(57)【要約】【課題】  受信した光信号のＤＯＰから推定する光ファイバのＤＧＤ値に基づいてＥＤＣを適応制御し、ＰＭＤによる波形劣化を長期間にわたって安定に補償する。【解決手段】  光ファイバ伝送路を伝搬してＰＭＤに起因する波形劣化が生じた光信号を入力し、電気信号に変換し、ＥＤＣを用いて波形劣化を補償するＰＭＤ補償装置において、光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤに応じたＰＭＤ補償特性を有する１つのＥＤＣまたは互いにＰＭＤ補償特性が異なる２以上のＥＤＣと、電気信号をＥＤＣを通過させずに出力する経路と、いずれか１つのＥＤＣを通過して出力する経路を選択する経路選択手段と、光信号の偏光度ＤＯＰをモニタし、その偏光度ＤＯＰに対応する光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤ値に応じて最良のＰＭＤ補償特性が得られるように、経路選択手段の経路の選択する制御信号を生成して経路選択手段を制御する制御手段とを備える。【選択図】        図１
2009296290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路を伝搬してＰＭＤに起因する波形劣化が生じた光信号を入力し、電気信号に変換し、電気分散補償器を用いて波形劣化を補償するＰＭＤ補償装置において、
前記光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤに応じたＰＭＤ補償特性を有する１つの電気分散補償器または互いにＰＭＤ補償特性が異なる２以上の電気分散補償器と、
前記電気信号を前記電気分散補償器を通過させずに出力する経路と、いずれか１つの電気分散補償器を通過して出力する経路を選択する経路選択手段と、
前記光信号の偏光度ＤＯＰをモニタし、その偏光度ＤＯＰに対応する前記光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤ値に応じて最良の前記ＰＭＤ補償特性が得られるように、前記経路選択手段の前記経路の選択する制御信号を生成して前記経路選択手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするＰＭＤ補償装置。
【請求項２】
光ファイバ伝送路を伝搬してＰＭＤに起因する波形劣化が生じた波長多重光信号を入力し、各波長の光信号に分波してそれぞれ電気信号に変換し、各波長対応に電気分散補償器を用いて波形劣化を補償するＰＭＤ補償装置において、
前記各波長の光信号に対応して、
前記光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤに応じたＰＭＤ補償特性を有する１つの電気分散補償器または互いにＰＭＤ補償特性が異なる２以上の電気分散補償器と、
前記電気信号を前記電気分散補償器を通過させずに出力する経路と、いずれか１つの電気分散補償器を通過して出力する経路を選択する経路選択手段と、
前記光信号の偏光度ＤＯＰをモニタし、その偏光度ＤＯＰに対応する前記光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤ値に応じて最良の前記ＰＭＤ補償特性が得られるように、前記経路選択手段の前記経路の選択する制御信号を生成して前記経路選択手段を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするＰＭＤ補償装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＰＭＤ補償装置において、
前記制御手段は、
前記光信号の各偏光成分の光強度を検出してストークスパラメータを測定し、さらにストークスパラメータから前記光信号の偏光度ＤＯＰを算出するＤＯＰモニタ部と、
前記光信号のＤＯＰから前記光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤを推定し、その群遅延差ＤＧＤ値に応じた前記制御信号を前記経路選択手段に出力する制御部と
を備えたことを特徴とするＰＭＤ補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路の偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ) に起因する波形劣化を補償するＰＭＤ補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長多重光伝送システムは、１本の光ファイバに複数の波長を多重して伝送する。伝送容量を向上させるためにはより多くの波長を多重する必要があり、広帯域の中でより均一で安定した伝送品質を保つことが不可欠である。伝送品質を制限する要因の一つとして光ファイバのＰＭＤがあり、特に伝送速度が40Gbit/s以上の高速な光伝送システムでは、このＰＭＤをいかに補償できるかが重要な課題となっている。
【０００３】
ＰＭＤは、光ファイバへの入射偏波の状態によって伝搬速度が異なる現象で、光ファイバの複屈折特性に起因するものである。理想的な光ファイバコアは完全な円心構造をしており複屈折は生じない。しかし、光ファイバの製造過程や、光ファイバの敷設条件による曲げや張力など、種々の応力が加わることにより光ファイバコアの円心構造が崩れると、偏波モードの縮退が解けてＰＭＤが生じる。ＰＭＤの大きさは上記の条件によって大きく左右されるが、一般的にファイバ長に依存する。
【０００４】
ＰＭＤの大きさを示す指標として、群遅延差（Differential Group Delay：ＤＧＤ）がある。ＤＧＤは、直交する２つの偏波状態の伝搬遅延差に相当し、図５に示すように、波長ごとに異なる値をとるとともに時間的にもランダムに変動する。図５では、測定期間約１ヶ月の間に、波長1570ｎｍと波長1610ｎｍにおけるＤＧＤがそれぞれランダムに変動する様子を示す。
【０００５】
一般的に、光ファイバについて全波長帯域に渡ってＤＧＤ値をサンプリングした場合、ＤＧＤ値の分布はマクスウェル分布に従うことが知られている。ここで、ＤＧＤ値の分布の平均をＰＭＤ値と呼ぶ。したがって、ＰＭＤ値が大きい光ファイバほど大きなＤＧＤ値をとる確率が高く、かつＤＧＤ値の変動幅が大きくなる確率が高い。
【０００６】
ここで、光ファイバのＤＧＤの測定（推定）方法について説明する（非特許文献１）。まず、光ファイバを伝搬した光信号の各偏光成分の光強度を検出してストークスパラメータを測定し、さらにストークスパラメータから光信号の偏光度（Degree of Polarization：ＤＯＰ）を算出する。
【０００７】
一般に、任意の偏波状態はストークスパラメータＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 を用いて次式のように定義される。
Ｓ0 ＝Ｉ1＋Ｉ2 
Ｓ1 ＝Ｉ1−Ｉ2 
Ｓ2 ＝２Ｉ3 −（Ｉ1＋Ｉ2 ）
Ｓ3 ＝２Ｉ4 −（Ｉ1＋Ｉ2 ）
【０００８】
ここで、Ｉ1 は０°直線偏光成分、Ｉ2 は90°直線偏光成分、Ｉ3 は45°直線偏光成分、Ｉ4 は右回り円偏光成分の各光強度を示し、これらを検出することによりストークスパラメータを測定することができる。ＤＯＰは、ストークスパラメータＳ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 から次式のように算出することができる。
ＤＯＰ＝ (Ｓ12＋Ｓ22＋Ｓ32)1/2／Ｓ0 
【０００９】
図６は、ＤＯＰ測定系の構成例を示す。
図において、入力光信号は、ビームスプリッタ（ＢＳ，ＰＢＳ）により４つの成分に分岐して各受光器４１−１〜４１−４に受光される。0 °直線偏光成分と90°直線偏光成分は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）４２で互いに直交する直線偏光に分離して受光器４１−１，４１−２に受光される。45°直線偏光成分は、偏光子（ＰＯＬ）４３−１を通過して受光器４１−３に受光される。右回り円偏光成分は、１／４波長板（ＱＷ）４４および偏光子（ＰＯＬ）４３−２を通過して受光器４１−４に受光される。この４つの成分に対応する各受光器４１−１〜４１−４の出力Ｉ1 〜Ｉ4 は、Ａ／Ｄ変換器４５を介して演算部４６に入力し、上式に基づいてストークスパラメータが算出され、さらにＤＯＰ値が算出される。
【００１０】
次に、ＤＯＰとＤＧＤ（ＰＭＤ）は、非特許文献１，２，３に示されるように相関関係があることが知られており、ＤＯＰの大きさからＤＧＤを推定することができる。
【００１１】
図７は、光信号のＤＯＰと伝送品質（Ｑ値）との関係の実測値を示す。ＤＧＤが大きな光ファイバでは、偏波状態の変化によってＤＯＰが著しく変化する。伝送品質（Ｑ値）は、ＤＯＰの時間変化に追従するように変化していることがわかる。このことから、光信号のＤＯＰを正しくモニタすることができれば、光ファイバのＤＧＤによる伝送品質劣化を推定し、効果的なＰＭＤ補償を行うことが可能になる。
【００１２】
ＰＭＤ補償は、光ファイバのＤＧＤによって発生した波形劣化を補償することであるが、ＰＭＤ補償器としては、(1) 光学補償器、(2) 電気分散補償器（Electronic Dispersion Compensator ：ＥＤＣ）などがある。光学補償器は、光ファイバのＰＭＤを相殺するために、光ファイバと同等のＰＭＤ値をもつＰＭＤ媒質と、入力偏波を制御する偏波制御部からなり、偏波制御部の入力偏波状態を制御することにより光ファイバのＰＭＤを補償する。波長多重光伝送システムでは、このような光学補償器が波長数に応じて必要になることから、伝送装置の小型化および低コスト化の実現が困難である。一方、ＥＤＣは、光学補償器に比べて小型化および低コスト化が容易であることから、波長多重光伝送システムに適しているが、光学補償器に比べて補償範囲が狭い。
【００１３】
図８は、ＥＤＣの構成例を示す。ここでは、ＦＦＥ（Feed-Forword Equalizer) による構成例を示す。図において、入力電気信号を複数の遅延回路９１を介して順次遅延させ、入力電気信号および各遅延回路の出力を加算回路９２で順次加算する構成である。加算回路９２におけるタップ係数を調整して加算の重み付けを行うことにより、波形を最適化することができる。
【特許文献１】特開２００７−３２９５５８号公報
【非特許文献１】畑野達也、他、「高精度ＤＯＰ測定器の開発」、古河電工時報、第111 号、平成15年１月
【非特許文献２】Nobuhiko Kikuchi,"Analysis of Signal Degree of Polarization Degradation Used as Control Signal for Optical Polarization Mode Dispersion Compensation", J.Lightwave.Technol., Vol.19, No.4, April 2001
【非特許文献３】波平宜敬、「偏波モード分散の測定技術動向」、OPTRONICS(2003), No.10, pp.112-120
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＰＭＤ値は光ファイバによって異なる値をとる。また、光ファイバのＤＧＤは、上述したように時間的にランダムに変動する特性をもつことから、ＰＭＤ値の大きな光ファイバではＤＧＤの変動幅も大きく、ＥＤＣの補償範囲を大きく逸脱する可能性がある。また、光ファイバのＤＧＤは波長ごとに異なる値をとることから、波長ごとのＤＧＤに対応した最適なＥＤＣが必要になる。
【００１５】
このように光ファイバのＤＧＤは時間変動し、また波長に応じて異なる値をとることから、１種類のＥＤＣを用いたＰＭＤ補償器では光ファイバのＤＧＤがＥＤＣの補償範囲から外れることが想定される。また、後述するように、光ファイバのＤＧＤの値によってはＥＤＣを用いることによって却って光信号波形が劣化することがある。このような場合、光信号は波形劣化により伝送品質が低下し、長期間に渡って伝送品質を安定に保つことが困難になる。
【００１６】
本発明は、受信した光信号のＤＯＰをモニタし、ＤＯＰから推定する光ファイバのＤＧＤ値に基づいてＥＤＣを適応制御し、ＰＭＤによる波形劣化を長期間にわたって安定に補償することができるＰＭＤ補償装置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】
【００１７】
第１の発明は、光ファイバ伝送路を伝搬してＰＭＤに起因する波形劣化が生じた光信号を入力し、電気信号に変換し、ＥＤＣを用いて波形劣化を補償するＰＭＤ補償装置において、光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤに応じたＰＭＤ補償特性を有する１つのＥＤＣまたは互いにＰＭＤ補償特性が異なる２以上のＥＤＣと、電気信号をＥＤＣを通過させずに出力する経路と、いずれか１つのＥＤＣを通過して出力する経路を選択する経路選択手段と、光信号の偏光度ＤＯＰをモニタし、その偏光度ＤＯＰに対応する光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤ値に応じて最良のＰＭＤ補償特性が得られるように、経路選択手段の経路の選択する制御信号を生成して経路選択手段を制御する制御手段とを備える。
【００１８】
第２の発明は、光ファイバ伝送路を伝搬してＰＭＤに起因する波形劣化が生じた波長多重光信号を入力し、各波長の光信号に分波してそれぞれ電気信号に変換し、各波長対応にＥＤＣを用いて波形劣化を補償するＰＭＤ補償装置において、各波長の光信号に対応して、第１の発明のＰＭＤ補償装置と同様のＥＤＣと、経路選択手段と、制御手段とを備える。
【００１９】
第１および第２の発明における制御手段は、光信号の各偏光成分の光強度を検出してストークスパラメータを測定し、さらにストークスパラメータから光信号の偏光度ＤＯＰを算出するＤＯＰモニタ部と、光信号のＤＯＰから光ファイバ伝送路の群遅延差ＤＧＤを推定し、その群遅延差ＤＧＤ値に応じた制御信号を経路選択手段に出力する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、ＰＭＤの大きな光ファイバ伝送路でも、また光ファイバ伝送路のＤＧＤの時間変動が大きい場合でも、常に伝送品質劣化を最小化する最適なＥＤＣ選択が可能となり、光ファイバ伝送路のＰＭＤによる伝送品質劣化を最小限に抑えるＰＭＤ補償が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明のＰＭＤ補償装置の実施形態を示す。
図において、光ファイバ伝送路１を介して伝送された受信光信号は光カプラ２を介して２分岐され、それぞれ光受信部１０およびＤＯＰモニタ部３に入力する。光受信部１０は、受信光信号を電気信号に変換する光／電変換器（Ｏ／Ｅ）１１、Ｏ／Ｅ１１から出力される電気信号の波形等化を行う波形等化器（ＥＱ）１２、ＥＱ１２で波形等化された電気信号を受信処理して後段回路に出力する受信器（Ｒｘ）１３を備える。ＥＱ１２は、バッファ１２１、スイッチ１２２、それぞれ異なる波形等化特性を有するＥＤＣ１２３−１〜１２３−ｍ（ｍは１以上の整数）、スイッチ１２４により構成される。なお、スイッチ１２２，１２４は、いずれか一方のみとし、他方は分岐／合流器でもよい。ＥＱ１２に入力する電気信号は、スイッチ１２２，１２４の同期した切り替えにより、ＥＤＣ１２３−１〜１２３−ｍのいずれか１つを通過する経路またはＥＤＣをスルーする経路を介してＲｘ１３に出力される。
【００２２】
ＤＯＰモニタ部３は、図６に示すＤＯＰ測定系の構成を用い、受信光信号の各偏光成分の光強度を検出してストークスパラメータを測定し、さらにストークスパラメータから光信号のＤＯＰ値をモニタし、制御部４に出力する。制御部４は、光信号のＤＯＰ値から一意の関係にある光ファイバ伝送路１のＤＧＤ値を推定し、ＤＧＤ値に基づく制御信号をＥＱ１２に出力し、ＥＤＣ１２３−１〜１２３−ｍのいずれか１つを通過する経路またはＥＤＣをスルーする経路を選択するようにスイッチ１２２，１２４を切り替える。以下、光ファイバ伝送路１のＤＧＤ値に基づくＥＤＣの選択アルゴリズムについて説明する。
【００２３】
受信光信号は、光ファイバ伝送路１のＤＧＤにより２つの偏波モード間に遅延差が生じており、これをＯ／Ｅ１０１で光電変換することで、２つの電気信号として出力されることになる。ＥＱ１２の各ＥＤＣは図８に示す構成であり、この電気信号を複数の遅延回路９１および加算回路９２を用いて処理することにより、元の波形に整形する機能を有する。なお、各ＥＤＣの波形等化特性（補償範囲）は異なる。
【００２４】
図２は、ＤＧＤ値に対するＱペナルティ特性を示す。Ｑペナルティが大きいほど伝送品質は低下する。図中の曲線Ａは、ＥＤＣで波形等化を行わなかった場合のＱペナルティ特性を示す。ＤＧＤが大きくなるに従いＱペナルティが増加している。図中の曲線Ｂは、ＥＤＣを適用した場合のＱペナルティ特性を示す。曲線Ａ，Ｂが交差するＤＧＤ19[ps]付近を境にして、ＤＧＤが19[ps]以下では曲線Ａが曲線Ｂに比べてＱペナルティが小さく、ＤＧＤが19[ps]を超えると曲線Ｂが曲線Ａに比べてＱペナルティが小さくなる。
【００２５】
ＤＧＤが小さい領域（19[ps]以下）では、ＥＤＣを適用するとＥＤＣを適用しない場合に比べてＱペナルティが大きくなる。これはＥＤＣとして用いているＦＦＥの特性であり、大きなＤＧＤに対してＱペナルティを減少させるため、波形を歪ませることによって残存するペナルティである。このため、ＤＧＤが大きな領域ではＱペナルティを減少させるものの、ＤＧＤが小さい領域では過剰なペナルティとなり、両者はトレードオフの関係になる。したがって、光信号波長におけるＤＧＤが十分に小さいときはＥＤＣを適用しない方が伝送品質を高く保つことができ、ＤＧＤが十分に大きいときはＥＤＣを適用することにより伝送品質劣化を最小限に保つことが可能になる。
【００２６】
本発明はこの事象に着目し、光信号のＤＯＰをモニタし、ＤＯＰから推定する光ファイバのＤＧＤ値に基づいて、Ｑペナルティを最小化するＥＤＣを選択する、あるいはＥＤＣをスルーするようにＥＱ１２を制御することを特徴とする。
【００２７】
図３は、本発明のＰＭＤ補償装置の実施形態の制御例を示す。
図において、曲線ＡはＥＤＣで波形等化を行わなかった場合のＱペナルティ特性を示し、曲線ＢはＥＤＣ１２３−１を適用した場合のＱペナルティ特性を示し、曲線ＣはＥＤＣ１２３−２を適用した場合のＱペナルティ特性を示す。すなわち、ＥＤＣ１２３−２は、ＥＤＣ１２３−１に比べて大きなＤＧＤ値でＱペナルティを減少される効果が高いものの、小さなＤＧＤ値では逆にＱペナルティが大きくなる特性がある。
【００２８】
ここで、曲線Ａと曲線Ｂが交差するときのＤＧＤ値をＤＧＤ１、曲線Ｂと曲線Ｃが交差するときのＤＧＤ値をＤＧＤ２とする。制御部４は、光ファイバ伝送路１のＤＧＤ値が閾値ＤＧＤ１以下の領域では、ＥＱ１２のスイッチ１２２，１２４に対して、ＥＤＣをスルーする経路を選択するように制御する。また、光ファイバ伝送路１のＤＧＤ値が閾値ＤＧＤ１を超え、閾値ＤＧＤ２以下の領域では、ＥＱ１２のスイッチ１２２，１２４に対して、ＥＤＣ１２３−１を通過する経路を選択するように制御する。また、光ファイバ伝送路１のＤＧＤ値が閾値ＤＧＤ２を超える領域では、ＥＱ１２のスイッチ１２２，１２４に対して、ＥＤＣ１２３−２を通過する経路を選択するように制御する。これにより、ＥＱ１２は、光ファイバ伝送路１のＤＧＤ値に応じて常にＱペナルティを最小化するように制御され、光ファイバ伝送路１のＰＭＤによる伝送品質劣化を最小限に抑えるＰＭＤ補償が可能となる。ＥＤＣを３つ以上用いる場合でも同様である。
【００２９】
図４は、本発明のＰＭＤ補償装置を波長多重光伝送システムに適用した構成例を示す。
図において、クライアント装置５から出力される複数の送信信号はそれぞれ光送信部６に入力され、互いに異なる波長λ１〜λｎの光信号に変換して送信される。各波長の光信号は光合波器７で波長多重され、光ファイバ伝送路１に送出される。光ファイバ伝送路１を介して伝送された波長多重光信号は、光分波器８で各波長の光信号に分波され、それぞれ光カプラ２を介して光受信部１０およびＤＯＰモニタ部３に入力する。光受信部１０を構成するＯ／Ｅ１１、ＥＱ１２、Ｒx １３、ＤＯＰモニタ部３、制御部４の構成は、図１に示したものと同じであり、各波長に対応する光受信部１０で同様にＥＤＣを選択するＰＭＤ補償が行われ、各光受信部１０のＲx １３の出力信号がクライアント装置９に出力される。このような構成により、波長ごとに異なるＤＧＤ値に基づいて個別に波形等化処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のＰＭＤ補償装置の実施形態を示す図。
【図２】ＤＧＤ値に対するＱペナルティ特性を示す図。
【図３】本発明のＰＭＤ補償装置の実施形態の制御例を示す図。
【図４】本発明のＰＭＤ補償装置を波長多重光伝送システムに適用した構成例を示す図。
【図５】光ファイバのＤＧＤ変動特性を示す図。
【図６】ＤＯＰ測定系の構成例を示す図。
【図７】光信号のＤＯＰと伝送品質（Ｑ値）との関係の実測値を示す図。
【図８】ＥＤＣの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１  光ファイバ伝送路
２  光カプラ
３  ＤＯＰモニタ部
４  制御部
５，９  クライアント装置
６  光送信部（Ｔx ）
７  光合波器
８  光分波器
１０  光受信部
１１  光／電変換器（Ｏ／Ｅ）
１２  波形等化器（ＥＱ）
１３  受信器（Ｒx ）
１２１  バッファ
１２２，１２４  スイッチ（ＳＷ）
１２３  ＥＤＣ
【図１】
2009296290.tif 000003
【図２】
2009296290.tif 000004
【図３】
2009296290.tif 000005
【図４】
2009296290.tif 000006
【図５】
2009296290.tif 000007
【図６】
2009296290.tif 000008
【図７】
2009296290.tif 000009
【図８】
2009296290.tif 000010