JP5106233B2 - 光送信器および光受信器 - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ伝送路の受信側または送信側に設けられ、光ファイバ伝送路中の信号劣化を補償することのできる光送信器および光受信器に関する。
従来、光通信分野では、分散など光ファイバ伝送路中の信号劣化要因を、分散補償ファイバ(Dispersion Compensation Fiber:DCF)やファイバブラッググレーティング(Fiber Bragg Grating:FBG)など、光学的な技術を用いて補償してきた。
これに対し、近年、デジタル/アナログコンバータ(DAC)およびアナログ/デジタルコンバータ(ADC)の高速化、光変復調器の高度化など、デバイスのめざましい進歩を受けて、O/E変換により光から電気に変換した後の、またはE/O変換により電気から光に変換する前の電気領域における等化技術により、信号劣化の補償を行う技術の研究開発が精力的に行われている。
これらの電気的補償技術は、光伝送システムの受信側、送信側のいずれにおいても適用する方式がある。受信側の電気的補償技術としては、光ファイバ伝送路において劣化した受信信号を、DACによりデジタルデータに変換した後、デジタルフィルタ回路にて等化することなどにより、元の信号系列を復元する。例えば、Decision Feed−back Equalizer(DFE)や、最尤系列推定(Maximum Likelihood Sequence Estimation:MLSE)などの技術が挙げられる。
一方、送信側における補償技術としては、プリディストーション(Predisotortion)と呼ばれるものがある。この手法では、送信するデータ系列に対して、デジタルフィルタにて、あらかじめ光ファイバ伝送路で受ける分散などの信号劣化要因の逆特性をかける。さらに、DACによりあらかじめ歪んだ任意波形を生成して(予等化して)、光ファイバ伝送路に出力する。そして、光ファイバ伝送路を伝搬した後、送信波形の歪みと分散が打ち消しあうことで、受信側に整形された光信号波形を得ることができる。この結果、通信品質を向上させることができる。
図8は、従来の光通信システムにおける電気的領域補償用デジタルフィルタの構成図である。この従来方式は、伝送路で生じる非線形歪みの逆特性を求め、補償演算子110として保持する。これをFIRフィルタまたはルックアップテーブルで構成されるデジタルフィルタ101a、101bに入力し、入力信号のデジタルフィルタ処理を行う。さらに、デジタルフィルタ処理後の入力信号を、DAC102a、102bでアナログ信号に変換して、O/E変換器120にて光信号として送信する(例えば、特許文献1参照)。
先の図8に示すような構成を用いて光送信器を構成することにより、光ファイバ伝送路中で受ける様々な信号劣化要因を補償することが可能となり、通信可能な距離を大きく伸ばすことが可能となる。また、デジタルフィルタで使用する補償演算子は、距離やファイバ種別毎に異なるため、伝送路毎にその補償演算子を格納するテーブル内容を入れ替えて対応する。
特表2006−522508号公報
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
光通信においては、通信回線の高信頼化のため、光ファイバ伝送路断時に、冗長化された予備系経路に高速に切り替えて通信回線を保護するプロテクションという手法が採られることが多い。このため、先の図8に示す方法のように、デジタルフィルタへの補償演算子を保持するテーブルを1つしか持たない構成では、伝送路断時にフィルタ係数をテーブルに再格納する必要がある。
光通信は、スループットが10Gbps/40Gbpsと大きく、テーブル規模も大きくなる。さらに、テーブルを構成するメモリへのアクセスは、低速であり、格納に要する時間は、長くなる。このため、通信回線断時間も合わせて長くなるという問題があった。
さらに、運用中に、光ファイバ伝送路にあったフィルタ係数に最適化するよう微調整する場合、テーブルの入れ替えに時間がかかると、入れ替え終了までの間でフィルタ係数が不連続となり、意図しない瞬断時間が生じるという問題もある。
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、光ファイバ伝送路断時に、冗長化された予備系経路に切り替えて通信回線を保護する際に、高速に切り替えることにより信号断時間を短縮することのできる光送信器および光受信器を得ることを目的とする。
本発明に係る光送信器は、受信したデジタル電気信号をフィルタリングするフィルタ処理部と、フィルタリング後のデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、アナログ電気信号を光信号に変換して光伝送路に出力するE/O変換器とを備えた光送信器であって、フィルタ処理部は、光伝送路の特性に応じた複数のフィルタ係数テーブルを有し、光伝送路が切り替えられる際に切り替え後の光伝送路を特定する切り替え指示信号を受信し、ハードウェア内の動作クロック単位でフィルタ係数が切り替えられることにより、切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを用いたフィルタリング後のデジタル電気信号をデジタル/アナログ変換器に対して出力するものである。
また、本発明に係る光受信器は、光伝送路から受信した光信号をアナログ電気信号に変換するO/E変換器と、変換後のアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、変換後のデジタル電気信号をフィルタリングして出力するフィルタ処理部とを備えた光受信器であって、フィルタ処理部は、光伝送路の特性に応じた複数のフィルタ係数テーブルを有し、光伝送路が切り替えられる際に切り替え後の光伝送路を特定する切り替え指示信号を受信し、ハードウェア内の動作クロック単位でフィルタ係数が切り替えられることにより、切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを用いたフィルタリング後のデジタル電気信号を出力するものである。
本発明によれば、デジタルフィルタまたはフィルタ係数を格納するメモリ箇所を二重化することにより、光ファイバ伝送路断時に、冗長化された予備系経路に切り替えて通信回線を保護する際に、高速に切り替えることにより信号断時間を短縮することのできる光送信器および光受信器を得ることができる。
以下、本発明の光送信器および光受信器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。この図1に示す光送信器10は、デジタルフィルタ11、2つのフィルタ係数テーブル12a、12b、セレクタ13、DAC14、およびE/O変換器15を備えている。ここで、デジタルフィルタ11、2つのフィルタ係数テーブル12a、12b、およびセレクタ13は、フィルタ処理部に相当する。
デジタルフィルタ11は、光送信器10が受信したデジタル電気信号にフィルタ演算処理を施す。演算処理を行うフィルタのフィルタ係数は、光伝送路の特性に応じて、複数のフィルタ係数テーブルに格納されている。図1では、複数のフィルタ係数テーブルとして、第1のフィルタ係数テーブル12aと第2のフィルタ係数テーブル12bを例示している。
光送信器10は、例えば、光信号を出力する光ファイバ伝送路に伝送路障害が発生した場合には、切り替え後の光ファイバ伝送路を特定する切り替え指示信号を外部から受信する。そして、セレクタ13は、この外部からの切り替え指示信号に従い、第1のフィルタ係数テーブル12aと第2のフィルタ係数テーブル12bのいずれかを選択する。
2種類のフィルタ係数テーブル12a、12bは、用いられる光ファイバ伝送路の伝送特性に応じて、光伝送路中の分散など光信号劣化要因より受ける波形歪みを打ち消し、補償する逆特性を持つデジタルフィルタ係数を格納している。デジタルフィルタ11の出力は、DAC14で電気アナログデータに変換され、E/O変換器15にて光信号として出力される。
次に、このフィルタ切り替え光送信器10を適用した光リングネットワークの構成について説明する。図2は、本発明の実施の形態1における光リングネットワークの構成図であり、現用系経路が正常な場合を示している。ノードA(21a)およびノードB(21b)は、リング接続した光ファイバ伝送路を挟んで双方向の通信を行う。ノードA(21a)は、先の図1に示すフィルタ切り替え光送信器22a、1:2光スイッチ23a、2:1光スイッチ24a、および光受信器25aから構成される。
また、ノードB(21b)は、先の図1に示すフィルタ切り替え光送信器22b、1:2光スイッチ23b、2:1光スイッチ24b、および光受信器25bから構成される。光リングネットワークは、ノードA(21a)とノードB(21b)を結ぶ光ファイバ伝送路として、現用系経路26と予備系経路27の2つの経路を持つ。
光送信器22aは、先の図1に示すフィルタ切り替え光送信器10に相当し、第1のフィルタ係数テーブル12aには、現用系経路26の光伝送路の劣化要因を補償するフィルタ係数を格納している。また、第2のフィルタ係数テーブル12bには、予備系経路27の光伝送路の劣化要因を補償するフィルタ係数を格納している。
同じく、光送信器22bも、先の図1に示すフィルタ切り替え光送信器10に相当し、第1のフィルタ係数テーブル12aには現用系経路26の光伝送路の劣化要因を補償するフィルタ係数を格納している。また、第2のフィルタ係数テーブル12bには、予備系経路27の光伝送路の劣化要因を補償するフィルタ係数を格納している。
現用系経路26が正常である場合、光スイッチ23a、23b、24aおよび24bは、現用系経路26側の光ファイバ伝送路を選択する。これにより、光送信器22aは、現用系経路26を通じて光受信器25bに対して光信号を送信する。同様に、光送信器22bも、現用系経路26を通じて光受信器25aに対して光信号を送信する。
次に、現用系経路26に伝送路障害が発生した場合の動作について説明する。図3は、本発明の実施の形態1における伝送路障害が発生した場合の光リングネットワークの構成図であり、現用系経路に伝送路障害が発生した場合を示している。
現用系経路26に伝送路障害が発生すると、光受信器25aおよび25bは、信号断(Loss of Signal:LOS)を検出する。LOSを検出した後、ノードA(21a)およびノードB(21b)は、通信回線を保護するため、プロテクション動作を開始する。すなわち、光スイッチ23a、23b、24aおよび24bは、予備系経路27を選択する。
このような切り替え選択を行う際に、光送信器22a内部では、デジタルフィルタ11のフィルタ係数をフィルタ係数テーブル12aからフィルタ係数テーブル12bに切り替えるために、切り替え指示信号により、セレクタ13が動かされる。セレクタ13は、デジタルフィルタを含むLSI内に実装できる。従って、LSI内におけるデジタル回路の動作速度の1クロック程度の時間で、フィルタ係数テーブルを切り替えることが可能である。
この結果、光信号を伝送する光ファイバ通信路を現用系経路26から予備系経路27に切り替えるのと同時に、あらかじめ用意してあった予備系経路27にあわせたフィルタ演算処理が入力信号に掛けられる。ハードウェア内で高速に切り替え実施することができるため、通信回線の導通までの時間も短くすることができる。
以上のように、実施の形態1によれば、光送信器が複数の光伝送路の特性に対応した複数のフィルタ係数テーブルを持つ構成を備えている。これにより、伝送路障害などで伝送路が切り替わる際に、あらかじめ切り替わる先の伝送路に合わせたフィルタ係数を格納したテーブルと切り替えることができる。この結果、光信号を高速に切り替えることが可能であり、通信路の断時間を短縮できるという効果がある。
また、加入者毎に光通信路が異なるPON(Passive Optical Network)などにおいて、加入者別に補償量を変えたフィルタ係数テーブルを高速で切り替えることにより、電気補償技術を導入することが可能となる。この結果、伝送距離を延ばすことができるという効果もある。
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2におけるフィルタ切り替え光送信器を適用した光リンクの構成図である。この図4において、ノードA(31a)およびノードB(31b)は、双方向の通信を行う。光送信器32a、32bは、先の図1に示すフィルタ切り替え光送信器10に相当する。光送信器32aから送信される光信号は、光ファイバ伝送路34を通じて、光受信器33bに伝送される。また、光送信器32bから送信される光信号は、光ファイバ伝送路35を通じて、光受信器33aに伝送される。
一般的に、光ファイバ伝送路における信号劣化要因である分散は、季節変動などで値が変化する。このため、フィルタ切り替え光送信器32aにおいて、光ファイバ伝送路34にあわせたフィルタ係数を設定していても、長時間経過後に分散が変動し、フィルタ係数との不整合が生じ、通信品質が劣化する。
これに対し、この図4に示すフィルタ切り替え光送信器32aは、第1のフィルタ係数テーブル12aに通信開始時点での光ファイバ伝送路34に対するフィルタ係数を格納する。光受信器33bにて受信光信号の性能監視を行い、時間の経過と共に分散が変動して信号品質が劣化した場合、それを光送信器32bから光受信器33aへの光信号内の監視制御通信用チャネルを利用して、ノードB(31b)からノードA(31a)に通知する。
通知を受信したノードA(31a)は、第1のフィルタ係数テーブル12aに対してわずかに値を変更したフィルタ係数を第2のフィルタ係数テーブル12bに格納し、切り替え指示信号にて高速に切り替えることにより、フィルタ係数を切り替える。
フィルタ係数の変更に時間がかかる場合には、切り替え前のフィルタ係数と切り替え後フィルタ係数がデジタルフィルタ内に混在する瞬間が生じるため、出力データが不連続となる。これに対し、本実施の形態2のフィルタ切り替え光送信器においては、ハードウェア内の動作クロック単位でフィルタ係数が高速に切り替えられる。この結果、連続してデジタルフィルタ処理を行ったデータを出力することができる。
光受信器33bでは、光送信器32aからの受信光信号の性能監視を続け、最適なフィルタ係数になり、通信品質が回復するまで上記手順を繰り返し実施する。
以上のように、実施の形態2によれば、光送信器が複数の光伝送路の特性に対応した複数のフィルタ係数テーブルを持ち、わずかに係数を変えたテーブルを用意して高速に切り替えることができる構成を備えている。これにより、信号断を起こさずに、運用中にフィルタ係数の微調整が可能になるという効果がある。
実施の形態3.
先の実施の形態1、2では、フィルタ係数テーブルを複数持ち、1つのデジタルフィルタの係数を切り替える場合について説明した。これに対して、本実施の形態3では、複数のフィルタ係数テーブルのそれぞれに対して複数のデジタルフィルタを個別に備える場合について説明する。
図5は、本発明の実施の形態3におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。この図5に示す光送信器10aは、2つのデジタルフィルタ11a、11b、2つのフィルタ係数テーブル12a、12b、セレクタ13、DAC14、およびE/O変換器15を備えている。ここで、2つのデジタルフィルタ11a、11b、2つのフィルタ係数テーブル12a、12b、およびセレクタ13は、フィルタ処理部に相当する。
この図5に示すように、複数のフィルタ係数テーブル12a、12bのそれぞれに対して複数のデジタルフィルタ11a、11bを個別に備えた構成とすることによっても、先の実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
実施の形態4.
先の実施の形態1〜3におけるフィルタ切り替え方式では、光通信システムの送信側(光送信器)に搭載するものについて説明した。このような方式は、光通信システムの受信側(光受信器)にも適用することができる。図6、図7は、本発明の実施の形態4におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。
この図6に示す光受信器40は、O/E変換器41、ADC42、デジタルフィルタ43、2つのフィルタ係数テーブル44a、44b、およびセレクタ45を備えている。ここで、デジタルフィルタ43、2つのフィルタ係数テーブル44a、44b、およびセレクタ45は、フィルタ処理部に相当する。図6の光受信器40は、フィルタ係数テーブル44a、44bを複数持ち、1つのデジタルフィルタ43の係数を切り替える場合の構成を示している。
これに対して、図7の光受信器40aは、フィルタ係数テーブル44a、44bのそれぞれに対して複数のデジタルフィルタ43a、43bを個別に備える場合の構成を示している。このように、フィルタ切り替え方式を受信側に配置することで、先に説明したように、フィルタ切り替え方式を送信側に配置した場合と同様の効果が得られる。
なお、上述した実施の形態1〜4に示したフィルタ係数切り替え方式は、FIRフィルタ、ルックアップテーブル並びにIIRフィルタなど、各種デジタルフィルタ方式に対して広く適用可能である。
本発明の実施の形態1におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。 本発明の実施の形態1における光リングネットワークの構成図である。 本発明の実施の形態1における伝送路障害が発生した場合の光リングネットワークの構成図である。 本発明の実施の形態2におけるフィルタ切り替え光送信器を適用した光リンクの構成図である。 本発明の実施の形態3におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。 本発明の実施の形態4におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。 本発明の実施の形態4におけるフィルタ切り替え光送信器の構成図である。 従来の光通信システムにおける電気的領域補償用デジタルフィルタの構成図である。
符号の説明
10、10a 光送信器、11、11a、11b デジタルフィルタ、12a、12b フィルタ係数テーブル、13 セレクタ、14 DAC(デジタル/アナログ変換器)、15 E/O変換器、22a、22b 光送信器、23a、23b、24a、24b 光スイッチ、25a、25b 光受信器、26 現用系経路、27 予備系経路、31a ノードA、31b ノードB、32a、32b 光送信器、33a、33b 光受信器、34、35 光ファイバ伝送路、40、40a 光受信器、41 O/E変換器、42 ADC(アナログ/デジタル変換器)、43、43a、43b デジタルフィルタ、44a、44b フィルタ係数テーブル、45 セレクタ。

Claims (9)

  1. 受信したデジタル電気信号をフィルタリングするフィルタ処理部と、
    フィルタリング後のデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、
    前記アナログ電気信号を光信号に変換して光伝送路に出力するE/O変換器と
    を備えた光送信器であって、
    前記フィルタ処理部は、光伝送路の特性に応じた複数のフィルタ係数テーブルを有し、光伝送路が切り替えられる際に切り替え後の光伝送路を特定する切り替え指示信号を受信し、ハードウェア内の動作クロック単位でフィルタ係数が切り替えられることにより、前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを用いたフィルタリング後のデジタル電気信号を前記デジタル/アナログ変換器に対して出力することを特徴とする光送信器。
  2. 請求項1に記載の光送信器において、
    前記フィルタ処理部は、セレクタとデジタルフィルタとをさらに有し、
    前記セレクタは、前記デジタルフィルタを含むLSI内に実装され、前記切り替え指示信号を受信し、前記LSI内におけるデジタル回路の動作速度の1クロックの時間で、前記複数のフィルタ係数テーブルの中から前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを選択し、
    前記デジタルフィルタは、前記セレクタで選択された前記フィルタ係数テーブルを用いて、受信した前記デジタル電気信号をフィルタリングする
    ことを特徴とする光送信器。
  3. 請求項1に記載の光送信器において、
    前記フィルタ処理部は、
    前記複数のフィルタ係数テーブルのそれぞれを用いて、受信した分配された前記デジタル電気信号をフィルタリングする複数のデジタルフィルタと
    前記複数のデジタルフィルタを含むLSI内に実装され、前記切り替え指示信号を受信し、前記LSI内におけるデジタル回路の動作速度の1クロックの時間で、前記複数のデジタルフィルタでフィルタリングされたそれぞれのデジタル電気信号の中から、前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルによりフィルタリングされたデジタル電気信号を選択するセレクタと
    をさらに有することを特徴とする光送信器。
  4. 請求項2または3に記載の光送信器において、
    前記デジタルフィルタは、ルックアップテーブルを用いたデジタルフィルタ、FIRフィルタ、またはIIRフィルタのいずれかで構成されることを特徴とする光送信器。
  5. 光伝送路から受信した光信号をアナログ電気信号に変換するO/E変換器と、
    変換後の前記アナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するアナログ/デジタル変換器と、
    変換後の前記デジタル電気信号をフィルタリングして出力するフィルタ処理部と
    を備えた光受信器であって、
    前記フィルタ処理部は、光伝送路の特性に応じた複数のフィルタ係数テーブルを有し、光伝送路が切り替えられる際に切り替え後の光伝送路を特定する切り替え指示信号を受信し、ハードウェア内の動作クロック単位でフィルタ係数が切り替えられることにより、前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを用いたフィルタリング後のデジタル電気信号を出力することを特徴とする光受信器。
  6. 請求項5に記載の光受信器において、
    前記フィルタ処理部は、セレクタとデジタルフィルタとをさらに有し、
    前記セレクタは、前記デジタルフィルタを含むLSI内に実装され、前記切り替え指示信号を受信し、前記LSI内におけるデジタル回路の動作速度の1クロックの時間で、前記複数のフィルタ係数テーブルの中から前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを選択
    前記デジタルフィルタは、前記セレクタで選択された前記フィルタ係数テーブルを用いて、アナログ/デジタル変換後の前記デジタル電気信号をフィルタリングする
    ことを特徴とする光受信器。
  7. 請求項5に記載の光受信器において、
    前記フィルタ処理部は、
    前記複数のフィルタ係数テーブルのそれぞれを用いて、アナログ/デジタル変換後に分配された前記デジタル電気信号をフィルタリングする複数のデジタルフィルタと
    前記複数のデジタルフィルタを含むLSI内に実装され、前記切り替え指示信号を受信し、前記LSI内におけるデジタル回路の動作速度の1クロックの時間で、前記複数のデジタルフィルタでフィルタリングされたそれぞれのデジタル電気信号の中から、前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルによりフィルタリングされたデジタル電気信号を選択するセレクタと
    をさらに有することを特徴とする光受信器。
  8. 請求項6または7に記載の光受信器において、
    前記デジタルフィルタは、ルックアップテーブルを用いたデジタルフィルタ、FIRフィルタ、またはIIRフィルタのいずれかで構成されることを特徴とする光受信器。
  9. 受信したデジタル電気信号をフィルタリングするフィルタ処理部と、
    フィルタリング後のデジタル電気信号をアナログ電気信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、
    前記アナログ電気信号を光信号に変換して光伝送路に出力するE/O変換器と
    を備えた光送信器であって、
    前記フィルタ処理部は、光伝送路の特性に応じた複数のフィルタ係数テーブルを有し、光受信側での受信光信号の性能監視に基づいて光信号内の監視制御通信用チャネルを利用して切り替え指示信号を受信し、ハードウェア内の動作クロック単位でフィルタ係数が切り替えられることにより、前記切り替え指示信号により特定される光伝送路の特性に応じたフィルタ係数テーブルを用いたフィルタリング後のデジタル電気信号を前記デジタル/アナログ変換器に対して出力することを特徴とする光送信器。
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