(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の波長分散をモニタするための方法であって、
光信号を受光して電気信号に変換し、
該電気信号の周波数帯域を、前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高いカットオフ周波数を有するローパスフィルタを用いて制限し、
該帯域制限した電気信号の直流成分のみを除去して、直流近傍の低周波から前記ローパスフィルタのカットオフ周波数に亘る範囲の周波数帯域をもつ電気信号を生成し、
該生成した電気信号のパワーを検出し、
該検出したパワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断することを特徴とする波長分散モニタ方法。
【請求項２】
前記光信号の変調方式は、前記光信号の波長分散がゼロのときに前記電気信号のパワーが極値をとり得る変調方式であり、
前記最小周波数は、前記極値を検出可能な周波数の下限値に設定され、かつ、前記光信号のビットレートの略１．５乗に比例することを特徴とする請求項１に記載の波長分散モニタ方法。
【請求項３】
前記光信号の変調方式は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の波長分散モニタ方法。
【請求項４】
光信号の波長分散をモニタするための装置であって、
光信号を受光して電気信号に変換する受光器と、
前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高いカットオフ周波数を有し、前記受光器で変換された電気信号の周波数帯域を制限するローパスフィルタと、
該ローパスフィルタから出力される電気信号の直流成分のみを除去して、直流近傍の低周波から前記ローパスフィルタのカットオフ周波数に亘る範囲の周波数帯域をもつ電気信号を出力するＤＣ除去回路と、
該ＤＣ除去回路から出力される電気信号のパワーを検出し、該パワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断するパワー検出部と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散モニタ装置。
【請求項５】
前記光信号の変調方式は、前記光信号の波長分散がゼロのときに前記電気信号のパワーが極値をとり得る変調方式であり、
前記最小周波数は、前記極値を検出可能な周波数の下限値に設定され、かつ、前記光信号のビットレートの略１．５乗に比例することを特徴とする請求項４に記載の波長分散モニタ装置。
【請求項６】
前記光信号の変調方式は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項５に記載の波長分散モニタ装置。
【請求項７】
光信号の波長分散をモニタするための装置であって、
光信号を受光し、該光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高い応答速度に従って、前記光信号を電気信号に変換する受光器と、
該受光器で変換された電気信号の直流成分のみを除去して、直流近傍の低周波から前記受光器の応答速度に対応した周波数に亘る範囲の周波数帯域をもつ電気信号を出力するＤＣ除去回路と、
該ＤＣ除去回路から出力される電気信号のパワーを検出し、該パワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断するパワー検出部と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散モニタ装置。
【請求項８】
光送信機から送信される光信号を光ファイバ伝送路を介して光受信機に伝送すると共に、該伝送によって発生する光信号の波長分散を補償する機能を備えた光伝送システムであって、
前記光ファイバ伝送路上に配置され、前記光ファイバ伝送路を伝搬する光信号に可変の波長分散を与えて波長分散補償を行う可変分散補償器と、
前記可変分散補償器から出力される光信号の一部をモニタ光として分岐する光分岐カプラと、
該光分岐カプラからのモニタ光を用いて、前記可変分散補償器から出力される光信号に残留する波長分散をモニタする、請求項４〜７のいずれか１つに記載の波長分散モニタ装置と、
該波長分散モニタ装置のモニタ結果に基づいて、前記可変分散補償器における波長分散の補償量をフィードバック制御する制御回路と、
を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項９】
前記制御回路は、前記波長分散モニタ装置から出力されるモニタパワーのピークを同期検波によってトラッキングして前記可変分散補償器のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速光伝送システムにおける波長分散をモニタするための技術に関し、特に、伝送特性確保、コスト削減および光ネットワーク化のために求められている自動分散補償システムに好適な波長分散モニタ方法および装置、並びに、光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代の４０Ｇｂｉｔ／ｓ（ギガビット／秒）光伝送システム導入の要求が高まっており研究開発が進められている。４０Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送システムにおいては、波長分散トレランスが非常に厳しく、それが温度変動によっても変化するため、可変分散補償器を用いた自動補償システムの導入が必須である。また、現在商用化が進められている１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムにおいても、様々な伝送距離に応じた多種類の分散補償ファイバ（Dispersion Compensated Fiber：ＤＣＦ）を用意することは、初期コストおよび納期等の点からも問題になっており、自動分散補償システムの導入が求められている。さらに今後は、光アドドロップや光クロスコネクト等の運用中に経路を切り替える光ネットワーク化が進むため、経路切り替えに連動して波長分散補償量を切り替える自動分散補償システムの重要性が益々高くなることが予想される。
【０００３】
上記のような自動分散補償システムの実現には、光信号の波長分散を正確かつ簡易にモニタするための技術を確立することが必要となる。従来の波長分散モニタ方式としては、例えば、光伝送システムの受信端における主信号光の受信処理の際に検出されるエラー情報（具体的には、誤り訂正回路から出力されるエラー訂正数など）に基づいて波長分散を判断するエラーモニタ方式や、主信号光のビットレートに対応した周波数のクロック信号を抽出し、該クロック信号の平均パワーに基づいて波長分散を判断するクロックモニタ方式が提案されている（例えば、下記の非特許文献１，２参照）。また、２個の光子を同時に吸収する二光子吸収デバイスを利用して主信号光を受光し、二光子吸収デバイスからの出力を基に波長分散を判断する二光子吸収方式も提案されている（例えば、下記の非特許文献３参照）。
【非特許文献１】G.Ishikawa and H.Ooi, “Demonstration of automatic dispersion equalization in 40 Gbit/s OTDM transmission”, Proc. ECOC'98, paper WdC06, pp.519-520, 1998.
【非特許文献２】H.Ooi, T.Takahara, G.Ishikawa, S.Wakana, Y.Kawahata, H.Isono and N.Mitamura, “40-Gbit/s WDM Automatic Dispersion Compensation with Virtually Imaged Phased Array (VIPA) Variable Dispersion Compensators”, IEICE TRANS. COMMUN., VOL.E85-B, NO.2, pp.463-469, 2002.
【非特許文献３】C.Tian and S.Kinoshita, “Polarization-Independent Waveform Monitoring with Two-Photon Absorption in Si-APD in High-Speed Transmission Systems”, ECOC 2004 We4, pp.70-71.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の波長分散モニタ技術には次のような課題がある。
すなわち、上記エラーモニタ方式については、主信号光の受信端に波長分散モニタを配置する必要があるため、光ファイバ伝送路の途中のインラインへの適用が困難であるという欠点がある。また、波長分散以外の変動要因、例えば、光信号対雑音比（Optical Signal to Noise Ratio：ＯＳＮＲ）や偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）等との切り分けが難しいという問題点もある。
【０００５】
上記クロックモニタ方式については、受光素子やクロックアンプに高周波デバイスを使用する必要があるため、高コスト化が避けられないという課題がある。
上記二光子吸収方式については、信頼性や偏光依存性などの観点よりデバイスの実現が容易ではなく、また、十分なモニタ感度を確保することも難しいという問題点がある。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、インラインにも配置することが可能であり、安価で容易に実現できる波長分散モニタ方法および装置、並びに、光伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の波長分散モニタ方法は、光信号の波長分散をモニタするための方法であって、光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号の周波数帯域を、前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高いカットオフ周波数を有するローパスフィルタを用いて制限し、該帯域制限した電気信号の直流成分のみを除去して、直流近傍の低周波から前記ローパスフィルタのカットオフ周波数に亘る範囲の周波数帯域をもつ電気信号を生成し、該生成した電気信号のパワーを検出し、該検出したパワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の波長分散モニタ装置の一態様は、光信号の波長分散をモニタするための装置であって、光信号を受光して電気信号に変換する受光器と、前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高いカットオフ周波数を有し、前記受光器で変換された電気信号の周波数帯域を制限するローパスフィルタと、該ローパスフィルタから出力される電気信号の直流成分のみを除去して、直流近傍の低周波から前記ローパスフィルタのカットオフ周波数に亘る範囲の周波数帯域をもつ電気信号を出力するＤＣ除去回路と、該ＤＣ除去回路から出力される電気信号のパワーを検出し、該パワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断するパワー検出部と、を備えて構成されたことを特徴とする。
さらに、波長分散モニタ装置の他の態様は、光信号の波長分散をモニタするための装置であって、光信号を受光し、該光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高い応答速度に従って、前記光信号を電気信号に変換する受光器と、該受光器で変換された電気信号の直流成分のみを除去して、直流近傍の低周波から前記受光器の応答速度に対応した周波数に亘る範囲の周波数帯域をもつ電気信号を出力するＤＣ除去回路と、該ＤＣ除去回路から出力される電気信号のパワーを検出し、該パワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断するパワー検出部と、を備えて構成されたことを特徴とする。
【０００８】
上記のような波長分散モニタ方法および装置では、光信号の変調方式およびビットレートに応じたカットオフ周波数を有するローパスフィルタ、或いは、該カットオフ周波数と同等の応答速度を有する受光器を用いて帯域制限を行い、かつ、直流成分のみを除去することにより、直流近傍からカットオフ周波数に亘る広い周波数帯域をもつ電気信号のパワーが検出され、その検出結果に基づいて光信号の波長分散がモニタされるようになる。
さらに、上記の波長分散モニタ方法および装置の具体的な構成として、前記光信号の変調方式は、前記光信号の波長分散がゼロのときに前記電気信号のパワーが極値をとり得る変調方式であり、前記最小周波数は、前記極値を検出可能な周波数の下限値に設定され、かつ、前記光信号のビットレートの略１．５乗に比例するようにしてもよい。このような構成では、波長分散がゼロになる電気信号のパワーの極値を基準にして光信号の波長分散がモニタされるようになる。
【０００９】
本発明の光伝送システムは、光送信機から送信される光信号を光ファイバ伝送路を介して光受信機に伝送すると共に、該伝送によって発生する光信号の波長分散を補償する機能を備えた光伝送システムであって、前記光ファイバ伝送路上に配置され、前記光ファイバ伝送路を伝搬する光信号に可変の波長分散を与えて波長分散補償を行う可変分散補償器と、前記可変分散補償器から出力される光信号の一部をモニタ光として分岐する光分岐カプラと、該光分岐カプラからのモニタ光を用いて、前記可変分散補償器から出力される光信号に残留する波長分散をモニタする、前述した波長分散モニタ装置と、該波長分散モニタ装置のモニタ結果に基づいて、前記可変分散補償器における波長分散の補償量をフィードバック制御する制御回路と、を備えて構成されたことを特徴とする。
【００１０】
上記のような光伝送システムでは、光ファイバ伝送路上に配置された可変分散補償器における波長分散の補償量が、上述した波長分散モニタ装置のモニタ結果に基づいてフィードバック制御されることにより、光ファイバ伝送路を伝搬する光信号の自動分散補償が行われるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような本発明の波長分散モニタ方法および装置によれば、受信端だけでなくインラインの任意の位置で波長分散をモニタすることができると共に、比較的安価で信頼性にも優れた低速デバイスを利用して高速の光信号の波長分散をモニタすることができる。
また、本発明の光伝送システムによれば、上記のような波長分散モニタ装置のモニタ結果を基に可変分散補償器のフィードバック制御を行うことにより、受信端は勿論のことインラインの所望の位置での自動分散補償を容易に実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による光伝送システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
図１において、本実施形態の光伝送システムは、例えば、光送信機（ＯＳ）１および光受信機（ＯＲ）２が光ファイバ伝送路３を介して接続され、該光ファイバ伝送路３上に光アドドロップ装置（ＯＡＤＭ）４を備えた構成において、波長分散の自動補償を行うための可変分散補償器（ＶＤＣ）５、光分岐カプラ６、波長分散モニタ７および制御回路８を光アドドロップ装置４と光受信機２とにそれぞれ対応させて設けたものである。
【００１３】
光送信機１は、波長の異なる複数の光信号が合波された波長多重（ＷＤＭ）光を光ファイバ伝送路３に送信するものである。また、光受信機２は、光送信機１から光ファイバ伝送路３および光アドドロップ装置４を介して伝送されてきたＷＤＭ光を受信処理するものである。上記の光送信機１、光受信機２および光ファイバ伝送路３は、一般的な光伝送システムに用いられている公知の構成のものと同様である。
【００１４】
光アドドロップ装置４は、ここでは例えば、光ファイバ伝送路３から入力されるＷＤＭ光を一括増幅する入力側光アンプ４Ａと、該増幅されたＷＤＭ光から所望の波長の光信号をドロップする光スイッチ（ＳＷ）４Ｂと、該光スイッチ４ＢをスルーしたＷＤＭ光に所望の波長の光信号をアドする光スイッチ（ＳＷ）４Ｃと、該光スイッチ４Ｃから出力されるＷＤＭ光を一括増幅する出力側光アンプ４Ｄと、を備える。また、この光アドドロップ装置４は、入力側光アンプ４Ａおよび光スイッチ４Ｂの間の光路上に、可変の波長分散をＷＤＭ光に与えることのできる可変分散補償器５と、該可変分散補償器５から出力されるＷＤＭ光の一部をモニタ光として分岐する光分岐カプラ６と、を有する。該光分岐カプラ６で分岐されたモニタ光は、波長分散モニタ７に与えられて残留する波長分散がモニタされ、そのモニタ結果に基づいて制御回路８により可変分散補償器５における波長分散の補償量がフィードバック制御される。なお、光受信機２の入力段にも、上記と同様の可変分散補償器５、光分岐カプラ６、波長分散モニタ７および制御回路８が設けられている。
【００１５】
可変分散補償器５の具体的な構成としては、例えば、バーチャリ イメージド フェイズドアレイ（ＶＩＰＡ）を利用したものなどが好適である（前述の非特許文献２等参照）。ただし、可変分散補償器５の構成が上記の具体例に限定されるものではなく、公知の構成の可変分散補償器を用いて本発明を実施することが可能である。
波長分散モニタ７は、例えば、受光器（ＰＤ）７Ａ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７Ｂ、ＤＣ除去回路７Ｃ、電気アンプ７Ｄおよびパワー検出器７Ｅを有する。受光器７Ａは、光分岐カプラ６からのモニタ光を受光して電気信号に変換するものであり、一般的な受光素子が用いられる。ローパスフィルタ７Ｂは、受光器７Ａから出力される電気信号より低周波成分を抽出してＤＣ除去回路７Ｃに出力する。このローパスフィルタ７Ｂのカットオフ周波数は、後で詳しく説明するように、ＷＤＭ光に含まれる各光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定される。なお、ここではローパスフィルタ７Ｂを用いてモニタ信号の低周波成分を抽出する構成例を示したが、上記カットオフ周波数と同等の応答速度を有する低速の受光器７Ａを用いることにより、ローパスフィルタ７Ｂを省略することが可能である。ＤＣ除去回路７Ｃは、ローパスフィルタ７Ｂで抽出された低周波の電気信号に含まれる直流成分をコンデンサ等を用いて除去するものである。電気アンプ７Ｄは、ＤＣ除去回路７Ｃを通過した電気信号を所定の利得で増幅する。電気パワー検出器７Ｅは、アンプ７Ｄの出力信号のパワーを検出し、その検出結果を示す信号Ｍを制御回路８に出力する。
【００１６】
なお、本実施形態では、受光器７Ａおよびローパスフィルタ７Ｂが帯域制限部として機能し、ＤＣ除去回路７Ｃが直流除去部として機能し、電気アンプ７Ｄおよびパワー検出器７Ｅがパワー検出部として機能する。
制御回路８は、例えば図２に示すように、低周波発振器８Ａ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８Ｂ、同期検波回路８Ｃおよび重畳回路８Ｄを有する。低周波発振器８Ａは、周波数ｆ0の電気信号を発生して、それを同期検波回路８Ｃおよび重畳回路８Ｄに出力する。バンドパスフィルタ８Ｂは、波長分散モニタ７のパワー検出器７Ｅから出力される信号Ｍより周波数ｆ0成分を抽出して同期検波回路８Ｃに出力する。ただし、このバンドパスフィルタ８Ｂは省略することも可能である。同期検波回路８Ｃは、低周波発振器８Ａからの出力信号およびバンドパスフィルタ８Ｂを通過したモニタ信号の同期検波を行う。重畳回路８Ｄは、低周波発振器８Ａおよび同期検波回路８Ｃからの各出力信号を重畳することにより、可変分散補償器５に与える制御信号Ｃを生成する。
【００１７】
ここで、波長分散モニタ７の動作原理について詳しく説明する。
上記のような構成の波長分散モニタ７では、光ファイバ伝送路３を伝搬した後に光分岐カプラ６でモニタ光として分岐されたＷＤＭ光の一部が受光器７Ａで電気信号に変換され、該光電変換されたモニタ信号がローパスフィルタ７Ｂで帯域制限され、さらに、ＤＣ除去回路７Ｃで直流成分が除去される。そして、帯域制限およびＤＣカットされたモニタ信号は、電気アンプ７Ｄで増幅された後にパワー検出器７Ｅで当該パワーが検出される。これにより、帯域制限された低周波モニタ信号の基準レベル（０Ｖ）に対するパワー変動を示す信号Ｍがパワー検出器７Ｅから出力されるようになる。
【００１８】
図３〜図６は、波長分散モニタ７の分散モニタ特性をモニタ信号の周波数を変化させてシミュレーションした結果（上段）、および、分散トレランスをシミュレーションした結果（下段）をそれぞれ示す図であって、主信号光の変調方式が、図３は４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ（Return to Zero）−ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase-Shift Keying）方式の場合、図４は４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）方式の場合、図５は４３Ｇｂｉｔ／ｓのＣＳＲＺ（Carrier Suppressed Return to Zero）−ＤＰＳＫ方式の場合、図６は１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ方式の場合である。
【００１９】
各図の上段にそれぞれ示した分散モニタ特性のシミュレーション結果より、主信号光の変調方式がＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式のいずれかの場合には、波長分散モニタ７の帯域（モニタ信号の周波数）を所要値以上確保することによって、残留分散がゼロの時にモニタパワーが極値（極大若しくは極小）をとることが分かる。具体的に、図３のＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式の場合には、略３ＧＨｚ以上の帯域を確保することで残留分散ゼロでのモニタパワーが極大となる。また、図４のＲＺ−ＤＰＳＫ方式の場合には、略６ＧＨｚ以上の帯域を確保することで残留分散ゼロでのモニタパワーが極大となる。さらに、図５のＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式の場合には、略８ＧＨｚ以上の帯域を確保することで残留分散ゼロでのモニタパワーが極小となる。一方、図６のＮＲＺ方式の場合には、残留分散に比例してモニタパワーが単調増加する特性となり、残留分散がゼロの時にモニタパワーが極値をとらないことが分かる。
【００２０】
上述した従来のクロックモニタ方式や二光子吸収方式においては、残留分散が小さくなるにつれて光波形のピークパワーが高くなるという特性を利用し、主信号光のビットレートに対応した周波数を持つクロック信号等のパワー、すなわち、帯域制限を行っていない高周波のモニタ信号のパワーを基に波長分散をモニタしている。このような従来の方式に対して、上記の図３〜図５に示したＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式についてのシミュレーション結果は、変調方式に対応した所要の周波数以上を確保することを条件に帯域制限を行ったモニタ信号でも、残留分散ゼロにおけるモニタパワーの極値情報が残っていることを示している。つまり、本波長分散モニタ７によれば、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式およびＲＺ−ＤＰＳＫ方式の場合、残留分散が小さくなりゼロに近づくとモニタパワーが増大するという特性を利用して、残留分散がゼロの状態を判断することができると共に、図３および図４に示したような分散モニタ特性を予め取得しておくことでモニタパワーより残留分散の具体的な値を求めることも可能になる。また、ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式の場合には、残留分散が小さくなりゼロに近づくとモニタパワーが減少するという特性を利用して、残留分散がゼロの状態を判断することができると共に、パターン認識等の技術を用いて図５に示したような分散モニタ特性を予め取得しておくことでモニタパワーより残留分散の具体的な値を求めることも可能になる。
【００２１】
なお、ここでは特に図示しなかったが、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式のシミュレーション結果を基に、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式の場合についても本発明は有効であると判断することが可能である。一方、本発明は上記のような原理により波長分散をモニタするので、図６に示したＮＲＺ方式の場合のように残留分散ゼロで極値をとらない変調方式に対応することはできない。
【００２２】
ここで、本波長分散モニタ７の分散モニタ特性のビットレート依存性について説明を加えておく。上記の図３〜図５に結果を示した分散モニタ特性のシミュレーションにおいては、主信号光のビットレートを４３Ｇｂｉｔ／ｓで固定としたが、該ビットレートを変化させると分散モニタ特性も変化する。図７〜図１０は、例えばＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式について、ビットレートを２１．５Ｇｂｉｔ／ｓ，４３Ｇｂｉｔ／ｓ，８６Ｇｂｉｔ／ｓおよび１７２Ｇｂｉｔ／ｓとしたときのシミュレーション結果である。
【００２３】
各図の分散モニタ特性を具体的に見ていくと、図７の２１．５Ｇｂｉｔ／ｓの場合に、残留分散ゼロでのモニタパワーのピーク形状の特徴として、例えば、モニタパワーの極大値が２ｄＢ程度となる状態に注目すると、そのときの波長分散モニタ７の帯域は１．５ＧＨｚとなる。また、波長分散のモニタ幅に関する特徴として、モニタパワーが極小になる２点間の間隔に注目すると、帯域制限なしの場合の極小点間隔は１２００ｐｓ／ｎｍ程度となる。これに対して、図８の４３Ｇｂｉｔ／ｓの場合には、モニタパワーの極大値が２ｄＢ程度となるときの帯域は３ＧＨｚとなり、極小点間隔は３００ｐｓ／ｎｍ程度となる。また、図９の８６Ｇｂｉｔ／ｓの場合には、モニタパワーの極大値が２ｄＢ程度となるときの帯域は１０ＧＨｚとなり、極小点間隔は７２ｐｓ／ｎｍ程度となる。さらに、図１０の１７２Ｇｂｉｔ／ｓの場合には、モニタパワーの極大値が２ｄＢ程度となるときの帯域は３５ＧＨｚとなり、極小点間隔は１８ｐｓ／ｎｍ程度となる。
【００２４】
上記のようなシミュレーション結果を基に、例えば図１１に示すようにして、ｘ軸をビットレート、ｙ軸をモニタ信号の最小周波数（波長分散モニタ７の帯域）として上記の値をプロットすると、モニタ信号の最小周波数がビットレートの略１．５乗に比例する関係が得られる。このようなビットレート依存性は、具体的には図１２の概念図に示すように、（ｉ）残留分散ゼロでのモニタパワーのピークに関して、ビットレートの１乗に比例してモニタ信号の周波数が高くなり、（ｉｉ）波長分散のモニタ幅（極小点間隔）に関して、ビットレートの２乗に反比例して狭くなる、という（ｉ）（ｉｉ）の相乗効果によって、上記の乗数（略１．５乗）が決まっているものと考えられる。
【００２５】
以上のように本波長分散モニタ７は、残留分散がゼロとなるときにモニタパワーが極値をとるような変調方式、具体的にはＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式等の主信号光に対して有効であり、かつ、前記モニタパワーの極値を検出可能な範囲でモニタ信号の帯域制限を行い、その帯域の下限値（モニタ信号の最小周波数）は主信号光のビットレートの略１．５乗に比例するような依存性を示すという特徴を持っている。
【００２６】
次に、上記のような波長分散モニタ７を用いて実現される自動分散補償の動作について説明する。ここでは図３および図４に示したような残留分散ゼロでモニタパワーが極大になる場合を想定して説明を行う。
本光伝送システムでは、光送信機１から送信されたＷＤＭ光が光ファイバ伝送路３を介して光アドドロップ装置４に入力される。光アドドロップ装置４では、光ファイバ伝送路３からのＷＤＭ光が入力側光アンプ４Ａで一括増幅された後に可変分散補償器５に与えられてＷＤＭ光の波長分散の自動補償が行われる。この自動分散補償は、可変分散補償器５から出力されるＷＤＭ光の一部が光分岐カプラ６でモニタ光として分岐され、そのモニタ光を用いて波長分散モニタ７が残留分散をモニタし、そのモニタ結果に基づいて制御回路８が可変分散補償器５における波長分散の補償量をフィードバック制御することにより行われる。
【００２７】
具体的に、波長分散モニタ７では、上述したような動作原理に従って、光分岐カプラ６からのモニタ光が受光器７Ａで光電変換された後、そのモニタ信号がローパスフィルタ７Ｂに与えられて低周波成分が抽出され、さらに、ＤＣ除去回路７Ｃに与えられて直流成分が除去される。そして、ローパスフィルタ７Ｂのカットオフ周波数に帯域制限され、かつ、直流成分が除去されたモニタ信号が、電気アンプ７Ｄを介してパワー検出器７Ｅに与えられることで、残留分散ゼロで極大となるモニタパワーが検出されて、その検出結果を示す信号Ｍがパワー検出器７Ｅから制御回路８に出力される。
【００２８】
制御回路８では、波長分散モニタ７からの信号Ｍがバンドパスフィルタ８Ｂを介して同期検波回路８Ｃに与えられ、低周波発振器８Ａからの周波数ｆ0の発振信号との同期検波が行われる。そして、同期検波回路８Ｃの出力信号が重畳回路８Ｄに与えられて周波数ｆ0の発振信号と重畳されることにより可変分散補償器５をフィードバック制御する制御信号Ｃが出力される。これにより、一般的な同期検波方式によって、波長分散モニタ７でのモニタパワーのピークを精度良くトラッキングすることが可能になり、可変分散補償器５から出力されるＷＤＭ光の残留分散をゼロに自動補償できるようになる。
【００２９】
ただし、上記のような同期検波方式の制御回路８によって可変分散補償器５をフィードバック制御して残留分散をゼロにするためには、可変分散補償器５の初期設定時における残留分散値が、前述の図３および図４の上段に示した分散モニタ特性のグラフにおいて上に凸になっている範囲内となるように、可変分散補償器５の補償量を初期設定することが必要である。
【００３０】
なお、ここでは残留分散がゼロになるように自動分散補償を行う一例を示したが、残留分散がゼロ以外の所定値となるように自動分散補償を行うことも可能である。この場合、例えば波長分散モニタ７のモニタパワーと残留分散との関係を予め取得して制御回路８に記憶させておき、当該関係を参照しながら制御回路８が残留分散の目標値に対応した制御量の補正を行うようにすればよい。また、残留分散ゼロでモニタパワーが極大になる場合を想定して同期検波方式の制御を行うようにしたが、前述の図５に示したような残留分散ゼロでモニタパワーが極小になる場合でも、例えば公知のパターン認識技術等を利用することにより残留分散をゼロ若しくは所定の値に自動補償することが可能である。
【００３１】
上記のようにして光アドドロップ装置４内の可変分散補償器５で自動分散補償されたＷＤＭ光は、光分岐カプラ６を通過して光スイッチ４Ｂ，４Ｃに与えられ、所要の波長の光信号がアド／ドロップされた後、出力側光アンプ４Ｃで一括増幅さて光ファイバ伝送路３に出力される。そして、光ファイバ伝送路３を伝搬したＷＤＭ光は、光受信機２の入力段に配置された可変分散補償器５、光分岐カプラ６、波長分散モニタ７および制御回路８により、上記光アドドロップ装置４での自動分散補償と同様にして、受信端に至るまでに累積した波長分散の自動補償が行われる。受信端での自動分散補償は基本的に残留分散をゼロにすればよいので、上述したような一般的な同期検波方式の制御回路８により波長分散モニタ７でのモニタパワーのピークを精度良くトラッキングして可変分散補償器５をフィードバック制御することで、光受信機２で受信されるＷＤＭ光の残留分散をゼロにすることができる。
【００３２】
以上のように本実施形態によれば、主信号光の変調方式およびビットレートに応じて帯域制限を行い、かつ、直流成分を除去したモニタ信号のパワーを検出し、そのモニタパワーの極値を基準にして主信号光の波長分散をモニタする方法を実現したことで、受信端だけでなく光ファイバ伝送路３の途中のインラインにおける任意の位置で波長分散をモニタすることができると共に、１０Ｇｂｉｔ／ｓや４０Ｇｂｉｔ／ｓなどのような高速の光信号の波長分散を、比較的安価で信頼性にも優れた低速デバイスを用いて構成した波長分散モニタ７によってモニタすることができる。また、上記のような波長分散モニタ７のモニタ結果を基に可変分散補償器５のフィードバック制御を行うことにより、受信端は勿論のことインラインの所望の位置での自動分散補償を容易に実現することが可能になる。
【００３３】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００３４】
（付記１）  光信号の波長分散をモニタするための方法であって、
光信号を受光して電気信号に変換すると共に、該電気信号の周波数帯域を、前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高い範囲に制限し、
該帯域制限した電気信号の直流成分を除去し、
該直流除去した電気信号のパワーを検出し、
該検出したパワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断することを特徴とする波長分散モニタ方法。
【００３５】
（付記２）  前記光信号の変調方式は、前記光信号の波長分散がゼロのときに前記電気信号のパワーが極値をとり得る変調方式であり、
前記最小周波数は、前記極値を検出可能な周波数の下限値に設定され、かつ、前記光信号のビットレートの略１．５乗に比例することを特徴とする付記１に記載の波長分散モニタ方法。
【００３６】
（付記３）  前記光信号の変調方式は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式のうちの少なくとも１つであることを特徴とする付記２に記載の波長分散モニタ方法。
【００３７】
（付記４）  前記光信号の変調方式がＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式であり、ビットレートが４３Ｇｂｉｔ／ｓであるとき、前記最小周波数が略３ＧＨｚに設定されることを特徴とする付記３に記載の波長分散モニタ方法。
【００３８】
（付記５）  前記光信号の変調方式がＲＺ−ＤＰＳＫ方式であり、ビットレートが４３Ｇｂｉｔ／ｓであるとき、前記最小周波数が略６ＧＨｚに設定されることを特徴とする付記３に記載の波長分散モニタ方法。
【００３９】
（付記６）  前記光信号の変調方式がＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式であり、ビットレートが４３Ｇｂｉｔ／ｓであるとき、前記最小周波数が略８ＧＨｚに設定されることを特徴とする付記３に記載の波長分散モニタ方法。
【００４０】
（付記７）  光信号の波長分散をモニタするための装置であって、
光信号を受光して電気信号に変換すると共に、該電気信号の周波数帯域を、前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記光信号の変調方式およびビットレートに応じて設定した最小周波数よりも高い範囲に制限する帯域制限部と、
該帯域制限部から出力される電気信号の直流成分を除去する直流除去部と、
該直流除去部から出力される電気信号のパワーを検出し、該パワーに基づいて前記光信号の波長分散を判断するパワー検出部と、
を備えて構成されたことを特徴とする波長分散モニタ装置。
【００４１】
（付記８）  前記光信号の変調方式は、前記光信号の波長分散がゼロのときに前記電気信号のパワーが極値をとり得る変調方式であり、
前記最小周波数は、前記極値を検出可能な周波数の下限値に設定され、かつ、前記光信号のビットレートの略１．５乗に比例することを特徴とする付記７に記載の波長分散モニタ装置。
【００４２】
（付記９）  前記光信号の変調方式は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式、ＲＺ−ＤＰＳＫ方式およびＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式のうちの少なくとも１つであることを特徴とする付記８に記載の波長分散モニタ装置。
【００４３】
（付記１０）  前記受光帯域制限部は、光信号を受光して電気信号に変換する受光器と、カットオフ周波数が前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記最小周波数よりも高いローパスフィルタと、を有することを特徴とする付記７に記載の波長分散モニタ装置。
【００４４】
（付記１１）  前記受光帯域制限部は、光信号を受光して電気信号に変換すると共に、その応答速度が前記光信号のビットレートに対応した周波数よりも低く、かつ、前記最小周波数よりも高い受光器を用いたことを特徴とする付記７に記載の波長分散モニタ装置。
【００４５】
（付記１２）  光送信機から送信される光信号を光ファイバ伝送路を介して光受信機に伝送すると共に、該伝送によって発生する光信号の波長分散を補償する機能を備えた光伝送システムであって、
前記光ファイバ伝送路上に配置され、前記光ファイバ伝送路を伝搬する光信号に可変の波長分散を与えて波長分散補償を行う可変分散補償器と、
前記可変分散補償器から出力される光信号の一部をモニタ光として分岐する光分岐カプラと、
該光分岐カプラからのモニタ光を用いて、前記可変分散補償器から出力される光信号に残留する波長分散をモニタする、付記７に記載の波長分散モニタ装置と、
該波長分散モニタ装置のモニタ結果に基づいて、前記可変分散補償器における波長分散の補償量をフィードバック制御する制御回路と、
を備えて構成されたことを特徴とする光伝送システム。
【００４６】
（付記１３）  前記制御回路は、前記波長分散モニタ装置から出力されるモニタパワーのピークを同期検波によってトラッキングして前記可変分散補償器のフィードバック制御を行うことを特徴とする付記１２に記載の光伝送システム。
【００４７】
（付記１４）  前記可変分散補償器は、前記光ファイバ伝送路の途中に設けられた光ノードおよび前記光受信機の入力段にそれぞれ配置されることを特徴とする付記１２に記載の光伝送システム。
【００４８】
（付記１５）  前記光ノードは、光アドドロップ装置を備えたことを特徴とする付記１４に記載の光伝送システム。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による波長分散モニタ技術を適用した光伝送システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】上記実施形態における制御回路の具体的な構成例を示す図である。
【図３】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性および分散トレランスを４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性および分散トレランスを４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性および分散トレランスを４３Ｇｂｉｔ／ｓのＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性および分散トレランスを１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性を２１．５Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図８】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性を４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図９】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性を８６Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図１０】上記実施形態における波長分散モニタの分散モニタ特性を１７２Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ方式についてシミュレーションした結果を示す図である。
【図１１】上記実施形態におけるモニタ最小周波数とビットレートとの関係を示す図である。
【図１２】上記実施形態におけるモニタ最小周波数のビットレート依存性を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…光送信機（ＯＳ）
２…光受信機（ＯＲ）
３…光ファイバ伝送路
４…光アドドロップ装置（ＯＡＤＭ）
５…可変分散補償器（ＶＤＣ）
６…光分岐カプラ
７…波長分散モニタ
７Ａ…受光器（ＰＤ）
７Ｂ…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
７Ｃ…ＤＣ除去回路
７Ｄ…電気アンプ
７Ｅ…パワー検出器
８…制御回路
８Ａ…低周波発振器
８Ｂ…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
８Ｃ…同期検波回路
８Ｄ…重畳回路
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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