JP5863172B2 - 光受信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光信号を受信する光受信装置に関し、特に波長多重された光信号を受信する光受信装置に関する。
従来、光通信装置は1Gbpsや2.4Gbpsといった伝送速度のものが中心であったが、技術の進歩により現在では100Gbpsに関する新しい技術が次々と発表され、光通信装置の伝送速度はさらに高速化している。また、伝送速度だけではなく、装置の小型化の要求も強く、これまで主流であった300pin MSAに変わってXFPやSFPといった小型の光送受信器が急速に普及を始めている。小型で高速の光送受信器を使いこなすためには、最適な調整が必要となる。そのパラメータの一つが、受信識別レベル制御電圧(RXDTV:Receiver Decision Threshold Voltage)である。
RXDTVは、受信した信号の「0」と「1」を識別する閾値レベルを決めるもので、MSA(Multi-Source Agreements)団体により定義されている光受信器のスペックを最大限活かすためには、このRXDTVを最適に保つ必要がある。
図1は、RXDTVとエラーレートの関係の一例を示す。図1に示すように、RXDTVを変化させるとエラーレートが変化する。RXDTVの最適値は光受信器の個体差によって異なるが、エラーレートが最小になるときのRXDTVの値が最適値となる。また、RXDTVは光伝送路の状態によっても影響を受ける。図2は、光ファイバ伝送による累積の分散量と、RXDTVの最適値の関係の一例を示す。分散の影響で光信号のアイ開口の形状が歪むことにより、RXDTVの最適値が変動する。RXDTVは、この他にも温度、光入力レベル、波長によっても変動する。よって、光受信器においては、RXDTVを最適値に保つ制御を行うことが望ましい。
従来より、RXDTVを最適値に制御する方法として、長距離伝送された光信号に直流光を重畳した後、光受信器のRXDTVを最適値に制御する方法(例えば特許文献1)が知られている。
特開2006−60640号公報
しかしながら、複数の波長の光信号を多重した波長多重光信号を受信する光受信装置において、各光信号を受信する光受信器のRXDTVを好適に調整する方法は未だ提案されていない。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長多重光信号を受信する光受信装置において、各光信号を受信する光受信器のRXDTVを好適に調整することのできる技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光受信装置は、波長多重光信号を増幅する光増幅器と、増幅された波長多重光信号を複数の波長の光信号に分波する分波器と、分波された各光信号を識別再生する光受信器と、識別再生された各光信号の符号誤り訂正を行う誤り訂正部と、各光信号の符号誤り発生状態を監視するとともに、光増幅器の利得および光受信器の受信識別レベルを調整する制御部とを備える。制御部は、ある波長の光信号を受信する光受信器の受信識別レベルを調整するとき、他の波長の光信号の符号誤り発生状態が誤り訂正部の訂正能力を超えない範囲で光増幅器の利得を通常運用時よりも低下させ、その状態で受信識別レベルを最適値に調整する。
本発明の別の態様もまた、光受信装置である。この装置は、波長多重光信号を増幅する光増幅器と、光増幅器の前段または後段に設けられた可変光減衰器と、波長多重光信号を複数の波長の光信号に分波する分波器と、分波された各光信号を識別再生する光受信器と、識別再生された各光信号の符号誤り訂正を行う誤り訂正部と、各光信号の符号誤り発生状態を監視するとともに、可変光減衰器の利得および光受信器の受信識別レベルを調整する制御部とを備える。制御部は、ある波長の光信号を受信する光受信器の受信識別レベルを調整するとき、他の波長の光信号の符号誤り発生状態が誤り訂正部の訂正能力を超えない範囲で可変光減衰器の減衰量を通常運用時よりも上昇させ、その状態で受信識別レベルを最適値に調整する。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、波長多重光信号を受信する光受信装置において、各光信号を受信する光受信器のRXDTVを好適に調整することができる。
RXDTVとエラーレートの関係の一例を示す図である。 光ファイバ伝送による累積の分散量と、RXDTVの最適値の関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る光伝送装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る光受信装置の構成をより詳細に示す図である。 本発明の実施形態に係る光受信装置の動作を説明するためのフローチャートである。 光ファイバにおける波長と分散の関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る光受信装置の別の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の別の実施形態に係る光受信装置の構成を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る光受信装置の動作を説明するためのフローチャートである。
以下、図面を参照することにより、本発明の実施の形態について説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る光伝送装置の構成を示す。図1に示す光伝送装置100は、WDM(Wavelength Division Multiplexing)光伝送装置であり、光送信装置10と、光受信装置11と、光伝送路12とを備える。
光送信装置10は、n個(nは2以上の整数)の光送信器14と、合波器15とを備える。光送信器14は、波長λ1〜λnの光信号を出力する。各光送信器14は、出力光信号に誤り訂正符号としてFEC(Forward Error Correction)符号を付加する機能を有する。合波器15は、光送信器14からの波長λ1〜λnの光信号を合波して波長多重光信号を生成し、光伝送路12に出力する。光伝送路12は、シングルモードファイバが好適に用いられる。
光受信装置11は、光増幅器16と、分波器17と、n個の光受信器18とを備える。光増幅器16は、光伝送路12を伝搬して減衰した波長多重光信号を一括して増幅する。分波器17は、光増幅器16にて増幅された波長多重光信号を波長λ1〜λnの光信号に分波する。光受信器18はそれぞれ、分波器17にて分波された各光信号を電気信号に変換し、所定の信号処理を行う。
図4は、本発明の実施形態に係る光受信装置の構成をより詳細に示す。図4に示すように、光受信装置11は、光増幅器16と、分波器17と、n個のラインカード21−1〜21−nと、メイン制御部22とを備える。
光伝送路12から入力された波長多重光信号は、光増幅器16で増幅された後、分波器17により波長ごとに分波される。本実施形態では、光増幅器16によりn波の光信号が生成される。光受信装置11は、分波器17から出力される光信号の波長数nと同じ数だけラインカードを有する。各ラインカード21−1〜21−nは、光受信器18と、誤り訂正部20と、RXDTV制御部19とを備える。
光受信器18は、分波器17からの光信号を受光して電気信号に変換する受光素子、電気信号からクロック信号を抽出するタイミング抽出回路、クロック信号を用いて電気信号を識別再生する識別再生回路などを有する。光受信器18は、XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)、SFP(Small Form factor Pluggable)などの小型の光トランシーバであってよい。光受信器18から出力された電気信号(以下、「受信データ信号」と呼ぶ)は、誤り訂正部20に入力される。
誤り訂正部20は、入力された受信データ信号に付与されたFEC符号に基づいて、受信データ信号の符号誤り訂正処理を行う。受信データ信号の符号誤り訂正を行った場合、誤り訂正部20は、誤り訂正数をカウントし、RXDTV制御部19に伝える。
RXDTV制御部19は、誤り訂正部20からの誤り訂正数に基づいて、光受信器18が電気信号の識別再生を行う際に用いるRXDTVを最適値に制御する。具体的にはRXDTV制御部19は、誤り訂正部20から送られてくる誤り訂正数が最少となるRXDTVの値を探索し、RXDTVをその値に設定する。また、RXDTV制御部19は、誤り訂正部20から受信した誤り訂正数をメイン制御部22に送る。
メイン制御部22には各ラインカード21−1〜21−nのRXDTV制御部19から誤り訂正数が送られてくる。つまり、メイン制御部22は、分波器17で分波された全波長λ1〜λnの光信号について誤り訂正数を監視している。本実施形態において、メイン制御部22は、RXDTV制御部19からの誤り訂正数情報に基づいて、光増幅器16の利得を調整することができる。また、メイン制御部22は、各ラインカードのRXDTV制御部19に対して、RXDTVの最適値調整を指示することができる。
図5は、本発明の実施形態に係る光受信装置11の動作を説明するためのフローチャートである。図5に示すフローチャートは、ラインカードの起動時に実行される。ここでは、ある波長λ1の光信号を受信するラインカード21−1を起動する場合を例として説明する。ラインカード21−1の起動時、他の波長λ2〜λnの光信号を受信する他のラインカード21−2〜21−nは通常の運用状態、すなわち主信号が通っているインサービス中であるとする。
ラインカード21−1が起動すると、光受信器18、RXDTV制御部19、誤り訂正部20等の電源が入り、RXDTVの調整が始まる。このとき、メイン制御部22はまず、一定時間(例えば1秒間)における波長λ2〜λnの光信号の誤り訂正数をラインカード21−2〜21−nから取得する(S10)。誤り訂正数を取得することにより、波長λ2〜λnにおける符号誤りの発生状態を確認することができる。
次に、メイン制御部22は、取得した誤り訂正数の最大値が所定の閾値未満であるか否か判定する(S12)。この閾値は、誤り訂正部20の誤り訂正能力を考慮して定められる。例えば、誤り訂正部20が、1×10−3の符号誤り率を1×10−12以下の符号誤り率に低減する訂正能力を有しているとする。1×10−3の符号誤り率とは、伝送速度が10Gbpsの場合、1秒間に1000万個の符号誤りが生じている状態である。この場合、閾値を1000万より小さい値、例えば10万個に設定する。
誤り訂正数の最大値が所定の閾値未満である場合(S12のY)、メイン制御部22は、光増幅器16の利得を下げる。例えば、光増幅器16の利得を3dB下げると、波長λ2〜λnの光信号は、光増幅器16から発生するホワイトノイズに埋もれることにより符号誤り率が劣化し、誤り訂正部20の誤り訂正数が増加する。その後、S10に戻って波長λ2〜λnの誤り訂正数を取得し、再度閾値と誤り訂正数の最大値とを比較する(S12)。
S10〜S14の処理を繰り返すことにより、波長λ2〜λnの光信号の符号誤り率が誤り訂正部20の訂正能力(1×10−3)を超えない範囲で、光増幅器16の利得を通常運用時よりも低下させることができる。すなわち、光増幅器16の利得を通常運用時よりも低下させても、波長λ2〜λnの光信号をエラーフリーと見なせる1×10−12以下の符号誤り率に訂正できるので、サービス中の波長λ2〜λnの光信号に利得低下の影響は生じない。なお、S14における光増幅器16の利得の下げ幅を大きくしてしまうと、波長λ2〜λnの光信号の符号誤り率が急激に悪化し、誤り訂正部20の訂正能力を超えてしまうおそれがある。一方でS14における利得の下げ幅を小さくし過ぎてしまうと、光増幅器16の利得を下げるのに時間がかかる。従って、S14における利得の下げ幅は、これらの点を考慮して適切な幅に設定することが望ましい。
一方、誤り訂正数の最大値が所定の閾値以上である場合(S12のN)、メイン制御部22は、ラインカード21−1の光受信器18のRXDTVを最適値に調整する(S16)。RXDTVは0%〜100%の範囲があり、この範囲内で図1に見られるような符号誤り率の谷が存在するので、何点かRXDTVの値を変化させて、誤り訂正数が最少となる点を探索する。
このRXDTVの最適値を探索する処理の際に、光増幅器16の利得を下げた効果が発揮される。例えば、10Gbpsの信号の符号誤り率を1×10−12から1×10−9に劣化させた場合、100秒に1回しか誤り訂正が発生しなかったのが、100m秒に1回誤り訂正が発生することになる。従って、1個の誤り訂正を検出するのに要する時間が1000分の1になり、誤り訂正数をモニタする時間を大幅に短縮できる。誤り訂正数をモニタする時間が誤り訂正数の発生頻度に対して短すぎる場合、真の最適値からずれた値にRXDTVを設定してしまう可能性があるが、本実施形態によれば、モニタ時間が短くても十分な誤り訂正数を取得できるので、このような事態を回避できる。
S16においてRXDTVを最適値に調整した後、メイン制御部22は、光増幅器16の利得を元の利得に戻す(S18)。これでラインカード21−1の起動時におけるRXDTVの調整が終了する。
上記においては、ラインカードの起動時のRXDTVの最適値調整について説明したが、メイン制御部22は、光受信装置11の通常運用中に、各ラインカード21−1〜21−nの光受信器18について順次RXDTVの最適値調整を行ってもよい。RXDTVの最適値は、温度や入力光レベルなどの外部環境の変動によって影響を受ける。従って、起動時にRXDTVを最適化するだけでは不十分な可能性があり、運用中でも再調整が必要な場合がある。通常運用中のRXDTVの最適値制御は、図5のフローチャートで説明した制御と同様である。運用中の光信号に十分な誤り訂正数が発生していない場合、運用中の光信号の中で訂正数が最大の光信号に着目して光増幅器16の利得を下げることにより、サービスを止めることなく各光信号に関してRXDTVの再調整を行うことができる。
図2で説明したようにRXDTVの最適値と分散量には相関関係がある。つまり、ある分散量での最適値が分かっていれば、それを初期値として使うことできる。図6は、光ファイバにおける波長と分散の関係の一例を示す。図6に示す関係から、任意の波長間の分散量の差を推測することができる。例えば、1532nmの波長を80km伝送したときの分散量が1294ps/nmであった場合、1552nmの波長では分散量が1374ps/nmと計算することができる。また、図2のグラフを例にすると、RXDTVの最適値と分散量の関係は
RXDTVの最適値[%]=0.028[%/(ps/nm)]×分散量[ps/nm]
となることから、波長毎の分散量差がわかればRXDTVの最適値も推測できることができる。前述の例で計算すると、例えば、波長1532nmの光信号のRXDTVの最適値が50%であれば、波長1374nmの光信号のRXDTVの最適値は、0.028×(1374−1294)=2.24%を50%にプラスした52.24%であると推測することができる。
図7は、本発明の実施形態に係る光受信装置11の別の動作を説明するためのフローチャートである。図5のフローチャートでは、メイン制御部22は、ある波長の光信号を受信するラインカードの起動時に、他の波長の光信号の誤り訂正数のみを確認していたが、本フローチャートではこれに加えて、最適値に調整済みの他のラインカードの光受信器のRXDTVを確認する。そして、メイン制御部22は、上記のようなRXDTVの最適値と分散量の関係を利用して探索対象の波長のRXDTVの最適値を計算し、この最適値を探索の初期値に設定する(S8)。このようにある光受信器のRXDTVの最適値を探索する際に、最適値に調整済みの他の光受信器のRXDTVを参照して、最適値探索の初期値を計算および設定することにより、探索の範囲を狭めることができるので、RXDTVの最適値探索を高速化することができる。なお、図7のフローチャートではS8をS10の前に設けたが、S8は、RXDTVの最適値調整を行うS16の前であればどこに設けられてもよい。
以上述べたように、本実施形態においては、ある波長の光信号を受信する光受信器18のRXDTVを調整するときに、他の波長の光信号の符号誤り発生状態が誤り訂正部20の訂正能力を超えない範囲で光増幅器16の利得を通常運用時よりも低下させ、その状態でRXDTVを最適値に調整するよう光受信装置11を構成した。これにより、他の波長の光信号のサービスを継続したまま、調整対象の光受信器18のRXDTVを最適値に調整できる。また、光増幅器16の利得を低下させることにより符号誤りの発生頻度が高まるので、短時間で正確にRXDTVの最適値を探索できる。
図8は、本発明の別の実施形態に係る光受信装置11の構成を示す。図8に示す光受信装置11は、光増幅器16の前段に可変光減衰器(VOA:Variable Optical Attenuator)40が設けられている点が図3に示す光受信装置と異なる。そして、メイン制御部22は、RXDTV制御部19からの誤り訂正数情報に基づいて、可変光減衰器40の減衰量を制御する。その他のラインカード等の構成要素については、図3に示す光受信装置と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図9は、本発明の別の実施形態に係る光受信装置11の動作を説明するためのフローチャートである。図9に示すフローチャートは、ラインカードの起動時または光受信装置11の通常運用中に実行される。ここでは、波長λ1の光信号を受信するラインカード21−1の光受信器18におけるRXDTVの調整について説明する。
まず、メイン制御部22は、一定時間(例えば1秒間)における波長λ2〜λnの光信号の誤り訂正数をラインカード21−2〜21−nから取得する(S20)。誤り訂正数を取得することにより、波長λ2〜λnにおける符号誤りの発生状態を確認することができる。
次に、メイン制御部22は、取得した誤り訂正数の最大値が所定の閾値未満であるか否か判定する(S22)。誤り訂正数の最大値が所定の閾値未満である場合(S22のY)、メイン制御部22は、可変光減衰器40の減衰量を上げる。これにより、波長λ2〜λnの光信号は、光信号対雑音比が劣化することにより符号誤り率が劣化し、誤り訂正部20の誤り訂正数が増加する。その後、S20に戻って波長λ2〜λnの誤り訂正数を取得し、再度閾値と誤り訂正数の最大値とを比較する(S22)。
S20〜S24の処理を繰り返すことにより、波長λ2〜λnの光信号の符号誤り率が誤り訂正部20の訂正能力を超えない範囲で、可変光減衰器40の減衰量を通常運用時よりも増加させることができる。なお、S24における可変光減衰器40の減衰量の上げ幅を大きくしてしまうと、波長λ2〜λnの光信号の符号誤り率が急激に悪化し、誤り訂正部20の訂正能力を超えてしまうおそれがある。一方でS24における減衰量の上げ幅を小さくし過ぎてしまうと、可変光減衰器40の減衰量を上げるのに時間がかかる。従って、S24における減衰量の上げ幅は、これらの点を考慮して適切な幅に設定することが望ましい。
一方、誤り訂正数の最大値が所定の閾値以上である場合(S22のN)、メイン制御部22は、ラインカード21−1の光受信器18のRXDTVを最適値に調整する(S26)。このRXDTVの最適値を探索する処理の際に、可変光減衰器40の減衰量を上げた効果が発揮される。
S26においてRXDTVを最適値に調整した後、メイン制御部22は、可変光減衰器40の減衰量を元の減衰量に戻す(S28)。これでラインカード21−1の光受信器18におけるRXDTVの調整が終了する。
図8に示す実施形態では、可変光減衰器40を光増幅器16の前段に設けたが、可変光減衰器40は光増幅器16の後段に設けられてもよい。また、図9に示すフローチャートにおいても、図7で説明した最適値探索の初期値の計算および設定のステップを行ってもよい。
以上述べたように、本実施形態においては、ある波長の光信号を受信する光受信器18のRXDTVを調整するときに、他の波長の光信号の符号誤り発生状態が誤り訂正部20の訂正能力を超えない範囲で可変光減衰器40の減衰量を通常運用時よりも上昇させ、その状態でRXDTVを最適値に調整するよう光受信装置11を構成した。これにより、他の波長の光信号のサービスを継続したまま、調整対象の光受信器18のRXDTVを最適値に調整できる。また、可変光減衰器40の減衰量を上昇させることにより符号誤りの発生頻度が高まるので、短時間で正確にRXDTVの最適値を探索できる。
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
10 光送信装置、 11 光受信装置、 12 光伝送路、 14 光送信器、 15 合波器、 16 光増幅器、 17 分波器、 18 光受信器、 19 RXDTV制御部、 20 誤り訂正部、 21−1〜21−n ラインカード、 22 メイン制御部、 40 可変光減衰器、 100 光伝送装置。

Claims (12)

  1. 波長多重光信号を増幅する光増幅器と、
    増幅された波長多重光信号を複数の波長の光信号に分波する分波器と、
    分波された各光信号を識別再生する光受信器と、
    識別再生された各光信号の符号誤り訂正を行う誤り訂正部と、
    各光信号の符号誤り発生状態を監視するとともに、前記光増幅器の利得および前記光受信器の受信識別レベルを調整する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、ある波長の光信号を受信する光受信器の受信識別レベルを調整するとき、他の波長の光信号の符号誤り発生状態が前記誤り訂正部の訂正能力を超えない範囲で前記光増幅器の利得を通常運用時よりも低下させ、その状態で受信識別レベルを最適値に調整することを特徴とする光受信装置。
  2. 前記制御部は、ある波長の光信号の誤り訂正数が最少となるよう受信識別レベルを調整することを特徴とする請求項1に記載の光受信装置。
  3. 前記制御部は、受信識別レベルの調整後、前記光増幅器の利得を通常運用時の利得に戻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. 前記制御部は、ある光受信器の受信識別レベルの最適値を探索する際に、最適値に調整済みの他の光受信器の受信識別レベルを参照して、探索の初期値を設定することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の光受信装置。
  5. 前記制御部は、ある光受信器の起動時に、該光受信器の受信識別レベルの最適値調整を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の光受信装置。
  6. 前記制御部は、当該光受信装置の通常運用中に、各光受信器について順次受信識別レベルの最適値調整を行うことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の光受信装置。
  7. 波長多重光信号を増幅する光増幅器と、
    前記光増幅器の前段または後段に設けられた可変光減衰器と、
    波長多重光信号を複数の波長の光信号に分波する分波器と、
    分波された各光信号を識別再生する光受信器と、
    識別再生された各光信号の符号誤り訂正を行う誤り訂正部と、
    各光信号の符号誤り発生状態を監視するとともに、前記可変光減衰器の減衰量および前記光受信器の受信識別レベルを調整する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、ある波長の光信号を受信する光受信器の受信識別レベルを調整するとき、他の波長の光信号の符号誤り発生状態が前記誤り訂正部の訂正能力を超えない範囲で前記可変光減衰器の減衰量を通常運用時よりも上昇させ、その状態で受信識別レベルを最適値に調整することを特徴とする光受信装置。
  8. 前記制御部は、ある波長の光信号の誤り訂正数が最少となるよう受信識別レベルを調整することを特徴とする請求項7に記載の光受信装置。
  9. 前記制御部は、受信識別レベルの調整後、前記可変光減衰器の減衰量を通常運用時の減衰量に戻すことを特徴とする請求項7または8に記載の光受信装置。
  10. 前記制御部は、ある光受信器の受信識別レベルの最適値を探索する際に、最適値に調整済みの他の光受信器の受信識別レベルを参照して、探索の初期値を設定することを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の光受信装置。
  11. 前記制御部は、ある光受信器の起動時に、該光受信器の受信識別レベルの最適値調整を行うことを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の光受信装置。
  12. 前記制御部は、当該光受信装置の通常運用中に、各光受信器について順次受信識別レベルの最適値調整を行うことを特徴とする請求項7から11のいずれかに記載の光受信装置。
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