JP5371607B2 - Ｗｄｍ伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）伝送システムに関し、例えば４０Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）信号等の大容量光伝送時の光受信器にて、ＷＤＭ伝送システム内に設置された光アドドロップ装置の高次分散や帯域制限の補償を行うのに好適な技術に関する。

インターネットトラフィックは年々増加しており、都市内や都市間の情報伝送を支える基幹ネットワークの通信容量の大容量化が求められている。現在の基幹ネットワークは波長の異なる複数の１０Ｇｂｐｓ光信号を束ねて一本の光ファイバで伝送するＷＤＭ伝送システムを用いている。この既存のＷＤＭ伝送システムの大容量化の際には、初期投資を抑え、トラフィックの需要に応じた段階的な容量拡大が望まれている。その手法として、トラフィックの需要に応じて１０Ｇｂｐｓ用の送受信装置を４０Ｇｂｐｓ信号用の送受信装置に交換するだけで、ＷＤＭ伝送システム内において送受信装置以外を変更しない、効率的な通信容量の拡大方法が検討されている。

しかしながら、４０Ｇｂｐｓ信号のような高速信号を用いた光ファイバ伝送においては、光ファイバ中の２次の波長分散という特性（以下、２次分散と称す。）によって、光波形が劣化し、伝送速度や伝送距離が制限されてしまう場合がある。２次分散とは、光ファイバ中で光信号が伝搬する群速度の波長依存性のことである。光波形は厳密には複数の波長成分を持ち（光強度スペクトルに広がりを持ち）、群速度に波長依存性があると、光ファイバ中をゆっくりと進む成分と早く進む成分が現れて、その結果として波形が広がることになり、２次分散の値が無視できない場合には、波形歪が発生して受信特性が劣化してしまう。

従来、光伝送路の経路変更が行われるＷＤＭ伝送システムにおいて、光ファイバ中の２次分散の補償が可能な受信器として、下記特許文献１により提案されている技術がある。この特許文献１の光受信器では、受信信号光を光電変換した電気信号から総２次分散量を見積もり、その総２次分散量に基づき、受信データの識別閾値と識別タイミングとを決定することにより、光伝送路の経路情報を使用せずに、等価的に、光波長の２次分散補償を行って、光伝送路の経路変更に対処できるようにしている。

特開２００４―１５５５２号公報

ＷＤＭ伝送システムにおいて光信号の伝送経路の変更を行う際には、伝送経路上に設置された光アドドロップ装置を用いて光信号の通過、追加及び分岐を選択的に行う。ＷＤＭ伝送システムの伝送経路上に設置済みである光アドドロップ装置は本来、１０Ｇｂｐｓ信号用として設計されているため、１０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトルの帯域幅内では３次以上の波長分散（以下、高次分散と称す。）の影響や光信号の光強度スペクトルの帯域制限の影響は無い。

しかしながら、１０Ｇｂｐｓ信号に比べて光強度スペクトルの帯域幅の広い、４０Ｇｂｐｓ信号等の大容量光伝送を行う際に、光信号の特性を劣化させずに伝送するためには、光ファイバ中の２次分散の補償だけでなく、伝送経路上に設置された光アドドロップ装置内の高次分散や帯域制限を最適に補償する必要がある。

ここで、光信号の伝送経路の変更がないシステムであれば、受信装置内の補償器は、伝送経路上に設置されている光アドドロップ装置の高次分散や帯域制限に対して、最適な補償量を固定的に設定しておけばよい。しかし、ＷＤＭ伝送システムのネットワーク構成としては、リングネットワークやメッシュネットワーク等が存在し、それぞれにおいて、ネットワークキャリアの要求に応じて、光信号の伝送経路は変更する構成を取っている。そのため、伝送経路の変更を行う際に、光アドドロップ装置の通過回数が伝送経路の変更前後で変化することが考えられる。光アドドロップ装置の通過回数の増加につれて高次分散や帯域制限の影響は増大するため、伝送経路に応じた高次分散や帯域制限の最適な補償を行うことが課題となる。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、光信号の伝送経路変更をＷＤＭ伝送システムに設置されている経路監視部で検出し、さらに伝送経路の変更を検出するのと同時に伝送経路上の光アドドロップ装置の情報を経路監視部が取得し、そして上記情報に基づいて補償器の補償量を制御することにより、伝送経路に応じた高次分散や帯域制限の補償を高速に行うことを目的としている。

上記のような課題に対して、本発明が提供するひとつの構成は、光信号を送信する光送信器と、前記光信号を電気信号に変換する光受信器と、前記光信号の通過・追加・分岐を選択的に行う光アドドロップ装置と、前記光アドドロップ装置を接続するための光ファイバ伝送路と、前記光信号の経路変更を監視する経路監視部と、前記光アドドロップ装置の高次分散もしくは帯域制限による前記光信号の劣化を補償する補償器と、前記補償器に補償量を伝達する補償量制御部とを備え、前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号の伝送を行う経路上の前記光アドドロップ装置に関する情報を前記経路監視部で取得し、前記情報に基づいて、前記補償量制御部が前記補償器の補償量を制御することを特徴とするＷＤＭ伝送システムである。

また、本発明が提供する他の構成は、光信号を送信する光送信器と、前記光信号を電気信号に変換する光受信器と、前記光信号の通過・追加・分岐を選択的に行う光アドドロップ装置と、前記光アドドロップ装置を接続するための光ファイバ伝送路と、前記光信号の経路変更を監視する経路監視部と、前記光アドドロップ装置の高次分散もしくは帯域制限による前記光信号の劣化を補償する補償器と、伝送経路上に設置されている前記アドドロップ装置の個数に対して、最適な補償量を制御し、そして前記補償器に補償量を伝達する補償量制御部とを備え、前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号の伝送を行う経路上の前記光アドドロップ装置に関する情報のうち光アドドロップ装置の個数を前記経路監視部で取得し、前記光アドドロップ装置の個数に基づいて、前記補償量制御部が前記補償器の最適な補償量を制御することを特徴とするＷＤＭ伝送システムである。

また、本発明が提供するさらに他の構成は、光信号を送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器と、前記光信号の通過・追加・分岐を選択的に行う、性能の異なる複数の光アドドロップ装置と、前記光アドドロップ装置を接続するための光ファイバ伝送路と、前記光信号の経路変更を監視する経路監視部と、前記光アドドロップ装置の高次分散もしくは帯域制限による前記光信号の劣化を補償する補償器と、前記アドドロップ装置をひとつのみ通過するときに必要となる補償量の数値データを持ち、そして前記補償器に補償量を伝達する補償量制御部を備え、前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号の伝送を行う経路上の前記光アドドロップ装置に関する情報のうち光アドドロップ装置の個数を前記経路監視部で性能毎に取得し、上述のように性能毎に取得した前記光アドドロップ装置の個数に基づいて、前記補償量制御部が前記補償器の補償量を制御することを特徴とするＷＤＭ伝送システムである。

上記本発明によれば、経路監視部で伝送経路の変更が検出されると、補償量制御部が経路監視部から取得した光アドドロップ装置の情報に基づいて、伝送経路に最適な補償量を制御するため、光信号の伝送途絶を生じさせること無く、最良な大容量光伝送が可能となる。

また、本発明によれば、補償量制御部が経路監視部から取得した光アドドロップ装置の個数に応じた補償量を制御するため、多くのメモリを保持する必要が無く、又、複雑な回路を必要とせず、安価に、かつ、高速に補償することが可能となる。

第１の実施の形態のＷＤＭ伝送システムの構成を説明するための図である。 光アドドロップ装置の通過の構成を説明するための図である。 光アドドロップ装置の追加の構成を説明するための図である。 光アドドロップ装置の分岐時の構成を説明するための図である。 光アドドロップ装置の分散特性を説明するための図である。 光アドドロップ装置の透過特性を説明するための図である。 光アドドロップ装置の１０Ｇｂｐｓ信号と４０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトルを説明するための図である。 光アドドロップ装置を複数回通過したときの高次分散に対する最適な補償量を説明するための図である。 光アドドロップ装置を複数回通過したときの帯域制限に対する最適な補償量を説明するための図である。 本発明の第1の実施の形態における、経路監視部５と、補償量制御部６と、補償器７と、受信器８との間における情報のやり取りを説明するシーケンス図である。 本発明の第２の実施の形態における、経路監視部５と、補償量制御部６と、補償器７と、受信器８との間における情報のやり取りを説明するシーケンス図である。

以下に、図面を用いて実施の形態を詳述する。
＜第１の実施の形態＞
図１に、ＷＤＭ伝送システムの第１の実施の形態の構成図を示す。

以下に、本発明の第１の実施の形態を説明する。

提案するＷＤＭ伝送システムは、１波長の変調された光信号を送出する光送信器１と、ＷＤＭ信号の各波長の光信号の通過、追加及び分岐を選択的に行う光アドドロップ装置２Ａ〜２Ｆと、光受信装置３と、ＷＤＭ信号を伝送する光ファイバ４と、経路監視部５とを備える。光受信装置３は、補償量制御部６と、補償量が可変である補償器７と、１波長の光信号を電気信号に変換する光受信器８とを備える。

ここで、図２Ａ〜２Ｃに、光アドドロップ装置２の構成を説明するための図を示す。
光アドドロップ装置２Ｇ〜２Ｉは、いずれも光増幅器９と、光分波器１０と、光スイッチ１１と、光合波器１２とを備えている。光増幅器９は、光ファイバ４中、光分波器１０、光スイッチ１１、光合波器１２において光電力が減衰したＷＤＭ信号を一括して増幅し、信号レベルを復元する働きをする。光アドドロップ装置２Ｇ、２Ｈ及び２Ｉはそれぞれ、ひとつの光信号波長の通過、追加及び分岐を行うものであり、それらは光信号の伝送経路の変更の際に、光スイッチ１１によって、光アドドロップ装置の形態の切り換えを可能とする。

具体的には、図１のＷＤＭ伝送システムで説明する。ひとつの光信号波長の伝送経路がパス＃１からパス＃２に変更される際に、光アドドロップ装置２Ａ〜Ｆは下記のように形態が切り替わる。パス＃１では、ある１波長の光信号は光送信器１Ｂから光受信装置３に伝送される。また、パス＃２では、上述の波長の光信号は光送信器１Ａから光受信装置３に伝送される。はじめのパス＃１において、光アドドロップ装置２Ｃは図２の光アドドロップ装置２Ｈの形態（追加）を取っている。また、光アドドロップ装置２Ｆは、図２の光アドドロップ装置２Ｉの形態（分岐）を取っている。また、光アドドロップ装置２Ｄ及び２Ｅは、図２の光アドドロップ装置２Ｇの形態（通過）を取っている。次に、パス＃１からパス＃２のような伝送経路の変更が行われると、光アドドロップ装置２Ｃは図２の光アドドロップ装置２Ｇの形態（通過）に切り替わり、その代わりに、光アドドロップ装置２Ａは図２の光アドドロップ装置２Ｈの形態（追加）に、又、光アドドロップ装置２Ｂは図２の光アドドロップ装置２Ｇの形態（通過）に切り替わる。

ここで、図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃはそれぞれ、光アドドロップ装置の分散特性、透過特性、及び１０Ｇｂｐｓ信号と４０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトルを説明するための図である。
図３Ａは光アドドロップ装置の分散特性を示す図であって、横軸に波長を、縦軸に分散量（２次分散）を取っている。図３Ａの分散特性１３は、一例にすぎず、異なる特性を持つこともある。また、高次分散は図３Ａの分散特性１３の傾きに相当するものであり、３次分散、４次分散、５次分散などがある。ここで、図３Ａに示した光アドドロップ装置を複数回通過した後の分散特性１４は、傾きが増加しており、高次分散の影響は増大する。図３Ｃの１０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトル１７は帯域幅が狭く、光アドドロップ装置を複数回通過した後の分散特性１４の平坦な部分を通過するため、高次分散の影響は小さいが、図３Ｃの４０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトル１８は帯域幅が広いため、光アドドロップ装置の高次分散の影響は強くなる。

また、図３Ｂは光アドドロップ装置の透過特性を示す図であって、横軸に波長を、縦軸に光強度を取っている。図３Ｂの透過特性１５は、一例にすぎず、異なる特性を持つこともある。ここで、図３Ｂに示した光アドドロップ装置を複数回通過した後の透過特性１６は、帯域幅が狭まり、帯域制限の影響は増大する。図３Ｃの１０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトル１７は帯域幅が狭く、光アドドロップ装置を複数回通過した後の透過特性１６の平坦な部分を通過するため、帯域制限の影響は小さいが、図３Ｃの４０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトル１８は帯域幅が広いため、光アドドロップ装置の帯域制限の影響は強くなる。

補償器７は、補償量を変更可能な高次分散補償器か帯域制限補償器のいずれか、もしくは両方であって、受信装置３までに累積した高次分散もしくは帯域制限に応じた最適の補償量を補償量制御部６によって設定される。具体的には、図４Ａ、４Ｂに示すように光アドドロップ装置を複数回通過した後の分散特性１４もしくは透過特性１６に対し、逆特性を持つように補償器の補償量を設定することで、光アドドロップ装置の高次分散や帯域制限の補償が可能となる。さらに具体的には、図４Ａに示したように、光アドドロップ装置を複数回通過後の分散特性１４と補償器の分散特性１９とが、分散量を打ち消し合うことで、光アドドロップ装置の高次分散を補償できる。

なお、補償器７は、光アドドロップ装置の分散特性とともに、光ファイバ伝送路を構成する光ファイバの２次分散特性も含めて補償する。

一方、図４Ｂに示したように、光アドドロップ装置を複数回通貨後の透過特性１６と補償器の透過特性２０とが、光強度を打ち消しあい、補償器通過後の光強度２１のようにすることで、光アドドロップ装置の帯域制限を補償できる。

また、高次分散補償器は、一例として、所望の補償量を変更又は調整できる補償量チューナブル型の高次分散補償デバイスである。高次分散補償デバイスとしては、温度変化に基づいて補償量を変更できるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）、又はエタロン型のフィルタ、又は薄板の両面に反射幕がコーティングされた波長分散素子および反射ミラーを有する小型のＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）、又はＭＺ（Mach-Zehnder）型のフィルタなどが使用可能であり、単体もしくは上記の各種高次分散補償デバイスを組み合わせて可変の高次分散補償器を実現することもできる。

次に、伝送経路変更の際の、光アドドロップ装置の高次分散もしくは帯域制限の補償手順について説明する。
図５には、経路監視部５と、補償量制御部６と、補償器７と、受信器８との間における情報のやり取りを説明するシーケンス図を示す。図５のシーケンス図の左側には、状態を示す。なお、各状態に付された番号は、シーケンスを示す図の装置間（横方向）の情報伝達または、動作を示す番号に対応する。伝送経路の変更の検出は、経路監視部５にて行われる。また、伝送経路の変更は、経路監視部が光アドドロップ装置から検出するように構成してもよい。また、経路監視部５では、伝送経路の変更の検出と同時に、光信号を送出する光送信器１Ａから、光信号を電気信号に変換する光受信器８までの伝送経路上の経路情報を取得する（状態（１））。そのうち、伝送経路上に設置されている光アドドロップ装置２Ａ〜２Ｆの情報を補償量制御部６に伝達する（状態（２））。なお、ここで光アドドロップ装置の情報とは、分散特性、透過特性および該装置の個数に関する情報を示す。補償量制御部６は、上述で取得した伝送経路上の光アドドロップ装置２Ａ〜２Ｆの情報に基づいて、最適な補償量を決定する（状態（３））。そして、補償量制御部６は上述で決定した補償量を補償器７に伝達（状態（４））する。つぎに、補償器７は上述で伝達された補償量に設定し（状態（５））、伝送経路上の光アドドロップ装置２Ａ〜２Ｆを通過して、高次分散や帯域制限によって特性が劣化した光信号の補償を行う。上述で補償された光信号は、受信器８に入力される（状態（６））。

以上のように、本実施形態によれば、伝送経路が変更された際に、伝送経路上に設置された光アドドロップ装置２Ａ〜２Ｆを通過することで累積した高次分散や帯域制限に対し、最適化された補償量を補償器７に設定するため、光信号の伝送途絶を生じさせること無く、最良な大容量光伝送が可能となる。

なお、上記の実施の形態では、複数の光アドドロップ装置が、それぞれの光アドドロップ装置がほぼ同じ分散特性を有する場合について、補償器７における補償量を説明したが、
異なる光学特性（例えば、分散特性など）を有する光アドドロップ装置が複数台組み合わされて構成されている場合にも、上記の説明が適用できる。すなわち、経路上に介在する光アドドロップ装置が、一つの分散特性を有する第１の光アドドロップ装置と、別の分散特性を有する第２の光アドドロップ装置との異なる光学特性を有する光アドドロップ装置で構成されている場合において、補償量は、第１の光アドドロップ装置の個数に基づいて決定される補償量と、第２の光アドドロップ装置の個数に基づいて決定される補償量との総和に基づいて算出される。
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における、伝送経路変更の際の、光アドドロップ装置の高次分散もしくは帯域制限の補償手順について説明する。

図６には、第２の実施の形態に係わる、経路監視部５と、補償量制御部６と、補償器７と、受信器８との間における情報のやり取りを説明するシーケンス図を示す。図６のシーケンス図の左側には、状態を示す。なお、各状態に付される番号の意味は、図５の説明と同じである。伝送経路の変更の検出は、経路監視部５にて行われる。また、伝送経路の変更は、経路監視部が光アドドロップ装置から検出するように構成してもよい。また、経路監視部５では、伝送経路の変更の検出と同時に、光信号を送出する光送信器１Ａから、光信号を電気信号に変換する光受信器８までの伝送経路上の経路情報を取得する（状態（１））。そのうち、伝送経路上に設置されている光アドドロップ装置の個数を補償量制御部に伝達する（状態（２））。伝送経路上に設置されている個数に最適化された補償量を制御することが可能である、補償量制御部は、上述で取得した伝送経路上の光アドドロップ装置の個数に基づいて、最適な補償量を決定する（状態（３））。そして、補償量制御部６は上述で決定した補償量を補償器７に伝達する（状態（４））。つぎに、補償器７は上述で伝達された補償量に設定し（状態（５））、伝送経路上の光アドドロップ装置２Ａ〜２Ｆを通過し、高次分散や帯域制限によって特性が劣化した光信号の補償を行う。上述で補償された光信号は、受信器８に入力される（状態（６））。

以上のように、本実施形態によれば、伝送経路が変更された際に、伝送経路上に設置された光アドドロップ装置を通過することで累積した、高次分散や帯域制限に対し、最適化された補償量を伝送経路上に設置されている光アドドロップ装置の個数に応じて決定し、上述で決定された補償量を補償器７に設定されるため、光信号の長時間の伝送途絶を生じさせること無く、高速な伝送経路の変更が可能となる。

１Ａ,１Ｂ…光送信器、
２Ａ,２Ｂ,２Ｃ,２Ｄ,２Ｅ,２Ｆ…光アドドロップ装置、
２Ｇ…光アドドロップ装置（通過）、
２Ｈ…光アドドロップ装置（追加）、
２Ｉ…光アドドロップ装置（分岐）、
３…光受信装置、
４…光ファイバ、
５…経路監視部、
６…補償量制御部、
７…補償器、
８…光受信器、
９…光増幅器、
１０…光分波器、
１１…光スイッチ、
１２…光合波器、
１３…光アドドロップ装置の分散特性、
１４…光アドドロップ装置複数回通過後の分散特性、
１５…光アドドロップ装置の透過特性、
１６…光アドドロップ装置複数回通過後の透過特性、
１７…１０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトル、
１８…４０Ｇｂｐｓ信号の光強度スペクトル、
１９…補償器の分散特性（高次分散の補償量）、
２０…補償器の透過特性（帯域制限の補償量）、
２１…補償器通過後の光強度。

Claims (5)

1. 光信号を送信する光送信器と、
   前記光信号を受信する光受信器と、
   前記光信号の通過と、追加と、分岐のいずれかを選択的に行う光アドドロップ装置と、
   前記光アドドロップ装置同士を光学的に接続するための光ファイバ伝送路と、
   前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号を伝送する経路の変更を監視する経路監視部と、
   前記光ファイバ伝送路を伝送された光信号の劣化を補償する補償器と、
   前記光信号の劣化に対する補償量を前記補償器に伝達する補償量制御部とを備え、
   前記補償量は、前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号を伝送する経路上に介在する前記光アドドロップ装置に関する情報に基づいて決定され、
   前記光アドドロップ装置に関する情報が、前記光送信器と前記光受信器との間に介在する前記光アドドロップ装置の個数および該装置が有する前記光信号に対する光学特性であることを特徴とするＷＤＭ伝送システム。
2. 光信号を送信する光送信器と、
   前記光信号を受信する光受信器と、
   前記光信号の通過と、追加と、分岐のいずれかを選択的に行う光アドドロップ装置と、
   前記光アドドロップ装置同士を光学的に接続するための光ファイバ伝送路と、
   前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号を伝送する経路の変更を監視する経路監視部と、
   前記光ファイバ伝送路を伝送された光信号の劣化を補償する補償器と、
   前記光信号の劣化に対する補償量を前記補償器に伝達する補償量制御部とを備え、
   前記補償量は、前記光送信器から前記光受信器へ前記光信号を伝送する経路上に介在する前記光アドドロップ装置に関する情報に基づいて決定され、
   前記経路上に介在する前記光アドドロップ装置が、第１の分散特性を有する第１の光アドドロップ装置と、前記第１の分散特性と異なる分散特性である第２の分散特性を有する第２の光アドドロップ装置との異なる光学特性を有する光アドドロップ装置で構成されている場合において、
   前記補償量は、前記第１の光アドドロップ装置の個数に基づいて決定される補償量と、前記第２の光アドドロップ装置の個数に基づいて決定される補償量との総和に基づいて算出されることを特徴とするＷＤＭ伝送システム。
3. 前記光アドドロップ装置の個数に関する情報は、前記経路監視部で取得することを特徴とする請求項１又は２に記載のＷＤＭ伝送システム。
4. 前記補償器は、前記光アドドロップ装置の高次分散と帯域制限のいずれか、もしくは両方に起因する光信号の劣化を補償することを特徴とする請求項１又は２に記載のＷＤＭ伝送システム。
5. 前記補償器は、前記光アドドロップ装置の分散特性とともに、前記光ファイバ伝送路を構成する光ファイバの２次分散特性も含めて補償することを特徴とする請求項１又は２に記載のＷＤＭ伝送システム。

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