバ入射端の波形情報を用いるのではなく、ピークパワーが最大となる伝搬途中の波形情報を用いるほうが、より補償効果が得られることになる。

次に、図２９を参照して、図２８に基づく１ｓｔｅｐＤＢＰの動作を説明する。図２９は、１ｓｔｅｐＤＢＰの動作を示すフローチャートである。まず、伝搬途中のピークパワーが最大となる波形になるように分散補償を行う（ステップＳ１）。続いて、第１実施形態と同じようにスパン数分の位相回転を行う（ステップＳ２）。ただし、信号パワーは、ファイバ入射端のパワーではなくて、ステップＳ１において得られた波形のピークパワーを用いる。次に、ステップＳ１の分散補償をキャンセルする（ステップＳ３）。分散補償を行うため、デジタル信号処理により負荷が大きくなるが、装置全体が分散補償されているため、スパン数分の分散補償を行う必要はなく、スパン数分の位相回転の前後に１回ずつ分散補償をすればよいだけであるので、デジタル信号処理回路規模は、大きくならない。

このように、ファイバの分散係数が大きい場合には、伝搬途中のピークパワーに基づくＳＰＭ補償を行うことにより、よりＳＰＭ補償の効果を向上させることが可能となる。

なお、前述した説明においては、スパン毎に分散補償をする例を説明したが、複数スパン毎又は一部のスパンでのみ分散補償を行うようにしてもよい。

また、前述した説明においては、１スパン分の位相回転をＮ倍した位相回転を１回行うことでＳＰＭ補償する例を説明したが、位相回転を複数回に分割してもよく、さらに、１スパン分の位相回転に伝搬距離を乗じて１スパン分の距離を除した位相回転することでＳＰＭ補償してもよい。

以上説明したように、チャネル間の時間遅延差を与えることで相互位相変調を抑圧するＷａｌｋ−ｏｆｆ機能と、波長分散を補償する光学的分散補償機能を備えるようにしたため、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）での非線形補償に係る処理を軽減し、中継スパン毎に光学補償を行うことによりＷＤＭ伝送時のＳＰＭ補償の効果をより改善することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。

ＷＤＭデジタルコヒーレント伝送システムにおいて、非線形光学効果補償の効率改善とデジタル信号処理部の負荷を低減することが不可欠な用途にも適用できる。

１、１ａ・・・送信部（Ｔｘ）、２・・・合波部、３、４、１０、１１、１２、１３、１４、１５・・・光ノード、５、６、７、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３・・・光伝送路、８・・・受信部（Ｒｘ）、３１・・・分散補償機能部、３２・・・Ｗｏｌｋ−ｏｆｆ付与部、３３・・・光増幅機能部、３２１、３２４・・・波長分波機能部、３２２・・・遅延付与部、３２３、３２５・・・波長合波機能部、３２６・・・チャネル別遅延付与部、４１・・・波長分波機能部＋チャネル毎分散補償機能部、４２・・・遅延付与部、４３・・・波長合波機能部、４４・・・波長合波機能部＋チャネル毎遅延付与部、４５・・・チャネル毎分散補償機能部、４６・・・チャネル毎遅延付与部、５１・・・波長分波機能部＋チャネル毎分散補償機能部、５２・・・遅延付与部、５３・・・波長合波機能部、５４、５８・・・チャネル毎分散補償機能部、５５・・・波長分波機能部、５６、５７・・・分散補償粗調整部、５９・・・チャネル毎遅延付与部

Claims

光信号を送信する光送信機と、前記光信号を受信する光受信機と、前記光送信機と前記光受信機との間に設けられ、前記光信号を中継する光ノードを備えるデジタルコヒーレント光伝送システムであって、
前記光ノードは、
前記光信号のスパン毎の損失を補償する光増幅手段と、
前記スパン毎の分散を補償する分散補償手段と、
波長チャネル間に相対時間差を付与する遅延付与手段と
を備え、
前記光送信機と前記光受信機のうち、いずれか一方または両方において、光伝送路ファイバにおける非線形光学効果を補償するための位相回転量をΦ _ｃｏｍｐとすると、
Φ _ｃｏｍｐ＝α _ＳＰＭ・Ｐ・γ・Ｌ _ｅｆｆ・Ｎ（ここで、α _ＳＰＭはＳＰＭ補償係数、Ｐはファイバ入力パワー、γは非線形係数、Ｌ _ｅｆｆは有効長、Ｎはスパン数）
によって求めた位相回転量による位相回転により前記非線形光学効果を補償することを特徴とする光伝送システム。
前記分散補償手段と前記遅延付与手段のいずれか一方または両方は、光位相制御機能デバイスにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
前記遅延付与手段と分散補償手段のいずれか一方または両方にＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）を使用したことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
前記位相回転の前後に分散補償処理を１回ずつ行うことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
光信号を送信する光送信機と、前記光信号を受信する光受信機と、前記光送信機と前記光受信機との間に設けられ、前記光信号を中継する光ノードを備えるデジタルコヒーレント光伝送システムが行う光伝送方法であって、
前記光ノードが、前記光信号のスパン毎の損失を補償する光増幅ステップと、
前記光ノードが、前記スパン毎の分散を補償する分散補償ステップと、
前記光ノードが、波長チャネル間に相対時間差を付与する遅延付与ステップと
前記光送信機と前記光受信機のうち、いずれか一方または両方が、光伝送路ファイバにおける非線形光学効果を補償するための位相回転量をΦ _ｃｏｍｐとすると、
Φ _ｃｏｍｐ＝α _ＳＰＭ・Ｐ・γ・Ｌ _ｅｆｆ・Ｎ（ここで、α _ＳＰＭはＳＰＭ補償係数、Ｐはファイバ入力パワー、γは非線形係数、Ｌ _ｅｆｆは有効長、Ｎはスパン数）
によって求めた位相回転量による位相回転により前記非線形光学効果を補償する非線形光学補償ステップと
を有することを特徴とする光伝送方法。