JP2013162448A - 信号光分岐比計算装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号光を挿入分岐可能な光通信装置は、サービス断なしに所望の波長の信号光を分岐し、かつ分岐される信号光および透過される信号光の品質を保証する。
【解決手段】信号光を挿入分岐可能な光通信装置に対して、信号光の分岐比を計算する信号光分岐比計算装置は、信号光を分岐する光通信装置において分岐される信号光の特性を計算し、信号光を分岐する光通信装置において分岐後に透過される信号光の終端地点での特性を計算し、分岐される信号光の特性および透過される信号光の終端地点での特性から、信号光の分岐比を計算する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信分野において、サービス断なしに所望の波長の信号光を分岐しつつ信号品質を保証すると共に、光通信装置を透過する同一波長の信号光品質も保証する信号光分岐比計算装置および方法に関するものである。

光通信装置において信号光波長を選択する機能を有するデバイスとして、光フィルタ、アレイ導波路型回折格子(Arrayed waveguide grating)、インターリーバ(Interleaver)、波長選択スイッチ（Wavelength selective switch：非特許文献１）等があげられる。それらの中でも、波長選択スイッチは、所望のポートから所望の信号光波長を出力可能であるため、近年の光通信装置において使用範囲が拡大している。

S. Frisken et al.,"High performance ‘Drop and Continue’ functionality in a Wavelength Selective Switch," Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2006, PDP14

光通信ネットワークにおいて、ある２点間に信号光パスが設定されている状況を考える。ここで、信号光に含まれる一部の帯域（サブラムダ：電気ドメインにおいて時分割多重される複数のデジタル信号の各々を示す。）を途中の中継ノードにおいて受信する必要が生じた場合では、信号光に含まれる一部のサブラムダしか取り出す必要がないにもかかわらず、現状の光通信装置においては波長単位で信号光を受信しなければならない。

ここで、受信される信号光に他の地点でさらに受信されるべき別のサブラムダが含まれている場合、次のような手順を踏む必要がある。すなわち、信号光が最初に受信された地点において必要なサブラムダを取り出し、その後、他の地点で必要とされているサブラムダを転送するために、信号光を再送するという手順である。このような手順を踏むと、信号光再送に要する間、他の地点では信号光の断状態が発生するためサービス提供が一時的に停止してしまうという課題がある。

したがって、本発明は、信号光を挿入分岐可能な光通信装置において、サービス断なしに所望の波長の信号光を分岐し、かつ分岐される信号光および透過される信号光の品質を保証する信号光分岐比計算装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の信号光分岐比計算装置は、信号光を挿入分岐可能な光通信装置に対して、信号光の分岐比を計算する信号光分岐比計算装置において、信号光を分岐する光通信装置において分岐される信号光の特性を計算する第１の計算手段と、前記信号光を分岐する光通信装置において分岐後に透過される信号光の終端地点での特性を計算する第２の計算手段と、前記分岐される信号光の特性および前記透過される信号光の終端地点での特性から、信号光の分岐比を計算する第３の計算手段とを備える。

また、ネットワーク運用管理システムから、前記分岐される信号光の特性および前記透過される信号光の終端地点での特性を計算するためのネットワーク情報を取得し、前記信号光の分岐比をネットワーク運用管理システムに通知する通信手段と、前記ネットワーク情報を保持するネットワーク情報保持手段とをさらに備えることも好ましい。

また、前記第３の計算手段は、前記分岐される信号光の特性から、必要分岐比を計算し、前記透過される信号光の終端地点での特性から、許容分岐比を計算し、前記必要分岐比より大きく、前記許容分岐比より小さい値を信号光の分岐比として計算することも好ましい。

また、前記第２の計算手段は、前記終端地点における信号光の伝送特性および光Signal-to-Noise Ratio（ＳＮＲ）を求め、前記伝送特性および受信端において許容される伝送特性から、伝送特性マージンを計算し、前記光ＳＮＲと前記伝送特性マージンから、前記終端地点における信号光の許容される光ＳＮＲの劣化量を計算する手段であることも好ましい。

また、分岐された信号光の伝送特性および分岐後に透過された信号光の終端地点での伝送特性を求め、概伝送特性の両方が前記受信端において許容される伝送特性より大きいことを確認する手段をさらに備えることも好ましい。

また、前記伝送特性は、誤り訂正符号を適用する前のビット誤り率から換算されるＱ値であることも好ましい。

上記課題を解決するため本発明の信号光分岐比計算方法は、信号光を挿入分岐可能な光通信装置に対して、信号光の分岐比を計算する信号光分岐比計算方法において、信号光を分岐する光通信装置において分岐される信号光の特性を計算する第１の計算ステップと、前記信号光を分岐する光通信装置において分岐後に透過される信号光の終端地点での特性を計算する第２の計算ステップと、前記分岐される信号光の特性および前記透過される信号光の終端地点での特性から、信号光の分岐比を計算する第３の計算ステップとを有する。

以上の本発明により、信号光を挿入分岐可能な光通信装置において、ある波長の透過信号光を所望の伝送特性以上に保持し、かつその信号光を所望の信号品質を担保しつつ瞬断なしに分岐することで、その信号光に含まれるサブラムダを取り出すことが可能になる。

本発明の全体構成を示す。 信号光分岐比計算装置の構成を示す。 分岐比可変光分波器を具備する光通信装置の構成例を示す。 信号光分岐比計算フローを示す。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図１に、本発明の全体構成を示す。図中において発明対象部分は、信号光分岐比計算装置１の部分である。図１では、ネットワーク運用管理システム２によって、信号光可変分岐可能な光通信装置３からなる光ネットワークが運用管理される構成になっている。信号光分岐比計算装置１は、ネットワーク運用管理システム２からネットワーク構成情報を取得し、その情報を用いて所望の信号光分岐比を計算する。得られた信号光分岐比計算結果は、ネットワーク運用管理システム２に通知され、ネットワーク運用管理システム２が、光通信装置３の所望の信号光分岐比を制御する。

以下に、信号光分岐比計算装置１の詳細について説明する。図２に信号光分岐比計算装置の構成を示す。本装置１は、計算部１１、通信部１２、およびネットワーク情報保持部１３から構成される。

通信部１２は、ネットワーク運用管理システム２と通信を行い、ネットワーク情報を取得する。ここで、ネットワーク情報とは、ネットワーク構成情報と設計情報、およびパス設定経路情報を示す。また、通信部１２は、本装置１で計算した信号光分岐比の結果をネットワーク運用管理システム２に通知する。

ネットワーク情報保持部１３は、上述のネットワーク情報を保持しておく機能を有する。

計算部１１は、図３に示す光通信装置３の分岐比可変光分波機能の分岐比を計算する機能を有する。分岐比可変光分波機能の分岐比計算方法については後述する。

図３は、分岐比可変光分波器を具備する光通信装置の構成例を示す。なお、光通信装置３は本発明対象ではないが、以降の記述において説明が必要になると考えられるため、ここで制御対象となる装置の構成例を示している。本装置３は、分岐信号光の分岐比計算装置１により制御される。本装置３は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）信号光の分波器、合波器、分岐比可変光分波器、制御部、および通信部から構成される。本装置３に入力されたＷＤＭ信号光は、まず分波器により各波長に分波される。分波された信号光は、それぞれ１，２，３，・・・，ｎの導波路、もしくは光ファイバを介して、分岐比可変光分波器に接続される。なお、分岐比可変光分波器の前段において、信号光のパワーを測定するためのパワーモニタが、分岐（例：光カプラ）を介して具備されている。分岐比可変光分波器（例：分岐比可変光カプラ（参考：米国特許５，１３６，６６９号））は、１入力２出力の構成であり、一方の出力は合波器に接続され、もう一方の出力は出力ポートへ接続される。分岐比可変光分波器の分岐比は、制御部からの命令により制御される。合波器は、分波器で分波された１，２，３，・・・，ｎの信号光を合波して、ＷＤＭ信号光として出力する。制御部は、信号光分岐比計算装置１において計算された分岐比に、分岐比可変光分波器の分岐比を設定する。なお、設定値は、ネットワーク運用管理システム２を介して伝えられる。通信部は、ネットワーク運用管理システム２と通信する機能を有する。

次に、信号光分岐比計算装置１における、信号光分岐比計算方法について説明する。図４は、信号光分岐比計算フローを示す。

以下に、信号光分岐比計算の計算手順を示す。
ステップ１：開始、計算を開始する。
ステップ２：分岐対象パスの終端地点の伝送特性確認、分岐対象とするパスの終端地点（ネットワーク運用管理システムから情報を取得）の伝送装置において、監視対象とする信号光の伝送特性を確認する。なお、伝送特性として、誤り訂正符号を適用する前のビット誤り率から換算されるＱ値（参考：Neal S. Bergano, F. W. Kerfoot, and C. R. Davidson, ”Margin Measurements in Optical Amplifier Systems ,” IEEE Photonics Technology Letters, Volume 5, Number 3, pp.304-306, 1993）を用いる。ここで、得られた伝送特性をＱ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}とする。

ステップ３：伝送特性マージン算出、受信端において許容される伝送特性（あらかじめ運用者によって設定される値Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}とする。ただし、Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}は、誤り訂正符号を適用する前の値。）と、ステップ２で測定された伝送特性との差を算出する。
Ｑ_{ｍａｒｇｉｎ}＝Ｑ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}−Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）} （式１）
ここで、伝送特性マージンはＱ_{ｍａｒｇｉｎ}、ステップ２で測定された伝送特性はＱ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}、許容される伝送特性はＱ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}である。

ステップ４：許容劣化Signal-to-Noise Ratio計算、分岐対象パスの終端地点において、許容される光Signal-to-Noise Ratio（ＳＮＲ）の劣化量を計算する。ここでは、以下の変数を用いて計算を行う。これらの変数は、事前にネットワーク運用管理システム、およびネットワーク設計値から入手する。
・光中継器入力チャネルパワー：Ｐ_ｃ［ｄＢｍ］
・光中継器Noise figure：ＮＦ［ｄＢ］
・分岐ノードからパス終端ノードまでの光中継器数：Ｎ_ｒｅｐ
・プランク定数：ｈ［Ｊｓ］（ｈ＝６．６２６ｘ１０^−３４）
・光周波数：ν［Ｈｚ］（＝ｃ／λ）（ｃ：光速＝３ｘ１０^８ｍ／ｓ、λ：波長［ｎｍ］）
・光フィルタ帯域：Ｂ_ｏ［Ｈｚ］
・電気フィルタ帯域：Ｂ_ｅ［Ｈｚ］
・分岐ノードにおける光ＳＮＲ：ＳＮＲ_ｄ［ｄＢ］
・分岐対象パスの終端地点における光ＳＮＲ：ＳＮＲ_{ｄｅｓｉｇｎ}［ｄＢ］

ここで、分岐対象パスの終端地点におけるＳＮＲ_{ｄｅｓｉｇｎ}（ネットワーク運用管理システムから情報を取得）から見積もられる伝送特性Ｑ_１を以下のように求める。

まず、ＳＮＲ_{ｄｅｓｉｇｎ}を用いて、
ＳＮＲ_Ｑ１＝１０^{（ＳＮＲｄｅｓｉｇｎ／１０）} （式２）
とする。また、（式２）の値を用いて、
Ｑ_１＝２０＊ｌｏｇ［２＊ＳＮＲ_Ｑ１＊（Ｂ_ｏ／Ｂ_ｅ）^１／２／（１＋（１＋４＊ＳＮＲ_Ｑ１）^１／２］ （式３）
とする。なお、本発明でのｌｏｇはすべて常用対数である。

次に、以下の式を満たすＳＮＲ_１を求める。ここで求めたＳＮＲ_１が許容劣化光ＳＮＲである。
Ｑ_１−Ｑ_{ｍａｒｇｉｎ}＝２０＊ｌｏｇ［２＊ＳＮＲ_１＊（Ｂ_ｏ／Ｂ_ｅ）^１／２／（１＋（１＋４＊ＳＮＲ_１）^１／２］ （式４）

ステップ５：許容分岐比計算、ここで、分岐による信号光の損失をＹ［ｄＢ］とし、信号光チャネルパワーをＰ_ｃ［ｄＢｍ］とする。この時、透過される信号光のチャネルパワーは、Ｐ_ｃ−Ｙとなる。まず、
ＳＮＲ_ｓ＝Ｐ_ｃ−Ｙ−（ｈνＢ_ｏ）−ＮＦ−１０ｌｏｇ（Ｎ_ｒｅｐ） （式５）
とする。

上記のＳＮＲ_ｓを用いて、
ＳＮＲ_ｔｈ＝１／（１／１０^{（ＳＮＲｓ／１０）}＋１／１０^{（ＳＮＲｄ／１０）}） （式６）
とする。ここで、ＳＮＲ_ｄは、分岐ノードにおけるＳＮＲの値である（事前にネットワーク運用管理システム、およびネットワーク設計値から入手しておく）。このとき
ＳＮＲ_ｔｈ＞ＳＮＲ_１ （式７）
となる許容分岐比Ｙを求める。

ステップ６：必要分岐比計算、分岐される信号光に必要な分岐量を計算する。ここで、分岐による損失をＸ［ｄＢ］とする。この時、分岐される信号光のチャネルパワーは、Ｐ_ｃ−Ｘとなる。まず、ＳＮＲ_ｓｘ＝Ｐ_ｃ−Ｘ−（ｈνＢ_ｏ）−ＮＦとする。
上記を利用して、ＳＮＲ_ｔｈｘ＝１／（１／１０^{（ＳＮＲｄ／１０）}＋１／１０^{（ＳＮＲｓｘ／１０）}）とする。この時、
Ｑ_ｔｈｘ＝２０＊ｌｏｇ［２＊ＳＮＲ_ｔｈｘ＊（Ｂ_ｏ／Ｂ_ｅ）^１／２／（１＋（１＋４＊ＳＮＲ_ｔｈｘ）^１／２］ （式８）
とする。ここで、
Ｑ_ｔｈｘ＞Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}
を満たす必要分岐比Ｘを求める。

ステップ７：分岐比の比較、Ｘ＞Ｙの場合は、分岐不可能と判断する。Ｘ＜＝Ｙの場合は、分岐可能と判断する。

ステップ８：信号光の分岐実行、上述ステップで計算された必要分岐比Ｘと許容分岐比Ｙの間の範囲（Ｘ＜分岐比＜Ｙ）に、信号光を分岐する。

ステップ９：信号光伝送特性確認、光通信装置において分岐されたパス、および、透過されたパスの終端地点の伝送装置において監視される信号光の伝送特性を確認する。ここで、分岐されたパスの伝送特性をＱ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ＿ｄｉｖ}とし、透過されたパスの伝送特性をＱ_{ｔｈｒｏｕｇｈ}とする。このとき、
・Ｑ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ＿ｄｉｖ}＜Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}、もしくはＱ_{ｔｈｒｏｕｇｈ}＜Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）} （式９）
である場合、ステップ１０「信号光の分岐を戻す」へ進む。
・Ｑ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ＿ｄｉｖ}≧Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}、かつＱ_{ｔｈｒｏｕｇｈ}≧Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）} （式１０）
である場合、ステップ１１「終了」へ進む。

ステップ１０：信号光の分岐を戻す、この場合は、信号光を分岐すると信号光の特性が保証できないため、信号光の分岐を元に戻す。

ステップ１１：終了、終了する。

実施例として、下記のようなネットワーク構成、および変数を有するシステムを想定する。
（ア）光中継器入力チャネルパワー：Ｐ_ｃ＝０［ｄＢｍ］
（イ）光中継器Noise Figure：ＮＦ＝５［ｄＢ］
（ウ）分岐ノードからパス終端ノードまでの光中継器数：Ｎ_ｒｅｐ＝１０
（エ）プランク定数：ｈ［Ｊｓ］（ｈ＝６．６２６ｘ１０^−３４）
（オ）光周波数：ν［Ｈｚ］＝ｃ／λ（λ＝１５５８．５ｎｍ）
（カ）対象とする波長：λ＝１５５８．５ｎｍ
（キ）光フィルタ帯域：Ｂ_ｏ＝５０ｘ１０^９［Ｈｚ］
（ク）電気フィルタ帯域：Ｂ_ｅ＝８ｘ１０^９［Ｈｚ］
（ケ）パス終端地点の光Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ_{ｄｅｓｉｇｎ}＝１０［ｄＢ］
（コ）分岐対象とするパスの終端地点の伝送装置において監視対象とする信号光の伝送特性を１５．６［ｄＢ］とする。
（サ）分岐対象パスの終端地点において許容される伝送特性を、１２．６［ｄＢ］とする。
（シ）分岐による信号光の損失：Ｙ［ｄＢ］
（ス）分岐ノードにおける光ＳＮＲ：ＳＮＲ_ｄ＝１１［ｄＢ］
信号光分岐比計算の計算手順に従って、本例を示す。

ステップ１：開始、計算を開始する。
ステップ２：分岐対象パスの終端地点の伝送特性確認、本例では、分岐対象とするパスの終端地点の伝送装置において監視対象とする信号光の伝送特性は、Ｑ_{ｍｅａｓｕｒｅｄ}＝１５．６ｄＢである。
ステップ３：伝送特性マージン算出、本例では、受信端において許容される伝送特性は、Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}＝１２．６［ｄＢ］である。ここで、ステップ２で測定された伝送特性との差を算出する。（式１）より、伝送特性マージンＱ_{ｍａｒｇｉｎ}＝３．０となる。
ステップ４：許容劣化Signal-to-Noise Ratio計算、ここで、分岐対象パスの終端地点における光ＳＮＲ_{ｄｅｓｉｇｎ}＝１０［ｄＢ］から見積もられる伝送特性Ｑ_１を以下のように求める。
（式２）より、ＳＮＲ_Ｑ１＝１０となり、この結果と（式３）より、Ｑ_１＝１６．６となる。次に、ステップ３の結果と（式４）より、ＳＮＲ_１＝３．６となる。
ステップ５：許容分岐比計算、ここでは、許容される分岐比の計算を行う。まず、（式５）より、ＳＮＲ_ｓ＝３７−Ｙとなる。上記のＳＮＲ_ｓと（式６）を用いて、ＳＮＲ_ｔｈ＝１／（１／１０^{（１１／１０）}＋１／１０^{（（３７−Ｙ）／１０）}）となる。ここで、（式７）およびステップ４の結果と上述の結果を考慮すると、Ｙ＜１５．１となる。
ステップ６：必要分岐比計算、分岐される信号光に必要な分岐量を計算する。ここで、分岐による損失をＸとし、ＳＮＲ_ｔｈｘ＝１／（１／１０^{（ＳＮＲｄ／１０）}＋１／１０^{（ＳＮＲｓｘ／１０）}）とする。（式８）を用いて、Ｑ_ｔｈｘ＞Ｑ_{ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ（１）}を満たす必要分岐比Ｘを求めると、Ｘ＞１２．７となる。
ステップ７：分岐比の比較、本例では、ステップ５とステップ６の結果より、Ｘ＜Ｙとなる領域が存在するため分岐可能と判断する。
ステップ８：信号光の分岐実行、上述ステップで計算された必要分岐比の範囲「１２．７＜必要分岐比＜１５．１」に、信号光を分岐する。
ステップ９：信号光伝送特性確認、光通信装置において分岐されたパス、および、透過されたパスの終端地点の伝送装置において監視される信号光の伝送特性を確認する。本例では、（式１０）を満たすため、ステップ１１「終了」へ進む。（本例では、分岐後の信号光特性が許容値以上であった場合とした。ここで、（式９）を満たす場合は、ステップ１０へ進む。）
ステップ１０：信号光の分岐を戻す、本例では、このステップは踏まない。
ステップ１１：終了、終了する。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１ 信号光分岐比計算装置
２ ネットワーク運用管理システム
３ 光通信装置
１１ 計算部
１２ 通信部
１３ ネットワーク情報保持部

Claims (7)

1. 信号光を挿入分岐可能な光通信装置に対して、信号光の分岐比を計算する信号光分岐比計算装置において、
   信号光を分岐する光通信装置において分岐される信号光の特性を計算する第１の計算手段と、
   前記信号光を分岐する光通信装置において分岐後に透過される信号光の終端地点での特性を計算する第２の計算手段と、
   前記分岐される信号光の特性および前記透過される信号光の終端地点での特性から、信号光の分岐比を計算する第３の計算手段と、
   を備えることを特徴とする信号光分岐比計算装置。
2. ネットワーク運用管理システムから、前記分岐される信号光の特性および前記透過される信号光の終端地点での特性を計算するためのネットワーク情報を取得し、前記信号光の分岐比をネットワーク運用管理システムに通知する通信手段と、
   前記ネットワーク情報を保持するネットワーク情報保持手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の信号光分岐比計算装置。
3. 前記第３の計算手段は、
   前記分岐される信号光の特性から、必要分岐比を計算し、
   前記透過される信号光の終端地点での特性から、許容分岐比を計算し、
   前記必要分岐比より大きく、前記許容分岐比より小さい値を信号光の分岐比として計算することを特徴とする請求項１または２に記載の信号光分岐比計算装置。
4. 前記第２の計算手段は、
   前記終端地点における信号光の伝送特性および光ＳＮＲを求め、
   前記伝送特性および受信端において許容される伝送特性から、伝送特性マージンを計算し、
   前記光ＳＮＲと前記伝送特性マージンから、前記終端地点における信号光の許容される光ＳＮＲの劣化量を計算する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の信号光分岐比計算装置。
5. 分岐された信号光の伝送特性および分岐後に透過された信号光の終端地点での伝送特性を求め、概伝送特性の両方が前記受信端において許容される伝送特性より大きいことを確認する手段をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の信号光分岐比計算装置。
6. 前記伝送特性は、誤り訂正符号を適用する前のビット誤り率から換算されるＱ値であることを特徴とする請求項４または５に記載の信号光分岐比計算装置。
7. 信号光を挿入分岐可能な光通信装置に対して、信号光の分岐比を計算する信号光分岐比計算方法において、
   信号光を分岐する光通信装置において分岐される信号光の特性を計算する第１の計算ステップと、
   前記信号光を分岐する光通信装置において分岐後に透過される信号光の終端地点での特性を計算する第２の計算ステップと、
   前記分岐される信号光の特性および前記透過される信号光の終端地点での特性から、信号光の分岐比を計算する第３の計算ステップと、
   を有することを特徴とする信号光分岐比計算方法。

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