JP2018082336A - 光伝送装置、及び、光伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送路で生じる相互偏波変調を抑え、被擾乱信号の偏波変動、ひいてはバーストエラーを抑制する光伝送装置、及び、光伝送方法を提供する。【解決手段】光伝送装置の送信器４は、第１送信部４０と第２送信部４１と多重部４２とを有する。第１送信部４０は、同期を確立するための第１固定パタンを有する第１フレームを第１偏波で送信する。第２送信部４１は、第１固定パタンの少なくとも一部を反転させた第２の固定パタンを有する第２フレームを第１偏波と直交する第２偏波で送信する。多重部４２は、第１偏波と第２偏波を多重する。【選択図】図７

Description

本発明は、光伝送装置、及び、光伝送方法に関する。

近年、光通信技術分野において、光回線通信網の大容量化のニーズから、直交する２つの偏波成分に独立に位相変調信号を割り当て多重化した、コヒーレント光偏波多重位相変調信号を用いて、光伝送を行う技術が知られる。

コヒーレント光偏波多重位相変調信号（以下、多重信号とも呼ぶ）には、これを受信する受信器において、多重信号のフレームの先頭を検知するため、及び、分散推定を行うため、フレームヘッダの所定の部分に固定パタン領域を設ける場合がある。多重信号は、その進行方向をＺ方向とすると、Ｘ方向の偏波とＹ方向の偏波を有し、偏波の位相はフレーム内の０と１の値、またはその組み合わせに対応させている（例えば特許文献1）。

フレームの、例えばペイロード部分においては、Ｘ方向の偏波とＹ方向の偏波のそれぞれの位相に対応するデータは互いに独立である。しかし、固定パタン領域においては、これらのデータを互いに等しいものとすることにより、受信側でフレーム先頭検知、及び分散推定感度を確保する場合がある。

また、この固定パタン領域をある程度以上の長さ、例えば１０ｎｓ（ナノ秒）に設定することで、光伝送路において信号に対して擾乱や雑音が生じた場合でも、受信器側のフレーム先頭検知、及び分散推定感度が確保される。

国際公開第２０１０／１３４３２１号

Ｂｒａｎｄｏｎ Ｃ． Ｃｏｌｌｉｎｇｓ ａｎｄ Ｌｕｃ Ｂｏｉｖｉｎ， 「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｉｍｐａｃｔ ｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」， ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ， ＶＯＬ． １２， ＮＯ． １１， ＮＯＶＥＭＢＥＲ ２０００

しかし、互いに異なる波長の複数の信号が多重化され伝送される光伝送路においては、信号の偏波の向き等の偏波状態の変化に起因する非線形光学効果により相互偏波変調（ＸｐｏｌＭとも称する）が生じる場合がある。光伝送路における複数の信号の波長分散が小さい場合や光伝送路中で分散補償をした場合など、固定パタン領域の信号部分に起因して生ずるＸｐｏｌＭは、異なる波長の信号の偏波変動の原因となる場合がある。

ＸｐｏｌＭにより偏波変動が引き起こされている信号（被擾乱信号とも呼ぶ）は、その偏波変動の最中、連続誤りを発生させる。発生した連続誤りが、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ、前方誤り訂正）のバーストエラー耐力を超えると、ＦＥＣの処理後にも誤りが発生する。本発明の一つの側面に係る目的は、被擾乱信号の偏波変動、ひいてはバーストエラーを抑制することである。

一つの態様に係る光伝送装置は、第１送信部と第２送信部と多重部とを有する。第１送信部は、同期を確立するための第１固定パタンを有する第１フレームを第１偏波で送信する。第２送信部は、第１固定パタンの少なくとも一部を反転させた第２の固定パタンを有する第２フレームを第１偏波と直交する第２偏波で送信する。多重部は、第１偏波と第２偏波を多重する。

本発明の一態様によれば、光伝送装置は伝送路で生じる相互偏波変調を抑えることができ、被擾乱信号の偏波変動、ひいてはバーストエラーを抑制することができる。

隣接チャネルの信号の固定パタン領域による、被擾乱信号のペイロードへの影響の一例を示す図である。 偏波のパラメータの分布を示す図である。 偏波変動の一例を示す図である。 Ｙ偏波の位相を反転した場合の偏波変動を示す図である。 本実施形態の一例に係る、擾乱の影響を相殺する状態を示す図である。 本実施形態の一例に係る光伝送システムを示す図である。 本実施形態の一例に係る送信器の機能ブロック図である。 本実施形態に係る固定パタンの一例を示す図である。 固定パタンの一例を示す図である。 本実施形態の一例に係る受信器の機能ブロック図である。 本実施形態に係るハードウェア構成の一例を示す図である。

図１を用いて、１つの光伝送路に、波長帯（チャネルとも呼ぶ）が互いに隣接する２つの信号（信号を信号波とも呼ぶ）が伝送されている場合の、一方の信号（隣接信号と呼ぶ）から他方の信号（被擾乱信号と呼ぶ）への影響について説明する。ここで、隣接信号のチャネルを隣接チャネルと呼ぶものとし、また被擾乱信号のチャネルを被擾乱チャネルと呼ぶものとする。

２つの信号は、ＸＹＺ空間においてＺ方向へと進行するものとする。初めに、隣接信号の固定パタン領域は、Ｘ方向直線偏波とＹ方向直線偏波を有するものとする。また、このＸ方向直線偏波とＹ方向直線偏波は、互いに振幅と位相が等しいものであるとする。このとき、隣接信号の固定パタン領域の直線偏波の方向は、ＸＹ平面において、Ｘ軸から４５°の方向となる。このとき、隣接信号のストークスパラメータは、Ｓ_Ａ１＝０、Ｓ_Ａ２＝１、Ｓ_Ａ３＝０となる。なお、この下付きの文字Ａは、隣接信号のストークスパラメータを示すためのものである。

ここで、ストークスパラメータについて端的に説明する。Ｘ方向偏波とＹ方向偏波を有する、Ｚ方向へ伝播する信号波をここでは考えるものとする。このとき、この信号波のＸ方向偏波の振幅をＡｘ、位相をδｘ、またＹ方向偏波の振幅をＡｙ、位相をδｙとする場合に、Ｘ方向偏波ＤｘとＹ方向偏波Ｄｙは次のように表される。
Ｄｘ＝Ａｘ・ｃｏｓ（ωt−ｋ・ｒ+δｘ）
Ｄｙ＝Ａｙ・ｃｏｓ（ωt−ｋ・ｒ+δｙ）
このとき、ストークスパラメータは以下のように定義される。
Ｓ１＝Ａｘ^２−Ａｙ^２
Ｓ２＝２Ａｘ・Ａｙ・ｃｏｓδ
Ｓ３＝２Ａｘ・Ａｙ・ｓｉｎδ
なお、
δ=δｙ−δｘ
である。

図２に示す、互いに直交するＳ１軸とＳ２軸とＳ３軸からなる空間において、上記ストークスパラメータはポアンカレ球上にそれぞれの値が存在する。ここで、ストークスベクトルＳは、Ｓ＝（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）と与えられる。

被擾乱信号は、Ｘ方向直線偏波を有するものであるすると、ストークスパラメータはＳ_Ｂ１＝１、Ｓ_Ｂ２＝０、Ｓ_Ｂ３＝０となる。なお、このストークスパラメータに付された下付きの文字Ｂは、被擾乱信号のストークスパラメータであることを示すためのものである。

従来技術によると、二つの任意の信号の偏波、SαとSβはＸｐｏｌＭを受け、以下の式に従う変化をする。
∂Ｓα／∂Ｚ＝Ｓα×Ｓβ
なお、ここで、×は外積を表す。

これを本実施形態にあてはめると
∂Ｓ_Ｂ１／∂Ｚ＝Ｓ_Ｂ１×Ｓ_Ａ２
となる。このことより図３に示すように、被擾乱信号がＺ方向に進行するに従って、Ｓ_Ｂ１は、隣接信号のＳ_Ａ２成分の影響から、Ｓ３の正の方向へ変動させられることがわかる。この変動は、被擾乱信号のＸ方向直線偏波の右回り楕円偏波への変化に対応する。これにより図１に示すように、被擾乱信号にはバーストエラーが発生する。

ここで、隣接信号の固定パタン領域のＹ方向直線偏波の位相を反転させる場合を考える。このとき、隣接信号の、Ｙ方向偏波は上述した式より、Ｄｙ＝Ａｙ・ｃｏｓ（ωt−ｋ・ｒ+δｙ）から、Ｄｙ＝Ａｙ・ｃｏｓ（ωt−ｋ・ｒ+δｙ＋π）となる。これに伴い隣接信号のＸ方向偏波とＹ方向偏波を合成した偏波はＸＹ平面においてＸ軸より−４５°方向の直線偏波となる。この場合、ストークスパラメータは、Ｓ１＝０、Ｓ２＝−１、Ｓ３＝０となり、このとき上記のＳ_Ｂ１は、図４に示すように、Ｓ３の負方向へ変動させられることがわかる。

このことより、本実施形態の一例においては、Ｓ３の正または負のいずれかの方向へのＳ_Ｂ１の変動を相殺するために、Ｓ_Ｂ１に対し、この変動とは反対の方向への変動を、周期的に与える。

本実施形態の一例では、固定パタン領域における隣接信号のＹ方向直線偏波を一定の周期毎に反転させる。例えば図５に示すように、四角点で示される隣接信号のＳ_Ａ２が、ポアンカレ球上におけるＳ２軸の両側の１と−１のそれぞれに、周期的に交互に移動する。すなわち、隣接信号のストークスパラメータは、周期的に、Ｓ１＝０、Ｓ２＝１、Ｓ３＝０と、Ｓ１＝０、Ｓ２＝−１、Ｓ３＝０のいずれかになる。この周期をＸｐｏｌＭの反応時間以下にするとＳ_Ｂ１の±Ｓ３方向への変化が相殺され、結果として隣接信号の固定パタンによる被擾乱信号への影響を抑止できる。

これを実現させるために、本実施形態の一例に係る光伝送装置において以下の処理が行われる。ある任意の固定パタンを第１固定パタンと呼び、本実施形態の一例において、Ｘ方向直線偏波に対応するフレームで、ヘッダ部分にある任意の第１固定パタンが含まれるものを、第１フレームとする。次に、第１固定パタンの一部を、または、第１固定パタンを一定の周期ごとに、反転させたものを第２固定パタンとする。そしてこの第２固定パタンをヘッダに有する、Ｙ方向直線偏波に対応するフレームを、第２フレームとする。そして、本実施形態の一例に係る光伝送装置は、第１フレームに基づき生成される光信号（第１偏波と呼ぶ）と、第２フレームに基づき生成される光信号（第２偏波と呼ぶ）とを多重し、送信する。

図６に、本実施形態の一例に係る光伝送システム１の機能ブロック図を示す。光伝送システム１は、送信側の光伝送装置２Ｔと受信側の光伝送装置２Ｒと光伝送路３とを備え、光伝送装置２Ｔと受信側の光伝送装置２Ｒは光伝送路３を介して、それぞれ光信号の送信と受信を行う。

光伝送装置２Ｔは、単数または複数の送信器４と光合波部５を備える。
ここで図７を用いて各送信器４について詳細に説明する。各送信器４は、第１送信部４０と第２送信部４１と多重部４２とを備える。また各送信器４はフレーム生成部４３と誤り訂正符号化部４４と固定パタン信号挿入部４５と記憶部４６とを備える。

なお記憶部４６は、本実施の形態の一例では、送信器４が備えるが、送信器４の外部に設けられていてもよい。

図７における各機能ブロックによる、以下に説明する処理が、各送信器４において行われる。

フレーム生成部４３は、ＯＴＮ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）フレーム等を生成し、誤り訂正符号化部４４へ出力する。誤り訂正符号化部４４は、例えばＦＥＣ等の誤り訂正符号を、フレーム生成部４３から入力されたフレームに付与し、これを固定パタン信号挿入部４５へ出力する。

固定パタン信号挿入部４５は、誤り訂正符号化部４４から入力されたフレームに固定パタンを挿入するため、ＲＯＭ等の記憶部４６から第１固定パタンと第２固定パタンとを読み出す。この場合、記憶部４６は、第１固定パタンと第２固定パタンとを予め記憶している。また、記憶部４６は、第１固定パタンを予め記憶し、固定パタン信号挿入部４５は、第１固定パタンを記憶部４６から読み出して、第２固定パタンを第１固定パタンから、第１固定パタンの一部を反転させることにより生成してもよい。最適な反転周期は伝送・伝送路パラメータに依存するため、それに応じて可変とする。

固定パタン信号挿入部４５は、誤り訂正符号化部４４から入力された、Ｘ方向直線偏波に対応するフレームに第１固定パタンを挿入する。また固定パタン信号挿入部４５は、誤り訂正符号化部４４から入力された、Ｙ方向直線偏波に対応するフレームに第２固定パタンを挿入する。

固定パタン信号挿入部４５は、上記のようにして生成された第１フレームと第２フレームのそれぞれを、第１送信部４０と第２送信部４１へ出力する。

第１送信部４０は、第１フレームに基づいて第１偏波を生成して多重部４２へ出力する。また第２送信部４１は、第２フレームに基づいて第２偏波を生成して多重部４２へ出力する。多重部４２は第１偏波と第２偏波とを多重化した信号を光合波部５へ出力する。

光合波部５は、各送信器４より入力された光信号を合波して、光伝送路３へと出力する。

なお、固定パタン信号挿入部４５において挿入する第１および第２固定パタンの一例について、図８および図９を用いて説明する。図８に示されるものは、上述したポアンカレ球上における、隣接信号のストークスパラメータの周期的な変化に対応した、第１固定パタンに施される周期的な反転を示すものの一例である。この一例では、第１固定パタンに対し、数シンボルから数十シンボル毎にデータの反転が施されている。ここでハッチングが施されている部分が反転されている部分である。図９は、図８に示した固定パタンの周期的な反転について、より詳細に説明するものの一例である。図９の上段と下段に示すものは、固定パタンのＸ方向直線偏波とＹ方向直線偏波に対応するフレームの具体的な一例である。図９の上段に示すのは、Ｙ方向直線偏波に対応するフレームに反転を施していないものであり、下段に示すのは、Ｙ方向直線偏波に対応するフレームに周期的に反転を施したものの一例である。本実施形態の一例では、図９の下段に例示される固定パタンを、固定パタン信号挿入部４５は取得する。

図９の下段に示す一例では、固定パタンのＹ方向直線偏波に対応するフレームに対し、４ビット毎に反転が施されている。１行目は固定パタンのＸ方向直線偏波に対応するフレームであり、２行目はＹ方向直線偏波に対応するフレームである。反転が施されていない上段のＹ方向直線偏波に対応するフレームと、反転が施されている下段のＹ方向直線偏波に対応するフレームとを比較すると、下位４ビットの各値が、下段の方では反転されたものとなっている。上段と下段それぞれのＹ方向直線偏波に対応するフレームの下位５ビット目から下位８ビット目までの各値は、互いに等しい。また下段のＹ方向直線偏波に対応するフレーム部分の下位９ビット目から下位１２ビット目までの各値は、上段のＹ方向直線偏波に対応するフレーム部分の下位９ビット目から下位１２ビット目までの各値に対し、反転されたものとなっている。上段と下段それぞれのＹ方向直線偏波に対応するフレームの下位１３ビット目から下位１６ビット目までの各値は、互いに等しい。下段のＹ方向直線偏波に対応するフレームの下位１７ビット目から下位２０ビット目までの各値は、上段のＹ方向直線偏波に対応するフレームの下位１７ビット目から下位２０ビット目までの各値に対し、反転されたものとなっている。上段と下段それぞれのＹ方向直線偏波に対応するフレームの下位２１ビット目から下位２４ビット目までの各値は、互いに等しい。

図６に戻ると、光伝送装置２Ｒは、光分波部６と単数または複数の受信器７とを備える。光分波部６は、光伝送装置２Ｔより光伝送路を介して受信した、合波された光信号を分波して、送信先の受信器７へと出力する。

図１０を用いて、各受信器７について詳細に説明する。各受信器７は、光信号検出部７０とフレーム同期部７１と誤り訂正復号化部７２とフレーム終端部７３とを備える。なお、図１０における各機能ブロックによる、以下に説明する処理が、各受信器７において行われる。

光信号検出部７０は、光分波部６から入力された光信号を検出し、フレーム同期部７１へと出力する。フレーム同期部７１は、従来技術に係る方法で固定パタンを検出する。この際に、フレーム同期部７１は、第１固定パタンと第２固定パタンとを検出する。フレーム同期部７１は、検出した固定パタンを用いて、フレームの同期を確立する。そしてフレーム同期部７１は、同期を確立したフレームを誤り訂正復号化部７２へと出力する。誤り訂正復号化部７２は、送信器４の誤り訂正符号化部４４において付与された符号を元に、フレームの誤りを訂正した後に、フレーム終端部７３へと出力する。フレーム終端部７３は、入力されたフレームを終端する。

本実施形態の一例に係る受信器７は、第１、２固定パタンを用いてフレームの同期を確立することができる。このように本実施の形態の一例に係る固定パタンを用いることにより、光伝送装置は、複数の信号の送受信を、他信号からの擾乱を抑制しつつ行うことができ、また信号の検出とフレームの同期確立(例えば、同期検波と呼ぶ)を行うことができる。

図１１に示されるものは、本実施形態の一例に係る光伝送装置２Ｔおよび光伝送装置２Ｒのハードウェア構成の一例である。なお、これらをまとめて光伝送装置２と呼ぶものとする。

光伝送装置２は、プロセッサ２０とメモリ２１とネットワーク接続部２２と記憶装置２３とを備え、これらは互いにバスにより接続されている。

プロセッサ２０は、例えばシングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、デュアルコアプロセッサである。

メモリ８１は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリである。

プロセッサ２０はメモリ２１から、種々のプログラムを読み出し、上述したフレーム生成部４３と誤り訂正符号化部４４と固定パタン信号挿入部４５の機能、または、フレーム同期部７１と誤り訂正復号化部７２とフレーム終端部７３の機能を実現する。

ネットワーク接続装置２２は、光伝送路に接続され、プロセッサによる処理の対象となるフレームを光伝送路にて伝送可能な光信号に変換、または、光伝送路からの光信号をフレームに変換するための通信インタフェースである。このネットワーク接続装置２２により、上述した第１送信部４０と第２送信部４１と多重部４２と光合波部５による機能、または、上述した光分波部６と光信号検出部７０による機能が実現される。

記憶装置２３は、第１、２固定パタンを記憶する。プロセッサ２０は、記憶装置２３からメモリ２１に第１、２固定パタンを読み出し、これにより固定パタン信号挿入部４５としての機能を実現する。これにより記憶装置２３は記憶部４６の機能を実現する。記憶装置２３は、例えばＲＯＭである。また記憶装置２３は、可搬型記憶媒体であってもよい。なお、第１、２固定パタンはメモリ２１に記憶されていてもよい。

上述したように、本実施形態の一例に係る光伝送装置２は、第１固定パタンと、それを周期的に反転させた第２固定パタンを有する。この反転は、ポアンカレ球上において隣接信号のストークスパラメータの座標を、周期的に変化させることに対応する。そして光伝送装置２は、第１固定パタンと第２固定パタンのそれぞれを用いて第１偏波と第２偏波を生成して、これらを多重化した隣接信号を送信する。これにより、隣接信号のストークスパラメータの、例えばＳ２成分の周期的な変化に対応し、隣接信号のＹ方向直線偏波からの、被擾乱信号のＸ方向直線偏波へのＸｐｏｌＭ等の擾乱を相殺することができる。そしてこれにより、バーストエラーを防止し、受信側におけるＦＥＣ後のエラーを抑制することができる。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態および変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形も、本発明の範囲内とみなされる。

１ 光伝送システム
２、２Ｔ、２Ｒ 光伝送装置
３ 光伝送路
４ 送信器
５ 光合波部
６ 光分波部
７ 受信器
２０ プロセッサ
２１ メモリ
２２ ネットワーク接続装置
２３ 記憶装置
４０ 第１送信部
４１ 第２送信部
４２ 多重部
４３ フレーム生成部
４４ 誤り訂正符号化部
４５ 固定パタン信号挿入部
４６ 記憶部
７０ 光信号検出部
７１ フレーム同期部
７２ 誤り訂正復号化部
７３ フレーム終端部

Claims (8)

1. 同期を確立するための第１固定パタンを有する第１フレームを第１偏波で送信する第１送信部と、
   前記第１固定パタンの少なくとも一部を反転させた第２固定パタンを有する第２フレームを第１偏波と直交する第２偏波で送信する第２送信部と、前記第１偏波と前記第２偏波を多重する多重部と、
   を有する光伝送装置。
2. 前記第２固定パタンは、前記第１固定パタンの少なくとも一部を周期的に反転させたものである、請求項１に記載の光伝送装置。
3. 前記反転の周期を可変とする請求項２に記載の光伝送装置。
4. 前記光伝送装置は、さらに、
   前記第１固定パタンと前記第２固定パタンとを記憶する記憶部と、
   前記記憶部から前記第１固定パタンと前記第２固定パタンとを読み出し、前記第１固定パタンを用いて前記第１フレームを生成し、前記第２固定パタンを用いて前記第２フレームを生成する固定パタン信号挿入部と、
   を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光伝送装置。
5. 前記光伝送装置は、さらに、
   前記第１固定パタンを記憶する記憶部と、
   前記記憶部から前記第１固定パタンを読み出し、前記第１固定パタンを用いて、前記第１固定パタンの少なくとも一部を反転させた前記第２固定パタンを生成し、前記第１固定パタンを用いて前記第１フレームを生成し、前記第２固定パタンを用いて前記第２フレームを生成する固定パタン信号挿入部と、
   を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の光伝送装置。
6. 前記記憶部は、ＲＯＭである、請求項４または５に記載の光伝送装置。
7. 第１偏波と第２偏波とを検出する検出部と、
   前記第１偏波と前記第２偏波のそれぞれから、第１固定パタンを有する第１フレームと第２固定パタンを有する第２フレームを生成し、前記第１固定パタンと前記第２固定パタンを用いて、フレームの同期を確立するフレーム同期部と、
   をさらに有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の光伝送装置。
8. 同期を確立するための第１固定パタンを有する第１フレームを第１偏波で送信し、
   前記第１固定パタンの少なくとも一部を反転させた第２の固定パタンを有する第２フレームを第１偏波と直交する第２偏波で送信し、
   前記第１偏波と前記第２偏波を多重する、
   ことを特徴とする、光伝送装置により実行される光伝送方法。

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