JP5091739B2 - 光信号伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号伝送装置に係わり、特に光ファイバの分散で劣化した波形を補償する分散補償機能を備えた光信号伝送装置に関する。

インターネットに代表されるデータトラフィックの急増により、大容量通信が可能な光通信ネットワークが必要である。大容量化は、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術を用いて実現される。波長多重技術は、数十波の波長を１本の光ファイバに波長多重して伝送することが可能である。光増幅器または再生中継器等を用いることで、数百ｋｍを超える長距離伝送が可能である。現在、１波長あたり１０Ｇｂｉｔ／ｓの波長多重伝送装置が実用化されている。

波長多重伝送システムを設計する場合、分散補償器（ＤＣ：Dispersion Compensator）が必要である。分散補償器は、光ファイバの波長分散に起因する波形劣化を補償する。例えば、１.５５μｍの通信帯域で、長さ８０ km、波長分散＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの単一モードファイバ（Single Mode Fiber；ＳＭＦ）の波長分散を補償するためには、約−１６００ｐｓ／ｎｍの分散補償量が必要である。具体的な設計では、最適な波形に補正するために、光信号のチャーピングや光ファイバの非線形効果を考慮し、上述の値とは異なる値が選択される場合がある。ＳＭＦでは波長分散がゼロとなるゼロ分散波長は１.３μｍ（マイクロメータ）である。ファイバの種類としては、ＳＭＦの他、例えば、ゼロ分散波長が光信号の波長帯である１.５５μｍにシフトすることによって、光信号波長での分散量が削減された分散シフトファイバ（Dispersion-Shifted Fiber；ＤＳＦ）等数種類のファイバが使用されている。

これらのファイバに対し、適切な分散補償量を決定するには適用する光ファイバ伝送路の分散値を実測または予測して、適切な分散補償の値を持つ分散補償器を伝送装置に搭載する。現在、一般に用いられている分散補償器は、分散補償ファイバ（Dispersion Compensating Fiber；ＤＣＦ）など、補償値が固定されている。しかしながら、固定分散補償器では、品種を多数在庫しておく必要があるという課題がある。さらに、４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度では、スペクトル幅が広がるため、ＤＣＦによるＷＤＭ信号の一括補償と各波長の最適補償値とのずれ（残留分散）や、ファイバの周囲温度変化等に起因するファイバ分散特性の季節変動など、わずかな分散補償値のずれや、偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion；ＰＭＤ）が伝送特性に大きく影響するという課題もある。これらの課題を解決するため、可変分散補償器が検討されている。

波長分散を補償する可変分散補償器として、例えば、特許文献１に記載の、バーチャル・イメージ・フェーズ・アレイ（ＶＩＰＡ）を用いた可変分散補償装置がある。その他、ファイバ型ブラッグ回折格子（Fiber Bragg Grating；ＦＢＧ）や、エタロンを利用したものがある。

また、偏波モード分散補償器として、例えば、特許文献２記載の技術が知られている。特許文献２では、偏波モード分散補償器は、偏波変換部、群遅延付与部、位相シフタ等で構成され、光領域で偏波モード分散による波形劣化を補正する。

別の例として、特許文献３記載のトランスバーサル型等化回路を利用した技術が知られている。分散補償器の制御方法の一例が、特許文献４に記載されている。制御するための品質モニタ方法の一例として、電子回路を用いてアイ開口をモニタする方法が特許文献５に記載されている。

特許文献６には、受信側で誤り率、アイ開口度、Ｑ値、クロック信号レベルを測定し、その結果に基づいて、波長分散の等化または識別点の調整を行う自動等化システムが記載されている。

特許文献７には、光信号のアイパタンの特徴を抽出して、光信号劣化要因と劣化量を取得して、波長歪み補償装置を制御する光信号の監視方法および光信号監視装置が記載されている。

特表２０００−５１１６５５号公報 特許第３２８１１６２号公報 特開２００７−２７４０２２号公報 特開２００２−２０８８９２号公報 特許第３９９５０９４号公報 特開平０９−３２６７５５号公報 特開２００４−２２２２４０号公報

従来の技術では、可変分散補償器を制御する場合、受信した信号の符号誤り情報が用いられている。しかしながら、受信信号の符号誤りは、分散以外の要因でも発生する場合がある。例えば、波長増設に伴って四波混合（Four Wave Mixing；ＦＷＭ）により発生する一時的な雑音増加がある。別の例として、装置周辺の装置インストール作業に伴い、意図せずにファイバへの一時的な張力が加わることにより、光増幅器間の損失が増大し、光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio；ＯＳＮＲ）が劣化することで符号誤りが発生することもある。このような場合に受信した信号の符号誤り情報のみで可変分散補償器を制御してしまうと、最適な分散補償値からずれて、不要な符号誤り増加の原因になる可能性があった。さらに別の例としては、保守作業でファイバを抜去する場合、光信号が断してしまい、制御できなくなり、ファイバを再び挿入した際に、再度最適な分散補償値に収束するまでに不要に長い時間が発生し、サービス再開までに時間がかかってしまうという問題があった。これは、制御するための情報としてアイ開口を用いた場合でも同様の課題である。

上記課題は、可変分散補償器の制御を行う際に、受信した信号の符号誤りだけでなく、符号誤りの原因を判定可能な情報を入力とし、信号品質劣化の原因がファイバ分散以外の要因と考えられる場合には、符号誤りが増加しても、可変分散補償器の補償値を変化させないように可変分散補償器の制御を行う光信号伝送装置とすれば良い。符号誤りの原因を判定可能な情報としては、光雑音情報、受信光パワー情報を利用すれば良い。

また、光信号送信部と、光ファイバの分散による波形劣化を補償する分散補償量を調整する可変分散補償部と、この可変分散補償部の補償分散量を制御する制御部と、この制御部の制御内容を指定する制御モード判定部と、光受信部と、信号品質監視部を備え、制御モード判定部は、光受信部からの受信光パワー情報に基づいて、光信号パワーが適切な範囲内にあるかどうかを判定し、制御部は、制御モード判定部の判定結果と信号品質監視部からの品質情報とに基づいて、可変分散補償部を制御する光信号伝送装置により、達成できる。

さらに、光信号送信部と、光ファイバの分散による波形劣化を補償する分散補償量を調節する可変分散補償部と、この可変分散補償部の補償分散量を制御する制御部と、この制御部の制御内容を指定する制御モード判定部と、光受信部と、信号品質監視部と、不揮発性メモリ部とを備え、制御モード判定部は、光受信部からの受信光パワー情報に基づいて、光信号パワーが適切な範囲にあるか否か判定し、制御モード判定部が、光信号パワーが適切な範囲外と判定したとき、制御部は、不揮発性メモリに格納された補償値で可変分散補償部を制御、または可変分散補償部に設定されている補償値が維持されるように制御し、制御モード判定部が、光信号パワーが適切な範囲内と判定したとき、制御部は、信号品質監視部からの情報に基づいて、可変分散補償部を制御する光信号伝送装置により、達成できる。

本発明の光信号伝送装置によれば、ファイバ分散以外の要因で符号誤りが発生した場合には可変分散補償器の補償値を変化させず、既に設定された最適な補償値に維持できるので、不要な誤り増加を発生させることがない光信号伝送装置を提供できる。さらに本発明の光信号伝送装置によれば、保守のためにファイバを抜去して再挿入した場合や、伝送路故障で主信号が断した場合でも、短い時間で所定の主信号品質に復帰可能な光信号伝送装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。ここで、図１は、網形態を説明するブロック図である。図２は、光伝送装置のブロック図である。図３は、別の光伝送装置のブロック図である。図４は、分散補償器の効果を模式的に示す図である。図５は、光送受信器の構成を説明するブロック図である。図６は、光送受信器の構成をより詳細に説明するブロック図である。図７は、パス開通時の光信号伝送装置の動作を説明するフローチャート図である。図８は、運用中からパスが削除されるまでの光信号伝送装置の動作を説明するフローチャート図である。図９は、制御モード判定部の条件を説明する図である。図１０は、光信号伝送装置の状態遷移を説明する図である。

図１を用いて、光信号伝送装置が適用される網形態を説明する。図１（ａ）は、光ノード１０３と光ノード１０４とが端点にあり、光ノード１０３と光ノード１０４の間に光ノード１０５があり、それらが互いに伝送路ファイバ１１１、１１２で接続されるリニア型ネットワークである。本構成では、光ノード１０３または光ノード１０４で挿入（アド）された信号は、少なくとも一部が光ノード１０５で分岐（ドロップ）されることが可能であるとともに、光ノード１０５では別の信号が挿入されることが可能である。ここで、実線矢印は、光ノード１０３と光ノード１０４間、光ノード１０３と光ノード１０５間、光ノード１０５と光ノード１０４間にパスが設定されていることを示す。光ノード１０５では、必ずしも信号が分岐される必要がなく、光ノード１０３から光ノード１０５までのパスがあっても良いことは自明である。光ノード１０３、光ノード１０４、光ノード１０５は、監視制御用網１０２を経由し、統合監視制御部１０１と接続されている。統合監視制御部１０１の役割の一面は、各光ノードの状態を含むネットワークの構成管理、障害管理、帯域管理、性能管理等を行うことである。統合監視制御部１０１の役割の別の一面は、任意の光ノード間に需要に応じた通信帯域を確保するために、構成管理情報および障害管理情報を参照して、該当する光ノードの利用可能なリソースや障害情報を参照し、該当する光ノードを含む複数の光ノードを制御して通信路またはパスを設定することである。

図１（ｂ）は、リング型ネットワークである。リング型ネットワークでは、光ノード１０３と光ノード１０４と光ノード１０５と光ノード１０６とが、それぞれ隣り合った局と伝送路ファイバ１１３、１１４、１１５、１１６で接続される。ネットワークがリングを形成しているので、ファイバが１箇所で障害を起こした場合も、逆回りの伝送でプロテクションすることができる。ここで実線矢印は、光ノード１０３経由で光ノード１０４と光ノード１０５間、光ノード１０５と光ノード１０６間、光ノード１０４と光ノード１０６間にパスが設定されている状態を示す。

図１（ｃ）のメッシュ型ネットワークは、光ノード１０３と光ノード１０４と光ノード１０５と光ノード１０６と図示しない他の光ノードとが、網の目状に伝送路ファイバで接続されたネットワークである。ここで実線矢印は、光ノード１０３と光ノード１０４間、光ノード１０５経由で光ノード１０３と光ノード１０６間、直接光ノード１０３と光ノード１０６間、光ノード１０４と光ノード１０６間にパスが設定されている。メッシュ型ネットワークでは、リングと比較して運用管理は難しいが諸条件に応じてパスの経路変更等が可能な自由度の高いネットワークである。

図１（ｂ）、図１（ｃ）でも、統合監視制御部１０１、監視制御用網１０２の役割は同様である。各網形態において、統合監視制御部１０１は、１台あるいは冗長化されたサーバによる集中制御方式で実現することができる。別の方式としては、例えば、後述する図２のノード監視制御部２１１のような各ノードの監視制御部が、互いに通信してネットワークの状態情報交換や経路計算を行う分散制御方式、もしくは集中制御方式と分散制御方式が連携した方式を採用しても良い。分散制御方式を採用の場合、統合監視制御部１０１を省略あるいは簡略化することも可能である。連携する場合、ネットワークの状態情報交換や、経路計算、パス設定のための各ノードへの制御などの機能を、統合監視制御部１０１と、ノード監視制御部２１１で分担しても良い。分散制御方式の装置間通信制御技術として、インターネットエンジニアリングタスクフォース（The Internet Engineering Task Force；ＩＥＴＦ）のＲＦＣ３４７１−３４７３等で規定されているＧＭＰＬＳ（Generalized Multi-Protocol Label Switching）のプロトコル群を利用することが可能である。

次に図２を用いて、光信号伝送システム２００の構成を説明する。光信号伝送システム２００は、光送受信器を含む光ノード２０３、２０５と、光信号の線形中継を行う光ノード２０４と、これら光ノード間を接続する伝送路２０６、２０７で構成される。光ノード２０３、２０５は、ノード監視制御部２１１、２１２と、使用する波長数に応じた光送受信器２２１、２２２と、各波長を付与された光信号（λ１、λ２、…、λｎ）を波長領域で合波して波長多重信号に変換し、逆に波長多重信号を各波長の信号分波して元の波長別の光信号に変換する波長合分波部２３１〜２３４と、波長多重信号を光領域で増幅する光増幅器２４１〜２４４で構成される。

光送受信器２２１、２２２は、光信号でクライアント装置と接続されるか、あるいは、電気信号で、光ノード２０３、２０５内の、例えば電気スイッチ（記載はされていない）などの別の機能部と接続される。光送受信器に用いる光源としては、ある固定の波長のみが出力される光源でも良いし、送信波長を遠隔制御で変更可能な波長可変光源でも良い。波長は、ＩＴＵ−Ｔ勧告 Ｇ６９４．１やＧ６９４．２で規定される波長グリッド上に合うように選択される。波長数は、８波、１６波、２０波、４０波、６４波、８０波、１２８波、１６０波など、伝送条件を工夫することで様々に選ぶことができる。

波長合分波部２３１〜２３４は、例えば、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）と呼ばれる平面光回路（Planar Lightwave Circuit；ＰＬＣ）型素子を用いることができる。光送受信器の構成については、図５を参照して、後述する。

光ノード２０４は、ノード監視制御部２１２と、光増幅器２４５、２４６で構成される。光ノード２０４では、伝送距離を延長するため線形中継の役割を持ち、伝送路２０６、２０７による信号損失を補うため、光増幅器２４５、２４６により波長多重信号の増幅を行う。光増幅器２４５、２４６は、伝送距離やファイバの種類に応じて、所定の主信号品質を保つ様、適切な機能や性能のものが選択される。主信号品質基準の一例としては、ビット誤り率が１０＾−１２以下となるように設定される。光ノード２０３と光ノード２０５の間の伝送距離をさらに延長するために、複数の光ノード２０４が設置されることもある。光増幅器２４５、２４６は、エルビウム添加ファイバなどを利用した光ファイバ増幅器が利用される。

光ノード２０４では、ノード監視制御部２１３が光パワーや波長や光信号対雑音比などを監視する。ここでは、図面を簡便化するため、省略しているが、主信号に加え、監視制御用の情報を光ノード間で転送する目的で、監視制御専用の波長を用いた監視制御チャネル（Optical Supervisory Channel；ＯＳＣ）を使うこともできる。

光ノード２０４では、光増幅器２４５、２４６だけでなく、光合波・分波フィルタや光スイッチを用いて、波長多重された複数の光信号のうち、所望の波長の光信号のみを分岐・挿入する構成としても良い。特に光信号を電気信号に変換せずに上述の分岐・挿入を行う装置は、光挿入分岐装置（optical add‐drop multiplexer；ＯＡＤＭ）と呼ばれる。ＯＡＤＭは、図１（ａ）のようなリニア構成あるいは、図１（ｂ）のようなリング構成で使われることが多い。ＯＡＤＭで光領域で分岐・挿入を行う部品としては、ＰＬＣ型光スイッチ、機械式光スイッチ、マイクロマシン（Micro-Electro-Mechanical Systems；ＭＥＭＳ）型光スイッチ、液晶型光スイッチや、波長合分波機能も集積化された波長選択スイッチ（Wavelength Selective Switch）などが市販されている。

図３に、光ノード間に、線形中継機能に代わり、再生中継機能を配置した構成を示す。光ノード３０５は、光増幅器３４５、３４６、３４７、３４８と、波長合分波器３３５、３３６、３３７、３３８と、使用する波長数に応じた数量の光送受信器３２３と、ノード監視制御部２１３で構成され、再生中継機能を持つ。即ち光送受信器３２３では、伝送路を伝播してきた光信号を一旦電気信号へ変換し、波形整形やディジタル的な品質監視を行い、再び光信号として送信する。品質管理方法としては、具体的にはビットインターリーブトパリティ（Bit Interleaved Parity；ＢＩＰ）と呼ばれる方法による符号誤り監視等を行う。光ノード３０３と光ノード３０４の間に、再生中継機能を持つノードを設置するか、線形中継機能を持つノードを設置するか、あるいは、このような再生中継あるいは線形中継機能を持つノードを何台設置するかは、伝送設計により、所定の主信号品質を実現できるように決められる。

図４を用いて、伝送路による波長分散および分散補償の効果を説明する。なお、この計算はＳＭＦを用いた。図４（ａ）は、伝送信号の時間軸上の波形である。この図では、波形はガウス分布で、そのピーク強度は１に規格化してある。この波形の半値半幅はおよそ４０ｐｓである。図４（ｂ）は、波長分散１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのＳＭＦを８０km伝送後の波形である。波長分散がパルスに含まれる波長成分毎の群速度に差を生じせしめるため、強度は０.７２、半値半幅はおよそ８０ｐｓに広がっている。図４（ｂ）の波形に、−１３６０ｐｓ／ｎｍ（＝−１７×８０ｐｓ／ｎｍ）の分散補償を行った後の波形が図４（ｃ）となる。

次に図５を用いて、光送受信器の構成を説明する。光送受信器５２１は、受信用前置光増幅器５５１、可変分散補償器５５２、受信用後置光増幅器５５３、送信用光増幅器５５７、伝送路側光送受信モジュール５５４、フレーム処理部５５５、クライアント側光送受信モジュール５５６、制御回路５６１、通信回路５７１で構成される。

クライアント側光信号は、例えば、ＳＴＭ−１６（２．５Ｇｂｉｔ／ｓ）、ＳＴＭ−６４（１０Ｇｂｉｔ／ｓ）、ＳＴＭ−２５６（４０Ｇｂｉｔ／ｓ）がある。クライアント信号としては、他にＩＥＥＥ ８０２．３ｚで規定されるＧｂＥ（１Ｇｂｉｔ／ｓ）、ＩＥＥＥ ８０２．３ａｅで規定される１０ＧｂＥ（１０．３Ｇｂｉｔ／ｓ）や、ＩＥＥＥ ８０２．３ｂａで議論されている４０ＧｂＥ／１００ＧｂＥでも良い。

フレーム処理部５５５は、クライアント信号に対し、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７０９のＯＴＮで規定されるＯＴＵ−１（２．７Ｇｂｉｔ／ｓ）、ＯＴＵ−２（１０．７Ｇｂｉｔ／ｓ）、ＯＴＵ−３（４２．８Ｇｂｉｔ／ｓ）などのオーバーヘッドや誤り訂正符号の付加あるいは終端を行う。さらに、フレーム処理部５５５は、光信号の変調方式に応じた信号処理機能を持たせても良い。フレーム処理部は、１個のＬＳＩで実現しても良いし、複数のＬＳＩやＩＣで実現しても良い。

伝送路側光送受信モジュール５５４は、フレーム処理部５５５からの信号を、ＩＴＵ−Ｔで規定された波長を持つ連続光について、伝送に適した変調方式で変調して、光信号を出力する。変調方式としては、ＮＲＺ（non return-to-zero）、ＯＤＢ（optical duo−binary）、ＤＰＳＫ（differential phase shift keying）、ＤＱＰＳＫ（differential quadrature phase shift keying）などの変調方式が適用可能である。ＤＱＰＳＫには、ＲＺ−ＤＳＰＫ、ＮＲＺ−ＤＰＳＫ、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ、ＮＲＺ−ＤＱＰＳＫ、ＣＳＲＺ（carrier-suppressed return-to-zero）−ＤＱＰＳＫなどの各種変調方式が含まれる。伝送路側光送受信モジュール５５４は、また受信用後置光増幅器５５３からの光信号を電気信号に変換し、フレーム処理部５５５が処理可能な信号速度に変換する。

送信用光増幅器５５７は、伝送路側光送受信モジュール５５４からの光信号を、合分波器や波長多重光増幅器を経由して伝送路に送出するのに適したパワーに調整する。伝送路ファイバへ送出する際の光パワーは、波長数、光ノード間伝送路損失、光増幅器の雑音指数による光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio；ＯＳＮＲ）、ファイバ中の非線形効果や波長分散や偏波分散による波形劣化や雑音増加を考慮して決められる。非線形効果としては、自己位相変調（Self Phase Modulation；ＳＰＭ）、相互位相変調（CROSS Phase Modulation；ＸＰＭ）、四波混合といったものが知られている。波形劣化量は、波長数、ファイバの分散、非線形定数、ファイバへの入力パワーや光ファイバ損失等に依存する。ファイバの分散および非線形定数は、ファイバがシングルモード（ＳＭＦ）か、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）かによっても異なる。

受信用前置増幅器５５１は可変分散補償器５５２の損失によるＯＳＮＲ劣化を軽減する。可変分散補償器５５２は、ファイバの分散に起因して劣化した光信号の波形を、ファイバ分散とは逆符号の特性をもった分散を光信号に与えて、波形を改善する。受信用後置光増幅器５５３は、伝送路側光送受信モジュール５５４への入力光パワーが、伝送路側光送受信モジュール５５４の受信ダイナミックレンジ範囲内で且つ良好な受信特性が得られる光パワーとなるように出力パワーが調整される。

制御回路５６１は、受信用前置光増幅器５５１、可変分散補償器５５２、受信用後置光増幅器５５３、送信用光増幅器５５７、伝送路側光送受信モジュール５５４、フレーム処理部５５５、クライアント光送受信モジュール５５６から各種情報を取得する。制御回路５６１は、それら情報を用いて、各部位に対して制御を行う。

通信回路５７１は、図３で示したようなノード監視制御部との通信を行い、光送受信器５２１の情報を統合監視制御部へ送るとともに、統合監視制御部からの制御情報を制御回路５７１に伝える役割を持つ。なお、受信用前置光増幅器５５１、受信用後置光増幅器５５３は、もし、光伝送設計により所定の主信号品質を達成できるならば、いずれか一方でも良い。

次に図６を用いて、光信号伝送装置で用いる光送受信器のより詳細な構成を説明する。図６では、図２および図３で示した光信号伝送装置や、そこで使われる図５で示した光送受信器の構成のうち、説明に必要な部分のみを示してある。光送受信器６２１は、光増幅部６５１、光雑音監視部６５２、可変分散補償部６５３、光受信部６５４、符号誤り監視部６５５、制御部６６１、不揮発性メモリ６６２、制御モード判定部６６３を含んでいる。光増幅部６５１および光雑音監視部６５２は図５の受信用前置光増幅器５５１あるいは受信用後置光増幅器５５３に含まれる。同様に、光受信部６５４は、伝送路側光送受信モジュール５５４に含まれ、符号誤り監視部６５５は、フレーム処理部５５５に含まれ、制御部６６１、メモリ６６２および制御モード判定部６６３は、制御回路５６１に含まれる。

以下、光送受信器６２１の動作を説明する。入力された光信号は、光増幅部６５１で所定の光パワーまで増幅される。光雑音監視部６５２は、増幅された雑音を含む光パワーの一部あるいは雑音測定用波長を受信して光雑音を監視する。可変分散補償部６５３は、光信号に対し、伝送路の光ファイバが与えた分散と逆符号の分散を与えることで波形整形を行う。光受信部６５４では、入力された光信号の光パワーを監視するとともに、入力された光信号を光／電気変換し、クロックを抽出し、抽出したクロックを利用して所定の閾値により識別再生を行う。符号誤り監視部では、オーバーヘッドに含まれるＢＩＰ情報から符号誤りを監視する。

可変分散補償部６５３を制御する際は、分散補償値の制御によって波形劣化改善可能な場合のみ制御することが重要である。符号誤り情報のみに基づく制御を行うと、ファイバ分散に起因しない波形劣化や雑音増加を、ファイバ分散に起因する波形劣化と区別できないため、可変分散補償器に対して誤った制御を行う可能性がある。誤った補償分散値の制御は、補償分散値を最適値からずらすことになり、不要な符号誤り増加の原因となる。制御モード判定部６６３は、符号誤り監視部６５５からの符号誤り情報に加え、光増幅部６５１の起動状態情報、入力光パワー情報、光雑音監視部６５２からの光雑音パワー情報、光受信部６５４からの光パワー情報を、外部制御情報６５６等を入力情報として利用し、制御部６６１の制御モードを決定する。

制御部６６１は、制御モード判定部６６３の判定に基づいて可変分散補償部６５３の制御を行う。さらに制御部６６１は、可変分散補償部６５３に対して設定する分散補償値をメモリ６６２に格納するとともに、制御モード判定部６６３の指示があった場合には、メモリ６６２に格納している設定情報を元に可変分散補償部６５３を制御する。

図６では、光増幅部６５１の出力側に光雑音監視部６５２が配置されている。光雑音監視部６５２が光増幅器６５１の入力側に配置されていても良い。本例では、図５で示した受信用後置光増幅器５５３がない場合で説明したが、受信用後置光増幅器５５３がある場合でも同様である。

図７と図６を用いて、パス開通前後の光信号伝送装置の動作を説明する。まず、図１で説明したように、統合監視制御部からの命令あるいはＧＭＰＬＳのシグナリングにより、ノード監視制御部経由で光送受信器にパス開通のための設定がなされ、処理が開始される。次に、制御モード判定部６６３は、光増幅部６５１および光受信部６５４からの光パワー情報に基づき、光パワーが正常か否かを判断する（Ｓ７０２）。次に制御部６６１あるいはメモリ６６２に格納してある可変分散補償部６５３の初期設定状態を確認する（Ｓ７０３）。制御モード判定部６６３は、光パワーが正常で且つ初期設定がなされていない状態（Ｉｎｉｔ＝０）であれば、制御モードＡが最適と判定する。制御部６６１はこれを受けて、制御モードＡで動作する（Ｓ７０４）。制御モードＡは、初期設定がされていない状態でパス開通時に最適な分散補償値を探索する。ここで初期設定とは、可変分散補償部６５３と、補償すべき伝送路の組み合わせに対して、制御モードＡで調整された最適分散補償値が設定されていることを示す。制御モードＡでの探索方法としては、例えば、可変分散補償器６５３の可変範囲あるいは想定される伝送路の分散値の範囲（ΔＤａ）、例えば、−５００ｐｓ／ｎｍに対し、可変分散補償部６５３の分散値を一通り変更し、補償分散値と符号誤り数の対応を調査した上で、最も符号誤りが少なくなる補償分散値を選ぶ方法が考えられる。この時、可変分散補償部６５３の補償値を変化させる周期（Ｔａ）としては、可変分散補償部６５３の応答速度に合わせて、可能な限り速くすることが望ましい。これにより、パス開通指示があった後、主信号品質が所定の符号誤り率以下で安定するまでの時間を短くすることができるので、サービス提供までの時間を短縮できる。ここで、所定の符号誤り率とは、例えば、１０＾−１２以下である。制御モードＡの探索方法はこの限りではなく、可変分散補償部６５３で実現可能な適切な補償値に迅速に調整できれば良い。制御モードＡでの制御が終了すると、制御部６６１は、初期設定状態を初期設定済み状態（Ｉｎｉｔ＝１）に変更し（Ｓ７０５）、パス開通時の動作を終了して、制御モードＢまたは制御モードＣへ移行する。

次に、図８と図６を用いて、パス開通し、可変分散補償部６６３で最適分散補償値が設定された後の光信号伝送装置の動作を説明する。図７で説明したように、初期設定が完了すると、制御モードの判定処理が開始される。ここで重要なのは、パス開通後は、伝送路に使われるファイバの周囲温度変化等に起因するファイバ分散の季節変動など時定数の大きな分散変化に対応する場合にのみ可変分散補償器の補償値を変化させることである。理由は、これ以外の原因、例えば、ＯＳＮＲの劣化やＰＭＤによる波形劣化や、ＦＷＭによる雑音増による符号誤りの増加は、可変分散補償器６５３の分散値を変化させても、符号誤りの大幅な改善は望めない場合がある。

そこで本実施例では、制御モード判定部６６３は、光増幅部６５１、光雑音監視部６５２、光受信部６５４、外部制御情報６５６から、受信した光パワーが正常か（Ｓ８０２）、外部制御があるか（Ｓ８０３）、光雑音が増加しているか（Ｓ８０４）、符号誤り増加率が高いか（Ｓ８０５）を判断する。制御モード判定部６６３は、光パワーが正常、外部制御無し、光雑音増加なし、符号誤り増加率が所定値以下、の全ての条件が整った場合、制御モードＢが最適と判定する（Ｓ８０６）。いずれか１つの条件が整わない場合、制御モードＣに移行する（Ｓ８０７）。ステップ８０６またはステップ８０７のあと、制御モード判定部６６３は、パス削除を判定し（Ｓ８０８、Ｓ８０９）、ＹＥＳなら終了し、ＮＯならステップ８０２に戻る。

制御モードＣでは、符号誤りに基づく短期的な制御は行わず、制御部６６１は、メモリ上の最適分散補償値で可変分散補償部６５３を制御する。最適分散補償値は、例えば、本状態に移行する直前に制御モードＡで調整され、メモリに格納された補償値である。可変分散補償部６５３が次の設定値を指定しない限り、前値を保持する場合は、メモリに格納された補償値を用いる必要はなく、可変分散補償部６５３が直前に設定された値で動作させることにしても、本実施例の効果は変わらないことは自明である。

これにより、ファイバ分散以外の起因して発生した符号誤りによる、不要な可変分散補償部の補償値の変更を行わないので、安定した分散保証動作が実現できる。さらに、本実施例によれば、光パワー断などの光パワー異常の場合は、メモリ上の最適分散補償値で可変分散補償部を制御できるので、保守等の目的で、一旦、ファイバを抜去し、再挿入した場合は、補償分散値は、元の最適値を維持されたままとなり、ファイバを再挿入した場合に、迅速なサービス再開が可能となる。

制御モードＢの最適分散補償値の探索方法としては、符号誤り数の代表値を用いた制御方法が考えられる。代表値としては、例えば、符号誤り数を１分間カウントすることを１０回繰返し、平均値を算出しても良い。別の代表値の例としては、符号誤り数を５分間カウントすることを２回繰り返し、誤り数が低い方の値を用いて、最適点を探しても良い。こうすることにより、ファイバ分散以外の要因による瞬時的な符号誤り数の増加に対して、分散補償値を不要に変化させることがなく、安定に制御可能となる。可変分散補償部６５３の可変範囲（ΔＤｂ）としては、主信号品質に影響しない程度の狭い範囲、例えば１０ｐｓ／ｎｍとし、可変分散補償部６５３の補償値を変化させる周期（Ｔｂ）としては、ファイバ分散以外に起因する瞬時的な符号誤り数の増加に反応しないように長い期間、例えば、数秒〜数十分を選べばよい。

図９を参照して、制御モード判定部６６３の判定条件を説明する。制御モード判定部６６３は、光パワー９１、外部制御９２、光雑音９３、符号誤り増加率９４を監視し、判定９５に記載された、制御モードを選択する。具体的には、制御モード判定部６６３は、光パワー異常検出（主信号波長パワーＰｓ≦Ｐｔｈ）、制御モードＣへの外部制御コマンド有り、光雑音がしきい値以下（主信号波長パワー（Ｐｓ）／雑音波長パワー（Ｐｎ）≦信号対雑音比率しきい値Ｘｎ、符号誤り増加率しきい値超過（今回符号誤り数−前回符号誤り数≧符号誤り増加率しきい値Ｘｅ）のいずれかのＯＲ条件で、制御モードＣが最適と判定する。制御モード判定部６６３は、また、光パワー正常、制御モードＣへの外部制御コマンド無し、光雑音がしきい値以下、符号誤り増加率がしきい値以下、のＡＮＤ条件で制御モードＢが最適と判定する。

ここで、光パワーの正常範囲は、０〜−１０ｄＢｍ程度である。光パワー異常には、光入力断検出（loss of signal；ＬＯＳ）も含まれる。光雑音のしきい値としては、上述のＩＴＵグリッド以外の波長の雑音パワーを測定し、Ｘｎ＝２０ｄＢ程度（雑音規定フィルタ幅０.１ｎｍ）とする。符号誤り増加率しきい値として、例えば、Ｘｅ＝１０である。

制御モードＣに移行した場合、符号誤りを軽減する手段として、図６の制御部６６１から光受信部６５４に対して、符号誤り監視部からの情報を用いて、識別点調整を行うことも可能である。

以上の説明の中で、光増幅部と光雑音監視部を分け、制御部、メモリ、制御モード判定部を分けて説明しているが、これは機能的な説明である。実際は、光増幅部と光雑音監視部は、１台の光アンプモジュールに内蔵してその中でのエルビウム添加光ファイバ、励起レーザ、制御回路、光カプラ、フォトダイオード、光フィルタなどで構成すれば良い。制御部とメモリと制御モード判定部は、ＦＰＧＡ、ＬＳＩ、ＲＡＭなどの論理回路やＣＰＵ内上で動作するソフトウェアを、適切な機能配分で、実現すれば良い。

上述の実施例では、光受信部の出力、即ち電気領域での品質監視手段として、符号誤り監視を行う例を示したが、本実施例の効果はこの限りではない。同じ電気領域での品質監視手段として、例えば、アイ開口モニタを利用することも出来る。

上述の実施例では、受信側に可変分散補償部を設置した場合を示したが、伝送設計と分散補償に必要な制御応答時間に依存して、送信側に可変分散補償部を設置しても良い。その場合、制御モード判定部への入力情報は、前述のＯＳＣなどの監視制御用チャネルや、空きオーバーヘッドを用いて送信側に転送すれば、実施例と同様の効果が得られることは自明である。

さらに、保守運用性を高めるため、パス削除時、パスの両端ノードと使用波長と最適補償値の組み合わせをメモリに格納しても良い。この場合、図８のステップ８０８またはステップ８０９でＹＥＳのとき、その後で、両端ノード情報と最適補償値の組み合わせをメモリまたはノード監視制御部または統合監視制御部で保存しておくステップを設ける。次に、図７のパス開通時に、光パワー監視工程７０２と、初期設定確認工程７０３の間に、初期設定値Ｉｎｉｔを０にするクリア工程を設け、今回のパス開通の両端ノードと波長の組み合わせが前回と異なる場合に、Ｉｎｉｔ＝０にクリアする。こうすることにより、前回と同じノードと波長の組み合わせでパスを開通させる場合に、制御モードＡを経由せずに最適分散補償値で可変分散補償部を制御できるので、迅速なパス開通が可能となる。なお、リングネットワークの場合は、両端ノード情報のみでなく、西回りか東回りかの情報も同時に保存する。

図１０を用いて、光信号伝送装置の状態遷移を説明する。制御前状態１００１は、パス開通前である。この状態では、光パワー異常や制御モードＣへの遷移命令の有無を監視している。パス開通命令があると、初期設定状態Ｉｎｉｔ＝０で且つ、光パワー正常の場合、制御モードＡ１００２に遷移する（Ｓ１０１１）。

制御モードＡ１００２では、他状態への遷移命令がなく且つ光パワーが正常の場合、制御モードＡでの制御を継続する。制御モードＡ１００２での制御中に光パワー異常が検出された場合（図７のステップ７０２でＮＯ）には、初期状態Ｉｎｉｔの値を変更することなく、制御前状態１００１に遷移し（Ｓ１０１２）、光パワーが正常に戻るまで待機する。制御モードＡでの制御が完了すると、初期設定状態Ｉｎｉｔ＝１に設定した後、光パワー、光雑音、符号誤り増加率、外部からの遷移命令に応じて（図８）、制御モードＢ１００３または制御モードＣ１００４へ遷移する（Ｓ１０３１、Ｓ１０４１）。

制御モードＢ１００３では、制御モードＡ１００２や制御モードＣ１００４への遷移命令がなく、光パワーが正常で、光雑音増加が所定値以下で、符号誤り増加率も所定値以下の場合は、制御モードＢのまま制御を継続する。

制御モードＡ１００２または制御モードＢ１００３では、遷移命令があった場合、制御モードＣ１００４へ遷移する（Ｓ１０４１、Ｓ１０５１）。逆に、制御モードＣ１００４で、解除命令があれば、元の制御モードＡ１００２または制御モードＢ１００３へ戻る（Ｓ１０４２、Ｓ１０５２）。

制御モードＢ１００３は、上述の遷移命令の他、光パワー異常や光雑音増加、符号誤り率の増加があった場合にも制御モードＣ１００４へ遷移する（Ｓ１０５１）。ここで特徴的なのは、制御モードＡ１００２から、制御モードＢ１００３への遷移は、図８、図９で説明したような最適分散補償値に設定されたことを条件に、自動的に行われるが、制御モードＢ１００３から制御モードＡ１００２への遷移は、自動的には行われず、遷移命令があった場合のみである（Ｓ１０３２）。これにより、一旦パスが開通した後に、制御モードＡで行うような広範囲の分散補償値の変化にともなう不要な符号誤りの発生を抑圧している。

一方、制御前状態１００１で光信号伝送装置がパス開通命令を受けた場合、光パワー正常で且つ初期設定状態Ｉｎｉｔ＝１の場合は、制御モードＡを経由せずに制御モードＢへ遷移（Ｓ１０２１）する。制御モードＢで制御中に、解除命令を受けるか、パス削除命令があった場合は、制御前状態１００１に遷移する（Ｓ１０２２）。

制御前状態１００１から制御モードＣ１００４へは、遷移命令により遷移する（Ｓ１０６２）。逆に制御モードＣ１００４から制御前状態１００１は、解除命令またはパス削除命令により遷移する（Ｓ１０６１）。

制御モードＣでは、メモリに格納された最適分散補償値により可変分散補償部が制御される。さらに制御の自由度を高めるため、制御モードＣでは、遠隔制御により、可変分散補償部の補償値を変更できる機能を設けても良い。

以上説明したように、本実施例の光信号伝送装置によれば、可変分散補償部を制御する場合に、制御方法の異なる複数の制御モードを用意し、光パワー情報や光雑音情報により制御モードを選択することで、可変分散補償部の補償分散値の不要な変化を抑圧し、安定な分散補償制御を行うことができる。さらに、ファイバ抜去や伝送路障害にともなう受信主信号断に対しても、不要な補償値変化を抑圧するので、受信主信号復旧後、速やかに所定の主信号品質に戻すことができる。

網形態を説明するブロック図である。 光伝送装置のブロック図である。 光伝送装置のブロック図である。 分散補償器の効果を模式的に示す図である。 光送受信器の構成を説明するブロック図である。 光送受信器の構成を説明するブロック図である。 光信号伝送装置の動作を説明するフローチャート図である。 光信号伝送装置の動作を説明するフローチャート図である。 制御モード判定部の条件を説明する図である。 光信号伝送装置の状態遷移を説明する図である。

符号の説明

１０１…統合監視制御部、２００…光信号伝送システム、２０３…光ノード、２１１…ノード監視制御部、２２１…光送受信器、２３１…波長合分波器、２４１…光増幅器、２０６…伝送路、５５１…受信用前置光増幅器、５５２、６５３…可変分散補償部、５５３…受信用後置光増幅器、５５４…伝送路側光送受信モジュール、５５５…フレーム処理部、５５６…クライアント側光送受信モジュール、６５５…符号誤り監視部、６６１…制御部、６６２…メモリ、６６３…制御モード判定部。

Claims (3)

1. 光信号送信部と、光ファイバの分散による波形劣化を補償する分散補償量を調整する可変分散補償部と、この可変分散補償部の分散補償量を制御する制御部と、この制御部の制御内容を指令する制御モード判定部と、光受信部と、光雑音監視部と、信号品質監視部とを備える光信号伝送装置であって、
   前記制御部は、第１の制御モード、第２の制御モードおよび第３の制御モードを有し、
   前記制御モード判定部は、前記光受信部からの光パワー情報が正常で且つ初期設定がなされていない状態であれば前記第１制御モードと判定し、その後、光パワーが正常で、前記光雑音監視部からの光雑音情報が増加なし、かつ前記信号品質監視部からの信号品質情報が所定値以下であれば、前記第２の制御モードと判定し、光パワー、光雑音、信号品質のいずれか一つの条件が揃わない場合、前記第３の制御モードと判定し、
   前記制御部は、前記制御モード判定部の判定結果に基づいて、
   前記第１の制御モードと判定された場合は、前記可変分散補償部の分散補償量を、第１の可変範囲及び第１の周期で可変させて適切な分散補償量を探索して適用し、
   前記第２の制御モードと判定された場合は、前記可変分散補償部の分散補償量を、前記第１の可変範囲よりも狭い第２の可変範囲及び前記第１の周期よりも短い第２の周期で可変させて適切な分散補償量を探索して適用し、
   前記第３の制御モードと判定された場合は、前記第１の制御モード或いは前記第２の制御モードで探索した分散補償量を、前記可変分散補償部の分散補償量として適用することを特徴とする光信号伝送装置。
2. 請求項１に記載の光信号伝送装置であって、
   さらに、不揮発性メモリ部を備え、
   前記制御部は、前記第１の制御モードまたは／および前記第２の制御モードで探索した分散補償量を前記不揮発性メモリ部に保存して、前記第３の制御モードでの前記可変分散補償部の分散補償量として使用することを特徴とする光信号伝送装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光信号伝送装置であって、
   前記受信部は、識別点調整が可能であり、
   前記制御モード判定部は、前記光雑音監視部での光雑音情報に基づいて、光雑音が所定値を超えたと判定したとき、前記第３の制御モードで動作するとともに前記光受信部の識別点調整を行うよう前記制御部を制御することを特徴とする光信号伝送装置。

Images