JP4024342B2 - 光ファイバ伝送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システム、光伝送システム用の制御システム、分散測定システム、光伝送システムの信号を受信又は処理する素子、及び、光路に沿ってデータを伝送する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送システムの光端子間の距離は、光端子の光送信器によって光ファイバに放出され得る光パワーと、光端子を相互接続する光ファイバの損失及び分散と、光端子の光受信器の感度とにより制限される。光ファイバ伝送システムの所望の端点の間の距離が光端子の最大距離を超えるとき、光電子リピータが設けられる。各光電子リピータは、光信号を電気信号に変換する光受信器と、電気信号を再生する電子回路と、再生された電気信号を次の光電子リピータ又はシステムの端子への伝送用の光信号に変換する光送信器とからなる。上記システムにおいて信号を多重化する主な二つの技術は、波長分割又は時分割により動作する技術である。
【０００３】
光電子リピータを用いることができる波長分割多重化（ＷＤＭ）光ファイバ伝送システムにおいて、光信号は、各リピータで光学的に分割（デマルチプレクス）されるので、別個の各波長の信号が、夫々の電気信号への変換用の夫々の光受信器に結合され、夫々の各信号は別個の波長で動作する夫々の光送信器に供給され、送信された信号は、次の光電子リピータ又はシステムの端子への伝送のため光学的に多重化される。
【０００４】
光ファイバ伝送システムのラインレートが２．５Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）乃至１０Ｇｂｐｓの範囲に増加すると共に、より高速の電子回路が光電子リピータに必要とされ、このため、光電子リピータのコストが増加する。
光増幅器、例えば、エルビウムドープトファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は、光信号を電気信号に変換することなく直接増幅する。ＥＤＦＡは高速再生電子回路を必要としないので、高速光ファイバ伝送システム用の光電子リピータよりも安価である。
【０００５】
更に、波長分割多重化光ファイバ伝送システムにおいて、ＥＤＦＡは、光学的にデマルチプレクスすることなく多数の波長で光信号を増幅することができるので、光多重化及び光デマルチプレクスのコストと、多数の光受信器、多数の再生回路及び多数の光送信器のコストとが避けられる。従って、ＥＤＦＡは、波長分割多重化システム用の光電子リピータよりも低価格である。しかし、光ファイバが使用されたとき、ノイズ及び分散による劣化の影響が生じる。かくして、数段の光増幅器段の後に、データ信号を再構築し、ノイズ及び分散の劣化を除去するため、再生器が必要である。
【０００６】
多重モードファイバ（高容量システムのため実際には使用されない）の場合に限り発生する多モード分散とは無関係に、少なくともファイバ内の群速度分散として知られている分散が、以下の二つのメカニズムの結果として発生する。
１ 多モード分散 − 単一モード内で異なる周波数が異なる速度でファイバを伝搬する。
【０００７】
２ 材料分散 − ガラス内の平面波の位相速度が周波数と共に変化する。
分散は、波長に関する光路の時間遅延の微分係数である。分散の影響は、１キロメートルの長さ当たりの１ナノメートルの‘ライン幅(line width)’当たりのピコ秒単位の到着時間(ps nm^-1 km ^-1) で測定される。多モード分散及び材料分散の両方の大きさは、波長と共に変化し、ある周波数で二つの影響は逆方向に作用する。ある単一モードファイバの場合に、周辺に無視し得る分散が存在する波長を見つけること、或いは、逆に、所望の波長に最小の分散を有するファイバを設計することが可能である。以下の説明に係る分散は、群速度分散効果の総和を意味する。
【０００８】
光ファイバ内の分散は、スペクトルが理想的ではない光源、例えば、広域又は多重スペクトル線を使用するとき、或いは、例えば、２ＧＢ／ｓ（ギガビット毎秒）を上回る高データレートが必要とされるとき、重大な問題を生じさせる。この問題は、４通りの方法で少なくとも部分的に指摘されている。第１に、分散が最小になる光周波数又はその近傍、例えば、従来の石英ファイバの場合に１．３ミクロンの波長で動作させることにより生じる。上記周波数は、一般的に最小伝送損失の周波数と対応せず、最小周波数にシフトさせるためファイバを変更しようとすると、通常、ある程度の損失の不利が生じる。この解決法は二つの理由から制限がある。第１に、常に製造工程の変更が生じる。第２に、波長多重化のため喚起された非線形性は、１本のファイバの分散ゼロの近傍で波長分割多重化信号を著しく劣化させる。従って、分散ゼロを含まない所定の分散の領域で動作させる方が好ましい。
【０００９】
上記の問題を解決する第２の方法は、理想的な狭いライン幅のスペクトル近傍で光源を使用することである。より高いビットレートでカー効果が顕著になるので、この観点からの改良は限界に達している。この場合、屈折率は強度と共に変化し、自己位相変調又は相互位相変調が生じる。結果として得られた周波数再分布は、分散形劣化が再び増加することを意味する。
【００１０】
第３に、同一及び反対の分散の素子と分散を一致させるため分散補償器が使用される。かかる分散補償器は、１本のファイバ、マッハ ゼーンダー(Mach Zehnder)干渉計、光共振器、又は、ブラッグ反射器の形をとる。上記補償器の中には、可変、制御可能な補償の量を与えるものがある。
第４の方式は、送信端で変調を変える。一例は、欧州特許出願第EP-A-0643 497 号に記載されている。分散は、ビット検出を容易に行い得るＦＭ（周波数変調）からＡＭ（振幅変調）への変換効果を生成し、分散を制御又は補償することなく、伝送距離を延長させる。分散は、異なる波長の隣接信号成分のシフトを生じさせ、ビット遷移にエネルギー空隙又はエネルギー重複が発生する。重複の構造的な干渉は光信号に正のピークを発生し、一方、空隙は負のピークを生成する。上記の正及び負のピークは、元のビットストリームを再生するため検出されるＡＭ信号を表わす。
【００１１】
上記明細書は、分散誘導形の光信号エネルギー空隙及び重複を安定化させ、光信号の検出を更に改良するため、少なくとも１台のインライン形増幅器の出力パワーを調整する付加段階を提案する。この方法は、困難な精度のエンジニアリングを必要とするので、商業上の利用に実際的ではない。
所定のリンクを構成し得る別のタイプの分散シフト形ファイバ、分散補償ファイバ、及び、分散補償フィルタと共に、リンクの分散の決定は、km単位の長さを標準的な単一モードファイバの１７ps/nm/km分散特性により乗算する簡単な動作ではなくなる。更に、リンク内に光スイッチ又は制御可能な光分散補償器がある場合に、分散は時間の関数として変化する。
【００１２】
上記分散を静電気的に測定する幾つかの実験室試験器具を利用することが可能である。しかし、それらの器具は、大型、高価であり、かつ、信号が同一波長に存在するときには使用できない。これらの中には、ファイバの両端が同じ位置にあることを必要とするので、実装前にシステムの構成部品を試験する場合にしか使用できない器具がある。上記器具は実際の伝送システムの素子に組み込むために全く適当ではないことが確実である。
【００１３】
高速伝送システムにおいて分散の影響を制御する一つの試みは、図１に示されるように欧州特許出願第EP-A-0700 178 号により公知である。同図に示されたシステムは、光送信器４１と、光受信器４３と、光ファイバ４４と、調整可能光源４５と、光増幅器４６及び４７と、光検出器４８と、駆動回路４９と、調整可能フィルタ５０と、リビータ５２と、掃引コントローラ５２と、伝送特性測定部５３とからなる。
【００１４】
駆動回路４９は、調整可能光源４４の放出波長を掃引するため掃引コントローラ５２により制御される。例えば、調整可能光源４４が調整可能半導体レーザーにより構成されるとき、掃引は電流Ｉｐ及びＩｄを変えることにより実現され、他の構成の半導体レーザーの場合には、放出波長の掃引は温度を連続的に変えることにより実現される。かくして掃引された放出波長を伴う光信号は、光ファイバ４３に沿ってリピータ５１を介して送信され、光受信器４２の光検出器により検出され、受信された結果は、光送信器４１と光受信器４２との間の伝送特性を測定する伝送特性測定部５３に供給される。伝送特性測定の結果に基づいて、調整可能光源４４の放出波長と、調整可能フィルタ４５及び５０の波長伝送特性とが、最良の伝送特性を得るように設定される。
【００１５】
最適な測定された伝送特性を見つけるため可変分散補償器（図示しない）を制御してもよい。
伝送特性測定部５３は、ビット誤り率（ＢＥＲ）を測定することにより伝送特性を測定するように構成してもよい。或いは、アイパターンを用いて伝送特性を測定するよう構成しても構わない。
【００１６】
アイパターンは伝送特性が良好であるとき広く開くので、調整可能な光源４４の放出波長は、アイパターンがもっとも広く開くように調整される。この場合の調整手段として、手動による制御がアイパターンを観察しながら行われ、或いは、コンピュータ処理を用いた自動制御を利用してもよい。
ビット誤り率を測定する別の方法は、Ｑ値（電気的ＳＮ比）を測定することである。Ｑ値は、放出と無放出との間の信号レベル差（＝信号振幅）を分子として使用し、放出中と無放出中とのノイズの標準偏差の和を分母として用いることにより表わされる。ノイズ分布としてガウス分布を仮定した場合に、Ｑ値により与えられるビット誤り率は、実際に測定されたビット誤り率の最小値と一致する。伝送された波形を測定し、等価なビット誤り率曲線の特定を使用するような他の方法を利用しても構わない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多数の他の要因がビット誤り率、アイパターン及びＱ値に影響を与えるので、上記の伝送特性の測定は分散の直接測定を与えるわけではない。これらの要因の影響を除去する直接の方法は存在しない。従って、正確な分散の値は、実験室外で上記方法により得ることが不可能である。
【００１８】
上記システムの第２の問題は、掃引技術がビット誤り率の劣化（１０^-11 の数値が引用されている）を生じさせることである。これは、殆どの作業システムにおいて許容できない。
ＩＢＭによる米国特許第4 677 618 号には、語の異なるビットに対し異なる波長の光源を使用してデータ語を並列に伝送する特殊化された場合に、異なる波長源の間の相対的な遅延の問題が指摘されている。相対的な遅延は、相対的な波長の間の分散の積分である。相対的な遅延は受信端で測定され、次に、適当な補償遅延を追加することにより、各語のビットの元のタイミングアライメントを復元するため使用される。分散、即ち、波長に関する光路の時間遅延の微分係数の測定は行われない。
【００１９】
本発明は上記の従来技術に関する改良を目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一面により提供される光路に沿ってデータを伝送する光伝送システムは、制御可能な素子と、少なくとも上記光路の一部の光分散を判定する手段と、上記判定された光分散値に依存して上記伝送システムの上記素子を制御する手段とからなる。
【００２１】
分散を直接測定することにより、分散補償器又は他のシステム素子のより良い制御、或いは、改良された監視及び故障分離が可能になる。結果として生じるアイ及びビット誤り率の劣化ではなく、分散を測定することにより、光路の性能余裕を現実的なゼロ誤差条件下で評価することが可能になる。光路は、屡々異なる供給元によって伝送機器に設けられるので、他の利点が得られる。即ち、分散の測定は、光路に分散により生じた劣化を他の光学的問題又は他の伝送機器の部品により生じた劣化と区別するため非常に重要である。
【００２２】
本発明の他の面により設けられる光伝送システムの制御可能な素子のための制御システムは、少なくとも伝送システムの光路の一部の光分散を判定する手段と、光伝送システムの上記制御可能な素子を制御する手段とからなり、その制御は判定された光分散値に基づいて操作可能である。
本発明の他の面により提供される少なくとも光伝送システムの光路の一部の光分散を測定する分散測定システムは、少なくとも上記光路に沿って伝搬される信号を受信又は処理する伝送システムの素子の一部により構成される。
【００２３】
分散測定手段の一部を、既存の測定システムの素子の一部と一体化させることにより、必要とされるハードウェアの全体量が削減される。更に、現実的な動作条件下での測定、即ち、可変分散素子が存在するとき特に重要であるデータトラヒックが存在する動作波長での測定が可能になる。
好ましい特徴は、分散値が伝送システム内の分散補償手段又は送信器を制御するため使用される点を含む。これにより素子を制御するため使用された値が多数のシステムパラメータに依存する場合よりも、上記のシステム素子を良好に制御し、線形制御を使用する制御アルゴリズムを容易に設計し得るようになる。
【００２４】
他の好ましい特徴は、光分散値を閾値と比較する監視手段を提供する。これにより、伝送システムを作動又は動作させるときに、熟練していない作業者が可変補償器の調整、修理又は交換を容易に行えるように、分散の問題が知らされ、容易に分離される。これは、従来不可能であった。閾値が超えられたとき、ビット誤りを回避又は削減するため、データトラヒックを変更するように測定が行われる。
【００２５】
集中故障監視又は伝送システムの制御は、測定された値を遠隔監視場所に送ることにより行われる。これによりコストが低減される。他の好ましい特徴は、信号中のタイミングジッタの測定を含む。この方法は、正確な測定が行われるので有利であり、かつ、伝送された波長の変化から得られるため、分散に線形に関係している。
【００２６】
好ましくは、タイミングジッタは、受信された信号から再生されたクロックより得られる。これは、既に受信器に設けられている機器を利用するので、コストを節約する点が有利である。
好ましくは、ジッタは、再生されたクロックと、再生されたクロックに固定された位相ロックドループの出力との間の位相差から得られる。これは、既に受信器及び再生器に設けられている回路を利用するのでコストを節約し、高速回路の場合に特に重要である。
【００２７】
再生器のループには低周波だけを通過させるフィルタ処理が既に設けられているので、再生器にクロックを提供するため既に使用されている位相ロックドループの方がクロック再生回路内のループよりも好ましい。これは、再生器のループがかかる周波数を上回るジッタに応答しないことを意味する。従って、上記ジッタは位相差として現れるので、クロック信号から分離することが可能である。
【００２８】
好ましくは、測定システムは、信号が測定されるべき光路の一部を伝搬する前に、所定のパターンの形式の波長の変化を信号に加える手段からなる。これにより、タイミングジッタが受信された信号から更に簡単に取り出せるようになり、測定がより正確に行われる。
好ましくは、波長変化は、伝送システムの他のパラメータを監視又は変更するため使用される。監視及び変更を両用することによりコストが節約され、分散測定機能を既存のシステムに改装することが可能になり、付加された波長変化により生じる可能性のある唸り（ビート）のような干渉が最小限に抑えられる。
【００２９】
好ましくは、波長変化は、刺激されたブリュアン散乱を抑止する低周波ディザー信号である。このような変化は、伝送システム、特に、高速システムで既に使用され、分散を測定するため再利用できる点が便宜である。
好ましくは、測定されたタイミングジッタと、所定のパターンとの間で相関が行われる。これは、より正確な測定を可能にする。
【００３０】
好ましくは、上記パターンは非対称であり、分散の符号を決定することが可能である。これにより、分散を除去するため可変補償器を調整する方法を決定する際に特に有用なより多くの分散に関する情報が得られる。
好ましくは、ディザーパターンは疑似ランダムである。これにより、パターンに起因してデータトラヒック、又は、システム内の他の素子に生じるあらゆる干渉が最小限に抑えられる
上記の好ましい特徴は、本発明のあらゆる面に適当な方法で組み合わせ得ることが明らかである。
【００３１】
本発明の他の面が提供する光伝送システムの信号を受信又は処理する素子は、送信後に信号中のジッタを検出する手段と、検出されたジッタを、送信された信号中のパターンと相関させる手段とからなる。本発明のこの面によれば、抽出され、相関されたジッタは、受信器誘導形ジッタのように、光分散以外の監視面のような他の目的のため使用することが可能である。
【００３２】
本発明の他の面は、データトラヒックが伝送システムの一部に存在する間に光伝送システムの一部の光分散を測定する光分散測定システムを提供する。これにより、測定が現実的な動作条件下で行われる。
本発明の他の面が提供する光伝送システム内の少なくとも光路の一部で光分散を測定する光分散測定システムは、送信後に信号中のジッタを検出する手段と、検出されたジッタを送信された信号中のパターンと相関させる。
【００３３】
本発明の他の面により提供される光伝送システム内の光路に沿ってデータを伝送する方法は、少なくとも上記光路の一部で光分散を判定する段階と、上記判定された値が閾値を超えるかどうかを監視するため、或いは、データフローを制御、又は、分散補償装置又は方法を制御するため、上記判定された値を使用する段階とからなる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を用いて本発明を説明する。
図２に示された光伝送システムは、送信器１、光増幅器２、受信器３、再生器４、並びに、送信器、再生器及び受信器に組み込まれた分散測定システムの素子５により構成される。
【００３５】
電気信号は、多重化され、光ファイバに沿った伝送用の光形式に変換される。受信器に達する前に、少なくとも１段の光増幅器段が必要である。
再生器は、更なる光学的伝送のため、又は、電気的形式で用いるため受信器から受信された電気信号を処理する。以下、再生器は、端子又はアッド／ドロップマルチプレクサ（ｍｕｘ）のような電気的デマルチプレクス機能を備えた変形に及ぶ。
【００３６】
分散測定手段は、受信器、増幅器、又は、伝送システム内の他の素子と別個の形態、或いは、組み込まれた形のどちらでも良い。
図３、４、５及び６には、送信器の種々の配置が示されている。受信器の詳細は図７及び８に示される。再生器の詳細部及び分散測定システムの部品は、図９及び１０に示される。
【００３７】
分散測定を行う３通りの具体的な方法が示される。第１に、測定システムは通常のデータトラヒック内のパターンを利用する。第２に、測定システムはデータトラヒックに加えられた所定のパターンを使用する（図３及び４を参照のこと）。第３に、測定システムは光搬送波に加えられたパターンを使用する（図５及び６を参照のこと）。
【００３８】
図１には、図２のシステムで使用するための送信器１の一つの実現可能な配置が示される。所定のパターンが発生され、他のデータトラヒックと共に伝送するためデータマルチプレクサに供給される。
図４には他の例が示される。同図において、パターン発生器出力は、多重化の前に少なくとも一つのデータチャネルを変更するため使用される。変調器は光学的でもよく、パターンをデータトラヒックに加えるディジタル電子段と、後続の光変調段とからなる２段で組み込むことが可能である。これにより、処理を低いデータレートで行うことが可能になるので、構成部品は低価格になると考えられる。
【００３９】
図４に示されるような波長分割多重化システムの場合に、異なるチャネルに対し異なるパターンを与える方が有利である。これにより、分散値は、チャネルにより使用される異なる波長で確かめられる。各チャネルに対し異なるパターンが使用されるならば、上記分散値は、パターン発生器を制御又はシーケンス制御する必要なく得られる。パターンが直交しているとき、測定は容易に行われるので、パターンは次の相関段でより簡単に識別され得る。
【００４０】
パターンが位相独立形の直交パターンであるならば、各チャネルに対し発生された異なるパターンは、互いに同相でなくてもよい。これにより、送信器に別個のユニットを構成することが簡単になる。図５において、更なる他の送信器１が光搬送波を変調するため使用され、光搬送波は次にデータトラヒックにより外部的に変調される。通常はレーザーである光源のデータトラヒックによる直接変調は実現可能であるが、一般的に高速性が要求される場合には使用されない。データトラヒック外部変調段の前又は後に、パターン用の外部変調段を使用してもよい。パターン用の直接変調を使用する利点には、特に低周波と関連した場合に必要とされる部品のコストの削減と、実現され得る波長変化の量とが含まれる。
【００４１】
図６は、ディザ−の形式の所定のパターンを追加する図５の光送信器のブロック構成図である。光送信器波、半導体レーザーの形の光源１５１０と、ライン符号器１５２２及び外部光変調器１５２４の形をなす信号変調配置１５１０と、ディザー変調配置１５３０とからなる。ディザー変調配置１５３０は、光タップ１５３２と、ピンダイオードの形式の光電子変換装置１５３４と、計算配置１５４０と、ディザー振幅制御配置１５５０とからなる。計算配置１５４０は、相互インピーダンス増幅器１５４２と、第１のアナログ・ディジタル変換器１５４３と、交流増幅器１５４４と、サンプル・ホールド回路１５４５と、第２のアナログ・ディジタル変換器１５４６と、マイクロプロセッサ１５４８とからなる。ディザー振幅制御配置１５５０は、ディジタル・アナログ変換器１５５２と、チョッパー１５５４と、バンドパスフィルタ１５５６と、電圧制御形電流源１５５８とからなる。
【００４２】
ディジタル・アナログ変換器１５５２は、マイクロプロセッサ１５４８によりディジタル・アナログ変換器１５５２に供給されたディジタルコードと対応した信号レベルを有するアナログ信号をチョッパー１５５４の信号入力に供給する。マイクロコントローラ１５４８は、アナログ信号を６４ｋｂｐｓで変調するため、６４ビットのミラー符号化疑似ランダムシーケンスをチョッパー１５５４の制御入力に供給する。変調された信号は、バンドパスフィルタ１５５６でフィルタ処理され、半導体レーザー１５１０のバイアス電流を変調するため電圧制御形電流源１５８８の制御入力に供給される。最終的に、半導体レーザー１５１０は、６４ｋｂｐｓの低い変調指数のディザー信号により変調された光信号を放出する。これは、ディザーに２０乃至４０ｋＨｚの支配的な周波数成分を与える。
【００４３】
ディザー変調形の光信号は、高速、高変調指数のデータ変調を、光信号のディザー変調に重ね合わせるため、ライン符号器１５２２により供給された高速（約２．５Ｇｂｐｓ）の電気データ信号に応答する外部光変調器１５２４に供給される。２回変調された光信号は、光送信器１５００の出力ファイバ１５２６に結合される。
【００４４】
光タップ１５３２は、出力ファイバ１５２６上の変調された光信号の略３％をピンダイオード１５３４に結合する。ピンダイオード１５３４は、タップされた光信号を光電流に変換し、光電流を電圧に変換する。第１のアナログ・ディジタル変換器１５４３は、アナログ電圧を、タップされた光信号の総光パワーを評価するディジタルコードに変換し、このディジタルコードはマイクロプロセッサ１５４８に供給される。交流増幅器１５４４は、相互インピーダンス増幅器１５４２に交流結合され、電圧の交流成分を更に増幅する。サンプル・ホールド回路１５４５は、増幅された交流電圧を標本化する。第２のアナログ・ディジタル変換器１５４６は、アナログ標本を、マイクロコントローラ１５４８に供給されるディジタルコードに変換する。マイクロコントローラ１５４８は、タップされた光信号中のディザー変調の振幅を計算するため、ディジタル的に符号化された交流信号を、チョッパー１５５４に供給された疑似ランダムシーケンスと相関させ、ディザー変調の深さを計算するため、ディザー変調振幅をタップされた光信号の評価された総パワーと比較し、ディザー変調の深さを既知の正確に制御された値に固定するため、ディジタル・アナログ変換器に供給されたディジタルコードを調整する。具体的な各レーザーの振幅変調から周波数変調への変換特性は、マイクロコントローラと関係したメモリ内で校正され、その結果として得られる周波数変調の精度を改良する。上記特性は全てのレーザーに対し簡単に測定可能である。
【００４５】
チャープパラメータ、又は、送信器の波長変化特性を制御する方法は、例えば、ローランド(Rolland) とカートレッジ(Cartledge) による米国特許出願第08-450841 号に記載される。
ディザーを発生する全てのパターン及び回路は、刺激されたブリュアン散乱の抑止のようなシステムの他のパラメータを監視又は変更するため存在する。その一例は、ロバーツ(Roberts) とハベル(Habel) による米国特許出願第A-55133029号に記載されている。かくして、本発明は、上記の送信器に殆ど又は全く変更を加えることなく使用することが可能である。更に、同じ回路は、例えば、ノイズ監視のため使用され得る。
【００４６】
パターンは、スペクトル形状の成形を補助するためミラー符号化されてもよい。パターンは、ビートのような干渉を回避するため、送信された信号中の他の有効な情報との相関を最小限に抑えるべく、疑似ランダムでも構わない。パターンは、以下に説明するように、分散の符号を決めるため、非対称性である。
以下、システムの受信器側がパターンを抽出し、分散値を得る方法を説明する。
【００４７】
１本の光路の分散を判定するため、この１本の光路の端の信号は、以下の式
Δｔ＝Ｄ・Δλ＋ｋ・Δλ＋ノイズ
を用いて、データパターン誘導形の波長変化により発生した結果としてのジッタを判定するため処理される。式中、
Ｄは所定の光スパン及び所定の波長に対する１ナノメートル当たりのピコ秒単位の分散であり、
Δλはデータパターにより生じた波長変化の二乗平均であり、
Δｔは光源の波長変化に対する分散の影響から生じたジッタの二乗平均であり、
ｋは、主として受信器の増幅器段の非線形位相応答に起因するソースディザーの振幅変調部の、受信器内の振幅変調から周波数変調への変換に起因するジッタを表わす倍率である。
【００４８】
送信器側の振幅変調の量は、測定の正確さの要求と、ジッタ及びアイクロージャー(eye closure) のような望ましくない副作用の最小化との間で妥協点を得るため、選択することが可能である。振幅が大きいほど、精度は良くなるが、副作用が悪化する。毎秒２．５ＧＢで外部的に変調されたシステムにおいて、０．６％の二乗平均振幅変化は７００ＭＨｚの周波数変化を生成し、精度の関係はレーザー依存形である。１００ｋｍの長さの単一モードファイバに対し得られたジッタは１０ピコ秒のオーダーである。これは、クロック周期の４０分の１を表わし、直接的な測定は容易ではないが、相関技術を用いることにより得ることが可能である。
【００４９】
図７には、図２のシステムに使用される受信器３の構成ブロック図が示される。受信器は、リンクの端点、又は、リピータの一部としての機能を果たす。受信器３は、光電変換器７０と、増幅及びフィルタリング段７１と、クロック再生段７２と、閾値段７３と、再同期段７４とからなる。クロック再生段７２は、図８に詳細に示される。上記の３段の中の各段を実施する方法は周知であるので、具体的な回路の説明をする必要はない。
【００５０】
受信器の出力波、ディジタルデータ信号及びクロック信号を含む。クロック信号はクロックレートを低下させるため分周される。これに応じて、データ信号は、デマルチプレクスされ、又は、直列から並列フォーマットに変換される。クロックレートを遅くするための上記のような手段によって、データ信号をより簡単、かつ、低価格で処理できるようになる。
【００５１】
光路内の分散を測定する手段は、図示しないが、受信器に組み込んでもよい。受信器への入力の光タップは、信号の僅かな部分、例えば、５％を測定回路（図示しない）に供給する。かかる測定回路は、図７に示された受信器段の何れかから得られた信号を使用する。
図８は、位相ロックドループを使用する典型的なクロック再生回路を表わす図である。或いは、ＳＡＷ（表面超音波）フィルタ（図示しない）を使用することが可能である。原理的に、分散の測定はクロック再生回路の種々の段からの信号を使用し得る。
【００５２】
図８に示された位相ロックドループの帯域幅は、典型的に、データトラヒックのビットレートよりも２００乃至５００倍小さい。毎秒２．５ＧＢのシステムの具体的な例の場合に、クロック再生位相ロックドループの帯域幅は１ＭＨｚである。クロック再生位相ロックドループは、ビット誤り率を劣化させないように、実質的に全ての到来ジッタに追従し得るよう設計される。即ち、クロック再生位相ロックドループは、所定のパターンにより生成されたジッタを著しく減衰させることなく通過させる。これは、以下に説明する再生器の位相ロックドループとは対照的である。
【００５３】
図９及び１０には、分散が再生されたクロックから得られる再生器の例が示される。タイミングジッタは、再生器内の位相ロックドループを用いて分離される。相関手段は、上記ジッタを分散値に変換する。図９及び１０に示された２通りの再生器回路は、図９に示された分散変換手段がオリジナルパターン発生器を使用し、一方、図１０の分散変換手段は再生変換手段は再生されたデータからパターンを取得する点だけが相違する。
【００５４】
図９を参照するに、受信器により使用されるクロックへの分離クロックが発生され、位相ロックドループを用いて受信器からの到来クロックにロックされる。この位相ロックドループは、位相差検出器９１と、狭帯域フィルタ９２と、電圧制御形発振器（ＶＣＯ）９３と、クロック分周器９４とからなる。
再生器に供給された再生されたクロック上のある種のタイミングジッタ、特に、パターンから得られたジッタの大半は、典型的に１０ｋＨｚのローパス帯域幅を有する位相ロックドループを通過しない。ローパス帯域幅は、ジッタを伝搬させることなく、良好な捕捉の挙動が行えるように十分に高く設計される。従って、このタイミング実体の部分は、電圧制御形発振器により出力されたクロックと、受信器から入力された再生されたクロックとの間の位相差として現れる。この差は位相差検出器９１により検出される。
【００５５】
分散の値を得るため、上記タイミングジッタは、送信された信号の他の部分により生じたタイミングジッタの一部及びノイズを除去するべくオリジナルパターンと相関させられるべきである。これにより、上記パターンにより生じたジッタと、光路と測定手段との間の回路（主として増幅段）の位相応答により生じたタイミングジッタと、ある種のノイズとが残される。
【００５６】
特に、例えば、毎秒２．５ＧＢ、最大で毎秒１０乃至４０ＧＢまでビットレートが高くなると共に、許容可能な分散の範囲は狭くなるので、分散の測定はより正確に行う必要がある。
光路の特定の部分で分散閾値を上回るときを判定するだけではなく、性能余裕、又は、許容可能な分散範囲の端が光路の特定の部分にどの程度接近しているかを判定することが望まれるならば、分散測定の精度を更に高めることが必要とされる。更に、特に、分散補償器の制御は、特に、分散補償器が複素数応答、又は、狭い線形応答の領域を有する場合に、より高い精度を要求する。
【００５７】
正確なタイミング測定のため、幾つかの相関の形態を所定の波長変化のパターンと共に使用することにより、良い結果が得られる。タイミング測定量は非常に小さいので、ノイズは重大な要因であり、フィルタ除去する必要がある。更に、受信器、並びに、光路と測定手段との間の至る所において、歪み及びノイズが生じる。最終的に、波長変化と、結果として生じるジッタとは、データトラヒックとの干渉を回避し得るように十分に小さくする必要がある。
【００５８】
かかる相関を作成するため必要とされる高速、高精度の処理を設けるコストは、図９又は図１０に示される如く、相関手段を再生器に組み込むことにより削減される。特に、再生器が既にディジタル信号処理回路を含む場合に、コストが削減される。
タイミングジッタの所望の部分を分離するための相関の一例を表わす詳細な構成図が図１１に示される。図１１は、クロック位相差信号の形式のタイミングジッタを分散値に変換する。実際上、上記段の一部又は全部は、単一チップディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて実現される。
【００５９】
原則として、クロック位相差信号はどこに送信されてもよく、分散値を得るための変換処理は、どこに設けられた手段でも実行し得る。この可能性は本発明により実現される。かかる配置の欠点は、分散値に変換される前にクロック位相差を送信する際に要求される付加的なハードウェアである。この付加的なハードウェアが要求される理由は、クロック位相差信号が、典型的に、従来利用可能なモデムの帯域幅を超えた毎秒２００キロバイトの伝送チャンネルを必要とするからである。
【００６０】
それにも係わらず、幾つかのＤＳＰ変換器を複数の測定場所の変換を処理する単一の中央制御プロセッサで置き換えることができるならば、送信器、分散補償器、又は、中央制御又は監視場所のような場所で変換を実行する方が有利である。これにより、例えば、ハードウェアの総量を削減することが可能になる。
図１１に示される如く、第１段は、送信器に誘発された波長変化のタイプに従って、処理される信号を関心のある周波数だけに制限するバンドパスフィルタである。ディジタルデータへの変換後、周波数域の処理を可能にするため、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が実行される。原則として、相関は時間域で行われるが、周波数域を使用してもよい。
【００６１】
次に、高速フーリエ変換出力を、タイミングジッタが相関させられたパターンを表わす記憶された周波数テンプレートで乗算するため、乗算段が設けられる。このテンプレートの取得法は後述する。
乗算の結果は、時間域に戻すため、高速フーリエ逆変換（逆ＦＦＴ）処理を受ける。複素数標本の系列が補間の準備のため出力される。補間は精度を改善するが、標本数と要求される精度とに応じて行う必要がない場合もある。
【００６２】
補間段は、ピーク相関を決めるため複素数標本の間の補間を行う。補間段は種々の方法で実現することが可能である。特に、レーダー用として多数のアルゴリズムが開発されている。これらの周知の方法の中で、最良の結果を与える方法がどれであるかは、具体的なシステム特性、特に、ノイズの量、パターンに対する標本数、所望の精度、利用可能なコンピューティング能力、及び、所望の結果取得の速さとに依存する。同時に、分散の符号の判定は、以下のように補間に影響を与える。
【００６３】
分散の符号を検出するため、位相不変量検出が使用される場合、上記の如く、非対称パターンを使用する必要がある。ピーク検出は、最大絶対値の検出と、分散の符号を与える対応する符号付き値の通知とを必要とする。
次に、受信器内の回路及び他の介在段により生じた位相変化の影響を除去するための補償段、原則として、振幅変調から位相変調への変換として知られるように振幅が変化すると共に、著しい位相応答曲線を有するあらゆる増幅器段が設けられる。これらの影響は、実装時、又は、実装前の校正により判定することが可能であり、変換が行われるときに使用するための補正倍率が記憶される。
【００６４】
最後に、ノイズ除去フィルタが相関処理により除去されなかったノイズを除去するため、受信器回路補償の前又は後に利用される。
上記の相関処理のための周波数テンプレートの生成は、図１１に示されるように、所定のオリジナルパターン、又は、図１０に示されるように伝送されたデータから取得されたデータパターンに基づいて行われる。前者の技術の利点は、前処理が可能であり、かつ、伝送帯域幅を使い果たさないことである。更に、前者の技術は付加的なハードウェアを必要とする場合があるデータのデマルチプレクス処理を必要としない。
【００６５】
いずれの場合でも、パターンは高速フーリエ変換により周波数域に変換され、乗算の準備のための複素共役が得られる。記憶用の圧縮が必要である。次に、クロック位相差の連続的な周波数域表現と乗算するためのテンプレートが準備される。
加えられたパターンと相関するタイミングジッタの振幅は、受信器電子回路及びノイズの影響を受ける分散に正比例する。原則として、測定され、変換されたタイミングジッタは、再生されたクロックではなく、むしろデータから得られる。加えられたオリジナルのデータパターンは、測定されたタイミングジッタと相関させられる。加えられたデータパターンではなく、通常のデータトラヒックにより生じたタイミングジッタを測定及び使用する場合が想定される。
【００６６】
相関テンプレート用のパターンは、図１０に示されるような通常のデータトラヒックから取得する必要がある。かかる実施例の場合、タイミングジッタは、図１０に示される如く再生されたクロックから測定してもよく、或いは、データ（図示しない）から測定してもよい。
これにより、送信器側に付加的なハードウェアを必要とすることなく、特に、改装を容易に行うことにより、測定を行うことが可能になる。更に、特別のパターンが送信されない限り、干渉、又は、帯域削減の危険性はない。しかし、テンプレートの作成は、非常に大きい処理資源を必要とし、例えば、相関が（容易に相関を行うため）特定の帯域又は低周波の取得に依存し、偶然、所定の時間に上記の周波数の応答が殆ど無いならば、相関の精度が低下する。処理能力は、時間と共に低価格になるので、これらの欠点は時間と共に減少する。
【００６７】
特許請求の範囲の記載の範囲内にある他の変形例は、当業者には明らかである。本発明は上記例の説明に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】分散の影響を制御する試みを説明する特定の従来技術の伝送システムを表わす図である。
【図２】本発明による伝送システムを表わす図である。
【図３】所定のデータパターンを追加する手段を含む図２に示されたようなシステムを表わす図である。
【図４】データを変調することにより所定のパターンを追加する手段を含む図２に示されたようなシステムを表わす図である。
【図５】光信号の波長を変更する手段を含む図２に示されたようなシステムを表わす図である。
【図６】図５に示された送信器のより詳細な構成図である。
【図７】図２のシステムで使用する受信器の構成図である。
【図８】図７のクロック再生回路のより詳細な構成図である。
【図９】図２のシステムで使用する再生器のより詳細な構成図である。
【図１０】図２のシステムで使用され、再生されたデータの低周波成分を得るフィルタリング手段を含む再生器を表わす図である。
【図１１】図９の相関関数のより詳細な構成図である。
【符号の説明】
１ 送信器
２ 光増幅器
３ 受信器
４ 再生器
５ 分散測定素子
７０ 光電変換器
７１ 増幅及びフィルタリング段
７２ クロック再生段
７３ 閾値段
７４ 再同期段
９１ 位相差検出器
９２ 狭帯域フィルタ
９３ 電圧制御形発振器
９４ クロック分周器
１５１０ 半導体レーザー
１５２０ 信号変調配置
１５２２ ライン符号器
１５２４ 外部光変調器
１５２６ 出力ファイバ
１５３０ ディザー変調配置
１５３２ 光タップ
１５３４ ピンダイオード
１５４０ 計算配置
１５４２ 相互インピーダンス増幅器
１５４３，１５４６ アナログ・ディジタル変換器
１５４４ 交流増幅器
１５４５ サンプル・ホールド回路
１５４８ マイクロコントローラ
１５５０ ディザー振幅制御配置
１５５２ ディジタル・アナログ変換器
１５５４ チョッパー
１５５６ バンドパスフィルタ
１５５８ 電圧制御形電流源

Claims (17)

1. 制御可能な素子と、
   少なくとも光路の一部の光分散を判定する判定手段と、
   上記判定された光分散の値に依存して上記制御可能な素子を制御する手段とを有する、
   光路に沿ってデータを通信する光学装置であって、
   上記判定手段は、
   信号が測定されるべき光路の一部分に沿って伝搬する前に、波長の変化を所定のパターンの形式の信号に加える印加手段と、
   測定されたタイミングジッタと所定のパターンとを相関させる手段とを有することを特徴とする光学装置。
2. 上記判定手段は、上記素子又は伝送装置の他の素子に少なくとも部分的に組み込まれている請求項１記載の光学装置。
3. 上記制御可能な素子は分散補償手段を有する請求項１記載の光学装置。
4. 上記制御可能な素子は送信機を有する請求項１記載の光学装置。
5. 上記制御可能な素子は上記分散の値を所定の値と比較する監視手段を有する請求項１記載の光学装置。
6. 光伝送システムの光路の少なくとも一部分の光分散の値を判定する分散判定手段と、
   上記判定された光分散の値に依存して動作可能であり、光伝送システムの上記制御可能な素子を制御する制御手段とを有し、
   光伝送システムの一部である制御可能な素子と共に使用するための制御装置であって、
   上記分散判定手段は、
   信号が測定されるべき光路の一部分に沿って伝搬する前に、波長の変化を所定のパターンの形式の信号に加える印加手段と、
   測定されたタイミングジッタと所定のパターンとを相関させる手段とを有することを特徴とする制御装置。
7. 上記分散判定手段は、上記光路に沿って通過する信号を受信又は処理する光電送システムの素子の少なくとも一部分を有する請求項６記載の制御装置。
8. 上記印加手段は、刺激されたブリュアン散乱を抑止するため低周波ディザー信号を光送信機に供給する手段を有する請求項６記載の制御装置。
9. 上記印加手段は非対称パターンを加えるため設けられ、
   上記相関手段は上記分散の値の符号を判定するため設けられている請求項６記載の制御装置。
10. 光路に沿って伝搬される信号を受信又は処理する光伝送システムの素子の少なくとも一部分により構成され、光伝送システムの光路の少なくとも一部分の光分散を測定する分散測定システムであって、
    信号が測定されるべき光路の一部分に沿って伝搬する前に、波長の変化を所定のパターンの形式の信号に加える印加手段と、
    測定されたタイミングジッタと所定のパターンとを相関させる手段とを更に有することを特徴とする分散測定システム。
11. 上記光路の一部分に沿った伝搬が測定された後に信号のタイミングジッタを測定する手段を更に有する請求項１０記載の測定システム。
12. 上記素子は受信機を有し、
    上記受信機は信号からクロックを再生する手段を有し、
    上記タイミングジッタは上記再生されたクロックから得られる請求項１１記載の測定システム。
13. 上記タイミングジッタから分散の値を得る手段を更に有する請求項１１記載の測定システム。
14. 波長変化は、刺激されたブリュアン散乱を抑止する低周波ディザー信号である請求項１０記載の測定システム。
15. 上記パターンは非対称であり、
    分散の符号を判定する手段を更に有する請求項１０記載の測定システム。
16. 上記パターンは疑似ランダムである請求項１０記載の測定システム。
17. 光伝送システムの光路の少なくとも一部分の光分散を測定する測定システムを有し、光伝送システムの信号を受信又は処理する装置であって、
    前記測定システムは、
    信号が測定されるべき光路の一部分に沿って伝搬する前に、波長の変化を所定のパターンの形式の信号に加える印加手段と、
    測定されたタイミングジッタと所定のパターンとを相関させる手段とを更に有することを特徴とする装置。

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