JP4493602B2 - 光通信伝送路の設計装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信伝送路の設計に関する。特に、伝送特性を劣化させる要因を含む伝送路の設計に利用する。

従来の光通信システムにおける伝送路の設計方法は、まず劣化要因が無い状態において最適な伝送特性が得られる伝送路の条件を算出し、次にその伝送路の条件において劣化要因に対する耐性の評価を行っていた。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．４０，ｎｏ．２２，ｐｐ．１４４３−１４４４，２００４

光通信伝送路において、劣化要因が存在する場合と劣化要因が存在しない場合の最適条件は必ずしも同じとは限らない。例えば、劣化要因が増えると伝送特性が急峻に著しく劣化するという場合も有り得る。

上述した従来の光通信の伝送路設計方法では、劣化要因が無い状態において最適な伝送特性が得られる伝送路の条件を算出し、次にその伝送路の条件において劣化要因に対する耐性の評価を行っているだけなので、結局、劣化要因を含む場合に最適な伝送特性が得られる伝送路の条件は算出していない。したがって、劣化要因が増えた場合に、伝送特性が急峻に著しく劣化するか否かということについての考慮はなされておらず、伝送路敷設後に劣化要因が増えた場合には、設計時の伝送特性は保証されない。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、劣化要因量が大きくなっても伝送特性の劣化が少なく、増加が予想される劣化要因量に対して許容できる伝送路の条件を算出することができる光通信伝送路の設計装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、劣化要因が存在しない場合には劣化要因が存在する場合に比べて設計パラメータの許容範囲が広いことを利用し、劣化要因が存在する場合としない場合との双方における伝送特性が共に最適となる伝送路条件を見つけ出すことにより、劣化要因量が大きい場合にも伝送路設計が可能となる伝送路設計アルゴリズムを提供することを特徴とする。

すなわち、本発明の光通信伝送路の設計装置は、一つの設計パラメータとしての劣化要因を付加した状態において伝送特性が最適となる伝送路条件を算出する伝送路条件算出手段と、この伝送路条件算出手段により算出した伝送路条件において前記劣化要因を除いた状態の伝送特性を算出する伝送特性算出手段と、前記伝送路条件算出手段が前記伝送路条件を算出する際の最適の伝送特性を伝送特性Ａとし、前記伝送路特性算出手段により算出された伝送特性を伝送特性Ｂとしたときに、前記伝送特性ＡおよびＢの双方が共に許容範囲内である場合には劣化要因の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には劣化要因の大きさを減らす劣化要因付加手段と、この劣化要因付加手段による劣化要因の増減に伴い変化する前記伝送特性ＡおよびＢを解析することにより前記伝送特性Ａと前記伝送特性Ｂとが許容範囲内となる最大の劣化要因の大きさを算出する伝送特性解析手段と、この伝送特性解析手段により算出された一つの設計パラメータとしての前記最大の劣化要因の大きさに基づき前記光通信伝送路の設計値を決定する設計値決定手段とを備えたことを特徴とする。前記劣化要因は、例えば、偏波依存群遅延（ＤＧＤ）である。

これにより、設計時よりも劣化要因が増えることが予想される伝送路の設計において、予め劣化要因の増加量を見込んだ設計を行うことができるため、伝送路敷設後に、実際に劣化量が増加してもこれを許容することができる。

次に、本発明の光通信伝送路の設計装置が行う本発明の光通信伝送路の設計方法は、劣化要因を付加した状態において伝送特性が最適となる伝送路条件を算出し、その際の最適の伝送特性を伝送特性Ａとする第１のステップと、この第１のステップにより算出した伝送路条件において前記劣化要因を除いた状態の伝送特性を伝送特性Ｂとして算出する第２のステップと、前記伝送特性ＡおよびＢが共に許容範囲内である場合には劣化要因の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には劣化要因の大きさを減らし、前記第１および第２のステップを再度行う第３のステップとを有することを特徴とする。前記劣化要因は、例えば、偏波依存群遅延（ＤＧＤ）である。

この際に、前記劣化要因を一つの設計パラメータとして伝送特性の算出を行い、その算出結果をグラフ化あるいは解析的手法を行うことにより、前記伝送特性Ａと前記伝送特性Ｂとが許容範囲内となる最大の劣化要因の大きさを算出することができる。

本発明によれば、劣化要因量が大きくなっても伝送特性の劣化が少なく、増加が予想される劣化要因量に対して許容できる伝送路の条件を算出することができる。

本発明実施例の光通信伝送路の設計装置の構成を図１を参照して説明する。図１は本実施例の光通信伝送路の設計装置のブロック構成図である。

本実施例の光通信伝送路の設計装置は、図１に示すように、一つの設計パラメータとしての劣化要因を付加した状態において伝送特性が最適となる伝送路条件を算出する伝送路条件算出部１と、この伝送路条件算出部１により算出した伝送路条件において劣化要因情報除去部２により前記劣化要因を除いた状態の伝送特性を算出する伝送特性算出部３と、伝送路条件算出部１が前記伝送路条件を算出する際の最適の伝送特性を伝送特性Ａとし、伝送特性算出部３により算出された伝送特性を伝送特性Ｂとしたときに、前記伝送特性ＡおよびＢの双方が共に許容範囲内である場合には劣化要因の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には劣化要因の大きさを減らす劣化要因情報付加部６と、この劣化要因情報付加部６による劣化要因の増減に伴い変化する前記伝送特性ＡおよびＢを解析することにより前記伝送特性Ａと前記伝送特性Ｂとが許容範囲内となる最大の劣化要因の大きさを算出する伝送特性解析部４と、この伝送特性解析部４により算出された一つの設計パラメータとしての前記最大の劣化要因の大きさに基づき前記光通信伝送路の設計値を決定する設計値決定部５とを備えたことを特徴とする。

前記劣化要因は、例えば、偏波依存群遅延（ＤＧＤ）であり、様々なＤＧＤのパターンが劣化要因情報蓄積部７に蓄積されており、劣化要因情報付加部６は、伝送特性解析部４の解析結果に基づき、劣化要因情報蓄積部７から適当な大きさの劣化要因となるＤＧＤのパターンを選択して伝送路条件算出部１に対し、劣化要因情報として入力する。また、伝送路条件算出部１には、設計する伝送路の元となる伝送路基本構成情報が入力される。

次に、図１に示す本実施例の光通信伝送路の設計装置が行う本実施例の光通信伝送路の設計方法の手順を図２を参照して説明する。図２は本実施例の光通信伝送路の設計方法の手順を示すフローチャートである。

本実施例の光通信伝送路の設計方法は、図２に示すように、まず、伝送路条件算出部１により劣化要因を付加した状態で伝送特性が最適となる伝送路条件を算出し、この伝送特性をＡとする（Ｓ１）。続いて、ステップＳ１で算出した伝送路条件から劣化要因情報除去部２により前記劣化要因を除いた状態の伝送特性を伝送特性算出部３により算出し、この伝送特性をＢとする（Ｓ２）。

伝送特性解析部４の解析結果に基づき劣化要因情報付加部６は、伝送特性ＡおよびＢが共に許容範囲内であれば（Ｓ３）、前記劣化要因の大きさを増やし（Ｓ４）、伝送特性ＡまたはＢの双方あるいはいずれか一方が許容範囲外であれば（Ｓ３）、前記劣化要因の大きさを減らす（Ｓ５）。

すなわち、伝送特性ＡおよびＢが共に許容範囲内にあり、劣化要因の大きさを増やした結果、次のステップＳ１〜Ｓ５の実行によって、伝送特性ＡまたはＢの双方あるいはいずれか一方が許容範囲外となったとしたら、今度は、劣化要因の大きさを減らして再びステップＳ１〜Ｓ５を実行する。その結果、再び伝送特性ＡおよびＢが共に許容範囲内になれば、今度は、前回よりも少なめに劣化要因を増やして再びステップＳ１〜Ｓ５を実行する。このようなことを所定回数ｎ回繰り返している内に、劣化要因量は、最大劣化要因量に近似する値に収束する。

伝送特性解析部４は、ステップＳ１〜Ｓ５が繰り返し所定回数ｎ回実行された後に（Ｓ６）、ｎ回の実行結果を集計して解析する（Ｓ７）。この解析結果に基づいて最大劣化要因量を決定する（Ｓ８）。このようにして、一つの設計パラメータとしての最大劣化要因量が求められたら、設計値決定部５は、当該最大劣化要因量に基づき設計値を決定する（Ｓ９）。なお、ｎの値は、伝送路環境に応じて適宜設定する。

以下では、さらに具体的な実施例を第一および第二実施例として説明する。

（第一実施例）
本発明の第一実施例を図３、図４、図５を参照して説明する。図３は設計パラメータ２要素、劣化要因１要素の例を模式的に示した図である。図３の○印は、各劣化要因量において２つの設計パラメータを最適化した領域を示している。一般的に劣化量は、劣化要因量が増加すると単調に増加する。また、一般的に劣化要因量が変わると最適条件も変わる。

まず、劣化要因が無い場合に最適化した場合の特性を基準にする。劣化要因を与え、その下で設計パラメータを最適化し、そのときの伝送特性劣化量を求める（これを伝送特性Ａとする）。その大きさが許容範囲内であり、かつ、その設計パラメータにおいて劣化要因を取り除いた場合の伝送特性劣化量（これを伝送特性Ｂとする）も許容範囲内であればさらに劣化要因量を増す。また、伝送特性ＡまたはＢの双方あるいはどちらか一方が許容範囲を越えていた場合には、劣化要因量を減らす。このようにして、伝送特性劣化量も許容範囲内である最大劣化要因量を求めることができ、そのときの設計パラメータをもって設計値とする。

例として４３Ｇｂ／ｓＤＱＰＳＫ伝送の伝送特性で、劣化要因として偏波依存群遅延（ＤＧＤ；Differential group Delay，単位はピコ秒（ｐｓ））、設計パラメータ１として受信回路の受信帯域幅（横軸）、設計パラメータ２として光フィルタの帯域幅（縦軸）をとり、最良点からの受信特性の劣化量（Ｑペナルティ）を等高線で描いたものを図４に示す。Ｑペナルティの許容範囲としては、通常２ｄＢを判断点とする。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、ＤＧＤ＝０（劣化要因がない場合）、ＤＧＤ＝２０、ＤＧＤ＝２２．５、ＤＧＤ＝２５の計算である。

ＤＧＤ＝２０ｐｓのとき設計パラメータを最適化すると、劣化量は１．４である。その条件で劣化要因量をゼロとしても劣化量は０．２５程度であり、伝送条件を満足する。次に、ＤＧＤ＝２２．５ｐｓとし、設計パラメータを最適化すると、劣化量は１．９５である。劣化要因量をゼロとしても劣化量は０．３程度であり、伝送条件を満足する。さらにＤＧＤ＝２５ｐｓまで増加させると設計パラメータを最適化しても劣化量が２．７と２を越えているので、伝送できない。そのため、この条件ではＤＧＤ＝２２．５ｐｓを劣化要因量の最大値とし、そのときの光フィルタ幅およびレシーバ帯域を設計値とする。

本設計アルゴリズムを使用した場合の改善効果を計算したものが図５である。黒三角は従来法であり、劣化要因量ゼロで最適化し、劣化要因（横軸）を増やしていった場合の特性劣化量（縦軸）である。従来法においては、２０．５までしか伝送できないことがわかる。これに対して、白丸は本アルゴリズムによる設計であり、ＤＧＤ＝２２．５で最適化した場合の劣化要因（横軸）と特性劣化量（縦軸）である。本方法においては、本計算例の場合、ＤＧＤ＝２２．５ｐｓまで伝送可能であるため、ＤＧＤに対する耐性が約１割改善可能である。

（第二実施例）
本発明の第二実施例を図６、図７、図８を参照して説明する。図６は劣化要因１要素、設計パラメータ１要素の例であり、横軸に設計パラメータ、縦軸に劣化要因量を取った場合の模式図である。劣化量が２以上の部分は図示していない。図６から劣化量２の線を書き出したものが図７であり、説明のためやや誇張して描いている。

従来のアルゴリズムでは劣化要因はない場合の最適条件で設計する。図６および図７ではそれを設計パラメータのＯ点とする。このときの最大劣化要因量は図７のＡ点の量である。劣化要因を増やしつつ設計パラメータを最適化していくと、Ｂ点が得られる。しかし、Ｂ点の設計パラメータを使用した場合には、劣化要因が存在しない場合には伝送条件を満足しなくなる。そこで劣化要因量を減少させ、劣化要因が存在しない場合にも伝送条件を満足する最大の劣化要因量Ｃを求め、そのときの設計パラメータＣ’を設計値とする。

このようなケースの例としては自己位相変調効果と残留分散量がある。図８は自己位相変調効果を劣化要因とする設計パラメータとして取り込んだ計算を行った例であり、自己位相変調効果の大きさのメジャーとして入力パワーを使用している。図８は横軸に設計パラメータとして残留分散量をとり、縦軸に劣化要因として非線形性（入力パワーの関数）をとる。４３Ｇｂ／ｓのＤＱＰＳＫ伝送方式で、５００ｋｍ伝送を行うことを想定している。

最大許容劣化量を−２．０ｄＢとした場合には、残留分散ゼロの点においては８．１ｄＢｍの入力パワーが許容される。これに対して、残留分散量を０．０６（ｐｓｅｃ／ｍ）とした場合には９．３ｄＢｍが許容される。すなわち、本設計方法により、入力パワー限界が１．２ｄＢ改善される。他の劣化要因があるため、実際の入力パワーはこの計算値とずれる。

ここに示した例に限らず、設計パラメータの数、劣化要因量の数は任意である。

以上のように、本設計アルゴリズムによれば、設計値を従来法からわずかにシフトさせるだけで、何らの追加部品も必要なく、伝送特性の改善が可能となる。

本発明によれば、劣化要因量が大きくなっても伝送特性の劣化が少なく、増加が予想される劣化要因量に対して許容できる伝送路の条件を算出することができるので、設計時よりも劣化要因が増えることが予想される伝送路の設計において、予め劣化要因の増加量を見込んだ設計を行うことができるため、伝送路敷設後に、実際に劣化量が増加してもこれを許容することができる。

本実施例の光通信伝送路の設計装置のブロック構成図。 本実施例の光通信伝送路の設計方法の手順を示すフローチャート。 設計パラメータ２要素、劣化要因１要素の例を模式的に示した図。 ４３Ｇｂ／ｓＤＱＰＳＫ伝送の伝送特性で、劣化要因としてＤＧＤ、設計パラメータ１として受信回路の受信帯域幅（横軸）、設計パラメータ２として光フィルタの帯域幅（縦軸）をとり、最良点からの受信特性の劣化量（Ｑペナルティ）を等高線で描いた図。 本設計アルゴリズムを使用した場合の改善効果を説明するための図。 劣化要因１要素、設計パラメータ１要素の例であり、横軸に設計パラメータ、縦軸に劣化要因量を取った場合の模式図。 図６から劣化量２の線を書き出した図。 自己位相変調効果を劣化要因とする設計パラメータとして取り込んだ計算を行った例を示す図。

符号の説明

１ 伝送路条件算出部
２ 劣化要因情報除去部
３ 伝送特性算出部
４ 伝送特性解析部
５ 設計値決定部
６ 劣化要因情報付加部
７ 劣化要因情報蓄積部
Ａ、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’、Ｏ グラフ上の点

Claims (4)

1. 光通信伝送路の設計装置において、
   偏波依存群遅延（ＤＧＤ）を劣化要因とし、光伝送路の受信回路の受信帯域幅および光フィルタの帯域幅を設計パラメータとして、前記偏波依存群遅延を付加した状態において、光伝送路の伝送特性として受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が最適となる伝送路条件を算出する伝送路条件算出手段と、
   前記伝送路条件算出手段により算出した前記伝送路条件において前記偏波依存群遅延を除いた状態の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を算出する伝送特性算出手段と、
   前記伝送路条件算出手段が前記伝送路条件を算出する際の最適の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ａとし、前記伝送路特性算出手段により算出された受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ｂとしたときに、前記伝送特性ＡおよびＢの双方が共に受信特性の劣化量であるＱペナルティの値の許容範囲内である場合には偏波依存群遅延の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には偏波依存群遅延の大きさを減らす劣化要因付加手段と、
   前記劣化要因付加手段による偏波依存群遅延の大きさの増減に伴い変化する前記伝送特性ＡおよびＢをグラフ化して解析することにより前記伝送特性Ａと前記伝送特性Ｂとが許容範囲内となる最大の偏波依存群遅延の大きさを算出する伝送特性解析手段と、
   前記伝送特性解析手段により算出された許容範囲内となる最大の偏波依存群遅延のときの受信回路の受信帯域幅および光フィルタの帯域幅を設計値として決定する設計値決定手段と
   を備えたことを特徴とする光通信伝送路の設計装置。
2. 光通信伝送路の設計装置において、
   自己位相変調効果を劣化要因とし、光伝送路の残留分散量を設計パラメータとして、前記自己位相変調効果を付加した状態において、光伝送路の伝送特性として受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が最適となる伝送路条件を算出する伝送路条件算出手段と、
   前記伝送路条件算出手段により算出した前記伝送路条件において前記自己位相変調効果を除いた状態の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を算出する伝送特性算出手段と、
   前記伝送路条件算出手段が前記伝送路条件を算出する際の最適の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ａとし、前記伝送路特性算出手段により算出された受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ｂとしたときに、前記伝送特性ＡおよびＢの双方が共に受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が許容範囲内である場合には自己位相変調効果の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には自己位相変調効果の大きさを減らす劣化要因付加手段と、
   前記劣化要因付加手段による自己位相変調効果の増減に伴い変化する前記伝送特性ＡおよびＢをグラフ化して解析することにより前記伝送特性Ａと前記伝送特性Ｂとが許容範囲内となる最大の自己位相変調効果の大きさを算出する伝送特性解析手段と、
   前記伝送特性解析手段により算出された許容範囲内となる最大の自己位相変調効果のときの残留分散量を設計値として決定する設計値決定手段と
   を備えたことを特徴とする光通信伝送路の設計装置。
3. 請求項１記載の光通信伝送路の設計装置が行う光通信伝送路の設計方法であって、
   劣化要因として偏波依存群遅延を付加した状態において伝送特性として受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が最適となる伝送路条件を算出し、その際の最適の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ａとする第１のステップと、
   この第１のステップにより算出した伝送路条件において前記劣化要因として偏波依存群遅延を除いた状態の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ｂとして算出する第２のステップと、
   前記伝送特性ＡおよびＢの双方が共に受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が許容範囲内である場合には偏波依存群遅延の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には偏波依存群遅延の大きさを減らし、前記第１および第２のステップを再度行い許容範囲内で最大の偏波依存群遅延の大きさを決定する第３のステップと
   を有することを特徴とする光通信伝送路の設計方法。
4. 請求項２記載の光通信伝送路の設計装置が行う光通信伝送路の設計方法であって、
   劣化要因として自己位相変調効果を付加した状態において光伝送路の伝送特性として受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が最適となる伝送路条件を算出し、その際の最適の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ａとする第１のステップと、
   この第１のステップにより算出した伝送路条件において前記劣化要因として自己位相変調効果を除いた状態の受信特性の劣化量であるＱペナルティの値を伝送特性Ｂとして算出する第２のステップと、
   前記伝送特性ＡおよびＢの双方が共に受信特性の劣化量であるＱペナルティの値が許容範囲内である場合には自己位相変調効果の大きさを増やし、前記伝送特性ＡまたはＢの双方またはいずれか一方が許容範囲外である場合には自己位相変調効果の大きさを減らし、前記第１および第２のステップを再度行い許容範囲内の最大の自己位相変調効果の大きさを決定する第３のステップと
   を有することを特徴とする光通信伝送路の設計方法。

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