JP5251661B2

JP5251661B2 - 光アンプ装置とその制御方法、光伝送システム

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Publication number: JP5251661B2
Application number: JP2009077100A
Authority: JP
Inventors: 竜二間
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: US20110311236A1; WO2010109810A1; JP2010232341A

Description

本発明は、通信ネットワーク上に伝送される光信号を増幅する光アンプ装置とその制御方法、光伝送システムに関する。

波長多重光伝送システムにおいては、当該システムの一つの伝送路に一度に伝送できる光信号の多波長化、長距離伝送化を図る必要がある。そして、このような光信号の多波長化、長距離伝送化に伴い、光アンプ装置の高出力化が必要となっている。なお、関連する技術が特許文献１に開示されている。

特開２００３−２６４５１１号公報

ここで、波長多重光伝送システムに備えられた光アンプ装置の出力が、高出力になると、非線形現象の一つであるＳＲＳ（誘導ラマン散乱）によるスペクトル傾斜（ＳＲＳチルト）が顕著となる。したがって、システムの伝送品質を確保するためには、このＳＲＳチルトを補正する必要がある。

図４はＳＲＳチルトの発生の一例を示す図である。
ＳＲＳチルトは伝送ファイバの種類および距離、信号帯域、伝送路に入射する光のトータルパワー（光アンプ装置の出力パワー）によって決まる。図４では、伝送路をＳＭＦ（Single Mode Fiber）８０ｋｍ、信号帯域をＣ−Ｂａｎｄ，４０波帯域（100ギガヘルツ間隔の波長配置)とした場合に、伝送路入力パワーに対するＳＲＳチルト発生例を示している。そして、この図４では、光アンプ装置のトータル出力が１８ｄＢｍから２６ｄＢｍへ高出力化すると、伝送路で発生するＳＲＳチルトは４ｄＢ／(Ｃ−Ｂａｎｄ４０波帯域）も傾くことになることが示されている。光アンプの出力が高出力化してくると、このＳＲＳチルトの影響が無視できなくなり補正が必要になる。そして、伝送路中の光信号の波長数はその光クロスコネクト装置がネットワークの間に備えられていた場合、その光クロスコネクト装置によるスイッチングにより、各伝送路を流れる光信号の波長数が変化するため、その都度、光アンプ装置におけるＳＲＳチルトの補正制御を変化する必要がある。

そこでこの発明は、入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器の後段側以降の伝送路で発生するＳＲＳチルトを、伝送路を流れる光信号の波長数に応じて、簡易な手法で補正することのできる光アンプ装置とその制御方法、光伝送システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器と、前記２つの増幅器の間に接続された減衰器と、前記増幅器と前記減衰器のそれぞれを制御する制御手段と、自装置が増幅する光信号の波長多重数を、光クロスコネクト装置からのネットワーク情報として受信するネットワーク情報受信手段と、前記波長多重数に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するよう前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する制御パラメータを決定する制御パラメータ決定手段と、を備え、前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御することを特徴とする光アンプ装置である。

前記制御手段が、光信号のチャネルあたりの出力に、波長多重数を掛け合わせた値に基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御するようにしてもよい。

また本発明は、通信ネットワークを構成するネットワークノードと、前記通信ネットワーク情報を取得するネットワーク管理装置と、前記ネットワークノード間の光信号を増幅させる光アンプ装置と、光クロスコネクト装置と、を備えた光伝送システムであって、前記光アンプ装置が、入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器と、前記２つの増幅器の間に接続された減衰器と、前記増幅器と前記減衰器のそれぞれを制御する制御手段と、自装置が増幅する光信号の波長多重数を、前記光クロスコネクト装置からのネットワーク情報として、前記ネットワーク管理装置から前記ネットワーク情報を受信したノード装置より受信するネットワーク情報受信手段と、前記波長多重数に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するよう前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する制御パラメータを決定する制御パラメータ決定手段と、を備え、前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御することを特徴とする光伝送システムである。

また本発明は、入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器と、前記２つの増幅器の間に接続された減衰器と、前記増幅器と前記減衰器のそれぞれを制御する制御手段と、自装置が増幅する光信号の波長多重数を、光クロスコネクト装置からのネットワーク情報として受信するネットワーク情報受信手段と、を備えた光アンプ装置の制御方法であって、前記光アンプ装置の制御パラメータ決定手段が、前記波長多重数に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するよう前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する制御パラメータを決定し、前記光アンプ装置の前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御することを特徴とする制御方法である。

本発明によれば、ネットワーク管理装置は、所定の間隔でネットワーク情報をノード装置へ送信する。これにより、各光アンプ装置では、所定の間隔ごとに自装置を通過する光信号の波長数に応じたトータルの光出力パワーを、その都度、計算して、波長数にあった光出力パワーに基づく、ＥＤＦＡやＶＯＡの制御を行うことができる。

光伝送システムの構成を示すブロック図である。光アンプ装置の機能構成を示す図である。光伝送システムの処理フローを示す図である。ＳＲＳチルトの発生の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態による光伝送システムと光アンプ装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による光伝送システムの構成を示すブロック図である。
この図において、符号１は光アンプ装置、２ａ〜２ｃはノード装置、３はネットワーク管理装置、４は光クロスコネクト装置である。この図が示すように本実施形態による光伝送システムは、ノード装置２ａ〜２ｃのそれぞれが、光伝送ケーブルと光クロスコネクト装置４とを介して、他のノード装置と通信接続されている。またノード装置２ａと光クロスコネクト装置間、ノード装置２ｂと光クロスコネクト装置間、ノード装置２ｃと光クロスコネクト装置間、の各間には光信号を増幅させる光アンプ装置１（１ａ〜１ｃ）が接続されている。また光クロスコネクト装置４や各ノード装置２ａ〜２ｃにはネットワーク情報を取得するネットワーク管理装置３が接続されている。

そして、ノード装置２ａ〜２ｂのそれぞれは、光クロスコネクト装置４を介して、他の装置との間で波長多重した光信号を送受信する。図１においては、ノード装置２ａとノード装置２ｂの間で１０波長多重された光信号を送受信し、またノード装置２ａとノード装置２ｃの間で５波長多重された光信号を送受信している。

図２は光アンプ装置の機能構成を示す図である。
この図が示すように光アンプ装置１は、入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つのエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと呼ぶ）１１ａ，１１ｂと、前段のＥＤＦＡ１１ａと後段のＥＤＤＡ１１ｂの間に設置されたスペクトル傾斜補正を行う可変減衰器（以下、ＶＯＡと呼ぶ）１２と、ＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂおよびＶＯＡ１２を制御する制御部１３（制御手段）、受信したネットワーク情報に基づいて制御パラメータを決定する情報処理部１４（制御パラメータ決定手段）を備えている。

そして、本実施形態における光伝送システムでは、光アンプ装置１が、ネットワーク管理装置３からネットワーク情報を受信したノード装置より、当該ネットワーク情報を受信し、また、受信したネットワーク情報に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するために、２つのＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂと、ＶＯＡ１２とを制御する制御パラメータを決定し、その制御パラメータに基づいて、２つのＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂと、ＶＯＡ１２とを制御する処理を行う。
これにより、伝送路で発生するＳＲＳチルトを、伝送路を流れる光信号の波長数に応じて、簡易な手法で補正することのできる光アンプ装置とその制御方法、光伝送システムを提供することを目的とする。

図３は光伝送システムの処理フローを示す図である。
次に、光伝送システムの処理フローについて説明する。
図１で示すような光伝送システムでは、ノード装置２間の伝送路距離が、それぞれ、１０ｋｍ〜１００ｋｍと、様々な構成となっている。そして、光伝送システムのネットワーク構築時においては、ノード装置間の距離に基づいて、各ノード間の光アンプ装置の出力が決定されて設定されている。例えば、伝送路が１０ｋｍ以下であれば、０ｄＢｍ／ｃｈ、１１ｋｍ〜５０ｋｍであれば＋５ｄｂｍ／ｃｈ、５１ｋｍ〜２００ｋｍであれば＋１０ｄｂｍ／ｃｈなどと設定する。つまり、これは、伝送路の端局間にあるトランスポンダの所要光信号雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）を確保するために、距離の長い伝送路に設置されている光アンプ装置１では光出力を高くし、距離の短い伝送路に設置されている光アンプ装置１では非線形劣化を抑えるために不必要に光出力を上げないという工夫により、ノード装置間チャネル毎に光出力を決定している。このチャネルあたりの光出力、距離、伝送路情報などは光伝送システムのネットワーク構築時にネットワーク管理装置３から指示される。

そして、図１で示すように初期運用時に、ノード装置２ａとノード装置２ｂ間には１０波長多重、ノード装置２ａとノード装置２ｃ間には５波長多重の光信号のチャネルを張ったとする。すると、ノード２ａ装置と光クロスコネクト装置４の間は１５波長、ノード装置２ｂと光クロスコネクト装置４の間は１０波長、ノード装置２ｃと光クロスコネクト装置４の間は５波長の光信号が伝送されることになる。光アンプ装置１は、チャネルあたりの出力に、波長数情報（帯域）を掛け合わせて、トータルの光出力パワー（制御パラメータ）を算出する。このように、光クロスコネクト装置４を備える光伝送システムでは、線路毎に波長数が異なり、波長数（帯域）情報は重要なパラメータとなる。そして、光クロスコネクト装置４を備える光伝送システムの構成においては、光信号のパスの切替が頻繁に行われることが想定され、これにより各伝送路における波長数に変化が生じ、動的に波長数（帯域）情報が光アンプ装置１に通知されることが重要となる。

そして、本実施形態の光伝送システムでは、まず、ネットワーク管理装置３が光クロスコネクト装置４からネットワーク情報を取得する（ステップＳ１０１）。ネットワーク情報とは、例えば、各伝送路に伝送されている光信号の波長数である。そしてネットワーク管理装置３は、その波長数をノード装置２ａ〜２ｃに通知する（ステップＳ１０２）。このとき、ネットワーク管理装置３は、ノード装置２ａには、当該ノード装置２ａと光クロスコネクト装置４との間に張られた光信号のチャネルの波長数（１５波長）を、またノード装置２ｂには、当該ノード装置２ｂと光クロスコネクト装置４との間に張られた光信号のチャネルの波長数（１０波長）を、またノード装置２ｃには、当該ノード装置２ｃと光クロスコネクト装置４との間に張られた光信号のチャネルの波長数（５波長）を通知する。なお、光クロスコネクト装置４は、受信した光信号の波長を検出し、その波長の数をネットワーク管理装置３に通知し、これによりネットワーク管理装置３が、光クロスコネクト装置４を経由する全てのノード装置間のチャネルにおける光信号の波長数を取得することができる。

そして、ノード装置２ａは、ネットワーク管理装置３よりノード装置２ａと光クロスコネクト装置４の間に張られた光信号のチャネルの波長数を受信すると、その波長数を制御信号に載せて、光アンプ装置１ａへ通知する（ステップＳ１０３ａ）。そして、光アンプ装置１ａの情報処理部１４は、受信した制御信号から波長数を検出し、チャネルあたりの出力に、波長数を掛け合わせて、トータルの光出力パワーを算出する（ステップＳ１０４ａ）。そして光アンプ装置１ａの制御部１３は、情報処理部の算出した光出力パワーに基づいて、光アンプ装置１ａのＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂおよびＶＯＡ１２を制御する（ステップＳ１０５ａ）。
また同様に、ノード装置２ｂは、ネットワーク管理装置３よりノード装置２ｂと光クロスコネクト装置４の間に張られた光信号のチャネルの波長数を受信すると、その波長数を制御信号に載せて、光アンプ装置１ｂへ通知する（ステップＳ１０３ｂ）。そして、光アンプ装置１ｂの情報処理部１４は、受信した制御信号から波長数を検出し、チャネルあたりの出力に、波長数を掛け合わせて、トータルの光出力パワーを算出する（ステップＳ１０４ｂ）。そして光アンプ装置１ｂの制御部１３は、情報処理部の算出した光出力パワーに基づいて、光アンプ装置１ｂのＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂおよびＶＯＡ１２を制御する（ステップＳ１０５ｂ）。
また同様に、ノード装置２ｃは、ネットワーク管理装置３よりノード装置２ｃと光クロスコネクト装置４の間に張られた光信号のチャネルの波長数を受信すると、その波長数を制御信号に載せて、光アンプ装置１ｃへ通知する（ステップＳ１０３ｃ）。そして、光アンプ装置１ｃの情報処理部１４は、受信した制御信号から波長数を検出し、チャネルあたりの出力に、波長数を掛け合わせて、トータルの光出力パワーを算出する（ステップＳ１０４ｃ）。そして光アンプ装置１ｃの制御部１３は、情報処理部の算出した光出力パワーに基づいて、光アンプ装置１ｃのＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂおよびＶＯＡ１２を制御する（ステップＳ１０５ｃ）。

ここで、光アンプ装置１ａ〜１ｃの制御部１３は、トータルの光出力パワーＰ４と、自装置の前段に具備されたＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）から得た自装置で入力を受け付けた光の入力パワーＰ１と、固定値Ｃを用いて、式（１）で示す減衰量Ａを算出する。そして、この減衰量Ａにより、光アンプ装置のＥＤＦＡやＶＯＡの制御を行う。なお、トータルの光出力パワーＰ４は、システム要求で決まるチャネルあたりの出力パワーと波長数に依存する。また、光の入力パワーＰ１は前段の送信出力パワーと伝送路損失に依存する。またΔＬはトータルの光出力パワーＰ４と後段の伝送路種類、伝送距離に依存する。

Ａ＝Ｃ＋ΔＬ−(Ｐ４−Ｐ１) ・・・（１）

また式（２）はΔＬの算出式である。この式においてＰ０はトータルパワーで決定され（光アンプ出力と伝送路入力間で損失がなければＰ０＝Ｐ４）、波長数によって変化する。なお、この式（２）において、βはトータル光パワーが入射される伝送路に依存する係数［１／Ｗ・ｋｍ・ｎｍ］である。またａは光増幅器の設計に依存する比例係数［１／ｎｍ］である。

ΔＬ＝４．３４・β・Ｐ０・Ｌｅｆｆ／ａ・・・（２）

なお、式（１）におけるＰ４はシステム要求からくる光アンプの出力設定値である（ＯＳＮＲ劣化や非線形劣化、トータルの伝送距離などから決まる）。例えば、伝送路損失：０〜１０ｄＢ(０〜５０ｋｍに相当)のとき光アンプ出力：０ｄＢｍ／ｃｈ，伝送路損失：１０〜２０ｄＢ(５０〜１００ｋｍに相当) のとき光アンプ出力：５ｄＢｍ／ｃｈ，伝送路損失：２０〜３０ｄＢ(１００〜１５０ｋｍに相当) のとき、光アンプ出力：１０ｄＢｍ／ｃｈとなる。ここで注目する点は、光アンプ出力はチャネルあたりの出力パワーで定義されていることである（チャネルあたりの出力で定義せずに、トータルパワーのみで定義すると波長数に応じてチャネルあたりの出力パワーが変わってしまい、システムとしては機能しなくなる）。従って、式（１）のＰ４を求めるには波長数倍したトータルパワーで計算する。

一方で、式（１）のＰ１は光アンプへの入力パワーで、上述したように、通常光アンプ前段にＰＤ(ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ)を具備し、トータル入力パワーを検知する。ＰＤはトータルのパワーでしか検知できないので、１波で１０ｄＢのロス通過した後のパワーか、２波で１３ｄＢのロスを通過した後のパワーかは分からない。つまりＰ１は波長数情報がない。従って、式（１）のＰ４とＰ１を計算するにはＰ４側に波長数情報が必要となる。（式（１）はチャネルあたりのパワーで考えても同様で、その場合にはＰ１をチャネルあたりのパワーに換算する必要があり、Ｐ１側に波長数情報が必要となる。）また、式（２）のＰ０はトータルパワーで決定され（光アンプ出力と伝送路入力間で損失がなければＰ０＝Ｐ４）、波長数によって変化する。このことにより、波長数情報が必要となる。

また、さらに付け加えると、光アンプはシステムのロバスト性に対処するため、伝送路損失に対して許容幅を持つ。先の例（伝送路損失：０〜１０ｄＢ(０〜５０ｋｍに相当)のとき光アンプ出力：０ｄＢｍ／ｃｈ，伝送路損失：１０〜２０ｄＢ(５０〜１００ｋｍに相当) のとき光アンプ出力：５ｄＢｍ／ｃｈ，伝送路損失：２０〜３０ｄＢ(１００〜１５０ｋｍに相当) のとき）でいうと、１０ｄＢの許容幅をもっている。設置できる局舎間の距離ばらつきや、個々の伝送路ファイバの損失ばらつきにより、実際の伝送路損失が異なるため設置するまで損失は正確には分からないため、光アンプで許容できる損失（入力ダイナミックレンジ）を持っている。これは、式（１）でＰ１が変わっても、減衰量Ａをその分変更すれば、光アンプの平坦性は確保できる。以上より、特許文献１では、トータルパワーでのみ議論を展開しているのに対し、本願では光クロスコネクト装置４のような波長数が動的に変わっていくようなシステムにおいても、適用可能なＳＲＳチルト補正機能を具備した光アンプを提案している。

そして、ネットワーク管理装置３は、所定の間隔でネットワーク情報をノード装置２ａ〜２ｃへ送信する。これにより、各光アンプ装置１では、所定の間隔ごとに自装置を通過する光信号の波長数に応じたトータルの光出力パワーを、その都度、計算して、波長数にあった光出力パワーに基づく、ＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂやＶＯＡ１２を制御を行うことができる。

なお、ネットワーク管理装置３は、光クロスコネクト装置４からネットワーク情報として、上述のような光信号の波長数を取得するだけでなく、他の情報、例えば光ファイバの種類や距離の情報を取得して、ネットワーク情報としてノード装置２へ通知し、光アンプ装置１が、それらの他のネットワーク情報を用いて、ＥＤＦＡ１１ａ，１１ｂやＶＯＡ１２を制御するようにしてもよい。

なお、上述の各装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１ａ〜１ｃ・・・光アンプ装置
２ａ〜２ｃ・・・ノード装置
３・・・ネットワーク管理装置
４・・・光コネクト装置

Claims

入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器と、
前記２つの増幅器の間に接続された減衰器と、
前記増幅器と前記減衰器のそれぞれを制御する制御手段と、
自装置が増幅する光信号の波長多重数を、光クロスコネクト装置からのネットワーク情報として受信するネットワーク情報受信手段と、
前記波長多重数に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するよう前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する制御パラメータを決定する制御パラメータ決定手段と、を備え、
前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する
ことを特徴とする光アンプ装置。
前記制御手段は、光信号のチャネルあたりの出力に、波長多重数を掛け合わせた値に基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の光アンプ装置。
通信ネットワークを構成するネットワークノードと、前記通信ネットワーク情報を取得するネットワーク管理装置と、前記ネットワークノード間の光信号を増幅させる光アンプ装置と、光クロスコネクト装置と、を備えた光伝送システムであって、
前記光アンプ装置が、
入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器と、
前記２つの増幅器の間に接続された減衰器と、
前記増幅器と前記減衰器のそれぞれを制御する制御手段と、
自装置が増幅する光信号の波長多重数を、前記光クロスコネクト装置からのネットワーク情報として、前記ネットワーク管理装置から前記ネットワーク情報を受信したノード装置より受信するネットワーク情報受信手段と、
前記波長多重数に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するよう前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する制御パラメータを決定する制御パラメータ決定手段と、を備え、
前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する
ことを特徴とする光伝送システム。
入力された光信号を前段と後段でそれぞれ増幅する２つの増幅器と、
前記２つの増幅器の間に接続された減衰器と、
前記増幅器と前記減衰器のそれぞれを制御する制御手段と、
自装置が増幅する光信号の波長多重数を、光クロスコネクト装置からのネットワーク情報として受信するネットワーク情報受信手段と、
を備えた光アンプ装置の制御方法であって、
前記光アンプ装置の制御パラメータ決定手段が、前記波長多重数に基づいて、光信号の誘導ラマン散乱によるスペクトル傾斜を補正するよう前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する制御パラメータを決定し、
前記光アンプ装置の前記制御手段は、前記制御パラメータに基づいて、前記２つの増幅器と前記減衰器とを制御する
ことを特徴とする制御方法。