(57)【要約】  １以上の非静的結合セクションに結合された少なくとも１つの準静的導波セクションを持つ少なくとも１つの伝送リンクを有する波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにおいて偏波モード分散（ＰＭＤ）の影響を軽減するための手法が開示される。送信機が伝送リンクに結合され、伝送リンクを介して少なくとも１つの準静的導波セクションのＰＭＤ相関帯域幅よりも大きい光信号波長チャネル間隔をもって光信号を送信して、システムに対するＰＭＤに起因する通信遮断確率が最適化されるよう適合される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の非静的結合セクションに結合された少なくとも１つの準静的導波セクションを持つ少なくとも１つの伝送リンクを有する波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにおいて偏波モード分散（ＰＭＤ）を軽減する方法であって、該方法が、
少なくとも１つの伝送リンクを介して複数のＷＤＭチャネル上で光信号を送信するステップであって、該ＷＤＭチャネルが該少なくとも１つの準静的導波セクションの少なくともＰＭＤ相関帯域幅のスペクトル間隔を有し、これによりＰＭＤに起因する通信遮断確率が最適化される、ステップ
からなる方法。
【請求項２】
請求項１の方法において、該複数のＷＤＭチャネルが第１のセットのＷＤＭチャネル及び第２のセットのＷＤＭチャネルからなり、該第１のセットのＷＤＭチャネルが、隣接する該第１のセットのＷＤＭチャネル間で少なくとも該ＰＭＤ相関帯域幅のスペクトル間隔を有し、隣接する該第２のセットのＷＤＭチャネル間で少なくとも該ＰＭＤ相関帯域幅のスペクトル間隔を有する方法。
【請求項３】
請求項２の方法において、少なくとも大部分の利用可能な該第１のセットのＷＤＭチャネルが配置された後に、該第２のセットのＷＤＭチャネルが配置される方法。
【請求項４】
請求項１の方法において、該ＰＭＤ相関帯域幅が準静的導波セクションの基本偏波状態の帯域幅の２〜６倍である方法。
【請求項５】
請求項１の方法であって、１以上の保護ＷＤＭチャネルを提供するステップからなり、該伝送リンクの全ＷＤＭチャネル数に対する該保護ＷＤＭチャネル数の比率が該伝送リンクの不適合率に略等しい方法。
【請求項６】
１以上の非静的結合セクションに結合された少なくとも１つの準静的導波セクションを持つ少なくとも１つの伝送リンクを有する波長分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにおいて偏波モード分散（ＰＭＤ）を軽減するシステムであって、該システムが、
少なくとも１つの伝送リンクを介して複数のＷＤＭチャネル上で光信号を送信する手段であって、該ＷＤＭチャネルが該少なくとも１つの準静的導波セクションの少なくともＰＭＤ相関帯域幅のスペクトル間隔を有し、これによりＰＭＤに起因する通信遮断確率が最適化される、手段
からなる方法。
【請求項７】
請求項６のシステムにおいて、該複数のＷＤＭチャネルが第１のセットのＷＤＭチャネル及び第２のセットのＷＤＭチャネルからなり、該第１のセットのＷＤＭチャネルが、隣接する該第１のセットのＷＤＭチャネル間で少なくとも該ＰＭＤ相関帯域幅のスペクトル間隔を有し、隣接する該第２のセットのＷＤＭチャネル間で少なくとも該ＰＭＤ相関帯域幅のスペクトル間隔を有するシステム。
【請求項８】
請求項６のシステムにおいて、少なくとも大部分の利用可能な該第１のセットのＷＤＭチャネルが配置された後に、該第２のセットのＷＤＭチャネルが配置されるシステム。
【請求項９】
請求項６のシステムにおいて、該ＰＭＤ相関帯域幅が準静的導波セクションの基本偏波状態の帯域幅の２〜６倍であるシステム。
【請求項１０】
請求項６のシステムであって、１以上の保護ＷＤＭチャネルを提供するステップからなり、該伝送リンクの全ＷＤＭチャネル数に対する該保護ＷＤＭチャネル数の比率が該伝送リンクの不適合率に略等しいシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は２００５年３月４日に出願された米国特許出願番号１１／０７３０６１及び２００６年２月２８日に出願された米国特許出願番号１１／３０７９１８を基礎として優先権を主張するものであり、ここに参照として取り入れられている。
本発明は高速光通信の分野に関し、より具体的には光通信システムにおける偏波モード分散（ＰＭＤ）の軽減のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
公称上円形対称となっている光ファイバによる偏波は複屈折をもたらし、直交偏波モードに対して異なる群速度を生じさせる。従って、光信号の２つの偏波成分はいくつかの差分群遅延（ＤＧＤ）を経験し、それは波長によっても変化する。光受信機は通常、合計光パワーを検出するので、偏波に関係なく、ＤＧＤはいわゆる偏波モード分散（ＰＭＤ）といわれるパルス拡散となって現れる。（正確な数値は変調フォーマット及び受信機のプロパティによるが）約１０％のビット期間の光信号のＤＧＤに対して、パルスは大幅に拡散し始め、隣接するビットスロットまで拡大してビットエラーを引き起こす。ファイバに作用する時間変動ストレス（例えば、機械的振動、温度変化など）はＤＧＤをランダムに変化させる。通常の変化率はミリ秒単位（例えば、音響的振動によるもの）から月単位（例えば、埋設ファイバに対するもの）までの幅がある。
【０００３】
ＰＭＤに起因する信号歪は時間においてランダムに変動し、通信を中断させるエラーバーストをもたらす。ＰＭＤの性質上、非常に低い発生可能性ではあるものの、信号歪の量は非常に大きくなることがある。従って、ＰＭＤ対策に高いリンクバジェットマージンが割り当てられている場合でさえ、システムは故障することがある。このようなＰＭＤの確率的な振る舞いの前提の下、ＰＭＤの影響を軽減する標準的なアプローチは、ＰＭＤに起因する信号歪のほとんどの事象に対処できるような所定のマージンを割り当てることであったが、ＰＭＤがそのマージンを超えてしまう上記のランダムな事象に対してはシステムな脆弱なままである。そして、システムのＰＭＤに対するロバスト性は、割り当てられたマージンによって対処されないＰＭＤ性エラーバーストの可能性として定義される通信遮断確率によって定量化される。
【０００４】
従来のモデルを用いると、遮断確率は、送受信機の対の決定論的なＰＭＤ許容度を特定してから、ＤＧＤについてのマクスウェル統計学を援用することによって計算することができる。このモデルでは、マクスウェル統計学は波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおけるチャネルに亘って適用されるだけでなく時間に対しても適用され、システム停止（遮断）確率を計算し特定するために用いることができる。配備されたファイバプラントのＰＭＤ特性に関する最近の研究では異なる統計学を用いた異なるモデルを提唱している。（例えば、R. Caponi他、「WDM Design Issues with Highly Correlated PMD Spectra of Buried Optical Cables」 OFC2002, 第453-455ページ、が参照される。）
【０００５】
図１に概略図を示すように、いわゆる「ヒンジ(hinge)モデル」によると、標準的な伝送リンク１００は、長期間（例えば月単位）にわたって環境から適切に保護された幾つかの（例えば、５〜１０個の）比較的安定な長いファイバセクション１１０で構成される。セクション１１０を準静的導波セクション又は安定ファイバセクションという。そのような時間スケールにおいては、それらのセクションのＰＭＤ特性は温度変化又は機械的振動によって大きな影響を受けることはない。
【０００６】
安定ファイバセクション１１０は、中継局の分散補償モジュール、交換局のファイバ接続コード、機械的振動源に近接した一定の長さのファイバなどのような環境的に保護されていないファイバ１２０の部分に接続される。そのようなファイバ部分を非静的結合セクション又は「ヒンジ（節）」という。ヒンジの偏波特性は時間に対して速く変動する。
【０００７】
ヒンジモデルはそのようなファイバリンクのＰＭＤ統計学を特性化しようとするものである。長い安定したセクションのＤＧＤは依然として波長の次元におけるマクスウェル確率密度関数（ＰＤＦ）を有し、基本的には時間で変動しない。しかし、リンクＤＧＤの全体的なＰＤＦはマクスウェル的ではない。特に、所与の波長におけるＤＧＤは上限を有し、（１以上のチャネルからなる）各波長帯域は異なる遮断確率を有する。ある波長帯域は予め規定された遮断規格に適合するが、他の波長帯域は適合しないことになる。言い換えると、ＷＤＭシステムに対して遮断確率がいくつに規定されようと、ＷＤＭチャネルのある部分が常にその遮断規格に抵触してしまうことになる（即ち、チャネルのある部分が規定の遮断確率よりも高くなってしまうことになる）。この部分は不適合容量率（ＮＣＲ）によって定量化される。（H. Kogelnik他、「First-Order PMD Outage for the Hinge Model」、IEEE Photonics Technology Letters, 第１７巻、第６号、２００５年６月、が参照される。）
【０００８】
図２に複数のセクションを有する標準的な伝送リンクのＮＣＲに対するヒンジモデルの適用可能性の関係を示す。プロット１０は古典的モデルの場合を表すのに対し、プロット２０はヒンジモデルを表している。これらのプロットは６個のセクション（５個のヒンジ）からなる４０Ｇｂ／ｓのファイバリンクに対して、５ｐｓの平均リンクＤＧＤ及びＲＺ−ＯＯＫ変調で導出されたものである。図２に示すように、古典的モデルは遮断確率を１０−４で予測している。この値は全てのＷＤＭチャネルに対して統計上依存しないやり方で個々に適用される。しかし、ヒンジモデルの下では、同じリンクＤＧＤに対して全ＷＤＭチャネルの２５％超が不適合となる。即ち、それらは１０−４の遮断規格を満足できない。一方、全ＷＤＭチャネルの約７５％が規定されるよりもよい性能で動作し、全チャネルのうちの４５％で全く遮断が起こらないことになる。
【０００９】
ヒンジモデルによると、リンクの各準静的セクションのＤＧＤ値は、統計上依存しない波長帯域各々に対して異なるものとなる。帯域は各々１以上のＷＤＭチャネルを含み、それらのスペクトル分離幅がＰＭＤ相関帯域幅を超えるときに、統計上独立しているか相関しないものとみなされる。相関帯域幅がどのように定義されるかに依存して、ＰＭＤ相関帯域幅は準静的リンクセクションの偏波の基本状態（ＢＰＳＰ）の帯域幅の約２〜６倍となる。ＰＭＤ相関帯域幅内のＷＤＭチャネルは統計上従属（又は相関する）ものとしてみなされ、同じＤＧＤ及び遮断確率を経験する。このように、ＮＣＲはＷＤＭシステムを構成する個々のＷＤＭチャネルではなく帯域の全体的効果に関係する。
【００１０】
さらに、上述のように、リンクの各準静的セクションのＤＧＤ値は比較的遅い時間（例えば、日〜月単位）で変動するが、それでもそれらは変動していることには変わりない。ＤＧＤ値が変動するにつれて、不適合となる帯域の組み合わせも変化する。言い換えると、（ＮＣＲによって表される）不適合容量は比較的一定値にとどまるが、不適合容量を構成する個々の帯域は時間に亘って変化する。
【００１１】
ヒンジモデルによると、複数セクションの光通信リンクは、ＷＤＭチャネルの全て又は大多数の部分がリンクの不適合容量内にある場合、性能の深刻な劣化を周期的に経験することになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ヒンジモデルによって予測されたシステムのＰＭＤに関連する通信遮断発生の振る舞いを考慮に入れた、ＰＭＤの影響を軽減するために光通信システム及びそれを動作させる方法に向けられている。本発明の実施例によると、光通信システムが、１以上の非静的結合セクションに結合された１以上の準静的導波セクションを含む伝送リンクで構成して設けられる。伝送リンクに結合された送信機は、システムにおけるＰＭＤに起因する通信遮断確率が最適化されるように、光信号を少なくとも１つの準静的導波セクションのＰＭＤ相関帯域幅よりも大きい光信号波長チャネル間隔で伝送リンクを介して送信するように適合されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３Ａから３Ｃに、ＰＭＤの影響を軽減するようにＷＤＭチャネルを例示的リンクに割り当てるための一方法を示す。リンクによってサポートされている周波数３１０の全波長域は複数のＷＤＭチャネル３２０を含む。本発明によると、トラフィックがＷＤＭチャネルに割り当てられると、図３Ｂにおいて塗りつぶされている第１のセットのチャネル３２０.１に属するＷＤＭチャネルが最初に配置される。第１のセットのチャネル３２０.１は周波数（又は波長）の間隔３５０によって離隔されるように選択される。スペクトル間隔３５０は好ましくはＷＤＭチャネル３２０.１が互いに統計上相関しないように選択される。
【００１４】
ＷＤＭチャネルは、それらのスペクトル分離幅がリンクのＰＭＤ相関帯域幅を超える場合には統計上相関しない。相関帯域幅の定義に従って、ＰＭＤ相関帯域幅は１つの準静的リンクセクションの偏波基本状態（ＢＰＳＰ）の帯域幅の約２〜６倍となる。このように、図３Ａから３Ｃに示す例示的チャネル割り当て手法において、スペクトル間隔３５０は約６ＢＰＳＰよりも大きいことが好ましい。ＰＳＰ（ＢＰＳＰ）の帯域幅は、
ＢＰＳＰ＝１２５ＧＨｚ／平均静的セクションＤＧＤ（ｐｓ）  ・・・（式１）
で与えられる。
【００１５】
等しい平均セクションＤＧＤのＮ個の準静的セクションを持つリンクに対して、平均静的セクションＤＧＤは以下のように平均リンクＤＧＤから決定される。
平均静的セクションＤＧＤ＝平均リンクＤＧＤ／  Ｎ１/２    ・・・ （式２）
【００１６】
以下の表１は、４０Ｇｂ/ｓのシステムを例として選び、５ｐｓの平均リンクＤＧＤの場合について、いろいろな準静的セクション数を持つ例示的リンクの統計上独立したＷＤＭチャネルに対する周波数間隔を示すものである。
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【００１７】
ＷＤＭチャネル３２０.１間の間隔は、間隔が少なくとも間隔３５０の長さがある限り、均等（即ち、全ての隣接する対のチャネル３２０.１間の間隔が同じ）であっても、そうでなくてもよい。さらに、チャネル３２０.１は何らかの特定の順序で配置される必要はない。
【００１８】
図３Ａ−３Ｃに示す実施例においては、スペクトル間隔３５０は５個のＷＤＭチャネルのスパンを持っている。なお当然に、スペクトル間隔３５０によってスパンに含まれるＷＤＭチャネル数はスペクトル間隔３５０やＷＤＭチャネルの間隔によって変化し得る。
【００１９】
本発明の例示的方法によると、ＷＤＭチャネル３２０.１の全て又は大部分が配置されると、次に第２のセットのチャネル３２０.２（図３Ｃ参照）を配置することができる。ＷＤＭチャネル３２０.１のように、チャネル３２０.２は少なくとも間隔３５０によって互いに離隔するように選択される。（説明の便宜上、図３Ｃはチャネル３２０.２の一部分、即ち、６個の可能なチャネルのうちの４個を配置している。）
【００２０】
ＷＤＭチャネル３２０.２の第２のセットは、好ましくは既に配置された第１のセットのチャネル３２０.１からの間隔が最大になるように選択される。従って、例えば、図３Ａ−３Ｃにおいて図示された例示的手法において、ＷＤＭチャネル３２０.２のセットは図示した位置から左に対して１チャネル分ずらしてもよい。
【００２１】
残りのＷＤＭチャネル３２０は、チャネルのセット３２０.１及び３２０.２について上述したように配置される。この手法はヒンジモデルのフレームワークにおけるリンクのＰＭＤに起因する遮断に対する脆弱性を、配置されたＷＭＤチャネル間の相関を可能な限り最小にすることによって軽減する。この脆弱性は、配置されたチャネル全てが接近して離隔された場合、即ち、帯域内で配置されることにより相関する場合に想定されるようなＰＭＤに起因する遮断によってリンクのチャネルの１００％が遮断される可能性を低減する。本発明の手法の下では、ＮＣＲによって定量化されるように、配置されたチャネルのある部分のみがＰＭＤに起因する遮断によって影響を受けることになる。
【００２２】
なお、第１のセットのチャネル３２０.１が完全に配置された後に後続のセットの一部として配置された追加のチャネルは、既に配置されたチャネルから間隔３５０の範囲内にあることになる。言い換えると、相関するチャネルができることになる（例えば、図３Ｃに示す４つの配置済みチャネル３２０.２の各々は、隣接するチャネル３２０.１と相関することになる）。相関するＷＤＭチャネルは、図３Ｃに示すチャネル３７０のグループのような相関グループ又は帯域に属するといえる。本発明に従ってチャネルを配置する場合、帯域内のＷＤＭチャネル数はできるだけ等しくすることが好ましい。しかし、チャネル成長中は、あるサブバンドがＮ個のチャネルを有し、他のサブバンドがＮ＋１個のチャネルを有することになる。
【００２３】
ＷＤＭチャネルのある部分が常に遮断規格に抵触することが分かっていれば、不適合があっても全ての基本チャネルに対する十分な伝送品質を提供するように、ＰＭＤ保護チャネルの幾つかが互いに適切な監視及び交換メカニズムをもって配置されるようにしてもよい。従って、例えば、ＮＣＲが約２５％の場合、１３３個のチャネルを提供すれば１００個の適合チャネルを提供できることになる。しかし、ＮＣＲを適用するとともにそのような「多めの提供」を効果的なものとするためには、チャネルが割り当てられるたびに相関及び非相関ＷＤＭチャネル間の正しい比率が保持されるべきである。異なる小帯域（サブバンド）内で等しくないＷＤＭチャネルグルーピングを持つ伝送システムの場合、多めの提供はそのグルーピングの比率を反映しなければならない。（これは上記の均等でないチャネル配置の問題に対処するものである。）従って、例えば、１０個の基本帯域及び３個の保護帯域を持つリンクからなる場合、１０個の基本帯域は３個の割り当てられたチャネルを各々有する６個の帯域及び２個の割り当てられたチャネルを各々有する４個の帯域からなり、３個の保護帯域は３個のチャネルを各々有する２個の帯域及び２個のチャネルを有する１個の帯域からなる。
【００２４】
更なる実施例において、多めの提供による手法の代替として共有ＰＭＤ補償チャネルが採用される。相関ＷＤＭチャネルの帯域内で、不適合である帯域の部分内において配置される最大ＷＤＭチャネル数に対してＰＭＤ補償チャネルが配置され得る。従って、例えば、５個のＷＤＭチャネルを各々有する１０個の帯域を有するＮＣＲが２５％のシステムであって、そのうちの３個の帯域各々に３個のＷＤＭチャネルが配備され、７個の帯域各々に２個のＷＤＭチャネルが配備されるシステムにおいて、３個のＰＭＤ補償チャネルが、ＰＭＤの影響を受けるチャネルが交換されるところに配置される。
【００２５】
帯域内のＰＭＤ補償チャネルは、例えば、複数の１次補償チャネルとして、又は単一の高次補償チャネルとして実装され得る。補償チャネルはヒンジモデルの逆エミュレータとしてみなすことができる。これは、必要に応じて監視及び交換する等して、各帯域に対する１つの専用補償チャネルで、又はＮＣＲ帯域のみに対する補償チャネルで実施することができる。
【００２６】
上述した実施例は、発明の適用を表すことができる可能な特定の実施例のうちの幾つかだけを説明するものであることが分かる。多数のかつ変更された他の構成が発明の精神と範囲から離れることなく当業者によって成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は複数の準静的及び非静的な導波セクションを有するＷＤＭリンクを表す図である。
【図２】図２は古典的及びヒンジモデルの下での規定された遮断確率に関連した例示的複数セクションリンクの不適合容量を示すグラフである。
【図３】図３Ａから３Ｃは本発明による例示的ＷＤＭチャネル割り当て手法を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００．伝送リンク
１１０．準静的導波セクション又は安定ファイバセクション
１２０．非静的結合セクション又は「ヒンジ」
３２０．ＷＤＭチャネル 
３２０.１．第１のセットのチャネル
３２０.２．第２のセットのチャネル
３５０．スペクトル間隔
３７０．チャネルのグループ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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