(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光受信器システムであって、
入力する複数のチャネルの何れか１つ又は複数に基づく当該チャネルのパワーとレーザ信号のパワーとのパワーレベル差が最大となり、かつ雑音ペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値以下となるよう、前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行うプロセッサと、
前記プロセッサのパワーレベル制御に基づいてレーザ信号を出力するローカル発振器と、前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に前記入力した複数のチャネルの信号と前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に入力したレーザ信号とを混合して出力するミクサとを備えたコヒーレント受信器と、
を備えることを特徴とする光受信器システム。
【請求項２】
前記ミクサから入力した信号を電気信号に変換する光検出器
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記ミクサが出力する信号のパワーが前記光検出器の上限未満となるよう前記レーザ信号のパワーレベル制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記上限は前記光検出器の飽和限界であることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記光検出器によって電気信号に変換された信号のパワーが下限より上となるよう前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記ミクサに入力される前記複数のチャネルのうちの少なくとも１つの信号のパワーレベルを調整することによって、前記パワーレベル差を最大にする
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
複数のトランスポンダにドロップさせるために複数のチャネルから１組のチャネルを選択するように構成された選択スイッチを含む再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノードと、
光受信器システムと、を有し、
前記光受信器システムが、
再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノードより入力する複数のチャネルの何れか１つ又は複数に基づく当該チャネルのパワーとレーザ信号のパワーとのパワーレベル差が最大となり、かつ雑音ペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値以下となるよう、前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行うプロセッサと、
前記プロセッサのパワーレベル制御に基づいてレーザ信号を出力するローカル発振器と、前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に前記入力した複数のチャネルの信号と前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に入力したレーザ信号とを混合して出力するミクサとを備えたコヒーレント受信器と、
を備える
ことを特徴とする光信号処理システム。
【請求項８】
光受信器システムにおける光信号パワーの最適化方法であって、
前記光受信器システムのプロセッサが、入力する複数のチャネルの何れか１つ又は複数に基づく当該チャネルのパワーとレーザ信号のパワーとのパワーレベル差が最大となり、かつ雑音ペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値以下となるよう、前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行い、
前記光受信器システムのコヒーレント受信器におけるローカル発振器が、前記プロセッサのパワーレベル制御に基づいてレーザ信号を出力し、
前記光受信器システムのコヒーレント受信器におけるミクサが、前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に前記入力した複数のチャネルの信号と前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に入力したレーザ信号とを混合して出力する
ことを特徴とする光信号パワーの最適化方法。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記ミクサが出力する信号のパワーが、前記ミクサから入力した信号を電気信号に変換する光検出器の上限未満となるよう前記レーザ信号のパワーレベル制御を行う
ことを特徴とする請求項８に記載の最適化方法。
【請求項１０】
前記上限は前記光検出器の飽和限界であることを特徴とする請求項９に記載の最適化方法。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記光検出器によって電気信号に変換された信号のパワーが下限より上となるよう前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行う
ことを特徴とする請求項１０に記載の最適化方法。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記ミクサに入力される前記複数のチャネルのうちの少なくとも１つの信号のパワーレベルを調整することによって、前記パワーレベル差を最大にする
ことを特徴とする請求項８に記載の最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光受信器システムおよび動作の方法に関し、特に、そのような受信器の信号の光パワーを管理するための方法およびシステムに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１０年４月９日に出願された米国仮出願第６１／３２２，３９０号の優先権を主張するものである。
【０００３】
本出願は、さらに、本出願人が所有する２０１０年１０月１７日に出願された同時係属米国実用新案出願第１２／９００，２００号、および本出願人が所有する２００９年１０月９日に出願された米国仮出願第６１／２５０，１８５号に関連し、それらの各々は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００４】
再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノードは、波長層における波長分割多重（ＷＤＭ）チャネルのいずれかまたはすべての信号を柔軟にアドおよびドロップできるようにする重要な光ネットワーク要素である。３方路以上をもつＲＯＡＤＭノードとすることができる多方路ＲＯＡＤＭノード（ＭＤ−ＲＯＡＤＭ）は、様々な経路間のＷＤＭ信号の交差接続機能も行う別の光ネットワーク要素である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＲＯＡＤＭノードはＷＤＭチャネルの信号をアドおよびドロップするのにある程度の柔軟性を有するが、急速に成長し、ますます動的になりつつあるインターネットベーストラヒックに適合するための十分な柔軟性をもっていない。例えば、従来のＲＯＡＤＭノードで使用されているトランスポンダは、通常、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）ネットワークポートのすべてに対してノンブロッキングおよび波長透明アクセスを有しているわけではない。その結果、カラーレス／ディレクションレス（ＣＬ＆ＤＬ）ＭＤ−ＲＯＡＤＭノードが、従来のＲＯＡＤＭノードに取って代わるために最近広く研究されている。この文脈において、「カラーレス」は、各トランスポンダが、ＲＯＡＤＭノードシステムで使用されるいかなる波長の信号も受信および送信することができるＲＯＡＤＭノードの機能を指すことができる。そして次に、「ディレクションレス」は、ノードに接続された各トランスポンダが、いかなる入力ポートから生じる信号も受け取ることができ、ＲＯＡＤＭノードのいかなる出力ポートにも信号を転送することができるＲＯＡＤＭノードの機能を指すことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態は、ローカル発振器、ミクサ、およびプロセッサを含む光受信器システムに関する。光受信器システムは、入力する複数のチャネルの何れか１つ又は複数に基づく当該チャネルのパワーとレーザ信号のパワーとのパワーレベル差が最大となり、かつ雑音ペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値以下となるよう、前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行うプロセッサと、前記プロセッサのパワーレベル制御に基づいてレーザ信号を出力するローカル発振器と、前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に前記入力した複数のチャネルの信号と前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に入力したレーザ信号とを混合して出力するミクサとを備えたコヒーレント受信器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
別の実施形態は光信号処理システムに関する。このシステムは、複数のトランスポンダにドロップさせるために複数のチャネルから１組のチャネルを選択するように構成された選択スイッチを含む再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノードと、光受信器システムと、を有し、前記光受信器システムが、再構成可能光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）ノードより入力する複数のチャネルの何れか１つ又は複数に基づく当該チャネルのパワーとレーザ信号のパワーとのパワーレベル差が最大となり、かつ雑音ペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値以下となるよう、前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行うプロセッサと、前記プロセッサのパワーレベル制御に基づいてレーザ信号を出力するローカル発振器と、前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に前記入力した複数のチャネルの信号と前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に入力したレーザ信号とを混合して出力するミクサとを備えたコヒーレント受信器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
代替の実施形態は方法に関する。この方法によれば、光受信器システムにおける光信号パワーの最適化方法であって、前記光受信器システムのプロセッサが、入力する複数のチャネルの何れか１つ又は複数に基づく当該チャネルのパワーとレーザ信号のパワーとのパワーレベル差が最大となり、かつ雑音ペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値以下となるよう、前記入力するチャネルのパワーレベル制御と、前記レーザ信号のパワーレベル制御との何れか一方を行い、前記光受信器システムのコヒーレント受信器におけるローカル発振器が、前記プロセッサのパワーレベル制御に基づいてレーザ信号を出力し、前記光受信器システムのコヒーレント受信器におけるミクサが、前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に前記入力した複数のチャネルの信号と前記プロセッサによるパワーレベル制御の後に入力したレーザ信号とを混合して出力することを特徴とする。
【０００９】
これらならびに他の特徴および利点は、添付図面に関連して読むことができる本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１０】
本開示は、以下の図を参照する好適な実施形態の以下の説明において詳細を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】雑音ペナルティと、コヒーレント受信器に適用されるドロップチャネルの総数と、ローカル発振器レーザと受信器に適用される１つまたは複数のドロップ信号との間のパワー差との間の例示的な関係を示すグラフである。
【図２】コヒーレント受信器の例示的な最適動作条件を示すグラフである。
【図３】ＲＯＡＤＭノードおよび１組のトランスポンダを含む例示的な光信号処理システムの高レベルなブロック／流れ図である。
【図４】例示的なコヒーレント受信システムの高レベルなブロック／流れ図である。
【図５】コヒーレント受信器のパワーレベルを最適化するための例示的な方法の高レベルな流れ図である。
【図６】最適化パラメータを決定するための例示的な設定方法の高レベルな流れ図である。
【図７】ローカル発振器レーザおよび／または１つまたは複数のドロップ信号のパワーを決定するための例示的な方法の高レベルな流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ＲＯＡＤＭノードで使用される各トランスポンダに関連する波長は動的に変化することがあるので、ＲＯＡＤＭノードのカラーレス／ディレクションレスの機能を実施するには、従来の静的な光デマルチプレクサはドロップしたＷＤＭ信号を分離するに好適でなくなる。「フィルタレス」または「デマックスレス」のカラーレス／ディレクションレス多方路ＲＯＡＤＭノード構成が、上述で参照した本出願人が所有する出願で提案された。これに関して説明された例示的な構成は、光デマルチプレクサまたはフィルタなどの波長セレクタ要素を受信器システムから除去し、ドロップするべき目標チャネルをコヒーレント光システムのＷＤＭチャネルから選択するためにローカル発振器（ＬＯ）を利用することができる。しかし、トランスポンダに他のＷＤＭチャネルが存在するために、付加的な干渉がローカル発振器と不要な信号との間で生じることがある。ここで、干渉は、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）ペナルティの形態で、受け取った信号のあるレベルの性能劣化をもたらすことがある。システムが光ネットワークで実用的に使用されるには、このペナルティは、すべての条件の中で、ある閾値レベル（例えば、システム仕様に応じて０．５ｄＢ）内に保持されるべきである。特に、ＯＳＮＲペナルティは、ＲＯＡＤＭノードが様々な時にゼロとすべてのチャネルとの間でドロップさせることがあるので、すべてのあり得るＷＤＭチャンネル数に対して考慮されるべきである。
【００１３】
本明細書で説明する実施形態は、フィルタレスＲＯＡＤＭノードのＯＳＮＲペナルティを最小にすることができ、最適性能を維持する閾値レベル内にあるようにペナルティを制限することができ、それによって、システムの安定性が保証される。ＯＳＮＲペナルティは、様々な条件下でＯＳＮＲペナルティを見積もるＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムの理論的解析に基づいて管理することができる。特に、発明者等は、コヒーレント受信器のローカル発振器レーザとドロップ信号との間のパワーレベル差を最大にすると、ＯＳＮＲペナルティを減少させるのに著しい効果があることを発見した。固定されていると仮定することができるコヒーレント受信器のある構成情報を用いた分析の結果を使用して、実施形態はフィードフォワードループを設定することができる。ここで、ループは、ＷＤＭチャネル数の情報を集め、このＷＤＭチャネル数に対してＯＳＮＲペナルティを特定のレベル内に制限するために受信器構成要素のパワーレベルを計算し、計算したパワーレベルをコヒーレント受信器で達成するためにローカル発振器のパワーおよびＷＤＭ信号のパワーを制御するように構成することができる。具体的には、実施形態は、光検出器の飽和レベル、ショット雑音、熱雑音、および下流のデジタイザの量子化雑音に基づいてローカル発振器とＷＤＭ信号との間のパワーレベル差の最大化を最適化することができる。したがって、本原理の実施形態は、ドロップ機能を行うために受信器が対処するＷＤＭチャネルの数に関係なく、システムはいつでも最適の構成で動作することを保証することができる。
【００１４】
光デマルチプレクサまたはチューナブルフィルタなどの波長セレクタをもたないＲＯＡＤＭノードでは、ドロップ信号はすべてトランスポンダシステムの各トランスポンダに到達することができる。そのようなＲＯＡＤＭノードは本明細書では「フィルタレス」ＲＯＡＤＭノードと呼ばれる。上述のように、フィルタレスＲＯＡＤＭノードの例は、上述で参照した本出願人が所有する出願に説明されている。たとえ、フィルタレスＲＯＡＤＭのコヒーレント受信器のローカル発振器（ＬＯ）が、ドロップするべき正しいチャネル（複数可）を検出することができたとしても、コヒーレント受信器は他の受け取ったＷＤＭチャネルに起因する干渉という問題がある。システムの性能は信号対干渉および雑音比（ＳＩＮＲ）パラメータに基づいて評価することができ、雑音にはＬＯ増幅された自然放出（ＡＳＥ）ビート雑音、ショット雑音、および熱雑音が含まれる。ＳＩＮＲと、上述のＯＳＮＲペナルティとは、受け取ったＷＤＭチャネルの数、受け取った信号およびローカル発振器のパワーレベル、ならびにコヒーレント受信器の品質に依存する。特に、ＳＩＮＲは、
【００１５】
【数１】
0005408202.tif 000002
【００１６】
のように表すことができ、ここで、Ｓは全信号パワーであり、Ｎは雑音を表し、Ｉは干渉を表し、ＮＬＯ−ＡＳＥはＬＯ−ＡＳＥビート雑音であり、ＮＳｈｏｔはショット雑音であり、ＮＴｈｅｒｍは熱雑音であり、ＩＳｉｇ−Ｓｉｇは信号−信号干渉項であり、ＰＬＯはＬＯの光パワーであり、ＰＳｉｇ，ｋは、目標チャネル（本明細書では「チャネルｋ」と呼ばれる）の光信号のパワーであり、ＰＡＳＥはＡＳＥ雑音のパワーであり、αは受信器設計に関連し、ＰＳｉｇ，ｉは、受信器に入力するｎ個のＷＤＭチャネルの合計の中のｉ番目のチャネルのパワーであり、βは結合損失項であり、ＮＲｘは受信器雑音であり、γは受信器に関連する定数であり、ＣＭＲＲは受信器の同相除去比である。より包括的なモデルは以下の通りであり、
【００１７】
【数２】
0005408202.tif 000003
【００１８】
ここで、ＰＬＯ，ｑは偏波および位相ダイバーシティ受信器の所与の直交位相（ｑ）のローカル発振器のパワーであり、Ｐｃｈ，ｑは所与の直交位相ｑの各入力チャネル（ｃｈ）のパワーであり、Ｒ＋は、入力ＷＤＭチャネルが適用される光検出器の応答性であり、Ｒ−は、ローカル発振器信号が適用される光検出器の応答性であり、ＲＳはチャネルｋの目標信号の帯域幅であり、ｆｓｐはチャネル間隔であり、Ｎｃｈは光受信器に入力されるＷＤＭチャネル入力の総数であり、ｑは光検出器における電子電荷であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔａｍｐは光受信器におけるトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）の実効温度であり、ＲＬはＴＩＡにおけるトランスインピーダンス負荷であり、ＥＮＯＢは、デジタイザの目標ダイナミックレンジにおけるＢビット信号でのビットの実効数である。αおよびγの例が包括的なモデルに含まれていることに留意するべきである。
【００１９】
コヒーレント受信器の前に、またはコヒーレント受信器で目標チャネルをフィルタ除去する従来の方法と比較すると、ＳＮＲ（信号対雑音比）を考慮する場合、「フィルタレス」システムについて上述で参照した式は付加的な信号−信号干渉項ＩＳｉｇ−Ｓｉｇを有する。上述で示したように、干渉項ＩＳｉｇ−Ｓｉｇは受信器のＣＭＲＲおよび信号パワーの総量によって決定される。各ＷＤＭチャネルのパワーは、通常、同様のレベルであるので、干渉は、（ａ）ＬＯと各チャネル信号との間のパワー差、（ｂ）受信器に適用されるＷＤＭチャネルの数、および（ｃ）受信器のＣＭＲＲによって決定される。
【００２０】
次に、同様の数字が同じまたは同様の要素を表す図を詳細に参照するが、最初に図１を参照すると、ＬＯと各チャネル信号との間のパワー差（ΔＰ）の４つの設定における１×１０−３ＢＥＲ（ビット誤り率）でのＯＳＮＲペナルティ対チャネルの数のグラフが示される。この例では、ΔＰ１＜ΔＰ２＜ΔＰ３＜ΔＰ４である。受信器のＣＭＲＲは一定のままであることが仮定される。図１によれば、曲線１〜４はそれぞれΔＰ１〜ΔＰ４に対応する。コヒーレント受信器に入力される各ＷＤＭチャネルのパワーは同等またはほぼ同等であると仮定されるが、他の実施形態では異なるパワーレベルを有するチャネルを実施することができることに留意するべきである、そのため、ΔＰは、コヒーレント受信器に入力されるチャネルとＬＯとの間の平均パワー差を示すことができる。代替として、パワー差ΔＰは、ＬＯ信号のパワーと、コヒーレント受信器に入力されるチャネルのパワーの合計との間のパワー差とすることができる。
【００２１】
図１に示されるように、発明者等は、固定したΔＰでは、ＯＳＮＲペナルティは、受信器に入力されるチャネルの総数が増加するにつれて増加することを発見した。そして次に、ＯＳＮＲペナルティは、受信器に入力されるチャネルの任意の特定の総数で、ΔＰが減少するにつれて増加する。受信器に入力されるチャネルの総数がある数を超えて増加するとき、またはＬＯと受け取った信号との間のパワー差があるレベル未満に減少する場合、ＯＳＮＲペナルティは、システムに対する上述した０．５ｄＢなどのＯＳＮＲペナルティ閾値５を超えることになる。したがって、これらの結果に基づいて、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムはΔＰをできるだけ高く設定することによって性能を最適化するべきである。
【００２２】
ΔＰを増加させるための１つの方法はＬＯパワーを最大にすることである。しかし、これは、コヒーレント受信器の光検出器（ＰＤ）がある入力パワー限界を有するので必ずしも有益とは限らない、例えば、入力光パワー（すなわち、ＬＯパワーと信号パワーとの合計から受信器でのなんらかの損失を減算したもの）がそのような限界を超えた場合、ＰＤは飽和させられ、正しいＯ／Ｅ（オプトエレクトロニクス）変換出力を供給することができない。実際は、これらのパワー限界を超えるとＰＤを損傷することさえある。さらに、ＬＯの非常に高いパワーは、さらに、それ自体望ましくない過度のパワー消費を導入することになる。
【００２３】
ΔＰを増加させる別の方法は信号パワーを減少させることである。しかし、信号パワーの減少にはそれ自体の限界がある。例えば、図１で与えた結果は、ショット雑音および熱雑音がＬＯ−ＡＳＥビート雑音および信号−信号干渉よりも非常に小さいのでショット雑音および熱雑音を考慮に入れていない。しかし、信号パワーが比較的低い場合、そのような雑音はより重要になり、受信器の出力信号の品質を阻害することになる。さらに、図１の結果は、受信器の出力を処理するデジタイザの量子化雑音を考慮に入れていない。実際的なシナリオでは、デジタイザは帯域幅の制限、ダイナミックレンジの制限、および有限のＥＮＯＢ（有効ビット数）を有する。したがって、非常に低い信号パワーは量子化プロセスの間に大きい誤差をもたらすことになる。したがって、信号パワーは下限より上に保持されるべきである。
【００２４】
これらの要因のために、実施形態は、受信器システムを最適化するために少なくとも３つの基準を同時に考慮に入れることができ、ａ）ＬＯと１つまたは複数の受け取った信号との間のパワー差はできるだけ高くあるべきであり、ｂ）受信器の入力光パワーは受信器の飽和限界未満にあるべきであり、ｃ）出力光パワーレベルは量子化誤りとショット雑音による誤りとを明らかにできるほど十分高くあるべきである。
【００２５】
次に図２を参照すると、上述で与えられた３つの基準に基づいた最適化方式の簡単な例が説明される。固定した受信器特性を仮定すると、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムは、コヒーレント受信器に適用されたＷＤＭチャネルの総数が少ない場合、動作条件１（ＯＣ１）を適用するように構成することができる。特に、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムは、ＬＯパワーおよび信号パワーの両方をＯＣ１に対応するΔＰ１に設定することができる。チャネルの総数が、図２の「チャンネル数限界１」（ＣＮＬ１）として表されたあるチャネル限界を超えて増加し、その結果、ＯＳＮＲペナルティがＯＳＮＲペナルティ閾値５以上になる場合、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムは、ＬＯパワーおよび信号パワーをΔＰ２に設定することによって、動作条件２（ＯＣ２）を適用することができる。そして次に、コヒーレント受信器に適用されるチャネルの総数が図２の「チャンネル数限界２」（ＣＮＬ２）を超えてさらに増加する場合、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムは動作条件をプロットのＯＣ３に変更することができる。ここで、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムはＬＯパワーおよび信号パワーをΔＰ３に設定する。同様に、ＲＯＡＤＭノード／トランスポンダシステムは、コヒーレント受信器に適用されるチャネルの総数が図２の「チャンネル数限界３」（ＣＮＬ３）を超えて増加する場合、ＯＣ４に従ってＬＯパワーおよび信号パワーをΔＰ４に設定する。
【００２６】
受信器特性が変化しなければならない場合、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムは、それが該当する特定の動作条件を変化させなければならないことに留意するべきである。言い換えれば、動作条件はコヒーレント光受信器の特性およびデジタイザの特性などのシステム情報から決定される。さらに、動作条件は、上述の式および基準を使用して、コヒーレント受信器に適用されるＷＤＭチャネルの総数およびチャネルごとの入力パワーなどの信号情報からも決定される。
【００２７】
次に図３を参照すると、光信号処理システム１０の例示的な実施形態のブロック／流れ図が示される。実施形態は、ここでは、ＲＯＡＤＭ／トランスポンダシステムとして実施される。ＲＯＡＤＭノードシステム１１は３方路カラーレス／ディレクションレスＲＯＡＤＭノードシステムである。図３に示されるように、システム１１は３つのＲＯＡＤＭモジュール１２、１４、および１６を含むことができ、その各々はスプリッタ１８および波長選択スイッチ（ＷＳＳ）２０を含むことができる。システム１０は、トランスポンダアグリゲータ１０２と、コヒーレント受信器をもつｎ個のトランスポンダ１０９１〜１０９ｎとにおいてフィルタレスドロップ信号選択を行う。ＲＯＡＤＭノード１１中のトランスポンダアグリゲータ１０２およびトランスポンダ１０９１〜１０９ｎは、本明細書では「コヒーレント受信システム」と呼ばれ、この実施形態ではフィルタレスであるシステム１００を形成する。本明細書で説明されるパワー最適化方式はシステム１００内で適用することができる。システム１００のフィルタレス特性のうちのいくつかの説明は、上述で参照した本出願人が所有する出願に詳細に説明されている。
【００２８】
本明細書で説明する実施形態は、完全にハードウェア、完全にソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの両方の要素を含んだものとすることができることが理解されるべきである。好ましい実施形態では、本発明は、ハードウェアと、限定はしないが、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含むソフトウェアとで実施される。
【００２９】
実施形態は、コンピュータもしくは任意の命令実行システムで、またはそれに関連して使用するためのプログラムコードを備えるコンピュータ使用可能あるいはコンピュータ可読媒体からアクセスできるコンピュータプログラム製品を含むことができる。コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスで、またはそれに関連して使用するためのプログラムを記憶する、通信する、伝搬する、もしくは搬送する任意の装置を含むことができる。媒体は、磁気、光学、電子、電磁気、赤外線、もしくは半導体システム（または装置もしくはデバイス）または伝搬媒体とすることができる。媒体は、半導体または固体メモリ、磁気テープ、取外し可能コンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク、および光ディスクなどのようなコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。
【００３０】
プログラムコードを記憶および／または実行するのに好適なデータ処理システムは、システムバスを通してメモリ要素に直接的または間接的に結合された少なくとも１つのプロセッサを含むことができる。メモリ要素は、プログラムコードの実際の実行の間に使用されるローカルメモリと、大容量記憶装置と、実行の間にコードが大容量記憶装置から取り出される回数を減らすために少なくともいくつかのプログラムコードの一時記憶を行うキャッシュメモリとを含むことができる。入力／出力またはＩ／Ｏデバイス（限定はしないが、キーボード、表示装置、ポインティングデバイスなどを含む）は、システムに直接にまたは介在するＩ／Ｏコントローラを通して結合することができる。
【００３１】
ネットワークアダプタをシステムにさらに結合して、介在する私設網または公衆網を通してデータ処理システムを他のデータ処理システムまたは遠隔プリンタまたは記憶デバイスに結合できるようにしてもよい。モデム、ケーブルモデム、およびイーサネット（登録商標）カードは、現在利用可能なタイプのネットワークアダプタのほんの一部にすぎない。
【００３２】
次に、図３を引き続き参照しながら図４を参照すると、コヒーレント受信システム１００の例示的な実施形態が示される。システム１００において、トランスポンダアグリゲータ１０２中のＷＳＳ１０１は、入力ポート１０４１から１０４ｎのすべてから局所的にドロップされるべき信号１０３を選択することができる。光増幅器１０６はＷＳＳ１０１から受け取ったドロップ信号を増幅する。光増幅器と協力して、オプションの可変光減衰器（ＶＯＡ）１０７は増幅器１０６からドロップ信号を受け取り、信号パワーレベルをさらに調節することができる。信号は、通常、多くのトランスポンダに向けて分割されるので、信号パワーは比較的低いはずである。したがって、信号ＶＯＡ１０７は必要ではないことがある。しかし、他の実施態様では、ＶＯＡ１０７はドロップ信号を減衰させることができる。光スプリッタ１０８は増幅器１０６またはＶＯＡ１０７からのドロップ信号を受け取ることができ、次に、ドロップ信号を分割して、すべてのトランスポンダ１０９１〜１０９ｎに送出することができる。各トランスポンダはコヒーレント受信器１１１を含み、コヒーレント受信器１１１は、ローカル発振器源１１２、コヒーレントミクサ１１３、および受け取った光信号を電気信号に変換するように構成された光検出器１１４のアレイを含む。
【００３３】
コヒーレントミクサ１１３は９０度光ハイブリッドとすることができる。例えば、ミクサ１１３は偏波無依存コヒーレントミクサとするか、または偏波ダイバーシティコヒーレントミクサとすることができる。ここで、ミクサ１１３は、スプリッタ１０８により出力された入力ドロップ信号をローカル発振器レーザ１１２からの連続波信号と混合することができる。受信器１１１はカラーレスＲＯＡＤＭで使用することができるので、ローカル発振器レーザ１１２は同調可能である。レーザの波長は、目標ドロップチャネルの波長を有する単一の特定のＷＤＭチャネルに同調される。目標ドロップチャネルは、ミクサ１１３が配置されている対応するトランスポンダ１０９から下流にあるユーザーまたはクライアントを対象とした、コヒーレントミクサ１１３に入力される多数のＷＤＭ信号中のチャネルである。この技法を使用して、トランスポンダ１０９はトランスポンダアグリゲータ１０２から多数のＷＤＭチャネルを受け取るにもかかわらず、特定の選択した目標チャネルのみがコヒーレント受信技術により受け取られることになる。ミクサ１１３に入力された他のチャネルの信号と、選択した目標チャネルの信号とを区別するために、ミクサ１１３はＬＯ１１２信号と目標ドロップチャネル信号との様々なベクトル加算を生成する。次に、目標ドロップチャネル信号はフォトダイオード１１４のアレイによって検出され、電気信号に変換され、その後、処理されて目標チャネルからのデータが回復される。したがって、ローカル発振器１１２は、ミクサ１１３で受け取った多数のＷＤＭチャネルからの目標ドロップチャネル信号の選択を指示するためにレーザ信号を生成するように構成することができる。ローカル発振器１１２はＲＯＡＤＭ内のコントローラ（図示せず）によって特定のＷＤＭチャネルに同調され、選択を指示することができる。代替として、プロセッサ１１６は、目標ドロップチャネルの選択を指示するために発振器１１２の同調を実施するように構成することができる。
【００３４】
実施態様によっては、コヒーレントミクサ１１３および光検出器１１４は集積化することができる。ＷＤＭ信号が二重偏波を有する（すなわち、偏波多重されている）場合、コヒーレントミクサ１１３は、上記で示したように偏波ダイバーシティを有するべきである。シングルエンド受信器を使用することもできるが、バランス型受信器は低いＣＭＲＲを有するのでより良好な性能を備えるはずであることに留意するべきである。ＣＭＲＲが低いと、ほとんどの信号−信号干渉が除去されうる。ＬＯレーザ１１２の出力パワー範囲に応じて、光増幅器１１５を受信器１１１に内蔵させて、ＬＯ１１２のパワーレベルを増強することができる。図４に示されるように、各トランスポンダ１０９１〜１０９ｎはデジタイザ１１０および送信器１１９をさらに含むことができる。デジタイザ１１０は、光検出器１１４から受け取った変換済みドロップ信号をデジタル化して、対応するユーザーまたはクライアントに送信するように構成することができる。そして次に、送信器１１９は、ドロップ信号が送信されたユーザーまたはクライアントからの信号を送信することができ、ユーザー信号をカプラ１２０に供給してスプリッタ１２１に送出することができる。スプリッタ１２１は信号をシステム１１中のＲＯＡＤＭに供給する。
【００３５】
次に図５を参照すると、図３および４を参照しながら、光信号処理システム１０のコヒーレント受信器１１１のパワーレベルを最適化する例示的な方法５００が示される。特に、方法５００は、システム１００が任意の特定のＯＳＮＲ仕様内で確実に動作するように上述の３つの基準を組み込むことによって最適化を実現する。特定の一実施形態によれば、システム１００は、最適化方法５００を行い、それによって、システム１００内のパワーレベルを制御するように構成されたプロセッサ１１６を含むことができる。上述のすべての特徴は方法５００内で利用することができることに留意するべきである、
【００３６】
方法５００は、プロセッサ１１６が設定を行うことができる段階５０２で開始することができる。図６は、段階５０２を実施するための例示的な方法を示す。ここで、段階６０２において、プロセッサ１１６は、雑音ペナルティと、コヒーレント受信器に適用されるドロップチャネルの総数と、ＬＯと１つまたは複数のドロップ信号との間のパワー差ΔＰとの間の関係を決定するためにシステムモデルを分析することができる。例えば、プロセッサ１１６は、複数のパワー差ΔＰに対する図１および２のプロットで与えれた情報を生成するために上述で参照した式を適用することができる。プロセッサ１１６が評価するパワー差ΔＰの数は、プロセッサ１１６の処理能力に依存することができ、プロセッサの応答時間がシステム仕様を確実に満たすように選択することができる。パワー差ΔＰと、ドロップチャネルの総数と、ＯＳＮＲペナルティとの関係を決定するために、プロセッサ１１６は、ＣＭＲＲなどの受信器特性と、ＥＮＯＢ指数などのデジタイザ特性とを使用することができる。システム１００の設計および製造の間に、各コヒーレント受信器およびデジタイザの特性は評価または測定することができる。そのような特性を記述する情報は、ＲＯＡＤＭノード１１の記憶媒体（図示せず）に記憶することができる。プロセッサ１１６は記憶媒体からこの情報を取り出して、方法５００の最適化計算を実施することができる。代替として、プロセッサ１１６は、受信器のＣＭＲＲおよび信号パワー損失などの受信器特性と、デジタイザ特性とを系統的に測定して、記憶したシステム情報を更新するように構成することができる。
【００３７】
段階６０４において、プロセッサ１１６は入力光パワーのパワー上限を決定することができる。上記のように、入力光パワーは、ＬＯパワーと信号パワーとの合計から受信器１１１のなんらかの損失を減算したものである。言い換えれば、入力光パワーは、光検出器１１４に入力される信号のパワーに対応することができる。さらに、やはり上記したように、光検出器１１４は、ＰＤを飽和させることになり、変換出力に誤りを引き起こすか、またはＰＤ自体を破損することになる飽和出力レベルに対応する入力パワー限界を一般に有する。したがって、ここでプロセッサによって決定される上限は、システム１００で使用される特定のＰＤの飽和出力レベルとすることができる。飽和出力レベルは、段階６０２で上述した受信器特性とともに記憶するか、またはプロセッサ１１６で直接測定することができる。
【００３８】
段階６０６において、プロセッサ１１６は、受信器１１１によって出力される１つまたは複数のドロップ信号のパワー下限を決定することができる。例えば、上記のように、低い信号パワーは、ショット雑音および熱雑音ならびにデジタイザ１１０の量子化雑音をもたらすことがある。ここで、ショット雑音および熱雑音は、システム１００の製造の間に様々な信号パワーレベルについて事前測定することができ、さらには、信号パワーレベルは内挿することができる。ショット雑音および熱雑音の最大許容レベルはシステム仕様に基づいて事前決定することができる。許容可能なショット雑音および熱雑音レベルに対する対応する信号パワーレベルは、段階６０２に関して上述した記憶媒体に他の受信器特性とともに記憶することができる。代替として、プロセッサ１１６は、増幅器１０６および／またはＶＯＡ１０７を制御することによって種々の信号パワーレベルを掃引して、段階６０６における各信号パワーレベルに関連したショット雑音および熱雑音を決定することができる。プロセッサ１１６は、その後、記憶媒体に事前記憶された最大許容ショット雑音および熱雑音レベルを参照して、それらに関連する信号パワーレベルを決定することができる。さらに、プロセッサ１１６は、記憶媒体に事前記憶された周波数応答、ダイナミックレンジ、およびＥＮＯＢ指数などのデジタイザ特性を参照して、量子化雑音へのパワーレベルの影響を評価することができる。ショット雑音および熱雑音の検討と同様に、最大許容レベルの量子化雑音はシステム仕様に基づいて事前決定することができ、プロセッサ１１６は評価に基づいて許容量子化雑音に対する対応するパワーレベルを計算することができる。したがって、プロセッサ１１６は、より低いパワー限界として、最大許容ショット雑音レベル、熱雑音レベル、および量子化雑音レベルに関連するパワーレベルのうちの最低のものを選択することができる。
【００３９】
方法５００の段階５０４において、プロセッサ１１６は、システム１００の様々な構成要素から、および／または対応するＲＯＡＤＭノード１１が配置されている光ネットワークからシステム構成情報を取り出すか、または受け取ることができる。例えば、システム構成情報は、受信器１１１に局所的にドロップされるＷＤＭチャネルの総数およびＷＤＭチャネルごとの入力信号パワーレベルなどの信号情報を含むことができる。プロセッサ１１６は、ＲＯＡＤＭノード１１から、およびＲＯＡＤＭノード１１が配置されている光ネットワークの管理システムからドロップチャネル数を受け取ることができる。さらに、ＷＳＳ１０１の出力部（またはノードにおける他のポイント）における光性能モニタ（ＯＰＭ）または光チャネルモニタ（ＯＣＭ）が、ドロップチャネル数ならびにドロップチャネルごとの信号パワーレベルをプロセッサ１１６に供給することができる。システム構成情報は、段階５０２に関して上述した受信器特性および／またはデジタイザ特性をさらに含むことができる。例えば、プロセッサ１１６は、１つまたは複数の受信器および／またはデジタイザ要素が取り替えられるか、またはシステム１００に追加される場合、特性を取り出すか、または受け取ることができる。例えば、追加要素のそのような特性は、ユーザーによって、または追加要素自体によって入力されうる。
【００４０】
段階５０６において、プロセッサ１１６は、システム構成情報が新しいかどうかを決定することができる。例えば、プロセッサ１１６は、段階５０４で受け取ったシステム構成情報が段階５０４の以前の繰返しで受け取ったシステム構成情報から変化したかどうかを決定することができる。例えば、受信器特性および／またはデジタイザ特性が変化している場合、この方法は、オプションとして、段階５０２に進み、プロセッサ１１６は更新特性を用いてセットアップを繰り返すことができる。代替として、信号情報のみが変化したか、または最初に入力された場合、この方法は段階５０８に進むことができ、プロセッサ１１６は、段階５０４で受け取ったシステム構成情報に基づいてＬＯパワーおよび信号パワーを最適に決定することができる。特に、プロセッサ１１６は、ＬＯレーザ信号と、ミクサ１１３に入力される複数のチャネルのうちの少なくとも１つとの間のパワー差ΔＰを最大にするためにＬＯパワーおよび信号パワーを最適に決定することができる。
【００４１】
例えば、図７は、段階５０８を実施するための例示的な方法を示す。ここで、段階７０２において、プロセッサ１１６は、受信器モデルにおいて雑音ペナルティ閾値以下である雑音ペナルティをもたらす、受信器１１１に局所的にドロップされたチャネルの総数に対して最も高いパワー差ΔＰを決定することができる。同じことであるが、プロセッサ１１６は、受信器モデルにおいて、それぞれ、ＳＮＲまたはＯＳＮＲの閾値以上であるＳＮＲまたはＯＳＮＲをもたらす受信器１１１に局所的にドロップされたチャネルの総数に対して最も高いパワー差ΔＰを決定することができる。このようにして、プロセッサ１１６は、雑音ペナルティが閾値レベルに確実に制限されるようにパワー差を抑制することができる。例えば、プロセッサ１１６は、段階６０２で決定された雑音ペナルティと、コヒーレント受信器に適用されるドロップチャネルの総数と、ＬＯと１つまたは複数のドロップ信号との間のパワー差ΔＰとの間の関係を利用することによって最も高いパワー差ΔＰを決定することができる。ここで、プロセッサ１１６は段階６０２で評価された各パワー差ΔＰを査定して、段階５０４で受け取ったドロップチャネルの特定の総数に対してＯＳＮＲペナルティ閾値以下である雑音ペナルティをもたらすのはパワー差のどれであるかを決定することができる。これらのパワー差の中で、プロセッサ１１６は最も高いパワー差を選択することができる。例えば、図２のグラフが段階６０２で決定された関係に対応し、局所的にドロップされたチャネルの総数が「チャンネル数限界２」である場合、プロセッサ１１６は、パワー差ΔＰ２、ΔＰ３、およびΔＰ４が局所的にドロップされたチャネルの総数に対してＯＳＮＲペナルティ閾値以下であると決定することができる。さらに、プロセッサ１１６は最も高いパワー差としてΔＰ４を選択することになる。
【００４２】
段階７０４において、プロセッサは、段階７０２で決定したパワー差をもたらすＬＯパワーを決定することができる。例えば、プロセッサ１１６は、決定した（次に）最も高いパワー差から、段階５０４おいてシステム構成情報を用いて受け取った受信器１１１に局所的にドロップされるチャネルごとの入力信号パワーレベルを減算することができる。
【００４３】
段階７０６において、プロセッサ１１６は、上限および下限が満たされているかどうかを決定することができる。ここで、プロセッサ１１６は、光検出器１１４に入力される信号のパワーが上限内にあるように、および光検出器１１４によって出力される信号のパワーが下限内にあるようにパワーレベル差を抑制することができる。例えば、プロセッサ１１６は、受信器１１１に局所的にドロップされたチャネルごとの入力信号パワーレベルを段階６０６で決定した下限と比較することができる。さらに、プロセッサ１１６は、入力光パワーを、段階６０４で決定した上限と比較することもできる。上述で示したように、入力光パワーはＰＤ１１４に供給された信号のパワーとすることができ、ＬＯパワー（段階７０４で決定した）と入力信号パワーレベルとの合計から受信器１１１のあらゆる内部損失を減算することによって表すことができる。受信器の内部損失は、段階５０２に関して上述したように記憶媒体に記憶することができる受信器特性から決定または評価することができる。入力信号パワーレベルが下限未満であり、かつ／または入力光パワーが上限を超えている場合、この方法は段階７０８に進むことができる。
【００４４】
段階７０８において、プロセッサ１１６は、ＬＯパワー増加および信号パワー増加のすべての場合または組合せが処理されたかどうかを決定することができる。処理されてない場合、この方法は段階７１０に進むことができる。
【００４５】
段階７１０において、プロセッサ１１６は、評価目的のためにＬＯパワーおよび／または信号パワーの選択を漸増的に変更することができる。例えば、プロセッサ１１６は、段階７０２で決定された特定のパワー差に対して１組のＬＯパワー増加と１組の信号パワー増加とを考慮に入れるように構成することができる。ここで、方法５０８に従って、プロセッサ１１６は、上限および下限が満たされるまで、またはすべての場合が評価されるまでパワー差を維持しながらＬＯパワー増加および信号パワー増加の各組合せを試みるように構成することができる。したがって、ＬＯパワー増加および信号パワー増加の未評価の組合せを選択する際、この方法は段階７０６に進むことができ、閾値限界との比較が、ＬＯパワーおよび信号パワーの別の選択した未評価の組合せに対して繰り返されうる。
【００４６】
段階７０８に戻ると、特定のパワー差に対するすべての場合または組合せが処理された場合、この方法は段階７０２に進むことができる。ここで、段階７０２において、プロセッサ１１６は、受信器モデルにおいて雑音ペナルティ閾値以下である、受信器１１１に局所的にドロップされたチャネルの総数に対して次に最も高いパワー差ΔＰを決定することができる。段階７０２に関して上述した例を続けると、プロセッサは次に最も高いパワー差ΔＰとしてΔＰ３を選択することができる。その後、この方法は繰り返すことができる。
【００４７】
段階７０６に戻ると、評価した信号パワーレベルおよび入力光パワーがそれぞれ下限および上限を満たす場合、プロセッサは評価した信号およびＬＯパワーレベルを最適化動作条件として選択することができ、この方法は段階５１０に進むことができる。選択した信号およびＬＯパワーレベルは、それぞれシステム１００のライン１１７および１１８の信号のパワーに対応することができることに留意するべきである、
【００４８】
段階５１０において、プロセッサ１１６は、決定したまたは最適なＬＯおよび信号パワーを含む最適化動作条件をシステム１００に適用することによってＬＯパワーおよび／または信号パワーのうちの１つまたは複数を調整することができる。例えば、プロセッサ１１６は増幅器１０６および／またはオプションのＶＯＡ１０７の設定を調整して、ライン１１７の最適信号パワーに達することができる。そして次に、プロセッサ１１６はレーザ１１２および／またはＬＯ増幅器１１５の設定を調整して、ライン１１８の最適ＬＯパワーに達することができる。その後、この方法は段階５０４に進むことができ、システム構成への任意の更新を使用して繰り返すことができる。システム１００はフィードフォワードループとして構成することができ、フィードバック反復を必要としない。したがって、応答は比較的速い。信号条件が変化すると、例えば、コヒーレント受信器に入力されるチャネル入力の数が変化すると、プロセッサは、実時間最適化を達成するために、更新情報を使用して方法５００の繰り返しを実施することによって直ちに動的に応答することができる。
【００４９】
ほとんどの場合、ＷＳＳ１０１がチャネル当たりパワー等化機能を行い、ライン１０３のドロップ信号のすべてを平衡させることができることに留意するべきである。パワー等化機能が行われない場合、上述の実施形態では増幅器１０６およびＶＯＡ１０７を使用してすべてのドロップチャネルに同時パワー調整を行うので、システム１００はスプリッタ１０８と各コヒーレントミクサ１１３との間に追加のＶＯＡを含み、信号パワーレベルを個別に調整することができる。
【００５０】
本原理がカラーレス／ディレクションレス多方路フィルタレスＲＯＡＤＭに関して説明されたが、本原理は、さらに、ＷＤＭ伝送リンクの送信先ノードの受信器などの他のＷＤＭ光受信器に適用することができることにも留意するべきである。
【００５１】
光受信器のパワー最適化のためのシステムおよび方法の好ましい実施形態（限定ではなく例示するものである）を説明してきたが、上述の教示に照らして当業者なら変更および改変を行うことができることに留意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲よって略述されるような本発明の範囲内にある開示された特定の実施形態に改変を行うことができることが理解されるべきである。したがって、特許法によって要求される詳細さおよび入念さで本発明の態様を説明したが、特許証によって保護される請求および所望されるものは添付の特許請求の範囲に記載される。
【符号の説明】
【００５２】
１０  光信号処理システム
１１  ＲＯＡＤＭノードシステム
１２、１４、１６  ＲＯＡＤＭモジュール
１８  スプリッタ
２０  波長選択スイッチ（ＷＳＳ）
１００  コヒーレント受信システム
１０１  ＷＳＳ
１０２  トランスポンダアグリゲータ
１０３  信号、ライン
１０４１、１０４ｎ  入力ポート
１０６  光増幅器
１０７  可変光減衰器
１０８  光スプリッタ
１０９１、１０９ｎ  トランスポンダ
１１０  デジタイザ
１１１  コヒーレント受信器
１１２  ローカル発振器レーザ
１１３  コヒーレントミクサ
１１４  光検出器、フォトダイオード
１１５  光増幅器
１１６  プロセッサ
１１７、１１８  ライン
１１９  送信器
１２０  カプラ
１２１  スプリッタ
【図１】
0005408202.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005408202.tif 000009
【図７】
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