JP2005295559A - Ｐｍｄ／ｐｄｌ／ｐｄｇ軽減のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光通信システムにおける偏光モード分散（ＰＭＤ）、偏光依存損失（ＰＤＬ）および偏光依存利得（ＰＤＧ）損失を軽減する。
【解決手段】本装置は、偏光スクランブリング方法および装置を提供する。偏光コントローラと、ＰＭＤ、ＰＤＬおよびＰＤＧによる損失が軽減されるように複数の周波数で偏光コントローラ駆動するための駆動回路とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は光通信に関し、より詳細には、光通信システムにおける偏光モード分散（ＰＭＤ）、偏光依存損失（ＰＤＬ）および偏光依存利得（ＰＤＧ）損失（ペナルティ、ｐｅｎａｌｔｙ）の軽減のための偏光スクランブリング方法および装置に関する。

本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００３年７月１３日および２００３年８月３１日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭＤ／ＰＤＬ／ＰＤＧ」という名称の米国特許出願に関連する。
「Ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈａｎｎｅｌ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＭＤ／ＰＤＬ／ＰＤＧ」という名称の米国特許出願 「Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｎｅｔｗｏｒｋ」、２００１年２月

ＰＭＤ、ＰＤＬおよびＰＤＧは高速（たとえば１０Ｇｂ／ｓおよび４０Ｇｂ／ｓ）伝送における著しい損失源である。ＰＭＤに対するシステム耐性を高めるためにＰＭＤ補償（ＰＭＤＣ）が通常望ましい。しかしながら、ＰＭＤの確率的性質およびその波長依存性のために、ＰＭＤＣは通常各波長チャネルに対して個々に実施され、したがって一般にコスト効果的ではない。多数のＷＤＭチャネルに対してＰＭＤＣを同時に達成するために様々な従来技術の方法が提案されている。チャネル・スイッチングはＷＤＭシステムにおいて全体的なＰＭＤ損失を軽減するために提案された１つの技法である。しかしながら、そのようなシステムはＰＭＤ保護のために余分のチャネルを使用するのでシステム容量を犠牲にする。最も厳しいＰＭＤを有するＷＤＭチャネルにおけるＰＭＤ劣化を補償するために波長デマルチプレクシング以前のマルチチャネルＰＭＤＣも提案されている。しかしながら、そのような軽減方式は他のチャネルの劣化を引き起こすことがある。

最も劣化したチャネルが共用ＰＭＤＣに接続された経路に光または電気手段によってスイッチングされるマルチチャネル共用ＰＭＤＣ用の別の方式が提案されている。しかしながら、そのようなＰＭＤＣ解決策の速度は光または電気スイッチングの速度によって制限される。
上述の従来技術のＰＭＤＣ方式の各々において、望ましくないＰＭＤ誘導システム停電（その間ＰＭＤ損失はその事前に割り振られたシステム・マージンを超える）が、低減されるが存在する。

順方向誤り訂正（ＦＥＣ：ｆｏｒｗａｒｄ−ｅｒｒｏｒ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）はシステム・マージンをコスト効果的に高めるための効果的な技法である。しかしながら、ＦＥＣによって与えられる追加のマージンを使用してＰＭＤ耐性を高めることができるとしても、ＦＥＣは所与の平均ビット誤り率（ＢＥＲ）で固定のＰＭＤ損失に対する許容ＰＭＤを拡張することができないことが決定されている。ＦＥＣにおける十分なインターリービングはＰＭＤ耐性を高めることがあることが示唆されている。しかしながら、実際的なシステムにおいて数分またはより長く継続することができる、ＰＭＤ停電を回避するために必要な深いインターリービングを与える知られている実際的な方法はない。
ＰＭＤ／ＰＤＬ／ＰＤＧ損失を軽減するための効果的な技法として分散偏光スクランブリングが提案されているが、ＰＭＤ／ＰＤＬ／ＰＤＧを軽減するために偏光スクランブリングを与えるための最適化されたコスト効果的な設計が必要である。

本発明はマルチチャネルＰＭＤ／ＰＤＬ／ＰＤＧ軽減のための偏光スクランブリング方法および装置を提供する。
本発明の一実施形態によれば、光通信システムのノードにおいて使用する偏光スクランブラ装置が提供される。本装置は、Ｍ個の偏光コントローラおよびそのＭ個の偏光コントローラを複数の周波数ｆ_１．．．ｆ_Ｍのうちの少なくとも１つで駆動するように適合された駆動回路を備える。ただし、ｆ_１≧ｆ_２．．．≧ｆ_Ｍおよびｆ_１≧約ＢＲ／（ＢＥＣＬ×Ｎ）である。ＢＲは光信号の最高ビット転送速度であり、ＢＥＣＬは光通信システムにおいて使用される順方向誤り訂正の最大バースト誤り訂正長さであり、Ｎは１つまたは複数の偏光コントローラを有するノードの数である。

別の実施形態によれば、光通信システムのＮ個のノードのうちの少なくとも１つにおいて使用する光通信方法が提供される。本方法は、ｆ_１≧ｆ_２．．．≧ｆ_Ｍおよびｆ_１≧約ＢＲ／（ＢＥＣＬ×Ｎ）となるような複数の周波数ｆ_１．．．ｆ_Ｍのうちの少なくとも１つでＭ個の偏光コントローラを駆動する工程を含む。ＢＲは伝送される光信号の最高ビット転送速度であり、ＢＥＣＬは光通信システムにおいて使用される順方向誤り訂正の最大バースト誤り訂正長さである。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は添付の図面とともに行う以下の詳細な説明からより明らかになろう。
ただし、添付の図面は本発明の例示的な実施形態のみを示し、したがって本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意されたい。

本発明の一態様では、ＦＥＣの各バースト誤り訂正期間（ＢＥＣＰ）中の少なくとも２つの状態間の信号の偏光を変更するために（ＦＥＣとともに使用する）偏光スクランブリングを与える方法および装置を使用する。各ＢＥＣＰ中に少なくとも１回偏光を変更することによって、各ＢＥＣＰ中に信号が受けるＰＭＤを変化させ、すべての波長チャネルに対して同時に訂正期間よりも短い期間継続するようにＰＭＤ誘導「停電」を効果的に制限する。ＦＥＣはその場合、発生する支配的な誤りを効果的に補正し、それによってＰＭＤに対するシステム耐性を改善し、システム停電を防止することができる。（ＢＥＣＰは時間の単位であり、これはバースト誤り訂正長さ（ＢＥＣＬ）×ビット期間に等しい。ＩＴＵ標準Ｇ．７０９の場合、ＢＥＣＬ＝１０２４ビットである。したがって、Ｇ．７０９標準化１０．７−Ｇｂ／ｓシステムでは、ＢＥＣＰは約

である。

図１Ａ〜図１Ｄは本発明の作動原理を示す。図１Ａ〜図１Ｂは偏光スクランブラ・モジュール（ＰＳＭ）なしの場合を示す。図１Ａ〜図１Ｂに示すように、ＰＭＤは時々ひどい信号波形歪みを引き起こし、その結果連続的なまたは非常に頻繁な誤りが生じる。そのようなＰＭＤ誘導歪みは一般に数ミリ秒から最大数分まで継続する。

所与のＦＥＣコードに対して、ＦＥＣフレーム（またはブロック）当たり訂正可能な誤りの最大数Ｎ_{ｍａｘ＿ｆｒａｍｅ}がある。また、ＦＥＣフレーム当たり訂正可能な連続的なバースト誤りの最大数Ｎ_{ｍａｘ＿ｂｕｒｓｔ}がある（これは本明細書ではＢＥＣＬと呼ばれ、一般にＮ_{ｍａｘ＿ｆｒａｍｅ}以下である）。誤りが非常に頻繁に起こるので各ＦＥＣフレーム期間（通常マイクロ秒程度）中に誤りの数がＮ_{ｍａｘ＿ｆｒａｍｅ}を超えるか、またはＮ_{ｍａｘ＿ｂｕｒｓｔ}を上回る回数連続的に起こる場合、ＦＥＣは誤りを訂正することができない（より多くの誤りを発生することさえある）。（割り振られたマージンがあっても）システムがＰＭＤのためにその間故障するこれらのイベントは、ＰＭＤ誘導停電イベントと呼ばれ、図１Ｂに示される。

ＰＳＭを使用して、本発明の一態様によれば、各ＦＥＣフレーム中に（伝送中に信号が受ける）ＰＭＤをスクランブルすると、図１Ｃに示すように、（ＰＭＤによる）連続的な誤りがＮ_{ｍａｘ＿ｂｕｒｓｔ}よりも長く継続するように、ＰＭＤはその元のマクスウェル分布の近くに再分布される。そうすることによって、ＦＥＣフレーム期間の時間分解能を見た場合、誤りは実質的に一様に分布し、したがってＦＥＣによって効果的に訂正することができ、適切なシステム・マージンがＰＭＤに対して割り振られることになる。無限時間期間にわたる（ＦＥＣ訂正前の）誤りの合計数はＰＳＭなしとＰＳＭありの２つの場合について同じになることが理解できる。ＰＭＤの再分布により、さもなければＰＭＤ停電イベントになるであろう間にＦＥＣは効果的に誤りを訂正することが可能になり、図１Ｂに示すように、ＰＭＤ誘導ＯＰが実質的に低減される。

本発明によるシステム２０の一実施形態を図２に示す。動作は、まず高速信号（たとえばＯＣ１９２）をＦＥＣエンコーダ２０１によってＦＥＣ符号化し、次いでそれを使用して光源２０２からの光を変調し、光信号の１つの波長チャネル２０３を形成する。複数のそのようなチャネルを同様に符号化し、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）２０４で多重化して、リンク上で伝送するための光信号を形成する。リンクは１つまたは複数の伝送スパン２０５を備える。伝送スパン２０５は好ましくは、１つまたは複数の伝送ファイバ・スパン２０６、１つまたは複数の光増幅器２０７（たとえばＥＤＦＡ）および必要な場合、分散補償モジュール（ＤＣＭ、図示せず）を備える。

図２に示される実施形態では、分散スクランブラ・モジュール（ＰＳＭ）２０８がスパン２０５内に配置される。１つまたは複数のＰＳＭ２０８をリンクに沿って分布させることができる（たとえば１つまたは複数のＰＳＭを１つまたは複数の増幅スパンに追加することができる）ことを当業者なら理解できる。

本発明による（Ｎ個のノードをもつシステムにおいてノード当たり２個のＰＳＭを使用した）ＦＥＣ符号化を使用したシステムの別の実施形態を図３に示す。本明細書で使用する際、「ノード」という用語は１つまたは複数のＰＳＭを有するシステムまたはネットワークにおける任意の点をさす。各ノードの２つのＰＳＭは好ましくは（以下でさらに説明するように）２つの異なる周波数で駆動される。

本発明によるＰＳＭ４００の一実施形態を図４に示す。図４に示すように、ＰＳＭ４００は回転可能な半波長板デバイス４１０および駆動回路４２０を備える。当業者なら理解できるように、回転可能な半波長板デバイス４１０は偏光変更デバイスまたは偏光コントローラとして効果的に働く。あるいは、位相変調器、回転可能な１／４波長板などを含む他のデバイスを使用して、送信光信号の偏光を変更または制御することができる。本明細書で使用する際、「偏光コントローラ」とは、限定はしないが、上述のものを含む任意のタイプの偏光変更デバイスをさす。

図５は本発明の実施形態によって使用することができる駆動回路５００の一実施形態を示す図である。図５から理解できるように、参照クロック信号５０１が実質的に正弦波のＲＦ駆動信号５０４、５０５を発生するようにプロセッサ５０２に入力される。プロセッサ５０２は集積回路、または１つまたは複数の駆動信号５０４、５０５を発生することが可能な任意の他のデバイスとすることができる。

駆動信号５０４、５０５は好ましくは同じ周波数を有し、互いに可変の遅延を有することができる。駆動信号５０４、５０５は本発明による偏光コントローラを駆動するために使用することができる。

光増幅器５０６、５０７を使用して（破線で示される）偏光コントローラ５１０を駆動する前に駆動信号５０４、５０５を増幅することができる。駆動回路５００は偏光コントローラ５１０と統合することができるか、または別個のデバイス／構成要素とすることができることが理解される。

さらに、駆動回路５００は上述の本発明の代替実施形態によって位相変調器ベース偏光コントローラ・デバイスを駆動するために単一の正弦波駆動信号を発生するように構成できることを当業者なら理解することができる。

再び図２を参照すると、ＰＳＭ２０８は好ましくは、ＰＳＭによる損失によるＯＳＮＲ劣化が実質的に最小限に抑えられるように、信号電力が比較的高いリンクに沿って（たとえば光増幅器の後に）配置される。また、ＰＳＭ２０８は、ＰＭＤがより効果的に再分布されるようにリンクに沿って実質的に一様に分布される（たとえばリンク内のスパンのＰＭＤ値に基づいてリンクに沿って離間する）ことが好ましい。

ＰＳＭ２０８は、たとえば、単一段ＬｉＮｂＯ_３ベース位相変調器、または十分な偏光スクランブリングを与える任意の他のデバイスを備えることができる。好ましくは、少なくとも２つのＰＳＭが（「互いに素」である）異なる周波数で駆動され、入力信号の偏光状態とは無関係に、信号偏光をランダム化するために所与のノードにおいて一緒に使用される。本明細書で使用する「互いに素」とは、より高い周波数の（丸め後の）最初の２つの有効数字に関して互いに素である（すなわち、それらが１を除いて何ら共通の因数を有しない）ことをさす。たとえば、１０．９ＭＨｚと８．２ＭＨｚは、丸め後に１０．９は１１になり、８．２は８になり、１１と８は互いに素であるので互いに素になると本明細書では考えられる。追加の例として、１５．２と３０．１は丸め後に１５と３０は互いに素でないので互いに素とは考えられない。

システム２０の受信器側では、送信された光信号のＷＤＭチャネルがデマルチプレクサ２１０によってデマルチプレクスされ、次いで受信器２２０で個々に検出される。信号は次いで元のデータ信号を得るためにＦＥＣデコーダ２３０でＦＥＣ復号される。

リンクの瞬時ＰＭＤはベクトルΩで表され、その長さはファイバ・リンクの２つの原理偏光状態（ＰＳＰ）間のＤＧＤに等しく、その方向は最大遅延ＰＳＰと整合する。一般に、ＤＧＤの分布は、図６Ａのプロットに示すようにマクスウェル分布に従う。（マクスウェル分布の尾部に向かう）いくつかのまれな状況では、瞬時｜Ω｜が平均リンクＤＧＤ、

（またはＤＧＤ）よりもはるかに大きくなることがあり、その結果大きな損失が生じる。停電確率（ＯＰ）は通例事前割り振られた量（たとえば所要ＯＳＮＲで２ｄＢ）よりも大きいＰＭＤ損失を有する確率にアクセスために使用される。ＯＰはできるだけ小さくすることが望ましい。
数値シミュレーションは本発明の実施形態による分布ＰＳＭを使用してＯＰを低減することができることを示している。図６Ｂに示すように、瞬時

が成り立つ停電イベントを仮定すれば、瞬時｜Ω｜はリンクの途中にＰＳＭを挿入することによって再分布される。新しい分布は次のようにして得られる。まず、Ω_１＋Ω_２＝Ωを満足するリンクΩ_１およびΩ_２の第１および第２の半分のＰＭＤベクトルのすべての可能な対、およびそれらの発生確率を見つける。｜Ω_１｜および｜Ω_２｜の分布を図６Ｃ〜図６Ｄに示す。各（Ω_１、Ω_２）対に対して、（ＰＳＭの機能をエミュレートするために）すべての可能な状態を一様にサンプリングしてポアンカレ球（Ｐｏｉｎｃａｒｅ ｓｐｈｅｒｅ）上でΩ_１を回転し、新しいＰＭＤベクトルΩ_ｎｅｗを得るためにそれをΩ_２と合計する。次いですべてのサンプリングされたＤＧＤ値の相対確率を計算し、それらを繰り込む（ｒｅｎｏｒｍａｌｉｚｅ）ことによって｜Ω_ｎｅｗ｜の分布を得る。明らかに、新しい分布はもはや３

付近に隔離されないが、

付近に実質的な部分を有する。

上記のプロセスを２つまたはそれ以上の分布ＰＳＭ２０８をもつ場合について繰り返した。図７Ａ〜図７Ｂはそれぞれ２つおよび６つの一様に分布したＰＳＭをもつ新しいＤＧＤ分布を示す。ＰＳＭ２０８の数が増加すると、ＤＧＤ分布は元のマクスウェル分布に近くなる。

が成り立つとすれば、マクスウェル分布は｜Ω_ｉ｜が

に近くなることを強く支持するので、ｉ番目のセクションのＤＧＤ分布｜Ω_ｉ｜は｜Ω｜／（Ｎ＋１）（ＮはＰＳＭの総数）付近に分布する可能性があることを当業者なら理解できよう。分布偏光スクランブリングでは、新しいΩをすべての部分ＰＭＤベクトルの４次加算として見ることができ、その中間値は

のように近似することができる。
Ｎが十分大きくなると、新しい中間ＰＭＤは

に近づく。これは分布ＰＳＭの使用による停電イベントからその元のマクスウェル分布までの新しいリンクＤＧＤ分布の収束を定性的に説明する。
停電防止のためのＰＳＭ速度要件

リンクＤＧＤを停電イベント中に元のマクスウェル分布に効果的に再分布するために、（使用されるＦＥＣコードおよびシステム・データ転送速度に緊密に関係する）ＰＳＭ２０８の速度要件は重要なパラメータである。一般に、ＦＥＣコードはＦＥＣフレーム当たりの誤りの最大数Ｎ_{ｍａｘ＿ｆｒａｍｅ}および連続的なバースト誤りの最大数Ｎ_{ｍａｘ＿ｂｕｒｓｔ}を訂正することが可能である。ＲＳ−ＦＥＣはＮ_{ｍａｘ＿ｂｕｒｓｔ}がＮ_{ｍａｘ＿ｆｒａｍｅ}に等しいという有利な特徴を有する。ＩＴＵの推奨ＦＥＣ（Ｇ．７０９標準）の一バージョンでは、インターリービング深さ１６のＲＳ（２５５２３６）コードが使用され、Ｎ_{ｍａｘ＿ｂｕｒｓｔ}＝Ｎ_{ｍａｘ＿ｆｒａｍｅ}＝８×１６バイト（または１０２４ビット）になる。対応するバースト誤り訂正期間（ＢＥＣＰ）は１０Ｇｂ／ｓシステムでは０．１μｓ（４０Ｇｂ／ｓシステムでは０．０２５μｓ）である。各ＢＥＣＰ中に少なくとも１回偏光状態を変更するために、ＰＳＭの速度を１０Ｇｂ／ｓシステムでは１０ＭＨｚよりも大きく、４０Ｇｂ／ｓシステムでは４０ＭＨｚよりも大きくする必要がある。多数のデータ転送速度が共存するシステム（たとえば１０Ｇｂ／ｓチャネルを４０Ｇｂ／ｓチャネルと混合したシステム）では、最小速度要件は好ましくは最高データ転送速度によって決定される。速度要件はＰＳＭが伝送リンクに沿った多数のノードに分布される場合に緩和することができる。ノードの数（Ｎ）が大ききければ大きいほど各ＰＳＭの所要最小速度は低くなる。ＬｉＮｂＯ_３ベースＰＳＭは最高数ＧＨｚの速度での偏光スクランブリングが可能であり、本発明によって使用することができる。大きいバースト誤り訂正能力をもつ高度ＦＥＣコードを使用して、ＰＳＭ２０８の速度要件を緩和することができる。

分布ＰＳＭの使用による性能改善にアクセスし、以下で述べる。リンクＤＧＤを元のマクスウェル分布に再分布する理想化されたまたは十分なＰＭＤスクランブリングを仮定するＰＭＤ誘導ＯＰについて考えた。新しいリンクＤＧＤがまだシステム停電を引き起こすのに十分大きい（またはそれがまだ特定の｜Ω｜よりも大きい）場合、ＰＳＭをもつＮ個のノードを介したＰＭＤスクランブリング後でもＰＭＤ停電が起こることがあるという小さい確率があることを理解した。（十分なＰＭＤスクランブリング、ＯＰ_{ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ}後の）新しいＯＰは

と書くことができる。上式で、Ｍ（ｘ）は、ＤＧＤが平均

でマクスウェル分布されると仮定してｘよりも大きいＤＧＤを得る確率、すなわち

である。Ｍ^−１（ｙ）はＭ（ｘ）の逆関数である。図８は元のＯＰが１０^−３になると仮定するためのＮに対する新しいＯＰの依存性を示す（点線は十分なＰＭＤスクランブリング）。新しいＯＰはＮの増加とともに実質的に低減される。約１０ＰＳＭでＯＰの１０桁超の低減を達成することができる。

不十分な偏光スクランブリング速度下での停電防止の性能は実際上重要である。不十分なスクランブリング速度の影響はＰＳＭの有効数の減少である。ＰＳＭによって起こる偏光の変化が正弦波であり、加法的であると仮定すると、その影響を考慮に入れるために式（３）を

のように拡張することができる。上式で、ｐは実際のＰＳＭ速度と所要速度との比である。たとえば、標準のＲＳ−ＦＥＣを使用した１０Ｇｂ／ｓシステムで８ＭＨｚ速度でＰＳＭに対してｐ＝０．８である。ｐ＝０．８での停電防止性能を図８に破線で示す。不十分なＰＳＭ速度は性能を劣化させるが、ＯＰはＰＳＭを設置する約１０個のノードで１０^−３から＜１０^−１２に著しく低減することができる。上記の結果から理解できるように、本発明はＰＭＤ誘導システム停電を有効になくすことができる。

ＰＭＤ耐性の改善
ＰＭＤに対するＯＳＮＲ損失の依存性はＰＭＤに対するシステム耐性を評価する際に重要である。図９Ａ〜図９Ｂはそれぞれ非ゼロ復帰（ＮＲＺ）およびオンオフキー（ＯＯＫ）および差分位相シフト・キーイング（ＤＰＳＫ）伝送システムにおいて平均ＰＭＤの関数として１０^−１５のＢＥＲを達成するための（ＦＥＣなしおよびＰＭＤなしの場合と比較した）相対所要ＯＳＮＲを示す。ＦＥＣを使用しない場合、決定しきい値および位相はビットごとに最適化されるか、またはＰＭＤが遅く変化し、受信器がその変化を追跡することができると仮定して、瞬時ＰＭＤの各場合に対して最適化される。平均システムＤＧＤがビット期間（Ｔ）の約１７％に達すると２ｄＢのＯＳＮＲ損失が起こる。ＲＳ−ＦＥＣを使用した場合、決定しきい値および位相は各平均ＰＭＤに対してフレームごとに最適化される。ＦＥＣはＯＳＮＲ要件に対する６．５ｄＢ改善を与える。ＰＭＤが増加すると、ＰＳＭがない場合とある場合との間でＰＭＤ耐性に実質的な差が生じる。ＦＥＣおよびＰＳＭがあるＮＲＺ−ＯＯＫシステムの（２ｄＢ損失での）ＰＭＤ耐性は約０．２４Ｔで、ＦＥＣはあるがＰＳＭがない場合よりも約７０％大きい。ＮＲＺ−ＤＰＳＫシステムでＲＳ−ＦＥＣを使用した場合、ＰＭＤ耐性はそれぞれ分散ＰＳＭなしで約０．１７Ｔ、分散ＰＳＭありで約０．３１Ｔである。分散ＰＳＭを使用するとＦＥＣありのシステムのＰＭＤ耐性はほぼ２倍になる。送信器にＰＳＭを置くだけでは、そのような性能改善を達成することはできず、「悪い」ＰＭＤを回避することができないことに留意されたい。またＦＥＣはあるがＰＳＭがない場合のＰＭＤ耐性はＦＥＣなしの場合よりも小さくなる。これは未訂正ＢＥＲに対する（ＦＥＣによる）訂正済ＢＥＲの「非線形性」依存性のためであり、その結果、図１０に示すように、未訂正ＢＥＲが（ＰＭＤのために）ごくわずかに増加した場合、通常訂正済ＢＥＲのはるかに大きい増加が生じる。したがって、ＦＥＣが実装されるシステムでＰＳＭによって与えられる利点をとることは非常に有益である。

より強力なＦＥＣコード（すなわち、所与の訂正済ＢＥＲに対してＲＳ−ＦＥＣよりも高い未訂正ＢＥＲしきい値を有するＦＥＣコード）を本発明とともに使用した場合、十分なＰＭＤスクランブリングの基準が満足されれば、ＰＭＤ耐性をさらに高めることができる。本発明は、限定はしないが、リード−ソロモン・コード、連結ブロック・コード、重畳コードおよび様々なインターリーブ深さをもつコードを含む、様々なＦＥＣコードを使用したシステムおよび伝送方法に適用可能であることを当業者なら理解できよう。

さらに、本発明はまた、ＮＲＺまたはゼロ復帰（ＲＺ）信号フォーマッティング、および／またはＯＯＫ、ＤＰＳＫ、差分４相位相シフト・キーイング（ＤＱＰＳＫ）変調フォーマッティングなどを使用したシステムに適用可能である。

さらに、ＦＥＣをもつシステムでＰＳＭを使用してＰＤＬおよびＰＤＧに対する耐性を著しく改善することができる。ＰＭＤ軽減に関して上述したように、本発明はＰＤＬおよびＰＤＧを迅速に再分布してＦＥＣに伝送誤りを訂正させることによってＰＤＬおよびＰＤＧ誘導停電を実質的に低減し、停電確率を実質的に下げるのに有効である。

好ましくは、ＰＳＭ速度（すなわち、正弦波駆動信号の周波数）は約ＢＲ／（ＦＥＣ−ＢＥＣＬ×Ｎ）超である（たとえば１つまたは複数のＰＳＭおよびＩＴＵ標準Ｇ．７０９推奨ＲＳ−ＦＥＣをもつ５つのノードをもつ１０Ｇｂ／ｓシステムでは２ＭＨｚまたは４０Ｇｂ／ｓシステムでは８ＭＨｚ）。

本発明による偏光スクランブラ・モジュールはまた、信号ビットの位相をスクランブルし、（データ転送速度ＢＲに匹敵する）超高速での偏光スクランブリングは大きい信号スペクトル拡がり（たとえば送信信号のスペクトルの約２倍）および損失を引き起こすことがあることに留意されたい。好ましくは、ＰＳＭ速度は約ＢＲ／Ｎを下回る（すなわち、１０個のノードをもつ１０Ｇｂ／ｓシステムでは１ＧＨｚまたは４０Ｇｂ／ｓシステムでは４ＧＨｚ）。

ＦＥＣ訂正機能を利用するために、スクランブリング速度を約ＢＲ／（８×ＩＤ）未満に制限することが望ましく、ここでＩＤはシステムで使用されるＦＥＣのインターリービング深さである（注意：８は（ＦＥＣがデータを処理する）バイトとビットの間の比である）。たとえば、ＩＴＵ標準Ｇ．７０９（ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｇ．７０９／Ｙ．１３３１、「Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｎｅｔｗｏｒｋ」、２００１年２月）はＩＤ＝１６を推奨している。したがって４０Ｇｂ／ｓシステムでは、ドライバ周波数は好ましくは約３００ＭＨｚ未満である。

要約すると、好ましいドライバ周波数は約ＢＲ／（ＦＥＣ−ＢＥＣＬ×Ｎ）と約ＢＲ／（８×ＩＤ）およびＢＲ／Ｎのうちの小さい方との間である。
さらに、ＰＭＤＣに優る本発明の１つの利点は、本発明は偏光モニタリングおよびフィードバック制御を必要とせず、セットアンドフォゲット（ｓｅｔ−ａｎｄ−ｆｏｒｇｅｔ）モードで動作できることであるということを当業者なら理解できよう。

以上、本発明について例示的な実施形態に関して説明したが、この説明は限定的な意味で解釈すべきではない。説明した実施形態の様々な変更、ならびに本発明が属する技術分野の当業者に明らかである本発明の他の実施形態は、添付の特許請求の範囲に明記された本発明の原理および範囲内に入ると考えられる。

Ａ〜Ｄは本発明の実施形態の作動原理を示すプロット図である。 本発明によるシステムの一実施形態を示す図である。 本発明によるシステムの別の実施形態を示す図である。 本発明による偏光スクランブラ・モジュールの一実施形態の図である。 本発明によって使用することができる駆動回路の一実施形態を示す図である。 リンク差動群遅延（ＤＧＤ）のマクスウェル分布を示すプロット図である。 リンクの途中に１つの分散スクランブラ・モジュール（ＰＳＭ）がある停電イベント中のリンクＤＧＤ分布を示すプロット図である。 停電中のリンクの第１の半分のＤＧＤ分布を示すプロット図である。 停電中のリンクの第２の半分のＤＧＤ分布を示すプロット図である。 ２ＰＳＭでの停電中のリンクＤＧＤ分布の分布を示すプロット図である。 ６ＰＳＭでの停電中のリンクＤＧＤ分布の分布を示すプロット図である。 理想化されたＰＭＤスクランブリング（点線）を仮定し、不十分なスクランブリング速度（破線）をもつ停電確率（ＯＰ）対ＰＳＭの数を示すプロット図である。 ＦＥＣなし（円）、ＦＥＣありかつＰＳＭなし（正方形）、およびＦＥＣおよびＰＳＭあり（菱形）でのＮＲＺ−ＯＯＫシステム（左）およびＮＲＺ−ＤＰＳＫシステム（右）におけるＰＭＤに応じてＢＥＲ＝１０^−１５を達成するための相対所要ＯＳＮＲを示すプロット図である。 ＦＥＣなし（円）、ＦＥＣありかつＰＳＭなし（正方形）、ＦＥＣおよびＰＳＭあり（菱形）でのＮＲＺ−ＯＯＫシステム（左）およびＮＲＺ−ＤＰＳＫシステム（右）におけるＰＭＤに応じてＢＥＲ＝１０^−１５を達成するための相対所要ＯＳＮＲを示すプロット図である。 未訂正ＢＥＲに対する（ＦＥＣによる）訂正済ＢＥＲの依存性を示すプロット図である。

Claims (10)

1. 順方向誤り訂正を使用して光信号を伝送するための光通信システムのＮ個のノードのうちの少なくとも１つにおいて使用する偏光スクランブラ装置であって、
   Ｍ個の偏光コントローラと、
   複数の周波数ｆ_１．．．ｆ_Ｍのうちの少なくとも１つで前記Ｍ個の偏光コントローラを駆動するように適合された駆動回路を備え、
   ｆ_１≧ｆ_２．．．≧ｆ_Ｍ、
   ｆ_１≧約ＢＲ／（ＢＥＣＬ×Ｎ）、および
   ＢＲは前記光信号の最高ビット転送速度であり、ＢＥＣＬは前記光通信システムにおいて使用される順方向誤り訂正の最大バースト誤り訂正長さである偏光スクランブラ装置。
2. ｆ_１≦約ＢＲ／（ＩＤ×８）であり、ＩＤは前記光通信システムにおいて使用される前記順方向誤り訂正のインターリービング深さである請求項１に記載の装置。
3. 前記偏光コントローラが波長板を備える請求項１に記載の装置。
4. 前記波長板が固定の遅軸および速軸を有する請求項３に記載の装置。
5. 前記波長板が回転可能な遅軸および速軸ならびに前記波長板の２つの原理偏光状態間の調節可能な位相遅延を有する請求項３に記載の装置。
6. 順方向誤り訂正を使用して光信号を伝送するための光通信システムのＮ個のノードのうちの少なくとも１つにおいて使用する光通信方法であって、
   ｆ_１≧ｆ_２．．．≧ｆ_Ｍ、
   ｆ_１≧約ＢＲ／（ＢＥＣＬ×Ｎ）
   となるように、複数の周波数ｆ_１．．．ｆ_Ｍのうちの少なくとも１つでＭ個の偏光コントローラを駆動する工程を含み、
   ＢＲは前記光信号の最高ビット転送速度であり、ＢＥＣＬは前記光通信システムにおいて使用される順方向誤り訂正の最大バースト誤り訂正長さである光通信方法。
7. ｆ_１≦約ＢＲ／（ＩＤ×８）であり、ＩＤは前記光通信システムにおいて使用される前記順方向誤り訂正のインターリービング深さである請求項６に記載の方法。
8. 前記複数の周波数ｆ_１．．．ｆ_Ｍのうちの少なくとも２つが等しくない請求項６に記載の方法。
9. 前記少なくとも２つの周波数が互いに素である請求項８に記載の方法。
10. 順方向誤り訂正を使用して光通信システムのＮ個のノードのうちの１つまたは複数において偏光スクランブルを行うための装置であって、
    複数Ｍの偏光コントローラ手段と、
    ｆ_１≧ｆ_２．．．≧ｆ_Ｍ、
    ｆ_１≧約ＢＲ／（ＢＥＣＬ×Ｎ）
    となるように、複数の周波数ｆ_１．．．ｆ_Ｍで前記偏光コントローラ手段を駆動するための手段と
    を備え、
    ＢＲは前記光信号の最高ビット転送速度であり、ＢＥＣＬは前記光通信システムにおいて使用される順方向誤り訂正の最大バースト誤り訂正長さである装置。
    

Images