JP5079669B2 - 光ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、複数の光クロスコネクト装置間を波長多重伝送路を介して接続し、各波長の経路を自在に切り替える構成の光ネットワークシステムに関する。

図１は、光ネットワークシステムの構成例を示す（特許文献１）。
図において、６個の光クロスコネクト装置１〜６が波長多重伝送路を介して接続される。ここで、波長多重伝送路の符号ｘｙは、光クロスコネクト装置ｘと光クロスコネクト装置ｙとの間の接続を示す。各光クロスコネクト装置は、複数の光信号入力部と光信号出力部およびこれらの入出力信号間を接続するスイッチを基本構成とし、任意の入力線と出力線をスイッチによって一意に接続し、さらにオペレーションシステム１００からの制御に応じてこれらの接続組み合わせの変更が可能になっている。例えば、光クロスコネクト装置１のアドポートから入力したクライアント信号は、オペレーションシステム１００の制御に応じた経路を介して光クロスコネクト装置６のドロップポートに出力される。

このような光クロスコネクト装置のスイッチには、構成の簡易さ、コスト、信頼性の観点から光信号を電気信号に変換せず、そのまま切り替える光スイッチ８を用いることが多い。光スイッチ８を用いた光クロスコネクト装置の構成例を図２に示す。方路数、すなわち接続される波長多重伝送路数をＭとすると、１つの光クロスコネクト装置にはＭ本の波長多重伝送路が接続される。さらに、各波長多重伝送路には複数の波長の光信号が含まれるため、例えば最大波長多重数をＮとすると、Ｍ本の波長多重伝送路から入力する波長多重光信号はそれぞれ波長分波器７によってＮ本の光信号に分離され、光スイッチ８に入力する。

また、光クロスコネクト装置において新たにクライアント信号を加えたり、取り出す構成が一般的である。図２の構成では、Ｊ個の送信器から光信号を光クロスコネクト装置に入力するＪ個のアドポートがあり、Ｊ個のドロップポートから取り出した光信号をＪ個の受信器に入力する。

このような光クロスコネクト装置の光スイッチ８は、Ｎ×Ｍ＋Ｊ本の光信号を任意にクロスコネクトし、Ｎ×Ｍ＋Ｊ本の出力ポートに出力する。その後、これらの出力光信号のうちのいくつかを波長合波器９によって波長多重し、それぞれＭ本の波長多重伝送路のいずれかに出力する。このとき、波長合波器９によって光信号を波長多重する場合に、各光信号の波長が互いに異なることが必要である。一方、波長多重光信号に用いられる波長帯は、それぞれの波長多重伝送路で同じである場合が一般的である。そのため、光クロスコネクト装置の出力側の波長合波器９に、異なる波長多重伝送路から入力してきた同じ波長の光信号がルーチングされる場合もある。

この場合には、図３に示すように、光スイッチ８のいくつかのポートに波長変換器１０を備え、波長多重伝送路に同一波長をもつ異なる光信号が入力されるときに、その一方の光信号の波長を波長変換器１０に接続し、その波長多重伝送路で未使用の波長に変換して光スイッチ８に再入力する構成が考えられる。あるいは、図４に示すように、光スイッチ８の出力ポートの一部または全部に波長変換器１０を備え、波長競合が生じたときにいずれか一方の波長を変換してから波長合波器９で波長多重する構成もある。

図５は、波長多重伝送路の構成例を示す。波長多重伝送路は、光ファイバ５１−１〜５１−Ｋと光増幅器５２−１〜５２−Ｋを交互に接続し、光ファイバ５１−ｉを伝搬した光信号は伝搬中の損失を補償する利得を有する光増幅器５２−ｉで光信号レベルが増大する。

図６は、波長多重伝送路を伝搬する波長多重光信号と光雑音の光スペクトルを示す。ここでは、波長多重光信号は波長λ１〜λ４の４波であり、Δλの等間隔に配置される。光信号レベルは、光ファイバを伝搬することによって減衰するが、光増幅器出力において元の値に復帰する。しかし、同時に光増幅器は光雑音を発生するため、光信号が光増幅器を通過するごとに光増幅器５２−１〜５２−Ｋで発生する光雑音が累積し、光信号対雑音比が劣化する。このときの光信号対雑音比γ₀ は、
γ₀ ＝Ｓ₀／(２ｎ_sp(Ｇ−１)ｈνＢＫ） …(1)
で表される。ここで、Ｓ₀ は光信号電力、Ｇは光増幅器利得、Ｋは光増幅器数、Ｂはビットレート、ｈはプランク定数、νは光の周波数、ｎ_spは自然放出光パラメータで光増幅器の雑音指数ＦとＦ＝２ｎ_sp(Ｇ−１)／Ｇの関係にある。

所要の信号品質を満たすためには、光受信器において光信号対雑音比がある値以上でなければならない。しかし、式(1) より光増幅器出力での光信号レベルが一定である場合、光信号対雑音比は光増幅器数Ｋとともに減少するため、再生中継せずに伝送できる距離が限定されることになる。

通常の波長多重伝送路では、波長多重された全ての光信号は同一の距離を伝搬するので光信号レベルは一定であり、この光信号レベルを増大させることにより光信号対雑音比は向上する。ただし、その一方で光ファイバの非線形効果が顕著になり、光信号を劣化させることが知られている。

光ファイバ非線形効果としては、光信号自身の強度変化によってもたらされる自己位相変調効果、ある波長の光信号の強度変化が他の光信号に影響を与える相互位相変調効果、２波長または３波長の異なる光信号の相互作用によって生ずる四光波混合が知られている。したがって、長距離にわたって波長多重光信号を伝送するためには、この光信号対雑音比と光ファイバ非線形効果の両者の面から光信号レベルを決定する必要がある。

ここで、図１の光ネットワークシステムの光クロスコネクト装置間を図５の波長多重伝送路を用いて接続したときの運用例について、図７を参照して説明する。光クロスコネクト装置１は波長λ１，λ３の光信号を入力し、波長λ１の光信号は波長多重伝送路１２、光クロスコネクト装置２、波長多重伝送路２５、光クロスコネクト装置５、波長多重伝送路５６を介して光クロスコネクト装置６から出力される。また、波長λ３の光信号は波長多重伝送路１２、光クロスコネクト装置２、波長多重伝送路２５、光クロスコネクト装置５から出力される。光クロスコネクト装置２から入力する波長λ２の光信号は、波長多重伝送路２５を介して光クロスコネクト装置５から出力される。さらに、光クロスコネクト装置４から入力する波長λ４の光信号は、同様にいくつかの波長多重伝送路および光クロスコネクト装置を介して光クロスコネクト装置６から出力される。

図８は、光リングシステムの構成例を示す。光リングシステムは、図１の光ネットワークシステムの光クロスコネクト装置間を図５の波長多重伝送路を用いてリング状に接続して構成されるが、光クロスコネクト装置の代わりにリング内の光信号の挿入または分岐を行う光スイッチ８を用いた構成も可能である。本構成では、光クロスコネクト装置１から入力する波長λ１の光信号は、波長多重伝送路１２、光クロスコネクト装置２、波長多重伝送路２３を介して光クロスコネクト装置３から出力される。また、光クロスコネクト装置２から入力する波長λ２の光信号は、波長多重伝送路２３を介して光クロスコネクト装置３から出力される。さらに、光クロスコネクト装置４から入力する波長λ３の光信号は、波長多重伝送路１３、光クロスコネクト装置１、波長多重伝送路１２、光クロスコネクト装置２、波長多重伝送路２３を介して光クロスコネクト装置３から出力される。

図７に示す光ネットワークシステムや図８に示す光リングシステムでは、各波長多重伝送路において波長多重伝送される光信号は同一の光信号レベルになるように設定される。例えば、図７に示す波長多重伝送路２５では、波長λ１〜λ４の光信号が波長多重伝送されるが、それぞれの伝搬距離の違いに伴う光信号対雑音比が異なった状態で光信号レベルが同一になるように設定される。
特開平０６−２９２２４６号公報

光ネットワークシステムの波長多重伝送路を伝搬する光信号レベルは、最も光雑音の累積が大きくなる光信号レベルに合せる必要がある。例えば、図７の光ネットワークシステムでは、波長多重伝送路２５を通過している波長λ１〜λ４の光信号のうち、最も光雑音の累積が大きい波長λ４の光信号に合せて光信号レベルを設定することになる。そのため、他の波長の光信号レベルが増大し、それに伴って光ファイバ非線形効果による劣化を受けやすくなる。また、波長多重伝送路を構成する光ファイバ増幅器の飽和光出力限界により、波長多重光信号総量での光出力レベルも制限される。

本発明は、光クロスコネクト装置と波長多重伝送路から構成される光ネットワークシステムにおいて、光信号レベルまたは波長間隔の調整により波長多重伝送路における光信号の品質と収容効率を向上させることを目的とする。

本発明は、複数の光クロスコネクト装置が波長多重光信号を伝送する波長多重伝送路を介して接続された光ネットワークシステムにおいて、光クロスコネクト装置は、波長多重伝送路から波長多重光信号を入力する複数の光入力ポートと、波長多重伝送路に波長多重光信号を出力する複数の光出力ポートと、波長多重伝送路に出力する波長多重光信号に合波する光信号を入力するアドポートと、波長多重伝送路から入力する波長多重光信号から分波された光信号を出力するドロップポートとを有し、光入力ポートおよびアドポートと光出力ポートおよびドロップポートとを接続する構成であり、光クロスコネクト装置の光クロスコネクトに用いる光パス設定情報から、波長多重伝送路を伝搬する各波長の光信号の伝送距離または光雑音累積量を取得し、各波長の光信号の伝送距離または光雑音累積量に応じて各波長の光信号ごとに所要の信号品質を満たす光信号レベルに制御し、さらに、当該光信号レベルに対する光非線形効果の影響に応じて各波長の光信号が所要の信号品質を満たす波長間隔に制御する波長多重光信号制御部を備える。

波長多重光信号制御部は、光クロスコネクト装置の光クロスコネクトに用いる光パス設定情報から取得する波長多重伝送路の波長多重数または各波長の光信号のビットレートに応じて、各波長の光信号が所要の信号品質を満たす光信号レベルに制御し、さらに、当該光信号レベルに対する光非線形効果の影響に応じて各波長の光信号が所要の信号品質を満たす波長間隔に制御する構成である。

光クロスコネクト装置は、ＭＥＭＳミラーの角度変化によって光接続を行う光スイッチを用いた構成であり、波長多重光信号制御部は、光パス設定情報に応じてＭＥＭＳミラーの角度調整により光信号レベルを制御する構成としてもよい。

本発明の光ネットワークシステムは、波長多重伝送路を伝搬する各波長の光信号の伝送距離などの運用状態に応じて、各波長の光信号レベルまたは波長を調整することにより、光信号劣化を低減するとともにシステムの収容効率を向上させることができる。さらに、光信号劣化の低減により伝送距離の増大が可能となり、また経済的な安定な動作を実現することができる。

図９は、本発明の光ネットワークシステムの実施形態を示す。ここでは、図７に示す光ネットワークシステムの構成および運用例に基づいて本実施形態の特徴について説明する。

図において、各光クロスコネクト装置１〜６は、それぞれ波長多重伝送路に送出する各波長の光信号レベルを個別に制御可能な波長多重光信号制御部を備え、オペレーションシステム１００からの光パス設定要求により、各波長の光信号が通過する経路の伝送距離または光雑音累積量に応じて所要の信号品質を満たす光信号レベルに制御する。ここでは、光クロスコネクト装置２の波長多重光信号制御部２００において、波長多重伝送路２５に送出する各波長の光信号レベルの制御例を図９(2) に示すが、他の光クロスコネクト装置のそれぞれの波長多重光信号制御部においても同様に各波長の光信号レベルの制御が行われる。

従来技術では、図６に示すように均一な光信号レベルになるが、本実施形態では伝送距離が長い波長λ１，λ３，λ４の光信号レベルはほぼ均一になるものの、伝送距離が短い波長λ２の光信号に対する光雑音累積量が小さいので、必要な光信号対雑音比を確保しうる範囲でできるだけ小さい光信号レベルに設定する。このように、伝送距離が短く光雑音累積量が小さい光信号については、光信号レベルが相対的に小さくなるように設定することにより、種々の光ファイバ非線形効果による劣化を低減することができる。

図１０は、光信号レベルと光信号劣化の関係を示す。
自己位相変調効果は、光信号自身の強度変化によって光ファイバの屈折率が変化し、結果として光信号に過剰な位相変化をもたらすが、この位相変化量は光信号自身の光信号レベルに比例する。相互位相変調効果は、波長多重伝送時に１つの光信号の強度変化によって光ファイバの屈折率が変化し、結果として他の光信号に過剰な位相変化をもらたすが、その大きさは光信号レベルに比例することが知られている。したがって、相互位相変調効果による光信号劣化は、劣化を受ける光信号以外の光信号レベルに比例することになる。四光波混合は、２または３の波長の異なる光信号が相互作用することで、これらの光信号間の波長差（周波数差）に応じた波長位置に新たな成分が生ずるため、この波長位置にある光信号に対してクロストークを生ずることなる。この四光波混合の大きさは、２つの光信号が相互作用する縮退四光波混合では光信号レベルの二乗に比例することが知られている。

以上示した光ファイバ非線形効果による光信号劣化は、図１０に示すように波長多重伝送路内の光信号レベルに比例または光信号レベルの二乗に比例して増加することになる。したがって、本実施形態において、波長λ２の光信号レベルを調整することにより、波長λ２の光信号自身の自己位相変調効果による光信号劣化と、波長λ２の光信号が他の波長の光信号と相互作用することによる相互位相変調効果および四光波混合の両者による光信号劣化を低減することができる。

（波長多重光信号制御部２００の第１の構成例）
図１１は、本発明の光ネットワークシステムの波長多重光信号制御部２００の第１の構成例を示す。

図において、光クロスコネクト装置は、波長多重伝送路数をＭ、各波長多重伝送路の最大波長多重数をＮ、アドポートの送信器で生成された光信号を入力するポート数をＪ、ドロップポートの受信器に光信号を出力するポート数をＪとする。Ｍ本の波長多重伝送路から入力する波長多重光信号はそれぞれ波長分波器７によってＮ本の光信号に分離され、光スイッチ８に入力する。さらに、光スイッチ８は、アドポートから入力するＪ本の光信号を加えてＮ×Ｍ＋Ｊ本の光信号を任意にクロスコネクトし、Ｎ×Ｍ＋Ｊ本の出力ポートに出力する。そして、Ｎ本ずつの光信号を波長合波器９によって波長多重してそれぞれＭ本の波長多重伝送路に出力し、Ｊ本の光信号をドロップポートの受信器に出力する。

本実施形態の波長多重光信号制御部２００は、各波長多重伝送路に送出する光信号を波長合波器９で波長多重する前に、各波長の光信号ごとに光信号レベルを調整する光可変減衰器２０１を備える。光スイッチ８の光パス設定を行う光パス設定制御部２０２は、オペレーションシステム１００からの光パス設定要求により、各波長の光信号が通過する経路の伝送距離または光雑音累積量に応じて所要の信号品質を満たす光信号レベルを算出し、各波長対応の光可変減衰器２０１の減衰量を調整する。

なお、光クロスコネクト装置が図３および図４に示すように波長変換機能を含む構成であっても、同様に光可変減衰器２０１および光パス設定制御部２０２からなる波長多重光信号制御部２００により、各波長の光信号レベルを制御する構成とすることができる。

（波長多重光信号制御部２００の第２の構成例）
図１２は、本発明の光ネットワークシステムの波長多重光信号制御部２００の第２の構成例を示す。

本構成例は、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ８１，８２と、複数のミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ８３，８４を組み合わせ、各ＭＥＭＳミラーアレイ８３，８４の角度を制御して任意の入出力ポート間の接続（出力経路の切り替え）を可能にする光スイッチ８に適用するものである。光パス設定制御部（図示せず）は、オペレーションシステムからの光パス設定要求により、各波長の光信号が通過する経路の伝送距離または光雑音累積量に応じて所要の信号品質を満たす光信号レベルを算出し、このＭＥＭＳミラーアレイ８３，８４の角度を微調整して光信号レベルを調整する。また、波長合分波器とＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチを一体にした波長選択型スイッチでも同様の原理により光信号レベルの調整が可能である。

（波長多重光信号制御部２００の第３の構成例）
図１３は、本発明の光ネットワークシステムの波長多重光信号制御部２００の第３の構成例を示す。

本構成例は、光クロスコネクト装置の出力段に、波長ごとの透過特性を設定できる可変光等化器２０３を備えたものである。光パス設定制御部２０２は、オペレーションシステム１００からの光パス設定要求により、各波長の光信号が通過する経路の伝送距離または光雑音累積量に応じて所要の信号品質を満たす光信号レベルに制御する。このような可変光等化器２０３としては、グレーティング光バルブと呼ばれる光の反射特性を可変にできるデバイスや、波長単位で光減衰特性を調整できる波長ブロッカーを用いることができる。また、波長多重伝送路を構成する光増幅器と可変光等化器２０３をセットで構成してもよい。

（波長多重光信号制御部２００の第４の構成例）
図１４は、本発明の光ネットワークシステムの波長多重光信号制御部２００の第４の構成例を示す。

本構成例は、図９に示す第１の構成例の光可変減衰器２０１を用いる構成に加えて、アドポートの送信器を送信波長の設定が可能な波長可変送信器２０４に置き換えたものである。光パス設定制御部２０２は、オペレーションシステム１００からの光パス設定要求により、各波長の光信号が通過する経路の伝送距離または光雑音累積量に応じて所要の信号品質を満たす光信号レベルを算出して光可変減衰器２０１を制御するとともに、アドポートから入力するクライアント信号の設定波長を算出して波長可変送信器２０４を制御する。なお、光可変減衰器２０１に代えて、図１２の第２の構成例のＭＥＭＳミラーアレイ８３，８４の角度を制御する構成、あるいは図１３の第３の構成例の可変光等化器２０３を用いる構成でもよい。ここで、本構成例の波長多重光信号制御部２００を図１５に示す光ネットワークシステムに適用した場合について説明する。

図１５において、光クロスコネクト装置２から入力された波長λ１，λ２，λ３の光信号は、波長多重伝送路２５を介して光クロスコネクト装置５から出力される。光クロスコネクト装置４から入力された波長λ４の光信号は、波長多重伝送路２４、光クロスコネクト装置２、波長多重伝送路２５、光クロスコネクト装置５、波長多重伝送路５６を介して光クロスコネクト装置６から出力される。すなわち、波長λ１，λ２，λ３の光信号は比較的短い経路を通り光雑音累積量が小さいが、波長λ４の光信号は比較的長い経路を通るので光雑音累積量が大きくなる。本構成例における光パス設定制御部２０２は、例えば波長多重伝送路２５における光信号レベルおよび波長を図１５(2) に示すように設定する。波長λ４の光信号に比べて、波長λ１，λ２，λ３の光信号レベルを小さくするとともに、波長間隔も比較的小さな値Δλ’とする。

光ファイバ非線形効果のうち、相互位相変調効果は光ファイバの波長分散または波長間隔に反比例する。四光波混合は、光ファイバの波長分散に反比例し、波長間隔の二乗に反比例する。すなわち、相互位相変調効果および四光波混合による光信号劣化は、図１６に示すように、光信号の波長間隔に対して異なる依存性をもつ。また、相互位相変調効果および四光波混合は、図１０に示すように、光信号レベルに対する依存性も異なる。したがって、光ファイバの波長分散や偏波分散などのパラメータや必要な光信号レベル等のパラメータに応じて、光信号劣化要因を低減するように光信号レベルおよび波長を設定し、最も劣化が少なく安定した光信号伝送ができるように制御する。

例えば、図１５(2) において、波長λ１，λ２，λ３の光信号レベルを図９(2) の場合の半分にすると、波長間隔Δλ’をΔλの半分としても、これら光信号間の相互位相変調効果と四光波混合の大きさはほぼ同じになると考えられる。このとき、図９(2) と同じ信号占有帯域に対して波長λ３とλ４の波長間隔を２Δλとすることができるので、波長λ４の光信号から受ける相互位相変調効果や四光波混合による相互作用の大きさを小さくすることができる。

以上説明した実施形態では、波長多重伝送路を伝搬する光信号ごとにその伝送距離または光雑音累積量に従って、光信号レベルまたは波長位置を変化させた。一方、式(1) から明らかなように、光信号ごとにビットレートが変わる場合にも光信号対雑音比が変わるので、同様にビットレートに応じて、光信号レベルまたは波長位置を変化させて波長多重伝送路の収容効率を向上さこせることができる。また、ある区間の波長多重伝送路における波長多重数が小さい場合には、相互作用する光信号数が少なくなるので、その波長多重伝送路での光信号レベルを増大させて光信号対雑音比を向上させることも可能である。

光ネットワークシステムの構成例を示す図。 光クロスコネクト装置の構成例を示す図。 光クロスコネクト装置の構成例を示す図。 光クロスコネクト装置の構成例を示す図。 波長多重伝送路の構成例を示す図。 波長多重伝送路を伝搬する波長多重光信号と光雑音の光スペクトルを示す図。 光ネットワークシステムの運用例を示す図。 光リングシステムの運用例を示す図。 本発明の光ネットワークシステムの実施形態を示す図。 光信号レベルと光信号劣化の関係を示す図。 波長多重光信号制御部２００の第１の構成例を示す図。 波長多重光信号制御部２００の第２の構成例を示す図。 波長多重光信号制御部２００の第３の構成例を示す図。 波長多重光信号制御部２００の第４の構成例を示す図。 波長多重光信号制御部２００の第４の構成例を適用する光ネットワークシステムの実施形態を示す図。 光信号の波長間隔と光信号劣化の関係を示す図。

符号の説明

１〜６ 光クロスコネクト装置
７ 波長分波器
８ 光スイッチ
９ 波長合波器
１０ 波長変換器
１２，１３，２５，３４，４６，５６ 波長多重伝送路
５１ 光ファイバ
５２ 光増幅器
８１，８２ コリメータアレイ
８３，８４ ＭＥＭＳミラーアレイ
１００ オペレーションシステム
２００ 波長多重光信号制御部
２０１ 光可変減衰器
２０２ 光パス設定制御部
２０３ 可変光等化器
２０４ 波長可変送信器

Claims (3)

1. 複数の光クロスコネクト装置が波長多重光信号を伝送する波長多重伝送路を介して接続された光ネットワークシステムにおいて、
   前記光クロスコネクト装置は、前記波長多重伝送路から前記波長多重光信号を入力する複数の光入力ポートと、前記波長多重伝送路に前記波長多重光信号を出力する複数の光出力ポートと、前記波長多重伝送路に出力する前記波長多重光信号に合波する光信号を入力するアドポートと、前記波長多重伝送路から入力する前記波長多重光信号から分波された光信号を出力するドロップポートとを有し、前記光入力ポートおよび前記アドポートと前記光出力ポートおよび前記ドロップポートとを接続する構成であり、
   前記光クロスコネクト装置の光クロスコネクトに用いる光パス設定情報から、前記波長多重伝送路を伝搬する各波長の光信号の伝送距離または光雑音累積量を取得し、各波長の光信号の伝送距離または光雑音累積量に応じて各波長の光信号ごとに所要の信号品質を満たす光信号レベルに制御し、さらに、当該光信号レベルに対する光非線形効果の影響に応じて各波長の光信号が所要の信号品質を満たす波長間隔に制御する波長多重光信号制御部を備えた
   ことを特徴とする光ネットワークシステム。
2. 請求項１に記載の光ネットワークシステムにおいて、
   前記波長多重光信号制御部は、前記光クロスコネクト装置の光クロスコネクトに用いる光パス設定情報から取得する前記波長多重伝送路の波長多重数または各波長の光信号のビットレートに応じて、各波長の光信号が所要の信号品質を満たす光信号レベルに制御し、さらに、当該光信号レベルに対する光非線形効果の影響に応じて各波長の光信号が所要の信号品質を満たす波長間隔に制御する構成である
   ことを特徴とする光ネットワークシステム。
3. 請求項１に記載の光ネットワークシステムにおいて、
   前記光クロスコネクト装置は、ＭＥＭＳミラーの角度変化によって光接続を行う光スイッチを用いた構成であり、
   前記波長多重光信号制御部は、前記光パス設定情報に応じて前記ＭＥＭＳミラーの角度調整により前記光信号レベルを制御する構成である
   ことを特徴とする光ネットワークシステム。

Images