JP2016036101A - 光伝送装置、光伝送システム、及び、光伝送システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光伝送の効率化を図る。【解決手段】光信号を増幅する光増幅器２３と、光増幅器２３から出力される前記光信号のパワーを調節する光パワー調節部２２と、前記光信号に含まれる波長数に応じて光増幅器２３が出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記光信号を受信する受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に求められる光パワー制御情報に従って、光パワー調節部２２の光パワー調節量を制御する制御部３３と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、光伝送装置、光伝送システム、及び、光伝送システムの制御装置に関する。

光通信技術においては、例えば１００ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）以上の高速かつ大容量の光伝送システムを実現する技術が検討されている。そのような技術の一例として、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）や、ナイキスト波長多重（ＷＤＭ）が知られている。

ＯＦＤＭでは、複数の光信号を直交化して互いの干渉を最小限に抑えられるようにすることで、光信号の周波数間隔（別言すると、波長間隔）を狭小化することができる。

また、ナイキストＷＤＭでは、波長多重される送信データ信号を、例えばデジタル信号処理によるナイキストフィルタリングを用いて波形整形（例えば矩形状に整形）することで、ＷＤＭ光信号の波長間隔を狭小化することができる。

したがって、これらの技術を用いることで、波長間隔に関して超高密度のＷＤＭ光信号を生成することが可能になり、光伝送システムで利用可能な光伝送帯域（「システム帯域」と称してもよい。）の周波数利用効率を向上することができる。

特開平９−２６１２０５号公報

ＷＤＭ光信号の超高密度化に伴って、光伝送帯域に配置される波長（「チャネル」と称してよい。）の数の増加が予想される。一方、ＷＤＭ光信号を伝送する光伝送装置（「局」あるいは「ノード」と称してもよい。）に備えられる光増幅器が出力可能な光パワーは、無限ではない。すなわち、光増幅器の出力光パワーには制限がある。

そのため、ＯＦＤＭやナイキストＷＤＭといった周波数利用効率の向上が可能な技術を利用してシステム帯域におけるチャネル数を増やしても、光増幅器の出力光パワーが不足してしまい、ＷＤＭ光信号の伝送可能距離が制限されるおそれがある。

従来のＷＤＭ伝送技術では、ＷＤＭ光信号に含まれる複数チャネルの光信号の、受信ノードでの光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）がチャネル間で等しくなるように、送信ノードにおけるチャネル毎の送信光パワーをプリエンファシス制御することができるに留まる。

そのため、光増幅器を備える光伝送装置の送信光パワーを、当該光増幅器の出力光パワーに制限が有り得ることを考慮して、最適化することができない。結果的に、光伝送の効率化に制約が生じる。例えば、光伝送距離に制約が生じたり、伝送可能なチャネル数（「収容チャネル数」と称してもよい。）に制約が生じたりすることがある。

１つの側面では、本発明の目的の１つは、光伝送の効率化を図ることにある。

１つの側面において、光伝送装置は、光信号を増幅する光増幅器と、前記光増幅器から出力される前記光信号のパワーを調節する光パワー調節部と、前記光信号に含まれる波長数に応じて前記光増幅器が出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記光信号を受信する受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に求められる光パワー制御情報に従って、前記光パワー調節部の光パワー調節量を制御する制御部と、を備える。

また、１つの側面において、光伝送システムは、光信号を増幅出力する複数の光伝送装置と、前記光信号を受信する受信ノードと、前記光信号に含まれる波長数に応じて前記各光伝送装置が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に、前記各光伝送装置の増幅出力光パワーを個別的に制御する制御装置と、を備える。

更に、１つの側面において、光伝送システムの制御装置は、光信号に含まれる波長数に応じて各光伝送装置が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に、前記光伝送装置毎に前記増幅出力光パワーを制御する制御情報を生成する制御情報生成部と、前記制御情報を対応する前記光伝送装置宛に送信する送信部と、を備える。

１つの側面として、光伝送の効率化を図ることができる。

一実施形態に係る光伝送システムの構成例を示すブロック図である。 図１に例示した光伝送装置の構成例を示すブロック図である。 図１に例示したネットワーク制御装置の機能的な構成例に着目したブロック図である。 図１に例示した光伝送システムのレベルダイヤグラムの設定例を説明する図である。 図１に例示した光伝送システムのレベルダイヤグラムの設定例を説明する図である。 図１に例示した光伝送システムのレベルダイヤグラムの設定例を説明する図である。 図１に例示した光伝送システムのレベルダイヤグラムの設定例を説明するフローチャートである。 図４〜図７に例示したレベルダイヤグラムの設定例を通常の設定と比較して説明するための図である。 図１に例示したネットワーク制御装置（図３の目標信号品質演算部）での目標ＯＳＮＲの算出方法の一例を説明するフローチャートである。 図９に例示した目標ＯＳＮＲの算出方法で用いるパラメータの一例を説明するための図である。 図１に例示した光伝送システムにおける目標ＯＳＮＲ設定方法の一例を説明するための図である。 図１に例示した光伝送システムにおいて図２に例示した光パワー制御部が備えられるノードと備えられないノードとが混在してよいことを例示する図である。 図１に例示した複数の光伝送装置がネットワーク制御装置によって集中的に監視制御される態様を例示する図である。 図１に例示した複数の光伝送装置が互いの監視制御通信によって分散的に監視制御される態様を例示する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。また、以下に説明する各種の例示的態様は、適宜に組み合わせて実施しても構わない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。

図１は、一実施形態に係る光伝送システム（「光ネットワーク」と称してもよい。）の構成例を示すブロック図である。図１に示す光ネットワーク１は、例示的に、複数の光伝送装置２−１〜２−Ｎ（Ｎは２以上の整数であり、図１の例ではＮ＝４である。）と、光ネットワーク１全体の監視制御が可能なネットワーク制御装置５と、を備える。なお、光伝送装置２−１〜２−Ｎを区別しなくてよい場合は「光伝送装置２」と表記することがある。光伝送装置は、「局」と称されてもよいし「ノード」と称されてもよい。

ノード２間は、光伝送路４にて接続されている。ノード２は、光伝送路４を介して他のノード２と光通信が可能である。光伝送路４を通じた光通信は、波長多重（ＷＤＭ）光による通信であってよい。したがって、光ネットワーク１は、「ＷＤＭ光ネットワーク１」と称してもよい。光伝送路４は、例示的に、光ファイバ伝送路であり、双方向の光通信に対応した光ファイバ伝送路のペアが含まれてよい。

ノード２間の接続形態は、特に限定されないが、図１に例示するようにメッシュ状であってもよいし、リング状であってもよい。別言すると、光ネットワーク１は、メッシュネットワークでもよいしリングネットワークでもよい。あるいは、光ネットワーク１は、その他の形態のネットワークであってもよい。

ネットワーク制御装置５は、光ネットワーク１のエレメントである各ノード２とそれぞれ通信可能に接続されており、各ノード２に対する監視制御等を集中的に実施することが可能である。

図２に、ノード２の構成例を示す。図２に示すノード２は、例示的に、光増幅器２１、光パワー調節部２２、光増幅器２３、波長分離器（デマルチプレクサ）２４、光受信器２５、光送信器２６、及び、波長多重器（マルチプレクサ）２７を備える。

光増幅器２１は、入力側の光伝送路４を通じて受信される光信号（例えば、ＷＤＭ光信号）を増幅する。光増幅器２１は、「プリアンプ２１」と称してもよいし、「受信アンプ２１」と称してもよい。

光パワー調節部２２は、プリアンプ２１で増幅された受信光信号のパワーを調節（「制御」と称してもよい）する。当該パワー調節は、例えば波長（「チャネル」と称してもよい。）単位に行なってよい。チャネル単位のパワー調節は、例示的に、入力光の減衰量（損失量）を波長単位に可変可能な光デバイスを用いて実現できる。

そのような光デバイスの一例は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）である。ＷＳＳは、例示的に、入力ポートに入力されたＷＤＭ光を、波長ごとに異なる出力ポートに接続する機能と、波長ごとに透過光パワー（別言すると、光の減衰量あるいは損失量）を調整できる機能と、を有する。

前者の入出力ポート間の接続機能は、「ポートスイッチ機能」あるいは「光スイッチ機能」と称してよい。後者の透過光パワーの調整機能は、減衰（アッテネーション）機能と称してよい。アッテネーション機能に着目すれば、ＷＳＳ２２は、可変光減衰器（ＶＯＡ）の一例である。

ＷＳＳ２２の光スイッチ機能とアッテネーション機能とは、例示的に、入力された光（ビーム）の反射方向を空間的に可変して内部的な光経路を変えることのできる素子（「空間光変調素子」と称してよい。）を用いて実現できる。

空間光変調素子の一例としては、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）技術やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた素子が挙げられる。空間光変調素子は、入力された光ビームの空間的な反射方向を調整することで、出力ポートに結合する光ビームの波長や光パワーを調整できる。

以下、便宜的に、光パワー調節部２２を、「ＷＳＳ２２」あるいは「ＶＯＡ２２」と表記することがある。ＷＳＳ（又は、ＶＯＡ）２２の減衰量は、例示的に、後述する光パワー制御部３３によって可変（制御）される。

光増幅器２３は、光パワー調節部２２でパワー調節された光を増幅して出力側の光伝送路４へ出力（送信）する。光増幅器２３は、「ポストアンプ２３」と称してもよいし、「送信アンプ２３」と称してもよい。

デマルチプレクサ２４は、例示的に、プリアンプ２１からＷＳＳ２２に入力される光の一部を受信し、受信光を波長単位に分離して光受信器２５へ出力する。そのため、プリアンプ２１とＷＳＳ２２との間の光経路には、例示的に、光分岐カプラ４１が設けられる。

光分岐カプラ４１は、プリアンプ２１の出力光を分岐して分岐光の一方を光パワー調節部２２に出力し、分岐光の他方をデマルチプレクサ２４へ出力する。当該他方の分岐光は、「ドロップ光」と称してよい。なお、光分岐カプラ４１は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）に代替されてもよい。ＷＳＳ４１は、ＷＤＭ光信号に含まれる波長のいずれかの光をドロップ光としてデマルチプレクサ２４へ出力できる。

光受信器２５は、デマルチプレクサ２４から入力されるドロップ光を受信して復調する。光受信器２５は、ノード２において、１又は複数設けられてよい。光受信器２５は、ドロップ光をコヒーレント受信することが可能なコヒーレント光受信器であってよい。

コヒーレント光受信器２５は、ドロップ光に複数波長の光が含まれていても、局発光に対応する波長（「受信希望チャネル」と称してよい。）の光を選択受信することが可能である。光受信器２５がコヒーレント光受信器２５であれば、デマルチプレクサ２４は、複数波長の光を含むドロップ光を各コヒーレント受信器２５のそれぞれにパワー分岐する光分岐カプラに代替されてよい。

光送信器２６は、ノード２において、１又は複数設けられ、例示的に、ＷＳＳ２２からポストアンプ２３への光（例えば、ＷＤＭ光信号）に挿入（アド）される波長の光信号（「アド光」と称してよい。）を送信する。

そのため、光送信器２６は、半導体レーザダイオード（ＬＤ）等の送信光源と、送信光源の光を送信データ信号にて変調する光変調器と、を備えてよい。ＬＤは、発光波長が可変のチューナブルＬＤであってよい。

マルチプレクサ２７は、光送信器２６の送信光（アド光）を波長多重する。波長多重されたアド光は、例示的に、ＷＳＳ２２とポストアンプ２３との間の光経路に設けられた光合波カプラ４３に入力される。

光合波カプラ４３は、マルチプレクサ２７からのアド光と、光パワー調節部２２の出力光と、を合波して出力側の光伝送路４へ出力する。光合波カプラ４３は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）に代替されてもよく、ＷＳＳ４３は、マルチプレクサ２７からのアド光を波長単位で選択的に光パワー調節部２２の出力光にアドすることができる。

ところで、図２に例示するように、ノード２には、信号品質モニタ３１及び３２、並びに、光パワー制御部３３が備えられてよい。

信号品質モニタ３１は、例示的に、光分岐カプラ４１からデマルチプレクサ２４へドロップされるドロップ光（別言すると、プリアンプ２１の出力光）をモニタする。そのため、光分岐カプラ４１からデマルチプレクサ２４への光経路には、ドロップ光を信号品質モニタ３１へモニタ光として分岐（「タップ」と称してよい。）する光分岐カプラ４２が設けられてよい。なお、信号品質モニタ３１は、「入力光モニタ３１」あるいは単に「モニタ３１」と称してもよい。また、「モニタ」は、「検出」あるいは「測定」と称してもよい。

信号品質モニタ３２は、例示的に、ポストアンプ２３の出力光をモニタする。そのため、ポストアンプ２３から出力側の光伝送路４への光経路には、ポストアンプ２３の出力光を信号品質モニタ３２にモニタ光として分岐（タップ）する光分岐カプラ４４が設けられてよい。信号品質モニタ３２は、「出力光モニタ３２」あるいは単に「モニタ３２」と称してもよい。

モニタ３１及び３２は、それぞれ、図示を省略した受光器（例えば、ＰＤ（フォトディテクタあるいはフォトダイオード））を備えており、受光器に入力されたモニタ光のパワーに応じた振幅を有する電気信号が得られる。

例えば、入力光モニタ３１では、プリアンプ２１の出力光パワーに応じた振幅を有する電気信号（例えば、電流値）が受光器によって得られる。また、信号品質モニタ３２では、ポストアンプ２３の出力光パワーに応じた振幅を有する電気信号（例えば、電流値）が得られる。電流値は、例えばトランスインピーダンス（ＴＩＡ）を用いて電圧値に変換されてよい。

したがって、これらの電気信号（電流値又は電圧値）は、それぞれ光増幅器２１及び２３の出力光パワーを示す情報（「光増幅器出力光パワー情報」と称してよい。）に相当すると捉えてよい。当該電気信号を基に、信号品質モニタ３１及び３２は、それぞれ、モニタ光の信号品質を求めることができる。

信号品質の指標の非限定的な一例は、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）や、光信号の品質係数（Quality Factor）の値（Ｑ値）、ビットエラーレート（ＢＥＲ）等である。Ｑ値は、光信号の波形の劣化度を表す指標と捉えてよい。ただし、信号品質の指標は、これらに限定されない。複数種類の信号品質の指標が複合的にモニタ３１及び３２においてモニタされてもよい。なお、ＯＳＮＲ及びＱ値は、その値が小さいほど信号品質が低いことを表し、逆に、ＢＥＲは、その値が小さいほど信号品質が高いことを表す。

モニタ３１及び３２で得られた信号品質を示す情報（「信号品質モニタ情報」と称してよい。）は、例示的に、光パワー制御部３３に通知される。なお、信号品質モニタ情報と併せて光増幅器出力光パワー情報が、モニタ３１及び３２から光パワー制御部３３に通知されてもよい。

光パワー制御部３３は、例示的に、信号品質モニタ情報と、光増幅器出力光パワー情報と、ノード２での目標信号品質情報と、に基づいて、光パワー調節部２２の減衰量を制御する。目標信号品質情報は、例示的に、ネットワーク制御装置５から通知（「設定」と称してもよい。）されてよい。

例えば、光パワー制御部３３は、光増幅器出力光パワー情報が許容レンジ（例えば、制限値）内に収まる範囲で、信号品質モニタ情報が目標信号品質情報に近づくように、光パワー調節部２２の減衰量を制御する。

なお、光パワー制御部３３は、光パワー調節部２２の減衰量の制御と併せて、光増幅器３１及び３２の利得のいずれかを制御することで、ノード２において目標信号品質が満たされるようにしてもよい。

少なくとも光パワー調節部２２の減衰量が制御されることで、ノード２の増幅出力光パワー、別言すると、ノード２の送信光パワー（レベル）が制御されるから、光パワー制御部３３による制御は、送信光パワーレベルの制御に相当すると捉えてよい。

光パワー制御部３３は、例示的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）、集積回路、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の、演算能力を備えた演算装置によって実現、実装されてよい。演算装置は、コンピュータデバイスあるいはコンピュータ回路と称してもよいし、プロセッサデバイスあるいはプロセッサ回路と称してもよい。

光ネットワーク１を成す各ノード２の目標信号品質情報は、例示的に、ネットワーク制御装置５にて求められてよい。図３に、ネットワーク制御装置５の機能的な構成例に着目したブロック図を示す。

図３に示すネットワーク制御装置５は、例示的に、受信部５０と、光増幅器出力光パワー情報演算／格納部５１と、信号品質モニタ情報格納部５２と、要求信号品質情報格納部５３と、目標信号品質演算部５４と、送信部５５と、を備える。

各格納部５１〜５３は、それぞれ、個別のメモリに相当してもよいし、１又は複数のメモリのいずれかの記憶領域に相当してもよい。メモリは、記憶部あるいは記憶装置の一例であり、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等であってよい。

光増幅器出力光パワー情報演算／格納部５１は、光増幅器出力光パワー情報を格納する。光増幅器出力光パワー情報は、予め設計された情報（別言すると、設計値）であってもよいし、各ノード２から通知される情報であってもよい。あるいは、光増幅器出力光パワー情報は、各ノード２から通知された情報を基に光増幅器出力光パワー情報演算／格納部５１によって演算されてもよい。

ノード２によるネットワーク制御装置５に対する情報の通知は、図２に例示したノード２の光パワー制御部３３によって行なわれてもよいし、ノード２全体の制御を司るノード制御部（図示省略）によって行なわれてもよい。

信号品質モニタ情報格納部５２は、各ノード２でモニタされた信号品質モニタ情報を格納する。信号品質モニタ情報は、ノード２の光パワー制御部３３から通知（受信）されてもよいし、ノード２のノード制御部から通知されてもよい。

要求信号品質情報格納部５３は、要求信号品質情報を格納する。要求信号品質情報は、例示的に、光ネットワーク１において設定された光パスの受信端に相当するノード２が、当該光パスを通じて受信した光信号を誤りなく復調できる最低限の信号品質情報に相当する。なお、受信端に相当するノード２は、「受信ノード２」と称してよい。

受信部５０は、各ノード２のいずれかから通知される既述の情報を受信する。

目標信号品質演算部５４は、各格納部５１〜５３に格納された情報を基に、各ノード２での目標信号品質情報をノード２毎に演算する。目標信号品質情報は、例示的に、当該目標信号品質情報での光増幅器出力光パワー情報が許容レンジに収まる範囲で求められる。

得られた目標信号品質情報は、例示的に、送信部５５を通じて、対応するノード２宛に送信（通知）される。ノード２宛に送信された目標信号品質情報は、例えば、当該ノード２の光パワー制御部３３で受信されてもよいし、当該ノード２のノード制御部で受信されて光パワー制御部３３に送信されてもよい。

目標信号品質情報をネットワーク制御装置５から受信した各ノード２は、それぞれ、光パワー制御部３３によって、既述のとおり、信号品質モニタ情報が、受信した目標信号品質情報に近づくように、ノード２としての送信光パワーレベルを制御する。

したがって、ネットワーク制御装置５で生成されて各ノード２宛に送信される目標信号品質情報は、ノード２の送信光パワーレベル（別言すると、増幅出力光パワー）を制御する制御情報の一例であると捉えてよい。

これにより、或る光パスの受信ノード２での要求信号品質が満たされるように、当該光パスを経由するノード２の出力光パワーが個別的に制御（「調整」と称してもよい。）される。

別言すると、或る光パスの受信ノード２での要求信号品質が満たされるように、当該光パスにおける光パワー（レベル）の変化を示すレベルダイヤグラム（以下「レベルダイヤ」と略称する。）をノード２単位で調整できる。

レベルダイヤの調整（設定）の一例について、図４〜図７を参照して説明する。図４〜図６には、ノード２−１〜２−４（＃１〜＃４）に対して波長λ５の光パスが追加的に設定されるケースについて例示している。図７は、レベルダイヤの設定例を説明するフローチャートである。

なお、図４〜図６において、ノード＃１が波長λ５の光パス（以下、便宜的に「光パスλ５」と表記することがある。）の送信端に相当する送信ノードである。光パスλ５の受信端に相当する受信ノード２は、ノード＃４であってもよいし、図４〜図６には図示を省略した他のノードであってもよい。

また、以下では、各ノード２において信号品質情報の一例としてＯＳＮＲがモニタされるケースについて説明する。例えば、送信ノード＃１でモニタされるＯＳＮＲは「OSNRmon(Tx)」で表すことができ、受信ノード２でモニタされるＯＳＮＲは「OSNRmon(Rx)」で表すことができる。

送信ノード２と受信ノード２との間のノード（「中継ノード」と称してよい。）＃ｘ（ｘ＝１〜Ｎのいずれか）でモニタされるＯＳＮＲは、「OSNRmon(x-1)」で表すことができる。

例えば、ノード＃２でモニタされるＯＳＮＲは「OSNRmon(1)」、ノード＃３でモニタされるＯＳＮＲは「OSNRmon(2)」、ノード＃４でモニタされるＯＳＮＲは「OSNRmon(3)」で表せる。ノード＃４が受信ノード２に相当する場合、「OSNRmon(3)」＝「OSNRmon(Rx)」である。

まず、図４に例示するように、ネットワーク制御装置５は、各ノード＃１〜＃４に対して、光パスλ５を設定する制御を行なう。光パスλ５への入力光パワーの設定は、各ノード＃１〜＃４で同じでもよいし、異なっていてもよい。設定が完了すると、送信ノード＃１は、受信ノード２に向けて光パスλ５へ当該入力光パワーで光信号を送信する（図７の処理Ｐ１１）。

そして、図５に例示するように、各ノード＃１〜＃４及び受信ノード２は、信号品質モニタ（「ＯＳＮＲモニタ」と称してよい。）３１又は３２を用いてＯＳＮＲの測定を行なう（図７の処理Ｐ１２）。

例えば、送信ノード＃１は、出力光モニタであるＯＳＮＲモニタ３２を用いて「OSNRmon(Tx)」（＝Ａ）を測定する。ノード＃２〜＃４は、入力光モニタであるＯＳＮＲモニタ３１を用いて、それぞれ、「OSNRmon(1)」（＝Ｂ）、「OSNRmon(2)」（＝Ｃ）、及び、「OSNRmon(3)」（＝Ｄ）を測定する。

各ノード＃１〜＃４は、それぞれ、ＯＮＳＲの測定値であるＯＳＮＲモニタ情報（「ＯＳＮＲモニタ値」と称してもよい。）を、ネットワーク制御装置５に送信（通知）する（図７の処理Ｐ１３）。

ネットワーク制御装置５は、既述のように、目標信号品質演算部５４（図３参照）によって、受信ノード２での要求信号品質情報が満たされる、各ノード＃１〜＃４の目標ＯＳＮＲを算出する（処理Ｐ１４）。

なお、ノード＃ｘの目標ＯＳＮＲは「OSNR(x)target)」として表すことができる。図５の例では、「OSNR(1)target」＝α、「OSNR(2)target」＝β、「OSNR(3)target」＝γ、「OSNR(4)target」＝δである。目標ＯＳＮＲの具体的な算出方法については後述する。

ネットワーク制御装置５は、算出した目標ＯＳＮＲを対応するノード＃１〜＃４にそれぞれ通知する（図７の処理Ｐ１５）。

そして、図６に例示するように、各ノード＃１〜＃４は、それぞれ、ＯＳＮＲモニタ値（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が、ネットワーク制御装置５から通知された目標ＯＳＮＲ（α、β、γ、δ）に一致するように、送信光パワーレベルを制御する（図７の処理Ｐ１６）。

これにより、波長λ５の光パスのレベルダイヤが図６中に点線で例示するような状態になる。以上のようにして、受信ノード２での要求信号品質情報と、光増幅器出力パワー情報の許容レンジ（「制限」があると捉えてよい。）と、を考慮して、ノード２の送信光パワーレベルを個別的に調整できる。

別言すると、各ノード２の光増幅器出力パワーの制限を考慮して、光信号の伝送距離に応じてレベルダイヤを最適化することができる。図８に、レベルダイヤの設定例を示す。図８の（１）は、光信号が経由するノード数（別言すると、伝送距離）と、各ノード２での信号品質モニタ情報［ｄＢ］と、の関係の一例を示す。また、図８の（２）は、ノード数と、各ノード２でのチャネルあたりの送信光パワー［ｄＢｍ］と、の関係の一例を示す。

図８の（１）及び（２）において、白丸印のプロットが、各ノード２でレベルダイヤが一定の場合（便宜的に、「通常ケース」と称してよい。）の値を示し、黒丸印のプロットが、上述したノード２単位のレベルダイヤの最適化を行なった場合の値を示している。

図８の（１）に例示するように、ノード２単位のレベルダイヤの最適化が可能なことで、通常ケースよりも、ノード番号＝１０の受信ノード＃１０での要求信号品質情報に対する余剰マージンを低減することができる。

したがって、他のノード＃０〜＃９に求められる目標信号品質を余剰マージンの低減に応じて全体的に下げることができる。目標信号品質の低下に応じて、個々のノード＃０〜＃９の光増幅器出力光パワー（別言すると、送信光パワー）も下げることができる。

また、図８の（２）に例示するように、ノード＃０〜＃１０のうちの一部のノード＃４〜＃６に、他のノード＃０〜＃１及び＃７〜＃９に比べて、出力可能な光増幅器出力光パワー（別言すると、送信光パワー）に制限があることがある。

そのような状況であっても、当該制限を考慮して各ノード＃０〜＃９の送信光パワーが個別的に最適化される。別言すると、受信ノード２での要求信号品質を満たす範囲で、各ノード＃０〜＃９に対する送信光パワーの配分を最適化することができる。

以上のように、受信ノード２で要求される信号品質の余剰マージンを低減して、各ノード２の光増幅器出力光パワーが無駄に消費されることを低減することができる。別言すると、各ノード２の光増幅器出力光パワー消費の効率化を図ることができる。したがって、光信号の伝送可能距離の延伸化や、光伝送区間の収容チャネル数の増加等、光伝送の効率化を図ることができる。

（目標ＯＳＮＲの第１の算出方法）
次に、ネットワーク制御装置５（目標信号品質演算部５４；図３参照）での目標ＯＳＮＲの算出方法の一例について、図９を参照しながら説明する。なお、図９に例示する処理Ｐ１４１〜Ｐ１４４は、図７の処理Ｐ１４における処理に相当する。また、図３に例示した目標信号品質演算部５４は、「目標ＯＳＮＲ演算部５４」に読み替えてよい。

目標ＯＳＮＲ演算部５４は、下記の数式１により、受信ノード２で測定された、受信光信号のＯＳＮＲ（OSNRmon(Rx)）と、当該光信号を誤りなく受信可能な最低限の要求ＯＳＮＲ（ROSNR）と、の差分（ΔOSNR）を算出する（処理Ｐ１４１）。

なお、要求ＯＳＮＲ（ROSNR）には、光伝送システム１の信頼性を高めるために、マージンが含められていてよい。

また、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、下記の数式２によって、各ノード２で測定されたＯＳＮＲモニタ値（OSNRmon(Tx), OSNRmon(1),…,OSNRmon(x-1), OSNRmon(Rx)）を基に、各ノード２のＯＳＮＲ（NodeOSNR）を算出する（処理Ｐ１４２）。なお、数式２によって求まる、各ノード２のＯＳＮＲを「ノードＯＳＮＲ」と称してよい。

また、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、受信ノード２のＯＳＮＲモニタ値、すなわち、数式１の「OSNRmon(Rx)」を、上記の数式２で算出した各ノード２のＯＳＮＲを用いて、以下の数式３によって算出する（処理Ｐ１４３）。

なお、処理Ｐ１４１〜１４３の処理順序は不問である。また、処理Ｐ１４１〜１４３は、並列処理してもよい。

そして、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、数式１及び数式２の算出結果を用いて、各ノード２（＃ｘ）の目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)target）を、以下の数式４によって算出する（処理Ｐ１４４）。なお、各ノード２の目標ＯＳＮＲは「目標ノードＯＳＮＲ」と称してよい。

次いで、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、算出した目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)target）と、各ノード２が達成可能なＯＳＮＲの最大値（NodeOSNR(x)max）と、を比較して、全ノード２で目標ＯＳＮＲが達成可能か否かを判定する（処理Ｐ１４５）。なお、各ノード２が達成可能なＯＳＮＲの最大値（NodeOSNR(x)max）は、以下の数式５によって求めることができる（併せて図１０を参照）。

数式５において、「NF(x,pre)」は、ノード＃ｘのプリアンプ２１の雑音係数を表し、「NF(x,post)」は、ノード＃ｘのポストアンプ２３の雑音係数を表す。「Pin(x,pre)max」は、ノード＃ｘのプリアンプ２１への最大入力光パワーを表し、例示的に、前段のノード＃（ｘ−１）のポストアンプ２３の最大出力光パワーと、他チャネルのパワー等と、に依存して決まる。

「Pin(x,post)max」は、ノード＃ｘのポストアンプ２３への最大入力光パワーを表し、例示的に、ノード＃ｘのプリアンプ２１の最大出力光パワー、他チャネルのパワー、及び、非線形信号品質劣化等に依存して決まる。これらのパラメータは、既述の光増幅器出力光パワー情報に含まれてよい。また、数式５において、「ATT(x)min」は、ノード＃ｘのＷＳＳ２２に設定される減衰量の最小値を表し、「ｈ」は、プランク定数を表し、「ν」はチャネルの周波数を現し、「Δｆ」は、測定帯域幅を表す。

比較の結果、全ノード２で目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)target）を実現できる場合（処理Ｐ１４５でＹＥＳの場合）、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、その目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)target）を、対応するノード２宛に送信する（図７の処理Ｐ１５）。

一方、比較の結果、最大ＯＳＮＲが算出した目標ＯＳＮＲよりも小さく、目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)target）を実現できないノード２が存在する場合（処理Ｐ１４５でＮＯの場合）がある。そのようなノード２を仮にノード＃ｊ（ｊ＝１〜Ｎのいずれか）とする。

この場合、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、当該ノード＃ｊを考慮して、以下の数式６によって、新しい受信ノード２のＯＳＮＲモニタ値（OSNRmon(Rx)new）を算出する（処理Ｐ１４６）。

そして、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、数式６の算出結果と、下記の数式７とを基に、新しい各ノードの目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)new_target）を、下記の数式８によって算出する。

以降、全ノード２で達成できる目標ＯＳＮＲが得られるまで（処理Ｐ１４５でＹＥＳと判定されるまで）、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、同様の処理（再計算）を繰り返す。全ノード２で達成できる最終的な目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)final_target）が決定すると、例えば、以下の数式９で表される目標ＯＳＮＲが得られる。

目標ＯＳＮＲ演算部５４は、数式１０で表される目標ＯＳＮＲを制御情報の一例として、送信部５５を通じて、対応するノード２宛に送信する（図７の処理Ｐ１５）。

（目標ＯＳＮＲの第２の算出方法）
上述した目標ＯＳＮＲの演算を一般化すると、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、以下の数式１０で表される目的関数を、例えば線形計画法によって解けばよい。

なお、「NodeOSNR(x)」は、ノード＃ｘにおけるＯＳＮＲを表し、「ΔNodeOSNR(x)」は、ノード＃ｘにおけるＯＳＮＲの補正量を表す。

目標ＯＳＮＲ演算部５４は、数式１０を解くことによって求まった補正量（ΔNodeOSNR(x)）から、各ノード２の目標ＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)target）を、下記の数式１２で表される制約条件の下、下記の数式１１及び前記の数式９を用いて算出すればよい。

なお、数式１２の「NodeOSNR(x)max」は、数式５に示したとおりである。数式の「Pin(x1)max」及び「Pin(x2)max」は、それぞれ、予め定められた値でもよいし、例えば、以下の数式１３によって決めてもよい。

なお、数式１３において、「Ｍ」は、変調フォーマットの種類を表し、ビットレート等で決まる係数である。例えば、１０ＧｂｐｓのＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）信号であれば、Ｍ＝１、１００ＧｂｐｓのＤＰ−ＱＰＳＫ信号であれば、Ｍ＝２等に設定してよい。「ＤＰ−ＱＰＳＫ」は、「Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying」の略称である。

また、「Ptotal_out(x)pre」は、ノード＃ｘにおけるプリアンプ２１の最大出力光パワーを表し、「Ptotal_out(x-1)post」は、ノード＃（ｘ−１）におけるポストアンプ２３の最大出力光パワーを表す。

「Pused(x)pre」は、ノード＃ｘにおけるプリアンプ２１の既に使用されているパワーを表し、「Pused(x-1)post」は、ノード＃（ｘ−１）におけるポストアンプ２３の既に使用されているパワーを表す。

更に、「Num(free_ch(x))」は、ノード＃ｘにおいて割り当て可能なチャネル数を表し、「Num(free_ch(x-1))」は、ノード＃（ｘ−１）において割り当て可能なチャネル数を表し、αは、光伝送路４に用いられる光ファイバのロスを表す。

したがって、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、アンプ２１及び２３の最大出力光パワーの情報と、アンプ２１及び２３が現在出力しているパワーの情報と、現在使用中（割り当て済み）のチャネル数と、を基に、最大ノードＯＳＮＲを求めることができる。そして、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、当該最大ノードＯＳＮＲ以下の範囲で、各ノード２の目標ＯＳＮＲを求めることができる。

（目標ＯＳＮＲの第３の算出方法）
上述した目標ＯＳＮＲの算出方法を、複数波長（ＷＤＭ）のケースに拡張すると、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、以下の数式１４で表される目的関数を、例えば線形計画法によって解けばよい。

なお、「NodeOSNR(k,Tx)」は、波長（チャネル）＃ｋのノード＃ｘにおけるＯＳＮＲ（NodeOSNR）を表し、「NodeOSNR(k,x)」は、チャネル＃ｋのノード＃ｘにおけるＯＳＮＲを表す。「ΔNodeOSNR(k,x)」は、チャネル＃ｋのノード＃ｘにおけるＯＮＳＲ（NodeOSNR）の補正量を表す。

目標ＯＳＮＲ演算部５４は、数式１４を解くことによって求まった補正量（ΔNodeOSNR(k,x)）から、各ノード２の目標ＯＳＮＲを、下記の数式１６で表される制約条件の下、下記の数式１５及び前記の数式９を用いて算出すればよい。

なお、数式１６の「NodeOSNR(k,x)max」は、以下の数式１７で表すことができる。

数式１７において、「NF(k,x,pre)」は、チャネル＃ｋについてのノード＃ｘのプリアンプ２１の雑音係数を表し、「NF(k,x,post)」は、チャネル＃ｋについてのノード＃ｘのポストアンプ２３の雑音係数を表す。「Pin(k,x,pre)max」は、チャネル＃ｋについてのノード＃ｘのプリアンプ２１への最大入力光パワーを表し、例示的に、前段のノード＃（ｘ−１）のポストアンプ２３の最大出力光パワーと、他チャネルのパワー等と、に依存して決まる。

「Pin(k,x,post)max」は、チャネル＃ｋについてのノード＃ｘのポストアンプ２３への最大入力光パワーを表し、例示的に、ノード＃ｘのプリアンプ２１の最大出力光パワー、他チャネルのパワー、及び、非線形信号品質劣化等に依存して決まる。これらのパラメータは、既述の光増幅器出力光パワー情報に含まれてよい。

数式１７の制約条件は、以下の数式１８で表される制約条件に代替してもよい。

なお、数式１８において、「Ptotal(pre,x)」は、ノード＃ｘにおけるプリアンプ２１の最大入力光パワーを表し、「Ptotal(post,x)」は、ノード＃ｘにおけるポストアンプ２３の最大入力光パワーを表す。アンプ２１及びアンプ２３の最大入力光パワーを、チャネル数との関係で可変しながら、最適値を算出してもよい。

以上のようにして、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、複数チャネルについての各ノード＃ｘの目標ＯＳＮＲをまとめて求めることができる。当該目標ＯＳＮＲを受信したノード＃ｘでは、チャネル＃ｋ単位に光パワー調節部２２の減衰量を制御することで、各チャネル＃ｋの増幅出力光パワーを制御、最適化することができる。

（目標ＯＳＮＲ設定方法）
ネットワーク制御装置５から目標信号品質情報を受信した光パワー制御部３３（図２参照）は、例えば、受信した目標信号品質情報と、信号品質モニタ情報と、の差分が最小（あるいは、或る閾値以下）になるように、光パワー光調節部２２の減衰量を制御する。

この時、ネットワーク制御装置５は、例えば図１１に示すように、光パスの送信ノード＃０（Ｔｘ）から受信ノード＃Ｎ（Ｒｘ）に向けて、ノード＃１→ノード＃２→ノード＃３，・・・，ノード＃（Ｎ−１）と順番に設定を行なってよい。なお、メッシュネットワークの場合は、波長パス毎に送信ノード２から受信ノードに向かって順番に設定を行なえばよい。

以上のようにして、光ネットワーク１のレベルダイヤをチャネル毎やスパン毎に設定、最適化することが可能である。

（変形例）
上述した例では、信号品質の一例としてＯＳＮＲを扱う場合について説明したが、Ｑ値やＢＥＲについても上述した例と同様に扱うことができる。例えば、信号品質としてＱ値を用いる場合であれば、既述の要求ＯＳＮＲ、目標ＯＳＮＲ、及び、目標ノードＯＳＮＲを、それぞれ、要求Ｑ値、目標Ｑ値、目標ノードＢＥＲに置き換えればよい。

同様に、信号品質としてＢＥＲを用いる場合であれば、既述の要求ＯＳＮＲ、目標ＯＳＮＲ、及び、目標ノードＯＳＮＲを、それぞれ、要求ＢＥＲ、目標ＢＥＲ、目標ノードＢＥＲに置き換えればよい。

例えば、ノード＃ｘが達成可能なＱ値の最大値（NodeQ(x)max）（最大ノードＱ値）は、数式５に示した最大ノードＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)max）を用いて、下記の数式１９によって表すことができる。

数式１９において、「Ｆ」は、最大ノードＯＳＮＲ（NodeOSNR(x)max）とＱ値とを関連づける校正係数を表し、「γ」は、光伝送路４に用いられる光ファイバの入力パワーを非線形劣化量に変換する校正係数を表す。「Pin(x,post)max」は、数式５にて既述のとおり、ノード＃ｘのポストアンプ２３への最大入力光パワーを表し、例示的に、ノード＃ｘのプリアンプ２１の最大出力光パワー、他チャネルのパワー、及び、非線形信号品質劣化等に依存して決まる。

なお、ＯＳＮＲ、Ｑ値、及び、ＢＥＲの各信号品質の指標は、いずれかを複合的に組み合わせて目標信号品質情報の演算に用いてもよい。

（光ネットワーク構成例）
図１２に例示するように、光ネットワーク１を成す複数のノード２には、図２に例示した光パワー調節部２２及び光パワー制御部３３を備えたノード２と、光パワー調節部２２及び光パワー制御部３３を備えないノード２と、が混在していて構わない。光パワー調節部２２及び光パワー制御部３３を備えないノード２は、例えば、光伝送路４から受信した光信号を中継増幅する光中継増幅ノードに相当すると捉えてよい。

また、既述の例では、図１３に模式的に例示するように、信号品質モニタ情報、光増幅器出力光パワー情報等の情報が、ネットワーク制御装置５に集約されて、目標信号品質演算部５４にて目標信号品質情報が演算されて、演算結果が各ノード２宛に送信される。

これに対して、図１４に模式的に例示するように、ネットワーク制御装置５によらずに、ノード２間の通信によって既述の例と同様のレベルダイヤ制御を実施してもよい。例えば、ノード２間に設定された監視制御チャネルを用いてノード２間で通信を行なうことによって、信号品質モニタ情報や光増幅器出力光パワー情報等を各ノード２で共有しておく。また、各ノード２のいずれかに目標信号品質演算部５４に相当する演算部を備えておく。

そして、当該演算部を備えたノード２（「マスターノード２」と称してよい。）が、共有情報を基に各ノード２の目標信号品質情報を算出し、算出した情報を各ノード２に送信する。これにより、ネットワーク制御装置５に負荷が集中することを低減することができる。目標信号品質演算部５４に相当する演算部を複数のノード２に備えておけば、マスターノード２の現用及び予備の切り替えや、負荷分散等を図ることもできる。

なお、既述の例では、目標信号品質情報をノード２宛に送信する例について説明したが、目標信号品質情報を基に生成した各ノード２の光パワー調節部２２に対する制御情報を各ノード２に送信するようにしてもよい。

例えば、各ノード２がネットワーク制御装置５（あるいは、マスターノード２）宛に信号品質モニタ情報を通知すれば、当該信号品質モニタ情報と目標信号品質情報との差分を最小にできる光パワー調節部２２の制御情報を生成することができる。したがって、ネットワーク制御装置５（あるいは、マスターノード２）は、当該制御情報を各ノード２に送信できる。

別言すると、ネットワーク制御装置５（あるいは、マスターノード２）は、各ノード２で目標信号品質情報が満たされるように、各ノード２の増幅出力光パワー（例えば、光パワー調節部２２）を制御可能な情報を各ノード２宛に送信できればよい。

更に別言すると、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、ＷＤＭ光信号の波長数に応じてノード２が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、受信ノード２での要求信号品質情報と、を基に、ノード２毎に増幅出力光パワーを制御する制御情報を生成できればよい。当該制御情報を生成できればよいから、目標ＯＳＮＲ演算部５４は、「制御情報生成部５４」と称してもよい。

１ 光伝送システム（光ネットワーク）
２−１〜２−Ｎ 光伝送装置（ノード）
４ 光伝送路
５ ネットワーク制御装置
２１ 光増幅器（プリアンプ、受信アンプ）
２２ 光パワー調節部
２３ 光増幅器（ポストアンプ、送信アンプ）
２４ 波長分離器（デマルチプレクサ）
２５ 光受信器
２６ 光送信器
２７ 波長多重器（マルチプレクサ）
３１，３２ 信号品質モニタ
３３ 光パワー制御部
４１，４２，４４ 光分岐カプラ
４３ 光合波カプラ
５０ 受信部
５１ 光増幅器出力光パワー情報演算／格納部
５２ 信号品質モニタ情報格納部
５３ 要求信号品質情報格納部
５４ 目標信号品質演算部
５５ 送信部

Claims (10)

1. 光信号を増幅する光増幅器と、
   前記光増幅器から出力される前記光信号のパワーを調節する光パワー調節部と、
   前記光信号に含まれる波長数に応じて前記光増幅器が出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記光信号を受信する受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に求められる光パワー制御情報に従って、前記光パワー調節部の光パワー調節量を制御する制御部と、
   を備えた、光伝送装置。
2. 前記光増幅器から出力される光信号の品質をモニタするモニタを備え、
   前記制御部は、
   前記モニタモニタされた信号品質情報と、前記光パワー制御情報に含まれる目標信号品質情報と、の差分が所定の閾値以下になるように、前記光パワー調節量を制御する、請求項１に記載の光伝送装置。
3. 前記信号品質情報が、光信号対雑音比、ビットエラーレート、及び、前記光信号のＱ値のいずれかである、請求項１又は２に記載の光伝送装置。
4. 前記制御部は、
   前記光パワー制御情報を生成する制御装置が、前記光伝送装置を含む複数の光伝送装置に備えられた光増幅器の前記出力光パワー情報と、前記要求信号品質情報と、を基に前記各光伝送装置のそれぞれについて求めた前記目標信号品質情報を、前記制御装置から受信する、請求項２に記載の光伝送装置。
5. 前記目標信号品質情報は、
   前記制御装置が、前記各光伝送装置についての前記出力光パワー情報を基に、前記各光伝送装置が達成可能な前記目標信号品質情報の最大値以下の範囲で求めた情報である、請求項４に記載の光伝送装置。
6. 光信号を増幅出力する複数の光伝送装置と、
   前記光信号を受信する受信ノードと、
   前記光信号に含まれる波長数に応じて前記各光伝送装置が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に、前記各光伝送装置の増幅出力光パワーを個別的に制御する制御装置と、
   を備えた、光伝送システム。
7. 前記制御装置は、
   前記各光伝送装置が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に、前記光伝送装置毎の目標信号品質情報を求め、前記目標信号品質情報を対応する前記光伝送装置宛に送信し、
   前記各光伝送装置は、
   前記制御装置から受信した前記目標信号品質情報が満たされるように前記増幅出力パワーを制御する、請求項６に記載の光伝送システム。
8. 前記制御装置は、
   前記各光伝送装置が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報を基に、前記各光伝送装置が達成可能な前記目標信号品質情報の最大値を求め、前記最大値以下の範囲で前記目標信号品質情報を求める、請求項７に記載の光伝送システム。
9. 前記信号品質情報が、光信号対雑音比、ビットエラーレート、及び、前記光信号のＱ値のいずれかである、請求項６〜８のいずれか１項に記載の光伝送システム。
10. 光信号を増幅出力する複数の光伝送装置と、前記光信号を受信する受信ノードと、を備えた光伝送システムの制御装置であって、
    前記光信号に含まれる波長数に応じて前記各光伝送装置が増幅出力可能な１波長あたりの出力光パワー情報と、前記受信ノードでの要求信号品質情報と、を基に、前記光伝送装置毎に前記増幅出力光パワーを制御する制御情報を生成する制御情報生成部と、
    前記制御情報を対応する前記光伝送装置宛に送信する送信部と、
    を備えた、光伝送システムの制御装置。

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