(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路を介して伝送されてきた波長多重光信号を各波長毎に分波する分波器と、
入力ポートと第１および第２の出力ポートを有し、前記分波器により分波された各波長の光信号を入力ポートに受ける分岐用光スイッチと、
第１および第２の入力ポートと出力ポートを有し、前記分岐用光スイッチの第１の出力ポートに第１の入力ポートが接続された挿入用光スイッチと、
前記分岐用光スイッチの第２の出力ポートから分岐された光信号を受信する光受信器と、
前記挿入用光スイッチの第２の入力ポートに挿入すべき光信号を供給する光送信器と、
前記挿入用光スイッチの出力ポートからの各波長の光信号を合波して光伝送路へ送出する合波器と、
前記分岐用光スイッチに障害が生じた場合に前記挿入用光スイッチの第２の入力ポートを該挿入用光スイッチの出力ポートに接続し、前記分岐用光スイッチおよび前記挿入用光スイッチを個別に制御する制御手段と、
を有することを特徴とする光分岐挿入ノード装置。
【請求項２】
光伝送路を介して伝送されてきた波長多重光信号を各波長毎に分波する分波器と、
入力ポートと第１および第２の出力ポートを有し、前記分波器により分波された各波長の光信号を入力ポートに受ける分岐用光スイッチと、
前記分岐用光スイッチの第１の出力ポートに入力端が接続された光可変減衰器と、
第１および第２の入力ポートと出力ポートを有し、前記光可変減衰器の出力端に第１の入力ポートが接続された挿入用光スイッチと、
前記分岐用光スイッチの第２の出力ポートから分岐された光信号を受信する光受信器と、
前記挿入用光スイッチの第２の入力ポートに挿入すべき光信号を供給する光送信器と、
前記挿入用光スイッチの出力ポートからの各波長の光信号を合波して光伝送路へ送出する合波器と、
前記分岐用光スイッチの入力ポートと第２の出力ポートを接続させた分岐状態のとき前記光可変減衰器の減衰量を所定値以上に設定し、前記分岐用光スイッチおよび前記挿入用光スイッチを個別に制御し、さらに前記光可変減衰器の減衰量を制御する制御手段と
を有することを特徴とする光分岐挿入ノード装置。
【請求項３】
前記光伝送路に挿入された少なくとも一つの光増幅器および前記光受信器の少なくとも一方は所定の時定数の自動利得制御機能を有し、前記分岐用光スイッチおよび前記挿入用光スイッチは前記自動利得制御機能の時定数より大きな時定数でスイッチ動作を行うことを特徴とする請求項１または２記載の光分岐挿入ノード装置。
【請求項４】
前記分岐用光スイッチおよび前記挿入用光スイッチは、熱光学効果もしくは音響光学効果を用いた光スイッチであることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれか１項記載の光分岐挿入ノード装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記分岐用光スイッチの入力ポートと第１の出力ポートを接続させ、かつ前記挿入用光スイッチの第１の入力ポートと出力ポートを接続させた通過状態のとき、通過する光信号パワーが一定となるように前記光可変減衰器の減衰量を制御し、減衰量が所定の値以下となった場合には異常信号を出力することを特徴とする請求項２記載の光分岐挿入ノード装置。
【請求項６】
前記挿入用光スイッチと前記合波器の間に挿入され、光信号の一部を分岐する光カプラと、
前記光カプラにより分岐された光信号の所定の伝送特性値を監視し、該伝送特性値が予め設定されている範囲を越えた場合に異常信号を発生する手段と
をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の光分岐挿入ノード装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重を用いた光波ネットワークのノードに設けられるノード装置に係り、特に波長多重光信号から任意の波長の光信号を分岐したり、波長多重光信号に任意の波長の光信号を挿入する機能を有する光分岐挿入ノード装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及により、ネットワークの大容量化が急務となっている。この要求に応えるものとして、波長多重（Wavelength Division Multiplex：ＷＤＭ）を用いた光波ネットワークは、伝送容量を飛躍的に向上させ、かつ柔軟性の高いネットワーク構築が可能であることから、大いに注目されている。
【０００３】
ＷＤＭを用いた光波ネットワークとして、特定波長の光信号の分岐、挿入を行う機能を有する光分岐挿入多重（Optical Add／Drop Multiplex：ＯＡＤＭ）がある。ＯＡＤＭは、各ノードにおいて光信号から電気信号への変換や、電気信号から光信号への変換といった電気的な処理が介在しないトランスペアレントな光波ネットワークの実現形態の一つであり、各ノードにおいては必要な光信号のみを分岐・挿入することでノードコストの低減が図ることができる。また、ＯＡＤＭを用いると、ネットワーク形態をリング状にすることによって、ネットワーク障害に対して柔軟に対応でき、信頼性の高い光波ネットワークを構築することができる。
【０００４】
図１１に、ＯＡＤＭで用いられる従来の光分岐挿入ノード装置の構成を示す。光伝送路１−１を伝送されてきた波長多重光信号は、光増幅器２で一括に増幅された後、光分波器３で各波長の光信号に分波される。分波された各波長の光信号は、光分岐挿入回路２００−１，２００−２，２００−３，２００−４にそれぞれ入力される。光分岐挿入回路２００−１，２００−２，２００−３，２００−４は、それぞれ２入力２出力の光スイッチ２０１、光可変減衰器２０２、光カプラ２０３および制御部２０４により構成される。光スイッチ２０１を制御することによって、光信号の分岐、挿入もしくは通過が可能となる。
【０００５】
光スイッチ２０１から出力される光信号は光可変減衰器２０２を通過した後、光カプラ２０３で一部が分岐され、制御部２０４へ入力される。光カプラ２０３からの残りの光信号は光合波器６で波長多重され、光増幅器７で増幅された後、光伝送路１−２に送出される。制御部２０４は、光カプラ２０３で分岐された光信号のパワーが一定となるように、光可変減衰器２０２の減衰量を制御する。
【０００６】
このような構成の従来の光分岐挿入ノード装置においては、光スイッチ２０１で分岐動作と挿入動作が同時に生じるために、分岐動作時に光スイッチ２０１に障害が発生すると、それまで分岐されていた光信号がノードを通過（スルー）してしまう。このことは、情報が他のノードに漏洩することとなり、ネットワークの信頼性を著しく低下させるという問題が生じた。
【０００７】
また、波長多重ネットワークにおいては、伝送路障害などのネットワーク障害に対してプロテクション機能を持たせることにより、ネットワークの信頼性を向上させる手法がとられる。特開平１０−１１２７００に、プロテクション機能を有する光分岐挿入ノード装置が開示されている。
【０００８】
図１２は、この光分岐挿入ノード装置の構成を示す図であり、時計回りの現用系光伝送路２１１−１，２１１−２、反時計回りの現用系光伝送路２１２−１，２１２−２、時計回りの予備系光伝送路２１３−２，２１３−２および反時計回りの予備系光伝送路２１４−１，２１４−２は、それぞれ波長多重光信号を伝送する。これら光伝送路のそれぞれに接続された光分岐挿入回路２２１，２２２，２２３，２２４は、波長多重光信号の中からノードに割り当てられた波長の光信号のみの分岐挿入を行う。
【０００９】
光伝送路２１１−１，２１２−１，２１３−１，２１４−１から入力され、光分岐挿入回路２２１，２２２，２２３，２２４で分岐された光信号は、第１の光マトリックススイッチ２３１を介して光送受信器２４１，２４２，２４３，２４４にそれぞれ入力される。また、光送受信器２４１，２４２，２４３，２４４から出力される光信号は、第２の光マトリックススイッチ２３２を介して光分岐挿入回路２４１，２４２，２４３，２４４に入力され、光伝送路２１１−２，２１２−２，２１３−２，２１４−２に挿入される。光マトリックススイッチ２３１，２３２は、任意の入力ポートを任意の出力ポートに接続するスイッチであり、その接続状態は制御部２３０により制御される。
【００１０】
伝送路障害時には、ネットワークの送信端と受信端の両方で光マトリックススイッチ２３１，２３２を制御し、予備系光伝送路２１３−１，２１３−２および２１４−１，２１４−２を選択することによって、障害を回避する。しかし、このようなプロテクション機能を有する光分岐挿入ノード装置では、伝送路障害時に常にネットワークの送信端と受信端での切替制御が必要であるため、制御が煩雑であり、コストの増大や信頼性の低下を招くという問題が生じる。
【００１１】
さらに、従来の光分岐挿入ノード装置では、光パスの再構築（更新）や障害発生時のリストレーションにおいて、光スイッチの切替えを高速に行っていた。しかし、スイッチの高速切替えは、光伝送路を伝送される光信号の波長数を急激に増減させ、それに伴い光伝送路を通過する光信号のトータルの光パワーが大きく変動するため、光伝送路に挿入されている光増幅器で光サージを発生させる。光サージの発生は受信感度の低下を引き起こすのみならず、光受信器を破壊させるおそれがある。また、従来の機械式もしくは磁気光学効果を利用した光スイッチでは、切替え動作時の光パワー変動の速度の設定を自由に行うことができず、システム設計において自由度が小さいという問題があった。
【００１２】
上述した従来のＯＡＤＭノ一ドにおいては、光分波器３の１つのポートからは所望の波長λ１のみが出力されることが望ましいが、光分波器３のクロストーク特性により、他のポー卜にも波長λ１が漏洩してしまう。この他のポートへの漏洩は、光合波器６で再び合波される時に、コヒーレントクロストークと呼ばれる干渉性クロストークを発生させる原因となり、伝送特性を劣化させる。
【００１３】
近年、光伝送路やノ一ド装置での損失を補償するための光増幅器の広帯域化に伴い、１本の光伝送路に多重できる波長数も１６、３２、６４と増加の傾向にある。波長数の増大は、一つのノ一ドにおけるコヒーレントクロストークを発生させる光パスの数を増大させることになるので、ノ一ドを多段接続した場合に、伝送特性の著しい劣化を生じさせるという問顕が生じた。
【００１４】
また、波長数の増大に伴って、ノ一ドのスケーラビリディやモジュラリティ、および光素子の経済性の観点から、光パス層の階層化としてマトリックス波長多重方式が小関らにより提案されている（１９９７年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ―１０−８６）。
【００１５】
図２３にマトリックス波長多重方式における波長配置を示す。ここでは、波長多重されている信号を各バンド単位でハンドリングする。しかしながら、このように隣接するチャンネル毎にバンドを形成する方式では、バンド毎に分波する際に、各バンド間のクロストークを抑圧するためにガードバンドが必要となるために帯域利用効率が低下するという問題が生じた。
【００１６】
さらに、ノ一ド装置の各構成要素に対する冗長構成についても、１：１の構成をとるのでは、波長数が増大した場合に装置規模やコストが莫大なものとなる。波長多重を用いた光波ネットワークにおいては、複数の現用系に対して１つの予備系を割り当てるＮ：１の冗長構成をとることによって、装置規模やノ一ドコストを削減することができる。Ｎ：１の冗長構成については、Ｄ．Ｕｅｈａｒａらから報告がある（ＥＣＯＣ’９７，ＴＨ２Ａ）。この文献では、光分波器で分波された光信号は、光マトリックススイッチを介してＯＡＤＭ回路に入力される。光分波器で分波された波長のうち１波長を予備系に割り当てる。現用系のＯＡＤＭ回路に障害が発生した場合には、光マトリックススイッチにより予備系に迂回させることにより障害復旧を行う。
【００１７】
このように、Ｎ：１の冗長構成をとるためには、従来光マトリックススイッチが用いられてきた。Ｎ：１の冗長構成においては、Ｎが大きいほど経済的であるために、大規模な光マトリックススイッチが要求される。しかしながら、大規模な光マトリックススイッチは、性能やコスト、信頼性といった点で実用化が非常に困難である。したがって、波長数が増大すると、ノ一ド装置の低コスト化が困難であるという問題が生じた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の光分岐挿入ノード装置では、光分岐挿入回路に障害が発生した場合、光信号の情報が他のノードに漏洩することがあるため、ネットワークの信頼性を著しく低下させるという問題があり、またプロテクション機能を持たせたものでは、伝送路障害時に常にネットワークの送信端と受信端での切替制御が必要であるために繁雑な制御を必要とし、コストや信頼性の面で問題があった。
【００１９】
更に、従来の光分岐挿入ノ一ド装置では、波長数の増大に伴ってコヒーレン卜クロストークを生じさせる光パスの数が増大するために、ノ一ドを多段接続した時に著しい伝送特性劣化を生じさせるという問題があった。
【００２０】
さらに光パスの階層化を行う際に、隣接するバンド間のクロストークを抑圧するためにガードバンドが必要となり、帯域利用効率が低下するという問題が生じた。
【００２１】
さらに、従来のノ一ド装置においてＮ：１の冗長構成のためには、光マトリックススイッチが必要であるために、ノ一ド装置の低コスト化が困難であるという問顕が生じた。
【００２２】
本発明の目的は、光分岐挿入回路に障害が生じても他のノードに情報が漏洩することを阻止でき、信頼性の高いネットワークを構築できる光分岐挿入ノード装置を提供することにある。
【００２３】
本発明の他の目的は、簡便な切替制御により柔軟なプロテクション機能を実現できる光分岐挿入ノード装置を提供することにある。
【００２４】
本発明のもう一つの目的は、光パスの更新時や切替えの際に光サージの発生を抑圧し、安定した伝送特性を実現できる光分岐挿入ノード装置を提供することにある。
【００２５】
本発明の目的は、波長数が増大してもコヒーレントクロストークによる伝送特性劣化を抑圧でき、帯域利用効率の向上を図れる光分岐挿入ノ一ド装置を提供することにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、波長数が増大しても低コストで、Ｎ：１の冗長構成を実現できる光分岐挿入ノ一ド装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光分岐挿入ノード装置は、光伝送路を介して伝送されてきた波長多重光信号を各波長毎に分波する分波器と、入力ポートと第１および第２の出力ポートを有し、分波器により分波された各波長の光信号を入力ポートに受ける分岐用光スイッチと、第１および第２の入力ポートと出力ポートを有し、分岐用光スイッチの第１の出力ポートに第１の入力ポートが接続された挿入用光スイッチと、分岐用光スイッチの第２の出力ポートから分岐された光信号を受信する光受信器と、挿入用光スイッチの第２の入力ポートに挿入すべき光信号を供給する光送信器と、挿入用光スイッチの出力ポートからの各波長の光信号を合波して光伝送路へ送出する合波器と、分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチを個別に制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００２８】
このように分岐用光スイッチと挿入用光スイッチを個別に制御できるようにすることによって、分岐用光スイッチが障害により分岐動作状態（入力ポートが第２の出力ポートに接続された状態）から通過動作状態（入力ポートが第１の出力ポートに接続された状態）に切替わっても、挿入用光スイッチを挿入動作状態（第２の入力ポートが出力ポートに接続された状態）とすることによって、光信号がノードを通過して他ノードに漏洩してしまうことを阻止できる。
【００２９】
本発明に係る他の光分岐挿入ノード装置は、分岐用光スイッチの第１の出力ポートと挿入用光スイッチの第１の入力ポートとの間に光可変減衰器を挿入し、分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチを個別に制御し、さらに光可変減衰器の減衰量を制御するようにしたことを特徴とする。
【００３０】
このように分岐用光スイッチと挿入用光スイッチとの間に光可変減衰器を挿入し、分岐用光スイッチの分岐動作時（入力ポートが第２の出力ポートに接続された状態）に光可変減衰器の減衰量を所定値以上に設定すると、分岐用光スイッチに障害が生じて入力ポートが第１の出力ポートに接続され、それまで分岐されていた光信号が分岐用光スイッチを通過したとしても、この光信号は光可変減衰器により十分に減衰されるため、同時に挿入用光スイッチに障害が生じて第１の入力ポートが出力ポートに接続された通過動作状態となっても、他ノードへの光信号の漏洩が阻止され、更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００３１】
また、光信号の通過動作時（分岐用光スイッチの入力ポートと第１の出力ポートを接続させ、かつ挿入用光スイッチの第１の入力ポートと出力ポートを接続させた状態のとき）には、通過する光信号のパワーレベルが一定となるように光可変減衰器の減衰量を制御することによって、波長数の変動などによって生じる光信号のパワーレベル変動に対処でき、安定な伝送特性を実現することが可能となる。
【００３２】
また、光伝送路に挿入された少なくとも１つの光増幅器および光受信器の少なくとも一方に所定の時定数の自動利得制御機能を持たせ、分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチが該自動利得制御機能の時定数より大きな時定数でスイッチ動作を行うように構成することにより、光パスの再構築の際に発生する光パワー変動を光増幅器や光受信器のＡＧＣ機能により吸収でき、安定な伝送特性を実現することが可能となる。
【００３３】
この場合、分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチとして、熱光学効果もしくは音響光学効果を利用した光スイッチを用いることにより、スイッチ動作速度（時定数）の設定に大きな自由度を与えることができ、かつスイッチ動作時の光パワー変動を滑らかにして光サージの発生を抑圧できる。
【００３４】
さらに、挿入用光スイッチと合波器の間に、光信号の一部を分岐する光カプラを挿入し、この光カプラにより分岐された光信号の所定の伝送特性値を監視し、該伝送特性値が予め設定されている範囲を越えた場合に異常信号を発生させることにより、ネットワーク障害を未然に防ぐことも可能となる。ここで、光信号の所定の伝送特性値としては光パワーレベルでもよいが、特にＱ値が望ましい。Ｑ値を監視するようにすると、障害個所の特定が容易となり、障害復旧時間を短縮してネットワークの利用効率を向上させることができる。
【００３５】
本発明に係るさらに別の光分岐挿入ノード装置は、時計回りに波長多重光信号を伝送する少なくとも１つの第１の現用系光伝送路と、反時計回りに波長多重光信号を伝送する少なくとも１つの第２の現用系光伝送路と、時計回りに波長多重光信号を伝送する少なくとも１つの第１の予備系光伝送路と、反時計回りに波長多重光信号を伝送する少なくとも一つの第２の予備系光伝送路とによってリング状に接続される光分岐挿入ノード装置において、第１の現用系光伝送路、第２の現用系光伝送路、第１の予備系光伝送路および第２の予備系光伝送路のそれぞれの途中に挿入され、少なくとも１つの波長の光信号の分岐、挿入を行う光分岐挿入回路と、光分岐挿入回路により分岐される光信号の受信を行う光受信器と、光分岐挿入回路により挿入される光信号の送信を行う光送信器と、光分岐挿入回路の入出力部で第１の現用系光伝送路と第１の予備系光伝送路との切替を行う第１の光路切替スイッチと、光分岐挿入回路の入出力部で第２の現用系光伝送路と第２の予備系光伝送路との切替を行う第２の光路切替スイッチと、光分岐挿入回路と光受信器との間に設けられ、光分岐挿入回路により分岐される光信号の光路の切替を行う第３の光路切替スイッチと、光分岐挿入回路と光送信器との間に設けられ、光分岐挿入回路により挿入される光信号の光路の切替を行う第４の光路切替スイッチとを有することを特徴とする。
【００３６】
このようにノード装置の入出力部に同一方向に波長多重光信号を伝送する光伝送路の切替制御を行う第１、第２の光路切替スイッチを設けることにより、現用系光伝送路に障害が生じた場合には、障害区間の両端のノードのみで切替制御を行うことで障害回避が可能となる。また、現用系光分岐挿入回路に障害が生じた場合には、障害が生じたノード内部のみで切替制御を行えばよい。さらに、光分岐挿入回路と光送受信器との間に分岐、挿入する光信号の第３の光路切替スイッチを有しているので、現用系および予備系伝送路の両方に障害が生じても、障害を回避できる。従って、簡便な切替制御方式で、様々な障害に対処できる柔軟なプロテクション機能を実現できる。
【００３７】
ここで、第１の現用系光伝送路、第２の現用系光伝送路、第１の予備系光伝送路および第２の予備系光伝送路のそれぞれの途中に挿入された少なくとも一つの光増幅器および光受信器の少なくとも一方に、所定の時定数の自動利得制御機能を持たせ、第１乃至第４の光路切替スイッチが該自動利得制御機能の時定数より大きな時定数でスイッチ動作を行うようにすることにより、光パスの再構築の際に発生する光パワー変動を光増幅器や光受信器のＡＧＣ機能により吸収でき、安定な伝送特性を実現することが可能となる。
【００３８】
この場合、分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチとして、熱光学効果もしくは音響光学効果を利用した光スイッチを用いることにより、スイッチ動作速度（時定数）の設定に大きな自由度を与えることができ、かつスイッチ動作時の光パワー変動を滑らかにして光サージの発生を抑圧できる。
【００３９】
本発明に係る光分岐挿入ノ一ド装置は、少なくとも互いに反対方向に光信号を伝送する一対の光伝送路を有する光波ネットワークにおいて、各光伝送路を介して伝送されてきた波長多重光信号を複数の波長群の光信号に分波する第１の光分波手段と、前記波長群を合波し前記光伝送路へ光信号を供する第１の光合波手段と、前記波長群毎に設けられ、前記波長群の光信号を各波長毎に分波する第２の光分波手段と、前記第２の光分波手段により分波された光信号毎に分岐挿入を行う分岐挿入手段と、前記分岐挿入手段から出力される光信号を合波し、前記波長群を再び構成する第２の光合波手段とを具備し、前記第１の光分波手段および第１の光合波手段は、周回性を有するアレイ導波路回折格子型光合分波器であることを特徴とする。
【００４０】
このように、伝送されてきた波長多重光信号を、第１の光分波器で複数の波長群に分割し、さらに第２の光分波器で各波長毎に分波することによって、コヒーレントクロストークを生じさせる光パスの数は、一つの波長群に属する波長数程度に抑圧できる。したがって、全体の波長数が増大しても、コヒーレントクロストークによる伝送特性劣化を抑圧することができる。
【００４１】
また、第１の光分波手段および第１の光合波手段として、周回性を有するアレイ導波路回折格子型光合分波器（ＡＷＧ）を用いることによって、伝送されてきた波長多重光信号において波長群に分割するためのガードバンドを設ける必要がないために、帯域利用効率を向上させることができる。
【００４２】
さらに、ＡＷＧの周回性を用いて波長群単位で合分波を行うと、波長群間でのＡＷＧの挿入損失にはばらつきが生じるが、各波長群に属する波長の光信号に対する挿入損失は、ほぼ均−である。したがって、光パワーレベル調整を波長群単位で行うことによって、ＡＷＧの挿入損失のばらつきを補償できるために、光可変減衰器の数を大幅に削減でき、ノ一ド装置の低コスト化が図れる。
【００４３】
さらに、分割された１つの波長群の中では、各波長の間隔はＡＷＧのフリースペクトラムレンジ（ＦＳＲ）に相当した広いものであるために、第１の光分波器および第１の光合波器よりも第２の光分波器および第２の光合波器として十分に広い透過帯域のものを用いることができる。このために、光分岐挿入ノ一ド装置を多段接続しても、第２の光分波器および第２の光合波器による透過帯域の狭窄化への影響はほとんどない。
【００４４】
さらに、第２の光分波器および第２の光合波器の透過帯域を隣接する２波長を含むように設定し、隣接する波長群のいずれかを現用系、他方を予備系と割り当てることによって、現用系の装置障害に対して冗長構成とすることが可能となる。
【００４５】
本発明の係る別の光挿入分岐ノ一ド装置は、少なくとも互いに反対方向に光信号を伝送する一対の光伝送路を有する光波ネットワークにおいて、各光伝送路を介して伝送されてきた波長多重光信号を複数の波長群の光信号に分波する第１の光分波手段と、前記波長群を合波し前記光伝送路へ光信号を供する第１の光合波手段と、前記第１の光分波手段の出力の方路を切り替える複数の１入力２出力の第１の光スイッチと、前記第１の光スイッチの第１の出力ポートに接続され、前記波長群の光信号を各波長毎に分波する第２の光分波手段と、前記第２の光分波手段により分波された光信号毎に分岐挿入を行う第１の分岐挿入手段と、前記第１の分岐挿入手段から出力される光信号を合波し、前記波長群を再び構成する第２の光合波手段と、前記複数の第１の光スイッチの第２の出力ポートに接続され、波長ルーティング機能を有する第３の光分波手段と、前記第３の光分波手段により分波された光信号毎に分岐挿入を行う第２の分岐挿入手段と、前記第２の分岐挿入手段から出カされる光信号を合波する、波長ルーティング機能を有する第３の光合波手段と、前記第２の光合波手段からの出力と、前記第３の光合波手段からの出力を入力とする２入力１出カの第２の光スイッチとを有することを特徴とする。
【００４６】
このように第１の光分波器の各出力を第１の光スイッチで方路を切り替えることで、現用系光分岐挿入回路か予備系光分岐挿入回路かのいずれかに入力させる。予備系光分岐挿入回路では、第３の光分波器および第３の光合波器として、波長ルーティング機能を有するものを用いて構成する。すなわち、第３の光分波器は、入力ポートが異なると出力ポー卜に現れる光信号の波長が異なるという特徴を有する。したがって、第１の光分波器でそれぞれの波長群に分割された光信号を、第３の分波器の異なる入力ポートに入力することで、第３の光分波器の出力に接続される第２の分岐挿入手段を全ての波長群で共用できる。第２の分岐挿入手段からの各出力を、同様の機能を有する光合波器で合波することによって、第３の光合波器の異なる出力ポートから各波長群の光信号を出力できる。
【００４７】
以上説明したように、波長ルーティング機能を有する光分波器および光合波器を用いて予備系光分岐挿入回路を構成することによって、光マトリックススイッチを用いずに、Ｎ：１の装置冗長としての機能を実現できる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００４９】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る光分岐挿入ノード装置を示す。この光分岐挿入ノード装置は、リング状のＷＤＭ光波ネットワークの各ノードに配置される装置であり、特定の波長の光信号の分岐、挿入を行う機能を有する。
【００５０】
入側の光伝送路１−１を介して伝送されてきた波長多重光信号（波長λ１，…λＮ）は、まず光増幅器２で増幅された後、分波器３で波長λ１，…，λＮの光信号に分波される。分波器３で分波された波長λ１，…，λＮの光信号は、光分岐挿入回路４−１，…，４−Ｎにそれぞれ入力される。光分岐挿入回路４−１，…，４−Ｎから出力される光信号は、合波器６により波長多重され、光増幅器７で増幅された後、出側の光伝送路１−２へ供される。
【００５１】
光分岐挿入回路４−１，…，４−Ｎは、それぞれ１入力２出力の分岐用光スイッチ１０と、２入力１出力の挿入用光スイッチ２０で構成される。図１では、光分岐挿入回路４−１のみ内部構成が示されているが、他の光分岐挿入回路４−２，…，４１−Ｎの内部構成も同様である。
【００５２】
分岐用光スイッチ１０の入力ポート１３は、分波器３の出力端に接続される。分岐用光スイッチ１０の第１の出力ポート１１は挿入用光スイッチ２０の第１の入力ポート２１に接続され、第２の出力ポート１２は光受信器７に接続される。挿入用光スイッチ２０の第２の入力ポート２２には、光送信器８が接続される。挿入用光スイッチ２０の出力ポート２３は、合波器６の入力端に接続される。
【００５３】
監視制御部９は、分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０の制御と光受信器７および光送信器８の状態監視を行う。この監視制御部９による制御によって、分岐時動作時には分岐用光スイッチ１０の入力ポート１３が第２の出力ポート１２に接続され、挿入動作時には挿入用光スイッチ２０の第２の入力ポート２２が出力ポート２３に接続され、通過動作時には分岐用光スイッチ１０の入力ポート１３が第１の出力ポート１１に、挿入用光スイッチ２０の第１の入力ポート２１が出力ポート２３にそれぞれ接続される。
【００５４】
図２に、分岐用光スイッチ１０が分岐動作状態、つまり入力ポート１３が第２の出力ポート１２に接続され、挿入用光スイッチ２０が通過状態、つまり第１の入力ポート２１が出力ポート２３に接続されている状態を示す。ここで、分岐用光スイッチ１０に障害が生じ、破線で示すように入力ポート１３が第１の出力ポート１１に接続された場合には、監視制御部９は挿入用光スイッチ２０を挿入動作状態、つまり破線で示すように第２の入力ポート２２が出力ポート２３に接続された状態へと遷移させる。
【００５５】
このとき、挿入用光スイッチ２０の第１の入力ポート２１は開放状態となるので、分岐用光スイッチ１０を通過してきた光信号は挿入用光スイッチ２０で終端され、光分岐挿入回路４−ｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）から出力されるのを阻止することができる。監視制御部９による分岐用光スイッチ１０の障害検出は、例えば光受信器７の受信光パワーを監視することによって行われ、受信光パワーが所定値以下に低下したことをもって、分岐用光スイッチ１０で障害が生じたと検出される。
【００５６】
このように本実施形態によると、従来では一つの２入力２出力光スイッチで構成されていた光分岐挿入用光スイッチを１入力２出力の光分岐用光スイッチ１０と２入力１出力光挿入用光スイッチ２０に分けて構成し、これらの光分岐用光スイッチ１０と光挿入用光スイッチ２０を個別に制御することによって、光分岐用光スイッチ１０に障害が生じても光信号の漏洩を阻止できるため、信頼性の高い光波ネットワークを構築することができる。
【００５７】
ここで、分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０としては、好ましくは例えば熱光学効果または音響光学効果を利用した光スイッチが用いられる。図３に、熱光学効果を用いた光スイッチの構成例を示す。この光スイッチは、石英基板上にマッハツェンダ干渉計を形成し、このマッハツェンダ干渉計のアーム部分にヒータ３１，３２を設けて構成される。ヒータ３１，３２は、図１の監視制御部９内に設けられたヒータ通電回路３３により電流が注入されて発熱する。この光スイッチが分岐用光スイッチ１０の場合、ポート１は入力ポート１３であり、ポート２は第１の出力ポート１１、ポート３は第２の出力ポート１２に相当する。
【００５８】
図４に、ヒータ３１，３２への注入電流に対するポート１からポート２、ポート３への入出力特性を示す。ヒータ３１，３２への注入電流を制御することによって、ポート２，３への出力への出力パワーの配分が変化する。すなわち、ヒータ３１，３２への注入電流が小さな領域ではポート２への出力パワーが大きく、注入電流が大きな領域ではポート３への出力パワーが大きくなり、注入電流の大きさを変えることによっての切替え動作が実現されることが分かる。また、ヒータ３１，３２への注入電流に対してポート２，３への出力パワーが滑らかに変化していることも明らかである。
【００５９】
このように分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０として熱光学効果を利用したスイッチを用いると、スイッチ動作の設定に大きな自由度を持たせることができ、図４に示したような滑らかな、つまり時定数の大きなスイッチ動作が可能となる。これを利用して、分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０のスイッチ動作の時定数ｔ０を光増幅器２，７や光受信器７に通常備えられるＡＧＣ（自動利得制御）機能の時定数ｔ１より大きくする、言い換えれば、スイッチの動作速度をＡＧＣ機能の応答速度よりも遅くすることによって、光パスの再構築の際に生じる光パワー変動を光増幅器２，７や光受信器７のＡＧＣ機能により吸収でき、安定な伝送特性を実現することが可能となる。
【００６０】
（第２の実施形態）
図５に、本発明の第２の実施形態に係る光分岐挿入ノード装置を示す。尚、図１と同一部分には同一符号を付して、説明を省略する。
【００６１】
本実施形態における光分岐挿入回路５０−１，…，５０−Ｎは、第１の実施形態における光分岐挿入回路４−１，…，４−Ｎに光可変減衰器５１、光カプラ５２、減衰器制御部５３およびモニタ部５４が追加された構成となっている。
【００６２】
挿入用光スイッチ２０から出力される光信号の一部は光カプラ５２により分岐されて、モニタ部５４に入力される。モニタ部５４は、挿入用光スイッチ２０から出力される光信号のパワーレベルを検出し、検出されたパワーレベルに応じた信号を減衰器制御部５３へ出力する。減衰器制御部５３は、監視制御部９とモニタ部５４からの制御に基づき光可変減衰器５１の減衰量を制御する。
【００６３】
すなわち、減衰器制御部５３は分岐用光スイッチ１０の分岐動作時には、監視制御部９により制御されて光可変減衰器５１の減衰量を十分大きな所定値以上の値となるように制御する。このように分岐動作時に光可変減衰器５１の減衰量を十分大きく設定することによって、図２で説明したように分岐用光スイッチ１０に障害が発生して例えば通過状態になったとしても、分岐用光スイッチ１０を通過してきた光信号は光可変減衰器５１で阻止される。
【００６４】
従って、このとき仮に挿入用光スイッチ２０も障害が発生して通過状態になっていたとしても、光分岐挿入回路５０−１，…，５０−Ｎから光信号が出力されてしまうことはない。すなわち、分岐用光スイッチ１０と挿入用光スイッチ２０の二重障害に対しても、光分岐挿入回路５０−１，…，５０−Ｎから光信号が漏洩することを阻止することができ、信頼性の高いネットワークを構築することが可能となる。
【００６５】
一方、減衰器制御部５３は分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０の通過動作時には、モニタ部５４からの信号に基づき分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０を通過した光信号パワーが一定となるように光可変減衰器５１の減衰量を制御する。これにより、波長数の変動などによって生じる光信号パワーの変動に対処でき、安定な伝送特性を実現できる。
【００６６】
また、このように分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０の通過動作時において、減衰器制御部５３がモニタ部５４からの出力信号に基づいて光可変減衰器５１の減衰量を制御する際、その減衰量が所定の値以下になった場合には減衰器制御部５３は異常信号を監視制御部１００へ出力する。さらに、光分岐挿入回路５０−１，…，５０−Ｎの分岐挿入時において、モニタ部５４は光送信器８からの光信号のパワーレベルを監視し、このレベルが所定の値よりも減少した場合には、監視制御部９へ異常信号を出力する。
【００６７】
監視制御部９は、これらの異常信号を受信すると、例えば光伝送路を現用系光伝送路から予備系光伝送路に切り替えるなどの制御を行って、異常信号を発した光パスを回避する。これによってノード障害を未然に防止し、ネットワークの信頼性をさらに向上させることができる。
【００６８】
上記の説明では、モニタ部５４では光パワーレベルの検出のみを行ったが、他の伝送特性をモニタしてもよい。伝送特性として最も重要なパラメータは、ビット誤り率であるが、ビット誤り率を直接測定する方法は、光信号のビット長に対応して長い時間を必要とするため、何らかの間接的な方法により短時間でビット誤り率を測定することが望ましい。
【００６９】
図６は、ビット誤り率を推定により短時間で求めることができるモニタ部５４の構成例を示している。入力された光信号は、光電変換器６１により電気信号に変換される。光電変換器６１の出力は３分岐され、光パワーモニタ６２、第１の識別器６３および第２の識別器６４に入力される。パワーモニタ６２では、受信された光信号のパワーレベルの検出を行う。第１の識別器６３は固定の識別レベルＶ１に基づいてデータの識別を行い、第２の識別器６４はＱ値算出部６７から出力される識別レベルＶ２に基づいてデータの識別を行う。
【００７０】
第１および第２の識別器６３，６４から出力される識別結果は、排他的論理和回路６５に入力される。排他的論理和回路６５は、識別器６３，６４からの識別結果が異なる時のみパルス信号をカウンタ６６に出力する。カウンタ６６は、排他的論理和回路６５からのパルス信号の数を計数し、結果をＱ値算出部６７へ出力する。
【００７１】
Ｑ値算出部６７は、第２の識別器６４に出力する識別レベルＶ２を変えてカウンタ６６の出力値を読み込むことにより、Ｑ値を算出する。ここで、Ｑ値は当業分野で良く知られているように、１レベルの振幅をμ１、分散をσ１、０レベルの振幅をμ０、分散をσとしたとき、Ｑ＝（μ１−μ０）／（σ１＋σ０）で表される値であり、概ねビット誤り率（ＢＥＲ）と一対一に対応している。従って、Ｑ値を算出することによってノードから出力される光信号のビット誤り率を短時間で推定することができる。
【００７２】
このようなＱ値算出によるビット誤り率の推定操作を各ノードで行うことによって、ノードを通過してゆく光信号に対して、どのノード・ノード間の区間で光信号が劣化したかを特定することができるため、障害復旧時間を短縮できる。すなわち、ネットワークの利用効率を向上させることができる。
【００７３】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る光分岐挿入ノード装置の構成を示す図である。
ノードの入側に配置された時計回りの現用系光伝送路７１−１および予備系光伝送路７２−１を伝送されてくる波長多重光信号は、２入力２出力の光路切替スイッチ８１を介して光分岐挿入回路９１，９２のいずれかにそれぞれ入力され、ここで特定波長の光信号の分岐、挿入が行われた後、２入力２出力の光路切替スイッチ８２を介してノードの出側に配置された時計回りの現用系光伝送路７１−２および予備系光伝送路７２−２に送出される。
【００７４】
一方、反時計回りの現用系光伝送路７３−１および予備系光伝送路７４−１を伝送されてくる波長多重光信号は、２入力２出力の光路切替スイッチ８４を介して光分岐挿入回路９３，９４のいずれかにそれぞれ入力され、ここで特定波長の光信号の分岐、挿入が行われた後、２入力２出力の光路切替スイッチ８３を介して再び半時計回りの現用系光伝送路７３−２および予備系光伝送路伝送路７４−２に送出される。
【００７５】
ここで、光伝送路７１−１，７１−２，７２−１，７２−２，７３−１，７３−２，７４−１，７４−２はリングを形成している。また、光分岐挿入回路９１，９２，９３，９４は、図１もしくは図５のような構成をとってもよいし、従来と同様の構成であっても構わない。
【００７６】
光分岐挿入回路９１，９２，９３，９４で分岐された各々の光信号は、４入力４出力の光路切替スイッチ８５を介して２つの現用系光送受信器１０１，１０３および２つの予備系光送受信器１０２，１０４に入力される。また、それぞれの光送受信器１０１，１０２，１０３，１０４からの出力光信号は、４入力４出力の光路切替スイッチ８６を介して光分岐挿入回路９１，９２，９３，９４に入力され、波長多重光信号に挿入される。光路切替スイッチ８１，８２，８３，８４および光分岐挿入回路９１，９２，９３，９４は、監視制御部１００によって制御される。
【００７７】
また、光路切替スイッチ８１，８２，８３，８４として、先の実施形態における分岐用光スイッチ１０および挿入用光スイッチ２０と同様に、熱光学効果または音響光学効果を用いたスイッチを用い、そのスイッチ動作の時定数を光伝送路に挿入される光増幅器や、光送受信器１０１，１０２，１０３，１０４の光受信器のＡＧＣ機能の時定数より大きくすることにより、切替え時の光サージの発生を抑圧して、伝送特性の安定化を図るようにしても良い。
【００７８】
以下、通常時においてはそれぞれの光路切替スイッチ８１，８２，８３，８４は図７に破線で示すようにバー状態であるものとして、本実施形態による光分岐挿入ノード装置の動作を説明する。
【００７９】
図８に、出側の時計回りの現用系光伝送路７１−２と入側の反時計回りの現用系光伝送路７３−１に伝送路障害（図中×印）が発生した場合の光路切替による障害回避の動作を示す。
【００８０】
この場合、出側の時計回りの現用系光伝送路７１−２と予備系光伝送路７２−２の切替えを行う光路切替スイッチ８２を図のようにクロス状態に切替え、図示しない次段のノードの入力部分で時計回りの現用系光伝送路７１−１と予備系光伝送路７２−１の切替えを行う図示しない光路切替スイッチを切替えることによって、光伝送路７１−２で発生した障害を回避する。
【００８１】
また、出側の反時計回りの現用系光伝送路７３−２と予備系光伝送路７４−２の切替えを行う光路切替スイッチ８４をクロス状態に切替え、図示しない前段のノードの出力部分で反時計回りの現用系光伝送路７３−１と予備系光伝送路７４−１の切替えを行う図示しない光路切替スイッチを切替えることにより、光伝送路７３−１で発生した障害を回避する。
【００８２】
このように現用系光伝送路に障害が発生した場合、光路切替スイッチにより予備系光伝送路に切替えることによって障害を回避でき、ネットワークの信頼性を向上させることができる。しかも、障害が発生したノード・ノード間の区間のみの切替えで障害回避が可能であるので、切替制御の簡便化が図られ、ノードコストの低減が実現できる。
【００８３】
図９に、現用系の光分岐挿入回路、例えば光分岐挿入回路９１に障害（図中×印）が発生した場合の光路切替えによる障害回避の動作を示す。
【００８４】
この場合、光路切替スイッチ８１をクロス状態に切替えることにより、現用系光伝送路７１−１からの光信号を障害が生じた光分岐挿入回路９１から予備の光分岐挿入回路９２へと切替えて入力する。光分岐挿入回路９２で分岐された光信号は、光路切替スイッチ８５により光送受信器１０１へ入力される。
【００８５】
一方、光送受信器１０１から出力される光信号は、光路切替スイッチ８６により光路を切替えられて光分岐挿入回路９２に入力され、さらにクロス状態に切替えられている光路切替スイッチ８２を介して再び現用系光伝送路７１−２へと出力される。
【００８６】
このように現用系の光分岐挿入回路に障害が発生した場合には、障害が発生したノード内部のみで切替制御を行うことで障害回避ができる。従って、この場合にも切替制御の簡便化が図られ、ノードコストの低減が実現できる。
【００８７】
図１０に、現用系光伝送路と予備系光伝送路の両方に障害が発生した場合の光路切替えによる障害回避動作を示す。この場合、光路切替スイッチ８５，８６を切替えることによって、障害を回避できる。
【００８８】
まず、光送受信器１０１から出力される光信号は、光路切替スイッチ８６により光分岐挿入回路９４を介して予備系光伝送路７４−２に挿入される。すなわち、時計回りの現用系光伝送路７１−２とは逆回りである反時計回りの予備系光伝送路７４−２を介して所望のノードへ光信号が伝送される。このとき、受信端においても現用系光伝送路７１−２から予備系光伝送路７４−２へと切替制御を行い、通信を継続する。
【００８９】
一方、反時計回りの現用系光伝送路７３−１を介して伝送されていた光信号は、送信端において上記のごとく逆回りである時計回りの予備系光伝送路７２−２を介して伝送されてくる。そこで、光分岐挿入回路９２により分岐された光信号を光路切替スイッチ８５により光送受信器１０３へ接続するようにする。
【００９０】
このように現用系光伝送路および予備系光伝送路の両方に障害が発生しても、光路切替スイッチによりそれぞれ逆方向の予備系光伝送路に切替えることによって障害を回避でき、ネットワークの信頼性を向上させることができる。
【００９１】
なお、本実施形態では伝送路障害について説明したが、送信端と受信端の間のノード障害により通信路が途絶えた場合も、同様の制御によって障害を回避できる。
【００９２】
また、本実施形態では現用系光伝送路と予備系光伝送路が１：１であったが、あるいはｎ：（ｎ−ｍ）であっても構わない。但し、ｎは２以上の整数、ｍは１以上の整数である。
【００９３】
（第４の実施形態）
図１３に、本発明の第４の実施形態に係る光分岐挿入ノ一ド装置を示す。この光分岐挿入ノ一ド装置は、互いに反対方向に光信号を伝送する少なくとも一対の光ファイバ伝送路を有するリング状ＷＤＭ光波ネットワークの各ノ一ドに配置される装置であり、特定の波長の光信号の分岐挿入を行う機能を有する。
【００９４】
本実施形態は波長毎に切り換えるのではなく、波長を束（群）として切り換えることを概念としている。従って、光伝送路１１１−１を介して伝送されてきたＮチャンネルの波長多重光信号（波長：λ１，λ２，．．．，λＮ）は、光増幅器１１２で増幅された後、周回性を持って第１の光分波器１１３でＫチャンネルずつのＭ個の波長群に分割される（ＫＭ＝Ｎ）。ここで、各チャンネル間の光周波数をΔｆとして、フリースペクトラムレンジがＭＸＭのアレイ導波路回折格子型光合分波器（ＡＷＧ）を第１の光分波器１１３として用いる。すると、波長多重光信号は以下に示すような波長群に分割される。
【００９５】
波長群１：λ１、λＭ＋１、…、λ（Ｋ＋１）Ｍ＋１
波長群２：λ２、λＭ＋２、…、λ（Ｋ―１）Ｍ＋２
・                      ・
・                      ・
波長群Ｍ：λＭ、λ２Ｍ、…、λＫＭ（＝λＮ）
図１４に一例として、Ｍ＝４、Ｋ＝４の場合を示す。図１４より明らかなように、各波長群にはＭ個おきにチャンネルが配置されることになるので、各波長群間にガードバンドを設定する必要はない。したがって、波長帯域の利用効率を最大とすることができる。
【００９６】
光分波器１１３は、上記のように波長λ１，λ２，．．．，λＮをＭ単位で周回して第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍにそれぞれ導入する。即ち、波長群１〜Ｍが第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍにそれぞれ分割導入されることになる。光分波器１１３で分割された各波長群は、それぞれ第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍで各波長毎に分波される。各波長毎に分波された光信号は、分岐挿入回路１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎに入力される。分岐挿入回路１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎでは、所望の光信号のみを分岐・挿入し、残りの光信号は通過させる。分岐挿入回路１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎとしては、２入力２出力の光スイッチなどが用いられる。分岐挿入回路１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎからの出力は、第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍでそれぞれ合波され、再び波長群１，２、…、Ｍを構成する。第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍからの出力光信号は、第１の光合波器１１７で合波され、光増幅器１１８で増幅された後、光伝送路１１１−２で次のノ一ドへと伝送される。ここで、第１の光合波器１１７としては、第１の光分波器１１３と同等の機能を有しているＡＷＧを用いることによって、各波長群は再びＮチャンネルの波長多重光信号となる。
【００９７】
光分岐挿入ノ一ド装置を多段接続した場合に問題となるのは、透過波長帯域の狭窄化とコヒーレントクロストークである。本実施形態においては、ノ一ドへの入力光信号のチャンネル間隔はΔｆであるが、第１の光分波器１１３により分割された各波長群におけるチャンネル間隔はΔｆ×Ｍとなる。したがって、第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍおよび第２の光合波器１１６−１，１１６−２、…、１１６−Ｍの透過波長帯域は、第１の光分波器１１３および第１の光合波器１１７の透過波長帯域よりも十分に大きく設定できるので、第２の光分波器および第２の光合波器は、ノ一ドの多段接続による透過波長帯域の狭窄化には寄与しない。
【００９８】
また、コヒーレントクロストークによる劣化は、以下の式で近似的に与えられる。
【００９９】
Ｐe＝５loｇ（１−４Ｑ2Ｌε）  …（１）
ここで、各パラメータは次のように定義される。
【０１００】
Ｑ：ある誤り率を得るのに必要なＱ値
Ｌ：コヒーレントクロストークを発生させる光パスの数
ε：１パスあたりのクロストーク量
したがって、コヒーレントクロストークによる伝送特性劣化は、Ｌとεの関数で与えられる。本実施形態において、第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍおよび第２の光合波器１１６−１，１１６−２、…、１１６−Ｍの透過波長帯域をΔｆの３倍程度に設定し、第１の光分波器、第１の光合波器、第２の光分波器および第２の光合波器のクロストーク量を全てＣとすると、特定波長に対する１ノ一ド当りのコヒーレントクロストーク量Ｌεは、以下の式で表される。
【０１０１】
Ｌε＝（Ｋ＋１）Ｃ2＋（Ｎ−Ｋ−１）Ｃ4  …（２）
ここで、（２）式右辺の第２項は、クロストーク量がＣの４乗であるために、第１項に比べて無視できるほど十分に小さい。したがって、本実施形態における１ノ一ド当りのコヒーレントクロストークを与える光パスの数は、各波長群に属する波長数程度に抑圧できる。
【０１０２】
図１５にクロストーク量Ｃ＝３×１０-3（＝−２５ｄＢ）、Ｎ＝６４、Ｋ＝８とした場合の誤り率１０-9 におけるコヒーレントクロストークによる劣化量を示す。従来例では、１ノ一ド当リのコヒーレントクロストークを与える光パスの数が多重されている全波長数に概ね比例するために、１０ノ一ド通過後では５ｄＢ以上の劣化を生じるが、本実施形態では、１ノ一ド当リのコヒーレントクロストークを与える光パスの数が各波長群に属する波長数程度に抑圧できるために、１０ノ一ド通過後でも０．３ｄＢ程度に抑圧できる。
【０１０３】
さらに、本実施形態のごとく波長多重信号を波長群に分割することによって、運用・保守・管理（ＯＡＭ）も波長群単位で行えるために、ＯＡＭの簡略化が図れる。また、必要に応じて波長群単位で増設できるために、スケーラビリティも確保できる。
【０１０４】
図１６に本発明に係る第５の実施形態を示す。尚、図１３と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１０５】
第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍにより合波された各波長群は、光減衰器１４０−１、１４０−２、…、１４０−Ｍに入力される。光減衰器１４０−１、１４０−２、…、１４０一Ｍにおける各減衰量は、第１の光分波器１１３および第１の光合波器１１７の各波長群に対する挿入損失のばらつきを捕償するように設定されている。光減衰器１４０−１、１４０−２、…、１４０−Ｍからの出力は、第１の光合波器１１７にそれぞれ入力される。
【０１０６】
このように、各波長群毎に光パワーレベルの調整を行うことによって、光減衰器の数を大幅に削減できるため、ノ一ド装置の低コスト化、小規模化が図れる。
【０１０７】
なお、上記の説明では、第２の光合波器と第１の光合波器との間に光減衰器を設置したが、第１の光分波器と第２の光分波器の間に設置しても同様の効果が得られる。
【０１０８】
また、第２の光合波器の出力をモニターし、各波長群間の損失差を抑圧するように、光減衰器の減衰量を制御してもよい。
【０１０９】
図１７に本発明に係る第６の実施形態を示す。尚、図１３と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【０１１０】
第１の光分波器３により分割されたＭ個の波長群（Ｍ：偶数）は、奇数番目の波長群を現用系、偶数番目の波長群を予備系として割り当てられる。すなわち、波長群１に対する予備系として波長群２が割り当てられ、波長群３の予備系として波長群４が割り当てられる。隣接する２つの波長群は、２入力２出力の第１の光スイッチ１１９−１、１１９−２、…、１１９−Ｐ（Ｐ＝Ｍ／２）へと入力される。つまり、波長群１と波長群２は第１の光スイッチ１１９一１、波長群３と波長群４は第１の光スイッチ１１９−２、…、波長群Ｍ−１と波長群Ｍは第１の光スイッチ１１９−Ｐへと入力される。第１の光スイッチ１１９−１、１１９−２、…、１１９−Ｐからの出力は、それぞれの波長群に対応する第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍへと入力される。ここで、第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍの分波特性は、一つの出力ポートに隣接する２つの波長が出力できるように設定する。すなわち、第２の光分波器１１４−１、１１４−２の第１の出力ポートからは波長λｌとλ２、第２の光分波器１１４−３、１１４−４の第１の出力ポートからは波長λ３とλ４が出力できるように設定する。第２の光合波器１１６一１，１１６−２、…、１１６−Ｍの各入力ポートから出力ポートへの合波特性も同様に隣接する２つの波長が出力できるように設定する。第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍからの出力は、隣接する２つの波長群毎に２入力２出力の第２の光スイッチ１２０−１，１２０ー２、…、１２０−Ｐへと入力される。第２の光スイッチ１２０−１、１２０−２、…、１２０−Ｐからの出力は、第１の光合波器１１７へ入力される。
【０１１１】
ここで、現用系波長群１に対応する分岐挿入回路に障害が発生した場合の動作を図１８に示す。障害の検出は、各波長毎に分波した後に、その一部をタッブして、光パワーやＱ値をモニターすることによって行う。第１の光スイッチ１１９−１および第２の光スイッチ１２０一１は通常運用時にはバー状態（図中点線）にあるが、障害発生時にはクロス状態（図中実線）となる。この光スイッチの状態遷移により、障害が発生した現用系波長群１は方路を切り替えられ、第２の光分波器１１４−２に入力される。第２の光分波器１１４−２は、隣接する２つの波長を出力できるようになっているので、現用系波長群１は第２の光分波器１１４ー２により各波長ごとに分波される。第２の光合波器１１６−２も、第２の分波器１１４−２同様に隣接する２つの波長を出力できるように設定されているので、第２の光合波器１１６−２で再び現用系波長群１が構成される。第２の光合波器１１６−２からの出力は、第２の光スイッチにより方路を切り戻され、第１の光合波器１１７の所定の入力ポートへと入力される。
【０１１２】
このように本実施形態によれば、隣接する波長群を現用系と予備系に割り当てることにより、１：１の装置冗長系が容易に構成できるので、信頼性の高い光分岐挿入ノ一ド装置を提供できる。また、波長群間で切替を行うので、光スイッチの数を大幅に削減でき、低コスト化が図れる。さらに、障害復旧が一つのノ一ド内で閉じて行えるために、ＯＡＭの簡略化が図れる。
【０１１３】
図１９に本発明に係る第７の実施形態を示す。尚、図１７と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１４】
海底伝送系などの長距離伝送では、光信号の信号対雑音比を良好な状態に保持するために、各ノ一ドで再生中継を行う。分岐挿入回路１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎからの出力光信号は、再生中継器１２１−１、１２１−２、…、１２１−Ｎに入力される。再生中継器１２１一１、１２１−２、…、１２１−Ｎでは、入力された光信号を電気信号に変換し、識別器で識別した後、各々に固有の波長の光信号に変換され出力される。再生中継器１２１−１、１２１一２、…、１２１−Ｎからの出力光信号は、第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍにより合波され、再び波長群を構成する。
【０１１５】
図２０に、現用系波長群１の再生中継器に障害が発生した場合の動作を示す。第１の光スイッチ１１９−１は通常運用時にはバー状態（図中点線）にあるが、障害発生時にはクロス状態（図中実線）となる。この光スイッチの状態遷移により、障害が発生した現用系波長群１は方路を切り替えられ、第２の光分波器１１４−２に入力される。第２の光分波器１１４−２は、隣接する２つの波長を出力できるようになっているので、現用系波長群１は第２の光分波器１１４−２により各波長ごとに分波される。分岐挿入回路１１５−２、１１５−Ｍ＋２、…からの出力は、再生中継器１２１−２、１２１−Ｍ＋２、…に入力される。各再生中継器１２１−２、１２１一Ｍ＋２、…では、入力された光信号をそれぞれに割り当てられた波長λ２、λＭ＋２、…の光信号に変換して出力する。再生中継器１２１−２、１２１−Ｍ＋２、…からの出力光信号は、第２の光合波器１１６−２および第１の光合波器１１７を介して、伝送路１１１−２へと送出される。すなわち、現用系波長群１はノ一ド装置の障害発生に伴い、予備系波長群２へと変換され、次段のノ一ドへと伝送される。次段のノ一ドでは、波長群１および波長群２が入力される第１の光スイッチ１１９−１をクロス状態とすることによって、前段のノ一ドで波長変換された光信号を再び元の波長の光信号に戻す。
【０１１６】
このように本実施形態によれば、隣接するノ一ド間で協調してプロテクション機能を動作させることによって、ノ一ド内の光スイッチの数を半減でき、ノ一ド装置の低コスト化が図れる。
【０１１７】
上記の説明では、隣接するノ一ド間で協調してプロテクション機能を実現したが、第５の実施形態のごとく、第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍからの出力を、隣接する２つの波長群毎に２入力２出力の第２の光スイッチ１２０−１，１２０−２、…、１２０−Ｐヘと入力してもよい。この場合、再生中継器１２１−１、１２１−２、…、１２１−Ｎには波長可変機能が要求されるが、波長可変範囲としては、隣接する波長間隔程度でよい。この波長間隔は、帯域の利用効率の点から、近年０．８ｎｍや０．４ｎｍと狭くなる方向にある。この程度の波長可変範囲は、通常用いられる分布帰還型半導体レーザでも動作温度を調整するだけで達成できる範囲である。したがって、ノ一ドコストの上昇にはならない。さらに、障害発生時に自ノ一ド内に閉じて障害復旧が可能となるので、運用・保守・管理が容易となる。
【０１１８】
図２１に本発明に係る第８の実施形態を示す。尚、図１３と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１１９】
第１の光分波器３の各出力は、１入力２出力の第３の光スイッチ１２２−１、１２２−２、…、１２２−Ｍに入力される。第３の光スイッチ１２２−１、１２２−２、…、１２２−Ｍからの一方の出力は、第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍに入力される。第３の光スイッチ１２２−１、１２２−２、…、１２２−Ｍからの他方の出力は、Ｍ入力Ｋ出力の第３の光分波器１２３の各入力ポートに接続される。表１に第３の光分波器１２３の入出力波長特性を示す。
【０１２０】
【表１】
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【０１２１】
表１より明らかなように、第３の光分波器１２３の入力ポートｉ（ｉ＝１、２、…、Ｍ）から波長群１を入力すれば、波長群ｉに属する波長が第３の光分波器１２３の各出力ポートに分波される。表１のような分波特性は、ＡＷＧが有する波長ルーターとしての機能を用いれば容易に実現できる。第３の光分波器１２３により分波された各光信号は、分岐挿入回路１２４−１、１２４−２、…、１２４−Ｋに入力される。分岐挿入回路からの出力は、Ｋ入力Ｍ出力の第３の光合波器１２５に入力される。ここで第３の光合波器１２５として、第３の光分波器１２３の入出力波長特性の逆特性を有するＡＷＧを用いることによって、第３の光合波器１２５の出力ポートｉに波長群１を再構成できる。第３の光合波器１２５からの各出力は、２入力１出力の第４の光スイッチ１２６−１、１２６−２、…、１２６−Ｍの一方の入力ポー卜に接続される。第４の光スイッチ１２６−１、１２６−２、…、１２６−Ｍの他方の入力ポー卜には、各々の波長群に対応した第２の光合波器１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍからの出がゞ接続される。第４の光スイッチ１２６−１、１２６−２、…、１２６−Ｍからの出力は、第１の光合波器１１７で合波され、光増幅器１１８で増幅された後、伝送路１１１−２に送出される。
【０１２２】
図２２に波長群１内の分岐挿入回路に障害が生じた場合の障害回避動作を示す。通常運用時には、第３の光スイッチ１２２−１、１２２−２、…、１２２−Ｍは、各波長群の光信号を第２の光分波器１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｍに入力するように設定されている。ここで、波長群１の分岐挿入回路１１５−１に障害が生じた場合には、第３の光スイッチ１２２−１は波長群１を第３の光分波器１２３に入力するように、方路を切り替える。第３の光分波器１２３で分波された各波長の光信号は、分岐挿入回路１２４−１、１２４−２、…、１２４−Ｋに入力される。分岐挿入回路１２４−１、１２４−２、…、１２４−Ｋでは所望の波長の光信号のみ分岐、挿入を行う。分岐挿入回路１２４−１、１２４−２、…、１２４−Ｋからの出力は、第３の光合波器１２５に入力され、再び波長群１を構成する。第４の光スイッチ１２６−１は、第３の光合波器１２５からの出力信号を第１の光合波器１１７に入力するように、状態を遷移させる。
【０１２３】
このように本実施形態によると、Ｍ個の波長群に対して１個の装置冗長で対応できる。すなわち、Ｍ：１の冗長系を光マトリックススイッチを用いずに構成できる。したがって、波長数が増大しても低コストでＭ：１の冗長系を実現できる。
【０１２４】
さらに、障害発生時に自ノ一ド内に閉じて障害復旧が可能となるので、運用・保守・管理が容易となる。
【０１２５】
なお、上記の説明においては、再生中継器を用いない構成について述べたが、再生中継器を用いた構成にも適用できる。この場合、第３の光分波器１２３により分波された各光信号のパスに配置する再生中継器としては、波長可変光源が必須となる。しかしながら、ここで用いる波長可変光源の波長可変幅としては、Ｎ波長分可変できる必要はなく、Ｍ波長分可変できればよい。例えば、波長間隔０．８ｎｍの波長多重信号に対して、Ｎ＝６４、Ｍ＝８とすると、６ｎｍ程度の波長可変範囲があれば良いことになる。この程度の波長可変幅は、現状の分布プラッグ反射型半導体レーザで十分カバーできる範囲であるため、実現性は高い。
【０１２６】
尚、第４実施形態〜第８実施形態において、分岐挿入回路１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎとして２入力２出力の光スイッチが用いられるが、第１実施形態の光分岐挿入回路４−１，…，４−Ｎに用いられる１入力２出力の分岐用光スイッチ１０と、２入力１出力の挿入用光スイッチ２０で構成されるものを用いても良い。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を得ることができる。
【０１２８】
（１）分岐用光スイッチと挿入用光スイッチを個別に設け、これらを個別に制御することにより、分岐動作時に分岐用光スイッチに障害が発生しても、挿入用光スイッチを強制的に挿入動作状態として他ノードへの光信号の漏洩を防ぐことができ、高い信頼性を有するネットワークを構築できる。
【０１２９】
（２）分岐用光スイッチと挿入用光スイッチの間に光可変減衰器を設けることによって、分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチの二重障害が発生しても他ノードへの光信号の漏洩を防ぐことが可能となり、ネットワークの信頼性をさらに向上させることができる。
【０１３０】
（３）光分岐挿入回路の通過動作時において光可変減衰器の減衰量が所定値以下となった場合に異常信号を発生させることにより、ネットワーク障害を未然に防ぐことができる。
【０１３１】
（４）各ノードにおいて光信号の伝送特性値として、特にＱ値を監視することによって、障害個所の特定が容易となるため、障害復旧時間を短縮してネットワークの利用効率を向上させることができる。
【０１３２】
（５）障害回避のための切替制御方式の簡便化を図ることによって、低コストで信頼性の高いノード装置を提供できる。
【０１３３】
（６）光パスの再構築および障害時における光スイッチや光路切替スイッチのスイッチ動作の時定数を光増幅器や光受信器のＡＧＣ機能の時定数より大きく設定することによって、スイッチ動作時の光サージの発生を抑圧でき、安定な伝送特性を実現することが可能となる。
【０１３４】
（７）１つのノ一ドにおけるコヒーレントクロストークを生じさせる光パスの数を、分割した波長群に属する波長数程度に減少させることができるので、ノ一ドを多段接続しても、コヒーレントクロストークによる伝送特性劣化を抑圧できる光分岐挿入ノ一ド装置を提供できる。
【０１３５】
（８）光分波器および光合波器の周回性を用いて波長群に分割しているので、各波長群間にガードバンドを設ける必要がなく、波長帯域の利用効率の向上が図れる。
【０１３６】
また、波長群毎に光合分波器の挿入損失のばらつきを補償できるので、ノ一ド装置の低コスト化や小規模化が図れる。
【０１３７】
（９）分割された波長群をーつの単位として取り扱うことにより、スケーラビリティを確保できる光分岐挿入ノ一ド装置を提供できる。さらに、波長群単位で運用・管理・保守を行えるので、操作性に優れた光分岐挿入ノ一ド装置を提供できる。
【０１３８】
（１０）ＡＷＧの波長ルータとしての機能を利用して冗長系を構成することにより、光マ卜リックススイッチを用いずにＮ：１の冗長系を構成できるために、低コストで信頼性の高い光分岐挿入ノ一ド装置を提供できる。
【０１３９】
（１１）装置障害が発生した場合に、自ノ一ド内に閉じて障害復旧が可能であるため、ネットワークの運用・管理・保守が容易な光分岐挿入ノ一ド装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分岐挿入ノード装置の構成を示す図
【図２】同第１の実施形態における障害回避動作を説明する図
【図３】本発明において分岐用光スイッチおよび挿入用光スイッチとして用いられる光スイッチの具体例を示す図
【図４】同光スイッチのスイッチ動作を説明する図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光分岐挿入ノード装置の構成を示す図
【図６】同第２の実施形態におけるモニタ部の構成例を示す図
【図７】本発明の第３の実施形態に係る光分岐挿入ノード装置の構成を示す図
【図８】同第３の実施形態における現用系光伝送路の障害発生時の光路切替えによる障害回避動作を説明する図
【図９】同第３の実施形態における現用系光分岐挿入回路の障害発生時の光路切替えによる障害回避動作を説明する図
【図１０】同第３の実施形態における現用系および予備系光伝送路の障害発生時の光路切替えによる障害回避動作を説明する図
【図１１】従来の光分岐挿入ノード装置の構成を示す図
【図１２】ネットワーク障害回避を考慮した従来の光分岐挿入ノード装置の構成を示す図
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る光分岐挿入ノ一ド装置の構成を示す図。
【図１４】本発明における波長配置を示す図。
【図１５】ノ一ドを多段接続した場合のコヒーレントクロストークによる伝送特性劣化の様子を示す図。
【図１６】本発明の第５の実施形態に係る光分岐挿入ノ一ド装置の構成を示す図。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る光分岐挿入ノ一ド装置の構成を示す図。
【図１８】同第６の実施形態における装置障害回避動作を説明する図。
【図１９】本発明の第７の実施形態に係る光分岐挿入ノ一ド装置の構成を示す図。
【図２０】同第７の実施形態における装置障害回避動作を説明する図。
【図２１】本発明の第８の実施形態に係る光分岐挿入ノ一ド装置の構成を示す図。
【図２２】同第８の実施形態における装置障害回避動作を説明する図。
【図２３】従来の光パス階層化のための波長配置を示す図。
【符号の説明】
１−１，１−２：光伝送路
２：光増幅器
３：光分波器
４−１，…，４−Ｎ：光分岐挿入回路
５：光合波器
６：光増幅器
７：光受信器
８：光送信器
９：監視制御部
１０：１入力２出力の分岐用光スイッチ
１１：第１の出力ポート
１２：第２の出力ポート
１３：入力ポート
２０：２入力１出力の挿入用光スイッチ、
２１：第１の入力ポート
２２：第２の入力ポート
２３：出力ポート
５０−１，…，５０−Ｎ：光分岐挿入回路
５１：光可変減衰器、
５２：光カプラ
５３：減衰器制御部
５４：モニタ部
６１：光電変換器
６２：光パワーモニタ
６３，６４：識別器
６５：排他的論理和回路
６６：カウンタ
６７：Ｑ値算出部
７１−１，７１−２，７３−１，７３−２：現用系光伝送路
７２−１，７２−２，７４−１，７４−２：予備系光伝送路
８１〜８６：光路切替スイッチ
９１〜９４：光分岐挿入回路
１００：監視制御部
１０１〜１０４：光送受信器
１１１−１、１１１−２：光伝送路
１１２，１１８：光増幅器
１１３：第１の光分波器
１１４−１，１１４−２、…、１１４−Ｍ：第２の光分波器
１１５−１、１１５−２、…、１１５−Ｎ：分岐挿入回路
１１６−１、１１６−２、…、１１６−Ｍ：第二の光合波器
１１７：第１の光合波器
１１９−１、１１９−２、…、１１９−Ｐ：第１の光スイッチ
１２０−１、１２０−２、…、１２０−Ｐ：第２の光スイッチ
１２１−１、１２１−２、…、１２１−Ｎ：再生中継器
１２２−１、１２２−２、…、１２２−Ｍ：第３の光スイッチ
１２３：第３の光分波器
１２４−１、１２４−２、…、１２４−Ｋ：分岐挿入回路
１２５：第３の光合波器
１２６−１、１２６−２、…、１２６−Ｍ：第４の光スイッチ
１４０−１、１４０−２、…、１４０−Ｍ：光減衰器
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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