JP2006514505A - 光ファイバ通信システムにおける光再生器 - Google Patents

Abstract

光ファイバ通信システムにおいて、光再生器内の全光非線形デバイスへの入力パワーがモニタされ、再生器が最適化された動作点で動作するように調整される。

Description

本発明は、光ファイバ通信システムで採用される光再生器、特に全光再生器に関する。

光ファイバ通信システムでは、光信号がファイバに沿って伝播するにつれて、その品質は徐々に低下する。以下の様々な効果は信号を損傷する。
−光増幅器に起因する自然放出（ＡＳＥ）雑音の蓄積、つまり、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）の漸進的減少
−波長分散
−非線形効果（自己位相変調、相互位相変調、４光波混合等）
−偏波モード分散
ＡＳＥ雑音の蓄積は、光信号波形を変化させない。しかし、光信号が電流に変換される受信器においては、データ信号とＡＳＥ光の間のビート雑音と、ＡＳＥ光のそれ自身とのビート雑音が、電気雑音を発生させる。

後者の３つの効果は、光信号波形を劣化させる。波長分散による劣化は、原理的には、分散補償ファイバにより補償される。しかし、波長分散の自己および相互位相変調との相互作用は、他の非線形効果および偏波モード分散と同様に、回復不能の損傷をもたらす。

光ファイバ通信システムの評価において、ビット誤り率（ＢＥＲ）は、通常、システム性能のパラメータとして用いられる。ＢＥＲは、１ビットが誤って受信される確率、すなわち、論理１（マーク）が０としてまたは論理０（スペース）が１として検出される確率として定義される。ＢＥＲは、

により与えられる。ここで、ｐｄｆ₁ およびｐｄｆ₀ は、それぞれアイパターンの中央におけるマークおよびスペースの検出電圧の確率分布関数であり、ｘは判定閾値である。

ＡＳＥ雑音が最も深刻な損傷を引き起こすものと仮定すると、全光再生器を持たない従来のシステムの受信器における雑音は、ガウス雑音としてモデル化される（例えば、非特許文献１参照）。したがって、マークおよびスペースの検出電圧の確率分布関数は、

により近似される。ここで、μ₁ およびμ₀ は、それぞれマークおよびスペースの平均値であり、σ₁ およびσ₀ は、それぞれマークおよびスペースの標準偏差である。
ガウス近似では、最適化された閾値電圧は、解析的に

のように表現される。ここでは、ガウス誤差関数

と、いわゆるＱ係数（例えば、非特許文献２参照）

が用いられている。

ＯＳＮＲを回復させ、信号劣化を除去するために、再生器が用いられる。従来の再生器は、光受信器および送信器からなる。受信器は、光信号を電気信号に変換する。受信器は、電気クロック抽出回路と、入力されるマークおよびスペースを判別する判定回路を備える。送信器は、こうして再生された電気信号を光信号に変換し直す。

全光再生器の場合、非線形光学効果を利用して信号を処理することにより、電気信号への変換を回避している。２Ｒ再生器は、光信号を再増幅（re-amplifiy ）および再形成（re-shape）するのみである（したがって、２Ｒ）のに対して、３Ｒ再生器は、再タイミング（re-timing ）をも行う（したがって、３Ｒ）。

全光再生器の中心部品は、光入力パワーと光出力パワーの間の非線形伝達機能を提供する非線形デバイスである。全光非線形デバイスの種類としては、以下のようなものが挙げられる。
−半導体光増幅器（ＳＯＡ）
−非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）
−可飽和吸収体スイッチ（例えば、特許文献１および非特許文献３参照）
−４光波混合（例えば、非特許文献４参照）
−偏光回転スイッチ（例えば、非特許文献５参照）
−スペクトル拡大ファイバ（例えば、非特許文献６および特許文献２参照）

図１に示すような典型的な伝達関数を有する理想的な非線形デバイスの機能は、マークおよびスペースのｐｄｆを再配分することである。理想的ケースでは、この伝達関数は、ビットパターンに依存しない。もし、非線形デバイスの前後において最適化された判定閾値により信号を検出するために、理想的な受信器が使用されれば、ＢＥＲは同じ値になる。しかし、非線形デバイスの背後でさらなるＡＳＥ雑音が付加されれば、ＢＥＲは同じ値にはならず、非線形デバイスの後方の出力ｐｄｆの形状に強く依存する。したがって、ｐｄｆが最適な方法で再配分されれば、ＢＥＲは最小化される。

全光再生器を有するシステムでは、ｐｄｆのガウス近似とＱ値の概念は、マークおよびスペースのｐｄｆの非線形変換による粗い近似としてのみ使用可能である。信号品質は、最適化された判定閾値での直接ＢＥＲ測定により、または、アイパターンの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆの測定により、定量化される必要がある。２Ｒまたは１Ｒ（再増幅のみ）再生器のサイトでは、クロック回復操作を施すことなく、光信号の品質をモニタする方法がある（例えば、特許文献３参照）。ＢＥＲ測定時における判定閾値の最適化には、判定閾値電圧の掃引が必要となる。

光再生器には、光信号をモニタする手段のみならず、伝送システム上にモニタ情報を送信する手段も要求される。全光再生器のためのモニタシステムと、そのモニタシステムを採用する全光再生器は、既に開示されている（例えば、特許文献４および５参照）。
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本発明の課題は、光再生器を最適化された動作点で動作させるモニタ手段を有する光再生器を提供することである。
本発明の別の課題は、再生器の最適化された動作点を光ファイバ通信システムにおける設置時に決定する方法を提供することである。

本発明のさらに別の課題は、再生器の最適化された動作点を光ファイバ通信システムの動作時に調整および微調整する方法を提供することである。
上述したように、ｐｄｆが最適な方法で再配分されれば、非線形デバイスの後方の光信号のＢＥＲは最小化され得る。通常、非線形デバイスの伝達関数は固定されているため、変更可能な唯一のパラメータは、信号の入力パワーである。本発明では、非線形デバイスの入力パワーを調整可能な光再生器を提案する。

本発明の第１の局面において、光再生器は、再生器の入力点における光増幅器、全光非線形デバイス、調整デバイス、第１のモニタデバイス、第２のモニタ、および制御部を備える。

全光非線形デバイスは、光増幅器の後方の光信号の光入力パワーと非線形デバイスの後方の光信号の光出力パワーの間の非線形伝達機能を提供する。調整デバイスは、光出力パワーを再生器からの出力パワーレベルに調整する。第１のモニタデバイスは、光増幅器の後方の光信号をモニタし、第１のモニタ信号を出力する。第２のモニタデバイスは、調整デバイスの後方の光信号をモニタし、第２のモニタ信号を出力する。制御部は、第１および第２のモニタ信号を受信し、第１のモニタ信号に基いて光増幅器を制御し、第２のモニタ信号に基いて調整デバイスを制御する。

本発明の第２の局面において、光再生器は、再生器の入力点における光増幅器、全光非線形デバイス、モニタデバイス、および制御部を備える。
全光非線形デバイスは、光増幅器の後方の光信号の光入力パワーと非線形デバイスの後方の光信号の光出力パワーの間の非線形伝達機能を提供する。モニタデバイスは、光増幅器の後方の光信号をモニタし、モニタ信号を出力する。制御部は、モニタ信号を受信し、モニタ信号に基いて光増幅器を制御する。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図２は、光再生器を採用した光伝送システムを示している。光伝送システムは、光送信器２０１、光受信器２０２、送信器を受信器と接続する光ファイバ２０３、および光ファイバ２０３に沿った光増幅器２０４および光再生器２０５を備える。光増幅器２０４は、光ファイバ２０３を通過する信号光の吸収損失を補償する。

図３は、光再生器を採用した再構成可能な光ネットワークを示している。この再構成可能な光ネットワークは、光終端機器３０１、少なくとも１つの光再構成可能ネットワークノード３０２、ネットワークノード３０２経由で送信器を受信器と接続する光ファイバ３０３、光ファイバ３０３に沿った光増幅器３０４および光再生器３０５、およびネットワーク制御部３０６を備える。光相互接続（ＯＸＣ）または光ａｄｄ−ｄｒｏｐマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）をネットワークノード３０２内に採用可能である。光増幅器３０４は、光ファイバ３０３を通過する信号光の吸収損失を補償し、ネットワーク制御部３０６は、光監視チャネル３０７経由でネットワーク要素３０１、３０２、および３０５と通信する。

図２および３に示した構成では、光再生器２０５および３０５は、それぞれ光ファイバ２０３および３０３に沿った中継器サイト（再生器ノード）に設けられている。
中継器サイトにおける光再生器の基本構成を図４に示す。この光再生器は、光増幅器４０１、光カプラ４０２および４０５、非線形デバイス４０３、調整デバイス４０４、モニタデバイス４０６および４０７、および制御部４０８を備える。非線形デバイス４０３の前方の光増幅器４０１は、非線形デバイス４０３への信号入力パワーの調整を可能にする。

光パワーをモニタするモニタデバイス４０６のために、光カプラ４０２を用いて信号光の一部（ごく少量）がタップされる。それに代えて、またはそれに加えて、ＢＥＲまたはアイパターンの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆをモニタデバイス４０６によりモニタしてもよい。帯域外ＡＳＥ雑音を抑えるために、光増幅器４０１と光カプラ４０２の間にバンドパスフィルタを設置することも可能である。

非線形デバイス４０３の出力点において、光パワーは、次の伝送スパンへの出力パワーレベルに調整されなければならない。調整デバイス４０４は、この目的のために設けられる。パワー調整の方法は、採用される非線形デバイス４０３の種類に依存する。もし、非線形デバイス４０３の出力パワーが次のファイバスパンへの出力パワーより低ければ、図５に示されるように、光増幅器が用いられる。非線形デバイス４０３の出力点における光増幅器５０１は、出力パワーの増幅を可能にする。もし、出力パワーが次のファイバスパンへの出力パワーより大きければ、図６に示されるように、可変減衰器が用いられる。非線形デバイス４０３の出力点における可変減衰器（ＶＡＴ）６０１は、出力パワーの減衰を可能にする。レーザ光源が設けられ、非線形デバイス内で出力が制御される非線形デバイス４０３（調整可能なレーザ出力パワー）の場合は、図７に示されるように、光増幅器も減衰器も不要である。

再生器の出力点の前方では、光出力パワーまたは光信号品質（例えば、ＢＥＲまたはアイパターンの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆ）をモニタするために、光カプラ４０５を用いて信号光の一部がタップされる。必要であれば、第２の増幅器５０１または非線形デバイス４０３（ＳＯＡベースのデバイスの場合）に起因する帯域外ＡＳＥ雑音を抑えるために、光カプラ４０５の前方に光バンドパスフィルタを設置することも可能である。

再生器内部の制御部４０８は、モニタデバイス４０６からのモニタ信号を処理し、非線形デバイス４０３への入力パワーと再生器の出力パワーの調整を実行する、電気制御回路を含む。この制御回路は、第１の増幅器４０１を制御して入力パワーを調整し、第２の増幅器５０１、可変減衰器６０１、または非線形デバイス４０３内のレーザパワーを制御して出力パワーを調整する。さらに、制御部４０８は、光監視チャネル４０９上の監視データを受信し、中央ネットワーク制御部または他の再生器ノードに送信する手段を装備している。

出力パワーの目標値はシステム設計中に決定され、システムの設置時には直ちに事前設定することができる。非線形デバイス４０３への入力パワーにより特徴付けられる、再生器の最適化された動作点も、設計過程で概略的に決定できると考えられるが、デバイスのばらつきと設計手順の限界精度のために、設置時における調整を必要とする。

以下では、光通信システムにおける再生器と関連する設置方法の様々な好適実施形態について説明する。ただし、ＢＥＲという用語は、最適化された判定閾値でのＢＥＲという意味で用いることにする。

ＢＥＲは、外付けの可搬ＢＥＲ測定機器を用いて、あるいは光再生器に内蔵された信号品質モニタを用いて測定される。可搬ＢＥＲ測定機器は、設置時にのみ（または手動システムチェックを実行するときに）利用可能であり、信号品質モニタは、恒久的に利用可能である。信号品質モニタは、ＢＥＲそのもの、または、アイダイアグラムの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆのような、他の信号品質情報をモニタする。

実施形態１：
図８および９に示す第１の好適実施形態では、モニタデバイス４０６および４０７は、光パワーレベルを測定するために、それぞれフォトダイオード８０１および８０２を備える。第１のフォトダイオード８０１の電気信号は、非線形デバイス４０３への入力パワーを事前設定値に調整するために用いられる。第２のフォトダイオード８０２の電気信号は、再生器の出力パワーを事前設定値に調整するために用いられる。制御部４０８は、それらの調整を実行し、光監視チャネル４０９経由で中央ネットワーク制御部または他の再生器ノードと通信する。

非線形デバイス４０３への光入力パワーの目標値は、第１のフォトダイオード８０１により検出される平均入力パワーの目標値として、システムの設置時に事前設定される。最適な目標値は、設置時に決定しなければならない。それには２つの方法がある。

ａ）ＢＥＲは、図８に示される全体システムの受信器側においてＢＥＲ測定機器８０３を用いてモニタされ、そのＢＥＲ値は、非線形デバイス４０３への入力パワーを調整するためのフィードバック信号として、ＢＥＲ測定機器８０３から光監視チャネル４０９経由でｎ番目の再生器のサイトに送信される。フォトダイオード８０１からの信号がモニタされ、最小ＢＥＲが達成されたときのフォトダイオード信号の値が、目標値として制御部４０８に格納される。この手順は、各再生器に対して逆方向に、つまり、受信器８０４に最も近い再生器（光信号経路の最後の再生器）から始めに、実行される。こうして、光信号経路の受信器側におけるＢＥＲを最小化することにより、各再生器の最適な動作点が設置時に決定される。

ｂ）ｎ番目の再生器の目標値を決定する際、図９に示されるように、（ｎ＋１）番目の再生器（あるいは、ｎ番目の再生器が最後であれば、受信器）のサイトにおいて、ＢＥＲ測定機器８０３を用いてＢＥＲがモニタされる。そのＢＥＲ値は、ＢＥＲ測定機器８０３から光監視チャネル４０９経由でｎ番目の再生器のサイトに送信され、そこで非線形デバイス４０３への入力パワーを最適化するためのフィードバック信号として用いられる。フォトダイオード８０１からの信号がモニタされ、最小ＢＥＲが達成されたときのフォトダイオード信号の値が、目標値として制御部４０８に格納される。この手順は、各再生器に対して順方向に、つまり、送信器に最も近い再生器（光信号経路の最初の再生器）から始めに、実行される。こうして、光信号経路の次の再生器サイトにおけるＢＥＲを最小化することにより、各再生器の最適な動作点が決定される。

システムの動作中に、制御部４０８は、フォトダイオード８０１のモニタ信号が目標値に近づくように、増幅器４０１を制御する。この第１の実施形態の光再生器を図３に示した再構成可能な光ネットワークで採用した場合、非線形デバイス４０３への入力パワーの目標値は信号の光経路に依存するため、ネットワークの再構成により新たな光経路が確立される度に変更する必要がある。各再生器の最適化された入力パワー値は、ネットワークが再構成される度に方法ａ）に従って決定されるか、あるいは、システムの設置時に方法ａ）およびｂ）のうちの１つに従ってすべての可能な構成について決定され、中央ネットワーク制御部内のテーブルに格納される。

実施形態１における目標値設定手順のバリエーションは、以下のように要約される。
１．光伝送システムの設置時
１−１．少なくとも１回実行：受信器におけるＢＥＲを最小化することにより、各再生器内の非線形デバイスへの最適な入力パワーを最適化する手順。この手順は、最後の再生器で開始され、再生器毎に逆方向に実行される。
１−２．１回実行：後続する再生器内の非線形デバイスの前方（または、最後の再生器の場合は受信器）でのＢＥＲを最小化することにより、各再生器内の非線形デバイスへの最適な入力パワーを最適化する手順。この手順は、最初の再生器で開始され、再生器毎に順方向に実行される。
２．光伝送システムの動作中
受信器で検出されたＢＥＲが一定限度を超えたら、上述した手順１−１．。
３．再構成可能な光ネットワークの設置時
３−１．手順１−１．と同じ
３−２．手順１−２．と同じ
４．ネットワークの再構成後
手順１−１．と同じ

実施形態２：
第２の好適実施形態では、図８および９の各再生器は図１０に示すような再生器で置き換えられ、光通信システムは図１１に示すように構成される。ＢＥＲ測定機器は不要である。この場合、モニタデバイス４０６はフォトダイオード８０１を備え、モニタデバイス４０７は、フォトダイオード８０２、光カプラ１００１、および信号品質モニタ１００２を備える。第１のフォトダイオード８０１の電気信号は、非線形デバイス４０３への入力パワーを事前設定値に調整するために用いられる。光カプラ４０５によりタップされた信号光は、光カプラ１００１でフォトダイオード８０２と信号品質モニタ１００２に分岐する。第２のフォトダイオード８０２の電気信号は、再生器の出力パワーを事前設定値に調整するために用いられる。信号品質モニタ１００２は、再生器の出力信号光の信号品質（ＢＥＲ、ｐｄｆの最小値等）をモニタする。制御部４０８は、調整を実行する。信号品質データは、光監視チャネル４０９経由で通信システムの中央ネットワーク制御部に送信される。

非線形デバイス４０３への光入力パワーと再生器の光出力パワーの目標値は、実施形態１と同様にして事前設定される。したがって、実施形態２における目標値設定手順のバリエーションは、後続する再生器内の非線形デバイス４０３の背後で信号品質がモニタされることを除いて、実施形態１のそれと同じである。システムの動作中に、制御部４０８は、信号品質モニタ１００２のモニタ信号が光入力パワーの目標値に近づくように、増幅器４０１を制御する。

実施形態３：
第３の好適実施形態では、図１２および１３に示すように、モニタデバイス４０６は、光パワーを測定するフォトダイオード８０１、光カプラ１１０１、および信号品質モニタ１１０２を備え、モニタデバイス４０７はフォトダイオード８０２を備える。光カプラ４０２によりタップされた信号光は、光カプラ１１０１でフォトダイオード８０１と信号品質モニタ１１０２に分岐する。第１のフォトダイオード８０１の電気信号は、非線形デバイス４０３への入力パワーを事前設定値に調整するために用いられる。第２のフォトダイオード８０２の電気信号は、再生器の出力パワーを事前設定値に調整するために用いられる。信号品質モニタ１１０２は、非線形デバイス４０３への入力信号光の信号品質をモニタする。制御部４０８は、調整を実行する。非線形デバイス４０３への光入力パワーの調整は、光通信システムの動作中に、以下の２つの方法で実行される。

ａ）非集中的：（ｎ＋１）番目の再生器（あるいは、ｎ番目の再生器が最後であれば、受信器）は、システム内のｎ番目の再生器に光監視チャネル４０９経由でフィードバック信号を送る。受信フィードバック信号は、モニタ信号（ＢＥＲ、ｐｄｆの最小値等）そのもの、または増幅器４０１の制御信号である。前者の場合、ｎ番目の再生器の制御部４０８は、同じ再生器の増幅器４０１を制御する。後者の場合、（ｎ＋１）番目の再生器の制御部４０８は、ｎ番目の再生器の増幅器４０１を制御する。調整手順はシーケンシャルであり、光信号経路の最初の再生器で開始される。最後の再生器の調整が終了すると、調整を反復適用するために、この手順が最初の再生器で再開される。こうして、システム内の次の再生器の非線形デバイス４０３の前方における信号品質を最適化することにより、システムの動作中に再生器の動作点が調整される。

ｂ）集中的：中央ネットワーク制御部は、光監視チャネル４０９経由で再生器および受信器と通信する。中央ネットワーク制御部は、各再生器および受信器の信号品質状態を受信し、光信号経路に沿って最初の再生器から始めて順方向に進みながら、（ｎ＋１）番目の再生器（または、最後の再生器の場合は受信器）での信号品質を最適化するために、各々のｎ番目の再生器内の非線形デバイス４０３への入力パワーを調整する。

実施形態３における目標値設定手順のバリエーションは、以下のように要約される。
１．光伝送システムの設置時
具体的手順なし
２．光伝送システムの動作中
後続する再生器内の非線形デバイスの前方（または、最後の再生器の場合は受信器）での信号品質を最適化することにより、各再生器内の非線形デバイスへの最適な入力パワーを最適化する手順。この手順は、最初の再生器で開始され、再生器毎に順方向に実行される。この手順は、連続的に、あるいは信号品質が一定の閾値レベルより悪化したときに、繰り返すことが可能である。
３．再構成可能な光ネットワークの設置時
具体的手順なし
４．ネットワークの再構成後
後続する再生器内の非線形デバイスの前方（または、最後の再生器の場合は受信器）での信号品質を最適化することにより、各再生器内の非線形デバイスへの最適な入力パワーを最適化する手順。この手順は、最初の再生器で開始され、再生器毎に順方向に実行される。この手順は、連続的に、あるいは信号品質が一定の閾値レベルより悪化したときに、繰り返すことが可能である。この手順は、集中的に実行される。つまり、中央ネットワーク制御部が再生器と通信する。

実施形態４：
第４の好適実施形態では、図１０および１１に示した光通信システムが採用される。入力パワーを制御する１つの方法では、信号品質は、実施形態３で説明したのと同様に、フィードバックとして用いることができる。こうして、システム内の次の再生器の非線形デバイス４０３の背後における信号品質を最適化することにより、システムの動作中に再生器の動作点が調整される。

第４の実施形態において入力パワーを制御するもう１つの方法は、同じ再生器の信号品質情報（例えば、アイダイアグラムの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆ）を用いることである。同じ再生器の非線形デバイス４０３の前後では、ＢＥＲはあまり変化しないが、複合ｐｄｆの形状は変化する。この観点からは、同じ再生器の信号品質情報として複合ｐｄｆをモニタすることが好ましい。非線形デバイス４０３への光入力パワーの目標値（例えば、複合ｐｄｆ、または複合ｐｄｆの目標形状を表現するマスクを特徴付けるキーパラメータ）は、光通信システムの設置時または再構成時に決定される。複合ｐｄｆの形状のマスクは、実施形態４における前者の方法の制御を行うことで、決定することができる。

実施形態４における目標値設定手順のバリエーションは、以下のように要約される。
１．光伝送システムの設置時
１−１．具体的手順なし
１−２．ｎ番目の再生器の信号品質パラメータの目標値（例えば、マークおよびスペースの複合ｐｄｆの目標形状を定義するキーパラメータ）は、ｎ番目の再生器の入力パワーを調整することにより（ｎ＋１）番目の再生器（または、最後の再生器の場合は受信器）の信号品質（ＢＥＲまたはｐｄｆの最小値）を最適化する手順を用いて、設置時に決定される。この手順は順方向に実行され、この最適化された設定におけるすべての再生器の信号品質パラメータが格納される。

２．光伝送システムの動作中
２−１．後続する再生器内の非線形デバイスの背後（または、最後の再生器の場合は受信器）での信号品質を最適化することにより、各再生器内の非線形デバイスへの最適な入力パワーを最適化する手順。この手順は、最初の再生器で開始され、再生器毎に順方向に実行される。この手順は、連続的に、あるいは信号品質が一定の閾値レベルより悪化したときに、繰り返すことが可能である。
２−２．入力パワーは、同じ再生器の信号品質（例えば、アイダイアグラムの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆ）を用いて調整される。目標値（例えば、マークおよびスペースの複合ｐｄｆの目標形状を定義するキーパラメータ）は設置時に決定され、必要であれば、設置時について述べた手順を後で繰り返すことで再調整することができる。

３．再構成可能な光ネットワークの設置時
３−１．具体的手順なし
３−２．光経路内のｎ番目の再生器の信号品質パラメータの目標値（例えば、マークおよびスペースの複合ｐｄｆの目標形状を定義するキーパラメータ）は、ｎ番目の再生器の入力パワーを調整することにより（ｎ＋１）番目の再生器の信号品質（ＢＥＲまたはｐｄｆの最小値）を最適化する手順を用いて、設置時に決定される。この手順はすべての可能なネットワーク構成について順方向に実行され、この最適化された設定における信号品質パラメータが格納される。

４．ネットワークの再構成後
４−１．後続する再生器内の非線形デバイスの背後（または、最後の再生器の場合は受信器）での信号品質を最適化することにより、各再生器内の非線形デバイスへの最適な入力パワーを最適化する手順。この手順は、最初の再生器で開始され、再生器毎に順方向に実行される。この手順は、連続的に、あるいは信号品質が一定の閾値レベルより悪化したときに、繰り返すことが可能である。この手順は、集中的に実行される。つまり、中央ネットワーク制御部が再生器と通信する。
４−２．同じ再生器の信号品質パラメータ（例えば、アイダイアグラムの中央におけるマークおよびスペースの複合ｐｄｆ）の使用。目標値（例えば、マークおよびスペースの複合ｐｄｆの目標形状を定義するキーパラメータ）は、すべての可能なネットワーク構成について設定時に決定されるか、あるいは、設置時について述べた手順をネットワークの再構成後に繰り返すことで再調整することができる。

実施形態５：
第５の好適実施形態では、前述したそれぞれの実施形態の各再生器は図１４に示すような再生器で置き換えられる。この場合、モニタデバイス４０６は、光カプラ１４０１およびフォトダイオード８０１を備え、モニタデバイス４０７は、光カプラ１４０３およびフォトダイオード８０２を備える。さらに、再生器は、光スイッチ１４０２および信号品質モニタ１４０４を備える。光カプラ４０２によりタップされた入力信号光は、光カプラ１４０１でフォトダイオード８０１と光スイッチ１４０２に分岐する。光カプラ４０５によりタップされた出力信号光は、光カプラ１４０３でフォトダイオード８０２と光スイッチ１４０２に分岐する。光スイッチ１４０２は、入力および出力信号の１つを選択することができ、選択した信号を、入力または出力信号品質をモニタするために使用可能な信号品質モニタ１４０４に供給する。信号品質は、前述したそれぞれの実施形態で説明したのと同様に、フィードバックとして用いることができる。この構成は、同じ信号品質モニタ１４０４を用いて入力または出力信号のいずれかをモニタすることを可能にする。実施形態５における目標値設定手順のバリエーションは、実施形態３および４におけるものと同様である。

上述したそれぞれの好適実施形態では、図５に示した出力パワー調整スキームが採用され、光増幅器５０１が調整デバイス４０４として用いられている。しかしながら、本発明では、他の好適実施形態として、図６および７に示した他の調整スキームを採用することも可能である。
さらに、波長分割多重（ＷＤＭ）システムの再生器ノードには、図１５および１６に示すような構成を採用することもできる。

図１５の再生器ノードは、デマルチプレクサ１５０１、光再生器１５０２−１〜１５０２−ｎ、およびマルチプレクサ１５０３を備える。デマルチプレクサ１５０１は、入力光信号から各波長λ_i の光信号を生成する。各再生器１５０２−ｉ（ｉ＝１，．．．，ｎ）は、前述した実施形態の１つにおける光再生器に対応し、各波長λ_i の光信号を別々に再生する。マルチプレクサ１５０３は、再生された光信号から出力光信号を生成する。

図１６の再生器ノードは、デマルチプレクサ１６０１、光再生器１６０２−１〜１６０２−ｍ、およびマルチプレクサ１６０３を備える。この場合、各再生器１６０２−ｉ（ｉ＝１，．．．，ｍ）は、前述した実施形態の１つにおける光再生器に対応し、一群の波長の光信号を再生する。複数の波長群が存在する場合は、デマルチプレクサ１６０１による非多重化とマルチプレクサ１６０３による多重化が必要になる。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、非線形デバイスへの光入力パワーをモニタして調整する光再生器が得られる。光ファイバ通信システムにおける信号品質に基いて適切な方法により入力パワーの目標値を決定することで、光再生器は最適化された動作点で動作する。

全光非線形デバイスの典型的な伝達関数を示す図である。 光送信器および光受信器を備えた光伝送システムを示す図である。 光送信器および光受信器を備えた再構成可能な光ネットワークを示す図である。 本発明に係る光再生器の基本構成を示す図である。 出力パワーを調整する光増幅器を備えた光再生器を示す図である。 出力パワーを調整する可変減衰器を備えた光再生器を示す図である。 出力パワーを調整する非線形デバイス内のレーザ光源を備えた光再生器を示す図である。 受信器側のＢＥＲを最小化することにより各光再生器の最適な動作点を決定する光伝送システムを示す図である。 次の光再生器のサイトにおけるＢＥＲを最小化することにより各光再生器の最適な動作点を決定する光伝送システムを示す図である。 非線形デバイスの背後で信号品質をモニタする光再生器を示す図である。 非線形デバイスの背後で信号品質をモニタする光再生器を有する光伝送システムを示す図である。 非線形デバイスの前方で信号品質をモニタする光再生器を示す図である。 非線形デバイスの前方で信号品質をモニタする光再生器を有する光伝送システムを示す図である。 モニタすべき信号を光スイッチにより選択可能な光再生器を示す図である。 各波長の光信号を別々に再生する、ＷＤＭシステム内の光再生器ノードの構成を示す図である。 一群の波長の光信号を再生する、ＷＤＭシステム内の光再生器ノードの構成を示す図である。

Claims (30)

1. 再生器の入力点における光増幅器と、
   前記光増幅器の後方の光信号の光入力パワーと非線形デバイスの後方の光信号の光出力パワーの間の非線形伝達機能を提供する全光非線形デバイスと、
   前記光出力パワーを前記再生器からの出力パワーレベルに調整する調整デバイスと、
   前記光増幅器の後方の光信号をモニタし、第１のモニタ信号を出力する第１のモニタデバイスと、
   前記調整デバイスの後方の光信号をモニタし、第２のモニタ信号を出力する第２のモニタデバイスと、
   前記第１および第２のモニタ信号を受信し、該第１のモニタ信号に基いて前記光増幅器を制御し、該第２のモニタ信号に基いて前記調整デバイスを制御する制御部と
   を備えることを特徴とする光再生器。
2. 前記光増幅器の後方の光信号の一部をタップし、タップされた光信号を前記第１のモニタデバイスに供給する第１の光カプラと、前記調整デバイスの後方の光信号の一部をタップし、タップされた光信号を前記第２のモニタデバイスに供給する第２の光カプラとをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の光再生器。
3. 前記調整デバイスは、光増幅器を含むことを特徴とする請求項１記載の光再生器。
4. 前記調整デバイスは、可変減衰器を含むことを特徴とする請求項１記載の光再生器。
5. 前記制御部は、別の光再生器および受信器のうちの１つと光監視チャネル経由で通信することを特徴とする請求項１記載の光再生器。
6. 前記第１のモニタデバイスは、前記光増幅器の後方の光信号の光入力パワーを測定するフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項５記載の光再生器。
7. 光送信器と、光受信器と、該光送信器を該光受信器と接続する光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項６記載の光再生器とを備え、前記制御部は、前記フォトダイオードからの信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを事前設定値に調整するように制御することを特徴とする光ファイバ伝送システム。
8. 前記フォトダイオードにより検出される、前記非線形デバイスへの平均入力パワーの目標値は、前記光ファイバ伝送システムにおける前記再生器の設置時に前記事前設定値として設定され、各再生器の前記非線形デバイスへの光入力パワーは、前記受信器におけるビット誤り率が最小化されるように調整され、調整された値は前記設置時に前記目標値として格納され、前記目標値を設定する手順は、前記受信器に最も近い再生器から始めて逆方向に実行され、前記光監視チャネルは、該受信器の場所と各再生器の間の通信に用いられることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ伝送システム。
9. 前記フォトダイオードにより検出される、前記非線形デバイスへの平均入力パワーの目標値は、前記光ファイバ伝送システムにおける前記再生器の設置時に前記事前設定値として設定され、各再生器の前記非線形デバイスへの光入力パワーは、後続する再生器内の非線形デバイスの前方、または最後の再生器の場合は前記受信器におけるビット誤り率が最小化されるように調整され、調整された値は前記設置時に前記目標値として格納され、前記目標値を設定する手順は、前記送信器に最も近い再生器から始めて順方向に実行されることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ伝送システム。
10. 複数の光送信器と、複数の光受信器と、少なくとも１つの光再構成可能ネットワークノードと、該再構成可能ノード経由で該光送信器を該光受信器と接続する複数の光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項６記載の光再生器と、前記光監視チャネルを利用して該送信器、受信器、再構成可能ネットワークノード、および再生器と通信するネットワーク制御部とを備え、前記制御部は、前記フォトダイオードからの信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを事前設定値に調整するように制御することを特徴とする再構成可能な光ネットワーク。
11. 前記フォトダイオードにより検出される、前記非線形デバイスへの平均入力パワーの目標値は、前記再構成可能な光ネットワークにおける新たな光経路の確立時に前記事前設定値として設定され、各再生器の前記非線形デバイスへの光入力パワーは、受信器におけるビット誤り率が最小化されるように調整され、調整された値は前記新たな光経路の確立時に前記目標値として格納され、前記目標値を設定する手順は、該受信器に最も近い再生器から始めて該新たな光経路に沿って逆方向に実行され、前記光監視チャネルは、該受信器の場所と各再生器の間の通信に用いられることを特徴とする請求項１０記載の再構成可能な光ネットワーク。
12. 前記フォトダイオードにより検出される、前記非線形デバイスへの平均入力パワーの目標値は、前記再構成可能な光ネットワークにおける前記再生器の設置時に前記事前設定値として設定され、各再生器の前記非線形デバイスへの光入力パワーは、光経路に沿った後続する再生器内の非線形デバイスの前方、または最後の再生器の場合は受信器におけるビット誤り率が最小化されるように調整され、調整された値は前記設置時に前記目標値として格納され、前記目標値を設定する手順は、送信器に最も近い再生器から始めて順方向に実行されることを特徴とする請求項１０記載の再構成可能な光ネットワーク。
13. 前記第１のモニタデバイスは、前記光増幅器の後方の光信号の信号品質をモニタする信号品質モニタを含むことを特徴とする請求項５記載の光再生器。
14. 光送信器と、光受信器と、該光送信器を該光受信器と接続する光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項１３記載の光再生器とを備え、前記制御部は、後続する再生器内の信号品質モニタ、または最後の再生器の場合は前記受信器により、前記光監視チャネル経由で供給されるフィードバック信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを調整するように制御することを特徴とする光ファイバ伝送システム。
15. 複数の光送信器と、複数の光受信器と、少なくとも１つの光再構成可能ネットワークノードと、該再構成可能ノード経由で該光送信器を該光受信器と接続する複数の光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項１３記載の光再生器と、前記光監視チャネルを利用して該送信器、受信器、再構成可能ネットワークノード、および再生器と通信するネットワーク制御部とを備え、前記制御部は、光経路に沿った後続する再生器内の信号品質モニタ、または最後の再生器の場合は受信器により、前記光監視チャネル経由で供給されるフィードバック信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを調整するように制御することを特徴とする再構成可能な光ネットワーク。
16. 前記第２のモニタデバイスは、前記調整デバイスの後方の光信号の信号品質をモニタする信号品質モニタを含むことを特徴とする請求項５記載の光再生器。
17. 光送信器と、光受信器と、該光送信器を該光受信器と接続する光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項１６記載の光再生器とを備え、前記制御部は、後続する再生器内の信号品質モニタ、または最後の再生器の場合は前記受信器により、前記光監視チャネル経由で供給されるフィードバック信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを調整するように制御することを特徴とする光ファイバ伝送システム。
18. 複数の光送信器と、複数の光受信器と、少なくとも１つの光再構成可能ネットワークノードと、該再構成可能ノード経由で該光送信器を該光受信器と接続する複数の光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項１６記載の光再生器と、前記光監視チャネルを利用して該送信器、受信器、再構成可能ネットワークノード、および再生器と通信するネットワーク制御部とを備え、前記制御部は、光経路に沿った後続する再生器内の信号品質モニタ、または最後の再生器の場合は受信器により、前記光監視チャネル経由で供給されるフィードバック信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを調整するように制御することを特徴とする再構成可能な光ネットワーク。
19. 光送信器と、光受信器と、該光送信器を該光受信器と接続する光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項１６記載の光再生器とを備え、前記制御部は、同じ再生器の前記第２のモニタデバイス内の前記信号品質モニタからの信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを調整するように制御することを特徴とする光ファイバ伝送システム。
20. 複数の光送信器と、複数の光受信器と、少なくとも１つの光再構成可能ネットワークノードと、該再構成可能ノード経由で該光送信器を該光受信器と接続する複数の光ファイバと、該光ファイバを通過する信号光の吸収損失を補償するための該光ファイバに沿った複数の光増幅器と、少なくとも１つの請求項１６記載の光再生器と、前記光監視チャネルを利用して該送信器、受信器、再構成可能ネットワークノード、および再生器と通信するネットワーク制御部とを備え、前記制御部は、同じ再生器の前記第２のモニタデバイス内の前記信号品質モニタからの信号を用いて、前記光増幅器が前記非線形デバイスへの光入力パワーを調整するように制御することを特徴とする再構成可能な光ネットワーク。
21. 再生器の入力点における光増幅器と、
    前記光増幅器の後方の光信号の光入力パワーと非線形デバイスの後方の光信号の光出力パワーの間の非線形伝達機能を提供する全光非線形デバイスと、
    前記光増幅器の後方の光信号をモニタし、モニタ信号を出力するモニタデバイスと、
    前記モニタ信号を受信し、該モニタ信号に基いて前記光増幅器を制御する制御部と
    を備えることを特徴とする光再生器。
22. 非線形デバイスの前方の光信号の光入力パワーと該非線形デバイスの後方の光信号の光出力パワーの間の非線形伝達機能を提供する全光非線形デバイスを備えた光再生器を制御する方法であって、
    前記非線形デバイスの前方の光信号を光増幅器により増幅し、
    増幅された光信号をモニタしてモニタ信号を生成し、
    前記モニタ信号に基いて前記光増幅器を制御する
    ことを特徴とする方法。
23. 前記非線形デバイスの前方の光信号の光入力パワーの目標値は、光ファイバ伝送システムにおける前記再生器の設置時に、該光ファイバ伝送システム内の受信器におけるビット誤り率が最小化されるように該光入力パワーを調整し、調整された値を該目標値として格納することで、事前設定されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
24. 前記目標値を設定する手順は、前記受信器に最も近い再生器から始めて逆方向に実行されることを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 前記非線形デバイスの前方の光信号の光入力パワーの目標値は、光ファイバ伝送システムにおける前記再生器の設置時に、該光ファイバ伝送システム内の後続する再生器内の非線形デバイスの前方、または最後の再生器の場合は受信器におけるビット誤り率が最小化されるように該光入力パワーを調整し、調整された値を該目標値として格納することで、事前設定されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
26. 前記目標値を設定する手順は、前記光ファイバ伝送システム内の送信器に最も近い再生器から始めて順方向に実行されることを特徴とする請求項２５記載の方法。
27. 前記非線形デバイスの前方の光信号の光入力パワーの目標値は、再構成可能な光ネットワークにおける新たな光経路の確立時に、該再構成可能な光ネットワーク内の受信器におけるビット誤り率が最小化されるように該光入力パワーを調整し、調整された値を該目標値として格納することで、事前設定されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
28. 前記目標値を設定する手順は、前記受信器に最も近い再生器から始めて前記光経路に沿って逆方向に実行されることを特徴とする請求項２７記載の方法。
29. 前記非線形デバイスの前方の光信号の光入力パワーの目標値は、再構成可能な光ネットワークにおける前記再生器の設置時に、該再構成可能な光ネットワーク内の光経路に沿った後続する再生器内の非線形デバイスの前方、または最後の再生器の場合は受信器におけるビット誤り率が最小化されるように該光入力パワーを調整し、調整された値を該目標値として格納することで、事前設定されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
30. 前記目標値を設定する手順は、前記再構成可能な光ネットワーク内の送信器に最も近い再生器から始めて順方向に実行されることを特徴とする請求項２９記載の方法。

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