(57)【要約】【課題】PDL（偏波依存性損失）の影響を低減化できる偏波多重光伝送システムを提供することを目的とする。【解決手段】第１ノードと第２ノードとの間で、同一波長の二つの光信号を互いに直交する偏波で多重して伝送する偏波多重光伝送システムにおいて、前記第１ノードは、前記第２ノードから送信された二つの光信号の状態情報を取得する受信部と、前記状態情報を前記第２ノードに送信する送信部とを有し、前記第２ノードは、前記第１ノードから送信された前記状態情報を受信する受信部と、前記状態情報に基づいて、前記第１ノードに送信する二つの光信号の伝送路への入射パワーのレベル差を制御する制御処理部とを有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ノードと第２ノードとの間で、同一波長の二つの光信号を互いに直交する偏波で多重して伝送する偏波多重光伝送システムであって、
前記第１ノードは、
前記第２ノードから送信された二つの光信号の状態情報を取得する受信部と、
前記状態情報を前記第２ノードに送信する送信部と、
を有し、
前記第２ノードは、
前記第１ノードから送信された前記状態情報を受信する受信部と、
前記状態情報に基づいて、前記第１ノードに送信する二つの光信号の伝送路への入射パワーのレベル差を制御する制御処理部と、
を有する偏波多重光伝送システム。
【請求項２】
前記第１ノードの前記送信部は、双方向に光パスが設定されている場合、対向する光パスを用いて前記状態情報を前記第２ノードに送信する、請求項１に記載の偏波多重光伝送システム。
【請求項３】
前記第２ノードの前記制御処理部は、光可変減衰器の減衰量を制御することにより、前記レベル差を制御する、請求項１又は２に記載の偏波多重光伝送システム。
【請求項４】
前記状態情報は、パワーレベルと、ビット誤り率と、光信号対雑音比と、Ｑ値とのうち少なくとも１つである、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の偏波多重光伝送システム。
【請求項５】
前記第１ノードの前記受信部は、光学的処理による偏波分離部と、ディジタル信号処理による偏波分離部とを有し、前記第２ノードから送信された二つの光信号のレベル差が所定の閾値以下になるまで、前記光学的処理による偏波分離部により、当該二つの光信号の状態情報を取得する、請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の偏波多重光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波多重光伝送システムに関する。特に、本発明は、光伝送路又は光ノードに存在する偏波依存性損失（Polarization Dependent Loss: PDL）の偏波多重光伝送への影響を低減化させる偏波多重光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の全光ネットワークにおいては、光信号は、単一偏波で伝送される。近年、伝送速度の高速化や帯域使用率の高効率化のために、波長多重に加えて偏波多重方式の導入が検討されている。この偏波多重方式は、同一の波長に、互いに直交する二つの偏波状態が存在することを利用して、これらの二つの偏波状態に独立な二つの信号を対応させて伝送し、受信側で偏波分離を行なうことにより二つの信号を得る。
【０００３】
ところで、実際の光伝送路においては、偏波依存性損失（Polarization Dependent Loss: PDL）が存在し、信号光の偏波状態によって信号光が過剰に減衰することが知られている。しかしながら、単一偏波の光伝送システムでは、このPDLによる減衰を光ノードで補償することができる。
【０００４】
しかし、偏波多重方式の場合、二つの光信号のうち、どちらかが受信端で大きくレベルが下がり、良好な伝送特性が得られない恐れがある（非特許文献１参照）。以下にこれを詳細に説明する。
【０００５】
偏波多重方式は、同一波長の光信号を偏波が直交する状態で、送信元で偏波多重して伝送する方式である。図１は、PDLの偏波多重光信号への影響を説明するための図である。図１（ａ）に示すように、送信元で、二つの光信号を互いに直交する二つの偏波（X偏波及びY偏波）に偏波多重する。ここで例えばX偏波の方向と光伝送路のPDLの損失軸（図１では水平軸）が一致したとすると、図１（ｂ）のように伝搬後にX偏波が減衰することになる。PDLが大きいほど、X偏波が大きく減衰する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Duthel et al., "Impact of polarization dependent loss on coherent POLMUX-NRZ-DQPSK", OThU5, OFC/NFOEC2008, 2008.
【非特許文献２】菊池和朗、「ディジタルコヒーレント光受信機を用いた偏波多重分離および偏波分散補償技術の基礎」、OCS2009-T01、OCS第二種研究会第１回「ディジタル信号処理による新しい光伝送技術」、2009年7月．
【非特許文献３】T. Matsuda et al., "Field trial of 43-Gbit/s RZ-DQPSK transmission in aerial fiber with rapidly changing SOP", NWD1, OFC/NFOEC2009, 2009.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２及び図３を参照して、光信号を光伝送路で伝送する場合のパワーレベルの変化を説明する。図２は、単一偏波光伝送の場合のパワーレベルの変化を説明するための図である。図２においてノードAからノードCに光信号を伝送する場合を考える。図２のように単一偏波方式で非偏波多重の場合、偏波でチャネルが規定されているわけではなく、単一偏波状態であるため、仮にノードAとノードBとの間の光伝送路（図２（ｂ）ではBC間）のPDLにより過剰に減衰を受けても光ノードの光増幅器で所定のレベルに回復させることができ（図２（ｂ）ではDの位置）、その後次のノードに送られる。ただし、受信端（図２（ｂ）ではFの位置）ではノードBとノードCとの間の光伝送路（図２（ｂ）ではDE間）でのPDLの影響を受ける可能性はある。
【０００８】
図３は、偏波多重光伝送の場合のパワーレベルの変化を説明するための図である。図３のように偏波多重方式の場合、現状の光ノードでは、二つの異なる偏波状態の光信号のパワーの和が一定になるように制御される。このため、どちらかのチャネルのパワーがPDLにより過剰に減衰して小さくなっていても、十分にパワーが回復しないまま（図３（ｂ）ではDの位置）、次のノードに送られることになる（図３（ｂ）ではX偏波が回復していないことを示す）。さらにその信号光（図３（ｂ）ではX偏波）が再び過剰な減衰を被った場合（図３（ｂ）ではDE間）、受信端ではその光信号のレベルが極端に小さくなり、必要な光信号対雑音比（Optical Signal Noise Ratio: OSNR）が得られなくなる可能性がある。
【０００９】
またこのように二つの信号間のレベル偏差が大きい場合、最近開発が進められているディジタルコヒーレント方式においては、コヒーレントレシーバでの偏波分離が困難になることが予想される（非特許文献２参照）。このように、偏波多重方式を全光ネットワークに導入する場合、現状の技術だけの適用では、光伝送路のPDLにより伝送特性が劣化する恐れがある。また光ノードを構成する部品自体にも多少ともPDLが存在するため、光信号が多くの光ノードを通過する場合はその影響は無視できないと考えられる。
【００１０】
上記の解決策としては、例えば各光ノードでチャネル（波長）毎に何らかの手段で偏波分離し、X偏波及びY偏波のレベルが同一になるように制御した後、再度、偏波多重し、光伝送路に送出することが考えられる。しかしながら、この場合、数十に及ぶチャネル（波長）毎に機能を実装することになるので各ノードが複雑化するとともにコストの大幅な上昇をもたらすと考えられる。したがって簡潔な手段でPDLの影響を低減化することが望まれる。
【００１１】
本発明は、PDLの影響を低減化できる偏波多重光伝送システムを簡略な構成で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の偏波多重光伝送システムは、
第１ノードと第２ノードとの間で、同一波長の二つの光信号を互いに直交する偏波で多重して伝送する偏波多重光伝送システムであって、
前記第１ノードは、
前記第２ノードから送信された二つの光信号の状態情報を取得する受信部と、
前記状態情報を前記第２ノードに送信する送信部と、
を有し、
前記第２ノードは、
前記第１ノードから送信された前記状態情報を受信する受信部と、
前記状態情報に基づいて、前記第１ノードに送信する二つの光信号の伝送路への入射パワーのレベル差を制御する制御処理部と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、PDLの影響を低減化できる偏波多重光伝送システムを簡略な構成で提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】PDLの偏波多重光信号への影響を説明するための図
【図２】単一偏波光伝送の場合のパワーレベルの変化を説明するための図
【図３】偏波多重光伝送の場合のパワーレベルの変化を説明するための図
【図４】双方向通信状態の全光ネットワークの例を示す図
【図５】偏波多重伝送方式による双方向通信状態の全光ネットワークの例を示す図
【図６】光分岐挿入機能のある光ノードの構成例を示す図
【図７】本発明の実施形態に係る偏波多重光伝送システムの概念を示す図
【図８】光ノードにおける偏波多重トランスポンダ機能部の例を示す図
【図９】本発明の実施形態に係る光ノードにおける偏波多重トランスポンダ機能部の例を示す図
【図１０】本発明の実施形態に係る光ノードにおける制御処理部の例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
本発明の実施形態では、同一波長の二つの光信号を互いに直交する偏波で多重して伝送路を伝送する偏波多重光伝送において、伝送路のPDLの影響を低減あるいは緩和するために、受信側で二つの光信号の状態情報（パワーレベル、ビット誤り率、光信号対雑音比、Ｑ値等）を取得し、取得した状態情報を基に送信元の二つの光信号の伝送路への入射パワーのレベル差を制御する。例えば、二つの信号の受信レベルを比較して、低い方の信号のレベルを送信元で増加させ、受信時のパワーレベルが一致することを目標に制御を行なう。
【００１７】
送信元でのレベル差の制御のため、受信側での二つの信号の状態情報を送信元に送る必要がある。ここで、一般に光ファイバを伝搬する信号光の偏波状態は時間的に変動し（非特許文献３参照）、そのため伝送路のPDLの光信号への影響も時間的に変化し、光信号のレベルは時間的に変動する。したがって、受信側は状態情報を逐次送る必要があり、通常の光パスの他に制御用の情報を送る光パスを用意する必要がある。光伝送路が固定されている長距離対地間伝送の場合、別途制御情報用の光パスを用意することは容易であるが、メトロネットワーク等の光パスの追加や削除が頻繁な光分岐挿入システムの場合、別途制御情報用の光パスを用意することは実用的には困難と予想される。
【００１８】
ところで一般に全光ネットワークでは、一般にあるノードから別のノードに光パスが設定される場合、双方向に光パスが設定され、双方向通信状態になっている。図４に一般的な全光ネットワークでの双方向通信の模式図を示す。図４の上部はノードAからノードCへの光パスを示しており、ノードAの送信部TxからノードCの受信部Rxに光信号が伝送される。同様に、図４の下部はノードCからノードAへの光パスを示しており、ノードCの送信部TxからノードAの受信部Rxに光信号が伝送される。
【００１９】
偏波多重光伝送システムの場合も図５のような構成となる。図５の上部はノードAからノードCへの光パスを示しており、ノードAのX偏波用の送信部Tx(X)及びY偏波用の送信部Tx(Y)からノードCの偏波分離機能付き受信部Rx(X/Y)に光信号が伝送される。同様に、図５の下部はノードCからノードAへの光パスを示しており、ノードCのX偏波用の送信部Tx(X)及びY偏波用の送信部Tx(Y)からノードAの偏波分離機能付き受信部Rx(X/Y)に光信号が伝送される。
【００２０】
このように１つのノードに送信部Tx及び受信部Rxがあり、送信部Tx及び受信部Rxは、通常、図６のように光分岐挿入機能のある光ノードの中で、トランスポンダ機能部として１つのパッケージ内に収容されている。なお、図６は単一偏波光伝送の場合を示しているが、偏波多重光伝送の場合も同様に、送信部及び受信部は、１つのパッケージ内に収容される。そのため、受信部で得られた状態情報を送信部に転送することが可能である。
【００２１】
＜本発明の実施形態に係る偏波多重光伝送システムの構成＞
図７は、本発明の実施形態に係る偏波多重光伝送システムの概念を示す図である。図５を参照して説明したように、偏波多重光伝送システムにおいても、１つのノード（ノードA、ノードC）にX偏波用の送信部Tx(X)（１１Ａ、２１Ｃ）とY偏波用の送信部Tx(Y)（１２Ａ、２２Ｃ）と偏波多重部POLMUX（１３Ａ、２３Ｃ）があり、また、偏波分離機能付き受信部Rx(X/Y)（１０Ａ、２０Ｃ）がある。本発明の実施形態では、ノードAとノードCとの間で光パスが設定されている場合、図７のようにノードAからノードCへの光パス（A→C）に関しては、ノードCの受信部Rx(X/Y)（２０Ｃ）で二つの信号の状態を検知し、状態情報を、直ちに同じノードCの送信部Tx(X),Tx(Y)（２１Ｃ、２２Ｃ）に送り、通常の伝送信号と共にノードAの受信部Rx(X/Y)（１０Ａ）に向けて伝送する。ノードAの受信部Rx(X/Y)（１０Ａ）が通常の伝送信号と共に状態情報を受信すると、直ちに同じノードAの送信部Tx(X),Tx(Y)（１１Ａ、１２Ａ）に送り、送信部Tx(X),Tx(Y)（１１Ａ、１２Ａ）が送信光の出力を制御する。このように、信号光の偏波変動に対応してPDLの影響を低減あるいは緩和することができる。ノードCからノードAへの光パス（C→A）も同様に処理を実施し、両パスともPDLの影響を低減化することができる。
【００２２】
このように双方向通信の場合には、対向する光パスを用いて信号光の状態情報を伝送信号と共に送ることができるため、高速に状態情報を帰還することができ、高速な偏波変動に対応できる。なお、信号光の状態情報は、必ずしも通常の伝送信号と共に伝送される必要はなく、例えば制御情報用のパスのように、対向する光パス以外の経路によって伝送されてもよい。
【００２３】
典型的な偏波多重光伝送システムと異なる点はトランスポンダ機能部（集積部）の構成及び機能である。図８に典型的な光ノードにおけるトランスポンダ機能部の例を示す。トランスポンダの送信の機能を果たす部分には、X偏波用の送信部Tx(X)（１１Ａ、２１Ａ）とY偏波用の送信部Tx(Y)（１２Ａ、２２Ａ）があり、さらに偏波多重部POLMUX（１３Ａ、２３Ａ）が実装される。受信部Rx(X/Y)（１０Ａ、２０Ａ）は単一偏波用のトランスポンダ受信部とは異なり、偏波分離機能を有している。通常、トランスポンダの送信部Tx(X),Tx(Y)と受信部Rx(X/Y)は、互いに情報のやり取りをすることはない。
【００２４】
図９に本発明の実施形態に係る光ノードにおけるトランスポンダ機能部の例を示す。ここでは、ノードAのトランスポンダ機能部について例示する。トランスポンダ機能部の受信部Rx(X/Y)（２０Ａ）は、対地のノードから伝送されて来た二つの信号の状態情報を取得する。状態情報としてパワーレベルを用いてもよい。また、パワーレベルの他に、光信号対雑音比（OSNR）、誤り率、Ｑ値なども信号のパワーレベルと相関するので、送信出力を制御するための状態情報として用いることができる。このような状態情報のうちいずれか一つが用いられてもよく、いずれかの組み合わせが用いられてもよい。
【００２５】
この状態情報は対地のノードから送信されて来る二つの信号のレベル制御に用いられる。このため、トランスポンダ機能部の制御処理部（２４Ａ）は、取得した状態情報を同じパッケージ内の送信部Tx(X),Tx(Y)（２１Ａ、２２Ａ）に伝達する。制御処理部（２４Ａ）は送信部Tx(X),Tx(Y)（２１Ａ、２２Ａ）から対地に向かって送信される伝送信号と共にこの状態情報を信号化して伝送する。なお、図９では、制御処理部（２４Ａ）を介して受信部Rx(X/Y)（２０Ａ）から送信部Tx(X),Tx(Y)（２１Ａ、２２Ａ）に状態情報を伝達しているが、受信部Rx(X/Y)（２０Ａ）から送信部Tx(X),Tx(Y)（２１Ａ、２２Ａ）に直接に状態情報を伝達してもよい。
【００２６】
一方、対地のノードからは、対地に送信した当該ノードの信号の状態情報が通常の伝送信号と共に送られて来ており、受信部Rx(X/Y)（１０Ａ）により受信される。制御処理部（１４Ａ）は、その状態情報を抽出して送信部Tx(X),Tx(Y)（１１Ａ、１２Ａ）に送る。送信部Tx(X),Tx(Y)（１１Ａ、１２Ａ）は、この情報を基に自らの送信光のX偏波及びY偏波の出力を制御し、対地に向かって送信する。その際、二つの光信号の伝送路への入射パワーの調整に、例えば図９のように可変光減衰器（Variable Optical Attenuator: VOA）（１５Ａ、１６Ａ）を用いてもよい。具体的には、送信部Tx(X),Tx(Y)（１１Ａ、１２Ａ）がX偏波及びY偏波の出力を直接制御する代わりに、制御処理部（１４Ａ）が可変減衰器（１５Ａ、１６Ａ）の減衰量を制御することにより、X偏波及びY偏波の出力を制御してもよい。
【００２７】
なお、図９では１つの光ノード（ノードA）における偏波多重トランスポンダ機能部を示しているが、対地の光ノード（ノードC）も同様に構成される。すなわち、ノードCにも、ノードAと同じ各機能部１０Ｃ〜１６Ｃ及び２０Ｃ〜２６Ｃが含まれる。
【００２８】
図１０に本発明の実施形態に係る光ノードにおける制御処理部の例を示す。図１０の上部の制御処理部（１４Ａ）が送信元の制御処理部に対応し、図１０の下部の制御処理部（２４Ｃ）が受信側の制御処理部に対応する。外乱としての偏波変動により、受信部Rx(X/Y)（２０Ｃ）でのX偏波の受信パワーPx及びY偏波の受信パワーPyが変動する。ただし、通常、両偏波のパワーの和は各光ノードで一定に制御されるので、Pxの増減とPyの増減は逆になる。つまり、例えばPxが増えるとPyがその分減ることになる。すなわちPxとPyのレベル比が変動することになる。受信部Rx(X/Y)（２０Ｃ）での受信パワーPx及びPyから、現時点でのΔPを信号処理回路（２７Ｃ）で取得する。制御回路（１８Ａ）は、目標設定値をΔP=Px-Py=0として、送信出力を決定する。決定された送信出力は、VOAドライバ（１９Ａ）を介してVOA（１５Ａ）の出力制御に用いられる。X偏波もY偏波もPDLの影響を受けるが、通常、上述したように光パス上の各光ノードでX偏波とY偏波の総和は一定に保たれるので伝送設計上問題がなければX偏波のみの出力制御でもよい。またPDLが全く存在しない場合、X偏波とY偏波のパワーが送信時に等しければ、本来、X偏波とY偏波のパワーは受信部でも等しくなるが、そのパワーを目標設定値とし、信号処理部（２７Ｃ）から取得したPxの値との差分を用いて、制御回路（１８Ａ）で送信出力を決定してもよい。このようにしてPxとPyのレベル差、あるいはレベル比を制御することにより、偏波変動の影響を緩和することができる。
【００２９】
ディジタルコヒーレント方式の場合、トランスポンダの受信部（コヒーレントレシーバ）で偏波ビームスプリッタ等の光学的な偏波分離手段とディジタル信号処理との併用により偏波分離が行なわれる。しかし、光パス設定時には二つの光信号のレベル差が大きいため、最初はディジタル信号処理による偏波分離動作ができない可能性がある。その場合、まず光学的な偏波分離手段のみを利用して、大まかな二つの光信号の状態情報を得て、その状態情報を送信元に送信してもよい。送信元は、状態情報を基にディジタル信号処理可能な領域まで送信元で二つの光信号のレベル制御を行なう。二つの光信号のレベル差が所定の閾値以下になったときに、受信部で光学的な偏波分離手段とディジタル信号処理との併用に切り替えて実際の運用を開始すればよい。
【００３０】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、光伝送路の偏波依存性損失（PDL）の伝送特性への影響を低減化あるいは緩和できる偏波多重光伝送システムを簡略な構成で提供することができ、将来の全光ネットワークにおいて有用となる。
【００３１】
PDLの影響を低減化あるいは緩和するために、中継ノード毎に偏波分離し、X偏波及びY偏波のレベルが同一になるように制御した後、再度、偏波多重し、光伝送路に送出するという解決策も考えられる。しかし、各中継ノードにこのようなPDL補償機能を実装する場合、波長毎にPDL補償機能を実装する必要がある。この理由は、各波長は異なる光パスを経由しているため、PDLの影響は様々であるからである。本発明の実施形態では、各中継ノードにPDL補償機能を実装するのではなく、送信元と送信先との間で偏波の出力を制御するため、簡略な構成でPDLの影響を低減化あるいは緩和することができ、システム全体としてのコストを削減できる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々の変更・応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、全光ネットワークに適用され、特に光分岐挿入機能を有する波長多重光ネットワークに有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１０Ａ，２０Ａ，２０Ｃ  偏波分離機能付き受信部
１１Ａ，２１Ａ，２１Ｃ  X偏波送信部
１２Ａ，２２Ａ，２２Ｃ  Y偏波送信部
１３Ａ，２３Ａ，２３Ｃ  偏波多重部
１４Ａ，２４Ａ，２４Ｃ  制御処理部
１５Ａ，２５Ａ          可変光減衰器
１６Ａ，２６Ａ          可変光減衰器
２７Ｃ                  信号処理回路
１８Ａ                  制御回路
１９Ａ                  VOAドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011250037.tif 000008
【図７】
2011250037.tif 000009
【図８】
2011250037.tif 000010
【図９】
2011250037.tif 000011
【図１０】
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