JP7154047B2 - 光アナログ信号伝送路 - Google Patents

Description

本発明は、光アナログ信号伝送路に関する。

ケーブルテレビ（ＣＡＴＶ）の信号を伝達する媒体として、近年では光ファイバが導入されている。光ファイバを用いたＣＡＴＶ信号（光アナログ信号）の伝達方式の１つに、放送信号に基づいて強度変調された光を伝送する光アナログ伝送（光パススルー伝送）がある。

長距離の光信号の伝送では、光ファイバでの光損失が最も小さい波長である１．５μｍ帯（波長１５５０ｎｍ付近）が光信号の波長に用いられる。さらに、光ファイバでの伝送損失を補うため、複数の光増幅器が光ファイバ伝送路に挿入されている。

光増幅器により増幅された直後の光信号によって、光ファイバ内で非線形現象（誘導ブリルアン散乱：ＳＢＳ）が発生した場合、信号波形の歪みが生じる可能性がある。入力信号に付加信号を重畳させることによって、光信号のスペクトルを広げてＳＢＳを抑制することが提案されている（たとえば特開２０００－３０７５１６号公報（特許文献１）を参照）。

特開２０００－３０７５１６号公報

現在、一般的に使用される伝送用光ファイバは、１．３μｍ帯零分散シングルモード光ファイバである。このファイバは、１．５μｍ帯の通信波長において、約１７（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）程度の波長分散を有する。

これまでのＣＡＴＶ信号の帯域が１．５５ＧＨｚ以下であったため、波長分散の影響は顕在化しなかった。しかし今後、４Ｋ／８Ｋ放送に対応して衛星放送では信号帯域が３．２２４ＧＨｚまで広がるため、ＣＡＴＶ信号の帯域もこれに合わせて従来の約２倍程度に拡大していくことになる。このような高周波数の信号を長距離（たとえば１００ｋｍ以上）にわたり光ファイバで伝送する場合には、波長分散による波形歪みが顕在化しやすくなり、映像信号の品質が低下することが懸念される。

加えて、信号帯域が拡大されることにより、アナログ信号の時間波形における尖頭値が高くなりやすい。光増幅器により増幅された直後の光信号によって、光ファイバ中で非線形現象が発生しやすくなる。この点からも映像信号の品質低下が生じる可能性がある。

本発明の目的は、波長分散あるいは非線形現象の影響を抑制して信号品質の低下を抑制することが可能な光アナログ信号伝送路を提供することである。

本発明のある局面に従うと、光アナログ信号伝送路は、光アナログ信号の波長帯においてＤ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）の波長分散を有するシングルモード光ファイバと、シングルモード光ファイバにおける、光アナログ信号の入力端側に配置された第１の分散補償手段とを備える。第１の分散補償手段は、２０Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）以下の補償分散量を有する。

好ましくは、シングルモード光ファイバの長さは９０ｋｍ以上であり、光アナログ信号伝送路は、シングルモード光ファイバにおける、光アナログ信号の出力端側に配置された第２の分散補償手段をさらに備える。

好ましくは、第１の分散補償手段の補償分散量が１０Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）であり、第２の分散補償手段の補償分散量が２０Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）である。

好ましくは、シングルモード光ファイバの長さは９０ｋｍ以下である。
好ましくは、シングルモード光ファイバには少なくとも１つの光増幅器が挿入され、少なくとも１つの光増幅器からシングルモード光ファイバへの出力レベルが１２ｄＢｍ以下である。

好ましくは、第１の分散補償手段への入力レベルが７ｄＢｍ以下である。

本発明によれば、光アナログ信号が伝送路を伝送する際に、波長分散あるいは非線形現象の影響を抑制することができるので、信号品質の低下を抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の第１の構成を模式的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の第２の構成を模式的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の適用例を示した図である。 本発明の実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の特性を評価するための構成を示した図である。 図４に示したシングルモード光ファイバ１の入力端側のみに分散補償手段を設置した場合における、補償分散量とチャネルとの間の関係を概略的に示した図である。 図４に示したシングルモード光ファイバ１の出力端側のみに分散補償手段を設置した場合における、補償分散量とチャネルとの間の関係を概略的に示した図である。 本発明の実施の形態に係る光アナログ信号伝送路における、分散補償手段の影響を評価するための構成を示した図である。 分散補償手段の補償分散量と光増幅器における反射光の検出強度との関係を概略的に示した図である。 図４に示したシングルモード光ファイバの入力端側と出力端側との両方に分散補償手段を設置した場合における、補償分散量とチャネルとの間の関係を概略的に示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してあるので、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の第１の構成を模式的に示した図である。光アナログ信号伝送路１０は、シングルモード光ファイバ１と、分散補償手段２と、シングルモード光ファイバ１に挿入された複数の光増幅器３とを備える。

本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の基本的な構成は、シングルモード光ファイバ１と、分散補償手段２とからなる。シングルモード光ファイバ１は、光アナログ信号の波長帯においてＤ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）の波長分散を有する。一般的なシングルモード光ファイバの場合、１．５μｍ帯の通信波長において、Ｄは約１７（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）程度である。

分散補償手段２は、シングルモード光ファイバ１とは逆の波長分散特性（負の分散）を有する。一例として、分散補償手段２は、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）である。分散補償手段２は、分散補償モジュール（ＤＣＭ）であってもよい。ＤＣＦあるいはＤＣＭには種々の公知のものを適用することができる。

分散補償手段２は、シングルモード光ファイバ１の入力端側に配置され、２０Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）以下の補償分散量を有する。「入力端」とは、光アナログ信号が入力される側のシングルモード光ファイバ１の端部である。図１において、シングルモード光ファイバ１の入力端はシングルモード光ファイバ１に入力される光アナログ信号Ｉｎにより、特定される。同様に、シングルモード光ファイバ１の出力端は、シングルモード光ファイバ１から出力される光アナログ信号Ｏｕｔにより特定される。

なお、補償分散量は一般に負の値として表される。したがって分散補償手段２の補償分散量の値も負の値である。ただし説明を容易にするため、この実施の形態では、絶対値を用いて補償分散量を表現する。

光アナログ信号がシングルモード光ファイバ１を伝送する際に、波長分散による波形歪が発生する。この実施の形態では、シングルモード光ファイバ１の入力端側に分散補償手段２を配置する。これにより、シングルモード光ファイバ１を伝送する光アナログ信号の波形歪みを低減することができる。

シングルモード光ファイバ１を伝送する光アナログ信号は、光増幅器３により増幅される。図１では、３段の光増幅器３を例示しているが、光アナログ信号伝送路１０中における光増幅器３の数は限定されず、シングルモード光ファイバ１の長さＬに応じた適切な数を選択することができる。

シングルモード光ファイバ１の長さＬは限定されるものではなく、分散補償手段２による波長分散の抑制の効果が奏せられる長さであることが好ましい。一例では、長さＬは９０ｋｍ以下の適切な長さである。

広帯域の光アナログ信号（たとえば４Ｋ／８Ｋ放送の場合には帯域幅約３ＧＨｚ）の時間波形においては、尖頭値が高くなりやすく、非線形現象が生じる可能性も高くなる。光増幅器３により増幅された直後の光アナログ信号では、たとえば誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）といった非線形現象が発生し得る。この実施の形態では、分散補償手段２の入力レベルが７ｄＢｍ以下とされるとともに、光増幅器３の出力レベルが１２ｄＢｍ以下とされる。これにより、光アナログ信号伝送路１０において、ＳＢＳの発生を抑制することができる。

図２は、本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の第２の構成を模式的に示した図である。図２に示される構成では、図１に示す構成に、分散補償手段４が追加される。分散補償手段４は、シングルモード光ファイバ１の出力端側に配置される。長さＬが大きくなると、分散補償手段２だけでは波長分散による波形歪みの抑制の効果を十分に発揮できない可能性がある。このような場合には、分散補償手段２，４によって、波長分散による波形歪みの抑制の効果を得ることができる。たとえば長さＬは９０ｋｍ以上の長さである。

図２の構成では、分散補償手段２の補償分散量を、分散補償手段４の補償分散量よりも小さくする。一実施形態では、分散補償手段２の補償分散量は１０Ｄであり、分散補償手段４の補償分散量は２０Ｄである。

図２では、４段の光増幅器３を例示しているが、上述の通り、光増幅器３の数は限定されるものではない。図２に示す構成においても、分散補償手段２の入力レベルが７ｄＢｍ以下とされるとともに、光増幅器３の出力レベルが１２ｄＢｍ以下とされる。

図３は、本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の適用例を示した図である。図３には、ＣＡＴＶ信号の光パススルー伝送の例が示される。図３に示すシステムにおいて、本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路１０は、放送センター１１０からのローカル系（集線箇所１２０まで）のＣＡＴＶ信号の伝送に適用することができる。さらに集線箇所１２０からのサブローカル系（起点箇所１３０まで）のＣＡＴＶ信号の伝送にも本発明の一実施の形態に係る光アナログ信号伝送路１０を適用することができる。

図３には、集線箇所１２０および起点箇所１３０をそれぞれ１つずつ示されているが、放送センター１１０からの信号は複数の集線箇所１２０に分岐され、各々の集線箇所１２０からの信号は、複数の起点箇所へと分岐される。

図３の構成によれば、波長分散あるいは非線形現象の影響を抑制してＣＡＴＶ信号の品質を確保することができる。

さらに、以下の理由により、既存の光ファイバ伝送路の改修が必要であっても、改修に必要なコストを低減することができる。４Ｋ／８Ｋ放送の光アナログ信号を伝送する際における光増幅器の出力は、現行のＣＡＴＶ用に要求される出力と同じでよいため、回線を再調整する必要がない。

さらに、本発明の実施の形態では、シングルモード光ファイバ１の入力端側に分散補償手段２を設置する。したがって図３の構成においては、ローカル系の分岐元である放送センター１１０、あるいはサブローカル系の分岐元である集線箇所１２０に分散補償手段２が設置される。複数の集線箇所１２０の中に、受信側（局ＯＮＵの前段）の分散補償手段が不要な集線箇所１２０が存在する場合、あるいは、複数の起点箇所１３０の中に、受信側の分散補償手段が不要となる起点箇所１３０が存在する場合に、受信側に設置される分散補償手段の総数を少なくすることができる。

なお、光アナログ信号伝送路１０の構成として図１に示した構成が示されている。光アナログ信号伝送路１０の距離によっては、図２に示した構成を光アナログ信号伝送路１０に適用することもできる。

次に、光アナログ信号伝送路の特性について詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る光アナログ信号伝送路の特性を評価するための構成を示した図である。図４に示すように、光アナログ信号伝送路１０は、局間線路距離が３０ｋｍのシングルモード光ファイバおよび光増幅器３を４段に接続することによって構成される。シングルモード光ファイバ１の総距離は１２０ｋｍである。４つの光増幅器３の各々の出力レベルは１２ｄＢｍである。図４に示す構成は、たとえば図３に示した適用例における放送センター１１０から集線箇所１２０までの光アナログ信号伝送路の構成に相当する。

分散補償手段は、設置点１１および設置点１２の一方または両方に設置される。設置点１１は、シングルモード光ファイバ１の入力端側の点であり、設置点１２は、シングルモード光ファイバ１の出力端側の点である。外部変調器より、放送チャネルの信号を強度変調した光アナログ信号を送信し、局ＯＮＵで光アナログ信号を受信したときのＣＮＲ（搬送波対雑音比）が測定される。

図５は、図４に示したシングルモード光ファイバ１の入力端側（設置点１１）のみに分散補償手段を設置した場合における、補償分散量とチャネルとの間の関係を概略的に示した図である。図５に示すグラフにおいて、縦軸はＣＮＲを表し、横軸はチャネルを表す。値Ａは、ＣＮＲのある値である。また、図５および以下に説明する図においては、便宜上Ｄを「ｋｍ」により表している。たとえば図中に「１０ｋｍ」と示されている場合の補償分散量は１０Ｄである。

図５のグラフによれば、チャネルＣＨよりも周波数の低いチャネルでは、補償分散量が１０Ｄおよび２０ＤのときのＣＮＲが、補償分散量なしのときのＣＮＲと同じレベルである。しかしながら補償分散量が３０ＤのときのＣＮＲは、補償分散量が１０Ｄおよび２０ＤのときのＣＮＲ、あるいは補償分散量なしのときのＣＮＲよりも低い。これはＳＢＳの発生に起因すると考えられる。

一方、チャネルＣＨよりも周波数の高いチャネルでは、補償分散量なしのときのＣＮＲよりも、補償分散量が１０ＤのときのＣＮＲが高い。さらに、補償分散量が１０ＤのときのＣＮＲよりも、補償分散量が２０Ｄおよびそれ以上のときのＣＮＲが高い。これは、分散補償手段による波長分散の補償の効果に加えて、自己位相変調の効果が生じたことによると考えられる。

図６は、図４に示したシングルモード光ファイバ１の出力端側（設置点１２）のみに分散補償手段を設置した場合における、補償分散量とチャネルとの間の関係を概略的に示した図である。図５に示すグラフと同様に、図６のグラフにおいて、縦軸はＣＮＲを表し、横軸はチャネルを表す。

図６のグラフによれば、チャネルＣＨより低い周波数のチャネルでは、ＣＮＲの値は補償分散量にほとんど依存しない。一方、チャネルＣＨより高い周波数のチャネルでは、補償分散量が大きいほどＣＮＲが向上する。しかし図５および図６を比較すると、シングルモード光ファイバ１の入力端側（設置点１１）のみに分散補償手段を設置したほうが、少ない分散補償量で高いＣＮＲが得られている。

図５および図６から以下のことを導き出すことができる。シングルモード光ファイバ１の入力端側に分散補償手段を設置したほうが、シングルモード光ファイバ１の出力端側に分散補償手段を設置するのに比べて、信号波形の歪を抑える効果が高い。さらに、シングルモード光ファイバ１の入力端側に分散補償手段を設置した場合においては、分散補償手段の補償分散量を２０Ｄ以下とすることにより、ＳＢＳの発生を抑える効果および波長分散を抑制する効果が高い。

図４に示されるように、外部変調器の出力に分散補償手段としてＤＣＦを設置した場合には、ＤＣＦにおいてＳＢＳが発生することが懸念され、その補償分散量が大きい（ＤＣＦが長い）ほど、ＳＢＳが発生しやすくなる。また、シングルモード光ファイバ１に光増幅器が設けられるため、光増幅器の出力レベルが高いとＳＢＳが発生しやすい。ＳＢＳが発生すると、光ファイバ内において光増幅器側への戻り光が発生するため、光アナログ信号の品質が低下する。この課題を解決するために、分散補償手段への入力レベルおよび光増幅器の出力レベルを適切な値に設定する必要がある。

図７は、本発明の実施の形態に係る光アナログ信号伝送路における、分散補償手段の影響を評価するための構成を示した図である。図７に示した構成は、基本的には図４に示す構成と同様である。図７に示した構成では、１段目の光増幅器３の出力段に測定器１５が設けられる。測定器１５により、分散補償手段２の設置に伴うＳＢＳの発生を戻り光（反射光）より評価する。具体的には、光増幅器３への戻り光の光スペクトルを測定器１５によって観測し、歪みの有無でＳＢＳの発生を確認する。

また、局ＯＮＵの出力を測定するための測定器１６が設けられる。測定器１６により、光増幅器３の出力レベル（ＬＰレベル）による信号の品質への影響を評価する。

なお、シングルモード光ファイバ１としてＲ１５光ファイバを用いている。
光増幅器３のＬＰレベルが１２ｄＢｍの場合、補償分散量が１０Ｄおよび２０Ｄのときには、測定器１５で光スペクトルに歪みは観測されなかった。これに対して光増幅器３のＬＰレベルが１２．５ｄＢｍの場合には、補償分散量が１０Ｄおよび２０Ｄのいずれにおいても歪みが観測され、ＳＢＳが生じることが認められた。このことから、補償分散量を２０Ｄ以下とし、光増幅器３の出力レベルを１２ｄＢｍとすることにより、良好なＣＮＲが得られることが導き出される。

図８は、分散補償手段の補償分散量と光増幅器における反射光の検出強度との関係を概略的に示した図である。なお、４つの光増幅器の出力レベルはいずれも１２ｄＢｍである。グラフの縦軸（ＡＭＰ ＲＥＦ）は光増幅器における反射光の検出強度を表し、グラフの横軸は分散補償手段としての分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の挿入量（補償分散量）を表す。

図８に示されるように、補償分散量が１０Ｄ（ＤＣＦ挿入量１０ｋｍ）以下の場合には、４つの光増幅器のいずれにおいても反射光の検出強度は－２０ｄＢｍを下回る。

補償分散量が２０Ｄ（ＤＣＦ挿入量２０ｋｍ）の場合、２段目の光増幅器において反射光（－２５ｄＢｍから－２０ｄＢｍの間の強度）が検出される。

補償分散量が３０Ｄ（ＤＣＦ挿入量３０ｋｍ）以上である場合、各光増幅器において反射光が検出される。

ＣＡＴＶにおいては、信号品質を保証するため、ＣＮＲが全チャネルで１４ｄＢ以上であることが求められる。ＣＮＲが全チャネルで１７ｄＢ以上であればより好ましい。光増幅器のＬＰレベルを１２ｄＢｍとする場合、ＣＮＲが１７ｄＢ以上であるためには、反射光の検出強度が－２０ｄＢｍを下回ることが求められる。したがって補償分散量は２０Ｄであることが求められる。反射光の検出強度をより小さくする（すなわちＳＢＳの発生を抑制する効果を高める）観点から、補償分散量は１０Ｄであることがより好ましい。

図９は、図４に示したシングルモード光ファイバ１の入力端側（設置点１１）と出力端側（設置点１２）との両方に分散補償手段を設置した場合における、補償分散量とチャネルとの間の関係を概略的に示した図である。

シングルモード光ファイバ１の入力端側の分散補償手段における補償分散量が１０Ｄである場合、シングルモード光ファイバ１の距離が長くなると、波長分散による信号の歪を抑制する効果が弱くなる可能性がある。このため、図２に示すように、シングルモード光ファイバ１の距離が長い場合には、シングルモード光ファイバ１の入力端側に分散補償手段２を設置することに加えて、シングルモード光ファイバ１の出力端側にも分散補償手段４を設置することが好ましい。なお設置点１１における分散補償手段の補償分散量は１０Ｄである。

図９に示すように、高い周波数のチャネルにおいて、補償分散量２０Ｄのほうが補償分散量１０Ｄに比べてＣＮＲが向上していることが分かる。したがって図２に示す構成においては、分散補償手段２の補償分散量を１０Ｄとし、分散補償手段４の補償分散量を２０Ｄとすることが好ましい。

本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ シングルモード光ファイバ、２，４ 分散補償手段、３ 光増幅器、１０ 光アナログ信号伝送路、１１，１２ 設置点、１５，１６ 測定器、１１０ 放送センター、１２０ 集線箇所、１３０ 起点箇所、ＣＨ チャネル、Ｉｎ，Ｏｕｔ 光アナログ信号、Ｌ 長さ。

Claims (3)

1. 光アナログ信号伝送路であって、
   光アナログ信号の波長帯においてＤ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）の波長分散を有するシングルモード光ファイバと、
   前記シングルモード光ファイバにおける、前記光アナログ信号の入力端側に配置された第１の分散補償手段と、
   前記シングルモード光ファイバにおける、前記光アナログ信号の出力端側に配置された第２の分散補償手段とを備え、
   前記第１の分散補償手段の補償分散量が１０Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）であり、
   前記第２の分散補償手段の補償分散量が２０Ｄ（ｐｓ／ｎｍ）であり、
   前記シングルモード光ファイバの長さは９０ｋｍ以上である、光アナログ信号伝送路。
2. 前記シングルモード光ファイバには少なくとも１つの光増幅器が挿入され、
   前記少なくとも１つの光増幅器から前記シングルモード光ファイバへの出力レベルが１２ｄＢｍ以下である、請求項１に記載の光アナログ信号伝送路。
3. 前記第１の分散補償手段への入力レベルが７ｄＢｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の光アナログ信号伝送路。

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