JP2006165885A - 波長監視制御装置および波長多重伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 波長多重伝送装置のレーザ素子の経年劣化による波長変動に対して、相手方の波長多重伝送装置の受信信号の誤り率をモニタして最適な状態に補正する。
【解決手段】 受信側で検出した誤り率を収集する誤り率収集手段と、定周期で処理を行い、最初に取得した現在の誤り率に対応したレーザ素子の当初温度に対して所定値だけ上下する調整温度を決めて指示を出し、その後、この所定値だけ上下した調整温度にそれぞれ設定されたレーザ素子からの受信信号の誤り率を取得し、現在の誤り率と上下した調整温度に対応する誤り率の中で最小の誤り率を抽出し、最小誤り率に対応する調整温度に設定する指示を出す波長追尾手段と、この調整温度の指示に基づいてレーザ素子の調整温度を設定する制御信号をレーザ素子の温度調整手段に出力する調整温度制御手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、波長多重伝送システムに関し、特に光送信器に使用するレーザ素子の出力光信号の波長を安定化させる波長監視制御装置および波長多重伝送装置に関するものである。

光ファイバを用いたネットワークを介して通信を行う波長分割多重システムでは、送信側の波長多重伝送装置の光送信器に使用しているレーザ素子から出力される光信号の波長を常に一致させる必要がある。従来、そのための方法としては次のような技術がある。
自動光強度制御によって光強度が制御されているレーザ素子からの出力光信号を、光スプリッタを使用して２分岐し、その一方を送信用として用い、他方をさらに別の光スプリッタにより２方向に分離する。分離された一方の光信号を、光の透過率が光波長依存性を持つ波長フィルタを通した後、第１受光素子で受け、光波長依存性に応じた電圧Ｖｐｄ１を得る。もう一方の分離された光信号は、そのまま第２受光素子で受け、光波長依存性を持たない電圧Ｖｐｄ２として得るようにしている。この電圧Ｖｐｄ２を任意に設定し、電圧Ｖｐｄ１とＶｐｄ２の差を常に一定にすることにより、レーザ素子の出力光波長を所望の光波長にセットすることができる。そのため、これら電圧Ｖｐｄ１とＶｐｄ２を比較して得た誤差信号を温度制御回路へフィードバックし、熱電子冷却素子の温度を制御し、この素子上に搭載されたレーザ素子の活性層の温度を一定に保つようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１では、レーザ素子、上記制御系の光スプリッタ、波長フィルタおよび受光素子を、同じ熱電子冷却素子上に集積化して光送信器の小型化を図る場合に起る問題についての対応策について記載している。すなわち、レーザ素子は経年劣化し発光効率が減少した場合、自動光強度制御回路によって注入電流量が増加し、その結果として、半導体レーザの活性層の温度が上昇する。そこで、予めこの劣化状態を擬似再現し、それを補正するための注入電流の補正値を定めて記憶しておき、上記電圧Ｖｐｄ１とＶｐｄ２を比較するときに、波長フィルタを介さない側の第２受光素子で発生する電圧Ｖｐｄ２に、経年劣化による変化が現れた電圧Ｖｐｄ１の変動分に対応して上記予め記憶した補正電圧を与えるようにしている。

特開２００２−２７０９５４号公報

従来の波長多重伝送装置は、以上のように、レーザ素子の出力光波長を常時モニタし、光波長が規定の波長と同じになるように調整温度を変更して、波長変動を抑止するようにしているが、光学的な構造を含み、経年劣化に対する補正値を予め準備しておく必要があるため、その構成は、細かい調整や事前セッティングを要し、また、それがコスト高となるなどの問題となる。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、波長多重伝送装置のレーザ素子の経年劣化による波長変動に対して、相手方の波長多重伝送装置の受信信号の誤り率をモニタして最適な状態に補正する波長監視制御装置および波長多重伝送装置を得ることを目的とする。

この発明に係る波長監視制御装置は、レーザ素子により光強度変調された波長の光信号を生成し、この光信号を波長多重して光伝送路を介して伝送する送信側の波長多重伝送装置と、光伝送路の他地点で伝送されて来た光信号を受信して波長を分離し、分離された波長の光信号を受光器で電気的な受信信号に変換して再生処理する受信側の波長多重伝送装置とのに設けられ、レーザ素子の波長を制御する波長監視制御装置であって、受信側の波長多重伝送装置で受信信号から検出した誤り率を収集する誤り率収集手段と、定周期で処理を行い、各周期の最初に取得した現在の誤り率に対応したレーザ素子の当初温度に対して所定値だけ上下する調整温度を決めて指示を出し、その後、この所定値だけ上下した調整温度にそれぞれ設定されたレーザ素子からの受信信号の誤り率を誤り率収集手段により取得し、現在の誤り率と所定値だけ上下した調整温度に対応する誤り率の中で最小の誤り率を抽出し、この最小誤り率に対応する調整温度に設定する指示を出す波長追尾手段と、この波長追尾手段からの調整温度の指示に基づいてレーザ素子の調整温度を設定する制御信号を、レーザ素子の温度調整手段に出力する調整温度制御手段とを備えたものである。

この発明によれば、光送信器に使用するレーザ素子の調整温度を、受信信号の誤り率が最も良い方向になるように設定するように定周期で処理するため、レーザ素子の経年劣化による波長変動を追尾的に抑止し、高品質な光伝送を提供できる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１から実施の形態３による波長監視制御装置を適用した波長多重伝送システムの概略構成を示すブロック図である。なお、この図では波長多重伝送システムとして波長多重伝送装置を送信側（符号１０）と受信側（符号２０）に分けた構成で示しているが、実際の波長多重伝送装置は、送受信の両機能を持つことが一般的であり、省略して示している。
図１において、送信側の波長多重伝送装置１０は、レーザダイオード（以下、レーザ素子とする）を有する複数（各チャネル）の光送信器１１、それぞれの光送信器に対応した温度調整部１２および波長多重部１３で構成されている。光送信器１１は、主信号源８から入力される送信データである電気信号で光強度変調を行い、光信号を出力する手段である。波長多重部１３は、複数の光送信器１１からの出力光信号を波長多重し光伝送路３０に出力する手段である。光伝送路３０は、波長多重部１３で波長多重された光信号を光ファイバに結合し受信側の波長多重伝送装置２０に伝送する手段である。

受信側の波長多重伝送装置２０は、複数（各チャネル）の光受信器２１、それぞれの光受信器に対応した主信号再生部２２、波長分離部２３、誤り率モニタ部２４、および波長分離部２３で構成されている。波長分離部２３は、波長多重された光信号から各光波長の信号を分離する手段である。それぞれの光受信器２１は、分離された波長の光信号を電気信号（受信信号）に変換する手段である。主信号再生部２２は、変換された電気信号を増幅およびリタイミングなどの信号再生処理を行い、主信号を再生する手段である。誤り率モニタ部２４は、光受信器２１から取り出された受信信号の誤り率（ビットエラーレート）を検出する手段である。

この実施の形態１では、波長多重伝送装置１０，２０に対して、例えばパーソナルコンピュータからなる波長監視制御装置４０が設けられている。波長監視制御装置４０は、誤り率収集部４１、波長追尾部４２および調整温度制御部４３を備えている。誤り率収集部４１は、誤り率モニタ部２４により検出した受信信号の誤り率を収集する手段である。波長追尾部４２は、定周期で処理を行い、誤り率収集部４１により収集した誤り率に基づいて、光送信器１１の出力光信号の波長を設定するための調整温度を決定し、調整温度制御部４３へ調整温度に応じた制御を指示する手段である。調整温度制御部４２は、波長追尾部４２からの指示に応じて調整温度の制御信号を温度調整部１２へ与える手段である。なお、波長監視制御装置４０と波長多重伝送装置１０，２０間の通信は、ＷＡＮやＬＡＮなどのネットワークを介して行われるものとする。

図１における波長多重伝送システムの一般動作の概略を説明する。
受信側の波長多重伝送装置１０において、光送信器１１は、主信号源８から入力される電気信号で光強度変調を行い、レーザ素子から出力される光信号を波長多重部１３に与える。波長多重部１３には、他のチャネルの光送信器からの異なる波長の光信号が同様に入力される。これら複数の波長の光信号は、波長多重されて、光ファイバからなる光伝送路３０に結合される。波長多重された光信号は、光伝送路３０を伝播した後、受信側の波長多重伝送装置２０の波長分離部２３により、波長ごとの光信号に分離される。分離された光信号は、光受信器２１の受光素子で電気信号に変換される。電気信号は、主信号再生部２２で増幅やリタイミングなどの信号再生処理が行なわれ、主信号として利用装置（図示せず）に出力される。

次に、この発明が対象とする波長監視制御装置の動作について説明する。
図２は波長監視制御装置の波長追尾動作を示すフローチャートである。波長追尾部４２は、定周期（例えば、１分周期）毎に後述する処理を実施する。
まず、波長追尾部４２は、定周期処理の最初に、誤り率収集部４１に誤り率モニタ部２４で検出した受信信号の現在の誤り率をＸ（０）を収集させる（ステップＳＴ１１）。次に、波長追尾部４２は、調整温度制御部４３に対し当初の温度（現在の誤り率Ｘ（０）を生じた温度）Ｔ_０ に対し温度ａ度（所定値）だけ上げるように指示を出す。温度調整部１２は、調整温度制御部４３からの対応する制御信号に基づいてレーザ素子の調整温度を、Ｔ_０ ＋ａ度に設定する（ステップＳＴ１２）。次に、この設定された温度Ｔ_０ ＋ａ度における受信信号の誤り率Ｘ（＋ａ）を誤り率収集部４１に収集させる（ステップＳＴ１３）。今度は、レーザ素子の調整温度を、Ｔ_０ −ａ度に設定する（ステップＳＴ１４）。この設定された温度における受信信号の誤り率Ｘ（−ａ）を誤り率収集部４１に収集させる（ステップＳＴ１５）。

次に、これまで収集した誤り率Ｘ（０）、Ｘ（＋ａ）およびＸ（−ａ）間の比較を行う。まず、誤り率Ｘ（０）がＸ（＋ａ）およびＸ（−ａ）のいずれに対しても小さいか否かの判定を行い（ステップＳＴ１６）、小さい場合には当初の温度Ｔ_０ を最も良い温度として設定するよう調整温度制御部４３に指示する。この指示に対応する調整温度制御部４３からの制御信号に基づいて温度調整部１２がレーザ素子の調整温度を当初の温度Ｔ_０ に設定する（ステップＳＴ１７）。一方、ステップＳＴ１６において誤り率Ｘ（０）が他の値よりも小さくない場合、Ｘ（＋ａ）とＸ（−ａ）の比較を行う（ステップＳＴ１８）。誤り率Ｘ（＋ａ）がＸ（−ａ）よりも小さい場合、Ｔ_０ ＋ａを最も良い温度として設定するよう調整温度制御部４３に指示し、その制御信号に基づいて温度調整部１２がレーザ素子の調整温度をＴ_０ ＋ａに設定する（ステップＳＴ１９）。これとは反対に、誤り率Ｘ（−ａ）がＸ（＋ａ）よりも小さい場合には、既にステップＳＴ１４においてレーザ素子の調整温度をＴ_０ −ａ度に設定しているので、その状態を維持させればよい。このように、レーザ素子の調整温度は、収集した誤り率Ｘ（０）、Ｘ（＋ａ）およびＸ（−ａ）の中で最小となる値を示した誤り率を検出した時の温度に設定される。また、処理を定期的に実施することで、常に誤り率が最も良い方向にレーザ素子の調整温度を設定することができ、結果としてレーザ素子からの出力光信号の波長の変動を抑止できる。

以上のように、実施の形態１によれば、誤り率収集部により、受信側の波長多重伝送装置で受信信号から検出した誤り率を収集し、波長追尾部により、定周期で処理を行い、各周期の最初に取得した現在の誤り率に対応したレーザ素子の当初温度に対して所定値だけ上下する調整温度を決めて指示を出し、その後、この所定値だけ上下した調整温度にそれぞれ設定されたレーザ素子からの受信信号の誤り率を取得し、現在の誤り率と所定値だけ上下した調整温度に対応する誤り率の中で最小の誤り率を抽出し、この最小誤り率に対応する調整温度に設定する指示を出すようにし、調整温度制御部が、この波長追尾部からの調整温度の指示に基づいて前記レーザ素子の調整温度を設定する制御信号を、レーザ素子の温度調整部に出力するようにしたので、定期的に受信信号の誤り率を用いて光送信器に使用するレーザ素子の調整温度を、常に誤り率が最も良い方向に設定するため、レーザ素子の経年劣化による波長変動を抑止し、高品質な伝送を提供することができる効果が得られる。また、高品質伝送を可能としたことで、波長を多重分離する波長多重分離部のフィルタの仕様の緩和が可能となり、システムコストを下げることが可能となる。

実施の形態２．
この実施の形態２は、図１の構成において、上記実施の形態１とは定周期で実施する処理の内容が一部異なる。上記実施の形態１では、最終的に設定する調整温度を決定するために、誤り率を収集する際にレーザ素子の調整温度を当初温度Ｔ_０ に対して±ａ度と上下させているが、実施の形態２の場合には、ａ＞ｂ（第２の所定値）とする±ｂ度で温度設定する。
図３は実施の形態２に係る波長監視制御装置の波長追尾動作を示すフローチャートで、図２にと同じ処理については同一の符号で示し、異なる処理を中心に説明する。
Ｘ（＋ａ）とＸ（−ａ）の比較を行うステップＳＴ１８までは実施の形態１と同じ動作である。ステップＳＴ１８において、誤り率Ｘ（＋ａ）がＸ（−ａ）よりも小さい場合、Ｔ_０ ＋ｂ度を最も良い温度として設定するよう調整温度制御部４３に指示し、調整温度制御部４３からの制御信号に基づいて温度調整部１２がレーザ素子の調整温度をＴ_０ ＋ｂ度に設定する（ステップＳＴ２２）。一方、誤り率Ｘ（−ａ）がＸ（＋ａ）よりも小さい場合には、Ｔ_０ −ｂ度を最も良い温度として設定するよう調整温度制御部４３に指示し、調整温度制御部４３からの制御信号に基づいて温度調整部１２がレーザ素子の調整温度をＴ_０ −ｂ度に設定する（ステップＳＴ２３）。このように、実施の形態１に比べ、誤り率Ｘ（＋ａ）とＸ（−ａ）を検出する際の設定温度よりも小幅な温度にレーザ素子の調整温度を設定するようにしている。

以上のように、実施の形態２によれば、波長追尾部は、最小の誤り率が所定値だけ上下した調整温度に対応した値である場合には、当該所定値より小さい値の第２の所定値だけ当初温度より上または下になる調整温度を設定するように指示を出すようにしたので、定周期の処理で最終的に設定する調整温度の変化幅を小さくできるため、波長変動とは異なる要因、例えば伝送路の急峻な劣化等で誤り率が変動した場合でも、即その影響が調整温度の設定に及ばないようにできる効果が得られる。

実施の形態３．
この実施の形態３は、図１の構成において、上記実施の形態１とは定周期で実施する処理の内容が一部異なる。この実施の形態１では、現在の誤り率Ｘ（０）を収集した後に温度調整の処理が必要かどうかを判定するようにしたものである。
図４は実施の形態３に係る波長監視制御装置の波長追尾動作を示すフローチャートで、図２にと同じ処理については同一の符号で示し、異なる処理を中心に説明する。
最初に、誤り率収集部４１が誤り率モニタ部２４で検出した受信信号の現在の誤り率をＸ（０）を収集した後（ステップＳＴ１１）、その収集した誤り率Ｘ（０）と予め決めた閾値との比較判定を行う（ステップＳＴ３１）。誤り率Ｘ（０）が閾値に達していない場合には、温度調整を不要とし、次の収集周期待ちとなる。一方、誤り率Ｘ（０）が閾値に達している場合には、ステップＳＴ１２以降の温度調整の処理を実施する。

この実施の形態３では、実施の形態１に対して、ステップ３１の判定処理を設けて、現在の誤り率Ｘ（０）が調整必要な閾値より悪い時のみ温度調整の処理を実施するようにしたものであるが、この判定処理は実施の形態２に対して設けてもよい。その場合のフローチャートは図５のようになる。
以上のように、この実施の形態３によれば、波長追尾部は、現在の誤り率が、予め決めた閾値より大きい値の時のみ、レーザ素子の調整温度の設定処理を行うようにしたので、定周期の最初に検出した誤り率が調整必要な値の時だけ処理を実施すればよく、不要な温度制御を行うことにより起る誤り率の劣化および波長変動を抑止できる効果が得られる。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による波長多重伝送システムの概略構成を示すブロック図である。図において、図１に相当する部分には同一符号を付し、その説明は原則として省略する。
この実施の形態４では、波長多重伝送装置１０が、図１で示した波長監視制御装置４０を構成している誤り率収集部４１、波長追尾部４２、調整温度制御部４３を光送信器ごとに備えるようにしたものである。この場合、受信側の波長多重伝送装置２０の誤り率モニタ部２４で検出された誤り率は、例えばインバンド通信（Ｉｎ−Ｂａｎｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：主信号伝送帯域中にデータ信号を挿入して伝送する方式）を用いて誤り率収集部４１に伝送されるように構成されている。
この実施の形態４における波長追尾処理動作としては、上記各実施の形態で説明したと同様なフローが適用されるので、説明を省略する。
なお、上記の代りに、誤り率収集部４１、波長追尾部４２、調整温度制御部４３を受信側の波長多重伝送装置２０に備えさせ、調整温度制御部４３からの制御信号をインバンド通信により送信側の温度調整部１２に送信するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態４によれば、実施の形態１から実施の形態３の波長監視制御装置の誤り率収集部、調整温度制御部および波長追尾部を波長多重伝送装置内に備えさせた点、誤り率の収集または温度調整の制御信号を波長多重伝送装置間のインバンド通信で行っている点で異なるが、処理動作は同じように行うので、同様な効果が得られる。また、波長監視制御装置を介さずに波長多重伝送装置間で直接情報の授受を行うため、常時には波長監視制御装置がないシステム、波長監視制御装置が故障している場合、あるいは波長監視制御装置と波長多重伝送装置間の通信に異常がある場合でもレーザ素子の出力光信号の波長を最適な値に設定することができる。

この発明の実施の形態１から実施の形態３による波長監視制御装置を適用した波長多重伝送システムの概略構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る波長監視制御装置の波長追尾動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る波長監視制御装置の波長追尾動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る波長監視制御装置の波長追尾動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る波長監視制御装置の他の波長追尾動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４による波長多重伝送システムの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０，２０ 波長多重伝送装置、１１ 光送信器、１２ 温度調整部、１３ 波長多重部、２１ 光受信器、２３ 波長分離部、２４ 誤り率モニタ部、３０ 光伝送路、４０ 波長監視制御装置、４１ 誤り率収集部、４２ 波長追尾部、４３ 調整温度制御部。

Claims (7)

1. レーザ素子により光強度変調された波長の光信号を生成し、この光信号を波長多重して光伝送路を介して伝送する送信側の波長多重伝送装置と、光伝送路の他地点で伝送されて来た光信号を受信して波長を分離し、分離された波長の光信号を受光器で電気的な受信信号に変換して再生処理する受信側の波長多重伝送装置との間に設けられ、レーザ素子の波長を制御する波長監視制御装置であって、
   受信側の波長多重伝送装置で受信信号から検出した誤り率を収集する誤り率収集手段と、
   定周期で処理を行い、各周期の最初に取得した現在の誤り率に対応したレーザ素子の当初温度に対して所定値だけ上下する調整温度を決めて指示を出し、その後、この所定値だけ上下した調整温度にそれぞれ設定された前記レーザ素子からの受信信号の誤り率を前記誤り率収集手段により取得し、前記現在の誤り率と前記所定値だけ上下した調整温度に対応する誤り率の中で最小の誤り率を抽出し、この最小誤り率に対応する調整温度に設定する指示を出す波長追尾手段と、
   この波長追尾手段からの調整温度の指示に基づいて前記レーザ素子の調整温度を設定する制御信号を、前記レーザ素子の温度調整手段に出力する調整温度制御手段とを備えたことを特徴とする波長監視制御装置。
2. 波長追尾手段は、最小の誤り率が所定値だけ上下した調整温度に対応した値である場合には、当該所定値より小さい値の第２の所定値だけ当初温度より上または下になる調整温度を設定するように指示を出すことを特徴とする請求項１記載の波長監視制御装置。
3. 波長追尾手段は、現在の誤り率が、予め決めた閾値より大きい値の時のみ、レーザ素子の調整温度の設定処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の波長監視制御装置。
4. レーザ素子により光強度変調された波長の光信号を生成し、この光信号を波長多重して光伝送路を介して他地点の波長多重伝送装置に伝送する波長多重伝送装置において、
   他地点の波長多重伝送装置で受信信号から検出した誤り率を収集する誤り率収集手段と、
   定周期で処理を行い、各周期の最初に取得した現在の誤り率に対応したレーザ素子の当初温度に対して所定値だけ上下する調整温度を決めて指示を出し、その後、この所定値だけ上下した調整温度にそれぞれ設定された前記レーザ素子からの受信信号の誤り率を前記誤り率収集手段により取得し、前記現在の誤り率と前記所定値だけ上下した調整温度に対応する誤り率の中で最小の誤り率を抽出し、この最小誤り率に対応する調整温度に設定する指示を出す波長追尾手段と、
   この波長追尾手段からの調整温度の指示に基づいて前記レーザ素子の調整温度を設定する制御信号を生成する調整温度制御手段と、
   前記制御信号に基づいて前記レーザ素子の調整温度を設定する温度調整手段とを備えたことを特徴とする波長多重伝送装置。
5. 送信側の波長多重伝送装置でレーザ素子により光強度変調された波長の光信号を光伝送路を介して受信する波長多重伝送装置において、
   受信信号から検出した誤り率を収集する誤り率収集手段と、
   定周期で処理を行い、各周期の最初に取得した現在の誤り率に対応した前記送信側の波長多重伝送装置のレーザ素子の当初温度に対して所定値だけ上下する調整温度を決めて指示を出し、その後、この所定値だけ上下した調整温度にそれぞれ設定された前記レーザ素子からの受信信号の誤り率を前記誤り率収集手段により取得し、前記現在の誤り率と前記所定値だけ上下した調整温度に対応する誤り率の中で最小の誤り率を抽出し、この最小誤り率に対応する調整温度に設定する指示を出す波長追尾手段と、
   この波長追尾手段からの調整温度の指示に基づいて前記レーザ素子の調整温度を設定する制御信号を生成し、前記送信側の波長多重伝送装置の調整温度を設定する温度調整手段に送信する調整温度制御手段とを備えたことを特徴とする波長多重伝送装置。
6. 波長追尾手段は、最小の誤り率が、所定値だけ上下した調整温度に対応した値である場合には、当該所定値より小さい値の第２の所定値だけ当初温度より上または下になる調整温度を設定するように指示を出すようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５記載の波長多重伝送装置。
7. 波長追尾手段は、現在の誤り率が予め決めた閾値より大きい値の時のみ、レーザ素子の調整温度の設定処理を行うことを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれか１項記載の波長多重伝送装置。

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