JP4981882B2 - 雑音装荷光ファイバ伝送システム - Google Patents

Description

本発明は光ファイバ伝送システムに関し、特に、システム性能を改善するための不使用システムチャネルへの雑音の装荷に関する。

光ファイバ伝送システムの伝送容量を最大化するため、単一の光ファイバを用いて波長分割多重システム（以降ＷＤＭシステム）と称される多重光信号を伝送することができる。最近のＷＤＭシステムは高トラフィック容量、例えば１０ギガビット/秒（以降Ｇｂ/秒）−６４チャネルの伝送容量を有する。しかし、光リンクの展開初期時には、リンクは部分的にしか稼動させることができない。初期には、利用可能な総チャネル数の内の数チャネルしか情報を伝送するために用いることができない。

情報信号が長距離または光ファイバケーブルのリンク間にわたって伝送される場合、信号減衰を補償するために１つまたはそれより多くの増幅器を設けることができる。ＷＤＭシステムに用いられる増幅器の中には、容易に改変できず、完全に負荷がかけられたリンク（例えば６４チャネルのそれぞれのチャネルが１０ＧＢ/秒で伝送するリンク）をサポートするための容量に初めからつくられていなければならない増幅器がある。チャネル当りのパワーは増幅器からの増幅された自然放出雑音の存在において十分な信号対雑音比を提供するに十分でなければならず、完全に稼動している大容量システムに対しては大増幅器総出力パワーが必要になる。したがって、増幅器は公称光出力において光出力信号を供給するように構成される。公称出力パワーレベルは増幅器の入力におけるパワーの影響を受けない。増幅器の入力パワーが広い範囲にわたって変化しても出力パワーはこの公称出力パワーレベルを中心にして極めて僅かにしか変化しない。すなわち、光リンクが完全に稼動されると、それぞれのチャネルは実質的に等しい光パワーまで増幅される。展開されたシステムが初期に数チャネルしか情報のために用いなければ、増幅器出力パワーの全てがこれらのチャネルに分け与えられる。さらにチャネルが追加されるにつれて、チャネル当りの光出力パワーは減少していく。

光通信ネットワークにおいてファイバ媒質は非線形である。この非線形性はファイバの分散と相互作用し、ネットワーク性能を低下させる。（例えばチャネル当り１０ｍＷより大きい）大光パワーにおいて光信号は（チャネル当り１.０ｍＷより小さい）小光パワーにおけるより大きく歪む。ネットワークの増幅器は実質的に一定の出力パワーレベルを有するから、展開初期時のチャネル当り光出力は完全に稼動されている光ネットワークにおけるチャネル当り光出力よりかなり高くなり得る。初期の大きなチャネル当りパワー及びシステムの非線形性の結果として、初期のネットワークの通信性能はネットワークが完全に稼動されているときの性能より劣ることになり得る。

したがって、稼動時に不使用システムチャネルがある光通信システムの通信性能を改善するためのシステム及び方法が必要とされている。

本発明にしたがう光通信システムの略図である 本発明にしたがう例示的なシステムの送信器の略図である 図２にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 図２にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 図２にしたがうシステムを用いた伝送実験についての例示的な伝送スペクトルを示す、パワー対波長のグラフである 図４の伝送スペクトルに対応する受信信号についてのＱ対波長のグラフである 本発明にしたがう別の例示的なシステムの送信器の略図である 図６にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 図６にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 図８は本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 図８Ａは本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 図８にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 図８にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 図８にしたがう例示的なシステムの動作を示す、例示的なパワー対波長のグラフである 本発明にしたがう例示的な受信器の略図である 本発明にしたがう例示的な送信器の略図である 本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 図１３は別の代替ループバック経路構成を備える、本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 図１３Ａは別の代替ループバック経路構成を備える、本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 本発明にしたがう別の代替受信器及びループバック経路構成の略図である 本発明にしたがう別の代替受信器及びループバック経路構成の略図である 本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 雑音負荷ループバック信号に種雑音を付加するための例示的な構成を備える、本発明にしたがう別の例示的なシステムの略図である 雑音負荷ループバック信号に種雑音を付加するための、本発明にしたがう例示的な広帯域雑音源の略図である 本発明にしたがう別の例示的なループバック経路構成の略図である 対応するＷＤＭシステムにおける使用チャネル数のアップグレードのための、図１９Ａの例示的なループバック経路構成の改変の略図である 対応するＷＤＭシステムにおける使用チャネル数のアップグレードのための、図１９Ａの例示的なループバック経路構成の図１９Ｂに続く改変の略図である 対応するＷＤＭシステムにおける使用チャネル数のアップグレードのための、図１９Ａの例示的なループバック経路構成の図１９Ｃに続く改変の略図である

同様の参照数字は同様の要素を表す添付図面とともに読まれるべき以下の詳細な説明が参照されるべきである。

ここで図１を見ると、本発明にしたがう例示的な光通信システム１００が示されている。当業者であれば、システム１００が説明を容易にするために極めて簡略化された２局間システムとして示されていることに気づくであろう。光通信システム１００は、光ケーブル１０６に接続された端子１３０を備える。光ケーブル１０６は光信号を伝送するための複数のファイバ対を有することができ、端局１３０と端局１２０の間の光信号の双方向通信のための伝送経路を提供するために複数の（光増幅器を含む）中継器１１０並びに連結光ケーブル１０７及び１０８を介して端局１２０にリンクすることができる。

システム１００は水１０４の中を渡すために用いることができる。水中、例えば海洋をまたいで用いられる場合、増幅器１１０は海洋底１０２に置くことができ、伝送経路は海岸上陸地点間にまたがることができる。複数の中継器及び光媒体リンクを水面下及び／または陸上に配置できることは理解されるであろう。

システム、例えばシステム１００が、ＷＤＭシステムとして構成され、展開初期時に不使用チャネルがあれば、使用チャネル上の情報信号が中継器、例えば中継器１１０内のファイバ増幅器のパワーの全てを引き取る。したがって、使用チャネル上は過剰なチャネル当りパワーでシステム内を伝搬し、システムの非線形性による受信信号の劣化をもたらし得る。本明細書で用いられるように、「使用チャネル」はシステム上で情報信号を伝送しているＷＤＭシステムチャネル位置を指し、「不使用チャネル」は情報を伝送する信号をもたないＷＤＭシステムチャネル位置を指す。

全般的に、本発明にしたがうシステム及び方法は、送信器における初期情報チャネルにさらに雑音をシステムに装荷することによって上記問題に対処する。雑音は、広帯域、すなわち使用チャネル及び不使用チャネルにまたがることができ、あるいは不使用チャネル位置だけを含むようにフィルタリングすることができる。いずれの場合も、雑音は情報信号と同様に中継器のパワーを応分比例して引き取る。したがって、ＷＤＭチャネルの多くまたは全てが初期運用時から稼動するように見える。

図２は、本発明にしたがうシステム２００の一例示的実施形態を簡略に示す。図示される例示的実施形態において、システム２００は、１つまたはそれより多くの可変光アッテネーター（ＶＯＡ）のような、パワーレベル調節器２０６にＷＤＭ信号２０４を伝送するために構成された信号源２０２を備える。パワー調節器２０６はＷＤＭ信号２０４の帯域幅にわたって所望の減衰を与え、減衰されたＷＤＭ出力信号２０８を光増幅器２１０，例えば定出力パワーエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）への入力として与えるように設定することができる。光増幅器は光増幅伝送系路上の伝送のために信号２０８を増幅するように構成することができる。

当業者には認められるであろうように、増幅器２１０は入力パワーのレベルに応じた雑音出力を供給する。増幅器２１０は一定の総出力パワーを供給するように設計され、したがって増幅器利得は入力パワーが下がるにつれて大きくなるから、増幅器２１０の雑音出力は入力パワーレベルが下がるとともに増幅器の帯域幅にわたって大きくなる。図示される実施形態２００はこの特徴を用いて、第１の中継器に向かう、情報搬送ＷＤＭ信号及びシステムの帯域幅にわたる雑音スペクトルを含む出力信号２１２を確立する。

例示的実施形態２００の動作が図３Ａ及び３Ｂに示される。図３Ａ及び３Ｂは、λ_１からλ_２にわたる帯域幅を有し、使用チャネルを情報信号３００，３０２を伝送する２つしか有していない、ＷＤＭシステムを示す。図３Ａに示されるように、２つの使用チャネル３００，３０２は光増幅伝送経路のそれぞれの中継器によって、大きすぎてシステム非線形性による信頼できるデータ伝送を達成できないことがある、初期パワーレベルＰ_１で送出され得る。それぞれの中継器における両使用チャネルについてのチャネル当り送出パワーがＰ_２まで下げられるように、増幅器２１０への使用チャネルのパワーをパワー調節器２０６によって下げることによって、雑音をシステム帯域幅にわたって付加することができる。

図３Ｂに示されるように、使用チャネルのパワーが十分に下げられて増幅器への入力に供給されれば、増幅器はチャネル３００，３０２及びシステム帯域幅にわたる増幅された自然放出（ＡＳＥ）雑音スペクトルを含む出力を供給する。増幅器出力は伝送ＷＤＭ信号として伝送システムの光増幅経路に接続することができる。出力スペクトル内の雑音は、中継器パワーがシステムの使用チャネル及び不使用チャネルの両者にかけて分け与えられ得るように不使用チャネルを占める。

図４及び５は図２の構成にしたがう例示的システムを用いて行われた伝送実験の結果を示す。実験は約６６５３ｋｍの全長及び２４ｎｍのシステム帯域幅において１０Ｇｂ/秒−６４チャネルの総容量を有するシステム上で行った。帯域の中心で１００ＧＨｚ間隔の８チャネルで信号を伝搬させた。チャネルパワーと増幅器発生雑音の最適バランスが得られるように８チャネルのそれぞれのパワーを反復して減衰させた。得られた伝送チャネルパワースペクトル４００が図４に示される。

図５は８チャネルの全てについて性能を示すＱ対波長のグラフである。図５の陰影付ゾーン５００は完全稼動（全チャネルが使用されている）システムについての所望の性能を表す。図示されるように、図２にしたがう構成を用いて伝送される８チャネルのＱ性能は、完全稼動システムについて期待される性能ゾーン内にあった。

当業者であれば、パワー調節器２０６によって設定される最適減衰レベルがシステム特性に依存し、反復によって決定でき、または受信信号を測定し、フィードバックループを介して補正信号を供給することによって確立できることを認めるであろう。さらに、減衰レベルはシステムへのチャネルの追加または削除に際して修正することができ、システムが完全に稼動される場合にはゼロに設定することができる。減衰レベルが大きくなるにつれて、増幅器発生雑音が大きくなり、伝送光信号帯雑音比（ＯＳＮＲ）が低下することは当然である。

図６は本発明にしたがうＷＤＭシステムの別の例示的実施形態６００を簡略に示す。図示される例示的システム６００において、ＷＤＭシステムのチャネル当り光パワーはデータチャネルから離れた波長にある不使用チャネルに装荷雑音を供給するための制御された波長選択性光フィードバックレベルを用いて管理される。図示されるように、１つまたはそれより多くのデータ送信器ＴＸ１,...,ＴＸＮがＷＤＭシステムの個々のチャネルに対応する波長上に情報信号を供給する。信号は光コンバイナー６０４によって結合させてＷＤＭ信号６０２にして、第２のコンバイナー６０６への入力に供給することができる。当業者であれば、光コンバイナーが様々な構成をとることができ、それぞれの入力の一部分を結合して共通出力にするように構成された受動デバイス及び／または能動デバイスを含み得ることを認めるであろう。アッテネーター６０８はＷＤＭ信号６０２内の情報信号のパワーレベルを調節するために光コンバイナー６０４と光コンバイナー６０６の間の経路に設けることができる。

光コンバイナー６０６の出力は光増幅器６１０、例えば定出力エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）の入力に接続することができる。増幅器６１０の出力は伝送ＷＤＭ信号として伝送システムの光増幅経路６１４に接続することができる。当業者であれば、伝送ＷＤＭ信号が情報信号及びシステム帯域幅にわたる増幅器で発生される雑音を含むことを認めるであろう。

図示される実施形態において、増幅器６１０の出力に光カップラ６１２が設けられる。当業者であれば、光カップラが光増幅器の出力をスペクトルが同じかまたは異なる２つの信号に分けるための手段を提供し、技術上良く知られた様々な構成をとり得ることを認めるであろう。カップラの出力の一方は伝送ＷＤＭ信号６１４として供給することができ、出力の他方は波長選択性フィードバック経路６１６上のフィードバック信号として供給することができる。

フィードバック経路には、光増幅器６１０への入力と光増幅器出力のフィードバック部分の間の光コヒーレンスを弱めるための、コヒーレンスリデューサー６１８、例えば光ファイバのスプールを含めることができる。フィードバック経路６１６におけるレーザ発振作用を回避するため、コヒーレンスリデューサー６１８は、コヒーレンス長がフィードバックループの巡回距離よりかなり短くなるように、構成することができる。

フィードバック経路６１６には、データ信号を含むスペクトルの一部分をフィルタリングして取り除くためにフィードバック信号のスペクトルを整形するためのフィルタ６２０またはフィルタ群を設けることもできる。したがって、フィルタ６２０の出力はデータ信号がフィルタリングされて除かれた位置を含むシステム帯域幅にわたって増幅器６１０によって発生された雑音を有する。図示される実施形態においてはフィードバック経路が初めにコヒーレンスリデューサー６１６に接続され、次いでフィルタ６２０に接続されているが、当業者であれば、これらの素子の順序を逆にし得ることを認めるであろう。

図７Ａは、システム帯域幅がλ_１からλ_２にわたり、単一データチャネルがλ_ａとλ_ｂの間で伝送される、フィルタ６２０の出力についての簡単な例示的スペクトル７００を示す。単一チャネル実施形態においては、図示されるように、伝送される情報信号を含む拒絶帯の外側の全ての信号を通過させる簡単なノッチフィルタとして、フィルタ６２０を構成することができる。複数の使用チャネルをフィルタリングするためのその他のフィルタ構成は、当業者には明らかであろう。

フィルタ６２０の出力は、アッテネーター６２２によって減衰させて、コンバイナー６０６に入力として供給することができる。したがって、コンバイナー６０６の出力にはデータ信号及びデータ信号がフィルタリングされた増幅器出力信号のコピーが含まれる。この信号は増幅されて、増幅器出力として供給される。図７Ｂは図６に示されるシステムに対応する例示的出力スペクトルを示す。図示されるように、出力信号には、情報信号７０２及び、フィードバックループから得られた、フィルタリングされた雑音装荷スペクトルが含まれる。雑音装荷量は、増幅器６１０の特性、アッテネーター６０８，６２２に対する設定及びフィルタ６２０の特性によって決定することができる。

次に図８を見れば、本発明にしたがうシステムの別の例示的実施形態８００が示されている。図示される実施形態において、光伝送線路対の受信方向は伝送信号における不使用帯域幅に装荷するための雑音源として用いられる。図示されるように、受信増幅器８０２は光送信線路の送信ファイバ８０６と受信ファイバ８０４の対の第１のファイバ８０４上の信号を受信する。図９Ａは、対応する情報信号９００，９０２を伝送する２つの使用チャネルだけを有するシステムにおける増幅器８０２の出力についての初期の例示的なパワー対波長スペクトルを簡略に示す。図示されるように、増幅器の出力におけるスペクトルには情報信号９００，９０２が、システム帯域幅に、すなわちλ_１からλ_２に、わたる雑音スペクトル９０４とともに含まれる。

増幅器８０２の出力は、処理のために、対応する受信器端子、例えばＲＸ１，ＲＸ２に情報信号を分岐するように構成された１つまたはそれより多くのフィルタ８０１-１，８０１-２を含む一連の３点フィルタ８０８-１，８０８-２,...,８０８-Ｎを有することができる、受信器フィルタ構造に接続することができる。フィルタ数Ｎは送信または受信される情報チャネルの数と等しくすることができる。それぞれのチャネルは送信側の対応する１つのフィルタ及び受信側の１つのフィルタを有することができる。

図９Ｂは２つのデータチャネルが分岐された後の受信信号についての例示的なパワー対波長スペクトルを示す。図示されるように、データチャネルの位置における雑音スペクトル９０６は受信器フィルタ８０８-１，８０８-２,...,８０８-Ｎによってフィルタリングされている。

信号は、使用チャネルの位置から実質的に全ての雑音を除去するために、受信器端子のフィルタ構造の全体、例えばフィルタ８０８-１，８０８-２,...,８０８-Ｎを通過することができる。フィルタリングされた雑音信号は次いで雑音装荷ループバック経路８１０にある送信器にループバックさせ、パワー調節機構８１２及び既存の送信器フィルタ構造を通過させることができる。パワー調節機構は、例えばＶＯＡまたはダイナミックイコライザーとして構成することができる。フィルタリングされた雑音信号にパワーがさらに必要とされる実施形態において、パワー調節器はフィルタリングされた雑音信号を増幅するための光増幅器として構成することができる。

送信器フィルタ構造も一連の３点光フィルタ８１４-１，８１４-２,...,８１４-Ｎ及び使用チャネル上に情報信号を付加するためのデータチャネル送信器、例えばＴＸ１，ＴＸ２を有することができる。受信器からの雑音スペクトル及びデータチャネル送信器によって付加された情報信号は送信器の全フィルタ構造を通過し、次いで送信器増幅器８１６に入ることができる。増幅器８１６は送信器からの情報信号及び受信器からの雑音スペクトルを増幅することができ、増幅器への入力パワーレベルに依存する雑音をさらに付加することができる。

図９Ｃは送信器増幅器８１６の出力についての例示的なパワー対波長スペクトルを示す。図示されるように、増幅器８１６の出力は、不使用帯域幅に雑音を装荷するためのシステム帯域幅にわたる雑音スペクトル９１２とともに、使用チャネル上に高ＯＳＮＲの情報信号９０８，９１０を含む。増幅器８１６の出力は送信ファイバと受信ファイバの対の光増幅送信ファイバ８０６上に供給することができる。

図８に示される実施形態は、チャネル分離が３点光フィルタを用いて達成されるシステムにおける雑音装荷を与える。図示される実施形態において、光伝送線路対の受信方向は不使用帯域幅への装荷のための雑音源として用いられる。別の雑音源を用いることができる。例えば、図８Ａは、雑音源が独立の広帯域雑音源８５０，例えば光増幅器であることを除き、図８に示される構成と同様の構成を示す。広帯域雑音源８５０の出力は不使用帯域幅に雑音を装荷するために全送信器フィルタ構造を通過することができる。

図１０及び１１は、受信信号が雑音源として用いられ、チャネル分離が光インターリーブフィルタを用いて達成される、本発明にしたがう例示的な受信器１０００及び送信器１１００の構成を示す。本明細書に用いられるように、「光インターリーブフィルタ」は、入力光信号をフィルタリングして複数の離散スペクトル帯域を含む１つまたはそれより多くの出力にするための、１つまたはそれより多くの光フィルタ素子からなるいずれかの構成を指す。様々な光インターリーブフィルタ構成が当業者には既知である。例えば、普通のＷＤＭチャネル分離で１つまたはそれより多くの出力を供給するための広帯域単一コンポーネント光インターリーブフィルタ構成が既知であり、市場で入手できる。当業者であれば、光インターリーブフィルタを個別のフィルタ素子のスタックで構成できることも認めるであろう。

図１０に示される例示的な受信器構成１０００は、複数のチャネル分離経路、例えば１００４，１００６上に、例えばパワースプリッタ（図示せず）を用いて、接続される出力を有する受信器増幅器１００２を有する。図示されるチャネル分離経路はそれぞれ、光フィルタ１００８，１００８ａ，分散補正ファイバ１０１０，１０１０ａ、光増幅器１０１２，１０１２ａ、及び光インターリーブフィルタ１０１４，１０１４ａを有することができる。光インターリーブフィルタ１０１４，１０１４ａは、受信スペクトルをフィルタリングして、特定のチャネル間隔、例えば５０ＧＨｚ，６６ＧＨｚ等で現れる信号をもつ個別の出力１０１６，１０１６ａを供給するように構成することができる。使用チャネル上の受信情報信号は、処理のために、フィルタ１０１４ａから分岐させて対応する受信器端子ＲＸ１,...,ＲＸＮに接続することができる。不使用チャネル位置に対応し得る１つまたはそれより多くの出力、例えば出力１０１８は、送信器への入力として供給することができ、システム帯域幅にわたり、光インターリーブフィルタで確立されたチャネル間隔によって分離された、雑音信号を含むことができる。

図１１に示される例示的な送信器１１００は、データチャネル送信器、例えばＴＸ１,...,ＴＸＮからの情報信号を結合してチャネルサブグループにするための、例えば縦続構成の、複数の光コンバイナー１１０２-１,...,１１０２-Ｎを有することができる。それぞれのコンバイナーの出力に与えられるサブグループはＤＣＦ１１０４-１,...,１１０４-Ｎ及び増幅器１１０６-１,...,１１０６-Ｎに接続され、他のサブグループと結合されて、伝送のためのＷＤＭ出力信号１１０８を光増幅伝送線路上に供給する。図示されるように、受信器からのフィルタ出力、例えば図１０の出力１０１８は、結合してＷＤＭ信号にするためのコンバイナーの内の１つへの入力１１１０として供給することができる。

この結果、ＷＤＭ出力信号１１０８のスペクトルは、使用チャネル上の情報信号とともに、受信器フィルタ構成によって分離された受信器からの雑音を含む。雑音信号はシステムチャネル間隔の整数倍で分離されているから、不使用チャネルにはチャネル帯域幅にしたがう帯域幅を有する雑音信号が装荷され、受信器から使用チャネルに雑音は付加されない。これにより、不使用チャネルには雑音が装荷されるが、使用チャネル上の情報信号については高ＯＳＮＲが維持される。

次に図１２を見れば、送信信号の不使用チャネルに装荷するための雑音源として送信ファイバと受信ファイバの対の受信ファイバ上の受信信号を用いる、本発明にしたがうシステムの別の例示的な実施形態１２００が示されている。図示される例示的な実施形態において、使用チャネル上の情報信号を含むＷＤＭ信号１２０８を発生するために送信器１２０６が備えられる。ＷＤＭ信号は送信器増幅器１２１０に接続され、第１の光増幅送信経路１２０４，例えば伝送線路ファイバ対の第１のファイバ上を伝送される。伝送信号は受信器増幅器１２１２で受信される。受信器増幅器１２１２の出力は、受信情報信号を使用チャネル上に分岐させるための受信器端子１２１８に出力１２１６を供給する、光インターリーブフィルタ１２１４の入力に接続することができる。

フィルタの別の出力は、第２の光増幅伝送経路１２０２，例えば逆の伝送方向に対応する伝送線路ファイバ対の第２のファイバに、第２の経路上のいくつかの不使用チャネルに雑音信号を装荷するために、ループバックさせることができる。図示されるように、光インターリーブフィルタ１２１４の雑音装荷出力１２２０は、ＶＯＡまたはダイナミック利得イコライザーのようなパワー調節器１２２２を有する、雑音装荷ループバック経路上に供給することができる。光カップラ１２２４が、送信器１２２６によって発生された、使用チャネル及び不使用チャネルを含む、ＷＤＭ信号を伝送する経路にパワー調節器１２２２の出力を結合させることができる。

フィルタ１２１４は、ＷＤＭ信号の不使用チャネル上に雑音が付加されたＷＤＭ信号には雑音が結合されるが、使用チャネル上には雑音が結合されないように、送信器１２２６からのＷＤＭ信号と結合するための雑音スペクトルを供給するように構成することができる。結合された雑音とＷＤＭ信号は送信器増幅器１２２８への入力に供給される。増幅器１２２８の出力は第２の光増幅伝送経路１２０２上を受信器増幅器１２３０に伝送することができる。受信器増幅器１２３０の出力は、使用チャネル上に受信情報信号を分岐させるために受信器端子１２３４に出力１２３６を供給する、光インターリーブフィルタ１２３２の入力に接続することができる。

光インターリーブフィルタ１２３２の別の出力は、第１の光増幅伝送経路１２０４上の不使用チャネルに雑音信号を装荷するために、第１の経路にループバックさせることができる。図示されるように、光インターリーブフィルタの雑音装荷出力はパワー調節器１２４０を有する雑音装荷ループバック経路１２３８上に供給することができる。パワー調節器は雑音波長の帯域幅にわたる減衰を与えるためのＶＯＡまたはダイナミック利得イコライザーとして構成することができる。パワー調節器はまた、あるいは、１つまたはそれより多くの特定の雑音波長または雑音波長帯域のパワーレベルを制御するための損失フィルタとして構成することもできる。例えばパワー調節器は一対のアレイ配列導波路回折格子（ＡＷＧ）として構成することができる。それぞれの経路上の波長を選択的に減衰させることによってループ利得形状を制御するために対応するアッテネーターに接続された相異なる経路上の雑音波長を一方のＡＷＧで物理的に分離することができる。減衰された雑音波長を他方のＡＷＧで結合して共通の経路に戻すことができる。ループバック経路はまた、あるいは、雑音波長の特性を制御するための、別の波長制御器１２８０，例えば、スペクトルフィルタ、増幅器等、またはこれらの組合せを有することもできる。例えば、波長制御器１２８０は、伝送中の雑音波長の広がりを制限するための、１つまたはそれより多くの、分岐フィルタまたは帯域通過フィルタ、例えば高精細ファブリ−ペロフィルタを有することができる。

図示される例示的な実施形態において、光カップラ１２４２は、送信器１２０６によって発生され、使用チャネル及び不使用チャネルを含む、ＷＤＭ信号１２０８を伝送する経路に波長制御器１２８０の出力を結合する。光インターリーブフィルタ１２３２は、雑音がＷＤＭ信号の不使用チャネル上には付加されるが、使用チャネル上には付加されないで、ＷＤＭ信号に雑音が結合されるように、送信器１２０６からのＷＤＭ信号と結合させるための雑音スペクトルを供給するように構成することができる。

したがって、伝送線路上の両伝送方向における不使用チャネルには別途に受信された信号からの雑音を装荷することができるが、使用チャネル上への雑音の付加は回避することができる。これにより、使用チャネル上の情報信号に対して高ＯＳＮＲが維持される。さらに、両伝送方向に対する個別の雑音信号割当てにより雑音伝搬を切り離すことができ、したがってシステムにおける不安定性を抑制できる。それぞれの雑音装荷ループバック経路のパワー調節器１２２２，１２４０は、受信信号から引き出される雑音を減衰させて、光増幅経路１２０２及び１２０４を通る伝送中に適切なチャネル当りパワーレベルを維持するために、調節することができる。パワー調節器によって与えられる減衰レベルは、増幅器構成及び光インターリーブフィルタ構成を含むシステム特性に依存し得る。

本発明にしたがう実施形態のいくつかにおいて、雑音装荷ループバック経路を通って巡回する雑音は、特定の波長選択器を多数回通過することができる。この結果、通過帯域挟化による雑音波長の帯域幅の縮小がおこり得る。この効果を緩和するため、雑音装荷ループバック経路のフィルタ、すなわち光インターリーブフィルタ１２１４及び１２３４を平坦通過帯域特性をもつように構成することができる。

図１３は、２つの伝送方向における装荷雑音伝搬が切り離されている、本発明にしたがうシステムの別の例示的な実施形態１３００を示す。図示されるように、経路間の雑音の分離はシステムのいずれかの側の受信端における多段光インターリーブフィルタ構成を用いて達成することができる。図示される例示的な実施形態において、受信器増幅器１２３０の出力は、第２の光インターリーブフィルタ１３０４及び第３の光インターリーブフィルタ１３０６への入力として供給される出力を有する第１の光インターリーブフィルタ１３０２に接続することができる。第２及び第３の光インターリーブフィルタの信号出力Ｓはそれぞれ、使用チャネル上の情報信号を分岐させるための受信器端子１３０８，１３１０に接続することができる。光インターリーブフィルタ１３０６の出力Ａ及び光インターリーブフィルタ１３０４の出力Ｂは異なるスペクトル位置にある雑音波長を搬送することができる。図示される実施形態において、光インターリーブフィルタ１３０４の出力Ｂは終端させることができ、光インターリーブフィルタ１３０６の出力Ａからの雑音装荷波長は、伝送経路上の不使用チャネルに、例えば上述した態様で、雑音を装荷するために雑音装荷ループバック経路１２３８に供給することができる。

同様の構成を、光インターリーブフィルタ１３１２，１３１４及び１３１６を用いて、伝送経路の他方の側に設けることができる。光インターリーブフィルタ１３１２，１３１４及び１３１６はそれぞれ、基本的に光インターリーブフィルタ１３０２，１３０４及び１３０６の複製とすることができ、よって光インターリーブフィルタ１３１６の出力Ａにおける雑音波長は基本的に光インターリーブフィルタ１３０６の出力Ａにおける雑音波長と同じ位置にあり、光インターリーブフィルタ１３１４の出力Ｂにおける雑音波長は基本的に光インターリーブフィルタ１３０４の出力Ｂにおける雑音波長と同じ位置にある。図示されるように、増幅器１２１２の出力は光インターリーブフィルタ１３１４及び１３１６への入力として供給される出力を有する光インターリーブフィルタ１３１２に接続することができる。光インターリーブフィルタ１３１４及び１３１６の信号出力Ｓはそれぞれ、使用チャネル上の情報信号を分岐させるために受信器端子１３１８，１３２０に接続することができる。伝送システムのこの側では、光インターリーブフィルタ１３１６の出力Ａを終端させることができ、光インターリーブフィルタ１３１４の出力Ｂを伝送経路上の不使用チャネルに雑音を装荷するために雑音装荷ループバック経路１２２０上に供給することができる。

この構成において、合計で局当り２つの光インターリーブフィルタポート、すなわち、光インターリーブフィルタ１３０６または１３１６のポートＡ及び光インターリーブフィルタ１３０４または１３１４のポートＢは、信号伝送に用いられない。これらのポートは雑音装荷に利用可能なポートである。十分な雑音装荷をそれぞれの局において達成するには１つのポートしか必要ではなく、よって増幅光経路のそれぞれの末端における局は雑音装荷のために異なる光インターリーブフィルタを用いることができる。これにより雑音波長は２つの伝送方向に分離される。単段光インターリーブフィルタ構成を組み込んでいるシステムにおいて、巡回雑音を分離するための多段構成を与えるためには、それぞれの伝送方向について光インターリーブフィルタを、例えば雑音装荷ループバック経路に、さらに付加することができる。

巡回雑音波長に対する通過帯域挟化の効果を回避するため、中心周波数を、光インターリーブフィルタ１３０２の中心周波数から若干ずらして、光インターリーブフィルタ１３０６を構成することができる。また、当業者であれば、光インターリーブフィルタの多くで通過帯域の中心周波数に温度依存性があることを認めるであろう。温度の変動は光インターリーブフィルタ通過帯域の中心周波数のディザーを生じさせ得る。したがって、雑音装荷ループバック経路上の受信器雑音を分離するために温度依存フィルタ、例えば光インターリーブフィルタ１３０６を設け、フィルタ中心周波数にディザーを生じさせるために温度を変調することによって、本発明にしたがう態様でシステム不安定性を抑制することができる。当業者であれば、光インターリーブフィルタに温度変調を与えるための様々な構成を認めるであろう。

図１３Ａは本発明にしたがう別の例示的な実施形態１３５０を示す。図示される例示的な実施形態において、光インターリーブフィルタの出力Ａ、Ｂにおける雑音波長は経路の相対するそれぞれの側で終端されず、送信器にループバックされる。図示されるように、光インターリーブフィルタ１３０４の出力Ｂからの雑音波長はパワー調節器１３５４を有する雑音装荷ループバック経路１３５２に供給される。ループバック経路１３５２はループバック経路１２３８と比べて、例えばパワー調節器１３５４を高減衰レベルに設定することにより、比較的高損失の経路とすることができる。光カップラ１３５６でパワー調節器１３５４の出力を雑音装荷ループバック経路１２３８に結合することができる。

伝送経路の反対側では、光インターリーブフィルタ１３１６の出力Ａからの雑音波長がパワー調節器１３６０を有する雑音装荷ループバック経路１３５８に供給される。ループバック経路１３５８はループバック経路１２２０と比べて、例えばパワー調節器１３６０を高減衰レベルに設定することにより、比較的高損失の経路とすることができる。光カップラ１３６２でパワー調節器１３６０の出力を雑音装荷ループバック経路１２２０に結合することができる。

この構成においては、伝送経路のそれぞれの側における相異なる一組の雑音波長が、より高い光パワーを搬送することができる。例えば、送信器１２０６から受信器１３２０及び１３１８への伝送方向においては、光雑音パワーの大部分を光インターリーブフィルタ１３０６の出力Ａからの波長で搬送することができ、逆方向においては、光雑音パワーの大部分を光インターリーブフィルタ１３１４の出力Ｂからの波長で搬送することができる。出力Ａからの雑音波長の光パワーと出力Ｂからの雑音波長の光パワーの最大許容比は送信器増幅器１２１０，１２２８の装荷要件によって決定される。

図１４は本発明にしたがうシステムの別の例示的な実施形態１４００を示す。図示される例示的な実施形態においては、１つまたはそれより多くの変調器１４０２を雑音装荷ループバック経路１２３８に配置することができる。変調器１４０２は、同じ雑音が２つの雑音装荷ループバック経路及び伝送経路を通って無限に巡回することのないように、ループされる雑音についておこり得る巡回の数を減少させるように動作することができる。一実施形態において、変調器１４０２は音響光学変調器（ＡＯＭ）のような周波数偏移デバイスとすることができる。

別の実施形態において、変調器１４０２はオン／オフ変調器として構成することができ、変調器１４０２については様々な構成が当業者に知られているであろう。いかなるシステム不安定性も、光伝送経路内の増幅器（例えば中継器１１０）の緩和時間の逆数より高い周波数による雑音（例えば光インターリーブフィルタ１３２３の雑音出力）波長のオン／オフ変調で抑制することができる。すなわち、準連続波雑音装荷が未使用チャネルに施されるが、不安定性は断ち切られる。雑音装荷のループ性により、雑音波長の同期オン／オフ変調が有用であり得る。また、変調は連続的または断続的に行うこともできる。

図１５は本発明にしたがうシステムの別の例示的な実施形態１５００を示す。図示される実施形態では、データ伝送と干渉することなく雑音波長に時間遅延寄与を付加するために、雑音装荷ループバック経路に多重経路干渉（ＭＰＩ）が実施される。図示されるように、パワー調節器１２４０の出力を別々の２つの経路１５０２，１５０４に接続することができる。２つの経路の内の第１の経路１５０４はファイバセグメント１５０６，例えばファイバスプールを有することができ、２つの経路の内の第２の経路１５０２はパワー調節器１５０８を有することができる。パワー調節器１５０８の出力は、ファイバセグメント１５０６からでてくる信号と結合させて、雑音装荷ループバック経路１２３８にＭＰＩを確立することができる。

図１６は本発明にしたがうシステムの別の例示的な実施形態１６００を示す。図示される例示的な実施形態では、図示されるように、第１及び第２のファイバ対が雑音装荷ループバック経路を含むように構成される。ファイバ対間にわたる第１及び第２の雑音装荷ループバック経路によってそれぞれのファイバ対内の雑音のそれぞれの巡回において雑音成分が付加される。

詳しくは、受信器経路１２０２から送信器経路１２０４に第１の雑音装荷ループバック経路１２３８を設けることができ、受信器経路１２０２ａから送信器経路１２０４ａに第２の雑音装荷ループバック経路１２３８ａを設けることができる。カップラ１６０６がループバック経路１２３８上の雑音信号の一部分をループバック経路１６０２に結合させ、カップラ１６００がループバック経路１６０２上の雑音をループバック経路１２３８ａに結合させる。また、カップラ１６１４がループバック経路１２３８ａ上の雑音信号の一部分をループバック経路１６１０に結合させ、カップラ１６０８がループバック経路１６１０上の雑音をループバック経路１２３８に結合させる。ループバック経路１２３８，１２３８ａ，１６０２，１６１０のそれぞれは結合強度を調節するためのパワー調節器１６０４，１６１２を有することができる。

光インターリーブフィルタ１２３２，１２３２ａ，１２１４，１２１４ａは、基本的に互いにそれぞれの複製とすることができ、よって光インターリーブフィルタのそれぞれの出力Ａにおける雑音波長は基本的に同じ位置にある。図示されるように、経路１６１０及び１６０２から経路１２３８，１２３８ａ上にそれぞれ雑音を供給することにより、無限に再巡回する雑音にともなう不安定性が抑制される。

図１７は本発明にしたがうシステムの別の例示的な実施形態１７００を示す。図示される例示的な実施形態では、再巡回雑音にともなう不安定性が種雑音構成を用いて抑制される。図示されるように、広帯域雑音源１７０２，例えばＡＳＥ源の出力が光インターリーブフィルタ１７０４の入力に接続される。当業者であれば、低入力パワーを増幅器に供給することによって、ＥＤＦＡのような、光増幅器をＡＳＥとして構成できることを認めるであろう。また、システム内のいかなる不使用ファイバ対も、あるいは安定動作に十分な使用チャネルをもつファイバ対も、広帯域雑音源として用いることができる。

光インターリーブフィルタ１７０４は、システムのチャネル間隔にしたがうチャネル間隔に広帯域源を分離するように構成することができる。光インターリーブフィルタ１７０４の出力１７０６は、光インターリーブフィルタ１７０４から出力される雑音波長のパワーレベルの調節を可能にするためのパワー調節機構１７０８に接続することができる。パワー調節機構１７０８の出力はカップラ１７１０を介して雑音装荷ループバック経路１２３８上に結合させることができる。カップラ１７１２の独立出力ポートを別の伝送線路対に対する雑音源として用いることができる。

図示される例示的な実施形態では、雑音装荷ループバック経路を巡回する雑音波長が巡回毎に広帯域雑音源１７０２から引き出される雑音波長である程度置き換えられる。したがって、不安定性を許容レベルに抑制するに十分な独立雑音が雑音装荷ループバック経路１２３８に付加される。不使用チャネルへの雑音装荷がもはや必要ではないようなレベルまで使用チャネル数を増加させるためにシステムを再構成する場合には、広帯域雑音源１７０２を雑音装荷ループバック経路１２３８から完全に切り離すことができる。

別の実施形態において、経路１２３８上に供給される受信器からの雑音を含まない不使用帯域幅にある雑音を広帯域雑音源によって供給することができる。例えば、受信器経路１２０２をループバック経路１２３８から完全に切り離すことができ、あるいはパワー調節器１２４０を無限大の減衰レベルに設定することができる。そうすることで、雑音波長及び種雑音を広帯域雑音源１７０２から得られるであろう。

図１７に関して説明したような種雑音付加を与えるための単一広帯域雑音源１７０２は、例えば、伝送ケーブルの全ての対が単一雑音源で雑音が供給されるように、複数の線路対に雑音を供給することができる。図１８は本発明にしたがう例示的な雑音源構成１８００を示す。図示されるように、広帯域雑音源１７０２の出力は光インターリーブフィルタ１７０４の入力に接続することができる。光インターリーブフィルタはシステムのチャネル間隔にしたがうチャネル間隔に広帯域雑音源を分けるように構成することができる。光インターリーブフィルタの出力１８０２，１８０４は多段フィルタ構造に接続することができる。図示される例示的な実施形態においては、光インターリーブフィルタの出力をそれぞれ第１の初段フィルタ１８０６及び第２の初段フィルタ１８０８に接続することができ、初段フィルタ１８０６，１８０８のそれぞれの出力を対応する第２段フィルタ１７１０，１８１２及び１８１４，１８１６にそれぞれ接続することができる。したがって、第２段フィルタは、種雑音を伝える、合せて８つの出力１８１８を、ケーブルの８つのファイバ対に供給することができる。

本発明にしたがうシステムが設置されると、雑音装荷ループバック経路を修正して追加使用チャネルのスペクトル位置から雑音を除去することによって、総システム使用チャネル数のアップグレードを達成することができる。雑音装荷ループバック経路上に特定の雑音波長を供給している１つまたはそれより多くの光インターリーブフィルタを組み込んでいる構成においては、例えば、ある雑音波長の位置に使用チャネルが追加される場合、追加使用チャネルの位置における雑音波長を除去するように雑音装荷ループバック経路を改変することができる。総使用チャネル数のアップグレートに対する簡単な手法の１つは、雑音装荷ループバック経路を完全に取り除くことであろう。しかしこの手法は、システムアーキテクチャに依存して、全システムチャネルについて、チャネルパワーを、例えば約３ｄＢ、高める結果になり得る。かなりのチャネルパワーの増大は、伝送経路の非線形性にともなう難点を悪化させ得る。したがって、雑音装荷ループバック経路を有するシステムにおける総システム使用チャネル数のアップグレード時にはチャネルパワーの増大を最小限に抑えることが有用であり得る。

図１９Ａ〜１９Ｄは、チャネルパワーの大きな増大を生じさせずに総使用チャネル数をアップグレードするために構成が順次に改変される雑音装荷ループバックの例示的な実施形態を示す。図１９Ａは雑音装荷ループバック経路にＭＰＩを有するシステム１９００の初期構成を表す。図示される例示的な実施形態は図１５に示される実施形態と同様であるが、経路１５０４にパワー調節器１９０２を有する。

システム１９００の総使用チャネル数をアップグレードするため、図１９Ｂに示されるように、経路１５０２または経路１５０４の一方をカップラ１９０８から切り離すことができる。図示される実施形態では、経路１５０４が切り離されている。これにより、光インターリーブフィルタ１２３２からの全ての雑音波長は、経路１５０２及びパワー調節器１５０５を通して、ループバック経路に存在したままになり、図示される実施形態においては伝送チャネルパワーが１.２５ｄＢ増大する結果となる。

開経路１５０４においてファイバセグメント１５０６を取り外すことができ、アップグレードチャネルに指定されたスペクトル位置にある雑音波長を分岐させるために１つまたはそれより多くのフィルタを経路に付加することができる。説明を明解かつ容易にするため、図示される実施形態は、対応する雑音波長を経路１５０４から経路１９０６上に分岐するために構成された単一の３点フィルタ１９０４を有する。しかし、それぞれが１つまたはそれより多くの雑音波長を分岐させるための、いかなる数のフィルタも設け得ることは当然である。また、フィルタは光経路から１つまたはそれより多くの選択された波長を分岐させるための技術上既知の様々な形態のいずれをとることもできる。

フィルタ１９０４（または複数のフィルタ）が装着されると、図１９Ｃに示されるように、経路を再びカップラに接続することができる。次いで、図１９Ｄに示されるように、経路１５０２をカップラ１９０８から切り離し、パワー調節器１５０８を取り除くことができる。パワー調節器１９０２を、フィルタ１９０４の挿入損失＋パワー調節器１９０２の損失がパワー調節器１５０８及びファイバセグメントの損失＋３ｄＢに実質的に等しくなるように、構成することによって、図１９Ｄのアップグレードされたシステムにおける全てのチャネルのパワーをそれぞれの元のレベルに戻すことができる。

以降のチャネルアップグレードは同様の方策を用いて達成することができる。詳しくは、アップグレードチャネルの指定されたスペクトル位置にある雑音波長を分岐させるために、開経路、すなわち図１９Ｄの経路１５０２にフィルタを付加することができる。次いで、開経路を再び接続し、先にアップグレードした経路、すなわち図１９Ｄの経路１５０４を切り離すことができる。同じく、アップグレードしたチャネルのパワーが以前のチャネルと同じレベルになることが保証されるように、新しくアップグレードした経路によって与えられる損失を設定することができる。

本明細書に説明した実施形態は本発明を用いるいくつかの実施形態の内のいくつかに過ぎず、限定としてではなく、説明として、ここに述べたものである。本明細書に説明した特定の構成はいずれも、本明細書に説明した１つまたはそれより多くの他の構成と組み合わせて、本発明にしたがうシステムを構成することができる。例えば、広帯域雑音を発生するために、送信器増幅器への入力パワーを減少さるためのパワー調節器を有する構成は、雑音波長を付加するための光インターリーブフィルタからのループバック経路と組み合わせることができる。添付される特許請求の範囲に定められるような本発明の精神及び範囲を実質的に逸脱することなく、当業者には容易に明らかであろう、多くの、その他の実施形態がなされ得る。

１００，２００ 光通信システム
１０６，１０７，１０８ 光ケーブル
１１０ 中継器
１２０，１３０ 端子
２０２ 信号源
２０４ ＷＤＭ信号
２０６ パワー調節器
２０８ 減衰ＷＤＭ出力信号
２１０ 光増幅器
２１２ 出力信号

Claims (4)

1. 光増幅伝送経路上でＷＤＭ信号を伝送する方法において、
   少なくとも１つの不使用チャネル及び少なくとも１つの情報信号を対応する使用チャネル上に含むシステム帯域内のソース信号を送信器内で発生する工程、
   前記送信器内で前記ソース信号を減衰させ、且つ該減衰したソース信号を前記送信器内の光増幅器内で増幅することにより、前記送信器内の前記不使用チャネル上に増幅された自然放出（ＡＳＥ）雑音を分与する工程、及び
   前記光増幅伝送経路上に前記ソース信号及び前記送信器からの前記不使用チャネル上の自然放出（ＡＳＥ）雑音を結合する工程、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記自然放出（ＡＳＥ）雑音が前記システム帯域にわたるものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記増幅が、エルビウムドープファイバ増幅器によって行われるものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記減衰が、前記少なくとも１つの情報信号に対して所望の光信号帯雑音比（ＯＳＮＲ）を得るために行われるものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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