JP2004515186A - 性能監視方法、光増幅器、光伝送リンク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光増幅伝送システムのための性能監視方法である。本方法は、各光位置における光出力を出力し、現在使われている方法で得られた出力推定において、SRSによりもたらされた不正確さを考慮に入れている。光スペクトルアナライザが伝送リンクの出力で用いられ、各波長の出力を正確に測定する。この値は上流に送られリンクの最終増幅器へ送られ、実際の測定値と推定値の間の相違として誤差項を算出する。このモデルでは説明されないが、システム要素によるSRS誘導誤差を推定するのに誤差項が用いられる。それから誤差項は、リンクの各増幅器へとフィードバックされ、推定出力がSRSに起因する不正確さに対するよう調整される。
【選択図】図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光伝送システムに関し、特に波長分割多重(WDM)及び狭帯域WDM(DWDM)ネットワークの光性能モニタリングに関する。
【0002】
【従来の技術】
性能監視(PM,Performance Monitoring)とは、伝送品質(GR−253−CORE、1995年12月2日発行)を稼働しながら陰に隠れた形で監視するものである。性能監視は、課題解決への試みが成功することの指示を備えるものであり、トラフィックに影響を与える前に問題を分離し解決し、装置がトラフィックの品質に悪影響を与える原因となる実体を決定できるようにしている。
【0003】
光チャネルにおける信号の出力は、増幅光ネットワークの性能を制御する上で、最も重要な要素の1つとなってきている。まず、減衰又は伝送損失が、信号回復前の最大伝送距離を決定している。同様に、DWDM長距離伝送にとって重要であるものは、最適なBER性能にとって必要とされるチャネルの均一化である。均一化とは、ファイバで相互伝搬する全チャネルが、各受信器において実質的に同一な光の信号対雑音比をもつことを意味している。
【0004】
光ファイバ内の信号減衰については、多くのメカニズムが原因となっている。所定タイプのファイバについては、これらのメカニズムに影響を与える多くの要因がある。従って信号の減衰は、とりわけファイバを経ての信号の伝達、ローンチ力、及び相互伝搬チャネルの数(波長)に依存している。
【0005】
これらのメカニズムは、伝送媒体の材料組成、伝搬及び浄化技術、及び導波路の構造により影響を受ける。これらはまた、材料吸収、材料散乱(線形及び非線形拡散)カーブ、及びマイクロベンド損失、モード結合ラジエーション損失、及び漏れやすい損失に起因する損失を含む、複数の主要な領域に分類される。
【0006】
非線形材料散乱損失は、ファイバで送信される情報の帯域幅(チャネル数及びチャネルのレート)及び距離が増加するにつれ、特に問題となる。非線形散乱は、あるモードからの光出力が、異なる周波数における同じか又は他のモードへの方向に対して、前方又は後方に送信される要因となる。このことは、ファイバ内の光出力密度に大きく依存しており、従ってしきい値となる出力レベルを超えると問題となる。非線形散乱の最も重要なタイプは、誘導ブリュアン及びラマン散乱であり、通常両方とも高出力密度でのみ観測される。こうした散乱メカニズムは、実際光学利得を与えるが、周波数が変化するとそれにより特定波長における光の伝送が減衰する要因となる。
【0007】
本発明に関するものとしては誘導ラマン散乱(SRS)がある。ラマン散乱は、ファイバ内の熱分子振動を通る光の変調に属する非線形現象である。SRSにより、短波長からのエネルギーは長波長へと伝送され、その結果D/WDMシステムにおけるチャネル間でクロストークが発生する。意義あるものとするためには、ローンチ出力は、媒体(ファイバ)に依存する所定しきい値を超えなければならない。
【0008】
端末相互間の転送リンクを相互監視するかなり効率的な方法は、出願人の送信システムで用いられる、「アナログ維持−1(AM−1)」の方法である。この方法は米国特許番号5,513,029(発明者Roberts、発行日96年4月30日で、出願人ノーテルネットワークコーポレーション)で開示されている。
【0009】
AM−1は、送信機側の振幅変調に関するものであり、各チャネルは特定の擬似ランダムディザチャネルを持ち、ディザチャネルは既知の変調深度を持つ。各チャネルについて、受信器は受信したディザの出力を推定し、既知の変調深度及び立ち上げ出力を用いて各チャネルで受信された出力を決定する。
【0010】
しかしながら、光キャリアの数が増加することで、スペクトルの比較的狭い部分を共有するときの、各チャネルのディザを検出するのに必要となる回路が複雑であるため、高速D/WDMネットワークにこの方法を適用することは制限されている。
【0011】
アナログ維持−2(AM−2)は、多くの数のチャネルを持つD/WDMネットワークへの適用に用いられる。この方法は、米国特許出願番号SN 09/539,706(Harley et al、出願日2000年3月31日、出願人ノーテルネットワークコーポレーション)の目的となっている。
【0012】
AM−2は、明瞭なパルス(デジタル)シーケンスを持つ各チャネルの変調を規定し、ここで変調のRMSは、各チャネルの平均出力に比例する。遠端受信器はパルス変調を回復し、各チャネルについての変調のRMSを決定する。それからチャネル出力は、各チャネルについての変調深度(既知)及びRMS値に基づいて推定される。
【0013】
一般的に、20チャネル程度のシステムは、SRSによる影響は取るに足らないものであり、AM−2性能監視方法は、SRSの補償をせずに用いることができる。しかしながら、超高速で、20を超える送信チャネルを有するシステムにおいて、SRSは、AM−2によって提供される出力の推定において、不正確さを誘起する。SRSに誘起される不正確さは、概念的には次のように表される。
【0014】
【数1】
【0015】
AMerrorは、SRSに誘起された不正確さであり、g’はラマン利得(ファイバの効率領域に反比例している)であり、Δλは波長のスプレッド(ナノメータ単位)であり、P0はローンチ出力であり、Nchはチャネル数であり、Nspはスパンの数であり、αはファイバ減衰である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
式(1)は、SRSに誘起された不正確さが、波長の数、ローンチ出力、スパンの数、及び波長のスプレッドが増加するにつれ、より重要となっていくことを示している。また補足すると、波長を2乗した数に比例して増加する。
【0017】
SRSに誘起されたAM−2出力測定の不正確さは、スペクトルアナライザを用いてアドレスすることができる。光スペクトルアナライザは、SRSに対して表に出るものではなく、影響を受けるものではなく、その結果SRSが意義あるものになる複雑なシステムがよりよく均一化される。スペクトルアナライザを用いるとき、AM−2の方法は、そのことが波長識別(ウェーブID)及び光反射計機能を提供するという点において、依然としてかなり有用である。一方で光スペクトルアナライザは、中央ネットワーク管理システムに厳重に統合される必要がある。さらに、これは装置においてかなり高価な部分である。
【0018】
高速D/WDMシステムにおけるチャネルの出力を測定する信頼できる方法を提供する必要があるが、このことは伝送媒体の特性及びネットワークにおける要素によりもたらされる不正確さの要因になっている。
【0019】
この発明の目的は、稼働中の性能監視方法においてSRSによりもたらされる不正確さを補償する方法を提供することである。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる方法で用いられる補償モデルは、具現化を考えたときの前提を単純化するSRS分析モデルから得られる。この方法は、閉ループタイプが原則である。すなわち、この方法は、伝送リンクの出力におけるパラメータの正確な測定を規定し、出力ノードから始めて逆の順で各ノードにおけるパラメータを監視する既存の方法により与えられた推定値を補正する。
【0021】
本発明の一形態によると、光増幅伝送システムのための性能監視方法は、光伝送リンクの光増幅器Ajにおいて、jが1からNの間の整数であるとして、対象となる光信号の光パラメータについての推定値Pjを出力し、前記光伝送リンクの出力における前記光パラメータについての測定値ON+1を出力し、前記光増幅器Ajにおいて、前記推定値Pj及び前記測定値ON+1に基づいて前記光パラメータについての補償値Ojを決定する。
【0022】
また本発明の他の形態によると、光増幅器は、入力光信号を出力光信号に増幅する光伝送リンクに接続される光増幅モジュールと、前記光信号の光出力についての推定値Pjを出力する出力推定器と、前記推定値Pj及び誤差項Ej+1を受信して前記調整値Adj及びローカル誤差項Ejを出力する補償モデルと、前記推定値Pj、前記誤差項Ej+1、及び調整値Adjを受信して前記光出力に対する補償値Ojを決定する計算配置部と、を備える。
【0023】
また本発明のさらに他の形態によると、送信及び受信端末間における光伝送リンクは、前記送信及び受信端末間で連続して接続される複数の光増幅器A1..Aj..ANを備え、前記受信端末において、光パラメータについての測定値ON+1を出力して前記測定値を前記リンクの最終光増幅器ANに送信し、前記最終光増幅器ANにおいて、前記測定値ON+1を受信して前記パラメータについてのローカル誤差項EN及び補償値ONを決定し、各光増幅器Ajにおいて、誤差項Ej+1を受信して前記パラメータについてのローカル誤差項Ej及び補償値Ojを決定し、jは1とNの間の整数であって、リンク中の前記光増幅器のシーケンシャル位置を与える。
【0024】
本発明に係る性能監視方法は、現時点での出力推定による不正確さを充分減少し、多くのシステムで受け入れられる均一化を果たす。そして20チャネル以上を有するシステムのSRSに起因する不正確さを充分補償する。その結果、本発明に係るSRSに起因するエラーの補償は、通信リンクの帯域幅及び送信距離を広げる。
【0025】
さらにこの補償方法は、ファイバタイプ、ファイバ減衰、波長の数、スパンの数、ローンチ出力等の伝送媒体の特性に影響を与える。また、光増幅器、DCM(分散補償モジュール)等のネットワークに存在する要素によりもたらされる不正確さに影響を与える。その結果、出力の推定は従来の方法よりもきちんとしたものとなり、システムの変動に影響を受けにくくなる。
【0026】
さらに、この方法は、単一方向のシステムについては単一のOSAを、双方向のシステムについては2つのOSAを必要としている。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1Aは、例えば5チャネルについて波長間のクロストークが、どのようにSRSに起因して起こるかを図示したものである。図1Aはまた、λ1−λ5の全チャネルがファイバ1の入力側で同じ出力を有すること、及びどのように出力がファイバ1の出力におけるより高い周波数へと推移していくのかを示している。従って、2で示されるようにチャネルλ2は、SRSを介したチャネルλ1から送信された情報を持っており、3で示されるようにチャネルλ3は、SRSを介したチャネルλ1及びλ2から送信された情報を運んでいる。4で示される情報は、チャネルλ1、λ2、λ3からチャネルλ4について送信される。5で示される情報は、チャネルλ1、λ2、λ3、λ4からチャネルλ5について送信される。
【0028】
より高い波長におけるクロストーク要素は、チャネル数が増えるにつれて大きくなる。これは式(1)とも整合性がとれている。
【0029】
図1Bは、非シフト分散ファイバ(NSDF)を用いて、6スパンリンクのAC及びDCの出力/波長伝達関数を示している。AC伝達関数は7で示されており、DC伝達関数は8で示されている。DC出力は波長に比例して変化することがこのグラフから明らかである。
【0030】
図2は、送信端末10及び受信端末20の間で結合された増幅光リンクを示しており、Nの光増幅器121、122、・・,12N
の鎖を含んでいる。端末10は、複数チャネルを各情報で変調する複数の波長送信器、及びチャネルを多重チャネル信号に結合するマルチプレクサで構成される。一般的に、光サービスチャネル(OSC)は、情報チャネルと共に同一ファイバを進行する。端末20は、多重チャネル信号を受信しチャネルを分離するデマルチプレクサと各チャネルからの情報を回復する複数の波長受信器により構成される。
【0031】
リンク9は、光増幅器を図示するのに用いられるシンボルで示される通り双方向である。しかしながら、簡略化のため、本発明の方法では、トラフィックの東西方向にのみについて明示しており、同様の処理及び考え方は、トラフィックの東西方向に対して明らかに当てはまる。トラフィックの東西方向については、光増幅器12j−1が光増幅器12jからの上流として定義され、光増幅器12j+1が光増幅器12jからの下流として定義される。さらに、簡略化のため本発明を1チャネルのみに適用する場合について説明する。同様の処理が、リンク9を進行する全チャネルについて実行される。
【0032】
送信位置10及び第1光増幅器121の間のファイバスパンは111で示され、最終光増幅器12Nと受信位置20の間のスパンは11N+1で示される。一般的に、2つの連続する増幅器12j−1及び12jの間のスパンは、11jで示される。図2では、スプリッタ及びカプラ(例えば光増幅器をファイバに接続するためのもの)等の要素、分散補償モジュール、減衰器、リンク9に結合することができる他の要素については、明白には図示していない。
【0033】
各光増幅器12jは、上述の特許出願SN09/539,706(Harley et al)で説明されているように、AM−2システムによる出力を推定する手段と接続されている。増幅器は出力を推定する他の手段とすることができ、本発明はAM−2方法で得られる推定を補正することに制限されない。本発明は、SRSにより誘起される不正確さを引き起こさない他の出力推定方法との組み合わせで用いることができる。この推定出力をPjとして表す。
【0034】
本発明の方法によると、光スペクトルアナライザ(OSA)15は、最終スパン11N+1において、各波長の実際の出力を測定すべく用いられる。ここで、表記ON+1を、東西方向のリンクの出力における所定チャネルについてOSAで測定される出力に対して用いる。上述の通り、OSA15について測定されたこの値は、正確なリンクの末端にチャネル出力を与える一方、アナログ維持AM−2は、一般的に各増幅器の位置における出力推定値を出力する。
【0035】
光増幅器12Nは、実出力ON+1と推定出力PNの間の相違として誤差項を決定し、この誤差項を、スパン11Nを経て上流の光増幅器12N−1に出力する。
【0036】
光増幅器12N−1は、補償出力ONを得るべく、出力PN−1への各々の補正を行い、また上流光増幅器12N−2についてのローカル誤差項EN−1を算出する。
【0037】
そのようにして、トラフィックの方向からの上流で補償処理される。一般的に、リンク9の各光増幅器12jは、下流の増幅器12j+1から誤差項Ej+1を受けとり、AM−2又は他の出力推定方法に従った推定出力Pjを決定する。誤差項及び出力推定は、その位置で補償出力Ojを算出するのに用いられる調整値Adjを決定するのに用いられる。また、各光増幅器Ajは、上流光増幅器12j−1についての誤差項Ejを計算する。増幅器12j−1は、逆チャネルでEjを受けとる。
【0038】
AM−2と組み合わせたとき、本発明の補償方法は、比較的少ない数のスパンをもつ送信リンクについて用いることができる。
【0039】
誤差項はSRS補償モデルを用いて生成されるが、その結果現在の方法において要因とはならないシステム要素によりSRSに起因する誤差を推定する。その目的は、第1誤差項E1を0(E1=0)にすることである。このようにして、送信リンクの出力においてOSA15で測定されるように、SRS誤差は、各プランについて十分要因となる。
【0040】
図3は、光増幅器12jのブロック概略図を示しており、本発明に係る方法に関連するブロックのみを示すものである。光増幅器は一般的に、順方向及び逆方向増幅ユニットを備えているが、ブロック概略図は、簡略化のため東西の送信方向に関連するブロックのみを図示している。図3は、光インターフェース(IF)21及び22を用いてフローの方向に従ったトラフィックの分離を概略的に図示している。インターフェース21及び22は、例えばカプラ(結合器)又は循環器等とすることができる。
【0041】
光増幅器12jは、インターフェース21及び22を介して、入力スパン11j及び出力スパン11j+1に、光学的に結合される光増幅モジュール23で構成される。増幅ユニット23は、光タップ16及び18に結合されるが、これは、光増幅モジュール23の入出力における多重チャネル信号をサンプルするものである。このサンプルは通常、多重チャネル光信号のうち2−3%の部分である。それから入出力のタップされた部分は、Pj推定器17によって用いられ、各チャネルについての推定出力Pjを、AM−2又は他の出力推定システム毎として決定する。推定器17は、スパン11j及び11j+1を進行する各チャネルの多重チャネル信号についての推定出力Pjを出力することを理解すべきである。しかしながら、上述のように図3は、簡略化のため1チャネルのみに関連するユニットを示している。
【0042】
この実施形態においては、誤差項Ej+1は、双方向光サービスチャネル(OSC)を経て下流増幅器12j+1から受信されるが、一般的に制御の送信及び増幅器の位置の間の情報を監視する全ての光送信システムに存在するものである。増幅ユニットは、ファイバからのOSCを逆多重化(demultiplex)し、各光増幅器に関する情報を抽出する手段を備えている。図3は、OSCドロップユニット25を示しており、これは、増幅器12jにおいて東西OSCチャネルを経て受信された誤差項情報Ej+1を下流の光増幅器12j+1から抽出する。誤差項は、OSC以外の手段を用いて光増幅器12jに提供することができることは理解すべきである。
【0043】
誤差項Ej+1は、推定出力Pjを補正するために用いられる。図3は、Oj計算配置部26を図示しており、推定出力Pj、調整値Adj、及び誤差項Ej+1を、光増幅器12jの出力における出力測定として受信して、補償出力Ojを出力する。上述のように、光出力器12jは、全チャネルについて出力Pj及び補償出力Ojを決定し、補償出力Ojは、例えばスパン11jの均一化のため用いられる。
【0044】
SRS補償モデル27は、ローカル誤差項Ej及び調整値Adjを出力する。すなわち、誤差項Ejは、推定出力Pjに従ってEj+1を調節し、増幅器12jで利用可能でありその場所に固有の補償要素CFjを考慮に入れることで決定される。例えば、CFjは、リンク中の増幅器12jの位置、スパン111から11jまでの長さ、ローンチ出力、波長の数、バンド等のデータを提供する関連ネットワークを含むことができる。
【0045】
ユニット24で示されるように、ローカル誤差項Ejは、OSCに戻って追加され東西ファイバ/方向において送信されるが、上流増幅器12j−1がこれを受信して同様の補償処理を実行できるようにするためである。
【0046】
図4は、補償モデル範囲を示す。
【0047】
一般的に少数の波長(例えば20)及びスパンでは、光増幅器は、AM−2に従った推定出力を用いて制御することができるが、推定がこの適用において十分正確であるからである。
【0048】
チャネル及びスパンの数が大きくなるにつれて、SRSに誘起されたAM−2の不正確さが、リンクの経済性を引き下げる。得られた推定出力は、それゆえこの発明にかかる補償システムを用いて調節されるべきである。
【0049】
図4で見られるように、かなり大きい数のチャネル及びスパンにおいて、出力を測定する唯一の正確な方法は、光スペクトルアナライザ(OSA)ということになる。
【0050】
本発明は所定の例としての実施形態を参照して説明されるが、当業者ならなし得るさらなる修正及び改良は、大局的な観点から本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、特許請求の範囲において行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】SRSのメカニズムを示す図である。
【図1B】非分散シフトファイバ(NSDF)、6スパンについてのAC及びDC伝達関数を示すグラフである。
【図2】AM−2誤差補償を行った増幅光リンクのブロック概略図である。
【図3】SRS補償AM−2システムに結合された光増幅器のブロック概略図である。
【図4】補償モデルの範囲を示す図である。
【符号の説明】
10 送信端末
121〜12N 光増幅器
15 光スペクトルアナライザ
20 受信端末
21,22 インターフェース
23 光増幅モジュール
27 SRS補償モデル
Claims (20)
- 光伝送リンクの光増幅器Ajにおいて、jが1からNの間の整数であるとして、対象となる光信号の光パラメータについての推定値Pjを出力するステップと、
前記光伝送リンクの出力における前記光パラメータについての測定値ON+1を出力するステップと、
前記光増幅器Ajにおいて、前記推定値Pj及び前記測定値ON+1に基づいて前記光パラメータについての補償値Ojを決定するステップと、
を備える光増幅伝送システムのための性能監視方法。 - 前記光パラメータが光出力である請求項1に記載の方法。
- 前記推定値Pjの出力ステップは、
前記光増幅器Ajにおける前記光信号の一部分を転送するステップと、
前記一部分からオーバヘッド信号を分離し、前記オーバヘッド信号のRMSを測定するステップと、
前記RMS値及び前記オーバヘッド信号の既知のe変調深度を用いて前記光信号の光出力を推定するステップと、
を備える請求項2に記載の方法。 - 前記補償値Ojを決定するステップは、
前記光増幅器において、下流の増幅器Aj+1から誤差項Ej+1を受けとるステップと、
補償モデルを用いて前記推定値Pjについての調整値Adjを予測するステップと、
を備える請求項2に記載の方法。 - 前記調整値及び前記推定値Pjを用いて前記補償値Ojを算出するステップをさらに備える請求項4に記載の方法。
- 前記補償モデルは、前記推定値Pj及び前記誤差項Ej+1を受けとって前記調整値Adj及びローカル誤差項Ejを出力する請求項4に記載の方法。
- 前記補償モデルは、前記見積もり値Pj、前記誤差項Ej+1、及び1つ又は複数の補正要素を受けとり、前記調整値Adj及びローカル誤差項Ejを出力する請求項4に記載の方法。
- 前記ローカル誤差項Ejを上流増幅器Aj−+1に伝送するステップをさらに備える請求項6に記載の方法。
- 前記伝送ステップは、前記光信号と逆の方向に進行するチャネルに前記ローカル誤差項Ejを挿入するステップを備える請求項6に記載の方法。
- 前記分離ステップは、前記部分を電気信号に変換して前記電気信号から前記オーバヘッド信号の構成要素を検出するステップを備える請求項3に記載の方法。
- 前記推定ステップは、前記電気信号のDC値を測定するステップと、前記RMS値を前記DC値で割ることにより前記オーバヘッド信号の変調深度を決定するステップと、前記変調深度に基づいて光出力を評価するステップと、を備える請求項10に記載の方法。
- 前記測定値ON+1は、光スペクトルアナライザを用いて得られる請求項1に記載の方法。
- 入力光信号を出力光信号に増幅する光伝送リンクに接続される光増幅モジュールと、
前記光信号の光出力についての推定値Pjを出力する出力推定器と、
前記推定値Pj及び誤差項Ej+1を受信して前記調整値Adj及びローカル誤差項Ejを出力する補償モデルと、
前記推定値Pj、前記誤差項Ej+1、及び調整値Adjを受信して前記光出力に対する補償値Ojを決定する計算配置部と、
を備える光増幅器。 - 前記補償モデルは、前記リンク、前記リンクの入力におけるローンチ出力、及び前記リンクの前記光増幅器のシーケンシャル位置に関して用いられるタイプのファイバについて少なくとも要因となる請求項13に記載の光増幅器。
- 前記誤差項Ej+1は、下流の増幅器及び前記リンクの出力における受信端末の1つから受信される請求項13に記載の光増幅器。
- 前記誤差項Ej+1は、逆光監視チャネル(OSC)を通して受信される請求項13に記載の光増幅器。
- 前記ローカル誤差項Ejは、上流の増幅器及び前記リンクの入力における送信端末の1つに送信される請求項13に記載の光増幅器。
- 前記ローカル誤差項Ejは、逆光監視チャネル(OSC)を通して受信される請求項13に記載の光増幅器。
- 送信及び受信端末間における光伝送リンクであって、
前記送信及び受信端末間で連続して接続される複数の光増幅器A1..Aj..ANを備え、
前記受信端末において、光パラメータについての測定値ON+1を出力して前記測定値を前記リンクの最終光増幅器ANに送信し、
前記最終光増幅器ANにおいて、前記測定値ON+1を受信して前記パラメータについてのローカル誤差項EN及び補償値ONを決定し、
各光増幅器Ajにおいて、誤差項Ej+1を受信して前記パラメータについてのローカル誤差項Ej及び補償値Ojを決定し、
jは1とNの間の整数であって、リンク中の前記光増幅器のシーケンシャル位置を与えるものである、光伝送リンク。 - 前記誤差項は、逆光監視チャネル(OSC)を通って前記光増幅器と前記端末の間で送信される請求項19に記載の光伝送リンク。
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