JP2010226389A

JP2010226389A - 光集束装置及び光集束方法

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Publication number: JP2010226389A
Application number: JP2009070967A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Jinno; 正彦神野; Hidehiko Takara; 秀彦高良; Yukio Chikushima; 幸男築島; Bartlomiej Kozicki; コシッツキバルトロメル
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】クライアント装置とのインタフェース速度に制限されない大容量かつ高い周波数利用効率の光パスを生成する。
【解決手段】本発明は、ｎ個の収容部と、周波数制御機能付き多波長光源部と、多重部と、を有する装置において、収容部の受信手段は、クライアント装置からのクライアント信号を受信し、周波数制御機能付き多波長光源部は、搬送光群の周波数間隔を光変調手段で生成される光信号群のシンボルレートの逆数と同じになるように制御し、該搬送光群を分波して収容部のｋ個の光変調手段に出力し、収容部の光変調手段は、周波数制御機能付き多波長光源部から受信した搬送光を受信手段で受信した信号で光信号に変換して送信し、多重部は、光変調手段から出力された光信号を多重する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光集束装置及び光集束方法に係り、特に、複数のクライアント信号を受信して、光信号群の周波数を調整する機能を有する光集束装置及び光集束方法に関する。

インターネット、Fiber To the Home(FTTH)、Internet Tele-Vision、IPTV(Internet Television)、IP電話などの革新的技術が次々と登場し、その結果としてネットワーク内の流入出トラフィック量は年率１．５〜２倍のペースで増加し続けている。

一方、ルータ間を結ぶリンク端の通信インタフェースの伝送速度は年率１．４倍程度のペースで増加し、最大４０Gbpsとなっている。現在、通信事業者や通信装置製造業者は１００Gbpsの通信インタフェースの実現に向けて研究開発をしている。しかしながら、１００Gbpsの伝送速度、かつ、数百km相当の長距離伝送に対応した通信インタフェースを実現するためには技術的な課題も多く、長期的な研究期間が必要である。

近年、１００Gbps以上の伝送速度、かつ、数百km相当の長距離伝送に対応した通信インタフェース及び光周波数資源の有効利用の実現に向け、光OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技術が研究開発されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

光OFDM技術は、伝送速度の小さな光信号群を使用して大容量かつ長距離の伝送を実現できる。さらに、光周波数領域の重なる光信号群を送受信できるために光周波数利用効率も高い。

図１１は、従来の光OFDM技術を用いた送受信系の構成例を示している。

受信部２１でクライアント装置１０から送られてきた信号を受信して、光変調部２２でビットレートの低いサブチャネルに分割して変調した後に、多重部２３で多重して一つの光パスを生成し、対向の光集束装置に伝送する。このとき、光OFDM多重するために、周波数制御機能付き多波長光源部２４により各サブチャネル（サブキャリア）間で周波数同期する。

しかし、この場合、光周波数利用効率は光OFDM技術により高くできるが、光パスの容量はクライアント装置との通信インタフェース速度に制限される。例えば、現在進められている１００GbEの標準化が完了したとしても、一つの光パスの容量は通信インタフェース速度の１００Gb/sまでとなる。

通信インタフェース速度の増加率を超過するトラフィック量の増加率を考えると、将来的にルータ間を複数リンクで接続しなければならない時代が到来すると考えられる。そのような時代の到来に備え、光ファイバ資源ならびに光ファイバ内の周波数資源をさらに効率的に利用する技術が求められている。

図１２は、従来の波長多重（WDM）技術を用いた送信系の構成例を示している。

各リンク収容部３０_１〜３０_Nでは、クライアント装置１０の複数のインタフェースに対応して複数のリンクを光ODFM技術（または他の変調方式）で生成した後に、各多重部４０_１〜４０_NでWDM技術により多重して、波長群として一つの光パスを生成する。この場合、クライアント装置１０とのインタフェースが制限されていても波長数を増加することで光パス容量を増加することができる。図１３は、従来技術の光周波数利用効率イメージを示しており、クライアントとの通信インタフェースが１００Gbps、リンク数３、光パス容量３００Gbpsの例を示している。

このWDM技術により、通信事業者はルータ間を結ぶ光ファイバ資源を節約できるようになった。

T. Kobayashi, 他「Electro-optically multiplexed 110 Gbit/s optical OFDM signal transmission over 80km SMF without dispersion compensation」、Electronics Letters, vol. 44, no.3, pp.225-226, 2008. 鈴木正敏、他「「λアクセス技術の研究開発」（委託研究）」、 http://www2.nict.go.jp/q/q265/s802/seika/h18/seika/110/110_kddi-lab.pdf

しかしながら、従来の技術では、光パスの容量はクライアント装置との通信インタフェース速度以上を実現できるが、光周波数利用効率については、図１３に示したように、異なるクライアントインタフェースからの信号は、波長多重して伝送され、光フィルタなどで分波されるために各リンク間の信号に対応する光周波数領域の間には、光フィルタなどで分離できるための空き領域が必要となり、光周波数利用効率が低くなってしまうという問題があった。

従って、従来の送受信系では、高い光周波数利用効率かつ大容量の光パスを生成することはできなかった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、異なるクライアントインタフェース信号のスペクトラムが重なっても、ペナルティなく分離することを可能とし、光周波数利用効率を向上させることが可能な光集束装置及び光集束方法を提供することを目的とする。

図１は、本発明の原理構成図である。

本発明（請求項１）は、クライアント装置群間を結ぶ複数のリンクの経路上に配置され、複数の信号を一つの光ファイバに多重する機能を有する光集束装置であって、
ｎ個の収容部１１０と、周波数制御機能付き多波長光源部１４０と、多重部１３０と、を有し、
収容部１１０は、
クライアント装置からのクライアント信号を受信する受信手段１１１と、
周波数機能付き多波長光源部１４０からの連続光（搬送光）を受信手段からの信号で光信号に変換して送信するｋ個の光変調手段１１２と、を有し、
周波数制御機能付き多波長光源部１４０は、
ｋ×ｎ個の搬送光群を生成する手段と、
搬送光群の周波数間隔を光変調手段１１２で生成される光信号群のシンボルレートの逆数と同じになるように制御する手段と、
生成された搬送光群を分波して各光変調手段に供給する手段と、を有し、
多重部１３０は、
光変調手段１１２から出力された光信号を多重する手段を有する。

また、本発明（請求項２）は、上記の光集束装置において、光変調手段１１２と多重部１３０との間の伝搬遅延を調整する遅延可変手段と、
各遅延可変手段における伝搬遅延の調整量を制御する遅延制御手段と、を更に有する。

本発明（請求項３）は、クライアント装置群間を結ぶ複数のリンクの経路上に配置され、複数の信号を一つの光ファイバに多重する光集束方法であって、
ｎ個の収容部と、周波数制御機能付き多波長光源部と、多重部と、を有する装置において、
収容部の受信手段は、クライアント装置からのクライアント信号を受信し、
周波数制御機能付き多波長光源部は、搬送光群の周波数間隔を光変調手段で生成される光信号群のシンボルレートの逆数と同じになるように制御し、該搬送光群を分波して収容部のｋ個の光変調手段に出力し、
収容部の光変調手段は、周波数制御機能付き多波長光源部から受信した搬送光を受信手段で受信した信号で光信号に変換して送信し、
多重部は、光変調手段から出力された光信号を多重する。

また、本発明（請求項４）は、請求項３に記載の光変調手段と多重部との間に設けられた遅延可変手段が、遅延制御手段により制御された遅延伝搬の調整量に基づいて、伝搬遅延を調整する。

本発明は、多波長光源から複数の収容部にわたって光周波数間隔の同じ連続搬送波を、異なるクライアントインタフェースに接続される変調部に供給して、変調光信号を直交符号多重することにより、光周波数領域の一部が重畳した光集束を可能とする。これにより、高い光周波数利用効率かつ大容量の光パス生成が可能な光集束装置及び光集束方法を提供することができ、光ファイバ内の周波数資源の利用効率を向上、及びクライアント装置とのインタフェース速度に制限されない大容量光パスネットワークが実現できる。

本発明の原理構成図である。本発明の第１の実施の形態における光集束装置の構成図（その１）である。本発明の第１の実施の形態におけるリンク収容部の詳細構成図である。受信端光ノードの構成例である。本発明の第１の実施の形態における光集束装置の構成図（その２）である。本発明の第２の実施の形態における光集束装置の構成図（その１）である。本発明の第２の実施の形態における光集束装置の構成図（その２）である。本発明の第２の実施の形態における光集束装置の構成図（その３）である。本発明の第３の実施の形態のシステム構成図である。本発明の効果を説明するための図である。従来のOFDM技術を用いた送受信系の構成例である。従来の波長多重技術を用いた送信系の構成例である。従来技術の周波数利用効率イメージである。

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２は、本発明の第１の実施の形態における光集束装置の構成（その１）を示す。

同図は、基本的な光集束装置を示しており、当該光集束装置１００は、クライアント装置１０からのクライアント信号を受信する受信部１１１と、受信したクライアント信号を光信号に変換して光信号を対向の光集束装置と交換する１つ以上の光変調部１１２からなる光変調部群から構成される１つ以上のリンク収容部１１０_１〜１１０_Nと、各リンク収容部１１０_１〜１１０_Nに対応する多重部１２０_１〜１２０_N、各多重部１２０_１〜１２０_Nから出力された光信号を多重化する多重部１２０_Ｎ＋１を具備する。さらに、光集束装置１００は、周波数間隔がシンボルレートの逆数と同じである１つ以上の搬送光群を生成する機能と、生成された搬送光群を分波して各収容部１１０_１〜１１０_Nの各光変調部１１２に供給する機能とを有する周波数制御機能付き多波長光源部１４０_０〜１４０_Nを有する。

図３は、本発明の第１の実施の形態におけるリンク収容部の詳細構成を示す。

同図に示すリンク収容部１１０は、受信部１１１、複数の増幅器１０１、複数の光変調部１１２から構成される。

各リンク収容部１１０_１〜１１０_Nの受信部１１１は、クライアント装置１０からのクライアント信号を受信してレイヤ２処理を行う。各受信部１１１は具体的にはイーサネットインタフェースである。イーサネットインタフェースの実現例は、例えば、IEEE802.3ae、IEEE802.3z、IEEE802.3ab等に示される。但し、受信部１１１は、イーサネットインタフェース以外でもよく、PPP(Point to Point Protocol) over SDH((Synchronous Digital Hierarchy)/SONET(Synchronous Optical Network) (POS)インタフェース、ならびにATM(Asynchronous Transfer Mode)インタフェースであってもよい。

光変調部１１２は、光増幅器１０１で増幅されたクライアント信号と、周波数制御機能付き多波長光源部１４０から入力された搬送光を受信し、光信号に変換する。このとき、光変調部１１２は、受信したクライアント信号を、強度変調や位相変調（PSK:Phase Shift Keying）や多値位相変調（例えば、QPSK: Quadrature Phase Shift Keying）等の変調フォーマットで変調し、隣接する光変調部から出力された光信号を直交符号関係とすることで、光OFDM技術によって光信号群を多重部１２０により直交符号多重することができる。

多重部１２０_１〜１２０_Ｎは、光変調部群１１２から出力される光信号群を多重するファイバカップラ（例えば、「電気通信協会、改訂２版『実務に役立つ光ファイバ技術２００のポイント』、オーム社、2006年10月20日」参照）、もしくは、それに類する光合波器である。図２は複数の多重部の配置の一例であり、２段の階層型の配置を示している。

多重部１２０_Ｎ＋１は、多重部１２０_１〜１２０_Ｎから出力された各光信号を光OFDM信号に多重し、多重された光信号群を対向の光集束装置に送信する。

なお、図２に示した多重部１２０以外の光多重として、例えば、「A. Sano、他『13.4-Tb/s(134x111-Gb/sch)No-Guard-Interval Coherent OFDM Transmission over 3,600 km of SMF with 19-ps average PMD』、Proc. Th.3.E.1, ECOC2008,2008」で示される偏波多重を追加することができる。この場合、光変調部１１２において搬送光をQPSK等で変調して、多重部１２０において光OFDM信号に多重した後に偏波多重を行い、更に光周波数利用効率を向上することができる。

図４に受信端光ノードの構成例を示す。光分岐部６１０により光信号を分岐した後に光受信部において、光OFDM信号からサブキャリアへの分離（上記A. Sano文献）から並びに、QPSK信号等の復調を実施することにより、受信された多重光信号からクライアント信号を復調する。また、光復調部６２１において、コヒーレント検波（「W. Shieh, 他「coherent Optical OFDM: theory and design」、Optics Express, Vol. 16, no. 2, pp841-859, 2008」）を用いてもよい。また、送信端ノードで偏波多重を用いている場合は、偏波分離を行う。偏波分離は偏波ビームスプリッタを用いればよい。なお、上記と異なる光変調フォーマットを用いてもよい。

図５は、１つの周波数制御機能付き多波長光源部１４０が設けられ、各リンク収容部１１０の光変復調部１１３に対して搬送光を出力する例である。

次に、周波数制御機能付き多波長光源部１４０について説明する。図２において、周波数制御機能付き多波長光源部１４０は、周波数制御機能付き多波長光源部１４０_０、周波数制御機能付き多波長光源部１４０_１、…、周波数制御機能付き多波長光源部１４０_Ｎと階層的に配置され、各リンク収容部１１０の各光変調部１１２と配線群を介して接続されている。各周波数制御機能付き多波長光源部１４０_１、…、１４０_Ｎを束ねる周波数制御機能付き多波長光源部１４０_０は、周波数間隔の揃った搬送光群を発生させ、それぞれの搬送光を配下の周波数制御機能付き多波長光源部１４０_１、…、１４０_Ｎに供給する。次に、配下の各周波数制御機能付き多波長光源部１４０_１、…、１４０_Ｎは、周波数制御機能付き多波長光源部１４０_０から供給された搬送光を基に、さらに周波数間隔の揃った搬送光群を発生させ、それぞれの搬送光を各光変調部１１２に供給する。例えば、搬送光が周波数制御機能付き多波長光源部１４０_０から搬送光の一つが周波数制御機能付き多波長光源部１４０_１に供給されると、周波数制御機能付き多波長光源部１４０_１は、供給された一つの搬送光をもとに新たな搬送光群を発生し、搬送波群の各搬送光を収容部１１０_１の各光変調部１１２に供給する。

なお、周波数制御機能付き多波長光源部１４０は、図５に示すように、複数の収容部１１０の光変調部１１２に一括して搬送光群を供給してもよい。

上記のいずれの構成の光集束装置１００においても、最終的に、多重部１２０において、複数の収容部１１０から出力された光信号群を一つのファイバに多重することで、複数クライアントインタフェースの出力信号から光周波数領域の一部が重なった光信号群を生成可能となる。

以上により、収容部の異なる光信号群の光周波数領域の一部を重畳して多重することにより、光ファイバ内の周波数資源の利用効率を向上させることが可能となる。

［第２の実施の形態］
本実施の形態では、上記の第１の実施の形態における光集束装置に、遅延可変部ならびに遅延制御部を追加した例を説明する。

図６〜図８は、本発明の第２の実施の形態における光集束装置の構成を示す。

同図に示す光集束装置２００は、第１の実施の形態における光集束装置１００に遅延可変部２３０、ならびに、遅延制御部２４０を追加した構成である。

遅延可変部２３０は、収容部１１０の各光変調部１１２_１１〜１１２_１ｋと多重部１２０_Ｎ＋１の間の長さの違いによって発生する伝搬遅延差を調整するために、光信号に対して遅延を付加する機能である。これにより、隣接する光信号間で直交符号の関係となるように光信号群の位相関係を揃えて、周波数領域の一部が重畳された光OFDM信号に多重することができる。

遅延制御部２４０は、遅延可変部２３０における遅延の調整量を制御するものである。

遅延可変部２３０は、図６、図７に示すように、光変調部１１２の後に配備される場合もあり、また、図８に示すように、送受信部２４０と光変調部１１２または、光変復調部１１３の間に配備される場合もある。図８のように配備される遅延可変部２３０は、光変調部１１２における変調信号を電気処理によって遅延させるものである。

図６における遅延可変部２３０の構成は、特開平９−８６１６号公報に記載されている構成を用いるものとする。図７の遅延可変部２３０は、光信号の遅延を変化させるものであり、図８の遅延可変部２３０は、電気信号の遅延を変化させるものである。図６、図７のように配備される遅延可変部２３０は、収容部１１０の光変調部１１２から出力される光信号を伝搬長の変化によって遅延させるものである。具体的には、対向する光ファイバ間にレンズを配置して平行ビームとしてファイバ間隔を変化する空間型の光遅延器や、特開２００３−２０７８１２号公報に記載の光処理による遅延可変部を用いればよい。

図７もしくは図８に示すように、光変調部１１２毎に遅延可変部２３０を配備する形態は、光変調部１１２毎に光信号の位相を調整できるため、複数の収容部１１０にわたる光信号群の位相関係を正確に調整可能である。但し、光変調部１１２毎に遅延可変部２３０を配備するためコストが高くなる。一方、図６に示すように、収容部１１０毎に遅延可変部２３０を配備する形態は低コストであるが、光変調部ごとに光信号の位相を調整できないため、複数の収容部１１０にわたる光信号群の位相関係の調整を正確に行えない可能性がある。

遅延制御部２４０は、光集束装置２００の運用者もしくはそれに類するものから投入される設定指示、もしくは変更指示に基づいて遅延可変部２３０を制御する。遅延制御部２４０のうち、図７のように収容部１１０_１〜１１０_N毎に遅延制御部２４０_１〜２４０_Nを配備し、さらに複数の遅延制御部２４０_１，２４０_２，…，２４０_Ｎを束ねる遅延制御部２４０_０を配備する階層的な構成でもよい。

また、図６のように、複数の収容部１１０毎に、１つの遅延制御部２４０を配備する統合的な構成でもよい。

以上により、光集束装置２００の光変調部群１１２から光信号を多重して送信する際、光信号群の出力時刻を調整可能となる。但し、遅延可変部及び遅延制御部は必須の構成ではない。

［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態におけるシステム構成を示す。

本実施の形態では、図９に示すように、光集束装置３００，４００に複数のクライアント装置３０〜８０が接続される構成である。光集束装置３００には、クライアント装置３０，４０，５０が接続され、光集束装置４００には、クライアント装置６０，７０，８０が接続されている。

同図に示す構成において、光集束装置３００は、第１の実施の形態と同様の装置構成を有し、第１の実施の形態と同じ動作を行う。また、本実施の形態の光集束装置の効用も第１の実施の形態と同様である。

＜実験結果＞
図１０を用いて本発明の効果を実証する実験結果を示す。同図（ａ）は従来方式の場合の光スペクトルを示し、同図（ｂ）は本発明の場合の光スペクトルを示す。

６つの１００Gb/s及び１つの４００Gb/sの複数のリンクを光集束装置にてひとつの１Tb/s光パスに編集する実験を行った。従来の光ODFMとWDM技術を用いた送受信系では、ガードバンド（３０ＧＨｚ以上）の存在により光周波数利用効率が低下する。

これに対して、本発明の光集束装置を用いた送信系ではガードバンドが不要であるため、従来の方式よりも周波数利用効率を向上可能であることを確認した。図１０（ａ）に示すとおり、従来方式では、１０７０GHzの光周波数帯域で、８００Gb/sの信号しか伝送できないのに対し、本発明では、図１０（ｂ）に示すとおり１Tb/sの信号が伝送可能である。また、同図（ｂ）のＱ値で示すとおり、各搬送光におけるＱ値が十分な値であることも確認している。

なお、上記の実施の形態において、光集束装置に１つのクライアント装置が接続される例を示したが、この例に限定されることなく、複数のクライアント装置を接続することも可能であり、その動作は、上記の実施の形態と同様である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

１０〜８０クライアント装置
１００，２００，３００，４００光集束装置
１０１光増幅器
１１０リンク収容部
１１１受信手段、受信部
１１２光変調手段、光変調部
１２０多重部
１４０周波数制御機能付き多波長光源部
２２０多重分離部
２３０遅延可変部
２４０遅延制御部
６００受信端光ノード
６１０光分岐部
６２０収容部
６２１光復調部
６２２送信部

Claims

クライアント装置群間を結ぶ複数のリンクの経路上に配置され、複数の信号を一つの光ファイバに多重する機能を有する光集束装置であって、
ｎ個の収容部と、周波数制御機能付き多波長光源部と、多重部と、を有し、
前記収容部は、
クライアント装置からのクライアント信号を受信する受信手段と、
前記周波数機能付き多波長光源部からの連続光（搬送光）を前記受信手段からの信号で光信号に変換して送信するｋ個の光変調手段と、を有し、
前記周波数制御機能付き多波長光源部は、
ｋ×ｎ個の搬送光群を生成する手段と、
前記搬送光群の周波数間隔を前記光変調手段で生成される光信号群のシンボルレートの逆数と同じになるように制御する手段と、
生成された前記搬送光群を分波して各光変調手段に供給する手段と、を有し、
前記多重部は、
前記光変調手段から出力された光信号を多重する手段を有する
ことを特徴とする光集束装置。
前記光変調手段と前記多重部との間の伝搬遅延を調整する遅延可変手段と、
各遅延可変手段における伝搬遅延の調整量を制御する遅延制御手段と、
をさらに有する請求項１記載の光集束装置。
クライアント装置群間を結ぶ複数のリンクの経路上に配置され、複数の信号を一つの光ファイバに多重する光集束方法であって、
ｎ個の収容部と、周波数制御機能付き多波長光源部と、多重部と、を有する装置において、
前記収容部の受信手段は、クライアント装置からのクライアント信号を受信し、
前記周波数制御機能付き多波長光源部は、搬送光群の周波数間隔を前記光変調手段で生成される光信号群のシンボルレートの逆数と同じになるように制御し、該搬送光群を分波して前記収容部のｋ個の光変調手段に出力し、
前記収容部の光変調手段は、前記周波数制御機能付き多波長光源部から受信した前記搬送光を前記受信手段で受信した信号で光信号に変換して送信し、
前記多重部は、前記光変調手段から出力された光信号を多重する
ことを特徴とする光集束方法。
前記光変調手段と前記多重部との間に設けられた遅延可変手段は、遅延制御手段により制御された遅延伝搬の調整量に基づいて、伝搬遅延を調整する
請求項３記載の光集束方法。