JP2007215147A - 光パケット列の増幅および補正の方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 波長多重伝送で利用する全波長の全帯域を個々の光パケットの伝送に用いる光パケット多重伝送による光パケットの伝送や処理に伴うＥＤＦＡ等の光増幅器による増幅の増幅特性を安定化することと、伝送や処理や増幅にともなう光パケットの歪みを光のまま補正すること。
【解決手段】 パケット列にダミー光パケットを適宜挿入し短時間の平均エネルギーをほぼ一定にすることにより、ＥＤＦＡ等の光増幅器の増幅特性を安定化させた。ダミー光パケットは、ダミー光パケットであることの識別のための情報以外は不要なので、簡易に生成できる。波長に対して緩やかに変化する光パケットの歪みは、光パケットのいくつかの波長で歪み具合を測定し、それをもっともよく補正する光補正回路を通すことで補正できる。光補正回路は多段に通過させてもよい。
【選択図】図４

Description

本発明は光パケット列の光のままの増幅および光のままの補正に関するものである。

光ファイバーや光増幅器は極めて広帯域の伝送能力を持つが、インターネット等の高速化のために、光伝送の広帯域性を利用できる光パケットスイッチ技術の利用が模索されてきた。異なる波長の光をそれぞれ電気で処理できる程度の帯域の信号で変調し、それらの光を光学的に合成して伝送する波長多重技術により、光伝送路の持つ帯域を生かすことができる。例えば、光伝送路の帯域内に適当な間隔で１００個の波長を選び、それぞれの波長の光を１０Ｇｂｐｓで変調したものを合わせると、全体では１Ｔｂｐｓの帯域での伝送が行える。

波長多重された光は、伝送や処理で減衰するので適宜増幅するが、ＥＤＦＡ等の光増幅器は一個の素子で全波長を一括して増幅することができる。

しかし、ＥＤＦＡ等の光増幅器の増幅特性は光増幅器の増幅特性は、ミリ秒程度以上の時間については外部から制御して安定させることができるが、それ以下の短期間では直前のマイクロ秒からミリ秒程度の時間にどの程度のエネルギーの入力光があったかによって変動する。しばらく入力がない後に突然大きな入力光が入力された場合には、入力光が極端に大きく増幅されるサージ現象が起きることもあり、後段の光回路が破壊されることもある。

伝送や処理や増幅の影響によりパケットは減衰したり歪む、適宜補正を行う必要がある。影響の程度は一般に波長によって違うので、それを考慮した補正が必要である。時間変動のない影響は静的に補正できるが、影響に時間変動があるとそれに応じて動的な補正が必要である。

これまでは波長多重された光伝送路を利用する場合、一個の光パケットを一つの波長でのみエンコードする方法が主流であったが、これでは個々の波長内の光パケットを波長別に処理する必要があり、光の広帯域性は活用できない。例えば、それぞれの波長の光を１０Ｇｂｐｓで変調したものを１００波合わせると全体では１Ｔｂｐｓの帯域があるものの、各波長の光は１０Ｇｂｐｓの帯域しか持たず光処理を用いずとも電気回路により容易に処理可能である。

しかし、近年利用可能になってきた高速広帯域光スイッチ（非特許文献１、２）を利用すれば、波長多重で利用する全波長の全帯域で一個の光パケットをエンコードしそれらのパケットを適当な時間間隔を置いて分離する光パケット多重伝送が効率的に実現可能である。パケットとパケットの間の部分で高速広帯域光スイッチを切り替えることで、パケットの情報を含む全波長を一括して行き先を変えることができる。例えば、インターネット幹線で平均的なパケット長は５００バイト程度であるが、これを１Ｔｂｐｓでエンコードすれば４ｎｓ程度となり、光パケットを６ｎｓの間隔で配置して６ｎｓより高速に動作する高速広帯域光スイッチで切り替えれば、パケット間隔を考慮しても４００Ｇｂｐｓ程度の実効速度が得られる。

このような高速広帯域光スイッチを多数組み合わせて適切な制御を行えば、光パケット交換装置が作成できる。光パケットは、光パケット交換装置での中継に必要な情報を含んだヘッダ部と、残りのペイロード部とからなる。
池澤 克哉他、「光パケットネットワーク要素技術の開発」、信学技報 ＰＮ、２００５年４月。 梨本恵一他、「超高速ＰＬＺＴ薄膜光スイッチングサブシステムの開発」、信学技報 ＰＮ、２００５年１０月。

本発明が解決しようとする課題は、光パケットの伝送や処理にともなって必要な増幅の増幅特性の安定化と、伝送や処理や増幅にともなう減衰や歪みの補正である。

ＥＤＦＡ等の光増幅器の増幅特性は光増幅器の増幅特性は、ミリ秒程度以上の時間については外部から制御して安定させることができるが、それ以上の短期間では直前のマイクロ秒からミリ秒程度の時間にどの程度のエネルギーの入力光があったかによって変動する。
連続的に同じエネルギーの光が流れる回線交換網ではこれでも特に問題はないが、中途半端な長さのデータの場合、例えば、１０Ｇｂｐｓで１２５００バイトのデータをエンコードして１０マイクロ秒の長さのパケットになった場合、パケットの最初と最後で強度が大きく変わるという事態が生じることがある。しかし、例えば１Ｔｂｐｓ程度の速度で数百バイトのパケットをエンコードした場合のように、数ナノ秒程度から数十ナノ秒程度の時間の極めて短いパケットなら、増幅特性の変動の間もなく時間的にほぼ一様に増幅される。
ところが、パケットネットワークではパケットがしばらくの間全く流れないこともある。パケット中とパケット間で流れるエネルギーが異なる場合、マイクロ秒からミリ秒程度の中期的な平均エネルギーによって増幅特性が変動する。また、パケットネットワークでは経由してきた経路が異なるパケットが混在するため、経路により一般に受けた減衰も異なり、やはり、マイクロ秒からミリ秒程度の中期的な平均エネルギーによって増幅特性が変動する。

請求項１は、光増幅器を通過するパケット列のエネルギーを監視し、ＥＤＦＡ等の光増幅器の増幅特性が変動しない程度に十分短い期間の平均エネルギーが一定になるよう、必要に応じて適当な強度のダミー光パケットをパケット列に挿入し、増幅特性を一定に保つ、ダミー光パケット挿入方法である。

ダミー光パケットが挿入されたパケット列は光増幅器を通過した後も、そのまま伝送や処理や他の光増幅器による増幅を行えるが、光パケット交換装置などで複数のパケット列が合流する際にはダミー光パケットを落とさないと、合流後の伝送帯域が無駄に使われることになる。また、光パケット交換装置などでパケット列が分岐する場合には、それぞれのパケット列にあらためて適切にダミー光パケットを挿入する必要がある。
光パケット交換装置でダミー光パケットを落とすために、ダミー光パケットであることをヘッダ部で識別できるようにする。しかし、ダミー光パケットのそれ以外の部分はいずれ捨てられる。

請求項２は、ダミー光パケットの内容は、ヘッダ部のダミー光パケットとしての識別部分以外は不要で、ダミー光パケットの残りの部分は適切なエネルギーと長さと波長範囲の適当な光で済ませる、ダミー光パケット生成方法である。

請求項３は、請求項２のダミー光パケットを生成するための装置についてのものである。

光パケット交換装置内では、複数の入力からの光パケット列が出力側に送ら合流させられるが、合流の際に複数の入力から同時に到来した光パケットが衝突することを回避するために光バッファを経由するのが一般的である。光バッファでは将来の各時点で出力されるべき光パケットを選択しバッファする。この時、ダミー光パケットを選択しないことにより、ダミー光パケットを除去できる。ダミー光パケットの除去を光バッファで行えば、ダミー光パケット除去のために特に回路は不要であり、光バッファの手前までの光パケット交換装置内では光増幅を随時行える。これが請求項４の意味するところである。

光パケット交換装置内の光バッファは遅延量の異なる複数の光ファイバー遅延線から構成できる。この場合、入力パケットを適切な光ファイバー遅延線に通し、当該パケットが出力される時点で当該光ファイバー遅延線の出力を光バッファの出力に接続する。そこで、光ファイバー遅延線だけでなくダミー光パケット生成回路も光バッファの出力に接続できるようにしておけば、ダミー光パケットを挿入する際には光ファイバー遅延線の選択機構をそのまま利用してダミー光パケット生成回路を選択できるので、光パケット交換装置の回路を簡略化できる。これが請求項５の意味するところである。

光パケットは、伝送や処理や増幅により波長ごとに異なる影響を受け、減衰したり歪んだりする。この減衰や歪みは伝送や処理や増幅の都度ある程度補正することはできる。しかし、光パケットネットワーク中で光パケットが何段もの光パケット交換装置で中継され他の光パケット交換装置に伝送される場合等のように伝送や処理や増幅が何度も繰り返されると、補正しなかった、あるいは補正しきれなかった歪みが蓄積する。しかも、パケット列中のパケットは一般に異なる経路を中継されてきたものが混在しており、減衰や歪みの様子はパケットごとに異なる。
歪みの種類としては、強度の差、時間の差、偏波面の回転などがある。

請求項６は、この歪みを高速広帯域光スイッチを利用して光のままパケット単位で補正する方法についてであり、歪みの度合いが波長とともに緩やかに変化する場合に有効である。
このために、あらかじめ各種の補正特性を持った光補正回路をいくつか用意しておく。各光補正回路の補正特性は固定でよい。
補正装置に入力されたパケットは、いくつか、あるいは全ての波長について減衰や歪みの程度を測定し、そのパケットにもっともふさわしい補正特性を持った光補正回路に通すように高速広帯域光スイッチを制御することで、歪みをパケット単位で光のまま補正できる。

請求項７は、請求項６で使用した光補正回路を多段に組み合わせることで、きめ細かく多様な補正を行う方法についてである。
複数のグループにわけた各種の補正特性を持った光補正回路を、あらかじめいくつか用意しておく。
補正に際しては、光パケットの歪みを測定し、各グループでもっともふさわしい補正特性を持った光補正回路を通すことを全グループについて繰り返す。
例えば８種類の光補正回路を持つグループを３つ用意し、グループ間の補正効果は独立だとすると、光パケットを３段の補正回路を通すことで８＊８＊８＝５１２種類の補正が行える。これを一段でやろうとすると５１２個の光補正回路が必要となり、回路規模が莫大になってしまう。

請求項８は、請求項６や請求項７の補正の対象となるパケット列に、そのエネルギーの短時間平均が一定になるよう請求項１のダミー光パケットを挿入しておくことで、補正の途中で光増幅を行う補正方法についてのものである。多段の補正回路を経由して光が減衰する場合、光増幅装置により減衰を回復できる。

請求項９は、請求項６または請求項７の方法の補正を行う装置に関するものである。

請求項１０は、請求項８の方法の補正を行う装置に関するものである。

光ファイバー遅延線による光バッファを持つ光パケット交換装置とともに本発明を実施する形態について、説明する。

２つの光入出力を持つ光パケット交換装置は、図１のように構成することができる。図１で、点線より上の部分は電気回路による制御を行う部分で、点線より下の部分は光による処理を行う部分である。その境界では光電変換が行われる。

図１において、光入力１０より入力された光パケットは、光補正回路１５により減衰や歪みを補正され、ヘッダ部抽出光回路２０によりヘッダ部を含む波長が抽出され、電気的制御回路７０に送られる。ヘッダ部の処理の結果、新たなヘッダ部が作成されヘッダ部合成光回路４０によりペイロード部のみを含む波長と合成される。電気的制御回路７０での処理にかかる時間の間、ペイロード部は光ファイバー遅延線３０を通過させ、ヘッダ部とペイロード部の時間のずれをなくす。光ファイバー遅延線とは、ある程度長い光ファイバーであり、その長さを光速度で割っただけの遅延を生じさせる。
新たなヘッダ部と合成された光パケットは、光バッファ５０を経由して光出力６０から光パケットとして出力される。
光バッファ５０は、複数の入力からの光パケットを同時に一つの出力に送る必要のある場合等に衝突が起きないよう、それぞれの光パケットの時間をずらし、適切な光パケット間隔を保つ。光バッファに入力される各光パケットをどの程度遅延させるかの制御も、電気的制御回路７０が行う。
電気的制御回路７０は、電気回路から出力する光パケット８０として自ら送信する光パケットを送出したり、電気回路に入力する光パケット９０として自ら受信する光パケットを受け取ったりするための処理も行う。

光バッファ５０は、図２のように異なる遅延量を持つ複数の光ファイバー遅延線３０から構成することができる。図２は３つの入力からの光パケットに３種類の遅延を加えることのできる光バッファであり、異なる長さをもつ光ファイバー遅延線３０のそれぞれに３：１光マルチプレクサ１００により適切な入力を選択し、４：１光マルチプレクサ１２０で現在出力すべき光ファイバー遅延線を選択する。光パケットを出力すべきでない場合は、４：１光マルチプレクサ１２０でダミー信号生成器１１０を選択し、ダミー信号生成器１１０からパケット間隔にふさわしい信号を出力する。入力パケット列に含まれるダミー光パケットは、３：１光マルチプレクサ１００で選択されないことや、４：１光マルチプレクサ１２０でダミー信号生成器を選択することで除去され、光バッファからは出力されない。光エネルギー測定器１１５によりダミーパケットの挿入の必要性を判断する。光バッファの出力にダミー光パケットを挿入するには、ダミー信号生成器１１０からダミー光パケットを出力し、４：１光マルチプレクサ１２０でダミー信号生成器１１０を選択する。
より精密なパケット間隔の調節や衝突の回避能力の向上のためにはより多様な遅延の光ファイバー遅延線を用意する。

光マルチプレクサは、図３のように電気により制御される高速広帯域２：１光スイッチ１３０から構成される。高速広帯域２：１光スイッチ１３０は、ＬＮやＰＬＺＴのように電気により高速に屈折率が変化する素材を干渉計と組み合わせて使用することで構成でき、市販品もある。このように構成した光マルチプレクサは、入出力を逆に使えば光デマルチプレクサともなる。

光パケットの波長ごとに緩やかに変化する光の強度を補正する光補正回路は図４のように構成される。入力されるパケット列は長距離を伝送され減衰しているが適切なダミー光パケットが含まれていると仮定する。まず全体を光増幅器１４０で増幅し、光波長サンプル分析器１５０で、いくつかの波長の強度を測定し、光パケットの全体的な強度と強度の波長依存性を調べる。その測定結果に基づき、光パケットの全体的強度を補正する全体強度補正部１７０、光パケットの波長による強度の一次変化を荒く補正する波長依存強度一次粗補正部１８０にそれぞれ含まれる１：３光デマルチプレクサ１６０と３：１光マルチプレクサ１００を制御し、適切な強度の補正を行う。次に、２段の補正で減衰した光パケットを光増幅器１４０で増幅する。その後、光パケットの波長による強度の一次変化を精密に補正する波長依存強度一次精補正部１９０、パケットの波長による強度の二次変化を補正する波長依存強度二次精補正部２００にそれぞれ含まれる１：３光デマルチプレクサ１６０と３：１光マルチプレクサ１００を制御し、適切な強度の補正を行う。最後に、２段の補正で減衰した光パケットを光増幅器１４０で増幅する。
補正部では、強度だけでなく、パケット全体の遅延や、波長により緩やかに変化する遅延や、パケット全体の偏波面のずれ、波長により緩やかに変化する偏波面のずれなども補正できる。

請求項１は、光増幅器１４０の増幅特性を一定にすることに役立つ。

請求項２は、光バッファ５０内で請求項３のような形で簡単にダミー光パケットを生成することに役立つ。

請求項４と請求項５は、光バッファ５０の構成に利用されている。

請求項６と請求項７と請求項８と請求項９は、請求項１０として、光補正回路１５の構成に利用されている。

光パケット交換装置のブロック図である。 光バッファ内部のブロック図である。 光マルチプレクサのブロック図である。 光補正回路のブロック図である。

符号の説明

１０ 光入力
１５ 光補正回路
２０ ヘッダ部抽出光回路
３０ 光ファイバー遅延線
４０ ヘッダ部合成光回路
５０ 光バッファ
６０ 光出力
７０ 電気的制御回路
８０ 電気回路から出力する光パケット
９０ 電気回路に入力する光パケット
１００ ３：１光マルチプレクサ
１１０ ダミー信号生成器
１１５ 光エネルギー測定器
１２０ ４：１光マルチプレクサ
１３０ 高速広帯域２：１光スイッチ
１４０ 光増幅器
１５０ 光波長サンプル分析器
１６０ １：３光デマルチプレクサ
１７０ 全体強度補正部
１８０ 波長依存強度一次粗補正部
１９０ 波長依存強度一次精補正部
２００ 波長依存強度二次補正部

Claims (10)

1. 極めて短いパケットを使用した光パケット多重伝送において、
   伝送される光のエネルギーの短時間平均がほぼ一定になるようにダミー光パケットを挿入することにより、
   光パケットをＥＤＦＡ等で光増幅する場合の増幅特性の変動やサージを防ぐ、ダミー光パケット挿入方法。
2. 請求項１の方法で挿入するダミー光パケットについて、
   ダミー光パケットであることを識別する部分を除くダミー光パケットの残りの部分は、エネルギーと長さと波長範囲だけ適切な光とする、ダミー光パケット生成方法。
3. 請求項１の方法で挿入するダミー光パケットを生成する装置で、
   ダミー光パケットであることを識別する部分を生成する部分と、ダミー光パケットの残りの部分を簡易に生成する部分と、ダミー光パケットが挿入された光パケット列のエネルギーの短時間平均を測定する部分とを持つことを特徴とする、ダミー光パケット生成装置。
4. 請求項１の方法で挿入するダミー光パケットを含んだ光パケット列が入力され複数の入力からの光パケット列を合流させる光バッファを含んだ光パケット交換装置で、
   光バッファ内により入力されたダミー光パケットを落とすことを特徴とする、光パケット交換装置。
5. 複数の光ファイバー遅延線からなる光バッファと請求項１の方法で挿入するダミー光パケットを生成する部分を持つ光パケット交換装置で、
   光バッファの出力としていずれかの光ファイバー遅延線を選択する部分でダミー光パケット生成部分の出力も選択できるようにし、それによりダミー光パケットを挿入することを特徴とする、光パケット交換装置。
6. 波長多重伝送で利用する全波長の全帯域を個々のパケットの伝送に用いる光パケット多重伝送において、
   光パケットが受けたパケットごとに異なる減衰や歪みの程度をいくつかの波長について分析した結果に基づき、光パケットを適切な補正光回路に導くことにより、光パケットの減衰や歪みを光のままパケット単位で補正する、光パケットの補正方法。
7. 請求項６の方法の光パケットの補正として、補正回路を多段構成とし各段で行う補正の組み合わせにより、きめ細かく多様な補正を行う、光パケットの補正方法。
8. 請求項６または請求項７の補正の際に、補正回路通過の前後に減衰した光パケットをＥＤＦＡ等で光増幅するために、請求項１のダミー光パケットを挿入した光パケット列に対して補正を行う、光パケットの補正方法。
9. 光パケットの減衰や歪みの程度をいくつかの波長で分析する部分と複数の光補正回路と光補正回路を切り替える機構をもち、請求項６もしくは請求項７の光パケットの補正方法を行うことを特徴とした、光パケットの光補正装置。
10. 請求項９の光パケットの補正装置で、ＥＤＦＡ等の光増幅機構を含み、請求項８の補正方法を利用することを特徴とした、光パケットの光補正装置。

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