JP5708081B2 - 光ネットワークシステム - Google Patents

Description

以下の実施形態は、複数の変調方式の信号光が波長多重されて伝送される光ネットワークシステムに関する。

近年、伝送トラフィックの増加に伴い、４０Gbit/s以上の伝送容量を持つ次世代光伝送システム導入の要求が高まっている。その実現手段として、従来システムで適用されてきたNRZ（Non Return to Zero）変調方式に比べて、周波数利用効率、光信号対雑音比(OSNR)耐力、非線形性耐力に優れた様々な変調方式が採用されている。例えば伝送容量４０Gbit/sの変調方式としては、DPSK(Differential Phase Shift Keying)変調方式やDQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)変調方式が用いられている。その中でも、DQPSK変調方式は多値変調によって一度の変調で2ビットのデータの伝送が可能なため、高分散耐力、高PMD(Polarization Mode Dispersion)耐力、狭スペクトルといった特長を持ち、次世代光伝送システムの変調方式として有望視されている。例えば、システムが４０Gbit/sの伝送容量を得る際の変調速度(ボーレート、Baudrate)は、DPSK変調方式が４０Gbit/s、DQPSK変調方式が２０Gbit/sとなる。

また、近年は、このDQPSK変調方式の更なる大容量化・特性(OSNR耐力、波長分散耐力)改善を実現するため、偏波多重技術やデジタルコヒーレント受信技術と組み合わせた変調方式の開発も盛んに行われている。偏波多重技術は各偏波の信号光を異なるデータ信号で変調することによって変調のビット数を倍にする技術である。偏波多重技術とDQPSK変調方式を組み合わせることで一度の変調で4ビットの伝送が可能となり、４０Gbit/s伝送システム(ボーレート１０Gbit/s)、１００Gbit/s伝送システム(ボーレート２５Gbit/s)などへの適用が有力視されている。

図１及び図２は、従来技術を説明する図である。
このように、光ネットワークシステムには様々な変調方式の信号が混在し、各波長の信号毎に変調方式が異なる。このとき、特に、ボーレートが異なる変調方式の信号光が隣接する波長位置にあると、伝送性能が劣化することが知られている。伝送性能の劣化を回避する手段としては、信号光の波長位置の横に一定の間隔(ガードバンド、図１参照)を設ける手法などがとられる。しかし、異なる変調方式の信号光がランダムな波長位置に配置されていると、波長ごとにガードバンドを設けなければいけなくなる。これにより、信号帯域内であっても、実際には信号が存在しないガードバンドの占める割合が大きくなり、波長帯域の利用効率が悪くなるという問題がある。したがって、波長帯域を効率的に利用するには、同じ変調方式の信号光を波長方向に集中的に配置し、信号帯域内のガードバンドの数を少なくすることが重要となる。

一方、ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)装置を用いた光ネットワークシステムでは、図２（ａ）にあるように、ネットワーク制御部１０からの要求に応じて伝送経路の切り替えを随時行う。このとき経路切り替えが頻繁に行われると、さまざまな変調方式の信号光が波長方向にランダムに配置され（断片化し）、異なる変調方式の信号光が隣接する箇所が増え、ガードバンド数も増加する。結果として波長帯域の利用効率が低下し、システム全体の伝送容量が低下する。

したがって、図２（ｂ）にあるように、断片化された信号光の波長位置を再配置することにより、同じ変調方式の信号光が隣接する波長位置に来るようにする必要がある。このようにすれば、ガードバンドの数を減らすことが出来、信号光を波長帯域内で詰めて配置することが出来るので、波長帯域の利用効率を上げることができる。波長帯域の利用効率が上がることにより利用可能となる帯域に、更に信号光を配置することにより、伝送容量を増やすことが出来る。しかし、従来では、そのための構成が具体的には提案されていない。

従来技術には、波長多重信号を波長ごとに分波して、各波長に波長変換を行なった後、合波する波長群波長変換器およびそれを用いた波長群交換機を有するもの、可変波長トランスポンダの波長切り替えを行なうもの、四光波混合クロストークが所定値以下となるように波長配置を変更するものなどがある。

特開２００２−３１５０２７号公報 特開２００５−２８６７３６号公報 特開平８−９７７７１号公報

以下の実施形態では、複数の変調方式の信号光が波長多重されて伝送される場合に、ガードバンドの数を減らし、波長帯域の利用効率を高めることが出来る光ネットワークシステムを提供する。

以下の実施形態の一側面における光ネットワークシステムは、異なる変調方式の信号光を波長多重して伝送する光ネットワークシステムにおいて、各波長の信号光を変調し、送信する各光送信機と、該各光送信機からの各波長の信号光を受信する各光受信機と、該各光送信機からの信号光あるいは該各光受信機への信号光を、波長ごとに伝送路にアドする、あるいは、伝送路からドロップするアド・ドロップ波長多重装置と、同一変調方式の信号光が隣接する波長位置に来るように各波長の信号光の波長位置を再配置するために、該光送信機、該光受信機及び該アド・ドロップ波長多重装置の動作波長を制御する制御部とを備える。

以下の実施形態によれば、複数の変調方式の信号光が波長多重されて伝送される場合に、ガードバンドの数を減らし、波長帯域の利用効率を高めることが出来る光ネットワークシステムを提供することができる。

従来技術を説明する図（その１）である。 従来技術を説明する図（その２）である。 本実施形態を説明する図（その１）である。 本実施形態を説明する図（その２）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その１）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その２）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その３）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その４）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その５）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その６）である。 波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図（その７）である。 本実施形態の第１の構成を説明する図（その１）である。 本実施形態の第１の構成を説明する図（その２）である。 本実施形態の第１の構成を説明する図（その３）である。 本実施形態の光ネットワークシステムで用いる波長多重通信用の光増幅器の構成例を示す図（その１）である。 本実施形態の光ネットワークシステムで用いる波長多重通信用の光増幅器の構成例を示す図（その２）である。 本実施形態の光ネットワークシステムで用いる波長多重通信用の光増幅器の構成例を示す図（その３）である。 本実施形態の光ネットワークシステムで用いる波長多重通信用の光増幅器の構成例を示す図（その４）である。 本実施形態の光ネットワークシステムで用いる波長多重通信用の光増幅器の構成例を示す図（その５）である。 本実施形態の第２の構成を示す図（その１）である。 本実施形態の第２の構成を示す図（その２）である。 本実施形態の第２の構成を示す図（その３）である。 本実施形態の第２の構成を示す図（その４）である。 波長の移動方法の例を説明する図（その１）である。 波長の移動方法の例を説明する図（その２）である。

図３及び図４は、本実施形態を説明する図である。
図３（ｂ）の（１）の図は、経路変更によって波長方向に断片化した信号光配置を示す。太さの違う矢印は、異なる変調方式の信号光を示す。変調方式が異なる信号光の間にはガードバンド(点線）を設けている。このとき、図３（ａ）にあるネットワーク制御部１０からの指示により、光送受信装置１１−１〜１１−４の波長の変更およびROADM装置１２−１〜１２−４の経路変更を行い、変調方式毎に、同じ変調方式の信号光が隣接する波長位置にくるように、信号光の波長位置を集約する。これにより、図３（ｂ）の（３）のようにガードバンドを削減し、波長利用効率を向上することが可能となる。このように断片化された信号光を変調方式毎に隣り合う波長位置に来るように再配置する操作を波長デフラグメンテーションと呼ぶ。

また、波長デフラグメンテーションを実行するとき、光ネットワークシステムの空き波長数が少ないと波長の配置変更の回数が増加し、波長デフラグメンテーションの実行時間が長くなる。そこで、図３（ｂ）の（２）にあるように、波長デフラグメンテーション実行時に一時的に光増幅器１３−１〜１３−４の波長帯域を拡大し、拡大した波長帯域を用いて波長の再配置を行う。波長再配置終了後には光増幅器１３−１〜１３−４の波長帯域を元に戻す。

図４に本実施形態の動作の一例を示す。
図４において、上を向いた矢印は、各波長の信号光を示し、矢印の太さが異なる信号光は、異なる変調方式の信号光であることを示す。また、点線の長方形は、ガードバンドを示す。

図４（ａ）は帯域拡大を行わず、図４（ｂ）は帯域拡大を行って、波長デフラグメンテーションを実行した例である。波長デフラグメンテーションを行なうことにより、波長帯域の利用効率を高めることができる。更に、帯域拡大を行うことで波長の配置変更の実行回数が減り、結果として波長デフラグメンテーションの実行時間の短縮が可能となる。

図４（ａ）においては、帯域拡大を行なわないで、波長デフラグメンテーションを行なう。（１）においては、各変調方式の信号光の波長位置が断片化され、波長位置がランダムになっている状態を示している。この場合、信号光同士で影響を及ぼしあうことにより伝送性能が劣化することを避けるために、各信号光間にガードバンドを設けている。この状態で、波長デフラグメンテーションを行なう。

まず、（１）の上側の矢印が示すように、一番太い矢印で示される信号光の１つを一番外側の波長位置に移動する。次に、（２）に示されるように、中位の太さの矢印で示される２つの信号光を、(１)の移動によって空き位置となった、もう１つの中位の太さの矢印で示される信号光に隣接する波長位置に移動する。このとき、ガードバンドの１つが不要となる。次に、（３）に示されるように、細い矢印で示される信号光を、（２）の移動によって空いた波長位置に、細い矢印が集まるように移動する。（４）では、太い矢印で示される信号光を全て隣接する波長位置に移動し、（５）で、最後に残った細い矢印の信号光を、他の細い矢印で示される信号光に隣接する波長位置に移動する。これにより、（６）に示されるように、各太さの矢印が全て、太さごとに集約された波長位置に移動し、波長デフラグメンテーションが終了する。

図４（ｂ）は、帯域拡大を行なって波長デフラグメンテーションを行なう場合を示す。
（１）においては、各太さの信号光の波長位置が断片化されており、多くのガードバンドが設けられているのが示されている。このとき、太い矢印で示される信号光を、帯域拡大により拡張された波長帯域内に全て移動する。そして、（２）に示されるように、太い矢印で示される信号光がなくなったことによって生じた帯域を利用して、細い矢印の信号光と中位の太さの矢印の信号光を、それぞれ隣接する波長位置に移動する。そして、（３）に示されるように、細い信号光と中位の太さの信号光をそれぞれ集約することによって空いた帯域に、（１）で移動した太い信号光全てを移動し、（４）で帯域拡大を終了して、元の波長帯域に戻す。以上により、波長デフラグメンテーションを終了する。

図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、図４（ａ）の帯域拡大が無い場合には、６ステップかかっている波長デフラグメンテーションが、図４（ｂ）の帯域拡大がある場合には、４ステップですんでおり、帯域拡大を行なったほうが高速に波長デフラグメンテーションを完了することができることが理解される。

図５〜図１１は、波長デフラグメンテーションの動作の流れを説明する図である。
図５にあるように、移動対象信号を決定後、光ネットワークの空き波長についてそれぞれ評価値を算出する。評価値の算出方法については図７で後述する。空き波長の評価値の最大値が移動対象信号の現在の波長の評価値より大きい場合は、移動対象信号を評価値最大の波長に移動する。空き波長の評価値の最大値が移動対象信号の現在の波長の評価値と同じか、または、それより小さい場合は現在の移動対象信号は移動せず、移動対象信号を変更する。

移動対象信号の決定、評価値の演算及び比較は、ネットワーク制御部が行なう。また、移動指示等は、ネットワーク制御部が、光送受信装置、ROADM装置、光増幅器等に対して行なう。現在の波長の利用状況やどこにガードバンドがあるか等の情報は、やはり、ネットワーク制御部が保持しているとする。

図６に、波長デフラグメンテーションのアルゴリズムのフローチャートを示す。
波長デフラグメンテーションが開始されると移動対象信号を管理するパラメータiを初期値(＝１)に設定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１１において、波長λiの信号を移動対象信号に設定する。ステップＳ１２において、移動対象信号に対して各空き波長の評価値を算出する。ステップＳ１３において、空き波長の評価値の最大値が移動対象信号の現在の波長の評価値より大きいか否かを判断する。大きい場合は移動対象信号を評価値が最大となる波長に移動する（ステップＳ１４）。移動後、iを初期値に戻す（ステップＳ１０）。空き波長の評価値が現在の波長と同じか、それより小さい場合は、ステップＳ１５において、iが最大値か否かを判断する。iが最大値に達していなければ、ステップＳ１６において、i=i+1として移動対象信号を変更する。このときiがすでに最大値の場合は処理を終了する。なお、各波長は、ステップＳ９において、毎回、波長の短いほうから順に、λ１、λ２・・・と番号が振られるものとする。

図７に評価値の算出の一例を示す。
評価値は移動先波長の候補に隣接する信号から算出する。隣接する信号が移動対象信号と同一の変調方式である場合は評価値を１とする。このとき隣接する同一変調信号が複数である場合はその数を評価値とする。図７のように２本の同一変調方式信号が隣接する場合は２、４本の同一変調方式が隣接する場合は４とする。隣接する信号が異なる変調方式の変調信号あるいは隣接する信号がない場合は評価値を０とする。移動対象信号についても、移動対象信号と同一変調方式の信号が隣接している場合には、その波長の数を評価値とする。隣接した同一変調方式の信号が無い場合には０とする。

図８に、図６のアルゴリズムを用いた場合の波長デフラグメンテーションの動作を示す。
（１）のａの信号光が（２）で、太い信号光の隣に移動されている。また、（２）のｂの信号光が（３）で、細い信号光の隣に移動されている。（３）のｃの信号光が（４）で、中位の太さの信号光の隣に移動されている。（４）のｄの信号光が、（５）で、左側の太い信号光の隣に移動されている。（５）のｅの信号光が、（６）で、左側の中位の太さの信号光の集合の隣に移動されている。（６）のｆの信号光が、（７）で、中程の細い信号光の隣に移動されている。（７）のｇの信号光が、（８）で、中程の細い信号光の集合の隣に移動されている。（８）のｈの信号光が、（９）で、中程の細い信号光の集合の隣に移動されている。（９）のｉの信号光が、（１０）で、右側の太い信号光の集合の隣に移動されている。（１０）のｊの信号光が、（１１）で、右側の太い信号光の集合の隣に移動されている。

図９〜図１１は、帯域拡大のある場合の波長デフラグメンテーションを説明する図である。
図９は、帯域拡大のある場合の波長デフラグメンテーションの概略フローチャートである。

処理が開始されると、ステップＳ２０において、拡大帯域に空き波長があるか否かを判断する。ステップＳ２０の判断がＮｏの場合には、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２０の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ２１において、信号の波長を拡大帯域の波長に変更し、ステップＳ２２において、帯域拡大前の信号帯域（通常帯域）に空き波長が一定数以上あるか否かを判断する。ここでの一定数は、システムの設計者により適宜設定されるものとする。ステップＳ２２の判断がＮｏの場合には、ステップＳ２０に戻る。ステップＳ２２の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ２３において、通常帯域内の信号光を変調方式ごとに集約するように波長を変更し、ステップＳ２４において、集約が終わったら、波長範囲の信号の波長を通常帯域の波長に変更する。そして、ステップＳ２５において、拡大帯域を元に戻して処理を終了する。

図１０に拡大帯域を用いた場合のアルゴリズム例を示す。
拡大帯域を用いる場合は、波長デフラグメンテーション開始直後に、所定の変調方式信号（例えば、図１１で最も太い矢印の信号）を拡大帯域に移動する。その後は、図６及び図７と同様の操作で波長の移動を行い、処理が終了したら、拡大帯域の信号を通常帯域に移動する。

波長デフラグメンテーションが開始すると、ステップＳ３０において、所定の変調方式の信号光を拡大帯域に移動する。ステップＳ３１において、iを１に初期化する。ステップＳ３２において、λiの信号を移動対象とする。ステップＳ３３において、空き波長の評価値を算出する。ステップＳ３４において、空き波長の評価値の最大値が波長λiの信号の評価値より大きいか否かを判断する。ステップＳ３４の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３５において、移動対象信号を評価値最大の波長に移動し、ステップＳ３１に戻る。

ステップＳ３４の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３６において、ｉが最大値になったか否かを判断する。この最大値は、移動されずに残っていて、ステップＳ２９で番号を振られた波長の数である。ステップＳ３６の判断がＮｏの場合には、i=i+1として、ステップＳ３２に戻る。ステップＳ３６の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３８において、拡大帯域の信号を通常帯域に移動して、処理を終了する。

なお、各波長は、ステップＳ２９において、毎回、波長の短いほうから順番に、λ１、λ２・・・と番号付けられるものとする。また、図１０の開始前と終了後に、光増幅器の帯域の拡大と通常帯域への戻しが行なわれるものとする。

図１１に、図１０のアルゴリズムに従った動作例を示す。
（１）において、各波長の信号光は断片化された状態となっている。（２）において、太い信号光が全て、拡大帯域に移動される。そして、（２）のａの信号光が、（３）で、左側の細い信号光の隣に移動されている。また、（３）のｂの信号光は、（４）で、中央の中位の太さの信号光の隣に移動されている。（４）のｃの信号光は、（５）で、左側の細い信号光の集合の隣に移動されている。（５）のｄの信号光は、（６）で、中位の信号光の集合の隣に移動されている。（６）のｅの信号光は、（７）で、細い信号光の集合の隣に移動されている。そして、（８）で、拡大帯域にあった太い信号光が通常帯域内に移動されている。

図１２〜図１４は、本実施形態の第１の構成を説明する図である。
図１２は、光ネットワークの構成を示す図である。
光ネットワークシステムは、波長多重通信用の光送受信装置１１−１〜１１−４、波長多重通信用の光増幅器１３−１〜１３−４、ROADM装置１２−１〜１２−４、ネットワークシステム制御部１０によって構成される。ネットワーク制御部１０は、光ネットワークシステムで使用されている波長及びパスの張り方、空き波長、各パスの変調方式・変調速度等を管理している。パスを張り替えたり、波長の切り替え等を行なう場合には、ネットワーク制御部１０から波長多重通信用の光送受信装置１１−１〜１１−４、波長多重通信用の光増幅器１３−１〜１３−４、ROADM装置１２−１〜１２−４に対し、動作指示を行なう。

図１３は、ROADM装置の構成を示す図である。
ROADM装置１２は、分岐カプラ２０と波長選択スイッチ(WSS：Wavelength Selective Switch)２１−１、２１−２によって構成される。ROADM装置１２に入力された波長多重(WDM：Wavelength Division Multiplexing)信号は分岐カプラ２０によってドロップ信号として分岐される。ドロップ信号はWSS２１−１に入力され、波長毎に分岐されて、光送受信装置の、対応する光受信機(Rx)２２−１、２２−２・・・２２−ｉに入力される。一方、光送受信装置の、光送信機(Tx)２３−１、２３−２・・・２３−ｉから出力された各アド信号はWSS２１−２に入力され、分岐カプラ２０をスルーしてきたWDM信号と合波され、ROADM装置１２から出力される。

ROADM装置１２の前段及び後段にはそれぞれ波長多重通信用の光増幅器２４、２５があり、WDM信号を増幅する。前段の光増幅器２４はポストアンプとして、後段の光増幅器２５は、プリアンプとして動作する。制御部２６は、光増幅器２４、２５の波長帯域の拡大（１）、光送信機２２−１〜２２−ｉ、光受信機２３−１〜２３−ｉの波長変更（２）、WSS２１−１、２１−２の選択波長の変更（３）を行う。

図１４に光ネットワークシステムの動作のフローチャートの一例を示す。
波長デフラグメンテーションが開始すると、光ネットワークシステムの空き波長の数を確認する（ステップＳ４０）。ステップＳ４１で、空き波長が一定数以下か否かを判断する。このとき、一定数より多い空き波長がある場合は光増幅器の帯域拡大を行わず、通常帯域の中で波長の再配置を行う。一方、空き波長が一定数以下の場合は、光増幅器の帯域を拡大し(ステップＳ４２）、波長の再配置を行うため、ステップＳ４３に進む。ここで、空き波長の情報は、ネットワーク制御部が有しているとする。

波長の再配置は、まず光送受信装置の波長を変更後（ステップＳ４３）、ROADM装置の波長を変更する（ステップＳ４４）。波長の再配置（波長デフラグメンテーション）は変調方式毎に信号光が隣り合うようになるまで繰り返す（ステップＳ４５の判断でＮｏとなった場合）。波長の再配置が完了したら（ステップＳ４５の判断でＹｅｓとなった場合）、ステップＳ４６で、波長帯域を拡大していたか否かを判断する。ステップＳ４６の判断で、拡大していないと判断された場合には、処理を終了し、拡大していた場合には、ステップＳ４７で、光増幅器の帯域を通常状態に戻し、波長デフラグメンテーションの動作を完了する。

なお、波長デフラグメンテーションを行なう契機としては、例えば、ガードバンドの数が一定数より多くなった場合に行なうとしてもよいし、１日に１回や１ヶ月に１回など、定期的に行なうようにしても良い。

図１５〜図１９は、本実施形態の光ネットワークシステムで用いる波長多重通信用の光増幅器の構成例を示す図である。
図１５及び図１６は、光増幅器の第１の構成例を示す図である。

図１５にあるように、波長多重通信用の光増幅器としては、一般的にエルビウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA：Erbium Doped Fiber Amplifier)が用いられる。EDFAは光アイソレータ３０−１、３０−２、励起光カプラ３１−１、３１−２、３１−３、励起光源３２−１、３２−２、３２−３、エルビウムドープファイバ(EDF：Erbium Doped Fiber)３３−１、３３−２、利得等化器(GEQ：Gain EQualizer)３４、可変光減衰器(VOA：Variable Optical Attenuator)３５によって構成される。励起光源３２−１の励起光は、EDF３３−１に入力され、信号光の増幅に用いられる。EDF３３−１で増幅された信号光は、利得等化器３４に入力される。利得等化器３４では、EDF３３−１の利得偏差を平坦化するように、各波長の信号光の強度を調整する。VOA３５は、入手力信号の強度が変化したときに減衰量を調整し、光増幅器全体の利得を一定に保持することによって光増幅器の利得偏差の平坦性を保持する。励起光源３２−２、３２−３からの励起光は、EDF３３−２に入力され、VOA３５からの信号光を増幅する。EDF３３−２で増幅された信号光は、出力信号として出力される。

EDF３３−１、３３−２は、励起光源から出力される励起パワーによって決まる動作点(反転分布率)によって利得の波長特性が決まる。この利得の波長特性は、図１６に示されている。図１６は、横軸に波長、縦軸に相対ゲイン係数をとっている。

図１６に示されるように、励起パワーを増加させると動作点が高くなり、利得波長帯域が拡大する。図１６では、帯域拡大前では、反転分布率が０．７であったとし、帯域拡大後は、反転分布率が０．８になったとする。

このとき、通常動作では利得波長特性が平坦であったが、動作点を変化させることで利得波長特性に偏差が生じる。この利得波長特性の偏差はROADM装置１２のWSS２１−２に含まれる信号光毎のVOA３６を制御することで平坦にする。励起光源３２−１〜３２−３の励起パワーを増加することで、一時的にシステム全体の消費電力が増加するが、波長デフラグメンテーション終了後に光増幅器の動作を元に戻し、消費電力も通常に戻す。

また、利得特性の偏差は、光増幅器のVOA３５を制御することによっても、平坦化するようにする。VOA３５の減衰量を制御し、光増幅器全体の利得を調整することによって利得特性の偏差を平坦化する。VOA３５は、光増幅器の制御を行なう、光増幅器制御回路３７によって制御される。光増幅器制御回路３７は、また、励起光源３２−１〜３２−３の出力パワーの制御も行なう。すなわち、帯域拡大する場合には、励起光源３２−１〜３２−３の出力パワーを増加させ、通常帯域に戻す場合には、これらを元の出力パワーに戻す。

ROADM装置１２のWSS２１−２内のVOA３６の減衰量は、ROADM制御回路３８によって制御される。ROADM制御回路３８と、図１３の制御部２６は同じものである。ROADM制御回路３８、光増幅器制御回路３７は共に、ネットワーク全体を管理するネットワーク制御部によって指示を受けて、制御動作を行なう。

図１７及び図１８は、光増幅器の第２の構成例を示す図である。
図１７において、図１５と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、その説明を省略する。

図１７及び図１８では、図１５及び図１６と同様にEDFAの動作点を高くして利得波長帯域を拡大する。このとき発生する利得波長特性の偏差を動的利得等化器(AGEQ：Active GEQ)４０で補償し、利得波長特性を平坦にする。

帯域拡大時には、励起光源３２−１〜３２−３の出力パワーを増やし、EDF３３−１、３３−２の反転分布率を通常時より大きくする。EDF３３−１、３３−２の利得特性は、図１８に示されている。図１８は、図１６と同様に、横軸に波長、縦軸に相対ゲイン係数をとって、各反転分布率について利得特性を示したものである。帯域拡大前は、反転分布率が０．７程度であり、帯域拡大後は、反転分布率は０．８程度であるとしている。反転分布率を０．８とすると、０．７のときより利得が上がり、信号増幅に使える帯域が広がるが、利得偏差が大きくなる。したがって、これを、AGEQ４０で平坦化し、信号光の伝送特性を維持するようにする。もちろん、VOA３５の減衰量も同時に制御してもよい。帯域拡大時は、励起光源の出力パワーの増加により、動作効率が落ちるが、波長デフラグメンテーション終了後に、通常帯域に戻して、通常運転では、動作効率の良い状態で運用する。

図１９は、光増幅器の第３の構成例を示す図である。
図１９において、図１５と同じ構成要素には、同じ参照符号を付し、その説明を省略する。

図１９は、は、光増幅器の前段のポストアンプをEDFAと分布定数ラマン増幅器(DRA：Distributed Raman Amplifier)の組み合わせで構成した例である。DRAは伝送路にラマン励起光源４５−１、４５−２を入力し、発生したラマン利得を増幅に用いる。ラマン励起光源４５−１、４５−２からの励起光は、カプラ４６で合波され、カプラ４７を介して、伝送路に導入される。一般に、ラマン増幅する場合、励起光が１つだと帯域が足りないので、通常、ラマン増幅を行なう場合には、波長の異なる複数の励起光を用いる。ここでは、２つの波長の異なる励起光を使うとしている。例えば、励起光源４５−１は短波長側を増幅し、励起光源４５−２は、長波長側を増幅するのに使うように設定する。このときラマン利得の利得波長特性はラマン励起光源４５−１、４５−２の波長およびパワーの組合せで決定する。図１９の構成では、EDFAの動作点を高くして発生した利得波長特性の偏差をDRAのラマン励起光源４５−１、４５−２のパワー比を調整し、補償する。たとえば、EDFA３３−１、３３−２が、帯域拡大動作によって、反転分布が大きくなったとする。図１６や図１８からも明らかなように、EDAFにおいては、反転分布率が大きくなると、利得が大きくなるが、特に、短波長側で利得の増加が大きく、長波長側で利得の増加が少ない。したがって、増幅帯域全体にわたって平坦な利得特性を達成するためには、長波長側の利得を更に大きくする必要がある。この場合、ラマン増幅をするときに、長波長側の増幅に用いる励起光源４５−２の励起光の出力パワーを、短波長側の増幅に用いる励起光源４５−１の励起光の出力パワーより大きくする。これにより、ラマン増幅により、長波長側の信号光が余計増幅され、ラマン増幅器とEDFAの総合した利得特性がより平坦なものとなる。

図２０〜図２３は、本実施形態の第２の構成を示す図である。
前述の本実施形態の第１の構成では波長の再配置時に、波長を切り替える必要があるので、信号切断が発生する。

図２０に運用中に信号断を発生することなく波長の再配置が可能なROADM装置の構成を示す。図２０において、図１３と同じ構成要素には、同じ参照符号を付し、その説明を省略する。

第２の構成では、第１の構成に加えて更に、帯域拡大分の光受信機５０−ｉ＋１〜５０−ｊ、光送信機５１−ｉ＋１〜５１−ｊと、データのスイッチ５２、５３、ＯＲ回路５４−１〜５４−ｉ、分岐回路５５−１〜５５−ｉを持つ。

動作例を図２１及び図２２に示す。ここで、通常帯域にλ１〜λ３の３つの信号光があり、拡大帯域に２波長の信号光を収容可能とする。
まず、λ2の信号をλ４に配置することを考える。（１）で、光送信機のスイッチ５３を切り替えて、λ2に入力する送信データ信号をλ4にコピーする。この時点で、λ２とλ４に同じデータ信号が流れる。続いて、（２）で、光受信機のスイッチ５２を切り替えて、λ4の出力とλ2の出力との論理和をとって、受信信号とする。この時点で、λ2の信号がλ4にコピーされる。続いて、（３）で、λ2の光送信機と光受信機をそれぞれ遮断し、λ2からλ4への再配置が完了する。次に、（４）で、（１）〜（３）と同様の操作で、λ3からλ5の再配置を行なう。また、（５）で、λ4からλ3の再配置を行い、（６）で、λ5からλ2の再配置を行なう。これを行うことでデータを切断することなく、波長の再配置が可能となる。

図２３は、波長変更のための処理フローである。
波長変更処理が始まると、ステップＳ５０において、光送信機のスイッチ５３を切り替え、移動元の波長の信号光のデータを移動先の波長の信号光にものせる。ステップＳ５１において、光受信機のスイッチ５２を切り替え、移動元の波長の信号光にのっているデータと共に、移動先の波長の信号光にのっているデータを受信する。ステップＳ５２において、移動元の波長の光送信機を停止し、ステップＳ５３において、移動元の波長の光受信機を停止する。以上により、信号光の波長が、移動元から移動先に変更されたことになる。ステップＳ５４において、波長デフラグメンテーションが終わったか否かを判断し、終わってない場合には、ステップＳ５０に戻って処理を繰り返し、終わった場合には、処理を終了する。

図２４及び図２５は、波長の移動方法の更なる例を説明する図である。
ネットワーク制御部は、ガードバンドの数をモニタし、ガードバンドの数が一定数以上となったら波長デフラグメンテーションを実行する、あるいは、定期的に波長デフラグメンテーションを実行する。

そして、図２４に記載されているように、帯域拡大したときOSNR耐力特性が優れている変調方式(例えば10 Gbit/s NRZ変調方式)を優先して拡大した帯域に再配置する。すなわち、帯域拡大したとき、拡大された帯域は、通常は使用されない帯域であり、光増幅器のEDFの反転分布率が最適でない帯域となっている。したがって、このような拡大帯域では、ノイズが信号光に多くのってしまう。１００Gbit/s DP-QPSK変調方式の信号光など高速な変調方式の信号光は、OSNR耐力特性が低いので、波長デフラグメンテーションを行なう場合、このような信号光を拡大帯域に移動すると、OSNRが悪化し、伝送可能距離が短くなってしまう。したがって、波長デフラグメンテーションを行う際、OSNR耐力特性が高い変調方式の信号を優先して拡大帯域に移動するようにする。そして、OSNR耐力特性が低い変調方式は通常帯域で並び替えを行なうようにする。

また、図２５にあるように、波長デフラグメンテーションによる再配置時にOSNR耐力特性が低い変調方式の信号光をOSNR特性の良い波長帯域に集約し、OSNR耐力特性が高い変調方式の信号光をOSNR特性が比較的悪い帯域に集約するようにする。

どの信号光の変調方式がOSNR耐力特性が高いか、あるいは、低いかという情報、及び、OSNR特性の良い波長帯域に関する情報は、ネットワーク制御部が予め保持しておき、波長デフラグメンテーションを行う際、この情報を用いて波長の再配置を行なうようにする。

１０ ネットワーク制御部
１１−１〜１１−４ 光送受信装置
１２、１２−１〜１２−４ ROADM装置
１３−１〜１３−４ 光増幅器
２０、３１−１〜３１−３、４６、４７ カプラ
２１−１、２１−２ 波長選択スイッチ
２２−１〜２２−ｉ、５０−ｉ＋１〜５０−ｊ 光受信機
２３−１〜２３−ｉ、５１−ｉ＋１〜５１−ｊ 光送信機
２４、２５ 光増幅器
２６ 制御部
３０−１、３０−２ 光アイソレータ
３２−１〜３２−３ 励起光源
３３−１、３３−２ EDF
３４ 利得等化器
３５、３６ 可変光減衰器
３７ 光増幅器制御回路
３８ ROADM制御回路
４０ 動的利得等化器
４５−１、４５−２ ラマン励起光源
５２、５３ スイッチ
５４−１〜５４−ｉ ＯＲ回路
５５−１〜５５−ｉ 分岐回路

Claims (8)

1. 少なくとも２つの変調方式の信号光を波長多重して伝送する光ネットワークシステムにおいて、
   各波長の信号光を変調し、送信する各光送信機と、
   該各光送信機からの各波長の信号光を受信する各光受信機と、
   該各光送信機からの信号光を波長ごとに伝送路にアドする、あるいは、該各光受信機への信号光を、波長ごとに伝送路からドロップするアド・ドロップ波長多重装置と、
   同一変調方式の信号光が隣接する波長位置に来るように該光送信機、該光受信機及び該アド・ドロップ波長多重装置の動作波長を制御し、各波長の信号光の波長位置を再配置する制御部と、
   を備えることを特徴とする光ネットワークシステム。
2. 励起光の出力パワーを変えることができる、前記信号光を増幅する光増幅器を更に備え、
   波長位置を再配置する際に、該励起光の出力パワーを変更して、該光増幅器の増幅帯域を拡大することを特徴とする請求項１に記載の光ネットワークシステム。
3. 前記光増幅器は、
   エルビウムドープドファイバと、
   励起光源と、
   可変減衰器とを備え、
   波長位置を再配置する際に、該励起光源の出力パワーと該可変減衰器の減衰量を制御することによって増幅帯域を拡大することを特徴とする請求項２に記載の光ネットワークシステム。
4. 前記光増幅器は、
   エルビウムドープドファイバと、
   励起光源と、
   動的利得等化器とを備え、
   波長位置を再配置する際に、該励起光源の出力パワーと該動的利得等化器の等化特性を制御することによって増幅帯域を拡大することを特徴とする請求項２に記載の光ネットワークシステム。
5. 前記光増幅器は、
   エルビウムドープドファイバ（EDF）と、
   EDF励起光源と、
   ラマン励起光源とを備え、
   波長位置を再配置する際に、該EDF励起光源と該ラマン励起光源の出力パワーを制御することによって増幅帯域を拡大することを特徴とする請求項２に記載の光ネットワークシステム。
6. 増幅帯域を拡大したことによって生じた拡大帯域を用いて信号光を送信するための拡大帯域光送信機と、
   該拡大帯域を用いて、該拡大帯域光送信機から送られてきた信号光を受信する拡大帯域光受信機と、
   を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の光ネットワークシステム。
7. 前記制御部は、予め、各信号光について、その変調方式がOSNR耐力特性が高いか低いかを示す情報を保持し、
   波長位置を再配置する際に、OSNR耐力特性の高い変調方式の信号光を、増幅帯域を拡大したことによって生じた拡大帯域に移動することを特徴とする請求項２に記載の光ネットワークシステム。
8. 前記制御部は、予め、各信号光について、その変調方式がOSNR耐力特性が高いか低いかを示す情報と、波長帯域のうち、どの帯域がOSNR特性がよく、どの帯域がOSNR特性が悪いかを示す情報を保持し、
   波長位置を再配置する際に、OSNR耐力特性の低い変調方式の信号光を、OSNR特性の良い波長帯域に移動することを特徴とする請求項１に記載の光ネットワークシステム。