JP2011160071A

JP2011160071A - 光受信装置および光伝送システム

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Publication number: JP2011160071A
Application number: JP2010018227A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Honda; 俊樹本多
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: US8891972B2; US20110188854A1; JP5351788B2

Abstract

【課題】偏波モード分散の影響を抑制しつつ、分散補償量および光位相制御量を短時間で制御する。
【解決手段】光受信装置１０は、可変分散補償部１１と、遅延干渉部１３と、光電変換部１４と、光電変換部１４に入力される光信号の偏波状態を制御する偏波制御部２０と、エラー発生数をモニタする受信データ処理部１６と、受信データ処理部１６からのエラー発生数情報に基づいて、可変分散補償部１１における分散補償量および遅延干渉部１３における光位相制御量を制御する制御部１７とを備える。制御部１７は、偏波制御部２０を制御して光電変換部１４に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい第１の偏波状態に調整した後に、可変分散補償部１１および遅延干渉部１３の制御を開始し、当該制御の終了後に、偏波制御部２０を制御して光信号の偏波状態を第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい第２の偏波状態に調整する。
【選択図】図８

Description

本発明は、光受信装置および光伝送システムに関する。

近年、４０Ｇｂ／ｓの伝送速度に対応した次世代の光伝送システム導入の要求が高まっており、しかも、当該光伝送システムに対しては１０Ｇｂ／ｓ対応のシステムと同等の伝送距離や周波数利用効率が求められている。このような要求の実現手段として、従来１０Ｇｂ／ｓ以下のシステムで適用されてきたＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式に比べて、光信号対雑音比(ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio)耐力、非線形性耐力に優れたＲＺ−ＤＰＳＫ（Return to Zero-Differential Phase Shift Keying）またはＣＳ（Carrier-suppressed）ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式の研究開発が活発になっている。さらには、上述の変調方式に加えて、狭スペクトルで周波数利用効率が高いという特長を持ったＲＺ−ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase-Shift Keying）またはＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式といった位相変調方式の研究開発も活発になっている（例えば、特許文献１、２参照）。

図１は、４３Ｇｂｐ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式を採用して光信号を送信する従来の光送信装置の構成例を示すブロック図である。また、図２は、図１の光送信装置より送信された光信号について復調等の受信処理を行なう従来の光受信装置の構成例を示すブロック図である。ＲＺ−ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変復調方式で光信号を送受信する場合は、光強度としては４３ＧＨｚクロック波形となり、２値の光位相に情報を乗せる。

図１に示すように、光送信装置１１０は、送信データ処理部１１１、ＣＷ（Continuous Wave）光源１１２、位相変調器１１３およびＬＮ強度変調器１１４を備える。

送信データ処理部１１１は、入力されるデータについてフレーム化するフレーマとしての機能、誤り訂正符号を付与するＦＥＣ（Forward Error Correction）エンコーダとしての機能、および１ビット前の符号と現在の符号との差情報が反映された符号化処理を行なうＤＰＳＫプリコーダとしての機能を備えている。位相変調器１１３は、ＣＷ光源１１２からの連続光について、送信データ処理部１１１からの符号化データで変調して、光強度は一定であるが２値の光位相に情報が乗った光信号、即ちＤＰＳＫ変調された光信号を出力するように構成されている。図３は、ＤＰＳＫ変調された光信号の光強度と位相の関係を示す図である。ＬＮ強度変調器１１４は、位相変調器１１３からの光信号についてＲＺパルス化するものであり、特にビットレートと同一の周波数（４３ＧＨｚ）かつ消光電圧（Vπ）の１倍の振幅のクロック駆動信号を用いてＲＺパルス化された光信号をＲＺ−ＤＰＳＫ信号といい、ビットレートの半分の周波数（２１．５ＧＨｚ）かつ消光電圧（Vπ）の２倍の振幅のクロック駆動信号を用いてＲＺパルス化された光信号をＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号という。ＬＮ強度変調器１１４によりＲＺパルス化された光信号は、光伝送路１０１に送信される。

また、図２に示す光受信装置１２０は、光送信装置１１０に光伝送路（光ファイバ）１０１を介して接続されて、（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ信号を受信処理を行なうものである。図２に示すように、光受信装置１２０は、可変分散補償器（ＶＤＣ：Variable Dispersion Compensator）１２１、光アンプ１２２、遅延干渉計１２３、光電変換部１２４、再生部１２５、受信データ処理部１２６、および制御部１２７を備える。この光受信装置１２０では、４３Ｇｂ／ｓ伝送における波長分散耐力が１０Ｇｂ／ｓ伝送の場合と比べて１／１６程度に厳しくなるため、入力端に可変分散補償器１２１を配置して高精度な波長分散補償が行われる。

可変分散補償器１２１は、光伝送路１０１を通じて伝送されてきた（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ信号の波長分散補償を行う。光アンプ１２２は、可変分散補償器１２１での光の損失を補償するために、可変分散補償器１２１から出力される光信号のパワーを所要のレベルまで増幅し、該増幅した光信号を遅延干渉計１２３に出力する。遅延干渉計１２３は、例えばマッハツェンダ干渉計により構成され、入力信号を１ビット時間（この場合には２３．３ｐｓ）の遅延成分と０ｒａｄの光位相制御がなされた成分とを干渉（遅延干渉）させて、干渉結果を２出力としている。即ち、マッハツェンダ干渉計をなす一方の分岐導波路を、他方の分岐導波路よりも１ビット時間に相当する伝搬長だけ長くなるように形成する。光電変換部１２４は、遅延干渉計１２３からの２出力をそれぞれ受光することにより差動光電変換検出（balanced detection）を行うデュアルピンフォトダイオードにより構成される。再生部１２５は、光電変換部１２４において差動光電変換検出された受信信号から、データ信号およびクロック信号を抽出するものである。受信データ処理部１２６は、再生部１２５で抽出されたデータ信号およびクロック信号を基に、エラー訂正等の信号処理を実行する。制御部１２７は、受信データ処理部１２６でのエラー訂正処理の際に検出されるエラー発生数をモニタし、該エラー発生数が最も少なくなるように可変分散補償器１２１および遅延干渉計１２３をフィードバック制御する。

上記のような（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ等の光変調方式を適用した光伝送システムにおける可変分散補償器等の制御に関連した従来の技術として、例えば、下記の特許文献３には、受信した光信号の復調処理を行うことなく当該光信号の品質をモニタする技術が提案されている。また、例えば下記の特許文献４，５には、受信端で測定した伝送特性に基づいて、送信部や中継器、受信部に設けられた可変分散補償器等をフィードバック制御して最適化する技術が開示されている。

特開２００３−６０５８０号公報特表２００４−５１６７４３号公報米国特許出願公開第２００４−０２２３７６９号明細書特開平８−３２１８０５号公報特開２０００−１１５０７７号公報

上記のように従来の光受信装置においては、例えば４０Ｇｂ／ｓ等の超高速のビットレートを有し（ＣＳ）ＲＺ−Ｄ（Ｑ）ＰＳＫ変調方式が採用された光信号を受信処理するために、遅延干渉計における光位相制御量のみならず、可変分散補償器における分散補償量の両方を、復調された電気信号についてモニタしたエラー発生数等に応じて最適化制御する必要がある。

しかしながら、受信信号のエラー発生数等に対しての、波長分散補償量の特性と光位相制御量の特性とは性質上相違するものであり、初期設定の段階では、可変分散補償器および遅延干渉計の両デバイスともに制御量が最適値からずれているため双方の最適な制御量を探索する必要があるが、この探索には比較的長時間を要し、遅延干渉計および可変分散補償器の制御量の安定化を迅速に行うのに支障を来すという課題がある。

図４は、従来の光受信装置における可変分散補償器および遅延干渉計の最適な制御量の探索の様子を示した一例である。この一例では、可変分散補償器の分散補償量と遅延干渉計の光位相制御量とが交互に調整されることで、図中の破線円形領域に示す双方に最適な制御量が探索される。

また、図５は、可変分散補償器の分散補償量と、遅延干渉計の光位相制御量と、受信信号のエラー発生数との関係を示した一例である。このように受信信号のエラー発生数が最も少なくなる最適なポイントは、分散補償量および光位相制御量にそれぞれ依存して変化するため、分散補償量および光位相制御量の両方について最適なポイントを探索しなければならない。

図６は、従来の光受信装置における最適化制御の問題点を説明するための図である。分散補償量および光位相制御量の各々についての最適なポイントの探索が、通常の運用時におけるＯＳＮＲが良い状態の受信信号を用いて行われる場合、図６に示すようにエラーレートが所要のレベル（ここでは、１×１０^−１２）以下となる制御量（分散補償量または光位相制御量）の範囲は広くなる。つまり、１×１０^−１２以下のエラーレートを実現する制御量のポイントが多数存在することになる。図６において最適なポイントは、エラーレートが最小となるポイントＰであるが、１×１０^−１２のような非常に低いエラーレートを測定するためには、長い時間を要する（例えば、４０Ｇｂ／ｓの受信信号の場合、１×１０^−１２のエラーレートを測定するのに２５秒かかる）ため、エラーレートが１×１０^−１２以下となる制御量の範囲の中から最適なポイントＰを探索するのに少なくとも数分の時間を要する。この探索に十分時間をとらないと、本来の最適ポイントＰからずれたポイントＰ’を最適なポイントと判定し、探索が完了してしまう可能性がある。このように本来の最適ポイントＰからずれたポイントＰ’に制御量が設定されてしまうと、ＯＳＮＲが劣化した場合に装置が有する本来の性能を達成できなくなってしまう。一方、最適ポイントの探索に時間をかけすぎると、例えばシステムに何らかの障害があった場合、復旧に時間を要することとなる。

さらに、４０Ｇｂ／ｓ等の超高速光伝送においては、偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization Mode Dispersion）が問題となる。図７は、偏波モード分散について説明する図である。光ファイバは理想的には軸対称な円であるが、実際には製造上の不完全さ、皮膜処理やケーブル化によって応力がかかり複屈折性を生じる。そして、複屈折性を持った光ファイバ中を光が通過すると、図７のように出力光はつぶれて広がったスペクトルになってしまう。これは光ファイバ中で２つの直行偏波モード成分が異なる伝搬速度で進むことによるもので、２つの直交偏波モード成分の時間軸上の時間差は群遅延差（ＤＧＤ：Differential Group Delay）と呼ばれる。ＤＧＤは、光ファイバの作りで一意に決まる物ではなく、温度や湿度の変化、光ファイバへのテンションなどによって時間的に変動するパラメータである。ＤＧＤが大きくなると、隣の信号との区別がつかなくなり、信号を正しく識別再生することが難しくなる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏波モード分散の影響を抑制しつつ、分散補償量および光位相制御量を短時間で制御することのできる光受信装置および光伝送システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光受信装置は、ｎを自然数とした場合におけるＭ＝２ｎである差分Ｍ値位相変調方式の光信号が入力され、該光信号の波長分散を補償する可変分散補償部と、可変分散補償部で分散補償された光信号について、１ビット分遅延された分岐成分と光位相制御がなされた分岐成分とを干渉させる遅延干渉処理を行う遅延干渉部と、遅延干渉部からの光信号について光電変換検出を行うことにより、差分Ｍ値位相変調方式に対応した復調電気信号を出力する光電変換部と、光電変換部に入力される光信号の偏波状態を制御する偏波制御部と、光電変換部から出力される電気信号のエラー発生数をモニタするエラーモニタ部と、エラーモニタ部からのエラー発生数情報に基づいて、可変分散補償部における分散補償量および遅延干渉部における光位相制御量を制御する制御部とを備える。制御部は、偏波制御部を制御して光電変換部に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい第１の偏波状態に調整した後に、可変分散補償部および遅延干渉部の制御を開始し、当該制御の終了後に、偏波制御部を制御して光信号の偏波状態を第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい第２の偏波状態に調整する。

この態様によると、通常の運用時よりもエラーの発生しやすい状態を意図的に作り出し、このような状態の下で分散補償量および光位相制御量の最適化を行うことで、エラーモニタ部におけるエラーの監視時間を短くすることが可能となる。分散補償量および光位相制御量は、光受信装置に接続される光伝送路等の特性に依存するパラメータであり、光受信装置内の光電変換部に入力される光信号の偏波状態を変えても各々の最適値は変わらないので、分散補償量および光位相制御量を短時間で制御することができる。また、分散補償量および光位相制御量の制御終了後に光信号の偏波状態を再制御することにより、偏波モード分散の影響を抑制することができる。

本発明の別の態様は、光伝送システムである。この光伝送システムは、ｎを自然数とした場合におけるＭ＝２ｎである差分Ｍ値位相変調方式の光信号を生成して光伝送路に出力する光送信装置と、光伝送路を伝送された光信号を受信処理する光受信装置とを備えた光伝送システムである。光受信装置は、光伝送路を伝送された光信号が入力され、該光信号の波長分散を補償する波長分散を補償する可変分散補償部と、可変分散補償部で分散補償された光信号について、１ビット分遅延された分岐成分と光位相制御がなされた分岐成分とを干渉させる遅延干渉処理を行う遅延干渉部と、遅延干渉部からの光信号について光電変換検出を行うことにより、差分Ｍ値位相変調方式に対応した復調電気信号を出力する光電変換部と、光電変換部に入力される光信号の偏波状態を制御する偏波制御部と、光電変換部から出力される電気信号のエラー発生数をモニタするエラーモニタ部と、エラーモニタ部からのエラー発生数情報に基づいて、可変分散補償部における分散補償量および遅延干渉部における光位相制御量を制御する制御部とを備える。制御部は、偏波制御部を制御して光電変換部に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい第１の偏波状態に調整した後に、可変分散補償部および遅延干渉部の制御を開始し、当該制御の終了後に、偏波制御部を制御して光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい第２の偏波状態に調整する。

この態様によると、通常の運用時よりもエラーの発生しやすい状態を意図的に作り出し、このような状態の下で分散補償量および光位相制御量の最適化を行うことで、エラーモニタ部におけるエラーの監視時間を短くすることができ、分散補償量および光位相制御量を短時間で制御することが可能となる。また、分散補償量および光位相制御量の制御終了後に光信号の偏波状態を再制御することにより、偏波モード分散の影響を抑制することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、偏波モード分散の影響を抑制しつつ、分散補償量および光位相制御量を短時間で制御することのできる光受信装置および光伝送システムを提供することができる。

従来の光送信装置の構成例を示すブロック図である。従来の光受信装置の構成例を示すブロック図である。ＤＰＳＫ変調された光信号の光強度と位相の関係を示す図である。従来の光受信装置における可変分散補償器および遅延干渉計の最適化制御の一例を示す図である。従来の光受信装置における可変分散補償器の分散補償量と、遅延干渉計の光位相制御量と、受信信号のエラー発生数との関係の一例を示す図である。従来の光受信装置における最適化制御の問題点を説明するための図である。偏波モード分散について説明する図である。本発明の第１実施形態に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。偏波制御部の構成を示すブロック図である。第１実施形態における具体的な制御方法の一例を示すフローチャートである。分散補償量および光位相制御量の最適点探索の一例を示すフローチャートである。第１実施形態に関連したネットワークの構成例を示す図である。図１２のネットワーク構成に対応した制御方法の一例を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４実施形態に係る光受信装置の構成を示すブロック図である。

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。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。

図８は、本発明の第１実施形態に係る光受信装置１０の構成を示すブロック図である。

図８に示すように、第１実施形態に係る光受信装置１０は、偏波制御部２０、可変分散補償器（ＶＤＣ）１１、光アンプ１２、遅延干渉計１３、光電変換部１４、再生部１５、受信データ処理部１６、および制御部１７を備える。図２に示した従来の光受信装置１２０と比較すると、本実施形態の光受信装置１０は、可変分散補償器１１の前段に偏波制御部２０が追加され、制御部１７が可変分散補償器１１および遅延干渉計１３に加えて偏波制御部２０を制御する点が相違している。

光受信装置１０には、光送信装置（図示せず）から光伝送路１を通じて伝送されてきた光信号が入力される。この光信号は、ｎを自然数とした場合におけるＭ＝２ｎである差分Ｍ値位相変調がなされた光信号である。また、差分Ｍ値位相変調に加えて強度変調が施されパルス化された光信号であっても構わない。具体的には、例えば、Ｍ＝２に対応したＤＰＳＫ若しくは（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式、または、Ｍ＝４に対応したＤＱＰＳＫ若しくは（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式などの光信号が、光受信装置１０に入力される。

偏波制御部２０は、光伝送路１からの光信号が入力され、この光信号の偏波状態を制御した後、可変分散補償器１１に出力する。この偏波制御部２０における偏波状態の制御は、制御部１７により行われる。

可変分散補償器１１は、偏波制御部２０の後段に設けられており、偏波制御部２０により偏波制御された光信号が入力される。可変分散補償器１１は、入力された光信号に累積した波長分散を補償する周知の光デバイスであり、例えば、ＶＩＰＡ（Virtually-Imaged-Phased-Array）デバイスや、ＦＢＧ（Fiber-Bragg-Grating）を利用した光デバイスなどを用いることができる。この偏波制御部２０の分散補償量は、制御部１７によって可変制御される。

光アンプ１２は、可変分散補償器１１の後段に設けられており、可変分散補償器１１から出力される光信号が入力される。光アンプ１２は、入力された光信号を増幅して可変分散補償器１１での光の損失を補償する。

遅延干渉計１３は、光アンプ１２の後段に設けられており、光アンプ１２により増幅された光信号が入力される。遅延干渉計１３は、例えばマッハツェンダ干渉計により構成され、入力された光信号を分岐し、分岐した一方を１ビット分遅延させると共に、他方に光位相制御量Δφの位相を与えて、１ビット分遅延された光成分と光位相制御量Δφ分だけ位相シフトされた光成分とを干渉させる。正常な光信号の受信には、この光位相制御量Δφを最適な値に設定する必要がある。

光電変換部１４は、遅延干渉計１３の後段に設けられており、遅延干渉計１３から出力された光信号が入力される。光電変換部１４は、遅延干渉計１３から出力される光信号をデュアルピンフォトダイオードにより受光することで差動光電変換検出を行う。また、光電変換部１４は、光電変換部１４において差動光電変換検出された受信信号から、データ信号およびクロック信号を抽出する。さらに、受信データ処理部１６受信データ処理部１６は、再生部１５で抽出されたデータ信号およびクロック信号を基にエラー訂正等の信号処理を実行すると共に、エラー訂正処理の際に検出されるエラー発生数を制御部１７に出力する。

制御部１７は、偏波制御部２０、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３を制御する。装置の起動時等において、制御部１７は、偏波制御部２０を制御して光信号の偏波状態を最もエラーの発生しやすい偏波状態に調整した後に、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の最適化制御を開始する。そして、該最適化制御の終了後に、偏波制御部２０を制御して光信号の偏波状態を最もエラーの発生しにくい偏波状態に調整する。また、装置起動後の通常の運用時において、制御部１７は、最もエラーの発生しにくい偏波状態が維持されるよう偏波制御部２０を制御する。

図９は、偏波制御部２０の構成を示すブロック図である。図８に示すように、偏波制御部２０は、偏波コントローラ２１、偏光子２２、偏波保持光ファイバ２３、カプラ２４、およびフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）２５を備える。

偏波コントローラ２１は、入力された光信号の偏波状態を任意の偏波状態に変換可能なデバイスである。偏波コントローラ２１は、例えば、ファイバを曲げたり、つぶしたり、ヒータで温めたりすることによりファイバに応力をかけ、偏波面を回転させるものを用いることができる。

偏光子２２は、偏波コントローラ２１の後段に設けられており、偏波コントローラ２１から出力された光信号が入力される。偏光子２２は、入力された光信号の２つの直交偏波成分のうち一方の偏波成分を透過させる。偏光子２２から出力された光信号は、偏波状態を保持したまま光信号を伝搬可能な偏波保持光ファイバ２３に入力される。

偏波保持光ファイバ２３により伝搬された光信号は、カプラ２４により所定の分岐比で２つに分岐される。分岐された一方の光信号は、後段の光デバイス（本実施形態では可変分散補償器１１）に出力される。他方の光信号は、フォトダイオード２５に出力される。

フォトダイオード２５は、入力された光信号を電気信号に変換し、偏波コントローラ２１に出力する。この電気信号の大きさは、偏光子２２を透過した光信号のパワーを表している。すなわち、フォトダイオード２５は、偏光子２２を透過した光信号のパワーをモニタする光パワーモニタとして機能する。偏波コントローラ２１を制御して光信号の偏波状態を様々に変化させた場合、フォトダイオード２５でモニタされるパワーは、最大値と最小値の間で様々な値に変化する。

偏波モード分散による波形劣化は、直交偏波成分が１：１に割り振られた状態で伝送される場合に最悪となるが、図７の出力光のように広がったスペクトルになってしまっても直交偏波成分のどちらか一方をカットすることで、スペクトルの広がりを抑え、偏波モード分散の影響を小さくすることができる。この性質を使えば、フォトダイオード２５によってモニタされたパワーが最大のときに最もエラーの発生しやすい偏波状態を作り出せ、逆にパワーが最小のときに最もエラーの発生しにくい偏波状態を作り出すことができる。

本発明者の実験によると、フォトダイオード２５によってモニタされるパワーが最大となるよう偏波コントローラ２１を制御したとき、最小のときの約１００倍程度のエラーが発生した。これは、４０Ｇｂ／ｓの光信号の場合を想定すると、モニタされるパワーが最小のときには２．５ｓｅｃに１つエラーが発生したものが、モニタされるパワーが最大のときには２５ｍｓｅｃに１つのエラーが発生することなる。つまり一定時間にカウントできるエラー発生数を増加させることができるので、分散補償量および光位相制御量の最適制御中にエラーの監視に要する時間を短縮することができる。

ここで、上記の制御部１７による具体的な制御の一例について、図１０および図１１のフローチャートを参照しながら詳しく説明する。

上記のような構成の光受信装置１０では、まず、電源の投入により装置が起動されると、制御部１７は、フォトダイオード２５によりモニタされるパワーが最大となるよう偏波コントローラ２１を制御する（Ｓ１０）。これにより、光電変換部１４に入力される光信号の偏波状態が、最もエラーの発生しやすい偏波状態に制御される。

次に、制御部１７は、エラーの発生状態を監視しながら可変分散補償器１１の分散補償量および遅延干渉計１３の光位相制御量の粗調整および微調整を繰り返し、それぞれの最適ポイントを探索する（Ｓ１２）。

図１１は、ステップ１２における分散補償量および光位相制御量の最適点探索の一例を示したフローチャートである。制御部１７は、まず可変分散補償器１１の分散補償量を０ｐｓ／ｎｍに設定する（Ｓ２０）。次に、制御部１７は、可変分散補償器１１の粗調整を開始する（Ｓ２２）。この粗調整は、例えば、まず可変分散補償器１１の分散補償量が０ｐｓ／ｎｍおよび±４００ｐｓ／ｎｍの３ポイントに設定され、各々におけるエラー発生数を比較してエラー発生数が最小になる分散補償量が次の測定の中心ポイントに設定にされる。今度は前の半分の±２００ｐｓ／ｎｍ分散補償量を振った３ポイントが設定され、各々におけるエラー発生数エラー発生数を比較してエラー発生数が最小になる分散補償量がさらに次の測定の中心ポイントに設定される。以降同様にして、前の半分の±１００ｐｓ／ｎｍ分散補償量を振った３ポイントにおけるエラー発生数を比較し、最後にその半分の±５０ｐｓ／ｎｍ分散補償量を振った３ポイントにおけるエラー発生数を比較して、エラー発生数が最小になる分散補償量が粗調整における最適ポイントに設定される。

次に、制御部１７は、遅延干渉計１３の粗調整を開始する（Ｓ２４）。この粗調整は、前述した可変分散補償器１１の粗調整の場合と同様に、まず遅延干渉計１３の光位相制御量が初期値および初期値±πの３ポイントに設定され、各々におけるエラー発生数を比較してエラー発生数が最小になる光位相制御量が次の測定の中心ポイントに設定される。次に±π／２光位相制御量を振った３ポイントにおけるエラー発生数を比較し、エラー発生数が最小になる光位相制御量がさらに次の測定の中心ポイントに設定される。最後に±π／４光位相制御量を振った３ポイントにおけるエラー発生数を比較し、エラー発生数が最小になる光位相制御量が粗調整における最適ポイントに設定される。

次に、制御部１７は、可変分散補償器１１の微調整が開始する（Ｓ２６）。この微調整では、ステップ２２の粗調整で設定された最適ポイントから５ｐｓ／ｎｍずつ分散補償量を振ってゆきエラー発生数が最小になるポイントまで分散補償量が調整される。

次に、制御部１７は、遅延干渉計１３の微調整を開始する（Ｓ２８）。この微調整では、ステップ２４の粗調整で設定された最適ポイントから数度ずつ光位相制御量を振ってゆきエラー発生数が最小になるポイントまで光位相制御量が調整される。遅延干渉計１３の微調整が完了すると、図１０に戻ってステップ１４に進むことになる。

図１０のステップ１４において、制御部１７は、フォトダイオード２５によりモニタされるパワーが最小となるよう偏波コントローラ２１を制御する（Ｓ１４）。これにより、光電変換部１４に入力される光信号の偏波状態が、最もエラーの発生しにくい偏波状態に制御される。このステップ１４の終了により、装置の起動時における偏波制御部２０、可変分散補償器１１、および遅延干渉計１３の最適化制御が終了する。

上記のような第１実施形態に係る光受信装置１０によれば、装置起動時に光電変換部１４に入力される光信号の偏波状態を制御して、短い時間に多くのエラーを効率良く監視できるようにしたことにより、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の最適化に要する時間を短縮することが可能になる。さらに、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の最適化制御の終了後に、光電変換部１４に入力される光信号の偏波状態を最適化することにより、偏波モード分散の影響を抑制することができる。

なお、上記の第１実施形態では、偏波制御部２０、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の最適化制御が装置の起動時に実行される場合について説明したが、最適化制御が実行されるタイミングは起動時には限定されない。例えば、図１２に示すような複数の端局Ａ，Ｂ，Ｃ間を接続する経路がスイッチにより切り替わるような構成のネットワークでは、経路が切り替わることによって伝送路ファイバの長さや温度、湿度等の条件が変わるため、受信端における可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の設定ポイントを再調整する必要が生じる。

そこで、例えば経路が切り替わるタイミングで生成されるＬＯＬ（LOSS OF LIGHT）情報の発生および回復（光受信装置への光信号の入力断とその回復を意味する）を監視する監視部を設け、ＬＯＬ情報の発生および回復を可変分散補償器および遅延干渉計の再調整のトリガーにして、自動的に図１０および図１１で説明した最適化制御を再度行うようにしてもよい。このような機能を光受信装置に具備させることで、経路の切り替えを行う際にはスイッチを切り替えるだけで光受信装置の設定を自動的に最適化することができるようになる。

図１３は、図１２のネットワーク構成に対応した制御方法の一例を示すフローチャートである。図１３に示すフローチャートは、図１０に示したフローチャートにステップ１６を追加したものである。ステップ１４の終了後、ステップ１４でＬＯＬ情報の発生および回復の判定が行われ（Ｓ１６）、ＬＯＬ情報の発生および回復が検出された場合にはステップ１１に戻って再調整が開始される（Ｓ１６のＹＥＳ）。一方、ＬＯＬ情報の発生および回復が検出されない場合には、ＬＯＬ情報の発生および回復が検出されるまで待機する（Ｓ１６のＮＯ）。

上記の第１実施形態においては、電源の投入により装置が起動されると、フォトダイオード２５によりモニタされるパワーが最大となるよう偏波コントローラ２１を制御することにより、光信号の偏波状態を最もエラーの発生しやすい偏波状態に調整した。しかしながら、最もエラーの発生しやすい偏波状態でなくとも、少なくとも通常の運用時よりもエラーの発生しやすい偏波状態であれば、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の最適化に要する時間を短縮することができる。例えば、通常の運用時におけるエラーレートが１×１０^−１２以下である場合には、分散補償量および光位相制御量が最適なポイントであってもエラーレートが１×１０^−９程度となる偏波状態に調整する。これにより、分散補償量および光位相制御量を短時間で制御できる。そして、可変分散補償器１１および遅延干渉計１３の最適化制御終了後は、よりエラーが発生しにくい偏波状態、例えばエラーレートが１×１０^−１２以下となる偏波状態に調整することで、偏波モード分散の影響を抑制できる。

図１４は、本発明の第２実施形態に係る光受信装置３０の構成を示すブロック図である。第２実施形態に係る光受信装置３０は、偏波制御部２０が可変分散補償器１１の後段に設けられている点が、図８に示す第１実施形態に係る光受信装置１０と相違している。また、図１５は、本発明の第３実施形態に係る光受信装置４０の構成を示すブロック図である。第３実施形態に係る光受信装置４０は、偏波制御部２０が光アンプ１２の後段に設けられている点が、図８に示す第１実施形態に係る光受信装置１０と相違している。また、図１６は、本発明の第４実施形態に係る光受信装置５０の構成を示すブロック図である。第４実施形態に係る光受信装置５０は、偏波制御部２０が遅延干渉計１３の後段に設けられている点が、図８に示す第１実施形態に係る光受信装置１０と相違している。

偏波制御部２０の制御は、光信号のパワーをモニタすることにより行われるため、主信号の復調の状況とは独立して制御できる。従って、第２〜第４実施形態に示すように、光電変換部１４の前段であれば、どこに配置しても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１光伝送路、１０，３０，４０，５０光受信装置、１１可変分散補償器、１２光アンプ、１３遅延干渉計、１４光電変換部、１６受信データ処理部、１７制御部、２０偏波制御部、２１偏波コントローラ、２２偏光子、２３偏波保持光ファイバ、２４カプラ、２５フォトダイオード。

Claims

ｎを自然数とした場合におけるＭ＝２ｎである差分Ｍ値位相変調方式の光信号が入力され、該光信号の波長分散を補償する可変分散補償部と、
前記可変分散補償部で分散補償された光信号について、１ビット分遅延された分岐成分と光位相制御がなされた分岐成分とを干渉させる遅延干渉処理を行う遅延干渉部と、
前記遅延干渉部からの光信号について光電変換検出を行うことにより、前記差分Ｍ値位相変調方式に対応した復調電気信号を出力する光電変換部と、
前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を制御する偏波制御部と、
前記光電変換部から出力される電気信号のエラー発生数をモニタするエラーモニタ部と、
前記エラーモニタ部からのエラー発生数情報に基づいて、前記可変分散補償部における分散補償量および前記遅延干渉部における光位相制御量を制御する制御部と、
を備える光受信装置であって、
前記制御部は、前記偏波制御部を制御して前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい第１の偏波状態に調整した後に、前記可変分散補償部および前記遅延干渉部の制御を開始し、当該制御の終了後に、前記偏波制御部を制御して光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい第２の偏波状態に調整することを特徴とする光受信装置。
前記制御部は、前記エラーモニタ部により検出されるエラー発生数が最小となるよう前記分散補償量および前記光位相制御量を制御することを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
前記偏波制御部は、入力された光信号の偏波状態を任意の偏波状態に変換可能な偏波コントローラと、前記偏波コントローラを通過した光信号の直交偏波成分のうち一方の偏波成分を透過させる偏光子と、前記偏光子を透過した光信号のパワーをモニタする光パワーモニタ部と、を備え、
前記制御部は、前記光パワーモニタ部によりモニタされるパワーが最大となるように前記偏波コントローラを制御することにより、前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態に調整することを特徴とする請求項１または２に記載の光受信装置。
前記制御部は、前記光パワーモニタ部によりモニタされるパワーが最小となるように前記偏波コントローラを制御することにより、前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を前記第２の偏波状態に調整することを特徴とする請求項３に記載の光受信装置。
当該光受信装置への光信号の入力断および回復に関する情報を監視する監視部をさらに備え、
前記制御部は、前記監視部により前記情報が検出された場合、前記偏波制御部を制御して前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい前記第１の偏波状態に調整した後に、前記可変分散補償部および前記遅延干渉部の制御を開始し、当該制御の終了後に、前記偏波制御部を制御して光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい前記第２の偏波状態に調整することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光受信装置。
ｎを自然数とした場合におけるＭ＝２ｎである差分Ｍ値位相変調方式の光信号を生成して光伝送路に出力する光送信装置と、前記光伝送路を伝送された光信号を受信処理する光受信装置とを備えた光伝送システムであって、
前記光受信装置は、
前記光伝送路を伝送された光信号が入力され、該光信号の波長分散を補償する波長分散を補償する可変分散補償部と、
前記可変分散補償部で分散補償された光信号について、１ビット分遅延された分岐成分と光位相制御がなされた分岐成分とを干渉させる遅延干渉処理を行う遅延干渉部と、
前記遅延干渉部からの光信号について光電変換検出を行うことにより、前記差分Ｍ値位相変調方式に対応した復調電気信号を出力する光電変換部と、
前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を制御する偏波制御部と、
前記光電変換部から出力される電気信号のエラー発生数をモニタするエラーモニタ部と、
前記エラーモニタ部からのエラー発生数情報に基づいて、前記可変分散補償部における分散補償量および前記遅延干渉部における光位相制御量を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記偏波制御部を制御して前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい第１の偏波状態に調整した後に、前記可変分散補償部および前記遅延干渉部の制御を開始し、当該制御の終了後に、前記偏波制御部を制御して光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい第２の偏波状態に調整することを特徴とする光伝送システム。
前記制御部は、前記エラーモニタ部により検出されるエラー発生数が最小となるよう前記分散補償量および前記光位相制御量を制御することを特徴とする請求項６に記載の光伝送システム。
前記偏波制御部は、入力された光信号の偏波状態を任意の偏波状態に変換可能な偏波コントローラと、前記偏波コントローラを通過した光信号の直交偏波成分のうち一方の偏波成分を透過させる偏光子と、前記偏光子を透過した光信号のパワーをモニタする光パワーモニタ部と、を備え、
前記制御部は、前記光パワーモニタ部によりモニタされるパワーが最大となるように前記偏波コントローラを制御することにより、前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態に調整することを特徴とする請求項６または７に記載の光伝送システム。
前記制御部は、前記光パワーモニタ部によりモニタされるパワーが最小となるように前記偏波コントローラを制御することにより、前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を前記第２の偏波状態に調整することを特徴とする請求項８に記載の光伝送システム。
前記光受信装置への光信号の入力断および回復に関する情報を監視する監視部をさらに備え、
前記制御部は、前記監視部により前記情報が検出された場合、前記偏波制御部を制御して前記光電変換部に入力される光信号の偏波状態を通常の運用時よりもエラーの発生しやすい前記第１の偏波状態に調整した後に、前記可変分散補償部および前記遅延干渉部の制御を開始し、当該制御の終了後に、前記偏波制御部を制御して光信号の偏波状態を前記第１の偏波状態よりもエラーの発生しにくい前記第２の偏波状態に調整することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の光伝送システム。