説明

光通信システム

【課題】多チャンネルのアナログ信号光を一括して長距離伝送する場合の伝送特性を改善することができる光通信システムを提供する。
【解決手段】光通信システム1は、多チャンネルの信号光を送出する外部強度変調型の光送信器10,光受信器20および光ファイバ伝送路30を備える。光送信器10は、光源101、光位相変調部102、光強度変調部103およびRF信号発生部109を備える。トーン信号生成部109により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号と多チャンネルの信号光との間で生じる2次歪み成分のうち最も振幅強度が大きい成分と、多チャンネルの信号光のうち最も振幅強度が大きい成分との差ΔEが、光受信器20による受信の際に15dBより大きくなるように、トーン信号生成部109により生成されるトーン信号の中心周波数および変調指数が設定されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
光通信システムは、光送信器から送出された信号光を光ファイバ伝送路により伝送し、この光ファイバ伝送路により伝送されて到達した信号光を光受信器により受信することで、大容量の情報を高速に送受信することができる。また、光通信システムは、光送信器と光受信器との間の光ファイバ伝送路の経路上に配置された光増幅器により信号光を光増幅することで、信号光を長距離伝送することができる。さらに、光通信システムは、光送信器から多チャンネルの信号光を送出することで、更に大容量の情報を送受信することができる。
【0003】
近年では、光増幅器の高性能化および低価格化が進み、これに伴い、多チャンネルのアナログ信号光を一括して伝送する映像配信システムにおいても長距離伝送の需要が大きくなってきている。このような光通信システムにおいて、長距離伝送を実現するには、光ファイバ伝送路の波長分散や自己位相変調の影響に因る信号光の波形歪みを低減することが重要である。ここで、信号光の波形歪みには、複合2次歪み(Composite Second Order beat distortion、以下「CSO」という。)や、複合3次歪み(CompositeTriple Beat distortion、以下「CTB」という。)が含まれる。これらの信号光の波形歪みを低減する手法については、これまでにも既に検討がなされている(非特許文献1〜3を参照)。
【非特許文献1】M. C. Wu, et al., IEEE PTL, Vol.11,No.6, 1999
【非特許文献2】Amnon Yariv, et al., ITTT JLT, Vol.15,No.3. 1997
【非特許文献3】D. Piehler, et al., Electron.Lett., Vol.33, No.3, 1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、多チャンネルのアナログ信号光を一括して伝送する光通信システムにおいて、多チャンネルの信号光と位相変調の残留強度変調(Intensity Modulation、以下「IM」という。)との間に生じる歪み成分(2次歪み成分,3次歪み成分および高次歪み成分)が多チャンネル信号光に与える影響については、未だ検討がなされていない。
【0005】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、多チャンネルのアナログ信号光を一括して長距離伝送する場合の伝送特性を改善することができる光通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る光通信システムは、(1) 多チャンネルの光を出力する光源と、光源から出力される多チャンネルの光を位相変調して出力する光位相変調部と、光位相変調部から出力される多チャンネルの光を強度変調して信号光として出力する光強度変調部と、光位相変調部において多チャンネルの光を位相変調するためのトーン信号を生成するトーン信号生成部と、を含む外部強度変調型の光送信器と、(2)光送信器から出力され光ファイバ伝送路を経て到達した多チャンネルの信号光を受信する光受信器と、を備えることを特徴とする。さらに、本発明に係る光通信システムは、トーン信号生成部により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号と多チャンネルの信号光との間で生じる2次歪み成分のうち最も振幅強度が大きい成分と、多チャンネルの信号光のうち最も振幅強度が大きい成分との差ΔEが、光受信器による受信の際に15dBより大きくなるように、トーン信号生成部により生成されるトーン信号の中心周波数および変調指数が設定されていることを特徴とする。
【0007】
本発明に係る光通信システムでは、トーン信号生成部により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号の周波数は、1.55GHz以上であるのが好適であり、1.70GHz以上であるのが更に好適であり、また、2.3GHz以上であるのが最も好適である。
【0008】
本発明に係る光通信システムでは、多チャンネルの信号光の波長において、光ファイバ伝送路の波長分散値が+15ps/nm/km以上+25ps/nm/km以下であり、光ファイバ伝送路のレイリー散乱係数が5×10−8/m以下であるのが好適である。
【0009】
本発明に係る光通信システムでは、光ファイバ伝送路は、多チャンネルの信号光の波長において波長分散値が−140ps/nm/km以下の分散補償光ファイバを含むのが好適である。
【0010】
本発明に係る光通信システムは、光送信器から光受信器へ至る光ファイバ伝送路として第1光ファイバ伝送路および第2光ファイバ伝送路を備え、多チャンネルの信号光の波長において第1光ファイバ伝送路および第2光ファイバ伝送路それぞれの累積波長分散の差が80ps/nm以下であるのが好適である。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、多チャンネルのアナログ信号光を一括して長距離伝送する場合の伝送特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0013】
図1は、本実施形態に係る光伝送システム1の概略構成図である。この図に示される光通信システム1は、光送信器10,光受信器20および光ファイバ伝送路30を備える。この光通信システム1では、光送信器10から送出された多チャンネルのアナログ信号光は、光ファイバ伝送路30により伝送されて光受信器20に到達し、この光受信器20により受信される。
【0014】
図2は、本実施形態に係る光伝送システム1に含まれる光送信器10の構成図である。この図に示される光送信器10は、光源101、光位相変調部102、光強度変調部103、プリディストーション部104、オフセット部105、パイロット信号発生部106、光カプラ107、受光部108およびRF信号発生部109を備える。この光送信器10は、外部強度変調型のものである。
【0015】
光源101は、多チャンネルの連続光を出力するものであり、一般にレーザダイオードを含み、好適には分布帰還型レーザ(DFBレーザ),外部共振型レーザ(ECL)またはファブリペロー型レーザ(FP)を含む。光位相変調部102は、光源101から出力された多チャンネルの光を位相変調して出力するものであり、好適にはリチウムナイオベート(LN)導波路を含む。光強度変調部103は、光位相変調部102から出力された多チャンネルの光を伝送信号で強度変調して信号光として出力するものであり、好適には位相制御型や分布結合型などのLN導波路を含む。この光強度変調部103から出力された光は、信号光として光ファイバ伝送路30へ送出される。
【0016】
この光強度変調部103は、印加電圧と光透過率との間に一定の関係を有するものであり、電圧が印加されることで光透過率が制御されて、これにより光を強度変調することができる。しかし、光強度変調部103は、一般に、印加電圧と光透過率との間の関係に歪みを有する。そこで、これを補償するためにプリディストーション部104およびオフセット部105が設けられている。すなわち、光強度変調部103における印加電圧と光透過率との間の関係に含まれる歪みを補償するように、プリディストーション部104は伝送信号に歪みを与え、オフセット部105は伝送信号にオフセットを与える。
【0017】
また、オフセット部105が伝送信号に与えるオフセットを決定するために、パイロット信号発生部106,光カプラ107および受光部108が設けられている。すなわち、パイロット信号発生部106は、モニタ用のパイロット信号を光源101に供給して光源101を駆動する。光カプラ107は、そのパイロット信号により駆動された光源101から出力され光位相変調部102および光強度変調部103を経た光の一部を分岐する。受光部108は、その光カプラ107により分岐された光を受光して、当該受光量に応じた電気信号を出力する。そして、オフセット部105は、光カプラ107から出力された電気信号を入力し、その電気信号からパイロット信号を取り出して、フィードバック制御によりオフセットを最適化する。
【0018】
トーン信号生成部109は、トーン信号であるRF信号(SBS抑圧信号)を光源101または光位相変調部102に供給して、光スペクトル線幅を拡大させる。SBS抑圧信号は、抑圧したいSBS閾値に応じて、トーン信号強度を変化させることが可能である。
【0019】
ところで、光位相変調部102が理想的なものであれば、その光位相変調部102は光の位相のみを変調することができる。しかし、実際には、光位相変調部102から出力された光は残留強度変調(RAM)成分を含む。この残留強度変調成分は、光位相変調部の内部および表面での光散乱によるエタロン効果、光位相変調部において使用される圧電素子(例えばLN)の圧電応答、圧電素子内部での変調強度の不均一性、ならびに、圧電素子用結晶の光路長や複屈折性、等により生じる。
【0020】
このように光位相変調部102から出力された光が残留強度変調成分を含む場合には、光位相変調部102から出力された光を受光部により光電変換して、この受光部から出力された電気信号をRFスペクトラムアナライザで観測すると、その残留強度変調成分の存在を確認することができる。
【0021】
図3は、多チャンネルのアナログ信号光を長距離伝送した場合に問題となる光ファイバ伝送路における非線形性に因る歪み成分を説明する概念図である。この図に示されるように、低周波側には、周波数軸上に多重配置された多チャンネルのアナログ信号光の周波数が存在する。また、高周波側には、光位相変調部102から出力される光に含まれるRAM成分の周波数が存在する。
【0022】
光ファイバ伝送路の非線形性(自己位相変調SPM、波長分散、誘導ブリルアン散乱SBS)の影響により、多チャンネルのアナログ信号光とRAM成分との間において、RAM成分の周波数の周囲に2次歪み成分が生じる。この歪み成分と多チャンネルのアナログ信号光との間で更に高次の歪み成分が生じる。この歪み成分が多チャンネルのアナログ信号光の帯域内部に存在する場合は、多チャンネルのアナログ信号光にとっては雑音または妨害波成分として寄与してしまうので、所望の伝送特性を得ることが困難となる。以下では、多チャンネルのアナログ信号光のうち最も振幅強度の大きい成分のレベルをEAMとし、2次歪み成分のうち最も振幅強度の大きい成分のレベルをEIM2とし、これらの差をΔE(=EAM−EIM2)として、この差ΔEについて議論する。
【0023】
図4は、差ΔEと伝送特性との関係を評価するための用いた評価システム2の構成図である。この図4に示される評価システム2は、図1に示された光通信システム1と同様に、光送信器10と光受信器20との間に光ファイバ伝送路30が設けられたものである。この評価システム2の光送信器10は、図2に示されたものと同様の構成を有する外部強度変調型のものである。この評価システム2の光受信器20は、2.1GHzまで対応が可能であって、2.3GHz程度までの位相変調用のトーン信号を用いた場合に、非線形性により生じる2次歪みを検証することが可能である。光送信器10から送出される信号光のうち、アナログ信号は9チャンネルであって各チャネルのRF入力が85dBμV/chであり、デジタル信号は41チャンネルであって各チャネルのRF入力が75dBμV/chである。
【0024】
この評価システム2の光ファイバ伝送路30は、シングルモード光ファイバ(SMF)301〜308、分散補償光ファイバ(DCF)311〜313、希土類元素添加光ファイバ増幅器(EDFA)321〜328、および、可変光減衰器331〜336を含む。SMF301の長さは50kmであり、SMF302の長さは30kmであり、SMF303の長さは30kmであり、SMF304の長さは25kmであり、SMF305の長さは25kmであり、SMF306の長さは25kmであり、SMF307の長さは25kmであり、また、SMF308の長さは20kmであって、SMF301〜308の合計長さは230kmである。DCF311〜313それぞれの波長分散は−140ps/nm/km以下であり、DCF311の長さは28kmであり、DCF312の長さは33kmであり、また、DCF313の長さは38kmである。
【0025】
2つの経路を用いた光通信システムの冗長化も実現させるために、160km伝送時および230km伝送時の2種類において伝送特性を評価した。その際に、損失が小さく且つ波長分散絶対値が大きいDCF311〜313を分散補償モジュールとして使用して、160km伝送時および230km伝送時の何れの場合にも光ファイバ伝送路の累積分散をSMF長換算で130km程度となるように調整した。波長分散による信号成分間の複合2次歪み(CSO)の差をなくすために、光ファイバ伝送路の累積分散はSMF長換算で±5km程度(±80ps/nm程度)以下にすることが望ましい。
【0026】
分散補償光ファイバは、波長分散の絶対値が大きいほうが短尺化が可能であり、ファイバ内部でのレイリー散乱および2重レイリー散乱の発生を抑圧することが可能である。特に、2重レイリー散乱は、伝送信号の搬送波対雑音比(CNR)の劣化につながるので注意が必要である。したがって、波長分散の絶対値が大きい分散補償光ファイバを使用することが望ましい。本評価システム2では、−140ps/nm/km程度の分散補償光ファイバを使用しているが、−250ps/nm/km以下の波長分散値をもつ分散補償光ファイバを使うことでさらに短尺化することができる。
【0027】
光評価システム2において光ファイバ伝送路として通常のSMFを用いているが、長距離伝送においては、SMFのみならず、低損失ファイバである純石英コアファイバ(PSCF)、レイリー散乱や非線形性を抑えることができる実効断面積拡大型SMF(EE-SMF)、または、実効断面積拡大型純石英コアファイバ(EE-PSCF)を用いてもよい。さらには、誘導ブリルアン散乱を抑圧するようなファイバを用いた場合も低周波側でのSBSに起因する波形劣化を抑圧可能であるので望ましい。
【0028】
図5は、各ファイバの損失、レイリー散乱係数、波長分散値、波長分散スロープ、非線形屈折率、実効断面積を纏めた図表である。DSFやNZ-DSFは、波長分散値が小さいので、波長分散による歪みの影響を受けにくいものの、その一方で、実効断面積が小さいことや、レイリー散乱係数が大きいことなどから、非線形性によるCSO劣化や多経路干渉雑音(MPI、特に2重レイリー散乱など)によるCNR劣化などが発生しやすくなるので、長距離伝送時には制限が生じる。SMF、PSCF、EE-SMF、EE-PSCFなどは、非線形性やMPIの影響は小さくなるものの、長距離伝送を実現する場合には、注意(管理)が必要である。
【0029】
図6は、評価システム2の光受信器20におけるRF信号波形の一例を示す図である。ここでは、光ファイバ伝送路の長さを160kmとし、各EDFAから出力される信号光のパワーを15dBmおよび14dBmそれぞれとした。位相変調用のトーン信号を2.3GHz程度とした。この図から判るように、ΔEは15dBより小さい。トーン信号成分の周りに2次歪み成分が生じている。トーン信号より低周波側の歪み成分と比較して高周波側の歪み成分が小さいのは、光受信器20の感度が高周波側で低いからである。この図の場合には、770MHzより低周波側にも高次の歪み成分が落ち込んでいる。これが多チャンネルのアナログ信号光における雑音の要因となる。
【0030】
図7は、評価システム2の光受信器20におけるRF信号波形の他の例を示す図である。ここでは、光送信器10における位相変調の周波数および変調指数を調整するとともに、各EDFAから出力される信号光のパワーを13dBmに調整した。光ファイバ伝送路の長さを160kmおよび230kmそれぞれとした。この図から判るように、光ファイバ伝送路の長さが160kmおよび230kmの何れである場合にも、ΔEは15dBより大きく、770MHz以下の周波数領域での高次歪みによる雑音劣化は軽微であり、良好な伝送特性が実現され得る。160km伝送後の波形と比較して230km伝搬後の波形は若干雑音が盛り上がっているが、これは光ファイバ伝送路における非線形位相シフトの影響が多いことによるからである。
【0031】
光ファイバ伝送路の長さが異なる経路を用いて冗長構成を構築した場合、前述の波長分散などによる波形歪みだけではなく、CNRについてもほぼ同等の特性が得られるように、光ファイバ伝送路での二重レイリー散乱や、光増幅器の雑音指数、光増幅器への入力信号光パワーの管理をする必要がある。二重レイリー散乱に対しては、外部変調型の光送信器10の位相変調により或る程度回避することが可能である。一方で、光増幅器については、特に光増幅器への入力光パワーを+0dBm以上にすることが望ましい。敷設されている光ケーブルの損失はファイバ単体の損失に比べて増大しているものも多いが、例えば、30kmスパンの光伝送路において、入力信号光パワーを13dBmとした場合には0.4dB/km以下の伝送損失であることが望ましい。さらには、0.3dB/km程度であれば、光増幅器への入力信号光レベルを+4dBm程度にすることも可能であり、より良好なCNR特性を得ることが可能となる。
【0032】
評価システム2では230km程度の長さの光伝送を実現するのみであるが、これよりも長距離を伝送させるためにはΔEは更に大きい値(例えば20dB以上)であることが望ましい。ΔEを大きくするには、光ファイバ伝送路に入力する信号光のパワーの低減、位相変調の周波数の調整、位相変調の変調指数の調整、および、光ファイバ伝送路として非線形性の低いファイバの使用、等により可能である。光ファイバ伝送路に入力する信号光のパワーを低減するには、光ファイバ伝送路の損失と中継局や光受信器に入る光のパワーが十分なレベルを保つことができるようにすればよい。位相変調の周波数の調整および変調指数の調整については、図8に自己位相変調および位相変調による伝送信号間でのCSOと伝送距離との関係を示す。単にΔEを大きくするだけではなく、このCSOの値も管理をする必要がある。さらに変調指数を小さくしすぎると、信号光のSBS閾値が低減するので、注意が必要である。
【0033】
また、770MHz以下の周波数帯域に2次歪み成分が落ち込まないようにするためには、光位相変調部のトーン信号周波数は1.5GHz以上であることが望ましい。一方で、多チャンネルのアナログ信号光のうち、強度変調信号を12ch(217.25MHz)までのみ配置させるだけの場合は、3次歪み成分のうちアナログ信号が寄与しているものの影響を考えると、トーン信号周波数は1.7GHz以上であることが望ましい。さらに、すべての3次歪み成分が落ち込まないようにするためには、トーン信号周波数は2.3GHz以上であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本実施形態に係る光伝送システム1の概略構成図である。
【図2】本実施形態に係る光伝送システム1に含まれる光送信器10の構成図である。
【図3】多チャンネルのアナログ信号光を長距離伝送した場合に問題となる光ファイバ伝送路における非線形性に因る歪み成分を説明する概念図である。
【図4】差ΔEと伝送特性との関係を評価するための用いた評価システム2の構成図である。
【図5】各ファイバの損失、レイリー散乱係数、波長分散値、波長分散スロープ、非線形屈折率、実効断面積を纏めた図表である。
【図6】評価システム2の光受信器20におけるRF信号波形の一例を示す図である。
【図7】評価システム2の光受信器20におけるRF信号波形の他の例を示す図である。
【図8】自己位相変調および位相変調による伝送信号間でのCSOと伝送距離との関係を示す図である。
【符号の説明】
【0035】
1…光通信システム、10…光送信器、20…光受信器、30…光ファイバ伝送路、101…光源、102…光位相変調部、103…光強度変調部、104…プリディストーション部、105…オフセット部、106…パイロット信号発生部、107…光カプラ、108…受光部、109…トーン信号生成部。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
多チャンネルの光を出力する光源と、前記光源から出力される多チャンネルの光を位相変調して出力する光位相変調部と、前記光位相変調部から出力される多チャンネルの光を強度変調して信号光として出力する光強度変調部と、前記光位相変調部において多チャンネルの光を位相変調するためのトーン信号を生成するトーン信号生成部と、を含む外部強度変調型の光送信器と、
前記光送信器から出力され光ファイバ伝送路を経て到達した多チャンネルの信号光を受信する光受信器と、
を備え、
前記トーン信号生成部により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号と前記多チャンネルの信号光との間で生じる2次歪み成分のうち最も振幅強度が大きい成分と、前記多チャンネルの信号光のうち最も振幅強度が大きい成分との差ΔEが、前記光受信器による受信の際に15dBより大きくなるように、前記トーン信号生成部により生成されるトーン信号の中心周波数および変調指数が設定されている、
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項2】
前記トーン信号生成部により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号の周波数が1.55GHz以上であることを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
【請求項3】
前記トーン信号生成部により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号の周波数が1.70GHz以上であることを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
【請求項4】
前記トーン信号生成部により生成されるトーン信号のうち最も周波数が低いトーン信号の周波数が2.3GHz以上であることを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
【請求項5】
前記多チャンネルの信号光の波長において、前記光ファイバ伝送路の波長分散値が+15ps/nm/km以上+25ps/nm/km以下であり、前記光ファイバ伝送路のレイリー散乱係数が5×10−8/m以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
【請求項6】
前記光ファイバ伝送路が、前記多チャンネルの信号光の波長において波長分散値が−140ps/nm/km以下の分散補償光ファイバを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。
【請求項7】
前記光送信器から前記光受信器へ至る光ファイバ伝送路として第1光ファイバ伝送路および第2光ファイバ伝送路を備え、前記多チャンネルの信号光の波長において前記第1光ファイバ伝送路および前記第2光ファイバ伝送路それぞれの累積波長分散の差が80ps/nm以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の光通信システム。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2010−154103(P2010−154103A)
【公開日】平成22年7月8日(2010.7.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−328537(P2008−328537)
【出願日】平成20年12月24日(2008.12.24)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】