JP6317357B2 - 分岐した光ネットワークにおける障害回復 - Google Patents

Description

本出願は、情報の光伝送に関し、またより詳細には、分岐した光ネットワークにおける障害回復に関する。

光ファイバ伝送システムの伝送容量を最大にするために、単一の光ファイバを使用して、いわゆる波長分割多重化システム（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）（以下、ＷＤＭシステム）において、複数の光信号を搬送することができる。複数の光信号は、多重化されて、複数の信号のうちのおのおのが、チャネルと称される別々の波長で変調されている、多重化された信号、つまりＷＤＭ信号を形成することができる。チャネルは、関連する所定のチャネル間隔をもうけて、例えば、国際電気通信連合（ＩＴＵ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ）によって規定されるような、グリッドの上で、互いに対して位置付けられている。現代のＷＤＭシステムは、高いトラフィック容量を、例えば、毎秒４０ギガビット（以下ではＧｂ／ｓ）以上で、１２６個以上のチャネルを搬送する容量を有している。

光ファイバ伝送システムは、送信かつ／または受信するトランク端末において終端され得る比較的長いトランク・ファイバ・セグメントを含むことができる。光ファイバ伝送システムは、そのトランクに沿って位置している１つまたは複数の分岐ユニットをさらに含むことができる。各分岐ユニット（ＢＵ：ｂｒａｎｃｈｉｎｇ ｕｎｉｔ）は、送信かつ／または受信するブランチ端末において終端するブランチ・ファイバ・セグメントに接続されることもある。各ＢＵは、１つまたは複数の光アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ：ｏｐｔｉｃａｌ ａｄｄ／ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ）を含むことができる。チャネルは、ＯＡＤＭを経由して、光伝送システムのトランク・ファイバ・セグメントに、挿入され（ａｄｄｅｄ）、かつ／またはトランク・ファイバ・セグメントから抜き出しされる（ｄｒｏｐｐｅｄ）こともある。

ＷＤＭ海底光ネットワークにおいては、ＯＡＤＭ要素の展開は、ネットワーク・トポロジと、トラフィック分布との柔軟性を非常に増大させる。異なるデジタル回線セグメント（ＤＬＳ：ｄｉｇｉｔａｌ ｌｉｎｅ ｓｅｇｍｅｎｔｓ）の間の帯域幅を共用、再使用することにより、同じファイバ対（ＦＰ：ｆｉｂｅｒ ｐａｉｒ）を経由して複数の局を接続する能力は、システム・コストが低下することもあってネットワーク・オペレータにとって魅力的である。各ＤＬＳは、同じ送信端末と、同じ受信端末とを共用するＯＡＤＭ ＦＰの上のチャネルのグループから構成される。

情報信号が、長い距離にわたって送信されるときに、１つまたは複数の増幅器、例えば、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が、信号減衰を補償するために設置される。いくつかのＷＤＭシステム（例えば、海底システム）において使用される増幅器は、ひとたびインストールされると、簡単に修正できないので、最初に、完全にロードされたシステムをサポートするように構成されている。一般に、チャネル当たりの電力は、増幅器からの増幅された自然放出（ＡＳＥ：ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音の存在下で、十分な信号対雑音比をもたらすのに十分であることが望ましい可能性があり、完全にロードされ高容量を有するシステムのために、増幅器は高い総出力電力が必要となる。増幅器は、それゆえに、公称総光電力において光出力信号を提供するように構成されていることもある。本明細書において使用される場合、ある量について言及するときの、用語「公称の」または「公称的に」の使用は、実際の量から変動し得る指定された量、または理論的な量を意味している。

公称増幅器出力電力レベルは、増幅器の入力における電力の影響を受けない可能性がある。増幅器入力電力が広い範囲にわたって変動するとき、総増幅器出力電力は、公称出力電力レベルからほとんど変化しない可能性がある。追加のチャネルが、例えば、分岐ユニットにおいて、挿入されると、チャネル当たりの光出力電力は、低減する可能性がある。チャネルが抜き出しされると、チャネル当たりの光出力電力は、増大する可能性がある。

光信号は、光ファイバを通して伝搬しながら、非線形相互作用を経験する可能性がある。光電力が十分に高い（チャネル当たり１ｍＷよりも多い）値の場合、光信号は、光電力が低い（例えば、チャネル当たりに１ｍＷよりも低い）場合よりも多くのひずみを経験し、伝送ペナルティをもたらす可能性がある。それゆえに、チャネルが、例えば、分岐ユニットにおいて、抜き出しされるときに、光チャネル電力の値は、増大する可能性があり、またネットワーク通信性能に悪影響をもたらす可能性がある。光増幅器のチェーンの部分的なチャネル・ローディングは、伝送の帯域の一部分に望ましくない雑音蓄積と、利得の再成の影響をもたらす可能性があり、これもまたチャネル性能を悪化させる。

ケーブル障害が、ファイバ切断またはコンポーネント障害に起因して起こる場合、障害は、そのような障害のロケーションを通過するすべてのＤＬＳでのトラフィックを中断する。加えて、チャネル電力分布における変化は、同じＦＰ上の、直接には切断の影響を受けない他のＤＬＳの性能に影響を及ぼすことになる。影響の重大度は、ＤＬＳ長、波長割付け、光増幅器と端末機器の特性など、いくつかの要因によって決まる。残りのＤＬＳでのいくつかのチャネルの中には、顧客のトラフィックの中断を引き起こすことになる性能ペナルティを受けるものもある。地上波ネットワークとは違って、海底システムは、障害の場合に、トラフィックが、ルーティングされるような代替的な経路を有するように設計されていない場合があり、それゆえに、ＯＡＤＭ ＦＰでのできるだけ多くのチャネルの性能を回復させる回復メカニズムを頼りにすることもある。

本発明は、次に、添付の図面を参照して、例として説明されるであろう。

本開示と整合性のあるシステムの例示の一実施形態についてのブロック図である。 本開示と整合性のあるシステムにおいて、例示の光アド−ドロップ・マルチプレクサのオペレーションを図によって示す図である。 本開示と整合性のある分岐構成に関連して有用なドロップ・フィルタについての例示の透過特性を示す図である。 本開示と整合性のある分岐構成に関連して有用なアド・フィルタについての例示の透過特性を示す図である。 本開示と整合性のある分岐構成に関連して有用なエクスプレス・フィルタについての例示の透過特性を示す図である。 本開示と整合性のあるシステムにおける障害回復の性能を示すＱ−ファクタ・マージン対波長についてのプロットを含む図である。 本開示と整合性のある別のシステムにおける障害回復の性能を示すＱ−ファクタ・マージン対波長についてのプロットを含む図である。 本開示と整合性のある方法の一例を示すフロー・チャートである。

一般に、本開示と整合性のある障害回復のシステムおよび方法は、光通信ネットワークにおける障害に応じて、送信チャネルにおける電力分布の調整を必要とする。その調整は、メリット関数を最小にする方法で、送信機の電力比を調整することにより、決定されることもある。メリット関数は、受信機における光信号対雑音比や総蓄積非線形位相シフトなど、１つまたは複数のシステム・パラメータに基づいたものとすることができる。

次に図１を参照すると、本開示と整合性のある例示の光通信システム１００が、示されている。本システム１００は、第１のトランク端末Ａと、ブランチ端末Ｂと、第２のトランク端末Ｃと、光アド−ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）とを含む。端末Ａと、Ｃとはトランク経路１０２を通して互いに結合され、また端末Ｂは、ブランチ・アド経路１０６と、ブランチ・ドロップ経路１０８とを含むブランチ経路１０４によってトランク経路１０２に結合される。本明細書において使用される場合、用語「結合される」は、それにより、１つのシステム要素によって搬送される信号が、「結合された」要素に与えられるどのような接続、結合、リンクなどのことも意味している。そのような「結合された」デバイスは、必ずしも互いに直接に接続されているとは限らず、またそのような信号を操作し、あるいは修正することができる中間のコンポーネントまたはデバイスによって分離されていてもよい。

トランク経路１０２とブランチ経路１０４とは、光ファイバ対を含む光ファイバ・ケーブルの１つまたは複数のセクションと、端末Ａ、Ｂおよび／またはＣの間のＷＤＭチャネルの双方向通信を提供する１つまたは複数のリピータ１１０とを含むことができる。ＷＤＭ信号は、端末Ａ、Ｂおよび／またはＣにおいて、発生させられ、また任意の端末Ａ、Ｂおよび／またはＣにおいて受信されることもある。例証されたシステムは、このようにして、破線で示され、またＤＬＳ Ａ−Ｃとラベル付けされる端末Ａと、Ｃとの間のＤＬＳと、破線で示され、またＤＬＳ Ａ−Ｂとラベル付けされる端末Ａと、Ｂとの間のＤＬＳと、破線で示され、またＤＬＳ Ｂ−Ｃとラベル付けされる端末Ｂと、Ｃとの間のＤＬＳとを含む。

当業者なら、システム１００は、説明を簡単にするために非常に簡略化された形式で示されていることを認識するであろう。本開示と整合性のあるシステムは、任意の数のブランチ端末と、任意の数のＤＬＳを確立するＯＡＤＭとを含むことができる。また説明を簡単にするために、本明細書における説明は、１つの端末から別の端末への伝送のことを意味することができる。しかしながら、本開示と整合性のあるシステムは、端末Ａ、Ｂおよび／またはＣのうちのどれかの間の双方向通信または単一方向通信のために構成されることもあることを理解すべきである。

トランク経路１０２と、ブランチ経路１０４との中のコンポーネントは、それらの意図している機能を達成するための知られている構成を含むことができる。例えば、リピータ１１０は、伝送経路での信号減衰を補償する任意の知られている光増幅器／リピータ構成を含むことができる。例えば、１つまたは複数のリピータ１１０は、エルビウムがドープされたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、ラマン増幅器（Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ハイブリッド・ラマン／ＥＤＦＡ増幅器などの光増幅器として構成されることもある。また、本システム１００は、例えば、約６００ｋｍよりも長い、端末Ａ、Ｂ、Ｃのうちの少なくとも２つの端末の間の長さを有する、ロング・ホール・システム（ｌｏｎｇ−ｈａｕｌ ｓｙｓｔｅｍ）として構成されることもあり、また水域に広がることができる。水域に、例えば、海洋に広がるように使用されるときに、増幅器１１０および／またはＯＡＤＭは、海底の上に据え付けられることもあり、またトランク経路１０２および／またはブランチ経路１０４は、ビーチ・ランディングの間に広がることができる。

一般に、ＯＡＤＭは、トランク経路１０２からブランチ・ドロップ経路１０８へとチャネルを抜き出しさせ、またブランチ・アド経路１０６からトランク経路１０２へとチャネルを挿入するように構成されていることもある。ＯＡＤＭはまた、トランク端末Ａからトランク端末Ｃへとエクスプレス・チャネルを渡すように構成されていることもある。例えば、端末Ａは、エクスプレス・チャネルを送信し、またＯＡＤＭに対するチャネルを抜き出しさせることができる。ＯＡＤＭは、ドロップ・チャネルをブランチ・ドロップ経路１０８に対して渡し、またエクスプレス・チャネルをトランク経路１０２に沿って端末Ｃに向かって渡すことができる。ブランチ端末は、ブランチ・アド経路１０６のでアド・チャネルを送信することができ、またＯＡＤＭは、端末Ａから送信されるエクスプレス・チャネルと一緒に、端末Ｃに向かってトランク経路１０２の上へとアド・チャネルを挿入することができる。端末Ａ、Ｂおよび／またはＣの間でチャネルを挿入し、抜き出しさせ、また渡すための多種多様なＯＡＤＭ構成は、当業者によく知られている。

図２は、本開示と整合性のあるシステムにおいて、有用なＯＡＤＭの一例を図によって示すものである。例証された例示の実施形態は、トランク経路１０２からブランチ・ドロップ経路１０８へとドロップ・チャネルを渡すためのドロップ・フィルタ２０８と、ブランチ・アド経路１０６からトランク経路１０２へとアド・チャネルを渡すためのアド・フィルタ２１０と、トランク経路１０２のエクスプレス・チャネルが、ＯＡＤＭを通過することを可能にするためのエクスプレス・フィルタ２０４とを含む。第１のカプラ２０２は、トランク経路１０２のエクスプレス・チャネルと、ドロップ・チャネルとをエクスプレス・フィルタ２０４と、ドロップ・フィルタ２０８とに結合する。第２のカプラ２０６は、エクスプレス・フィルタ２０４の出力と、アド・フィルタ２１０の出力とを結合して、トランク経路１０２でエクスプレス・チャネルと、アド・チャネルとを提供する。

アド・フィルタ２１０と、ドロップ・フィルタ２０８と、エクスプレス・フィルタ２０４とは、例証を簡単にするために簡略化された形式でＯＡＤＭのオペレーションを概念的に示すために、図２において示されている。アド・フィルタ２１０、ドロップ・フィルタ２０８、および／またはエクスプレス・フィルタ２０４によって示される機能は、例えば、光のスイッチ、フィルタ、カプラなどを使用して様々な構成で実装されることもあり、またアド・チャネル割付けと、ドロップ・チャネル割付けと、エクスプレス・チャネル割付けとの修正を可能にするように選択的に調整可能とすることができる。本開示と整合性のあるシステムは、任意のＯＡＤＭ構成を使用して、実装されることもある。

図３は、図２に示されるドロップ・フィルタ２０８についての透過率対波長を図によって示すものである。ドロップ・フィルタ２０８は、トランク経路１０２からブランチ・ドロップ経路１０８へと、例えば、カプラ２０２を通してドロップ・チャネルを渡し、またエクスプレス・チャネルをブロックする帯域通過フィルタ構成とすることができる。図４は、図２に示されるアド・フィルタ２１０についての透過率対波長を図によって示すものである。アド・フィルタ２１０は、ブランチ・アド経路１０６からトランク経路１０２へと、例えば、カプラ２０６を通して、アド・チャネルを渡す帯域通過フィルタ構成とすることができる。図５は、図２に示されるエクスプレス・フィルタ２０４についての透過率対波長を図によって示すものである。エクスプレス・フィルタ２０４は、ＯＡＤＭを通してトランク経路１０２に対してエクスプレス・チャネルを渡し、またアド・チャネルのロケーションに対応する１つまたは複数のチャネル波長を拒絶するフィルタ構成とすることができる。エクスプレス・フィルタ２０４によって拒絶される波長は、トランク経路１０２でドロップ・チャネルによって占有される同じ波長とすることができる。それゆえに、ＯＡＤＭにおいて抜き出しされるドロップ・チャネルのために使用される同じ波長は、ＯＡＤＭからアド・チャネルを受信するように使用可能にされることもある。

ドロップ・フィルタ２０８、アド・フィルタ２１０、またはエクスプレス・フィルタ２０４によって渡されるチャネルは、本明細書において、イン・バンド（ＩＢ：ｉｎ−ｂａｎｄ）チャネルと称される。ドロップ・フィルタ２０８、アド・フィルタ２１０、またはエクスプレス・フィルタ２０４によってブロックされるチャネルは、本明細書において、アウト・オブ・バンド（ＯＢ：ｏｕｔ−ｏｆ−ｂａｎｄ）チャネルと称される。例えば、図３、４および５を参照すると、ＩＢとラベル付けされるチャネルは、それぞれのフィルタに関するＩＢチャネルの例であり、またＯＢとラベル付けされるチャネルは、それぞれのフィルタに関するＯＢチャネルの例である。

端末Ａ、ＢまたはＣによって送信されるチャネルのうちの任意のチャネルは、利用されたチャネル、または未利用のチャネルとすることができる。本明細書において使用される場合、「利用されたチャネル」は、情報搬送信号を含むＷＤＭシステム・チャネル・ロケーションのことを意味しており、また「未利用のチャネル」は、情報搬送信号を含まないＷＤＭシステム・チャネル・ロケーションのことを意味している。望ましいチャネル・ローディングを維持するために、未利用のチャネルは、端末Ａ、ＢまたはＣにおいて、ローディング信号（ｌｏａｄｉｎｇ ｓｉｇｎａｌｓ）を用いてロードされることもある。本明細書において使用される場合、「ローディング信号」は、ブロードバンド雑音、例えば、ＡＳＥ雑音、ＡＳＥ雑音バンド、またはアイドラー・トーン（ｉｄｌｅｒ ｔｏｎｅ）などの非情報搬送信号のことを意味している。本明細書において、使用される場合、「アイドラー・トーン」は、チャネルに関連する特定の波長の上に集中しており、また情報またはトラフィックを搬送しない光エネルギーのことを意味するべきである。

ローディング信号は、当業者に知られている方法により、端末Ａ、Ｂおよび／またはＣの未利用のチャネルにおいて、生成され、また配置されることもある。１つまたは複数のローディング信号が、ブロードバンド雑音である場合の一実施形態においては、雑音は、例えば、その教示が、これによって、参照により本明細書に完全に組み込まれている、２００５年、１２月２９日に公開された「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｎｏｉｓｅ Ｌｏａｄｉｎｇ」という名称の米国特許出願公開第２００５／０２８６９０５ Ａ１号において開示されるように、未利用のチャネルに対して生成され、また追加されることもある。１つまたは複数のローディング信号が、アイドラー・トーンである場合の一実施形態においては、アイドラー・トーンは、例えば、その教示が、これにより、参照により本明細書に完全に組み込まれている、２００６年、３月９日に公開された「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の米国特許出願公開第２００６／００５１０９３ Ａ１号において説明されるように、連続波非変調レーザ光源を使用することにより、生成されることもある。

ＩＢローディング信号と、ＯＢローディング信号とは、異なったやり方で、チャネル電力管理に影響を及ぼす。ＯＢローディング信号は、ＯＡＤＭにおいて、それらのフィルタによってブロックされ、またそれゆえに、ＯＡＤＭに先行するトランク経路１０２またはブランチ経路１０４においてチャネル電力管理を助けるだけである。しかしながら、ＩＢローディング信号は、送信端末から受信端末への全体にわたって伝搬し、また関連するＤＬＳの全体の内部でチャネル電力管理を助ける。

もう一度、図１を参照すると、その中で示される「Ｘ」は、４つの異なるファイバ障害Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ４についての可能性のあるロケーションを識別している。障害Ｆ１は、ＯＡＤＭに先立つ最後の増幅器１１０の前のトランク経路１０２のファイバ切断であり、障害Ｆ２は、ＯＡＤＭの前のトランク経路１０２のファイバ切断であり、障害Ｆ３は、ＯＡＤＭの前のブランチ経路１０４のファイバ切断であり、また障害Ｆ４は、ＯＡＤＭに先立つ最後の増幅器１１０の前のブランチ経路１０４のファイバ切断である。障害Ｆ１およびＦ２に起因して生じるトランク・チャネルの喪失は、ＤＬＳ Ｂ−Ｃでのアド・チャネルについての性能ペナルティをもたらすことになる。障害Ｆ_３およびＦ_４に起因して生じるブランチ経路でのアド・チャネルの喪失は、ＤＬＳ Ａ−Ｃでのエクスプレス・チャネルについての性能ペナルティをもたらすことになる。例証された例示の実施形態においては、ＤＬＳ Ａ−Ｃと、ＤＬＳ Ｂ−Ｃとだけが、障害によって直接に影響を受け、またＤＬＳ Ａ−Ｂのチャネルに対してペナルティを導入しないので、ＯＡＤＭの後のトランク経路１０２における、すなわち、ＯＡＤＭと、端末Ｃとの間のファイバ障害は、本開示と整合性のある方法で、回復を必要としてはいない。

本開示と整合性のあるシステムにおいては、障害からの、例えば、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３またはＦ４からの回復は、障害によって影響を受けるＤＬＳでのチャネル電力分布を修正することによって達成されて、メリット関数を最小にすることができる。メリット関数は、例えば、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）および／または非線形位相シフトなどのシステム・パラメータに基づいていることもある。メリット関数は、興味のある任意のシステム・パラメータに基づいて様々な構成で、提供される可能性がある。メリット関数を最小にすることは、メリット関数が、公称設計に比べて基づいているシステム・パラメータ（単数または複数）における変更を効果的に最小にすることができる。

回復において、支援するために、電力調整は、ＩＢローディング信号における電力を修正することを伴うこともある。システムが、利用されたチャネルを用いて完全にロードされる場合、１つまたは複数のデータ／利用されたチャネルは、ＩＢローディング・チャネルに対して変更されることもある。これは、データ変調器をディスエーブルにすること、およびチャネルの上に供給される情報信号をローディング信号で置き換えることにより、達成される可能性がある。残りのデータ／利用されたチャネルと、ＩＢローディング・チャネルおよびＯＢローディング・チャネルとの間の電力分布は、メリット関数を最小にするように、再調整されることもある。オプションとして、個別のデータ・チャネル電力は、別々に再調整されて、システム性能をさらに改善することができる。

障害によって影響を受けるＤＬＳでの電力分布は、調整されて、様々なやり方でメリット関数を最小にすることができる。一実施形態においては、例えば、回復するＤＬＳ（単数または複数）における２つの電力比は、調整されて、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）と、非線形位相シフトとに基づいてメリット関数の値を最小にすることができる。例えば、総起動電力に対するすべてのデータ・チャネルの総電力の比、ｒ_１、と、すべてのローディング・チャネルの総電力に対するすべてのＩＢローディング・チャネルの総電力の比、ｒ_２、とは、
として算出されることもあり、式中で、Ｐ_ｓｉｇと、Ｐ_ＩＢと、Ｐ_ＯＢと、Ｐ_起動とは、それぞれ、データ／利用されたチャネル電力と、ＩＢローディング信号電力と、ＯＢローディング信号電力と、総起動電力とである。すべての電力は、送信端末の出力において決定される。比ｒ_１とｒ_２との値は、０と、１との間に位置する。

電力比ｒ_１およびｒ_２は、調整されて、
として規定されるメリット関数εの値を最小にすることができ、式中で、ＯＳＮＲは、受信機帯域の中の光信号対雑音比であり、ＮＬは、総蓄積非線形位相シフトであり、またｗは、メリット関数におけるＮＬ変更の重み付けである。ｗの最適値は、システムに依存しており、また異なるシステムについて試行錯誤によって選択されるべきである。０という下付き文字は、ＯＳＮＲ値と、障害の前の公称（設計通りの）システムに対応するＮＬ値を指す。ＮＬパラメータは、
として規定されることもあり、式中で、ｎ_２は、ファイバの非線形屈折率であり、Ａ_ｅｆｆは、ファイバの実効面積であり、ｖは、信号チャネル周波数であり、Ｐ_ｃｈは、チャネル電力であり、またＬ_ｅｆｆは、ファイバ・スパン実効長である。

メリット関数εを最小にする電力比ｒ_１とｒ_２とは、ネルダー−ミード・アルゴリズム（Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）など、知られている非線形最適化アルゴリズムを使用して見出されることもある。計算は、リアル・タイムで端末Ａ、Ｂおよび／またはＣに位置するプロセッサによって実行されることもある。計算はまた、ローディング状態が、そのような時間においてすでに知られている場合には、すべての可能性のある障害シナリオにおいて、設計時または展開時に実行されることもある。電力比ｒ_１とｒ_２との調整は、端末の中の回線監視機器（図示されず）によって検出される障害に応じて、端末の中のトランスポンダによって自動的に実行されることもある。データ・チャネルの相対的な電力レベルを保持しながら、２つの電力比ｒ_１とｒ_２とだけを調整することにより、メリット関数εを最小にする比を見出すために必要とされる時間は、非常に短縮される。障害回復に対するこのアプローチが、開始されて、短期間のうちにできるだけ多数のチャネルでトラフィックを復元することができる。必要に応じて、個々のデータ・チャネルの電力レベルの微調整が、実装されて、各チャネルの性能を個別に最大にすることができる。

図６は、本開示と整合性のあるシステムにおける障害回復の性能を示すＱ−ファクタ・マージン対波長についての測定されたプロット６０２と、６０４と、６０６と、６０８とを含むものである。チャネルについての正のＱ−ファクタ・マージンは、チャネルが、正常に動作していることを示している。プロット６０２は、設計通りの（公称）システムの性能を示しており、プロット６０４は、障害の発生の後の、また障害回復の前のシステム性能を示しており、プロット６０６は、本開示と整合性のある初期の障害回復の後のシステム性能を示しており、またプロット６０８は、本開示と整合性のある、初期の障害回復と、個々のデータ・チャネル調整との後のシステム性能を示している。図６にプロットされるデータは、図１に示されるように、システム構成から取得されたものであり、分散管理されたトランク経路１０２と、ブランチ経路１０４と、端末Ａ、ＢおよびＣの中の４０Ｇｂｐｓのデュアル波長２進数位相シフト・キーイング（ＢＰＳＫ：ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）トランスポンダとは、直接検出を使用している。端末Ａにおいて、１２６個のチャネル（２×２０Ｇｂｐｓのチャネルは、１つの４０Ｇｂｐｓ信号を表す）は、１５３１．７０２ｎｍから１５６４．４０７ｎｍへのシステム帯域の中にロードされ、またトランク経路１０２の上へと起動された。ＯＡＤＭは、端末Ｂに対するブランチ・ドロップ経路１０８で１５３１．７０２ｎｍから１５４０．７５５ｎｍへの波長を（２５ＧＨｚの間隔をおいて）占有する４６個のチャネルを抜き出すように構成されていた。ＯＡＤＭの中のエクスプレス・フィルタ２０４（図２）を使用して、エクスプレス・チャネルを渡し、またドロップ・チャネルによって占有されるシステム帯域幅の部分をブロックしており、その結果、それは、アド・チャネルのために再使用される可能性がある。端末Ｂにおいて、１５３１．３７６ｎｍから１５４０．８２１ｎｍへの（３３ＧＨｚグリッドの上の）３６個のチャネルが、ブランチ・アド経路１０６の上へと起動され、またＯＡＤＭにおいて端末Ａからの８０個のエクスプレス・チャネル（また３３ＧＨｚグリッドの上の）と組み合わされた。

図７は、本開示と整合性のある別のシステムにおける障害回復の性能を示すＱ−ファクタ・マージン対波長についての測定されたプロット７０２と、７０４と、７０８とを含むものである。プロット７０２は、設計通りの（公称）システム性能を示しており、プロット７０４は、障害の発生の後の、また障害回復の前のシステム性能を示しており、またプロット７０６は、本開示と整合性のある初期の障害回復の後のシステム性能を示している。図７にプロットされるデータは、図１に示されるように、システム構成から取得されており、トランク経路１０２と、ブランチ経路１０４と、端末Ａ、ＢおよびＣの中の１００Ｇｂｐｓの偏光多重化（ＰＭ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）直交位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）トランスポンダとの中の分散管理は、コヒーレント検出を使用していない。端末Ａにおいて、５０ＧＨｚグリッドの上に間隔をおかれた７９個のチャネルが、トランク経路１０２の上へと起動された。ＯＡＤＭは、トランク経路１０２からブランチ・ドロップ経路１０８へと２３個のチャネルを抜き出すように構成されていた。端末Ｂにおいて、抜き出されたチャネルと同じ波長の上の２３個のチャネルが、ブランチ・アド経路１０６の上へと起動され、またＯＡＤＭにおいて、エクスプレス・チャネルと一緒にトランク経路１０２に挿入された。エクスプレス・チャネルと、アド・チャネルと、ドロップ・チャネルとは、図６に関連して上記で説明されるように波長範囲と同じ波長範囲を占有した。

４０Ｇｂｐｓ（図６）のシステムと、１００Ｇｂｐｓ（図７）のシステムとの両方では、トランク切断障害が、その障害が残りのＤＬＳの性能に大きな影響をもたらすので、ＯＡＤＭの直前に（図１においてＦ_２によって示されるように）挿入された。両方のシステムが、完全にロードされたので、本開示と整合性のある障害回復は、プロット６０２および７０２に示されるように、ＩＢローディング信号に対するＤＬＳ Ｂ−Ｃの２つのエッジ・チャネル（最長波長および最短波長）を変更することにより、それらのシステムにおいて達成された。より多くのＩＢローディングを使用して、チャネル電力を低減させ、またファイバの非線形性によって引き起こされる性能劣化をさらに低下させる助けを行うことができる。上記で説明されるように、メリット関数εを最小にするように電力比ｒ_１とｒ_２とを調整した後に、信号チャネルのビット・エラー・レート（ＢＥＲ：ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ）と、Ｑ−ファクタとが、算出された。メリット関数εを算出するために、ｗ＝０．４と、ｗ＝０とは、それぞれ４０Ｇｂｐｓ（図６）と、１００Ｇｂｐｓ（図７）とのために選択された。

図６のプロット６０２によって示されるように、４０Ｇｂｐｓのシステムは、設計通りに〜６ｄＢのマージンを有した。トランク切断の後に、３６個のチャネルのうちの１６個のチャネルだけが、プロット６０４によって示されるように正のＱ−ファクタ・マージン、または元の容量の４４％を有する。プロット６０６は、本開示と整合性のある障害回復が、１７個の追加チャネルを成功裏に回復しており、容量の９２％を保持していることを示している。プロット６０８によって示されるように、最後に失敗したチャネルは、個々のデータ・チャネル電力を調整することにより回復される可能性があり、ＩＢアイドラーとして使用される２つを除いて、ＤＬＳの上にすべてのトラフィックを回復している。

図７のプロット７０２によって示されるように、１００Ｇｂｐｓのシステムは、ＤＬＳ Ｂ−Ｃの２３個のチャネルで〜２．５ｄＢの設計通りのマージンを有する。ファイバ切断の後に、プロット７０４によって示されるように、１１個のチャネル（４７％）が、動作可能なままである。プロット７０６は、８個の追加のチャネルが、本開示と整合性のある障害回復を使用して回復される可能性があり、容量の８３％を保持していることを示している。

４０Ｇｂｐｓ（図６）のシステムと、１００Ｇｂｐｓ（図７）のシステムとの両方においてメリット関数を最小にすることは、それらのそれぞれの初期値（障害の後の回復の前の）と比べてｒ_２を増大させながら、ｒ_１を低下させるという結果になった。これは、一般に、データ・チャネル（障害の後に余分な電力を有した）と、ＯＢローディング信号とからＩＢローディング信号へと電力を再分布させることに対応している。

それゆえに、海底ＯＡＤＭネットワークにおいて障害からの回復を提供するためのシステムと方法とが、提供されている。回復は、データ・チャネルと、ローディング・チャネルとの間の２つの電力比を調整することにより達成されて、システム・パラメータから算出されるメリット関数を最小にすることができる。有利なことに、本開示と整合性のあるシステムと方法とは、障害によって直接に影響を受けないＯＡＤＭ ＤＬＳでほとんどのデータ・チャネルの回復を可能にする。回復のために使用されるべきローディング信号が、部分的なローディングの場合には常に存在しているが、完全にロードされたシステムにおいて、少数のデータ・チャネルが、データ変調をディスエーブルにすることにより、そこでのローディング信号を用いて未利用のチャネルへと変更されることもある。本開示と整合性のあるシステムと方法とは、ケーブル切断の場合のシステム帯域と成功した回復との効率的な利用を提供する。

図８は、本開示と整合性のある方法８００を示すフロー・チャートである。示されるように、障害に応じて、送信チャネルの電力分布は、調整されて（８０４）、メリット関数を最小にすることができる。送信チャネルが、すべての利用されたチャネルである場合、送信チャネルのいくつかは、送信チャネルにおいて電力分布を調整する前に、そこでのイン・バンド・ローディング信号を用いて未利用のチャネルへと変更される（８０２）こともある。さらなる改善のために、送信チャネルのうちの個別のチャネルにおける電力は、送信チャネルにおいて電力分布を調整した後に、別々に調整される（８０６）こともある。

図８は、一実施形態による様々なオペレーションを示しているが、図８に示されるオペレーションのうちの必ずしもすべてが、他の実施形態のために必要であるとは限らないことを理解すべきである。実際に、本開示の他の実施形態においては、図８に示されるオペレーション、および／または本明細書において説明される他のオペレーションは、図面のうちの任意の図に具体的には示されていないやり方で組み合わされることもあるが、依然として本開示と完全に整合性があることが、本明細書において完全に企図されている。したがって、１つの図面に正確には示されていない機能および／またはオペレーションを対象とする特許請求の範囲は、本開示の範囲と内容との範囲内にあるものと見なされる。

本開示の一態様によれば、トランク経路の上に、複数のエクスプレス・チャネルと、複数のドロップ・チャネルとを占有するトランク入力信号を提供するように構成された第１のトランク端末と、ブランチ経路の上に、複数のアド・チャネルを占有するブランチ入力信号を提供するように構成されたブランチ端末と、トランク経路と、ブランチ経路とに結合され、トランク入力信号とドロップ・チャネルを含むブランチ入力信号とを受信し、トランク経路にエクスプレス・チャネルおよびアド・チャネルを含むトランク出力信号を提供し、ブランチ経路にブランチ出力信号とを提供するための光アド−ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）と、ＯＡＤＭに結合され、またトランク出力信号を受信するように構成された第２のトランク端末とを含む波長分割多重化光システムが、提供されており、第１のトランク端末と、ブランチ端末とのうちの少なくとも一方は、それぞれ、トランク入力信号またはブランチ入力信号の出力電力を調整し、トランク経路またはブランチ経路での障害から回復するためにメリット関数を最小にするように構成されている。

本開示の別の態様によれば、障害に応じて、メリット関数を最小にするように送信チャネルの電力分布を調整するステップを含む、分岐したＷＤＭ光ネットワークにおける障害回復のための方法が、提供されている。

本明細書において説明される方法の実施形態は、プロセッサおよび／または他のプログラマブル・デバイスを使用して実装されることもある。その目的を達成するために、本明細書において説明される方法は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されるときに、本方法を実行する、その上に記憶される命令を有する有形のコンピュータ読取り可能ストレージ媒体に実装されることもある。それゆえに、例えば、端末Ａ、Ｂおよび／またはＣは、本明細書において説明されるオペレーションを実行する命令（例えば、ファームウェアまたはソフトウェアの形の）を記憶するストレージ媒体（図示されず）を含むことができる。ストレージ媒体は、任意のタイプの有形な媒体を、例えば、フロッピー・ディスクと、光ディスクと、コンパクト・ディスク・リード・オンリー・メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ：ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｋ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｉｅｓ）と、コンパクト・ディスク書換え可能（ＣＤ−ＲＷ：ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｋ ｒｅ−ｗｒｉｔａｂｌｅｓ）と、光磁気ディスクとを含む任意のタイプのディスク、リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックＲＡＭやスタティックＲＡＭなどのランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、消去可能プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＰＲＯＭ：ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｉｅｓ）、電気的消去可能プログラマブル・リード・オンリー・メモリ（ＥＥＰＲＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｉｅｓ）、フラッシュ・メモリなどの半導体デバイス、磁気カードもしくは光カード、または電子命令を記憶するために適した任意のタイプの媒体を含むことができる。

本明細書におけるどのようなブロック図も、本開示の原理を具現化する実例となる回路の概念図を表すことが、当業者によって理解されるであろう。同様に、どのようなフロー・チャート、流れ図、状態遷移図、擬似コードなども、コンピュータ読取り可能媒体の形で実質的に表され、またそのようにしてコンピュータまたはプロセッサによって実行され得る様々なプロセスを、そのようなコンピュータまたはプロセッサが、明示的に示されているか、否かにかかわらず、表すことが理解されるであろう。ソフトウェア・モジュール、または単に、ソフトウェアであることを暗に意味しているモジュールは、プロセス・ステップおよび／またはテキスト記述の性能を示すフロー・チャート要素または他の要素の任意の組合せとして本明細書において表されることもある。そのようなモジュールは、明示的に、または暗黙のうちに示されているハードウェアによって実行されることもある。

任意の機能ブロックを含めて、図面に示される様々な要素の機能は、専用のハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通して提供されることもある。プロセッサによって提供されるときに、それらの機能は、単一の専用のプロセッサによって、単一の共用のプロセッサによって、またはそれらのうちのいくつかが共用され得る複数の個別のプロセッサによって提供されてもよい。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行することができるハードウェアだけを排他的に意味するように解釈されるべきではなく、また限定することなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のハードウェアと、ネットワーク・プロセッサと、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）と、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）と、ソフトウェアを記憶するためのリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）と、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）と、不揮発性ストレージとを暗黙のうちに含むことができる。他のハードウェアが、従来品および／またはカスタム品もまた、含められる可能性がある。

Claims (6)

1. 波長分割多重化光システム（１００）であって、
   トランク経路（１０２）に、複数のエクスプレス・チャネルと、複数のドロップ・チャネルとを占有するトランク入力信号を提供するように構成された第１のトランク端末（Ａ）と、
   ブランチ経路（１０４）に、複数のアド・チャネルを占有するブランチ入力信号を提供するように構成されたブランチ端末（Ｂ）と、
   前記トランク経路（１０２）と、前記ブランチ経路（１０４）とに結合され、前記トランク入力信号と前記ブランチ入力信号とを受信し、前記トランク経路（１０２）に前記エクスプレス・チャネルおよび前記アド・チャネルを含むトランク出力信号を提供し、前記ブランチ経路（１０４）に前記ドロップ・チャネルを含むブランチ出力信号とを提供するための光アド−ドロップ・マルチプレクサ（ＯＡＤＭ）と、
   前記ＯＡＤＭに結合され、前記トランク出力信号を受信するように構成された第２のトランク端末（Ｃ）と
   を備え、前記第１のトランク端末（Ａ）と、前記ブランチ端末（Ｂ）とのうちの少なくとも一方は、それぞれ、前記トランク入力信号または前記ブランチ入力信号の出力電力を調整し、前記トランク経路（１０２）または前記ブランチ経路（１０４）での障害から回復するように構成され、
   前記調整はメリット関数を最小にするものであり、
   前記第１のトランク端末（Ａ）と、前記ブランチ端末（Ｂ）とのうちの前記少なくとも一方は、それぞれ、前記トランク入力信号または前記ブランチ入力信号における、第１の電力比と第２の電力比とを調整し、前記メリット関数を最小にするように構成され、
   前記第１の電力比は、
   として表され、前記第２の電力比は、
   として表され、式中で、Ｐ _ｓｉｇ と、Ｐ _ＩＢ と、Ｐ _ＯＢ と、Ｐ _起動 とは、前記トランク入力信号または前記ブランチ入力信号の、それぞれ、利用されたチャネル電力と、イン・バンド・ローディング信号電力と、アウト・オブ・バンド・ローディング信号電力と、総起動電力とである、システム（１００）。
2. 前記メリット関数は、
   として表され、式中で、ＯＳＮＲは、受信光信号対雑音比であり、ＯＳＮＲ_０は、公称受信光信号対雑音比であり、ＮＬは、総蓄積非線形位相シフトであり、ＮＬ_０は、公称総蓄積非線形位相シフトであり、ｗは、重み付け係数である、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記メリット関数は、光信号対雑音比と、非線形位相シフトとに基づいている、請求項１に記載のシステム（１００）。
4. 分岐したＷＤＭ光ネットワークにおける障害回復のための方法（８００）であって、
   障害に応じて、メリット関数を最小にするように送信チャネル（８０４）の電力分布を調整するステップ
   を含み、
   前記調整するステップは、前記送信チャネルにおいて第１の電力比と、第２の電力比とを調整するステップを含み、
   前記第１の電力比は、
   として表され、また前記第２の電力比は、
   として表され、式中で、Ｐ _ｓｉｇ と、Ｐ _ＩＢ と、Ｐ _ＯＢ と、Ｐ _起動 とは、前記送信チャネルの、それぞれ、利用されたチャネル電力と、イン・バンド・ローディング信号電力と、アウト・オブ・バンド・ローディング信号電力と、総起動電力とである方法。
5. 前記メリット関数は、
   として表され、式中で、ＯＳＮＲは、受信光信号対雑音比であり、ＯＳＮＲ_０は、公称受信光信号対雑音比であり、ＮＬは、総蓄積非線形位相シフトであり、ＮＬ_０は、公称総蓄積非線形位相シフトであり、ｗは、重み付け係数である、請求項４に記載の方法。
6. 前記メリット関数は、光信号対雑音比と、非線形位相シフトとに基づいている、請求項４に記載の方法。