JPWO2010050124A1 - 光受信機 - Google Patents
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Abstract
長距離高速WDM/OADMシステムにおける光受信機において、安価な構成で、かつ高いSNR条件化でも高精度で制御可能な可変分散補償器の制御手法を提供する。信号受信特性データ(符号誤り率、クロック抽出可否結果、フレーム同期可否結果)を取得し、分散補償器の最適分散補償量を導出する。これらの信号受信特性データが高SNRに起因して飽和し、所望の分散制御精度が得られない場合には、アンプまたは可変光アッテネータの出力レベルを制御することにより、フォトダイオードの入力レベルを低下させ、受信SNRを劣化させた状態にて、信号受信特性データを取得し、分散補償器の最適分散補償量を再導出する。
Description
本発明は光受信機に係り、特に可変分散補償器を搭載した光受信機に関する。
インターネットに代表されるデータ通信の普及により、アクセス網からメトロ網、コア網にいたるまで、通信回線の光化(光ファイバ化)が爆発的に進められている。今日のファイバ通信では、波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)技術が普遍的な技術となっている。また、大容量かつ超長距離の通信を実現するために、波長多重の多チャネル化の競争も激化している。また、伝送容量の大容量化には、チャネル数の増大とともに、個々のチャネルの高速化も重要な課題である。現在、個々のチャネルの最大伝送速度としては10Gbit/sが普及しているが、伝送速度を4倍に高めた40Gbit/sの送受信機も導入が開始されている。
しかしながら、光ファイバ通信においては、光ファイバ中の波長分散という特性によって、光波形が劣化し、伝送速度や伝送距離が制限されてしまう。波長分散(以下、分散と称する)とは、光ファイバ中で信号が伝播する群速度の波長依存性のことである。一般に、光信号は、非常に狭いスペクトル幅を有している。このため光信号は、単一波長光と称されることも多い。しかし、光信号は、厳密には有限なスペクトル広がりを持ち、波長成分を持っている。したがって、分散値がゼロでない場合、つまり、光の伝播速度(群速度)の波長依存性が無視できない場合には、単一光のなかでも、光ファイバ中をゆっくり進む成分と早く進む成分が現れる。すなわち、分散により、ファイバ伝送とともに、光信号波形は、徐々に広がっていく。この結果、光信号は、ファイバ伝送後には波形歪みが発生して受信特性が劣化する。分散の量は、ファイバ長に比例するので、結果として、伝送距離が制限される。
分散量は、光ファイバの種類や距離に依存する。数値で説明すると、敷設済み光ファイバとして最も一般的な通常分散ファイバ(SMF:Single Mode Fiber)の場合、分散量は、およそ17ps/nm/kmである。10Gbit/sの伝送システムでは、光信号の分散耐力は1000ps/nm程度である。したがって、SMFの場合、伝送路長が60km以上となると、伝送システムは、波形歪みの影響で受信が不可能となってしまう。分散の影響は、信号ビットレートの2乗に反比例する。つまり、40Gbit/sの伝送システムでは、前述の値の1/16となってしまい、分散への対策無しには数kmの伝送しか達成できなくなってしまう。
分散による波形歪みの影響を回避する手法としては、分散補償器の適用が一般的である。分散補償器は、伝送路の光ファイバの分散特性と逆符号の分散特性を持つ光デバイスである。この分散補償器によって、光ファイバ中の分散を打ち消して、分散による波形歪みを抑制することが可能となる。分散補償器としては、分散補償ファイバ(DCF:Dispersion Compensation Fiber)が最も使用されている。分散補償ファイバは、ファイバの材料と構造に工夫を加えることにより、伝送路の光ファイバと逆の分散特性を保持させた光ファイバである。分散補償器には、ある特定波長での分散を打ち消すタイプの他に、伝送路の光ファイバの分散波長依存性(分散スロープ)をも打ち消すようなタイプもある。また、DCFの分散補償量は、DCFの長さによって決定される。したがって、一旦長さを決定してファイバ長を固定すると、分散の補償量も固定となる。こうした分散補償器は、分散補償量が固定という意味で、固定分散補償器と称される。
固定分散補償器は、前述のDCFのほか、ファイバグレーティングも一般的である。ファイバグレーティングは、光ファイバに紫外線を照射して、光ファイバ内部に光の波長オーダでの屈折率変化構造を形成したものである。ファイバグレーティングは、屈折率変化構造がグレーティング(回折格子)のように振る舞い、特定波長において反射ミラーとして作用する。この屈折率変化構造を、光ファイバの軸方向に対して周期が狭く(あるいは広く)なっていくように形成する。この結果、ファイバグレーティングは、波長毎に反射時の遅延量を調整可能となる。従って、適切にこの周期を設計することより、ファイバグレーティングは、伝送路の光ファイバの分散特性を打ち消すことが可能となる。こうした、分散補償可能なファイバグレーティングは、チャープトファイバグレーティング(CFBG:Chirped Fiber Grating)と称される。
しかしながら、40Gbit/sシステムのような超高速伝送においては、前述のように分散耐力が65ps/nm未満と非常に狭い。このため、固定分散補償器では、伝送ファイバの長さに応じた細かい調整が困難である。また、WDMシステムを考えた場合には、分散補償量のみならず、分散スロープを考慮する必要がある。ここで、分散スロープは、分散補償量自身の波長依存性である。換言すれば、分散補償量の波長依存性は、WDM信号中での信号波長毎の分散量の違いである。このように波長毎に補償する分散量を固定分散補償器で調整しようとした場合には、様々な補償量の固定分散量を多数あらかじめ準備しておく必要がある。すなわち、コストの面で問題がある。
前述したように、この分散スロープをも補償するDCFも存在する。しかし、完全に分散スロープを補償することは困難である。特に、40Gbit/sシステムのような分散耐力が厳しい伝送装置にでは、やはり波長毎の分散調整が必要となり、固定分散補償器では実現が困難である。
分散補償量が可変な可変分散補償器としては、特許文献1に示される回折格子を用いたバーチャル・イメージ・フェーズ・アレイ(VIPA:Virtual Image Phase Array)がよく知られている。また、前述のCFBGの軸方向に温度勾配を形成する手法もよく知られている。CFBGは、この温度勾配を制御することによって分散補償量が可変となる。
可変分散補償器の分散補償量を最適値に制御するためには、適応制御回路が必要となる。適応制御回路は、受信機での受信特性データが最適値となるように、可変分散補償器をフィードバック制御する。こうした制御回路として、特許文献2の第1図がある。
図1は、この第1図を模式的に再構成した光受信機のブロック図である。図1において、光受信機は、可変分散補償器201、フォトダイオード(PD)202、クロックデータリカバリ回路(CDR:Clock Data Recovery)203、自動等化制御部208で構成される。自動等化制御部208は、誤り検出回路204、識別電圧制御部205、分散量制御回路206、雑音光発生器207で構成される。
この構成では受信特性データとして、符号誤り率(BER:Bit Error Rate)を用いている。この光受信機は、可変分散補償器201に入力される光信号に、雑音光発生器207で発生させた雑音光を多重する。可変分散補償器201を経た光信号について、PD202は、電気信号に変換する。電気信号について、クロックデータリカバリ回路203は、クロックとデータを識別する。CDR203にて復元されたディジタル信号について、誤り検出回路204は、信号誤りを検出し、BERを算出する。この符号誤り率が最小となるように、分散量制御回路206は、可変分散補償器201を制御する。
特許文献3は、差動4値位相変調(DQPSK:Differential Quadrature Phase Shift Keying)を用いる光送信機と光受信機を開示している。
特許文献3は、差動4値位相変調(DQPSK:Differential Quadrature Phase Shift Keying)を用いる光送信機と光受信機を開示している。
受信機での受信特性データが最適値となるように可変分散補償器をフィードバック制御する手法では、その受信特性データの分散に対する感度が重要となってくる。特に符号誤り率を元に分散補償量を最適化する場合には、受信信号の信号対雑音比(SNR:Signal-to-Noise Ratio)の影響が重要である。なぜならば、BERは理論的にSNRに対して単調減少となるので、十分にSNRが高い場合、すなわち雑音に対して信号パワーが十分に大きい場合、BERが非常に小さな値となる。この場合、エラーの発生頻度が数時間〜数日に1個程度となる。つまり、BERの値を基準にフィードバック制御するためには、誤り率が低すぎる事態が起こりうる。
実際に光通信システムを構築する際には、システムの経年変化や突発的な変動事象に対応するために、十分なSNRマージンを確保すること、つまりSNRを十分に高くすることが必須である。このSNRマージン確保によって、誤り率が低くなり、可変分散補償器の制御に必要な感度が得られなくなる可能性がある。
本発明は、可変分散補償器の分散補償値を精度良く設定可能な光受信機を提供する。
本発明は、可変分散補償器の分散補償値を精度良く設定可能な光受信機を提供する。
上述した課題は、受信した光信号に対する分散補償量を調節可能な可変分散補償器と、可変分散補償器で分散補償された光信号の出力レベルを調整する光出力レベル調整器と、この光出力レベル調整器により出力レベル調整された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、可変分散補償器の分散補償量を調節し、フォトダイオードにより変換された電気信号から光信号の受信品質情報を取得し、この受信品質情報に基づいて光出力レベル調整器の出力レベルを調節する制御部とを有する光受信機により、達成できる。
また、受信した光信号の出力レベルを調整する光出力レベル調整器と、この光出力レベル調整器において出力レベル調整された光信号に対する分散補償量を調節可能な可変分散補償器と、この可変分散補償器で分散補償を実施された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、可変分散補償器の分散補償量を調節し、フォトダイオードにより変換された電気信号から光信号の受信品質情報を取得し、この受信品質情報に基づいて光出力レベル調整器の出力レベルを調節する制御部とを有する光受信機により、達成できる。
本願発明によれば、簡易な構成で可変分散補償器を制御可能となる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。まず、符号誤り率が十分に低い場合の問題点について、図2を参照して、説明する。図2において、横軸は分散補償量、縦軸は対数目盛のBERである。図2は、40Gbit/s、DQPSK信号における分散補償量と誤り率(BER)の関係について光SNR(OSNR:Optical SNR)をパラメータとした測定結果である。OSNRが20dBの場合には、特性カーブは放物線に似た軌跡を描き、誤り率が最小となる分散補償量の最適値は0ps/nm近傍にあることが容易に判断可能である。しかし、OSNRが30dBの場合には、分散補償量−220ps/nmから250ps/nmに渡って誤り率が1E−12以下となってしまう。
誤り率は、1秒間のビットエラー数により定義される。したがって、1E−12の誤り率は、250秒(1/(40×10^9×10^−12))に1回のエラーに相当する。実際のシステムの運用を考慮すると、分散補償器をフィードバック制御する際のモニタ積分時間は、最長でも数秒程度であり、1E−12よりも誤り率が低い場合には一律に誤りゼロ、つまり有意差無しと判定される。つまり、図2に示すように、分散補償量−220ps/nmから250ps/nmに渡って、制御の入力情報が飽和して底に張り付いた状態となってしまう。
対策として、制御入力情報が飽和したのであれば、その中心値を最適値とする手法が考えられる。図2の場合のOSNR=30dBの場合では、分散補償量−220ps/nmから250ps/nmに渡って誤り率が飽和する。したがって、最適分散補償量は、その中心の15ps/nmと算出される。しかし、この算出手法は、分散vs誤り率の特性カーブが分散方向に対して非対称となる場合、最適分散補償量を算出できない。図2の場合では、分散方向に対してほぼ対称となっているが、伝送路ファイバの非線形応答の影響が無視できない場合には、自己位相変調(SPM:Self Phase Modulation)や相互位相変調(XPM:Cross Phase Modulation)等といった非線形現象と分散の相互作用が発生し、分散vs誤り率の特性が非対称になる可能性がある。
実施例1について、図3から図7を用いて説明する。まず、図3を参照して、光受信機が適用されるネットワーク構成を説明する。図3Aは、ポイントツーポイントのネットワーク構成である。図3Aにおいて、各光ノード151は、光ファイバ152で直線上に接続されている。各光ノード151は、ルーターに代表される複数の外部の通信機器(図示せず)と接続されている。複数の外部の通信機器は、この光ネットワークを介して、遠隔地の離れた通信機器通しでの通信が実現している。
両端の光ノード151では、複数の電気信号が複数の光信号に変換されて送信される。また、両端の光ノード151では、複数の光信号が受信されて複数の電気信号に変換される。つまり、光ノードは、複数の波長の異なる信号を合分波して送受信を行うWDM装置によって構成されている。また、中間の光ノード151においても、一部の複数の光信号が送信(アッド)あるいは受信(ドロップ)されることもある。つまり、光ノード151は、光アッドドロップ装置(OADM:Optical Add/Drop Multiplexer)によって構成されることもある。
図3Bは、スター型ネットワーク構成である。また、図3Cは、リング型ネットワーク構成である。図3Bおよび図3Cにおいて、各光ノード151は、同様にWDM装置またはOADM装置によって構成されている。
図3Dは、メッシュ型ネットワーク構成である。図3Dにおいて、各光ノード151は、同様にWDM装置、OADM装置または光クロスコネクト装置よって構成されている。
図3Dは、メッシュ型ネットワーク構成である。図3Dにおいて、各光ノード151は、同様にWDM装置、OADM装置または光クロスコネクト装置よって構成されている。
図4を参照して、光伝送システムとその光ノードを構成するWDM装置の構成を説明する。なお、図4の構成は、図3Aに対応している。図4において、光伝送システムは、光ノード151−1、光ノード151A、光ノード151−2、それらを接続する光ファイバ111で構成されている。端局の光ノード151−1および光ノード151−2は、WDM装置である。WDM装置は、トランスポンダ105、WDM送受信装置110から構成されている。中継局の光ノード151Aは、WDM中継装置113から構成される。トランスポンダ105は、ローカル側受信機(Rx)101、WDM側送信機(Tx)102、WDM側受信機103、ローカル側送信機104から構成されている。WDM送受信装置110は、合波器106、送信光アンプ(光増幅器)107、受信光アンプ108、分波器109から構成されている。また、WDM中継装置113は、双方向の中継光アンプ112から構成されている。
図示しないルーター等の外部通信装置は、トランスポンダ105に接続される。以下信号の流れを説明する。ルーター側からの信号について、トランスポンダ105の内部のローカル側受信機101aは、受信する。ローカル側受信機101aは、WDM側の仕様に応じたフレーム変換、誤り訂正符号追加を実施する。WDM側送信機102aは、光変調を実施する。WDM側送信機102aは、WDM側の適切なgrid上の波長にて出力する。
合波器106aは、複数のWDM側送信機102aからの光信号を波長多重して、WDM信号を形成する。送信光アンプ107aは、WDM信号を増幅して、光ファイバ111aに出射する。伝送路である光ファイバ111aが長い場合には、適時、WDM中継装置113が挿入され、低下した光パワーが復元される。対向するWDM送受信装置110に達したWDM信号について、受信光アンプ108aは、それを増幅する。分波器109aは、WDM信号を個々の波長毎に分波する。トランスポンダ105の内部のWDM側受信機103aは、仕様に応じて、光復調(電気信号への変換)、謝り訂正符号の復号化、外部機器に適したフレーム化する。ローカル側送信機104aは、再び光信号に変換して、ルーター等の外部通信機器に送信する。
図4の右から左への対向信号、すなわちローカル側受信機101bからローカル側送信機104bに至る信号の流れも同様である。
図4の右から左への対向信号、すなわちローカル側受信機101bからローカル側送信機104bに至る信号の流れも同様である。
また、図5に示すように、光ノード151は、OADM装置117より構成されることもある。図5において、光ノード151Bは、トランスポンダ105、OADM装置117とから構成されている。OADM装置117は、双方向の、受信光アンプ108、分波器109、合波器106、送信光アンプ107から構成されている。OADM装置117は、波長多重された一部の信号について、トランスポンダ105を経由することなく、スルー光回線114によってスルー接続する。OADM装置117は、また、WDM信号の中の一部の信号について、アッド回線115およびドロップ回線116を経て、トランスポンダ105と接続する。
図6を参照して、トランスポンダの内部のWDM側光受信機の構成を説明する。図6において、WDM側光受信機103は、可変分散補償器11、光アンプ12、フォトダイオード(PD)13、クロックデータリカバリ回路(CDR)14、ディジタル信号処理部15、制御回路17、分散量制御回路18、出力制御回路19から構成されている。
可変分散補償器11は、所望の分散補償量による分散補償を実施する。光アンプ12は、所望の光レベルにまで光増幅する。フォトダイオード13は、光信号を電気信号に変換する。フォトダイオード13の出力電気信号は、伝送路によりアナログ化された光信号を直接変換した電気アナログ信号である。
クロックデータリカバリ回路14は、この電気アナログ信号より、クロックの抽出、および識別器によってディジタルデータの復元(ディジタルデータ化)を行なう。ディジタル信号処理部15は、CDR14から出力されたディジタル信号について、誤り訂正符号(FEC:Forward Error Correction code)の復号化処理、フレーム処理を実施する。ディジタル信号処理部15は、受信品質情報取得し、制御回路17に送信する。
制御回路17は、分散量制御回路18を制御して、可変分散補償器11の分散補償量の制御を行なう。また、制御回路17は、出力制御回路19を制御して、光アンプ12の出力パワー制御を行なう。なお、ディジタル信号処理部15は、フレーム処理後の電気信号について、ローカル側送信機104に送信する。
図7を参照して、制御回路の制御フローを説明する。図7において、制御回路17は、受信品質情報として、符号誤り率(BER)を用いる。符号誤り率は、ディジタル信号処理部15によって、誤り訂正符号(FEC)による訂正前の誤り数から算出する。また、SDH、SONET、OTN各種フレーム中のオーバーヘッドに設けられたビットインターリーブトパリティ(BIP)からも算出可能である。この制御回路17の制御フローは、主にトランスポンダ105を起動した直後か伝送処理を介した序盤に行われる処理である。図7の制御フローが完了した後は、可変分散補償器11は設定された分散補償量で通常の転送処理を行なう。
まず、制御部17は、可変分散補償器11の分散補償量を所定のステップで変化させながら、その都度、各分散補償量に対する符号誤り率(BER)を受信品質情報として取得する(S501)。分散補償量のステップ幅は、伝送レート、変調方式、可変分散補償器11自体の設定分解能等を考慮して、ケースバイケースで決定される。ここでは、10ps/nmとする。また固定ステップ幅である必然はなく、受信品質情報の値に応じて、適時ステップ幅を変化させる可変ステップ幅の場合も考えられる。符号誤り率は、ディジタル信号処理部15で求められる。
続いて、制御部17は、得られた分散補償量vs符号誤り率の特性より、「測定した符号誤り率」<「あらかじめ定めた基準の符号誤り率」を満たす分散補償量の下限D1および上限D2を算出する(S502)。当初のSNR値を30dBとする。ここで、「あらかじめ定めた基準の符号誤り率」を「1E−8」とすると、図2よりD1=−240ps/nm、D2=260ps/nmとの結果が得られる。
次に、制御部17は、上記の値D1、D2、そして「あらかじめ定めた分散領域の基準幅ΔD」に対して、|D2−D1|<ΔDを満たすかどうかの判定を行う(S503)。「あらかじめ定めた分散領域の基準幅ΔD」は、分散補償の精度をあらわす値である。この幅が狭ければそれだけ、高精度の分散補償が実現する。この値も、伝送レート、変調方式、可変分散補償器11自体の設定分解能、あるいはファイバ長やスパン数、ファイバ入力パワー等の伝送設計内容等を考慮して、ケースバイケースで決定される。ここでは、ΔD=100ps/nmとする。|D1−D2|=500ps/nmであるので、ここでの判定結果はNOとなる。
判定結果がNOであった場合、制御部17は、光アンプ12の出力レベルを低下させて、フォトダイオード13でのSNRを低下させる(S504)。ここで出力レベルをどの程度低下させる必要があるかを以下に説明する。光アンプ12の雑音指数が、出力レベルに無依存な場合には、光アンプ12の出力レベルを変化させたところで、光雑音レベルも同量変化するため、光アンプ出力での光SNRに変化はない。
しかし、フォトダイオード13の出力でのSNRの場合には、回路雑音を考慮する必要がある。つまり、フォトダイオード出力での雑音は、(1)信号ショット雑音、(2)光雑音ショット雑音、(3)光信号と光雑音のビート雑音、(4)光雑音と光雑音のビート雑音、そして(5)フォトダイオードの回路雑音(熱雑音)が主な雑音である。このうち(1)(2)(3)(4)はフォトダイオードへの入力パワーに依存して変動する雑音である。一般にフォトダイオードに適切な入力パワーで入射した場合には、(3)の光信号と光雑音のビート雑音が支配的な雑音となる。
この状態は一般にビート雑音限界と称されている。しかし、入力パワーを徐々に下げることによって(3)光信号と光雑音のビート雑音と(5)熱雑音が同程度の値となった場合、これよりさらに入力パワーを下げると支配的な雑音は(5)熱雑音となる。つまり、入力パワーを(3)光信号と光雑音のビート雑音と(5)熱雑音が同程度になる領域にまで下げ、この近傍で入力パワーを調整することによって、光アンプ12の出力レベルを変化させることでもSNRの調整が可能となる。一般に(5)熱雑音が支配的になり伝送品質が劣化する入力レベルがフォトダイオードの受信感度となるので、受信感度の近傍にレベルを下げることで、光アンプ12の出力レベルを変化させることによるSNRの調整が可能となる。
再びフローの説明に戻る。制御部17は、光アンプ12の出力レベルを低下させ、実効的なSNRが20dBまで減少したものとする。制御部17は、分散vs符号誤り率の再測定する。そして、測定した符号誤り率」<「あらかじめ定めた基準の符号誤り率(=1E−8)」を満たす分散補償量の下限D1、および時上限D2はそれぞれ、−20ps/nm、+40ps/nmとなる。そして|D2−D1|<ΔDの判定結果は、60ps/nm<100ps/nmとなり、判定結果はYESとなる。
|D2−D1|<ΔDの判定結果がYESとなった場合、制御部17は、最適分散補償量を(D2+D1)/2で算出し、最適分散補償量は+10ps/nmと導出される。この値を分散補償器11に設定する(S505)。
最後に、光アンプ12の出力レベルを当初の初期値に戻し(S506)、終了する。ここで、初期値とは、低下させた光アンプ12出力レベルを分散補償器11の分散補償量を調整し始めるときの値とすることである。
また、光アンプ12と可変分散補償器11の接続順序は任意である。光アンプ12を可変分散補償器11の上流に設置したとしても、光アンプ12の出力レベルを変化させることで、フォトダイオード13の入力レベルが変化することに変わりはない。さらに、光アンプ12を可変分散補償器11の上流および下流の双方に設置した場合も同様に有効である。
光アンプ12の代わりに、図8のように可変光アッテネータ(光減衰器)20を用いてもよい。図8において、WDM側光受信機103Bは、可変分散補償器11、可変光アッテネータ20、フォトダーオード(PD)13、クロックデータリカバリ回路(CDR)14、ディジタル信号処理部15、制御回路17、分散量制御回路18、出力制御回路19から構成されている。
可変光アッテネータ20は、フォトダーオード13への、入力レベルを低下させる。可変分散補償器11からの出力光信号が、フォトダイオード13への十分な入力レベルにあるとき、可変光アッテネータ20は、フォトダイオード13への入力レベルを低下させて、SNRを調整する。その手順は、図7のステップ504を、可変光アッテネータの出力を減少させると読み替えればよい。
なお、図6の光アンプ、図8の可変光アッテネータは、ともに光出力レベル調整器である。逆に、光出力レベル調整器は、光アンプ、可変光アッテネータを含み、これらに限られない。
なお、図6の光アンプ、図8の可変光アッテネータは、ともに光出力レベル調整器である。逆に、光出力レベル調整器は、光アンプ、可変光アッテネータを含み、これらに限られない。
上述した実施例は、特に40Gbit/sの受信機に有効である。上述した(1)〜(5)の雑音量はいずれも電気信号帯域に比例する。電気信号帯域は、可能な限り狭めることがのぞましい。しかし、信号周波数よりも狭めると、必要な情報が伝送されないことになる。つまり、電気信号帯域は、信号ビットレートに比例する。40Gbit/sの受信機では10Gbit/sの受信機よりも4倍、つまり6dB受信感度が原理的に劣化する。さらに実際のフォトダイオードやフロントエンド部のアナログ電気回路では波形劣化や効率低下に起因してさらに感度劣化要因が発生する。このため、受信感度の劣化量は6dB以上となる。つまり、40Gbit/sの受信機では感度劣化(最低受信光パワーの増大)が発生するため、光アンプ12の出力レベルを低下させて受信感度の近傍にレベルを下げることが容易になり、本実施例の実現容易性がさらに高まる。
また、40Gbit/sのシステムでは、さらなる伝送距離の増大化や特性安定化のために、差動2値位相変調(DBPSK:Differential Binary Phase Shift Keying、DPSK:Differential PSK)、差動4値位相変調(DQPSK)等の新規変調方法の導入可能性が高まっている。DBPSKの場合の光受信機の構成を図9に示す。また、DQPSKの場合の光受信機の構成を図10に示す。
図9において、DBPSK光受信機103Cは、光アンプ12、可変分散補償器11、遅延検波器21、バランス型フォトダイオード22、CDR回路14、ディジタル信号処理部15、制御回路17、分散量制御回路18、出力制御回路19から構成されている。遅延検波器21は、1入力2出力の遅延干渉計である。バランス型フォトダイオード22は、2入力1出力の光検出器である。
図10において、DQPSK光受信機103Dは、光アンプ12、可変分散補償器11、光カプラ23、2系統の遅延検波器21、2系統のバランス型フォトダイオード22、2系統のCDR回路14、ディジタル信号処理部15、制御回路17、分散量制御回路18、出力制御回路19から構成されている。光カプラ23は、可変分散補償器11の出力を2分割して、2系統の遅延検波器21に出力する。なお、遅延検波器21−1と、遅延検波器21−2とは、遅延量等が異なる。遅延検波器21、バランス型フォトダイオード22の詳細な構成は、特許文献3に記載がある。
図9および図10の構成では、バランス型フォトダイオード22の上流に遅延検波器21を設置するために、さらにフォトダイオードへの入力レベルが低下する。また、その分だけ上述した受信感度近傍までレベルを下げる操作が容易になる。さらに、図10のDQPSK光受信機では、2系統の遅延検波器21に光信号を分配するための光カプラ23が必要になる。このため、フォトダイオード22の上流にさらに3dBの損失が原理的に加わり、受信感度近傍までレベルを下げる操作がさらに容易である。
また、40Gbit/sの受信機では、上述した可変分散補償器11、遅延検波器21の固有損失を補償するために、光アンプ12を光受信機と同一PKG内に実装する必然性が高い。つまり、本実施例を導入する上で必要な光部品は既にトランスポンダ内部に実装済みであり、事実上新規部品を必要とせずに、本実施例を導入することが可能である。
本実施例によれば、符号誤り率が広い分散領域に渡って、一定レベルに張り付くような場合であっても、光増幅器または光減衰器の出力レベルを低下させて、光受信機でのSNRを低下させることによって、符号誤り率の測定が難しいレベルとなる分散領域を狭窄化し、分散補償量を所望の精度で取得することを可能とする。
本実施例に依れば、符号誤り率等のような受信特性データが、広い分散領域に渡って、測定が難しいレベルとなるような場合でも、光増幅器または光減衰器の出力レベルを低下させて、光受信機でのSNRを低下させることによって、符号誤り率の測定が難しいレベルとなる分散領域を狭窄化し、分散補償量を所望の精度で取得することが可能となり、簡易な構成で可変分散補償器を制御可能となる。
実施例2について、図11を用いて説明する。図11において、制御回路17は、受信品質情報として、クロック抽出の成否結果を用いる。つまり分散により光波形が歪み、変換後の電気アナログ波形からCDR回路14においてクロック信号抽出できなかった場合にはこの判定結果が否となる。このクロック抽出の成否の判定はディジタル信号処理部15において行なわれる。
まず、制御回路17は、可変分散補償器11の分散補償量を所定のステップ幅で変化させながら、その都度、各分散補償量に対するクロック抽出の成否結果を受信品質情報として取得する(S601)。分散補償量のステップ幅について、制御回路17は、第1の実施例の場合と同様に、伝送レート、変調方式、可変分散補償器11自体の設定分解能等を考慮して、ケースバイケースで決定する。
続いて、得られた分散補償量vsクロック抽出成否の特性より、「クロック抽出に成功した」分散補償量の下限D1、および上限D2について、制御回路17は、算出する(S602)。次に上記の値D1、D2、そして「あらかじめ定めた分散領域の基準幅ΔD」に対して、制御回路17は、|D2−D1|<ΔDを満たすかどうかの判定を行なう(S603)。この値も、第1の実施例と同様に、伝送レート、変調方式、可変分散補償器11自体の設定分解能、あるいはファイバ長やスパン数、ファイバ入力パワー等の伝送設計内容等を考慮して、制御回路17は、ケースバイケースで決定する。
制御回路17は、|D2−D1|<ΔDの判定結果がNOであった場合、光アンプ12の出力レベルを低下させて、フォトダイオード13でのSNRを低下させ、D1、D2を再評価する(S604)。制御回路17は、|D2−D1|<ΔDの判定結果がYESとなった場合、最適分散補償量を(D2+D1)/2で算出し、最適分散補償量は+10ps/nmと導出する。制御回路17は、この値を分散補償器11に設定する(S605)。最後に、制御回路17は、光アンプ12の出力レベルを当初の初期値に戻し(S606)、終了する。
実施例2は、「クロック抽出の成否」というディジタル情報を元に制御を行なう。そのため制御精度は、実施例1が上回る。しかし、演算が不要なので、制御速度としては実施例1をしのぐ性能を持つ。
実施例3について、図12を用いて説明する。図12において、制御回路17は、受信品質情報として、ディジタル信号処理部15でのフレーム同期の成否結果を用いる。つまり、分散により光波形が歪み、変換後の電気ディジタル波形からフレーム同期ができなかった場合にはこの判定結果が否となる。
まず、制御回路17は、可変分散補償器11の分散補償量を所定のステップ幅で変化させながら、その都度、各分散補償量に対するフレーム同期の成否結果を受信品質情報として取得する(S701)。分散補償量のステップ幅について、制御回路17は、実施例1の場合と同様に、伝送レート、変調方式、可変分散補償器11自体の設定分解能等を考慮して、ケースバイケースで決定する。
続いて、制御回路17は、得られた分散補償量vsフレーム同期成否の特性より、「フレーム同期に成功した」分散補償量の下限D1、および上限D2を算出する(S702)。次に、制御回路17は、D1、D2、そして「あらかじめ定めた分散領域の基準幅ΔD」に対して、|D2−D1|<ΔDを満たすかどうかの判定を行なう(S703)。ΔDの値も、実施例1と同様、制御回路17は、伝送レート、変調方式、可変分散補償器11自体の設定分解能、あるいはファイバ長やスパン数、ファイバ入力パワー等の伝送設計内容等を考慮して、ケースバイケースで決定する。制御回路17は、|D2−D1|<ΔDの判定結果がNOであった場合、光アンプ12の出力レベルを低下させて、フォトダイオード13でのSNRを低下させ、D1、D2の再評価を実施する(S704)。
制御回路17は、|D2−D1|<ΔDの判定結果がYESとなった場合、最適分散補償量を(D2+D1)/2で算出し、最適分散補償量は+10ps/nmと導出する。制御回路17は、この値を分散補償器11に設定する(S705)。最後に、制御回路17は、光アンプ12の出力レベルを当初の初期値に戻し(S706)、終了する。
実施例3は、「フレーム同期の成否」というディジタル情報を元に制御を行なう。また、ディジタルデータを用いたデータチェックを行なっているため、クロック抽出の成否を用いる手法よりも制御精度を高めることが可能である。したがって、制御速度、制御精度のいずれも実施例1および実施例2の中間的な性能を持つ。
以上説明してきたように、各実施例によれば、符号誤り率、あるいはクロック同期の可否、あるいはフレーム同期の可否のような受信特性結果を、光増幅器または光減衰器の出力レベルを低下させて光受信機でのSNRを低下させながら測定することにより、簡易な構成で、可変分散補償器を制御可能な光受信機を実現できる。また、40Gbit/s光受信機のように光アンプ実装済みの場合には、新規光部品を実装することなく高精度に、可変分散補償器を制御可能な光受信機が実現できる。
11…可変分散補償器、12…光アンプ、13…フォトダイオード、14…CDR回路、15…ディジタル信号処理部、17…制御回路、18…分散量制御回路、19…出力制御回路、20…光アッテネータ、21…遅延検波器、22…バランス型フォトダイオード、23…光カプラ、101…ローカル側受信機、102…WDM側送信機、103…WDM側受信機、104…ローカル側送信機、105…トランスポンダ、106…合波器、107、108、112…光アンプ、109…分波器、110…WDM送受信装置、111…光ファイバ、113…WDM中継装置、114…スルー光回線、115…アッド光回線、116…ドロップ光回線、117…OADM装置、151…光ノード、152…光ファイバ。
Claims (12)
- 受信した光信号に対する分散補償量を調節可能な可変分散補償器と、
前記可変分散補償器で分散補償された前記光信号の出力レベルを調整する光出力レベル調整器と、
この光出力レベル調整器により出力レベル調整された前記光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、
前記可変分散補償器の分散補償量を調節し、前記フォトダイオードにより変換された電気信号から前記光信号の受信品質情報を取得し、この受信品質情報に基づいて前記光出力レベル調整器の出力レベルを調節する制御部とを有することを特徴とする光受信機。 - 受信した光信号の出力レベルを調整する光出力レベル調整器と、
この光出力レベル調整器において出力レベル調整された前記光信号に対する分散補償量を調節可能な可変分散補償器と、
この可変分散補償器で分散補償を実施された前記光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、
前記可変分散補償器の分散補償量を調節し、前記フォトダイオードにより変換された電気信号から前記光信号の受信品質情報を取得し、この受信品質情報に基づいて前記光出力レベル調整器の出力レベルを調節する制御部とを有することを特徴とする光受信機。 - 請求項1に記載の光受信機であって、
前記受信品質情報は、前記フォトダイオードにより変換された前記電気信号の符号誤り率であり、
前記制御部は、
前記可変分散補償器により、前記光信号の分散補償量を変化させていき、分散補償量ごとに前記電気信号の符号誤り率を検出し、
前記検出した符号誤り率が、予め設定した基準の符号誤り率未満となる分散領域を求め、
この分散領域が予め設定された分散領域の基準幅より広い場合、前記光出力レベル調整器の出力レベルを低下させ、
再度、前記可変分散補償器により、前記光信号の分散補償量を変化させていき、分散補償量ごとに前記電気信号の符号誤り率を検出し、
再度検出した前記電気信号の符号誤り率が、予め設定した基準の符号誤り率未満となる第2の分散領域を求めることを特徴とする光受信機。 - 請求項3に記載の光受信機であって、
前記制御部は、
前記第2の分散領域が前記基準幅未満である場合、
前記第2の分散領域の上限値と、下限値との中間値を求め、この中間値を前記可変分散補償器の分散補償量となるように設定することを特徴とする光受信機。 - 請求項4に記載の光受信機であって、
前記制御部は、
前記中間値を前記可変分散補償器の分散補償量となるように設定した後に、前記光出力レベル調整器の出力レベルを初期出力レベルに戻すことを特徴とする光受信機。 - 請求項1に記載の光受信機であって、
前記光信号を変換した電気信号に対し、誤り訂正符号を用いた復号化と、フレーム処理とを行なう信号処理部をさらに有し、
前記信号処理部は、誤り訂正符号による訂正前の信号の誤り数から前記符号誤り率を算出することを特徴とする光受信機。 - 請求項1に記載の光受信機であって、
前記光信号を変換した電気信号に対し、クロックの抽出とアナログデータの復元とを行なうクロックデータリカバリ回路をさらに有し、
前記受信品質情報は、前記クロックデータリカバリ回路でのクロック抽出の成否結果であり、
前記制御部は、
前記可変分散補償器により、前記光信号の分散補償量を変化させていき、分散補償量ごとに前記クロックデータリカバリ回路でクロック抽出が成功したかを検出し、
前記クロックデータリカバリ回路でクロック抽出が成功した分散領域を求め、
この分散領域が予め設定された分散領域の基準幅より広い場合、前記光出力レベル調整器の出力レベルを低下させ、
再度、前記可変分散補償器により、前記光信号の分散補償量を変化させていき、前記クロックデータリカバリ回路でクロック抽出が成功したかを検出し、
前記クロックデータリカバリ回路でクロック抽出が成功した第2の分散領域を求めることを特徴とする光受信機。 - 請求項7に記載の光受信機であって、
前記制御部は、
前記第2の分散領域が前記基準幅未満である場合、
前記第2の分散領域の上限値と、下限値の中間値を求め、この中間値を前記可変分散補償器の分散補償量となるように設定することを特徴とする光受信機。 - 請求項8に記載の光受信機であって、
前記制御部は、
前記中間値を前記可変分散補償器の分散補償量となるように設定した後に、前記光出力レベル調整器の出力レベルを初期の出力レベルに戻すことを特徴とする光受信機。 - 請求項1に記載の光受信機であって、
前記光信号を変換した電気信号に対し、誤り訂正符号によるの復号化とフレーム処理とを行なう信号処理部を有し、
前記受信品質情報は、前記信号処理部でのフレーム同期の成否結果であり、
前記制御部は、
前記可変分散補償器の分散補償量を変化させていき、分散補償量毎に前記信号処理部でフレーム同期が成功したかを検出し、
前記信号処理部でフレーム同期が成功した分散領域を求め、
この分散領域が予め設定された分散領域の基準幅より広い場合、前記光出力レベル調整器の出力レベルを低下させ、
再度、前記可変分散補償器の分散補償量を変化させていき、分散補償量毎に前記信号処理部でフレーム同期が成功したかを検出し、
前記信号処理部でフレーム同期が成功した第2の分散領域を求めることを特徴とする光受信機。 - 請求項10に記載の光受信機であって、
前記制御部は、
前記第2の分散領域が前記基準幅未満である場合、
前記分散領域の上限値と、下限値の中間値を求め、この中間値を前記可変分散補償器の分散補償量となるように設定することを特徴とする光受信機。 - 請求項11に記載の光受信機であって、
前記制御部は、
前記中間値を前記可変分散補償器の分散補償量となるように設定した後に、前記光出力レベル調整器の出力レベルを初期の出力レベルに戻すことを特徴とする光受信機。
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