JP3944404B2

JP3944404B2 - 波長分散および分散スロープを補償可能な光伝送装置および分散補償方法

Info

Publication number: JP3944404B2
Application number: JP2002073491A
Authority: JP
Inventors: 哲也宇田; 英一郎滝沢; 健中田; 仁浅水
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-03-18
Also published as: JP2003273804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重光伝送システムにおける光ファイバの波長分散、及び分散スロープに起因する伝送品質劣化を低減可能な光伝送装置および光伝送システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムの大容量化の手段として、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバを用いて伝送する波長多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムが実用化されている。また、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光ファイバアンプ（以下、光アンプ）は広い波長範囲に対して一括に増幅し得る特性を持つ。このため、ＷＤＭと光アンプとを組み合わせることにより、波長の異なる複数の光信号を一括して増幅するので、簡素な構成で、経済的、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。現在基幹系光通信において１０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送速度を持つ信号波長を１７０波程度まで多重化できるシステムが実用化されている。
【０００３】
また、高速化の手段として伝送速度のアップグレードが提案されており、現在の１０Ｇｂｉｔ／ｓから超高速４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムの研究開発が国内外で活発化している。超高速４０Ｇｂｉｔ／ｓ信号を上記波長多重システムに適用することにより、単位光ファイバ当たりの伝送容量を飛躍的に向上することが可能となり、装置コストの低減、消費電力の低減、装置管理手間の減少などを図ることができる。
【０００４】
しかしながら、このような超高速信号を用いたシステムでは、波長分散に対する耐力（分散トレランス）が急激に減少するため、波長分散を適切に管理することが、一層求められることとなった。
【０００５】
例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムにおける分散トレランスは１６００ｐｓ／ｎｍ程度であるが、４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムでは１００ｐｓ／ｎｍ程度まで減少する。さらに、実際に敷設されている光ファイバには温度や圧力などの環境変化に伴い、その分散値が経時的に変化すると言った問題がある。例えば、０℃〜６５℃の温度変動が有った場合の単一モードファイバ３００ｋｍの分散変化量は、４０ｐｓ／ｎｍ程度であり、４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムの分散トレランスの半分程度にもなる。
【０００６】
また、光ファイバの波長分散には波長依存性（分散スロープ）が存在し、波長多重装置に収容されている全ての波長を一括に分散補償する場合には、分散スロープによる誤差が発生する。光ファイバの分散スロープの逆特性を持つような分散補償を行うことにより、理論的には分散スロープを完全に補償することは可能であるが、敷設されている多数の光ファイバには分散スロープのバラツキが存在するため、分散補償時に誤差が生じる。
【０００７】
以上の考察により、４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速光伝送システムにおいて、収容波長帯域に対して一括に分散補償を行うシステムを実現する上で、伝送路の分散値や分散スロープを正確に把握して分散補償を行うことが必須技術となる。
【０００８】
従来、この様な課題に対し、例えば特開平１１−８８２６１や特開平１１−６８６５７では受信した光信号から波形劣化量に対応する成分としてクロック周波数を抽出し、そのクロック成分が最小、もしくは最大となるように波長分散量を制御する方法が提案されている。
【０００９】
また、特開平９−３２６７５５では受信した光信号から誤り率、アイ開口度、Ｑ値、クロック信号レベルを測定し、その測定値に応じた波長分散量を制御する方法が提案されている。
【００１０】
しかしながら、これらの検出方法、制御方法などは波長多重装置に収容されている各波長毎に分散補償を行う必要があり、かつ各波長毎の個別制御が必要である。そのため、システムコストの増大、装置の大型化、消費電力の増大を招く。また、制御対象である信号の伝送速度は超高速信号であるため、クロック抽出、アイ開口測定を行う回路の周波数特性は超高速信号に対応した広帯域な特性が要求され、波形劣化成分抽出系を構成する装置のコストは大幅に増大すると予想される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、波長分割多重伝送を行う光伝送装置において、光ファイバの波長分散に起因する伝送品質劣化を、分散補償器を用いて収容波長一括に低減する方法を提供するとともに、波長分散による制限を受けない波長多重光伝送システムを提供することにある。
【００１２】
さらに、波長多重装置に収容されている各波長毎に必要であった分散補償器に対し、収容されている波長一括の分散補償を行うことにより、システムのコストを低減、装置の小型化、低消費電力化を実現するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は波長分割多重伝送を行う光伝送装置において、光ファイバの波長分散および分散スロープに起因する伝送品質劣化を低減するため、波長多重装置に収容されている波長から光ファイバ伝送路で発生した波長分散による劣化量を受信側で観測し、観測した劣化量に応じて分散補償器の波長分散および分散スロープの両特性が前記伝送路の光ファイバと逆特性になるように制御することにより、波長分散による伝送品質劣化を低減するものである。
【００１４】
また、より低速の伝送速度を持つ信号成分を用いて波形劣化を検出することも可能であり、この場合、波形劣化成分抽出器を構成する高額な部品が不要となり、装置コストを効果的に低減することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図1は、波長分散による影響を説明するための図である。横軸は波長、縦軸は分散値を示している。光ファイバの波長分散は温度変動や外乱による影響で変動１０６する。また、分散スロープ１０３による影響のため、収容波長帯域の最短波１０４や最長波１０５にて残留分散１０７、１０８による影響が顕著となり、伝送品質が著しく劣化する。さらに分散スロープによる影響は収容する波長帯域が広いほど、伝送する距離が長いほど大きくなる。
【００１６】
図２は第一の実施例として、波長分散による波形劣化を観測し、観測結果に応じた分散スロープ補償を行うことにより波形劣化改善を行う波長分散補償器２０６の構成例を示す図である。分散補償器２０６は、伝送路１０１で発生した波長分散に対して波長分散量および分散スロープの両者を可変することが出来る分散補償デバイス２０１と、波長多重信号から任意の波長を抽出することができる波長選択性光カプラ２０２と、光電気変換器２０３と、波形劣化成分抽出器２０４と、演算器２０５とから構成される。
【００１７】
分散補償器２０６では収容波長に対し一括に分散補償を行う。演算器２０５から波長選択性光カプラ２０２に対して制御信号２１５を送出し、波長多重された信号２０９の中から、光電気変換器２０３で検出するための目標波長２１０を光学的に抽出する。抽出された波長は光電気変換器２０３を用いて電気信号２１１に変換される。変換した電気信号から波形劣化成分抽出器２０４を用いて電圧振幅量２１２を抽出し、演算器２０５で抽出した電圧振幅量２１２から波形劣化量を解析する。
【００１８】
解析結果としての波形劣化量を用いて、演算器２０５は分散補償デバイス２０１に対し、波長分散値に対する制御２１３および分散スロープに対する制御２１４を行うことにより波長分散制御を行う。この時、波形劣化量が最小になるように、分散補償デバイス２０１に対し波長分散値に対する制御２１３、分散スロープに対する制御２１４を行うものとする。上記収容波長に対する一括分散補償を行った後、波長多重信号を波長毎に分離する分波器２０７によって波長毎に分離し、分離後の信号を波長毎の受信器２０８にて受信する。
【００１９】
図１０から図１３は図２で説明される第１の実施形態の制御方法を説明するフローチャートである。
【００２０】
図１０に示す手順によって、波長選択性光カプラ２０２の中心波長を変化させ、波長多重装置に収容されている波長を認識する。この時、波長多重装置に収容可能な波長域Ａ〜Ｚまでをスイープし、光電気変換器２０３によって変換された電気信号２１１、電気信号２１１、電気信号２１１から抽出された電圧振幅量２１２の有無を演算器２０５が確認し、波長の有無を確認する。確認した波長の最短波の波長をＡＡ、最長波の波長をＺＺとする。
【００２１】
図１１に示すて手順によって、図１０の手順で確認した最短波波長ＡＡもしくは、最長波波長ＺＺに対し波長選択性カプラ２０２の中心波長を変化させ、分散補償デバイス２０１の分散スロープに対する制御２１４は固定したまま、波長分散値に対する制御２１３のみを行うことにより、波形劣化量が最小となるように分散補償デバイス２０１を制御する。最後に目標波長ＡＡに対する制御（ステップ１１１２）、目標波長ＺＺに対する制御（ステップ１１１３）を行う。目標波長ＡＡに対する制御（ステップ１１１２）、目標波長ＺＺに対する制御（ステップ１１１３）は予め決められた回数Ｎ回まで行うものとする。
【００２２】
図１２は図１１のステップ１１１２を更に詳細に説明したフローチャートである。波長選択性カプラ２０２の中心波長を変化させ、分散補償デバイス２０１の波長分散値に対する制御を行うことにより、波形劣化量を最小とする。
【００２３】
図１３に図１１のステップ１１１３を更に詳細に説明したフローチャートである。波長選択性カプラ２０２の中心波長を変化させ、分散補償デバイス２０１の分散スロープに対する制御２１４を行うことにより、波形劣化量を最小とする。
【００２４】
図３は図１０から図１３のフローチャートに示す手順によって制御される分散補償器２０６における波形劣化量の変化を説明する図である。アルゴリズムが適用されていない状態では、波形劣化量に対する制御が適切に行われておらず３０４、各波長ＡＡ〜ＺＺにおける波形劣化量は例えば３０１−１、３０２−１、３０３−１となっている。
【００２５】
ここで、例えば図１２に示す手順を用いて波長ＡＡに対して分散補償デバイス２０１の波長分散に対する制御２１３が適用された状態では、波長ＡＡに対する波形劣化量は最小３０１−２となる。この状態から図１３に示す手順を用いて波長ＺＺに対して分散補償デバイス２０１の分散スロープに対する制御２１４が適用された状態では、波長ＺＺに対する波形劣化量は最小３０３−２となる。ここで、図１１に示す手順を適用することにより、収容される各波長ＡＡ〜ＺＺにおける波形劣化量は最小となり、適切に波長分散、分散スロープに対する制御が行われる３０５。
【００２６】
図４は任意の波長を抽出することができる波長選択性光カプラ２０２の動作を説明する図である。演算器２０５からの制御信号２１５を受信することで、収容されている波長群４０１から、帯域通過特性４０２を用いて所望の波長４０４を抽出する。この時、帯域通過型フィルタ４０２は例えば、ファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）を用いて構成され、ＦＢＧの温度を変化させること、電圧を印加すること、圧力を加えることで、帯域通過特性４０２を変化させることができる。
【００２７】
図８は演算器２０５における電圧振幅量２１２と波形劣化量８０１の関係について説明する図である。横軸は伝送路での分散値と分散補償器の分散値の和である、総分散量を表す。また、縦軸は波形劣化量、もしくは電圧振幅量２１２を表す。ここで、分散補償器による分散補償が正確に行われている場合では、波形劣化量は極小になり、電圧振幅量２１２は極大となる。また、分散補償器による分散補償が正確に行われていない場合では、波形劣化量は大きくなり、電圧振幅量も極大値からずれることになる。従って、電圧振幅量を最大に制御することにより、波形劣化量を最小に制御することができる。
【００２８】
図５は波形劣化成分抽出器２０４の第一の構成例を説明する図である。信号成分の伝送速度がＢｂｉｔ／ｓのＮＲＺ信号にはＢｂｉｔ／ｓの周波数成分が存在しない。そのため全波整流器５０１を用いてＢｂｉｔ／ｓの周波数成分を作り出す。次に、中心周波数がＢｂｉｔ／ｓである電気狭帯域フィルタ５０２を用いてＢＨｚの周波数成分を抽出し、ディテクタ５０３を用いてＢＨｚの周波数成分を電圧振幅量２１２に変換する。変換された電圧振幅量２１２が波形劣化量の逆数を表すものである。
【００２９】
図６は波形劣化成分抽出器２０４の第二の構成例を説明する図である。信号成分の伝送速度がＢｂｉｔ／ｓのＲＺ信号にはＢｂｉｔ／ｓの周波数成分が存在する。そのため中心周波数がＢｂｉｔ／ｓである電気狭帯域フィルタ５０２を用いてＢＨｚの周波数成分を抽出し、ディテクタ５０３を用いてＢＨｚの周波数成分を電圧振幅量２１２に変換する。変換された電圧振幅量２１２が波形劣化量の逆数を表すものである。図５、図６において電気狭帯域フィルタ５０２と整流器５０３は同様の特性を所有することが可能であり、ＮＲＺ信号、ＲＺ信号などの送信信号のフォーマット変化に対して最小の構成変更で対応可能である。
【００３０】
図７は波形劣化成分抽出器２０４の第三の構成例を説明する図である。図５、図６の第一の構成例や第二の構成例では、信号フォーマット毎に異なる波形劣化成分抽出器２０４を用意する必要がある。そのため、セレクタ７０１を用いて送信側の信号フォーマットがＮＲＺ信号の場合、セレクタを下に倒し、ＲＺ信号の場合は上に倒すことにより、異なる信号フォーマットに対しても同一の波形劣化成分抽出器２０４を用いて構成可能である。
【００３１】
図９第二の実施例として、波長分散による波形劣化を観測し、観測結果に応じた分散補償を行うことにより波形劣化改善を行う装置およびその方法を説明する図である。伝送路１０１で発生した波長分散により発生する波形劣化は分散補償器２０６を用いて分散補償されることにより波形整形される。この時、波長多重装置に収容される波長帯９０１に対し、例えば最短波９０２、最長波９０３に対し、より低速度の伝送速度を持つ信号を用い、本信号波長９０２、９０３を用いて図１１から図１３にて説明した手順の制御を行うことにより、分散補償器２０６を構成する部品の周波数特性を低減することができ、システムコストの低減を行うことができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光ファイバを用いた波長多重光伝送システムにおいて、波長分散に起因する伝送品質劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの波長分散、分散スロープによる影響を説明する図である。
【図２】本発明の実施例の基本構成図である。
【図３】本発明の実施例の動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施例における波長分離カプラの構成図である。
【図５】本発明の実施例における波形劣化量検出系の構成図である。
【図６】本発明の実施例における波形劣化量検出系の構成図である。
【図７】本発明の実施例における波形劣化量検出系の構成図である。
【図８】本発明の実施例における電圧量と波形劣化量の関係を説明する図である。
【図９】本発明の第二の実施例の基本構成図である。
【図１０】本発明の実施例における制御方法を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例における制御方法を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例における制御方法を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例における制御方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０１・・・伝送路、１０２・・・分散補償モジュール、１０３・・・分散スロープ、１０４・・・最短波、１０５・・・最長波、１０６・・・波長分散の変動、最短波による残留分散１０７、最長波による残留分散１０８、２０１・・・分散補償デバイス、２０２・・・波長選択性光カプラ、２０３・・・光電気変換器、２０４・・・波形劣化成分抽出器、２０５・・・演算器、２０６・・・分散補償器、２０７・・・分波器、２０８・・・受信器、２０９・・・波長多重された信号、２１０・・・目標波長、２１１・・・電気信号、２１２・・・電圧振幅量、２１３・・・波長分散値に対する制御、２１４・・・分散スロープに対する制御、３０１・・・目標波長、３０１−２・・・波形劣化量最小、３０２・・・目標波長、３０２−２・・・波形劣化量最小、３０３・・・目標波長、３０３−２・・・波形劣化量最小、３０４・・・適切に波長分散値、分散スロープが制御されていない場合、３０５・・・適切に波長分散値、分散スロープが制御された場合、４０１・・・収容されている波長群、４０２・・・帯域通過特性、４０４・・・所望の波長、５０１・・・全波整流器、５０２・・・電気狭帯域フィルタ、５０３・・・ディテクタ、９０１・・・収容される波長帯、９０２・・・最短波、９０３・・・最長波、１２１・・・波長ＡＡに対する制御、１３１・・・波長ＺＺに対する制御

Claims

光伝送路から受信した波長多重信号の波長分散を補償して出力する分散補償装置であって、
前記波長多重信号を受信する、波長分散特性が制御可能な分散補償デバイスと、
前記分散補償デバイスから出力された前記波長多重信号から任意の波長信号光を抽出して分岐出力する波長選択性光カプラと、
前記波長選択性光カプラから分岐出力された任意波長の信号光を電気信号に変換する光電気変換器と、
前記電気信号から前記任意波長の信号光の波形劣化量を測定する波形劣化成分抽出器と、
前記波長選択性光カプラにおける光波長の選択を制御するとともに、前記分散補償デバイスの波長分散量及び分散スロープを制御する演算部とからなり、
当該演算部は、前記波長選択性光カプラにおいて選択した第一の波長の信号光の波形劣化量がより小さくなるよう前記分散補償デバイスの波長分散値を制御し、次に、選択した第一の波長とは異なる第二の波長の信号光の波形劣化量がより小さくなるよう前記分散補償デバイスの波長分散値を制御することで、波長多重信号の波長分散量と分散スロープの両方の特性を一括して制御することを可能とする分散補償装置。
請求項１記載の分散補償装置であって、
前記波形劣化成分抽出器に入力される電気信号のフォーマットがＮＲＺ信号の時には当該電気信号は全波整流器を経由して周波数成分抽出器に入力され、当該周波数成分抽出器からは波形劣化量に相当する電圧振幅量が出力され、
前記波形劣化成分抽出器に入力される電気信号のフォーマットがＲＺ信号の時には、当該電気信号は全波整流器を経由せず周波数成分抽出器に入力され、当該周波数成分抽出器からは波形劣化量に相当する電圧振幅量が出力されることを特徴とする波形劣化成分抽出器を有する分散補償装置。
光伝送路から波長多重信号を分散補償デバイスで受信し、
当該分散補償デバイスで受信した波長多重信号から任意の波長の信号光を抽出し、
当該抽出した任意の波長の信号光を電気信号に変換し、
当該電気信号から前記任意の波長の信号光の波形劣化量を測定し、
当該波形劣化量がより小さくなるよう波長分散を補償する分散補償方法であって、
前記任意の波長の信号光抽出において、第一の波長信号光を抽出し、測定した波形劣化量がより小さくなるよう前記分散補償デバイスの波長分散値を制御した後に、前記第一の波長とは異なる第二の波長信号光を抽出し、測定した波形劣化量がより小さくなるよう前記分散補償デバイスの波長分散値を制御することで波長多重信号の波長分散量及び分散スロープの両方の特性を一括して制御することを可能とする分散補償方法。
請求項３記載の分散補償方法であって、
前記第一の波長信号光を抽出し、測定した波形劣化量がより小さくなるよう前記分散補償デバイスの波長分散値を制御する動作と、
前記第一の波長とは異なる前記第二の波長信号光を抽出し、測定した波形劣化量がより小さくなるよう前記分散補償デバイスの波長分散値を制御する動作を交互に複数回繰り返すことを特徴とする分散補償方法。
請求項３または請求項４に記載の分散補償方法であって、
前記電気信号のフォーマットがＮＲＺ信号のときには、前記電気信号を全波整流した信号から特定の周波数成分の強度を抽出し、
前記電気信号のフォーマットがＲＺ信号のときには前記電気信号から特定の周波数成分の強度を抽出し、波形劣化量を測定する分散補償方法。
請求項３から請求項５に記載の分散補償方法であって、
抽出する第一の波長の信号光が含む信号伝送速度および第二の波長の信号光が含む信号伝送速度は、収容波長の信号光が含む信号成分のうち、より低速度の伝送速度を持つ信号を用いることを特徴とする分散補償方法。