JP2012165287A

JP2012165287A - 光信号品質監視装置及び方法

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Publication number: JP2012165287A
Application number: JP2011025446A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Suzuki; 昌弘鈴木; Kosicky Bartolomeu; コッシツキバルトロメル; Hidehiko Takara; 秀彦高良; Kunihiko Mori; 邦彦森; Ayako Iwaki; 亜弥子岩城; Takuya Ohara; 拓也大原; Shigeki Aizawa; 茂樹相澤; Masato Tomizawa; 将人富沢
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-02-08
Also published as: JP5635923B2

Abstract

【課題】同一周波数の信号に対して各偏波信号の品質を測定し、かつ、外部変調器を必要としない簡易な構成で上記光信号品質のモニタリングを行う。
【解決手段】本発明は、送信側に、各々の偏波に異なる周期的なトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成手段と、トレーニング信号が付与された偏波多重信号を送出する送信手段と、を設け、受信側に、送信手段から受信した信号を特定の偏波に分離する偏波分離手段と、偏波分離された信号のパワーを測定する第１及び第２のパワー測定手段と、を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏波多重された光信号の品質管理を行うための光信号品質監視装置及び方法に係り、特に、X及びＹ偏波のOSNR(Optical Signal Noise Ratio)またはX−Y偏波間のPDL(Polarization Dependent Loss)をモニタするための光信号品質監視装置及び方法に関する。

近年マルチメディアサービスの普及とICT (Information and Communication Technology)サービスの利用拡大に伴って基幹ネットワークを流れるトラフィックは年々増加の一途をたどっている。増加し続けるトラフィックをドライブする次世代の光通信技術としてデジタルコヒーレント技術が現在注目を浴びている。すでに商用化されている40 Gbps WDM (Wavelength Division Multiplexing)システムでは伝送路中に発生する光信号の歪みを補正するため、分散マネージメントや分散補償器などが広く用いられている。しかしながら100 Gbps超級のシステムではタイムスロットが狭くなり相対的な影響が大きくなるため、従来の分散補償技術では補償量及び補償精度に限界があった。そのため前記デジタルコヒーレント技術を導入することで、デジタル信号処理による伝送路中の歪みを推定及び補正することで高精度かつ広範囲の分散補償を行うことが可能になった。また前記デジタルコヒーレント技術を用いることで位相推定、偏波分離を信号処理により行うことが可能になったため、従来実現が困難であった多値変調や偏波多重などといった技術が広く用いられるようになった。次期100 GbpsシステムではDP-QPSK (Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)やDP-DQPSK (Dual Polarization Differential Quadrature Phase Shift Keying)といった多値変調と偏波多重の組み合わせを用いることにより、シンボルレートを抑えつつ100 Gbpsクラスの伝送を可能にしている。DP-QPSKの場合、4相の位相状態によって示される2ビットの情報を直交する偏波に載せて伝送するため、シンボルレートは25 Gbpsとなり、光及び電気部品に必要な帯域を低減し、波長分散、偏波モード分散等の各種伝送制限要因に対する耐力を向上させることが可能である。

一方で直交する２つの偏波に信号を乗せ伝送させた場合、偏波状態に依存する損失(PDL : Polarization Dependent Loss)が伝送路内で生じる。直交する同一周波数のキャリア光に信号を重畳し伝送するため、各偏波が受けるPDLを光の領域で測定すること困難である。しかしながら今後100 Gbpsシステムの実用化に向け、PDLに起因する伝送品質の劣化や故障の切り分けを行う必要がある。

従来技術では、キャリア光の周波数を偏波チャンネルごとに異なる周波数で変調することにより、受信側にてデータ変調光信号の変調帯域幅内の全域にわたって、単位光周波数ごとの強度を抽出することによって各偏波の品質をモニタリングしている。また、各偏波に異なる周波数でトーン変調をかけ、受信装置にてO/E変換後トーン変調の周波数に対応したスペクトル成分をフィルタ等で切り出すことにより各偏波の強度をそれぞれ測定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開2010-135937号公報

従来技術ではキャリア光の周波数を偏波チャンネルごとに異なる周波数で変調しているため、偏波チャネルごとに異なる周波数で変調が可能な変調器が必要になる。また通常の偏波多重信号は同一周波数でそれぞれの偏波チャネルが変調されるため、提案されている構成をそのまま通常のシステムに適用することはできない。また前記特許文献１の技術では送信側にて伝送する信号にトーン変調を重畳するため伝送信号にペナルティが発生してしまう。ここで、ペナルティとは、Back-to-Back信号と比べてトーン変調後の信号がどれだけ劣化しているのかを示すものである。また、上記の特許文献１の光信号品質モニタはトーン変調用の変調器を別途各偏波に対して備える必要があるため、小型化及び省電力化といった点で課題が残る。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、同一周波数のキャリア光及び同一のシンボルレートをもつ信号に対して各偏波信号の品質を測定し、かつ、外部変調器を必要としない簡易な構成で上記光信号品質のモニタリングを行うことが可能な光信号品質監視装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、偏波多重された信号の品質を監視する光信号品質監視装置であって、
送信側に、
各々の偏波に異なる周期的なトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成手段と、
前記トレーニング信号が付与された偏波多重信号を送出する送信手段と、
を有し、
受信側に、
前記送信手段から受信した信号を特定の偏波に分離する偏波分離手段と、
偏波分離された信号のパワーを測定する第１及び第２のパワー測定手段と、
を有する。

上記のような構成とすることにより、同一周波数のキャリア光及び同一のシンボルレートをもつ信号に対して、各偏波信号の品質を測定し、かつ、外部変調器を必要としないため、簡易な構成で光信号の品質を監視することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図である。本発明の第１の実施の形態における10G NRZ変調信号のスペクトルを示す図である。本発明の第１の実施の形態におけるCSRのビット数依存性を示す図である。本発明の第１の実施の形態における伝送路前後の偏波常態とパワーの関係を示す図である。本発明の第２の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。本発明の第３の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。本発明の第４の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。本発明の第５の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。本発明の第６の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。本発明の第７の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。

以下図面と共に、本発明の実施の形態を説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態における光品質監視装置の構成を示す。

同図に示す光品質監視装置は、送信側にトレーニング信号生成部１０、送信部２０が、受信側に偏波分離部３０、第１のパワー測定部４１、第２のパワー測定部４２が備えられている。

送信側のトレーニング信号生成部１０では偏波多重される信号にそれぞれ異なる周期のトレーニング信号を生成する。送信部２０にて前記トレーニング信号を偏波多重される信号に付与し、光信号を送出する。モニタを行う受信側では、偏波多重された光信号を偏波分離部３０にて特定の偏波成分に分離し、分離された偏波成分のパワーをそれぞれ第１及び第２のパワー測定部４１、４２にて測定する。トレーニング信号はX偏波、Y偏波で異なる周期のパターンを持つため、特定の周波数帯域のパワーを観測することにより各偏波のOSNRをリアルタイムに測定することが可能である。

原理の詳細について説明する。

図２は、本発明の一実施の形態における10G NRZ信号のスペクトルを示す。同図では、10G NRZ信号を80 GS/sでフーリエ変換した時の信号スペクトルを示している。

トレーニング信号生成部１０は、トレーニング信号に001100110011…及び000111000111…の繰り返しビットパターン512ビットを挿入し、ペイロードはPN11段の擬似ランダム信号を挿入している。第１、第２のパワー測定部４１、４２では、前記001100110011…の繰り返し周期をもつ信号はシンボルレートの１/4 周期のスペクトル成分を含むため、シンボルレートが10 Gbpsの場合 2.5 GHzのスペクトル成分が検出される（図２のａ）。またトレーニング信号の繰り返しパターンが000111000111…の場合、シンボルレートの１/6 周期のスペクトル成分を含むため1.67 GHzのスペクトル成分が検出される(図２のｂ)。

図３は、本発明の第１の実施の形態におけるCSR (Carrier to Signal Ratio : キャリア信号比)のビット数依存性を示す図である。

横軸がペイロードのビット数2ⁿであり、縦軸がCSRである。トレーニング信号には前記001100110011…と000111000111…の繰り返しパターン512ビットを用いペイロードはPN n段の擬似ランダム信号を用いている。CSRとはキャリア光のパワー(P_c)に対する信号パワー(P_s)の比

を表したものである。ペイロード長がトレーニング信号長に対して長くなるにつれCSRは低下していく。これは、トレーニング信号による特定の周波数成分がキャリアのパワーに埋もれてしまうためである。しかしながら512ビットのトレーニング信号に対して2¹⁵ビット (32768ビット)のペイロード信号を用いた場合で約5 dBのCSRが得られており、ペイロードに対して1〜2パーセントのトレーニング信号を用いることで特定周波数帯域の信号光パワーをキャリア光成分と分離して、第１、第２のパワー測定部４１，４２で測定することは可能である。

図４は、本発明の第１の実施の形態における伝送路前後の偏波状態とパワーの関係を示す。

伝送前は図４（ａ）に示すように、X偏波及びY偏波ともに直交しパワーは同一である。伝送路中に偏波に依存した損失及び屈折率差を受け、偏波分離部３０に入力されるX偏波及びY偏波の偏波状態は互いに直交しているとは限らず、またパワーもそれぞれ異なる（図４（ｂ）)。例えば、偏波分離部３０に偏波ビームスプリッタを用いた場合、偏波ビームスプリッタ通過後は図４（ｃ）に示すようにX偏波及びY偏波は偏波ビームスプリッタの光軸上にX軸成分及びY軸成分に分離される。偏波ビームスプリッタの光軸に対してX偏波のなす角をθ、パワーをX_O、Y偏波のなす角をγ、パワーをY_Oとし、偏波ビームスプリッタ直後のX偏波のX軸成分のパワーをX_{O_X}、Y軸成分のパワーをX_{O_X}、Y偏波のX軸成分のパワーをY_{O_X}、Y軸成分のパワーをY_{O_Y}とすると以下の関係式が成り立つ。

X_{O_X}、X_{O_Y}、Y_{O_X} 、Y_{O_Y}は既知であるため直交性を示すθ及びγは算出可能であり、また各偏波のパワーX_O 、Y_Oも算出することが可能である。

なおトレーニング信号に用いるビットパターンは説明したパターンのみに限らず周期性を持っていれば他のビットパターンでも構わない。また偏波分離部３０は前記偏波ビームスプリッタや偏波分離ファイバなど、特定の偏波に分離できるものであればこの限りではない。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態における光信号監視装置の構成図（受信側）である。

同図に示す光信号監視装置の受信側には、偏波分離部３０、第１の分岐部５１、第２の分岐部５２、第１のフィルタ６１、第２のフィルタ６２、第３のフィルタ６３、第４のフィルタ６４、第１のパワー測定部７１、第２のパワー測定部７２、第３のパワー測定部７３、第４のパワー測定部７５が備えられている。

偏波多重された信号を偏波分離部３０で特定の偏波成分に分離した後、第１、第二の分岐部５１、５２で分岐されたX偏波が持つ特定周波数帯域F_xのスペクトルを切り出すため第１のフィルタ６１及び第３のフィルタ６３を用いる。第２のフィルタ６２及び第４のフィルタ６４は、Ｙ偏波がもつ特定周波数帯域F_Yのスペクトルを切り出すために用いる。それぞれのフィルタで特定の周波数帯域のみを切り出したのち第１、第２、第３、第４のパワー測定部７１〜７４にてパワー測定することで各偏波のX成分及びY成分のパワーX_{O_X}、X_{O_Y}、Y_{O_X} 、Y_{O_Y}を求めることが可能である。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態における光信号監視装置の構成図（受信側）である。

同図に示す光信号監視装置の受信側には、偏波分離部３０、第１の光スペクトル測定部８１、第２の光スペクトル測定部８２が備えられている。

第２の実施の形態との違いは、光信号品質監視装置の受信側に光スペクトル測定部８１、８２を用いている点である。

第２の実施の形態同様に、偏波多重された信号を偏波分離部３０で特定の偏波成分に分離した後、光スペクトル測定部８１、８２にて各偏波が持つ特定周波数帯域F_x及びF_Yのパワーを観測する。F_x≠F_xであるため光スペクトル測定部８１、８２上で各偏波のX成分及びY成分のパワーX_{O_X}、X_{O_Y}、Y_{O_X} 、Y_{O_Y}を求めることが可能である。

［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態における光信号監視装置の構成図（受信側）である。

同図に示す光信号監視装置の受信側には、偏波分離部３０、第１の光・電気変換部９１、第２の光・電気変換部９２、第１の電気スペクトル測定部１０１、第２の電気スペクトル測定部１０２が備えられている。

第２、第３の実施の形態との違いは、電気信号に変換後のスペクトルを測定している点である。

第２、第３の実施の形態と同様に、偏波多重された信号を偏波分離部３０で特定の偏波成分に分離した後、本実施の形態では第１及び第２の光・電気変換部９１、９２にて光信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号を電気スペクトル測定部１０１、１０２により観測する。

一般的に電気スペクトル測定部は光スペクトル測定部に比べダイナミックレンジが広く周波数分解能が高いため、X偏波が持つ特定周波数のスペクトルとY偏波が持つ特定周波数のスペクトルを容易に分離することが可能である。第１の電気スペクトル測定部１０１にてX偏波及びY偏波のX軸成分のパワーX_{O_X}、Y_{O_X}を測定し、第２の電気スペクトル測定部１０２にてX偏波及びY偏波のY軸成分のパワーX_{O_Y}、Y_{O_Y}を測定することで各偏波のパワー及び直交性を算出することが可能である。

［第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。

同図に示す光信号品質監視装置の受信側には、偏波分離部３０、第１の遅延干渉系１１１、第２の遅延干渉系１１２、第１のフィルタ６１、第２のフィルタ６２、第１のパワー測定部７１、第２のパワー測定部７２、第３のパワー測定部７３、第４のパワー測定部７４が備えられている。

第２、第３、第４の実施の形態との違いは偏波多重された信号が位相変調である場合の光信号品質監視装置である。前記実施の形態と同様に、偏波多重された信号を偏波分離部３０で特定の偏波成分に分離した後、本実施の形態では第１及び第２の遅延干渉系１１１、１１２を用いて位相変調信号を強度変調信号に変換する。強度変調に変換後は特定の周波数帯域のパワーを観測するためフィルタ６１〜６４及びパワー測定部７１〜７４にて各偏波のX成分及びY成分のパワーを計測する。なお位相変調に限らず変調フォーマットはASK (Amplitude Shift Keying)、PSK (Phase Shift Keying)、QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)、QAM (Quadrature Amplitude Modulation)等いずれの変調フォーマットにも対応可能で、この限りではない。また、フィルタ６１〜６４及びパワー測定部７１〜７４ではなく、遅延干渉系と光スペクトル測定部、または遅延干渉系と電気スペクトル測定部と組み合わせて各偏波のパワーを観測することが可能であり、組み合わせはこの限りではない。

［第６の実施の形態］
図９は、本発明の第６の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。

同図に示す光信号品質監視装置の受信側には、偏波分離部３０、第１の増幅部１２１、第２の増幅部１２２、第１のパワー測定部７１、第２のパワー測定部７２、制御部１３０が備えられている。

前記の実施の形態との違いはX偏波及びY偏波の信号光パワーを補償できる点である。各偏波の信号光は伝送路中に受けるPDLにより受信側に到達した時点でパワーがそれぞれ異なる。本実施の形態では前記第１〜第５の実施の形態に記載の方法で各偏波のパワー検出し、検出したパワーを制御部１３０に通知する。制御部１３０では通知された各偏波のパワーをもとに第１の増幅部１２１及び第２の増幅部１２２の増幅率を決定する。第１の増幅部１２１の増幅率を

として表すことができるため、下記の式が成り立つよう前記増幅率を制御する。

前記増幅部１２１、１２２にはファイバ増幅器、半導体光増幅器などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
［第７の実施の形態］
図１０は、本発明の第７の実施の形態における光信号品質監視装置の構成図（受信側）である。

同図に示す光信号品質監視装置の受信側には、偏波分離部３０、第１のパワー測定部７１、第２のパワー測定部７２、偏波状態通知部１５０、信号処理部１４１を有する信号受信部１４０が備えられている。

前記の実施の形態との違いは、偏波状態通知部１５０が、X偏波及びY偏波の信号光パワー及び偏波状態を信号受信部１４０の信号処理部１４１に通知し、信号処理部１４１のパラメータ設定に反映できる点である。

100 Gb/s級の大容量光通信システムでは、伝送路中に受けた分散並びに位相変動を信号処理部１４１内で補償している。信号処理部１４１では適応等化器を用いて信号の補償を行うが、各偏波の位相並びに偏波状態に応じて補償の最適化を行うため、適応等化器のタップ数並びにタップ係数を適宜更新する必要がある。そのため本実施の形態では適応等化器のパラメータ更新時に各偏波のパワー及び偏波状態を通知し適応等化器の補償精度を向上させることが可能である。またシステム立ち上げ時に適応等化器の初期値を設定する必要があるが、通知される各偏波の偏波状態及びパワーをもとに初期値を設定することで、信号処理部１４１の収束時間を短縮することも可能である。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形および変更が可能である。

１０トレーニング信号生成部
２０送信部
３０偏波分離部
４１第１のパワー測定部
４２第２のパワー測定部
５１第１の分岐部
５２第２の分岐部
６１第１のフィルタ
６２第２のフィルタ
６３第３のフィルタ
６４第４のフィルタ
７１第１のパワー測定部
７２第２のパワー測定部
７３第３のパワー測定部
７４第４のパワー測定部
８１第１の光スペクトル測定部
８２第２の光スペクトル測定部
９１第１の光・電気変換部
９２第２の光・電気変換部
１０１第１の電気スペクトル測定部
１０２第２の電気スペクトル測定部
１１１第１の遅延干渉系
１１２第２の遅延干渉系
１２１第１の増幅部
１２２第２の増幅部
１３０制御部
１４０信号受信部
１４１信号処理部
１５０偏波状態通知部

Claims

偏波多重された信号の品質を監視する光信号品質監視装置であって、
送信側に、
各々の偏波に異なる周期的なトレーニング信号を生成するトレーニング信号生成手段と、
前記トレーニング信号が付与された偏波多重信号を送出する送信手段と、
を有することを特徴とする光信号品質監視装置。
受信側に、
前記送信手段から受信した信号を特定の偏波に分離する偏波分離手段と、
偏波分離された信号のパワーを測定する第１及び第２のパワー測定手段と、
を有する請求項１記載の光信号品質監視装置。
前記第１及び第２のパワー測定手段は、
信号光パワーを分岐する第１、第２の分岐手段と、
特定帯域の周波数のみを通過させる第１、第２、第３、第４のフィルタと、
を有する請求項２記載の光信号品質監視装置。
前記第１及び第２のパワー測定手段は、
信号光の特定の周波数帯域のスペクトルを測定する光スペクトル測定手段を
有する請求項２に記載の光信号品質監視装置。
前記第１及び第２のパワー測定手段は、
信号光を光から電気に変換する第１及び第２の光・電気変換手段と、
変換された電気信号の特定の周波数帯域のスペクトルを測定する電気スペクトル測定手段と、
を有する請求項２に記載の光信号品質監視装置。
前記第１及び第２のパワー測定手段は、
位相変調された信号を強度変調に変換する第１及び第２の遅延干渉計を有する
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光信号品質監視装置。
前記偏波分離手段で偏波分離された光信号の増幅を行う光増幅手段と、
前記光増幅手段の増幅率を決定する制御手段と、
を更に有する請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光信号品質監視装置。
受信側に、測定された各偏波のパワーから各偏波の偏波状態を算出し、各偏波の偏波状態及び各偏波のパワーを通知する偏波状態通知手段と、
前記通知された偏波状態及びパワーをもとに受信した信号の補償を行う信号処理手段と、
を更に有する請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光信号品質監視装置。
偏波多重された信号の品質を監視する光信号品質監視方法であって、
送信側において、
トレーニング信号生成手段が、各々の偏波に異なる周期的なトレーニング信号を付与するステップと、
送信手段が、前記トレーニング信号が付与された偏波多重信号を送出するステップと、
受信側において、
偏波分離手段が、受信した信号を特定の偏波に分離するステップと、
パワー測定手段が、偏波分離された各信号のパワーを測定するステップと、
を行うことを特徴とする光信号品質監視方法。