JP2004045058A - Wdm光伝送システム、波長分散測定方法、光送信装置及び光受信装置 - Google Patents

Wdm光伝送システム、波長分散測定方法、光送信装置及び光受信装置 Download PDF

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Abstract

【課題】インサービスで光ファイバの波長分散を測定する。
【解決手段】光送信装置10は、周波数変調された互いに異なる波長の光キャリアでデータD1〜Dnを搬送し且つ位相変調されたn個の信号光を多重して、光ファイバ12に出力する。分離装置30は、光ファイバ12からの入力光を個々の波長の光信号に分離する。各受光器32−1〜nは、各波長の光信号を電気信号に変換する。各クロック抽出装置34−1〜nは、対応する受光器32−1〜nの出力からデータD1〜Dnのクロック成分を抽出する。各データ再生装置36−1〜nは、受光器32−1〜nの出力からデータD1〜Dnを再生する。発振器38−1〜n、乗算器40−1〜n及びループフィルタ42−1〜nからなる位相ロックループ(PLL)回路は、回路34−1〜nの出力からFM変調成分を抽出する。FM成分測定装置44−1〜nはFM変調成分の振幅とFM変調周波数を測定し、演算装置46−1〜nは各波長における波長分散値を算出する。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、WDM光伝送システム、波長分散測定方法、光送信装置及び光受信装置に関し、より具体的には、インサービスで波長分散を測定可能なWDM光伝送システム、波長分散測定方法、光送信装置及び光受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
長距離の光ファイバ伝送システム、特にGbpsクラス以上の高速の光ファイバ伝送システムでは、光ファイバ伝送路の波長分散が伝送特性を左右する重要なパラメータになる。
【0003】
波長分散は、従来、信号光の伝搬遅延時間から測定されている。しかし、この方法では、光ファイバ伝送路の測定信号光の出力点から測定信号光の入力点に測定結果を伝送する信号伝送系を別途、用意する必要があり、測定システムの構成が複雑で大きなものになりがちである。
【0004】
これに対し、光ファバ伝送路の入力点と出力点との間の信号伝送系を必要としない波長分散測定方法が、提案されている(Yuichi Takushima, Kazuro Kikuchi,”A NOVEL METHOD FOROPTICAL FIBRE DISPERSION MEASUREMENT AND ITS APPLICATION TO IN−SERVICE MONITOR”, Proc. 27th Eur. Conf. on Opt. Comm. (ECOC’01−Amsterdam),We.L.1.5, pp.276−277)。この論文は、参考のため、本明細書に組み込まれる。
【0005】
この論文に記載される方法を簡単に説明する。送信側において、レーザ光源のレーザ発振波長λpを周波数fで周波数変調すると共に、その出力レーザ光を別の周波数Bで強度変調して、光ファイバ伝送路に入力する。受信側では、光伝送路を伝搬したプローブ光を光電変換し、その電気出力から強度変調波を抽出し、抽出された強度変調波の振幅v(f)を測定する。得られた振幅v(f)が、プローブ波長λpにおける群速度分散を示す。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述の論文に記載される方法では、特定の波長における波長分散を測定できるのだけである。また、この論文には、信号伝送中に波長分散を測定する方法が記載されていない。
【0007】
WDM(波長分割多重)システム又はDWDM(高密度波長分割多重)システムでは、大量のデータが伝送されるので、インサービスで波長分散を測定できることが望まれる。
【0008】
本発明は、インサービスで波長分散を測定可能なWDM光伝送システム、波長分散測定方法、光送信装置及び光受信装置を提示することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るWDM光伝送システムは、光伝送路と、互いに異なる波長の複数の信号光からなるWDM信号光を当該光伝送路に出力する光送信装置と、当該光伝送路を伝搬した当該WDM信号光を受信する光受信装置とからなる。光送信装置は、互いに異なる波長の、周波数変調されたレーザ光を出力する複数のレーザ光源と、当該複数のレーザ光源の各出力光を送信データ(D1〜Dn)によりデータ変調する複数のデータ変調器と、当該複数のデータ変調器の各出力光を位相変調する複数の位相変調器と、当該複数の位相変調器の出力光を多重する多重装置とを具備する。光受信装置は、当該WDM信号光を個々の波長の信号光に分離する分離装置と、当該分離装置により分離された個々の波長の信号光を電気信号に変換する複数の受光器と、当該複数の受光器の各出力からクロック成分を抽出する複数のクロック抽出装置と、当該複数のクロック抽出装置の内の対応するクロック抽出装置の出力に従い、当該複数の受光器の内の対応する受光器の出力から送信データを再生する複数のデータ再生装置と、当該複数のクロック抽出装置の各出力からFM変調周波数成分を抽出する複数のFM変調成分抽出装置と、当該複数のFM変調成分抽出装置の各出力からFM変調成分の振幅を測定するFM成分測定装置と、当該複数のFM成分測定装置の各出力から複数の波長における波長分散値を算出する波長分散算出装置とを具備する。
【0010】
本発明に係る波長分散測定方法は、互いに異なる波長の複数のレーザ光源から周波数変調されたレーザ光を出力させるステップと、当該レーザ光をそれぞれ送信データ(D1〜Dn)によりデータ変調するステップと、データ変調されたレーザ光を位相変調するステップと、位相変調されたレーザ光を多重して光伝送路に出力するステップと、当該光伝送路を伝搬した光を個々の波長の信号光に分離するステップと、分離された個々の波長の信号光を電気信号に変換するステップと、各電気信号からクロック成分を抽出するステップと、各電気信号から、対応するクロック成分に従い送信データを再生するステップと、各クロック成分から、対応する波長の周波数変調によるFM変調成分を抽出するステップと、抽出されたFM変調成分の振幅から波長分散値を算出するステップとを具備することを特徴とする。
【0011】
本発明に係る光送信装置は、互いに異なる波長の複数の信号光からなるWDM信号光を当該光伝送路に出力する光送信装置であって、互いに異なる波長の、周波数変調されたレーザ光を出力する複数のレーザ光源と、当該複数のレーザ光源の各出力光を送信データ(D1〜Dn)によりデータ変調する複数のデータ変調器と、当該複数のデータ変調器の各出力光を位相変調する複数の位相変調器と、当該複数の位相変調器の出力光を多重する多重装置とを具備することを特徴とする。
【0012】
本発明に係る光受信装置は、周波数変調された互いに異なる波長(λ1〜λn)の光キャリアでデータD1〜Dnを搬送する複数の信号光からなるWDM信号光を受信する光受信装置であって、光伝送路から入力する当該WDM信号光を個々の波長(λ1〜λn)の信号光に分離する分離装置と、当該分離装置により分離された個々の波長(λ1〜λn)の信号光を電気信号に変換する複数の受光器と、当該複数の受光器の各出力からクロック成分を抽出する複数のクロック抽出装置と、当該複数のクロック抽出装置の内の対応するクロック抽出装置の出力に従い、当該複数の受光器の内の対応する受光器の出力から送信データを再生する複数のデータ再生装置と、当該複数のクロック抽出装置の各出力からFM変調周波数成分を抽出する複数のFM変調成分抽出装置と、当該複数のFM変調成分抽出装置の各出力からFM変調成分の振幅を測定するFM成分測定装置と、当該複数のFM成分測定装置の各出力から複数の波長における波長分散値を算出する波長分散算出装置とを具備することを特徴とする。
【0013】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0014】
図1は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。光送信装置10が光ファイバ12を介して光受信装置14に接続する。光ファイバ12上には実際には、累積波長分散を補償する分散補償ファイバ、と光信号を中継増幅する光中継増幅器が、それぞれ適当な間隔で配置されている。
【0015】
光送信装置10は、それぞれ異なる波長λ1〜λnのレーザ光源20−1〜20−nを具備する。発振器22−1〜22−nは、周波数f1〜fnで発振しており、その正弦波出力により、対応するレーザ光源20−1〜20−nの発振波長が周波数変調されている。例えば、レーザ光源20−1の発振波長λ1は、発振器22−1から出力される周波数f1の正弦波信号により周波数変調されている。発振器22−1〜22−nの発振周波数f1〜fnのいくつか又は全部は、同じ値でもよいが、好ましくは互いに異なる値である。
【0016】
データ変調器24−1〜24−nは、対応するレーザ光源20−1〜20−nの出力光をそれぞれデータD1〜Dnによりディジタル変調、例えば、2値強度変調する。位相変調器26−1〜26−nは、対応するデータ変調器24−1〜24−nの出力光の光位相を、光ファイバ12上の波長分散量に見合った変調度で変調する。多重装置28は、各位相変調器26−1〜26−nの出力光を多重して光ファイバ12に出力する。このようにして、データD1〜Dnを搬送する波長λ1〜λnの信号光からなるWDM信号光が、光ファイバ12に出力される。既存の光送信装置と異なるのは、各波長λ1〜λnの光キャリアが、FM変調周波数f1〜fnで周波数変調されていることである。
【0017】
光受信装置14の構成と動作を説明する。分離装置30は、光ファイバ12から入力するWDM光信号を波長λ1〜λnの光信号に分離する。分離された各波長λ1〜λnの光信号は、受光器32−1〜32−nに入射し、各受光器32−1〜32−nは、入射光を電気信号に変換する。各クロック抽出装置34−1〜34−nは、対応する受光器32−1〜32−nの出力からデータD1〜Dnのクロック成分を抽出する。各データ再生装置36−1〜36−nは、クロック抽出装置34−1〜34−nにより抽出されたクロックに従い、受光器32−1〜32−nの出力からデータD1〜Dnを再生する。
【0018】
クロック抽出装置34−1〜34−nの出力クロックは、対応するレーザ光源20−1〜20−nの周波数変調によるFM変調成分を具備する。本実施例では、このFM変調成分から上述の論文に記載される式(2)に従い波長分散を算出する。
【0019】
発振器38−1〜38−n,乗算器40−1〜40−n及びループフィルタ42−1〜42−nは、クロック抽出装置34−1〜34−nの出力から、ループフィルタ42−1〜42−nで設定された周波数f1〜fnのFM変調成分を抽出する位相ロックループ(PLL)回路を構成する。発振器38−1〜38−nは、周知の電圧制御発振器を内蔵する。FM成分測定装置44−1〜44−nは、対応するループフィルタ42−1〜42−nの出力から周波数f1〜fnのFM変調成分の振幅v(f1)〜v(fn)とFM変調周波数f1〜fnを測定する。演算装置46−1〜46−nは、FM成分測定装置44−1〜44−nの出力に上記論文の式(2)に適用して、波長λ1〜λnにおける波長分散σ(λ1)〜σ(λn)を算出する。
【0020】
例えば、クロック抽出装置34−1が出力するクロックは、発振器22−1の発振周波数f1による周波数変調成分を具備する。乗算器40−1は、クロック抽出装置34−1の出力クロックに電圧制御発振器38−1の出力を乗算する。乗算器40−1は、クロック抽出装置34−1の出力クロックの周波数と電圧制御発振器38−1の出力の周波数の差周波数に相当する周波数の正弦波信号を出力する。ループフィルタ42−1は、乗算器40−1の出力から周波数f1の成分を抽出する。ループフィルタ42−1の出力は、誤差信号として電圧制御発振器38−1に印加される。電圧制御発振器38−1の出力周波数は、ループフィルタ42−1の出力が最大になるように制御される。このループにより、ループフィルタ42の出力は、周波数f1のFM変調成分を代表する。
【0021】
FM成分測定装置44−1は、ループフィルタ42−1の出力から周波数f1のFM変調成分の振幅v(f1)と周波数f1を測定する。演算装置46−1は、FM成分測定装置44−1からの振幅v(f1)と周波数f1を上記論文の式(2)に適用して、波長λ1における波長分散σ(λ1)を算出する。f1は波長λ1に対応して既知であるので、原理的には、FM成分測定装置44−1は、FM変調成分の周波数f1を測定する必要が無い。しかし、送信側で周波数f1を変更する可能性がある。FM成分測定装置44−1がFM変調成分の振幅v(f1)と周波数f1を測定するようにしておけば、受信装置14は、送信装置10での周波数f1の変更に自動的に対応できる。
【0022】
電圧制御発振器38−2〜38−n、乗算器40−2〜40−n、ループフィルタ42−2〜42−n、FM成分測定装置44−2〜44−n及び演算装置46−2〜46−nの作用は、ループフィルタ42−2〜42−nの中心周波数がそれぞれf2〜fnであることを除いて、上述した、電圧制御発振器38−1、乗算器40−1、ループフィルタ42−1、FM成分測定装置44−1及び演算装置46−1の各作用と同じである。
【0023】
このようにして、データD1〜Dnを伝送している状態で、即ち、インサービスで、演算装置46−1〜46−nは、波長分散σ(λ1)〜σ(λn)を出力する。即ち、信号波長λ1〜λnでサンプリングした、光ファイバ12の波長分散値を得ることができる。
【0024】
FM変調周波数f1〜fnは、データD1〜Dnのビットレートに比べて十分に低い周波数であればよい。例えば、ギガビット級のデータ伝送では、FM変調周波数f1〜fnは、数十Hz〜数十MHz程度でよい。この程度の周波数域であれば、ループフィルタ42−1〜42−nのQ値として数百〜数千といった値を容易に達成できる。この場合、FM変調周波数f1〜fnの周波数間隔を、その中の最高周波数の1/10〜1/100程度に設定できる。例えば、最高周波数が10kHzであれば、100Hz〜1kHz間隔で周波数を割り当てることができる。
【0025】
多重装置28又は分離装置30では、隣接する波長間のクロストークが問題になる。特に、位相変調器26−1〜26−nの位相変調により光スペクトルが拡がり、一部が隣接波長のスペクトルに漏れ込みやすくなる。従って、f1〜fnを互いに異なる周波数にする場合、隣接する波長で使用するFM変調周波数には、できるだけ大きな周波数差を設け、近い周波数は、より離れた波長に対して使用するのが好ましい。波長λ1とFM変調周波数f1〜fnの割り当て例を図2に示す。互いに異なる周波数を単に順番に割り当てた例と、隣接波長間のクロストークを考慮した割り当て例を図示した。
【0026】
上記実施例では、理解しやすいように、各FM成分装置44−1〜44−nに対して演算装置46−1〜46−nを配置した。しかし、1つの演算装置が、同時に又は時分割で各FM成分装置44−1〜44−nの出力から波長分散値を算出するようにしてもよいことは明らかである。演算装置46−1〜46−nとして十分に高速のマイクロコンピュータを容易に入手できるので、単一のマイクロコンピュータで演算装置46−1〜46−nの機能を実現するのが現実的である。
【0027】
光受信装置14では、分離装置30によりWDM信号光を個々の波長の信号光に分離した後の処理に波長依存性が無い。従って、受光器32−1〜32−n以降、FM成分測定装置44−1〜44−nまでの回路部分を同一構成の回路基板で実現できる。唯一異なるのは、PLLのループフィルタ42−1〜42−nの中心波長である。基板障害に備える予備基板には、例えば、図3に示すように、スイッチによりループフィルタ波長f1〜fnの何れかを選択できるようにした処理回路を実装すれば良い。
【0028】
図3は、予備装置の概略構成ブロック図を示す。図3に示す予備装置では、演算装置46−1〜46−nとして単一のマイクロコンピュータを使用することを予定している。
【0029】
受光器132は、分離装置30により分離された何れかの波長の光を電気信号に変換する。クロック抽出装置134は、受光器132の出力から伝送データのクロック成分を抽出する。データ再生装置136は、クロック抽出装置134により抽出されたクロックに従い、受光器132の出力から伝送データを再生する。
【0030】
PLL回路138は、発振器140、乗算器142、それぞれ異なる周波数f1〜fnのループフィルタ144−1〜144−nは、セレクタ146,148からなる。利用を開始する際に、ループフィルタ144−1〜144−nの入力側に配置したセレクタ146及び、ループフィルタ144−1〜144−nの出力側に配置したセレクタ148により、実際に適用すべきフープフィルタをループフィルタ144−1〜144−nの中から選択する。ループフィルタの選択機能を除いて、PLL回路138の基本的な動作は、図1に示す実施例で説明したPLL回路の動作と同じである。PLL回路138は、ループフィルタ144−1〜144−nの中からセレクタ146,148より選択された1つのループフィルタの透過周波数に相当するFM変調周波数成分を、クロック抽出装置34−1〜34−nの出力から抽出する。
【0031】
FM成分測定装置150は、PLL回路138の出力からFM変調成分の振幅v(fi)とFM変調周波数fiを測定する。fiは、セレクタ146,148より選択された1つのループフィルタの透過周波数である。
【0032】
FM成分測定装置150の出力は、図示しない演算装置に印加される。その演算装置が、上記論文の式(2)に適用して、受光器132に入力する信号光の波長における波長分散σを算出する。
【0033】
また、図4に示す光受信装置14aのように、FM成分測定装置44−1〜44−n及び演算装置46−1〜46−nを共用する構成に変更することで、コストを低減できる。図4では、図1と同じ構成要素には同じ符号を付してある。即ち、各PLL出力(ループフィルタ44−1〜44−nの出力)を同じFM成分測定装置50に入力し、演算装置52がそのFM成分測定装置50の出力から各波長での波長分散を算出する。但し、複数の架のPLL出力を共通のFM成分測定装置に入力すると、架間の配線が必要になり、複雑になる。従って、実用的には、1つの架のPLL出力を同じ架に配置したFM成分測定装置に入力するようにすればよい。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、インサービスで光伝送路の各信号波長での波長分散値を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図2】FM変調周波数f1〜fnの割り当て例である。
【図3】データ受信及び波長分散測定の予備装置の概略構成ブロック図である。
【図4】FM成分測定装置と演算装置を共用する構成の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
10:光送信装置
12:光ファイバ
14,14a:光受信装置
20−1〜20−n:レーザ光源
22−1〜22−n:発振器
24−1〜24−n:データ変調器
26−1〜26−n:位相変調器
28:多重装置
30:分離装置
32−1〜32−n:受光器
34−1〜34−n:クロック抽出装置
36−1^36−n:データ再生装置
38−1〜38−n:発振器
40−1〜40−n:乗算器
42−1〜42−n:ループフィルタ
44−1〜44−n:FM成分測定装置
46−1〜46−n:演算装置
50:FM成分測定装置
52:演算装置
132:受光器
134:クロック抽出装置
136:データ再生装置
138:PLL回路
140:発振器
142:乗算器
144−1〜144−n:ループフィルタ
146,148:セレクタ
150:FM成分測定装置

Claims (8)

  1. 光伝送路(12)と、
    互いに異なる波長の複数の信号光からなるWDM信号光を当該光伝送路に出力する光送信装置(10)であって、互いに異なる波長の、周波数変調されたレーザ光を出力する複数のレーザ光源(20−1〜20−n)と、当該複数のレーザ光源の各出力光を送信データ(D1〜Dn)によりデータ変調する複数のデータ変調器(24−1〜24−n)と、当該複数のデータ変調器の各出力光を位相変調する複数の位相変調器(26−1〜26−n)と、当該複数の位相変調器の出力光を多重する多重装置(28)とを具備する光送信装置と、
    当該光伝送路を伝搬した当該WDM信号光を受信する光受信装置(14)であって、当該WDM信号光を個々の波長の信号光に分離する分離装置(30)と、当該分離装置(30)により分離された個々の波長の信号光を電気信号に変換する複数の受光器(32−1〜32−n)と、当該複数の受光器の各出力からクロック成分を抽出する複数のクロック抽出装置(34−1〜34−n)と、当該複数のクロック抽出装置の内の対応するクロック抽出装置の出力に従い、当該複数の受光器の内の対応する受光器の出力から送信データを再生する複数のデータ再生装置(36−1〜36−n)と、当該複数のクロック抽出装置(34−1〜34−n)の各出力からFM変調周波数成分を抽出する複数のFM変調成分抽出装置(38−1〜38−n,40−1〜40−n,42−1,42−n)と、当該複数のFM変調成分抽出装置の各出力からFM変調成分の振幅を測定するFM成分測定装置(44−1〜44−n)と、当該複数のFM成分測定装置(44−1〜44−n)の各出力から複数の波長における波長分散値を算出する波長分散算出装置(46−1〜46−n)とを具備する光受信装置
    とからなることを特徴とするWDM光伝送システム。
  2. 当該複数のレーザ光源のそれぞれに対する周波数変調周波数が互いに異なる請求項1に記載のWDM光伝送システム。
  3. 互いに異なる波長の複数のレーザ光源から周波数変調されたレーザ光を出力させるステップと、
    当該レーザ光をそれぞれ送信データ(D1〜Dn)によりデータ変調するステップと、
    データ変調されたレーザ光を位相変調するステップと、
    位相変調されたレーザ光を多重して光伝送路に出力するステップと、
    当該光伝送路を伝搬した光を個々の波長の信号光に分離するステップと、
    分離された個々の波長の信号光を電気信号に変換するステップと、
    各電気信号からクロック成分を抽出するステップと、
    各電気信号から、対応するクロック成分に従い送信データを再生するステップと、
    各クロック成分から、対応する波長の周波数変調によるFM変調成分を抽出するステップと、
    抽出されたFM変調成分の振幅から波長分散値を算出するステップ
    とを具備することを特徴とする波長分散測定方法。
  4. 当該複数のレーザ光源のそれぞれに対する周波数変調周波数が互いに異なる請求項3に記載の波長分散測定方法。
  5. 互いに異なる波長の複数の信号光からなるWDM信号光を当該光伝送路に出力する光送信装置(10)であって、
    互いに異なる波長の、周波数変調されたレーザ光を出力する複数のレーザ光源(20−1〜20−n)と、
    当該複数のレーザ光源の各出力光を送信データ(D1〜Dn)によりデータ変調する複数のデータ変調器(24−1〜24−n)と、
    当該複数のデータ変調器の各出力光を位相変調する複数の位相変調器(26−1〜26−n)と、
    当該複数の位相変調器の出力光を多重する多重装置(28)
    とを具備することを特徴とする光送信装置。
  6. 当該複数のレーザ光源のそれぞれに対する周波数変調周波数が互いに異なる請求項5に記載の光送信装置。
  7. 周波数変調された互いに異なる波長(λ1〜λn)の光キャリアでデータD1〜Dnを搬送する複数の信号光からなるWDM信号光を受信する光受信装置であって、
    光伝送路から入力する当該WDM信号光を個々の波長(λ1〜λn)の信号光に分離する分離装置(30)と、
    当該分離装置(30)により分離された個々の波長(λ1〜λn)の信号光を電気信号に変換する複数の受光器(32−1〜32−n)と、
    当該複数の受光器の各出力からクロック成分を抽出する複数のクロック抽出装置(34−1〜34−n)と、
    当該複数のクロック抽出装置の内の対応するクロック抽出装置の出力に従い、当該複数の受光器の内の対応する受光器の出力から送信データを再生する複数のデータ再生装置(36−1〜36−n)と、
    当該複数のクロック抽出装置(34−1〜34−n)の各出力からFM変調周波数成分を抽出する複数のFM変調成分抽出装置(38−1〜38−n,40−1〜40−n,42−1,42−n)と、
    当該複数のFM変調成分抽出装置の各出力からFM変調成分の振幅を測定するFM成分測定装置(44−1〜44−n)と、
    当該複数のFM成分測定装置(44−1〜44−n)の各出力から複数の波長における波長分散値を算出する波長分散算出装置(46−1〜46−n)
    とを具備することを特徴とする光受信装置。
  8. 当該複数のFM変調成分抽出装置(38−1〜38−n,40−1〜40−n,42−1,42−n)の抽出周波数が互いに異なる請求項7に記載の光受信装置。
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