JP4826514B2 - 光伝送装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送装置とその制御方法に関し、更に詳しくは複数の信号光を波長多重化して伝送する光伝送システム用の光伝送装置とその制御方法に関する。

光通信システムでは、通信容量を拡大しながらシステムコストを低減するため、一般的に波長の異なる複数の信号光を一本の光ファイバに束ねて通信する波長多重光伝送技術が適用されている。また実際のシステムでは、距離の離れた２地点間の伝送路となる光ファイバで発生する光信号のパワーレベルの損失を補償するため、伝送経路上に光ファイバ増幅器を設置し、伝送途中で光信号を電気信号に変換することなく、波長の異なる複数の信号光を一括して信号増幅している。

光ファイバ増幅器は、信号光に対する増幅率（利得）に波長依存性をもっている。例えば、波長範囲が１５３０ｎｍから１５６０ｎｍの光信号を増幅する光ファイバ増幅器の場合、１５３０ｎｍ近傍の信号光に対する増幅利得は、１５６０ｎｍ近傍の信号光の増幅利得よりも大きくなる。この利得の波長依存性は、光ファイバ増幅器の利得の変化とともに変化する。光ファイバ増幅器の利得の波長依存性を調整するためには、利得を一定に保つことで波長依存性が変動しないようにすることが望ましい。このため、光ファイバ増幅器では、多重化された複数波長の信号光の利得平坦性を得るために、利得を一定に保つ利得一定制御が行われている。光ファイバ増幅器における利得一定制御は、例えば、光ファイバ増幅器の入力側と出力側で波長多重化信号光の強度を観測しておき、入力信号光と出力信号光の強度比（利得）が常に一定になるように、増幅器の励起光を制御することによって実現できる。

また、利得一定制御のみでは、伝送路の損失が変化すると、信号中継用光アンプの入力光信号強度が変化し、それに応じて光アンプの出力光信号強度が変化するため、結果的に、受信側光伝送装置の入力光信号強度も変化して、受信機の入力信号レベルがダイナミックレンジから外れる可能性がある。光伝送システムでは、上述のような受信機の入力ダイナミックレンジの制約や、光ファイバの非線形効果などに対処するため、上述した利得一定制御とは別に、波長ごとの出力信号光強度を一定に保つための出力強度一定制御（以下、単に出力一定制御と言う）が行われる。

出力一定制御は、例えば、予め指定された多重化信号光の数（多重化波長数）と波長毎の出力光強度から、光ファイバ増幅器を含む光増幅部の総出力光強度を求め、光増幅部の総出力光強度が所望の強度となるように、光ファイバ増幅器の後段に設けられた光アッテネータ等の光減衰部の減衰量を制御すればよい。この出力一定制御により、光ファイバの損失変化に伴う光強度変動に対して損失変化を打ち消すように、光増幅部から出力される光信号を所望の光強度に一定制御することが可能となる。

このように光増幅部には、利得一定制御と、伝送路の損失変動に起因する信号強度変化を補償する出力一定制御の２つの制御モードがある。ここで、波長多重された光信号を出力一定制御により光増幅する場合、上述のとおり多重された波長数を用いるため、この多重化波長数と実際に光ファイバ増幅器に入力されている多重化信号光の波長数とに差異が発生した場合に問題が生じる。光伝送システムでは、例えば、光ファイバに収容されている複数の送信機のうちの一部が故障したり、送信機と波長多重部を結合する光ファイバが抜けた場合、光ファイバに波長多重化される信号光数（波長数）に変化が生ずる。この場合、障害が発生した瞬間においては、各光ファイバ増幅器では、実際に多重化されている波長数の状態を瞬時に把握することができないため、出力一定制御の前提となる波長数と、物理的に光ファイバ上の多重化された波長数との整合がとれなくなる。

従って、保守作業や障害によって或る波長の光信号が欠落した時、実際に多重化されている信号光数よりも多い信号光数で算出された総出力光強度を目標値として、ファイバ増幅器の出力一定制御を実行することになる。この場合、１信号光あたりの出力光強度が予定値よりも大きくなり、結果的に各信号光が過大な入力信号レベルで受信機に到達するという問題が発生する。従って、多重された波長数に変化があった場合には、出力一定制御ではなく利得一定制御を行う必要がある。利得一定制御であれば、波長数が変化しても光信号の増幅利得が一定であるため各波長の光信号も一定の利得で増幅することとなり、過度な増幅を避けることができる。

このように、波長数の変化に対しては利得一定制御、伝送路の損失変動に対しては出力一定制御を選択する必要がある。この2つの制御モードを切替える方法として、例えば非特許文献１では、光増幅器から出力される総信号光強度とシステムに収容されている波長数とを検出することによって、１信号光あたりの出力光強度が所望強度となるよう制御する「ＷＤＭ用光アンプの出力レベル制御方式」が提案されている。この制御方式では、伝送路の損失変動の速度は光増幅器の制御速度に比較して十分遅く、一方、多重化される波長数の変化に伴う信号強度変化の過渡応答特性は光増幅器の制御速度に比較して十分速いことを前提としている。この前提のもと、上記制御方式では、光伝送装置で観測される光信号強度の変化速度の違いから、上記２種類の変動要因を判別している。波長数の変化は、例えば送信地点と受信地点を結ぶ通信経路の変更オペレーションにおいて発生する事象であり、これによる光信号強度の変化速度は数１００μs以下と想定されている。伝送路の損失変動は、例えば光伝送システムの保守者が光ファイバを引っ張ったり、引っ掛けた時に発生する異常事象であり、これによる光信号強度の変化速度は数ｍｓ以上と想定されている。

上述した変化速度の違いに着目すると、光増幅器の多重化入力光から検出される総信号強度変化に対して予め周波数閾値を設定しておき、或る事象の発生に伴う総信号強度の変化速度が上記周波数閾値を越えているか否かによって、信号強度変動の発生要因が波長数変化か伝送路の損失変化かを判別することが可能となる。また、判別された総信号強度変化の発生要因に対応して、光増幅部で実行すべき制御モードを決定することができる。ここで、光増幅部の制御モードとしては前述のとおり、損失変動の発生を検出した場合は出力一定制御、波長数の変化を検出した場合は利得一定制御を採用する。

また、波長数の変化と伝送路の損失変動に対処する別の方法として、特許文献１では、光増幅器の出力側に設けた分岐素子によって、パイロット光（プローブ光）と呼ばれる監視制御用のモニタ光を抽出し、プローブ光の光強度が一定になるよう光増幅器を制御する方法が提案されている。この特許文献１では、プローブ光の強度変化のみに着目して光増幅器の出力一定制御と利得一定制御を行っているため、非特許文献１のように、信号光の強度変化の要因を区別する必要がない。また、光増幅器の応答時定数にも特別な制限がないため、数ｍｓ以下の高速の伝送路損失変動や、数ｍｓ以上の低速の波長数変化に対しても対応可能となる。

特開２００１−２５７６４６号公報 吉田 他、１９９６年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、講演番号Ｂ１０９６

しかしながら、上述した周波数閾値によって事象を判定する方法では、例えば、波長数の変化がｍｓ以上の低速度で発生した場合、総信号強度の変化が波長数変化に起因するものとは認識されず、伝送路での損失変化に起因するものとして認識される。この場合、光増幅器の制御モードには出力光強度を目標値に保持する出力一定制御が選択され、各波長の信号光強度を必要以上に増強する制御動作が実行されることになる。このように、変動要因の識別が困難となった場合、実際には何れか一方の変動要因が発生しているにもかかわらず、その変動要因に対応しない制御方法が実行され、結果的に信号品質に影響を与えることがある。つまり、多重化波長数を検出して光アンプを制御する方法は、比較的ゆっくり変化する伝送路の損失変動、または比較的高速に変化する波長数変動にしか対応できない。

またプローブ光を用いる方法では、光増幅器制御が特定光であるプローブ光に依存しているため、光源の故障など、何らかの原因でプローブ光に異常が発生した時、異常が発生したプローブ光の強度を用いて制御を行うこととなり、光増幅器の制御が誤動作し、信号光の伝送に支障をきたすおそれがある。

本発明の目的は、伝送路の損失変動や多重化波長数の変化がない定常状態でも、伝送路の損失変動や多重化波長数の変化が発生した異常状態でも、光強度の変化原因に応じて制御方式である出力一定制御と利得一定制御を適切に決定することで、信号光の強度を適切に制御し、通信品質を確保できる光伝送装置およびその制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の光伝送装置は、光減衰器を光増幅器の前段に配置し、監視光等のある波長の光信号を用いて光減衰器による出力一定制御を行い、光増幅器の前後で波長多重信号光の強度をそれぞれ監視し、その比が一定に近づくように利得一定制御を行う。

本発明に係る伝送装置によれば、光強度の変化原因に応じて出力一定制御と利得一定制御を適切に決定し、信号光の強度を適切に制御することができる。

以下、本発明の一実施例である波長多重光伝送システムとその制御方法について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明が適用される波長多重光伝送システムを用いた一般的なネットワーク構成を示す。ネットワーク構成としては、地域単位の加入者に対してＯＬＴ１００（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）やＯＮＵ１０１（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）装置を用いたＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）サービスを提供するアクセス１０２、地域単位の加入者からの通信を複数のＬ２（レイヤー２）スイッチ１０３を用いて地域群にて集約するためのエッジ１０４、Ｌ２（Ｌａｙｅｒ ２）スイッチ１０３で集約された通信を都市単位に集約するメトロ１０５、都市単位で集約した大容量の通信に対して、大都市間を効率よく長距離伝送するための、主にOXC１０７から構成されるコア１０６から構成される。各階層間は適宜ルータ１０８等で接続される。本ネットワークにおいて、ＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）装置１は比較的広範囲に散らばった通信を一箇所に集約するために用いられる光伝送システムである。

図２は、本発明が適用される光伝送システムの一実施例であるリング型の波長多重光伝送システムの概略的な構成を示す図である。光伝送システムは、伝送路となる光ファイバ２（２−１、２−２）で接続されたＯＡＤＭ等の複数の光伝送装置１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）からなる。光伝送装置１Ａに搭載された送信機１０から出力された信号光は、合分波部４０−１にて波長多重され、送信光増幅部５０−１で増幅した後、光ファイバ２−１、光伝送装置１Ｂ、光ファイバ２−２を経由して、対向側の光伝送装置１Ｃに到達し、合分波部４０−３にて波長分離され、光伝送装置１Ｃの受信機１１で受信される。光伝送装置１Ａからの送信信号光は、光ファイバ２を通過中に伝播損失によって光強度が低下する。これを補償するため、光伝送装置１Ｂには受信光増幅部３０−２、合分波部４０−２、送信光増幅部５０−２が搭載され、光伝送装置１Ｃには受信光増幅部３０−３が搭載されている。

各光伝送装置１Ａ〜１Ｃは、監視制御部２０−１〜２０−３を備えている。監視制御部２０は、例えば警報情報、装置の状態情報、多重化信号光数など、光伝送装置で必要となる監視情報を生成し、これを監視光として他の光伝送装置との間で送受信する。図１に破線で示すように、光伝送装置１Ａの監視制御部２０−１から光ファイバ２−１に送信された監視光が、隣接する中継用光伝送装置１Ｂの監視制御部２０−２で受信処理され、監視制御部２０−２から光ファイバ２−２に送信された監視光が、光伝送装置１Ｃの監視制御部２０−３で受信処理されている。

図３は、光伝送装置１に搭載される光増幅部３０の一実施例を示す構成図である。光増幅部３０は、光増幅器３３への入力光の通過損失を自由に調整可能な光減衰部３５と光減衰部３５からの出力光から監視光を分波するための分波器３１、監視光を電気信号である監視情報に変換する監視光受信器４１と、監視情報分波器３１を通過した信号光の一部を分岐する光カプラ等の分岐部３２と、分岐部３２を通過した信号光波長帯域内の信号光を光学的に増幅する光ファイバ増幅器等から構成される光増幅器３３と、光増幅器３３の出力信号光の一部を分岐する光カプラ等の分岐部３６と、監視情報を他の装置から受信して処理し、他の装置へ送信する監視情報を生成する監視制御部２０と、監視制御部２０からの監視情報を監視光として出力する監視光送信機４７と、監視光送信機４７から出力された監視光と光カプラ３６を通過した信号光とを合波して、出力側の光ファイバに送信するための合波器３７を備えている。

分波器３１によって信号光から分離された監視光は、監視光受信器４１に入力され、監視光受信器４１から監視制御部２０に、監視光強度Ｅｍと、監視光から抽出された制御情報Ｄ１が出力される。これら分波器３１と監視光受信器４１により監視光の強度を監視する手段を形成する。分岐部３２で分岐された信号光は、信号光の強度を検出する検出器４２に入力され、検出器４２の出力が、波長多重された信号光の入力強度Ｅｓとして監視制御部２０に入力される。これら分岐部３２と検出器３２により、光増幅器３３に入力される前の波長多重信号光の強度を監視する手段を形成する。分岐部３６で分岐された信号光は、検出器４６に入力され、検出器４６の出力が増幅後の信号光の強度Ｅｏとして監視制御部２０に入力される。これら分岐部３６と検出器４６により光増幅器３３から出力された後の波長多重信号光の強度を監視する手段を形成する。

監視制御部２０は、監視光受信器４１と検出器４２、検出器４６から出力される光強度を監視し、前述した利得一定制御および出力一定制御、そして出力一定制御の抑止制御等を行うと共に、監視光受信器４１から受信した監視情報Ｄ１を監視光送信機４７に監視情報Ｄ２として中継する。利得一定制御では、制御信号Ｓ１によって、信号光入力強度Ｅｓと増幅信号光強度Ｅｏとの比を一定に保つように、光ファイバ増幅器３３の励起光を調整する。

本実施例では図２に破線で示されるように、光伝送装置１Ａの監視制御部２０−１から送信された監視光は、中継用光伝送装置１Ｂの光増幅部３０−２に搭載されている光減衰部３５を通過し、光増幅器３３に入力される前に信号光から分離して、監視制御部２０−２に入力される。また、監視制御部２０−２から出力された監視光は、光増幅部３０−２の出力側で信号光と多重化され、光伝送装置１Ｃの光増幅部３０−３に搭載されている光減衰部３５を通過し、光増幅器３３に入力される前に信号光から分離して、監視制御部２０−３に入力される。

すなわち信号光と監視光の両方が光増幅部３０に搭載されている光減衰部３５に入力され、監視光は光増幅器３３には入力されず信号光のみが光増幅器３３に入力される。従って、例えば、光ファイバ２−１の区間で損失変動が発生した場合は、後続する中継用光伝送装置１Ｂでは、信号光強度だけでなく、監視制御部２０−２に入力される監視光強度も同時に変化する。また、光伝送装置１Ａから光ファイバ２−１に送信される信号光の数（波長数）が増減した場合は、監視制御部２０−２に入力される監視光強度は変化せず、光増幅器３３に入力される信号光強度のみが変化する。

これにより監視制御部２０−２は、検出した監視光のパワーが所定の光強度となるように、監視光のパワーを目標値とした光減衰部３５に対する出力一定制御を行う。また監視制御部２０−２は、信号光の数（波長数）が変化した場合には、光増幅器３３に入出力する波長多重信号光の強度に基づいて光増幅器３３の利得一定制御を行う。このように本実施例の監視制御部２０−２は、光増幅器３３への入出力信号光強度を監視し、信号光強度に対する利得一定制御を行うと共に、光減衰部３５からの出力監視光強度を監視し、監視光強度に対する出力一定制御を行う。光増幅器３３の前段に光減衰部３５を配置し、この光減衰部３５の制御を監視光に基づいて行うため、伝送路の損失変動等に基づく信号光の強度の揺らぎを補いながら、波長数の変化による深刻な影響を受けない出力一定制御が可能となる。また後段における光増幅器３３による利得一定制御は、監視光ではなく信号光の入出力強度に基づいて行うため、仮に監視光に異常が生じても利得一定制御にその影響は及ばない。

次に監視光強度を用いて光減衰部３５の出力を一定に制御する方法を説明する。基本的には監視制御部２０が、監視光受信器４１により観測される実際の監視光の強度Ｅｍを、あらかじめ定められた監視光強度の目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔに近づけるように光減衰部３５を制御する。ここで目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔは、構築する光伝送システムの特性に基づいて固定的に決定される値としても良い。

しかし、出力一定制御の制御対象が波長多重された信号光であるのに対し、減衰部３５の出力一定制御に用いるのは監視光であるため、一定に制御したい信号光強度の目標値と実際の信号光の強度との間に誤差が生じている場合がある。この誤差を監視光を用いた制御に反映させると伝送システムの信頼性が向上する。このため本実施例では、検出器４２で検出された信号光の実測値Ｅｓと、あらかじめ定められた一波長あたりの信号光強度の目標値Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔを用いて、監視光強度の目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔを更新する。

以下の説明において、監視光強度の目標値をＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）と表記する。Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ−１）は、前回使用した目標値であり、Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）は現在制御に使用している目標値であり、Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）はこれから新たに更新する目標値である。図６に、Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新する処理フロー図を示す。

まず、監視制御部２０は、光増幅器３３へ入力される信号光強度実測値Ｅｓと信号光の多重波長数Ｗから、一波長あたりの信号光の強度Ｅｓｅを求める（６０１）。
Ｅｓｅ＝Ｅｓ／Ｗ …（式１）
次に監視制御部２０は、Ｅｓｅと一波長あたりの信号光強度の制御目標値Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔとの誤差ΔPを求める（６０２）。
ΔＰ＝Ｅｓｅ−Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔ …（式２）
そして監視制御部２０は、現在設定されている監視光強度の目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）から先ほど求めた誤差ΔPを減ずることで、新たな監視光強度の目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）を計算によって求める（６０３）。
Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）＝Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）−ΔＰ …（式３）
（式１）ないし（式３）によって出力一定制御を行うための監視光ターゲットＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ＿（ｎ）に対して修正を加え、補正後の新しいターゲット値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ＿（ｎ＋１）を用いて出力一定制御を行うことにより、信号光強度の変化を監視光の目標値に反映させることができ、等価的に信号光強度Ｅｓｅを所望の光強度Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔに出力一定制御することが可能である。

信号光強度目標値Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔは、増幅帯の全域に渡って均一の利得を得るために光増幅器３３の光学特性から一意に決定される数値であり、例えば−２０ｄＢｍというように決定することができる。また、監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔの初期値も、構築する伝送システムの特性にあわせて適宜決定すれば良い。ただし本実施例の監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ＿（ｎ）は上述のとおり、信号光強度の観測値Ｅsと信号光強度目標値Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔから適宜更新される値であるため、厳密に定める必要はない。従って、例えば信号光強度目標値Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔと同じ値、例えば−２０ｄＢｍとすることもできる。

例えば信号光強度目標値Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔおよび監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ＿（ｎ）が−２０ｄＢｍであり、算出したＥｓｅの値が、仮に−２３ｄＢｍであったとする。この場合、ΔＰは
ΔＰ＝Ｅｓｅ−Ｅｓ＿ｔａｒｇｅｔ＝（−２３）−（−２０）＝−３ｄＢｍ
と計算される。この時点で信号光の強度は本来の制御目標値Ｅｓｅである−２０ｄＢｍには制御されておらず、−２３ｄＢｍとなっているため３ｄＢ低い値である。そこで、新たな監視光ターゲットＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）を、直前の監視光ターゲットＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ＿（ｎ）とΔＰを用いて計算すると、
Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）＝Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）−ΔＰ＝（−２０）−（−３）＝−１７ｄＢｍ
となる。監視制御部２０が、この新しい制御目標値である監視光ターゲットＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）を用いて光減衰部３５を制御すると、制御後の監視光は光減衰部３５により−１７ｄＢｍに制御され、その時信号光は−２０ｄＢｍに制御され目標が達成される。このようにして、監視光を用いて信号光を制御目標値に制御可能となる。

次に、図４に示す信号波形図を参照して、光増幅部３０の監視制御部２０が実行する利得一定制御と出力一定制御について説明する。図４の横軸は時間経過を表わす。図４において、監視光強度（Ｅ１）は監視光受信器４１により検出される監視光強度Ｅｍ、入力信号光強度（Ｃ１）は光増幅器３３の前段に備えられた検出器４２の出力として観測される信号光強度Ｅｓ、出力信号光強度（Ｄ）は光増幅器３３の後段に備えられた検出器４６の出力として観測される信号光出力強度Ｅｏの変化を示している。

入力信号光強度（Ｃ１）におけるＳlosは、入力信号光の有無を判別するために設定される閾値である。信号光強度強度ＥｓがＳlosを越えると、監視制御部２０は信号光が入力されたと判断し、利得一定制御（Ａ）に示すとおり光増幅器３３の利得一定制御を開始する。Ｓlosの値は構築する光伝送システムに応じて適宜選択すれば良いが、例えば−３０ｄＢｍ近辺の値等を適用することが考えられる。

入力信号光強度（Ｃ１）におけるＳth(Ｈ)およびＳth(Ｌ)は、信号光の波長数に変化があったか否かを判断するために設定される信号光強度の閾値である。本実施例では、監視制御部２０は、監視光強度Ｅｓが上限閾値Ｓｔｈ(H)と下限閾値Ｓｔｈ(L)の間にあれば、光強度変動は許容範囲内と判断し、信号光に対する閾値更新は行わず、Ｅｓがこれら閾値の範囲を外れた場合には、閾値更新時点で観測された一波長あたりの監視光強度Ｓｍの値（黒丸）を基準にして、上限閾値Ｓｔｈ(H)と下限閾値Ｓｔｈ(L)を設定する。監視制御部２０は、検出器４２が検出した信号光の強度ＥｓがＳth(Ｈ)を越えると信号光の波長数が増えたと判断し、信号光の強度ＥｓがＳth(Ｌ)を下回ると信号光の波長数が減ったと判断する。このＳth(Ｈ)およびＳth(Ｌ)の閾値は波長数の増減に応じて値を更新する必要があるため、監視制御部２０はこれら閾値を信号光強度の変化が発生するたびに更新する。

この信号光強度の変化を検出するための閾値Ｓth(Ｈ)およびＳth(Ｌ)を更新するためのトリガパルスが信号光閾値更新（Ｃ２）であり、入力信号光強度（Ｃ１）の信号光強度Ｅｓに対する変動が確認された後、Ｔ４又はＴ２で表わされる所定の時間が経過した後に発せられる。所定の時間だけトリガパルスを遅らせる理由は、信号光強度Ｅｓに対する変動が発生した後に発生した変動が収束して信号光の強度が安定するまでの時間を考慮しているためである。例えば図３に示す実施例では、入力信号光強度（Ｃ１）において監視光強度Ｅsが信号光強度の有り・無しを判定する閾値Ｓlosを上回った場合、上回ったと判断されてからＴ４時間後に信号光強度の変動検出のための閾値Ｓｔｈ（Ｌ）、Ｓｔｈ（Ｈ）を更新する。また、信号光強度が変動閾値Ｓｔｈ（Ｈ）を超えて変動し、波長数の変化が発生したと判断してからＴ２時間後に変動検出のための閾値を更新する。この閾値Ｓｔｈ（Ｌ）、Ｓｔｈ（Ｈ）の値も構築する光伝送システムに応じて種々選択するものであるが、例えば信号光強度Ｓｍの±３ｄＢの値を適用することが考えられる。

また、監視光強度（Ｅ１）におけるＭlosは監視光の有無を判別するために設定される監視光強度の閾値である。検出器４６が検出した監視光の強度ＥｍがＭlosを越えると、監視制御部２０は監視光が入力されたと判断し、出力一定制御（Ｂ）に示すとおり光減衰部３５による利得一定制御を開始する。

さらに監視制御部２０は、入力信号光強度（Ｃ１）にＳth(Ｈ)又はＳth(Ｌ)の範囲を越える変化があった場合に、監視制御光強度Ｅｍを用いた出力一定制御を行うための目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新するようにしても良い。このためのトリガパルスが監視光目標値更新（Ｅ２）に示され、監視制御部２０はＴ３で表わされる所定の時間後にトリガパルスを発信する。所定の時間だけトリガパルスを遅らせる理由は、監視光強度Ｅｍに対する変動が発生した後に発生した変動が収束するまでの時間を考慮しているためである。また、監視制御部２０は、図３の図（Ｅ１）において監視光強度Ｅｍが信号光強度の有り・無しを判定する閾値Ｍｌｏｓを上回った場合、上回ったと判断されてからＴ３時間後に出力一定制御を行うための目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を設定する。このとき設定するＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）は、もし信号光が入力されているのであればＥｓｅの値でも良いし、信号光が無いのであればあらかじめ定められたＥｍ＿ｔａｒｇｅｔの初期値でも良い。

図４に示す信号波形図を参照して、ファイバ損失が変化した場合の光増幅部３０の動作を説明する。伝送路損失（Ｅ３）に示す伝送路の損失６１が発生しても、光増幅部３０の入力部分で光減衰部３５により監視光を用いた出力一定制御を行っているため、光減衰部３５を通過した光信号の強度に大きな変化は生じず、ファイバ損失による光信号の強度変動を抑圧することが可能である。また、光減衰部３５にて出力一定制御が行われているため、入力信号光強度（Ｃ１）の６２に示すように信号光強度Ｅｓは上限閾値Ｓｔｈ(H)〜下限閾値Ｓｔｈ(L)の許容範囲内に収まり、信号光に対する閾値更新は生じない。

次に、図４に示す信号波形図を参照して、多重化波長数が変化した場合の光増幅部３０の動作を説明する。波長数変化（Ｃ３）に６３で示すように、Ｎ波からＭ波（図５のＭ＝Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３）へと波長数の増加があった場合、監視光強度は変化せず信号光強度のみが大きくなる。そのため、入力信号光強度（Ｃ１）で示すようにＥｓが上限閾値Ｓｔｈ(H)を超えて変動し、監視制御部２０は波長数変化が発生したものと判断する。そして監視制御部２０は、波長数変化の検出からＴ２時間の間、監視光目標値（Ｅ２）で示すように出力一定制御の制御目標値であるＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）の更新を抑止する。Ｔ２時間が経過した後に監視制御部２０は再度出力一定制御に対する制御目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）をＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）に更新する。なお、抑止されるのは出力一定制御の制御目標値の更新だけであり、出力一定制御自体はＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を用いて継続的に動作している。

ここで出力一定制御の制御目標値が抑止される理由は次のとおりである。すなわち、多重化波長数が変化した状態では、光ファイバなどの伝送路損失自体は変化していないため、光減衰器３５の出力する光信号の強度を変更すべきではない。物理的に光増幅部３０に入力されている多重化波長数が変化してから、監視制御部２０がその変化を検出して波長数の設定を更新するまでには時間的な遅れがある。この遅れを無視して多重化信号光の数が変化した時に従前の波長数を用いて制御目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新すると、光増幅器で把握している多重化波長数と、物理的に光増幅器に入力されている多重化波長数とが異なっているため、１信号光あたりの光強度が間違った値に制御されてしまう。それで、監視制御部２０は、多重化信号光の数（波長数）が変化したことを検知した時点、入力信号光強度（Ｃ１）に示す６４で、監視光目標値更新（Ｅ２）に示すように、出力一定制御を行うための制御目標値に対する更新を時間Ｔ２だけ抑止する。

このＴ２時間の間の状態で、光増幅部３０に物理的に入力されている多重化波長数が特定され、信号光に対する出力一定制御の目標値となる新たな一波長あたりの光強度Ｅｓｅの設定が完了し、完了後に監視制御光に対する出力一定制御の制御目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新する。なお、監視制御部２０が波長数を特定する方法としては、例えば、光伝送システムの上流側光伝送装置が監視光によって伝達する監視情報に含まれる多重化信号光の数を用いる方法や、監視制御部２０自身が光増幅器へ入力する信号光を波長別に識別して、現在の多重化信号光数を検出するなどの方法が考えられる。

また本実施例では、監視制御部２０が光増幅器３３へ入力される信号光強度が無いと判断した場合であっても、光減衰部３５から出力される監視光強度は存在すると判断した場合には、現在使用している目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を用いて光減衰部３５の出力一定制御を継続することができる。または、新たな光信号の経路を開通するときに、信号光より先に監視光だけを伝送路に流し、Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）の初期値等、任意の監視光強度の目標値を設定すれば、信号光の導通より早く出力一定制御を開始することができる。一般的に光減衰部３５を出力一定制御できる状態にするには時間がかかるため、光伝送装置１内で先に光減衰部３５だけでも稼動状態にしておくことができれば、光伝送装置１を複数台連ねた光伝送システム全体における光信号経路の開通時間を短縮することが可能となる。このように本実施例の監視制御部２０２は、信号光強度が無い場合でも、監視光があれば光減衰部３５の減衰量を制御して出力一定制御が可能な状態にすることができる。

このように本実施例による光伝送装置を用いて光伝送システムを構築すれば、伝送路の損失変動が発生した場合でも波長多重システムに収容される多重化波長数が変化した場合でも、利得一定制御と出力一定制御を同時に制御可能なため、外乱などに対する安定性が向上することにより高品質な通信サービスを提供することができる。

次に図５に示す信号波形図を参照して、信号光強度や監視光強度が無い状態から、ある状態に変化した場合や、波長数が変化した場合の監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）の決定方法について説明する。時刻Ｔ５以前の状態では、監視制御光も信号光もその存在を決定する敷値であるＳｌｏｓ、Ｍｌｏｓ以下の強度であるため、強度自体は無い状態である。このときは出力一定制御も停止している。

次に時刻Ｔ５の状態で監視光強度があると判断されるが、信号光強度がないと判断された状態では、信号光強度がないため監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）は任意の初期値に設定される、監視制御部２０はこの目標値を用いて出力一定制御を行う。

次に時刻Ｔ６の状態で波長数Ｎ１の信号光が光増幅部３０に入力され、監視制御部２０が監視光強度と信号光強度の両方を検出した場合、監視制御部２０は（式１）〜(式３)を用いて監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を計算し、算出した目標値を出力一定制御の目標値として光減衰部３５を制御する。この時、実際には監視制御光に対する出力一定制御を行っているが、等価的に信号光強度に対する出力一定制御が成立しているため、光増幅部３３への信号光強度を所定の値に制御するという目標を達成している。

次に時刻Ｔ７、Ｔ８のように波長数が変化した場合、観測される信号光強度Ｅｓが波長数に応じて増減する。監視制御部２０は、波長数の変化を検出してから時間Ｔ２が経過した後、（式１）〜(式３)を用いてＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）をＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ＋１）に更新する。

さらに、時刻Ｔ９で信号光強度が閾値Ｓｌｏｓを下回り、信号光強度が全く存在せず、波長数が０波になった場合は、監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）は信号光強度が無くなる前の目標値が維持されるように動作する。これにより、信号光強度が存在しなくても出力一定制御の動作を継続することが可能となる。

さらに、時刻Ｔ１０で信号光強度が閾値Ｓｌｏｓを上回り、信号光強度が存在すると判断された場合、時間Ｔ４後に監視制御部２０が（式１）〜(式３)により監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を再計算し、出力一定制御を継続的に作動させる。

以上により、時刻Ｔ９のように一度信号光強度を用いて監視光目標値Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）が計算されると、監視制御部２０は以前の値を記憶しておくことが出来るため、光減衰部３５を用いた出力一定制御を継続的に作動でき、再度信号光強度が回復するまでの時間を短縮することが可能である。

本実施例における光減衰部３５の起動方法として、以下の方法がある。実際の波長多重システムの運用では、システムに接続されている光ファイバの接続妥当性などを確認するために、試験的に信号光を導通させて光強度などを確認する作業がある。つまり、この作業を行う中で監視制御部２０は出力一定制御に対する制御目標値であるＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を記憶することができる。そのため、本確認作業が終了し、試験的に導通させていた信号光を削除した場合でも試験作業中に記憶したＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を用いて出力一定制御を継続することができる。また、実際に信号光を導通させる際には、時刻Ｔ１０と同様に既にＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を用いた光減衰部３５の出力一定制御が動作しているため、光増幅部３０の起動時間を短縮することができる。

図７に監視制御部２０が行う出力一定制御のフローを示す。まず、監視制御部２０はＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）の初期値を設定する（７０１）。次に、監視制御部２０は信号光が入力されているか否かを調べ、入力されている場合（７０２のＹｅｓ）は必要に応じてＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新する（７０３）。この更新が必要な場合とは、例えば図８のフローに示すとおり、信号光強度Ｅｓが閾値Ｓｔｈを越えたか否かを判定し（８０１）、越えた場合は時間Ｔ２だけ待ち（８０２）、そして図６に示す更新処理を行なう（８０３）。図６に示す更新処理は、（式１）の処理（６０１）、（式２）の処理（６０２）、（式３）の処理（６０３）を含む。

監視制御部２０は、信号光が入力されていないと判断しても（７０２のＮｏ）、監視光が入力されていると判断した場合は（７０４のＹｅｓ）、既に設定されているＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）の値を用いて光減衰部３５を出力一定制御する（７０５）。また、監視制御部２０は、信号光が入力されている場合も、監視光が入力されていると判断した場合（７０４のＹｅｓ）は同様に出力一定制御を行う（７０５）。または、もし監視光が消失していると判断した場合（７０４のＮｏ）、監視制御部２０は出力一定制御を行えないので処理を中止する。

監視光と信号光とが波長多重化して搬送される光伝送路上で損失変動が発生すると、信号光に加えて監視光の光強度が変化する。また、上流側で多重化信号光の数（波長数）が変化した場合は、信号光の強度のみが変化する。本発明の光伝送装置は、光伝送システムにおける上記性質を利用して、監視光強度を制御対象として出力一定制御を行うことにより、光増幅器からの出力強度を一定に保つことが可能である。また、信号光強度を制御対象として利得一定制御を行うことにより、単位波長値の信号光強度を一定に保つことが可能である。

従って、本実施例によれば、光伝送システムに収容されている信号光の数が変化した場合でも利得一定制御を実現可能となり、既にサービスを開始している既収容信号光に対して通信品質の保障が可能となる。

また、本実施例によれば、遠隔に配置されている光伝送システム同士をつなぐ光ファイバの損失などが変化した場合でも出力一定制御を実現可能となり、既にサービスを開始している既収容信号光に対して通信品質の保障が可能となる。

また、本実施例によれば、上記出力一定制御と利得一定制御は制御対象が異なっているため、それぞれを独立に制御を行うことが可能であり、そのため信号光の数に対する変化と光ファイバの損失変化の両方が同時に発生した場合でも、両方の制御を同時に駆動することが可能である。

また、本実施例によれば、光伝送システムに入力される信号光が無い場合でも、光増幅器に搭載されている光減衰器の調整を予め行うことが可能であり、最初に信号光を開通させる際に、光増幅器の起動時間を短縮することが可能となる。

また、本実施例によれば、光伝送システムに入力される信号光が無い場合でも、ひとたび信号光強度を通過させることで、光減衰器に対する正確な減衰量を保持することが可能であり、２度目に信号光を開通させる際に、光増幅器の起動時間をさらに短縮可能となる。

本発明が適用される伝送装置が適用されるネットワークの一実施例。 本発明が適用されるRing型の波長多重光伝送システムの概略構成の一実施例。 図１の光伝送装置１（１Ａ〜１Ｃ）に搭載される光増幅部３０の一実施例。 光増幅部３０の利得一定制御と出力一定制御との関係を説明するための図。 光増幅部３０の監視制御光の光強度を用いた出力一定制御を説明するための図。 Ｅｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新する処理のフローチャート 監視制御部２０の出力一定制御を示すフローチャート 波長数が変化した場合にＥｍ＿ｔａｒｇｅｔ（ｎ）を更新する処理のフローチャート

符号の説明

１：光伝送装置、２：光ファイバ、１０：送信機、１１：受信機、２０：監視制御部、３０：光増幅器、３１：分波器、３３：光増幅部、３２、３６：光カプラ、３５：可変光減衰部、３７：合波器、４１：監視光受信器、４２、４４、４６：検出器、４７：監視光送信機、６１：伝送路損失変動発生タイミング、６２、６４：光増幅部入力信号光強度、６３：波長数変動発生タイミング。

Claims (10)

1. 波長多重信号光の光強度を調整し光伝送路間で中継する光伝送装置であって、
   光伝送路から受信した波長多重信号光の光強度を減衰する、減衰量可変の光減衰器と、
   前記光減衰器を通過した波長多重信号光から、ある波長の光信号を分離して光強度を監視する第１の光強度監視部と、
   前記光減衰器を通過した波長多重信号光の一部を分岐して光強度を監視する第２の光強度監視部と、
   前記光減衰器を通過した波長多重信号光の他の部分を増幅して出力する光増幅器と、
   前記光増幅器から出力される波長多重信号光の一部を分岐して光強度を監視する第３の光強度監視部と、
   前記第１の光強度監視部により監視された光信号の強度が第１の目標値に近づくように前記光減衰器の減衰量を制御し、前記第２の光強度監視部により監視された波長多重信号光の強度と、前記第３の光強度監視部により監視された波長多重信号光との強度の比が、第２の目標値に近づくように前記光増幅器の利得を制御する制御部とを有することを特徴とする光伝送装置。
2. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記制御部は、
   前記第２の光強度監視部により監視された波長多重信号光の強度を波長多重数で割ることにより、一波長あたりの信号光の強度を算出し、
   前記一波長あたりの信号光の強度と第３の目標値との差分を算出し、
   前記差分に基いて前記第１の目標値を更新することを特徴とする光伝送装置。
3. 請求項２に記載の光伝送装置において、
   前記制御部は、定期的に前記第１の目標値を更新することを特徴とする光伝送装置。
4. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記制御部は、
   前記第２の光強度監視部により監視された波長多重信号光の強度が、多重波長数の変化を検出するために設けられた第１の閾値と第２の閾値の間にあるか否かを判定し、
   当該波長多重信号光の強度が前記閾値の範囲を外れたと判定した場合には、当該判定の後あらかじめ定められた時間が経過するまでの間、当該判定の時点で使用していた前記第１の目標値を用いて前記光減衰器を制御し、
   前記あらかじめ定められた時間が経過すると、
   前記第２の光強度監視部により監視された波長多重信号光の強度を波長多重数で割ることにより、一波長あたりの信号光の強度を算出し、
   前記一波長あたりの信号光の強度と第３の目標値との差分を算出し、
   前記差分に基いて前記第１の目標値を更新することを特徴とする光伝送装置。
5. 請求項４に記載の光伝送装置において、
   前記制御部は、前記あらかじめ定められた時間が経過すると、前記第２の光強度監視部により監視した波長多重信号光の強度に基いて、前記第１および第２の閾値を更新することを特徴とする光伝送装置。
6. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記第１の光強度監視部により強度を監視されるある波長の光信号は、光伝送装置の制御に用いる情報を運ぶ監視光であり、
   前記第１の光強度監視部は、光強度を監視した後の監視光を前記制御部へ出力し、
   前記制御部が作成した制御用の情報を光信号に変換し、前記第３の光強度監視部からの波長多重光信号に合波する監視光挿入部を有することを特徴とする光伝送装置。
7. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記光強度監視部は、
   波長多重信号光から前記ある波長の光信号を分離する波長分離部、または、前記波長多重信号光の一部を分岐する分岐部と、
   前記波長分離部または前記分岐部からの光信号の強度を検出する検出器とを有することを特徴とする光伝送装置。
8. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記第１の光強度監視部により強度を監視されるある波長の光信号は、光伝送装置の制御に用いる情報を運ぶ監視光であり、
   前記制御部は、波長多重信号光が無い状態でも、前記監視光と前記第１の目標値を用いて前記光減衰器を制御することを特徴とする光伝送装置。
9. 請求項１記載の光伝送装置において、
   前記第１の光強度監視部は監視光の強度を監視し、
   前記第２の光強度監視部は入力信号光の強度を監視し、
   前記第３の光強度監視部は増幅信号光の強度を監視することを特徴とする光伝送装置。
10. 請求項９記載の光伝送装置において、
    前記制御部は、前記光減衰器に対し、前記第１の光強度監視部の前記監視光の監視結果に基づいて前記監視光の出力一定制御を行い、前記光増幅器に対し、前記第２の光強度監視部の前記入力信号光の監視結果と前記第３の光強度監視部の前記増幅信号光の監視結果とに基づいて前記信号光の利得一定制御を行うことを特徴とする光伝送装置。

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