JP5025503B2

JP5025503B2 - 分散補償装置

Info

Publication number: JP5025503B2
Application number: JP2008010619A
Authority: JP
Inventors: 宏彰新宅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-21
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-01-21
Also published as: JP2009177237A

Description

この発明は、長距離、大容量伝送を行う光伝送システムで起こる光信号の波形劣化の補償を行う分散補償装置に関するものである。

光ファイバ伝送路における波長分散は、外界の温度や応力などによって時間的に変動し、伝送される光信号に影響を及ぼす。光の伝搬時間は伝送路の波長分散特性により波長成分によって異なるため、矩形のパルス波形である光信号が光ファイバ伝送路を伝搬すると、伝送後の波形が時間軸上で広がったり圧縮したりするという劣化を引き起こす。特に、超高速光伝送システムにおいては、光ファイバ伝送路を伝送される光信号の波長分散に対する耐力が著しく低下するため、僅かな波長分散の変動によっても伝送信号品質が劣化する。そのため、超高速光伝送システムでは、光ファイバ伝送路の波長分散の変動に応じて随時適切な分散補償を行う必要がある。このような時間変動を伴う波長分散の補償を可能にする一つの方法として、自動分散補償技術が知られている。自動分散補償技術を用いた超高速光伝送システムの構築には、実装が容易で、かつ容易な制御手法の確立が不可欠である。

このような自動分散補償技術に用いられる可変分散補償器の制御方法としては、例えば、受信光信号の抽出クロック成分の大きさによる制御方法の提案がある（例えば特許文献１参照）。また、伝送されてきた光信号の誤りモニタ結果をもとに可変分散補償器の制御を行う方法（例えば特許文献２参照）、エラー率を算出し、そのエラー率が小さくなるように分散補償器を制御する技術（例えば特許文献３参）も提案されている。

光伝送路で起きる波長の分散値とＢＥＲ（Bit Error Rate：以下、「符号誤り率」と呼ぶ）の関係は一般的に図６のようになっている。例えば特許文献３に開示された、波長分散特性により発生する光信号の波形劣化を補償する制御方法の場合、最適な波長分散の補償量を見つけるために、図７のように符号誤り率が、ある閾値以下となるように波長分散の補償量を変動させ、設定した閾値以下に在る符号誤り率が最も少なくなる点に達成した時点の波長分散の補償量を最適値として設定し制御を終了する。あるいは符号誤り率が減少から増加へ転じた際の波長分散の補償量を最適値として設定し制御を終了する。

特開平１１−６８６５７号公報特開平９−３２６７５５号公報特開２００２−２０８８９２号公報

しかし、、波長分散補償器の特性、回線状況等により、分散値と符号誤り率の関係で、図８に示すような符号誤り率の極小値が発生するような状態が起こることがある。この場合、従来の制御方法だと、波長分散の補償量の掃引で最初に出会った符号誤り率の極小値を最適な分散補償点と勘違いして制御を終了してしまうことになる。つまり、図８のように、後に最適な分散補償点、すなわち符号誤り率が最小となる点が存在するにもかかわらず局所的に存在する符号誤り率の極小値の点に波長分散の補償量を設定して分散補償制御を終了してしまうため、真に最適な波長分散の補償量が得られないという問題がある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、局所的に符号誤り率の極小値の存在に拘わらず最小値を見つけだして真の最適な波長分散の補償量を算出して分散補償を行う分散補償装置を得ることを目的とする。

この発明に係る分散補償装置は、誤り訂正符号で符号化され、光ファイバ伝送路を伝送された光信号の誤り訂正符号による誤り訂正個数を検出する誤り検出手段と、誤り検出手段の前段に設けられ、波長分散の補償量を変更しながら光ファイバ伝送路の波長分散を補償する可変分散補償手段と、この可変分散補償手段に対して、誤り検出手段で検出された誤り訂正個数の変動に基づいて最適分散補償制御を行う制御手段を備えた分散補償装置において、制御手段は、初期設定時には、可変分散補償手段における波長分散の補償量を予め設定した範囲で掃引して、誤り検出手段で検出された誤り訂正個数を基に判断した符号誤り率が最も少なくなる点に波長分散の補償量を設定し、運用時には、誤り検出手段で検出された誤り訂正個数を基に判断した符号誤り率が予め設定した閾値Ａより大きくなった場合には波長分散の補償量を符号誤り率が減少する一方向に変化させて符号誤り率が閾値Ａ以下で最初に最も少なくなる点に再設定し、この再設定した符号誤り率がある閾値Ｂ（＜Ａ）以下であれば、波長分散の補償量を一方向と同じ方向へさらに変化させて符号誤り率が最小値となる点を閾値Ｂを超えない範囲で探索し、最小値となる点があった場合に当該点に波長分散の補償量を再々設定するものである。

この発明によれば、波長分散の補償量の掃引において、閾値Ａを達成する符号誤り率の極小値を見つけた後も、閾値Ｂまで符号誤り率が若干悪化するのを許容して現在の最適分散補償点の周辺探索を実行し、現在の分散補償点より良い点が無いかを探索する。すなわち、最適な分散補償点がある場合には、その前に存在する、波長分散補償器の特性、回線状況等に起因した局所的な符号誤り率の極小値で分散補償制御を終了させることなく探索を行って、真に最適な波長分散の補償量を設定するようにしたので、符号誤り率が真に最小となる状態での光通信を可能にする。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である分散補償装置の機能構成を示すブロック図である。
図１において、この分散補償装置は、可変分散補償器（可変分散補償手段）２、光受信器３、ＦＥＣ（Forward Error Correction）復号化器／符号誤り情報モニタ（誤り検出手段）４および制御回路（制御手段）５を備えている。
可変分散補償器２には、送信側から光ファイバ伝送路１を介して伝送されてきた光信号が入力される。この光信号は、送信側において、ＦＥＣ方式の誤り訂正符号で符号化した送信データにより光変調された信号である。可変分散補償器２は、入力された光信号に対して、後述する可変分散補償を行って光受信器３に出力する。光受信器３では、可変分散補償器２で補償された光信号を電気信号に変換し、周知の処理による識別再生を行い、識別後のフレーム信号をＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４に出力する。ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４では、ＦＥＣ復号化器機能により、誤り検出および前段で識別再生されたフレーム信号を分解し、クライアント信号について誤り検出および誤り訂正を行う。その際に、誤り情報モニタにより、ビットエラーカウント機能によって伝送誤り情報の一つである誤り訂正個数を取得して制御回路５に出力する。誤り訂正個数は、誤り訂正前の誤り個数に対応している。

制御回路５では、光受信器３、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４のそれぞれから制御に用いる誤り訂正個数の情報を収集し、それらの情報に基づいて可変分散補償器２は光ファイバ伝送路１の伝送距離を制限するパラメータを調整する。このことにより、光信号が光ファイバ伝送路１や可変分散補償器２の特性で受けた波長分散の逆特性（波長分散の補償量）を入力光信号に与えることにより、光信号が光ファイバ伝送路１の波長分散によって受けた波形歪みを補償する。
ここで、可変分散補償器２で作り出す波長分散の補償量は、光ファイバ伝送路１が有する波長分散に応じて自由に可変できるものである。その結果、光ファイバ伝送路１の波長分散が応力や環境温度変化などによって変化した場合でも、可変分散補償器２で作り出す逆特性の波長分散特性、すなわち波長分散の補償量を制御して最適な分散補償を可能にする。
なお、可変分散補償器２が調整する光ファイバ伝送路１の伝送距離を制限するパラメータとしては、光ファイバ伝送路の波長分散の他に、例えば偏波モード分散、偏波依存性損失、非線形光学、送信光信号の状態（信号レベル、消光比、チャーピング等）などが挙げられる。

次に、この実施の形態１による分散補償装置の動作について説明する。
上述したように、制御回路５には、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４で得られた誤り訂正個数が伝送誤り情報として入力されるが、この誤り訂正個数に基づいて伝送誤りが小さくなるように可変分散補償器２の波長分散の補償量を制御し、誤り訂正個数が規定値以下になった時点で可変分散補償器２が用いる波長分散の補償量を固定する。
図２は、制御回路５による可変分散補償器２に対する制御アルゴリズムを示すフローチャートで、図２（ａ）は制御回路５のメインルーチンである。また、図３は、この実施の形態１に係る分散補償量制御の方法を示す説明図である。
定常時において誤り率の小さな領域では、不必要に可変分散補償器２の波長分散の補償量を変化させて伝送誤りを増加させることがないように現状の符号誤り率を確認し（ステップＳＴ１）、閾値Ａ以下の誤り率であるかの判定を行う（ステップＳＴ２）。符号誤り率が所定の閾値Ａ以下の誤り率であればその設定値を維持する。

ステップＳＴ２において、現在の符号誤り率が閾値Ａより高くＦＥＣでの誤り訂正能力の限界を超えるような値である領域では、波長分散の補償量が大幅に適正値からずれていると考えられるため、図２（ｂ）に示す初期設定の処理を行う（ステップＳＴ５）。まず、可変分散補償器２が可変できる全補償量範囲を掃引し（ステップＳＴ４１）、符号誤り率が閾値Ａ以下となる点があるかどうかを判定する（ステップＳＴ４２）。符号誤り率が閾値Ａ以下で無ければ波長分散の補償量を掃引前の値に戻して処理を終了する（ステップＳＴ４３）。一方、ステップＳＴ４２において、符号誤り率が閾値Ａ以下となる点が発見できた場合、波長分散の補償量を符号誤り率が最小となる点に設定し（ステップＳＴ４４）、図２（ａ）のメインルーチンへ戻る。

次に、ステップＳＴ２において符号誤り率が閾値Ａ以下である場合、その誤り率がさらに設けた閾値Ｂ（＜Ａ）以下となる点が存在するかを判定する（ステップＳＴ３）。ＦＥＣ訂正能力の許容範囲内だが、符号誤り率が比較的高い領域であると判定された場合、すなわちＢ＜ＢＥＲ＜Ａにある場合、図２（ｃ）に示す運用制御を行う（ステップＳＴ４）。
運用制御（ステップＳＴ４）においては、波長分散の補償量の最適点を探索する際に、エラー訂正限界となるような符号誤り率の閾値を越えて、受信データでのエラー発生、さらにはサービス中断といった事態を起こさぬよう、波長分散の補償量の掃引に伴う符号誤り率の変化が悪化傾向となった場合は掃引を中止し、直前の、波長分散の補償量の地点を最適値とする。そのため、可変分散補償器２の波長分散の補償量をある方向へ移動させる（ステップＳＴ５１）。その結果、符号誤り率が改善されたかどうかを判定する（ステップＳＴ５２）。符号誤り率が減少している場合、ステップＳＴ５１に戻り、同じ方向へ波長分散の補償量を再び変化させ、より符号誤り率の低い点を探索する。また、ステップＳＴ５２で符号誤り率が増加したと判定された場合には、符号誤り率が、ある一定の閾値Ｂ以下に収まっているかの判定を行い（ステップＳＴ５３）、収まっていた場合、ステップＳＴ５１に戻り、引き続き同方向へ波長分散の補償量を変化させて符号誤り率の変化を見る。これにより、受信データでのエラー発生あるいはサービスの停止を起こさない範囲での符号誤り率の悪化（閾値Ｂとする）を許容して、符号誤り率が増加する傾向となる方向へも波長分散の補償量を変化させることで、局所的な符号誤り率の極小点にとらわれることなく、真の最適な分散補償点を発見でき、精度の良い分散補償を行うことができる。

一方、ステップＳＴ５３において、符号誤り率が閾値Ｂを超えたと判定された場合、分散補償量の変更方向の反転処理の有無を判定し（ステップＳＴ５４）、未だ反転処理をいていない場合には、可変分散補償器２の波長分散の補償量の変更方向を反転させ（ステップＳＴ５６）、再び前述のステップＳＴ５１〜ＳＴ５３の処理を行う。なお、ステップＳＴ５４において、１度反転も行った上で閾値Ｂ以下の範囲を探索したと判断された場合は、この運用制御の処理中で符号誤り率が最小となった点へ波長分散の補償量を設定して処理を終了する（ステップＳＴ５５）。
制御回路５は、ある閾値以下を達成した時点での掃引中止、あるいは符号誤り率が増加に転じた時点での掃引中止という従来のような処理は行わず、図３に示すように、エラーを発生させない範囲での符号誤り率の劣化を許容し、最適な分散補償点と思われる近傍を掃引することにより、局所的な符号誤り率の極小点にとらわれることなく、真に最適な分散補償点を発見できるようにしたので、精度の良い分散補償を行うことができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、制御回路（制御手段）５が、初期設定時に、可変分散補償器（可変分散補償手段）２における波長分散の補償量を予め設定した範囲で掃引して、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ（誤り検出手段）４で検出された誤り訂正個数を基に判断した符号誤り率が最も少なくなる点に波長分散の補償量を設定し、運用時には、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ（誤り検出手段）４で検出された誤り訂正個数を基に判断した符号誤り率が予め設定した閾値Ａ以上になった場合には波長分散の補償量を符号誤り率が減少する方向に変化させて符号誤り率が最初に最も少なくなる点に再設定し、その際にある閾値Ｂ（＜Ａ）以下であれば一時的な若干の符号誤り劣化を許容して、符号誤り率の極小値に陥ることなく符号誤り率が最小値となる点を探索し、最小値となる点があった場合に当該点に波長分散の補償量を再々設定するようにしている。したがって、最適な分散補償点がある場合には、その前にある局所的な符号誤り率の極小値で分散補償制御を終了させることなく探索を行って、真に最適な波長分散の補償量を設定するようにしたので、符号誤り率が真に最小となる状態での光通信を可能にする。また、インサービス中に光伝送路の分散値が変動した場合、最適な波長分散の補償量を求めて可変分散補償器が変動可能な波長分散の補償量の全範囲を掃引すると、最適な分散補償点の探索に時間がかかるほか、波長分散の補償量を変化させることによる符号誤り率の悪化により回線断等の影響が出てしまうが、この実施の形態１の場合は、最適な分散補償点と思われる近傍を掃引するので探索時間や回線断に影響を及ぼすことは回避できる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２である分散補償装置の機能構成を示すブロック図である。
この実施の形態２は、１本のファイバケーブル２１に異なる波長の光信号を重ねて伝送する光多重伝送システム、いわゆるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing；波長分割多重）システムに上記実施の形態１の構成を適用したものである。ＷＤＭ通信システムは送信側の光合波器１２と受信側光分波器６は光ファイバで結ばれている。
周知のように、ｎ個のチャネルの情報は、それぞれ対応するＦＥＣ符号化器１０₁ ，…，１０_n でＦＥＣ符号化され、それぞれ対応する光通信機１１₁ ，…，１１_n に与えられて異なる波長の光信号に変換される。光合波器１２は、光通信機１１₁ ，…，１２_n で変換された各チャネルの光信号を合波して波長多重光信号を生成し、光ファイバ２１に入力して受信側に光伝送する。受信側の光分波器６では、光ファイバ２１から受信した波長多重光信号を各チャネルの波長の光信号に分波して取り出し、それぞれ対応するチャネルの可変分散補償器（可変分散補償手段）２₁ ，…，２_n に入力する。各チャネルにおいて、光受信器３₁ ，…，３_n 、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ（誤り検出手段）４₁ ，…，４_n の動作は実施の形態１のものと同様である。

可変分散補償器２₁ ，…，２_n の分散補償量を制御する制御回路（制御手段）５は各チャネルで共用できるように設けられている。制御回路５では、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４₁ ，…，４_n から得られる誤り訂正個数の情報を用いて、より伝送誤りが小さくなるように、実施の形態１と同様な方法により、各可変分散補償器２₁ ，…，２_n を制御する。この場合の制御では、例えば、初期設定時には、最適化制御を行う可変分散補償器２₁ ，…，２_n を順次切り替えるようにし、該当するチャネルの誤り訂正個数に基づいてそれぞれ対応する可変分散補償器の設定を行うようにする。一方、サービス運用時には、すべてのチャネルについて誤り訂正個数をＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４₁ ，…，４_n で常時モニタし、再設定動作開始閾値を超える符号誤り率が発生したチャネルに対応する可変分散補償器について、実施の形態１と同様な方法で波長分散の補償量の最適制御を行うようにする。また、複数のチャネルの誤り率が同時に再設定動作開始閾値を超えた場合には、符号誤り率のより高いチャネルに対応する可変分散補償器について優先的に最適制御を行うようにする。
なお、上記動作において、制御回路５が行っている制御対象とするチャネルの選択処理は、例えば特許文献３に開示されている例などを用いて行えばよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、ＷＤＭシステムについても、各波長のチャネルにそれぞれ対応させて可変分散補償器２₁ ，…，２_n を設け、一つの制御回路５により、各可変分散補償器の波長分散の補償量を、ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４₁ ，…，４_n の各々の伝送誤り情報に基づいて一括して行うようにしたので、各チャネルの波長分散および偏波分散に伴う波形劣化を自動的に補償可能となる。これにより、分散補償部分のサイズおよびコストを大幅に軽減できるようになる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３である分散補償装置の機能構成を示すブロック図である。
この実施の形態３では、上記実施の形態１で述べた構成に加え、光伝送システムの送信側にも可変波長分散補償器（第２の可変分散補償手段）２２と制御回路（第２の制御手段）２５を設けている。
受信側のＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４で得られる誤り訂正個数の情報は、実施の形態１で説明した制御回路５に与えられるが、さらに監視制御系を介して伝送され、送信側の制御回路２５にも与えられる。可変分散補償器２２の波長分散の補償量は、受信側のＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ４から送られてくる誤り訂正個数の情報に従い受信側の分散補償状態に応じて随時制御される。この場合の制御回路２５による可変分散補償器２２の波長分散の補償量の制御方法は、実施の形態１で述べた受信側の制御回路５と同様な方法で行われる。
この光伝送システムの場合は、受信側の可変分散補償器２における波長分散の補償量との組み合わせにより光波形の劣化が最も小さくなるように、送信側の光送信機１１の出力段に設けられた可変分散補償器２２の波長分散の補償量が設定される。

以上のように、この実施の形態３によれば、波長分散に伴う光信号波形の劣化が、受信側だけでなく送信側でも補償できるようにしたことで、より広い範囲の分散補償が可能になる。
なお、この実施の形態３では、単一波長の光信号が伝送される光伝送システムに適用した例について示したが、実施の形態２に挙げたＷＤＭ伝送システムの例で、送信側にも制御回路２５と各チャネルの可変分散補償器を設け、制御回路２５によりそれぞれの可変分散補償器の波長分散の補償量を実施の形態２と同様に一括制御するようにしてもよい。

この発明の実施の形態１である分散補償装置の機能構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る制御回路による分散補償器に対する制御アルゴリズムを示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係る分散補償量制御の方法を示す説明図である。この発明の実施の形態２である分散補償装置の機能構成を表すブロック図である。この発明の実施の形態３である分散補償装置の機能構成を表すブロック図である。残留分散値に対する符号誤り率の関係を表す説明図である。符号誤り率を利用して分散補償の最適化を行う従来の方法を示す説明図である。極小値を持つ場合の分散値と符号誤り率の関係を示す説明図である。

符号の説明

１，２１光ファイバ伝送路、２，２₁ ，…，２_n 可変分散補償器、３，３₁ ，…，３_n 光受信器、４，４₁ ，…，４_n ＦＥＣ復号化器／符号誤り情報モニタ、５，２５制御回路、６光分波器、１０，１０₁ ，…，１０_n，ＦＥＣ符号化器、１１，１１₁ ，…，１１_n 光送信機、１２光合波器。

Claims

誤り訂正符号で符号化され、光ファイバ伝送路を伝送された光信号の誤り訂正符号による誤り訂正個数を検出する誤り検出手段と、
前記誤り検出手段の前段に設けられ、波長分散の補償量を変更しながら前記光ファイバ伝送路の波長分散を補償する可変分散補償手段と、
前記可変分散補償手段に対して、前記誤り検出手段で検出された誤り訂正個数の変動に基づいて最適分散補償制御を行う制御手段を備えた分散補償装置において、
前記制御手段は、
初期設定時には、前記可変分散補償手段における波長分散の補償量を予め設定した範囲で掃引して、前記誤り検出手段で検出された誤り訂正個数を基に判断した誤り符号率が最も少なくなる点に波長分散の補償量を設定し、
運用時には、前記誤り検出手段で検出された誤り訂正個数を基に判断した符号誤り率が予め設定した閾値Ａより大きくなった場合には波長分散の補償量を符号誤り率が減少する一方向に変化させて符号誤り率が前記閾値Ａ以下で最初に最も少なくなる点に再設定し、この再設定した符号誤り率がある閾値Ｂ（＜Ａ）以下であれば、波長分散の補償量を前記一方向と同じ方向へさらに変化させて符号誤り率が最小値となる点を閾値Ｂを超えない範囲で探索し、最小値となる点があった場合に当該点に波長分散の補償量を再々設定することを特徴とする分散補償装置。
光ファイバ伝送路を介して入力される光信号が、波長の異なる複数のチャネル光を含んだ波長多重光信号である場合、制御手段は、分波された各チャネルの波長の光信号にそれぞれ対応して設けられた可変分散補償手段の波長分散の補償量の制御を一括して行うことを特徴とする請求項１記載の分散補償装置。
光伝送システムの送信側の光送信機の出力段に設けられ、波長分散の補償量を変更しながら光ファイバ伝送路の波長分散を補償する第２の可変分散補償手段と、
前記光送信機の出力側に設けられ、誤り検出手段から監視制御系を介して伝送された誤り訂正個数の変動に基づいて、受信側の制御手段と同様な方法により前記第２の可変分散補償手段に対して最適分散補償制御を行う第２の制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の分散補償装置。