JP4813963B2 - 波長分割多重伝送における光送信器、光中継器、光伝送システムおよび光送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数波長の信号光を同一の光ファイバ中に多重化して光通信の大容量化を実現する波長分割多重（ＷＤＭ）伝送システムにおいて使用される波長多重光変調方式に関する。

従来の光通信における波長分割多重伝送システムでは、光送信部は、各々が異なる波長を発振するレーザ、例えば分布帰還型レーザダイオードを個別にチャネル数分だけ用意し、それぞれ個別の外部光変調器を用いてそれぞれの波長の光を送信データ系列によって変調し、送信している。また光受信器では、波長フィルタなどを用いて波長多重された信号光を各波長の変調信号光へと分波し、それぞれの波長の信号光を個別に復調・検波する。変復調方式としては、送信データ信号の０，１を光の強度に符号化して伝送する強度変調−直接検波方式、送信データ信号の０，１を光位相に符号化して伝送する位相変調方式、また、送信データ信号の０，１を光の位相変化として符号化する遅延位相変調方式などがある。ＷＤＭ信号の波長多重数を増やし、波長間隔を狭窄化し周波数利用効率を上げることにより、光ファイバ１本あたりの伝送容量を拡大することが、波長分割多重伝送システムを経済的に構築する上で重要になる。

一般に光ファイバには伝搬定数が周波数によって変化する分散が存在する。この分散の影響で光ファイバ伝搬後の信号光パルス波形は広がり、受信側で符号間干渉による信号波形劣化が生じる。さらに光ファイバでは、その屈折率が光強度に比例して変化する光カー効果によって、四光波混合（ＦＷＭ）、相互位相変調（ＣＰＭ）、自己位相変調（ＳＰＭ）などの非線形光学効果が発生する。例えば、ＦＷＭは３つの異なる波長の光（光周波数：ω_１，ω_２，ω_３）によって、光周波数ω_４＝ω_１＋ω_２−ω_３，ω_３＋ω_１−ω_２，ω_２＋ω_３−ω_１に新たな光（アイドラ光）が発生する現象である。波長分割多重伝送システムでは等間隔に設定された光周波数グリッド上に光信号が配置されるため、ＦＷＭによって発生したアイドラ光の光周波数は他のチャネルの光周波数に一致し、受信側で信号光の波形劣化を引き起こす。自波長の光強度が自波長の位相変化をもたらすＳＰＭや、他波長の光強度が自波長の位相変化をもたらすＣＰＭは、信号光のパルス時間幅を変化させる原因となり、受信側での信号光の波形劣化を引き起こす。そこで、１つの波長での光ファイバ伝送による分散とＳＰＭの影響を伝送後に打ち消すような送信波形を電気演算して、その波形を信号光に符号化する方法が提案されている（非特許文献１参照）。

Kim Roberts, et. al., "Electric Precompensation of Optical Nonlinearity", Photonics Technology Letters, Vol.18, NO.2, pp.403-405 Nonlinear Fiber Optics 3rd-edition, G.P.Agrawal, Academic Press (2001)

波長分割多重伝送では、自波長信号光の非線形光学効果であるＳＰＭ以外に、他波長信号光からの非線形光学効果であるＦＷＭやＣＰＭも信号波形劣化の要因となる。上述したような分散とＳＰＭの影響を打ち消す送信方法では、波長分割多重伝送におけるＦＷＭやＣＰＭによる信号波形劣化を低減することはできない。そのため、ＦＷＭやＣＰＭの影響が少なくなるように波長分割多重伝送システムを設計すると、波長多重数や波長間隔が制限されることになる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、波長分割多重伝送における非線形光学効果による信号波形の劣化を低減する波長多重光送信方式を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信器において、前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生する光源と、伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償する補償手段とを備え、前記補償手段は、前記伝送路パラメータである非線形係数、分散、分散スロープ、および損失係数を含み、送信側での光信号の波形を境界条件として与えることによって受信側での光信号の波形を求める非線形伝搬方程式において、前記伝送路パラメータを−１倍し、受信側での各波長の光信号の所望の波形を境界条件として与えることによって得られる各波長の光信号の波形を前記波形劣化を抑圧するための送信側での各波長の光信号の波形として生成する波形生成手段と、前記波形生成手段で生成された送信側での各波長の光信号の波形に基づいて、各波長の前記搬送波の光振幅と光位相を変調することで前記波形劣化が前補償された各波長の光信号を生成する光変調手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光送信器において、前記波形生成手段は、前記各波長の光信号に対する送信データパターンと、前記送信データパターンの組み合わせに対応する前記送信側での各波長の光信号の波形とを対応付けて格納した記憶手段を備え、前記補償手段は、前記送信データパターンの組み合わせに応じて、前記記憶手段から前記送信側での各波長の光信号の波形を読み出して、前記波形劣化が前補償された各波長の光信号を生成することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信器において、前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生する光源と、伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償する補償手段とを備え、前記補償手段は、各波長の前記搬送波をそれぞれの送信データにより変調して得た各波長の光信号を多重する手段と、前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成する手段と、生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償する位相変調手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光送信器において、前記位相変調信号を生成する手段は、前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を前記それぞれの送信データに基づいて演算することによって求めることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光送信器において、前記位相変調信号を生成する手段は、前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を前記各波長の光信号を多重した光信号の一部を取り出して光電変換して得られた信号から求めることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、光の位相が同期した複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号が多重された光信号を中継する光中継器において、伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償する補償手段を備え、前記補償手段は、前記伝送路中の光電界強度を前記各波長の光信号を多重した光信号の一部を取り出して光電変換して得られた信号から求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成する手段と、生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償する位相変調手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信方法であって、前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生するステップと、伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償するステップとを備え、前記前補償するステップは、前記伝送路パラメータである非線形係数、分散、分散スロープ、および損失係数を含み、送信側での光信号の波形を境界条件として与えることによって受信側での光信号の波形を求める非線形伝搬方程式において、前記伝送路パラメータを−１倍し、受信側での各波長の光信号の所望の波形を境界条件として与えることによって得られる各波長の光信号の波形を前記波形劣化を抑圧するための送信側での各波長の光信号の波形として生成するステップと、生成された前記送信側での各波長の光信号の波形に基づいて、各波長の前記搬送波の光振幅と光位相を変調することで前記波形劣化が前補償された各波長の光信号を生成するステップとを含むことを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信方法であって、前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生するステップと、伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償するステップとを備え、前記前補償するステップは、各波長の前記搬送波をそれぞれの送信データにより変調して得た各波長の光信号を多重するステップと、前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成するステップと、生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償するステップとを含むことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、光の位相が同期した複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号が多重された光信号を中継する光中継方法において、伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償するステップを備え、前記前補償するステップは、前記伝送路中の光電界強度を前記各波長の光信号を多重した光信号の一部を取り出して光電変換して得られた信号から求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成するステップと、生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償するステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバ伝送路中で非線形光学効果による信号波形劣化を低減することにより、波長多重数、周波数利用効率を上げることができ、波長分割多重伝送システムを経済的に構築することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。

本発明の第１の実施例では、波長分割多重伝送における各波長の光位相が時間的に安定な搬送波を用い、さらに信号波形劣化を及ぼす非線形光学効果による他波長からの影響を補償する方法を示す。ここで、各波長の光位相が時間的に安定しているとは、各波長の光位相が同期していることであり、ある波長の光位相と別の波長の光位相との差が一定の速度で安定にシフトし、光位相が一致するタイミングが一定周期になっている状態のことをいう。つまり、光周波数がｆ１、ｆ２の光に対して１／（ｆ１−ｆ２）周期で２つの光位相が一致する状態である。換言すると、異なる波長の光を光受信器で受光すると、２つの光周波数の差で振動する光電流成分（ビート成分）が発生する。このビート成分の周波数、位相が安定である状態を各波長の光位相が同期している状態と呼ぶ。

図１に本発明の波長多重光送信方式の第一の実施例による構成例を示す。図１（ａ）に示すように、波長分割多重伝送システム１００は、複数波長の変調信号光を多重して送信する光送信器２００と、光ファイバ伝送路３００と、複数波長の変調信号光を受信して復調する光受信器４００とを備えている。この波長分割多重伝送システムにおいて、光送信器２００の複数波長の光源から発生する光として、図１（ｂ）に示すように、ｋ、ｋ＋１、ｋ＋２、ｋ＋３の搬送波が波長多重数ｍで周波数軸上に等間隔に配置され、各波長の光位相が同期したものを想定する。

四光波混合は、周波数の異なる３つ、もしくは２つの光の光周波数ミキシングにより新たな光が発生する現象であり、例えば、図１（ｂ）に示すようにチャネルｋ−１、ｋ、ｋ＋１の光周波数をω_ｋ−１、ω_ｋ、ω_ｋ＋１とすると、これらの信号光間の周波数ミキシングによってω_ｋ＋ω_ｋ＋１−ω_ｋ−１＝ω_ｋ＋２にアイドラ光を発生させる。発生するアイドラ光の光位相ψ_ｋ＋２は、チャネルｋ−１、ｋ、ｋ＋１の信号光のそれぞれの光位相φ_ｋ−１、φ_ｋ、φ_ｋ＋１を用いてψ_ｋ＋２＝φ_ｋ−１＋φ_ｋ−φ_ｋ＋１と表される。各搬送波間の光位相が同期していない場合、光周波数ω_ｋ＋２で送信された信号光の光位相φ_ｋ＋２とψ_ｋ＋２は相関を持たないため、四光波混合で発生したアイドラ光とチャネルｋ＋２の信号光の干渉によって生成される信号光の光振幅および光位相はランダムに変動する。一方、各波長の搬送波の光位相をロックすることで、干渉によって生成される信号光の振幅および位相は安定する。さらに、四光波混合によって発生するアイドラ光と同じ振幅で、逆位相の補償用信号光をω_ｋ＋２の信号光に予め付加して送信することで、受信側で四光波混合によるクロストークを打ち消すことが可能となる。

ここでは、簡単のため１つのチャネルに注目して説明したが、他のチャネルでも同様にして四光波混合による波形劣化の効果を打ち消すことができることが理解されよう。但し、付加する補償光が他のチャネルに与える影響も考慮して補償する必要がある。また、各波長の搬送波間の光位相をロックすることにより、自己位相変調、相互位相変調によるチャネル間クロストークも予測可能になるため、光ファイバ伝送路中のすべての非線形光学効果を補償することができる。また、ここでは光送信器で前補償する方法について述べたが、光受信器にて他のチャネルから光ファイバ伝送中に受けた光振幅、光位相波形の変化を推定して補償する方法も可能である。

以下では、強度変調−直接検波方式を例に、補償用信号光を信号光に重畳する構成例について説明する。図２に、その構成例を示す。図２において、光送信器２００は、各チャンネルの搬送波を送信データで変調して信号光を生成する光変調器２１０と、各チャネルの搬送波を補償用の変調信号で変調して補償用信号光を生成する変調器２２０と、各チャネルの送信データから補償用の変調信号を生成する補償信号演算回路２３０と、各チャネルの補償用信号光の位相を調整する位相シフタ２４０と、各チャンネルの信号光および補償用信号光を合波して出力する光合波器２５０とを含む。

ここでは、周波数ω_ｋ＋２の信号光に注目して、ω_ｋ＋２に重畳するω_ｋ−１、ω_ｋ、ω_ｋ＋１の四光波混合光を補償する構成例を示す。送信データｄ_ｋ−１、ｄ_ｋ、ｄ_ｋ＋１がそれぞれ（１、１、１）のとき周波数ω_ｋ＋２に四光波混合光が発生する。そのため、補償信号演算回路２３０はチャネルｋ−１、ｋ、ｋ＋１のデータパターンを読み取って、その値に基づいてω_ｋ＋２の補償用光変調器２２０を駆動して補償用信号光を生成する。補償用信号光の光位相は、四光波混合によって発生するアイドラ光と光位相が反転するように位相シフタ２４０（ｋ＋２）を予め調整し、光合波器（２５０）によってω_ｋ＋２の信号光と合波する。ここでは、周波数ω_ｋ−１、ω_ｋ、ω_ｋ＋１によって周波数ω_ｋ＋２に発生する光を補償する例を示したが、周波数ω_ｋ＋２に重畳する四光波混合光は、図１（ｂ）に示した周波数の組み合わせ以外でも発生する。そのため、それぞれの四光波混合光に対して図２に示した補償用信号光を生成することで、さらなる非線形波形劣化による影響の低減が可能となる。また、補償信号演算回路２３０で用いる伝送路パラメータは各光ファイバに固有のものであり、時間的に変動するため、受信波形が所望の波形となるように光送信器２００の補償信号演算回路２３０をフィードバック制御して補償された送信波形を生成することも可能である。

本実施例では、各波長の光位相が同期している搬送波を用いて、光ファイバ伝送路に依存する伝送路パラメータを係数とする非線形伝搬方程式に、所望の受信信号波形を終状態として与えることによって非線形波形劣化を抑圧するための送信波形を求め、これに基づいて各波長の光振幅と光位相を制御することで前補償された送信信号波形を生成し送信する。

図３を参照して本実施例の動作を説明する。図３に示すように、本実施例による光送信器２００は、各チャネルの搬送波を変調器駆動信号で変調して前補償された送信信号光を生成する変調器２１０と、各チャネルの送信データを非線形伝搬方程式に基づいて補償した変調器駆動信号を生成する波形演算回路２３２とを含む。この光送信器２００では、波長間の周波数と初期位相が時間的に安定な複数波長λ_１、λ_２、λ_３、…λ_ｍの光が搬送波としてそれぞれの光変調器２１０に入力される。各波長の光変調器２１０には、各チャネルに割り当てられた送信データパターンｄ_１，ｎ、ｄ_２，ｎ、ｄ_３，ｎ、…ｄ_ｍ，ｎを各波長λ_１、λ_２、λ_３、…λ_ｍの搬送波の光振幅と光位相に符号化するために波形演算回路２３２で演算された変調器駆動信号の同相位相成分Ｍ_ｉ１、Ｍ_ｉ２、Ｍ_ｉ３、…Ｍ_ｉｍと、直交位相成分Ｍ_ｑ１、Ｍ_ｑ２、Ｍ_ｑ３、…Ｍ_ｑｍが入力される。光変調器２１０で、各波長λ_１、λ_２、λ_３、…λ_ｍの光は、変調器駆動信号の同相位相成分Ｍ_ｉ１、Ｍ_ｉ２、Ｍ_ｉ３、…Ｍ_ｉｍと、直交位相成分Ｍ_ｑ１、Ｍ_ｑ２、Ｍ_ｑ３、…Ｍ_ｑｍにより、その振幅と位相が変調され、送信信号光として伝送路光ファイバ３００に出力される。

送信信号光の搬送波間の光位相が同期している場合には、光送信器の光振幅・光位相を境界条件として非線形伝搬方程式に与えて、光ファイバ伝送後の波形を計算することができる。同様に、非線形伝搬方程式の境界条件として受信側での光振幅・位相波形を与えることで、送信側での波形を計算することができる。したがって、光受信器の光振幅・位相波形として所望の波形を与えて計算することで、光ファイバ伝送路で受ける波形変化が前補償された送信波形を得ることができる。

近年、光ファイバ伝送シミュレーション技術は向上しているが、送信器の波形を境界条件として与え、受信器の波形を求める方法が一般的である。この既存のシミュレーション技術を用いて前補償された送信波形を求めるためには、シミュレーションに用いる伝送路パラメータに負符号をかけて計算すればよい。以下にその原理を示す。非線形伝搬方程式は、光電場Ａ、距離ｚ、時刻ｔ、非線形係数γ、分散β_２、分散スロープβ_３、損失係数αとして、次式で表される（非特許文献２の４９ページを参照）。

ここで、Ｔとは群速度ｖｇで伝搬する光波形の中心を時間０としたときの時刻である。

次に、伝送路光ファイバの長さをＬとし、ｚ’＝Ｌ−ｚとして新たな変数ｚ’を導入する。このときＡ（ｚ’）は次の非線形方程式を満たす。

ｚ’＝０、およびｚ’＝Ｌはそれぞれｚ＝Ｌ、ｚ＝０に対応するため、Ａ（ｚ’＝０）、Ａ（ｚ’＝Ｌ）はそれぞれ受信器、送信器での波形を表す。（２）式は、（１）式の伝送路パラメータγ、β_２、β_３、αを−１倍した方程式に一致する。したがって、Ａ（ｚ’＝０）として所望の波形を与え、伝送路パラメータγ、β_２、β_３、αを負符号として、既存の伝送路シミュレータ技術を用いて前補償送信波形を得ることができる。γ、β_２、β_３、αなどの伝送路パラメータを予め取得しておき、送信データパターンｄ_１，ｎ、ｄ_２，ｎ、ｄ_３，ｎ、…ｄ_ｍ，ｎに応じて、例えばＳｐｌｉｔ−Ｓｔｅｐ Ｆｏｕｒｉｅｒ法（非特許文献２の５１ページを参照）を用いて、（２）式から前補償送信波形を生成するための変調器駆動信号を得ることができる。波形演算回路２３２の出力がデジタル信号の場合には、デジタル−アナログ変換器を介して変調器駆動信号Ｍ_ｉ１、Ｍ_ｉ２、Ｍ_ｉ３、…Ｍ_ｉｍおよびＭ_ｑ１、Ｍ_ｑ２、Ｍ_ｑ３、…Ｍ_ｑｍを生成し、各波長の搬送波の光振幅と光位相を変調することができる。

変調信号Ｍ_ｉ１、Ｍ_ｉ２、Ｍ_ｉ３、…Ｍ_ｉｍとＭ_ｑ１、Ｍ_ｑ２、Ｍ_ｑ３、…Ｍ_ｑｍから各波長の搬送波の光振幅と光位相を変調する方法としては、例えば、同相位相成分と直交位相成分の振幅をそれぞれ変調して、それぞれの変調波形を合波させることで任意の振幅と位相を得る方法がある。このような変調器の構成例を図４に示す。この光変調器２１０は、２つに分岐させたそれぞれの光路にマッハツェンダ干渉計型強度変調器２１２、２１４を配置し、それぞれの変調器を異なる駆動信号で独立に変調できるように構成されている。（２）式から求めた送信波形の同相位相成分と直交位相成分をそれぞれ変調器駆動信号Ｍ_ｉ１、Ｍ_ｉ２、Ｍ_ｉ３、…Ｍ_ｉｍとＭ_ｑ１、Ｍ_ｑ２、Ｍ_ｑ３、…Ｍ_ｑｍに変換して、それぞれ光変調器２１２と２１４に入力する。２つの光路の位相差がπ／２±ｎπ（ｎ：整数）となるように位相シフタ２１６を介して２つの光路を再び結合させることで、前補償送信波形の同相位相成分と直交位相成分をもつ信号光を生成することができる。

図５に波長分割多重伝送システムの各部における信号波形を示す。図５は例として、波長数４、ビットレート１０Ｇｂｐｓ、チャネル間隔２５ＧＨｚで、送信波長が光ファイバのゼロ分散波長付近としている場合を示している。図５（ａ）はチャネル４のデータ系列を示し、図５（ｂ）はチャンネル４の送信波形の同相位相成分を示し、図５（ｃ）は直交位相成分を示している。また、図６に、８０ｋｍの光ファイバ伝送後の受信波形を示す。図６（ａ）は、非線形光学効果と分散による波形劣化が補償され、アイパターンの目が開いた受信波形を示している。図６（ｂ）は、比較のため、本発明による補償を行わなかった場合の受信波形を示している。

送信波形を求める際に、波長分散によりチャネルによって群速度が異なるため、非線形光学効果による他チャネルからの影響は、送信しようとしている送信データパターンｄ_１，ｎ、ｄ_２，ｎ、ｄ_３，ｎ、…ｄ_ｍ，ｎの前後数ビットの送信データパターンを演算に利用することもできる。

また、伝送路パラメータは各光ファイバに固有のものであり、時間的に変動するため、受信波形が所望の波形となるように光送信器の波形演算回路をフィードバック制御して送信波形を生成することもできる。

本発明の第２の実施例では送信データパターンに応じた各波長の送信波形を実時間で演算して求める必要がある。しかし、送信データのビットレートが上がると、その演算速度も上げる必要がある。そこで、本実施例では、複数チャネルのビットパターンの組み合わせに対応した送信波形を、γ、β_２、β_３、αなどの伝送路パラメータを用いて予め演算し、その送信波形を波形データテーブルに蓄積しておき、ビットパターンの組み合わせに応じて波形データテーブルと照合して一致する送信波形を取り出す方法を示す。

図７を参照して、本実施例について説明する。送信データパターンｄ_１，ｎ、ｄ_２，ｎ、ｄ_３，ｎ、…ｄ_ｍ，ｎはデータパターン照合回路２３４により送信しようとする各チャネルの送信データパターンを認識し、データパターン組み合わせに応じてメモリ内の送信波形へのポインタ信号Ｐ_ｉを出力する。波形データメモリ２３６には、γ、β_２、β_３、αなどの伝送路パラメータを用いて予め演算された送信波形がポインタＰ_ｉに対してそれぞれ蓄積してある。照合回路２３４から入力されたポインタ信号Ｐ_ｉに対応した送信波形、もしくは変調器駆動波形が波形データメモリ２３６から出力され、各波長の変調器２１０が駆動される。

送信波形を求める際には、波長分散によりチャネルによって群速度が異なるため、非線形光学効果による他チャネルからの影響は、送信しようとしている送信データパターンｄ_１，ｎ、ｄ_２，ｎ、ｄ_３，ｎ、…ｄ_ｍ，ｎの前後数ビットの送信データパターンを演算に利用する必要があるため、データパターン照合回路では前後数ビットのデータパターンも認識し、ポインタ信号Ｐ_ｉｊを波形データテーブルに出力するようにしてもよい。この場合、波形データテーブルに蓄積される非線形波形劣化を抑圧する送信波形は、前後数ビットのデータパターンを考慮に入れ、予め演算されたものであり、ポインタ信号Ｐ_ｉｊに応じて順次生成される。

また、伝送路パラメータは各光ファイバに固有のものであり、時間的に変動するため、受信波形が所望の波形となるように送信器のデータテーブルをフィードバック制御して送信波形を生成することもできる。

次に、本実施例による具体例についていくつか説明する。図８は、本実施例による送信器の一例である。図８を参照して、光源２０２には短波長のレーザ光源を用いて、周波数ｆで駆動している光変調器２０６により複数波長の光を発生させる。発生した複数波長の光は、波長間隔ｃ／ｆ（ｃは光速）でそれぞれの周波数モードが同期している。複数波長の光は、光分波器２０８により波長ごとの光路に振り分けられ、並列に配置された変調器２１０に入力される。データパターン照合回路２３４は、送信しようとする各チャンネルの送信データパターンｄ_１，ｎ、ｄ_２，ｎ、ｄ_３，ｎ、…ｄ_ｍ，ｎを認識し、データパターン組み合わせに応じてルックアップテーブル２３６内の送信波形へのポインタ信号Ｐ_ｉｊを出力する。ルックアップテーブル２３６には、γ、β_２、β_３、αなどの伝送パラメータを用いて予め演算された送信波形がポインタＰ_ｉｊに対してそれぞれ蓄積してある。照合回路２３４から入力されたポインタ信号Ｐ_ｉｊに対応した変調器駆動波形が、デジタル−アナログ変換器により変換された後、各波長の変調器２１０を駆動する。変調器駆動波形は、各波長の光の同相位相成分と直交位相成分の振幅をそれぞれ変調する変調信号Ｍ_ｉとＭ_ｑで構成される。

変調信号Ｍ_ｉとＭ_ｑでそれぞれ変調された波形を合波させることで任意の振幅と位相を得ることができ、各波長の搬送波に送信波形を符号化することができる。符号化された各波長の搬送波は合波器２５０で合波されて出力される。

光源２０２から各波長に分波するまでの波長間の周波数と初期位相が時間的に安定していても、熱的、機械的な揺らぎによって各波長の光路長が変動して、異なる波長のビート信号が出力側で時間的に不安定になることがある。そこで、位相ロックループ回路と電圧制御発振器（ＶＣＯ）、位相シフタを用いて、異なる波長の搬送波間のビート信号を出力側で安定化させることができる。このような例を、図９に示す。

図９を参照して、光合波器２５０からのＷＤＭ信号光は、光分波手段２６０によりその一部が位相ロックループ回路２６２に入力され、その他はＷＤＭ信号光として出力される。位相ロックループ回路２６２に入力されたＷＤＭ信号光は、位相ロックループ回路内で２波長または隣接波長を含む多波長に分波され、それぞれを光／電気変換し、それらの光周波数差で振動するビート信号を得る。このビート信号の成分とデータクロックで振動する成分を周波数ミキシングすることで、ビート成分の位相Δφ_１、Δφ_２、…Δφ_ｍとデータクロックの位相θとの差（Δφ_１−θ）、（Δφ_２−θ）、…（Δφ_ｍ−θ）を検出する。検出されたこれらの位相差信号は、ＶＣＯ２６４に入力され、位相シフタ２６６の位相シフト量Φを−ΔΦ_１、−ΔΦ_２、…−ΔΦ_ｍだけ変化させる。位相シフト量変化ΔΦ_１、ΔΦ_２、…ΔΦ_ｍは、Δφ_１−θ＝０、Δφ_２−θ＝０、…Δφ_ｍ−θ＝０となるように働き、ある波長とその隣接波長の信号光を検波して得られるビート信号とデータクロックの位相差を時間的に安定化させることができる。

また、上記のような方法以外にも、入力側の分波器２０８から出力側の合波器２５０までを集積化することで熱的、機械的な光路長の揺らぎを軽減させ、ビート信号とデータクロックの位相差を時間的に安定化させることもできる。

光ファイバ中の非線形現象は、光電界強度の２乗に比例した位相変調が発生する現象である。さらに、この位相変調が光ファイバの波長分散を介して波形振幅をも変化させる。そこで、複数チャネルの送信データを用いて、光ファイバ伝送中の光電界強度｜Ａ(ｔ，ｚ＝０)｜^２を演算し、光ファイバ伝送路中で受ける非線形位相変調と逆の位相変調を送信器にて位相変調して送信する。図１０にその基本構成を示す。図１０を参照して、各波長の搬送波はそれぞれの送信データを用いて変調される。変調光信号は、合波器２５０により合波された後、位相変調器２７０を用いて、γ｜Ａ(ｔ，ｚ＝０)｜^２Ｌ_ｅｆｆの位相変調を与え、送信する。ここで、γは光ファイバの非線形係数、Ｌ_ｅｆｆは有効ファイバ長であり、受信器の受信信号品質が高くなるように、Ｌ_ｅｆｆを調整する。

また、図１１に示すように、変調された信号光の一部取り出して光電変換して得られた信号は、光電界強度の２乗に比例するため、これを位相変調器２７０の駆動信号として利用してもよい。ここで、位相変調信号生成部２７６では、信号光を光電変換して得られた｜Ａ(ｔ，ｚ＝０)｜^２の信号に、γ、Ｌ_ｅｆｆの値を係数として乗算することで、位相変調器駆動信号を生成する。γ、Ｌ_ｅｆｆの値は受信器の受信信号品質が高くなるように予め調整する。

さらに、図１２に示すように、線形中継ノードごとに線形増幅器３２０の出力光を一部取り出し、光電変換３４４して得られた信号を補償用位相変調器３４０の駆動信号として利用することができる。これにより、ファイバ伝送路３５０中の非線形位相変調を補償することができる。以上の方法では、位相変調器駆動信号に対して最適な周波数フィルタを用いることによって非線形補償効果を高めることができる。

以上、本発明について、いくつかの実施例を示し具体的に説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施例は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

本発明による波長多重光波長方式について説明するための図であり、図１（ａ）は波長分割多重伝送システムの概略図であり、図１（ｂ）は四光波混合の補償について説明するための図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第1の実施例による送信器の構成例を示す概略図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第２の実施例による送信器の構成例を示す概略図である。 本発明による波長分割多重伝送システムの送信器における変調器の構成例を示す概略図である。 本発明による波長分割多重伝送システムの各部における信号波形を示す図であり、図５（ａ）は送信器におけるあるチャンネルのデータパターン、図５（ｂ）は送信器の変調器における変調信号の同相位相成分、図５（ｃ）は送信器の変調器における変調信号の直交位相成分を示している。 波長分割多重伝送システムにおける光ファイバ伝送後の受信波形を示し、図６（ａ）は本発明による波形劣化を補償した場合の受信波形であり、図６（ｂ）は波形劣化を補償しなかった場合の受信波形である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第３の実施例による送信器の構成例を示す概略図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第３の実施例による送信器の具体的な構成例を示す概略図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第３の実施例による送信器の具体的な構成例を示す概略図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第４の実施例による送信器の構成例を示す概略図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第４の実施例による送信器の構成例を示す概略図である。 波長分割多重伝送システムにおける本発明の第４の実施例による送信器の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１００ 波長分割多重伝送システム
２００ 光送信器
２０８ 光分波器
２１２，２１４ マッハツェンダ干渉計型強度変調器
２１６ 位相シフタ
２５０ 光合波器
２６０ 光分波手段
３３０ 光分波手段

Claims (9)

1. 複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信器において、
   前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生する光源と、
   伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償する補償手段とを備え、
   前記補償手段は、
   前記伝送路パラメータである非線形係数、分散、分散スロープ、および損失係数を含み、送信側での光信号の波形を境界条件として与えることによって受信側での光信号の波形を求める非線形伝搬方程式において、前記伝送路パラメータを−１倍し、受信側での各波長の光信号の所望の波形を境界条件として与えることによって得られる各波長の光信号の波形を前記波形劣化を抑圧するための送信側での各波長の光信号の波形として生成する波形生成手段と、
   前記波形生成手段で生成された送信側での各波長の光信号の波形に基づいて、各波長の前記搬送波の光振幅と光位相を変調することで前記波形劣化が前補償された各波長の光信号を生成する光変調手段とを備える
   ことを特徴とする光送信器。
2. 請求項１に記載の光送信器において、
   前記波形生成手段は、
   前記各波長の光信号に対する送信データパターンと、前記送信データパターンの組み合わせに対応する前記送信側での各波長の光信号の波形とを対応付けて格納した記憶手段を備え、
   前記補償手段は、前記送信データパターンの組み合わせに応じて、前記記憶手段から前記送信側での各波長の光信号の波形を読み出して、前記波形劣化が前補償された各波長の光信号を生成する
   ことを特徴とする光送信器。
3. 複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信器において、
   前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生する光源と、
   伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償する補償手段とを備え、
   前記補償手段は、
   各波長の前記搬送波をそれぞれの送信データにより変調して得た各波長の光信号を多重する手段と、
   前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成する手段と、
   生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償する位相変調手段とを備える
   ことを特徴とする光送信器。
4. 請求項３に記載の光送信器において、
   前記位相変調信号を生成する手段は、
   前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を前記それぞれの送信データに基づいて演算することによって求める
   ことを特徴とする光送信器。
5. 請求項３に記載の光送信器において、
   前記位相変調信号を生成する手段は、
   前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を前記各波長の光信号を多重した光信号の一部を取り出して光電変換して得られた信号から求める
   ことを特徴とする光送信器。
6. 光の位相が同期した複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号が多重された光信号を中継する光中継器において、
   伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償する補償手段を備え、
   前記補償手段は、
   前記伝送路中の光電界強度を前記各波長の光信号を多重した光信号の一部を取り出して光電変換して得られた信号から求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成する手段と、
   生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償する位相変調手段とを備える
   ことを特徴とする光中継器。
7. 複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信方法であって、
   前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生するステップと、
   伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償するステップとを備え、
   前記前補償するステップは、
   前記伝送路パラメータである非線形係数、分散、分散スロープ、および損失係数を含み、送信側での光信号の波形を境界条件として与えることによって受信側での光信号の波形を求める非線形伝搬方程式において、前記伝送路パラメータを−１倍し、受信側での各波長の光信号の所望の波形を境界条件として与えることによって得られる各波長の光信号の波形を前記波形劣化を抑圧するための送信側での各波長の光信号の波形として生成するステップと、
   生成された前記送信側での各波長の光信号の波形に基づいて、各波長の前記搬送波の光振幅と光位相を変調することで前記波形劣化が前補償された各波長の光信号を生成するステップとを含む
   ことを特徴とする光送信方法。
8. 複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号を多重して送信する光送信方法であって、
   前記各波長の光信号の搬送波として、光の位相が同期した複数の波長の光を発生するステップと、
   伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償するステップとを備え、
   前記前補償するステップは、
   各波長の前記搬送波をそれぞれの送信データにより変調して得た各波長の光信号を多重するステップと、
   前記各波長の光信号を多重した後の前記伝送路中の光電界強度を求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成するステップと、
   生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償するステップとを含む
   ことを特徴とする光送信方法。
9. 光の位相が同期した複数の波長の光をそれぞれ変調して得た各波長の光信号が多重された光信号を中継する光中継方法において、
   伝送路において該伝送路の非線形光学効果により発生する前記各波長の光信号の波形劣化を前記伝送路の伝送路パラメータを用いて前補償するステップを備え、
   前記前補償するステップは、
   前記伝送路中の光電界強度を前記各波長の光信号を多重した光信号の一部を取り出して光電変換して得られた信号から求め、該光電界強度と前記伝送路の伝送路パラメータに基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号が前記伝送路中で非線形光学効果により受ける位相変調と逆の位相変調を与えるための位相変調信号を生成するステップと、
   生成された前記位相変調信号に基づいて、前記各波長の光信号を多重した光信号を位相変調することで前記波形劣化を前補償するステップとを含む
   ことを特徴とする光中継方法。

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