(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相異なる波長の無変調光キャリアを出力する複数の光源と、前記無変調光キャリアの各々を増幅する複数の光増幅器と、前記光増幅器によって増幅された各々の無変調光キャリアを変調する複数の光変調器と、前記各光変調器からの複数の変調光を１心の光ファイバに多重化する光合波器と、前記光合波器により多重化された変調光を、前記無変調光キャリアに対応する複数の変調光に分波する光分波器と、前記分波された各変調光を受信する複数の光受信器とを備える光波長多重伝送システムにおける、前記光受信器が受信する変調光のＳＮＲを計算する方法であって、
前記光受信器において受信される変調光の信号電流を、前記変調光キャリアによる信号電流成分と、前記光合波器および前記光分波器によって帯域制限された前記光増幅器からの自然放出光による信号電流成分との和として求め、
前記求められた変調光の信号電流を用いて、前記光受信器において受信される変調光の信号対雑音比を計算すること
を特徴とするＳＮＲ計算方法。
【請求項２】
相異なる波長の無変調光キャリアを出力する複数の光源と、前記複数の無変調光キャリアを多重化する第１の光合波器と含むセンターノードと、
前記第１の光合波器からの多重化された無変調光キャリアを、複数の無変調光キャリアに分波する第１の光分波器を含むリモートノードと、
前記第１の光分波器により分波された無変調光キャリアの各々を増幅する光増幅器と、増幅された前記無変調光キャリアを変調する光変調器を含む複数のユーザ装置と
を備え、
前記リモートノードは、前記複数のユーザ装置の各々から出力された変調光を多重化する第２の光合波器をさらに含み、
前記センターノードは、前記第２の光合波器により多重化された変調光を増幅する受信用光増幅器と、増幅された前記多重化された変調光を、複数の変調光に分波する第２の光分波器と、分波された前記複数の変調光の各々を受信する複数の光受信器をさらに含み、
前記第１の光合波器の出力は、第１の下り光伝送路によって前記第１の光分波器の入力に接続され、前記第１の光分波器の出力は、第２の下り光伝送路によって前記複数のユーザ装置の各々の光増幅器に接続され、前記複数のユーザ装置の各々の光変調器出力は、第１の上り光伝送路によって前記第２の光合波器の入力に接続され、前記第２の光合波器の出力は、第２の上り光伝送路によって前記受信用光増幅器に接続された光波長多重伝送システムにおける、前記光受信器が受信する変調光のＳＮＲを計算する方法であって、
前記光受信器において受信される変調光の信号電流を、前記変調光キャリアによる信号電流成分と、前記第２の光合波器および前記第２の光分波器によって帯域制限された前記光増幅器からの自然放出光による信号電流成分との和として求め、
前記求められた変調光の信号電流を用いて、前記光受信器において受信される変調光の信号対雑音比を計算する
ことを特徴とするＳＮＲ計算方法。  
【請求項３】
相異なる波長の無変調光キャリアを出力する複数の光源と、前記複数の無変調光キャリアを多重化する光合波器と、前記多重化された無変調光キャリアが第１のポートに接続された第１のサーキュレータとを含むセンターノードと、
前記第１のサーキュレータの第２のポートと接続される入力ポートを有し、前記多重化された無変調光キャリアを、複数の出力ポートに分配するパワースプリッタを含むリモートノードと、
前記パワースプリッタにより分配された前記多重化された無変調光キャリアが第１のポートに接続される第２のサーキュレータと、前記第２のサーキュレータの第２のポートに接続され、所定の波長の無変調光キャリアのみを取り出すバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタにより取り出された無変調光キャリアを増幅する光増幅器と、前記増幅された無変調キャリアを変調し、前記変調光を前記第２のサーキュレータの第３のポートに出力する光変調器とを含む複数のユーザ装置と
を備え、
前記複数のユーザ装置の前記第２のサーキュレータの第１のポートからの各々の変調光は、前記パワースプリッタによって多重化されて、前記パワースプリッタの入力ポートより出力され、
前記センターノードは、前記第１のサーキュレータの第３のポートから出力された、前記多重化された変調光を増幅する受信用光増幅器と、増幅された前記多重化された変調光を、複数の変調光に分波する光分波器と、分波された複数の変調光の各々を受信する複数の光受信器をさらに含み、
前記第１のサーキュレータの第２のポートは、第１の光伝送路によって前記パワースプリッタの前記入力ポートに接続され、前記パワースプリッタの各出力ポートは、第２の光伝送路によって前記複数のユーザ装置の前記第２のサーキュレータの第１のポートにそれぞれ接続された光波長多重伝送システムにおける、前記光受信器が受信する変調光のＳＮＲを計算する方法であって、
前記光受信器において受信される変調光の信号電流を、前記変調光キャリアによる信号電流成分と、前記パワースプリッタおよび前記光分波器によって帯域制限された前記光増幅器からの自然放出光による信号電流成分との和として求め、
前記求められた変調光の信号電流を用いて、前記光受信器において受信される変調光の信号対雑音比を計算する
ことを特徴とするＳＮＲ計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器を含む光波長多重伝送システムにおけるＳＮＲ計算法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットをはじめとするマルチメディア技術の進展およびブロードバンドサービスの普及にともなって、通信ネットワークの大規模化、長距離化の要求はますます高まっている。このため、長距離光通信ネットワークにおいては、伝送用光ファイバに複数の波長の異なる光信号を配置して伝送する光波長多重伝送システムが開発されている。
【０００３】
長距離の光ファイバ伝送においては、光ファイバやネットワークを構成する光デバイスによって生じる損失を補償するために、光波長多重伝送システム内に光増幅器が用いられる。光増幅器には、大別して、希土類添加光ファイバ増幅器および半導体光増幅器がある。いずれのタイプも、光波長多重伝送システム内の中継用に使用される。光増幅器は、後述するように信号光と関係なくランダムに発生する自然放出光（amplified spontaneous emission：以下ＡＳＥとする）による雑音が多く発生する。
【０００４】
システム設計にあたっては、このＡＳＥを考慮した設計が必要となる。すなわち、ＡＳＥが雑音光として信号光と一緒に光増幅器から出力される。したがって、所望のシステム性能の実現にあたって、光波長多重伝送システムにおける変調系や中継系のシステム構成設計、雑音設計が重要となる。
【０００５】
図８は、光増幅器を用いた従来の光波長多重伝送システムの構成図を示す。図８において、光波長多重伝送システムは、無変調光キャリアを出力する複数の光源１１−１〜１１−ｎと、これら無変調光キャリアをそれぞれ変調する複数の光変調器１３−１〜１３−ｎと、複数の光変調器１３−１、１３−ｎからのぞれぞれの変調光を１心の光ファイバ１５に多重化する光合波器１４と、多重化された変調光を一括増幅する光増幅器１９と、光合波器１４と対となって光ファイバ１５を伝送する増幅光を再び複数の変調光に分離する光分波器１６と、それぞれの変調光を受信する複数の光受信器１７−１〜１７−ｎからなる。光源１１−１〜１１−ｎから出力されたそれぞれの無変調光キャリアは、まず光変調器１３−１〜１３−ｎにおいて変調され、光合波器１４にて波長多重化されて、その後に光増幅器１９において一括増幅される。このようにして、光ファイバ１５の伝送距離が長いため損失が大きい時には、光増幅器１９を用いることにより、光多重伝送システムの伝送距離を延ばすことが可能となる。
【０００６】
ここで、各光受信器１７−１〜１７−ｎにおいて受信される信号のＳＮＲは下記の計算式（ａ）により求められる。
【０００７】
【数１】
0004529009.tif 000002
【０００８】
式（ａ）において、Ｐは光増幅器１９に入力される信号光（変調光）のパワー［Ｗ］、ＰＬＤは光受信器１７−１〜１７−ｎに入力される信号光のパワー［Ｗ］、ＰＡＳＥは光受信器１７−１〜１７−ｎに入力されるＡＳＥのパワー［Ｗ］、Ｇ１は光増幅器１９の利得、Ｂｅは信号の帯域［ｂｐｓ］、Ｌは光増幅器１９と光受信器１７−１〜１７−ｎとの間の損失を表している。Ｂ０［Ｈｚ］は光分波器１６の透過スペクトル幅を表している。また、ｑは電気素量、ｈはプランク定数、Ｋはボルツマン定数、Ｒ［Ω］は光受信器１７−１〜１７−ｎの入力抵抗、ν［Ｈｚ］は信号光の周波数、Ｔ［Ｋ］は温度、ηは光受信器１７−１〜１７−ｎの変換効率、ｍｐは光増幅器１９の偏波係数、ｎｓｐ１は光増幅器１９の自然放出係数である。（例えば、非特許文献１参照）本計算式を用いて、ＳＮＲを計算する。
【０００９】
【非特許文献１】“Lightwave System With Optical Amplifiers,”IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol.7 No.7, pp.1071-1082, 1989 July
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図８に示した光伝送システムは、無変調光キャリアを変調して波長多重化した後に、増幅するシステムである。しかしながら、光源と光変調器との間の距離を大きくとるシステム構成とする場合には、問題が発生する。すなわち、光源と光変調器との間の損失が大きくなるため、光変調器への無変調光キャリアパワーが下がることで、変調光のＳＮＲが劣化してしまう。そこで、変調する前に、無変調光キャリアを一旦増幅してから、変調を行う必要性がある。
【００１１】
無変調光キャリアを増幅した後に、変調して波長多重化する光伝送システムにおいて、従来の式（ａ）を用いる方法によりＳＮＲの計算をする場合、無変調光キャリアの光増幅器への入力パワーが大きい時には近似的に計算が可能である。しかし、無変調光キャリアの光増幅器への入力パワーが小さい時には、実際のＳＮＲ値よりも大きな（良好な）ＳＮＲ値として計算されてしまうという問題があった。これは、以下のような理由による。
【００１２】
光受信器には、変調された連続光である信号光と、光合波器および光分波器のフィルタ特性によって帯域制限された、光増幅器から放出される自然放出光（ＡＳＥ）が入力される。図８の構成においては、ＡＳＥは雑音成分となる。しかし、無変調光キャリアを変調して波長多重化した後に増幅する構成においては、ＡＳＥは光変調器によって変調されているため、信号成分としても計算をする必要がある。光増幅器への入力パワーが大きい時には、signal-spontaneousビート雑音が大きいため、従来の方法によっても近似的に計算が可能である。しかし、光増幅器への入力パワーが小さい時には、spontaneous-spontaneous ビート雑音が大きくなるため、光合波器、光分波器の透過スペクトル幅が小さくなるにつれて、ＳＮＲが劣化する。従って、従来のＳＮＲ計算方法を用いると正確なＳＮＲ値を求めることが困難となり、精度の高いシステム設計を行えないという問題があった。
【００１３】
本発明は、以上の点を鑑みて、光増幅器を含み、無変調光キャリアを増幅した後に光変調器によって変調する構成の光波長多重伝送システムの実現、および、変調されたＡＳＥが光合波器、光分波器において帯域制限されることによる雑音増加を考慮したＳＮＲ計算方法およびシステム設計法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】
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、相異なる波長の無変調光キャリアを出力する複数の光源と、前記無変調光キャリアの各々を増幅する複数の光増幅器と、前記光増幅器によって増幅された各々の無変調光キャリアを変調する複数の光変調器と、前記各光変調器からの複数の変調光を１心の光ファイバに多重化する光合波器と、前記光合波器により多重化された変調光を、前記無変調光キャリアに対応する複数の変調光に分波する光分波器と、前記分波された各変調光を受信する複数の光受信器とを備える光波長多重伝送システムにおける、前記光受信器が受信する変調光のＳＮＲを計算する方法であって、前記光受信器において受信される変調光の信号電流を、前記変調光キャリアによる信号電流成分と、前記光合波器および前記光分波器によって帯域制限された前記光増幅器からの自然放出光による信号電流成分との和として求め、前記求められた変調光の信号電流を用いて、前記光受信器において受信される変調光の信号対雑音比を計算することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、相異なる波長の無変調光キャリアを出力する複数の光源と、前記複数の無変調光キャリアを多重化する第１の光合波器と含むセンターノードと、前記第１の光合波器からの多重化された無変調光キャリアを、複数の無変調光キャリアに分波する第１の光分波器を含むリモートノードと、前記第１の光分波器により分波された無変調光キャリアの各々を増幅する光増幅器と、増幅された前記無変調光キャリアを変調する光変調器を含む複数のユーザ装置とを備え、前記リモートノードは、前記複数のユーザ装置の各々から出力された変調光を多重化する第２の光合波器をさらに含み、前記センターノードは、前記第２の光合波器により多重化された変調光を増幅する受信用光増幅器と、増幅された前記多重化された変調光を、複数の変調光に分波する第２の光分波器と、分波された前記複数の変調光の各々を受信する複数の光受信器をさらに含み、前記第１の光合波器の出力は、第１の下り光伝送路によって前記第１の光分波器の入力に接続され、前記第１の光分波器の出力は、第２の下り光伝送路によって前記複数のユーザ装置の各々の光増幅器に接続され、前記複数のユーザ装置の各々の光変調器出力は、第１の上り光伝送路によって前記第２の光合波器の入力に接続され、前記第２の光合波器の出力は、第２の上り光伝送路によって前記受信用光増幅器に接続された光波長多重伝送システムにおける、前記光受信器が受信する変調光のＳＮＲを計算する方法であって、前記光受信器において受信される変調光の信号電流を、前記変調光キャリアによる信号電流成分と、前記第２の光合波器および前記第２の光分波器によって帯域制限された前記光増幅器からの自然放出光による信号電流成分との和として求め、前記求められた変調光の信号電流を用いて、前記光受信器において受信される変調光の信号対雑音比を計算することを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、相異なる波長の無変調光キャリアを出力する複数の光源と、前記複数の無変調光キャリアを多重化する光合波器と、前記多重化された無変調光キャリアが第１のポートに接続された第１のサーキュレータとを含むセンターノードと、前記第１のサーキュレータの第２のポートと接続される入力ポートを有し、前記多重化された無変調光キャリアを、複数の出力ポートに分配するパワースプリッタを含むリモートノードと、前記パワースプリッタにより分配された前記多重化された無変調光キャリアが第１のポートに接続される第２のサーキュレータと、前記第２のサーキュレータの第２のポートに接続され、所定の波長の無変調光キャリアのみを取り出すバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタにより取り出された無変調光キャリアを増幅する光増幅器と、前記増幅された無変調キャリアを変調し、前記変調光を前記第２のサーキュレータの第３のポートに出力する光変調器とを含む複数のユーザ装置とを備え、前記複数のユーザ装置の前記第２のサーキュレータの第１のポートからの各々の変調光は、前記パワースプリッタによって多重化されて、前記パワースプリッタの入力ポートより出力され、前記センターノードは、前記第１のサーキュレータの第３のポートから出力された、前記多重化された変調光を増幅する受信用光増幅器と、増幅された前記多重化された変調光を、複数の変調光に分波する光分波器と、分波された複数の変調光の各々を受信する複数の光受信器をさらに含み、前記第１のサーキュレータの第２のポートは、第１の光伝送路によって前記パワースプリッタの前記入力ポートに接続され、前記パワースプリッタの各出力ポートは、第２の光伝送路によって前記複数のユーザ装置の前記第２のサーキュレータの第１のポートにそれぞれ接続された光波長多重伝送システムにおける、前記光受信器が受信する変調光のＳＮＲを計算する方法であって、前記光受信器において受信される変調光の信号電流を、前記変調光キャリアによる信号電流成分と、前記パワースプリッタおよび前記光分波器によって帯域制限された前記光増幅器からの自然放出光による信号電流成分との和として求め、前記求められた変調光の信号電流を用いて、前記光受信器において受信される変調光の信号対雑音比を計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、変調されたＡＳＥが光合波器、光分波器において帯域制限されることによる雑音増加を考慮した受信感度の計算が可能となる。また、無変調光キャリアを増幅した後に光変調器において変調する光波長多重伝送システムを実現し、雑音増加を考慮したＳＮＲ計算方法およびシステム設計法を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の光波長多重伝送システムを示す図である。図１の構成の光波長多重伝送システムは、図８に示した光増幅器が、各光変調器の光源側にそれぞれ配置されているところに特徴がある。図１に示すように、複数の光源１１−１〜１１−ｎは、複数の光増幅器１２−１〜１２−ｎにそれぞれ接続される。各光増幅器１２−１〜１２−ｎの出力は、さらに複数の光変調器１３−１〜１３−ｎに入力される。各光変調器１３−１〜１３−ｎの出力は、変調光を１心の光ファイバ１５に多重化する１つの光合波器１４の各入力ポートに接続される。光合波器１４の出力は、光ファイバ１５を経由して、光合波器１４と対となる１つの光分波器１６に入力される。光分波器１５の各出力は、変調光を受信する複数の光受信器１７−１〜１７−ｎにそれぞれ入力される。
【００２１】
次に、図１に示した光波長多重伝送システムの動作について説明する。複数の光源１１−１〜１１−ｎから出力された無変調光キャリアは、それぞれに光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて増幅される。それぞれの光増幅器１２−１〜１２−ｎからは、増幅された出力無変調光キャリアおよび各光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて発生するＡＳＥが共に出力される。この無変調光キャリアおよびＡＳＥは、各光変調器１３−１〜１３−ｎにおいて変調される。各光変調器１３−１〜１３−ｎから出力される変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光キャリアと同じ中心周波数をもち、透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］をもつポートから、それぞれ光合波器１４へ入力される。光合波器１４において、変調光キャリアおよびΔｆ［Ｈｚ］の半値全幅に帯域制限された変調ＡＳＥが帯域制限される。他の光源１１−１〜１１−ｎからの変調光キャリアおよび帯域制限された変調ＡＳＥと共に、光合波器１４によって、１心の光ファイバ１５へと波長多重化される。光ファイバ１５を伝送した複数の変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光合波器１４と同じ透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］をもつ光分波器１６に入力される。光合波器１６において分波された後に、分波された変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光受信器１７−１〜１７−ｎによって受信される。
【００２２】
この時、光受信器１７−１〜１７−ｎによって受信された信号のＳＮＲは、以下の式（１）により表される。
【００２３】
【数２】
0004529009.tif 000003
【００２４】
式（１）の分子の括弧内の第１項は、光受信器において受信された変調光の信号電流の内、変調光キャリアによる信号電流成分を示し、第２項は光合波器および光分波器によって帯域制限された光増幅器からの自然放出光による信号電流成分を示している。本発明は、光受信器において受信された信号電流を、この２つの成分を考慮してＳＮＲ計算を行うところに特徴がある。
【００２５】
式（１）において、Ｐは光変調器１２−１〜１２−ｎに入力される無変調光キャリアのパワー［Ｗ］、ＰＬＤは光受信器１７−１〜１７−ｎに入力される変調光キャリアのパワー［Ｗ］、ＰＡＳＥは光受信器１７−１〜１７−ｎに入力される変調ＡＳＥのパワー［Ｗ］、Ｇ１は光増幅器１２−１〜１２−ｎの利得、Ｂｅは信号の帯域［ｂｐｓ］、Ｌは光増幅器１３−１〜１３−ｎと光受信器１７−１〜１７−ｎとの間の損失を表している。Ｂ０［Ｈｚ］は光合波器１４および光分波器１６によって帯域制限されるＡＳＥの半値全幅を表しており、光合波器１４、光分波器１６の透過スペクトル形状をガウス型とすれば、Ｂ０はΔｆ／√２と表すことができる。また、ｑは電気素量、ｈはプランク定数、Ｋはボルツマン定数、Ｒは光受信器１７−１〜１７−ｎの入力抵抗［Ω］、νは変調光キャリアの周波数［Ｈｚ］、Ｔは温度、ηは光受信器１７−１〜１７−ｎの変換効率、ｍｐは光増幅器１２−１〜１２−ｎの偏波係数、ｎｓｐ１は光増幅器１２−１〜１２−ｎの自然放出係数である。
【００２６】
式（１）〜（３）式によれば、光増幅器１２−１〜１２−ｎに入力される無変調光キャリアのパワーＰが大きい時には、式（１）において右辺分母の第３項の成分であるsignal-spontaneousビート雑音が支配的となる。一方、入力される無変調光キャリアのパワーＰが小さい時には、右辺分母の第５項の成分であるspontaneous-spontaneous ビート雑音が支配的となる。したがって、光合波器１４および光合分波器１６の透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］が狭くなるにつれてＳＮＲは劣化する。その結果、光受信器１７−１〜１７−ｎにおける、受信感度は劣化する。
【００２７】
図２は、式（１）〜（３）式を用いた最小受信感度の計算結果の一例をグラフに示した図である。式（１）により計算をしたＳＮＲ値から、ビット誤り率を計算する。最小受信感度は、ビット誤り率が１０‐12を満たす光受信器１７−１〜１７−ｎに入力される受信パワーとして求めることができる。図２では、横軸は光分波器および光合波器の透過スペクトル半値全幅Δｆ（Ｈｚ）をとり、縦軸は最小受信感度（ｄＢｍ）をとった。伝送速度を１．２５Ｇｂｐｓ、ｎｓｐ１を３．１５とし、Ｐを−１０、−３５、−４０、−４５ｄＢｍと変化させた場合について、最小受信感度を計算した。図２に示すように、光増幅器１１−１〜１２−ｎへの入力パワーが小さい時には、透過スペクトル半値全幅Δｆを狭くするにしたがい、最小受光感度は劣化する。図２内の各プロット点は、実験結果を表している。
【００２８】
以上のように、式（１）〜（３）を用いたＳＮＲ計算方法よって、変調されたＡＳＥが光合波器、光分波器によって帯域制限されることによる雑音増加を考慮して、光多重伝送システムの受信感度の計算が可能となる。また、無変調光キャリアを増幅した後に光変調器によって変調する光波長多重伝送システムにおいて、伝送路の許容損失を正確に見積もることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の光波長多重伝送システムを示す図である。本実施形態の光波長多重伝送システムは、図１に示した光波長多重伝送システムと同じ基本構成をしており、光ファイバ１５と光合波器１６との間に受信用光増幅器１８を持つ点だけが異なっている。
【００３０】
図３に示した光波長多重伝送システムは、以下のように動作する。複数の光源１１−１〜１１−ｎから出力された無変調光キャリアは、それぞれに光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて増幅される。それぞれの光増幅器１２−１〜１２−ｎからは、増幅された出力無変調光キャリアおよび各光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて発生するＡＳＥが共に出力される。この無変調光キャリアおよびＡＳＥは、各光変調器１３−１〜１３−ｎにおいて変調される。各光変調器１３−１〜１３−ｎから出力される変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光キャリアと同じ中心周波数をもち、透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］をもつポートから、それぞれ光合波器１４へ入力される。光合波器１４において、変調光キャリアおよびΔｆ［Ｈｚ］の透過スペクトル半値全幅に帯域制限された変調ＡＳＥが帯域制限される。
【００３１】
他の光源１１−１〜１１−ｎからの変調光キャリアおよび帯域制限された変調ＡＳＥと共に、光合波器１４によって、１心の光ファイバ１５へと波長多重化される。光ファイバ１５を伝送した複数の変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、まず、受信用光増幅器１８によって所定のパワーレベルまで増幅される。増幅された複数の変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光合波器１４と同じ透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］をもつ光分波器１６に入力される。光合波器１６において分波された後に、分波された変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光受信器１７−１〜１７−ｎによって受信される。
【００３２】
この時、光受信器１７−１〜１７−ｎにおいて受信された信号のＳＮＲは以下の式（４）により表される。
【００３３】
【数３】
0004529009.tif 000004
【００３４】
ここで、Ｐは光変調器１２−１〜１２−ｎに入力される無変調光キャリアのパワー［Ｗ］、ＰＬＤは光受信器１７−１〜１７−ｎに入力される変調光キャリアのパワー［Ｗ］、ＰＡＳＥは光受信器１７−１〜１７−ｎに入力される変調ＡＳＥのパワー［Ｗ］、Ｇ１は光増幅器１２−１〜１２−ｎの利得、Ｇ２は受信用光増幅器１８の利得、Ｂｅは信号の帯域［ｂｐｓ］、Ｌは光変調器１３−１〜１３−ｎと受信用光増幅器１８の間の損失を表している。Ｂ０［Ｈｚ］は光合波器１４および光合波器１６によって帯域制限されるＡＳＥの半値全幅を表しており、光合波器１４、光分波器１６の透過スペクトル形状をガウス型とすれば、Ｂ０はΔｆ／√２と表すことができる。また、ｑは電気素量、ｈはプランク定数、Ｋはボルツマン定数、Ｒは光受信器１７−１〜１７−ｎの入力抵抗［Ω］、νは変調光キャリアの周波数［Ｈｚ］、Ｔは温度、ηは光受信器１７−１〜１７−ｎの変換効率、ｍｐは光増幅器１２−１〜１２−ｎの偏波係数、ｎｓｐ1は光増幅器１２−１〜１２−ｎの自然放出係数、ｎｓｐ2は光増幅器１８の自然放出係数である。
【００３５】
式（４）〜（６）より、光増幅器１２−１〜１２−ｎに入力される無変調光キャリアのパワーＰが大きい時には、式（４）において右辺分母の第３項の成分であるsignal-spontaneousビート雑音が支配的となる。一方、入力される無変調光キャリアのパワーＰが小さい時には、右辺分母の第４項の成分であるspontaneous-spontaneous ビート雑音が支配的となる。これにより、光合波器１４の透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］が狭くなるにしたがって、ＳＮＲは劣化する。その結果、光受信器１７−１〜１７−ｎにおける受信感度は劣化する。
【００３６】
以上のように、式（４）〜（６）を用いたＳＮＲ計算方法よって、変調されたＡＳＥが光合波器、光分波器によって帯域制限されることによる雑音増加を考慮して、さらに受信用光増幅器の雑音も含め、光多重通信システムの受信感度の計算が可能となる。また、無変調光キャリアを増幅した後に光変調器によって変調する光波長多重伝送システムにおいて、伝送路の許容損失を正確に見積もることができる。
【００３７】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態の光波長多重伝送システムの構成を示す図である。本実施形態の光波長多重伝送システムは、センターノード２１、リモートノード２２、および複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎから構成されている。センターノード２１とリモードノード２２とは、下り伝送用光ファイバ２４−１および上り伝送用光ファイバ２５−１により接続されている。リモートノードとユーザ装置２３−１〜２３−ｎとは、下り伝送用光ファイバ２４−２および上り伝送用光ファイバ２５−２により接続されている。図４においては、簡単のため、複数のユーザ装置のうち、ユーザ装置１（２３−１）、およびこれに接続される下り伝送用光ファイバ２４−２、上り伝送用光ファイバ２５−２のみを示していることに注意されたい。
【００３８】
センターノード２１においては、無変調光キャリアを出力する複数の光源１１−１〜１１−ｎは、光合波器１４−１に接続される。光合波器１４−１の出力は、下り伝送用光ファイバ２４−１を介して、リモートノード２２へ接続される。上り伝送用光ファイバ２５−１は、受信用光増幅器１８に接続される。受信用光増幅器１８の出力は、後述する多重化された変調光を分波する光分波器１６−１に接続され、さらに、光分波器１６−１の出力は、それぞれ複数の光受信器１７−１〜１７−ｎに接続される。
【００３９】
リモートノード２２は、下り伝送用光ファイバ２４−１に接続された光分波器１６−２と上り伝送用光ファイバ２５−１に接続される光合波器１４−２を備えている。光分波器１６−２の出力は、下り伝送用光ファイバ２４−２を介して、ユーザ装置１（２３−１）に接続される。また、ユーザ装置１（２３−１）は、上り伝送用光ファイバ２５−２によって光合波器１４−２に接続される。光分波器１６−２および光合波器１４−２は、それぞれ複数の出力と複数の入力を持っており、図４に記載していない複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎに接続されることを注意されたい。
【００４０】
ユーザ装置１（２３−１）においては、下り伝送用光ファイバ２４−２は光増幅器１（２３−１）接続され、光増幅器１（１２−１）の出力は光変調器１（１３−１）に接続される。光変調器１（１３−１）の出力は、上り伝送用光ファイバ２５−２を介して、前述のリモートノード２２に接続される。複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎは、それぞれ、図４に記載されていない光増幅器１２−１〜１２−ｎおよび光変調器１３−１〜１３−ｎを有していることに注意されたい。
【００４１】
次に、動作について説明する。複数の光源１１−１〜１１−ｎからそれぞれ出力された異なる波長をもつ複数の無変調光キャリアは、光合波器１４−１において合波される。合波された複数の無変調光キャリアは、下り伝送用光ファイバ２４−１を伝送して、リモートノード２２内の光分波器１６−２において、再び複数の無変調光キャリアに分波される。各ユーザ装置２３−１〜２３−ｎに割り当てられた波長の無変調光キャリアのみが、下り伝送用光ファイバ２４−２を伝送して、それぞれ対応する各ユーザ装置２３−１〜２３−ｎへ入力される。
【００４２】
ユーザ装置２３−１〜２３−ｎに入力された各無変調光キャリアは、光増幅器１２−１〜１２−ｎによって増幅された後、光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて発生するＡＳＥと共に光変調器１３−１〜１３−ｎへ入力される。光変調器１３−１〜１３−ｎにおいて、増幅された無変調光キャリアおよびＡＳＥは変調され、変調光キャリアおよび変調ＡＳＥが出力される。
【００４３】
各ユーザ装置２３−１〜２３−ｎからの変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、上り伝送用光ファイバ２５−２を伝送して、光合波器１４−２へ入力される。すなわち、光キャリアと同じ中心周波数と透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］をもつポートから、光合波器１４−２へ入力される。光合波器１４−２において、変調光キャリアおよびΔｆ［Ｈｚ］の透過スペクトル半値全幅に帯域制限された変調ＡＳＥが帯域制限される。他のユーザ装置２３−１〜２３−ｎからの、複数の変調光キャリアおよび帯域制限された変調ＡＳＥは、１心の上り伝送用光ファイバ２５−１へと波長多重化される。
【００４４】
上り伝送用光ファイバ２５−１を伝送してきた波長多重光は、受信用光増幅器１８において増幅された後、光合波器１４−２と同じ透過スペクトル半値全幅Δｆ［Ｈｚ］をもつ光分波器１６−１に入力され、分波された後に光受信器１７−１〜１７−ｎにて受信される。受信用光増幅器１８は、光合波器１４−２と光分波器１６−１との間ではなく、光分波器１６−１と光受信器１７−１〜１７−ｎとの間に配置する構成であってもよい。その場合は、各光受信器１７−１〜１７−ｎ毎に、複数の受信用光増幅器１８−１〜１８−ｎが必要となる。また、受信用光増幅器１８−１〜１８−ｎと光受信器１７−１〜１７−ｎとの間に、受信用光増幅器１８−１〜１８−ｎから出力されるＡＳＥを帯域制限するためのバンドパスフィルタを付加してもよい。
【００４５】
以上の説明は、ユーザ装置からの（上りの）信号光に関するシステム構成に関するものである。センターノード２１からユーザ装置２３−１〜２３−ｎへの（下りの）信号光については、下り伝送用光ファイバ２４−１に波長多重化して伝送してもよい。
【００４６】
図４の構成の光波長多重伝送システムにおいて、センターノード２１から出力される無変調光キャリアの１波当りのパワーをＰdout［ｄＢｍ］、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎに入力される無変調光キャリアのパワーをＰdin［ｄＢｍ］、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎから出力される変調光のパワーをＰuout［ｄＢｍ］、センターノード２１へ入力される変調光の１波当りのパワーをＰuin［ｄＢｍ］、センターノード２１とユーザ装置２３−１〜２３−ｎとの間の損失をＬＢ［ｄＢ］、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎの利得をＧ０［ｄＢ］とすると、それぞれのパワーは次の式（７）〜（９）により関係付けられる。
Ｐdout−ＬＢ＝Ｐdin      （７）
Ｐuout−ＬＢ＝Ｐuin        （８）
Ｐdin＋Ｇ０＝Ｐuout      （９）
【００４７】
ここで、第２の実施形態で説明した式（４）、（５）、（６）において、Ｐdin→Ｐ、Ｇ０→Ｇ１、Ｐuin→ＰＬＤ、ＬＢ→Ｌと置き換えて計算することにより、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎの利得Ｇ０およびユーザ装置２３−１〜２３−ｎとセンターノード２１の間の許容損失ＬＢとの関係を求めることができる。
【００４８】
図５は、式（４）〜（９）式を用いて計算したユーザ利得Ｇ０と許容損失ＬＢとの関係をグラフに示した図である。伝送速度１０Ｇｂｐｓ、光合波器１４−２、光分波器１６−１の透過スペクトル半値全幅Δｆを６０ＧＨｚ、受信用光増幅器１２−１〜１２−ｎの利得Ｇ２を２０ｄＢ、ｎｓｐ２＝１．５８、ｎｓｐ１＝３．１５とした。横軸はユーザ装置２３−１〜２３−ｎの利得Ｇ０を示し、縦軸はユーザ装置２３−１〜２３−ｎとセンターノード２１間の許容損失ＬＢを示している。実線は、センターノード２１からの出力パワーＰdoutを変化させた時の本発明の方法により計算された結果を表しており、点線は従来の式（ａ）を使用した方法により計算された結果を表している。センターノード２１の出力パワーＰdoutが下がるか、もしくは、許容損失ＬＢが大きくなれば、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎ内の光増幅器１２−１〜１２−ｎへの入力パワーが下がる。したがって、上述したように変調ＡＳＥが帯域制限されることによる受信感度の劣化が生じる。図５においても、Ｐdoutが小さいときほど、もしくは、許容損失ＬＢが大きいときほど、従来の方式による計算結果と本方式により計算された許容損失ＬＢ値との差異が大きくなり、本方式による許容損失ＬＢ値は小さくなっている。これは、本方式の計算方法によって、より正確なＳＮＲと許容損失ＬＢの見積りができることを示している。
【００４９】
図６は、式（４）〜（９）を用いて計算した伝送速度と許容損失ＬＢの関係をグラフに示した図である。光合波器１４−２、光分波器１６−１の透過スペクトル半値全幅Δｆを６０ＧＨｚ、受信用光増幅器１８の利得Ｇ２を２０ｄＢ、ｎｓｐ２＝１．５８、ｎｓｐ１＝３．１５とした。横軸は伝送速度を示し、縦軸はユーザ装置２３−１〜２３−ｎとセンターノード２１間との許容損失ＬＢを示している。ユーザ装置２３−１〜２３−ｎの利得Ｇ０を１５ｄＢ、３０ｄＢとしたそれぞれの場合に、センターノード２１からの出力パワーＰdoutを変化させた時（Ｐdout＝０、−９、−１２ｄＢｍ）の、許容損失ＬＢの計算結果を表している。
【００５０】
以上のように、式（４）〜（９）を用いたＳＮＲ計算方法よって、変調されたＡＳＥが光合波器、光分波器によって帯域制限されることによる雑音増加を考慮して、光多重伝送システムの受信感度の計算が可能となる。また、無変調光キャリアを増幅した後に光変調器によって変調する光波長多重伝送システムにおいて、伝送路の許容損失を正確に見積もることができる。ユーザ装置の光源を、センターノード側に配置する構成の光波長多重伝送システムにおいて、正確なＳＮＲを計算し、より正確なシステム設計を行うことができる。
【００５１】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態の光波長多重伝送システムを示す図である。本実施形態の光波長多重伝送システムは、図４によって説明した第３の実施形態と同じく、センターノード２１、リモートノード２２、および複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎから構成されている。しかし、センターノード２１とリモートノード２２、および、リモートノード２２とユーザ装置とが、それぞれ、１心の光ファイバによって接続されている点が異なっている。すなわち、センターノード２１およびリモートノード２２は、１心の光ファイバ１５−１により接続され、リモートノード２２および複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎの各々は、１心の光ファイバ１５−２によって接続されている。簡単のため、図７にはユーザ装置１（２３−１）のみが示されていることに注意されたい。上に述べたように、第３の実施形態が下り伝送用光ファイバおよび上り伝送用ファイバを備えているのに対して、本実施形態においては、上り下り共用の１心の光ファイバによって各ノード間が接続されている点に特徴がある。各ノード間を、１心の光ファイバで接続することによって、システムの一層の低コスト化と簡略化が実現できる。
【００５２】
上記のシステム構成上の相違点から、センターノード２１は、下りの無変調光キャリアと上りの変調光を分離するサーキュレータ３２−１を含んでいる。すなわち、センターノード２１内のサーキュレータ３２−１は、光ファイバ１５−１により、リモートノード２２内のパワースプリッタ３１の入力ポートと接続される。パワースプリッタ３１の各出力ポートは、光ファイバ１５−２により、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎ内のサーキュレータ３２−２の第１のポートに、それぞれ接続される。
【００５３】
複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎの各々は、サーキュレータ３２−２と、光増幅器１２−１、バンドパスフィルタ３３、光変調器１３−１を有する。サーキュレータ３２−２の第２のポートはバンドパスフィルタ３３に接続され、バンドパスフィルタ３３の出力は光増幅器１２−１に接続される。さらに、光増幅器１２−１の出力は光変調器１３−１に接続され、光変調器１３−１の出力は、サーキュレータ３２−２の第３のポートに接続される。上述のように、各ユーザ装置はサーキュレータ３２−２を含む点において、第３の実施形態と異なっている。図７においては、簡単のためユーザ装置１（２３−１）だけが記載されており、他の複数のユーザ装置２３−１〜２３−ｎがパワースプリッタの各出力ポートに接続されていることに、留意されたい。
【００５４】
次に、この光波長多重伝送システムの動作を説明する。複数の光源１１−１〜１１−ｎから出力された異なる波長をもつ無変調光キャリアは、光合波器１４において合波される。合波された複数の無変調光キャリアは、多重光キャリアとしてサーキュレータ３２−１の第１のポートに入力され、第２のポートから出力されて光ファイバ１５−１を伝送する。そして、リモートノード２２内の光パワースプリッタ３１において複数（ｎ）の多重光キャリアに分配される。分配された多重光キャリアは、光ファイバ１５−２を伝送して、各ユーザ装置２３−１〜２３−ｎ内の第２のサーキュレータの第１ポートへ入力される。
【００５５】
ユーザ装置２３−１〜２３−ｎの各々に入力された多重光キャリアのうち、ユーザ装置２３−１〜２３−ｎの各々に割り当てられた１つの波長の無変調光キャリアのみが、バンドパスフィルタ３３を透過する。バンドパスフィルタ３３を透過した無変調光キャリアは、光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて増幅された後、光増幅器１２−１〜１２−ｎにおいて発生するＡＳＥと共に、光変調器１３−１〜１３−ｎへ入力される。光変調器１３−１〜１３ｎにおいて無変調光キャリアおよびＡＳＥは変調され、変調光キャリアおよび変調ＡＳＥとして再びサーキュレータ３２−２の第３のポートに入力される。
【００５６】
変調光キャリアおよび変調ＡＳＥは、光ファイバ１５−２を伝送して、リモートノード２２内に配置された光パワースプリッタ３１の１つの出力ポートへ入力される。光パワースプリッタ３１において、他のユーザ装置２３−１〜２３−ｎからの各々の変調光および変調ＡＳＥは合波され、光ファイバ１５−１へ出力される。光ファイバ１５−１を伝送した多重光信号はセンターノード２１内のサーキュレータ３２−１により受信側に分岐され、受信用光増幅器１８において増幅される。増幅された多重光信号は、光分波器１６において分波される。分波された各信号光は、光受信器１７−１〜１７−ｎによりそれぞれ受信される。なお、受信用光増幅器１８はサーキュレータ３２−１と光分波器１６の間ではなく、光分波器１６と各光受信器１７−１〜１７−ｎの間に、それぞれ配置してもよい。その場合、各光受信器１７−１〜１７−ｎ毎に、複数の受信用光増幅器１８−１〜１８−ｎが必要となる。受信用光増幅１８−１〜１８−ｎから出力されるＡＳＥを除去するためのバンドパスフィルタを、受信用光増幅器１８−１〜１８−ｎの出力側に配置してもよい。
【００５７】
以上の説明は、ユーザ装置からの（上りの）信号光の変調に関するものである。センターノード２１から各ユーザ装置２３−１〜２３−ｎへの（下りの）信号光の変調については、光ファイバ１５−１に波長多重化して伝送してもよい。
【００５８】
ここで、式（４）においてＳＮＲの雑音成分のsignal-spontaneousビート雑音、spontaneous-spontaneous ビット雑音に他のユーザ装置２３−１〜２３−ｎからのＡＳＥ成分を加算することにより、ＳＮＲを計算することが可能となり、式（７）〜（９）を用いることにより、許容損失ＬＢを計算することができる。
【００５９】
以上のように、本発明のＳＮＲ計算方法を用いることにより、光合波器、光分波器にて変調されたＡＳＥが帯域制限されることによる雑音増加を考慮した受信感度の計算が可能となる。また、無変調光キャリアを増幅した後に光変調器で変調する、光波長多重伝送システムの許容損失を正確に見積もることができる。ユーザ装置の光源をセンターノード側に配置し、各ノード間の光ファイバ接続を簡略化した構成の光波長多重伝送システムを実現し、より正確なＳＮＲを計算し、より正確なシステム設計ができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の光波長多重伝送システムの第１の実施形態の構成図である。
【図２】光合波器の透過スペクトル半地全幅と最小受信感度の関係を表す図である。
【図３】本発明の光波長多重伝送システムの第２の実施形態の構成図である。
【図４】本発明の光波長多重伝送システムの第３の実施形態の構成図である。
【図５】ユーザ装置の利得と許容損失の関係を表す図である。
【図６】伝送速度と許容損失の関係を表す図である。
【図７】本発明の光波長多重伝送システムの第４の実施形態の構成図である。
【図８】従来の光波長多重伝送システムの構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
１１−１〜１１−ｎ  光源
１２−１〜１２−ｎ  光増幅器
１３−１〜１３−ｎ  光変調器
１４、１４−１、１４−２  光合波器
１５、１５−１、１５−２  光ファイバ
１６、１６−１、１６−２  光分波器
１７  光受信器
１８  受信用光増幅器
１９  一括光増幅器
２１  センターノード
２２  リモートノード
２３−１〜２３−ｎ  ユーザ装置
２４−１、２４−２  下り伝送用光ファイバ
２５−１、２５−２  上り伝送用光ファイバ
３１  パワースプリッタ
３２−１、３２−２  サーキュレータ
３３  バンドパスフィルタ
【図１】
0004529009.tif 000005
【図２】
0004529009.tif 000006
【図３】
0004529009.tif 000007
【図４】
0004529009.tif 000008
【図５】
0004529009.tif 000009
【図６】
0004529009.tif 000010
【図７】
0004529009.tif 000011
【図８】
0004529009.tif 000012