JP2007019858A - 光波長多重信号送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ＷＤＭネットワークの通信ノード間の伝送損失に応じて構成を適合させることのできる光波長多重信号送受信装置を提供する。
【解決手段】 本発明の一実施例によれば、通信ノード間の伝送損失に応じて、光波長多重信号送受信装置の電気／光変換回路および光／電気変換回路の構成を変えることができる。電気／光変換回路は、例えば、安価で波長の設定精度が緩い光源を用いた第１の構成と、十分な精度で波長制御された光源を用いた第２の構成を選択できるようにする。また、光／電気変換回路は、例えば、安価で受光感度の大きいＰＩＮフォトダイオードを用いた第１の構成と、高価で受光感度の小さいアバランシェフォトダイオードを用いた第２の構成を選択できるようにする。これらの構成を組み合わせることにより、通信ノード間の伝送損失に適合した構成の光波長多重信号送受信装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の光信号を波長多重して送受信を行う光波長多重信号送受信装置に関する。

複数の光信号を異なる波長の光に乗せて１芯の光ファイバで伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムは、伝送路の容量を増大させることができ、既に基幹系システムを中心に導入が進んでいる。また、ＷＤＭ伝送システムの中でも、利用する波長間隔を２０ｎｍに広げて、レーザー発振波長の製造ばらつきと、温度によるレーザー発振波長の変動を許容するＣＷＤＭ（Ｃｏａｒｓｅ ＷＤＭ）伝送システムは、無温調直接変調型光源を使用できるので低コスト化に有利である。

さらに近年、光信号の波長を、伝送路容量の増大に利用するだけでなく、ネットワークの経路設定に用いる波長ルーティングの検討も進んでおり、その一例としてフルメッシュ光ＷＤＭネットワークがある。

図６は、このようなフルメッシュ光ＷＤＭネットワークの一例を示している。このフルメッシュ光ＷＤＭネットワークは、Ｎ入力Ｎ出力の波長ルーティングを行うＮ×Ｎ光波長合分波装置６０１と、複数の通信ノード６０２−１〜Ｎとから構成されている。図６では、複数の通信ノード６０２−１〜Ｎが光ファイバ６０３を介してＮ×Ｎ光波長合分波装置６０１に接続され、スター型の構成をなしている。この構成では、光波長合分波装置６０１の機能により、各通信ノード間でフルメッシュの光ファイバを敷設した場合と同じ接続性が得られ、各通信ノード間で大容量のデータを低遅延で送受信することが可能となる。

図７は、光波長合分波装置６０１を実現する構成の一例を示している。図７では、アレイ導波路回折格子型光合分波回路（以下、「ＡＷＧ」と称する）７０２と光カプラ７０３を組み合わせて、全体として４×４光波長合分波装置を構成している。

この構成において、波長間隔Δλで４波多重されたＷＤＭ信号が４つの入力ポート７０１を介して入力される。図７では、これらのＷＤＭ信号をアルファベットと数字の組（Ａ１、Ｂ１など）で表しており、それぞれ入力ポートと波長の番号を表している。すなわち、アルファベットが同じ光信号は、同じ入力ポートに入力された光信号であり、数字が同じ光信号は、同じ波長の光信号である。例えば、Ａ１とＡ２は波長が異なるが、同じポート（ポート１）に入力され、Ｃ１とＤ１は波長が同じであるが、異なるポート（ポート３および４）に入力されることを示している。したがって、入力されたＷＤＭ信号は、ＡＷＧ７０２の波長合分波特性に従って、図７に示すように分波されて出力される。

分波された光信号は、２×１光カプラ７０３によって合波され、出力ポート７０４を介して出力される。結果として、この４×４光波長合分波装置により、４波多重されたＷＤＭ信号を各通信ノード６０２間でフルメッシュの接続性を提供することができる（特許文献１参照）。

図８は、通信ノード６０２の光波長多重信号送受信装置を実現する構成の一例を示している。光波長多重信号送受信装置８００は、上りの経路において、光信号が入力ポート８０１を介して入力され、光／電気変換回路８０２によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、電気／光変換回路駆動回路８０３によって整形された後、電気／光変換回路８０４によって所定の波長の光信号に変換される。変換された光信号は、光合波回路８０５によって合波され、波長多重された光信号が出力ポート８０６を介して出力される。下りの経路においては、波長多重された光信号が入力ポート８０７を介して入力され、光分波回路８０８によって分波される。分波された光信号は、光／電気変換回路８０９によって電気信号に変換され、電気／光変換回路駆動回路８１０によって整形された後、電気／光変換回路８１１によって光信号に変換され、出力ポート８１２を介して出力される。光合波回路８０５また光分波回路８０８には、干渉膜フィルタを用いた波長合分波装置やＡＷＧを用いた波長合分波装置が用いられる（特許文献２参照）。

このようにして構成されるフルメッシュ光ＷＤＭネットワークにおいても、ＣＷＤＭ伝送のように、無温調直接変調光源などの波長設定精度の緩い光源を使用することができる技術を採用すると、ネットワークを低廉に構成する上で有利であることは通常のＷＤＭ伝送システムと変わりない。

特開平９−１０５８２８号公報 特許３５３５８０９号公報

しかしながら、このようなフルメッシュ光ＷＤＭネットワークでは、通信ノードと光波長合分波装置との間の伝送損失を考慮してネットワークを構成する必要がある。この制約は、通信ノード６０２と光波長合分波装置６０１との間の距離に応じて伝送損失が異なるため、実際的な問題となる。また、従来の光波長多重信号送受信装置では、すべての信号波長に対して同じ装置構成としているために、すべての通信ノード間で通信を行うためには、伝送損失が最も大きい経路に合わせてネットワークを構成しなければならないという問題があった。

この問題に対処するために、従来の光ＷＤＭネットワークでは、伝送損失の大きい経路に光増幅器を設置して、その経路の伝送距離を拡大する手法が知られている。この手法は、波長間隔が密なＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ）伝送では、光波長多重信号送受信装置内の光分波回路で光増幅器によって生じた雑音を取り除くことができるため有効である。しかし、ＣＷＤＭ伝送のように、波長間隔が比較的広いＷＤＭ伝送では、光分波回路で光増幅器によって生じた雑音を十分に取り除くことができず、受信信号が劣化し、伝送距離の拡大の効果が小さいという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ＷＤＭネットワークにおいて、通信ノード間の伝送損失に応じて構成を適合させることのできる光波長多重信号送受信装置を提供することにある。

本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光ＷＤＭネットワークを介して複数の通信ノードとの間で通信を行う光波長多重信号送受信装置であって、複数の送信器からの光信号を波長多重して、前記複数の通信ノードへ送信する送信部と、波長多重された光信号を分波して、前記複数の通信ノードからの光信号を複数の受信器でそれぞれ受信する受信部とを備えた光波長多重信号送受信装置において、前記各通信ノードとの伝送損失に応じて、対応する送信器または受信器の構成を適合させたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光波長多重信号送受信装置において、前記送信器は、光信号の出力強度が異なる構成によって適合されたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光波長多重信号送受信装置において、前記受信器は、光信号の最小受信感度が異なる構成によって適合されたことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置において、前記送信器は、光信号の変調方式が異なる構成によって適合されたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置において、前記送信器は、光源の波長精度が異なる構成によって適合されたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置において、前記送信器は、光信号のＳ／Ｎ比が異なる構成によって適合されたことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置であって、波長間隔が２０ｎｍであるＣＷＤＭネットワークを介して複数の通信ノードとの間で通信を行うように構成されたことを特徴とする。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施例による光波長多重信号送受信装置を示す。光波長多重信号送受信装置１００では、上りの経路において、８つの異なる光信号が入力ポート１０１からそれぞれ入力され、８波多重された光信号が１つの出力ポート１０６から出力される。また、下りの経路においては、８波多重された光信号が１つの入力ポート１０７から入力され、８つの異なる光信号が出力ポート１１２からそれぞれ出力される。

この光波長多重信号送受信装置１００では、上りの経路において、入力ポート１０１を介して入力された波長の異なる８つの光信号が光／電気変換回路１０２によって電気信号に変換され、電気／光変換回路駆動回路１０３によって波形整形される。この電気／光変換回路駆動回路１０３では、後段の電気／光変換回路１０４から適切な光信号が出力されるように波形が調整される。調整された電気信号は、電気／光変換回路１０４によって適切な波長の光信号に変換される。ここで、適切な波長とは、例えばＣＷＤＭ伝送で使用される光フィルタに適合した波長であり、各電気／光変換回路は電気信号を、例えば表１に示す帯域内の波長の光信号に変換する。変換された光信号は、光合波回路１０５によって合波され、波長多重された光信号が出力ポート６０６を介して出力される。

一方、下りの経路では、入力ポート１０７を介して入力される８波多重された光信号が光分波回路１０８によって波長に応じて分波され、光／電気変換回路６０９によって電気信号に変換される。ここで、例えば、光分波回路１０８には、表１に対応した光フィルタが用いられ、各光／電気変換回路１０９には、表１に対応する表２に示す帯域内の光信号が電気信号に変換される。変換された電気信号は、電気／光変換回路駆動回路１１０によって波形整形され、後段の電気／光変換回路１１１から適切な光信号が出力されるように調整される。調整された電気信号は、電気／光変換回路１１１によって光信号に変換され、出力ポート１１２を介して出力される。

本発明の一実施例によれば、電気／光変換回路１０４−１〜８および光／電気変換回路１０９−１〜８のそれぞれの内部構成を、対応する通信ノード間の伝送損失に応じて選択できるようにする。例えば、各電気／光変換回路１０４について、図２（ａ）に示す第１の構成および図２（ｂ）に示す第２の構成のいずれかを選択できるようにする。また、各光／電気変換回路１０９について、図３（ａ）に示す第１の構成および図３（ｂ）に示す第２の構成のいずれかを選択できるようにする。

図２（ａ）に示す第１の構成に係る電気／光変換回路１０４は、波長の設定精度が緩く安価な無温調直接変調型光源２０１を備え、この光源２０１の駆動電流を変化させることで出力光を変調する。このように、第１の構成は、安価であるが、許容可能な伝送損失が小さくなる構成である。また、図２（ｂ）に示す第２の構成に係る電気／光変換回路１０４は、出力光強度が大きく、十分な精度で波長制御された光源２１１と、この光源からの出力光を変調する外部変調器２１２と、変調された光信号を増幅する光増幅器２１３と、雑音を除去する光バンドパスフィルタ２１４とを備えている。このように、第２の構成は、高価であるが、光出力が大きくまたはＳ／Ｎ比を高くできるため、許容可能な伝送損失を大きくできる構成である。なお、外部変調器２１２としては、例えば電界吸収型変調器やニオブ酸リチウム結晶を用いた変調器を使用することができる。また、光増幅器２１３としては、例えばエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦＡ）を使用することができる。この場合、ＥＤＦＡの増幅帯域が１５３０〜１５６５ｎｍであることから、表１の帯域において電気／光変換回路１０４−４〜６に対してのみＥＤＦＡを用いることができる。ただし、電気／光変換回路１０４−４および１０４−６の波長はそれぞれ１５３０〜１５３７．５ｎｍおよび１５６４．５〜１５６５ｎｍの範囲内に設定する必要がある。

図３（ａ）に示す第１の構成係る光／電気変換回路１０９は、安価であるが最小受光感度の大きいＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）３０１を備えており、許容可能な伝送損失が小さくなる構成である。また、図３（ｂ）に示す第２の構成に係る光／電気変換回路１０９は、高価であるが最小受光感度の小さいアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）３１１を備えており、許容可能な伝送損失を大きくできる構成である。

本発明の一実施例によれば、これらの構成を用いて、許容可能な伝送損失が異なる電気／光変換回路１０４と光／電気変換回路１０９の組み合わせを定義することができる。例えば、許容可能な伝送損失が小さい第１の組み合わせとして、電気／光変換回路１０４を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９を第１の構成とする。許容可能な伝送損失が中程度となる第２に組み合わせとして、電気／光変換回路１０４を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９を第２の構成とする。許容可能な伝送損失が大きい第３の組み合わせとして、電気／光変換回路１０４を第２の構成とし、光／電気変換回路１０９を第２の構成とする。このように、これらの構成により、光波長合分波装置を介して通信を行う通信ノード間の伝送損失に応じて、最適な組み合わせを適用してフルメッシュ光ＷＤＭネットワークを構築することができる。

次に、図４を参照して、これらの組み合わせによるフルメッシュ光ＷＤＭネットワークの構築について説明する。図４に示すフルメッシュ光ＷＤＭネットワークは、８つの入出力ポート対１〜８を有する光波長合分波装置４０１と、それぞれの入出力ポート対１〜８に接続された通信ノード４０１−１〜４とから構成されている。

光波長合分波装置４０１は、ｉ番目とｊ番目の入力ポート間を透過する光の波長帯域が、図５に示すように、帯域（（ｉ＋ｊ−２）ｍｏｄ ８＋１）となる入出力特性を有し、例えば８×８ＡＷＧで構成される。ここで、帯域１から帯域８は、波長間隔２０ｎｍのＣＷＤＭで定められた波長とし、表１および表２に示した波長の帯域と同じものとする。

通信ノード４０２−１〜４のそれぞれは、図１に示した光波長多重信号送受信装置１００を備え（図示せず）、出力ポート１０６および入力ポート１０７がそれぞれ光波長合分波装置４０１の対応するポートに接続されている。

本発明の一実施例によれば、図４に示すフルメッシュ光ＷＤＭネットワークを構築するにあたって、通信ノードと光波長合分波装置間の伝送路を伝送損失に応じて次のように分類することができる。すなわち、適切に定めた伝送損失をＡ［ｄＢ］およびＢ［ｄＢ］として（ただし、０＜Ａ＜Ｂ）、伝送損失が０〜Ａ［ｄＢ］となる伝送路を第１種伝送路、伝送損失がＡ〜Ｂ［ｄＢ］となる伝送路を第２種伝送路とする。定数ＡおよびＢは、電気／光変換回路１０４から出力ポート１０６までの間に生じる損失、入力ポート１０７から光／電気変換回路１０９までの間で生じる損失、および光波長合分波装置４０１で生じる損失の合計値Ｃ［ｄＢ］と、上記の第１から第３の組み合わせによって許容される３種類の伝送損失とから定めることができる。具体的には、２Ａ＋Ｃが第１の組み合わせによって許容される伝送損失より小さく、Ａ＋Ｂ＋Ｃが第２の組み合わせによって許容される伝送損失より小さく、２Ｂ＋Ｃが第３の組み合わせによって許容される伝送損失より小さくなるように定める。この場合、第１の組み合わせと第２の組み合わせによって許容される伝送損失の差と、第２の組み合わせと第３の組み合わせによって許容される伝送損失の差が等しい場合、特に効率的である。

２つの通信ノード間で光信号を送受信するためには、通信ノードと光波長合分波装置間の伝送路を２つ通ることになる。その組み合わせは、両方とも第１種の伝送路である場合と、一方が第１種の伝送路で他方が第２種の伝送路である場合と、両方が第２種の伝送路である場合がある。前述のように定数ＡおよびＢを定めると、両方が第１種の伝送路である場合に、第１の組み合わせを使用し、一方が第１種の伝送路で他方が第２種の伝送路である場合に、第２の組み合わせを使用し、両方が第２種の伝送路である場合に、第３の組み合わせを使用して光信号を送受信することができる。

このように、通信ノードと光波長合分波装置間の伝送損失が均一でない場合、伝送損失に応じて、異なる構成の電気／光変換回路および光／電気変換回路を組み合わせることで、低コストの光ＷＤＭネットワークを構築することができる。

図４の光ＷＤＭネットワークでは、通信ノード４０２−１および４０２−２が第１種の伝送路を介して光波長合分波装置４０１に接続され、通信ノード４０２−３および４０２−４が第２種の伝送路を介して光波長合分波装置４０１に接続されている。したがって、通信ノード４０２−１と４０２−２との間の通信には、第１の組み合わせを用い、通信ノード４０２−１と４０２−３または４０２−４との間および通信ノード４０２−２と４０２−３または４０２−４との間の通信には、第２の組み合わせを用い、通信ノード４０２−３と４０２−４との間の通信には、第３の組み合わせを用いることができる。

図５に示す光波長合分波装置の入出力特性に基づけば、各通信ノードの光波長多重信号送受信装置１００の電気／光変換回路１０４および光／電気変換回路１０９の具体的な構成は以下のようになる。

通信ノード４０２−１の光波長多重信号送受信装置１００においては、電気／光変換回路１０４−２を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９−２を第１の構成とする（第１の組み合わせ）。また、電気／光変換回路１０４−３および１０４−４を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９−３および１０９−４を第２の構成とする（第２の組み合わせ）。

通信ノード４０２−２の光波長多重信号送受信装置１００においては、電気／光変換回路１０４−２を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９−２を第１の構成とする（第１の組み合わせ）。また、電気／光変換回路１０４−４および１０４−５を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９−４および１０９−５を第２の構成とする（第２の組み合わせ）。

通信ノード４０２−３の光波長多重信号送受信装置１００においては、電気／光変換回路１０４−３および１０４−４を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９−３および１０９−４を第２の構成とする（第２の組み合わせ）。また、電気／光変換回路１０４−６を第２の構成とし、光／電気変換回路１０９−６を第２の構成とする（第３の組み合わせ）。

通信ノード４０２−４の光波長多重信号送受信装置１００においては、電気／光変換回路１０４−４および１０４−５を第１の構成とし、光／電気変換回路１０９−４および１０９−５を第２の構成とする（第２の組み合わせ）。また、電気／光変換回路１０４−６を第２の構成とし、光／電気変換回路１０９−６を第２の構成とする（第３の組み合わせ）。

なお、第２種の伝送路で接続されている通信ノード間での通信は、ＥＤＦＡ光増幅器を使用する場合、上述したように使用可能な波長帯域が制限されるので、該当するノード間の通信が使用可能な波長帯域で行えるように、波長合分波装置４０１の使用するポートを選択する必要がある。

以上、本発明について、具体的な実施形態に基づいて説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、電気／光変換回路１０４および光／電気変換回路１０９では強度変調に基づいて構成されているが、さらなる伝送損失を許容するために、電気／光変換回路１０４に位相変調器を用い、光／電気変換回路１０９に非対称マッハツェンダ干渉計およびＰＩＮ−ＰＤまたはＡＰＤを用いてもよい。このように、ここに例示した実施例は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および波長設定は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

本発明の一実施例による光波長多重信号送受信装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施例による電気／光変換回路の構成例を示すブロック図であり、図２（ａ）は第１の構成を示し、図２（ｂ）は第２の構成を示している。 本発明の一実施例による光／電気変換回路の構成例を示すブロック図であり、図３（ａ）は第１の構成を示し、図３（ｂ）は第２の構成を示している。 本発明の一実施例によるフルメッシュ光ＷＤＭネットワークの構成例を説明するための図である。 本発明の一実施例による光波長合分波装置の入出力特性の一例を示す図である。 フルメッシュ光ＷＤＭネットワークの一般的な構成例を説明するための図である。 アレイ導波路回折格子型合分波回路と光カプラを用いた光波長合分波装置の構成例を示すブロック図である。 従来の光波長多重信号送受信装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１００ 光波長多重信号送受信装置
１０１ 入力ポート
１０２−１〜８ 光／電気変換回路
１０３−１〜８ 電気／光変換回路駆動回路
１０４−１〜８ 電気／光変換回路
１０５ 光合波回路
１０６ 出力ポート
１０７ 入力ポート
１０８ 光分波回路
１０９−１〜８ 光／電気変換回路
１１０−１〜８ 電気／光変換回路駆動回路
１１１−１〜８ 電気／光変換回路
１１２ 出力ポート
２０１ 無温調直接変調型光源
２１１ 十分な精度で波長制御された光源
２１２ 外部変調器
２１３ 光増幅器
２１４ 光バンドパスフィルタ
３０１ ＰＩＮフォトダイオード
３１１ アバランシェフォトダイオード
４０１ 光波長合分波装置
４０２−１〜４ 通信ノード
６０１ Ｎ×Ｎ光波長合分波装置
６０２−１〜Ｎ 通信ノード
６０３ 光ファイバ
７０１ 入力ポート
７０２ ４×８アレイ導波路回折格子型光合分波回路
７０３ ２×１光カプラ
７０４ 出力ポート
８００ 光波長多重信号送受信装置
８０１ 入力ポート
８０２ 光／電気変換回路
８０３ 電気／光変換回路駆動回路
８０４ 電気／光変換回路
８０５ 光合波回路
８０６ 出力ポート
８０７ 入力ポート
８０８ 光分波回路
８０９ 光／電気変換回路
８１０ 電気／光変換回路駆動回路
８１１ 電気／光変換回路
８１２ 出力ポート

Claims (7)

1. 光ＷＤＭネットワークを介して複数の通信ノードとの間で通信を行う光波長多重信号送受信装置であって、複数の送信器からの光信号を波長多重して、前記複数の通信ノードへ送信する送信部と、波長多重された光信号を分波して、前記複数の通信ノードからの光信号を複数の受信器でそれぞれ受信する受信部とを備えた光波長多重信号送受信装置において、
   前記各通信ノードとの伝送損失に応じて、対応する送信器または受信器の構成を適合させたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
2. 請求項１に記載の光波長多重信号送受信装置において、
   前記送信器は、光信号の出力強度が異なる構成によって適合されたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
3. 請求項１または２に記載の光波長多重信号送受信装置において、
   前記受信器は、光信号の最小受信感度が異なる構成によって適合されたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置において、
   前記送信器は、光信号の変調方式が異なる構成によって適合されたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置において、
   前記送信器は、光源の波長精度が異なる構成によって適合されたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置において、
   前記送信器は、光信号のＳ／Ｎ比が異なる構成によって適合されたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の光波長多重信号送受信装置であって、波長間隔が２０ｎｍであるＣＷＤＭネットワークを介して複数の通信ノードとの間で通信を行うように構成されたことを特徴とする光波長多重信号送受信装置。
   

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