JP5495120B2 - 光受信装置、光受信方法及び光受信装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、光信号を受信する技術に関する。

特許文献１には、可変分散補償器と符号誤り情報生成部と制御部を有し、偏波分散の自動補償を行なう技術が開示されている。

特許文献２には、可変分散補償器と符号誤り情報モニタと制御手段とを備えた装置が開示されている。

特開２００２−２０８８９２号公報 特開２００９−１７７２３号公報

しかしながら、上述の技術では、偏波分散の影響がある伝送路における最適点を正しく検索することができなかった。

なぜなら、偏波分散の影響がある伝送路では、光の偏波状態によって、信号品質が大きく変動するからである。偏波分散がある場合は、偏波の状態により、最適分散補償値を誤って検出してしまい、最適な分散補償を行うことができなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信手段と、
前記光受信手段から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出手段と、
前記誤り率検出手段で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出手段と、
前記最大値検出手段で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御手段と、
前記分散補償値を用いて、光受信手段が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償手段と、
を有することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信工程と、
前記複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出工程と、
前記誤り率検出工程で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出工程と、
前記最大値検出工程で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御工程と、
前記分散補償値を用いて、光受信工程が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償工程と、
を有することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信手段を備えた光受信装置の制御プログラムであって、
前記光受信手段から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出工程と、
前記誤り率検出工程で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出工程と、
前記最大値検出工程で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御工程と、
前記分散補償値を用いて、光受信手段が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明においては、偏波分散の影響がある光伝送路でも、高い精度で最適分散補償値を検索することができ、安定した分散補償制御を実現した光受信装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態としての光受信装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての光受信装置に含まれる分散補償制御部の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態としての光受信装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態としての光受信装置の処理の流れを説明するための図である。 本発明の前提技術としての光受信装置の構成を示す図である。 本発明の前提技術としての光受信装置について説明するための図である。 本発明の前提技術としての光受信装置について説明するための図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（前提技術）
伝送速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の長距離伝送システムでは、１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムに比べて波長分散に対する耐力（分散トレランス）が減少する。分散トレランスはビットレートの二乗に反比例するため、１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムでは約１６００ｐｓ／ｎｍであった分散トレランスは、４０Ｇｂｉｔ／ｓシステムでは１／１６の約１００ｐｓ／ｎｍと厳しくなる。このように、１波当たりの通信速度が４０Ｇｂｉｓ／ｓの波長分割多重光通信システムを実現しようとすると、より厳しく波長分散の管理を行う必要が生じる。

４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送システムでは、光受信装置に可変分散補償器を搭載し、波長分散の管理を行うことが有効である。各光受信装置の可変分散補償器を最適分散補償値に設定し、サービスを開始すればよい。ところが、敷設されている光ファイバは、温度などの環境変化に伴い、その分散補償値が経時的に変化するといった問題がある。例えば、０℃〜６５℃の温度変動があ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なり問題となる。更に伝送路が長距離化されると、信号不通となる可能性がある。そこでこの問題を解決するため、図５に示すように、符号誤り率などの伝送品質情報を用いて可変分散補償器のフィードバック制御を行う。

図５において、可変分散補償器５０１は、受信光信号を分散補償制御部５０４から設定された分散補償分だけ分散補償する。光受信器５０２は、可変分散補償器５０１から出力された光信号を電気信号へ変換する。誤り率検出部５０３は、光受信器５０２から出力された電気信号から符号誤り率を検出する。分散補償制御部５０４は、誤り率検出部５０３から出力された符号誤り率を元に、分散補償値を算出し、可変分散補償器５０１に分散補償値を設定する。分散補償制御部５０４はディザリング法などのアルゴリズムを用いて最適分散補償値を検索する。例えば、図６の開始点Ａからディザリング法により最適点検索を行う場合、開始点と両隣の分散補償値Ｂ、Ｃでの符号誤り率を検出し、Ａ，Ｂ，Ｃのうち最も符号誤り率が小さい分散補償値（ここではＣ）を選定する。次に、Ｃを中心とした両隣の分散補償値Ａ、Ｄでの符号誤り率を検出し、Ａ，Ｃ，Ｄのうち最も符号誤り率が小さい分散補償値（ここではＤ）を選定する。偏波分散の影響がない伝送路においては、この処理を繰り返し行うことで最適点（符号誤り率のＢＥＲが極値をとる分散補償値）を検出できる。

これに対し、偏波分散の影響がある伝送路では、光の偏波状態によって、信号品質が大きく変動する。偏波分散の影響がある場合の分散補償値対符号誤り率の特性例を図４に示す。図７は、偏波状態がランダムに変化する場合の符号誤り率（ＢＥＲ）の振れを示す図である。つまり、同じ分散補償値であっても、符号誤り率は偏波状態に応じて図７に示す２つの曲線の間において、様々な値をとる。従って、図５で示した単純な方法では、偏波分散がある場合、偏波の状態により、最適分散補償値をＢと誤ってしまう可能性がある。その場合、最適な分散補償を行うことができない。

(第１実施形態)
上記前提技術を踏まえて、本発明の第１実施形態としての光受信装置を図１のように構成する。

図１の光受信装置１００は、可変分散補償器１０１と、光受信器１０２と誤り率検出部１０３と最大値検出部１０４と分散補償制御部１０５とを含む。このうち、光受信器１０２は、偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する。また、誤り率検出部１０３は、光受信器１０２から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する。そして、最大値検出部１０４は、誤り率検出部で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する。更に、分散補償制御部１０５は、最大値検出部１０４で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する。また、可変分散補償器１０１は、分散補償制御部１０５で算出された分散補償値を用いて、光受信器１０２が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう。

可変分散補償器１０１は、受信した光信号を分散補償制御部１０５から設定された分散補償分だけ分散補償し、光受信器１０２に出力する。光受信器１０２は、可変分散補償器１０１から出力された光信号を電気信号へ変換し、誤り率検出部１０３に出力する。誤り率検出部１０３は、光受信器１０２から出力された電気信号に基づいて符号誤り率を検出し、最大値検出部１０４に出力する。具体的には、誤り率検出部１０３は、同一の分散補償値を用いて分散補償された光信号を一定時間にわたって変換して得た、複数の電気信号を用いて１サンプルの符号誤り率を検出し、更にこの検出を繰り返してｎサンプルの符号誤り率を検出する。最大値検出部１０４は、ｎサンプルの符号誤り率から最大のものを最大符号誤り率として分散補償制御部１０５に出力する。分散補償制御部１０５は、最大値検出部１０４から出力された符号誤り率の最大値を元に、分散補償値を算出し、可変分散補償器１０１に分散補償値を設定する。

このようにして、本実施形態では、最大値検出部１０４で検出された符号誤り率の最大値を用いて分散補償制御を行っているので、偏波分散による劣化が大きい光伝送路においても、最適な分散補償値を検索することができる。

図２は、本実施形態に係る分散補償制御部１０５の内部構成を示すブロック図である。分散補償制御部１０５は、保存部２０１と誤り率比較部２０２と決定部２０４とを備える。そして、保存部２０１は、最大値検出部１０４から渡された符号誤り率の最大値として最大符号誤り率を保存する。具体的にはテーブル２１１に示すように、３つの異なる分散補償値と、それらに対応する３つの最大符号誤り率とを関連付けて保存する。第２分散補償値（周辺分散補償値）は、第１分散補償値（中央分散補償値）よりも所定量大きく、第３分散補償値（周辺分散補償値）は、第１分散補償値よりも所定量小さい。

誤り率比較部２０２は、保存部２０１に保存された第１乃至第３最大符号誤り率を比較し、それらのうち最小の符号誤り率を決定する。

決定部２０４は、誤り率比較部２０２から渡された最小の符号誤り率が中央分散補償値での最大符号誤り率であれば、中央分散補償値を最適分散補償値と決定して保存部２０１に保存する。そして、以降の処理では、保存部２０１に保存された最適分散補償値をもちいて、可変分散補償器１０１での分散補償を行なう。

一方、決定部２０４は、誤り率比較部２０２から渡された最小の符号誤り率が中央分散補償値での最大符号誤り率でなければ、最小の符号誤り率をとる分散補償値を中央分散補償値とした場合の、周辺分散補償値を再度求める。そして、保存部２０１にその周辺分散補償値の最大符号誤り率が保存されていなければ、その周辺分散補償値を可変分散補償器１０１にセットする。

次に、図３及び図４を用いて、光受信装置での処理の流れについて説明する。図３は、光受信装置での処理の流れを示すフローチャートである。図４は、分散補償値と誤り率の関係を示す図である。

まず、ステップＳ３０１において、分散補償値の初期値Ｄａを中央分散補償値Ｄｍｉｎにセットする。次に、ステップＳ３０３では、誤り検出部１０４が、ある一定時間Ｔ１における、中央分散補償値Ｄｍｉｄ（分散補償値Ｄａ）での符号誤り率を検出する。分散補償値Ｄａでは、偏波状態により、図５に示されるようにＶａ（ｍａｘ）からＶａ（ｍｉｎ）までの符号誤り率Ｖａが検出される。

次に、ステップＳ３０５において、最大値検出部１０４は、一定時間Ｔ２（＝Ｔ１×ｎ）に検出したｎサンプルの符号誤り率Ｖａについて、分散補償値Ｄａでの最大符号誤り率Ｖａ（ｍａｘ）を検出し、保存部２０１に保存する。

次に、ステップＳ３０７において、中央分散補償値Ｄｍｉｄよりも所定量ΔＤ小さい分散補償値Ｄｂを可変分散補償器１０１にセットして符号誤り率を検出する。続けて、ステップＳ３０９においてステップＳ３０５と同様に、最大値検出部１０４は分散補償値Ｄｂでの最大符号誤り率Ｖｂ（ｍａｘ）を検出し、保存部２０１に保存する。もともと保存部２０１に分散補償値Ｄｂでの最大符号誤り率Ｖｂ（ｍａｘ）が保存されている場合には、これらのステップＳ３０７及びＳ３０９は行なわない。

次に、ステップＳ３１１において、中央分散補償値Ｄｍｉｄよりも所定量ΔＤ大きい分散補償値Ｄｃを可変分散補償器１０１にセットして符号誤り率を検出する。続けて、ステップＳ３１３においてステップＳ３０５と同様に、最大値検出部１０４は分散補償値Ｄｃでの最大符号誤り率Ｖｃ（ｍａｘ）を検出し、保存部２０１に保存する。もともと保存部２０１に分散補償値Ｄｃでの最大符号誤り率Ｖｃ（ｍａｘ）が保存されている場合には、これらのステップＳ３１１及びＳ３１３は行なわない。

ステップＳ３１５では、誤り率比較部２０２がＶａ（ｍａｘ），Ｖｂ（ｍａｘ），Ｖｃ（ｍａｘ）を比較し、最小値Ｖｍｉｎを決定する。

そして、ステップＳ３１７において、最小値ＶｍｉｎがＶａ（ｍａｘ）か否かを判定する。最小値ＶｍｉｎがＶａ（ｍａｘ）であれば、ステップＳ３２１に進み、Ｄａを最適分散補償値Ｄｏｐｔとして処理を終了する。

一方、ステップＳ３１７において、最小値ＶｍｉｎがＶａ（ｍａｘ）でなければ、ステップＳ３１９に進む。ステップＳ３１９では、決定部２０４が、最小値Ｖｍｉｎとなった分散補償値Ｄｍｉｎ（Ｄｂ ｏｒ Ｄｃ、図４の例ではＤｃ）を中央分散補償値Ｄｍｉｄとして決定し、ステップＳ３０３に戻る。そして、ステップＳ３０３〜Ｓ３１７の処理を繰り返し実施し、最適分散補償値Ｄｏｐｔを決定して処理を終了する。

なお、第１分散補償値としての分散補償値Ｄａと第２または第３分散補償値としての分散補償値Ｄｂ、Ｄｃとの差分である一定値ΔＤを、決定部２０４が中央分散補償値Ｄｍｉｄを決定する度に、徐々に小さくすることは好適である。そのようにすれば、分散補償値を精度よく決定することが可能となる。

以上のように、本実施形態によれば、誤り率検出部１０３の後に、最大値検出部１０４を配置することより、光の偏波状態による信号品質の変動を抑え、最適な分散補償値を検索することができる。

（他の実施形態）
本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、単体の装置に適用しても良い。さらに、本発明は、上記実施形態の機能を実現する制御プログラムが、光受信装置に直接或いは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、或いはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明の範疇に含まれる。
［実施形態の他の表現］
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信手段と、
前記光受信手段から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出手段と、
前記誤り率検出手段で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出手段と、
前記最大値検出手段で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御手段と、
前記分散補償値を用いて、光受信手段が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償手段と、
を有することを特徴とする光受信装置。
（付記２）
誤り率検出手段は、同一の分散補償値を用いて分散補償された光信号を一定時間にわたって変換して得た、複数の電気信号を用いて１サンプルの前記符号誤り率を検出し、更にこの検出を繰り返してｎサンプルの前記符号誤り率を検出し、
前記最大値検出手段は、前記ｎサンプルの前記符号誤り率から最大のものを前記最大符号誤り率として出力することを特徴とする付記１に記載の光受信装置。
（付記３）
前記分散補償制御手段は、
第１分散補償値についての前記最大符号誤り率を第１最大符号誤り率として保存し、同様に、前記第１分散補償値よりも一定量大きい第２分散補償値及び一定量小さい第３分散補償値について、それぞれ検出された第２最大符号誤り率及び第３最大符号誤り率を保存する保存手段と、
第１最大符号誤り率、第２最大符号誤り率、第３最大符号誤り率を比較して、最も小さな符号誤り率を求め、最も小さな符号誤り率が前記第１最大符号誤り率であれば、前記第１分散補償値を最適分散補償値として出力する出力手段と、
を備え、
前記最も小さな符号誤り率が前記第２または第３最大符号誤り率であれば、前記最も小さな符号誤り率となって前記第２または第３最大符号誤り率に対応する分散補償値を前記第１分散補償値として置き換えて再度保存手段及び出力手段の処理を繰り返すことを特徴とする付記１または２に記載の光受信装置。
（付記４）
前記第１分散補償値と前記第２または第３分散補償値との差分である前記一定量を、前記処理の繰り返しに応じて徐々に小さくすることを特徴とする付記３に記載の光受信装置。
（付記５）
偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信工程と、
前記複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出工程と、
前記誤り率検出工程で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出工程と、
前記最大値検出工程で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御工程と、
前記分散補償値を用いて、光受信工程が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償工程と、
を有することを特徴とする光受信方法。
（付記６）
偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信手段を備えた光受信装置の制御プログラムであって、
前記光受信手段から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出工程と、
前記誤り率検出工程で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出工程と、
前記最大値検出工程で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御工程と、
前記分散補償値を用いて、光受信手段が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする光受信装置の制御プログラム。

１０１ 可変分散補償器
１０２ 光受信器
１０３ 誤り率検出部
１０４ 最大値検出部
１０５ 分散補償制御部

Claims (6)

1. 偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信手段と、
   前記光受信手段から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出手段と、
   前記誤り率検出手段で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出手段と、
   前記最大値検出手段で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御手段と、
   前記分散補償値を用いて、光受信手段が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償手段と、
   を有することを特徴とする光受信装置。
2. 誤り率検出手段は、同一の分散補償値を用いて分散補償された光信号を一定時間にわたって変換して得た、複数の電気信号を用いて１サンプルの前記符号誤り率を検出し、更にこの検出を繰り返してｎサンプルの前記符号誤り率を検出し、
   前記最大値検出手段は、前記ｎサンプルの前記符号誤り率から最大のものを前記最大符号誤り率として出力することを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記分散補償制御手段は、
   第１分散補償値についての前記最大符号誤り率を第１最大符号誤り率として保存し、同様に、前記第１分散補償値よりも一定量大きい第２分散補償値及び一定量小さい第３分散補償値について、それぞれ検出された第２最大符号誤り率及び第３最大符号誤り率を保存する保存手段と、
   第１最大符号誤り率、第２最大符号誤り率、第３最大符号誤り率を比較して、最も小さな符号誤り率を求め、最も小さな符号誤り率が前記第１最大符号誤り率であれば、前記第１分散補償値を最適分散補償値として出力する出力手段と、
   を備え、
   前記最も小さな符号誤り率が前記第２または第３最大符号誤り率であれば、前記最も小さな符号誤り率となって前記第２または第３最大符号誤り率に対応する分散補償値を前記第１分散補償値として置き換えて再度保存手段及び出力手段の処理を繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載の光受信装置。
4. 前記第１分散補償値と前記第２または第３分散補償値との差分である前記一定量を、前記処理の繰り返しに応じて徐々に小さくすることを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
5. 偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信工程と、
   前記複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出工程と、
   前記誤り率検出工程で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出工程と、
   前記最大値検出工程で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御工程と、
   前記分散補償値を用いて、光受信工程が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償工程と、
   を有することを特徴とする光受信方法。
6. 偏波状態が異なる複数の光信号を受信して複数の電気信号に変換する光受信手段を備えた光受信装置の制御プログラムであって、
   前記光受信手段から出力された複数の電気信号の符号誤り率を検出する誤り率検出工程と、
   前記誤り率検出工程で検出された複数の符号誤り率の最大値としての最大符号誤り率を検出する最大値検出工程と、
   前記最大値検出工程で検出された最大符号誤り率を用いて、分散補償値を算出する分散補償制御工程と、
   前記分散補償値を用いて、光受信手段が受信する光信号の波形劣化に対して分散補償を行なう可変分散補償工程と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする光受信装置の制御プログラム。

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