JP3440886B2

JP3440886B2 - 波長多重光伝送システム

Info

Publication number: JP3440886B2
Application number: JP16907899A
Authority: JP
Inventors: 隆矢野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: US7136593B1; JP2000358013A; US20070166038A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は波長多重光伝送シス
テムに関し、特に波長多重を用いた光ファイバ伝送シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、光ファイバ伝送システムで用いら
れるディジタル情報通信においては、SONET(Synchronou
s Optical Network ：同期光通信網)/SDH(Synchronous
Digital Hierarchy)と呼ばれる標準化されたフレーム同
期通信方式が広く使われている。

【０００３】SONET/SDH 標準ではポインタと呼ばれる、
データ信号とフレーム位相との相対位相差情報を、フレ
ーム中のオーバヘッド領域に付与して伝送することによ
って、フレーム位相とデータ信号との位相差を容易に変
更できるようになっている。

【０００４】複数の異なる局から送られてくる信号は伝
送遅延やジッタ・ワンダを受けているため、そのフレー
ム位相はまちまちである。そこで、受信局では局の基準
フレーム位相に合わせるようにポインタを付け替える処
理を行う。それ以降は、全てのSONET/SDH 信号のフレー
ム位相は局の基準フレーム位相と同一であるので、交換
等の信号処理が容易に行えるようになっている。

【０００５】また、SONET/SDH 標準では同符号連続抑圧
のためのスクランブル／デスクランブル方法も規定され
ている。具体的には、スクランブルされた２値のNRZ(no
n return to zero) 符号を用い、そのスクランブラに用
いる疑似ランダム(PRBS:Psoudo Random Bit Sequence)
パターンの生成多項式は１＋Ｘ⁶ ＋Ｘ⁷ とすることが規
定されている。図１２及び図１３に、スクランブル／デ
スクランブルの機能ブロックとPRBSパターン発生器の構
成例を示す。

【０００６】すなわち、図１２において、送信器１３１
側ではPRBSパターン発生器１３１ａで生成されたPRBSパ
ターンを基にゲート回路１３１ｂで入力データがスクラ
ンブルされ、伝送路５００を介して受信器２３１側に送
信される。受信器２３１側ではPRBSパターン発生器２３
１ａで生成されたPRBSパターンを基にゲート回路２３１
ｂでスクランブルされたデータがデスクランブルされ
る。

【０００７】また、図１３において、PRBSパターン発生
器１３１ａはフリップフロップ４１〜４７とゲート回路
４８とから構成され、入力されるビットレートクロック
及びフレームパルスを基にPRBSパターンを生成してゲー
ト回路１３１ｂに送出する。

【０００８】一方、昨今の光伝送システムには伝送容量
需要の増大に応えるべく、一本の光ファイバ中に波長を
互いに異ならせた複数のチャネルを伝送する、いわゆる
波長多重分離技術が急速に導入され始めている。

【０００９】波長多重方式のメリットの一つは、波長チ
ャネルがあたかも別々のファイバで伝送しているかのよ
うに扱えるという点である。そのため、当初は波長多重
を考慮していなかったSONET/SDH 標準を大幅に変更する
ことなく、波長多重技術を導入して容量拡大を図ること
ができる。その結果、今日では一本の光ファイバ中に同
時に複数のSONET/SDH チャネルが伝送される運用形態が
一般的となりつつある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、波長多
重伝送に対する配慮がないSONET/SDH 信号をそのまま波
長多重すると問題が生じることもある。特に、従来のSO
NET/SDH システムでは、光伝送路内を並進する複数の波
長チャネル間のデータの無相関性に何の保証もないこと
が問題である。並進チャネル間のデータの相関が強い
と、深刻な伝送品質劣化が生じる危険性がある。この危
険性について以下に説明する。

【００１１】光ファイバ伝送時には、光ファイバ中で生
じる非線形位相変調効果が信号波形を劣化させることが
知られている。非線形位相変調効果とは光ファイバの屈
折率が光強度に応じて変化し、それによってそこを伝搬
する光信号が位相変調を被る効果である。この位相変調
成分は光ファイバ中のGVD(Group Velocity Dispersion
：波長分散）のために強度変調に変換され、波形歪み
となる。

【００１２】非線形位相変調は着目するチャネル自身の
強度変化によるもの(SPM:Self Phase Modulation) と、
並進するチャネルの強度変化によるもの(XPM:cross pha
se modulation)とに分けて考えることができる。特に、
XPM は自身がもつ情報とは全く相関のない信号による位
相変調であるため、必ず伝送特性の劣化となる。

【００１３】次に、異常に大きなXPM が発生してしまう
事例について説明する。図１１は一般的な波長多重光伝
送システムの模式図である。図１１において、波長多重
光伝送システムは符号誤り率測定器１０１とターミナル
１１１〜１２６と光送信器１３１〜１４６と合波器１５
０とからなる送信側と、符号誤り率測定器２０１とター
ミナル２１１〜２２６と光受信器２３１〜２４６と分波
器２５０とからなる受信側とから構成されている。尚、
送信側と受信側とを接続する光伝送路は光増幅器３０１
〜３０２と光ファイバ４０１，４０２とから構成されて
いる。

【００１４】この波長多重光伝送システムの通常運用時
においては、図１４に示すように、各波長チャネルが伝
送するデータが互いに無相関であり、データが揃うこと
はほとんどない。しかしながら、もしも図１５に示すよ
うに、ある着目チャネル（ここではλ3 ）以外のチャネ
ルが全て同一のデータ、同一の位相に揃ってしまうと、
着目チャネルには異常に大きなXPM が生じる。このよう
な状況は極力避けなければならないが、従来の装置では
このような状況に陥る危険性が高い。

【００１５】まず、フレーム位相の一致は信号処理の過
程で、フレーム位相を局より分配される基準フレーム位
相と合わせてしまうために生じる。また、データの一致
は通常運用時にはまず起こり得ないが、アラーム転送時
等の例外的に発生する可能性はある。

【００１６】SONET/SDH システムの送信器では、伝達す
べきデータが入力されていない時でも、ダミーデータを
データペイロードに入れて伝送し続けることが規定され
ている。その理由は、クロック信号の伝達や、データペ
イロード部分の外に納められたオーバヘッド部分の情報
伝達を継続するためである。

【００１７】具体的には、例えばSONET/SDH 規格のAIS-
L と呼ぶアラーム転送のケースがある。その場合には、
データペイロードを全て“１”で埋め、それを通常通り
スクランブルしたものを伝送するように規定されてい
る。この場合、データペイロードに入るデータはスクラ
ンブルパターンそのものになる。結果として、チャネル
間の送信パターンが同一になり、相関が極めて強くな
る。

【００１８】フレーム位相が揃うことによるもう一つの
問題として、光増幅器の相互利得変調効果(XGM:cross g
ain modulation) がある。光増幅器として、今日では活
性元素（エルビウム等の希土類元素）を添加した光ファ
イバを使ったレーザ増幅器が一般に用いられている。こ
の増幅器は波長多重された光をまとめて一つの光と見な
した増幅動作をするため、あるチャネルの強度変化が別
のチャネルの強度ゆらぎに転写される可能性がある。こ
れは相互利得変調効果(XGM) と呼ばれ、レーザ増幅系の
緩和振動周波数と密接な関係がある。

【００１９】その伝達関数は低域通過フィルタ特性であ
り、緩和振動周波数が遮断周波数の目安となる。具体的
には、エルビウムを添加したファイバ増幅器(EDFA)の場
合、１k 〜３kHz 程度である。

【００２０】それに対して、伝送信号にどこまで低い周
波数成分が含まれているかが問題となる。SONET/SDH 信
号ではフレーム周期が８kHz であることから、８kHz の
周波数成分は問題なく伝送できなければならない。これ
は上記の遮断周波数をやや上回っているものの、余裕は
ないことが理解される。

【００２１】波長多重光増幅の際にはチャネル間のフレ
ーム位相が不揃いであれば、それらを全体として見た時
のフレーム周波数成分が平均化され、チャネル数に比例
しないことが期待できる。逆に、フレーム位相が揃った
場合、それ以外のチャネルに強度ゆらぎが転写される危
険性が高まる。

【００２２】実際、図１１に示すような実験系で、着目
チャネル以外のチャネルを同一のデータや、同一のフレ
ーム位相としたところ、着目チャネルに大きな符号誤り
率が観測された。

【００２３】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、波長チャネル間のデータパターンの相関を低く維
持することができ、相関が強い時に生じる大きなXPM や
XGMの発生を防止することができるととも、安定な伝送
品質を確保することができる波長多重光伝送システムを
提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明による波長多重光
伝送システムは、フレームで構成された光信号を光ファ
イバ伝送路を介して伝送する波長多重光伝送システムで
あって、同一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャ
ネル群のうちの少なくとも二つ以上の波長チャネル間の
送信フレーム位相を位相シフトによって互いに異ならせ
る手段を備えている。

【００２５】本発明による他の波長多重光伝送システム
は、疑似ランダムパターンによるデータスクランブラを
用いた波長多重光伝送システムであって、同一の光ファ
イバ伝送路で伝送される波長チャネル群のうちの少なく
とも二つ以上の波長チャネル間の各信号光のビットパタ
ーンに対するスクランブルパターンを互いに異ならせる
手段を備えている。

【００２６】本発明による別の波長多重光伝送システム
は、光信号を光ファイバ伝送路を介して伝送する波長多
重光伝送システムであって、無意味なデータを伝送する
際に同一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャネル
群のうちの少なくとも二つ以上の波長チャネル間の各信
号光のビットパターンにおける無効なデータパターンを
互いに異ならせる手段を備えている。

【００２７】すなわち、本発明の波長多重光伝送システ
ムでは、波長多重する時点での各波長チャネル間のフレ
ーム位相を互いに異ならせる仕組みを設けている。

【００２８】また、本発明の波長多重光伝送システムで
は、スクランブルに用いる疑似ランダムパターンを複数
の種類の中から選択可能とし、伝送データ未入力時に送
出されるデータパターンを波長チャネル間で互いに異な
らせる仕組みを設けている。

【００２９】さらに、本発明の波長多重光伝送システム
では、何らかの理由でダミーデータを伝送する時に、波
長チャネル間で互いに異なるダミーパターンをデータペ
イロードに格納する仕組みを設けている。

【００３０】これによって、本発明の波長多重光伝送シ
ステムでは、波長多重されているチャネル間の相関度を
低くし、異常なほど大きなXPM やXGM の発生を抑止する
ことが可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に
よる波長多重光伝送システムの送信側の構成を示すブロ
ック図である。図１において、本発明の第１の実施例に
よる波長多重光伝送システムの送信側は局間伝送装置１
と局内装置２−１〜２−３とから構成されている。尚、
図１においては局内装置２−１〜２−３から出た光信号
が波長多重されて局間を結ぶ光ファイバ伝送路（図示せ
ず）に送出される部分を模式的に３チャネル（３波長、
波長チャネルλ1 〜λ3 ）分だけ表している。

【００３２】局間伝送装置１はフレーム位相更新部１１
〜１３と、光合波器１４とから構成されている。局内装
置２−１〜２−３はそれぞれフレーム構成回路２１−１
〜２１−３と、E/O （電気／光信号変換回路）２２−１
〜２２−３とから構成されている。

【００３３】フレーム構成回路２１−１〜２１−３は局
内装置２−１〜２−３内のデータをフレームに格納して
出力する。E/O ２７−１〜２７−３はフレーム構成回路
２６−１〜２６−３からのフレームを光信号に変換して
局間伝送装置１に出力する。

【００３４】局間伝送装置１のフレーム位相更新部１１
〜１３は基準フレーム信号発生器３で発生された基準フ
レーム信号を基に局内装置２−１〜２−３からの光信号
の波長チャネルの送信フレーム位相を互いに異ならせる
よう更新する。この場合、フレーム位相更新部１１〜１
３は基準フレーム位相をそれぞれ予め設定された時間だ
け遅延させたものが自らの送信フレーム位相となるよう
にフレーム位相を更新する。

【００３５】光合波器１４はフレーム位相更新部１１〜
１３でそれぞれ送信フレーム位相が更新された光信号を
合波して光ファイバ伝送路に送信する。

【００３６】図２は図１のフレーム位相更新部１１の構
成例を示すブロック図である。図２において、フレーム
位相更新部１１はO/E （光／電気信号変換回路）１１ａ
と、フレーム構成回路１１ｂと、E/O １１ｃと、電気位
相シフタ１１ｄとから構成されている。

【００３７】O/E １１ａは局内装置からの光信号を電気
信号に変換する。フレーム構成回路１１ｂはO/E １１ａ
で変換された電気信号からフレームを構成する。E/O １
１ｃはフレーム構成回路１１ｂからのフレームを光信号
に変換する。

【００３８】例えば、一般に局内装置間の通信には局内
インタフェースと呼ばれるE/O やO/E が用いられる。一
般に、それらは離れた局間を長距離伝送する局間インタ
フェイスに比べて安価かつ簡便である。両者の差は波長
において明確であり、局内インタフェースには1.3 μm
が、局間インタフェースには1.55μm 帯が主に使われ
る。波長多重技術は主に局間インタフェイスに用いら
れ、各々のチャネルの波長は精度よく管理されている。

【００３９】高価な局間インタフェースの使用を必要最
小限にとどめるために、局内装置と局間伝送装置との間
にO/E/O を挟む手法は一般的によく用いられる。従来の
O/E/O では信号を加工することはないが、光の波長や信
号品質を長距離波長多重伝送に適したものに変換してい
る。

【００４０】フレーム位相更新部１１〜１３においては
送信フレーム位相を変える場合、ポインタ処理だけを行
えばよい。したがって、この処理によってデータに生じ
る遅延を最小限にとどめることができる。また、機能を
限定した分、信号処理回路の簡単化、低コスト化を図る
ことができる。誤り訂正符号のためのフレームをここで
構成する場合には、その処理回路に付与する形で本発明
の第１の実施例を実施することができ、部品点数の増加
も抑えることができる。

【００４１】図２に示す方法では基準フレーム信号発生
器３から配られる基準フレーム信号を電気位相シフタ１
１ｄで所望量だけ位相シフトしたものを自らのフレーム
位相としている。電気位相シフタ１１ｄには可変タイマ
や、可変遅延線を用いることができる。

【００４２】電気位相シフタ１１ｄとしては可変タイマ
による実現形態が簡便かつ安価に実施できる構成であ
る。本発明の第１の実施例の適用対象はSONET/SDH 信号
に限らないので、フレーム周期が短い場合には可変遅延
線を用いて実施することもあり得る。

【００４３】尚、局間伝送装置１の他のフレーム位相更
新部１２，１３の構成は上記のフレーム位相更新部１１
と同様の構成となっており、フレーム位相更新部１１と
同様の動作を行う。但し、フレーム位相更新部１１〜１
３各々においては電気位相シフタ１１ｄによる遅延量が
それぞれ異なるように予め設定されている。

【００４４】図３（ａ）はフレーム位相が揃った状態を
示すタイミングチャートであり、図３（ｂ）はフレーム
位相が互いに異なっている状態を示すタイミングチャー
トである。

【００４５】これら図１〜図３を参照して本発明の第１
の実施例による波長多重光伝送システムにおけるフレー
ム位相の一致を避ける方法について述べる。

【００４６】本発明の第１の実施例による波長多重光伝
送システムでは、波長チャネルの送信フレーム位相を互
いに異なるものにしている。従来の技術で述べたよう
に、複数の信号間の交換等の信号処理を行う装置内で
は、フレーム位相はある基準に一致することが望まし
い。このような装置からの出力信号もフレーム位相は一
致したままの可能性が高い。この信号をそのまま光信号
に変換すれば、波長多重され光ファイバに入力される信
号光のフレーム位相も、図３（ａ）に示すように、揃っ
てしまうことになる。

【００４７】光ファイバ伝送路に入力される信号光のフ
レーム位相を互いに異ならせるためには、光ファイバ伝
送路に送出するまでにフレーム位相をずらせばよい。す
なわち、本実施例では局間伝送装置１のフレーム位相更
新部１１〜１３各々で、光ファイバ伝送路に送出する信
号光のフレーム位相を互いにずらしている。

【００４８】また、本実施例では送信フレーム位相が互
いに異なるように基準フレーム位相からの位相差を予め
設定しておく方法をとっているが、ずらす位相量の決め
方としては上記以外にもフレーム位相をランダムに選ぶ
方法や、互いの送信フレーム位相の監視及び設定をする
ことができる制御器を備え、その制御器が互いに送信フ
レーム位相を異ならせるようにフレーム位相を設定する
方法がある。

【００４９】フレーム位相をランダムに選ぶ方法につい
て説明する。ここでいうランダムに選ぶとは、フレーム
位相を１フレーム周期の範囲内で無作為に決定すること
である。その結果、この装置を多数用意し、それらへ入
力フレーム位相が同一の信号を入れたとしても、それら
の出力フレーム位相には偏りがない状態になるはずであ
る。

【００５０】具体的には、生じる乱数の範囲が０から１
フレーム周期に相当する乱数を生じさせ、それに応じた
フレーム位相に設定すればよい。フレーム位相をランダ
ムに選ぶ場合、各フレーム位相更新部において、基準と
なるフレーム位相は特に必要ではないが、基準となるフ
レーム信号を得て、それから０から１フレーム周期に相
当するランダムな位相差を持たせたものを自らのフレー
ム位相としてもよいことはいうまでもない。

【００５１】図４は本発明の第１の実施例によるフレー
ム位相制御方式を説明するための図である。図４におい
て、本実施例は伝送チャネルの各々のフレーム位相を局
間伝送装置１内のフレーム位相更新回路１６−１〜１６
−３で更新する装置構成に対して本フレーム位相制御方
式を適用した一例である。

【００５２】すなわち、局間伝送装置１はO/E （光／電
気信号変換回路）１５−１〜１５−３と、フレーム位相
更新回路１６−１〜１６−３と、E/O １７−１〜１７−
３と光合波器１４とから構成され、基準フレーム信号発
生器３とフレーム位相制御器９と電気位相シフタ１０と
を備えている。

【００５３】フレーム位相制御器９は同一のファイバに
波長多重される光信号の波長数や波長間隔、伝送路分散
値等の管理情報を受取り、互いのフレーム位相が最も無
相関になるようにフレーム位相の配置を算出し、フレー
ム位相更新回路１６−１〜１６−３各々にフレーム位相
を指示する。本実施例では基準フレーム信号発生器３か
らの信号を電気位相シフタ１０でシフトさせている。

【００５４】尚、波長多重される信号のうちいくつかの
信号はフレーム位相を更新不可の場合があり得る。この
ような場合に対してもフレーム位相制御器９は波長チャ
ネル毎のフレーム位相更新が更新可能かどうかの情報を
制御情報として得ることによって、フレーム位相を更新
可能な波長チャネルだけでなるべく無相関となるよう、
フレーム位相を制御することが可能である。

【００５５】さらに、更新不可の波長チャネル信号光を
一部分岐してフレーム位相を検出して制御器９に入力す
る仕組みを持つことによって、フレーム位相を更新可能
な波長チャネルのフレーム位相を更新不可のフレーム位
相と重ならないように設定することができる。フレーム
位相の検出はO/E 変換後、フレーム周波数のみを抽出し
て得られる。特に、SONET/SDH 信号の場合、フレーム周
波数は８kHzと低周波なので簡便かつ安価な構成でフレ
ーム位相を検出することができる。

【００５６】位相をランダムに選ぶ方法の場合は実現が
最も容易だが、偶然一致の可能性が運用上問題にならな
いかどうかの検討が必要になる。基準フレーム位相との
位相差を予め設定しておく方法の場合は実現が容易でか
つ効果も確実であるが、例えば波長チャネルを増設する
際に、全ての送信器の位相遅延量を再設定しなければな
らない可能性がある。フレーム位相の監視制御器を用い
る方法は効果が確実で、かつフレキシビリティも高い。

【００５７】以上の実施例のうち、基準フレーム位相
（基準フレーム位相発信器３）を要する場合、基準フレ
ーム位相の代わりにフレーム位相更新部に入力される信
号のフレーム信号を上記の手法で抽出したものを用いる
こともできる。

【００５８】図５は図１のフレーム位相更新部１１の他
の構成例を示すブロック図である。図５において、フレ
ーム位相更新部１１は光位相シフタ１１ｅからなる。図
５に示す方法では光位相シフタ１１ｅが制御器２０の制
御によって、入力された光信号を予め設定した量だけ遅
延させている。制御器２０は基準フレーム位相発信器３
からの基準フレーム位相に基づいて光位相シフタ１１ｅ
を制御する。

【００５９】光位相シフタ１１ｅには光可変遅延線等が
考えられる。SONET/SDH 信号のフレーム周期は125 μs
と極めて長く、その一波長は光ファイバ伝送路で約25km
と局間距離に匹敵する長さになるので、可変遅延線でシ
フト量を可変とするのは物理的に無理があるが、短いフ
レームに対しては有効である。尚、光位相シフタ１１ｅ
は単独に用いてもよいし、電気位相シフタ１１ｄと同時
に用いてもよいことはいうまでもない。

【００６０】図６は本発明の第２の実施例による波長多
重光伝送システムの送信側の構成を示すブロック図であ
る。図６において、本発明の第２の実施例による波長多
重光伝送システムの送信側は局間伝送装置４と局内装置
５−１〜５−３とから構成されている。尚、図６におい
ては局内装置５−１〜５−３から出た光信号が波長多重
されて局間を結ぶ光ファイバ伝送路に送出される部分を
模式的に３チャネル分だけ表している。

【００６１】局間伝送装置４は光合波器１４から構成さ
れている。局内装置５−１〜５−３はそれぞれフレーム
構成回路５１−１〜５１−３と、E/O ５２−１〜５２−
３とから構成されている。

【００６２】本発明の第２の実施例では本発明の第１の
実施例で局間伝送装置１内に設けたフレーム位相更新部
１１〜１３と同等の機能を局内装置５−１〜５−３のフ
レーム構成回路５１−１〜５１−３内部にそれぞれ設け
ている。即ち、局内装置５−１〜５−３の出力信号は光
合波器１４で多重された時にそれぞれのフレーム位相が
互いに異なるように、上記の手法によって制御されてい
る。この場合、フレーム構成回路５１−１〜５１−３内
部のフレーム位相更新部としては図２及び図５に示す構
成を用いることができるので、その構成及び動作の説明
は省略する。

【００６３】図７は本発明の第３の実施例による波長多
重光伝送システムに用いられるスクランブル回路の構成
を示すブロック図である。図７において、本発明の第３
の実施例によるスクランブル回路７はスクランブルデー
タ生成部７１と、PRBS(Psoudo Random Bit Sequence:疑
似ランダム) パターン発生器７２とから構成されてい
る。

【００６４】スクランブルデータ生成部７１はPRBSパタ
ーン発生器７２で生成されるPRBSパターンに基づいて、
局内装置７内のデータにスクランブルをかける。尚、PR
BSパターン発生器７２は図示せぬ他の局内装置とは異な
るスクランブルパターンを、つまり局内装置固有のパタ
ーンを生成するよう構成されている。

【００６５】ここで、SONET/SDH 標準で規定されている
１＋Ｘ⁶ ＋Ｘ⁷ の生成多項式から生成される疑似ランダ
ムパターンはＭ系列符号と呼ばれるものの一つである
が、これと同じ７個の遅延エレメントで得られる１８種
類のＭ系列を表１に示す。

【表１】

【００６６】このＭ系列については“Spread spectrum
systems-with commercial applications 3rd ed.”(R.
C.Dixon,John Wiley ＆ Sons,Inc.,1994)に詳述されて
おり、表１中の［７，６］は１＋Ｘ⁶ ＋Ｘ⁷ を表してい
る。表１中の系列Ａ及び系列Ｂは発生順序（時間）が互
いに反転しているパターンである。

【００６７】これら図７及び表１を参照して、本発明の
第３の実施例におけるスクランブルパターンの一致を避
ける方法について述べる。本発明の第３の実施例ではデ
ータスクランブルパターンを波長チャネルによって互い
に異ならせるものにしている。

【００６８】波長多重伝送システムの各波長チャネルで
伝送されるデータは、通常、互いに無相関である。した
がって、例えスクランブルパターンが同一であっても、
スクランブル後のデータは無相関であるのが普通であ
る。しかしながら、その無相関性は保証されておらず、
例外も発生しうる。具体的には、複数の波長チャネルで
同一のデータを伝送するような場合に非常に強い相関が
生じる可能性がある。

【００６９】そこで、例え同一のデータが複数の装置に
入力されたとしても、伝送パターンを互いに無相関なも
のとするために、スクランブルパターンを互いに異なら
せる方法をとっている。すなわち、本実施例ではPRBSパ
ターン発生器７２で発生されるパターンが他の装置内の
スクランブル回路とは異なるように構成している。

【００７０】多くの種類のスクランブルパターンは、表
１のように容易に得られる。また、これらのパターンの
“１”と“０”とを互いに反転したパターンの組もバリ
エーションに加えてもよい。また、７個以外の数の遅延
エレメントを利用したＭ系列符号をバリエーションに加
えてもよいし、Ｍ系列以外のランダム系列を用いてもよ
い。

【００７１】上記のようなパターンは図１３に示すよう
なシフトレジスタで発生させる他に、不揮発性メモリ(R
OM) に記憶させて順次読出すこともできる。スクランブ
ル回路７及び他の装置内のスクランブル回路でこれらの
パターンを選択可能とすることによって、波長チャネル
間のスクランブルパターンを互いに異ならせることが可
能となる。

【００７２】尚、スクランブルに用いるランダム系列に
は“０”及び“１”の個数に偏りがなく、かつ同符号連
続が抑えられているものが望ましい。また、その周期が
2160ビット（＝270 バイト）か、その整数分の一である
ことが望ましい。270 バイトはSONET/SDH データペイロ
ードの基本単位である。

【００７３】スクランブルパターン周期の整数倍がこの
周期と一致すれば、そこにかかるスクランブルパターン
は常に整数個になるので、“０”及び“１”の個数に偏
りを生じにくい。但し、スクランブルパターン周期が12
7 ビットであることを前提にした評価用装置等があるの
で、127 ビットの周期は変えない方が望ましい。

【００７４】本発明の第３の実施例において、スクラン
ブルパターンを変える場合、スクランブル回路７のスク
ランブルデータ生成部７１を用いてフレームのデータペ
イロード部だけに処理を行えばよい。

【００７５】よって、機能を限定した分、信号処理回路
の簡単化、低コスト化を図ることができる。誤り訂正符
号のためのフレームをここで構成する場合には、その処
理回路に付与する形で本発明の第３の実施例を実施する
ことができ、部品点数の増加も抑えることができる。
尚、上記のスクランブル回路７は図１に示すような局間
伝送装置１等で用いられる。

【００７６】図示せぬ受信側でデスクランブルするため
には、送信側で用いたスクランブルパターンが分からな
ければならない。その伝達方法には大きく二つある。一
つはデータ信号中のスクランブルされない部分にその種
類を表す情報を埋め込んで受信器に伝える方法であり、
もう一つは主信号系とは別の制御系を経由してその情報
を受信器に伝える方法である。前者の場合、スクランブ
ルされない部分で情報を伝達するので、そのビットパタ
ーンは同符号連続にならないよう注意が必要である。

【００７７】チャネル間の無相関化のためには、上記の
仕組みに加えて、波長チャネル間でスクランブルパター
ンを異ならせる仕組みが必要である。その実現方法とし
ては、十分多くのスクランブルパターンを用意して無作
為にスクランブルパターンを選んでも、それが一致する
可能性を極めて低くする第１の方法、互いに異なるスク
ランブルパターンを予め設定しておく第２の方法、制御
線を通じて他の送信器の使用しているスクランブルパタ
ーンの種類を調べ、それと異なるパターンを選択する第
３の方法がある。第２及び第３の方法では用意するスク
ランブルパターンの種類がそれほど多くなくても、パタ
ーンの一致を確実に防ぐことができる。

【００７８】スクランブルパターンをランダムに選ぶ方
法について説明する。ここでいうランダムに選ぶとは、
選ぶことのできるスクランブルパターンの中から１つを
無作為に決定することである。その結果、この装置を多
数用意すれば、それらの選んだスクランブルパターンに
は偏りがない状態になるはずである。具体的には、生じ
る乱数の範囲が、選ぶことのできるスクランブルパター
ンの数に相当する乱数を生じさせ、それに応じたスクラ
ンブルパターンに設定すればよい。

【００７９】図８は本発明の第３の実施例によるスクラ
ンブルパターン制御方式を説明するための図である。図
８において、本実施例は同一のファイバに波長多重され
る光信号を送出する送信機のフレーム構成回路３１−１
〜３１−３内に含まれているスクランブラに対して本ス
クランブルパターン制御方式を適用した一例である。

【００８０】すなわち、本実施例はフレーム構成回路
（スクランブラ）３１−１〜３１−３と、E/O ３２−１
〜３２−３と、スクランブルパターン制御器３３と、光
合波器３４とから構成されている。

【００８１】スクランブルパターン制御器３３は同一の
ファイバに波長多重される光信号の波長数や波長間隔、
伝送路分散値等の管理情報を受取り、互いのスクランブ
ルパターンが最も無相関になるようにスクランブルパタ
ーンの割り振りを算出し、各々のスクランブラ（フレー
ム構成回路３１−１〜３１−３）にスクランブルパター
ンの種類を指示する。

【００８２】尚、波長多重される信号のうちいくつかの
信号はスクランブルパターンを更新不可の場合があり得
る。このような場合に対してもスクランブルパターン制
御器３３は波長チャネル毎のスクランブルパターン更新
が更新可能かどうかの情報を制御情報として得ることに
よって、スクランブルパターンを更新可能な波長チャネ
ルだけでなるべく無相関となるようにスクランブルパタ
ーンを制御することが可能である。

【００８３】さらに、更新不可の波長チャネルのスクラ
ンブルパターン情報を制御器９が得て、更新可能な波長
チャネルのスクランブルパターンを更新不可のスクラン
ブルパターンと同一にならないように設定することがで
きる。スクランブルパターンの種別情報は送信器から受
信器に何らかの経路で伝送されているので、制御器９は
その制御情報を分岐して得ることができる。

【００８４】図９は本発明の第４の実施例による波長多
重光伝送システムに用いられるダミーデータ発生回路の
構成を示すブロック図である。図９において、本発明の
第４の実施例によるダミーデータ発生回路８はパターン
発生器８１と、入力断検出回路８２と、切替器８３とか
ら構成されている。

【００８５】ダミーデータ発生回路８のパターン発生器
８１はダミーデータを生成する回路であり、図示せぬ他
の装置内のダミーデータ発生回路とは異なるダミーデー
タを、つまりダミーデータ発生回路固有のパターンを各
々生成するよう構成されている。

【００８６】入力断検出回路８２はダミーデータ発生回
路８内の図示せぬ回路からの入力データの断（ダミーデ
ータ）を検出する回路であり、入力データの断を検出す
ると、パターン発生器８１からのダミーデータを選択す
るよう切替器８３に切替え指示を出力する。

【００８７】切替器８３はダミーデータ発生回路８外部
の回路からの入力データとパターン発生器８１からのダ
ミーデータとのうち一方を入力断検出回路８２からの切
替え指示に応じて選択して出力する。

【００８８】上記の図９を参照して、本発明の第４の実
施例におけるダミーデータパターンの一致を避ける方法
について述べる。本発明の第４の実施例では意味のない
データ（ダミーデータ）をデータペイロードに格納して
伝送しなければならない時に、ダミーデータパターンを
波長チャネルによって互いに異ならせるものである。

【００８９】上記の解決しようとする課題で述べたよう
に、SONET/SDH システムでは特殊なケースとしてダミー
データをデータペイロードに入れて伝送する場合があ
り、波長多重されたチャネルが同時にその状態になると
強い相関が生じて種々の問題を生じる危険性がある。

【００９０】そこで、送信データがダミーデータである
ことが入力断検出回路８２で検出された場合には、ダミ
ーデータパターンを波長チャネル毎に変えてパターンの
一致を防止している。つまり、パターン発生器８１で生
成されるダミーデータパターンをそれぞれ各局内装置で
異なるようにしているのである。

【００９１】この場合、パターン発生器８１で生成され
るパターンは無効なデータであり、受信側もデータが無
効であることを判別することができるので、受信側でデ
ータを復元する必要はなく、ダミーデータの種類を受信
側に伝達する必要もない。

【００９２】但し、ダミーデータパターンは通常通りス
クランブルされるので、スクランブラに用いるパターン
との相関には注意が必要である。極端な例としてスクラ
ンブラに用いるパターンと類似のパターンを用いると、
それは自己相関の演算操作に他ならないため、顕著な同
符号連続が生じる恐れがある。

【００９３】本発明の第４の実施例においては、無効パ
ターンを変える場合、ダミーデータ発生回路８の切替器
８３を用いてフレームのデータペイロード部だけに処理
を行えばよい。よって、本発明の第４の実施例は機能を
限定した分、信号処理回路の簡単化、低コスト化を図る
ことができる。誤り訂正符号のためのフレームをここで
構成する場合には、その処理回路に付与する形で本発明
の第４の実施例を実施することができ、部品点数の増加
も抑えることができる。

【００９４】チャネル間の無相関化のためには上記の仕
組みに加えて、波長チャネル間でダミーデータパターン
を異ならせる仕組みが必要である。その実現方法として
は、十分多くのダミーデータパターンを用意して無作為
にダミーデータパターンを選んでも、それが一致する可
能性を極めて低くする第１の方法、互いに異なるダミー
データパターンを予め設定しておく第２の方法、制御線
を通じて他の送信器の使用しているダミーデータパター
ンの種類を調べ、それと異なるパターンを選択する第３
の方法がある。第２及び第３の方法では用意するダミー
データパターンの種類がそれほど多くなくても、パター
ンの一致を確実に防ぐことができる。

【００９５】ダミーデータパターンをランダムに選ぶ方
法について説明する。ここでいうランダムに選ぶとは、
選ぶことのできるダミーデータパターンの中から１つを
無作為に決定することである。その結果、この装置を多
数用意すれば、それらの選んだダミーデータパターンに
は偏りがない状態になるはずである。具体的には、生じ
る乱数の範囲が、選ぶことのできるダミーデータパター
ンの数に相当する乱数を生じさせ、それに応じたダミー
データパターンに設定すればよい。

【００９６】図１０は本発明の第４の実施例によるダミ
ーデータパターン制御方式を説明するための図である。
図１０において、本実施例は同一のファイバに波長多重
される光信号を送出する送信機のフレーム構成回路４１
−１〜４１−３内に含まれているダミーデータパターン
への切替器に対して本ダミーデータパターン制御方式を
適用した一例である。

【００９７】すなわち、本実施例はフレーム構成回路
（ダミーデータパターンへの切替器）４１−１〜４１−
３と、E/O ４２−１〜４２−３と、ダミーデータパター
ン制御器４３と、光合波器４４とから構成されている。

【００９８】ダミーデータパターン制御器４３は同一の
ファイバに波長多重される光信号の波長数や波長間隔、
伝送路分散値等の管理情報を受取り、互いのダミーデー
タパターンが最も無相関になるようにダミーデータパタ
ーンの割り振りを算出し、各々のダミーデータパターン
への切替器（フレーム構成回路４１−１〜４１−３）に
ダミーデータパターンの種類を指示する。

【００９９】尚、波長多重される信号のうちいくつかの
信号はダミーデータパターンを更新不可の場合があり得
る。このような場合に対してもダミーデータパターン制
御器４３は波長チャネル毎のダミーデータパターン更新
が更新可能かどうかの情報を制御情報として得ることに
よって、ダミーデータパターンを更新可能な波長チャネ
ルだけでなるべく無相関となるよう、ダミーデータパタ
ーンを制御することが可能である。

【０１００】以上説明したように、本発明の第１〜第４
の実施例による三つの無相関化手段は単独でも効果を持
つが、組合わせて適用すれば、効果をより確実なものと
することができる。また、本発明の第１〜第４の実施例
ではSONET/SDH 規格を例に説明したが、これに限らずフ
レーム同期通信ならば、上記の効果が得られることはい
うまでもない。例えば、誤り訂正符号化／復号化を行う
際にもフレーミングが必要になる。このフレーミングの
際に本発明を適用してもよい。

【０１０１】上記の実施例ではスクランブラ及びダミー
データパターン埋め込みは、いづれもフレーム構成回路
内に含まれている場合で説明したが、フレームを構成す
る信号処理とは別にこれらスクランブル、デスクランブ
ル処理やダミーデータパターンへの切り替え処理などが
行われる場合でも本発明が有効であることは言うまでも
ない。

【０１０２】光ファイバ伝送路に入るチャネル間の相対
フレーム位相はフレーム構成回路でのフレーム位相に加
えて、フレーム構成装置から光合波器１４までの伝播遅
延も含まれるが、フレーム周期が125 μs と長いSONET/
SDH システムでは伝播遅延は無視できるほど小さい。し
たがって、本発明の第１〜第４の実施例では従来のフレ
ーム構成回路に付加する形で行われるのが妥当である。

【０１０３】局間、局内を問わず、SONET/SDH インタフ
ェースで交信する装置間では常に入力信号フレームの分
解と出力信号フレームの構成とが行われ、スクランブル
・デスクランブル処理も行われ、入力データが無い時の
ダミーデータの埋め込み処理も行われている。

【０１０４】このような状況下で、光ファイバ伝送路に
多重される信号同士のフレーム位相やスクランブルパタ
ーン、またはダミーデータパターンの無相関化を実現す
るためにはこれらをランダムに選択するか、もしくはど
の信号がどの光ファイバ伝送路に入っていくのかを把握
した上でそれらを管理する必要がある。

【０１０５】ところで、波長多重に用いられる光ファイ
バの局所的な波長分散は一般にゼロでないものが用いら
れる。なぜならば、波長分散がゼロに近づくと、四光波
混合という波長多重チャネル間の非線形相互干渉が生じ
やすくなり、伝送品質が悪化するためである。

【０１０６】この波長分散とは波長によって伝搬速度が
異なる現象であるので、これによって波長多重伝送時に
波長チャネル間に相対遅延が生じることになる。波長差
Δλの二つの波長チャネルが波長分散値Ｄ及び距離Ｌの
光ファイバ伝送路を伝送されると、両者の間にはΔλ×
Ｄ×Ｌの相対遅延が生じる。このように波長が離れるほ
ど速度差は大きくなるため、十分離れた波長チャネル同
士では伝搬に伴う相対遅延によって自然に無相関化でき
ると期待される。

【０１０７】しかしながら、実際にはSONET/SDH のフレ
ーム周期は125 μs と長く、一方、波長分散によって生
じる相対遅延はこれに比べて非常に小さいので、この無
相関化はほとんど期待できない。

【０１０８】例えば、分散Ｄ＝18ps/nm/kmの光ファイバ
伝送路を100km 伝送する時、互いに10nm離れたチャネル
間には18nsの相対遅延が生じる。これはSONET/SDH フレ
ーム周期の約0.014%でしかなく、フレーム位相差にはほ
とんど変化がない。

【０１０９】但し、将来的にフレーム周期が大幅に短く
なることも考えられ、また波長帯域も100nm を越えるほ
ど広帯域になることが予想され、フレーム位相を無相関
化するのに十分な相対遅延量が得られる可能性がある。
その場合、本実施例で述べたフレーム位相とスクランブ
ルパターンとダミーデータパターンとの無相関化は、伝
送中も相関が保たれる波長範囲に対して行えばよく、十
分離れた波長チャネル同士では一致しても支障がなくな
る。

【０１１０】このように、フレーム位相とスクランブル
パターンとダミーデータパターンとのうちの少なくとも
一つの無相関化を行うことによって、波長チャネル（λ
1 〜λ3 ）間のデータパターンの相関を低く維持するこ
とができる。その結果、相関が強い時に生じる大きなXP
M やXGM の発生を防止することができ、安定な伝送品質
を確保することができる。

【０１１１】尚、上記の説明では局間伝送装置１，４，
６に入力される信号が複数の局内装置２−１〜２−３，
５−１〜５−３から入力されるようにしているが、局間
伝送装置１，４，６に入力される信号とその入力の形態
はここでは問わない。１つの装置に複数のポートがつい
ている場合もあるし、また遠くの局からの光信号が何も
手を加えられないまま自局の送信信号になる場合もあ
る。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
レーム位相とスクランブルパターンとダミーデータパタ
ーンとのうちの少なくとも一つの無相関化を行うことに
よって、波長チャネル間のデータパターンの相関を低く
維持することができ、相関が強い時に生じる大きなXPM
やXGM の発生を防止することができるととも、安定な伝
送品質を確保することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による波長多重光伝送シ
ステムの送信側の構成を示すブロック図である。

【図２】図１のフレーム位相更新回路の構成例を示すブ
ロック図である。

【図３】（ａ）はフレーム位相が揃った状態を示すタイ
ミングチャート、（ｂ）はフレーム位相が互いに異なっ
ている状態を示すタイミングチャートである。

【図４】本発明の第１の実施例によるフレーム位相制御
方式を説明するための図である。

【図５】図１のフレーム位相更新回路の他の構成例を示
すブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施例による波長多重光伝送シ
ステムの送信側の構成を示すブロック図である。

【図７】本発明の第３の実施例による波長多重光伝送シ
ステムの送信側の局内装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施例によるスクランブルパタ
ーン制御方式を説明するための図である。

【図９】本発明の第４の実施例による波長多重光伝送シ
ステムの送信側の局内装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】本発明の第４の実施例によるダミーデータパ
ターン制御方式を説明するための図である。

【図１１】従来の波長多重光伝送システムの構成を示す
ブロック図である。

【図１２】従来のスクランブルの動作を説明するための
図である。

【図１３】従来のスクランブルパターン発生の動作を説
明するための図である。

【図１４】従来の波長チャネル間のデータパターンにお
ける相関を説明するための図である。

【図１５】従来の波長チャネル間のデータパターンにお
ける相関を説明するための図である。

【符号の説明】

１，４，６局間伝送装置２−１〜２−３，５−１〜５−３，７，８局内装置１１〜１３フレーム位相更新部１１ａ O/E １１ｂ，１６−１〜１６−３フレーム位相更新回路１１ｃ，１７−１〜１７−３，２２−１〜２２−３，３
２−１〜３２−３，４２−１〜４２−３，５２−１〜５
２−３ E/O １０，１１ｄ電気位相シフタ１１ｅ光位相シフタ１４，３４，４４光合波器２０制御器２１−１〜２１−３，３１−１〜３１−３，４１−１〜
４１−３，５１−１〜５１−３フレーム構成回路３３スクランブルパターン制御器４３ダミーデータパターン制御器６１〜６３ O/E/O ７１スクランブルデータ生成部７２ PRBSパターン発生器８１パターン発生器８２入力断検出回路８３切替器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 H04J 3/00 H04J 3/06 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームで構成された光信号を光ファイ
バ伝送路を介して伝送する波長多重光伝送システムであ
って、同一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャネ
ル群のうちの少なくとも二つ以上の波長チャネル間の送
信フレーム位相を位相シフトによって互いに異ならせる
手段を有することを特徴とする波長多重光伝送システ
ム。
【請求項２】前記光ファイバ伝送路に送出すべき信号
から各波長チャネルのフレームを構成する装置は、自ら
の出力信号フレーム位相をランダムに選択するよう構成
したことを特徴とする請求項１記載の波長多重光伝送シ
ステム。
【請求項３】前記光ファイバ伝送路に送出すべき信号
から各波長チャネルのフレームを構成する装置は、外部
から入力される基準フレーム位相から設定した量だけ遅
延したものを自らの出力信号フレーム位相とする手段を
含み、当該位相遅延量が前記同一の光ファイバ伝送路で
伝送される波長チャネル群の送信フレーム位相が互いに
異なるように予め設定したことを特徴とする請求項１記
載の波長多重光伝送システム。
【請求項４】各波長チャネルの送信フレーム位相の監
視及び設定を行う制御器を含み、前記制御器は、前記同
一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャネル群にお
いて互いに送信フレーム位相が異なるよう前記各波長チ
ャネルのフレームを構成する装置のフレーム位相を設定
するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の波長
多重光伝送システム。
【請求項５】疑似ランダムパターンによるデータスク
ランブラを用いた波長多重光伝送システムであって、同
一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャネル群のう
ちの少なくとも二つ以上の波長チャネル間の各信号光の
ビットパターンに対するスクランブルパターンを互いに
異ならせる手段を有することを特徴とする波長多重光伝
送システム。
【請求項６】適用しているスクランブルパターンの種
別を伝送データ信号中のスクランブルされない部分に埋
め込んで受信端に伝えるよう構成したことを特徴とする
請求項５記載の波長多重光伝送システム。
【請求項７】適用しているスクランブルパターンの種
別を伝送信号路とは別の制御線を通じて受信端に伝える
よう構成したことを特徴とする請求項５記載の波長多重
光伝送システム。
【請求項８】各送信器が、複数のスクランブルパター
ンから無作為に１つを選択可能とする手段を含むことを
特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の波長
多重光伝送システム。
【請求項９】各波長チャネルが用いるスクランブルパ
ターンの監視及び設定を行う制御器を含み、前記制御器
は、前記同一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャ
ネル群において互いにスクランブルパターンが異なるよ
うにスクランブルパターンを設定するよう構成したこと
を特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の波
長多重光伝送システム。
【請求項１０】光信号を光ファイバ伝送路を介して伝
送する波長多重光伝送システムであって、無意味なデー
タを伝送する際に同一の光ファイバ伝送路で伝送される
波長チャネル群のうちの少なくとも二つ以上の波長チャ
ネル間の各信号光のビットパターンにおける無効なデー
タパターンを互いに異ならせる手段を有することを特徴
とする波長多重光伝送システム。
【請求項１１】各送信器で互いに異なりかつ無作為に
選んだパターンを無効なデータパターンとして用いるよ
う構成したことを特徴とする請求項１０記載の波長多重
光伝送システム。
【請求項１２】ダミーデータパターンが各送信器で互
いに異なるパターンとなるように予め設定するよう構成
したことを特徴とする請求項１０記載の波長多重光伝送
システム。
【請求項１３】各波長チャネルの無効なデータパター
ンの監視及び設定を行う制御器を含み、前記制御器は、
前記同一の光ファイバ伝送路で伝送される波長チャネル
群において互いに無効なデータパターンが異なるように
各送信器のダミーデータパターンを設定するよう構成し
たことを特徴とする請求項１０記載の波長多重光伝送シ
ステム。