JP3704490B2

JP3704490B2 - Optical network system and dispersion compensation control method thereof

Info

Publication number: JP3704490B2
Application number: JP2001251385A
Authority: JP
Inventors: 英樹前田; 正豊角田; 崇雅今井; 勉久保
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2021-08-22
Also published as: JP2003060577A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光クロスコネクトを介してメッシュ状に接続されたＷＤＭメッシュネットワークにおいて、光クロスコネクトを構成する光フィルタの分散に起因する伝送特性劣化を補償する光ネットワークシステムおよびその分散補償制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポイント・ツー・ポイントの長距離波長多重伝送システムでは、光ファイバ伝送路の波長分散と非線形光学効果の複合要因による波形劣化が伝送特性劣化の主要因になっている。この波形劣化の抑圧には、一定距離ごとに光ファイバ伝送路と逆の波長分散値を有する分散補償ファイバを光ファイバ伝送路中に配置し、さらに光ファイバの分散スロープに起因する累積分散は各光受信器の前段で分散補償ファイバ等により補償する方法が知られている（文献：分散マネジメントを用いた10Ｇbit/s/chＷＤＭ伝送システムの検討、信学技報、OCS96-57) 。
【０００３】
また近年、ポイント・ツー・ポイントの波長多重伝送システムにおいて、図８に示すように、対向する波長多重光送信器１と波長多重光受信器２を光ファイバ伝送路３と複数の光クロスコネクト（ＯＸＣ）４を介してメッシュ状に接続したＷＤＭメッシュネットワークが検討されている。このＷＤＭメッシュネットワークでは、波長を光パスとして扱い、図中太線で示す設定経路中の光ファイバ伝送路３に障害が発生したときに、光パス（波長）の再設定を行うことにより図中破線で示す障害箇所を回避する経路に切り替えることができ、ネットワークの信頼性を高めることができる。
【０００４】
図９は、２×２の光クロスコネクト４の構成例を示す。図において、光サーキュレータ４１−１と光サーキュレータ４１−２の各第２ポートを、２×２光スイッチ４２−１〜４２−９とファイバグレーティング４３−１〜４３−８を交互に介して接続し、光サーキュレータ４１−１の第１ポートおよび第３ポートに入力ポートＩＮ１および出力ポートＯＵＴ１を接続し、光サーキュレータ４１−２の第１ポートおよび第３ポートに入力ポートＩＮ２および出力ポートＯＵＴ２を接続する。
【０００５】
ファイバグレーティングフィルタ４３−１〜４３−８は、それぞれ波長λ１〜λ８を反射し、その他の波長を透過する。また、各２×２光スイッチ４２−１〜４２−９はクロス状態またはバー状態に設定されるが、その組み合わせに応じて光サーキュレータ間に挿入されるファイバグレーティング（反射波長と透過波長の組み合わせ）が決定する。ここでは、２×２光スイッチ４２−１〜４２−８がクロス状態に設定され、２×２光スイッチ４２−９がバー状態に設定され、ファイバグレーティング４３−２，４３−４，４３−６，４３−８が光サーキュレータ間に挿入され、反射波長λ２，λ４，λ６，λ８、透過波長λ１，λ３，λ５，λ７の光クロスコネクトが構成される。
【０００６】
図９の構成では、入力ポートＩＮ１から入力した波長λ１〜λ８の光パスのうち、波長λ２，λ４，λ６，λ８の光パスが反射して出力ポートＯＵＴ１から出力され、他の波長の光パスが出力ポートＯＵＴ２から出力される。同様に、入力ポートＩＮ２から入力した波長λ１〜λ８の光パスのうち、波長λ２，λ４，λ６，λ８の光パスが反射して出力ポートＯＵＴ２から出力され、他の波長の光パスが出力ポートＯＵＴ１から出力される。したがって、入力ポートＩＮ１から入力の光パスに「Ａ」、入力ポートＩＮ２から入力の光パスに「Ｂ」を付けて表示すると、出力ポートＯＵＴ１，ＯＵＴ２にはそれぞれ図中表示の光パスが出力される。
【０００７】
ここで、「光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタ」とは、光信号波長が反射するファイバグレーティングフィルタである。例えば図９の構成において、入力ポートＩＮ１から入力の波長Ａλ２の光パスは、ファイバグレーティングフィルタ４３−２で反射して出力ポートＯＵＴ１から出力されるので、「光パス中にファイバグレーティングフィルタが存在する」となる。一方、入力ポートＩＮ１から入力の波長Ａλ３の光パスは、ファイバグレーティングフィルタ４３−１〜４３−８をバイパスあるいは透過して出力ポートＯＵＴ２から出力されるので、この光クロスコネクトにおいては「光パス中にファイバグレーティングフィルタが存在しない」ことになる。
【０００８】
ところで、光クロスコネクトの再構成では、２×２光スイッチの状態を切り替えることにより、反射波長と透過波長の組み合わせを変化させることができる。例えば、入力ポートＩＮ１から入力して出力ポートＯＵＴ２へ出力していた波長λ３の光パスについて、反射波長λ３のファイバグレーティング４３−３で反射して出力ポートＯＵＴ１へ出力されるように、各２×２光スイッチを設定することにより、光パスの経路変更が可能となる。このとき「光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタ」は１個増えることになる。この光パスの経路変更に伴い、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの増減が以下に示す問題を引き起こす。
【０００９】
ファイバグレーティングフィルタは、反射特性に対して理想的なほぼ矩形の振幅特性を有するが、帯域内で非常に大きな分散をもつことが指摘されている（文献：G.Nykolak et al.,"Dispersion Penalty Measurements of Narrow Fiber Bragg Gratings at 10Gbit/s, IEEE PTL, vol.10, no.9, 1998) 。なお、同文献には、反射信号に対する分散特性が透過信号に対する分散特性に比べて十分に大きいことが示されており、ここでは反射帯域内における信号波長と反射波長のずれに伴う波長分散を問題にする。
【００１０】
図１０は、３dB帯域0.57nmのファイバグレーティングフィルタの波長分散特性および反射特性を示す。横軸は信号波長とファイバグレーティングフィルタの反射中心波長のずれを示し、左縦軸は分散値、右縦軸は反射率を示す。実線は１段接続時、破線は８段接続時の各特性を示す。図１０に示すように、１段接続時において、中心波長で25ps/nm 、３dB帯域内で−200 〜200ps/nm の波長分散をもつことがわかる。また、８段接続時には、中心波長で200ps/nm、0.43nmに狭窄化された３dB帯域内で−600 〜1000ps/nm の波長分散をもつことがわかる。
【００１１】
この特性から、信号波長とファイバグレーティングフィルタの反射中心波長がずれると、ファイバグレーティングフィルタの波長分散が無視できない値になることがわかる。したがって、長距離ＷＤＭメッシュネットワークにおいても、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの波長分散は無視できず、この波長分散は光ファイバ伝送路の波長分散と同様に、光ファイバの非線形光学効果との複合要因によって顕著な波形劣化を生じさせることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、上述したように光ファイバ伝送路の波長分散や分散スロープに対する分散補償方法のみであり、光クロスコネクトに用いられるファイバグレーティングフィルタの波長分散に起因する伝送特性劣化は考慮されず、それに対する補償方法についても検討されてこなかった。
【００１３】
なお、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの波長分散について、上述した光ファイバの波長分散と同様に扱い、光受信器の前段で光ファイバの累積分散とともに分散補償ファイバ等により補償する方法も考えられるが、光パスの変更に柔軟に対応できない問題がある。これは、図８に示すように、障害等により光パス変更（光パス再設定）が生じると、光パス中のファイバグレーティングフィルタの位置および個数が変化し、光受信器の前段で補償すべき分散補償量もその都度変化するためである。
【００１４】
本発明は、光クロスコネクトを介してメッシュ状に接続した光ファイバ伝送路の障害等により光パスの再設定を可能とするＷＤＭメッシュネットワークにおいて、光パス中に存在する光フィルタの波長分散に起因する伝送特性劣化を自動的に改善する光ネットワークシステムおよびその分散補償制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、対向する波長多重光送信器および波長多重光受信器が光ファイバ伝送路および複数の光クロスコネクトを介してメッシュ状に接続され、光クロスコネクトが波長に応じた光パスを設定する光フィルタを備えた構成であり、設定経路中の光ファイバ伝送路に障害が発生したときに、光パス（波長）の再設定により障害箇所を回避する経路に切り替える光ネットワークシステムにおいて、複数の光クロスコネクトのすべての光フィルタの入力波長に対する波長分散値を示す波長分散特性テーブルと、光パス中に存在する光フィルタを認識する手段とを有し、波長分散特性テーブルを参照して光パス中に存在する光フィルタの波長分散値を求め、それを相殺する分散補償量を算出する光フィルタ監視装置と、波長多重光受信器の各波長対応の光受信器の前段に挿入され、所定の波長分散値の設定が可能な可変分散補償器と、光フィルタ監視装置で算出された分散補償量に応じた波長分散を可変分散補償器に設定し、光パスの再設定により光パス中に存在する光フィルタが変化したときにその光フィルタによる波長分散を自動的に補償する分散補償量制御装置とを備える（請求項１）。
【００１６】
本発明の光ネットワークシステムは、さらに光受信器の受信光信号の波長を検出し、その波長情報を光フィルタ監視装置に通知する波長計を備え、光フィルタ監視装置は、波長情報に基づいて波長分散特性テーブルを参照し、光パス中に存在する光フィルタの波長分散値を求め、それを相殺する分散補償量を算出する構成である（請求項２）。
【００１７】
光クロスコネクトは、光フィルタとして所定の波長の光を反射する少なくとも１つのファイバグレーティングフィルタを備える（請求項３）。
【００１８】
可変分散補償器は、熱的に分散補償量を変化させるチャープドファイバグレーティングフィルタを用いた構成である（請求項４）。
【００１９】
また、本発明は、光ネットワークシステムの分散補償制御方法として、光パス中に存在する光フィルタを認識し、光パス中に存在する光フィルタに対する波長分散特性テーブルを参照してその波長分散値を求め、それを相殺する分散補償量を算出し、分散補償量に基づいて受信光信号の分散補償を行い、光パス中に存在する光フィルタの波長分散によって生じた波形劣化を補償する（請求項５）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ネットワークシステムの実施形態を示す。ここでは、図８に示すＷＤＭメッシュネットワークで設定された１つの光パスについて示す。すなわち、波長多重光送信器１の１つの光送信器１１から送信された光信号は合波器１２を介して出力され、光ファイバ伝送路３および複数の光クロスコネクト（ＯＸＣ）４を介して波長多重光受信器２に入力し、分波器２１を介して１つの光受信器２２に受信される。
【００２１】
本実施形態の特徴は、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタＦＢＧによる波長分散を補償するために、波長多重光受信器２側に、光フィルタ監視装置２３、光カプラ２４、波長計２５、可変分散補償器２６、分散補償量制御装置２７を備えるところにある。光カプラ２４および可変分散補償器２６は光受信器２２の前段に挿入され、光カプラ２４で分岐した受信光信号の一部は波長計２５に入力される。
【００２２】
光フィルタ監視装置２３は、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタＦＢＧの種類と個数を監視する。そのために、例えばサブキャリア変調方式などを用いて光パスと同ルートで転送可能な監視信号を用い、各光クロスコネクトから反射するファイバグレーティングフィルタＦＢＧの種類と個数の情報を主信号に重畳するようにする。ただし、監視信号の転送方式についてはサブキャリア変調方式などに限定されるものではなく、光ネットワークを監視する別の監視システムに組み込んでもよい。例えば、光パスを再設定する際に、各光クロスコネクト内のファイバグレーティングフィルタの接続構成が一元的に決まるので、特別な監視信号を用いなくても、予め光フィルタ監視装置２３に各光クロスコネクト内のファイバグレーティングフィルタの接続構成を記憶させておけば、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタを認識することができる。
【００２３】
また、光フィルタ監視装置２３は、ＷＤＭメッシュネットワークに存在するすべてのファイバグレーティングフィルタＦＢＧについて、あらかじめ個々に測定しておいた入力波長に対する波長分散値を示す波長分散特性テーブルを備える。ファイバグレーティングフィルタＸの波長分散特性テーブルの一例を表１に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
波長計２５は、受信光信号の波長を検出して光フィルタ監視装置２３に通知する。光フィルタ監視装置２３は、波長計２５で得た受信波長情報をもとに、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタに対する波長分散特性テーブルを参照してその波長分散値を求め、それを相殺する分散補償量を算出する。ここで算出された分散補償量は分散補償量制御装置２７に通知される。分散補償制御装置２７は、この分散補償量を可変分散補償器２６がもつように制御する。
【００２６】
以上の構成および手順により、光パスが再設定され、光パス中に存在するファイバグレーティングの個数および種類が変化しても、本発明の光ネットワークシステムはそれを自動的に認識することができ、かつ補償すべき分散補償量を自動的に決定して分散補償することができる。ここで、可変分散補償器２６としてチャープドファイバグレーティングを用いた場合について、図２および図３を参照して具体的に説明する。
【００２７】
図２に示す光受信器２２、光フィルタ監視装置２３、光カプラ２４、波長計２５、分散補償量制御装置２７は、図１に示す各部に対応するものであり、ここでは可変分散補償器２６として、熱的に分散補償量を変化させるチャープドファイバグレーティング２８を用い、光サーキュレータ２９を介して光受信器２２の前段に挿入する構成を示す。チャープドファイバグレーティング２８は、ファイバグレーティングに併設したペルチェ素子の電流値を変化させて発熱量を調整することにより、−500ps/nm〜−2500ps/nm の範囲で連続した分散値の変化が可能な素子である（文献："Integrated Tunable Fiber Gratings for Dispersion Management in High-Bit Rate Systems", IEEE JLT, vol.18, no.10, 2000)。
【００２８】
なお、正の分散が必要な場合には、＋1000ps/nm 程度の分散補償ファイバを組み合わせることにより、負の分散から正の分散まで連続的に変化させることができる。また、複数のチャープドファイバグレーティング２８を用いることにより、さらに大きな分散値の変化が可能であり、後述する本発明の有効範囲を十分にカバーすることができる。
【００２９】
図３は、本発明の分散補償制御方法の処理手順の一例を示す。ここでは、図２に示す構成に対応付けて説明する。▲１▼光フィルタ監視装置２３は、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの種類と個数（光フィルタ情報）を監視する。▲２▼波長計２５は、受信光信号の波長を検出して光フィルタ監視装置２３に通知する。▲３▼光フィルタ監視装置２３は、波長計２５で得た受信波長情報をもとに、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの波長分散特性テーブルを参照してその波長分散値を求め、それを相殺する分散補償量を算出する。
【００３０】
▲４▼分散補償制御装置２７は、光フィルタ監視装置２３で得られた分散補償量に基づいて、チャープドファイバグレーティング２８に印加する制御電流ｉを設定する。▲５▼チャープドファイバグレーティング２８は、この制御電流ｉによりヒートアップされ、対応する波長分散を得る。▲６▼光サーキュレータ２９を介してチャープドファイバグレーティング２８に入力された光信号は、設定された波長分散を有するチャープドファイバグレーティング２８で反射し、分散補償される。▲７▼分散補償された反射光信号は、再び光サーキュレータ２９を介して光受信器２２に受信される。このときの光信号は、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの波長分散によって生じた波形劣化が補償されている。
【００３１】
これにより、光ファイバ伝送路の障害等により光パスを再設定した場合でも、光パス中に存在するファイバグレーティングフィルタの波長分散に起因する伝送特性劣化を自動的に改善する光ネットワークシステムが実現する。
【００３２】
＜本願発明システムの評価系＞
本願発明の光ネットワークシステムについて、光パス中のファイバグレーティングフィルタが８段接続された評価系を構成し、10Ｇbit/s ×８ＷＤＭ4,256km 周回伝送実験により伝送特性（電気ＳＮＲ）を測定した実験結果について説明する。なお、ここでは、光フィルタ監視装置２３から分散補償量制御装置２７への制御、および分散補償量制御装置２７から可変分散補償器２６への制御等の一連の制御は、マニュアルで行うものとした。また、可変分散補償器２６としては、補償量の異なる分散補償ファイバを組み合わせて使用するものとした。使用するファイバグレーティングフィルタの波長分散特性および反射特性は、図１０のものを使用した。送信信号は、10Ｇbit/s のＮＲＺ符号で強度変調された８波のＷＤＭ信号（1549.2〜1554.94 ｎｍ、波長間隔 0.8ｎｍ）とした。
【００３３】
図４は、本発明システムの評価系の構成例を示す。図４おいて、光サーキュレータ４１の第１ポートと第３ポートを 532ｋｍの周回ループ（図示せず）を介して接続し、第２ポートにｃｈ６に対するファイバグレーティングフィルタ４３を接続する。周回ループは、50ｋｍスパンの−1.2ps/nm/km 分散シフトファイバと、分散補償用シングルモードファイバと、光出力６dBｍの光ファイバ増幅器と、光等化器から構成され、平均零分散波長は 1551.32ｎｍである。光サーキュレータ４１の第１ポートにｃｈ１〜８の８波を入力し、第２ポートにファイバグレーティングフィルタ４３を介してｃｈ１〜８の８波を入力すると、ｃｈ６について周回ループを８周する約4200ｋｍ伝送路中に８個のファイバグレーティングフィルタ４３が周期的に配置されることになる。光受信器では、光フィルタによりｃｈ６を波長選択した後に分散補償ファイバにより分散補償した。
【００３４】
図５は、ファイバグレーティングフィルタ反射帯域内におけるｃｈ６の電気ＳＮＲ劣化測定結果を示す。ここで、電気ＳＮＲ劣化は、ファイバグレーティングフィルタなしの場合の電気ＳＮＲとの差分とした。ファイバグレーティングフィルタなしの場合の電気ＳＮＲは、光ファイバ伝送路の分散スロープによる累積分散を補償したときのＳＮＲである。このときの補償量は−400ps/nmである。そのため、ファイバグレーティングフィルタを伝送路中に配置した測定では、可変分散補償器を−400ps/nmに固定した場合と、図１０の波長分散特性を相殺するように分散補償量を最適化した場合について評価した。
【００３５】
分散補償量−400ps/nmに固定の場合は、シミュレーションにより求めたファイバグレーティングフィルタの振幅特性のみ考慮したＳＮＲ劣化よりも大きい。これは、ファイバグレーティングの分散と光ファイバの非線形光学効果との複合効果による波形劣化により、ＳＮＲが劣化したためと考えられる。受信端の分散補償量を図１０の波長分散特性を相殺するように最適とした場合には、ほぼ振幅特性のみ考慮したＳＮＲのレベルまで改善ができた。最適分散補償量は、図５に示すように正の累積分散を 100〜600ps/nm残留させて補償したときであった。これにより、本発明では若干正の分散を残留させて補償する方が良好な伝送特性が得られることがわかる。
【００３６】
次に、本発明の有効範囲について示す。図６は、ファイバグレーティングフィルタの累積分散とＳＮＲ劣化の関係をシミュレーションにより求めた結果を示す。また、同図には図５から求めた実験結果も示す。ファイバグレーティングフィルタを分散媒質として扱い、4200ｋｍ伝送路において、ファイバグレーティングフィルタが分布的に存在する場合（□）、８個のファイバグレーティングフィルタが周期的に配置される場合（○）、１個のファイバグレーティングフィルタが送信端に集中的に配置される場合（△）について検討した。なお、光ファイバ伝送路およびファイバグレーティングフィルタの分散スロープは無視した。他の条件は上記実験と同様である。
【００３７】
８個のファイバグレーティングフィルタが周期的に配置される場合は、分布的に存在する場合とほぼＳＮＲ劣化が等しく、その有効範囲はＳＮＲ劣化１dBをリミットとすると、−1300ps/nm 〜2400ps/nm となった。これは、実験結果とも一致する。また、１個のファイバグレーティングフィルタが送信端に配置されるときが最もＳＮＲ劣化が顕著であり、その有効範囲は−500ps/nm〜1200ps/nm となった。
【００３８】
図７は、光パス長を6400ｋｍとし、ファイバグレーティングフィルタによる累積分散とＳＮＲ劣化の関係をシミュレーションおよび実験に求めた結果を示す。条件は図６のシミュレーションと同様であるが、光パス長が長延化したことにより、伝送路中のファイバグレーティングフィルタの個数は12個とした。光パス長が6400ｋｍの場合でも、本発明はファイバグレーティングフィルタの波長分散に起因する伝送特性劣化を補償することができる。その有効範囲は、12個のファイバグレーティングフィルタが周期的に配置される場合で−1300ps/nm 〜2400ps/nm となり、最悪条件である１個のファイバグレーティングフィルタが送信端に配置されるときは−500ps/nm〜1200ps/nm となった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ネットワークシステムおよび分散補償制御方法は、光パス中に存在する光フィルタ（ファイバグレーティングフィルタ）を把握し、対応する波長分散特性テーブルを参照してその波長分散を求め、それを相殺する分散補償量を算出して分散補償を行うことができる。したがって、光パスの設定変更があった場合でも、その光パス中に存在する光フィルタの波長分散に起因する伝送特性劣化を自動的に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ネットワークシステムの実施形態を示すブロック図。
【図２】可変分散補償器にチャープドファイバグレーティングを用いた自動分散補償構成例を示す図。
【図３】本発明の分散補償制御方法の処理手順の一例を示すフローチャート。
【図４】本発明システムの評価系の構成例を示す図。
【図５】ｃｈ６の電気ＳＮＲ劣化測定結果を示す図。
【図６】ファイバグレーティングフィルタの累積分散とＳＮＲ劣化の関係を示す図。
【図７】ファイバグレーティングフィルタの累積分散とＳＮＲ劣化の関係を示す図。
【図８】ＷＤＭメッシュネットワークの構成例を示す図。
【図９】２×２の光クロスコネクト４の構成例を示す図。
【図１０】ファイバグレーティングフィルタの波長分散特性および反射特性を示す図。
【符号の説明】
１波長多重光送信器
２波長多重光受信器
３光ファイバ伝送路
４光クロスコネクト（ＯＸＣ）
１１光送信器
１２合波器
２１分波器
２２光受信器
２３光フィルタ監視装置
２４光カプラ
２５波長計
２６可変分散補償器
２７分散補償量制御装置
２８チャープドファイバグレーティング
２９光サーキュレータ
４１光サーキュレータ
４２２×２光スイッチ
４３ファイバグレーティングフィルタ（ＦＢＧ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical network system that compensates for transmission characteristic deterioration caused by dispersion of an optical filter constituting an optical cross-connect in a WDM mesh network connected in a mesh form via a plurality of optical cross-connects, and dispersion compensation control thereof Regarding the method.
[0002]
[Prior art]
In a point-to-point long-distance wavelength division multiplexing transmission system, waveform deterioration due to a composite factor of chromatic dispersion of an optical fiber transmission line and a nonlinear optical effect is a main factor of transmission characteristic deterioration. In order to suppress this waveform deterioration, a dispersion compensating fiber having a chromatic dispersion value opposite to that of the optical fiber transmission line is arranged at a certain distance in the optical fiber transmission line, and the accumulated dispersion caused by the dispersion slope of the optical fiber is A method of compensating with a dispersion compensating fiber or the like before the optical receiver is known (Reference: Examination of 10 Gbit / s / ch WDM transmission system using dispersion management, IEICE Technical Report, OCS96-57).
[0003]
In recent years, in a point-to-point wavelength division multiplexing transmission system, as shown in FIG. 8, the wavelength division multiplexing optical transmitter 1 and the wavelength division multiplexing optical receiver 2 which are opposed to each other are connected to an optical fiber transmission line 3 and a plurality of optical cross-connects ( A WDM mesh network connected in a mesh form via OXC) 4 is under study. In this WDM mesh network, the wavelength is treated as an optical path, and when a failure occurs in the optical fiber transmission line 3 in the setting path indicated by a thick line in the figure, the optical path (wavelength) is reset to indicate a broken line in the figure. It is possible to switch to a route that avoids the failure location indicated by, and to improve the reliability of the network.
[0004]
FIG. 9 shows a configuration example of the 2 × 2 optical cross connect 4. In the figure, the second ports of the optical circulator 41-1 and the optical circulator 41-2 are connected via 2 × 2 optical switches 42-1 to 42-9 and fiber gratings 43-1 to 43-8 alternately. The input port IN1 and the output port OUT1 are connected to the first port and the third port of the optical circulator 41-1, and the input port IN2 and the output port OUT2 are connected to the first port and the third port of the optical circulator 41-2. .
[0005]
The fiber grating filters 43-1 to 43-8 reflect wavelengths λ1 to λ8 and transmit other wavelengths, respectively. Each of the 2 × 2 optical switches 42-1 to 42-9 is set to a cross state or a bar state, and a fiber grating (combination of reflection wavelength and transmission wavelength) inserted between optical circulators according to the combination. Will be determined. Here, the 2 × 2 optical switches 42-1 to 42-8 are set to the cross state, the 2 × 2 optical switches 42-9 are set to the bar state, and the fiber gratings 43-2, 43-4, and 43-6. 43-8 are inserted between the optical circulators to form an optical cross-connect having reflection wavelengths λ2, λ4, λ6, λ8 and transmission wavelengths λ1, λ3, λ5, λ7.
[0006]
In the configuration of FIG. 9, among the optical paths of wavelengths λ1 to λ8 input from the input port IN1, the optical paths of wavelengths λ2, λ4, λ6, and λ8 are reflected and output from the output port OUT1, and optical paths of other wavelengths. Is output from the output port OUT2. Similarly, among the optical paths of wavelengths λ1 to λ8 input from the input port IN2, the optical paths of wavelengths λ2, λ4, λ6, and λ8 are reflected and output from the output port OUT2, and the optical paths of other wavelengths are output ports. Output from OUT1. Therefore, when “A” is added to the input optical path from the input port IN1 and “B” is added to the input optical path from the input port IN2, the optical paths shown in the figure are output to the output ports OUT1 and OUT2, respectively. The
[0007]
Here, the “fiber grating filter existing in the optical path” is a fiber grating filter that reflects an optical signal wavelength. For example, in the configuration of FIG. 9, the optical path having the wavelength Aλ2 input from the input port IN1 is reflected by the fiber grating filter 43-2 and output from the output port OUT1, so that “a fiber grating filter exists in the optical path. " On the other hand, the optical path of the wavelength Aλ3 input from the input port IN1 is output from the output port OUT2 by bypassing or passing through the fiber grating filters 43-1 to 43-8. There is no fiber grating filter.
[0008]
By the way, in the reconfiguration of the optical cross connect, the combination of the reflection wavelength and the transmission wavelength can be changed by switching the state of the 2 × 2 optical switch. For example, an optical path having a wavelength λ3 that is input from the input port IN1 and output to the output port OUT2 is reflected by a fiber grating 43-3 having a reflection wavelength λ3 and output to the output port OUT1. By setting the two optical switches, it is possible to change the path of the optical path. At this time, the number of “fiber grating filters existing in the optical path” is increased by one. Along with the change of the path of the optical path, the increase / decrease of the fiber grating filter existing in the optical path causes the following problems.
[0009]
It is pointed out that the fiber grating filter has an almost rectangular amplitude characteristic that is ideal for reflection characteristics, but has a very large dispersion in the band (reference: G. Nykolak et al., "Dispersion Penalty"). Measurements of Narrow Fiber Bragg Gratings at 10 Gbit / s, IEEE PTL, vol.10, no.9, 1998) Note that the dispersion characteristics for reflected signals are sufficiently larger than the dispersion characteristics for transmitted signals. Here, the problem is chromatic dispersion associated with the difference between the signal wavelength and the reflection wavelength within the reflection band.
[0010]
FIG. 10 shows chromatic dispersion characteristics and reflection characteristics of a fiber grating filter with a 3 dB bandwidth of 0.57 nm. The horizontal axis indicates the difference between the signal wavelength and the reflection center wavelength of the fiber grating filter, the left vertical axis indicates the dispersion value, and the right vertical axis indicates the reflectance. A solid line indicates each characteristic when one stage is connected, and a broken line indicates each characteristic when eight stages are connected. As shown in FIG. 10, it can be seen that, when connected in one stage, it has a chromatic dispersion of 25 ps / nm at the center wavelength and −200 to 200 ps / nm within the 3 dB band. It can also be seen that when connected in 8 stages, it has a chromatic dispersion of −600 to 1000 ps / nm within the 3 dB band narrowed to 200 ps / nm at the center wavelength and 0.43 nm.
[0011]
From this characteristic, it can be seen that if the signal wavelength and the reflection center wavelength of the fiber grating filter are shifted, the wavelength dispersion of the fiber grating filter becomes a value that cannot be ignored. Therefore, even in a long-distance WDM mesh network, the chromatic dispersion of the fiber grating filter existing in the optical path cannot be ignored, and this chromatic dispersion is similar to the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line and the nonlinear optical effect of the optical fiber. Combined factors cause significant waveform degradation.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, as described above, only the dispersion compensation method for the chromatic dispersion and dispersion slope of the optical fiber transmission line is used, and the transmission characteristic deterioration due to the chromatic dispersion of the fiber grating filter used in the optical cross-connect is not taken into consideration. No compensation method has been studied.
[0013]
Note that the chromatic dispersion of the fiber grating filter existing in the optical path is handled in the same way as the chromatic dispersion of the optical fiber described above, and a method of compensating with the dispersion compensation fiber together with the accumulated dispersion of the optical fiber in the previous stage of the optical receiver is also considered. However, there is a problem that the optical path cannot be flexibly changed. As shown in FIG. 8, when an optical path change (optical path resetting) occurs due to a failure or the like, the position and number of fiber grating filters in the optical path change, and should be compensated at the front stage of the optical receiver. This is because the amount of dispersion compensation also changes each time.
[0014]
The present invention is based on the chromatic dispersion of an optical filter existing in an optical path in a WDM mesh network that enables an optical path to be reset due to a failure of an optical fiber transmission line connected in a mesh form via an optical cross-connect. An object of the present invention is to provide an optical network system and a dispersion compensation control method thereof that automatically improve the transmission characteristic degradation.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, opposing wavelength division multiplexing optical transmitters and wavelength division multiplexing optical receivers are connected in a mesh shape via an optical fiber transmission line and a plurality of optical cross connects, and the optical cross connect sets an optical path according to the wavelength. In an optical network system that includes an optical filter and that switches to a path that avoids a fault location by resetting an optical path (wavelength) when a fault occurs in an optical fiber transmission line in the setup path, It has a chromatic dispersion characteristic table showing chromatic dispersion values with respect to the input wavelengths of all the optical filters of the cross-connect, and means for recognizing the optical filter existing in the optical path. An optical filter monitoring device for calculating a chromatic dispersion value of an optical filter existing in the optical filter and calculating a dispersion compensation amount for canceling the chromatic dispersion value, and each wavelength pair of the WDM optical receiver A variable dispersion compensator that is inserted in the preceding stage of the optical receiver and capable of setting a predetermined chromatic dispersion value, and chromatic dispersion corresponding to the dispersion compensation amount calculated by the optical filter monitoring device is set in the variable dispersion compensator. And a dispersion compensation amount control device that automatically compensates for chromatic dispersion caused by the optical filter when the optical filter existing in the optical path changes due to resetting of the optical path.
[0016]
The optical network system of the present invention further includes a wavelength meter that detects the wavelength of the received optical signal of the optical receiver and notifies the optical filter monitoring device of the wavelength information, and the optical filter monitoring device uses the wavelength information based on the wavelength information. This is a configuration in which a chromatic dispersion value of an optical filter existing in the optical path is obtained with reference to the dispersion characteristic table, and a dispersion compensation amount for canceling the chromatic dispersion value is calculated.
[0017]
The optical cross-connect includes at least one fiber grating filter that reflects light of a predetermined wavelength as an optical filter.
[0018]
The tunable dispersion compensator has a configuration using a chirped fiber grating filter that thermally changes the dispersion compensation amount.
[0019]
In addition, the present invention, as a dispersion compensation control method for an optical network system, recognizes an optical filter existing in the optical path, and refers to a chromatic dispersion characteristic table for the optical filter present in the optical path, and sets its chromatic dispersion value. And calculating a dispersion compensation amount that cancels it, performing dispersion compensation of the received optical signal based on the dispersion compensation amount, and compensating for waveform degradation caused by chromatic dispersion of an optical filter existing in the optical path. 5).
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of an optical network system of the present invention. Here, one optical path set in the WDM mesh network shown in FIG. 8 is shown. In other words, the optical signal transmitted from one optical transmitter 11 of the wavelength division multiplexing optical transmitter 1 is output via the multiplexer 12 and is transmitted via the optical fiber transmission line 3 and the plurality of optical cross-connects (OXC) 4. The signal is input to the wavelength division multiplexing optical receiver 2 and is received by one optical receiver 22 via the demultiplexer 21.
[0021]
The feature of the present embodiment is that an optical filter monitoring device 23, an optical coupler 24, a wavelength meter 25, a variable wavelength are provided on the wavelength multiplexing optical receiver 2 side in order to compensate for chromatic dispersion caused by the fiber grating filter FBG existing in the optical path. A dispersion compensator 26 and a dispersion compensation amount control device 27 are provided. The optical coupler 24 and the tunable dispersion compensator 26 are inserted before the optical receiver 22, and a part of the received optical signal branched by the optical coupler 24 is input to the wavelength meter 25.
[0022]
The optical filter monitoring device 23 monitors the type and number of fiber grating filters FBG existing in the optical path. For this purpose, for example, a monitoring signal that can be transferred in the same route as the optical path using a subcarrier modulation method or the like is used to superimpose information on the type and number of fiber grating filters FBG reflected from each optical cross-connect on the main signal. To. However, the transfer method of the monitoring signal is not limited to the subcarrier modulation method or the like, and may be incorporated in another monitoring system that monitors the optical network. For example, when the optical path is reset, the connection configuration of the fiber grating filters in each optical cross-connect is determined in a unified manner, so that the optical filter monitoring device 23 can be set in advance without using a special monitoring signal. If the connection configuration of the fiber grating filter in the connection is stored, the fiber grating filter existing in the optical path can be recognized.
[0023]
Further, the optical filter monitoring device 23 includes a chromatic dispersion characteristic table indicating chromatic dispersion values with respect to input wavelengths that are individually measured in advance for all the fiber grating filters FBG existing in the WDM mesh network. An example of the chromatic dispersion characteristic table of the fiber grating filter X is shown in Table 1.
[0024]
[Table 1]

[0025]
The wavelength meter 25 detects the wavelength of the received optical signal and notifies the optical filter monitoring device 23 of it. The optical filter monitoring device 23 obtains the chromatic dispersion value by referring to the chromatic dispersion characteristic table for the fiber grating filter existing in the optical path based on the received wavelength information obtained by the wavelength meter 25, and cancels it. Calculate the amount of dispersion compensation. The dispersion compensation amount calculated here is notified to the dispersion compensation amount control device 27. The dispersion compensation control device 27 controls the dispersion compensation amount so that the variable dispersion compensator 26 has this dispersion compensation amount.
[0026]
With the above configuration and procedure, even if the optical path is reset and the number and type of fiber gratings existing in the optical path change, the optical network system of the present invention can automatically recognize it, In addition, the dispersion compensation amount to be compensated can be automatically determined for dispersion compensation. Here, a case where a chirped fiber grating is used as the tunable dispersion compensator 26 will be specifically described with reference to FIGS.
[0027]
The optical receiver 22, the optical filter monitoring device 23, the optical coupler 24, the wavelength meter 25, and the dispersion compensation amount control device 27 shown in FIG. 2 correspond to the components shown in FIG. As shown, a chirped fiber grating 28 that changes the amount of dispersion compensation thermally is used and inserted into the front stage of the optical receiver 22 via the optical circulator 29. The chirped fiber grating 28 can change the dispersion value continuously in the range of −500 ps / nm to −2500 ps / nm by adjusting the heat generation amount by changing the current value of the Peltier element provided in the fiber grating. (Reference: “Integrated Tunable Fiber Gratings for Dispersion Management in High-Bit Rate Systems”, IEEE JLT, vol. 18, no. 10, 2000).
[0028]
If positive dispersion is required, it can be changed continuously from negative dispersion to positive dispersion by combining dispersion compensating fibers of about +1000 ps / nm. Further, by using a plurality of chirped fiber gratings 28, it is possible to change the dispersion value further, and sufficiently cover the effective range of the present invention described later.
[0029]
FIG. 3 shows an example of the processing procedure of the dispersion compensation control method of the present invention. Here, description will be made in association with the configuration shown in FIG. (1) The optical filter monitoring device 23 monitors the type and number (fiber filter information) of the fiber grating filters existing in the optical path. (2) The wavelength meter 25 detects the wavelength of the received optical signal and notifies the optical filter monitoring device 23 of it. (3) The optical filter monitoring device 23 obtains the chromatic dispersion value by referring to the chromatic dispersion characteristic table of the fiber grating filter existing in the optical path based on the received wavelength information obtained by the wavelength meter 25. A dispersion compensation amount for canceling out is calculated.
[0030]
(4) The dispersion compensation controller 27 sets the control current i to be applied to the chirped fiber grating 28 based on the dispersion compensation amount obtained by the optical filter monitoring device 23. (5) The chirped fiber grating 28 is heated up by the control current i to obtain the corresponding chromatic dispersion. (6) The optical signal input to the chirped fiber grating 28 via the optical circulator 29 is reflected by the chirped fiber grating 28 having the set chromatic dispersion and is compensated for dispersion. (7) The dispersion-compensated reflected light signal is received by the optical receiver 22 via the optical circulator 29 again. The optical signal at this time is compensated for waveform deterioration caused by chromatic dispersion of the fiber grating filter existing in the optical path.
[0031]
This realizes an optical network system that automatically improves transmission characteristic degradation caused by chromatic dispersion of a fiber grating filter existing in the optical path even when the optical path is reset due to an optical fiber transmission line failure or the like. .
[0032]
<Evaluation system of the present invention system>
Regarding the optical network system of the present invention, an evaluation system in which eight stages of fiber grating filters in the optical path are connected is configured, and the transmission characteristics (electrical SNR) are measured by a 10 Gbit / s × 8 WDM 4,256 km loop transmission experiment. explain. Here, a series of controls such as control from the optical filter monitoring device 23 to the dispersion compensation amount control device 27 and control from the dispersion compensation amount control device 27 to the variable dispersion compensator 26 are performed manually. . In addition, as the variable dispersion compensator 26, dispersion compensation fibers having different compensation amounts are used in combination. The chromatic dispersion characteristic and reflection characteristic of the fiber grating filter used were those shown in FIG. The transmission signal was an 8-wave WDM signal (1549.2 to 1554.94 nm, wavelength interval 0.8 nm) intensity-modulated with a 10 Gbit / s NRZ code.
[0033]
FIG. 4 shows a configuration example of the evaluation system of the system of the present invention. In FIG. 4, the first port and the third port of the optical circulator 41 are connected through a 532 km loop (not shown), and the fiber grating filter 43 for ch6 is connected to the second port. The loop is composed of a 50km span -1.2ps / nm / km dispersion-shifted fiber, a dispersion-compensating single-mode fiber, an optical fiber amplifier with an optical output of 6dBm, and an optical equalizer. The mean zero dispersion wavelength is 1551.32. nm. When 8 waves of ch1 to 8 are input to the first port of the

optical circulator

41 and 8 waves of ch1 to 8 are input to the second port via the fiber grating filter 43, transmission of about 4200 km that makes 8 rounds of the loop around ch6 Eight fiber grating filters 43 are periodically arranged in the path. In the optical receiver, the wavelength of ch6 is selected by an optical filter, and then dispersion compensation is performed by a dispersion compensating fiber.
[0034]
FIG. 5 shows a measurement result of electrical SNR degradation of ch6 within the reflection band of the fiber grating filter. Here, the electrical SNR degradation is defined as a difference from the electrical SNR in the case of no fiber grating filter. The electrical SNR without the fiber grating filter is the SNR when the accumulated dispersion due to the dispersion slope of the optical fiber transmission line is compensated. The compensation amount at this time is −400 ps / nm. Therefore, in the measurement in which the fiber grating filter is arranged in the transmission line, the case where the tunable dispersion compensator is fixed to −400 ps / nm and the case where the dispersion compensation amount is optimized so as to cancel out the chromatic dispersion characteristic of FIG. evaluated.
[0035]
When the dispersion compensation amount is fixed to −400 ps / nm, the SNR degradation is greater than the amplitude characteristic of the fiber grating filter obtained by simulation. This is presumably because the SNR deteriorated due to the waveform deterioration due to the combined effect of the dispersion of the fiber grating and the nonlinear optical effect of the optical fiber. When the dispersion compensation amount at the receiving end is optimized so as to cancel out the chromatic dispersion characteristics shown in FIG. 10, the SNR level can be improved almost considering only the amplitude characteristics. The optimum dispersion compensation amount was when the positive accumulated dispersion was compensated with 100 to 600 ps / nm remaining as shown in FIG. Thus, it can be seen that in the present invention, better transmission characteristics can be obtained by compensating for a slight amount of positive dispersion.
[0036]
Next, the effective range of the present invention will be described. FIG. 6 shows a result obtained by simulation of the relationship between the accumulated dispersion of the fiber grating filter and the SNR deterioration. The figure also shows the experimental results obtained from FIG. When a fiber grating filter is treated as a dispersion medium and distributed in a 4200 km transmission line (□), when eight fiber grating filters are periodically arranged (◯), one fiber The case where the grating filter is concentrated at the transmission end (Δ) was examined. The dispersion slope of the optical fiber transmission line and fiber grating filter was ignored. Other conditions are the same as in the above experiment.
[0037]
When eight fiber grating filters are periodically arranged, the SNR degradation is almost equal to the case where they are distributed, and the effective range is −1300 ps / nm to 2400 ps / nm when the SNR degradation is 1 dB as a limit. became. This is consistent with the experimental results. Further, when one fiber grating filter is arranged at the transmission end, the SNR degradation is most remarkable, and the effective range is −500 ps / nm to 1200 ps / nm.
[0038]
FIG. 7 shows the results of simulations and experiments on the relationship between the accumulated dispersion due to the fiber grating filter and the SNR degradation with the optical path length being 6400 km. The conditions are the same as in the simulation of FIG. 6, but the number of fiber grating filters in the transmission path is set to 12 because the optical path length is extended. Even in the case where the optical path length is 6400 km, the present invention can compensate for the transmission characteristic deterioration due to the chromatic dispersion of the fiber grating filter. The effective range is −1300ps / nm to 2400ps / nm when 12 fiber grating filters are periodically arranged. When one fiber grating filter, which is the worst condition, is arranged at the transmitting end, − It became 500ps / nm-1200ps / nm.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the optical network system and the dispersion compensation control method of the present invention grasps the optical filter (fiber grating filter) existing in the optical path and refers to the corresponding chromatic dispersion characteristic table to determine the chromatic dispersion. Dispersion compensation can be performed by calculating a dispersion compensation amount that is obtained and canceling it. Therefore, even when the setting of the optical path is changed, it is possible to automatically improve the transmission characteristic deterioration due to the chromatic dispersion of the optical filter existing in the optical path.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical network system of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an automatic dispersion compensation configuration using a chirped fiber grating as a variable dispersion compensator.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the dispersion compensation control method of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of an evaluation system of the system of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a measurement result of electrical SNR degradation of ch6.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between cumulative dispersion of fiber grating filters and SNR degradation.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between cumulative dispersion of fiber grating filters and SNR degradation.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a WDM mesh network.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a 2 × 2 optical cross connect 4;
FIG. 10 is a diagram showing wavelength dispersion characteristics and reflection characteristics of a fiber grating filter.
[Explanation of symbols]
1 Wavelength multiplexed optical transmitter 2 Wavelength multiplexed optical receiver 3 Optical fiber transmission line 4 Optical cross connect (OXC)
11 optical transmitter 12 multiplexer 21 duplexer 22 optical receiver 23 optical filter monitoring device 24 optical coupler 25 wavelength meter 26 variable dispersion compensator 27 dispersion compensation amount control device 28 chirped fiber grating 29 optical circulator 41 optical circulator 42 2 × 2 optical switch 43 Fiber grating filter (FBG)

Claims

Opposing wavelength-multiplexed optical transmitters and wavelength-multiplexed optical receivers are connected in a mesh form via an optical fiber transmission line and a plurality of optical cross-connects, and the optical cross-connects are optical filters for setting optical paths according to wavelengths In an optical network system that switches to a path that avoids a failure location by resetting an optical path (wavelength) when a failure occurs in an optical fiber transmission line in the set path.
A chromatic dispersion characteristic table indicating chromatic dispersion values with respect to input wavelengths of all the optical filters of the plurality of optical cross-connects, and means for recognizing an optical filter existing in the optical path, the chromatic dispersion characteristic table being An optical filter monitoring device for obtaining a chromatic dispersion value of an optical filter existing in the optical path with reference to calculate a dispersion compensation amount for canceling the chromatic dispersion value;
A variable dispersion compensator that is inserted before the optical receiver corresponding to each wavelength of the wavelength division multiplexing optical receiver and is capable of setting a predetermined chromatic dispersion value;
When the chromatic dispersion corresponding to the dispersion compensation amount calculated by the optical filter monitoring device is set in the variable dispersion compensator, and the optical filter existing in the optical path is changed by the resetting of the optical path, the optical filter An optical network system comprising: a dispersion compensation amount control device that automatically compensates for chromatic dispersion caused by the optical fiber.

A wavelength meter that detects the wavelength of the received optical signal of the optical receiver and notifies the optical filter monitoring device of the wavelength information;
The optical filter monitoring device refers to the chromatic dispersion characteristic table based on the wavelength information, obtains a chromatic dispersion value of an optical filter existing in the optical path, and calculates a dispersion compensation amount that cancels the chromatic dispersion value. The optical network system according to claim 1, wherein there is an optical network system.

The optical network system according to claim 1, wherein the optical cross-connect includes at least one fiber grating filter that reflects light having a predetermined wavelength as the optical filter.

3. The optical network system according to claim 1, wherein the tunable dispersion compensator has a configuration using a chirped fiber grating filter that thermally changes a dispersion compensation amount.

Opposing wavelength-multiplexed optical transmitters and wavelength-multiplexed optical receivers are connected in a mesh form via an optical fiber transmission line and a plurality of optical cross-connects, and the optical cross-connects are optical filters for setting optical paths according to wavelengths In an optical network system that switches to a path that avoids a failure location by resetting an optical path (wavelength) when a failure occurs in an optical fiber transmission line in the set path.
Recognizing an optical filter present in the optical path;
Obtain a chromatic dispersion value with reference to a chromatic dispersion characteristic table for an optical filter existing in the optical path, and calculate a dispersion compensation amount that cancels it.
A dispersion compensation control method for an optical network system, wherein dispersion compensation of a received optical signal is performed based on the dispersion compensation amount to compensate for waveform deterioration caused by wavelength dispersion of an optical filter existing in the optical path.