JPWO2005081432A1 - 分散補償方法及び分散補償装置 - Google Patents
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Abstract
Description
WDM伝送システムでは、分散補償を行うのに1波毎に行う方法と、全波長を一括して行う方法がある。波長毎の分散補償方法は、一括分散補償方法と比べはるかにコストが高い。その一方で、伝送路の分散スロープは伝送路ファイバによってまちまちであるため、一括分散補償方法では、伝送路分散を全波長について完全に補償できない。そのため、帯域を数帯域に分けて分散補償をおこなう方法もある。
従来のWDM伝送システムでは、コストを低くするため一括分散補償を採用している場合が多いが、いずれの方法でも分散補償器は、分散補償ファイバ(DCF:Dispersion Compensation Fiber)に代表されるファイバを分散量に応じた長さに切ったものを各中継区間の伝送路分散量に応じて配置して補償するものである。
図1は、WDM伝送システムにおける分散補償システムの一例の構成図を示す。同図中、送信装置10では波長λ1〜λnを波長多重して伝送路ファイバ11に送出する。中継装置12では伝送路ファイバ11から受信した波長多重信号を増幅して分散補償ファイバ13に供給し再び増幅することで分散補償を行って伝送路ファイバ14に送出する。
中継装置15では中継装置12と同様に伝送路ファイバ14から受信した波長多重信号の分散補償を行って伝送路ファイバ16に送出する。同様にして中継装置毎に波長多重信号の分散補償が行われ、波長多重信号は伝送路ファイバ17から受信装置18に供給される。受信装置18では中継装置12と同様に伝送路ファイバ14から受信した波長多重信号の分散補償を行い、その後、波長多重信号を波長毎に分離して各波長λ1〜λnを出力する。
また、例えば特許文献1には、光波長多重数、光中継器出力を検出して、伝送する波長数の増減、光中継器出力の変化等による光ファイバ内の光信号出力電力の変化に応じて、光ファイバ伝送路の送信側または受信側に設けられた波長分散補償器の分散補償量を変化させることが記載されている。
従来方法では、伝送路の分散量を前もって測定した値を基にして、対応する分散補償量の分散補償ファイバを用意する必要がある。このため、システム構築の際には、その伝送路の分散値が判明するまでは素線の手配に留まり、分散補償ファイバ製品を生産できないという問題があった。
また、異なる分散量それぞれに分散補償ファイバ製品を対応させた分散補償メニューを用意し所望の分散量に応じた分散補償ファイバ製品を得ようとした場合、近年の中継伝送距離の長距離化に伴って最小距離と最大距離の差が拡大してきたことにより、膨大な分散補償メニューを用意する必要がある。特に、前述のように一括分補償方式を採用する場合は、全波長の残留分散の許容範囲を補償するため、分散補償メニューのステップは細かく膨大なものになるという問題があった。
一方で、WDM伝送システムの多波長化に伴い、1波からフル波長までのトータルレベルの状態での光レベルの差が増大しており、また、伝送路スパン光ロスも増大したWDM伝送システムが要求されている。
こういった場合、WDM伝送システムでは広帯域の波長を一括して光アンプで増幅するため、光出力アンプのASE(Amplified Spontaneous Emission)光が信号パワーより大きくなる状態になる。このため、ASE光を補正することで信号光成分の光ファイバに出力する出力パワーを設計上の値に調整するASE補正が必要になる。これは、出力パワーが上昇すると分散補償量が変化してしまうことと、非線形効果によるエラーが発生することによる。
さらに、現状のWDM伝送システムの最大許容伝送路ロスは、最小波長数(1波使用時)の断検出/回復レベルが制約になっている。つまり、1波において、次段の光アンプが光入力を認識して起動することができるまでの距離が最大許容伝送路ロスになっている。
ここで、波長数が少数の場合は波長間隔を空けることで四光波混合(FWM)と呼ばれる非線形効果は抑制することができる。このため、1波等の少数波長時には出力パワーを上昇することは、許容最大伝送路光ロスを拡大すること(次段の光アンプが光入力を認識して起動することができるまでの距離が拡大)につながるが、出力パワーの上昇で分散補償量が変化してしまうことと、自己位相変調(SPM)の影響が顕著になってしまうという問題があった。
一方、一括分散補償可能で、かつ分散量を可変できるデバイスとして可変分散補償器の開発が進んできている。しかし、可変分散補償器は分散補償量を変化させると通過波長帯域が変化するため、可変分散補償器に併設された光アンプのALC制御が誤動作してOSNR(光SN比)が劣化するという問題があった。
この目的を達成するため、本発明は、多重する波長数に応じて出力パワーを可変する波長分割多重伝送システムの分散補償方法において、各波長の出力パワーに応じて分散補償量を可変するよう構成する。
このような波長分散補償設計方法によれば、可変分散補償器を使用することで膨大な分散補償メニューを必要とせず、各波長の出力パワーに応じて分散補償量を可変することでOSNRの劣化を防止できる。
図2は、本発明の分散補償装置のブロック図である。
図3は、波長多重信号の波長・出力パワー特性を示す図である。
図4は、本発明の分散補償方法の第1実施形態のフローチャートである。
図5は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第1実施形態のフローチャートである。
図6は、波長多重信号の波長・出力パワー特性を示す図である。
図7は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第2実施形態のフローチャートである。
図8は、波長多重信号の波長・出力パワー特性を示す図である。
図9は、波長多重信号の波長・出力パワー特性を示す図である。
図10は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第3実施形態のフローチャートである。
図11は、波長多重信号の波長・出力パワー特性を示す図である。
図12は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第4実施形態のフローチャートである。
図13は、波長多重信号の波長・出力パワー特性を示す図である。
WDM伝送システムでは、伝送路光ロスの変動によるレベル変動を抑圧するため、各光アンプは通常はALC(Automatic Level Control:自動レベル制御)により出力一定制御を行っており、波長数を変更したい場合に限ってAGC(Automatic Gain Control:自動ゲイン制御)を行っている。
図2は、本発明の分散補償装置のブロック図を示す。この分散補償装置は図1に示す中継装置12,15及び受信装置18内の分散補償部に適用される。図2において、伝送路ファイバから受信した波長多重信号を前段光アンプ21で増幅したのち可変分散補償器22に供給し、可変分散補償器22で分散補償を行った波長多重信号を後段光アンプ23で増幅して伝送路ファイバに出力する。
制御部24は、前段光アンプ21の入力光強度を光検知器でモニタすると共に後段光アンプ23の出力光強度を光検知器でモニタし、前段光アンプ21及び後段光アンプ23のALC制御またはAGC制御を行う。また、制御部24は可変分散補償器22の分散補償量の可変制御を行う。
ここで、可変分散補償器22としては、例えば先に本出願人が、特開2002−258207号公報等で提案した装置を用いる。この装置は、VIPA(Virtually Imaged Phased Array)板から角分散されて出力された各波長の光をレンズによって集束すると共に、光路ずれ生成手段及び光路ずれ量可変手段を兼ねるグレーティング対によって回折して、異なる波長の光路にずれを生じさせ、分散平坦化3次元ミラーに光を反射させて再びVIPA板に入力すると、波長によって3次元ミラーの光路差によって分散補償量の異なる部分にあたり、波長毎に異なる波長分散量を実現でき、波長多重信号の波長全般にわたる波長分散量の調整と波長分散スロープの調整を独立に行うものである。
分散補償装置の後段光アンプ23から出力される波長多重信号の波長・出力パワー特性を図3(A)に示す。図中、台形部分26はASE光であり、ピーク27は多重された信号波長である。ASE光に存在する複数の溝28は、可変分散補償器22のグレーティングによってASE光が減衰されることにより生じている。
光路差を利用した可変分散補償器22で分散補償量を変更する際に、ALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正を行うと、各分散補償量での光路差により光ロスが変動し、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は、例えば図3(B)に示すように、ASE光の溝28の深さが深くなる。このため、後段光アンプ23の出力光パワーのモニタ値が低下する。
この状態でALC制御を起動すると、後段光アンプ23の増幅度が増大してASE光の低下分が補われ、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は図3(C)に示すようになる。特に、信号波長数が少ない場合には、後段光アンプ23の増幅度が増大するとノイズ成分に対する増幅度も増大するため、OSNR(光SN比)の劣化が顕著になる。
すなわち、可変分散補償器22の分散補償量変更による光ロス変化はASE光成分の変動であるため、分散補償量を変更する際のASE補正値は、波長数に応じたASE補正量に上記ASE光成分の変動分(ASE変動分)を足し合わせて更新する。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は、図3(D)に示すように、例えばASE光のレベルが高くなり、後段光アンプ23の出力光パワーのモニタ値が低下することが防止され、ALC制御を起動した際に後段光アンプ23の増幅度が増大することがなく、OSNRの劣化を防止できる。
図4は、本発明の分散補償方法の第1実施形態のフローチャートを示す。この処理は制御部24が実行する。同図中、ステップS10で、波長多重信号の波長数が1波等の少数波長の場合、ASE補正量の増大及び許容最大伝送ロスの拡大を図るため、制御部24は後段光アンプ23から伝送路ファイバに送出する1波当たりの出力レベルを増大する。
ステップS12では、運用波長数によって出力レベルが変動することに伴い、自己位相変調(SPM)の影響で伝送路ファイバにおける分散量も変動する。
このため、ステップS14で、伝送路ファイバに送出する1波当たりの出力レベルを維持し、かつ、伝送路ファイバでの分散量の変動分を可変分散補償器22の分散補償を可変制御して補償する。
ところで、波長増設減設が可変分散補償器の分散補償量変更と同時に行われると計算が合わなくなるので、波長増減設制御と可変分散補償器の分散補償量変更を別々に分ける。この場合、波長増減設を行ったのちに分散値変更を行う方法と、分散変更を行ったのちに波長増減設を行う方法とがある。
図5は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第1実施形態のフローチャートを示す。この処理は制御部24が実行する。この処理の開始時には前段光アンプ21,後段光アンプ23は制御部24によりALCモードでALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正を行うよう制御されており、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は図6(A)に示すようになる。
まず、ステップS22で、制御部24はAGCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のAGC制御を行う。このため、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図6(B)に示すように変化しない。
次に、ステップS24で波長多重信号の波長増減設を行うと、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは増減設した波長分だけ変化して図6(C)に示すようになる。ステップS26で、このときの前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持しておく。
ステップS28で波長多重信号の波長増減設に基づいて可変分散補償器22の分散補償量を変更する。これによって、後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーはASE光の変動分だけ変動して、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図6(D)に示すようになるので、ステップS30で前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持する。
ステップS32では、ステップS26とステップS30それぞれで検知した入出力波長多重信号パワーを比較して、可変分散補償器22の分散補償量の変更に伴うASE光の変動分を算出し、このASE光の変動分をASE補正値に加算して反映させて更新する。
次に、ステップS34で、制御部24はALCモードに切替え、ALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正値にASE光の変動分を反映したASE補正値でASE補正を行うよう前段光アンプ21,後段光アンプ23のALC制御を行い、この処理を完了する。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図6(E)に示すようになる。
図7は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第2実施形態のフローチャートを示す。この処理は制御部24が実行する。この処理の開始時には前段光アンプ21,後段光アンプ23は制御部24によりALCモードでALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正を行うよう制御されており、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は図8(A),図9(A)に示すようになる。
まず、ステップS42で、前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持しておく。ステップS44で制御部24はAGCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のAGC制御を行う。このため、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図8(B),図9(B)に示すように変化しない。
ステップS46で波長多重信号の波長増減設に基づいて可変分散補償器22の分散補償量を変更する。これによって、後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーはASE光の変動分だけ変動して、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図8(C),図9(C)に示すようになるので、ステップS48で前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持する。
ステップS50では、ステップS42とステップS48それぞれで検知した入出力波長多重信号パワーを比較して、可変分散補償器22の分散補償量の変更に伴うASE光の変動分を算出し、このASE光の変動分をASE補正値に加算して反映させて更新する。
次に、ステップS52で波長多重信号の波長増減設を行う。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図9(D)に示すように増減設した波長分だけ変化する。ステップS54では、制御部24はALCモードに切替え、ALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正値にASE光の変動分を反映させたASE補正値でASE補正を行うよう前段光アンプ21,後段光アンプ23のALC制御を行い、この処理を完了する。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図9(E)に示すようになる。
ところで、ステップS52で波長増減数が0の場合、ステップS54を実行後の後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図8(D)に示すようになる。このように、波長増減数を0として図7の処理を行うことは、可変分散補償器22の分散補償量の変更に伴うASE光の変動分が経年変化等により変化した場合に有効である。
図10は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第3実施形態のフローチャートを示す。同図中、図5と同一部分には同一符号を付す。この処理は制御部24が実行する。この処理の開始時には前段光アンプ21,後段光アンプ23は制御部24によりALCモードでALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正を行うよう制御されており、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は図11(A)に示すようになる。
まず、ステップS22で、制御部24はAGCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のAGC制御を行う。このため、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図11(B)に示すように変化しない。
次に、ステップS24で波長多重信号の波長増減設を行うと、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは増減設した波長分だけ変化して図11(C)に示すようになる。
この後、ステップS25で制御部24は一定期間ALCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のALC制御を行って波長多重信号の波長増減設した状態で安定化を行う。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図11(D)に示すようになる。次に、ステップS26で、このときの前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持しておく。
この後、ステップS27で、制御部24はAGCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のAGC制御を行う。このため、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図11(E)に示すように変化しない。
次に、ステップS28で波長多重信号の波長増減設に基づいて可変分散補償器22の分散補償量を変更する。これによって、後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーはASE光の変動分だけ変動して、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図11(F)に示すようになるので、ステップS30で前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持する。
ステップS32では、ステップS26とステップS30それぞれで検知した入出力波長多重信号パワーを比較して、可変分散補償器22の分散補償量の変更に伴うASE光の変動分を算出し、このASE光の変動分をASE補正値に加算して反映させて更新する。
次に、ステップS34で、制御部24はALCモードに切替え、ALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正値にASE光の変動分を反映させたASE補正値でASE補正を行うよう前段光アンプ21,後段光アンプ23のALC制御を行い、この処理を完了する。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図11(G)に示すようになる。
図12は、本発明の分散補償方法による波長増設減設の第4実施形態のフローチャートを示す。同図中、図7と同一部分には同一符号を付す。この処理は制御部24が実行する。この処理の開始時には前段光アンプ21,後段光アンプ23は制御部24によりALCモードでALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正を行うよう制御されており、後段光アンプ23の出力する波長多重信号は図13(A)に示すようになる。
まず、ステップS42で、前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持しておく。ステップS44で制御部24はAGCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のAGC制御を行う。このため、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図13(B)に示すように変化しない。
ステップS46で波長多重信号の波長増減設に基づいて可変分散補償器22の分散補償量を変更する。これによって、後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーはASE光の変動分だけ変動して、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図13(C)に示すようになる。
この後、ステップS47で制御部24は一定期間ALCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のALC制御を行って分散補償量を変更した状態で安定化を行う。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図13(D)に示すようになる。次に、ステップS48で前段光アンプ21に入力する波長多重信号パワーと後段光アンプ23が出力する波長多重信号パワーを検知して制御部24に保持する。
この後、ステップS49で、制御部24はAGCモードに切替え、前段光アンプ21,後段光アンプ23のAGC制御を行う。このため、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図13(E)に示すように変化しない。
ステップS50では、ステップS42とステップS48それぞれで検知した入出力波長多重信号パワーを比較して、可変分散補償器22の分散補償量の変更に伴うASE光の変動分を算出し、このASE光の変動分をASE補正値に加算して反映させて更新する。
次に、ステップS52で波長多重信号の波長増減設を行う。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図13(F)に示すように増減設した波長分だけ変化する。ステップS54では、制御部24はALCモードに切替え、ALC出力目標レベルを波長数に見合ったレベルとし波長数に応じたASE補正値にASE光の変動分を反映させたASE補正値でASE補正を行うよう前段光アンプ21,後段光アンプ23のALC制御を行い、この処理を完了する。これにより、後段光アンプ23の出力する波長多重信号のパワーは図13(F)に示すようになる。
なお、上記の各実施形態で増減設を行う波長数が多い場合には、1回の処理で例えば1波など少数の波長の増減設を行い、これを繰り返し全ての波長の増減設を行うことで波長の増減設にともなう光パワーの変化を緩慢にして、可変分散補償装置による分散補償量を適時変更することが可能となる。
なお、ステップS14,S28,S46が請求項記載の分散補償量可変手段に対応し、ステップS24,S52が波長増減設手段に対応し、ステップS32,S50がASE変動分算出手段に対応し、ステップS34,S54がASE変動分反映手段に対応し、ステップS25,S27,S47,S49が切替え手段に対応する。
11、14,16,17 伝送路フィアバ
12、15 中継装置
18 受信装置
21,23 光アンプ
22 可変分散補償器
24 制御部
Claims (9)
- 多重する波長数に応じて出力パワーを可変する波長分割多重伝送システムの分散補償方法において、
各波長の出力パワーに応じて分散補償量を可変する分散補償方法。 - 多重する波長数に応じた目標出力パワーとASE補正値で自動レベル制御を行い波長多重信号の出力パワーを一定とする波長分割多重伝送システムの分散補償方法において、
波長多重信号の出力パワーを一定とする自動ゲイン制御に切替えて多重する波長の増減設を行い、
前記自動ゲイン制御にて前記多重する波長の増減設に基づき分散補償量を可変し、
前記分散補償量の変化によるASE変動分を算出し、
前記ASE変動分を前記ASE補正値に反映して自動レベル制御に切替える分散補償方法。 - 多重する波長数に応じた目標出力パワーとASE補正値で自動レベル制御を行い波長多重信号の出力パワーを一定とする波長分割多重伝送システムの分散補償方法において、
波長多重信号の出力パワーを一定とする自動ゲイン制御に切替えて多重する波長の増減設に基づき分散補償量を可変し、
前記分散補償量の変化によるASE変動分を算出し、
前記自動ゲイン制御にて前記多重する波長の増減設を行い、
前記ASE変動分を前記ASE補正値に反映して自動レベル制御に切替える分散補償方法。 - 多重する波長数に応じて出力パワーを可変する波長分割多重伝送システムの分散補償装置において、
各波長の出力パワーに応じて分散補償量を可変する分散補償量可変手段を有する分散補償装置。 - 多重する波長数に応じた目標出力パワーとASE補正値で自動レベル制御を行い波長多重信号の出力パワーを一定とする波長分割多重伝送システムの分散補償装置において、
波長多重信号の出力パワーを一定とする自動ゲイン制御に切替えて多重する波長の増減設を行う波長増減設手段と、
前記自動ゲイン制御にて前記多重する波長の増減設に基づき分散補償量を可変する分散補償量可変手段と、
前記分散補償量の変化によるASE変動分を算出するASE変動分算出手段と、
前記ASE変動分を前記ASE補正値に反映して自動レベル制御に切替えるASE変動分反映手段を有する分散補償装置。 - 多重する波長数に応じた目標出力パワーとASE補正値で自動レベル制御を行い波長多重信号の出力パワーを一定とする波長分割多重伝送システムの分散補償装置において、
波長多重信号の出力パワーを一定とする自動ゲイン制御に切替えて多重する波長の増減設に基づき分散補償量を可変する分散補償量可変手段と、
前記分散補償量の変化によるASE変動分を算出するASE変動分算出手段と、
前記自動ゲイン制御にて前記多重する波長の増減設を行う波長増減設手段と、
前記ASE変動分を前記ASE補正値に反映して自動レベル制御に切替えるASE変動分反映手段を有する分散補償装置。 - 請求項5記載の分散補償装置において、
前記波長増減設手段で多重する波長の増減設を行ったのち、一定期間だけ自動レベル制御に切替え、その後自動ゲイン制御に切替える切替え手段を有する分散補償装置。 - 請求項6記載の分散補償装置において、
前記分散補償量可変手段で多重する波長の増減設に基づき分散補償量の可変を行ったのち、一定期間だけ自動レベル制御に切替え、その後自動ゲイン制御に切替える切替え手段を有する分散補償装置。 - 請求項5乃至8のいずれか記載の分散補償装置において、
前記波長の増減設を1波もしくは少数波長毎に段階的に行う分散補償装置。
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