JP2012109711A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＯＡＤＭ環境下において、電気領域での予等化技術を用いることにより、波長分散補償と、光フィルタによる信号スペクトル狭窄化ペナルティの補償（スペクトル狭窄化補償）とを、同時に実現した光伝送システムを得る。
【解決手段】相互接続された複数のノードＮ１〜Ｎｋと、複数のノードに接続された探索処理部１と、複数のノードを経由して通信を行う光伝送路２とからなり、複数のノードの各々は、所要の周波数帯域のみを通過させる光フィルタ６を備える。探索処理部１は、通信基準となるノードから通信相手先のノードまでの通過ノード数を保持する通過ノード数保持部３を有する。複数のノードの各々は、通過ノード数ｎに応じたタップ係数ｆを保持するタップ係数テーブル４と、通過ノード数ｎに応じて選択されたタップ係数ｆによりスペクトル狭窄化補償を行うスペクトル狭窄化補償部５とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、遠隔波長制御可能な波長多重化装置（ＲＯＡＤＭ）を適用した光伝送システムに関するものである。

従来から、光ネットワーク（光伝送路）での伝送劣化補償として、送信等化（予等化）や受信等化、または分散補償ファイバなど、様々な補償技術が検討されている。
その中でも、送信等化技術は、送信側での電気処理を行うことにより、雑音強調が発生することなく、良好な特性が得られる方式であることが知られている。

また、分散補償ファイバを用いた補償技術は、光伝送路（光ファイバケーブル）の設置コストおよび設置場所が問題となるが、予等化を用いることにより、分散補償ファイバの設置コストおよび設置場所を軽減することが可能となる。

図６は光通信等化技術を用いた従来の光伝送システム（たとえば、特許文献１参照）を示すブロック図である。
図６において、従来システムは、入力信号をデジタル変換するデジタルフィルタ１５と、非線形補償器１６と、レーザ光を出射するレーザ光源１７と、電気光（Ｅ／Ｏ）変調器１８と、光伝送路２と、光伝送路２の分散補償効果のパラメータである誤り率ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）やアイ開口などの劣化情報を判定するパラメータ判定器１９と、パラメータ判定器１９からの劣化情報に基づきデジタルフィルタ１５の補償係数を決定する補償係数調整器２０と、光信号を電気信号に変換して出力する光電気（Ｏ／Ｅ）変換器２１とを備えている。

図６の従来システムにおいては、電気信号に対して波長分散の逆特性を用いた等化（予等化または受信等化）が考慮されており、予等化は、デジタルフィルタ１５により入力信号に作用されている。また、非線形補償器１６を介した予等化信号（電気信号）は、電気光変調器１８により光信号に変換されて送信され、受信側の光電気変換器２１で受信される。

フィードバック受信側のパラメータ判定器１９には、光伝送路２での劣化要因となる波長分散と予等化信号とが打ち消された信号が入力される。
また、デジタルフィルタ１５においては、パラメータ判定器１９および補償係数調整器２０からのフィードバックに基づき等化調整を行うことにより、光伝送路２で生じる波長分散によるペナルティを改善している。

また、光フィルタによるスペクトル狭窄化ペナルティについては、１０Ｇｂｐｓ伝送での狭窄化補償実験が行われている。
スペクトル狭窄化補償は、以下の式（１）のように表される。

式（１）において、Ｅ（ｔ）は時間信号であり、右辺のＦ（ ）はフーリエ変換を示しており、Ｆ（Ｅ（ｔ））は送信信号の周波数成分を示している。

さらに、送信信号の周波数成分Ｆ（Ｅ（ｔ））に対し、Ｈ_{ｆｉｌｔｅｒ}（ｆ）の逆数を作用させることにより、光フィルタ通過後にフィルタの周波数特性を打ち消す技術も提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
非特許文献１においては、光フィルタによるペナルティ緩和が可能であることが示されている。

ところで、近年、情報通信量が増大傾向にある中、メトロエリアなどでの光通信の基盤となるＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）においても、高速化および大容量化が望まれている。

ＲＯＡＤＭは、複数のノードと各ノードを接続する光伝送路とから構成されており、光伝送路においては、送信信号の波長多重化が行われ、各ノードにおいては、波長多重化信号から波長分離するために光フィルタが用いられている。

高速化および大容量化を目的とした伝送レートの向上は、信号スペクトルの拡大を招き、光フィルタによる送信信号スペクトルの狭窄化が生じる。このとき、光フィルタによる狭窄化が、ＲＯＡＤＭシステムにおける高速化および大容量化の実現を妨げる一要因となっている。

米国特許第７，３８２，９８４号公報、Ｆｉｇ．３

Ｙ．Ｊｉａｎｇ，Ｘ．Ｔａｎｇ，Ｊｏｈｎ Ｃ．Ｃａｒｔｌｅｄｇｅ ａｎｄ Ｋ．Ｒｏｂｅｒｔｓ，"Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｒｅ−Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａｒｒｏｗ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ＯＯＫ， ＤＰＳＫ ａｎｄ ＤＱＰＳＫ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ"，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２７，ＮＯ．１６，Ａｕｇ．２００９．

従来の光伝送システムは、特許文献１に記載の光通信等化技術によれば、送信側または受信側において、通信中の劣化要因となる波長分散を等化することにより、伝送品質の向上を図っているものの、高速化および大容量化を目的とした劣化要因（光フィルタによるスペクトルの狭窄化）の補償までは提案されていないので、高速化および大容量化を実現することができないという課題があった。

また、非特許文献１に記載の信号スペクトルの狭窄化補償によれば、１０Ｇｂｐｓ伝送でのスペクトル狭窄化補償が可能であるものの、ＲＯＡＤＭのような光フィルタの多段通過環境下における補償方法、および、波長分散とスペクトル狭窄化補償の同時補償については明記されていないので、ＲＯＡＤＭ環境下における高速化および大容量化を実現することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＲＯＡＤＭ環境下において、電気領域での予等化技術を用いることにより、波長分散補償と、光フィルタによる信号スペクトル狭窄化ペナルティの補償（スペクトル狭窄化補償）とを、同時に実現した光伝送システムを得ることを目的とする。

この発明に係る光伝送システムは、相互接続された複数のノードと、複数のノードに接続された探索処理部と、複数のノードを経由して通信を行う光伝送路とからなり、複数のノードの各々は、所要の周波数帯域のみを通過させる光フィルタを備えた光伝送システムにおいて、探索処理部は、通信基準となるノードから通信相手先のノードまでの通過ノード数を保持する通過ノード数保持部を有し、複数のノードの各々は、通過ノード数に応じたタップ係数を保持するタップ係数テーブルと、通過ノード数に応じて選択されたタップ係数によりスペクトル狭窄化補償を行うスペクトル狭窄化補償部とを有するものである。

この発明によれば、ＲＯＡＤＭ環境下において、波長分散補償と、光フィルタによる信号スペクトル狭窄化ペナルティの補償（スペクトル狭窄化補償）とを、同時に実現することができる。

この発明の実施の形態１に係る光伝送システムを示すブロック図である。 図１の光伝送システムによる通信状態を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による基本概念を概略的に示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２による予等化用のタップ係数のメモリ配置を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による光伝送システムを示すブロック図である。 従来の光伝送システムを示すブロック図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光伝送システムを示す構成図であり、複数のＲＯＡＤＭノード（以下、単に「ノード」という）を適用した例を示している。

図１において、この発明の実施の形態１に係る光伝送システムは、リング状に接続された複数（ｋ台）のノードＮ１〜Ｎｋと、各ノードＮ１〜Ｎｋに接続された探索処理部１と、各ノードＮ１〜Ｎｋの相互間を接続する光ファイバからなる光伝送路２とにより構成されている。
すなわち、光伝送路２へのＡｄｄ／Ｄｒｏｐ／Ｔｈｒｏｕｇｈ処理を行うノードＮ１〜Ｎｋは、光伝送路２とともに、リング状の構造からなるＲＯＡＤＭを構成している。

探索処理部１は、最適なタップ係数ｆ（図３とともに後述する）を選択するための探索処理を行い、相互通信を行う２つのノード間の通過ノード数ｎを提供する。
図１においては、代表的に、ノードＮ１に探索処理部１が接続された状態を示し、ノードＮ１とノードＮ４との間で通信を行う場合を示している。この場合、通過ノード数ｎは「３」となる。

図２は図１の光伝送システムを詳細に示すブロック図であり、送信側のノードＮ１から受信側のノードＮ４への通信状態を示している。
図２において、探索処理部１は、通過ノード数ｎを保持する通過ノード数保持部３を備え、通過ノード数ｎをノードＮ１に入力する。

送信側のノードＮ１は、タップ係数テーブル４と、スペクトル狭窄化補償部５と、電気光変換器（Ｅ／Ｏ）１３と、光フィルタ６とを備えている。タップ係数テーブル４、スペクトル狭窄化補償部５および電気光変換器１３は、光送信機を構成している。

ノードＮ１とノードＮ４との間に位置するノードＮ２、Ｎ３は、それぞれ、信号を通過させる光フィルタ６を備えている。
受信側のノードＮ４は、光フィルタ６と、光電気変換器（Ｏ／Ｅ）１４と、ＢＥＲ測定部１０とを備えている。光電気変換器１４およびＢＥＲ測定部１０は、光受信機を構成しており、ＢＥＲ測定部１０は、誤り率ＢＥＲを探索処理部１に入力する。

光フィルタ６は、各ノード内の構成要素（光分岐・挿入器と呼ばれる光学部品）であり、光伝送路２への各種処理を行う場合に必要となる。
具体的には、光フィルタ６は、光伝送路２と関連して３つの処理（ＡＤＤ処理、ＤＲＯＰ処理、ＴＨＲＯＵＧＨ処理）を行う。

すなわち、光フィルタ６は、第１の処理「ＡＤＤ処理」として、送信側のノードＮ１内の光送信機から、１つの波長の光信号を、光伝送路２内を伝送する波長多重光信号に挿入（波長多重）する。
また、光フィルタ６は、第２の処理「ＤＲＯＰ処理」として、光伝送路２を伝送する波長多重光信号から、受信側のノードＮ４内の光受信機に対して、１つの波長の光信号を分岐（波長分離）し、第３の処理「ＴＨＲＯＵＧＨ処理」として、光伝送路２から次に隣接する光伝送路２に波長多重光信号をそのまま通過させる。

図１、図２のように、ノードＮ１内の光送信機からノードＮ４内の光受信機への１つの波長の光信号による通信を考慮した場合には、送信側のノードＮ１が「ＡＤＤ処理」を適用し、中間のノードＮ２、Ｎ３が「ＴＨＲＯＵＧＨ処理」を適用し、受信側のノードＮ４が「ＤＲＯＰ処理」を適用することになる。
このとき、１つの波長の光信号は、４つの光フィルタ６によりスペクトル狭窄化を受ける。

したがって、ノードＮ１内の光送信機に設けられたスペクトル狭窄化補償部５（デジタルフィルタ）は、あらかじめデジタル信号処理により、４つの光フィルタ６による光波形変化の逆特性を電気的に作り出し、電気光変換器１３は、スペクトル狭窄化補償部５からの電気信号を光信号に変換する。
これにより、ノードＮ１からの送信信号（１つの波長の光信号）は、４つの光フィルタ６でスペクトル狭窄化を受け、ノードＮ４内の光受信機の光電気変換器１４に入力される際に、きれいな光波形となる。

図３は探索処理部１とノードＮ１との関係の基本概念を概略的に示す機能ブロック図であり、図２の構成を簡略化して示している。
ここでは、図１内のノードＮ１の機能構成を示しているが、複数のノードＮ１〜Ｎｋは、それぞれ同一構成を有するものとする。

図３において、探索処理部１は、通過ノード数ｎを保持する通過ノード数保持部３を備えている。また、ノードＮ１は、タップ係数テーブル４と、スペクトル狭窄化補償部５とを備えている。

タップ係数テーブル４は、探索処理部１内の通過ノード数保持部３からの通過ノード数ｎに応じてタップ係数ｆを設定する。
スペクトル狭窄化補償部５は、タップ係数ｆに応じて、各ノードの光フィルタにより狭窄化される信号を補償して、各ノードでは光伝送路２に送信する。
スペクトル狭窄化補償部５は、タップ係数ｆに応じて、各ノードの光フィルタ６により狭窄化される信号を補償してノードＮ４に送信する。

各ノードＮ１〜Ｎｋは、光フィルタ６により光伝送路２上で波長多重されて伝送されている入力信号を分離した後に、Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ／Ｔｈｒｏｕｇｈ処理を行う。
このため、各ノードＮ１〜Ｎｋへの入力信号は、複数の光フィルタ６を通過することになり、光フィルタ６を通過した入力信号は、信号スペクトルが狭窄化される。

このとき、信号スペクトル形状の変形は伝送特性劣化につながるので、各ノードＮ１〜Ｎｋにおいてスペクトル狭窄化補償を適用し、送信側であらかじめスペクトルを持上げる処理が行われる。これにより、受信時に光フィルタ６での狭窄化ペナルティを緩和させることができる。
複数のノード間で通信を行う場合には、多段に光フィルタ６を通過することになり、スペクトル狭窄化補償量を、通過ノード数ｎに応じて、変更することが必要となる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１、図３）に係る光伝送システムは、リング状に相互接続された複数のノードＮ１〜Ｎｋと、複数のノードＮ１〜Ｎｋに接続された探索処理部１と、複数のノードＮ１〜Ｎｋを経由して通信を行う光伝送路２とからなり、複数のノードＮ１〜Ｎｋの各々は、所要の周波数帯域のみを通過させる光フィルタ６を備えている。

探索処理部１は、通信基準となるノードＮ１から通信相手先のノードＮ４までの通過ノード数ｎ（＝３）を保持する通過ノード数保持部３を有する。
また、複数のノードＮ１〜Ｎｋの各々は、通過ノード数ｎに応じたタップ係数ｆを保持するタップ係数テーブル４と、通過ノード数ｎに応じて選択されたタップ係数ｆによりスペクトル狭窄化補償を行うスペクトル狭窄化補償部５とを有する。

スペクトル狭窄化補償部５は、光フィルタ６によるスペクトル狭窄化補償を適用すること、および、通過ノード数ｎに応じたタップ係数を用いて狭窄化補償量を調整することにより、ＲＯＡＤＭ環境下において、伝送ペナルティを改善することができる。

また、たとえば、図１内のノードＮ１とノードＮ４との間の通信開始時において、探索処理部１は、各ノードＮ１、Ｎ４（トランシーバ）に対して保持している通過ノード数ｎ（＝３）を通知することにより、各ノードＮ１、Ｎ４において、タップ係数テーブル４から通過ノード数ｎ（＝３）に応じた最適なタップ係数ｆを選択し、光フィルタ６による多段通過ペナルティを補償することができる。

すなわち、通過ノード数ｎを保持している探索処理部１を通じて、通過ノード数ｎを予等化トランシーバに送信することにより、探索を不要とし、狭窄化補償量の調整、および多段通過ペナルティの改善が可能となる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１、図３）では、具体的に言及しなかったが、狭窄化補償と同時に波長分散を補償するために、図４のタップ係数テーブル４Ａを用いて、図５のように光伝送システムを構成することが望ましい。

図４はこの発明の実施の形態２による予等化用のタップ係数テーブル４Ａのメモリ配置をイメージ的に示す説明図である。
また、図５はこの発明の実施の形態２に係る光伝送システムを示すブロック図であり、前述（図１、図３参照）と対応する構成については、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。

図４において、タップ係数テーブル４Ａを構成するメモリ内には、探索レーンごとのタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）の各データが格納されている。
タップ係数テーブル４Ａは、予等化による補償対象である波長分散補償値Ｄと通過ノード数ｎ（スペクトル狭窄化補償値）との２次元配列配置により構成されている。

図５において、この発明の実施の形態２に係る光伝送システムは、光伝送路２と、光伝送路２を介して接続されたノードＮｉ、Ｎｊと、探索処理部１Ａとを備えている。
なお、この発明の実施の形態２の全体的な概略構成は、図１および図３に示した通りである。

ここでは、ノードＮｉを送信機、ノードＮｊを受信機としており、ノードＮｉにおいては送信部のみの構成を示し、ノードＮｊにおいては受信部のみの構成を示し、他の構成は省略されている。

送信側のノードＮｉ（送信機）は、タップ係数設定部１１と、タップ係数テーブル４Ａと、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ１２と、電気光変換器１３（Ｅ／Ｏ）とを備えている。また、受信側のノードＮｊ（受信機）は、光電気変換器１４（Ｏ／Ｅ）と、ＢＥＲ測定部１０とを備えている。
ノードＮｉ（送信機）内で電気光変換を行う電気光変換器１３は、光伝送路２を介して、ノードＮｊ（受信機）内で光電気変換を行う光電気変換器１４に接続されている。

ＢＥＲ測定部１０は、光電気変換器１４に接続されて、受信側での誤り率ＢＥＲを計算し、探索処理部１Ａに対して誤り率ＢＥＲを示す情報を展開する。
タップ係数設定部１１は、探索処理部１Ａからの通過ノード数ｎ（タップ係数指定）をトランシーバに反映させる。

ノードＮｉにおいて、タップ係数テーブル４Ａは、図４に示した２次元配列データをメモリ内に有しており、通過ノード数ｎおよび波長分散補償値Ｄに応じて指定されたタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）をＦＩＲフィルタ１２に入力する。
ＦＩＲフィルタ１２は、電気領域で予等化を実現するためのフィルタであり、前述のスペクトル狭窄化補償部５に対応する。

この発明の実施の形態２において、相互通信を行うノードＮｉ、Ｎｊ（トランシーバ）は、それぞれ、予等化用のタップ係数テーブル４Ａ（図４）を保持している。
また、この場合、予等化での補償対象が、波長分散とスペクトル狭窄化との両方であるので、これらを同時に補償することが求められる。

したがって、タップ係数テーブル４Ａは、図４のように、各通過ノード数ｎに応じた波長分散補償値Ｄを保持しており、マトリクス状のタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）を有している。
タップ係数設定部１１によるタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）の設定法として、スペクトル狭窄化補償の設定値は、探索処理部１Ａから指定される通過ノード数ｎのみによって決定される。このことは、図４内の縦方向（スペクトル狭窄化補償値）のメモリ番号を指定することに対応する。

また、波長分散用のタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）の設定値として、探索処理部１Ａが使用するタップ係数を指示する。これにより、送信側のノードＮｉにおいては、指定されたタップ係数が設定される。
一方、受信側において、ＢＥＲ測定部１０は、誤り率ＢＥＲを測定して探索処理部１Ａに通知する。

探索処理部１Ａは、最適タップ係数として、誤り率ＢＥＲが最小になる波長分散用タップ係数設定値のタップ係数を選択する。このことは、図４内の横方向（波長分散補償値Ｄ）のメモリ番号を指定することに対応する。
なお、ここでは、受信側での品質監視の指標として、誤り率ＢＥＲを用いたが、伝送品質が分かるものであれば、他の指標（Ｑ値またはアイ開口など）で代替することが可能である。

以上のように、この発明の実施の形態２（図４、図５）によるタップ係数テーブル４Ａは、通過ノード数ｎに応じたスペクトル狭窄化補償と、光伝送路２の分散値の波長分散補償とを同時に行うために、マトリクス状に構成されたタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）を保持している。

また、この発明の実施の形態２に係る光伝送システムは、受信側での誤り率ＢＥＲを測定するＢＥＲ測定部１０と、通過ノード数ｎと波長分散補償用の波長分散補償値Ｄとに基づき、タップ係数テーブル４Ａ内のタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）を選択するタップ係数設定部１１と、を備えている。

探索処理部１Ａは、誤り率ＢＥＲを最小とするタップ係数を選択するための通過ノード数ｎおよび分散補償値Ｄをタップ係数設定部１１に入力する。
複数のノードＮｉ、Ｎｊの各々は、タップ係数テーブル４Ａから選択されたタップ係数ｆ（Ｄ，ｎ）に基づき、送信側での予等化を行うＦＩＲフィルタ１２（スペクトル狭窄化補償部）を備えている。

このように、オペレーションシステム（受信側のＢＥＲ測定部１０、探索処理部１Ａ）からの通過ノード数ｎを用いて送信側での予等化を行うことにより、ＲＯＡＤＭ環境下において、スペクトル狭窄化補償のタップを探索せずに済み、最適タップ調整時間を短縮することができる。

１、１Ａ 探索処理部、２ 光伝送路、３ 通過ノード数保持部、４、４Ａ タップ係数テーブル、５ スペクトル狭窄化補償部、６ 光フィルタ、１０ ＢＥＲ測定部、１１ タップ係数設定部、１２ ＦＩＲフィルタ（スペクトル狭窄化補償部）、１３ 電気光変換器、１４ 光電気変換器、Ｄ 波長分散補償値、ｆ、ｆ（Ｄ，ｎ） タップ係数、ｎ 通過ノード数、Ｎ１〜Ｎｋ、Ｎｉ、Ｎｊ ノード。

Claims (4)

1. 相互接続された複数のノードと、前記複数のノードに接続された探索処理部と、前記複数のノードを経由して通信を行う光伝送路とからなり、前記複数のノードの各々は、所要の周波数帯域のみを通過させる光フィルタを備えた光伝送システムにおいて、
   前記探索処理部は、通信基準となるノードから通信相手先のノードまでの通過ノード数を保持する通過ノード数保持部を有し、
   前記複数のノードの各々は、
   前記通過ノード数に応じたタップ係数を保持するタップ係数テーブルと、
   前記通過ノード数に応じて選択されたタップ係数によりスペクトル狭窄化補償を行うスペクトル狭窄化補償部と、
   を有することを特徴とする光伝送システム。
2. 前記タップ係数テーブルは、前記通過ノード数に応じたスペクトル狭窄化補償と、光伝送路の分散値の波長分散補償とを同時に行うために、マトリクス状に構成されたタップ係数を保持することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 受信側での誤り率を測定するＢＥＲ測定部と、
   前記通過ノード数と前記波長分散補償用の波長分散補償値とに基づき、前記タップ係数テーブル内のタップ係数を選択するタップ係数設定部と、を備え、
   前記探索処理部は、前記誤り率を最小とするタップ係数を選択するための通過ノード数を前記タップ係数設定部に入力し、
   前記複数のノードの各々は、
   前記タップ係数テーブルから選択されたタップ係数に基づき、送信側での予等化を行うＦＩＲフィルタを備えたことを特徴とする請求項２に記載の光伝送システム。
4. 前記複数のノードは、リング状に接続されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光伝送システム。

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