JP3960299B2

JP3960299B2 - 分散補償方法、ｗｄｍ光伝送システム、光伝送システム及び光伝送装置

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Publication number: JP3960299B2
Application number: JP2003392673A
Authority: JP
Inventors: 聡寛田中; 章雄田島; 剛竹内; 繁和原田; 和佳子前田; 晃宏宮本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2023-11-21
Also published as: JP2005159553A

Description

本発明は、光通信に用いる分散補償に関し、伝送後の波形をモニタし、この波形状態に応じて可変分散補償器、または可変波形等価器を制御する分散補償方法、ＷＤＭ光伝送システム、光伝送システム及び光伝送装置に関する。

近年、インターネットトラフィックの増大に伴って伝送装置の高速化が進んでいる。２００２年６月にはＩＥＥＥにおいて１０ＧｂＥ（登録商標）の標準化が完了したこともあり、１０Ｇｂ／ｓ伝送装置の実用化、ひいては４０Ｇｂ／ｓ伝送装置の開発も進められている。このように伝送速度が高速になるにつれて、伝送路の光学特性が、伝送劣化を決定する主な要因となってくる。波長分散、偏波モード分散、非線形光学効果が主な要因である。

例えば、２．５Ｇｂ／ｓと１０Ｇｂ／ｓのＲＺ（Return to Zero）信号を伝送した場合、波長分散によって生じる波形歪みを考える。図２にそれぞれの信号の光スペクトル、アイパタンを示す。信号速度が早くなるに従ってスペクトルは広くなり、アイのタイムスロットは短くなることが確認できる。具体的には１０Ｇｂ／ｓの光信号は２．５Ｇｂ／ｓの光信号と比べて、４倍のスペクトル幅を持ち、１／４のタイムスロットしか持たない。言い換えると、１０Ｇｂ／ｓの光信号は２．５Ｇｂ／ｓの光信号と比べて、４倍の速度で波形歪みを起こしやすく、１／４の時間精度で１ｏｒ０を判別しなければならない、ということである。結果的に１０Ｇｂ／ｓの光信号は２．５Ｇｂ／ｓの光信号と比べて分散劣化は１６倍になる。このように分散耐力はビットレートの二乗に反比例する。以上のような観点から伝送速度が１０Ｇｂ／ｓを超えるような長距離伝送システム（特に４０Ｇｂ／ｓ伝送）では、伝送前か伝送後（またはその両方）で伝送信号に分散補償を施すことが不可欠である。

この分散補償には静的（固定）分散補償と動的分散補償があるが、伝送路の波長分散が温度依存性を持ち、経時変化を起こすので、安定した伝送特性を得るには後者の動的分散補償方法の方が望ましい。加えて、固定分散補償を用いる場合には、伝送路にあわせて分散補償デバイス（分散補償ファイバ）を用意する必要があり、その調整には、事前設計と光ファイバ通信に関する深い知識が必要となる。このため人手と時間がかかる。

図１４に分散補償器の有無によって光伝送システムの特性、光伝送システムへの要求が変化する様子を示す。図１４（ａ）は分散補償器を全く用いない場合である。伝送後の波形１４０２は伝送路１４０４での波長分散によって歪み、受信特性は悪くなる。図１４（ｂ）は分散補償器を用いるが、動的補償を行わない場合である。分散補償量を最適化すると、波形１４０８のようにクリーンな受信波形を得ることができる。このシステムで使用する分散補償器１４１１は、固定分散補償器（分散補償ファイバ等）、可変分散補償器どちらでも良いが、自動制御を行わないため、システム設計時に分散補償量を調整する必要がある。また、光送信器１４０９や伝送路１４１０の経時変化に対応した分散補償は行えない。加えて、固定分散補償器を用いる場合は、分散補償デバイスの在庫管理といった問題点も生じる。

図１４（ｃ）は自動（動的）分散補償を行う系であり、使用する分散補償器１４１８は可変分散補償器でなければならない。この系では光受信器１４１９からの受信波形情報を元に分散補償量の制御を行うので、システム設計時の分散補償量調整が不要であり、光送信器１４１６や伝送路１４１７の経時変化にも対応できる。

分散補償を動的に行うには伝送路の波長分散をモニタする必要があり、従来技術としては特許文献１記載の発明（以下、デューティモニタという）、特許文献２記載の発明（以下、エラーレートモニタという）、特許文献３記載の発明（以下、クロック強度モニタという）等が挙げられる。また、可変分散補償器の例として、ファイバーブラッググレーティングやリング共振器を用いた光デバイスや、３Ｄミラーを用いたＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array ）等が知られている。
特開２００３−４６４４３号公報特開２００２−２０８８９２号公報国際公開第９９／２８７２３号公報特開２０００−３５８０１５号公報特開平７−２２１７０５号公報

しかしながら、前記従来の分散補償方法には各々問題がある。以下にそれを示す。前記方法はいずれも、受信信号から得た情報を元にフィードバックを施し、伝送路中に置かれた可変分散補償器を制御する、というものである。

（デューティモニタ）
この分散補償方法は、受信器で光信号のデューティを検出し、検出したデューティが最小となるように可変分散補償器での分散補償量を制御する、といった分散補償方法である。なお、デューティとはパルスに与えられたタイムスロットとパルス幅の比である。現状での大半の安価な受信器では、光電気変換後、増幅、高周波遮断等を経て信号全体の平均レベルをもって０ｏｒ１の識別レベルとしている。このような受信器を用いた場合、デューティが最小となる分散補償量が最適とは限らない。

図３を用いて反例を示す。図３（ａ）は伝送シミュレーションを行ったシミュレーションモデルである。送信器３１１でαパラメータを＋３．０とした１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）波形を送信する。信号波長は１５５０ｎｍとした。伝送路３１２での分散値を変化させ、受信パワーを−２０ｄＢｍと一定にして受信した。各々の分散値（残留分散値）に対するビット誤り率（ＢＥＲ）とアイ開口（識別位相でのマークレベルとスペースレベルの差）をグラフ化したものを図３（ｂ）に示す。図３（ｃ）に受信波形の一例を示す。

識別レベルは信号全体の時間平均である。一方アイ開口は、識別位相での平均マークレベルと平均スペースレベルの差である。また、図３（ｄ）に示す様に、パワーを一定に保ちつつデューティを小さくしていくとアイ開口は大きくなっていく。図中の３４１はデューティが１、３４２はデューティが０．５、３４３はデューティが０．２５であり、デューティが小さいほどアイ開口は大きくなることが確認できる。すなわち、デューティを最小にするということはアイ開口を最大にすることと等価である。図３（ｂ）よりアイ開口最大時の分散値（残留分散値）とＢＥＲ最良時の分散値（残留分散値）が異なっていることが分かる。
従って、デューティを最小にするようにフィードバックを行っても、信号全体の時間平均レベルを識別レベルとするような受信器を用いた場合には最適なフィードバックとは言えず、十分な受信特性が得られない、という問題があった。

（エラーレートモニタ）
この分散補償方法は、初期設定時、または予め設定した測定周期で、決められた信号パターンを伝送することによりＢＥＲを検出し、ＢＥＲが良くなるように分散補償量を制御する、という方法である。
しかしこの方法では、送信器、受信器ともに同一の信号パターンを予め記憶しておく必要があり、その為のメモリ領域が必要になる。さらに、記憶した特定パターンに依存したエラーしか測定できない。また、動的に分散補償量を最適に制御するために、ある測定周期でＢＥＲ測定を繰り返すことになり、その分データ伝送容量は削減されることになる、という問題があった。

（クロック強度モニタ）
この分散補償方法は、光電気変換で得られるベースバンドスペクトルからバンドパスフィルタを用いて特定の周波数成分を抜き出し、その強度が極大、または極小になるようにフィードバックを施す、という方法である。
しかし、ＲＺ信号、ＯＴＤＭ信号の場合はクロック周波数成分を最小に、ＮＲＺ信号の場合は逆に最大に制御する等、変調方法によってフィードバックを施す方向が変わるため（周波数成分が極大ｏｒ極小）、それぞれの変調方法によって制御方法を変えなければならない、というデメリットがある。また、ビットレートが変わると、それに伴って、前記バンドパスフィルタも調整する必要があった。従って、一つの受信器をあらゆる変調方法に使い回せない、という問題があった。

また、従来の分散補償において、特許文献４または５記載の発明のように、波形劣化を検出して逆分散付与する手段や、識別出力及びスペースレベルの平均値を検出する手段を単独で有するものはあったが、光受信部において受信信号の平均レベルを識別レベルとするような識別回路を用いる場合、信号全体の平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差を検出し、当該レベル差を最大となるように可変分散補償手段を制御することによって、データ伝送を中断することなく伝送信号の波形劣化を補償でき、また、変調方法や伝送速度によらず、同一の制御方法であらゆる伝送信号の波形劣化を補償できるものはなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、データ伝送を中断することなく、伝送信号の波形劣化を補償し、また、変調方法や伝送速度によらず、同一の制御方法であらゆる伝送信号の波形劣化を補償することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、光伝送路において生じる光伝送信号の波形劣化を検出し、検出信号を元に前記波形劣化を補償するとともに、信号の平均レベルを識別レベルとするような受信器を用いる光伝送信号の波形劣化の分散補償方法であって、光伝送信号が光受信器で光電気変換後、増幅後の電気信号全体の時間平均レベルと識別位相での時間平均スペースレベルの差を検出するスペースレベル検出工程と、検出信号の平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差が大きくなるように伝送路中に置かれた可変分散補償器を制御する制御工程と、制御信号として入力される電気信号によって分散補償量を可変できる可変分散補償工程と、からなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、信号の平均レベルを識別レベルとするような受信器を用いる伝送システムに用いられ、スペースレベル検出工程は、光受信器で光電気変換、増幅後の電気信号の直流成分を除去して交流信号とし（信号全体の時間平均レベル＝０ＶとするためのＡＣ結合増幅工程）、識別位相での平均スペースレベルを検出し（平均値検出工程）、当該検出信号が小さく（絶対値が大きく）なるように、伝送路中に置かれた可変分散補償器を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１乃至２に記載の発明において、光伝送信号が一波長の光信号であり、平均スペースレベルが特に１チャネルのスペースレベルの時間平均値であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至２に記載の発明において、伝送系が特に波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex ）伝送系であり、平均スペースレベルは複数チャネル全てのスペースレベルの時間平均値であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、可変分散補償器の代わりに、電気段の波形等化器を用いることも可能であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、可変分散補償器が、光学的に信号の波長分散を補償するような分散補償器であることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発明において、高速信号である光伝送信号の伝送前または伝送後、あるいは伝送前及び伝送後の両方の場合において、伝送路の光伝送信号に対して分散補償を行うことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、光伝送信号がＷＤＭ信号であるＷＤＭ光伝送システムにおいて、波長多重信号の内の１波、もしくは複数波に対して請求項１乃至７のいずれか１項に記載の分散補償方法を施すことにより、全波長多重信号の全てのチャネルに対して伝送路で生じる波形劣化を補償する、最適な分散補償を施すことを特徴とする。これは、ＷＤＭ信号の内の１波に対して最適分散補償をした場合、残りの信号に対しては必ずしも最適分散補償とは成り得ないため、複数波に対して平均を算出する等して、全体的に準最適な分散補償を行うということである。

請求項９に記載の発明は、多段中継によって長距離伝送を行う光伝送システムにおいて、中継器、または伝送路中に置かれた１又は複数個の可変分散補償器に対して、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の分散補償方法によって制御することにより、伝送路で生じる波形劣化について小刻みに蓄積分散を補償することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、光伝送路において生じる光伝送信号の波形劣化を検出し、検出信号を元に波形劣化を補償する光伝送装置であって、光受信器において光伝送信号が電気信号に変換後、検出信号全体の時間平均レベルと識別位相での時間平均スペースレベルの差を検出するスペースレベル検出手段と、検出信号全体の平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差が大きくなるように可変分散補償手段を制御する制御手段と、制御信号として入力される電気信号によって分散補償量を可変する可変分散補償手段とを有し、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の分散補償方法を用いる光伝送装置であることを特徴とする。

本発明は、光受信部において受信信号の平均レベルを識別レベルとするような識別回路を用いる場合、信号全体の平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差を検出し、当該レベル差を最大となるように可変分散補償手段を制御する方法及び構成を有する。本構成による効果は以下の通りである。

第１の効果は、データ伝送を中断することなく、伝送信号の波形劣化を補償できることである。その理由は、伝送信号そのもののスペースレベルを検出して、可変分散補償器の制御信号とするためである。

第２の効果は、変調方法や伝送速度によらず、同一の制御方法であらゆる伝送信号の波形劣化を補償できることである。その理由は、受信信号の平均レベルを識別レベルとするような識別回路を用いる場合は、変調方法や伝送速度によらず、識別位相での平均スペースレベルによって誤り率が決定するからである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

以下、本発明の実施例１の構成について、図面を参照して説明する。
動作の説明で後述するように、識別レベルを信号の平均値に固定するような安価な受信回路を用いる場合には、信号全体の時間平均レベル（識別レベル）と識別位相での平均スペースレベルの差をモニタし、この差を最大になるように制御することによって伝送路中の分散を最適補償することができる。

図１に前記スペースレベルモニタ（以下、Ｓ．Ｌ．Ｍ．という）を用いた分散補償回路の一例を示す。伝送路１１を通過した信号はファイバーブラッググレーティング型可変分散補償器１２によって分散補償され、受信回路１３に入射する。受信回路１３では伝送信号を光電気変換後、プリアンプで信号を増幅し、低域通過フィルタで高周波成分を削減する。この時点の信号を分岐し、片方をＣＤＲ（Clock Data Recovery ）１６にてデータ再生、もう一方をＳ．Ｌ．Ｍ．１４にて、ＣＤＲ１６からの位相情報をトリガとして、識別位相での平均スペースレベルと信号全体の平均レベルとの差を検出し、検出信号を元に分散量制御部１５で可変分散補償器１２における分散補償量を制御する。分散制御部１５ではＳ．Ｌ．Ｍ．１４で検出した、信号の時間平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差が大きくなるように、可変分散補償器１２を制御する。なお、ＣＤＲ１６では識別レベルを信号全体の時間平均レベルとしてデータのリタイミングを行う。

図６、７は、図１でブロック的に示した回路の例である。各々の回路の説明を行う。
図６の回路例では、ＡＣ結合回路を用いることにより、信号全体の時間平均レベルを０Ｖに固定した状態で、識別位相でのスペースレベルの検出のみを行う。ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ（以下、ＰＤという）６３で光伝送信号を光電気変換、トランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡという）６４で増幅する。なお、ＴＩＡ６４はその周波数特性により、高周波成分削減を兼ねるので、低域通過フィルタの役割も果たす。この信号をポストアンプ６５でさらに増幅し、コンデンサ６６を用いて交流信号とする。ここで信号全体の時間平均レベルは０Ｖとなる。この時点の信号を分岐し、片方をＣＤＲ６９にてデータ再生、もう一方をＳ．Ｌ．Ｍ．６７にて識別位相でのスペースレベルの平均値を検出し、この検出信号を元に分散量制御部６８で可変分散補償器６２における分散補償量を制御する。分散制御部６８ではＳ．Ｌ．Ｍ．６７における検出レベルが小さく（絶対値が大きく）なるように可変分散補償器６２を制御する。なお、ＣＤＲ６９では識別レベルを０Ｖとしてデータのリタイミングを行う。

図７の回路例では１入力差動増幅回路を用いることにより、信号全体の時間平均レベルを０Ｖに固定した状態で識別位相でのスペースレベル検出のみを行う。伝送路７１１を通過した伝送信号は可変分散補償器７１２によって分散補償され、ＰＤ７１３で光電気変換される。その後、ＴＩＡ７１４においてＰＤ７１３からの電流を電圧値に変換増幅し、１入力差動増幅回路７１５において差動増幅された２信号を出力する。１入力差動増幅回路７１５は線形増幅の領域で用いられているものとする。この出力２信号をそれぞれ分岐し、減算回路７１６で２信号の電圧差を検出する。

図７（ｂ）に０、１交番信号を入力した場合の、ＴＩＡ、差動増幅回路、減算回路それぞれの出力レベルを表す概念図を示す。ＴＩＡの出力が１入力差動増幅回路を通ることにより、反転・非反転の一組の差動増幅信号が得られる。この差動信号を、減算回路を用いて振幅２倍の交流信号とすることができる。この後、Ｓ．Ｌ．Ｍ．７１７で、識別位相でのスペースレベルを検出し、検出信号の時間平均値が最小に（絶対値が大きく）なるように分散量制御部７１８において、可変分散補償器の分散補償量を制御する。本構成では差動信号を用いることにより、同相ノイズをキャンセルすることができる。

図１５のブロック図はスペースレベルモニタの構成例である。図１、６、７の信号の流れと対応させて、右から信号を入力、左へと流れる図とした。入力された交流信号に対して、Ａ／Ｄ変換部１５０２で、ＣＤＲからのトリガ（識別位相の情報）に合わせて値をサンプリング、アナログ／デジタル変換して出力する。この出力信号を情報処理部１５０１にて、値が負であるサンプル値に対して、一定時間に渡って平均値を計算する。本実施例では情報処理部にField Programmable Gate Array （ＦＰＧＡ）を用いた。この情報処理部で計算した平均値を、制御信号として後段の分散制御部へと送る。

識別レベルを信号の平均レベルとするような受信器を用いた場合、受信特性は、識別レベルと識別位相での平均スペースレベルの差によって決まるので、前記構成を用いると、伝送路中での分散を最適補償できる。

なお、本実施例では、可変分散補償器としてファイバグレーティング型の光デバイスを用いたが、本発明は前記実施例に限定されるものではない。可変分散補償器として、リング共振器型デバイスやＶＩＰＡ等を用いても良い。

図３、４、５、１０を用いて実施例１の動作の説明を行う。
図４は、信号全体の平均レベルを識別レベルとする場合、識別レベルとスペースレベルとの差は、原則として、デューティによって変化しないことを表ししている。図４（ａ）が、デューティが１より小さい場合、図４（ｂ）が、デューティが１より大きい場合を表している。

図のように“１０”というデータ列の矩形波を考え、この２タイムスロット内で各々のレベル関係を考える。４１１はデューティが１の場合であり、１タイムスロットの幅（パルス幅と同じ）を２Ｔ、マークレベルとスペースレベルの差（以下Ｖｍｓという）を２Ａと表す。４１１と同じ信号強度でデューティが０．５になった場合、４１２に示す様にパルス幅は１Ｔ、Ｖｍｓは４Ａとなる。信号全体の平均レベルを識別レベルとした場合、４１３中の面積Ｘと面積Ｙが等しくなる様に識別レベルが位置するので、デューティが１の場合の識別レベルは４１３に示す様に、マークレベルと識別レベルの差（以下Ｖｍｔという）が１Ａ、識別レベルとスペースレベルの差（以下Ｖｓｔという）も１Ａとなる。同様にデューティが０．５の場合は４１４に示す様にＶｍｔが３Ａ、Ｖｓｔが１Ａとなる。従ってＶｓｔは不変であることが分かる。

デューティが１より大きい場合も図４（ｂ）に示すようにＶｓｔはデューティによって変化しないことが分かる。今度は４２１においてデューティが１のときのパルス幅を４Ｔ、Ｖｍｓを６Ａとおく。デューティが１．５になると４２２に示す様にパルス幅は６Ｔ、Ｖｍｓは４Ａとなり、４２３に示す様にデューティが１の場合の識別レベルはＶｍｔが３Ａ、Ｖｓｔが３Ａとなる。一方、４２４に示す様にデューティが１．５の場合の識別レベルはＶｍｔが１Ａとなり、Ｖｓｔはやはり３Ａとなる。従って、識別レベルを信号全体の時間平均レベルに固定するような受信器では、デューティが変化してもＶｓｔは原則として一定であることが分かる。

しかし、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference ）の影響を考慮に入れるとＶｓｔに変化が生じる。以下、波形シミュレーションを用いて伝送特性の計算を行った結果を、図３、５を元に詳細に説明する。

図３（ａ）に示した伝送シミュレーションモデルを用いて伝送後の波形をシミュレートした。伝送信号にはαが＋３であるような１０Ｇｂ／ｓＮＲＺ信号を用いた。図５（ａ）に残留分散を−４００、−２００、０、１００、２００ｐｓ／ｎｍとしたときの波形を示す。αパラメータが正値であるので分散が０からマイナス（正常分散）に蓄積するに従って波形が圧縮され、逆に異常分散が蓄積するに従って波形が広がっていくのが分かる。また、残留分散が−４００、１００、２００ｐｓ／ｎｍの時にはスペースレベルの盛り上がりが確認できる。これはＩＳＩによるスペースレベルの盛り上がりであり、これによってＶｓｔは小さくなる。従ってＶｓｔを大きくするように可変分散補償器に制御を施すと、−２００〜０ｐｓ／ｎｍの残留分散付近に収束する。

図５（ｂ）に残留分散値に対するスペースレベルとＢＥＲの変化量を表したグラフを示す。スペースレベルが−１００ｐｓ／ｎｍの残留分散値で極小になっている一方、ＢＥＲも−１００ｐｓ／ｎｍの残留分散値で極小になっていることが分かる。

また、以上の計算はＮＲＺ信号に対して行ったが、変調方法によるスペースレベル変動を確認するため、図３（ａ）のシミュレーションモデルに、伝送信号として１０Ｇｂ／ｓＲＺ信号を用いてシミュレーションを行った。図５（ｃ）に残留分散値に対するスペースレベルとＢＥＲの変化量を表したグラフを示す。ＮＲＺを伝送したシミュレーション時と同様にＢＥＲが最も良くなる残留分散量と、スペースレベルが最も低くなる残留分散量が一致していることが分かる。

つまり、識別レベルを信号の平均レベルとするような受信器を用いた場合は、伝送特性は識別位相での平均スペースレベルによって決定される、と考えてよい。

図１０は分散補償量の制御フローの一例である。図７とあわせて説明を行う。
まず、Ｓ．Ｌ．Ｍ．７１７で識別位相でのスペースレベルを検出、Ｐ０とする（Ｓ２）。次に、分散量制御部７１８において可変分散補償器７１２の分散補償量を、前記Ｐ０を測定した時点の値より１００ｐｓ／ｎｍ増加させた値に設定する（Ｓ３）。再度Ｓ．Ｌ．Ｍ．７１７で識別位相でのスペースレベルを検出、Ｐ０’とする（Ｓ４）。ここで先ほど測定したＰ０とＰ０’の絶対値の大小を比較し（Ｓ５）、｜Ｐ０｜＜｜Ｐ０’｜であればＳ６へ、｜Ｐ０｜≧｜Ｐ０’｜であればＳ０７へ進む。ここでＰ０の値をＰ０’に置き換え、分散補償量を変化させ（Ｓ３、Ｓ７）、Ｓ．Ｌ．Ｍ．でスペースレベルをモニタ、Ｐ０と比較する、といった処理を繰り返す。

伝送信号がＷＤＭ信号である場合の実施例を、図８を用いて説明する。
伝送信号は伝送路８０１を通った後、可変分散補償器８０２により分散補償を施される。本実施例では可変分散補償器８０２に、ＷＤＭ一括分散補償の可能なリング共振器型可変分散補償器を用いた。分散補償された信号はＡＷＧ８０３（Arrayed Waveguide Grating ）によって波長分離され、各波長の信号が受信器８０４、８０５、８０６、８０７、８０８へと入射する。各受信器は実施例１と同様に光電気変換、増幅、高周波削減、ＡＣ結合後の波形を分岐して外部へ出力しており、それぞれの信号に対してＳ．Ｌ．Ｍ．８０９、８１０、８１１、８１２、８１３でスペースレベルの検出を行い、加算回路（または平均値演算回路）８１４で加算（または平均）後、分散量制御部８１５で可変分散補償器８０２における分散補償量を制御する。

なお、本実施例ではＡＷＧを使用して波長分解を行ったが、言うまでも無く、前記形態に限られるものではない。フィルタやインターリーバなど、他の波長分離デバイスを用いても良い。また、可変分散補償器も、リング共振器型光デバイスに限られるものではなく、ＷＤＭ一括補償が可能な可変分散補償デバイスであれば、何を用いても構わない。

図１１は実施例２の分散補償量制御の一例を示すフローチャートである。図８とあわせて説明を行う。まず、Ｓ．Ｌ．Ｍ．８０９〜８１３でそれぞれの信号の識別位相でのスペースレベルを検出し、Ｐ１、２、３、４、５とおく（ステップＳ２）。次に加算回路８１４でＰ１〜Ｐ５までを足し合わせ、結果をＰ０とする（Ｓ３）。次に、実施例１同様に可変分散補償器８０２における分散補償量を、前記Ｐ１、２、３、４、５を測定した時点での値より１００ｐｓ／ｎｍ増加させた値に設定し（Ｓ４）、各チャネルのスペースレベルをモニタする（Ｓ５）。ここでの検出レベルをＰ１、２、３、４、５に置き換え、再度加算回路８１４でＰ１〜Ｐ５まで足し合わせ、この結果をＰ０’とする（Ｓ６）。先ほど計算したＰ０とＰ０’の大小を比較し、｜Ｐ０｜＜｜Ｐ０’｜であればＳ８へ、｜Ｐ０｜≧｜Ｐ０’｜であればステップＳ９へ進む。Ｓ８、Ｓ９では、Ｐ０をＰ０’に置き換え、再度分散補償量を変化させる（Ｓ４、Ｓ０）、という手順で最適分散補償値に収束させる。

なお、実施例１、２の動作の説明において、分散補償量を１００ｐｓ／ｎｍのステップで変化させたが、この変化量は本実施例に限られるものではない。分散補償量の変化の刻みが小さいほど最適分散補償値に近づくが、最適値に収束するまでの時間が長くなり、スペースレベルの変化を観測しにくくなる。

実施例１乃至２では伝送中に生じる波形歪みを補正する為に光段の可変分散補償器を用いたが、本実施例では電気段の波形等化器を用いる。図９、１２を用いて本実施例の詳細を説明する。

伝送信号は伝送路９０１を通った後、受信器９１０へと入射する。受信器９１０内ではＰＤ９０２により光電気変換され、プリアンプ９０３により増幅され、低域通過フィルタ９０４で高周波成分を削減され、電気波形等化器９０５で電気的に波形の等化を行う。なお、本波形等化器にはＤ−Ｆ／Ｆ（Ｄ−フリップフロップ）の動作は含まれておらず、波形等化器においてデータの打ち直しは行わないものとする。波形等化後の信号を、ＡＣ結合回路９０６を用いて直流成分を除去して交流信号として分岐し、片方はＣＤＲ９０９にてデータ再生を行い、もう一方はＳ．Ｌ．Ｍ．９０７にてスペースレベルを検出後、この検出信号のスペースレベルが最小となるように等化量制御部９０８において波形等化器９０５を制御する。

図１２に電気波形等化器の一例を示す。図はFeed Forward Equalizer（以下、ＦＦＥという）と呼ばれる等化形式である。入力信号を定倍回路１２４でＣ１倍した信号と、遅延回路１２１でＴだけの遅延を与えた信号を定倍回路１２５でＣ２倍した信号と、順々にｎ回繰り返し、加算回路１２８で足し合わせる構成である。定数Ｃ１、２、３・・・ｎを変化させることによって様々な等化波形が出力される。

図１３は実施例３の波形等化量制御の一例を示すフローチャートである。図９とあわせて説明を行う。まずＳ．Ｌ．Ｍ．９０７で識別位相でのスペースレベルを検出、Ｐ０とする（Ｓ２）。次に、等化量制御部９０８において電気波形等化器９０５のＣ１の値を増加させる（Ｓ３）。再度Ｓ．Ｌ．Ｍ．９０７で識別位相でのスペースレベルを検出、Ｐ０’とする（Ｓ４）。ここで先ほど測定したＰ０とＰ０’の絶対値の大小を比較し（Ｓ５）、｜Ｐ０｜＜｜Ｐ０’｜であればステップＳ６へ、｜Ｐ０｜≧｜Ｐ０’｜であればステップＳ７へ進む。ここでＰ０の値をＰ０’に置き換え、Ｃ１の値を変化させ（ステップＳ３、Ｓ７）、Ｓ．Ｌ．Ｍ．でスペースレベルをモニタ、Ｐ０と比較する、といった処理を繰り返す。以上の作業をＣ１からＣｎの全てに対して行い、波形等化量を最適制御する。

中継器を用いて多段中継を行う長距離光伝送システムに本発明を用いる例を、本実施例で説明する。図１６に伝送システムの概要図を示す。光送信器１６０１から出力された光信号は、光伝送路１６０２を通過し、光増幅器１６０３で増幅されて、第一の可変分散補償器１６０４で分散補償される。第一の可変分散補償器１６０４の出力信号の一部をモニタ用に分岐し、このモニタ信号を受信器１６１０、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１６１１、分散量制御部１６１２を通して、第一の可変分散補償器１６０４への制御信号とする。分岐された第一の可変分散補償器１６０４からの出力信号のもう一方は、光増幅器１６０５、光伝送路１６０６、光増幅器１６０７を通過して、第二の可変分散補償器１６０８において分散補償される。前記構成を繰り返すことにより、多段中継を行う長距離光伝送システムにも、本発明を使用することができる。

なお、本実施例で使用した受信器１６１０、１６１３は実施例１乃至３に記載した様に、光電気変換、増幅した受信波形を交流信号で出力し、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１６１１、１６１４は実施例１乃至３に記載した様に、識別位相での平均スペースレベルを検出し、分散量制御部１６１２、１６１５では実施例１乃至３に記載した様に、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１６１１、１６１４からの平均スペースレベルが小さく（絶対値が大きく）なる様に可変分散補償器１６０４、１６０８を制御する。

光伝送路１６０２において、伝送路で生じる蓄積分散によって歪んだ光伝送信号が、第一の可変分散補償器１６０４と光受信器１６１０とＳ．Ｌ．Ｍ．Ａ．１６１１と分散量制御部１６１２で波形整形される。同様に、光伝送路１６０６において、伝送路で生じる蓄積分散によって歪んだ光伝送信号が、第二の可変分散補償器１６０８と光受信器１６１３とＳ．Ｌ．Ｍ．Ａ．１６１４と分散量制御部１６１５で波形整形される。以上の様に、長距離光伝送システムにおいて、小刻みに蓄積分散を補償することによって、蓄積分散による群速度分散と非線形光学効果との相乗効果であるＳＰＭ−ＧＶＤ（Self Phase Modulation-Group Velocity Dispersion ）を抑制し、この効果による波形劣化を抑えることができる。

伝送信号がＷＤＭ信号であるような光伝送システムにおいて、可変分散補償器制御用に、別途、制御用光信号を設ける場合の実施例を説明する。図１７に本光伝送システムの概要図を示す。

３１チャネルの１０Ｇｂ／ｓの光信号と１チャネルの１Ｇｂ／ｓの分散モニタ用光信号をＡＷＧ１７１で合波する。合波されたＷＤＭ信号は光伝送路１７２を通過し、リング共振器型可変分散補償器１７３によって分散補償される。分散補償後、ＡＷＧ１７４において再び分波され、分散モニタ用の１Ｇｂ／ｓの信号のみ受信器１７５、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１７６、分散量制御部１７７を通して、可変分散補償器１７３へのフィードバック信号とする。

なお、本実施例で使用した受信器１７５は実施例１乃至４に記載した様に、光電気変換、増幅した受信波形を交流信号で出力し、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１７６は実施例１乃至４に記載した様に、識別位相での平均スペースレベルを検出し、分散量制御部１７７では実施例１乃至４に記載した様に、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１７６からの平均スペースレベルが小さく（絶対値が大きく）なる様に可変分散補償器１７３を制御する。

また、本実施例では波長合分波用にＡＷＧを用いたが、代わりに他の波長合分波デバイスを用いても構わない。可変分散補償器も、リング共振器型デバイス以外の、ＷＤＭ一括分散補償が可能な光デバイスを用いても構わない。分散モニタ信号は、１波としたが、ＷＤＭ信号の内の複数チャネルを分散モニタ信号として用いても構わない。ＷＤＭ信号は全て１０Ｇｂ／ｓとしたが、各チャネルのビットレートは異なっていても構わない。例えば、あるチャネルは１０ＧｂＥの１０．３１２５Ｇｂ／ｓ、あるチャネルはＯＣ−１９２の９．９５３２８Ｇｂ／ｓ、といった場合も本実施例に含まれる。

リング共振器型分散補償デバイスはＷＤＭ一括分散補償が可能であり、１チャネルにおいて分散補償量を最適化すると、他のチャネルにおいても同等の分散補償量が得られるので、他のチャネルに対しても適切な分散補償が行われる。本実施例では分散モニタ信号の信号速度を１Ｇｂ／ｓとしたが、当該分散モニタ信号の伝送速度が低いほど、Ｓ．Ｌ．Ｍ．１７６において、スペースレベルのサンプリングを実現する回路が簡潔になるためである。当然、本分散モニタ信号は、他の伝送チャネルと同じ信号速度でも構わない。

以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明の分散補償方法の一つの実施例形態において、受信信号の時間平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差を検出し、検出信号を元に可変分散補償器を制御する方法を表す概念図である。２．５Ｇｂ／ｓと１０Ｇｂ／ｓのＲＺ信号の光スペクトルと電気信号のアイパタンの一例を表す図である。（ａ）は、受信波形とＢＥＲの対応を確認するために用いたシミュレーション系を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のシミュレーション系を用いて計算したアイ開口度とＢＥＲの残留分散依存性を示すグラフであり、（ｃ）は受信波形のマークレベル、スペースレベル、識別レベル、アイ開口度を示す概念図であり、（ｄ）は同一パワーのビットのデューティを変化させることによって、アイ開口度が変化することを示す例の図である。（ａ）はデューティが１より小さくなるとき、スペースレベルと識別レベルの差が一定であることを示す概念図であり、（ｂ）はデューティが１より大きくなるとき、スペースレベルと識別レベルの差が一定であることを示す概念図である。（ａ）は図３（ａ）のシミュレーション系を用いて計算した伝送後のアイパタン例を示す図であり、（ｂ）は図３（ａ）のシミュレーション形を用いて計算した、識別位相での平均スペースレベルとＢＥＲの残留分散依存性を示す（ＮＲＺ伝送時）グラフであり、（ｃ）は図３（ａ）のシミュレーション形を用いて計算した、識別位相での平均スペースレベルとＢＥＲの残留分散依存性を示す（ＲＺ伝送時）グラフである。本発明の分散補償方法の一つの実施例形態において、受信信号の直流成分を除去して交流信号とし、識別位相でのスペースレベルを検出し、検出信号を元に可変分散補償器を制御する方法を表す概念図である。（ａ）は本発明の分散補償方法の一つの実施例において、１入力差動増幅回路を用いて交流信号を作り出す受信器の概念図であり、（ｂ）は図７（ａ）中のＴＩＡ、差動増幅回路、減算回路出力の波形を示す概念図である。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、ＷＤＭ伝送時に各チャネルの受信波形のスペースレベルの平均値に応じて可変分散補償器を制御する方法を表す概念図である。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、受信波形のスペースレベルを用いて電気段の波形等化器を制御する方法をあらわす概念図である。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、動的分散補償制御を表すフローチャートである。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、ＷＤＭ時の動的分散補償制御を表すフローチャートである。電気段の波形等化器の動作を説明する概念図である。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、電気段の波形等化器を用いる場合の動的波形等化制御を表すフローチャートである。（ａ）は分散補償を行わない場合の光伝送システムと、伝送前後の波形を示した概念図であり、（ｂ）は固定値での分散補償を行う場合の光伝送システムと、伝送前後、分散補償前後の波形を示した概念図であり、（ｃ）は動的な分散補償を行う場合の光伝送システムと、伝送前後、分散補償前後の波形を示した概念図である。スペースレベルモニタの構成を示す概念図である。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、多段中継を行う長距離光伝送システムに本発明の分散補償方法を適用する方法を表す概念図である。本発明の分散補償方法の一つの実施例において、ＷＤＭ伝送時に、分散モニタ用の低速信号を１波用意する方法を表す概念図である。

符号の説明

１１伝送路
１２可変分散補償器
１３光受信回路
１４スペースレベルモニタ
１５分散量制御部
１６クロックデータリカバリー
６１伝送路
６２可変分散補償器
６３フォトダイオード
６４トランスインピーダンスアンプ
６５ポストアンプ
６６コンデンサ
６７スペースレベルモニタ
６８分散制御部
６９クロックデータリカバリー
１２１、１２２、１２３遅延回路
１２４、１２５、１２６、１２７定倍回路
１２８加算回路
１７１、１７４ Arrayed Waveguide Grating
１７２光伝送路
１７３可変分散補償器
１７５光受信器
１７６スペースレベルモニタ
１７７分散量制御部
３１１送信器
３１２伝送路
３１３フォトダイオード
３１４コンデンサ
３１５低域通過フィルタ(Bessel Thomson ４th ７．５GHz)
３１６波形モニタ
３１７ＢＥＲモニタ
３４１デューティ１の波形
３４２デューティ０．５の波形
３４３デューティ０．２５の波形
４１１デューティ１の波形
４１２デューティ０．５の波形
４１３デューティ１の波形の識別レベル
４１４デューティ０．５の波形の識別レベル
４２１デューティ１の波形
４２２デューティ１．５の波形
４２３デューティ１の波形の識別レベル
４２４デューティ１．５の波形の識別レベル
７１１伝送路
７１２可変分散補償器
７１３フォトダイオード
７１４トランスインピーダンスアンプ
７１５１入力差動増幅回路
７１６減算回路
７１７スペースレベルモニタ
７１８分散量制御部
７１９クロックデータリカバリー
８０１伝送路
８０２可変分散補償器
８０３ Arrayed Waveguide Grating
８０４、８０５、８０６、８０７、８０８受信器
８０９、８１０、８１１、８１２、８１３スペースレベルモニタ
８１４加算回路（平均値計算回路）
８１５分散量制御部
９０１伝送路
９０２フォトダイオード
９０３プリアンプ
９０４低域通過フィルタ
９０５電気波形等化器
９０６ＡＣ結合回路
９０７スペースレベルモニタ
９０８等化量制御部
９０９クロックデータリカバリー
９１０受信部
１４０１、１４０６、１４１３送信波形
１４０２、１４０７、１４１４伝送後波形
１４０８、１４１５分散補償波形
１４０３、１４０９、１４１６光送信器
１４０４、１４１０、１４１７光伝送路
１４０５、１４１２、１４１９光受信器
１４１１、１４１８分散補償器
１５０１情報処理部
１５０２Ａ／Ｄ変換部
１６０１１光送信器
１６０２、１６０６光伝送路
１６０３、１６０５、１６０７、１６０９光増幅器
１６０４、１６０８可変分散補償器
１６１０、１６１３光受信器
１６１１、１６１４スペースレベルモニタ
１６１２、１６１５分散量制御部

Claims

光伝送路において生じる光伝送信号の波形劣化を検出し、検出信号を元に前記波形劣化を補償する分散補償方法であって、
光受信器において前記光伝送信号を電気信号に変換後、前記検出信号全体の時間平均レベルと識別位相での時間平均スペースレベルとの差を検出するスペースレベル検出工程と、
前記検出信号全体の時間平均レベルと前記識別位相での平均スペースレベルとの差が大きくなるように可変分散補償器を制御する制御工程と、
制御信号として入力される電気信号によって分散補償量を可変する可変分散補償工程と、
からなることを特徴とする分散補償方法。
前記スペースレベル検出工程は、
前記信号全体の時間平均レベルを０ＶとするためのＡＣ結合増幅工程と、
前記識別位相での平均スペースレベルを検出する平均値検出工程と、
からなることを特徴とする請求項１記載の分散補償方法。
前記光伝送信号が一波長の光信号であり、
前記平均スペースレベルは、単一チャネルのスペースレベルの時間平均値であることを特徴とする、請求項１乃至２に記載の分散補償方法。
前記光信号が波長分割多重信号であり、
前記平均スペースレベルは、複数チャネル全てのスペースレベルの時間平均値であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の分散補償方法。
前記可変分散補償器は、電気段の波形等化器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分散補償方法。
前記可変分散補償器は、光学的に光信号の波長分散を補償することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分散補償方法。
前記光伝送信号の伝送前または伝送後、あるいは伝送前及び伝送後の両方において、前記光伝送信号に対して分散補償を適用することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の分散補償方法。
ＷＤＭ光伝送システムにおいて、
波長多重信号の内の１波、または複数波に対して請求項１乃至７のいずれか１項に記載の分散補償方法を用いることにより、全波長多重信号に対して光伝送路で生じる波形劣化を補償することを特徴とするＷＤＭ光伝送システム。
多段中継を行う光伝送システムにおいて、
中継器、または光伝送路中の可変分散補償器に対して、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の分散補償方法を用いて、前記光伝送路で生じる波形劣化を補償することを特徴とする光伝送システム。
光伝送路において生じる光伝送信号の波形劣化を検出し、検出信号を元に前記波形劣化を補償する光伝送装置であって、
光受信器において前記光伝送信号が電気信号に変換後、前記検出信号全体の時間平均レベルと識別位相での時間平均スペースレベルの差を検出するスペースレベル検出手段と、
前記検出信号全体の平均レベルと識別位相での平均スペースレベルの差が大きくなるように可変分散補償手段を制御する制御手段と、
制御信号として入力される電気信号によって分散補償量を可変する可変分散補償手段と、を有し、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の分散補償方法を用いることを特徴とする光伝送装置。