(57)【要約】【課題】光増幅器が点在する光伝送路で多値変調光信号を伝送する際に生じる信号歪を抑制して伝送品質を向上させる。【解決手段】光伝送システム２０は、多値変調された光信号３２を光ファイバ２５へ送信するＴｘ２１ａ〜２１ｎと、光ファイバ２５を伝送する光信号３２を増幅し、光ファイバ２５に点在される光増幅器２６ａ〜２６ｆと、増幅された光信号３２を光ファイバ２５を介して受信するＲｘ２４ａ〜２４ｎとを備える。Ｔｘ２１ａ〜２１ｎの前置分散補償部２７は、光信号３２が光ファイバ２５を伝送中に波長分散で拡がる帯域幅を狭める分散補償を、光ファイバ２５で累積される波長分散に対して事前に何パーセント行うかを定める前置分散補償率に基づく前置分散補償を、送信される光信号３２に対して行う。【選択図】図１
2020010127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多値変調された光信号を、当該光信号を増幅する光増幅器が点在された光伝送路を介して受信装置へ送信する送信装置に、当該光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置であって、
前記波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、前記光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求め、この求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計する
ことを特徴とする分散補償設計装置。
【請求項２】
前記光強度と前記ＰＡＰＲとの乗算値を前記光伝送路の伝送距離で積分した光信号の伝送劣化量であるＰＰＩを、予め定められた閾値以下又は小さくなるように前記前置分散補償率を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の分散補償設計装置。
【請求項３】
前記閾値は、前記ＰＰＩが当該閾値以下の場合に、前記受信装置で受信される光信号のＱ値又は符号誤り率を改善、又は、前記受信装置が光信号を誤り無しで受信するエラーフリー伝送が可能となる誤り訂正リミットまでＱ値又は符号誤り率を改善、或いは、前記受信装置で分散補償による波長分散量の改善の内、何れかの改善を可能とする値である
ことを特徴とする請求項２に記載の分散補償設計装置。
【請求項４】
前記光増幅器の増幅利得及び光伝送路上での配置位置に応じて、前記ＰＰＩが閾値以下又は小さくなる光信号の光強度を求める
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の分散補償設計装置。
【請求項５】
前記光伝送路で上り下りの双方向に光信号を送信する場合、当該双方向の光信号の前記ＰＡＰＲ及び光強度との所定の関係に重み付けを行った結果から前記前置分散補償率を求め、この求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計する
ことを特徴とする請求項１に記載の分散補償設計装置。
【請求項６】
多値変調した光信号を光伝送路へ送信する送信装置と、前記光伝送路を伝送する光信号を増幅し、当該光伝送路に点在される光増幅器と、前記増幅された光信号を光伝送路を介して受信する受信装置とを有する光伝送システムであって、
前記光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償において、当該波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、当該光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求め、この求められた前置分散補償率に応じて定められた前置分散補償量を前記送信装置に設定し、設定された前置分散補償量に応じて前記送信装置が前置分散補償を行う
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項７】
多値変調された光信号を、当該光信号を増幅する光増幅器が点在された光伝送路を介して受信装置へ送信する送信装置に、当該光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置による分散補償方法であって、
前記分散補償設計装置は、
前記波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、前記光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求めるステップと、
前記求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計するステップと
を実行することを特徴とする分散補償方法。
【請求項８】
多値変調された光信号を、当該光信号を増幅する光増幅器が点在された光伝送路を介して受信装置へ送信する送信装置に、当該光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置としてのコンピュータを、
前記波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、前記光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求める手段、
前記求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計する手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多値変調光信号を光ファイバで伝送した際に非線形効果により発生する信号歪を波長の分散補償により抑制する分散補償設計装置、分散補償方法、光伝送システム及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいては、年々、通信トラフィックの増加に応じて伝送容量を増加する必要がある。図１２に示すように、１９８０年位から１９９５年位の間における第一世代の電気多重ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）技術では、約１００Ｍｂｐｓ〜１０Ｇｂｐｓ位までの伝送容量が必要であった。２０００年位から２０１０年位の間における第二世代のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重方式）技術・光増幅技術では、約２．４Ｇｂｐｓ×８０波〜４０Ｇｂｐｓ×４０波位までの伝送容量が必要であった。今後、２０１５年位から２０２５年位の間における第三世代のデジタルコヒーレント技術では、約１００Ｇｂｐｓ×８０波〜４００Ｇｂｐｓ×４０波の伝送容量が必要である。更に、この伝送容量を超えて、１Ｔｂｐｓ超の伝送容量が要望されている。
【０００３】
この１Ｔ超伝送に向けて更なる周波数利用効率の向上のため、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の多値変調方式による伝送が検討されている。しかし、図１３に示すように、多値変調方式の多値度を、線１１で示すＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、線１２で示す８ＱＡＭ、線１３で示す１６ＱＡＭと上げることで非線形効果による信号歪（又は非線形歪）が発現し易くなり、伝送品質が劣化する。
【０００４】
但し、図１３の横軸は１ビット当たりのエネルギーと雑音電力の比を示すＥｂ／Ｎ０（ビットエネルギー対雑音電力密度比）であり、縦軸はＢＥＲ（Bit Error Rate：符号誤り率）である。適正なデータを受信するために、ある一定以下の誤り率を得るためには、より大きいＥｂ／Ｎ０が必要である。
【０００５】
ＢＥＲ＝１０−４で一定となる双方向矢印Ｙ１で示すように、ＱＰＳＫ１１、８ＱＡＭ１２、１６ＱＡＭ１３のように、より大容量の信号伝送方式に移行する場合、４ｄＢ分雑音の少ない状態（よりよい環境）としないと、小容量に比べ大容量の方式では同じエラー率が得られない。つまり、ＱＰＳＫ１１から１６ＱＡＭ１３のように伝送容量を大きくすると、非線形効果による信号歪が多く出てＢＥＲで示す伝送品質が劣化する。
【０００６】
この信号歪を抑制する技術として、前置分散補償を行う技術（非特許文献１）が提案されている。光ファイバを伝送する光の速さは波長によって異なるため（波長分散）、光信号波形が歪み、伝送容量を制限する原因となる。この光信号波形の歪みを補償するのが分散補償である。つまり、送信側で前置分散補償を行うことにより、波長分散をキャンセルするように波形を歪ませることで、受信側で適正な信号の受信を可能とする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S.Fujisawa,et.al.,”Mitigation of intra-channel nonlinear distortions based on PAPR reduction with CD pre-compensation in real-time 50Gbps PM-QPSK transmission”, OECC2012, 5B1-1．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記非特許文献１の前置分散補償においては、ピーク対平均電力比（Peak to Average Power Ratio：PAPR）は考慮されているが、光ファイバ伝送中の光信号の光強度に対しては十分に考慮されていない。一方、伝送方向の信号光の伝搬特性は、下式（１）の非線形シュレディンガー方程式で表されるが、後述するように、式（１）から、光強度に応じて位相変調されるため、光強度についても考慮する必要がある。
【０００９】
【数１】
2020010127.tif 000003
…（１）
【００１０】
式（１）において、Ｅ１〜Ｅ４は、図１４に示す各々周波数が異なる光信号の光強度（電界強度）である。ｉは位相情報（虚数）、γは非線形係数、Δβは位相不整合量、ｚは伝搬距離、αは損失係数である。但し、ｉγで位相回転を表わす。
【００１１】
左辺のｄＥ１／ｄｚは伝送距離における光強度の変化を表わす。右辺の第１項は自己位相変調（Self-Phase Modulation：SPM）、第２項は相互位相変調（Cross-Phase Modulation：XPM）、第３項は四光波混合（Four Wave Mixing：FWM）を表わす。
【００１２】
第１項の自己位相変調は、自信号の光強度に対して位相が回転することを意味する。即ち、自信号光の光強度である|Ｅ１|２に、自光強度Ｅ１が掛けられて位相変調することを意味する。第２項の相互位相変調は、光強度Ｅ２〜Ｅ４の周りの他信号の局部発信光で位相が回転することを意味する。第３項の四光波混合は、光強度Ｅ２〜Ｅ４によって、光強度Ｅ１に、光強度Ｅ１〜Ｅ４とは異なる新しい雑音信号が重なることを意味する。第４項の「（−１／２）・αＥ１」は、信号光が非線形では無く線形的な変化で伝送するにつれて光強度が弱くなる（α：損失係数）ことを意味する。
【００１３】
このように式（１）で表わされるＳＰＭ、ＸＰＭは、各信号光の光強度Ｅ１〜Ｅ４に応じて位相変調も大きくなる。このため、信号光の帯域幅が拡がり、信号歪が生成され、伝送品質が劣化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、光増幅器が点在する光伝送路で多値変調光信号を伝送する際に生じる信号歪を抑制して伝送品質を向上させることができる分散補償設計装置、分散補償方法、光伝送システム及びプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、多値変調された光信号を、当該光信号を増幅する光増幅器が点在された光伝送路を介して受信装置へ送信する送信装置に、当該光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置であって、前記波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、前記光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求め、この求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計することを特徴とする分散補償設計装置である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、多値変調された光信号を、当該光信号を増幅する光増幅器が点在された光伝送路を介して受信装置へ送信する送信装置に、当該光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置による分散補償方法であって、前記分散補償設計装置は、前記波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、前記光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求めるステップと、前記求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計するステップとを実行することを特徴とする分散補償方法である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、多値変調された光信号を、当該光信号を増幅する光増幅器が点在された光伝送路を介して受信装置へ送信する送信装置に、当該光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置としてのコンピュータを、前記波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、前記光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求める手段、前記求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計する手段として機能させるためのプログラムである。
【００１８】
請求項１の構成、請求項７の方法、請求項８のプログラムによれば、送信装置が、分散補償設計装置で設計された前置分散補償量に応じて前置分散補償を行うことにより、光伝送路で拡がる多値変調光信号の帯域幅が事前に狭められて送信される。このため、伝送時に波長分散により生じる信号歪が抑制されるので、伝送品質を向上させることができる。これによって、受信装置で信号歪が抑制された適正な帯域幅の光信号を受信できる。
【００１９】
請求項２に係る発明は、前記光強度と前記ＰＡＰＲとの乗算値を前記光伝送路の伝送距離で積分した光信号の伝送劣化量であるＰＰＩを、予め定められた閾値以下又は小さくなるように前記前置分散補償率を求めることを特徴とする請求項１に記載の分散補償設計装置である。
【００２０】
この構成によれば、ＰＰＩが閾値以下又は小さくなる前置分散補償率に応じて前置分散補償を行うことができるので、光信号の伝送劣化量が小さく抑制されるように光信号を送信できる。
【００２１】
請求項３に係る発明は、前記閾値は、前記ＰＰＩが当該閾値以下の場合に、前記受信装置で受信される光信号のＱ値又は符号誤り率を改善、又は、前記受信装置が光信号を誤り無しで受信するエラーフリー伝送が可能となる誤り訂正リミットまでＱ値又は符号誤り率を改善、或いは、前記受信装置で分散補償による波長分散量の改善の内、何れかの改善を可能とする値であることを特徴とする請求項２に記載の分散補償設計装置である。
【００２２】
この構成によれば、ＰＰＩが閾値以下となる前置分散補償率に応じて前置分散補償を行うことができるので、上記何れかの改善が可能となり、光信号の非線形歪を抑制して適正な受信が可能となる。
【００２３】
請求項４に係る発明は、前記光増幅器の増幅利得及び光伝送路上での配置位置に応じて、前記ＰＰＩが閾値以下又は小さくなる光信号の光強度を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載の分散補償設計装置である。
【００２４】
この構成によれば、光増幅器の増幅利得及び配置位置の双方で可変される光強度が、ＰＰＩが閾値以下又は小さくなるように決定される。これによって、ＰＰＩが閾値以下となる前置分散補償率に応じて前置分散補償を行うことができるので、光信号の非線形歪を抑制して適正な受信が可能となる。
【００２５】
請求項５に係る発明は、前記光伝送路で上り下りの双方向に光信号を送信する場合、当該双方向の光信号の前記ＰＡＰＲ及び光強度との所定の関係に重み付けを行った結果から前記前置分散補償率を求め、この求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計することを特徴とする請求項１に記載の分散補償設計装置である。
【００２６】
この構成によれば、双方向に伝送される光信号が相互に及ぼす影響を、重み付けで抑制することができ、双方向の光信号の非線形歪を抑制して適正な受信が可能となる。
【００２７】
請求項６に係る発明は、多値変調した光信号を光伝送路へ送信する送信装置と、前記光伝送路を伝送する光信号を増幅し、当該光伝送路に点在される光増幅器と、前記増幅された光信号を光伝送路を介して受信する受信装置とを有する光伝送システムであって、前記光信号が光伝送路で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償において、当該波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、当該光伝送路を伝送する光信号の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求め、この求められた前置分散補償率に応じて定められた前置分散補償量を前記送信装置に設定し、設定された前置分散補償量に応じて前記送信装置が前置分散補償を行うことを特徴とする光伝送システムである。
【００２８】
この構成によれば、送信装置が前置分散補償量に応じて前置分散補償を行うことにより、光伝送路で拡がる多値変調光信号の帯域幅が事前に狭められて送信されるので、波長分散により生じる信号歪が抑制され、伝送品質を向上できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、光増幅器が点在する光伝送路で多値変調光信号を伝送する際に生じる信号歪を抑制して伝送品質を向上させることができる分散補償設計装置、分散補償方法、光伝送システム及びプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）本発明の第１実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の増幅光強度と、前置分散補償率に応じた距離毎のＰＡＰＲ（ピーク対平均電力比）とを示すグラフである。
【図２】第１実施形態の光伝送システムにおいて、前置分散補償率を決める前置分散補償量を設定する動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】前置分散補償率を可変した場合の光ファイバの距離とＰＰＩとの関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）第１実施形態の応用例の光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）横軸を光ファイバの伝送距離、縦軸を波長分散量とした際の前置分散累積量を表わすグラフである。
【図５】（ａ）伝送距離に応じた分散累積量を示す図、（ｂ）横軸を光ファイバの伝送距離、縦軸をＰＡＰＲとした際の、前置分散補償率によるＰＡＰＲの変化を表わすグラフである。
【図６】（ａ）本発明の第２実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）は光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の２パターンの増幅光強度と、前置分散補償率が一定の場合の距離毎のＰＡＰＲとを示すグラフである。
【図７】光伝送システムにおいて、前置分散補償量の可変ができない場合又はできる場合に光増幅器の増幅利得の可変及び配置位置を可変して、ＰＰＩが閾値以下となるような光信号の光強度を得る際の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の２パターンの増幅光強度をパラメータとするＰＰＩと光ファイバの光ファイバの距離との関係を表すグラフである。
【図９】（ａ）本発明の第３実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の２パターンの増幅光強度と、各前置分散補償率に応じた距離毎のＰＡＰＲとを示すグラフである。
【図１０】縦軸にＰＰＩ、横軸に光ファイバの距離を取った場合の、光強度と各種の前置分散補償率のＰＡＰＲとに係るＰＰＩ曲線を示すグラフである。
【図１１】（ａ）本発明の第４実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の上り側の増幅光強度と、下り側の増幅光強度とを示すグラフである。
【図１２】光伝送システムにおける年毎の通信トラフィックの伝送容量を表わす図である。
【図１３】縦軸にＢＥＲ、横軸にＥｂ／Ｎ０を取った場合の多値変調方式の多値度を表わすグラフである。
【図１４】各々周波数が異なる光信号の光強度を示すスペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書の全図において対応する構成部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
＜第１実施形態の構成＞
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）は光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の増幅光強度と、前置分散補償率に応じた距離毎のＰＡＰＲ（ピーク対平均電力比）とを示すグラフである。
【００３２】
図１（ａ）に示す光伝送システム２０は、複数のＴｘ（光送信機）２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎと、Ｍｕｘ（Multiplexer：合波器）２２と、Ｄｅｍｕｘ（Demultiplexer：分波器）２３と、複数のＲｘ（光受信機）２４ａ，２４ｂ，…，２４ｎと、Ｍｕｘ２２とＤｅｍｕｘ２３間を接続する光ファイバ２５と、光ファイバ２５に介挿されて所定間隔で点在する光増幅器（Ａｍｐ）２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆとを備えて構成されている。Ｔｘ２１ａ〜２１ｎは前置分散補償部２７を備え、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎは後置分散補償部２８を備える。前置分散補償部２７には、Ｔｘ２１ａ〜２１ｎの外部に設けられる分散補償設計装置（設計装置ともいう）６０が接続されている。
【００３３】
なお、Ｔｘ２１ａ〜２１ｎ及びＭｕｘ２２は、請求項記載の送信装置を構成する。Ｒｘ２４ａ〜２４ｎ及びＤｅｍｕｘ２３は、請求項記載の受信装置を構成する。光ファイバ２５は請求項記載の光伝送路を構成する。
【００３４】
Ｔｘ２１ａ，２１ｂ，…，２１ｎは、各々周波数が異なる波長λａ，λｂ，…，λｎの光信号３１ａ，３１ｂ，…，３１ｎをＭｕｘ２２へ送信する。Ｍｕｘ２２は、各光信号３１ａ〜３１ｎを多重化し、この多重化された多値変調光信号である光信号３２を光ファイバ２５へ送信する。光増幅器２６ａ〜２６ｆは、光ファイバ２５を伝送する光信号３２を増幅する。Ｄｅｍｕｘ２３は、光信号３２に多重された各波長λａ〜λｎの光信号３１ａ〜３１ｎに分波する。Ｒｘ２４ａ〜２４ｎは、分波された光信号３１ａ〜３１ｎ（図では符号省略）を受信する。
【００３５】
分散補償設計装置６０は、光ファイバ２５における光信号３２の伝送中に波長分散により歪んだ波形を受信側で元に戻す補償を行う分散補償を、送信時に前置分散補償部２７で事前に行わせるために次の分散補償設計処理を行う。
【００３６】
即ち、設計装置６０は、光伝送システム２０の構成要素である光ファイバ２５及び光増幅器２６ａ〜２６ｆの特性から、伝送される光信号３２の波長分散を予測し、この予測された波長分散が受信側において無くなるように、予め送信光信号３２の波形を歪ませる前置分散補償量を求める設計を行う。設計装置６０は、その求めた前置分散補償量を前置分散補償部２７に設定する。前置分散補償部２７は前置分散補償量に応じて後述の前置分散補償の処理を行う。
【００３７】
ところで、信号光は、波長分散が小さい程、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）が小さくなるという特性がある。このため、前側（送信側）で波長分散量を調整することにより、伝送路中のＰＡＰＲを所定距離で小さく調整できる。そこで、前置分散補償によって、光強度の強い所でＰＡＰＲを小さくし、ＰＡＰＲが大きい所では光強度を小さくするように、設計装置６０で前置分散補償量を設計する。
【００３８】
この前置分散補償量は、前置分散補償率を決めるものとなる。前置分散補償率は、図１（ａ）に示すＭｕｘ２２とＤｅｍｕｘ２３間の光ファイバ２５の全長（４５０ｋｍ）の波長分散に対して前側（Ｔｘ２１ａ〜２１ｎ側）で補償するパーセンテージである。言い換えれば、前置分散補償率は、光ファイバ２５の伝送路で累積される波長分散に対して何パーセントを前側で補償するかのパーセンテージを表わす。つまり、設計装置６０では前置分散補償率を求め、この前置分散補償率から前置分散補償量を決めるようになっている。
【００３９】
更に、前置分散補償について説明する。図１（ｂ）に線Ｐで示す光信号３２の光強度は、光増幅器２６ａ〜２６ｆ毎の増幅で高く（強く）なり、次の光増幅器まで徐々に減衰して低く（弱く）なる。なお、Ｍｕｘ２２においても図示せぬ光増幅器で増幅後に光信号３２を送信するため、光強度Ｐが高くなっている。図１（ｂ）に示す右方向の矢印Ｙ２は光強度Ｐのレベルがグラフ右側の数値目盛で表わされることを示す。
【００４０】
左方向の矢印Ｙ３は、各前置分散補償率Ｒ０，Ｒ５０，Ｒ１００の際のＰＡＰＲがグラフ左側の数値目盛で表わされることを示す。線Ｒ０は、パラメータである前置分散補償率Ｒが０％であることを示す。つまり、前側で分散補償せず、後側（Ｒｘ２４ａ〜２４ｎ側）で分散補償を行う際の後置分散補償率が１００％であることを示す。線Ｒ５０は、前置分散補償率Ｒが５０％であることを示す。つまり、前側で５０％分散補償することを表わす。線Ｒ１００は、前置分散補償率Ｒが１００％であることを示す。つまり、前側で１００％分散補償することを表わす。
【００４１】
上述した前置分散補償率Ｒを決める前置分散補償量は、図２のフローチャートに示す手順を設計装置６０が実行することにより決められる。言い換えれば、図１（ｂ）に示す光伝送システム１０において、設計装置６０が、光ファイバ２５及び点在する光増幅器２６ａ〜２６ｆが固定の場合に、前置分散補償量を次のように設計する。
【００４２】
図２のステップＳ１において、設計装置６０は、光伝送システム２０における光ファイバ２５の伝送距離に応じた損失を表わす損失係数及び光ファイバ長と、光増幅器２６ａ〜２６ｆの配置位置及び増幅利得に基づく周知の処理により、光ファイバ２５に伝送される光信号３２の光強度Ｐ｛図１（ｂ）｝を求める。なお、光強度は、光ファイバ２５の損失係数及び光ファイバ長と、光増幅器２６ａ〜２６ｆの配置位置及び増幅利得に応じて変化する。
【００４３】
次に、ステップＳ２において、設計装置６０は、光ファイバ２５及び光増幅器２６ａ〜２６ｆの特性の固定値から設計された前置分散補償量に応じてＰＡＰＲを決定する。例えば図１（ｂ）の前置分散補償率Ｒ５０の場合は、ＰＡＰＲが最小となるのは距離が約２２５ｋｍの場合である。同様に、Ｒ０の場合は、距離０ｋｍ、Ｒ１００の場合は距離４５０ｋｍとなり、前置分散補償量により、ＰＡＰＲの最小となる距離が決まる。
なお、図１（ａ）では７５ｋｍ毎に光増幅器２６ａ〜２６ｆを設置する例を示しているため、（Ｒ５０のＰＡＰＲが最小となる）２２５ｋｍ地点で、光増幅器２６ｃにより光信号が増幅されている。
【００４４】
次に、ステップＳ３において、設計装置６０は、上記ステップＳ１で求められた光強度と、ステップＳ２で決まったＰＡＰＲとを乗算し、この乗算値を伝搬方向に積分（下式２の０からＬまでの積分）することにより、光信号の伝送劣化量を求める。この光信号の伝送劣化量を、ＰＰＩ（Peak Power Integration：累積ピークパワー）と定義し、次式（２）で表わす。但し、光強度はＰｏｗｅｒとする。
【００４５】
【数２】
2020010127.tif 000004
…（２）
【００４６】
次に、ステップＳ４において、設計装置６０は、ＰＰＩ（光信号の伝送劣化量）が予め定められた閾値以下か否かを判定する。この判定は、ＰＰＩが大きいと、実際の伝送品質の非線形効果が高く、伝送劣化が大きいことを示すので、ＰＰＩを小さくするために行う。
【００４７】
その閾値は、ＰＰＩを小さくすることが望ましいが、実際は、運用上問題とならないような閾値以下とすれば良い。例えば、ＰＰＩの閾値は、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで受信される光信号３２のＱ値又はＢＥＲを改善する、或いは、エラーフリー伝送が可能となるＦＥＣリミットまでＱ値又はＢＥＲを改善する、非線形処理等の受信側での信号処理が可能なレベルまで伝送劣化を抑制する、となるような値に設定されれば良い。
【００４８】
ステップＳ４の判定の結果、閾値を超えていれば（Ｎｏ）、上記ステップＳ２に戻って前置分散補償量を決定する。この場合、ステップＳ２では、前置分散補償率Ｒを０％〜１００％に可変しながら、ＰＰＩが閾値以下となるように前置分散補償量を決定するための処理が行われる。なお、前置分散補償率Ｒが１００％になってもＰＰＩが閾値以下となる条件が見つからない場合は、ＰＰＩの閾値を見直して再度処理を行う。また、本明細書において「可変」は変えることを意味するものとして使用する。
【００４９】
即ち、ステップＳ４の判定結果が、閾値以下であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ５において、この時、ステップＳ２で設計された前置分散補償量を前置分散補償部２７に設定する。前置分散補償部２７は、設定された前置分散補償量に応じて前置分散補償を行うことになる。
【００５０】
ここで、上記ステップＳ２において、図１（ｂ）に示すように前置分散補償率ＲをＲ０（０％）、Ｒ５０（５０％）、Ｒ１００（１００％）に可変した場合の、光伝送路（光ファイバ２５）の距離とＰＰＩとの関係のグラフを図３に示す。
【００５１】
図１（ｂ）において、ＰＰＩはＰＡＰＲと光強度との積を距離で積分して表されるため、光増幅器２６ａ〜２６ｆの位置毎（光増幅器で光信号が増幅される毎）にＰＰＩは、図３に示すように、湾曲状に突出して増加する。
【００５２】
前置分散補償率Ｒ０の場合、距離が短い範囲では、他のＲ５０、Ｒ１００と比較しＰＡＰＲが小さいため、ＰＰＩも小さくなっている。
一方、Ｒ１００の場合は、ＰＡＰＲが小さくなるのは距離が長くなってからのため、その影響は小さく、Ｒ０、Ｒ５０と比較し、全ての範囲でＰＰＩは大きくなっている。
Ｒ５０の場合、距離が短い範囲ではＲ０と比較しＰＡＰＲが大きいためＰＰＩは大きいものの、ＰＡＰＲの小さい範囲と光強度の大きい範囲とが重なる領域が広いため、その影響により、距離が長くなるとＲ０よりＰＰＩは小さくなっている。
【００５３】
この例の場合、全長４５０ｋｍにおいて、前置分散補償率Ｒ５０の場合にＰＰＩが最も小さくなるので、このＲ＝５０％を決める前置分散補償量が、設計装置６０で求められて前置分散補償部２７に設定される。
【００５４】
次に、図１（ａ）に示す各々のＲｘ２４ａ〜２４ｎの後置分散補償部２８について説明する。後置分散補償部２８は、光ファイバ２５の伝送による波長分散で歪んだ光信号３２を元の波形に戻す後置分散補償を行う。
【００５５】
ここで、送信側の前置分散補償量をＤｐｒｅとし、受信側での後置分散補償量をＤｐｏｓｔとする。また、光ファイバ２５全長での波長分散累積量をＤｔｏｔａｌとすると、Ｄｔｏｔａｌ＋Ｄｐｒｅ＋Ｄｐｏｓｔ＝０となるように、前置分散補償及び後置分散補償を行う。
【００５６】
この際、前置分散補償率Ｒ＝−Ｄｐｒｅ／Ｄｔｏｔａｌとして、前置分散補償量を前置分散補償部２７に設定する。上述したように式（２）でＰＰＩ（光信号の伝送劣化量）が閾値以下となるように前置分散補償率Ｒを決めて前置分散補償量を設定する。なお、ＰＰＩが最小となるように前置分散補償率Ｒを決めて前置分散補償量を設定してもよい。
【００５７】
その前置分散補償率をＲ＝０％〜１００％まで可変する後置分散補償について、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）は光伝送システム２０Ａの構成を示すブロック図、（ｂ）は横軸を光ファイバ２５の伝送距離［ｋｍ］、縦軸を波長分散［ｐｓ／ｎｍ］とした際の波長分散累積量Ｄｔｏｔａｌを線４１，４２，４３で表わすグラフである。但し、光伝送システム２０Ａにおいては、光増幅器２６が所定のｎ段｛図１（ａ）では光増幅器２６ａ〜２６ｆは６段｝となっている。
【００５８】
設計装置６０で、前置分散補償率がＲ＝０％となるように前置分散補償量が求められ、前置分散補償部２７に設定されたとする。この場合、図４（ｂ）に破線４１で示すように、波長分散累積量Ｄｔｏｔａｌが、Ｔｘ２１ａ〜２１ｎの送信時の「０」から徐々に累積され、光ファイバ２５を介してＲｘ２４ａ〜２４ｎでの受信時には、最も高い波長分散量となる。Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで受信後は、後置分散補償部２８にて後置分散補償が行われるので、波長分散量は「０」となる。
【００５９】
次に、設計装置６０で、前置分散補償率がＲ＝５０％となるように前置分散補償量が求められ、前置分散補償部２７に設定されたとする。この場合、図４（ｂ）に下向き矢印４２ａで示すように、前置分散補償量Ｄｐｒｅとして５０％補償される。このため、波長分散累積量Ｄｔｏｔａｌは、マイナス５０％から開始され、徐々に累積される。その後、Ｄｔｏｔａｌは、実線４２で示すように波長分散量の「０」を超え、受信直前には、前置分散補償量の残りの５０％を有する値となる。この値を受信後に後置分散補償部２８によって、下向き矢印４２ｂで示す後置分散補償が行われるので、波長分散量は「０」となる。
【００６０】
次に、設計装置６０で、前置分散補償率がＲ＝１００％となるように前置分散補償量が求められ、前置分散補償部２７に設定されたとする。この場合、図４（ｂ）に下向き矢印４３ａで示すように、前置分散補償量Ｄｐｒｅとして１００％補償されるため、波長分散累積量Ｄｔｏｔａｌは、マイナス１００％から開始され、徐々に累積される。その後、Ｄｔｏｔａｌは、実線４３で示すように受信直前に「０」となるので、後置分散補償は行われない。
【００６１】
このような波長分散累積量ＤｔｏｔａｌとＰＡＰＲとの関係を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。この線４１，４２，４３で示す波長分散累積量Ｄｔｏｔａｌと、線Ｒ０，Ｒ５０，Ｒ１００で示すＰＡＰＲとの関係は、Ｄｔｏｔａｌの増加に伴いＰＡＰＲが増加するが、Ｄｔｏｔａｌがある程度増加するとＰＡＰＲが飽和する傾向にある。
【００６２】
図５（ａ）に示す前置分散補償率Ｒ＝０％の場合のＤｔｏｔａｌ４１が送信時から徐々に増加する過程において、図５（ｂ）に示すＰＡＰＲは送信時に最も低い。この後、ＰＡＰＲは、０ｋｍ〜１００ｋｍ近くまでに急激に増加し、その後、受信側の光増幅器２６ｆの位置（４５０ｋｍ）に至るまで徐々に増加して飽和する。
【００６３】
図５（ａ）に示す前置分散補償率Ｒ＝５０％の場合のＤｔｏｔａｌ４２が波長分散量のマイナス５０％から開始され、徐々に増加する過程において、図５（ｂ）に示すＰＡＰＲは「３」付近から徐々に減少し、１５０ｋｍ付近から急激に減少して全長の５０％である２２５ｋｍで最小となる。この時点で図５（ａ）に示すＤｔｏｔａｌ４２の波長分散量は「０」となっている。更に、ＰＡＰＲは、その最小から急激に増加し３００ｋｍ付近から徐々に４５０ｋｍまで増加する。
【００６４】
図５（ａ）に示す前置分散補償率Ｒ＝１００％の場合のＤｔｏｔａｌ４３が波長分散量のマイナス１００％から開始され、徐々に増加する過程において、図５（ｂ）に示すＰＡＰＲは最初は高めであるが徐々に減少する。最終の４５０ｋｍ時点でＤｔｏｔａｌ４３が０になると、ＰＡＰＲは全ての前置分散補償率の中で最小となる。
【００６５】
このようにＰＡＰＲが推移する前置分散補償率Ｒ０，Ｒ５０，Ｒ１００においては、距離０ｋｍ〜４５０ｋｍまで積分した際に、真ん中で積分値が最小となる前置分散補償率Ｒ５０の積分値が最も小さくなる。このため、非線形効果による非線形歪も最も小さくなり、伝送劣化も小さくなる。
【００６６】
また、前置分散補償率Ｒを０％〜１００％に変化させることで、図５（ａ）に示す波長分散累積量Ｄｔｏｔａｌが線４１〜４３の範囲で変化し、この変化に応じて図５（ｂ）に示すＰＡＰＲが変化することになる。例えば、Ｒ＝２５％であれば、全長４５０ｋｍの２５％の１１２．５ｋｍの位置でＰＡＰＲが最小となる。
【００６７】
なお、双方向矢印Ｙ５は、前置分散補償率Ｒを変化させた際、ＰＡＰＲが最小となる距離も変化することを示すと共に、前置分散補償率Ｒが大きくなる程、つまり、最小値となる距離が大きくなる程、ＰＡＰＲの最小値も大きくなることを示す。
【００６８】
このことから前置分散補償率Ｒを変化させることでＰＡＰＲが変化し、この変化するＰＡＰＲと光強度とを乗算して得られる乗算値が変化する。このため、上式（２）におけるＰＰＩが変化することになる。従って、前置分散補償率Ｒを０％〜１００％変化させて、ＰＰＩが最小となる前置分散補償率Ｒに応じた前置分散補償量を設計することで、非線形効果による非線形歪を最も小さくできる。この際、前置分散補償率Ｒが１００％未満であれば、後置分散補償部２８で後置分散補償を行うことになる。
【００６９】
なお、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎ側の後置分散補償量は、後置分散補償部２８が後置分散補償量を推定し、自律的に設定してもよく、設計装置６０が設定してもよい。この場合のＲｘ２４ａ〜２４ｎ側での後置分散補償量の推定は、例えば、設計装置６０がＴｘ２１ａ〜２１ｎの前置分散補償部２７に前置分散補償量を設定後、既知のトレーニングパルスを送信し、これをＲｘ２４ａ〜２４ｎで受信した光信号から、後置分散補償部２８が分散補償量を推定してもよい。
【００７０】
＜第１実施形態の効果＞
第１実施形態に係る光伝送システム２０（又は２０Ａ）における分散補償設計装置６０によって前置分散補償量を設計する際の効果について説明する。分散補償設計装置６０は、多値変調された光信号３２を、光増幅器２６ａ〜２６ｆが点在された光ファイバ２５を介してＲｘ２４ａ〜２４ｎへ送信するＴｘ２１ａ〜２１ｎに、光信号３２が光ファイバ２５で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計するものである。
【００７１】
（１）分散補償設計装置６０を、波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率Ｒを、光ファイバ２５を伝送する光信号３２の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求め、この求められた前置分散補償率Ｒに応じて前置分散補償量を設計する構成とした。
【００７２】
この構成によれば、Ｔｘ２１ａ〜２１ｎが、分散補償設計装置６０で設計された前置分散補償量に応じて前置分散補償を行うことにより、光伝送路で波長分散により波形が歪められる多値変調光信号を、事前にその歪をキャンセルするように歪ませて送信させる。このため、伝送時に波長分散により生じる信号歪が抑制されるので、伝送品質を向上させることができる。これによって、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで信号歪が抑制された適正な帯域幅の光信号３２を受信できる。
【００７３】
（２）分散補償設計装置６０は、光強度とＰＡＰＲとの乗算値を光ファイバ２５の伝送距離で積分した光信号の伝送劣化量であるＰＰＩを、予め定められた閾値以下又は小さくなるように前置分散補償率を求める構成とした。
【００７４】
この構成によれば、光信号３２の伝送劣化量が小さく抑制されるように光信号３２を送信できる。
【００７５】
（３）閾値は、ＰＰＩが当該閾値以下の場合に、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで受信される光信号３２のＱ値又は符号誤り率を改善、又は、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎが光信号３２を誤り無しで受信するエラーフリー伝送が可能となる誤り訂正リミットまでＱ値又は符号誤り率を改善、或いは、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで分散補償による波長分散量の改善の内、何れかの改善を可能とする値である。
【００７６】
これによって、ＰＰＩが閾値以下であれば、光信号３２の非線形歪を抑制して適正な受信が可能となる。
【００７７】
（４）分散補償設計装置６０は、光増幅器２６ａ〜２６ｆの増幅利得及び光ファイバ２５上での配置位置に応じて、ＰＰＩが閾値以下又は小さくなる光信号の光強度を求める構成とした。
【００７８】
この構成によれば、Ｔｘ２１ａ〜２１ｎの分散補償装置による光信号３２における前置分散補償の対象外の部分が、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎの分散補償装置による後置分散補償で、波長分散量が０となるように処理される。このため、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで信号歪が抑制された適正な帯域幅の光信号３２を受信できる。
なお、前述及び後述の説明に用いたＴｘ２１ａ〜２１ｎ、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎ、光増幅器２６ａ〜２６ｆの数、光増幅器２６ａ〜２６ｆの挿入位置、光強度、光増幅器２６ａ〜２６ｆの増幅率、光ファイバ２５の距離、波長分散量といったパラメータは一例である。
また、分散補償装置はＴｘに前置分散補償量を設定できる箇所に配置されていればよく、Ｔｘ内部に配置されても良い。
【００７９】
＜第２実施形態の構成＞
図６（ａ）は本発明の第２実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）は光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の２パターンの増幅光強度と、前置分散補償率が一定の場合の距離毎のＰＡＰＲ（ピーク対平均電力比）とを示すグラフである。
【００８０】
図６（ａ）に示す第２実施形態の光伝送システム２０Ｂが、第１実施形態の光伝送システム２０｛図１（ａ）｝と異なる点は、光ファイバ２５に点在される光増幅器２６ａ１〜２６ｅ１の各々が、矢印Ｙ７ａ〜Ｙ７ｅで示すように増幅利得が可変できるようになっていることと、矢印Ｙ８ａ〜Ｙ８ｅで示すように配置位置が、送信側又は受信側に可変できるようになっていることにある。
【００８１】
但し、光伝送システム２０の光増幅器２６ａ〜２６ｆが６つであったのに対して、光伝送システム２０Ｂの光増幅器２６ａ１〜２６ｅ１は５つであり、Ｍｕｘ２２から最後尾の光増幅器２６ｅ１までの距離が、図６（ｂ）に示すように４００ｋｍであるとする。また、光伝送システム２０Ｂでは、Ｔｘ２１ａ〜２１ｎが、前置分散補償量が固定量となった前置分散補償部２７ａを備えるとする。
【００８２】
つまり、光伝送システム２０Ｂでは、前置分散補償量の可変ができないが、光増幅器２６ａ１〜２６ｅ１の増幅利得の可変及び配置位置の可変が可能な場合に、その増幅利得及び配置位置を可変して、ＰＰＩ（光信号の伝送劣化量）が閾値以下となる（又は小さくなる）ような光信号３２の光強度を得るようにする。この動作を図７のフローチャートを参照して説明する。
【００８３】
但し、設計装置６０で設計される前置分散補償量は、前置分散補償率がＲ＝５０％で一定の場合の固定量であるとする。このＲ＝５０％を図６（ｂ）のグラフに線Ｒ５０で示す。従って、前置分散補償率Ｒ５０の場合のＰＡＰＲ（ピーク対平均電力比）は、そのグラフのように定まっている。
【００８４】
図７のステップＳ１１において、光強度を設定（設計）する伝送路の設計を行う。まず、現在の光ファイバ２５に点在された各光増幅器２６ａ１〜２６ｅ１の増幅利得及び配置位置の状態で決まる光強度が、図６（ｂ）に線Ｐ１で示す光強度であるとする。
【００８５】
次に、ステップＳ１２において、設計装置６０では前置分散補償量が可変か否かが判断されるが、この場合、前置分散補償量が固定量なので、ステップＳ１４に進む。なお、ステップＳ１３は後述の第３実施形態で説明する。
【００８６】
ステップＳ１４において、設計装置６０は、上記ステップＳ１１で求められた光強度Ｐ１と、固定値である前置分散補償率Ｒ５０により定まっているＰＡＰＲとを乗算し、この乗算値を伝搬方向で積分することにより、ＰＰＩ（光信号の伝送劣化量）を求める。
【００８７】
この光強度Ｐ１及び後述の光強度Ｐ２をパラメータとするＰＰＩと光ファイバ２５の距離との関係を図８のグラフに示す。図８では、光強度Ｐ１に係るＰＰＩは、光ファイバ２５に点在する光増幅器２６ａ１〜２６ｅ１の位置毎（距離毎）に湾曲状に突出して増加している。
【００８８】
次に、ステップＳ１５において、設計装置６０は、ＰＰＩが予め定められた閾値以下か否かを判定する。この結果、閾値を超えていた（Ｎｏ）とする。この場合、上記ステップＳ１１に戻って伝送路の再設計を行い、新たな光強度を次のように求める。
【００８９】
例えば、光増幅器２６ｃ１の増幅利得を上げると共に、その配置位置を受信側にずらして配置する。光増幅器２６ａ１，２６ｂ１は、増幅利得を同じで配置位置を送信側にずらして配置し、光増幅器２６ｄ１は、増幅利得を同じで配置位置を受信側にずらして配置する。更に、光増幅器２６ｅ１は増幅利得及び配置位置ともに同じとする。この状態で決まる光強度を、図６（ｂ）に破線Ｐ２で示す。
【００９０】
次に、ステップＳ１２を介して進んだステップＳ１４において、前置分散補償部２７ａは、上記ステップＳ１１で求められた光強度Ｐ２とＰＡＰＲとを乗算後に積分してＰＰＩを求める。
【００９１】
次に、ステップＳ１５において、設計装置６０によって、ＰＰＩが予め定められた閾値以下であると判定（Ｙｅｓ）判定された場合、閾値以下であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ５において、この時、ステップＳ２で決定された前置分散補償量を前置分散補償部２７に設定する。上記ステップＳ１１で設計された各光増幅器２６ａ１〜２６ｅ１の増幅利得及び配置位置の状態を光ファイバ２５に設定する。この設定に応じて光ファイバ２５を伝送する光信号３２の信号歪が抑制されるので、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで適正な帯域幅の光信号３２を受信できる。
【００９２】
＜第３実施形態の構成＞
図９（ａ）は本発明の第３実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）は光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の２パターンの増幅光強度と、各前置分散補償率に応じた距離毎のＰＡＰＲとを示すグラフである。
【００９３】
図９（ａ）に示す第３実施形態の光伝送システム２０Ｃが、第１実施形態の光伝送システム２０｛図１（ａ）｝と異なる点は、光ファイバ２５に点在される光増幅器２６ａ１〜２６ｆ１の各々が、矢印Ｙ７ａ〜Ｙ７ｆで示すように増幅利得が可変できるようになっていることと、矢印Ｙ８ａ〜Ｙ８ｆで示すように配置位置が、送信側又は受信側に可変できるようになっていることにある。
【００９４】
光伝送システム２０Ｃでは、第１実施形態と同様に前置分散補償量の可変が可能であると共に、光増幅器２６ａ１〜２６ｆ１の増幅利得の可変及び配置位置の可変が可能な構成となっている。この構成の場合に、上記の前置分散補償量、増幅利得及び配置位置を可変して、ＰＰＩ（光信号の伝送劣化量）が閾値以下となる（又は小さくなる）ような光信号３２の光強度を得るようにする。この動作を図７のフローチャートを参照して説明する。
【００９５】
但し、図９（ｂ）に示すグラフにおいて、前置分散補償率Ｒ０，Ｒ５０，Ｒ１００と、実線の光強度Ｐとは、図１（ｂ）と同じであるが、破線の光強度Ｐ３が異なっている。光強度Ｐ３は、光増幅器２６ａ１〜２６ｆ１の増幅利得及び配置位置を所定状態に可変した場合の光強度である。
【００９６】
図７のステップＳ１１において、光強度を設定（設計）する伝送路の設計を行う。まず、現在の光ファイバ２５に点在された各光増幅器２６ａ１〜２６ｆ１の増幅利得及び配置位置の状態で決まる光強度が、図９（ｂ）に線Ｐで示す光強度であるとする。
【００９７】
次に、ステップＳ１２において、設計装置６０では前置分散補償量が可変か否かが判断される。この場合、前置分散補償量が可変できる（Ｙｅｓ）ので、ステップＳ１３に進む。
【００９８】
次に、ステップＳ１３において、設計装置６０は、前置分散補償量を決定する。例えば図９（ｂ）の２２５ｋｍに示すように、前置分散補償率Ｒ５０の場合に光強度Ｐの強い所でＰＡＰＲが小さくなるが、このようにＰＡＰＲの平均電力が小さい所ではピークが大きくても良いように前置分散補償量を決定する。この前置分散補償量により必然的にＰＡＰＲが決まる。
【００９９】
ステップＳ１４において、設計装置６０は、上記ステップＳ１１で求められた光強度Ｐと、Ｒ５０の前置分散補償量に応じて決まったＰＡＰＲとを乗算し、この乗算値を伝搬方向で積分することにより、ＰＰＩを求める。
【０１００】
このように、光強度ＰとＲ５０の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩの曲線（ＰＰＩ曲線）を、図１０に符号ＰＲ２で示す。図１０に示す各ＰＰＩ曲線ＰＲ１〜ＰＲ６は、光ファイバ２５の距離に対するＰＰＩを示すパラメータである。
【０１０１】
ＰＰＩ曲線ＰＲ１は、光強度ＰとＲ０の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩを示す。ＰＰＩ曲線ＰＲ２は、光強度ＰとＲ５０の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩを示す。ＰＰＩ曲線ＰＲ３は、光強度ＰとＲ１００の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩを示す。ＰＰＩ曲線ＰＲ４は、後述する光強度Ｐ３とＲ０の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩを示す。ＰＰＩ曲線ＰＲ５は、光強度Ｐ３とＲ５０の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩを示す。ＰＰＩ曲線ＰＲ６は、光強度Ｐ３とＲ１００の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩを示す。
【０１０２】
各ＰＰＩ曲線ＰＲ１〜ＰＲ６は、光ファイバ２５に点在する光増幅器２６ａ１〜２６ｆ１の位置毎（距離毎）に湾曲状に突出して増加している。
【０１０３】
次に、図７のステップＳ１５において、設計装置６０は、ＰＰＩが予め定められた閾値以下か否かを判定する。この結果、閾値を超えていた（Ｎｏ）とする。この場合、上記ステップＳ１１に戻って伝送路の再設計を行い、新たな光強度を次のように求める。
【０１０４】
再設計において、光増幅器２６ｂ１，２６ｆ１は増幅利得及び配置位置を同じとした。光増幅器２６ａ１は増幅利得を上げ、配置位置を受信側にずらした。光増幅器２６ｃ１は増幅利得を同じとし、配置位置を送信側にずらした。光増幅器２６ｄ１，２６ｅ１は増幅利得を上げ、配置位置を送信側にずらした。この状態で決まる光強度を、図９（ｂ）に破線Ｐ３で示す。
【０１０５】
次に、ステップＳ１２のＹｅｓを介して進んだステップＳ１３において、設計装置６０は、上記ステップＳ１１で求められた光強度Ｐ３と前置分散補償率Ｒ０，Ｒ５０，Ｒ１００毎のＰＡＰＲとを乗算後に積分して各ＰＰＩを求める。ここでステップＳ１５において閾値判定を行うが、前置分散補償率Ｒが１００％になってもＰＰＩが閾値以下となる条件が見つからない場合は、ＰＰＩの閾値を見直して再度処理を行う。
【０１０６】
次に、ステップＳ１５において、設計装置６０によって、各ＰＰＩが閾値以下であると判定（Ｙｅｓ）されたとする。この光強度Ｐ３で各ＰＡＰＲの場合の各ＰＰＩが、図１０に各ＰＰＩ曲線ＰＲ４〜ＰＲ６で示す通りとなる。受信端の４５０ｋｍではＰＰＩ曲線ＰＲ５が最小となっている。即ち、光強度Ｐ３とＲ５０の場合のＰＡＰＲとの乗算結果を積分したＰＰＩが最小となっている。
【０１０７】
従って、ＰＰＩを保持する上記ステップＳ１１で再設計された各光増幅器２６ａ１〜２６ｆ１の増幅利得及び配置位置の状態を光ファイバ２５に設定する。この設定に応じて光ファイバ２５を伝送する光信号３２の信号歪が抑制されるので、Ｒｘ２４ａ〜２４ｎで適正な帯域幅の光信号３２を受信できる。
【０１０８】
＜第４実施形態の構成＞
図１１（ａ）は本発明の第４実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図、（ｂ）は光伝送システムの光ファイバに点在する光増幅器の上り側の増幅光強度と、下り側の増幅光強度とを示すグラフである。
【０１０９】
図１１（ａ）に示す第４実施形態の光伝送システム２０Ｄが、第１実施形態の光伝送システム２０｛図１（ａ）｝と異なる点は、光ファイバ２５Ａが一芯双方向のものであり、光増幅器４１ａ〜４１ｇが双方向に光信号３２を増幅可能となっている。従って、一端側にＭｕｘ／Ｄｅｍｕｘ４２、他端側にＤｅｍｕｘ／Ｍｕｘ４３が配置され、Ｍｕｘ／Ｄｅｍｕｘ４２にＴｘ２１ａ，２１ｎとＲｘ２４ｂとが混在して接続され、Ｄｅｍｕｘ／Ｍｕｘ４３に対向側のＲｘ２４ａ，２４ｎとＴｘ２１ｂとが混在して接続されている。なお、Ｍｕｘ／Ｄｅｍｕｘ４２、Ｔｘ２１ａ，２１ｎ及びＲｘ２４ｂは、請求項記載の送受信装置を構成する。Ｄｅｍｕｘ／Ｍｕｘ４３、Ｒｘ２４ａ，２４ｎ及びＴｘ２１ｂは、請求項記載の送受信装置を構成する。
【０１１０】
図１１（ｂ）に矢印Ｙ１０で示すように、光信号３２が上り側に伝送される際に光増幅器４１ａ〜４１ｇが光信号３２を増幅すると、光強度が線Ｐ５で示すように光増幅器４１ａ〜４１ｇ毎に立ち上がり、出力後に徐々に立ち下がって行く。
【０１１１】
一方、矢印Ｙ１０の逆方向の矢印Ｙ１１で示すように、光信号３２が下り側に伝送される際に光増幅器４１ｇ〜４１ａが光信号３２を増幅すると、光強度が線Ｐ６で示すように光増幅器４１ｇ〜４１ａ毎に立ち上がり、出力後に徐々に立ち下がって行く。
【０１１２】
ところで、図１に示した光ファイバ２５を上り下り毎に合計２本敷設すれば、上りと下りの光信号３２を分離できるので、上りのＰＰＩを閾値以下（又は最小）、下りのＰＰＩを閾値以下とできる。しかし、図１１（ａ）に示す光ファイバ２５Ａのように、一芯双方向では上り下りの光信号３２が相互に影響を及ぼすため、上り下りの各々をＰＰＩが閾値以下となるように前置分散補償率を決めただけでは、上り下り双方のＰＰＩを最小にできない。
【０１１３】
そこで、光伝送システム２０Ｄにおいては、光ファイバ２５Ａを介して対向する前置分散補償部２７が、上りのＰＰＩに重み付けの値（重み付け値）を乗算し、下りのＰＰＩに重み付け値を乗算する。更に、前置分散補償部２７は、その乗算結果と対向側の乗算結果との加算値が予め定められた閾値以下（又は最小）となる前置分散補償率に応じて、上り下り各々の前置分散補償を行うようにした。このようにすれば、上り下りの光信号３２が相互に及ぼす影響を重み付け値で抑制することができ、上り下り双方の光信号３２の非線形歪を抑制して適正な受信が可能となる。
【０１１４】
また、本実施形態のコンピュータを実行するプログラムについて説明する。コンピュータは、多値変調された光信号３２を、光信号３２を増幅する光増幅器２６ａ〜２６ｆが点在された光ファイバ２５を介して受信装置（Ｄｅｍｕｘ２３及びＲｘ２４ａ〜２４ｎ）へ送信する送信装置（Ｔｘ２１ａ〜２１ｎ及びＭｕｘ２２）に、光信号３２が光ファイバ２５で累積される波長分散に対して補償を行う分散補償のために設定される分散補償量を、事前に設計する分散補償設計装置６０であるとする。
【０１１５】
このプログラムは、上記コンピュータを、波長分散に対する事前の分散補償量である前置分散補償量を定める前置分散補償率を、光ファイバ２５を伝送する光信号３２の光強度と、光強度のピーク及び信号光の平均電力の比率であるＰＡＰＲとの所定の関係から求める手段、前記求められた前置分散補償率に応じて前置分散補償量を設計する手段として機能させる。
【０１１６】
このプログラムによれば、上述した第１実施形態の設計装置６０の効果と同様の効果を得ることができる。
【０１１７】
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
以上の説明では、分散補償はＴｘ及びＲｘで行っているが、電気的にＤＳＰ（Digital Signal Processor）による信号処理で分散補償を行っても良く、また、分散補償ファイバ等の光デバイスで行っても良い。更に、分散補償の光デバイスを光ファイバの伝送路に挿入することで実現しても良い。この場合は、複数のＴｘ（光信号）によるＰＰＩを全体的に小さくするように前置分散補償率Ｒを設計すれば良い。また、分散補償量は光伝送路の波長分散を０となるように補償を行っているが、ＰＰＩを小さくするように補償を行えばよく、必ずしも０となるような補償でなくとも良い。
【０１１８】
遠隔励起増幅器等を用いた長距離無中継伝送においては、遠隔励起増幅器の他、高出力信号やラマン増幅の使用により非線形現象が強く発現する。特に海底伝送系は海底に光ファイバを敷設すると、伝送路の変更が困難であるため、上述した第２〜第４実施形態の光伝送システム構成を事前に設計することが重要となる。既設の光ファイバに対して伝送系の装置を更改する場合は、第１実施形態のような前置分散補償を行う設計が重要となる。従って、上記の事前設計を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  光伝送システム
２１ａ〜２１ｎ  Ｔｘ（光送信機）
２２  Ｍｕｘ（合波器）
２３  Ｄｅｍｕｘ（分波器）
２４ａ〜２４ｎ  Ｒｘ（光受信機）
２５，２５Ａ  光ファイバ
２６ａ〜２６ｆ，２６ａ１〜２６ｆ１，４１ａ〜４１ｇ  光増幅器
２７，２７ａ  前置分散補償部
２８  後置分散補償部
３２  光信号
４１〜４３  波長分散累積量
４２ａ  前置分散補償量
４２ｂ  後置分散補償量
６０  分散補償設計装置
Ｐ，Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ５，Ｐ６  光強度
Ｒ０，Ｒ５０，Ｒ１００  前置分散補償率
【図１】
2020010127.tif 000005
【図２】
2020010127.tif 000006
【図３】
2020010127.tif 000007
【図４】
2020010127.tif 000008
【図５】
2020010127.tif 000009
【図６】
2020010127.tif 000010
【図７】
2020010127.tif 000011
【図８】
2020010127.tif 000012
【図９】
2020010127.tif 000013
【図１０】
2020010127.tif 000014
【図１１】
2020010127.tif 000015
【図１２】
2020010127.tif 000016
【図１３】
2020010127.tif 000017
【図１４】
2020010127.tif 000018