JP5892299B1 - 光伝送方法および光伝送システム - Google Patents
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Abstract
Description
非線形光学効果は、チャネル内で生じる効果とチャネル間で生じる効果とに大別することができる。
チャネル間で生じる非線形光学効果としては、相互位相変調(Cross−Phase Modulation:XPM)、四光波混合(Four−Wave Mixing:FWM)、相互偏波変調(Cross Polarization Modulation:XPolM)等が挙げられる。
いずれも、信号の光電力密度が高い場合、伝送距離が長い場合に発生が顕著となる。また、チャネル間で生じる非線形光学効果は、伝送路の局所波長分散が小さい場合、波長多重化するチャネルの波長間隔が狭い場合、各チャネルの光信号の偏波状態が伝送路内で長く相関をもち、相互作用が継続する場合に、品質劣化が顕著となる。
図3は、3つの波長λ1、λ2、λ3において、偏波状態の相関が高い状態を示す一例であり、垂直偏波(Y−Pol)と水平偏波(X−Pol)のうち、3つの波長でY−Polのみに信号が集中した例である。このとき、チャネル間で生じる非線形光学効果の発生が顕著となる。
上記の特許文献3、特許文献4または特許文献5の方法は、チャネル内で同一偏波内の光電力密度を低減させるためには有効であるが、複数チャネル間にわたって光信号の偏波状態を管理することができず、伝送路内で偏波状態が長く相関をもつことにより生じる非線形光学効果を低減できない課題があった。
上記の非特許文献3、4の方法は、デジタル信号処理を実現するための回路規模が膨大となったり、伝送路中央に光位相を反転するための装置が必要となったりする課題があった。
この発明は、データを含む複数のチャネルを波長多重して伝送可能な光伝送システムであって、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成されたデータのうち、チャネル間で非独立なデータ領域に対してデータパタンを可変とするデータパタン処理を行うデータパタン処理部を有する第1の光伝送装置と、光ファイバおよび光中継器を含む光伝送部と、光伝送部で伝送された光信号を受信する光受信部を有する第2の光伝送装置と、を備え、データパタン処理部は、チャネル間で非独立なデータ領域に、光伝送路上における当該領域の時間のうち光伝送部において複数のチャネル間での偏波状態が相関をもつ部分の時間が、光受信部で復調後の誤り判定結果から得られるビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率がしきい値以下になる長さであるデータパタンを設定することを特徴とする
図4は、この発明の実施の形態1に係る光伝送方法を用いた光伝送システムの一例を示す図である。図4に示すように、本実施の形態1に係る光伝送システムは、光伝送装置1000と、光ファイバ、光中継器等で構成される光伝送部2100および2200と、光伝送装置3000とで構成される。
光伝送装置1000は、複数(N個)の光送受信部1100−1〜1100−Nと、光合波部1200と、光分波部1300と、装置制御部1400とで構成される。ここで、Nは多重化する光搬送波もしくは光サブ搬送波の数を示す。
光伝送装置3000は、複数(N個)の光送受信部3100−1〜3100−Nと、光合波部3200と、光分波部3300と、装置制御部3400とで構成される。
光送受信部1100−iは、光送信部1110−iと、光受信部1120−iと、チャネル(ch)制御部1130−iとで構成される。 同様に、光送受信部3100−i(i=1〜N)は、光送信部3110−iと、光受信部3120−iと、チャネル(ch)制御部3130−iとで構成される。ここで、iは光搬送波もしくは光サブ搬送波のインデックスを示し、1〜Nの整数をとるものとする。
図6は、光信号生成部18の内部構成の一例を示す図である。デジタル・アナログ変換器51と、変調器ドライバ52と、光源53と、偏波多重I/Q光変調器54とで構成される。
図7は、光受信部3120−iおよび光受信部1120−iの内部構成の一例を示す図である。光信号検出部21と、信号復元部22と、フレーム同期部23と、シンボルデマッピング部24と、誤り訂正復号部25と、OTUkフレーム終端部26とで構成される。
図8は、光信号検出部21の内部構成の一例を示す図である。局部発振光源61と、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ62と、アナログ・デジタル変換器63とで構成される。
当該フレームオーバヘッド領域には、外部(チャネル制御部1130−i)からの指定に応じて任意のデータを格納できる領域が存在する。
伝送路側フレーム処理としては、例えば、伝送路における物理レーンをフレーム単位で周期的に巡回させるMLD(Multi Lane Distribution)処理を行う。
光合波部は、波長選択性スイッチ(Wavelength Selective Switch:WSS)、Arrayed Waveguide Grating(AWG)、インタリーバ(Interleaver)、光カプラ等で構成される。また、その内部において、損失補償用の光増幅器や、波長分散補償用の光ファイバ等を含むことも想定される。
光伝送部は、光ファイバ、光中継器、光分岐挿入装置等で構成される。
光合波部は、光分波部同様、WSS、AWG、インタリーバ、光カプラ等で構成される。また、その内部において、損失補償用の光増幅器や、波長分散補償用の光ファイバ等を含むことも想定される。
局部発振光源61が発振する波長は、偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ62に外部(光分波部3300)から入力される光信号の搬送波もしくはサブ搬送波波長と略一致している必要がある。
偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ62内部では、局部発振光を基準とした垂直偏波I軸成分と、垂直偏波Q軸成分と、水平偏波I軸成分と、水平偏波Q軸成分との4レーンに分けて受信信号が検出され、それぞれ電気信号に変換されるとともに、後段の処理に必要な振幅までそれぞれ増幅されて出力される。
当該信号復元処理には、当業界で公知であるデジタル信号処理を用いることができる。復元された信号は、例えば、送信端での垂直偏波I軸成分と、垂直偏波Q軸成分と、水平偏波I軸成分と、水平偏波Q軸成分との4レーンとなる。このとき、それら4レーンの間でレーンの入れ替わりや論理的な遅延差が残存してフレーム同期部23へ出力される可能性がある。
例えば、チャネル制御部3130−iにより信号疎通状態に関する情報を、光送信部3110−iへ出力し、光送信部3110−iにてフレームオーバヘッド領域に信号疎通状態に関する情報を格納し、光合波部3200、光伝送部2200、光分波部3300を介して、光送受信部1100−i内部のチャネル制御部1130−iに対して信号疎通状態通知を行うことが可能である。
光送信部3110−iにおけるフレームオーバヘッド情報の格納は、例えば、OTUkフレーム生成部(図5における11に相当)にて行うことが可能である。
光送受信部1100−iにおけるフレームオーバヘッド情報の抽出は、例えば、光受信部1120−i内部OTUkフレーム終端部(図7における26に相当)にて行うことが可能である。
本実施の形態では、実施の形態1に記載のチャネル制御部1130(あるいはチャネル制御部3130)が行うデータパタン制御について一例を具体的に示す。図10は、この発明の実施の形態2に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図10に示すように、本実施の形態2に係るデータパタン制御は、フレーム形式110と120をパタン変更トリガ201と202に応じて切り替えることで行う。フレーム形式110は、定められた固定パタン111と、情報パタン112とで構成される。また、フレーム形式120は、ランダムパタン121と、情報パタン122とで構成される。チャネル制御部1130はパタン変更トリガ201、202を信号疎通状態に応じて生成する。
このように構成した固定パタン111を用いることで、伝送路条件の推定等を実施することが可能となる。例えば、波長分散や、受信信号光と局部発振光との周波数オフセット等を推定することができる。一方で、チャネル内や、複数チャネルにまたがった偏波状態は、固有の状態、あるいは最悪の場合では単一の状態をとりうる。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃うことで、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性がある。
このように構成したランダムパタン121を用いることで、伝送路条件の推定等を実施することは不可能となる。一方で、チャネル内や、複数チャネルにまたがった偏波状態はランダム化される。このとき、フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域のタイミングがチャネル間で揃ったとしても、ファイバ非線形光学効果等を介して瞬時的な伝送品質劣化が生じる可能性は低く抑えられる。
あるいは、パタン変更トリガ201および202は、任意の時間間隔を空けて交互に生成することも考えられる。なおかつ、パタン変更トリガ201および202を与えるタイミングを、複数のチャネルにわたって揃えたり、ずらしたりすることができる。信号疎通が正常に行われている条件では、波長多重信号のうちフレーム形式110の信号が出力されているチャネルの数を所定の値以下とするため、所定の値以下の数のチャネルを対象にしてデータパタン変更トリガ201とデータパタン変更トリガ202を交互に生成することが想定される。さらに、データパタン変更トリガ201とデータパタン変更トリガ202を生成するタイミングを調整して、フレーム形式110の信号が出力されるチャネルの数を所定の値以下にしつつ、対象とするチャネルを変更していくことが想定される。これは、上記のとおり複数チャネルに対するパタン変更トリガ201および202を集約して管理することにより実現できる。フレーム形式110の信号が出力されているチャネルの数を所定の値以下とすることで、複数のチャネルにわたって、固定パタンが同期してファイバ中を伝搬することで生じる瞬時品質劣化が発生する確率を低減することが可能となるとともに、伝送路条件の推定を一定頻度で行うことも可能となる。
本実施の形態では、実施の形態1に記載のデータパタン制御について一例を具体的に示す。図13は、この発明の実施の形態3に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図13に示すように、本実施の形態2に係るデータパタン制御は、フレーム形式110と130とをパタン変更トリガ203と204に応じて切り替える。フレーム形式110は、実施の形態2と同様である。フレーム形式130は混合パタン131と情報パタン132とで構成される。チャネル制御部1130はパタン変更トリガ203、204を信号疎通状態に応じて生成する。
初期起動状態では、実施の形態1に記載の光送受信部1100が光合波部1200に出力する伝送路フレーム処理された信号は、フレーム形式110の構造を有する。フレームオーバヘッド等チャネル間で非独立なデータ領域は固定パタン111で構成され、残りのデータ領域は情報パタン112で構成される。情報パタン112には情報ビット、誤り訂正用パリティビット等が含まれる。
混合パタン131として、例えば図14に概念を示す混合パタン330が用いられる。X偏波にはX偏波用固定パタン331−1、X偏波用ランダムパタン331−2、X偏波用固定パタン331−3、X偏波用ランダムパタン331−4が順に割り当てられ、Y偏波にはY偏波用ランダムパタン332−1、Y偏波用固定パタン332−2、Y偏波用ランダムパタン332−3、Y偏波用固定パタン332−4が順に割り当てられる。X偏波用ランダムパタン331−2、331−4、Y偏波用ランダムパタン332−1、332−3には、それぞれ異なる生成多項式で生成された擬似ランダムパタンである場合、一つの生成多項式で生成された擬似ランダムパタンを振り分けた場合、複数の擬似ランダム系列を巡回シフトした場合等が想定される。さらに、チャネルが異なる場合に、チャネル番号に依存して巡回シフト量を変更することが想定される。
本実施の形態では、実施の形態1に記載のデータパタン制御について一例を具体的に示す。図17は、この発明の実施の形態4に係るデータパタン制御の一例を示す図である。図17に示すように、本実施の形態4に係るデータパタン制御は、フレーム形式140と150とをパタン変更トリガ205と206とに応じて切り替える。フレーム形式140は混合パタン141と情報パタン142とで構成される。フレーム形式150は混合パタン151と情報パタン152とで構成される。
3000 光伝送装置、3100−1〜3100−N 光送受信部、3110−1〜3110−N 光送信部、3120−1〜3120−N 光受信部、3130−1〜3130−N チャネル(ch)制御部、3200 光合波部、3300 光分波部、3400 装置制御部、11 OTUkフレーム生成部、12 誤り訂正符号化部、13 シンボルマッピング部、14 フレーム処理部、15 データパタン制御部、16 データパタン処理部、17 信号整形部、18 光信号生成部、
51 デジタル・アナログ変換器、52 変調器ドライバ、53 光源、54偏波多重I/Q光変調器、21 光信号検出部、22 信号復元部、23 フレーム同期部、24 シンボルデマッピング部、25 誤り訂正復号部、26 OTUkフレーム終端部、
61 局部発振光源、62 偏波ダイバーシチ型集積コヒーレントレシーバ、63 アナログ・デジタル変換器、110、120、130 フレーム形式、111 固定パタン、112 情報パタン、121 ランダムパタン、122 情報パタン、201、202、203、204 データパタン変更、310 固定パタン、311 X偏波用固定パタン、312 Y偏波用固定パタン、320 ランダムパタン、321 X偏波用ランダムパタン、322 Y偏波用ランダムパタン、330 混合パタン、331−1、331−3、X偏波用固定パタン、331−2、331−4 X偏波ランダムパタン、332−2、332−4 Y偏波用固定パタン、332−1、332−3 Y偏波用ランダムパタン、340 混合パタン、341−1、341−3、X偏波用固定パタン、341−2、341−4 X偏波用ランダムパタン、342−2、342−4 Y偏波用固定パタン、342−1、342−3 Y偏波用ランダムパタン、350 混合パタン、351−1、351−3、X偏波用固定パタン、351−2、351−4 X偏波用ランダムパタン、352−2、352−4 Y偏波用固定パタン、352−1、352−3 Y偏波用ランダムパタン。
Claims (18)
- データを含む複数のチャネルをそれぞれ波長多重して伝送する光伝送方法であって、
前記データは、チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成され、前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とし、
前記チャネル間で非独立なデータ領域は、光伝送部上における当該領域の時間うち前記光伝送部において前記複数のチャネル間での偏波状態が相関をもつ部分の時間が、光受信部で復調後の誤り判定結果から得られるビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率がしきい値以下になる長さである前記データパタンが設定されることを特徴とする光伝送方法。 - 前期複数のチャネルは、1つのチャネルにおいてデータが2つ以上の偏波状態に割り当てられることを特徴とする請求項1に記載の光伝送方法。
- 前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とするために、前記複数のチャネル間で異なるデータパタン処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の光伝送方法。
- 前記データは、フレーム化されていることを特徴とする請求項1に記載の光伝送方法。
- 前記データは、偏波多重2値位相変調(Binary Phase−Shift Keying:BPSK)、偏波多重4値位相変調(Quadrature PhaseーShift Keying:QPSK)、または、偏波多重m値直交振幅変調(m−ary Quadrature Amplitude Modulation)により変調されることを特徴とする請求項1に記載の光伝送方法。
- 固定パタンとそれぞれの偏波成分内およびそれぞれの偏波成分間でランダムなランダムパタンとを切り替えて前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンを可変とすることを特徴とする請求項1に記載の光伝送方法。
- 前記ランダムパタンは、当該ランダムパタンの一部に固定パタンを含む混合パタンであることを特徴とする請求項6に記載の光伝送方法。
- 前記混合パタンは、1以上の固定パタンと1以上のランダムパタンの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項7に記載の光伝送方法。
- 前記ランダムパタンは、1つもしくは複数の生成多項式で生成された擬似ランダムパタンの振り分けや巡回シフトを行うことで生成され、チャネル番号に依存して前記巡回シフト量を変更することを特徴とする、請求項6に記載の光伝送方法。
- 前記混合パタンは、前記チャネルのいずれか一方の偏波成分において、ランダムパタンの割合が固定パタンの割合よりも大きいことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の光伝送方法。
- 前記混合パタンは固定パタンとランダムパタンの組合せ比率が可変であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の光伝送方法。
- 前記混合パタンを構成する固定パタンとランダムパタンの少なくとも一方は2種類以上であることを特徴とする請求項8に記載の光伝送方法。
- 前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンの切替を信号疎通状態に応じて行うことを特徴とする請求項6に記載の光伝送方法。
- 前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンの切替を時間経過に応じて行うことを特徴とする請求項6に記載の光伝送方法。
- 前記固定パタンを含むデータパタンが送出されるチャネル数を任意の値以下とすることを特徴とする請求項6に記載の光伝送方法。
- データを含む複数のチャネルを波長多重して伝送可能な光伝送システムであって、
チャネル間で独立なデータ領域とチャネル間で非独立なデータ領域から構成された前記データのうち、チャネル間で非独立なデータ領域に対してデータパタンを可変とするデータパタン処理を行うデータパタン処理部を有する第1の光伝送装置と、
光ファイバおよび光中継器を含む光伝送部と、
前記光伝送部で伝送された光信号を受信する光受信部を有する第2の光伝送装置と、を備え、
前記データパタン処理部は、前記チャネル間で非独立なデータ領域に、前記光伝送部上における当該領域の時間うち前記光伝送部において前記複数のチャネル間での偏波状態が相関をもつ部分の時間が、前記光受信部で復調後の誤り判定結果から得られるビット誤りの時間分布から決まる誤りの発生率がしきい値以下になる長さである前記データパタンを設定する、
ことを特徴とする光伝送システム。 - 前記第1の光伝送装置は、前期複数のチャネルのそれぞれにおいてデータを2つ以上の偏波状態に割り当てることを特徴とする請求項16に記載の光伝送システム。
- 前記第1の光伝送装置は前記データパタン処理により、前記チャネル間で非独立なデータ領域のデータパタンとして固定パタンとそれぞれの偏波成分内およびそれぞれの偏波成分間でランダムなランダムパタンとを切り替えることを特徴とする請求項16に記載の光伝送システム。
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