JP5398907B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、波長の異なる複数の信号光を多重化して伝送する光通信システムに関する。

海底ケーブルを用いるような長距離の波長多重光通信システムは、波長多重数の増加に伴って、光送信器および光受信器の数が増大し、これらの機器（光送信器，光受信器）の故障確率が増大するため、システムの信頼性が低下するという問題がある。

このような問題を解決するための手法として、下記非特許文献１には、予備の光送信器および光受信器を備えることによりシステムの信頼性を改善した冗長化構成のシステムが記載されている。

非特許文献１に記載されたシステムにおいて、送信側は、多重伝送する各信号光にそれぞれ対応する複数の光送信器（現用系の光送信器）、および予備系の光送信器と、現用系および予備系の各光送信器から出力された信号光を多重化して海底ケーブルへ出力する多重化部と、を含み、受信側は、海底ケーブル経由で受信した信号光（多重化された状態の信号光）を分波する分離部と、分波後の各信号光に対応する複数の光受信器（現用系の光受信器）、および予備系の光受信器と、を含んだ構成となっている。また、予備系の光送信器には、現用系の各光送信器へ入力される信号が分岐されて入力され、予備系の光送信器は、入力された信号の中の１つを選択して光信号に変換し、多重化部へ出力できるように構成されている。予備系の光受信器は、予備系の光送信器から送信された信号光を分離部経由で受け取り、電気信号に変換した後、現用系の光受信器に接続された伝送路の中のいずれか一つへ出力できるように構成されている。

このような構成を採用したことにより、非特許文献１に記載された従来のシステムでは、信頼性の改善を実現している。たとえば、現用系の光送信器の中のいずれか一つが故障した場合、予備系の光送信器および光受信器が、故障した光送信器、およびこの光送信器とペアの光受信器に代わって、情報を伝送する。すなわち、予備系の光送信器は、故障した光送信器への入力信号と同じ信号を選択して信号光に変換し、送信する。そして、予備系の光受信器は、予備系の光送信器から送信された信号光を受け取って電気信号に変換し、故障した光送信器からの信号光を受信する現用系の光受信器に接続された伝送路へ出力する。このように、非特許文献１で開示された構成を採用したシステムでは、現用系の一部で故障が発生しても正常な通信を維持できる。

"10GBPS REDUNDANT LINE TERMINATING UNIT FOR SUBMARINE CABLE SYSTEMS"，SubOptic2001(2001 International Convention on Subsea Networks) Paper number P4.2.1

しかしながら、システムの大規模化に伴い、光送信器、光受信器以外の装置構成が複雑化し、光増幅、分散補償などの部品点数が増大すると、非特許文献１で開示された構成を採用して光送信器と光受信器を冗長化してもシステム全体の信頼性の改善効果が低く、十分な信頼性が得られない、という問題があった。

たとえば、システムが大規模化すると、上記多重化部や分離部に相当する合波器や分波器と比較して故障率が高い能動部品である光増幅器の数が増大し、多重化された状態の光を増幅するための光増幅器の数も増大する。そして、多重化された状態の光を増幅する光増幅器が故障した場合には、通信を継続することが一切できす、システムの故障となってしまう。このように、非特許文献１で開示された構成では、多重化された状態の信号光を取り扱う部品の故障時には全く対処できない。すなわち、多重化された状態の信号光を取り扱う箇所における信頼性については改善されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来よりも信頼性の高い光通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光ファイバ伝送路経由で信号光を送受信する送信処理手段および受信処理手段からなる光伝送系を複数備えた光通信システムであって、前記送信処理手段は、複数の電気信号を入力とし、各入力信号を光信号に変換してそれぞれ異なる波長の信号光を生成する光送信部と、前記複数の電気信号の中の一部の信号を光信号に変換して前記光送信部で生成される信号光とは異なる波長の信号光を生成し、他の送信処理手段へ出力する予備光送信部と、前記光送信部で生成された各信号光、および他の送信処理手段の予備光送信部で生成された信号光を多重化し、接続されている光ファイバ伝送路へ出力する波長多重部と、を備え、前記受信処理手段は、前記送信処理手段から光ファイバ伝送路へ出力された信号光を受け取り、多重化された状態の信号光を波長ごとの信号光に分波する波長分離部と、前記波長分離部で分波された信号光のうち、光送信部で生成された波長の信号光を電気信号に変換する光受信部と、前記波長分離部で分波された信号光のうち、予備光送信部で生成された波長の信号光を電気信号に変換する予備光受信部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる光通信システムは、多重化された状態の信号光を取り扱う部品が故障した場合においても予備系を利用した通信が継続できるので、従来よりも高い障害耐性が実現され、信頼性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１の光通信システムの構成例を示す図である。 図２は、光通信システムを構成している一部の機器が故障した場合の動作を説明するための図である。 図３は、実施の形態２の光通信システムの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる光通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示した光通信システムは、送信側の光通信装置である送信局、および受信側の光通信装置である受信局からなり、送信局と受信局は複数の伝送路（光ファイバ伝送路５ａ，５ｂ）で接続されている。本実施の形態では、光ファイバ伝送路５ａおよび５ｂが１つに束ねられた海底ケーブルである場合を想定するが、これらは独立した２本の光ファイバであり、光ファイバ伝送路を介して信号光を送受信する各光伝送系は、独立した波長多重光伝送システムである。光ファイバ伝送路５ａおよび５ｂには、必要に応じて、所定の距離間隔で光中継器が設けられ、光中継器では受信した信号光を増幅して中継する。

送信局は、同一構成の複数の送信処理部を備える。受信局も同様に、同一構成の複数の受信処理部を備える。ここでは、第１の光伝送系に含まれる第１の送信処理部および第１の受信処理部についてのみ説明を行い、第２の光伝送系に含まれる第２の送信処理部および第２の受信処理部については説明を省略する。なお、第１の光伝送系に含まれる各構成要素の符号には‘ａ’を付加し、第２の光伝送系に含まれる各構成要素の符号には‘ｂ’を付加している。

まず、第１の送信処理部について説明する。図示したように、第１の送信処理部は、複数のカプラ１ａ、光送信部２ａ、波長多重部３ａおよび予備光送信部４ａを備える。

カプラ１ａは、入力端＃１から入力された信号（電気信号）を光送信部２ａおよび予備光送信部４ａに分配する。

光送信部２ａは、接続されているカプラ１ａから受け取った電気信号を光信号に変換する複数の光送信器２１ａにより構成されている。各光送信器２１ａは、それぞれ異なる波長の光（信号光）を生成する。

波長多重部３ａは、信号光を増幅する複数の光増幅器３１ａと、光増幅器３１ａで増幅された信号光の分散補償を行う複数の分散補償ファイバ３２ａと、増幅および分散補償された後の各信号光を多重化する波長多重器３３ａと、波長多重器３３ａで１本の光ファイバに多重された光を対象として増幅および分散補償を行う光増幅器３４ａおよび分散補償ファイバ３５ａと、多重化や増幅、分散補償などが実施され、その結果得られた信号光を光ファイバ伝送路５ａへ出力する出力部３６ａと、により構成されている。なお、波長多重器３３ａの前段に、上記の光増幅器３１ａや分散補償ファイバ３２ａの他、波長間のクロストークを低減するフィルタや、波長間のレベル偏差を補正するフィルタ、偏波状態の偏りを解消する偏波スクランブラなどを必要に応じて配置しても良い。

予備光送信部４ａは、各カプラ１ａから出力された信号を受け取り、その中の１つの信号を選択して出力する切り換え器４１ａ、および切り換え器４１ａで選択された信号を光信号に変換する光送信器４２ａにより構成されている。光送信器４２ａは、光送信部２ａを構成している各光送信器２１ａとは異なる波長の信号光を生成して出力する。

また、図示したように、予備光送信部４ａから出力された信号光は、第２の送信処理部の波長多重部３ｂへ入力され、増幅処理や分散補償処理、光送信部２ｂから出力された各信号光との多重化処理等が行われた後、第２の受信処理部へ出力される。

つづいて、第１の受信処理部について説明する。図示したように、第１の受信処理部は、波長分離部６ａ、光受信部７ａ、予備光受信部８ａおよびカプラ９ａを備える。

波長分離部６ａは、多重化された状態の信号光を光ファイバ伝送路５ａから受け取る入力部６１ａと、多重化された状態の信号光を対象として増幅および分散補償を行う光増幅器６２ａおよび分散補償ファイバ６３ａと、多重化された状態の信号光を波長毎の光に分波する波長分離器６４ａと、分波後の各信号光を対象として分散補償および増幅を行う複数の分散補償ファイバ６５ａおよび光増幅器６６ａと、により構成されている。なお、波長分離器６４ａの後段に、上記の分散補償ファイバ６５ａや光増幅器６６ａの他、波長間のクロストークを低減するフィルタや、波長間のレベル偏差を補正するフィルタ、偏波状態の偏りを解消する偏波スクランブラなどを必要に応じて配置しても良い。

光受信部７ａは、分波後の信号光の中の特定の波長の信号光を電気信号に変換して出力する複数の光受信器７１ａにより構成されている。各光受信器７１ａは、第１の送信処理部の光送信部２ａを構成する光送信器２１ａの中のいずれか一つと対応付けられており、対応付けられている光送信器２１ａで生成された信号光を受け取り、電気信号に変換する。

予備光受信部８ａは、分波後の信号光のうち、予備光送信部４ａで生成された信号光を受信して電気信号に変換する光受信器８１ａと、光受信器８１ａから出力された電気信号を、光受信器７１ａに接続された伝送路の中のいずれか一つへ出力する切り換え器８２ａと、により構成されている。

また、予備光受信部８ａには、図示したように、予備光送信部４ａから出力され、第２の送信処理部の波長多重部３ｂおよび第２の受信処理部の波長分離部６ｂで所定の処理（波長多重部３ａおよび波長分離部６ｂが実施する処理と同様の処理）が実施された後の信号光も入力される。

カプラ９ａは、光受信部７ａから受け取った信号または予備光受信部８ａから受け取った信号を選択して出力する。

以上のように、本実施の形態の光通信システムは、独立した２つの光伝送系（第１および第２の光伝送系）を含み、また、各光伝送系は予備の光送信部および光受信部を備えている。そして、予備の光送信部（予備光送信部４ａ，４ｂ）から出力された信号光については、他の光伝送系の波長多重部および波長分離部経由で、対向する予備の光受信部（予備光受信部８ａ，８ｂ）へ伝送するように構成している。これにより、従来よりも高い障害耐性が実現できる。

この理由について、図２を参照しながら説明する。図２は、実施の形態１の光通信システムを構成している一部の機器が故障した場合の動作を説明するための図である。

（光送信部２ａの光送信器２１ａが故障した場合）
図２に示したように、本実施の形態の光通信システムにおいて、光送信器２１ａの中の１つが故障したことを検出した場合、予備光送信部４ａの切り換え器４１ａは、故障が検出された光送信器２１ａに接続されているカプラ１ａから分配された信号を選択して光送信器４２ａに出力する。この結果、光送信器４２ａで選択された信号は光送信器４２ａで光信号に変換され、第２の光伝送系を構成している波長多重部３ｂ、光ファイバ伝送路５ｂおよび波長分離部６ｂを経由して予備光受信部８ａに到達する。そして、予備光受信部８ａの光受信器８１ａで電気信号に変換される。また、切り換え器８２ａは、入力信号の出力先を、上記の故障が検出された光送信器２１ａと対応付けられている光受信器７１ａに接続されているカプラ９ａに切り換える。切り換え器８２ａからの信号が入力されるカプラ９ａは、切り換え器８２ａからの入力信号を選択して伝送路へ出力する。

このように、本実施の形態の光通信システムでは、故障した光送信器２１ａに代えて、予備系（予備光送信部４ａから予備光受信部８ａへ至る伝送経路）を用い、通信を継続することが可能である。なお、光受信器７１ａが故障した場合も同様に、予備光送信部４ａの切り換え器４１ａおよび予備光受信部８ａの切り換え器８２ａを、故障箇所に応じて切り換えることにより、通信を継続することが可能である。

（波長多重部３ａの光増幅器３４ａが故障した場合）
この場合、多重化後の信号光を取り扱う部品が故障しているので、光送信部２ａから出力された信号光はすべて、光ファイバ伝送路５ａ経由で伝送することができない（図２参照）。しかしながら、予備光送信部４ａを利用することにより、カプラ１ａで分配された信号の中の１つについては、受信側へ伝送することが可能である。予備系（予備光送信部４ａ，予備光受信部８ａ）を複数備えた構成を採用している場合には、複数の信号（予備系の数と同数の信号）を受信側へ伝送することが可能である。これに対して、従来の光通信システム（上記の非特許文献１で開示された構成を採用した光通信システム）では、多重化後の信号光を取り扱う部品が故障した場合、予備系の光送信器が送信した信号光も受信側には伝送されない。波長分離部６ａにおいて、多重化された状態の信号光を取り扱う部品（光増幅器６２ａなど）が故障した場合も同様に、少なくとも１つの信号（予備系の数と同数の信号）については、正常に伝送することが可能である。なお、どの信号を伝送するかについては、たとえば、伝送している信号の優先度（重要度）が異なっていれば、優先度の高い信号を選択して伝送する。また、優先度が同一の場合、各信号に含まれる情報量が異なっているのであれば、より情報量の多い信号を選択して伝送するなどしてもよい。

このように、本実施の形態の光通信システムでは、多重化された状態の信号光を取り扱う部品が故障した場合においても、一部の信号については、予備系を用いて正常に伝送することが可能である。

以上のように、本実施の形態の光通信システムでは、上記非特許文献１に記載の構成を採用した従来のシステムと同様に、多重化される前の波長ごとの信号光を取り扱う部品（たとえば、図２の光送信器２１ａ）が故障しても通信を継続することができる。さらに、多重化された状態の信号光を取り扱う部品（たとえば、図２の光増幅器３４ａ）が故障した場合にも、予備系を利用した通信を継続できる。したがって、従来よりも高い障害耐性が実現され、信頼性の高い光通信システムが実現できる。

なお、本実施の形態では、簡単化のために、各光伝送系が１組の予備光送信器と予備光受信器を備える場合について説明したが、複数組備えるようにしてもよい。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の光通信システムについて説明する。実施の形態１では、独立した光伝送系を複数備える場合について説明したが、本実施の形態では、単一の光伝送系で高い障害耐性を実現する光通信システムについて説明する。

図３は、実施の形態２の光通信システムの構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の送信局は、送信処理部として、複数のカプラ１、光送信部２、波長多重部３ｃおよび予備光送信部４を備える。波長多重部３ｃ以外の部分は、実施の形態１の送信局が備えていた送信処理部（第１および第２の送信処理部）と同様である。ただし、予備光送信部４は、生成した信号光を波長多重部３ｃに対して出力する。また、本実施の形態の受信局は、受信処理部として、波長分離部６ｃ、光受信部７、予備光受信部８およびカプラ９を備える。波長分離部６ｃ以外の部分は、実施の形態１の受信局が備えていた受信処理部（第１および第２の受信処理部）と同様である。ただし、予備光受信部８は、波長分離部６ｃから出力された信号光を取り扱う。なお、光受信器８１および切り換え器８２は、実施の形態１で示した光受信器（光受信器８１ａ，８１ｂ）および切り換え器（切り換え器８２ａ，８２ｂ）と同じものである。

本実施の形態では、実施の形態１の光通信システムに含まれていた光伝送系とは異なる部分、具体的には、波長多重部３ｃおよび波長分離部６ｃの動作を中心に説明を行う。

図３に示したように、波長多重部３ｃは、複数の光増幅器３１および３４と、複数の分散補償ファイバ３２および３５と、波長多重器３３ｃと、出力部３６とを備える。

光増幅器３１は、光送信部１の光送信器２１または予備光送信器４の光送信器４２とそれぞれ接続され、入力された信号光を増幅する。分散補償ファイバ３２は、光送信器２１から出力され、光増幅器３１で増幅された信号光を対象として、分散補償を行う。波長多重器３３ｃは、増幅および分散補償された後の各信号光を多重化する。すなわち、光送信部２の各光送信器２１で生成された信号光を多重化する。光増幅器３４は、波長多重器３３ｃで多重化された後の信号光（多重化された状態の信号光）を増幅する。分散補償ファイバ３５は、多重化された状態の信号光を対象として、分散補償を行う。出力部３６は、波長多重器３３ｃから出力された信号光（多重化された状態の信号光）および予備信号送信部４から出力された信号光を光ファイバ伝送路５へ出力する。

一方、波長分離部６ｃは、入力部６１と、複数の光増幅器６２および６６と、複数の分散補償ファイバ６３および６５と、波長分離器６４ｃとを備える。

入力部６１は、送信局側から送信された信号光を光ファイバ伝送路５から受け取る。光増幅器６２は、入力部６１が受け取った信号光のうち、多重化された状態の信号光を増幅する。分散補償ファイバ６３は、多重化された状態の信号光を対象として、分散補償を行う。波長分離器６４ｃは、多重化された状態の信号光を波長毎の光に分波する。分散補償ファイバ６５は、波長分離器６４ｃで分波された後の各信号光を対象として、分散補償を行う。光増幅器６６は、波長分離器６４ｃで分波された後の各信号光、または予備光送信部４から多重化されずに送信されてきた信号光を増幅する。

また、予備光送信部４から光ファイバ伝送路５を経て予備光受信部８に至る径路は、他の波長の現用光送信器（光送信部２の各光送信器２１）から現用光受信器（光受信部７の各光受信器７１）に至る径路と比較して、光増幅器や分散補償ファイバが少なく、故障率が低い予備系を構成している。故障率が低い予備系を備えることで、他の波長の現用系で故障が発生した場合でも、故障した経路に代わって、予備系を用いて通信を継続することができる。さらに、実施の形態１と同様に、多重化された後の信号光を取り扱う部品が故障した場合においても、予備系を利用した通信を継続できる。

ここで、予備光送信部４から予備光受信部８までの経路を、光増幅器と分散補償ファイバが少ない高信頼な経路とするために、予備光送信部４の出力波長は光ファイバ伝送路５のゼロ分散波長に最も近い波長が選択されることが望ましい。ゼロ分散波長とは、波長分散がゼロとなる波長である。ゼロ分散波長に近い波長であれば、分散補償が不要となるために、分散補償ファイバと、分散補償ファイバの損失を補償する光増幅器を省略できる。この結果、送信局側では、故障率の高い部品の点数が削減され、故障率の低い予備系が実現できる。また、ゼロ分散波長からある程度離れている場合でも、光ファイバ伝送路５の波長分散がゼロに近く、予備光受信器が分散補償することなく信号を受信可能な範囲内であれば、受信局側でも同様に分散補償ファイバと光増幅器を省略できる。これにより、故障率の低い予備系が実現できる。

このように、本実施の形態の光通信システムは、伝送経路上の部品の点数、特に、故障率の高い部品点数が少なくなるように、予備系を構成することとした。具体的には、予備系の光送信部が、光伝送路（光ファイバ伝送路５）のゼロ分散波長に最も近い波長の信号光を生成して送信するようにして、予備系における分散補償を不要としている。これにより、分散補償のための部品（分散補償ファイバ）およびこの部品における損失を補償する光増幅器の点数が削減された、故障率の低い予備系が実現できる。この結果、システム全体の信頼性を向上できる。

なお、本実施の形態では、予備系が１つの場合を例に挙げて説明したが、必要に応じて予備系を複数備えるようにしてもよい。

また、各実施の形態においては、分散補償の手段を分散補償ファイバで実現する場合の例について説明したが、他の分散補償手段で分散補償を行うようにしてもよい。例えばファイバグレーティングや、エタロンを用いた可変分散補償器を分散補償ファイバの代わりに用いた場合においても同様の効果が得られることは明らかであり、本発明の範囲内である。

以上のように、本発明にかかる光通信システムは、信号光を波長多重伝送する光通信システムとして有用であり、特に、システムの一部を冗長化して信頼度の高い通信を実現する光通信システムに適している。

１，１ａ，１ｂ カプラ
２，２ａ，２ｂ 光送信部
２１，２１ａ，２１ｂ 光送信器
３ａ，３ｂ，３ｃ 波長多重部
３１，３１ａ，３１ｂ，３４，３４ａ，３４ｂ 光増幅器
３２，３２ａ，３２ｂ，３５，３５ａ，３５ｂ 分散補償ファイバ
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 波長多重器
３６，３６ａ，３６ｂ 出力部
４，４ａ，４ｂ 予備光送信部
４１，４１ａ，４１ｂ 切り換え器
４２，４２ａ，４２ｂ 光送信器
５，５ａ，５ｂ 光ファイバ伝送路
６ａ，６ｂ，６ｃ 波長分離部
６１，６１ａ，６１ｂ 入力部
６２，６２ａ，６２ｂ，６６，６６ａ，６６ｂ 光増幅器
６３，６３ａ，６３ｂ，６５，６５ａ，６５ｂ 分散補償ファイバ
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ 波長分離器
７，７ａ，７ｂ 光受信部
７１，７１ａ，７１ｂ 光受信器
８，８ａ，８ｂ 予備光受信部
８１，８１ａ，８１ｂ 光受信器
８２，８２ａ，８２ｂ 切り換え器
９，９ａ，９ｂ カプラ

Claims (3)

1. 光ファイバ伝送路経由で信号光を送受信する送信処理手段および受信処理手段からなる光伝送系を複数備えた光通信システムであって、
   前記送信処理手段は、
   複数の電気信号を入力とし、各入力信号を光信号に変換してそれぞれ異なる波長の信号光を生成する光送信部と、
   前記複数の電気信号の中の一部の信号を光信号に変換して前記光送信部で生成される信号光とは異なる波長の信号光を生成し、他の送信処理手段へ出力する予備光送信部と、
   前記光送信部で生成された各信号光、および他の送信処理手段の予備光送信部で生成された信号光を多重化し、接続されている光ファイバ伝送路へ出力する波長多重部と、
   を備え、
   前記受信処理手段は、
   前記送信処理手段から光ファイバ伝送路へ出力された信号光を受け取り、多重化された状態の信号光を波長ごとの信号光に分波する波長分離部と、
   前記波長分離部で分波された信号光のうち、光送信部で生成された波長の信号光を電気信号に変換する光受信部と、
   前記波長分離部で分波された信号光のうち、予備光送信部で生成された波長の信号光を電気信号に変換する予備光受信部と、
   を備える
   ことを特徴とする光通信システム。
2. 光送信部から光受信部までの伝送経路を構成する部品のうち、多重化される前の信号光を取り扱う部品および分波された後の信号光を取り扱う部品が故障した場合、
   故障した部品と同じ光伝送系の予備光送信部は、
   故障した部品が取り扱っていた波長の信号光に対応する電気信号を選択して光信号に変換し、
   故障した部品と同じ光伝送系の予備光受信部は、
   変換処理を実施して得られた電気信号を、前記光受信部に接続された電気信号の伝送路のうち、故障した部品が取り扱っていた波長の信号光に対応する伝送路へ出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 光送信部から光受信部までの伝送経路を構成する部品のうち、多重化された状態の信号光を取り扱う部品が故障した場合、
   故障した部品と同じ光伝送系の予備光受信部は、
   変換処理を実施して得られた電気信号を、前記光受信部に接続された電気信号の伝送路のうち、前記予備光送信部で選択された信号に対応する信号光を変換して得られた電気信号の出力先伝送路へ出力する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。

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