JP5551825B2 - 光受信機の電力最適化 - Google Patents

Description

本発明は、光受信機システムおよび動作方法に関し、特に、そのような受信機における信号の光電力を処理する方法およびシステムに関する。

本出願は、参照によって内容がここに組み込まれる、２０１０年４月９日に出願された、出願番号６１／３２２，３９０の仮出願の優先権を主張する。

本出願は、２０１０年１０月１７日に出願された、出願番号１２／９００，２００の、本願と出願人が共通する、同時係属中の実用出願と、２００９年１０月９日に出願された、出願番号６１／２５０，１８５の、本願と出願人が共通する仮出願にも関し、それぞれの内容が参照によってここに組み込まれる。

再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノードは、波長層におけるいかなる波長分割多重化（ＷＤＭ）チャネル上の信号を柔軟にアド（追加）し、ドロップ（脱落）させることを許す重要な光ネットワーク要素である。３ディグリーまたは４ディグリー以上のＲＯＡＤＭノードであってよいマルチディグリーのＲＯＡＤＭノード（ＭＤ−ＲＯＡＤＭ）は、異なかった経路の間にＷＤＭ信号の交差接続の機能をももたらす他の光ネットワーク要素である。従来のＲＯＡＤＭノードはＷＤＭチャネル上で信号を追加し、およびドロップさせるある程度の柔軟さを有しているが、従来のＲＯＡＤＭノードは、急速に増大し、かつますます動的なインターネットベースのトラヒックに適応する十分な柔軟性を有していない。例えば、従来のＲＯＡＤＭノードで採用されているトランスポンダーは、全ての高密度の波長分割多重化（ＤＷＤＭ）ネットワークポートに対する、非阻止で、波長に対して透明なアクセスを通常有していない。その結果、無色で、無方向性の（ＣＬ＆ＤＬ）ＭＤ-ＲＯＡＤＭノードが、従来のＲＯＡＤＭノードに取って代わるために最近、広く検討されている。この文脈において、「無色の」は、各トランスポンダーが、ＲＯＡＤＭノードシステムによって使用されている波長上の信号を送受信するのを可能にするＲＯＡＤＭのード機能を指すことができる。他方、「無方向性の」は、ＲＯＡＤＭノードに接続された各トランスポンダーが、ＲＯＡＤＭノードの何らかの入力ポートに源を発する信号を受信し、ＲＯＡＤＭノードの何らかの出力ポートに信号を送出こと可能にするＲＯＡＤＭのード機能を指すことができる。

一実施態様は、局部発振器と、ミキサーと、プロセッサを含む光受信機システムに関する。局部発振器は、複数のチャネルのうちの１つのチャネルの選択を示すレーザ信号を生成するように構成されている。また、ミキサーは、該複数のチャネル上の信号を受信し、選択されたチャネル上の信号を識別するためにレーザ信号を用いるように構成されている。さらに、プロセッサは、レーザ信号と該複数のチャネルの少なくとも１つチャネルの間の電力レベル差を、該複数のチャネルの総数に基づき、受信機システム内のノイズペナルティを制限するようにミキサーに入力されるレーザ信号の電力を調整することによって最大にするように構成されている。

他の態様は光信号受信システムに関する。本システムは、複数のトランスポンダーにドロップすべき一組のチャネルを複数のチャネルから選択するように構成された選択スイッチをさらに含むＲＯＡＤＭノードを含む。本システムは、各々が、上記した光受信機システムの態様の局部発振器とミキサーを含む複数のトランスポンダーも含んでいる。さらに、ＲＯＡＤＭノードは上記した光受信機システムの態様のプロセッサをさらに含んでいる。

代わりの態様は方法に関する。本方法にしたがって、光ミキサーに入力される信号が乗った複数のチャネルの総数が受信される。本方法は、ミキサーが該複数のチャネルの１つのチャネル上の信号を識別することを可能にするように生成されるレーザ信号と、該複数のチャネル少なくとも１つのチャネルの間の最大電力レベル差を、該複数のチャネルの総数に基づいて求めることをさらに含む。さらに、ミキサーに入力されるレーザ信号の電力が、ノイズペナルティを抑えるために、求められた最大電力レベル差にしたがって調整される。

これらおよび他の特徴と利点は、添付図面と関連して読まれるべき、代表的実施形態の次の詳細な説明から明らかとなる。

ノイズペナルティと、コヒーレント受信機に入力された、ドロップされたチャネルの総数と、局部発振器と、該受信機に印加された１つまたは複数のドロップされた信号の間の電力差の間の例示的な関係を示すグラフである。 コヒーレント受信機のための例示的な最適動作条件を示すグラフである。 ＲＯＡＤＭノードと一組のトランスポンダーを含む例示的な光信号処理システムのハイレベルのブロック／流れ図である。 例示的なコヒーレント受信システムの例のハイレベルのブロック／流れ図である。 コヒーレント受信機の電力レベルを最適化する例示的な方法のハイレベルの流れ図である。 最適化パラメータを求める例示的なセットアップ方法のハイレベル流れ図である。 局部発振器レーザと１つまたは複数のドロップされた信号の少なくとも一方の電力を求める例示的な方法のハイレベルの流れ図である。

ＲＯＡＤＭノードの無色かつ無方向性の特徴の実行は、ＲＯＡＤＭノードによって使用される各トランスポンダーに対応する波長が動的に変化することがあるため、従来の静的な光多重分離器を、ドロップしたＷＤＭ信号を分離するのに適さないものにする。「フィルターレス」または「多重分離レス」の、無色かつ無方向性のマルチディグリーＲＯＡＤＭノードの構造が、先に言及した、本願と出願人が共通する出願において提案されている。そこに記載された例示的な構造は、光多重分離器またはフィルターのような波長選択器を光受信機システムから除き、コヒーレント光システム内の複数のＷＤＭチャネルから、ドロップする目標のチャネルを選択するために局部発振器（ＬＯ）を利用している。しかしながら、トランスポンダーには他のＷＤＭチャネルが存在するため、局部発振器と不要な信号の間で干渉がさらに起こることがある。ここで、この干渉は、光信号対ノイズ比（ＯＳＮＲ）のペナルティの形で、受信信号のある程度の性能劣化につながることがある。光ネットワークにおいて実際に使用されるシステムの場合、このペナルティは、全ての条件のうちで、ある閾値レベル（システムの仕様に応じて、例えば、０．５ｄＢ）未満に維持されなければならない。特に、ＯＳＮＲペナルティは、ＲＯＡＤＭノードが、ゼロとすべてのチャネルの間で異なった時間にドロップすることがあるため、全ての考えられるＷＤＭチャネル番号について考慮されるべきである。

ここに記載した実施形態は、フィルターレスのＲＯＡＤＭノードにおけるＯＳＮＲペナルティを最小にし、かつ該ペナルティを、最適な性能を維持する複数の閾値レベル内に抑えることができ、システムの安定性を保証する。ＯＳＮＲペナルティは、ＯＳＮＲペナルティを種々の条件下で評価するＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムの理論的解析に基づいて処理することができる。特に、本発明者は、コヒーレント受信機内の局部発振器レーザとドロップされた信号の間の電力レベル差を最大にすることがＯＳＮＲペナルティを減らす上で著しい効果があることを発見した。一定であると仮定することができる、コヒーレント受信機のある構成情報を有する、解析の結果を用いて、実施形態はフィードフォワードループを確立することができる。ここで、ＯＳＮＲペナルティをＷＤＭチャネルカウント値に対する特定のレベル内に制限し、コヒーレント受信機における計算された電力レベルを得るための局部発振器の電力とＷＤＭ信号の電力を制御するために受信機部品の電力レベルを計算するために、該ループを、ＷＤＭチャネルカウント情報を集めるように構成することができる。特に、実施形態は、局部発振器とＷＤＭ信号の間の電力レベル差の最大化を、光検出器の飽和レベル、下流のディジタイザーのショットノイズ、熱ノイズ、および量子化ノイズに基づいて最適化することができる。したがって、本原理の実施形態は、受信機がドロップ機能を実行しようと努めるのに用いるＷＤＭチャネルの数に関わらず、システムが常に最適の構成で動作することを保証することができる。

光多重分離器または調節可能なフィルターのような、波長セレクタを持たないＲＯＡＤＭノードでは、ドロップされた信号は全て、トランスポンダーシステム内の各トランスポンダーに達することがある。そのようなＲＯＡＤＭノードを、ここでは「フィルターレス」ＲＯＡＤＭノードと呼ぶ。上述したように、フィルターレスＲＯＡＤＭノードの例が、前に言及した、本願と出願人が共通する出願に記載されている。フィルターレスＲＯＡＤＭのコヒーレント受信機内の局部発振器（ＬＯ）がたとえ、１つまたは複数のコヒーレントなチャネルがドロップするのを検出できたとしても、コヒーレント受信機は、受信された他のＷＤＭチャネルによる干渉を被る。本システムの性能を、信号対干渉およびノイズ比（ＳＩＮＲ）のパラメータに基づいて評価することができ、ここでノイズは、ＬＯで増幅された自然放出（ＡＳＥ）ビートノイズ、ショットノイズ、および熱ノイズを含む。上述したＳＩＮＲとＯＳＮＲペナルティは、受信されたＷＤＭチャネルの数、受信された信号と局部発振器の電力レベル、およびコヒーレント受信機の特質に依存する。特に、ＳＩＮＲは

と表すことができる。ここで、Ｓは信号電力の合計であり、Ｎはノイズを示し、Ｉは干渉を表し、Ｎ_LO-ASEはＬＯ‐ＡＳＥビートノイズであり、Ｎ_Shotはショットノイズであり、Ｎ_Thermは熱ノイズであり、Ｉ_Sig-Sigは信号同士の干渉の項であり、Ｐ_LOはＬＯの光パワーであり、Ｐ_Sig,kは目標のチャネル（ここでは、「チャネルｋ」と呼ぶ）の光信号の電力であり、Ｐ_ASEはＡＳＥノイズの電力であり、αは受信機構造に関係し、Ｐ_Sig,iは受信機に入力するｎ個のＷＤＭチャネル全体のうちのｉ番目の電力であり、βは結合損失の項であり、Ｎ_Rxは受信機のノイズであり、γは受信機に関係する定数であり、ＣＭＲＲは受信機の同相信号除去比である。

より包括的なモデルは次の通りである。

ここで、Ｐ_LO,qは偏波・位相ダイバーシティ受信機の所与の直交位相（ｑ）における局部発振器の電力であり、Ｐ_ch,qは所与の直交位相ｑにおける各入力チャネル（ｃｈ）の電力であり、Ｒ_＋は入力ＷＤＭチャネルが印加された光検出器の受光感度であり、Ｒ_-は局部発振器信号が印加された光検出器の受光感度であり、Ｒ_sはチャネルｋ上の目標信号の帯域幅であり、ｆ_spはチャネル間隔であり、Ｎ_chは光受信機に入力されるＷＤＭチャネルの総数であり、ｑは光検出器内の電子の電荷であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔ_ampは、光受信機内のトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）の有効温度であり、Ｒ_Lは、ＴＩＡのトランスインピーダンス負荷であり、ＥＮＯＢはディジタイザーの目標ダイナミックレンジにあるＢビット信号のビットの有効数である。αとγの例は前記の包括的なモデルに含まれていることに留意すべきである。

ＳＮＲ（信号対ノイズ比）が考慮されるコヒーレント受信機の前または該受信機にある目標チャネルを除去する従来の方法と比較して、「フィルターレス」システムの上記の式は、信号同士の追加の干渉項I_Sig-Sigを有している。上記したように、干渉項I_Sig-Sigは受信機のＣＭＲＲと信号電力の全量によって定まる。各ＷＤＭの電力は通常同様なレベルにあるので、干渉は（ａ）ＬＯと各チャネル信号の電力差と、（ｂ）受信機に印加されるＷＤＭチャネルの数と、（ｃ）受信機のＣＭＲＲによって定まる。

さて、同じ参照番号が同じまたは同様の要素を表す図を参照し、最初に図１を詳細に参照すると、１×１０^−３ＢＥＲ（ビットエラーレート）におけるＯＳＮＲぺナルティに対する、ＬＯと各チャネル信号の電力差（ΔＰ）の４つの設定におけるチャネルの数のグラフが図示されている。この例では、ΔＰ１＜ΔＰ２＜ΔＰ３＜ΔＰ４である。受信機のＣＭＲＲは一定のままであると仮定している。図１にしたがって、曲線１−４はそれぞれΔＰ１−ΔＰ４に対応している。コヒーレント受信機に入力される各ＷＤＭチャネルの電力は等しいまたは殆ど等しいと仮定されているが、他の実施形態は、異なった電力レベルを有する複数のチャネルを実施してもよい、ことに留意すべきである。したがって、ΔＰは、コヒーレント受信機に入力される複数のチャネルとＬＯの間の平均電力差を示すことができる。あるいは、電力差ΔＰは、ＬＯ信号の電力とコヒーレント受信機に入力される複数のチャネルの電力の合計の間の電力差であってよい。

図１に示されているように、本発明者は、一定のΔＰでは、ＯＳＮＲペナルティは、受信機に入力されるチャネルの総数が増加するにつれて増大することを発見した。そしてまた、ＯＳＮＲペナルティは、ΔＰが、受信機に入力されるチャネルの特定の総数について小さくなるにつれて、増大する。受信機に入力されるチャネルの総数がある数を越えると、またはＬＯと受信信号の電力差があるレベル未満に小さくなると、ＯＳＮＲペナルティは、システムに対して、上記の０．５ｄＢのようなＯＳＮＲペナルティ閾値５を上回る。したがって、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムは、これらの結果に基づいて、ΔＰをできるだけ大きく設定することによってその性能を最適化すべきである。

ΔＰを大きくする１つの方法は、ＬＯ電力を最大にすることである。しかしながら、コヒーレント受信機の光検出器（ＰＤｓ）は複数のある入力電力限界を有しているので、これは必ずしも有益ではない。例えば、入力光電力（すなわち、ＬＯ電力と信号電力の合計から受信機における損失を引いたもの）がそのような限界を超えると、ＰＤは飽和して、正確なＯ／Ｅ（光電）変換出力を出力することができない。実際、これらの電力限界を超えると、ＰＤを損傷することすらある。さらに、ＬＯにおける著しく大きな電力は過大な電力消費をも招くことがあり、これはそれ自体好ましくない。

ΔＰを大きくする他の方法は、信号電力を下げることである。しかしながら、信号電力を下げることはそれ自身の限界を有している。例えば、図１に示された結果はショットノイズと熱ノイズを考慮しておらず、その理由は、これらがＬＯ−ＡＳＥビートノイズと信号同士の干渉よりもはるかに小さいからである。しかしながら、信号電力が比較的小さいと、そのようなノイズはより顕著になり、受信機の出力信号の品質を阻害することになる。さらに、図１の結果は、受信機の出力を処理するディジタイザーの量子化ノイズを考慮していない。実際のシナリオでは、ディジタイザーは、有限の帯域幅、有限のダイナミックレンジ、有限のＥＮＯＢ(ビットの有効数)を有している。このように、非常に小さな信号電力の結果、量子化プロセスの間大きな誤差が生ずる。したがって、信号電力は下側限界を上回る値に保たれるべきである。

これらの要因のために、実施形態は、受信機システムを同時に最適化する少なくとも３つの基準、すなわちａ）ＬＯと１つまたは複数の受信信号の間の電力差ができるだけ大きくなければならない、ｂ）受信機における入力光電力が受信機の飽和限界を下回るべきである、ｃ）出力光電力レベルが、量子化誤差とショットノイズによる誤差の原因となるに十分に大きくなければならない、を考慮することができる。

図２を参照すると、上記の３つの基準に基づく最適化方式の簡単な例が記載されている。受信機の特性が一定であると仮定すると、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムは、コヒーレント受信機に印加されるＷＤＭチャネルの総数が少なければ、動作条件１（ＯＣ１）を適用するように構成することができる。特に、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムは、ＬＯ電力と信号電力の両方を、ＯＣ１に対応するΔＰ１にセットすることができる。もしチャネルの総数が、ＯＳＮＲペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値５に等しいかまたはこれを超えるように、図２において「チャネル番号限界１」（ＣＮＬ１）と示されるあるチャネル限界を超えて増加すると、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムは、ＬＯ電力と信号電力の両方をΔＰ２にセットすることによって動作条件２（ＯＣ２）を適用することができる。一方、もしコヒーレント受信機に印加されるチャネルの総数が、図２における「チャネル数限界２」（ＣＮＬ２）をさらに越えて増加すると、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムは、動作条件をＯＣ３にグラフ上で変更することができる。ここで、ＲＯＡＤＭノード／トランスポンダーシステムはＬＯの電力と信号電力をΔＰ３にセットする。同様に、ＲＯＡＤＭノード／トランスポンダーシステムは、コヒーレント受信機に印加されるチャネルの総数が、図２における「チャネル数限界３」（ＣＮＬ３）を越えて増加すると、ＯＣ４にしたがってＬＯの電力と信号電力をΔＰ４にセットする。

受信機の特性が万が一変化すると、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムは、それが適用する特定の動作条件を変更すべきであることに留意すべきである。言い換えれば、動作条件は、コヒーレント光受信機の特性とディジタイザーの特性のようなシステム情報から定められる。さらに、動作条件は、コヒーレント受信機に印加されるＷＤＭチャネルの総数および各チャネルの入力電力のような信号情報からも、上記の式と基準を用いて定められる。

ここで、図３を参照すると、光信号処理システム１０の代表的な実施形態のブロック／フロー図が図示されている。本実施形態はここではＲＯＡＤＭ／トランスポンダーシステムとして実施されている。ＲＯＡＤＭノードシステム１１は３ディグリーの無色および無方向性のＲＯＡＤＭノードシステムである。図３に示されているように、ＲＯＡＤＭノードシステム１１は、各々がスプリッタ１８と波長選択スイッチ（ＷＳＳ）２０を含み得る３つのＲＯＡＤＭモジュール１２，１４，１６を含んでよい。光信号処理システム１０は、トランスポンダーアグリゲータ１０２と、コヒーレント受信機を有するｎ個のトランスポンダー１０９_１−１０９_ｎにおいてフィルターレスのドロップ信号選択を行う。ＲＯＡＤＭノード１１内のトランスポンダーアグリゲータ１０２とトランスポンダーアグリゲータ１０９_１−１０９_ｎは、この実施形態ではフィルターレスである、ここでは「コヒーレント受信システム」と呼ぶシステム１００を構成している。ここに記載された電力最適化方式はシステム１００内で適用することができる。システム１００のフィルターレス特性のいくつかが先に言及した、本願と出願人が共通する出願に詳細に記載されている。

ここに記載された実施形態は完全にハードウェアで、あるいは完全にソフトウェアで、あるいはハードウェアとソフトウェアの両方の要素を含んでよいことが理解されるべきである。好適な実施形態では、本発明はハードウェアと、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含むが、これらに限定されないソフトウェアとで実施される。

実施形態は、コンピュータまたはいかなる命令実行システムによって使用されるまたはこれらと関連して使用されるプログラムコードを出力する、コンピュータで使用可能なまたはコンピュータで読み出し可能な媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品を含む。コンピュータで使用可能なまたはコンピュータで読み出し可能な媒体は、命令を実行するシステム、装置、またはデバイスによって使用されるまたはこれらと関連して使用されるプログラムを格納し、通信し、伝播し、搬送するどのような装置も含んでよい。媒体は、磁気的、光学的、電子的、電磁的、赤外線の、または半導体システム（または装置またはデバイス）または伝播媒体であってよい。媒体は、半導体またはソリッドステートメモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、固定磁気ディスク、光ディスク等のようなコンピュータ読み出し可能な記憶媒体を含んでよい。

プログラムコードの格納、実行の少なくとも一方を行うのに適したデータ処理システムは、システムバスによってメモリ要素に直接的または間接的に接続されたプロセッサを少なくとも１つ含んでよい。メモリ要素は、プログラムコードの実際の実行の間に用いられるローカルメモリ、大容量記憶装置、コードが、実行中に大容量記憶装置から取り出される回数を減らすために、少なくともいくつかのプログラムコードの一時的な格納装置を提供するキャッシュメモリを含むことができる。入力／出力、すなわちＩ／Ｏ装置（キーボード、ディスプレイ、ポインティング装置などを含むが、これらに限定されない）は、直接または介在するＩ／Ｏコントローラを介して本システムに接続されてよい。

データ処理システムを、介在するプライベートネットワークまたは公衆ネットワークを介して他のデータ処理システムまたはリモートプリンタまたは記憶装置に接続できるようにするネットワークアダプタもシステムに接続してもよい。モデム、ケーブルモデム、イーサネットカードはネットワークアダプタの現在入手できるタイプのほんの数例にすぎない。

ここで、図３を続けて参照しつつ図４を参照すると、コヒーレント受信システム１００の代表的実施形態が図示されている。システム１００において、トランスポンダーアグリゲータ１０２内のＷＳＳ１０１は、全ての入力ポート１０４_１−１０４_ｍからローカルにドロップされるべき信号１０３を選択することができる。光増幅器１０６はＷＳＳ１０１から受信した、ドロップされた信号を増幅する。該光増幅器とともに、任意に設けられる可変光減衰器（ＶＯＡ）１０７は増幅器１０６から、ドロップされた信号を受信して信号電力レベルをさらに調整することができる。信号は通常、多数のトランスポンダーのために分割されるので、信号電力は比較的低いはずである。したがって、信号ＶＯＡ１０７は必要ないかもしれない。しかしながら、他の具体化においては、ＶＯＡ１０７は、ドロップされた信号を減衰させることができる。光スプリッタ１０８は、増幅器１０６またはＶＯＡ１０７から、ドロップされた信号を受信することができ、それからドロップされた信号を、全てのトランスポンダー１０９_１−１０９_ｎへ送信するために分割することができる。各トランスポンダーは、局部発信源１１１２と、コヒーレントなミキサー１１３と、受信された光信号を電気信号に変換するように構成された光検出器列１１４を有するコヒーレント受信機１１１を含んでいる。

コヒーレントなミキサー１１３は９０°光ハイブリッドであってよい。例えば、ミキサー１１３は、偏向の影響を受けないコヒーレントなミキサーまたは偏向ダイバーシティのコヒーレントなミキサーであってよい。ここで、ミキサー１１３は、スプリッタ１０８によって出力された、入力されドロップされた信号を、局部発振器レーザ１１２からの連続した波形信号とミックスすることができる。受信機１１１は無色のＲＯＡＤＭとともに使用できるので、局部発振器レーザ１１２は調整可能である。レーザの波長は、ドロップされた目標チャネルの波長を有する、単一の特定のＷＤＭチャネルに調整される。ドロップされた目標チャネルは、ミキサー１１３が設けられている対応するトランスポンダー１０９から下流のユーザまたはクライアント用に意図された、コヒーレントなミキサー１１３へ入力された多数のＷＤＭ信号のうちのチャネルである。トランスポンダー１０９がトランスポンダーアグリゲータ１０２から多数のＷＤＭチャネルを受信するにもかかわらず、この技術を用いて、特定の選択された目標チャネルのみが、コヒーレント受信技術によって受信される。選択された目標チャネル上の信号を、ミキサー１１３に入力される他の複数のチャネル上の信号から区別するために、ミキサー１１１３はＬＯ１１２の信号と目標のドロップチャネル信号の異なったベクトル加算値を生成する。目標のドロップチャネル信号は次にフォトダイオード列１１４によって検出され、電気信号に変換され、その後、目標チャネルからデータを復旧するように処理される。このように、局部発振器１１２は、ミキサー１１３によって受信された多数のＷＤＭチャネルからの目標のドロップチャネル信号の選択を示すレーザ信号を生成するように構成することができる。局部発振器１１２は、該選択を示すために、ＲＯＡＤＭ（不図示）内のコントローラによって特定のＷＤＭチャネルに調整することができる。あるいは、プロセッサ１１６は、目標のドロップチャネルの選択を示すために発振器１１２の調整を実施するように構成することができる。

ある具体化では、コヒーレントなミキサー１１３と光検出器１１４を統合することができる。ＷＤＭ信号が２つの偏向を有するならば（すなわち、偏向が多重化されているならば）、コヒーレントなミキサー１１３は、上記したように、偏向ダイバーシティを有するはずである。単一のエンド受信機も用いることができるが、バランスト受信機は、それが低いＣＭＲＲを有するので、よりよい性能を有するはずであることに留意すべきである。低いＣＭＲＲは、多くの信号同士の干渉の除去につながり得る。ＬＯレーザ１１２の出力電力範囲に応じて、光増幅器１１５は、ＬＯ１１２の電力レベルを上げるために受信機１１１に含めることができる。図４に示されているように、各トランスポンダー１０９_１−１０９_ｎは、ディジタイザー１１０と送信機１１９をさらに含むことができる。ディジタイザー１１０は、光検出器１１４から受信された、変換されたドロップされた信号を、対応するユーザまたはクライアントに送信するためにデジタル化するように構成することができる。一方、送信機１１９は、ドロップされた信号が送信されたユーザまたはクライアントからの信号を送信することができ、そしてユーザ信号を、スプリッタ１２１への送信のためにカプラ１２０に出力することができる。スプリッタ１２１はユーザ信号をシステム１１内の複数のＲＯＡＤＭに出力する。

ここで、引き続き図３と図４を参照しつつ、図５を参照すると、光信号処理システム１０内のコヒーレント受信機１１１の電力レベルを最適化する代表的な方法５００が図示されている。特に、方法５００は、システム５００がいかなる特定のＯＳＮＲ仕様内でも動作するのを保証するために、上記した３つの基準を含めることによって最適化を実行する。１つの特定の実施形態にしたがって、システム１００は、最適化方法５００実行し、それによってシステム１００内の電力レベルを制御するように構成されたプロセッサ１１６を含み得る。上記した全ての特徴は方法５００内で使用できることに留意すべきである。

方法５００は、プロセッサ１１６がセットアップを実行することができるステップ５０２で始まる。図６は、ステップ５０２を実行する代表的な方法を示している。ここで、ステップ６０２において、プロセッサ１１６は、ノイズペナルティと、コヒーレント受信機に印加されたドロップされたチャネルの総数と、ＬＯと１つまたは２つ以上のドロップされた信号間の電力差ΔＰの間の関係を求めるシステムモデルを解析することができる。例えば、プロセッサ１１６は、複数の電力差ΔＰについて、図１と図２のグラフにある情報を生成するために上記の２つの式を使用することができる。プロセッサ１１６が求める電力差ΔＰの数は、プロセッサ１１６の処理能力に依存することができ、プロセッサの処理時間がシステムの仕様を満たすことを保証するように選択することができる。電力差ΔＰ、ドロップされたチャネルの総数、ＯＳＮＲペナルティの間の関係を求めるために、プロセッサ１１６は、ＣＭＲＲのような受信機特性と、ＥＮＯＢ数字のようなディジタイザー特性を用いることができる。システム１００の設計および製造の間、各コヒーレント受信機とディジタイザーの特性を推定しまたは測定することができる。そのような特性を記述する情報をＲＯＡＤＭノード１１における記憶媒体（不図示）に格納することができる。プロセッサ１１６は、方法５００の最適化計算を実行するために、この情報を記憶媒体から取り出すことができる。あるいは、プロセッサ１１６は、格納されているシステム情報を更新するために、ＣＭＲＲおよび受信機における信号電力損失のような受信機特性とディジタイザー特性を系統的に測定するように構成することができる。

ステップ６０４に、プロセッサ１１６は入力光電力の電力上限を定めることができる。上記したように、入力光電力はＬＯ電力と複数の信号電力の合計から受信機１１１における全ての損失を引いたものである。言い換えると、入力光電力は光検出器１１４に入力された信号の電力に対応することができる。さらに、上記したように、光検出器１１４は、ＰＤを飽和させ、変換出力に誤差を引き起こし、あるいはＰＤ自体を損傷させる、であろう飽和電力レベルに対応する入力電力限界を一般に有している。したがって、プロセッサによって定まる上限はここでは、システム１００で用いられている特定のＰＤの飽和電力レベルであり得る。飽和電力レベルは、ステップ６０２について上記した受信機特性とともに格納することができ、またはプロセッサ１１６によって直接、測定することができる。

ステップ６０６に、プロセッサ１１６は、受信機１１１によって出力された１つまたは２つ以上のドロップされた信号の電力下限を求めることができる。例えば、上記したように、低い信号電力は結果として、ディジタイザー１１０の量子化ノイズのみなならずショットノイズおよび熱ノイズをもたらす。ここで、ショットノイズおよび熱ノイズは、様々な信号電力レベルについてシステム１００の製造中に予め測定することができ、これらは次に補間することができる。ショットノイズおよび熱ノイズの、許容できる最大レベルは、システムの仕様に基づいて予め決めることができる。ショットノイズおよび熱ノイズの許容できるレベルの対応する信号電力レベルは、ステップ６０２について上記した記録媒体に他の受信機特性とともに格納することができる。あるいは、プロセッサ１１６は、ステップ６０６において各信号電力レベルに付随するショットノイズおよび熱ノイズを求めるために、増幅器１０６とＶＯＡ１０７の少なくとも一方を制御することによって様々な信号電力レベルを一斉に調べることができる。プロセッサ１１６はその後、記録媒体に予め格納されている、ショットノイズおよび熱ノイズの、許容できる最大レベルを参照して、それらに対応する信号電力レベルを求める。さらに、プロセッサ１１６は、記憶媒体に予め格納されている、ディジタイザーの周波数応答、ダイナミックレンジ、ＥＮＯＢ数字のようなディジタイザー特性を参照して電力レベルが量子化ノイズに与える影響を推定することができる。ショットノイズおよび熱ノイズの考慮と同様に、許容できる最大レベルの量子化ノイズはシステムの仕様に基づいて予め決めることができ、プロセッサ１１６は、前記推定に基づいて、許容できる量子化ノイズに対する対応する電力レベルを計算することができる。したがって、プロセッサ１１６は、許容できる最大ショットノイズレベル、熱ノイズ、および量子化ノイズレベルに関連する電力レベルのうちの最小値を電力下限界として選択することができる。

方法５００のステップ５０４に、プロセッサ１１６は、システム１００の様々な部品と、対応するＲＯＡＤＭノード１１が位置する光ネットワークの少なくとも一方からシステム構成情報を取り出しまたは受信することができる。例えば、システム構成情報は、受信機１１１にローカルにドロップされたＷＤＭチャネルの総数と、各ＷＤＭチャネルの入力信号電力レベルのような信号情報を含むことができる。プロセッサ１１６は、ＲＯＡＤＭノード１１１からと、ＲＯＡＤＭノード１１が位置する光ネットワークの管理システムからドロップチャネルカウント値を受信することができる。さらに、ＷＳＳ１０１の出力（またはノード１１１内の他の点）にある光性能モニター（ＯＰＭ）または光チャネルモニター（ＯＣＭ）がプロセッサ１１６に、ドロップされた各チャネルの信号電力レベルのみならずドロップチャネルカウント値を出力することができる。システム構成情報は、ステップ５０２について上記した受信機特性とディジタイザー特性の少なくとも一方をも含むことができる。例えば、プロセッサ１１６は、１つまたは２つ以上の受信機と複数のディジタイザー要素の少なくとも一方が取り替えられたときまたはシステム１００に追加されたとき、受信機特性とディジタイザー特性を取り出しまたは受信することができる。例えば、追加された要素のそのような特性はユーザによってまたは追加された要素自身によって入力することができる。

ステップ５０６に、プロセッサ１１６はシステム構成情報が新しいかどうか判定することができる。例えば、プロセッサ１１６は、ステップ５０４に受信されたシステム構成情報が、ステップ５０４の以前の繰り返しにおいて受信されたシステム構成情報から変化したかどうか判定することができる。例えば、受信機特性とディジタイザー特性の少なくとも一方が変化したならば、本方法はステップ５０２に任意に進むことができ、ステップ５０２ではプロセッサ１１６がセットアップを、更新された特性で繰り返すことができる。あるいは、信号情報のみが変化したかあるいは最初に入力されると、本方法はステップ５０８に進むことができ、ステップ５０８ではプロセッサ１１６は、ステップ５０４で受信されたシステム構成情報に基づいてＬＯと信号電力を任意に定めることができる。特に、プロセッサ１１６は、ＬＯレーザ信号とミキサー１１３に入力された複数のチャネルの少なくとも１つの間の電力差ΔＰを最大にするために、ＬＯと信号電力を任意に定めることができる。

例えば、図７は、ステップ５０８を実行する代表的な方法を図示している。ここで、ステップ７０２に、プロセッサ１０６は、受信機モデルのノイズペナルティ閾値かそれよりも小さいノイズペナルティを引き起こす、受信機１１１にローカルにドロップされたチャネルの総数に対する最大電力差ΔＰを求めることができる。言い換えると、プロセッサ１１６は、受信機モデルのそれぞれＳＮＲ閾値またはＯＳＮＲ閾値に等しいかそれを越えるＳＮＲまたはＯＳＮＲを引き起こす、受信機１１１にローカルにドロップされたチャネルの総数に対する最大電力差ΔＰを求めることができる。このようにして、プロセッサ１１６は、ノイズペナルティが閾値レベルに制限されることを保証するように電力差を制限することができる。例えば、プロセッサ１１６は、ノイズペナルティと、コヒーレント受信機に印加された、ドロップされたチャネルの総数と、ＬＯと１つまたは２つ以上の信号の間の電力差ΔＰの間の、ステップ６０２で求められた関係を用いて最大電力差ΔＰを求めることができる。ここで、プロセッサ１１６はステップ６０２において求められた各電力差ΔＰを評価して、どの電力差が、ステップ５０４で受信された、ドロップされたチャネルの特定の総数に対するＯＳＮＲペナルティ閾値に等しいかこれよりも小さいノイズペナルティを引き起こしたかを判定することができる。プロセッサ１１６はこれらの電力差のうちで、最も大きい電力差を選択することができる。例えば、図２のグラフがステップ６０２で求められた関係に対応し、ローカルにドロップされたチャネルの総数が「チャネル数限界２」であれば、プロセッサ１１６は、電力差ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４が、ローカルにドロップされたチャネルの総数に対するＯＳＮＲペナルティ閾値に等しいかこれよりも小さいことを判定することができる。さらに、プロセッサ１１６はΔＰ４を最大電力差として選択するであろう。

ステップ７０４に、プロセッサは、結果としてステップ７０２で求められた電力差になるＬＯ電力を求める。例えば、プロセッサ１１６は、求められた（次に）最も大きい電力差から、ステップ５０４にシステム構成情報と共に受信された、受信機１１１にローカルにドロップされた各チャネルの入力信号電力レベルを差し引くことができる。

ステップ７０６に、プロセッサ１１６は、上限および下限が満たされているかどうか判定することができる。ここで、プロセッサ１１６は、光検出器１１４に入力される信号の電力が上限の範囲内にあるように、そして光検出器１１４によって出力された信号の電力が下限の範囲内にあるように、電力レベル差を抑制することができる。例えば、プロセッサ１１６は、受信機１１１にローカルにドロップされた各チャネルの入力信号電力レベルを、ステップ６０６で求められた下限と比較することができる。さらに、プロセッサ１１６は、入力光電力を、ステップ６０４で求められた上限とも比較することができる。上記したように、入力光電力は、ＰＤ１１４に出力された信号の電力であり、（ステップ７０４で求められた）ＬＯ電力と１つまたは複数の入力信号電力の合計から受信機１１１におけるどのような内部損失を引いたものによって表すことができる。受信機における内部損失は受信機特性から求められまたは推定され、ステップ５０２について前に述べた記憶媒体に格納される。入力信号電力レベルが下限を下回るか、入力光電力が上限を超える、の少なくとも一方の場合、本方法はステップ７０８に進むことができる。

ステップ７０８に、プロセッサ１１６は、ＬＯと信号電力の増分のすべての場合またはすべての組み合わせが処理されたかどうか判定することができる。そうでなければ、本方法はステップ７１０に進むことができる。

ステップ７１０に、プロセッサ１１６は、ＬＯ電力と信号電力の少なくとも一方の選択を、評価のために一定増分ずつ増やして変更することができる。例えば、プロセッサ１１６は、ステップ７０２で求められた特定の電力差について、一組のＬＯ電力増分と一組の信号電力増分を考慮するように構成することができる。ここで、本方法５０８にしたがって、プロセッサ１１６は、上限および下限が満たされるまでまたはすべての場合が評価されるまで電力差を維持しつつ、ＬＯの増分と信号電力の増分の各組み合わせを試みるように構成することができる。したがって、ＬＯと信号電力の増分の、評価されていない組み合わせが選択されると、本方法はステップ７０６に進み、両閾値との比較を、ＬＯと信号電力の他の選択された、評価されていない組み合わせについて繰り返すことができる。

ステップ７０８に戻り、特定の電力差についてのすべての場合またはすべての組み合わせが処理されると、本方法はステップ７０２に進むことができる。ここで、ステップ７０２に、プロセッサ１１６は、受信機モデルにおけるノイズペナルティ閾値に等しいかまたはこれよりも小さい、受信機１１１にローカルにドロップされたチャネルの総数に対する、次に最も大きい電力差ΔＰを求めることができる。ステップ７０２について前に述べた例を続けて、プロセッサはΔＰ３を、次に最も大きい電力差ΔＰとして選択することができる。この後、本方法は繰り返すことができる。

ステップ７０６に戻り、評価された信号電力レベルと入力光電力が下限および上限をそれぞれ満たすと、プロセッサは、評価された信号電力レベルとＬＯ電力レベルを、最適化された動作条件として選択し、本方法はステップ５１０に進むことができる。選択された信号レベルとＬＯ電力レベルはそれぞれ、システム１００における信号線１１７と１１８の信号の電力に対応することに留意されたい。

ステップ５１０に、プロセッサ１１６は、求められたまたは最適なＬＯ電力および信号電力を含む最適化された動作条件をシステム１００に適用することによってＬＯ電力と１つまたは複数の信号電力の少なくとも一方を調整することができる。例えば、プロセッサ１１６は、信号線１１７において最適な信号電力に達するために増幅器１０６の設定と任意のＶＯＡ１０７の設定の少なくとも一方を調整することができる。次に、プロセッサ１１６は、信号線１１８において最適なＬＯ電力に達するためにレーザ１１２の設定とＬＯ増幅器１１５の設定の少なくとも一方を調整することができる。その後、本方法はステップ５０４に進み、システム構成に対する更新を用いて繰り返すことができる。システム１００は、フィードフォワードループとして構成することができ、フィードバックの繰り返しを必要としない。したがって、応答は比較的早い。信号状態が変化すると、例えばコヒーレント受信機に入力されるチャネルの数が変化すると、プロセッサは、リアルタイムな最適化を達成するために、更新された情報を用いて方法５００の繰り返しを実行することによって直ちに、そして動的に応答することができる。

ほとんどの場合、ＷＳＳ１０１は、信号線１０３においてすべてのドロップされた信号をバランスさせるために、チャネル毎の電力等化の機能を備えることができることに留意すべきである。電力等化の機能が実行されないと、システム１００は、増幅器１０６とＶＯＡ１０７が、すべてのドロップされたチャネルについて電力調整を同時に行うために上記の実施形態で用いられているので、信号電力レベルを個々に調整するためにスプリッタ１０８と各コヒーレントなミキサー１１３の間に追加のＶＯＡを含むことができる。

本発明の原理を、無色および無方向のマルチディグリーのフィルターレスのＲＯＡＤＭについて説明したが、本原理は、ＷＤＭ伝送リンクの宛て先ノードにある受信機のような他のＷＤＭ光受信機においても利用することができる。

光受信機の電力最適化システムと方法の好適な実施形態（これらは例示であり、限定することを意図していない）を記載したが、上記の教示に鑑み、修正と変形が当業者によってなされ得ることに留意されるべきである。したがって、変更が、添付の特許請求の範囲によって概要が示された発明の範囲内にある、開示された個々の実施形態においてなされてもよいことが理解されるべきである。このように、特許法によって要求された詳細さで本発明の各態様を記載したが、特許証によって請求され、保護が望まれるものは添付の特許請求の範囲に述べられている。

Claims (20)

1. 光受信機システム（１００）であって、
   複数のチャネルのうちの１つのチャネルの選択を示すレーザ信号を生成するように構成された局部発振器（１１２）と、
   前記複数のチャネル上の信号を受信し、前記レーザ信号を使用して、選択されたチャネル上の信号を識別するように構成されたミキサー（１１３）と、
   前記レーザ信号と前記複数のチャネルの少なくとも１つのチャネル間の電力レベル差を、前記複数のチャネルの総数に基づき、前記ミキサーに入力される前記レーザ信号の電力を前記光受信機システム内のノイズペナルティを制限するように調整することによって最大にするプロセッサ（１１６）と、
   を有する光受信機システム。
2. 前記プロセッサ（１１６）は、前記電力レベル差と前記ノイズペナルティの間の関係を求め、前記ノイズペナルティが閾値レベルに制限されるように前記電力レベル差を抑制するようにさらに構成されている、請求項１に記載の光受信機システム。
3. 識別された信号を電気信号に変換する複数の光検出器（１１４）をさらに有する、請求項１に記載の光受信機システム。
4. 前記プロセッサ（１１６）は、前記識別された信号の電力が上限の範囲内にあるように、前記電力レベル差を抑制するようにさらに構成されている、請求項３に記載の光受信機システム。
5. 前記上限が前記光検出器の飽和レベルに基づいている、請求項４に記載の光受信機システム。
6. 前記プロセッサ（１１６）は、前記変換された信号の電力が下限の範囲内にあるように、前記電力レベル差を抑制するようにさらに構成されている、請求項３に記載の光受信機システム。
7. 前記下限がショットノイズ、熱ノイズ、そして量子化ノイズの少なくとも１つに基づいている、請求項６に記載の光受信機システム。
8. 前記プロセッサ（１１６）は、前記電力レベル差を、前記ミキサーに入力される前記複数のチャネルの少なくとも１つのチャネル上の信号の電力レベルを調整することによって最大にするようにさらに構成されている、請求項１に記載の光受信機システム。
9. 前記プロセッサ（１１６）は、前記電力レベル差を、前記ミキサーに入力される信号が乗った前記複数のチャネルの総数の変化に基づいてリアルタイムに、動的に最大にするようにさらに構成されている、請求項８に記載の光受信機システム。
10. 光信号処理システム（１０）であって、
    複数のチャネルから複数のトランスポンダーにドロップする一組のチャネルを選択するように構成された選択スイッチ（１０１）を含む再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノード（１１）と、
    前記複数のトランスポンダー（１０９_１−１０９_ｎ）と、
    を有し、
    各トランスポンダーは、
    複数のチャネルのうちの１つのチャネルの選択を示すレーザ信号を生成するように構成された局部発振器（１１２）と、
    前記一組のチャネル上の信号を受信し、前記レーザ信号を使用して、選択されたチャネル上の信号を識別するように構成されたミキサー（１１３）と、
    を含み、
    前記ＲＯＡＤＭノードは、前記レーザ信号と前記一組のチャネル内の少なくとも１つの１つのチャネル間の電力レベル差を、前記一組のチャネルの総数に基づき、前記ミキサーに入力される前記レーザ信号の電力を、対応するトランスポンダー内のノイズペナルティを制限するように調整することによって最大にするプロセッサ（１１６）をさらに含む、
    光信号処理システム。
11. 前記プロセッサ（１１６）は、前記電力レベル差と前記ノイズペナルティの間の関係を求め、前記ノイズペナルティが閾値レベルに制限されるように前記電力レベル差を抑制するようにさらに構成されている、請求項１０に記載の光信号処理システム。
12. 前記プロセッサ（１１６）は、前記電力レベル差を、前記ミキサーに入力される信号が乗った前記一組のチャネルの総数の変化に基づいてリアルタイムに、かつ動的に最大にするようにさらに構成されている、請求項１０に記載の光信号処理システム。
13. 光信号電力を最適化する方法（５００）であって、
    光ミキサーに入力される信号が乗った複数のチャネルの総数を受信すること（５０４）と、
    前記ミキサーが前記複数のチャネルのうちの１つのチャネル上の信号を識別することを可能にするように生成されたレーザ信号と、前記複数のチャネルのうちの少なくとも１つのチャネルの間の最大電力レベル差を、前記複数のチャネルの総数に基づいて求めること（５０８）と、
    前記ミキサーに入力された前記レーザ信号の電力を、ノイズペナルティを制限するように、求められた最大電力レベル差に従って調整すること（５１０）と、
    を有する、光信号電力を最適化する方法。
14. 前記求めること（５０８）は、前記電力レベル差と前記ノイズペナルティの間の関係を求めることと、前記ノイズペナルティが閾値レベルに制限されるように前記電力レベル差を抑制することと、をさらに有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記識別された信号の電力が上限の範囲内にあるように、前記電力レベル差を抑制することをさらに有する、請求項１３に記載の方法。
16. 前記上限が、前記識別された信号を電力信号に変換するように構成された光検出器の飽和上限に基づいている、請求項１５に記載の方法。
17. 前記求めること（５０８）が、前記電力レベル差を、変換された信号の電力が下限の範囲内にあるように抑制することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記下限が、ショットノイズ、熱ノイズ、そして量子化ノイズの少なくとも１つに基づいている、請求項１７に記載の方法。
19. 前記調整すること（５１０）が、前記ミキサーに入力される前記複数のチャネルの少なくとも１つのチャネル上の信号の電力レベルを調整することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
20. 前記電力レベル差を、前記ミキサーに入力される信号が乗った前記複数のチャネルの総数の変化に基づいてリアルタイムに、かつ動的に最大にするように、前記受信すること（５０４）と前記求めること（５０８）と前記調整すること（５１０）を繰り返すことをさらに有する、請求項１３に記載の方法。

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