JP2009290593A - 光伝送装置および光減衰量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＨＢの影響を少なくし、ＯＳＮＲの劣化を抑制すること。
【解決手段】ＰＨＢは信号近傍の波長での偏光度が高いと顕著に発生する性質を持つ。このため、信号が立っていないチャネルのうち、信号が立っているチャネルと隣接するチャネルのＶＯＡのみ減衰量を小さくし、上流における増幅で発生したＡＳＥを透過させてやることにより、ＰＨＢの抑圧を実現しつつ、Ｓ／ＡＳＥ比の劣化による信号有無検出精度の劣化を回避することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、光伝送装置および光減衰量制御方法に関し、特に、ＰＨＢの影響を少なくし、ＯＳＮＲの劣化を抑制することができる光伝送装置および光減衰量制御方法に関する。

近年、マルチメディアネットワークの進展にともなって、通信トラフィックの需要が飛躍的に増大している。このような状況を背景として、光増幅器を用いた光信号を多中継増幅するＷＤＭ伝送システムが、マルチメデア社会における通信システムの経済化を図る上で大きな役割を果たすようになっている。

例えば、コスト／サイズが重視される都市内メトロ・コア網においては、ＷＤＭ伝送システムが活発に導入されてきており、それにともなって、各局内には光分岐挿入装置（ＯＡＤＭ：Optical Add Drop Multiplexer）と呼ばれる光伝送装置が数多く導入されている。

光分岐挿入装置は、伝送路から入力されるＷＤＭ信号光を光増幅器（ｐｒｅ ａｍｐ）で増幅した後、分波器を用いて複数の波長の信号光に分波する。複数の波長の信号光のそれぞれは、チャネルに対応し、光スイッチによって、アッド、ドロップもしくはスルーされる。そしてアッドもしくはスルーされた信号光は、可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）でレベル調整され、合波器により合波される。合波されたＷＤＭ信号光は光増幅器（ｐｏｓｔ ａｍｐ）により増幅された後、伝送路に送られる。

ここで、光分岐挿入装置によって伝送される波長数は、例えば、１から４０波で任意に変化するが、１波のみが伝送される場合は、信号が立っていないポートには図３のように自然放出光（ＡＳＥ：Amplified Spontaneous Emission）のみが透過することになる。この場合、多スパン伝送後には、信号対自然放出光比（Ｓ／ＡＳＥ比）の劣化が極端になってしまい、ＰＤ（Photo Diode）での信号の有無の判定が困難となってしまう。

この問題を解決するため、信号を伝送していないポートのＶＯＡの減衰量を大きくし、図４のようなスペクトルとなるように制御する技術が知られている。

特開２００３−１６３６４１号公報

しかしながら、図４のようなＶＯＡ制御をおこなった場合、無偏光であるＡＳＥが透過する図３の場合に比べて、偏光度が非常に高くなる。これにより、光増幅器のＥＤＦ（Erbium Doped Fiber）で偏波ホールバーニング（ＰＨＢ：Polarization Hole-Burning）と呼ばれる物理現象による光ＳＮ比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）劣化が顕著に起こってしまうことがあった。

ＰＨＢは、強い信号光をＥＤＦに入れると、その信号光と並行な偏波の光の利得が削られる現象である（例えば、オプトロニクス社の「エルビウム添加光ファイバ増幅器」のＰ．５９〜Ｐ．６１を参照）。すなわち、信号光の利得と、信号光と平行な偏波のＡＳＥの利得はＰＨＢにより削られることになるが、一方、信号に垂直なＡＳＥはＰＨＢの影響を受けないので、利得が削られない。このような現象により、ＰＨＢがない場合に比べると、信号と直行のＡＳＥが増加し、ＯＳＮＲの劣化が起こる。

開示の技術は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、ＰＨＢの影響を少なくし、ＯＳＮＲの劣化を抑制することができる光伝送装置および光減衰量制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本願の開示する光伝送装置は、一つの態様において、ＷＤＭ信号光をチャネルごとの信号光に分波する分波器と、前記分波器によって分波された各信号光のレベルを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルと同等の減衰量に決定する第１の決定手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルよりも大きい減衰量に決定する第２の決定手段と、前記第１の決定手段および前記第２の決定手段によって決定された減衰量に基づいて各チャネルの信号光を減衰させる可変光減衰器と、前記可変光減衰器によって減衰された各光信号を合波する合波器とを備える。

なお、本願の開示する光伝送装置の構成要素、表現または構成要素の任意の組合せを、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、記録媒体、データ構造などに適用したものも上述した課題を解決するために有効である。

本願の開示する光伝送装置および光減衰量制御方法の一つの態様によれば、ＰＨＢの影響を少なくし、ＯＳＮＲの劣化を抑制することができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本願の開示する光伝送装置および光減衰量制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本実施例に係る光減衰量制御方法による制御の一例を示す図である。ＰＨＢは信号近傍の波長での偏光度が高いと顕著に発生する性質を持つため、このように、信号が立っていないチャネルのうち、信号が立っているチャネルと隣接するチャネルのＶＯＡのみ減衰量を小さくし、上流における増幅で発生したＡＳＥを透過させてやることにより、ＰＨＢの抑圧を実現しつつ、Ｓ／ＡＳＥ比の劣化による信号有無検出精度の劣化を回避することができる。

ここで、本実施例に係る光減衰量制御方法について説明するため、ある光伝送装置を想定する。その光伝送装置は、最大波長数が４０波で、Ｃバンド、最短波長が１５３１．９ｎｍ、最長波長が１５６３．０ｎｍの１００ＧＨｚ間隔とする。伝送路ロスは２８ｄＢ、伝送スパン数は２３ノードとする。ｐｒｅ ａｍｐは入力が−２５ｄＢｍ／ｃｈ、出力が３ｄＢｍ／ｃｈ、ｐｏｓｔ ａｍｐは、入力が−２０ｄＢｍ／ｃｈ、出力が３ｄＢｍ／ｃｈとする。また、分波器および合波器の透過帯域は０．４ｎｍとする。

ＰＨＢには、信号光を中心に±２．５ｎｍの領域の光の利得が削られるという性質がある（例えば、“Spectral dependence of polarization hole-burning” Davidson, C.R.; Pilipetskii, A.N.; Nissov, M.; Foursa, D.G.; Li, H.; Bergano, N.S.; Optical Fiber Communication Conference, 2006 and the 2006 National Fiber Optic Engineers Conference 5-10 March 2006 Page(s):3 pp. 参照）。

このため、例えば、チャネルＡに隣接したチャネルＢにも信号光が立っている場合、チャネルＡは、チャネルＡの波長の信号光によるＰＨＢの影響以外にチャネルＢのＰＨＢの影響も受ける。このことは、多数のチャネルで信号が伝送されるほど、ＰＨＢの影響は偏波方向に対して平均処理されて十分小さい量まで緩和される一方で、１波状態では、周囲の波長に他の信号光が立っていないため、その波長領域の偏光度が非常に高くなり、ＰＨＢが顕著に起こることを意味している。

また、上記文献（Davidson et al.）が示すように、ＰＨＢは、ＥＤＦの吸収、もしくは、放射係数が最も大きいＣバンド短波長側１５３０ｎｍ付近で最も顕著に起こる。そこで、ここでは、チャネル１のみが信号を伝送している場合を想定する。

上記の光伝送装置が、信号の立っていない全てのチャネルのＶＯＡの減衰量を信号が立っているチャネルのＶＯＡの減衰量と同じ量に制御する図５の場合を考える。この場合、例えば、ｐｒｅ ａｍｐ出力でのＡＳＥが−３．８ｄＢｍ／ｃｈだとすると、４０波分のＡＳＥパワーは、１２．２ｄＢｍになる。一方、信号パワーは３ｄＢｍであるので、信号パワーの比率、Ｓ／（Ｓ＋ＡＳＥ）は、たった１１％になってしまうため、アンプの入出力等に設けられているモニタＰＤでトータルパワーから信号光の有無を検出しようとしてもＡＳＥに埋もれてしまって、判定の精度が非常に悪くなってしまう。

次に、上記の光伝送装置が、チャネル１以外の全てのＶＯＡを最大の減衰量に制御する図６の場合を考える。この場合、透過ＡＳＥがないことにより偏光度が高くなってしまう影響でＰＨＢが顕著に発生することにより、先ほどの−３．８ｄＢｍ／ｃｈから０．８ｄＢｍ／ｃｈまで大きくなる。しかし、トータルのＡＳＥパワーは１２．２ｄＢｍから０．８ｄＢｍまで小さくなっているので、Ｓ／（Ｓ＋ＡＳＥ）は１１％から７０％まで改善し、十分モニタＰＤで信号の有無が検出可能である。

ただし、ＯＳＮＲについてみると、図５の場合、ＯＳＮＲが１３ｄＢであるに対し、図６では１０ｄＢまで劣化する。そして、これにともなってエラー確率が上昇してしまう。なお、ＯＳＮＲは分解能０．１ｎｍで定義するものとする。

次に、チャネル２および３のＶＯＡは信号が立っているチャネル１のＶＯＡと同じ減衰量に設定し、それ以外の信号が立ってないチャネルのＶＯＡは全て最大の減衰量に制御した図７の場合を考える。このとき、ＯＳＮＲは、図５の場合と同じく、１３ｄＢとなる。これは、上記文献（Davidson et al.）に示すように、ＰＨＢのホール形状は正規分布のような形状で、ホール幅約２．５ｎｍの形をしているので、チャネル１の偏光度低減に寄与するＡＳＥとしては、チャネル２とチャネル３までが存在すれば、それ以上遠くのＡＳＥの存在は、チャネル１の偏光度に寄与する度合いが小さいことを示している。また、３波分のＡＳＥパワーは１．０ｄＢｍ、Ｓ／（Ｓ＋ＡＳＥ）は６１％となり、十分モニタＰＤで信号の有無が検出可能である。

なお、上記の例では、チャンネル１のみが信号を伝送している場合を想定したため、チャンネル２および３のＡＳＥを透過することとしたが、例えば、チャネル２のみが信号を伝送している場合には、チャネル２の両側に位置するチャネル１および３という、より信号波長に近い２波のＡＳＥを透過させることが可能となり、より大きなＯＳＮＲ改善効果が得られる。

このように、本実施例に係る光減衰量制御方法は、信号の立っていないチャネルのうち、信号が立っているチャネルから所定の範囲にあるチャネルのＶＯＡの減衰量を信号が立っているチャネルのＶＯＡの減衰量と同等に（好適には、ＶＯＡの最小減衰量に）設定するとともに、信号が立っているチャネルから所定の範囲にないチャネルのＶＯＡの減衰量をそれよりも大きく（好適には、ＶＯＡの最大減衰量に）設定する。ここでいう所定の範囲とは、図８に示すように±２．５ｎｍの波長の範囲である。

次に、本実施例に係る光減衰量制御方法を実行する光伝送装置の構成について説明する。図２は、本実施例に係る光伝送装置１０の構成を示す図である。図２に示すように、光伝送装置１０は、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）１１０と、分波器１１１と、光スイッチ１１２ａ〜１１２ｎと、ＰＤ１１３ａ〜１１３ｎと、ＶＯＡ１１４ａ〜１１４ｎと、合波器１１５と、ＥＤＦＡ１１６と、信号波長配置検出回路１２０と、近隣未使用チャネル減衰量決定回路１２１と、非近隣未使用チャネル減衰量決定回路１２２と、ＶＯＡ減衰量制御回路１２３とを有する。

ＥＤＦＡ１１０は、伝送路から入力されるＷＤＭ信号光を増幅する光増幅器である。分波器１１１は、ＥＤＦＡ１１０によって増幅されたＷＤＭ信号光を各チャネルの信号光に分波するデバイスであり、例えば、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）やＷＳＳ（Wavelength Selective Switch）である。光スイッチ１１２ａ〜１１２ｎは、予め行われた設定に基づいて、分波器１１１によって分波された信号光に代えて外部ネットワークから入力された信号光を下流に伝送させるアッド処理か、分波器１１１によって分波された信号光を外部ネットワークへ分岐させるドロップ処理か、分波器１１１によって分波された信号光をそのまま下流に伝送させるスルー処理のいずれかをおこなう。

ＰＤ１１３ａ〜１１３ｎは、対応するチャネルの信号光のレベルを検出する。なお、ＰＤ１１３ａ〜１１３ｎは、ＶＯＡ１１４ａ〜１１４ｎと合波器１１５の間にあってもよい。ＶＯＡ１１４ａ〜１１４ｎは、対応するチャネルの信号光のレベルをＶＯＡ減衰量制御回路１２３の指示に従って減衰させる。合波器１１５は、各チャネルの信号光を合波するデバイスであり、例えば、ＡＷＧやＷＳＳである。ＥＤＦＡ１１６は、合波器１１５によって合波されたＷＤＭ信号光を増幅する光増幅器である。

信号波長配置検出回路１２０は、ＰＤ１１３ａ〜１１３ｎの検出結果に基づいて、どのチャネルに信号が立っており、どのチャネルに信号が立っていないかを判定する。近隣未使用チャネル減衰量決定回路１２１は、信号波長配置検出回路１２０において信号が立っていないと判定されたチャネルのうち、信号が立っていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、信号が立っていると判定されたチャネルと同等の値に決定する。非近隣未使用チャネル減衰量決定回路１２２は、信号波長配置検出回路１２０において信号が立っていないと判定されたチャネルのうち、信号が立っていると判定されたチャネルから所定の範囲にないチャネルの減衰量をＶＯＡ１１４ａ〜１１４ｎの最大減衰量に決定する。

ＶＯＡ減衰量制御回路１２３は、近隣未使用チャネル減衰量決定回路１２１と非近隣未使用チャネル減衰量決定回路１２２の決定に基づいて、ＶＯＡ１１４ａ〜１１４ｎの減衰量を制御する。

上述してきたように、本実施例に係る光減衰量制御方法では、信号の立っていないチャネルのうち、信号の立っているチャネルの近傍のチャネルのＡＳＥは透過させ、信号の立っているチャネルの近傍でないチャネルのＡＳＥは大きく減衰させることとしたので、ＰＨＢの影響を小さく抑えつつ、良好なＯＳＮＲを得ることができる。

以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）ＷＤＭ信号光をチャネルごとの信号光に分波する分波器と、
前記分波器によって分波された各信号光のレベルを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルと同等の減衰量に決定する第１の決定手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルよりも大きい減衰量に決定する第２の決定手段と、
前記第１の決定手段および前記第２の決定手段によって決定された減衰量に基づいて各チャネルの信号光を減衰させる可変光減衰器と、
前記可変光減衰器によって減衰された各光信号を合波する合波器と
を備えることを特徴とする光伝送装置。

（付記２）前記所定の範囲は、±２．５ｎｍの波長範囲であることを特徴とする付記１に記載の光伝送装置。

（付記３）前記第２の決定手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、前記可変光減衰器の最大減衰量に決定することを特徴とする付記１または２に記載の光伝送装置。

（付記４）前記第１の決定手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、前記可変光減衰器の最小減衰量に決定することを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載の光伝送装置。

（付記５）前記分波器と合波器の少なくとも１つがＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載の光伝送装置。

（付記６）前記分波器と合波器の少なくとも１つがＷＳＳ（Wavelength Selective Switch）であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載の光伝送装置。

（付記７）光伝送装置が実行する光減衰量制御方法であって、
ＷＤＭ信号光をチャネルごとの信号光に分波する分波工程と、
前記分波工程によって分波された各信号光のレベルを検出する検出工程と、
前記検出工程の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルと同等の減衰量に決定する第１の決定工程と、
前記検出工程の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルよりも大きい減衰量に決定する第２の決定工程と、
前記第１の決定工程および前記第２の決定工程によって決定された減衰量に基づいて各チャネルの信号光を減衰させる減衰工程と、
前記減衰工程によって減衰された各光信号を合波する合波工程と
を含むことを特徴とする光減衰量制御方法。

（付記８）前記所定の範囲は、±２．５ｎｍの波長範囲であることを特徴とする付記７に記載の光減衰量制御方法。

（付記９）前記第２の決定工程は、前記検出工程の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、前記減衰工程の最大減衰量に決定することを特徴とする付記７または８に記載の光減衰量制御方法。

（付記１０）前記第１の決定工程は、前記検出工程の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、前記減衰工程の最小減衰量に決定することを特徴とする付記７〜９のいずれか１つに記載の光減衰量制御方法。

本実施例に係る光減衰量制御方法による制御の一例を示す図である。 本実施例に係る光伝送装置の構成を示す図である。 全ての波長のＡＳＥを透過させるように制御した場合のスペクトルの一例を示す図である。 信号のない波長の減衰量が最大になるように制御した場合のスペクトルの一例を示す図である。 全ての信号のない波長の減衰量を信号のある波長の減衰量と同じ量に制御した場合のスペクトルの一例を示す図である。 信号のない波長の減衰量が最大になるように制御した場合のスペクトルの一例を示す図である。 信号と隣接したチャネルのＡＳＥのみ透過させるように制御した場合のスペクトルの一例を示す図である。 本実施例に係る光減衰量制御方法による制御を一般化した例を示す図である。

符号の説明

１０ 光伝送装置
１１０ ＥＤＦＡ
１１１ 分波器
１１２ａ〜１１２ｎ 光スイッチ
１１３ａ〜１１３ｎ ＰＤ
１１４ａ〜１１４ｎ ＶＯＡ
１１５ 合波器
１１６ ＥＤＦＡ
１２０ 信号波長配置検出回路
１２１ 近隣未使用チャネル減衰量決定回路
１２２ 非近隣未使用チャネル減衰量決定回路
１２３ ＶＯＡ減衰量制御回路

Claims (5)

1. ＷＤＭ信号光をチャネルごとの信号光に分波する分波器と、
   前記分波器によって分波された各信号光のレベルを検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルと同等の減衰量に決定する第１の決定手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルよりも大きい減衰量に決定する第２の決定手段と、
   前記第１の決定手段および前記第２の決定手段によって決定された減衰量に基づいて各チャネルの信号光を減衰させる可変光減衰器と、
   前記可変光減衰器によって減衰された各光信号を合波する合波器と
   を備えることを特徴とする光伝送装置。
2. 前記所定の範囲は、±２．５ｎｍの波長範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
3. 前記第２の決定手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、前記可変光減衰器の最大減衰量に決定することを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送装置。
4. 前記第１の決定手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、前記可変光減衰器の最小減衰量に決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光伝送装置。
5. 光伝送装置が実行する光減衰量制御方法であって、
   ＷＤＭ信号光をチャネルごとの信号光に分波する分波工程と、
   前記分波工程によって分波された各信号光のレベルを検出する検出工程と、
   前記検出工程の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にあるチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルと同等の減衰量に決定する第１の決定工程と、
   前記検出工程の検出結果に基づいて信号が伝送されていないと判定されたチャネルのうち、信号が伝送されていると判定されたチャネルから所定の範囲内にないチャネルの減衰量を、信号が伝送されていると判定されたチャネルよりも大きい減衰量に決定する第２の決定工程と、
   前記第１の決定工程および前記第２の決定工程によって決定された減衰量に基づいて各チャネルの信号光を減衰させる減衰工程と、
   前記減衰工程によって減衰された各光信号を合波する合波工程と
   を含むことを特徴とする光減衰量制御方法。

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