JP2009118090A - 非線形ペナルティ光伝送可否判定装置及び方法及びプログラム及びコンピュータ読取可能な記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、波長分散の測定値を入力変数として取得し、該光ファイバ伝送路区間における非線形効果を介したチャネル間干渉による信号品質、もしくはその劣化量、もしくは、劣化要因の大きさを表す評価パラメータを算出し、評価パラメータを出力変数として出力する、または、該評価パラメータを用いて光伝送設計の成否の判定結果を出力する。
【選択図】図1
Description
K. O. Hill, D.C. Johnson, B.S. Kawasaki, and R.I. MacDonald, "cw three-wave mixing in single-mode optical fibers, J. Appl. Phys. Vol.49, No.10, 1978, p. 5098. K. Inoue and H. Toba, "Fiber Four-wave mixing in multi-amplifier systems with nonuniform chromatic dispersion, "J. Lightwave Tech., Vol. 133, No.1, 1995, p88. L.F. Fenton, "The sun of Log-Normal Probability Probability distributions in scatter transmission systems," IRE Transactions on Communications systems, p.57, 1960
光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、波長分散の測定値を入力変数として取得し、該光ファイバ伝送路区間における非線形効果を介したチャネル間干渉による信号品質、もしくはその劣化量、もしくは、劣化要因の大きさを表す評価パラメータを算出する評価パラメータ算出手段1と、
評価パラメータを出力変数として出力する、または、該評価パラメータを用いて光伝送設計の成否の判定結果を出力する判定結果出力手段2と、を有する。
入力変数として、
光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、波長分散の波長依存性の測定値に加えて、光ファイバ伝送路区間の伝送距離、分散スロープ測定値、送信光パワー、波長数、信号光の波長範囲に、チャネル間周波数間隔の少なくともいずれか1つを取得する手段を含む。
評価パラメータとして、四光波混合クロストーク量、四光波混合クロストーク量が許容値を超える確率、非線形ペナルティ、のいずれかを出力する。
第kの伝送路区間における評価パラメータ、もしくは、該評価パラメータの確率分布、もしくは該確率分布の特徴を表すモーメント値を第k中間変数として出力する第k算出手段を有し、
判定結果出力手段2において、
第k中間変数を複数区間分だけ多重化して出力変数、もしくは、判定結果を出力する中間変数多重手段を含む。
k算出手段は、
中間変数記憶手段から第k入力変数における中間変数、もしくは、準中間変数の値を検索し、その値を用いて第k中間変数を算出し、出力する手段を含む。
中間変数としてぞれぞれの伝送路区間の四光波混合クロストーク量を用い、該四光波混合クロストーク量を加算する手段を含む。
第k中間変数として、第kの伝送路区間で発生する四光波混合クロストーク量を第k確率変数とする確率分布を表す数値データ、もしくは近似分布関数、もしくは、近似分布関数の特徴を表すモーメント値が入力されると、該第k確率変数それぞれの和の確率変数が従う確率分布、もしくは、その特徴を表すモーメント値を算出する手段を含む。
近似分布関数として対数正規分布関数を用い、
中間変数として対数正規分布関数の平均値、分散値を用いる。
伝送路区間kの出力信号光の信号品質を表す指標、その劣化量、もしくは劣化要因の大きさを表す指標を第k中間変数として出力する多段接続された伝送路区間算出手段を有し、
伝送路区間算出手段2は
第k−1算出手段が出力する第k−1中間変数と、第k入力変数とに基づいて、第k中間変数を算出する。
入力変数として、零分散波長、波長分散などの伝送路パラメータを伝送路区間kの端点間で測定した値を用い、
それぞれの伝送区間が区切られた微小区間毎の局所的な入力変数の値を確率変数とした確率分布を仮定して、評価パラメータの確率分布を算出、もしくは記憶する。
入力変数として、零分散波長、及び、波長分散の長手依存性の測定値を取得する手段を含む。
評価パラメータ算出手段が、光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、波長分散の測定値を入力変数として取得し(ステップ1)、該光ファイバ伝送路区間における非線形効果を介したチャネル間干渉による信号品質、もしくはその劣化量、もしくは、劣化要因の大きさを表す評価パラメータを算出する(ステップ2)評価パラメータ算出ステップと、
判定結果出力手段が、評価パラメータを出力変数として出力する、または、該評価パラメータを用いて光伝送設計の成否の判定結果を出力する(ステップ3)判定結果出力ステップと、を行う。
・自チャネル、もしくは他チャネルの信号光によって信号光振幅/位相が変動する振幅変調雑音や位相変調雑音;
・レーザ光源のモード分配雑音;
・マークレベルとスペースレベルの消光比;
・伝送路の損失や分散の偏波依存性(PMD:Polarization Mode Dispersion/PDL:Polarization Dependent Loss);
・異なる偏波モード間の干渉;
などがある。これら劣化要因による信号品質劣化の大きさは、クロストーク量、位相雑音量、振幅雑音量、モード帯域、消光比、PMD量、PDL量など、個々の要因の大きさを表す劣化要因パラメータを用いて表すことができる。従って、これらの信号品質指標、及び、その劣化量、劣化要因パラメータを用いることによって、各光ファイバ伝送路区間での信号品質劣化を定量的に扱うことが可能になる。
光中継伝送システムにおいては、複数の光ファイバ伝送路区間を光増幅機能などを有する光中継ノードを介して多段接続される。そのため、複数の区間を伝送した後の光信号品質の出力値、その劣化量、劣化要因パラメータを算出する必要がある。
本実施の形態では、出力変数の直列計算について説明する。
図9は、本発明の第1・第2の実施の形態における動作のフローチャートである。
上記の式(1)は、ファイバ長Lを含んだ関数として与えられ、FWMクロストーク量を予測する上で、光ファイバ伝送路の長さは重要なパラメータである。光ファイバ伝送路の敷設時に把握しているファイバ長を用いてFWMクロストーク量を予測することを前提としていた。しかし、より高精度に予測するためには、零分散波長に追加して、入力変数としてファイバ長も測定し、その値を用いてFWMクロストーク量を予測する方法がある。
伝送ペナルティ、信号(波形)品質、信号(波形)品質の劣化量を評価パラメータとして用いる場合には、上記の式(1)、(2)の代わりに、以下の式(3)を用いる。式(3)は、光ファイバ伝送路における光信号は計の伝播に伴う変化を予測する式である。式(3)に対して擬似的なランダムな光信号波形を入力光信号として与えて、出力される光信号波形から伝送ペナルティ、信号品質、信号品質の劣化量などを予測できる。
上記の式(3)に用いられる各伝送路パラメータ、例えば、零分散波長、損失係数、非線形係数との関係は、Nonlinear Fiber Optics 3rd-edition,G.P.Agrawal, Academic Press, pp.49(2001)を参照されたい。
さらに、劣化要因パラメータとして各区間のFWMクロストーク量とすることがある。各区間のFWMクロストーク量を中間変数とし、複数区間を連続して伝送した場合のFWMクロストーク量を出力変数とすると、出力変数は各区間のFWMクロストーク量の線形和として見積もることができる。
また、光ファイバ伝送路区間を伝送した場合、非線形効果による信号品質劣化を非線形ペナルティとして定量化する方法がある。この場合、中間変数の多重化法としては、ペナルティ値の線形加算する方法がある。また、線形和ではなく、ペナルティの絶対値によって重みを付けて非線形に加算する方法も考えられる。
実際の伝送路では、光ファイバ伝送路の零分散波長などが長手方向に変化する。測定されるのは、光ファイバ伝送路区間の平均値であり、光ファイバ特性パラメータは長手方向に局所的な値をとりうる。そのため、長手方向の変化を統計的に仮定して、各区間での信号品質劣化を推定する必要がある。この場合、光ファイバ特性パラメータの局所的な値は不確定幅を持った確率分布となるため、信号品質劣化量も確率分布となる。また、損失係数、非線形係数、光パワーなどの長手方向の揺らぎを考慮して、劣化パラメータを確率変数とする確率分布を考慮することもある。
前述の実施の形態では、非線形ペナルティ光伝送可否判定装置内で、FWMクロストーク量の確率分布などの中間変数を計算する必要があり、この計算は時間を要する。そこで、本実施の形態では、それぞれの入力変数(例えば、零分散波長、ファイバ長など)における中間変数、出力変数(例えば、FWMクロストーク量、FWMクロストーク量の確率分布、位相雑音量、位相雑音量の確率分布、非線形ペナルティ、非線形ペナルティの確率分布など)の値を予め計算しておき、その関係をテーブルとして記憶しておく方法がある。
図15に示す中間変数記憶部440には、各平均例分散波長に対して、クロストーク量とその発生確率が記憶されている。各伝送路区間算出部410では、伝送路区間kの入力変数である平均例分散波長に最も近い零分散波長の確率データが記憶された列を読み出し、クロストーク量とその確率分布を中間変数として出力する。ここで、出力変数が複数伝送路区間を伝送した際に発生するFWMクロストーク量である場合には、中間変数多重部420では、各伝送路区間算出部410が出力するFWMクロストーク量と確率分布の関係データを順々に畳み込み積分して、複数区間のFWMクロストークの和の確率分布を算出する。
上記では、中間変数としてFWMクロストーク量の確率分布を設定した場合を例にあげたが、FWMクロストーク量の確率分布をある分布関数で近似することが可能である。その場合、近似関数として用いた関数の特徴パラメータを中間変数とすることができる。この場合、図13、図14における中間変数記憶部440は、図15で示したような膨大なデータ量のテーブルは一般に必要なく、コンパクトな記憶資源でよい。
例えば、FWMクロストーク量の確率分布を対数正規分布で近似した場合を例に示す。対数正規分布では、確率変数Xの対数をとった確率変数Yを新たに導入すると、確率変数Xが対数正規分布を示すとき、確率変数Yは正規分布を示すという性質を有する関数である。図12のプロットは、1つの区間において、伝送路ファイバの数km毎の局所零分散波長が、平均零分散波長を中心として、ある分散値の幅でランダムに変化する場合におけるFWMクロストーク量の確率分布(累積確率)を数値計算した結果であった。一方、図12の数値計算において得られたデシベル表示のFWMクロストーク量の確率分布に対して、その平均値(1次モーメント)と分散値(2次モーメント)を求めることができる。その平均値と分散値で表される正規分布を図12の実線で示した。但し、確率変数は、デシベル表示のFWMクロストーク量である。多少のずれはあるものの、よく一致している。正規分布は、平均値と分散値でもってその分布関数の特徴を現すことができ、この2つのパラメータがこの分布関数そのものを表すといえる。従って、中間変数としてこの平均値と分散値を用いればよい。確率変数がデシベル表示において正規分布を示すため、確率変数を線形表示に変換すると対数正規分布を示す。複数伝送路区間のFWMクロストーク量の和は、デシベル表示の値の和ではなく、線形なくロストーク量に変換し、その和が従う分布となる。従って、線形表示に変換したFWMクロストーク量を確率変数とする確率分布の畳み込み積分として与えられる。ゆえに、複数伝送路区間のFWMクロストークの和が従う確率分布は、平均値、分散値が異なる対数正規分布同士の畳み込み積分となる。対数正規分布に従う確率変数の和は、対数正規分布で近似できることが指摘されている(非特許文献3)。この近似を用いて中間変数多重化部420は容易に実現できる。デシベル表示における個々の中間変数の平均値、分散値をAvgn, sigmanとする。
σn=A×sigman
さらに、mn、σnに対して、次のような変換後の変数μn,σnを定義する。
Dn 2=EXP(2×mn)×EXP(σn 2)×(EXP(σn 2)−1)
個々の中間変数の和を新たな確率変数とした場合、その確率の特徴を現すパラメータμtot、Dtotは次式で表される。
Dtot 2=D1 2+D2 2+…+Dn 2
さらに、この特徴パラメータに対して、逆の変数変換を施す。
σtot=SQRT(LN(Dtot 2/μtot 2+1))
mtot=LN(μtot)−σtot 2/2
最終的には、複数区間伝送跡のFWMクロストークの和を確率変数とする確率分布の平均値Avgtotと分散sigumatotを求めることができる。
sigumatot=σtot/A
以上の変数変換と演算により対数正規分布の和の分布が得られる。
また、各伝送路区間算出部410は、各伝送区間の信号品質指標、その劣化量、劣化要因パラメータが確率分布として扱う必要がある場合、複数の区間を伝送した後のそれらの確率分布を基にして、出力変数を算出する。上記の信号品質指標、その劣化量、劣化要因パラメータの確率分布を任意の分布関数で近似し、その関数の特徴を現すパラメータを中間変数として設定し、入力変数と中間変数との関係をデータテーブルとして中間変数記憶部440が保持しておき、各伝送路区間算出部410はこの中間変数記憶部440のデータテーブルを参照して中間変数を出力する。ここで、入力変数と中間変数(確率分布の近似関すの特徴パラメータ)の関係をフィッティングした近似関数を用いることで、さらに演算量が軽減される。例えば、中間変数としてデシベル表示のFWMクロストークの確率分布を正規分布で近似し、その平均値と分散値を中間変数として設定した場合、平均零分散波長と中間変数としての正規分布の平均値、分散値の関係は2次曲線でよくフィッティングできる。例えば、各区間の伝送路ファイバを数kmの微小区間に分割し、その局所零分散波長を入力変数である平均零分散波長を中心にある分散幅でランダムに変化させた場合において、デシベル表示のFWMクロストークの平均値と分散値の平均零分散波長の依存性を図18に示す。
Zk=d×(Xk−X0)2+e×(Xk−X0)+f
ここで、a,b,c,d,e,fは、予め計算によって求められたフィッティング定数であり、図18の場合に、
a=0.0062,
b=0.280,
c=35.0,
d=0.0022
e=0.011,
f=1.2,
X0=1548
である。図18の縦軸はFWM−XT分布の平均値及び、FWM−XT分布の分散値を示し、横軸は平均零分散波長を示しており、aは、平均値近似曲線であり、bは分散値の近似曲線である。ここでは、2次関数を用いてフィッティングしたが、任意の関数で近似できる。
長手方向の伝送パラメータの揺らぎも測定できる場合は、伝送路区間算出部410において、長手方向の依存性も入力変数とすることで、取り扱っていた信号品質、その劣化量、もしくは劣化要因パラメータを一意に決定すること、もしくは確率分布の分布幅を低減することが可能になる。
<L:パスごとに判定>
光伝送システムには、アド/ドロップ機能を含むノードを設置するOADMシステムがある。この場合、図20に示すようにパスごとに経路が異なる。従って、図21に示すように、どの伝送路区間を通過するかという条件を設計ツール(非線形ペナルティ光伝送可否判定装置)に与えることで、各伝送路区間の入力変数の値からパスごとに伝送可否判定を行うことができる。また、全てのパス候補に対して、伝送可否判定を行う場合もある。
2 判定結果出力手段
100,200,300,400,500 非線形ペナルティ光伝送可否判定装置
110,310,410 伝送路区間算出部
120,420 中間変数多重部
130,530 判定部
440 中間変数記憶部
Claims (14)
- 波長分割多重光伝送システムにおいて信号伝送品質の設計が成立するか、不成立となるかを予測するための非線形ペナルティ光伝送可否判定装置であって、
光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、波長分散の測定値を入力変数として取得し、該光ファイバ伝送路区間における非線形効果を介したチャネル間干渉による信号品質、もしくはその劣化量、もしくは、劣化要因の大きさを表す評価パラメータを算出する評価パラメータ算出手段と、
前記評価パラメータを出力変数として出力する、または、該評価パラメータを用いて光伝送設計の成否の判定結果を出力する判定結果出力手段と、
を有することを特徴とする非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記評価パラメータ算出手段は、
前記入力変数として、
前記光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、前記波長分散の波長依存性の測定値に加えて、前記光ファイバ伝送路区間の伝送距離、分散スロープ測定値、送信光パワー、波長数、信号光の波長範囲に、チャネル間周波数間隔の少なくともいずれか1つを取得する手段を含む
請求項1記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記判定結果出力手段は、
前記評価パラメータとして、四光波混合クロストーク量、四光波混合クロストーク量が許容値を超える確率、非線形ペナルティ、のいずれかを出力する
請求項1または2記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記評価パラメータ算出手段は、
第k(kは伝送路の区間の数:k>0)の伝送路区間における前記評価パラメータ、もしくは、該評価パラメータの確率分布、もしくは該確率分布の特徴を表すモーメント値を第k中間変数として出力する第k算出手段を有し、
前記判定結果出力手段は、
前記第k中間変数を複数区間分だけ多重化して前記出力変数、もしくは、前記判定結果を出力する中間変数多重手段を含む
請求項1乃至3のいずれか1項記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記入力変数と、前記中間変数もしくは該中間変数を導出するために必要な準中間変数との関係を記憶する少なくとも1つの中間変数記憶手段を更に有し、
前記k算出手段は、
前記中間変数記憶手段から第k入力変数における中間変数、もしくは、準中間変数の値を検索し、その値を用いて第k中間変数を算出し、出力する手段を含む
請求項4記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記中間変数多重手段は、
前記中間変数としてぞれぞれの伝送路区間の四光波混合クロストーク量を用い、該四光波混合クロストーク量を加算する手段を含む
請求項4または5記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記中間変数多重手段は、
前記第k中間変数として、第kの伝送路区間で発生する四光波混合クロストーク量を第k確率変数とする確率分布を表す数値データ、もしくは近似分布関数、もしくは、近似分布関数の特徴を表すモーメント値が入力されると、該第k確率変数それぞれの和の確率変数が従う確率分布、もしくは、その特徴を表すモーメント値を算出する手段を含む
請求項4または5記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記中間変数多重手段は、
前記近似分布関数として対数正規分布関数を用い、
前記中間変数として前記対数正規分布関数の平均値、分散値を用いる
請求項7記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記評価パラメータ算出手段は、
伝送路区間kの出力信号光の信号品質を表す指標、その劣化量、もしくは劣化要因の大きさを表す指標を第k中間変数として出力する多段接続された伝送路区間算出手段を有し、
前記伝送路区間算出手段は、
第k−1算出手段が出力する第k−1中間変数と、第k入力変数とに基づいて、第k中間変数を算出する
請求項1記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記評価パラメータ算出手段は、
入力変数として、零分散波長、波長分散などの伝送路パラメータを伝送路区間kの端点間で測定した値を用い、
それぞれの前記伝送区間が区切られた微小区間毎の局所的な入力変数の値を確率変数とした確率分布を仮定して、前記評価パラメータの確率分布を算出、もしくは記憶する
請求項4,5,7,8のいずれか1項記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 前記評価パラメータ算出手段は、
前記入力変数として、零分散波長、及び、波長分散の長手依存性の測定値を取得する手段を含む
請求項1記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置。 - 波長分割多重光伝送システムにおいて信号伝送品質の設計が成立するか、不成立となるかを予測するための装置における非線形ペナルティ光伝送可否判定方法であって、
評価パラメータ算出手段が、光ファイバ伝送路区間の零分散波長の測定値、もしくは、波長分散の測定値が入力変数として取得し、該光ファイバ伝送路区間における非線形効果を介したチャネル間干渉による信号品質、もしくはその劣化量、もしくは、劣化要因の大きさを表す評価パラメータを算出する評価パラメータ算出ステップと、
判定結果出力手段が、前記評価パラメータを出力変数として出力する、または、該評価パラメータを用いて光伝送設計の成否の判定結果を出力する判定結果出力ステップと、
を行うことを特徴とする非線形ペナルティ光伝送可否判定方法。 - 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させる非線形ペナルティ光伝送可否判定プログラム。
- 請求項13記載の非線形ペナルティ光伝送可否判定プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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