JP6072302B2 - 波長多重伝送システム - Google Patents

Description

この発明は、複数の光送受信機を内蔵した複数のトランスポンダを有する光送受信装置を備えた波長多重伝送システムに関するものである。

光海底ケーブル伝送システムは、短距離向けに海峡横断などに適用する無中継伝送方式と、長距離向けに大洋横断などに適用する中継伝送方式に大別される。中継伝送方式の光海底ケーブル伝送システムは、海底中継伝送路とその両端の陸地の海岸局装置等から構成され、海底中継伝送路では、海底中継装置が５０ｋｍ程度の中継スパンごとに配設される構成が一般的である。光海底ケーブル伝送システムでは、波長分割多重光伝送（ＷＤＭ）技術が一般的に用いられる。

図５はＷＤＭ装置の構成を示す概略図である。ＷＤＭ装置は、複数の光送受信機１０１、光波長多重分離装置１０２、光波長多重分離装置１０３及び複数の光送受信機１０４から構成される。複数の光送受信機１０１はそれぞれレーザを備え、互いに異なった波長のレーザ光を発光する。そして、光送受信機１０１は、当該レーザ光を変調して送信信号を生成する。その後、光波長多重分離装置１０２で上記複数の送信信号が多重化される。その後、多重化された送信信号は光海底ケーブルを伝送する。一方、受信側では、多重化された送信信号を光波長多重分離装置１０３で各波長の光信号に分離する。そして、各光信号を複数の光送受信機１０４でそれぞれ受信し、内蔵する受光素子により電気信号に変換する。このＷＤＭ技術は、少量のケーブルリソースから大容量の情報伝送を可能にする利点がある。

ＷＤＭ技術を用いた光海底ケーブル伝送システムにおいては、波長間隔を狭くして密に多重化する方法や、光送受信機１０１のビットレートを高速化する方法によって、通信容量の大容量化が可能である。現在では、４０Ｇｂｐｓ、１００Ｇｂｐｓの伝送速度を有する光海底ケーブル伝送システムが実現されている。

一方、波長間隔を狭くし多重化を密にすると送信光パワーが増加する。例えば１波あたりの送信光パワーを＋１０ｄＢｍとし多重数を６４とすると、送信光パワーは＋２８ｄＢｍにも達する。しかしながら、光ファイバに入力する光パワーを大きくするとファイバの非線形効果が顕著に現れ伝送特性を悪化させるため、送信光パワーには限界がある。そのため、１波あたりの送信光パワーを落とす必要がある。しかしながら、送信光パワーを落とせば、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ）を劣化させるため、過度に送信光パワーを低減すると、伝送特性が悪化する課題がある。

また、ビットレートを高速化させると送信光のスペクトル幅が大きくなる。そのため、従来の変調方式であるＯＯＫ（ＯＮ−ＯＦＦ Ｋｅｙｉｎｇ）やＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）を用いると、波長間隔を狭くできず、波長多重数を稼げない欠点がある。

これらを解決する手段として、デジタルコヒーレント方式の一つであるＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式、ＤＰ−ＢＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式などの多値変調を用いる方法が提案されている。さらに、１つのトランスポンダ内に複数の光送受信機を備え、複数の波長で信号を伝送することでビットレートを上げるマルチキャリア方式も提案されている。例えば、マルチキャリア数が２である場合、２台の光送受信機を１台のトランスポンダに備え、２波長で信号を伝送する。

従来、マルチキャリア方式を用いる場合、光波長多重分離装置を用いない場合を考慮して、トランスポンダ内でキャリアの多重及び分離を行い１つの入出力を行う構成としている。この場合、図６に示すように、トランスポンダ１０５内の送信側では、キャリア数と同数の光送信機１０５１から複数の光信号を出力し、光チューナブルフィルタ１０５２によりキャリア間干渉を抑制するために光信号のスペクトル狭窄を行い、光カプラ１０５３で各光信号を合波する。また、受信側では、送信された光信号を光カプラ１０５４により複数の光信号に分波し、光チューナブルフィルタ１０５５で受信する光信号のみを抽出し、キャリア数と同数の光受信機１０５６により光信号を受信する。

しかしながら、この構成では、キャリア数の２倍の光チューナブルフィルタ１０５２，１０５５と２つの光カプラ１０５３，１０５４がトランスポンダ１０５内に必要となり、複雑かつコストがかかるという課題がある。また、従来のマルチキャリア方式の波長多重伝送システムでは、伝送特性が劣化する要因として、キャリア間の光パワー差の発生による波長多重の際のスペクトルのバランスの崩れや、キャリア間の偏波もしくは変調タイミングが一致することによる長距離伝送による非線形ペナルティの増大などが挙げられる。

特開２００１−２３０７５９号公報

上述の通り、従来のマルチキャリア方式を用いた波長多重伝送システムでは、トランスポンダ１０５内に光チューナブルフィルタ１０５２，１０５５及び光カプラ１０５３，１０５４が必要となり、複雑かつコストのかかる構成となる。また、従来、キャリア間のパワー差が発生することで波長多重の際にスペクトルのバランスが崩れ、また、キャリア間の偏波もしくは変調タイミングが一致することで非線形ペナルティが大きくなり、伝送特性が劣化する課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡素で安価な構成で、伝送特性の劣化を抑制したマルチキャリア方式の波長多重伝送システムを提供することを目的としている。

この発明に係る波長多重伝送システムは、複数の光送受信機を内蔵した複数のトランスポンダを有する光送受信装置と、各光送受信機のＢＥＲをモニタするＢＥＲモニタ装置と、各光送受信機から出力された光信号を減衰する可変光減衰器と、ＢＥＲモニタ装置によりモニタされた各光送受信機のＢＥＲの合計が最小となるよう可変光減衰器の減衰量を制御する制御部と、可変光減衰器により減衰された各光信号を合波して外部に送り、外部からの光信号を分波して当該各光送受信機に送る光合分波装置とを備えたものである。

また、この発明に係る波長多重伝送システムは、複数の光送受信機を内蔵した複数のトランスポンダを有する光送受信装置と、トランスポンダ毎に、各光送受信機から出力された光信号の偏波を等間隔でずらすよう制御する偏波制御部と、偏波制御部により偏波が制御された各光信号を合波して外部に送り、外部からの光信号を分波して当該各光送受信機に送る光合分波装置とを備えたものである。

また、この発明に係る波長多重伝送システムは、複数の光送受信機を内蔵した複数のトランスポンダを有する光送受信装置と、各光送受信機の変調タイミングをモニタするタイミングモニタ部と、タイミングモニタ部によりモニタされた変調タイミングを、各光送受信機間でずらすよう制御するタイミング制御部と、各光送受信機から出力された光信号を合波して外部に送り、外部からの光信号を分波して当該各光送受信機に送る光合分波装置とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、簡素で安価な構成で、伝送特性の劣化を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る波長多重伝送システムの概要を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る波長多重伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る波長多重伝送システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る波長多重伝送システムの構成を示す図である。 従来のＷＤＭ装置の構成を示す概略図である。 従来の波長多重伝送システムのトランスポンダの構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る波長多重伝送システムの概要を示す図である。
本発明の波長多重伝送システムでは、図１に示すように、各キャリア（光信号）を合分波する機能を、トランスポンダ１１内ではなく、外部の光合分波装置２（光合波器２１、光分波器２２）に備える。これにより、キャリア数の２倍のチューナブルフィルタを用いる構成ではなく、一般的なインターリーバ、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇａｔｉｎｇ）で代替可能となり、簡素で安価なシステムを提供することができる。
また、実施の形態１では、ＡＷＧ内部のキャリア間のパワー差による伝送特性の劣化を防ぐために、各キャリアのＢＥＲをモニタして当該各キャリアの光出力パワーを最適にする機能を設ける。なお以下では、各キャリアの光出力パワーを最適にする機能は、光合分波装置２に備えられるものとして説明するが、トランスポンダ１１内に備えられてもよい。

次に、上記を実現する波長多重伝送システムについて、図２を参照しながら説明する。
なお図２では、マルチキャリア数がｍの波長多重伝送システムを示している。
波長多重伝送システムは、図２に示すように、光送受信装置１、光合分波装置２及びＢＥＲモニタ装置３から構成されている。

光送受信装置１は、ｍ個の光送受信機１１１が内蔵されたトランスポンダ１１をｎ個有し、光信号の送受信を行うものである。なお図１では、１つのトランスポンダ１１のみを図示している。各光送受信機１１１は、互いに異なった波長のレーザ光を発光し、当該レーザ光を変調して送信信号（光信号）を生成して光合分波装置２に送り、また、光合分波装置２からの光信号を受信し、内蔵する受光素子により電気信号に変換するものである。
この光送受信装置１から出力されるマルチキャリアの光信号数は、ｍ×ｎ本である。また、光送受信装置１の各光送受信機１１１は、相手のＢＥＲに関する情報（受信ＢＥＲ情報）をＢＥＲモニタ装置３に送信する機能も有している。

光合分波装置２は、光送受信装置１の外部に設けられ、各光送受信機１１１からの光信号を合波して外部に送り、外部からの光信号を分波して当該各光送受信機１１１に送るものである。この光合分波装置２は、光合波器２１、光分波器２２、可変光減衰器（ＶＯＡ）２３及び制御部２４から構成されている。

光合波器２１は、各光送受信機１１１から出力され可変光減衰器１４により減衰された光信号を合波するものである。この光合波器２１により合波された光信号は外部に送られる。
光分波器２２は、外部からの光信号を分波するものである。この光分波器２２により分波された光信号は各光送受信機１１１に送られる。

ＶＯＡ２３は、各光送受信機１１１に対応して設けられ、当該対応する光送受信機１１１からの光信号を減衰するものである。
制御部２４は、ＢＥＲモニタ装置３によりモニタされた各光送受信機１１１のＢＥＲの合計が小さくなるようＶＯＡ２３の減衰量を制御するものである。

ＢＥＲモニタ装置３は、光送受信装置１からの受信ＢＥＲ情報に基づいて、各光送受信機１１１のＢＥＲをモニタするものである。

次に、上記のように構成された波長多重伝送システムによる効果について説明する。
波長多重伝送システムの光送受信装置１は、ｍ個の光送受信機１１１を内蔵したトランスポンダ１１をｎ個有しており、当該光送受信装置１からはｍ×ｎ本のマルチキャリアの光信号が出力される。この光送受信装置１から出力されるｍ×ｎ本のマルチキャリアは、各キャリアで光送受信機１１１のばらつきにより光出力パワーが異なる。そして、各キャリアの光出力パワーが異なったまま長距離伝送を行うと、５０ｋｍ程度の間隔で備え付けられた海底中継装置での光出力パワーの増幅が均等に行われない。その結果、キャリア間の出力バランスが崩れ、さらに長距離伝送により発生する非線形ペナルティが大きくなり、伝送特性の劣化を招いてしまう。これらの劣化を抑制するためには、各キャリアの光出力パワーを最適にする必要がある。

そこで、本発明では、ＢＥＲモニタ装置３にて各光送受信機１１１のＢＥＲをモニタする。ここで、ＷＤＭの多くは双方向通信を行っていることから、各光送受信機１１１から相手のＢＥＲに関する情報を得ることができ、そのＢＥＲの値をＢＥＲモニタ装置３にてモニタすることが可能である。
そして、制御部２４は、ＢＥＲモニタ装置３のモニタ結果に応じて各ＶＯＡ２３を制御する。この際、制御部２４は、ＢＥＲモニタ装置３によりモニタされた各光送受信機１１１のＢＥＲの合計が最小となるようにＶＯＡ２３を制御することで、各キャリアの光出力パワーを最適化することが可能になる。これにより、光出力パワーが最適化された各光信号が光合分波装置２で合波され、１本の光信号として送信されるため、伝送特性の劣化を抑えることができ、長距離伝送が可能となる。

なお特許文献１には、局内の装置を高速信号化して光ファイバの本数を減らし、距離の長い局間を多重化により低速化することで、局内の装置を簡素化した構成が開示されている。この特許文献１に開示された技術は、本発明と波長多重技術として構成のみ類似している。しかしながら、本発明は、特許文献１に開示された技術に対し、トランスポンダ１１のキャリア多重分離機能をトランスポンダ１１外で行うという目的に大きな相違点がある。

以上のように、この実施の形態１によれば、ＶＯＡ２３、制御部２４及びＢＥＲモニタ装置３を実装し、各キャリアのＢＥＲをモニタし、そのＢＥＲの合計が小さくなるようＶＯＡ２３を制御することで、送信側のキャリア間で光出力パワーが異なることにより生じる長距離伝送ペナルティを低減させることができる。また、光合分波装置２を光送受信装置１外に置くことで、従来のキャリア数の２倍のチューナブルフィルタを用いた複雑で高価な構成を、インターリーバ、ＡＷＧに置き換えることができ、簡素で安価な構成を実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＡＷＧ内部のキャリア間のパワー差による伝送特性の劣化を防ぐために、各キャリアのＢＥＲをモニタし、そのＢＥＲの合計が小さくなるようＶＯＡ２３を制御する機能を備える場合について示した。それに対し、実施の形態２では、キャリア間の偏波を等間隔にずらして非線形ペナルティを抑制するために、各キャリアの偏波を制御する機能を備える場合について示す。
図３はこの発明の実施の形態２に係る波長多重伝送システムの構成を示す図である。なお図３では、波長多重伝送システムの構成のうち、送信側に関する構成についてのみ図示している。図３に示す実施の形態２に係る波長多重伝送システムは、図２に示す実施の形態１に係る波長多受伝送システムからＶＯＡ２３、制御部２４及びＢＥＲモニタ装置３を削除し、光合分波装置２に偏波制御部２５を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

偏波制御部２５は、各光送受信機１１１に対応して設けられ、トランスポンダ１１毎に各光送受信機１１１からのｍ本の光信号の偏波を等間隔（略均一の間隔の意味を含む）でずらすように、当該対応する光送受信機１１１からの光信号の偏波を制御するものである。

ここで、トランスポンダ１１から出力されるｍ本のマルチキャリアは、それぞれランダムな偏波状態である。一方、長距離伝送における非線形ペナルティは、偏波あたりの光パワーの大きさに比例して大きくなる。そのため、ｍ本のマルチキャリア間で偏波が一致した場合は、非線形ペナルティが大きくなり伝送特性の劣化を招いてしまう。

これらの劣化を抑制するためには、各キャリアの偏波をそれぞれ異なる偏波状態にする必要がある。そこで、偏波制御部２５を用いて、ｍ本のマルチキャリアの偏波を等間隔にずらす。これにより、非線形ペナルティを抑制することができ、伝送特性の劣化を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、ＡＷＧ内部のキャリア間のパワー差による伝送特性の劣化を防ぐために、各キャリアのＢＥＲをモニタし、そのＢＥＲの合計が小さくなるようＶＯＡ２３を制御する機能を備える場合について示した。それに対し、実施の形態３では、キャリア間の変調タイミングをずらして非線形ペナルティを抑制するために、各キャリアの変調タイミングをモニタしてその変調タイミングを制御する機能を備える場合について示す。
図４はこの発明の実施の形態３に係る波長多重伝送システムの構成を示す図である。なお図４では、波長多重伝送システムの構成のうち、送信側に関する構成についてのみ図示している。図４に示す実施の形態３に係る波長多重伝送システムは、図２に示す実施の形態１に係る波長多受伝送システムからＶＯＡ２３、制御部２４及びＢＥＲモニタ装置３を削除し、光合分波装置２にタイミングモニタ部２６を追加し、光送受信装置１にタイミング制御部１２を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

タイミングモニタ部２６は、各トランスポンダ１１に対応して設けられ、当該対応するトランスポンダ１１の各光送受信機１１１の変調タイミングをモニタするものである。
タイミング制御部１２は、各トランスポンダ１１に対応して設けられ、タイミングモニタ部２６によりモニタされた変調タイミングを、当該対応するトランスポンダ１１の光送受信機１１１間でずらすよう制御するものである。

ここで、トランスポンダ１１から出力されるｍ本のマルチキャリアの変調タイミングは、それぞれランダムである。一方、長距離伝送における非線形ペナルティは、光パワーの大きさに比例して大きくなる。そのので、ｍ本のマルチキャリア間で変調タイミングが一致した場合は、非線形ペナルティが大きくなり伝送特性の劣化を招いてしまう。

これらの劣化を抑制するためには、各キャリアをそれぞれ異なる変調タイミングにして出力する必要がある。そこで、タイミングモニタ部２６を用いて、各キャリアの変調タイミングをモニタし、その結果に応じてタイミング制御部１２によりトランスポンダ１１の変調タイミングを制御する。そして、ｍ本のマルチキャリアの変調タイミングをずらすことで、非線形ペナルティを抑制することができ、伝送特性の劣化を抑制することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係る波長多重伝送システムは、簡素で安価な構成で、伝送特性の劣化を抑制することができ、複数の光送受信機を内蔵した複数のトランスポンダを有する光送受信装置を備えた波長多重伝送システム等に用いるのに適している。

１ 光送受信装置、２ 光合分波装置、３ ＢＥＲモニタ装置、１１ トランスポンダ、１２ タイミング制御部、２１ 光合波器、２２ 光分波器、２３ 可変光減衰器（ＶＯＡ）、２４ 制御部、２５ 偏波制御部、２６ タイミングモニタ部、１１１ 光送受信機。

Claims (1)

1. 複数の光送受信機を内蔵した複数のトランスポンダを有する光送受信装置と、
   前記各光送受信機のＢＥＲをモニタするＢＥＲモニタ装置と、
   前記各光送受信機から出力された光信号を減衰する可変光減衰器と、
   前記ＢＥＲモニタ装置によりモニタされた前記各光送受信機のＢＥＲの合計が最小となるよう前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御部と、
   前記可変光減衰器により減衰された各光信号を合波して外部に送り、外部からの光信号を分波して当該各光送受信機に送る光合分波装置とを備えた
   ことを特徴とする波長多重伝送システム。

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