JP4571054B2 - 光波長制御方法及びそのシステム - Google Patents

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Description

本発明は、光波長制御方法及びそのシステムに関し、光波長多重伝送システムにおける光波長制御方法及びそのシステムに関する。
図1に、光波長多重(WDM)伝送システムの一例のシステム構成図を示す。同図中、外部より光送信部10に供給される複数系統の送信データは送信データ処理部11〜11nでフォーマット変換やレート変換等の処理を行われたのち、電気光変換回路12〜12nで電気光変換される。この後、光増幅器13〜13nで光増幅され、分散補償器14〜14nで分散補償を行われ、可変減衰器15〜15nで光強度を合わせられたのち、合波器16で合波されてWDM信号とされ光伝送路17に送出される。光伝送路17には光中継器18が設けられている。
光受信部20に到達したWDM信号は分波器21で複数の波長に分波される。こののち、各波長は光増幅器22〜22nで光増幅され、可変減衰器23〜23nで光強度を合わせられたのち、分散補償器24〜24nで分散補償を行われ、光電気変換回路25〜25nで光電気変換される。されに受信データ処理部26〜26nでフォーマット変換やレート変換等の処理を行われて出力される。
光波長多重(WDM)伝送システムでは、1本のファイバで伝送できる情報量の拡大が求められる。このような要望に応えるために、信号波長帯域の拡大と波長帯域の利用効率の向上が図られている。波長帯域の利用効率の向上は、信号スペクトル広がりの小さい変復調方式の開発およびチャネル間隔(波長間隔)を狭めたシステム設計の検討が行われている。
ところがチャネル間隔の狭いシステムでは隣接チャネルからのクロストークによる伝送品質の劣化が起きやすい。また、合分波器の透過帯域の周期がチャネル間隔と同等に短くなるため、合分波器の透過特性の形状も細いものになり、たとえば透過特性の3dB幅が小さくなり、光信号のスペクトルが合分波器で削られて、波形がひずみ、伝送品質の劣化が起きる可能性がある。このために、各信号光の波長が本来の波長からずれないよう高精度で設定制御する必要がある。
なお、特許文献1,2には、光波長の伝送品質(Q値、誤り率)を評価し、該伝送品質が最適になるように光波長を調整することが記載されている。
特許文献3には、光波長の伝送品質(誤り率)を評価し、該伝送品質が最適になるように光波長を調整することが記載されている。
特開2000−59308号公報 特開平8−321805号号公報 特開平10−163971号公報 古河電工時報 平成15年7月 「高信頼、波長ロッカー内蔵40mW 25GHz×20ch、波長可変DFB レーザーモジュール」
従来、波長を高精度に設定するためには、波長ロッカーが使われることが多い(たとえば、非特許文献1参照)。しかし、このような波長ロッカーでも、波長精度は±20pm程度(制御回路誤差を含む)であり、高密度WDM伝送システムでは波長精度が不足しているという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、多重化する複数チャネルの波長それぞれを高精度に設定できる光波長制御方法及びそのシステムを提供することを目的とする。
本発明の好適な一態様によれば、光送信部で複数チャネルの波長を多重化して伝送し、光受信部で前記複数チャネルの波長を分波する光波長多重伝送システムの光波長制御方法であって、
前記光送信部で前記複数チャネルの波長のうちいずれかのチャネルの波長の光パワーを低下させて送信し、
前記光受信部で前記光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出し、
前記光送信部で前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを補償することにより、多重化する複数チャネルの波長それぞれを高精度に設定できる。
また、前記光波長制御方法において、
前記光受信部における単位時間当たりの各チャネルの符号誤り率を増大させることができる。
本発明の他の態様によれば、光送信部で複数チャネルの波長を多重化して伝送し、光受信部で前記複数チャネルの波長を分波する光波長多重伝送システムにおいて、
光送信部で前記複数チャネルの波長のうちいずれかのチャネルの波長の光パワーを低下させる光パワー低下手段と、
光受信部で前記光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出する波長ずれ検出手段と、
光送信部で前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを補償する波長ずれ補償手段を有することにより、多重化する複数チャネルの波長それぞれを高精度に設定できる。
また、前記光波長多重伝送システムにおいて、
前記光受信部における単位時間当たりの各チャネルの符号誤り率を増大させる符号誤り率増大手段を有することができる。
また、前記光波長多重伝送システムにおいて、
前記符号誤り率増大手段は、光受信部で分波された複数チャネルの波長それぞれを光電変換して識別するための識別閾値を変化させて前記符号誤り率を増大させることができる。
本発明によれば、多重化する複数チャネルの波長それぞれを高精度に設定できる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
<波長ずれの検出方法>
図2は、本発明方法を用いた光波長多重(WDM)伝送システムの一実施形態のシステム構成図を示す。
同図中、外部より光送信部30に供給されるnチャネルの送信データは送信データ処理部31〜31nでフォーマット変換やレート変換等の処理を行われたのち、電気光変換回路32〜32nで電気光変換される。この後、光増幅器33〜33nで光増幅され、分散補償器34〜34nで分散補償を行われ、可変減衰器35〜35nで光強度を合わせられたのち、合波器36で合波されてWDM信号とされ光伝送路37に送出される。光伝送路37には光中継器38が設けられている。
光受信部40に到達したWDM信号は分波器41でn波長に分波される。こののち、各波長は光増幅器42〜42nで光増幅され、可変減衰器43〜43nで光強度を合わせられたのち、分散補償器44〜44nで分散補償を行われ、光電気変換回路45〜45nで光電気変換される。されに受信データ処理部46〜46nでフォーマット変換やレート変換等の処理を行われて出力される。
監視・制御回路50は、受信データ処理部46〜46nに含まれる符号誤り率訂正回路の誤り訂正ビット数からQ値を求める。このQ値を求める際に、光電気変換回路45〜45nの識別しきい値を変化させてQ値を悪化させる。そして、監視・制御回路50は可変減衰器35〜35nの減衰率を次々に変化させて各チャネルの波長の送信パワーを次々に低下させるプリエンファシスレベル制御を行って、各チャネルの測定したQ値から波長ずれを起こしている波長を検出し、電気光変換回路32〜32nのうち波長ずれを起こしている回路に対し波長の微調整を行う。
<波長ずれの検出方法>
クロストーク劣化は隣り合うチャネルに対して起こる。たとえば図3(A)に実線で示すように、あるチャンネル(ch)kの波長が短波長側に変位している場合、チャネルk−1がクロストーク劣化を起こしている。反対に、長波長側のチャネルk+1はクロストーク劣化を起こしていない。このような場合に、チャネルkの光パワーを下げるとチャネルk−1はクロストーク劣化が改善され、符号誤り率であるBER(Bit Error Rate)に対応する値であるQ値が改善する。図3(B)にはチャネルkの光パワーを1dB下げた場合のQ値の変化量ΔQを示しており、クロストークが大きかったチャネルk−1のQ値が改善されている。
このため、あるチャネルkの波長の光パワーを下げて、例えば隣接チャネルk−1のQ値が改善すれば、隣接チャネルk−1はあるチャネルkの波長ずれの影響でクロストーク劣化を起こしていることがわかる。そこで、図3(A)に破線で示すように、あるチャネルkの波長をQ値が改善したチャネルとは逆方向(離れる方向)に動かすことでクロストーク劣化を抑えることができる。図3(C)にはチャネルkの中心周波数をチャネルk+1側に動かすことにより、各チャネルのQ値が実線から破線に示すように改善されることを示している。
上記の波長ずれ補償のために波長を動かすことは、監視・制御回路50から電気光変換回路32〜32n内のレーザーダイオードの温度制御回路に伝えられる設定温度にオフセットを加えることで達成できる。
上記のQ値は受信側の受信データ処理部46〜46nに含まれる符号誤り訂正回路の誤り訂正ビット数から求めることができる。また、符号誤り訂正回路でエラーフリー(例えばBERが1×10−15以下の状態)まで誤り訂正ができるQ値ならば、信号にエラーを起こさない状態で、波長調整を行うことができる。
<測定時間の短縮の必要性>
上記の波長調整は、波長を動かすことで大きなQ値劣化が生じないように、調整1回あたりの波長変動は、数pico meter程度に抑え、数回の調整を行う必要があり、またWDM装置では数10チャネルについて行う必要がある。このため、調整1回当たりのQ値測定時間を短縮する必要がある。これを行うために、光電気変換回路の識別しきい値を最適状態からずらして、わざと単位時間当たりの符号誤り率であるQ値を悪化させ、短時間で安定してQ値を測定できる状態に設定する。
なお、例えば100msecで安定して測定できるQ値の上限は14.3dB(BER=1×10−7に相当)である。また、Q値の下限は、符号誤り訂正回路でエラーフリーにできるQ値(例えばQ=10.35dB[BER=5×10−5に相当])に2〜3dBだけマージンを上乗せしたQ=13.54dB(BER=1×10−6に相当)とする。
図4は、光電気変換回路45〜45nの一実施形態のブロック図を示す。同図中、O/E変換部61は供給される光信号を光電気変換して受信信号として等化増幅部62に供給する。等化増幅部62は受信信号の等化増幅を行ってクロック抽出部63及び識別部64に供給する。クロック抽出部63は受信信号に含まれるクロック成分を抽出して識別部64に供給する。
識別部64は監視・制御回路50から識別閾値を供給されており、等化増幅部62から供給される受信信号をクロック抽出部63から供給されるクロックのタイミングでサンプリングし、識別閾値と比較して“1”、“0”の判定を行って2値化する。
監視・制御回路50から光電気変換回路45〜45nに供給する識別閾値を徐々に変化させ、監視・制御回路50でQ値の変化を観測して、上記Q値を劣化させる。
なお、受信器の識別閾値を変化させて符号誤り率を増大させる他に、分散補償器34〜34nまたは44〜44nに可変分散補償器(Virtually Imaged Phased Array)を用い、分散補償量を最適状態から変化させてQ値を劣化させても良い。更に、可変減衰器35〜35nまたは43〜43nで光パワーレベルを低下させてQ値を劣化させても良い。
<主信号波長制御処理のフローチャート>
図5は、監視・制御回路50が実行する主信号波長制御処理のフローチャートを示す。同図中、まず、ステップS1で全チャネルの訂正前のQ値(Q0i)を測定する。次に、ステップS2で光電気変換回路45〜45nに供給する識別閾値を調整し、短時間で安定してQ値を測定できるように変更する。
ステップS3で全チャネルの訂正前のQ値(Qi)を測定する。次に、ステップS4で各チャネルのクロストーク劣化量を測定する。ここでは、kを1からnまで変化させ、それぞれのkについて、チャネルkの送信パワーを1dBだけ低下させ、隣接チャネルk−1,k+1のQ値の変化量(すなわちクロストーク劣化量)[ΔQk,k−1]と[ΔQk,k+1]を測定したのち、チャネルkの送信パワーを元に戻す。
図6に、送信パワーを1dBだけ低下させたチャネル、Q値を測定するチャネル、クロストーク劣化量の一例を示す。ここで、[ΔQk,k+1]はチャネルkの送信パワーを1dB下げたときのチャネルk+1のQ値の改善量(すなわちクロストーク劣化量)を示す。[ΔQk,k+1]または[ΔQk+1,k]が[ΔQk+1,k+2]または[ΔQk+2,k+1]より大きい場合は、チャネルk+1はチャネルk側に波長が近づいていることになり、チャネルk+1の波長をチャネルkから遠ざけるように制御することで、このクロストーク劣化は低減され、波長制御が行われたことになる。
[ΔQk,k+1]または[ΔQk+1,k]と[ΔQk+1,k+2]または[ΔQk+2,k+1]が、ほぼ同じ大きさの場合は、チャネルk+1はチャネルk−1、チャネルk+1の双方からクロストーク劣化を起こしており、チャネルkの波長を修正することにする。これによって、高精度な波長調整を行うことができる。
ステップS5では測定した全てのクロストーク劣化量が許容範囲内であるか否かを判別し、クロストーク劣化量が1つでも許容範囲を超えた場合にはステップS6に進み、全てのクロストーク劣化量が許容範囲内であればステップS7に進む。
ステップS6では、チャネル1またはチャネルnが隣接チャネル(つまり、チャネル2またはチャネルn−1)にクロストークを与えている場合には、チャネル1またはチャネルnの波長をチャネル2またはチャネルn−1から遠ざける方向に変更して波長ずれを補償する。また、チャネル2〜n−1が隣接チャネルにクロストークを与えている場合には、チャネル2〜n−1の波長を、クロストーク劣化を起こしているチャネルから遠ざける方向に変更して波長ずれを補償する。このステップS6の実行後はステップS3に進み、ステップS3〜S5を繰り返す。
また、ステップS7では、光電気変換回路45〜45nに供給する識別閾値を最適値に戻し、処理を終了する。
なお、上記の実施形態ではチャネルを1からチャネルnまで、それぞれパワーを低下させて評価させることにしたが、[ΔQk,k+1]≒[ΔQk+1,k]であるので、パワーを低下させて評価させるチャネルをチャネル2からチャネルnまで、1つおきのチャネルで行っても良い。
<閾値レベル調整処理のフローチャート>
図7は、監視・制御回路50がステップS2で実行する調整時間短縮のための閾値レベル調整処理のフローチャートを示す。この処理は全チャネルについて実行される。同図中、ステップS10でQ値設定の上限と下限を決定する。Q値の上限は例えば1msecで安定に誤り率を測定できるQ値であり、Q値の下限は例えば符号誤り訂正回路でエラーフリーまで誤り訂正ができるQ値に2〜3dBだけマージンを上乗せした値である。
ステップS11で識別閾値VthをΔVthだけ増大させる。この後、ステップS12でQ値は設定の上限以上か否かを判別し、Q値が設定の上限以上の場合にのみステップS13でそのときのQ値をVth(上限)にセットする。
次に、ステップS14でQ値は設定の下限以上か否かを判別し、Q値が設定の下限以上でない場合にはステップS11に進み、Q値が設定の下限以上の場合にステップS15でそのときのQ値をVth(下限)にセットする。その後、ステップS16で識別閾値VthをVth(上限)とVth(下限)の中間の値に設定して、この処理を終了する。
<分散補償量調整処理のフローチャート>
図8は、監視・制御回路50がステップS2で実行する調整時間短縮のための分散補償量調整処理のフローチャートを示す。この処理は全チャネルについて実行される。同図中、ステップS20でQ値設定の上限と下限を決定する。Q値の上限は例えば1msecで安定に誤り率を測定できるQ値であり、Q値の下限は例えば符号誤り訂正回路でエラーフリーまで誤り訂正ができるQ値に2〜3dBだけマージンを上乗せした値である。
ステップS21で分散補償量DCをΔDCだけ増大させる。この後、ステップS22でQ値は設定の上限以上か否かを判別し、Q値が設定の上限以上の場合にのみステップS23でそのときの分散補償量DCをDC(上限)にセットする。
次に、ステップS24でQ値は設定の下限以上か否かを判別し、Q値が設定の下限以上でない場合にはステップS21に進み、Q値が設定の下限以上の場合にステップS25でそのときの分散補償量DCをDC(下限)にセットする。その後、ステップS26で分散補償量DCをDC(上限)とDC(下限)の中間の値に設定して、この処理を終了する。
<光パワーレベル調整処理のフローチャート>
図9は、監視・制御回路50がステップS2で実行する調整時間短縮のための光パワーレベル調整処理のフローチャートを示す。この処理は全チャネルについて実行される。同図中、ステップS30でQ値設定の上限と下限を決定する。Q値の上限は例えば1msecで安定に誤り率を測定できるQ値であり、Q値の下限は例えば符号誤り訂正回路でエラーフリーまで誤り訂正ができるQ値に2〜3dBだけマージンを上乗せした値である。
ステップS31で減衰量ATTをΔATTだけ増大させる。この後、ステップS32でQ値は設定の上限以上か否かを判別し、Q値が設定の上限以上の場合にのみステップS33でそのときの減衰量ATTをATT(上限)にセットする。
次に、ステップS34でQ値は設定の下限以上か否かを判別し、Q値が設定の下限以上でない場合にはステップS31に進み、Q値が設定の下限以上の場合にステップS35でそのときの減衰量ATTをATT(下限)にセットする。その後、ステップS36で減衰量ATTをATT(上限)とATT(下限)の中間の値に設定して、この処理を終了する。
<本発明の具体的な適用例>
以下に本発明の具体的な適用例について説明する。図10に示すように、電源投入後、立ち上げの指示信号を受け、各チャネルの光力レベル設定(プリエンファイス)、分散設定、信号波長設定、送信AWGの温度制御、受信AWGの温度制御、送信光源の温度制御・光出力制御が行われる。ここでは、送信号間の温度制御は波長ロッカーで行われる。
この後、Q値を監視し、最適なQ値になるように、各チャネルの光力レベル調整、送信受信の分散補償量調整が行われる。
上記の調整が終わった後、本願のチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出して、波長制御を行う。
なお、ステップS4が請求項記載の光パワー低下手段に相当し、ステップS5が波長ずれ検出手段に相当し、ステップS6が波長ずれ補償手段に相当し、ステップS2が符号誤り率増大手段に相当する。
(付記1)
光送信部で複数チャネルの波長を多重化して伝送し、光受信部で前記複数チャネルの波長を分波する光波長多重伝送システムの光波長制御方法であって、
前記光送信部で前記複数チャネルの波長のうちいずれかのチャネルの波長の光パワーを低下させて送信し、
前記光受信部で前記光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出し、
前記光送信部で前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを補償することを特徴とする光波長制御方法。
(付記2)
付記1記載の光波長制御方法において、
前記光受信部における単位時間当たりの各チャネルの符号誤り率を増大させることを特徴とする光波長制御方法。
(付記3)
光送信部で複数チャネルの波長を多重化して伝送し、光受信部で前記複数チャネルの波長を分波する光波長多重伝送システムにおいて、
光送信部で前記複数チャネルの波長のうちいずれかのチャネルの波長の光パワーを低下させる光パワー低下手段と、
光受信部で前記光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出する波長ずれ検出手段と、
光送信部で前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを補償する波長ずれ補償手段を
有することを特徴とする光波長多重伝送システム。
(付記4)
付記3記載の光波長多重伝送システムにおいて、
前記光受信部における単位時間当たりの各チャネルの符号誤り率を増大させる符号誤り率増大手段を
有することを特徴とする光波長多重伝送システム。
(付記5)
付記4記載の光波長多重伝送システムにおいて、
前記符号誤り率増大手段は、光受信部で分波された複数チャネルの波長それぞれを光電変換して識別するための識別閾値を変化させて前記符号誤り率を増大させることを特徴とする光波長多重伝送システム。
(付記6)
付記4記載の光波長多重伝送システムにおいて、
前記符号誤り率増大手段は、前記光送信部または光受信部の分散補償器の分散補償量を変化させて前記符号誤り率を増大させることを特徴とする光波長多重伝送システム。
(付記7)
付記4記載の光波長多重伝送システムにおいて、
前記符号誤り率増大手段は、前記光送信部または前記光受信部で前記複数チャネルの波長の光パワーを低下させて前記符号誤り率を増大させることを特徴とする光波長多重伝送システム。
光波長多重(WDM)伝送システムの一例のシステム構成図である。 本発明方法を用いた光波長多重(WDM)伝送システムの一実施形態のシステム構成図である。 本発明の波長ずれの検出方法を説明するための図である。 光電気変換回路の一実施形態のブロック図である。 監視・制御回路が実行する主信号波長制御処理のフローチャートである。 送信パワーを1dBだけ低下させたチャネル、Q値を測定するチャネル、クロストーク劣化量の一例を示す図である。 閾値レベル調整処理のフローチャートである。 分散補償量調整処理のフローチャートである。 光パワーレベル調整処理のフローチャートである。 本発明の具体的な適用例を説明するための図である。
符号の説明
30 光送信部
31〜31n 送信データ処理部
32〜32n 電気光変換回路
33〜33n 光増幅器
34〜34n 分散補償器
35〜35n 可変減衰器
36 合波器
37 光伝送路
40 光受信部
41 分波器
42〜42n 光増幅器
43〜43n 可変減衰器
44〜44n 分散補償器
45〜45n 光電気変換回路
46〜46n 受信データ処理部
50 監視・制御回路
61 O/E変換部
62 等化増幅部
63 クロック抽出部
64 識別部

Claims (5)

  1. 光送信部で複数チャネルの波長を多重化して伝送し、光受信部で前記複数チャネルの波長を分波する光波長多重伝送システムの光波長制御方法であって、
    前記光送信部で前記複数チャネルの波長のうちいずれかのチャネルの波長の光パワーを低下させて送信し、
    前記光受信部で前記光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出し、
    前記光送信部で前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを補償することを特徴とする光波長制御方法。
  2. 請求項1記載の光波長制御方法において、
    前記光受信部における単位時間当たりの各チャネルの符号誤り率を増大させることを特徴とする光波長制御方法。
  3. 光送信部で複数チャネルの波長を多重化して伝送し、光受信部で前記複数チャネルの波長を分波する光波長多重伝送システムにおいて、
    光送信部で前記複数チャネルの波長のうちいずれかのチャネルの波長の光パワーを低下させる光パワー低下手段と、
    光受信部で前記光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストークを評価して前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを検出する波長ずれ検出手段と、
    光送信部で前記光パワーを低下させたチャネルの波長のずれを補償する波長ずれ補償手段を
    有することを特徴とする光波長多重伝送システム。
  4. 請求項3記載の光波長多重伝送システムにおいて、
    前記光受信部における単位時間当たりの各チャネルの符号誤り率を増大させる符号誤り率増大手段を
    有することを特徴とする光波長多重伝送システム。
  5. 請求項4記載の光波長多重伝送システムにおいて、
    前記符号誤り率増大手段は、光受信部で分波された複数チャネルの波長それぞれを光電変換して識別するための識別閾値を変化させて前記符号誤り率を増大させることを特徴とする光波長多重伝送システム。
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