JP4358676B2 - 光学アド／ドロップ・モジュール内の分散を管理する装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般には光ファイバ通信システムの分野に関し、より具体的には光学アド／ドロップ・マルチプレクサ（Ｏptical Ａdd/Ｄrop Ｍultiplexer：ＯＡＤＭ）内の分散を管理することに関する。

波長分割多重（Ｗavelength Ｄivision Ｍultiplex：ＷＤＭ）システムまたは高密度ＷＤＭ（Ｄence Ｗavelength Ｄivision Ｍultiplex）システムなどの光通信システム内では、光学アド／ドロップ・マルチプレクサ（Ｏptical Ａdd／Ｄrop Ｍultiplexer：ＯＡＤＭ）を用いて、光ファイバ経路に沿った１つまたは複数の中間位置で個々の光学チャネルまたはチャネル群を挿入（add:追加）し、除去（drop:除外）し、または通過させている。長距離ＷＤＭシステムでは、伝送される光信号は自己位相変調または相互位相変調（cross-phase modulation）等の非線形効果を受け、この効果により光信号の伝送性能および特性は低下する。色分散に起因するパルス拡がり（pulse broadening）等の他の効果によっても伝送される光信号は劣化する。

光伝送媒体の種々の特性に起因して光信号が受ける非線形効果および色分散効果に対処するために、伝送前に光信号に対して相補性の予備歪み（pre-distortion）を付与することが知られている。伝送後光学処理を用いて非線形効果および分散効果の影響をさらに軽減することも可能である。ＯＡＤＭでは、通過させるべき光学チャネルは、たとえば、直接ＯＡＤＭの光学デマルチプレクサ出力から光学マルチプレクサ入力へ通過チャネルのみを通す光学阻止フィルタを用いて伝送前および伝送後の分散補償を迂回する。
D. F. Grosz外の「Demonstration of All-Raman Ultra-Wide-Band Transmission of 1.28 Tb/s(128 x 10 Gb/s) over 4000 km of NZ-DSF with Large BER Margins」（European Conference on Optical Communication、 ECOC'01, paper P.D.B.1.3, pages 72-73、 Amsterdam, NL(2001)）

上記のＯＡＤＭはその意図した機能を実行するが、そのようなＯＡＤＭを実装するためのコストは比較的高くなる。

本発明は、比較的コストのかからない手法で光学アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）機能を実行する装置及び方法からなる。特に、本発明の一実施形態によるＯＡＤＭは、ＷＤＭまたはＤＷＤＭ信号内の光学チャネルのそれぞれに対して第１分散補償を付与し、除外されるべき光学チャネルを抽出し、通過光学チャネルと追加されるべき光学チャネルとを組み合わせ、この組み合わせた合成ＷＤＭまたはＤＷＤＭ信号に対して第２分散補償を実施する。第１および第２の分散補償機能は以下のように制約される。

第２補償機能は、追加されるべきチャネルに対して適切になる（すなわち、特定のシステム内で通常用いられる「予備補償(pre-compensation)」と等しくなる）ように選択され、第１分散補償は、第１および第２分散補償の総和が実質的にゼロになるように選択される。様々な実施形態で、第２分散補償は負であり、第１分散補償は正である。正の分散は低価格の標準単一モード・ファイバ（Ｓtandard Ｓingle Ｍode Ｆibers：ＳＳＭＦ）を用いて実現できるので有利である。

本発明の教示は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を検討することにより容易に理解することができる。理解を容易にするために、各図面に共通する同一要素の指定には、可能な場合において、同一の参照符号を用いてある。

本発明による光学アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）を、主としてLucent Technologies社（米国ニュージャージー州マレーヒル）製のLambda Extreme system等の波長分割マルチプレクス（ＷＤＭ）システムを用いた状況において説明することとする。しかし、本発明は追加／除外機能を実装する任意の光学システムで有利に使用できることを当業者は理解されよう。

図１は、本発明による光学アド／ドロップ・マルチプレクサの実施形態の高レベル構成図を示す。具体的には、図１のＯＡＤＭ １００はＷＤＭまたはＤＷＤＭ入力信号ＩＮを受信し、それに応じて対応するＷＤＭまたはＤＷＤＭ出力信号ＯＵＴを生成する。図１のＯＡＤＭ １００は、入力信号ＩＮによって提供される個々の光学チャネルまたはチャネル群に対して波長挿入（ＡＤＤ）、除去（ＤＲＯＰ）または通過機能を実行するように動作する。図１のＯＡＤＭ １００はＷＤＭまたはＤＷＤＭ入力信号ＩＮを受信し、それに応じて対応するＷＤＭまたはＤＷＤＭ出力信号ＯＵＴを生成する。４個のみ示したが、それより多いまたは少ない入力信号ＩＮ内の光学チャネルまたは波長チャネルがＯＡＤＭ １００によって除外すなわち終端されてもよい。同様に、４個のみ示したが、それより多いまたは少ない光学チャネルまたは波長チャネルがＯＡＤＭ １００によって出力信号ＯＵＴに追加されてもよい。さらに、図１に示した構造を複製して、ＯＡＤＭを形成する複数の波長群処理モジュールを形成してもよい。

図１のＯＡＤＭ １００は、第１帯域通過フィルタ１１０、オプションの第１光学増幅器（ＯＡ）１２０、第１分散モジュール１３０、光学デマルチプレクサ１４０、光学マルチプレクサ１５０、第２ＯＡ １６０、第２分散モジュール１７０、および第２帯域通過フィルタ１８０を備えている。

第１帯域通過フィルタ１１０は入力信号ＩＮから波長チャネル群（１つの群は少なくとも１つの波長チャネルを含んでいる）を抽出するように動作する。たとえば、第１帯域通過フィルタ１１０は、入力信号ＩＮから８波長多重化チャネル群を抽出する。第１帯域通過フィルタ１１０で抽出されない入力信号ＩＮ内の波長チャネルは、残留または直通（すなわち入力から出力まで直接の）チャネルＥＸＰＲＥＳＳとして、第２帯域通過フィルタ１８０に結合されている。オプションの第１光学増幅器１２０を用いて、抽出した波長多重化チャネル群を増幅し、次いで増幅された波長チャネルは第１分散補償モジュール１３０に供給される。第１分散補償モジュール１３０は分散補償機能Ｄ１を、第１帯域通過フィルタ１１０から抽出されて（ＯＡ１２０が使用された場合に）増幅されまたは増幅されなかった波長多重化チャネルに対して施す。次いで分散補償された波長多重化チャネルは光学デマルチプレクサ１４０に供給される。

光学デマルチプレクサ１４０は、第１分散補償モジュール１３０から受信した波長多重化チャネル群を逆多重化して、複数の個別波長チャネルを生成する。除外すべき波長チャネルは、さらに処理するために追加処理要素（図示せず）に結合される。通過させるべき波長チャネルは、光学マルチプレクサ１５０の各入力に結合される。さらに、光学マルチプレクサ１５０は、追加すべき任意の波長チャネルを受信する。

図１の実施形態１００では、第１帯域通過フィルタ１１０は入力信号ＩＮから８波長チャネル群を抽出し、光学デマルチプレクサ１４０は４個のチャネル（ＤＲＯＰ）を除外し４個のチャネル（ＴＨＲＵ１〜ＴＨＲＵ４）を光学マルチプレクサ１５０に送ることに留意されたい。光学マルチプレクサ１５０は、４個の通過波長チャネル（ＴＨＲＵ１〜ＴＨＲＵ４）および４個の追加チャネル（ＡＤＤ）を多重化して多重化８波長チャネル群を生成するように動作し、これは第２光学増幅器１６０によって増幅され、第２分散モジュール１７０に供給される。それより多いまたは少ない、抽出チャネル、直通チャネル、追加チャネル、除外チャネルおよび／または通過チャネルを本発明により処理してよい。

第２分散モジュール１７０は、第２ＯＡモジュール１６０から受信した多重化済み８波長チャネル群に分散機能Ｄ２を施す。第２分散補償モジュール１７０で生成された出力信号は第２帯域通過フィルタ１８０に供給される。第２帯域通過フィルタ１８０は、第２の分散補償され多重化された８波長チャネル群を、第１帯域通過フィルタ１１０から受信した残留または直通チャネルＥＸＰＲＥＳＳに挿入し、あるいはこれと組み合わせて、ＷＤＭまたはＤＷＤＭ出力信号ＯＵＴを生成するように動作する。

このように、チャネルの「バンド」が第１帯域通過フィルタ１１０により選択されて、ＯＡＤＭ １００での他の部分により処理にかけられる。このようにして、第１および第２帯域通過フィルタ１１０および１８０に関連する波長領域内の波長チャネルが、光通信システムによって伝達されたＷＤＭ光信号から除外される（またはそれに追加される）。

図１のＯＡＤＭ １００では、入力光信号ＩＮは残留分散Ｄ_ＲＥＳをそれ自体に結合させてある。残留分散Ｄ_ＲＥＳは、光ファイバならびに光信号または光信号のある部分が通過する任意の先行ネットワーク要素によって入力信号ＩＮに付与された実際の分散（があればそれ）に対して追加され（または差し引かれ）る、その伝送点での入力信号ＩＮ内の各波長チャネルに付与される予備分散からなる。この分散は、送信器での光信号に付与された初期または予備分散（Ｄ_ＰＲＥ）に対して、光学スパン数（Ｎ）にスパン毎の残留分散（Ｄ_ＳＰＡＮ）を乗じた積（すなわちネットワーク要素間の光ファイバの各スパンで付与される分散に通過スパン数を乗じた積）を加算した和を用いて計算できる。すなわち、残留分散Ｄ_ＲＥＳは以下の式で計算できる。
Ｄ_ＲＥＳ＝Ｄ_ＰＲＥ＋Ｎ・Ｄ_ＳＰＡＮ 式１
したがって、「除外（ｄｒｏｐ）」に関しては、ＯＡＤＭに到達する入力信号ＩＮから抽出した（および直通）波長チャネル群の残留分散Ｄ_ＲＥＳはＮ・Ｄ_ＳＰＡＮと等しい。すなわち、Ｎ・Ｄ_ＳＰＡＮは、ＯＡＤＭから除外された際のチャネル「が伴う（ｃａｒｒｙ）」正味の分散である（以下に示すようにＤ１＝Ｄ_ＰＲＥ＝Ｄ２となるからである）。

本発明によれば、第２分散補償機能Ｄ２が、追加されるべきチャネル（ＡＤＤ）に対する適切な分散補償機能となるように選択される。このことは、分散機能Ｄ２が、ＯＡＤＭが動作する光伝送システムの入力端で用いられる予備補償に類似したものであることを意味する。次いで、第１分散補償Ｄ１が、Ｄ１＝−Ｄ２となるように選択される。このようにすると、通過チャネル（すなわちＴＨＲＵ１〜ＴＨＲＵ４）に付与された第２分散補償Ｄ２の効果は実質的に打ち消される。したがって、通過チャネルは、ＯＡＤＭ１００内で実効的に殆どあるいは全く分散補償を受けないので、直通チャネルのように挙動する（すなわち、出力信号ＯＵＴと組み合わされた後に通過チャネルおよび直通チャネルに付与されている分散補償は実効的に初期入力信号残留分散Ｄ_ＲＥＳのままである）。一実施形態では、第２分散補償Ｄ２は、ほぼ−３００ｐｓ／ｎｍに設定される。第２分散補償Ｄ２で必要とされる負の分散は、分散補償モジュール（Ｄispersion Ｃompensation Ｍodule：ＤＣＭ）を用いて実施できる。

たとえば、Ｇｂ／ｓ超長距離システム（ultra-long-haul system）では、予備補償量は一般に、当該システムが機能すると予測される総合適用範囲（total reach）およびファイバの種類に応じて決まることになる。伝送ファイバが標準的な単一モード・ファイバ（すなわち比較的高い色分散を有するファイバ）である場合、予備補償はたとえば−８００ｐｓ／ｎｍ程度に選択される。ファイバがLucent Technologies社（米国ニュージャージー州マレーヒル）製のTruewave（商標）ファイバやCorning（米国ニューヨーク州コーニング）製のＬＥＡＦ（商標）である場合、予備補償はたとえば−３００ｐｓ／ｎｍに選択される。一般に、予備補償は特定のシステムの特性に対して適用される。しかし、ＯＡＤＭ内での分散を管理するための提案した諸規則は実質的に同じ方式で適用される。

有利なことに、第２分散補償Ｄ２は負の値になるように選択されるので、対応する第１分散補償Ｄ１は正となる。このことは、第１分散補償Ｄ１が低価格の標準単一モード・ファイバ（ＳＳＭＦｓ）を用いて実施できることを意味する。たとえば、予備補償機能としてのシステム性能の研究を載せた有益な参照文献は、本明細書に参照として組み込む以下の論文に見出される：
D.F.Grosz外の「Demonstration of All-Raman Ultra-Wide-Band Transmission of 1.28 Tb/s(128 x 10 Gb/s) over 4000 km of NZ-DSF with Large BER Margins」（European Conference on Optical Communication、 ECOC'01, paper P.D.B.1.3, pages 72-73、 Amsterdam, NL(2001)）

図２は、本発明の実施形態による方法の流れ図を示す。具体的には、図２の方法２００はステップ２１０で入り、「ＡＤＤ」チャネルに対して適切な分散補償が決定される。ステップ２２０で、第２分散補償Ｄ２が、ステップ２１０で計算された「ＡＤＤ」分散に等しいように設定される。ステップ２３０では、第１分散補償Ｄ１が、第２分散補償Ｄ２の負値にほぼ等しいように設定される。

上記の発明は、１０００ｋｍを超える超長距離光学適用範囲でチャネル当り１０Ｇｂ／ｓで動作するシステムの事例において主として説明した。発明者は、このようなシステムが約１０ｐｓ／ｎｍ〜４０ｐｓ／ｎｍの範囲内のＤ_ＲＥＳ＝Ｎ・Ｄ_ＳＰＡＮの分散量を有するチャネルを除外することを企図している。１０Ｇｂ／ｓチャネルはパルス特性をあまり劣化させることなく約Ｄ_ＲＥＳ＝６００ｐｓ／ｎｍまで許容できることに留意されたい。開示した、ＯＡＤＭに対する分散管理の諸規則は広範な個数のスパン（たとえば１５〜６０スパン：これは、典型的ファイバのスパンが１００ｋｍ長であるとして、典型的には１５００〜６０００ｋｍの適用範囲を実現する）に対して適用可能であることに留意されたい。さらに、開示した分散管理の諸規則は、４０Ｇｂ／ｓなど、チャネル当りのビット速度がより高いシステムに対しても使用可能である。これらのシステムについて個々の分散補償が必要であるが、ただしそれは、Ｎ・Ｄ_ＳＰＡＮに対する補償が必要なだけであり、その理由は、Ｄ１はＤ_ＰＲＥ／Ｄ２を相殺する傾向があり、それにより「チャネル毎の同調可能な分散補償器」の設計から制約を取り除くからである。最後に、Ｄ１／Ｄ２の選択は、通信システム経路に沿って特定のＯＡＤＭがどこに配置されているかには依存しない。

図３は、本発明の一実施形態によるシステムの高レベル構成図を示す。具体的には、図３のシステム３００は、光源３０５、複数の（たとえば３個の）光学アド／ドロップ・マルチプレクサ３１０_１、３１０_２、３１０_３、および宛先３１５を含んだ光通信システムである。図には示さないが、通常反対の経路も設けられ、それによって双方向光通信経路を形成している。

第１のＯＡＤＭ３１０_１は、図１に関して上述した教示に従って形成された複数の群プロセッサを用いて構築される。具体的には、複数の波長群プロセッサ１００_１、１００_２、〜、１００_Ｎ（集合的に群プロセッサ１００とする）のそれぞれは、波長分割多重（ＷＤＭ）信号ＩＮ内の対応する（および／または重なっている）波長チャネル群に対して作用する。たとえば、群プロセッサ１００のそれぞれが８個の光学チャネルそれぞれに対して作用する場合、８個の群プロセッサ１００を用いて６４チャネルＷＤＭ信号の状況内で十分な追加／除外機能を提供する。チャネル数に応じてより多いまたは少ない群プロセッサ１００を用いてよい。さらに、ＷＤＭシステム内の光学チャネルのある部分が特定のＯＡＤＭ３１０に対して常に直通である場合、より少ない群プロセッサを用いてよい（すなわち、使用された群プロセッサ１００の数は特定の用途に応じて拡大または縮小してよい）。光源３０５および宛先３１５要素は、任意の従来型光ネットワーク開始および終端ポイントを備えてよい。群プロセッサ１００は入力信号ＩＮおよび出力信号ＯＵＴに対して直列方式、並列方式または直列方式と並列方式の組合せで構成してよいことに留意されたい。

このように、アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）は、各群プロセッサが実質的に図１の装置に従って形成される複数の群プロセッサを用いて実現できる。具体的には、各群プロセッサを用いてＷＤＭ信号内の各光学チャネル群を処理する。各群を形成する光学チャネルはその群の専用にしてもよく、または複数の群にマッピングされてもよいことに留意されたい。さらに、群プロセッサ１００用の帯域通過フィルタ（１１０、１８０）は、ＷＤＭ信号から／に対して複数のチャネル群を抽出／挿入するように動作することに留意されたい。最後に、光通信システム３００内でこのようなＯＡＤＭ３１０を１つまたは複数用いてもよいことに留意されたい。

本発明の教示を組み込んだ種々の実施形態を詳細に図示し説明したが、当業者はこれらの教示をさらに組み込んだ他の多様な実施形態を容易に考案できよう。

本発明の実施形態による光学アド／ドロップ・マルチプレクサの高レベル構成図である。 本発明の実施形態による方法の流れ図である。 本発明の実施形態によるシステムの高レベル構成図である。

Claims (9)

1. 入力波長分割多重化（ＷＤＭ）信号から抽出された光学チャネル群に対して第１分散補償を付与して、対応する第１分散補償済み光学チャネル群を生成する第１分散補償器と、
   前記第１分散補償済み光学チャネル群の少なくとも１つの光学チャネルを任意の追加光学チャネルと多重化して、出力光学チャネル群を生成する光学マルチプレクサと、
   前記出力光学チャネル群に対して第２分散補償を付与して、対応する第２分散補償済み光学チャネル群を生成する第２分散補償器とを備え、
   前記第２分散補償が、該入力ＷＤＭ信号に付与された予備補償と同様の分散になるように選択され、
   前記第１分散補償は、前記マルチプレクサに供給された前記第１分散補償済み光学チャネル群の前記少なくとも１つの光学チャネルに付与された前記第２分散補償の効果を実質的に相殺するように選択されることを特徴とする装置。
   
2. 前記波長分割多重化（ＷＤＭ）信号から前記光学チャネル群を抽出する第１帯域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
   
3. 前記第２分散補償済み光学チャネル群を前記ＷＤＭ信号に挿入する第２帯域通過フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の装置。
   
4. 前記第２分散補償は負の分散補償を含み、前記第１分散補償は正の分散補償を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
   
5. 前記第２分散補償は−３００ｐｓ／ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の装置。
   
6. 少なくとも１つの光学アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）（３１０）からなる光通信システム（３００）であって、該ＯＡＤＭが複数の群プロセッサ（１００_Ｎ）を含み、
   前記複数の群プロセッサの各々がＷＤＭ信号内の光学チャネルのそれぞれのサブセットに応答し、前記複数の群プロセッサの各々が、
   入力波長分割多重化（ＷＤＭ）信号から抽出された光学チャネル群に対して第１分散補償を付与して、対応する第１分散補償済み光学チャネル群を生成する第１分散補償器、
   前記第１分散補償済み光学チャネル群の少なくとも１つの光学チャネルを任意の追加光学チャネルと多重化して、出力光学チャネル群を生成する光学マルチプレクサ、及び
   前記出力光学チャネル群に対して第２分散補償を付与して、対応する第２分散補償済み光学チャネル群を生成する第２分散補償器を備え、
   前記第２分散補償が、該入力ＷＤＭ信号に付与された予備補償と同様の分散になるように選択され、
   前記第１分散補償は、前記マルチプレクサに供給された前記第１分散補償済み光学チャネル群の前記少なくとも１つの光学チャネルに付与された前記第２分散補償の効果を実質的に相殺するように選択される光通信システム。
   
7. 入力波長分割多重化（ＷＤＭ）信号から抽出された光学チャネル群に対して第１分散補償を付与して、対応する第１分散補償済み光学チャネル群を生成する工程と、
   前記第１分散補償済み光学チャネル群の少なくとも１つの光学チャネルを任意の追加光学チャネルと多重化して、出力光学チャネル群を生成する工程と、
   前記出力光学チャネル群に対して第２分散補償を付与して、対応する第２分散補償済み光学チャネル群を生成する工程とを含み、
   前記第２分散補償が、該入力ＷＤＭ信号に付与された予備補償と同様の分散になるように選択され、
   前記第１分散補償は、前記マルチプレクサに供給された前記第１分散補償済み光学チャネル群の前記少なくとも１つの光学チャネルに付与された前記第２分散補償の効果を実質的に相殺するように選択されることを特徴とする方法。
   
8. 前記波長分割多重化（ＷＤＭ）信号から前記光学チャネル群を抽出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
   
9. 複数の波長チャネル群プロセッサを含み、前記波長チャネル群プロセッサのそれぞれは、各光学チャネル群内の光学チャネルに関する光学チャネルの除外、通過および追加の機能の少なくとも１つを選択的に実現するように動作し、前記波長チャネル群プロセッサのそれぞれは、
   入力波長分割多重化（ＷＤＭ）信号から抽出された各光学チャネル群に対して第１分散補償を付与して、対応する第１分散補償済み光学チャネル群を生成する第１分散補償器と、
   前記第１分散補償済み光学チャネル群の少なくとも１つの光学チャネルを任意の追加光学チャネルと多重化して、出力光学チャネル群を生成する光学マルチプレクサと、
   前記出力光学チャネル群に対して第２分散補償を付与して、対応する第２分散補償済み光学チャネル群を生成する第２分散補償器とを備え、
   前記第２分散補償が、該入力ＷＤＭ信号に付与された予備補償と同様の分散になるように選択され、
   前記第１分散補償は、前記マルチプレクサに供給された前記第１分散補償済み光学チャネル群の前記少なくとも１つの光学チャネルに付与された前記第２分散補償の効果を実質的に相殺するように選択されることを特徴とする光学アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）。

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