(57)【要約】【課題】バースト光信号の光伝送路の長延化を行う。【解決手段】光伝送システム１０は、バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎでバーストデータ列をバースト光信号に変換し、このバースト光信号を、光ファイバ伝送路１２中の光増幅器１４ａ〜１４ｏで光増幅中継しながらバースト光受信装置１５で受信する。バースト光送信装置１１ａは、微分回路で近似される光増幅器１４ａ〜１４ｏの長周期成分の過渡応答特性と同等の時定数の積分回路の過渡応答特性を有し、バーストデータ列を予等化してバースト信号を出力し、このバースト信号をバースト光信号に変換して光ファイバ伝送路１２へ送信する。【選択図】図２
2018133729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バースト状のバイナリデータ列であるバーストデータ列をバースト光信号に変換し、この変換されたバースト光信号を、光増幅器で増幅しながら中継を行う光伝送路へ送信するバースト光送信装置であって、
微分回路で近似される前記光増幅器の長周期成分の過渡応答特性と同等の時定数の積分回路の過渡応答特性を有し、前記バーストデータ列を予等化してバースト信号を出力する過渡応答予等化部と、
前記バースト信号をバースト光信号に変換して前記光伝送路へ送信するＥ／Ｏ変換部と
を備えることを特徴とするバースト光送信装置。
【請求項２】
前記過渡応答予等化部は、
前記過渡応答特性が下式（１）で表される場合に、前記バースト光信号のパワーレベルが下式（３）を満足するように前記予等化を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のバースト光送信装置。
Ｇ（ｔ）＝Ｇｃｗ＋（Ｇ０−Ｇｃｗ）ｅｘｐ｛−（ｔ／τ）｝  …式（１）
但し、Ｇ（ｔ）は時刻tにおける利得、ＧＣＷは定常利得、Ｇ０は初期利得、τは時定数である。
Ｇ（ｔ）・ｒ・Ｅ（ｔ）・Ｐe（ｔ）＝Ｐo（ｔ）  …式（３）
但し、Ｐo（ｔ）は光増幅器から出力されるバースト光信号の時刻ｔにおける所望のパワー、Ｐｅ（ｔ）は伝送路に入力される予等化バースト光信号の時刻ｔにおけるパワー、ｒは伝送路損失、Ｇ（ｔ）は時刻tにおける利得である。
【請求項３】
前記過渡応答予等化部は、
前記バーストデータ列がアナログ信号に変換後に２分岐された一方のアナログ信号を、前記光増幅器の長周期成分過渡応答の時定数の逆数を基準とする通過帯域で通過させた積分信号を出力するローパスフィルタと、
前記２分岐された他方のアナログ信号を、前記ローパスフィルタの信号入力から出力までの信号通過時間と同時間遅延して出力する遅延器と、
前記ローパスフィルタから出力される積分信号と、前記遅延器から出力されるアナログ信号とを乗算することにより予等化してバースト信号を出力する乗算回路と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバースト光送信装置。
【請求項４】
前記過渡応答予等化部は、
前記バーストデータ列が２分岐された一方のバーストデータ列を、前記光増幅器の長周期成分過渡応答の時定数を基準とする時間幅を有して積分し、この積分値を量子化したディジタル信号を出力する積分回路と、
前記２分岐された他方のバーストデータ列を、前記積分回路の信号入力から出力までの信号処理時間と同時間遅延して出力するバッファと、
前記バッファから出力されるバーストデータ列のデータが「１」の場合にのみ、前記積分回路から出力されるディジタル信号を選択することにより予等化してバースト信号を出力するセレクタ回路と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバースト光送信装置。
【請求項５】
前記過渡応答予等化部は、
前記光増幅器から出力されるバースト光信号の過渡応答成分がフィードバック入力された際に、当該過渡応答成分が抑圧されるように前記予等化の処理時の時定数を補正する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバースト光送信装置。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載のバースト光送信装置と、
前記バースト光送信装置から出力されるバースト光信号と、前記光伝送路を伝送してきた他のバースト光信号とを結合する、当該光伝送路に接続された光カプラと、
前記光カプラで結合されたバースト光信号を増幅する、前記光伝送路に接続された光増幅器と、
前記光増幅器で増幅されたバースト光信号を受信するバースト光受信装置と
を備え、
前記光増幅器は、前記バースト光送信装置での予等化後に光変換されて前記光カプラを介して前記光伝送路に伝送されるバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されている
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項７】
請求項５に記載のバースト光送信装置と、
前記バースト光送信装置から出力されるバースト光信号と、前記光伝送路を伝送してきた他のバースト光信号とを結合する、当該光伝送路に接続された光カプラと、
前記光カプラで結合されたバースト光信号を増幅する、前記光伝送路に接続された光増幅器と、
前記光増幅器で増幅されたバースト光信号を受信するバースト光受信装置と、
前記バースト光受信装置で受信されるバースト光信号の過渡応答成分をモニタし、このモニタされる過渡応答成分を、前記バースト光送信装置の過渡応答予等化部へフィードバックする過渡応答モニタ部と
を備え、
前記光増幅器は、前記バースト光送信装置での予等化後に光変換されて前記光カプラを介して前記光伝送路に伝送されるバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されており、
前記過渡応答予等化部は、前記フィードバックされる過渡応答成分に応じて、前記モニタされる過渡応答成分が抑圧されるように、前記予等化の処理時の時定数を補正する
ことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器を用いて光増幅中継が行われる光伝送路へ、バースト光信号を送信するバースト光送信装置及び光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザ宅からインターネットプロバイダ迄のネットワークであるアクセスネットワークのように、１ユーザの使用帯域が小さい領域では、バースト光信号（光信号）を用いて時間多重により集線することで経済化を図るＰＯＮ(Passive Optical Network)方式が広く導入されている（非特許文献１）。
【０００３】
次世代ＰＯＮとして標準化が進められているＮＧ(Next Generation)−ＰＯＮ２や１００ＧＥ(Gigabit Ethernet)−ＰＯＮでは、総伝送容量は数１０Ｇｂｉｔ/ｓ〜数１００Ｇｂｉｔ／ｓに達する。このため、ユーザ数の少ないエリアであれば、各ノードにおいて光信号の分岐（Ｄｒｏｐ）及び挿入（Ａｄｄ）を可能とするＲＯＡＤＭ(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer)システムの置き換えも可能であり、大幅な低コスト化が期待される（非特許文献２）。
【０００４】
一方で、ＲＯＡＤＭの適用エリアにＰＯＮシステムを導入する場合、１００Ｋｍ程度の伝送距離となる。単純なｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ（ポイント、ツー、ポイント）の伝送においてもＰＯＮの仕様のダイナミックレンジを考慮すると、１００Ｋｍの伝送距離では光信号を適正に伝送するには厳しい。実際のネットワークでは、ユーザ信号を収容するノードが伝送路中に複数存在し、各ノードからの光信号を挿入するための光カプラの通過損失により、伝送距離が著しく短縮される。これらの伝送路損失を補償し、光信号の伝送距離を長延化するためには光増幅器を用いた光増幅中継が必要となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“技術基礎講座  ＧＥ−ＰＯＮ技術”,ＮＴＴ技術ジャーナル２００５年８月、Ｎｏ．７（２００５）
【非特許文献２】M. Nakagawa, et al.,“Flexible and Cost-Effective Optical Mero Network with Photonic-Sub-Lambda Aggregation Capability”,  OECC/PS2016. [平成29年1月27日検索], インターネット<ＵＲＬ：http://www.oecc-ps2016.org/>
【非特許文献３】深田、他、“バースト対応利得クランプ型光ファイバ増幅器による映像信号(SD-SDI/HD-SDI)の伝送距離長延化の検討(情報処理学会研究報告オーディオビジュアル複合情報処理” 情報処理学会 ２００７年１２月１４日（ＡＶＭ）（２００７）
【非特許文献４】加木、他２名、“光バースト通信に対応する光ファイバ増幅器に関する研究”, ＳＣＯＰＥ 第２回成果発表会予稿集，（２００５）
【非特許文献５】益本、他５名、“バースト光信号を用いたメトロ伝送システムにおけるＥＤＦＡ過渡応答特性抑圧に関する一考察”,電子情報通信学会大会講演論文集 ＣＤ−ＲＯＭ，日本，２０１６年９月６日，巻：２０１６号，ソサエティ大会，ページ：ＲＯＭＢＵＮＮＯ．Ｂ−１２−６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、バースト光信号を光増幅中継する場合に、光増幅器の過渡応答が次のように問題となる。例えば、光増幅中継器として最も一般的な装置として、光信号を光のまま増幅可能なＥＤＦＡ(Erbium-Doped Fiber Amplifier)を用いた場合を想定する。ＥＤＦＡは、５０μｓ〜１００μｓ程度の緩和時間を持っているため、同程度の時間的な長さのバースト光信号を増幅すると、出力光信号はＥＤＦＡの過渡応答特性により、バースト光信号の先頭でピークパワーが極端に増加するオーバーシュートが発生する。このような光信号のピークパワーの増大は、光ファイバの非線形効果による信号品質の劣化を招き、最悪の場合、受信器への過大入力により、受信器を破壊することもある。
【０００７】
そこで、ＥＤＦＡの過渡応答を抑圧するために、ダミー光を入力する方法（非特許文献３）や、励起光出力を高速制御する方法（非特許文献４）が提案されているが、コストの増加や信頼性等の観点から商用装置への導入には至っていない。
【０００８】
一方、既存のＥＤＦＡを用いて過渡応答を抑えるには励起光パワーを下げることが有効である（非特許文献５）。この方式を用いれば、コストや信頼性は従来の光増幅中継と変わらないが、励起光パワーを下げたことにより、信号光パワーが低下し、受信ＯＳＮＲ(光信号対雑音比)が劣化するため、従来の光増幅中継に比べて伝送距離が制限されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バースト光信号の光伝送路の長延化を行うことができるバースト光送信装置及び光伝送システ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】
【００１０】
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、バースト状のバイナリデータ列であるバーストデータ列をバースト光信号に変換し、この変換されたバースト光信号を、光増幅器で増幅しながら中継を行う光伝送路へ送信するバースト光送信装置であって、微分回路で近似される前記光増幅器の長周期成分の過渡応答特性と同等の時定数の積分回路の過渡応答特性を有し、前記バーストデータ列を予等化してバースト信号を出力する過渡応答予等化部と、前記バースト信号をバースト光信号に変換して前記光伝送路へ送信するＥ／Ｏ変換部とを備えることを特徴とするバースト光送信装置である。
【００１１】
この構成によれば、入力されたバーストデータ列を、過渡応答予等化部により予等化することで、右肩上がりのバースト信号列が得られる。この右肩上がりのバースト信号列を変換したバースト光信号列を、光増幅器で光増幅すると、光増幅器の過渡応答特性により、受信に適した一定パワーのバースト光信号列が得られる。これによって、バースト光信号の光伝送路の長延化を行うことができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記過渡応答予等化部は、前記過渡応答特性が下式（１）で表される場合に、前記バースト光信号のパワーレベルが下式（３）を満足するように前記予等化を行うことを特徴とする請求項１に記載のバースト光送信装置である。
Ｇ（ｔ）＝Ｇｃｗ＋（Ｇ０−Ｇｃｗ）ｅｘｐ｛−（ｔ／τ）｝  …式（１）
但し、Ｇ（ｔ）は時刻tにおける利得、ＧＣＷは定常利得、Ｇ０は初期利得、τは時定数である。
Ｇ（ｔ）・ｒ・Ｅ（ｔ）・Ｐe（ｔ）＝Ｐo（ｔ）  …式（３）
但し、Ｐo（ｔ）は光増幅器から出力されるバースト光信号の時刻ｔにおける所望のパワー、Ｐｅ（ｔ）は伝送路に入力される予等化バースト光信号の時刻ｔにおけるパワー、ｒは伝送路損失、Ｇ（ｔ）は時刻tにおける利得である。
【００１３】
この構成によれば、光増幅伝送されるバースト光信号を、受信に適した一定パワーとすることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記過渡応答予等化部は、前記バーストデータ列がアナログ信号に変換後に２分岐された一方のアナログ信号を、前記光増幅器の長周期成分過渡応答の時定数の逆数を基準とする通過帯域で通過させた積分信号を出力するローパスフィルタと、前記２分岐された他方のアナログ信号を、前記ローパスフィルタの信号入力から出力までの信号通過時間と同時間遅延して出力する遅延器と、前記ローパスフィルタから出力される積分信号と、前記遅延器から出力されるアナログ信号とを乗算することにより予等化してバースト信号を出力する乗算回路とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバースト光送信装置である。
【００１５】
この構成によれば、ローパスフィルタ、遅延器及び乗算回路を、既製のアナログ回路を流用して容易に作成することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記過渡応答予等化部は、前記バーストデータ列が２分岐された一方のバーストデータ列を、前記光増幅器の長周期成分過渡応答の時定数を基準とする時間幅を有して積分し、この積分値を量子化したディジタル信号を出力する積分回路と、前記２分岐された他方のバーストデータ列を、前記積分回路の信号入力から出力までの信号処理時間と同時間遅延して出力するバッファと、前記バッファから出力されるバーストデータ列のデータが「１」の場合にのみ、前記積分回路から出力されるディジタル信号を選択することにより予等化してバースト信号を出力するセレクタ回路とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のバースト光送信装置である。
【００１７】
この構成によれば、積分回路、バッファ及びセレクタ回路を、既製のディジタル回路を流用して容易に作成することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、前記過渡応答予等化部は、前記光増幅器から出力されるバースト光信号の過渡応答成分がフィードバック入力された際に、当該過渡応答成分が抑圧されるように前記予等化の処理時の時定数を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のバースト光送信装置である。
【００１９】
この構成によれば、光伝送路中の信号受信直前の光増幅器から出力されるバースト光信号の過渡応答成分が抑圧されるように、ローパスフィルタの通過帯域を可変することにより、光伝送路を伝送後に受信されるバースト光信号を、受信に適した一定パワーとすることができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のバースト光送信装置と、前記バースト光送信装置から出力されるバースト光信号と、前記光伝送路を伝送してきた他のバースト光信号とを結合する、当該光伝送路に接続された光カプラと、前記光カプラで結合されたバースト光信号を増幅する、前記光伝送路に接続された光増幅器と、前記光増幅器で増幅されたバースト光信号を受信するバースト光受信装置とを備え、前記光増幅器は、前記バースト光送信装置での予等化後に光変換されて前記光カプラを介して前記光伝送路に伝送されるバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されていることを特徴とする光伝送システムである。
【００２１】
この構成によれば、光伝送路中の光増幅器は、バースト光送信装置での予等化後に光変換されたバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されている。このため、予等化されたバースト光信号を、バースト光受信装置での受信に適した一定パワーのバースト光信号となるように光増幅中継を行うことができる。これにより受信ＯＳＮＲが向上するため、バースト光信号の光伝送路の長延化が可能となる。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項５に記載のバースト光送信装置と、前記バースト光送信装置から出力されるバースト光信号と、前記光伝送路を伝送してきた他のバースト光信号とを結合する、当該光伝送路に接続された光カプラと、前記光カプラで結合されたバースト光信号を増幅する、前記光伝送路に接続された光増幅器と、前記光増幅器で増幅されたバースト光信号を受信するバースト光受信装置と、前記バースト光受信装置で受信されるバースト光信号の過渡応答成分をモニタし、このモニタされる過渡応答成分を、前記バースト光送信装置の過渡応答予等化部へフィードバックする過渡応答モニタ部とを備え、前記光増幅器は、前記バースト光送信装置での予等化後に光変換されて前記光カプラを介して前記光伝送路に伝送されるバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されており、前記過渡応答予等化部は、前記フィードバックされる過渡応答成分に応じて、前記モニタされる過渡応答成分が抑圧されるように、前記予等化の処理時の時定数を補正することを特徴とする光伝送システムである。
【００２３】
この構成によれば、フィードバックされる過渡応答成分に応じて予等化処理時の時定数を補正することにより、モニタされるバースト光信号の過渡応答成分が抑圧されるので、バースト光受信装置で受信されるバースト光信号を、受信に適した一定パワーとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、バースト光信号の光伝送路の長延化を行うバースト光送信装置及び光伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光伝送システムの原理の説明図であり、（ａ）はバーストデータ列の信号パワー（縦軸）と時刻（横軸）との関係を示す図、（ｂ）はバースト光信号のパワーが右肩下がりに低下する様子を示す図、（ｃ）は右肩上がりの積分波形信号を示す図、（ｄ）は右肩上がりのバースト信号列を示す図、（ｅ）は一定パワーのバースト光信号を示す図である。
【図２】本発明の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である。
【図３】本実施形態の応用例に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示した光伝送システムにおけるバースト光送信装置の第１回路構成を示すブロック図である。
【図５】図２に示した光伝送システムにおけるバースト光送信装置の第２回路構成を示すブロック図である。
【図６】図２に示した光伝送システムの具体例としての光伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図７】光増幅中継後の信号光ピークパワーの入力バースト信号長の依存性を示す図である。
【図８】励起光パワーと相対ＯＳＮＲとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
最初に、本発明の光伝送システムの原理を図１を参照して説明する。
図１（ａ）に、電気信号であるバースト状のバイナリデータ列（バーストデータ列ともいう）のパワー（縦軸）と、時刻ｔ０〜ｔ６０（横軸）との関係を示す。図１（ａ）に示すバーストデータを光変換したバースト光信号を光伝送路へ伝送し、矢印Ｙ１で示すように、光増幅器（図示せず）で光増幅したとする。この場合、その光増幅器の過渡応答特性により、図１（ｂ）に示すように、バースト光信号のパワーが右肩下がりに低下する。言い換えれば劣化する。この低下（劣化）するカーブは、長周期における微分処理信号に相当する。また、この現象は、光増幅器が、バースト光信号を、一定に連続するバースト光信号として捉えて増幅すること等が起因している。
【００２７】
図１（ｂ）のように増幅後の信号パワーが、受信に必要なレベルから低下してしまうと、受信ＯＳＮＲ(光信号対雑音比)が劣化するため、従来の光増幅中継に比べて伝送距離が制限されてしまう。
【００２８】
そこで、本発明では、図１（ａ）に示すバーストデータ列を矢印Ｙ２で示すように積分する。この結果、図１（ｃ）に示すように、右肩上がりの波形の信号（積分波形信号という）が得られる。この積分波形信号では、バーストデータのオンオフ情報が全て抜け落ちており、このままでは伝送不可能となる。
【００２９】
そこで、矢印Ｙ３で示す積分波形信号と、矢印Ｙ４で示す図１（ａ）のバーストデータとを、乗算器Ｍで乗算するといった予等化（後述）を行って矢印Ｙ５で示すように出力する。これによって、図１（ｄ）に示す右肩上がりのバースト信号列を得るようにした。この右肩上がりのバースト信号列を光変換して伝送し、矢印Ｙ６で示すように、光増幅器（図示せず）で光増幅した場合、図１（ｅ）に示すように、受信に適した一定パワーのバースト光信号が得られる。これにより受信ＯＳＮＲが向上するため、伝送距離の長延化が可能となる。
【００３０】
つまり、本発明は、バーストデータ列に対して、光伝送路中の光増幅器の過渡応答特性を予等化する信号処理を施し、言い換えれば、過渡応答特性による信号波形の劣化を補償する信号処理を施し、この処理により得られるバースト光信号を送信することで、受信バースト光信号の過渡応答特性を抑圧する技術である。この技術により、光増幅器に既存のＥＤＦＡを利用してバースト光信号伝送の長延化を可能とする。次に、このような原理に基づく実施形態について説明する。
【００３１】
＜実施形態の構成＞
図２は、本発明の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である。
図２に示す光伝送システム１０は、複数のバースト光送信装置１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎと、光ファイバ伝送路１２に接続された複数の光カプラ１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎ及び、ＥＤＦＡによる光増幅器１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎ，１４ｏと、バースト光受信装置１５とを備えて構成されている。なお、バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎ、光カプラ１３ａ〜１３ｎ、光増幅器１４ａ〜１４ｏの機能については、バースト光送信装置１１ａ、光カプラ１３ａ、光増幅器１４ａを代表して説明する。
【００３２】
バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎの各々は、個別に１つの光カプラ１３ａ〜１３ｎに光ファイバ１２ａで接続されており、バースト光送信装置１１ａに代表して示すように、過渡応答予等化部（予等化部ともいう）２１及びＥ／Ｏ(electric/optic)変換部２２を備えて構成されている。
【００３３】
予等化部２１は、バースト光送信装置１１ａへ入力される電気信号であるバーストデータ列に対して、光ファイバ伝送路１２中の光増幅器１４ａ〜１４ｏの過渡応答特性を予等化する信号処理を施し、この処理により得られたバースト信号をＥ／Ｏ変換部２２へ出力する。
Ｅ／Ｏ変換部２２は、電気信号であるバースト信号を、光信号であるバースト光信号に変換して光ファイバ１２ａを介して光カプラ１３ａへ出力する。
【００３４】
光カプラ１３ａは、光増幅器１４ａでの増幅後に光ファイバ伝送路１２を伝送されてきたバースト光信号と、バースト光送信装置１１ａからのバースト光信号とを、時分割多重により結合して後段の光増幅器１４ｂへ光ファイバ伝送路１２を介して伝送する。
バースト光受信装置１５は、最終段の光増幅器１４ｏで増幅されたバースト光信号を受信し、各バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎに入力されたバーストデータ列に対応するデータ列を出力する。
【００３５】
このように、バースト光信号を光ファイバ伝送路１２を介して送信することで、受信バースト光信号の過渡応答特性による信号波形の劣化を補償するようになっている。
具体的には、光増幅器１４ａ〜１４ｏの時定数程度の長周期成分に対する過渡応答特性は、次の式（１）で表される。
Ｇ（ｔ）＝Ｇｃｗ＋（Ｇ０−Ｇｃｗ）ｅｘｐ｛−（ｔ／τ）｝  …式（１）
ここで、Ｇ（ｔ）は時刻tにおける利得であり、ＧＣＷは定常利得、Ｇ０は初期利得、τは時定数である。
式（１）の第２項は、次式（２）で表されるパルス入力電圧に対する微分回路の過渡応答電圧と等価である。
Ｖ（ｔ）＝Ｖ０・ｅｘｐ｛−（ｔ／τ）｝  …式（２）
ここで、Ｖ０は入力パルス電圧の振幅である。
式（２）の微分回路は、同じ時定数を持つ積分回路で等化することができる。但し、光増幅器１４ａ〜１４ｏの場合、時定数より十分に短い時間変動、例えば高速信号のパルスパターン等に対しては、過渡応答が生じず通常の増幅となる。
【００３６】
また、上式（１）の過渡応答特性の場合に、光増幅器１４ａ〜１４ｏで増幅されるバースト光信号のパワーが、次式（３）を満足するように予等化部２１で処理する。
Ｇ（ｔ）・ｒ・Ｅ（ｔ）・Ｐe（ｔ）＝Ｐo（ｔ）  …式（３）
但し、Ｐo（ｔ）は光増幅器から出力されるバースト光信号の時刻ｔにおける所望のパワー、Ｐｅ（ｔ）は伝送路に入力される予等化バースト光信号の時刻ｔにおけるパワー、ｒは伝送路損失、Ｇ（ｔ）は時刻tにおける利得である。
【００３７】
ここで、近似的手法もしくは数値解析的手法によるＰe（ｔ）の導出をＰe（ｔ）＝Ｆ（Ｐo（ｔ））と表すと、光増幅器ｎ段通過後の出力Ｐo（ｔ）に対する予等化バースト光信号は式（４）で与えられる。
Ｐe（ｔ）＝Ｆ（…Ｆ（Ｐo（ｔ）））＝Ｆｎ（Ｐo（ｔ））  …式（４）
【００３８】
従って、予等化部２１によって、入力されたバーストデータ列を分岐し、この分岐した一方に積分処理を施した信号と、分岐した他方の信号とを乗算して得た信号（バースト光信号）を、光増幅器１４ａ〜１４ｏの予等化信号として用いることができる。
つまり、予等化部２１は、入力されたバーストデータ列に対して、微分回路で近似される光増幅器の長周期成分の過渡応答特性と同等の時定数の積分回路の過渡応答特性を備え、予等化を行うことが可能となっている。
【００３９】
光増幅器１４ａは、バースト光送信装置１１ａでの予等化後に光変換されて光ファイバ伝送路１２に伝送されるバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値（リミット）を超えないように利得が設定されている。
【００４０】
このような構成において、予等化部２１で予等化したバースト信号を、Ｅ／Ｏ変換部２２でバースト光信号に変換し、光カプラ１３ａを介して光ファイバ伝送路１２に入射する。入射されたバースト光信号を増幅する各光増幅器１４ａ〜１４ｏは、この出力信号光のピークパワーが、適正な信号波形を保持可能なリミット（システム設計の許容値）を超えないように利得が設定されている。この光増幅器１４ａ〜１４ｏによって中継（光増幅中継）を行うことで、最終的にバースト光受信装置１５で適正に受信することができる。
【００４１】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の光伝送システム１０は、バーストデータ列をバースト光信号に変換するバースト光送信装置１１ａ〜１１ｎと、このバースト光送信装置１１ａ〜１１ｎから出力されるバースト光信号及び、光ファイバ伝送路１２を伝送してきた他のバースト光信号を結合する光カプラ１３ａ〜１３ｎとを備える。更に、光カプラ１３ａ〜１３ｎで結合されたバースト光信号を増幅する光増幅器１４ａ〜１４ｏと、光増幅器１４ａ〜１４ｏで増幅されたバースト光信号を受信するバースト光受信装置１５とを備える。
【００４２】
上記のバースト光送信装置１１ａ〜１１ｎは、微分回路で近似される光増幅器１４ａ〜１４ｏの長周期成分の過渡応答特性と同等の時定数の積分回路の過渡応答特性を有して、バーストデータ列を予等化することによりバースト信号を出力する過渡応答予等化部２１と、その出力されたバースト信号をバースト光信号に変換して光カプラ１３ａ〜１３ｎへ送信するＥ／Ｏ変換部２２とを備える。
【００４３】
光増幅器１４ａ〜１４ｏは、バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎでの予等化後に光変換されて光カプラ１３ａ〜１３ｎを介して光ファイバ伝送路１２に伝送されるバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されている構成とした。
【００４４】
この構成によれば、光伝送路中の光増幅器１４ａ〜１４ｏは、バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎでの予等化後に光変換されたバースト光信号のピークパワーが、適正な光信号波形を保持可能な許容値を超えないように利得が設定されている。このため、予等化されたバースト光信号を、バースト光受信装置１５での受信に適した一定パワーのバースト光信号となるように光増幅中継を行うことができる。これにより受信ＯＳＮＲが向上するため、バースト光信号の光ファイバ伝送路１２の長延化が可能となる。
【００４５】
＜実施形態の応用例＞
図３は、本実施形態の応用例に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。但し、図３に示す光伝送システム１０Ａにおいて、図２に示した光伝送システム１０と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４６】
図３に示す応用例の光伝送システム１０Ａが、光伝送システム１０と異なる点は、最終段の光増幅器１４ｏとバースト光受信装置１５との間に、光カプラ１３ｏを接続して設け、この光カプラ１３ｏの分岐出力側に過渡応答モニタ部１７を接続して設け、過渡応答モニタ部１７を、バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎの予等化部２１に接続したことにある。
【００４７】
光カプラ１３ｏは、最終段の光増幅器１４ｏからバースト光受信装置１５へ出力されるバースト光信号を分岐して、過渡応答モニタ部１７へ出力する。
過渡応答モニタ部１７は、その分岐されたバースト光信号の過渡応答特性をモニタし、この過渡応答特性のモニタ値を、各バースト光送信装置１１ａ〜１１ｎの予等化部２１へフィードバックする。更に説明すると、過渡応答モニタ部１７は、バースト光信号の波形成分におけるオーバーシュート成分及びバースト光受信装置１５が適正に受信可能な基準値を下回った波形成分を含む過渡応答成分を、過渡応答予等化部２１へフィードバックする。なお、過渡応答成分は、言い換えればモニタ値である。
【００４８】
過渡応答予等化部２１は、フィードバックされたモニタ値に応じて過渡応答予等化処理時の時定数を補正する。言い換えれば、フィードバックされた過渡応答成分に応じて、積分の幅を変えることにより過渡応答特性を変える。つまり、予等化部２１は、フィードバックされたモニタ値に応じて、モニタされるバースト光信号の過渡応答成分を抑圧し、バースト光受信装置１５での受信に適した一定パワーのバースト光信号となるように、過渡応答予等化処理時の時定数を補正する。このように補正することで、バースト光受信装置１５で受信されるバースト光信号を、受信に適した一定パワーとすることができる。
【００４９】
＜バースト光送信装置の第１回路構成例＞
図４は、図２に示した光伝送システム１０におけるバースト光送信装置１１ａの第１回路構成を示すブロック図である。
図４に示すバースト光送信装置１１ａは、上述した過渡応答予等化部２１及びＥ／Ｏ変換部２２の他に、Ｄ／Ａコンバータ２３を備える。更に、予等化部２１が、アナログ回路要素である、スプリッタ２１ａと、ローパスフィルタ２１ｂと、遅延器２１ｃと、乗算回路２１ｄとを備えて構成されている。
【００５０】
Ｄ／Ａコンバータ２３は、入力されるディジタル信号としてのバーストデータ列を、アナログ信号に変換する。スプリッタ２１ａは、その変換されたアナログ信号を２分岐し、一方をローパスフィルタ２１ｂへ出力し、他方を遅延器２１ｃへ出力する。
【００５１】
ローパスフィルタ２１ｂは、積分回路に対応しており、光増幅器１４ａ〜１４ｏの長周期成分過渡応答の時定数の逆数を基準とする周波数帯域を有し、この帯域でアナログ信号を通過させることで、図１（ｃ）に示した右肩上がりの積分波形信号（積分信号）を出力する。この積分波形信号は、Ｄ／Ａコンバータ２３に入力されるバーストデータ列の「０」、「１」データに応じたレベルの波形となる。
【００５２】
遅延器２１ｃは、入力されるアナログ信号をローパスフィルタ２１ｂの信号入力から出力までの信号通過時間と同時間遅延して出力する。これにより、ローパスフィルタ２１ｂの信号出力タイミングと、遅延器２１ｃの信号出力タイミングとを合わせている。
【００５３】
乗算回路２１ｄは、分岐された一方のアナログ信号に基づく積分波形信号と、他方のアナログ信号とを乗算して合成する。この合成により、図１（ｄ）に示した予等化された右肩上がりのバースト信号列を得る。このバースト信号は、Ｅ／Ｏ変換部２２でバースト光信号に変換されて光カプラ１３ａへ送信される。
【００５４】
このバースト光送信装置１１ａの第１回路構成では、スプリッタ２１ａ、ローパスフィルタ２１ｂ、遅延器２１ｃ及び乗算回路２１ｄを、既製のアナログ回路を流用して容易に作成することができる。
【００５５】
第１回路構成のバースト光送信装置１１ａを、図３に示した光伝送システム１０Ａに適用する場合、ローパスフィルタ２１ｂを通過帯域可変型のローパスフィルタとする。この通過帯域可変型のローパスフィルタに、過渡応答モニタ部１７（図３）からフィードバックされる過渡応答成分を入力し、通過帯域を可変することで積分の幅を変える。これにより、モニタされる過渡応答成分を除去して、バースト光受信装置１５で受信されるバースト光信号を、受信に適した一定パワーとすることができる。
【００５６】
＜バースト光送信装置の第２回路構成例＞
図５は、図２に示した光伝送システム１０におけるバースト光送信装置１１ａの第２回路構成を示すブロック図である。
図５に示すバースト光送信装置１１ａは、上述した過渡応答予等化部２１及びＥ／Ｏ変換部２２の他に、Ｄ／Ａコンバータ２３を備える。更に、予等化部２１が、ディジタル回路要素である、スプリッタ２１ｆと、積分回路２１ｇと、バッファ２１ｈと、セレクタ回路２１ｉとを備えて構成されている。
【００５７】
スプリッタ２１ｆは、入力されるディジタル信号としてのバーストデータ列を２分岐し、一方を積分回路２１ｇへ出力し、他方をバッファ２１ｈへ出力する。
【００５８】
積分回路２１ｇは、光増幅器１４ａ〜１４ｏの長周期成分過渡応答の時定数を基準とする時間幅を有し、入力される「０」、「１」のバーストデータ列の積分値を量子化したディジタル信号を、図１（ｃ）に示した右肩上がりの積分波形信号（積分信号）のように連続的に出力する。また、積分回路２１ｇは、バーストデータ列の終わりを通知するリセット信号が入力されると一旦内部状態をクリアする。
【００５９】
バッファ２１ｈは、入力されるバーストデータを積分回路２１ｇの信号入力から出力までの信号処理時間と同時間遅延して出力する。これにより、積分回路２１ｇの信号出力タイミングと、バッファ２１ｈの信号出力タイミングとを合わせている。バッファ２１ｈからは、「０」、「１」のデータ列が出力される。
【００６０】
セレクタ回路２１ｉは、バッファ２１ｈから出力されるデータが「１」の場合にのみ、積分回路２１ｇから出力される積分波形信号を選択して出力する。この選択により、図１（ｄ）に示した予等化された右肩上がりのバースト信号列を得る。このディジタルのバースト信号は、Ｄ／Ａコンバータ２３でアナログのバースト信号に変換され、更に、Ｅ／Ｏ変換部２２でバースト光信号に変換されて光カプラ１３ａへ送信される。
【００６１】
このバースト光送信装置１１ａの第２回路構成では、スプリッタ２１ｆ、積分回路２１ｇ、バッファ２１ｈ及びセレクタ回路２１ｉを、既製のディジタル回路を流用して容易に作成することができる。
【００６２】
第２回路構成のバースト光送信装置１１ａを、図３に示した光伝送システム１０Ａに適用する場合、積分回路２１ｇでの積分の幅を、過渡応答モニタ部１７（図３）からフィードバックされる過渡応答成分に応じて変えるようにする。これにより、モニタされる過渡応答成分を除去して、バースト光受信装置１５で受信されるバースト光信号を、受信に適した一定パワーとすることができる。
【００６３】
＜光伝送システムの具体例＞
図６は、図２に示した光伝送システム１０の具体例としての光伝送システム１０Ｂの構成を示すブロック図である。
図６に示す光伝送システム１０Ｂは、図４に示したバースト光送信装置１１ａと、光ファイバ伝送路１２と光カプラ１３ａ（図２）の光損失を模擬した７段の光アッテネータ１３−１，１３−２，…，１３−７と、７段の光増幅器１４−１，…，１４−６，１４−７と、バースト光受信装置１５とを備えて構成されている。
【００６４】
また、光アッテネータ１３−１〜１３−７の損失値を１８．５ｄＢとした。光増幅器１４−１〜１４−７は、１．４８μｍの励起光を用いた前方励起構成であり、ＮＦ(Noise Figure：雑音指数)をｄＢとし、バースト光信号入力時の光増幅器の過渡応答の時定数を約８３μｓとした。バースト光送信装置１１ａのローパスフィルタ２１ｂは、３ｄＢ帯域幅で１２ｋＨｚのベッセルトムソン型フィルタを用いた。
【００６５】
このような具体構成の光伝送システム１０Ｂにおいて、バースト光送信装置１１ａからバースト光信号を光ファイバ伝送路１２へ送信し、光アッテネータ１３−１〜１３−７を経由し、光増幅器１４−１〜１４−７で増幅しながらバースト光受信装置１５で受信したとする。
この場合の光増幅中継後の信号光ピークパワー［ｄＢｍ］の入力バースト信号長［μｓ］の依存性を図７に示し、その説明を行う。
最初に、非特許文献５によれば、光ファイバ伝送時の非線形効果を考慮した際の信号光ピークパワーの限界値は２．９５ｄＢｍであり、通常のバースト光信号を光増幅中継した場合の励起光パワーの上限が、一点鎖線で示すように５０ｍＷであった。これに対して、本実施形態の光伝送システム１０Ｂの構成とすることで、励起光パワーの上限が実線で示すように、信号光ピークパワーリミット（リミット）の直前の６７ｍＷまで上げることができた。励起光パワーを、破線の４０ｍＷ、一点鎖線の５０ｍＷ、実線の６７ｍＷと上げる程に、信号光ピークパワーを上げることができる。
【００６６】
励起光パワーをリミットを超えて上げると光信号の波形が崩れる。つまり、損失を補償できる利得（損失値と同じだけの利得）で一定になるようにすることが、基本的に望ましいが、リミットを超えると波形が崩れたり、バースト光受信装置１５の受信レベルを超えて最悪破壊してしまう。
【００６７】
上記のように励起光パワーを上げる程に、信号光パワーが上がるので、図８に示すように、相対ＯＳＮＲ［ｄＢ］が良くなる。図８では、相対ＯＳＮＲ値＝０としている。これは、従来では５０ｍＷでピークパワーがリミットに達するので、励起光パワーが５０ｍＷの場合の相対ＯＳＮＲ値＝０としている。本具体例の光伝送システム１０Ｂでは、励起光パワーを６７ｍＷまで上げられるので、この際の相対ＯＳＮＲ値を１．２ｄＢに改善できた。
【００６８】
上述したように、励起光パワーには上限がある。連続信号を増幅した時に、損失と利得が同じとなるような励起光パワーが上限値となる。また、バースト光送信装置１１ａの過渡応答予等化部２１において完全に予等化が上手くいけば、連続信号と同じだけの励起光パワーとすることが可能となるので、既存のＥＤＦＡを光増幅器としてそのまま使用して、光伝送路の長さを長くすることができる。
【００６９】
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。
【符号の説明】
【００７０】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  光伝送システム
１１ａ，１１ｂ，…，１１ｎ  バースト光送信装置
１２，１２ａ  光ファイバ伝送路
１３ａ，１３ｂ，…，１３ｎ，１３ｏ  光カプラ
１３−１，１３−２，…，１３−７  光アッテネータ
１４ａ，１４ｂ，…，１４ｎ，１４ｏ，１４−１，…，１４−６，１４−７  光増幅器
１５  バースト光受信装置
１７  過渡応答モニタ部
２１  過渡応答予等化部
２１ａ，２１ｆ  スプリッタ
２１ｂ  ローパスフィルタ
２１ｃ  遅延器
２１ｄ  乗算回路
２１ｇ  積分回路
２１ｈ  バッファ
２１ｉ  セレクタ回路
２２  Ｅ／Ｏ変換部
２３  Ｄ／Ａコンバータ
【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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