JP2003273804A - 波長分散および分散スロープを補償可能な光伝送装置および分散補償方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】光ファイバの波長分散に起因する伝送品質劣化
を、波長分散及び分散スロープが可変できる波長分散器
を用いて低減する方法を提供し、温度変化、圧力などの
外乱や伝送距離による制限を受けない波長多重光伝送シ
ステムを提供する。 【解決手段】光ファイバ伝送後の波長分散により劣化が
生じた信号光に含まれる波形劣化量を抽出し、抽出した
波形劣化量に応じて分散補償器２０６を制御する。この
時、分散補償２０６は収容される波長帯域全域に対し一
括に適用される。また、光ファイバの分散スロープに起
因する伝送品質劣化を低減するため、光ファイバ伝送後
の分散スロープにより劣化が生じた信号光に含まれる波
形劣化量を抽出し、抽出した波形劣化量に応じて分散補
償器２０６を制御する。この時、分散補償は収容される
波長帯域全域に対し一括に適用される。また、波形劣化
量の検出対象である信号波長に対し、より低速の伝送速
度を持つ波長を割り当てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長多重光伝送シ
ステムにおける光ファイバの波長分散、及び分散スロー
プに起因する伝送品質劣化を低減可能な光伝送装置およ
び光伝送システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光伝送システムの大容量化の手段とし
て、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバを用
いて伝送する波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ
Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送
システムが実用化されている。また、エルビウム添加フ
ァイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光ファイバアンプ（以
下、光アンプ）は広い波長範囲に対して一括に増幅し得
る特性を持つ。このため、ＷＤＭと光アンプとを組み合
わせることにより、波長の異なる複数の光信号を一括し
て増幅するので、簡素な構成で、経済的、大容量かつ長
距離伝送が実現可能である。現在基幹系光通信において
１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度を持つ信号波長を１７０波
程度まで多重化できるシステムが実用化されている。

【０００３】また、高速化の手段として伝送速度のアッ
プグレードが提案されており、現在の１０Ｇｂｉｔ／ｓ
から超高速４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムの研究開発が国内
外で活発化している。超高速４０Ｇｂｉｔ／ｓ信号を上
記波長多重システムに適用することにより、単位光ファ
イバ当たりの伝送容量を飛躍的に向上することが可能と
なり、装置コストの低減、消費電力の低減、装置管理手
間の減少などを図ることができる。

【０００４】しかしながら、このような超高速信号を用
いたシステムでは、波長分散に対する耐力（分散トレラ
ンス）が急激に減少するため、波長分散を適切に管理す
ることが、一層求められることとなった。

【０００５】例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムにおけ
る分散トレランスは１６００ｐｓ／ｎｍ程度であるが、
４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムでは１００ｐｓ／ｎｍ程度ま
で減少する。さらに、実際に敷設されている光ファイバ
には温度や圧力などの環境変化に伴い、その分散値が経
時的に変化すると言った問題がある。例えば、０℃〜６
５℃の温度変動が有った場合の単一モードファイバ３０
０ｋｍの分散変化量は、４０ｐｓ／ｎｍ程度であり、４
０Ｇｂｉｔ／ｓシステムの分散トレランスの半分程度に
もなる。

【０００６】また、光ファイバの波長分散には波長依存
性（分散スロープ）が存在し、波長多重装置に収容され
ている全ての波長を一括に分散補償する場合には、分散
スロープによる誤差が発生する。光ファイバの分散スロ
ープの逆特性を持つような分散補償を行うことにより、
理論的には分散スロープを完全に補償することは可能で
あるが、敷設されている多数の光ファイバには分散スロ
ープのバラツキが存在するため、分散補償時に誤差が生
じる。

【０００７】以上の考察により、４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上
の超高速光伝送システムにおいて、収容波長帯域に対し
て一括に分散補償を行うシステムを実現する上で、伝送
路の分散値や分散スロープを正確に把握して分散補償を
行うことが必須技術となる。

【０００８】従来、この様な課題に対し、例えば特開平
１１−８８２６１や特開平１１−６８６５７では受信し
た光信号から波形劣化量に対応する成分としてクロック
周波数を抽出し、そのクロック成分が最小、もしくは最
大となるように波長分散量を制御する方法が提案されて
いる。

【０００９】また、特開平９−３２６７５５では受信し
た光信号から誤り率、アイ開口度、Ｑ値、クロック信号
レベルを測定し、その測定値に応じた波長分散量を制御
する方法が提案されている。

【００１０】しかしながら、これらの検出方法、制御方
法などは波長多重装置に収容されている各波長毎に分散
補償を行う必要があり、かつ各波長毎の個別制御が必要
である。そのため、システムコストの増大、装置の大型
化、消費電力の増大を招く。また、制御対象である信号
の伝送速度は超高速信号であるため、クロック抽出、ア
イ開口測定を行う回路の周波数特性は超高速信号に対応
した広帯域な特性が要求され、波形劣化成分抽出系を構
成する装置のコストは大幅に増大すると予想される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、波長
分割多重伝送を行う光伝送装置において、光ファイバの
波長分散に起因する伝送品質劣化を、分散補償器を用い
て収容波長一括に低減する方法を提供するとともに、波
長分散による制限を受けない波長多重光伝送システムを
提供することにある。

【００１２】さらに、波長多重装置に収容されている各
波長毎に必要であった分散補償器に対し、収容されてい
る波長一括の分散補償を行うことにより、システムのコ
ストを低減、装置の小型化、低消費電力化を実現するも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は波長分割多重伝
送を行う光伝送装置において、光ファイバの波長分散お
よび分散スロープに起因する伝送品質劣化を低減するた
め、波長多重装置に収容されている波長から光ファイバ
伝送路で発生した波長分散による劣化量を受信側で観測
し、観測した劣化量に応じて分散補償器の波長分散およ
び分散スロープの両特性が前記伝送路の光ファイバと逆
特性になるように制御することにより、波長分散による
伝送品質劣化を低減するものである。

【００１４】また、より低速の伝送速度を持つ信号成分
を用いて波形劣化を検出することも可能であり、この場
合、波形劣化成分抽出器を構成する高額な部品が不要と
なり、装置コストを効果的に低減することが出来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図1は、波長分散による影響を説
明するための図である。横軸は波長、縦軸は分散値を示
している。光ファイバの波長分散は温度変動や外乱によ
る影響で変動１０６する。また、分散スロープ１０３に
よる影響のため、収容波長帯域の最短波１０４や最長波
１０５にて残留分散１０７、１０８による影響が顕著と
なり、伝送品質が著しく劣化する。さらに分散スロープ
による影響は収容する波長帯域が広いほど、伝送する距
離が長いほど大きくなる。

【００１６】図２は第一の実施例として、波長分散によ
る波形劣化を観測し、観測結果に応じた分散スロープ補
償を行うことにより波形劣化改善を行う波長分散補償器
２０６の構成例を示す図である。分散補償器２０６は、
伝送路１０１で発生した波長分散に対して波長分散量お
よび分散スロープの両者を可変することが出来る分散補
償デバイス２０１と、波長多重信号から任意の波長を抽
出することができる波長選択性光カプラ２０２と、光電
気変換器２０３と、波形劣化成分抽出器２０４と、演算
器２０５とから構成される。

【００１７】分散補償器２０６では収容波長に対し一括
に分散補償を行う。演算器２０５から波長選択性光カプ
ラ２０２に対して制御信号２１５を送出し、波長多重さ
れた信号２０９の中から、光電気変換器２０３で検出す
るための目標波長２１０を光学的に抽出する。抽出され
た波長は光電気変換器２０３を用いて電気信号２１１に
変換される。変換した電気信号から波形劣化成分抽出器
２０４を用いて電圧振幅量２１２を抽出し、演算器２０
５で抽出した電圧振幅量２１２から波形劣化量を解析す
る。

【００１８】解析結果としての波形劣化量を用いて、演
算器２０５は分散補償デバイス２０１に対し、波長分散
値に対する制御２１３および分散スロープに対する制御
２１４を行うことにより波長分散制御を行う。この時、
波形劣化量が最小になるように、分散補償デバイス２０
１に対し波長分散値に対する制御２１３、分散スロープ
に対する制御２１４を行うものとする。上記収容波長に
対する一括分散補償を行った後、波長多重信号を波長毎
に分離する分波器２０７によって波長毎に分離し、分離
後の信号を波長毎の受信器２０８にて受信する。

【００１９】図１０から図１３は図２で説明される第１
の実施形態の制御方法を説明するフローチャートであ
る。

【００２０】図１０に示す手順によって、波長選択性光
カプラ２０２の中心波長を変化させ、波長多重装置に収
容されている波長を認識する。この時、波長多重装置に
収容可能な波長域Ａ〜Ｚまでをスイープし、光電気変換
器２０３によって変換された電気信号２１１、電気信号
２１１、電気信号２１１から抽出された電圧振幅量２１
２の有無を演算器２０５が確認し、波長の有無を確認す
る。確認した波長の最短波の波長をＡＡ、最長波の波長
をＺＺとする。

【００２１】図１１に示すて手順によって、図１０の手
順で確認した最短波波長ＡＡもしくは、最長波波長ＺＺ
に対し波長選択性カプラ２０２の中心波長を変化させ、
分散補償デバイス２０１の分散スロープに対する制御２
１４は固定したまま、波長分散値に対する制御２１３の
みを行うことにより、波形劣化量が最小となるように分
散補償デバイス２０１を制御する。最後に目標波長ＡＡ
に対する制御（ステップ１１１２）、目標波長ＺＺに対
する制御（ステップ１１１３）を行う。目標波長ＡＡに
対する制御（ステップ１１１２）、目標波長ＺＺに対す
る制御（ステップ１１１３）は予め決められた回数Ｎ回
まで行うものとする。

【００２２】図１２は図１１のステップ１１１２を更に
詳細に説明したフローチャートである。波長選択性カプ
ラ２０２の中心波長を変化させ、分散補償デバイス２０
１の波長分散値に対する制御を行うことにより、波形劣
化量を最小とする。

【００２３】図１３に図１１のステップ１１１３を更に
詳細に説明したフローチャートである。波長選択性カプ
ラ２０２の中心波長を変化させ、分散補償デバイス２０
１の分散スロープに対する制御２１４を行うことによ
り、波形劣化量を最小とする。

【００２４】図３は図１０から図１３のフローチャート
に示す手順によって制御される分散補償器２０６におけ
る波形劣化量の変化を説明する図である。アルゴリズム
が適用されていない状態では、波形劣化量に対する制御
が適切に行われておらず３０４、各波長ＡＡ〜ＺＺにお
ける波形劣化量は例えば３０１−１、３０２−１、３０
３−１となっている。

【００２５】ここで、例えば図１２に示す手順を用いて
波長ＡＡに対して分散補償デバイス２０１の波長分散に
対する制御２１３が適用された状態では、波長ＡＡに対
する波形劣化量は最小３０１−２となる。この状態から
図１３に示す手順を用いて波長ＺＺに対して分散補償デ
バイス２０１の分散スロープに対する制御２１４が適用
された状態では、波長ＺＺに対する波形劣化量は最小３
０３−２となる。ここで、図１１に示す手順を適用する
ことにより、収容される各波長ＡＡ〜ＺＺにおける波形
劣化量は最小となり、適切に波長分散、分散スロープに
対する制御が行われる３０５。

【００２６】図４は任意の波長を抽出することができる
波長選択性光カプラ２０２の動作を説明する図である。
演算器２０５からの制御信号２１５を受信することで、
収容されている波長群４０１から、帯域通過特性４０２
を用いて所望の波長４０４を抽出する。この時、帯域通
過型フィルタ４０２は例えば、ファイバ・ブラッグ・グ
レーティング（ＦＢＧ）を用いて構成され、ＦＢＧの温
度を変化させること、電圧を印加すること、圧力を加え
ることで、帯域通過特性４０２を変化させることができ
る。

【００２７】図８は演算器２０５における電圧振幅量２
１２と波形劣化量８０１の関係について説明する図であ
る。横軸は伝送路での分散値と分散補償器の分散値の和
である、総分散量を表す。また、縦軸は波形劣化量、も
しくは電圧振幅量２１２を表す。ここで、分散補償器に
よる分散補償が正確に行われている場合では、波形劣化
量は極小になり、電圧振幅量２１２は極大となる。ま
た、分散補償器による分散補償が正確に行われていない
場合では、波形劣化量は大きくなり、電圧振幅量も極大
値からずれることになる。従って、電圧振幅量を最大に
制御することにより、波形劣化量を最小に制御すること
ができる。

【００２８】図５は波形劣化成分抽出器２０４の第一の
構成例を説明する図である。信号成分の伝送速度がＢｂ
ｉｔ／ｓのＮＲＺ信号にはＢｂｉｔ／ｓの周波数成分が
存在しない。そのため全波整流器５０１を用いてＢｂｉ
ｔ／ｓの周波数成分を作り出す。次に、中心周波数がＢ
ｂｉｔ／ｓである電気狭帯域フィルタ５０２を用いてＢ
Ｈｚの周波数成分を抽出し、ディテクタ５０３を用いて
ＢＨｚの周波数成分を電圧振幅量２１２に変換する。変
換された電圧振幅量２１２が波形劣化量の逆数を表すも
のである。

【００２９】図６は波形劣化成分抽出器２０４の第二の
構成例を説明する図である。信号成分の伝送速度がＢｂ
ｉｔ／ｓのＲＺ信号にはＢｂｉｔ／ｓの周波数成分が存
在する。そのため中心周波数がＢｂｉｔ／ｓである電気
狭帯域フィルタ５０２を用いてＢＨｚの周波数成分を抽
出し、ディテクタ５０３を用いてＢＨｚの周波数成分を
電圧振幅量２１２に変換する。変換された電圧振幅量２
１２が波形劣化量の逆数を表すものである。図５、図６
において電気狭帯域フィルタ５０２と整流器５０３は同
様の特性を所有することが可能であり、ＮＲＺ信号、Ｒ
Ｚ信号などの送信信号のフォーマット変化に対して最小
の構成変更で対応可能である。

【００３０】図７は波形劣化成分抽出器２０４の第三の
構成例を説明する図である。図５、図６の第一の構成例
や第二の構成例では、信号フォーマット毎に異なる波形
劣化成分抽出器２０４を用意する必要がある。そのた
め、セレクタ７０１を用いて送信側の信号フォーマット
がＮＲＺ信号の場合、セレクタを下に倒し、ＲＺ信号の
場合は上に倒すことにより、異なる信号フォーマットに
対しても同一の波形劣化成分抽出器２０４を用いて構成
可能である。

【００３１】図９第二の実施例として、波長分散による
波形劣化を観測し、観測結果に応じた分散補償を行うこ
とにより波形劣化改善を行う装置およびその方法を説明
する図である。伝送路１０１で発生した波長分散により
発生する波形劣化は分散補償器２０６を用いて分散補償
されることにより波形整形される。この時、波長多重装
置に収容される波長帯９０１に対し、例えば最短波９０
２、最長波９０３に対し、より低速度の伝送速度を持つ
信号を用い、本信号波長９０２、９０３を用いて図１１
から図１３にて説明した手順の制御を行うことにより、
分散補償器２０６を構成する部品の周波数特性を低減す
ることができ、システムコストの低減を行うことができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
ファイバを用いた波長多重光伝送システムにおいて、波
長分散に起因する伝送品質劣化を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 光ファイバの波長分散、分散スロープによる
影響を説明する図である。

【図２】 本発明の実施例の基本構成図である。

【図３】 本発明の実施例の動作を説明する図である。

【図４】 本発明の実施例における波長分離カプラの構
成図である。

【図５】 本発明の実施例における波形劣化量検出系の
構成図である。

【図６】 本発明の実施例における波形劣化量検出系の
構成図である。

【図７】 本発明の実施例における波形劣化量検出系の
構成図である。

【図８】 本発明の実施例における電圧量と波形劣化量
の関係を説明する図である。

【図９】 本発明の第二の実施例の基本構成図である。

【図１０】 本発明の実施例における制御方法を説明す
るフローチャートである。

【図１１】 本発明の実施例における制御方法を説明す
るフローチャートである。

【図１２】 本発明の実施例における制御方法を説明す
るフローチャートである。

【図１３】 本発明の実施例における制御方法を説明す
るフローチャートである。

【符号の説明】

１０１・・・伝送路、１０２・・・分散補償モジュール、１０
３・・・分散スロープ、１０４・・・最短波、１０５・・・最長
波、１０６・・・波長分散の変動、最短波による残留分散
１０７、最長波による残留分散１０８、２０１・・・分散
補償デバイス、２０２・・・波長選択性光カプラ、２０３・
・・光電気変換器、２０４・・・波形劣化成分抽出器、２０
５・・・演算器、２０６・・・分散補償器、２０７・・・分波
器、２０８・・・受信器、２０９・・・波長多重された信号、
２１０・・・目標波長、２１１・・・電気信号、２１２・・・電
圧振幅量、２１３・・・波長分散値に対する制御、２１４・
・・分散スロープに対する制御、３０１・・・目標波長、３
０１−２・・・波形劣化量最小、３０２・・・目標波長、３０
２−２・・・波形劣化量最小、３０３・・・目標波長、３０３
−２・・・波形劣化量最小、３０４・・・適切に波長分散値、
分散スロープが制御されていない場合、３０５・・・適切
に波長分散値、分散スロープが制御された場合、４０１
・・・収容されている波長群、４０２・・・帯域通過特性、４
０４・・・所望の波長、５０１・・・全波整流器、５０２・・・
電気狭帯域フィルタ、５０３・・・ディテクタ、９０１・・・
収容される波長帯、９０２・・・最短波、９０３・・・最長
波、１２１・・・波長ＡＡに対する制御、１３１・・・波長Ｚ
Ｚに対する制御

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中田 健 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 (72)発明者 浅水 仁 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信事業部内 Ｆターム(参考） 2H038 AA24 5K102 AA01 AA68 AD01 KA02 MB01 MC01 MC06 MC11 MH14 MH22 MH24

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光伝送路から受信した波長多重信号の波長
   分散を補償して出力する分散補償装置であって、 前記波長多重信号を受信する、波長分散特性が制御可能
   な分散補償デバイスと、 前記分散補償デバイスから出力された前記波長多重信号
   から任意の波長信号光を抽出して分岐出力する波長選択
   性光カプラと、 前記波長選択性光カプラから分岐出力された任意波長の
   信号光を電気信号に変換する光電気変換器と、 前記電気信号から前記波長多重信号の波形劣化量を測定
   する波形劣化成分抽出器と、 前記波長選択性光カプラにおいて抽出する光波長の選択
   を制御するとともに、前記波形劣化成分抽出器からの波
   形劣化量が少なくなるよう前記分散補償デバイスの波長
   分散特性を制御する演算部とからなる分散補償装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の分散補償装置であって、 前記分散補償デバイスにて制御可能な波長分散特性は、 入力する波長多重信号の任意の波長の光信号に対する波
   長分散量と、 前記波長多重信号の波長帯域に対する分散スロープとを
   含むことを特徴とする分散補償装置。
3. 【請求項３】請求項１および２のいずれかに記載の分散
   補償装置であって、 前記波形劣化成分抽出器は、前記電気信号から抽出した
   周波数成分の電圧振幅量を波形劣化量に換算することを
   特徴とする分散補償装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の分散補償装置であって、 前記波形劣化成分抽出器は、 複数の異なるフォーマットによる電気信号から、各々個
   別にその周波数成分を抽出する複数の異なる周波数成分
   抽出部を有し、前記受信した電気信号のフォーマットに
   基づき、前記複数の周波数成分抽出器からの出力の１つ
   を選択して出力することを特徴とする分散補償装置。
5. 【請求項５】請求項２から４のいずれかに記載の分散補
   償装置であって、 前記波長多重信号は異なる波長を有する第１および第２
   の波長光信号を含むものであり、 前記演算部は前記第１の波長光信号に対して波長分散量
   および分散スロープのいずれかの特性が改善するよう制
   御し、前記第２の波長光信号に対して前記第１の波長光
   信号の制御とは異なる波長分散特性を選択してそれが改
   善するよう制御することを特徴とする分散補償装置。
6. 【請求項６】光伝送路を伝送後の信号から波形劣化量に
   相当する物理量を抽出し、抽出した波形劣化量が最小に
   なるように分散補償に対する制御を行う分散補償方法。
7. 【請求項７】請求項６記載の分散補償方法であって、伝
   送後の信号から特定の周波数における周波数成分の強度
   を抽出し、抽出された周波数成分が極大になるように制
   御することを特徴とする分散補償方法。
8. 【請求項８】請求項７記載の分散補償方法であって、抽
   出する周波数成分は光信号の伝送速度と異なる値の周波
   数であることを特徴とする分散補償方法。