JP4526705B2 - 波長分散等化方法と装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は光通信システムにおける分散量最適化に関するものである。
インターネット、画像通信等の普及に対応するため、光通信の大容量化が望まれている。そのひとつの方法として、伝送速度の高速化がある。現在、１０Ｇｂ／ｓ光通信システムが実用化されており、４０Ｇｂ／ｓ光通信システムが研究されている。本発明は、高速光通信システムにおける分散量制御に関するものである。
背景技術
光ファイバ中を通過する光の速度は波長（周波数）により微妙に異なる（波長分散と呼ぶ。）。光パルスには複数の周波数成分が含まれており、波長分散が存在すると、それぞれの周波数成分の伝送速度が異なるため、その分散量（分散×距離）に応じて伝送波形が歪んでくる。そのため、伝送可能な分散量に限界が存在し、その値は１／（伝送速度）^２に比例し、伝送速度が上昇するほど小さくなる。波長分散は零分散波長で最小となるが波長分散が大きい波長を使用する場合は、逆の分散特性をもつ分散補償器を挿入し、合計の分散量を低減するシステム構成が採用されている。
システム運用中にも分散量の変化が存在する。ファイバの零分散波長に温度依存性があるため、分散値はファイバの敷設環境条件によって変わり、また、使用する送信器のレーザ波長の経時変動で変わる。
１０Ｇｂ／ｓシステムでは許容分散量が大きいため、分散補償器の補償量は初期設定をすれば固定でも問題なかったが、４０Ｇｂ／ｓシステムでは分散耐力が３０ｐｓ／ｎｍと報告されており、非常に小さい（大井他、１９９７年信学会総大Ｂ−１０−１６５）。このため、運用中でも分散量を調整する必要がある。
たとえば、送信波長の経年変動を±１ｎｍ（幅２ｎｍ）、ＳＭＦ（シングルモードファイバ）の零分散波長の温度依存性を０．０３ｎｍ／℃、ファイバ伝送路の周囲温度変化を５０℃、伝送距離１００ｋｍ、分散スロープ０．０７ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍとすると、（２＋０．０３×５０）×０．０７×１００＝２５ｐｓ／ｎｍ分散量が変動する。
Ａ．Ｓａｎｏ ｅｔ ａｌ．，ＥＣＯＣ’９６ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔｓ Ｔｕｄ．３．５では、運用中でも分散量が最適になるように、クロック成分の大きさをモニタする方法が提案されている。
クロック成分の大きさをモニタすることによって分散量が最適かどうかを判断する手法は信号波形の形状に依存するため、ＳＰＭ等の非線形現象により波形が歪んだ場合や送信波形形状のばらつきにより、対応できない可能性がある。
発明の開示
したがって本発明の目的は、運用中に伝送路の分散値を最適に設定するための方法と装置を提供することにある。
本発明によれば、信号を伝送路符号としての誤り訂正符号で符号化し、符号化された信号を伝送路上に送出し、該伝送路の波長分散に対して摂動を与え、該伝送路上で伝送された信号を受信し、受信された信号を復号することによって誤りを検出しかつ訂正し、誤りの発生がないか少ない方向に摂動の中心を変更する各ステップを具備する波長分散等化方法が提供される。
本発明によれば、信号を伝送路符号としての誤り訂正符号で符号化する符号化器と、符号化された信号を伝送路上に送出する送信器と、該伝送路の波長分散に対して摂動を与える手段と、該伝送路上で伝送された信号を受信する受信器と、受信された信号を復号することによって誤りを検出しかつ訂正する復号器と、誤りの発生がないか少ない方向に摂動の中心を変更する制御器とを具備する波長分散等化装置もまた提供される。
発明を実施するための最良の形態
図１は本発明の一実施例を示すブロック図である。送信側において、送信すべきデータが符号化器１０により伝送路符号化される。本発明において、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９７５に記述される、リード・ソロモン符号のような誤り検出および訂正能力を持つ符号が伝送路符号として採用される。特願平４−２３１０６７号に開示された、伝送速度の上昇を伴わない誤り訂正符号も適用可能である。符号化器１０の出力は光送信器１２において光信号に変換され、伝送路１４へ送出される。伝送路１４に直列に可変分散補償器１６が挿入される。可変分散補償器としては、特願平９−２２４０５６号の図１９〜図２２に示されるものが使用できる。
光受信器１８は受信した光信号を電気信号に変換する。復号器２０は受信信号中の誤りを検出しかつ訂正する。
制御回路２２は、可変分散補償器１６の補償分散量を図２に示すように矩形波状に変化させて、分散量に増加させる方向の摂動と減少させる方向の摂動とを交互に与える。そして、誤りが発生したらそのときの摂動の方向とは逆の方向へ摂動の中心を移動させる。例えば図２に示すように分散量を減少させる方向の摂動が与えられている時刻（ａ）において誤りが発生したら、摂動の中心を（ｃ）から（ｄ）に移動させる。逆に分散量を増加させる方向の摂動が与えられている時刻（ｂ）において誤りが発生したら、摂動の中心を（ｃ）から（ｅ）へと移動させる。
長時間でみると、図３に示すように誤り率は分散量の最適値で最小となり、それをはさんで誤り率が増加するから、上記のような制御をすることにより、分散量を最適値に制御することができる。なお発生した誤りは復号器２０において正しく訂正される。
誤りが発生するごとに摂動の中心を移動させる代わりに、それぞれの方向の摂動が与えられているときに発生する誤りをそれぞれカウントし、誤りの発生回数が少ない方向へ摂動の中心を移動させるようにしても良い。
図４は後者の場合の制御回路２２の詳細な構成を示す。図１と同一の構成要素には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
スイッチ３０は発振器３２が出力する矩形波によって制御され、復号器２０において検出された誤りをカウンタ３４または３６へ交互に通知する。カウンタ３４，３６は通知された誤りの回数をカウントする。比較器３８はカウンタ３４，３６のカウント値を比較し結果を中心値設定部４０に通知する。中心値設定部４０は比較器３８の比較結果に応じて摂動の中心値を変更する。加算部４２は中心値設定部４０の出力に発振器３２が出力する矩形波を加算して分散量制御信号として可変分散補償器１６に与える。
図５に示すように、可変分散補償器１６に代えて分散量が固定の分散補償器４４を使用し、信号光の波長を変えて分散量を変えるようにしても良い。
図６は本発明の第２の実施例を示す。本実施例においては、伝送路の波長分散の最適化に加えて、それと同様な制御により光受信器１８における識別位相と識別電圧が時分割で最適化される。図４と同一の構成要素には同一の参照番号を付してその説明を省略する。
セレクタ４６は比較器３８における比較結果を中心値設定部４０だけでなく中心値設定部４８および５０にも時分割で通知する。中心値設定部４８，５０および加算部５２，５４はそれぞれ中心値設定部４０および加算部５２と同一の構成を有しているが、加算部５２の出力は識別位相の制御電圧として光受信器１８へ与えられ、加算部５４の出力は識別電圧として光受信器１８へ与えられる。
セレクタ５６はセレクタ４６と同期して制御される。すなわち、中心値設定部４０へ比較器３８の識別結果が与えられているときは加算部４２へ発振器３２からの矩形波電圧が供給されて分散補償量に対して摂動が与えられる。中心値設定部４８へ比較器３８の識別結果が与えられるようにセレクタ４６が切り換わるとそれに同期してセレクタ５６も切り換わって加算部５２へ矩形波電圧が供給されて識別位相に対して摂動が与えられる。このとき加算部４２へは矩形波電圧が供給されないので加算部４２からは摂動の中心値が出力される。比較器３８の識別結果が中心値設定部５０へ与えられるようにセレクタ４６が切り換わるとそれに同期してセレクタ５６も切り換わって加算部５４へ矩形波電圧が供給されて識別電圧に対して摂動が与えられる。このとき加算部５２からは摂動の中心値が出力される。
図７に図６の光受信器１８の構成の詳細を示す。受信した光信号は光検出器５８で電気信号に変換され増幅器６０で増幅される。増幅器６０の２つの出力の一方は識別回路６２へ入力されて識別される。非線形抽出回路６４は増幅器６０の出力の他方から非線形抽出によりクロック成分を発生させる。非線形抽出回路６４で抽出したクロック成分は帯域通過フィルタ６６を経て可変移相器６８で位相が調節されて識別回路６２へ識別のタイミングを与えるクロック信号として供給される。
可変移相器６８へは移相量を制御するための信号として加算器５２（図６）の出力が供給される。識別回路６２へは識別の閾値として加算器５４（図６）の出力が供給される。
図８は図４の制御回路２２をコンピュータ及びそのためのソフトウェアで実現したときの動作を示すフローチャートである。
図８において、まず、以下の（１）〜（３）のいずれかの方法により初期設定が実施される（ステップ１０００）。
（１）可変分散補償器１６の分散量を所定のステップ幅（たとえば４０Ｇｂ／ｓで５〜１０ｐｓ程度）で全可変範囲を掃引し、各ステップ毎に誤り率を測定し（測定時間はたとえば１秒間）、符号誤り率が最小であった分散量に可変分散補償器１６の分散量を設定する。
（２）（１）で符号誤り率を測定する代わりに、光受信器１８において光信号から抽出されるクロック成分を測定し、その量が最大となる分散量に可変分散補償器１６の分散量を設定する。
（３）システム立ち上げ者が光通信、符号誤り率またはクロック成分を監視しながら、良好な光通信、符号誤り率特性、または最大クロック成分が得られる分散量に可変分散補償器１６の分散量を設定する。
次に、可変分散補償器１６の分散量ＤＢをΔＤだけ増加して（ステップ１００２）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしＮ１とする（ステップ１００４）。さらに、ＤＢをΔＤだけ減少して（ステップ１００６）、Δｔ秒間誤り数をカウントしＮ２とする（ステップ１００８）。Ｎ１とＮ２を比較し（ステップ１０１０）、Ｎ１がＮ２より大であればＤＢをＤＢ−Ｄ１に変更して（ステップ１０１２）ステップ１００２へ戻る。Ｎ１がＮ２より小さければＤＢをＤＢ＋Ｄ１に変更して（ステップ１０１４）、ステップ１００２へ戻る。Ｎ１とＮ２が実質的に等しければ、ＤＢは変更せずにステップ１００２へ戻る。
ここで、Δｔは例えば１０ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃであり、１ｓｅｃよりも長くても良いが最適値が変化したときに安定状態に達するまでの時間が長くなる。Ｄ１は目標とする誤り率における分散トレランスよりも小さい値である。たとえば、４０Ｇｂ／ｓでＢＥＲ（誤り率）＝１０^−５以下を想定した場合に０．５〜２ｐｓ／ｎｍが適切である。ΔＤはＤ１とほぼ同程度の値とする。
上記では、Ｄ１，ΔＤの値は一定であったが、誤り数の測定値に応じてＤ１またはＤ１とΔＤを変えるようにしても良い。誤り数が多い場合、Ｄ１，ΔＤを大きくし、誤り数が小さい場合は小さくする。これにより、最適値への収束速度が改善される。一例として、Ｅ＝誤り数／時間とするとき、１０^３＜Ｅ≦１０^７でＤ１＝５ｐｓ／ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、８０ｐｓ／ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）程度とし、１＜Ｅ≦１０^３でＤ１＝２ｐｓ／ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、３０ｐｓ／ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）程度とし、Ｅ≦１でＤ１＝０．５ｐｓ／ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、１０ｐｓ／ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）程度とする。
また、単位時間当たりの誤り数（誤り率）が小さい場合にΔｔを増加させるといったように誤り率に応じてΔｔを変化させても良い。この場合にΔｔに上限を設けることが好ましい。例えば、１０^−５≦ＢＥＲでΔｔ＝１０ｍｓｅｃ、１０^−９≦ＢＥＲ＜１０^−５でΔｔ＝１００ｍｓｅｃとし、１０^−１２≦ＢＥＲ＜１０^−９でΔｔ＝１ｓｅｃとし、ＢＥＲ＜１０^−１２でｔ＝１０ｓｅｃとする。さらに前記のＤ１，ΔＤの値を変化させる手法と組み合わせることもできる。
図９は図１−３を参照して説明した制御回路２２をコンピュータおよびそのためのソフトウェアで実現したときの動作のフローチャートである。誤りの発生頻度が小さい場合にこの手法を適用することができる。
図９において、ステップ１１００の初期設定は図８のステップ１０００の初期設定と同じである。ステップ１１０２において、可変分散補償器１６の分散量ＤＢをΔＤだけ増加し、Δｔ秒間誤りを監理する（ステップ１１０４）。Δｔ秒間に誤りが発生したら（ステップ１１０６）、ＤＢをＤＢ−Ｄ１に変更してステップ１１０２へ戻る。次に、ＤＢをΔＤだけ減少して（ステップ１１１０）Δｔ秒間誤りを監視し（ステップ１１１２）、誤りが発生したら（ステップ１１１４）、ＤＢをＤＢ＋Ｄ１に変更してステップ１１０２へ戻る。
この場合にも、誤り率に応じてΔｔを変化させΔｔに上限を設けても良い。例えば、１０^−１０≦ＢＥＲ＜１０^−７でΔｔ＝１μｓｅｃ、１０^−１１≦ＢＥＲ＜１０^−１０でΔｔ＝１０ｍｓｅｃ、１０^−１２≦ＢＥＲ＜１０^−１１でΔｔ＝１００ｍｓｅｃ、ＢＥＲ≦１０^−１２でΔｔ＝１ｓｅｃとする。なおＢＥＲ≧１０^−７のときはこの手法は適用できない。
図１０は図５の制御回路２２をコンピュータおよびそのためのソフトウェアで実現したときの動作を示すフローチャートである。ＤＢが波長λＢに、ΔＤがΔλに、Ｄ１がΔλ１に置き換わっただけで、本質的に図８の処理と同一である。Δλ１としては、たとえば、４０Ｇｂ／ｓで８０ｋｍ伝送、二次分散係数を０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ、ＢＥＲ＝１０^−１５以下を想定したとき、分散量０．５〜２ｐｓ／ｎｍに対応する値として、０．１〜０．５ｎｍである。
誤り数が高いとΔλ１，Δλを大きくし、誤り数が小さいとき小さくするというように、誤り数に応じてΔλ１またはΔλ１とΔλを変えるようにすれば最適値への収束速度が改善される。例えば、上記の条件下で、１０^３＜Ｅ≦１０^７のときΔλ１＝１．２５ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、２０ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）、１＜Ｅ≦１０^３でΔλ１＝０．５ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、７．５ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）、Ｅ≦１でΔλ１＝０．１３ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、２．５ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）とする。
誤り率が小さいときΔｔを大きくするといったように、誤り率に応じてΔｔを変化させ、また、それに上限を設けても良い。例えば、１０^−５≦ＢＥＲでΔｔ＝１０ｍｓｅｃ、１０^−９≦ＢＥＲ＜１０^−５でΔｔ＝１００ｍｓｅｃ、１０^−１２≦ＢＥＲ＜１０^−９でｔ＝１ｓｅｃ、ＢＥＲ＜１０^−１２でｔ＝１０ｓｅｃとする。さらに、前記のΔλ１，Δλを変える手法と組み合わせても良い。
図１１は図６の制御をコンピュータおよびそのためのソフトウェアで実現したときの動作のフローチャートである。
ステップ１３００の初期設定において、前述の初期設定方法（１）〜（３）のいずれかに従って分散量が設定される。識別位相および識別電圧については、例えば、識別位相は１シンボルの期間の中央になるように、識別電圧は波形振幅の中心に設定される。
次に、図１２にその詳細が示される分散量ＤＢの調整（ステップ１３０２）、図１３にその詳細が示される識別位相φの調整（ステップ１３０４）、および図１４にその詳細が示される識別電圧Ｖｔｈの調整（ステップ１３０６）が繰り返し実行される。
図１２はＤＢの調整の詳細を示す。図１２において、パラメータｋを用いて、以下の処理がｘ回繰り返される。ＤＢをΔＤだけ増加して（ステップ１４０２）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしてＮ１とする（ステップ１４０４）。さらに、ＤＢをΔＤだけ減少して（ステップ１４０６）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしてＮ２とする（ステップ１４０８）、Ｎ１とＮ２を比較し（ステップ１４１０）、Ｎ１がＮ２より大であればＤＢをＤＢ−Ｄ１に変更する（ステップ１４１２）。Ｎ１がＮ２より小さければＤＢをＤＢ＋Ｄ１に変更する（ステップ１４１４）。Ｎ１とＮ２が実質的に等しければＤＢは変更されない。
図１３はφの調整の詳細を示す。図１３において、パラメータｋを用いて、以下の処理がｙ回繰り返される。φとをΔφだけ増加して（ステップ１５０２）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしてＮ１とする（ステップ１５０４）。さらに、φをΔφだけ減少して（ステップ１５０６）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしてＮ２とする（ステップ１５０８）。Ｎ１とＮ２を比較し（ステップ１５１０）、Ｎ１がＮ２より大であればφをφ−φ１に変更する（ステップ１５１２）。Ｎ１がＮ２より小さければφをφ＋φ１に変更する（ステップ１５１４）。Ｎ１とＮ２が実質的に等しければφは変更されない。
図１４はＶｔｈの調整の詳細を示す。図１４において、パラメータｋを用いて、以下の処理がｚ回繰り返される。ＶｔｈをΔＶだけ増加して（ステップ１６０２）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしてＮ１とする（ステップ１６０４）。さらに、ＶｔｈをΔＶだけ減少して（ステップ１６０６）、Δｔ秒間だけ誤り数をカウントしてＮ２とする（ステップ１６０８）。Ｎ１とＮ２を比較し（ステップ１６１０）、Ｎ１がＮ２より大であればＶｔｈをＶｔｈ−Ｖ１に変更する（ステップ１６１２）。Ｎ１がＮ２より小さければＶｔｈをＶｔｈ＋Ｖ１に変更する（ステップ１６１４）。Ｎ１とＮ２が実質的に等しければＶｔｈは変更されない。 Δｔは１０ｍｓｅｃ〜１ｓｅｃであり１ｓｅｃ以上でも問題ないが安定するまでに時間がかかる。Ｄ１は目標とする誤り率での分散トレランスよりも小さい値であり、例えば、４０Ｇｂ／ｓでＢＥＲ＝１０^−５以下を想定した場合、０．５〜２ｐｓ／ｎｍである。ΔＤはＤ１とほぼ同程度の値である。φ１は１．８〜３．６度が望ましく、Δφはφ１と同程度とする。Ｖ１は振幅電圧／１００〜振幅電圧／２００が望ましく、ΔＶはＶ１と同程度とする。ｘ，ｙ，ｚは１以上の整数である。
誤り数が多いときＤ１，ΔＤ，φ１，Δφ，ΔＶ，Ｖ１を大きくし、小さいとき小さくするというように、、誤り数に応じてＤ１またはＤ１とΔＤ、φ１またはφ１とΔφ、Ｖ１またはＶ１とΔＶを変えるようにしてもよい。これにより収束速度が改善される。例えば、１０^３＜Ｅ≦１０^７においてＤ１＝５ｐｓ／ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、８０ｐｓ／ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）程度、φ１＝２０度、Ｖ１＝振幅／５０とし、１＜Ｅ≦１０^３においてＤ１＝２ｐｓ／ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、３０ｐｓ／ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）程度、φ１＝１０度、Ｖ１＝振幅／１０とし、Ｅ≦１において、Ｄ１＝０．５ｐｓ／ｎｍ（４０Ｇｂ／ｓ）、１０ｐｓ／ｎｍ（１０Ｇｂ／ｓ）程度、φ１＝３度、Ｖ１＝振幅／２００とする。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施例を示すブロック図である。
図２は図１のシステムの動作を示す波形図である。
図３は符号誤り率と分散補償量の関係を示すグラフである。
図４は図１の制御回路２２の詳細な構成の一例を示すブロック図である。
図５は図４のシステムの一変形を示すブロック図である。
図６は本発明の第２の実施例を示すブロック図である。
図７は図６の光受信器１８の詳細な構成を示す回路ブロック図である。
図８は図４の制御をソフトウェアで実現したときの動作のフローチャートである。
図９は図１の制御をソフトウェアで実現したときの動作のフローチャートである。
図１０は図５の制御をソフトウェアで実現したときの動作のフローチャートである。
図１１は図６の制御をソフトウェアで実現したときの動作のフローチャートである。
図１２は図１１のＤＢの調整のフローチャートである。
図１３は図１１のφの調整のフローチャートである。
図１４は図１１のＶｔｈの調整のフローチャートである。

Claims (10)

1. 運用中の光伝送路の波長分散を補償する方法であって、
   （ａ）信号を伝送路符号としての誤り訂正符号で符号化し、
   （ｂ）符号化された信号を伝送路上に送出し、
   （ｃ）該伝送路の波長分散に対して分散量を増加させる方向の摂動と減少させる方向の摂動であって、前記誤り訂正符号による訂正が可能な程度の誤りを生ずる摂動を交互に与え、
   （ｄ）該伝送路上で伝送された信号を受信し、
   （ｅ）受信された信号を復号することによって誤りを検出しかつ訂正し、
   （ｆ）誤りの発生がないか少ない方向に摂動の中心を変更する各ステップを具備する波長分散等化方法。
2. ステップ（ｃ）において、伝送路に挿入された可変分散補償器の分散量を変更することによって伝送路の波長分散に対して摂動が与えられる請求項１記載の方法。
3. ステップ（ｃ）において、信号波長を変更することによって伝送路の波長分散に対して摂動が与えられる請求項１記載の方法。
4. ステップ（ｃ）において、受信信号の識別位相に対してさらに摂動が与えられる請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. ステップ（ｃ）において、受信信号の識別レベルに対してさらに摂動が与えられる請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 運用中の光伝送路の波長分散を補償する装置であって、
   信号を伝送路符号としての誤り訂正符号で符号化する符号化器と、
   符号化された信号を伝送路上に送出する送信器と、
   該伝送路の波長分散に対して分散量を増加させる方向の摂動と減少させる方向の摂動であって、前記誤り訂正符号による訂正が可能な程度の誤りを生ずる摂動を交互に与える手段と、
   該伝送路上で伝送された信号を受信する受信器と、
   受信された信号を復号することによって誤りを検出しかつ訂正する復号器と、
   誤りの発生がないか少ない方向に摂動の中心を変更する制御器とを具備する波長分散等化装置。
7. 前記摂動を与える手段は、伝送路に挿入された可変分散補償器の分散量を変更することによって伝送路の波長分散に対して摂動を与える請求項６記載の装置。
8. 前記摂動を与える手段は信号波長を変更することによって伝送路の波長分散に対して摂動を与える請求項６記載の装置。
9. 前記摂動を与える手段は、受信信号の識別位相に対してさらに摂動を与える請求項６〜８のいずれかに記載の装置。
10. 前記摂動を与える手段は、受信信号の識別レベルに対してさらに摂動を与える請求項６〜９のいずれかに記載の装置。

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