JP2008541510A - 多重光通信チャンネルで使用する共通の電子分散補償アレンジメント - Google Patents

Abstract

マルチチャンネルの光受信のための電子分散補償（ＥＤＣ）アレンジメントが、時分割方法を使用して、複数のＮ個の別々のチャンネル間で共通の適合アルゴリズムブロックを「共有する」。このアルゴリズムブロックは、等化要素を形成する遅延ラインのための修正／アップデートしたタップ加重に関する特定のアルゴリズムを実施し、アルゴリズムブロックとともにタイムスロット割り当て要素を使用して、アルゴリズムブロックへの様々なチャンネルのアクセスを制御する。あるチャンネルが他よりも大きな程度の分散を経験する状況下では、タイムスロット割り当て要素を、影響を受けるチャンネルに、より多くの数のタイムスロットを割り当てるよう構成してもよい。
【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００５年４月２８日に出願された米国仮出願番号第６０／６７５，７８５号の利益を主張する。

技術分野
本発明は、光通信システムのための電子分散補償（ＥＤＣ）アレンジメントに関し、より詳細には、複数の独立した光通信チャンネルによって共有且つ使用される共通のＥＤＣアレンジメントに関する。

今日の光通信システムは、特に、高いデータ速度システム（すなわち、１０Ｇｂ／ｓの速度及びそれ以上）、長距離用のシステム、及び大都市のＳＯＮＥＴシステムを有する。最新のアプリケーションでは、これらのシステムは伝送媒体としてシングルモードのファイバ（ＳＭＦ）を使用し、このようなファイバは、主としてファイバ自身の機能的障害のために、リンク長さが最大でも８０ｋｍに限られる。さらに、基幹の通信回線としてマルチモードファイバ（ＭＭＦ）を含む多くの「遺産」システムが存在する。さらに、これらのシステムは、高いデータ速度で特に顕著なファイバに沿った分散の問題のため、それらの回線長が２６ｍ以下に限定される。

特に、光伝送における「機能的障害」が、伝送ファイバに沿った様々なタイプの光パルス分散の結果から知られており、３つの主なタイプの分散は、色分散、モーダル分散及び偏光モード分散である。色分散は、ファイバ自身の物理的な性質の変化の結果によるものであって、遠距離を伝播する際の光パルスの（波長の）拡散として規定される。パルスが進むファイバが長くなると、パルスの拡がりが大きくなる。パルスによって得られるエネルギが近くのパルスのエネルギと干渉を始める場合に問題が生じる。このような干渉は、電気ドメインの符号間干渉（ＩＳＩ）によって生じる。互いの符号の拡がりがエラーの原因となる；もはや理想的な論理レベルでないため、回線の受信側が「１」と「０」とを容易に区別することができない。ファイバによっては、パルスの拡がりがいくつかの単位間隔（ＵＩｓ）を越える可能性があり、直接隣接した符号として規定される「１ＵＩ」の分散が互いに干渉する。

異なる時間で受信装置に達する光の「モード」間の干渉により、マルチモードファイバのモード分散が引き起こされる。特に、１０Ｇｂ／ｓのデータ速度では、モード分散によって生じるＩＳＩが、２２０メートルのマルチモードファイバに対して約５ＵＩとなる。

偏光モード分散（一般にＳＭＦのアプリケーションに関係する）は、多重パルスがファイバをより遠くに進む際にシングルパルスが現れる現象である。「完全な」光ファイバは、直交する２つの偏光するモードを可能としてファイバの一面に沿って無限に移動する。しかしながら、（ファイバの曲がり、ストレス等を含む）様々な要素が、他とは異なるスピードで伝播する一つの偏光モードをもたらして、受信装置に到達する際の位相差の原因となる。

上記の概略のように、これらの分散の問題に取り組むための様々な技術が過去に提案されている。長年に亘って、一般的な方法は、分散シフトファイバを実施することであり、光通信システムで使用する一般的な波長で分散の問題を最小限にするファイバが製造された。別の方法は、分散補償ファイバを使用しており、−さらには、ファイバを、ファイバ自身の特性を操作することで伝播する光信号を「予め歪める」よう特別に構成したアレンジメントを使用するものであった。これらの方法は、多くの状況で有用であるが、「遺産」システムに新たなタイプのファイバケーブルを配設する性能は、必ずしも選択されるものではない。

また、受信した光信号に存在する分散量を「測定」し、一種の修正した光信号を与えて分散を本質的に補償するための光学に基づいた様々なアレンジメントがある。２００２年１２月２４日にＤＪ．Ｓｏｂｉｓｋｉらに与えられた米国特許第６，４９８，８８６号は、光受信装置の中にフィードバック制御モジュールとして構成された光分散補償アレンジメントを開示している。信号の中の（色及び偏光モード双方の）分散を測定し、測定した分散が所定の閾値を超える場合、「修正」信号を加える。Ｓｏｂｉｓｋｉらのシステムは、到達する光信号に対する測定を連続的に行い、調整をリアルタイムで行うため、「適応できる」と考えられる。

Ｓｏｂｉｓｋｉらのアレンジメント−及び従来の他の光分散補償−は、ある程度の分散補償を与える場合に有用であるが、システムのデータ速度が１０Ｇｂ／ｓに近づいてこれを超える場合に、問題が現れ始める。すなわち、純粋な光補償アレンジメントは、極度のデータ速度に「対処する」ことができない構成であり、補償が信号速度を遅らせ始める。

このような速度の課題に対処する比較的新たなタイプの分散補償は、「電子分散補償」（ＥＤＣ）として規定されており；ＥＤＣアレンジメントでは、入射光信号が、初めに電気信号に変換される。そして、補償が電気信号に加えられ、その後、「補償」信号が（必要に応じて）光信号に再生される。必要な補償を与えるよう使用する様々なタイプのＣＭＯＳベースの回路は、１０−１００Ｇｂ／ｓの範囲のデータ速度を容易に扱うことができるため、ＥＤＣアレンジメントは光通信システムの速さに容易に対処することができる。

今日まで、様々な等化アルゴリズムを使用してＥＤＣを実施している。最も共通した３つのアルゴリズムを、「連続時間フィルタ」（ＣＴＦ）、「フィードフォワード・イコライザ／判定フィードバック・イコライザ」（ＦＦＥ／ＤＦＥ）、及び「最大尤度推定イコライザ」（ＭＬＳＥ）：としてクラス分けしてよい。ＣＴＦは、最も簡単で、最も費用効率が高く、且つ低電力消費の補償の代替物を与えるが、高周波信号要素の一部を除去するとしても知られる。ＦＦＥ／ＤＦＥアルゴリズムは、マルチタップのアルゴリズムを使用して１ＵＩの干渉を上回るＩＳＩを補償することで、補償に対するより精巧な方法を適用する。ＦＦＥ／ＤＦＥアレンジメントの一般的な実施は、自動ゲイン制御ブロックと、ＣＴＦ／ＦＦＥブロックと、ＤＦＥブロックと、クロック／データ回復（ＣＤＲ）ブロックと、最小二乗平均（ＬＭＳ）適応ブロックとを一般に具える。

上記のように、適合性は、ＥＤＣアレンジメントにとって本質的な特性である。光ファイバは、長い長い期間をかけて分解し及び／又は新たな干渉源を取り込むため、ＥＤＣアレンジメントは変化を認識して加えた補償に適合できなければならない。これらの新たな干渉源は、ファイバの捻れ、（例えば、冷却ファンからの気流による）機械的振動に関するファイバの曲がりによる半径の変化、周囲の温度変化等を有するが、これらに限定されない。これらの要因全てを認識することを必要とし、ＥＤＣを、加えた補償を制御するために使用するアルゴリズムを精緻化するよう調整しなければならない。自己調整は、システムが理想的な信号に達するまで信号応答を改善するフィルタ及びゲインをわずかに修正することによって装置が自身を調整できる、閉ループのフィードバック機構を要する。

拡張した多くの新たなアプリケーションでは、複数のファイバを使用して、あるポイントから別のポイントの光リンクに沿った通信を確立する。このようなアプリケーションの例は、多波長ＷＤＭシステム、又は「パラレル光デバイス」（ＰＯＤｓ）である。一般に、これらのリンクは、２，４又は１２のファイバ（「チャンネル」とも称される）を採用する。一般に、各チャンネルは、他のチャンネルに沿って搬送されるデータと相関関係のないデータを搬送する。結果として、各チャンネルは、ファイバ特有の分散の問題を独立して修正するそれ自身のＥＤＣを必要とし、マルチチャンネル光受信装置のコスト及び複雑さが増加する。

本発明の概要
従来技術に残っている必要性が本発明によって対処しており、本発明は、光通信システムのための電子分散補償（ＥＤＣ）アレンジメントに関し、より詳細には、複数の独立した光通信チャンネル間で共有されこれらによって使用される共通のＥＤＣアレンジメントに関する。

本発明によれば、単一の適合アルゴリズムモジュールが複数のＮ個の独立した別々の通信チャンネル間で共有され、モジュールが時分割アレンジメントで別々の各チャンネルに連結される。すなわち、クロック素子を使用して各チャンネルのアルゴリズムモジュールへのアクセス可能性を制御しており、割り当てたタイムスロットの際に各チャンネルの分散特性への適合を解析（及び可能性をアップデート）する。より可変の分散を経験するものとして知られるチャンネルでは、複数のタイムスロットをこのようなチャンネルに割り当てて、所望の分散修正（すなわち、「加重した」適用）を与えるよう使用してもよい。

本発明に係る時分割の適用のアレンジメントを、ＦＦＥ要素のみ、又はＦＦＥ及びＤＦＥ要素の双方を採用したＥＤＣとともに使用してもよい。

本発明に係る他のさらなる態様及び利点が、以下の記載の過程において及び添付の図面を参照して明らかになるであろう。

図１は、比較として、電子分散補償を採用した従来技術の光通信システム１０を示す。光通信システム１０は、関連する光ファイバリンク１６に伝送すべき光データ信号を与えるための電気光学変換器１４に連結した従来型の電子データ送信器１２を有する。光ファイバリンク１６に沿って伝播した後に、光学電子変換器１８によって信号が受信され、アナログの電子「受信」信号に変換される。その後、電気信号は電子分散補償（ＥＤＣ）受信器２０に入力として加えられ、受信器２０は、アナログの電気信号をデジタルに変換して、デジタルデータ信号Ｄ及び再生したクロック信号Ｃｌｋを別々に出力するよう使用される。図示するように、ＥＤＣ受信器２０は、異なるロジックレベル間を識別するための所定の閾値を使用してデジタル出力データ信号を生成するよう機能する識別閾値回路２１を有する。

上記のように、送信器と受信器との間の光ファイバの信号路に沿った分散の存在により、「符号間」干渉（ＩＳＩ）として規定される再生信号の中のエラーをもたらす。このため、ＥＤＣ受信器２０は、さらに、フィードフォワード・イコライザ（ＦＦＥ）要素２２及び判定フィードバックイコライザ（ＤＦＥ）要素２４形式の分散補償アレンジメントを具える。他のアレンジメントが、ＦＦＥ要素２２のみ、又はＤＦＥ要素２４のみを使用してもよい。要素２２及び２４の特性（受信器２０によって達成される分散補償）を、適合アルゴリズムユニット２６によって要素２２及び２４に割り当てられるタップ加重値によって制御する。ある実施例では、適合アルゴリズムユニット２６が、エラー信号の現在値を使用してアップデートしたタップ加重の組を（繰り返しの方法で）精緻化することでエラー信号をゼロに近付ける「最小二乗」（ＬＭＳ）モジュールを具えてもよい。他のアルゴリズムを、ＬＭＳアルゴリズムの代わりにブロック４０に使用してもよく、これは、サイン−データＬＭＳ、サイン−エラーＬＭＳ、サイン−サインＬＭＳ，最急降下ベースのアルゴリズム、ＬＭＳ／Ｎｅｗｔｏｎアルゴリズム、シーケンシャル回帰アルゴリズム（ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）、適応再帰アルゴリズム（ａｄａｐｔｉｖｅ ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）、ランダム探索アルゴリズム等を含むが、これに限定されない。図１に示すように、ＤＦＥ要素２４からのエラー信号出力を、適合アルゴリズムユニット２６への入力として与えてアップデートした係数値を形成してもよい。

このような従来技術のアレンジメントが、受信した光信号におけるかなりの量の分散の除去に有用で、複数の光を受信するチャンネルを具えるシステムで有用である一方で、各チャンネルで別々の分散補償アレンジメントを必要として、各チャンネルで別々の適合アルゴリズムユニットの複製を命令するむしろ複雑で煩わしいアレンジメントをもたらす。

このため、本発明によれば、複数の別々のデータチャンネルの中のタップ加重値をアップデートするために使用する適合プロセスを共有するためのアレンジメントを提案する。図２は、本発明の典型的な実施例を示しており、別々の複数の受信要素３０_１，３０_２，．．．，３０_Ｎを使用して、ＩＮ_１，ＩＮ_２，．．．，ＩＮ_Ｎで示される複数のＮ個の別々のデータ信号を再生する。図１に示す従来技術のアレンジメントと同様に、各受信要素３０_ｉは、ＦＦＥ要素２２_ｉ及びＤＦＥ要素２４_ｉを有している。しかしながら、従来技術と対照的に、複数のＮ個の別々の受信要素３０_１−_Ｎは、共通の適合アルゴリズムブロック４０を共有しており、ＦＦＥ_１−２２_Ｎ及びＤＦＥ２４_１−２_Ｎにアップデートしたタップ加重を与え、各チャンネルが別々のアルゴリズムブロックを使用する必要性を無くす。

特に、複数のＮ個の受信要素３０_１−_Ｎの中で共通の適合アルゴリズムブロック４０を共有するための性能は、タイムスロット割り当て要素４２によって与えられる。図２を参照すると、タイムスロット割り当て要素４２は、入力として再生したクロック信号Ｃｌｋを受信する。タイムスロット割り当て要素４２は、「門番」としてクロック信号を使用して共通の適合アルゴリズムブロック４０へのアクセスを許可した特定のチャンネルを制御し、アップデートしたタップ加重値を生成する。例えば、タイムスロット割り当て要素４２を、図３に示すように、所定の時間フレームＦを複数のＮ個の別々の時間スロットに分割するよう構成してもよく、各チャンネルｉが割り当てに関する共通の適合アルゴリズムブロック４０へのアクセスが許可される。

本発明の一態様として、チャンネル割り当てそのものを、大きな分散量を呈するとして知られるチャンネルに共通の適合チャンネルアルゴリズム４０へのより頻繁なアクセスを許可するよう構成してもよい。図４は、（例えば）チャンネル「１」が極度の分散を経験する事象に使用する、１つの典型的なタイムスロットの割り当てを示す。このように、チャンネル「１」に、タイムスロット毎に共通の適合アルゴリズムブロック４０へのアクセスが与えられる。割り当てを、タイムスロット割り当て要素４２の中で固定するか、又は
タイムスロット割り当て要素４２に加えられる「調整」入力信号によって制御して調整可能にしてもよい。このように、様々なチャンネルについての分散状況が変化するときに、それに応じて各チャンネルに割り当てられるタイムスロットの数を変えてもよい。

このため、アプリケーションでは、図２及び図３を参照すると、第１のタイムスロットＴＳ_１の際に、ＤＦＥ要素２４_１から出力されるエラー信号Ｅ_１が共通の適合アルゴリズムブロック４０に入力として加えられる。ブロック４０は、ブロック４０の中に一体化された（ＬＭＳといった）特定のアルゴリズムを使用しながら、エラー信号Ｅ_１を使用してＦＦＥ要素２２_１に加えるべきタップ加重ε_１（ｎ）及びＤＦＥ要素２４_１に加えるべきタップ加重κ_１（ｎ）のアップデートした組を生成する。（クロック信号「Ｃｌｋ」によって制御されながら）次のタイムスロットＴＳ_２の間に、エラー信号Ｅ_２が共通の適合アルゴリズムブロック４０への入力としてＤＦＥ要素２４_２から出力され、アップデートしたタップ加重ε_２（ｎ）及びκ_２（ｎ）を別々の出力として生成し、ＦＦＥ要素２２_２及びＤＦＥ要素２４_２に加えられる。このようなプロセスが、同じような方法で続行され、タイムスロットＴＳ_Ｎの際に、「Ｎ番目」のＤＦＥ要素２４_Ｎからエラー信号Ｅ_Ｎが共通の適合アルゴリズムブロック４０に加えられ、アップデートしたタップ加重ε_Ｎ（ｎ）及びκ_Ｎ（ｎ）をそれぞれ生成するために使用される。Ｎ番目のチャンネルのアップデートが完了すると、プロセスのサイクルがチャンネル「１」に戻ってプロセスが同様な方法で続行する。

このような方法では、制御した方法による共通の適合アルゴリズム要素へのアクセスが各チャンネルに与えられ、各チャンネルに関する分散等化要素を定期的な方法でアップデートできる。本発明に係るある実施例では、「ＦＦＥ」分散補償要素のみ（又は「ＤＦＥ」分散補償要素のみ）を採用することに留意されたい。（好適な実施例では）他のアレンジメントは、ＦＦＥ及びＤＦＥ要素の双方を使用して、改善した分散補償を与える。

さらに、図４に示し且つ上記のように、所定のフレームの中のタイムスロット割り当てを、大きな分散値を経験するチャンネルに共通の適合アルゴリズム４０により頻繁なアクセスを与えるように構成することができる。図４のフレームのスケジューリングでは、例えば、一つおきのタイムスロットのチャンネル「１」にアクセスが与えられる。このようなアレンジメントを「固定」するか、又は伝送ファイバが長い期間をかけて特性を変えるように修正してもよい。様々な他のアレンジメントが可能であり、好適には、外部の割り当て制御信号を使用することによってアレンジメントを必要に応じて再構成できる。

本発明に係る特定の実施例を詳細に記載したが、上記の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲内にある状態で本発明に対する変更及び修正を行ってもよいことは、当業者にとって明らかである。

ここで、図面を参照する。
図１は、電子分散補償（ＥＤＣ）を使用した従来技術のシングルチャンネル光受信装置を示す。 図２は、複数のＮ個の受信チャンネル間のタイムシェアリングアレンジメントにおける単一の適合アルゴリズムブロックを使用した、本発明の典型的な実施例を示す。 図３は、図２のアレンジメントに使用する典型的なタイムスロット割り当てのダイヤグラムである。 図４は、等化要素の加重値をアップデートするための複数のタイムスロットがシングルチャンネルに提供された代替的なタイムスロット割り当てのダイヤグラムである。

Claims (8)

1. 複数のＮ個の光受信チャンネルのための電子分散補償（ＥＤＣ）を与えるためのアレンジメントであって、
   前記アレンジメントが、前記複数のＮチャンネルの各光チャンネルに沿ってアレンジメントされてそれに沿って分散補償を与える少なくとも１の等化要素と、
   加えられた分散補償に適合するようチャンネルｉのアップデートしたタップ加重の組を生成する共通の適合アルゴリズムブロックと、
   前記共通の適合アルゴリズムブロック及び前記複数のＮ個の光受信チャンネルの双方に連結されたタイムスロット割り当てモジュールであって、前記複数のＮ個の光受信チャンネルの別々の各光受信チャンネルｉに１又はそれ以上の特定のタイムスロットを割り当てることで、前記複数のＮ個の光受信チャンネルの前記共通の適合アルゴリズムブロックへのアクセスを制御するタイムスロット割り当てモジュールと、
   を具えることを特徴とするアレンジメント。
2. 前記少なくとも１の等化要素が、前記複数のＮ個の光受信チャンネルの各チャンネルに沿ってアレンジメントされたフィードフォワード等化要素（ＦＦＥ）具えることを特徴とする請求項１に記載のアレンジメント。
3. さらに、前記少なくとも１の等化要素が、前記光受信チャンネルに沿って関連する前記ＦＦＥ要素の出力部にアレンジメントされた判定フィードバック等化要素（ＤＦＥ）を具えることを特徴とする請求項２に記載のアレンジメント。
4. 前記少なくとも１の等化要素が、前記複数のＮ個の光受信チャンネルの各チャンネルに沿ってアレンジメントされた判定フィードバック等化要素（ＤＦＥ）を具えることを特徴とする請求項１に記載のアレンジメント。
5. 前記タイムスロット割り当てモジュールが、固定割り当てプロトコルを使用することを特徴とする請求項１に記載のアレンジメント。
6. 前記固定タイムスロット割り当てが、前記複数のＮ個の受信チャンネルのそれぞれ別々のチャンネルための単一のタイムスロットを与えることを特徴とする請求項５に記載のアレンジメント。
7. 前記固定タイムスロット割り当てが、少なくとも１のチャンネルが有意の分散を経験するように複数の別々のタイムスロットを与えることを特徴とする請求項５に記載のアレンジメント。
8. 前記タイムスロット割り当てモジュールが、動的な割り当てプロトコルを使用しており、前記複数のＮ個の光ファイバ受信チャンネルの各光ファイバに沿った分散の変更に応じて各チャンネルに割り当てられたタイムスロットの数を修正することを特徴とする請求項１に記載のアレンジメント。

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