JP2004310119A - 光伝送システム内で電力の過渡変化の影響を制御するための方法、装置およびシステム - Google Patents

光伝送システム内で電力の過渡変化の影響を制御するための方法、装置およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】増幅光伝送システム内のパワーの過渡変化を制御するための方法、装置およびシステムを提供すること。
【解決手段】この方法、装置およびシステムは、光学信号のパワーの過渡変化の検出に応答して、増幅器の利得変化に付随する利得応答の時間遅延を補正するように少なくとも1つの増幅器の利得を変化させる工程を含む。場合によっては、この方法、装置およびシステムはさらに、パワーの過渡変化の検出に応答して、信号パワーの変化を補正するように少なくとも1つの増幅器の利得を調節する工程を含む。
【選択図】図2

Description

本発明は、光学的通信システムに関し、さらに特定すると過渡変化制御能力を備えたラマン増幅型光伝送システムに関する。
本特許出願は2002年11月12日に出願し、ここに参考資料でその全文を組み入れる米国特許出願番号第10/293,754号の恩典を権利主張するものである。本特許出願は2002年11月12日に出願した米国特許出願番号第10/293,754号の一部継続出願である。
光ネットワークでは、1本のファイバ上の多数の通信チャネルをサポートするために多数の光波長が使用される。何キロメートルにも及ぶ光ファイバのリンクにわたって減衰を受けた光信号を増幅するためにそのようなネットワークでは光増幅器範囲が使用される。通常の増幅器範囲はエルビウムをドープしたファイバの増幅器部品を含む可能性があり、それはダイオード・レーザをポンプ注入される。誘導ラマン散乱を通じて利得を発生させるためにダイオード・レーザのポンプ注入を使用する増幅器もやはり研究されてきた。エルビウム・ドープしたファイバとラマン・ポンプ注入に基づいた光増幅器は光ファイバ・リンク上で伝送される光信号の強度を高める。
米国特許出願番号10/293,754号
しばしば、通信リンク内のチャネルは突然に追加または引き落とされる可能性がある。チャネルはまた、偶発的なファイバ切断のせいで引き落とされる可能性もある。チャネルはまた、ネットワークの再編成のせいで突然に追加または引き落とされる可能性もある。伝送ファイバ範囲によって搬送されるチャネルの数が突然に変化すると、その範囲にわたって輸送される合計の信号パワーもやはり突然に変化する。もしラマン増幅器範囲が一定のパワーで投入されれば、信号パワーのこれらの突然の変化はラマン増幅器の利得の過渡変化効果に結果的につながるであろう。利得の過渡変化は増幅器から出る出力信号のパワーの変動を引き起こす。弱過ぎる出力信号は間違いなく検出することが困難である可能性がある。強過ぎる出力信号はファイバ内に非線形光学的効果を生じさせる可能性がある。
本発明はラマン増幅型の光伝送システム内のチャネル(群)の消失または追加に起因するパワーの過渡変化の影響を補正するための方法、装置およびシステムを含む。
本発明の一実施形態では、方法は増幅光伝送システム内の光信号のパワーの過渡変化の検出に応答して少なくとも1つの増幅器の利得を変化させ、それによって増幅器内で利得変化に伴う利得応答の時間遅延を補正する工程を含む。場合によっては、この方法はさらに、パワーの過渡変化の検出に応答して少なくとも1つの増幅器の利得を調節し、それにより、パワーの過渡変化に起因する信号パワーの変化を補正する工程も含む。
本発明の別の実施形態では、装置はプログラム命令を記憶するためのメモリと命令を実行するためのプロセッサを含む。この装置は、増幅光伝送システム内の光信号のパワーの過渡変化の検出に応答して少なくとも1つの増幅器の利得を変化させ、それによって増幅器内で利得変化に伴う利得応答の時間遅延を補正するように構成される。
本発明の教示は添付の図面と結びつけて為される以下の詳細な説明を考慮することによって容易に理解されることが可能である。
理解を容易にするために、可能である場合には、同じ参照番号は複数の図面に共通する同じ素子を示すように使用されている。
本発明は好都合にも、増幅光伝送システム内のパワー過渡変化の負の効果を制御するための方法と装置を提供する。本発明の実施形態は特定の部品を有するラマン増幅型光伝送システムの背景で説明されるであろうが、しかし本発明の方法が都合のよいことに、パワー過渡変化の負の効果を制御することが望ましい様々な他の増幅型光伝送システムに導入されることが可能であることを当業者は理解するであろう。
図1は従来のラマン増幅型光伝送システムのハイレベル・ブロック図を描いている。図1のラマン増幅型光伝送システム100は送信部110、受信部120、および複数のラマン増幅器範囲130〜130(まとめてラマン増幅器範囲130)を含む。ラマン増幅器範囲130の各々はそれぞれの増幅ファイバ範囲140〜140(まとめてファイバ範囲140、具体例を挙げると標準的な伝送ファイバ範囲)およびそれぞれのポンプ150〜150(まとめてポンプ150、具体例を挙げるとラマン・ポンプ)を有する。各々のラマン・ポンプ150は単一のポンプか、または多様な波長を備えて集合して働く複数のポンプのいずれであってもよい。送信部110は一連のラマン増幅器範囲130を越えて受信部120に情報を伝送する。ラマン・ポンプ150の各々から出るポンプ光は後ろ方向に伝送されてそれぞれのファイバ範囲140にポンプ注入する。したがってファイバ範囲140内の信号はラマン利得によって増幅される。図1のラマン増幅型光伝送システム100の増幅ファイバ範囲140は標準的な伝送ファイバを含むように描かれているが、増幅ファイバ範囲140が、エルビウムをドープしたファイバ増幅器などといった他の増幅媒体を有することが可能であることを当業者は理解するであろう。
送信部110は、異なる波長で動作するチャネルを各々がサポートする複数のレーザ・ダイオードを含むことが可能である。したがって、もしこれらのレーザのうちの1つまたは複数が役目から外されるか、または新たなチャネルが送信部110に追加されるならば、ラマン増幅型光伝送システム100を横切って伝送される波長の合計数は突然に変化する可能性がある。光伝送システム内のチャネルの合計数もまた、ファイバの切断といった予期しないシステム障害に起因して、または追加/引き落とし端子を使用してシステムを再編成している間にチャネルが追加または引き落とされると変化する可能性がある。
ラマン増幅型光伝送システム100内のチャネルの合計数は突然に変化するがラマン・ポンプ150のパワーが同じであり続けるとき、ファイバ範囲140内のラマン利得もやはり変化するであろう。この種の突然のパワー変化は各々のラマン増幅器範囲130の出力部で個々の信号チャネルのパワーに受容不可能な過渡変化を引き起こす可能性がある。例えば、もし波長(チャネル)が失われる場合、入力のパワーはチャネルが引き落とされたことが理由で突然に低下する。ラマン・ポンプ150のパワーが同じであり続けるならば、ポンプ注入されたファイバ範囲140の各々に過剰の利得が存在し、ラマン増幅器範囲130の各々の端部でチャネル当たりの出力パワーが所望を上回って増加する。
反対に、新たなチャネルの追加が理由で入力のパワーが突然に増大すると、ラマン・ポンプはより一層急速に消耗し、それはポンプ注入される伝送ファイバ端部でチャネル当たりの出力パワーが所望よりも下に低下する原因となる。これらの誤差がラマン増幅器範囲からラマン増幅器範囲へと累積するので、各々のチャネルについてパワーの合計の誤差は次の式(1)で計算されることが可能であり、
Figure 2004310119
ここでEは各増幅範囲の誤差を表し、Nは増幅範囲の合計数を意味し、Eは組み合わされたすべての増幅範囲に関する合計の累積誤差である。
図2は、本発明の実施形態を含む図1のラマン増幅型光伝送システム100の単一ラマン増幅器範囲130のハイレベル・ブロック図を描いている。図2のラマン増幅器範囲130は増幅ファイバ(具体例を挙げると(図1の増幅ファイバ範囲140に相当する)100km外部プラントのファイバ)210、伝送ファイバ215、ポンプ(具体例を挙げると外部プラントのポンプ・レーザ)220、ポンプ制御器(具体例を挙げると外部プラントのポンプ・レーザ制御器)225、分散補償モジュール(DCM)230、DCMポンプ・レーザ235、3箇所のタップ240、240、240(まとめてタップ240)、モニタ250、およびDCMポンプ・レーザ制御器260を含む。本発明の具体例となる図2の実施形態ではタップ240はラマン増幅器範囲130内に配置されるように描かれているが、実際ではラマン増幅器範囲の直前の端部に配置され、図2の具体的に示したラマン増幅器範囲130のタップ240と等価である。したがって、理解を容易にするためにタップ240が図2に描かれていることを理解すべきである。ラマン増幅器範囲130では、タップ240は外部プラントのファイバ210に先行する伝送ファイバ上に(すなわち先行する範囲に)配置される。タップ240は外部プラントのファイバ210の後ろでかつDCM230の手前に配置される。タップ240はDCM230の後ろに配置される。
図3は図2の単一ラマン増幅器範囲130に使用するのに適したDCMポンプ・レーザ制御器260の実施形態を描いている。図3のDCMポンプ・レーザ制御器260はプロセッサ310、ならびにアルゴリズムと制御プログラムを記憶するためのメモリ320を含む。プロセッサ310は電源、クロック回路、キャッシュ・メモリなどといった従来型の補助的回路330、ならびにメモリ320に記憶されたソフトウェア・ルーチンの実行を補助する回路と連携して動作する。したがって、ここでソフトウェア・プロセスとして検討する処理工程のうちのいくつかはハードウェアの中に、例えば様々な工程を遂行するためにプロセッサ310と連携動作する回路として導入される可能性がある。DCMポンプ・レーザ制御器260もやはり入出力回路340を含んでおり、それはDCMポンプ・レーザ制御器260と通信する様々な機能素子間のインターフェースを構成する。例えば図2の実施形態で、DCMポンプ・レーザ制御器260は信号経路S1を経由してモニタ250と通信し、信号経路O1を経由してDCMポンプ・レーザ235と通信する。
図3のDCMポンプ・レーザ制御器260は本発明による様々な制御機能を実行するようにプログラムされる汎用コンピュータとして描かれているが、本発明はハードウェア内に、例えば特定用途向け集積回路(ASIC)として導入される可能性がある。したがって、ここで述べる処理工程はソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアあるいはそれらの組合せによって同等に実行されるものと広義に解釈されることを意図されている。
図2に戻って参照すると、ラマン増幅器範囲130に入る信号がタップ240によって引き出された(すなわち先行する範囲で)。タップ240に由来する信号はモニタ250へと伝えられ、そこでは入来する信号のパワーが計測される。その後、入来信号のパワー計測値が順方向に送られてDCMポンプ・レーザ制御器260に記録される。その後、信号は外部プラントのファイバ210を通って伝播し、そこで信号は外部プラントのポンプ・レーザ220によって増幅される。外部プラントのファイバ210から出る信号はタップ240によって引き出される。タップ240から出る信号はモニタ250へと伝えられ、そこで信号のパワーが計測される。その後、信号のパワー計測値が順方向に送られてDCMポンプ・レーザ制御器260に記録される。
外部プラントのファイバ210内で信号が受けた利得を判定するために、DCMポンプ・レーザ制御器260内で(先行する範囲に配置され、従来型の手段によってこの範囲に連絡する)タップ240のパワー計測値がタップ240のパワー計測値と比較される。判定された利得はDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶された外部プラントのファイバ210に関する期待された増幅利得と比較され、それにより、(もしあるならば)ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされる外部プラントのファイバ210の利得の変化が判定される。
場合によっては、外部プラントのファイバ210の利得変化は、DCM230に入る(すなわちタップ240経由)信号のパワーを計測し、かつ計測した入力信号のパワーをDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶されたDCM230に入る信号に関する期待されたパワーと比較することによって判定されることも可能である。その後、DCMポンプ・レーザ制御器260は外部プラントのファイバ210で入力信号が受けたであろう利得を見積もることが可能となる。その後、見積もられた利得はDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶された外部プラントのファイバ210に関する期待された増幅利得と比較され、それにより、(もしあるならば)ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされる外部プラントのファイバ210の利得の変化が判定される。
外部プラントのファイバ210内の利得は利得の変化をチェックするために周期的に判定される。外部プラントのファイバ210の利得変化をチェックする時間周期がシステムに応じて決まり、システムの能力範囲内で使用者によって望まれるいかなる間隔にも設定されることが可能であることを当業者は理解するであろう。
その後、外部プラントのファイバ210から入る信号はDCM230を通って伝播し、そこでDCMポンプ・レーザ260によって増幅される。ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされるDCM230のいかなる利得変化も、DCM230に入る(すなわちタップ240経由)伝播信号のパワーを計測し、かつ計測した伝播信号のパワーをDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶されたDCM230への入力信号に関する期待されたパワーと比較することによって見積もられることが可能である。場合によっては、DCM230の利得はタップ240のパワー計測値を以下で述べるようなタップ240のパワー計測値と比較することによって算出されることも可能である。
DCM230を通って伝播した後、出力信号は伝送ファイバ215を通って伝播し、タップ240によって引き出される。タップ240に由来する信号はモニタ250へと伝えられ、そこで出力信号のパワーが計測される。その後、出力信号のパワー計測値は順方向に送られ、DCMポンプ・レーザ制御器260内に記録される。DCM230内で信号が受けた利得を判定するためにタップ240のパワー計測値がタップ240のパワー計測値と比較される。判定された増幅利得はDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶されたDCM230に関する期待された増幅利得と比較され、それにより、(もしあるならば)ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされるDCM230の利得の変化が算出される。さらに、タップ240に由来する信号は、DCM230の遅延に関する情報を要求する他のシステムの実施のために、DCM230内の遅延を測定するのに使用されることも可能である。伝送ファイバ215は原則として、DCM230から出る出力信号を次のラマン増幅器範囲の増幅ファイバ(外部プラントのファイバ)に結合させるために使用される。
本発明によると、ラマン増幅型光伝送システム100内の各々のラマン増幅器範囲で望まれる結果は、その範囲に入来する入力信号のパワーがその範囲から出て行く出力信号のパワーに等しいことである。すなわち、特定のラマン増幅器範囲の利得と損失が釣り合いをとられる。望まれる結果は、タップ240のパワー計測値を導入して次の式(2)で描かれる。
Figure 2004310119
図2のラマン増幅器範囲130内のタップ240の3箇所すべてのパワー計測値を導入して上記の式を2つの別々の利得成分として特徴付けると、式(3)と式(4)が次のように書かれる。
Figure 2004310119
ここでg1iは外部プラントのファイバ210の利得または損失を表し、g2iはDCM230の利得または損失を表す。したがって、g1iとg2iの積はすべての波長について1に等しい(g1i×g2i=1)。
本発明の一実施形態では、外部プラントのファイバ210の利得の変化の検出後に、外部プラントのポンプ・レーザ220のポンプ・パワーの調節が為されることで外部プラントのファイバ210の利得が変化させられ、それにより、ラマン増幅型光伝送システム100内の複数チャネルの消失または追加(過渡変化事象)に起因する外部プラントのファイバ210の利得変化が補正される。さらに、外部プラントのファイバ210の利得を変化させるための外部プラントのポンプ・レーザ220のポンプ・パワーの調節に伴う時間遅延を補正するようにDCM230の利得を変化させ、かつラマン増幅型光伝送システム100内の複数チャネルの消失または追加(過渡変化事象)に起因するDCM230の利得変化を補正するためにDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節が為される。外部プラントのファイバ210の利得を変化させるための外部プラントのポンプ・レーザ220のパワーの調節に伴う遅延は、外部プラントのポンプ・レーザ220から伝わるフォトンが望ましい(変更された)利得の達成の前に外部プラントのファイバ210を通って伝播するのに要する時間量に起因する。
図4は外部プラントのポンプ・レーザ220のパワー調節から結果的に生じる外部プラントのファイバ210の利得変化に伴う時間遅延の範例となる関数をグラフで描いている。図4で、tは外部プラントのポンプ・レーザ220が調節された時間点を表し、tは外部プラントのファイバ210内で望ましい(補正された)利得が達成される時間点を表し、Δtは外部プラントのポンプ・レーザ220の調節と外部プラントのファイバ210内で望ましい利得が達成される時の間の時間量を表す。遅延時間Δtは増幅ファイバの実効長に応じて決まり、次の式(5)から計算されることが可能である。
Figure 2004310119
ここでn(λp)は対応するラマン・ポンプ波長でのファイバの屈折率であり、cは真空中での光速であり、Leffは増幅ファイバの実効長である。上記の式(5)は単に速度×時間=距離の公式の並べ替えに過ぎない。
さらに、ファイバの実効長Leffは次の式(6)を使用して計算されることが可能である。
Figure 2004310119
上記の式(6)で、αはファイバの減衰度を表し、Lはファイバの実際の長さを表す。
図2の単一ラマン増幅器範囲130では、通常の通信等級のファイバ(すなわちSMF、TrueWave、LEAFファイバ)が外部プラントのファイバ210として使用された。外部プラントのファイバ210の長さは通常では100kmであり、そのような通常のファイバに関する減衰度は約0.21dB/kmである。これらの値を上記の式(6)の減衰度と実際の長さにそれぞれ入力すると、外部プラントのファイバ210の実効長Leffは20kmと算出される。この値を上記の式(5)の実効長Leffに入力すると、外部プラントのファイバ210に関する遅延時間Δtopは10−4秒もしくは100μsと算出される。遅延時間ΔtopはDCMポンプ・レーザ制御器260によって計算され、記録される。
したがって、外部プラントのポンプ・レーザ220のポンプ・パワーの調節に起因する外部プラントのファイバ210の利得変化は時間の関数として考えられるべきである。時間の関数としての利得のこの変化(図4でtからtまでの形)は外部プラントのファイバ210に付随する判定された遅延時間Δtopおよび外部プラントのファイバ210内の判定された(上述の)利得変化から(上述したように)算出することが可能である。発明人はこの関数(tからtまでの形)をf(t)として考える。関数f(t)はDCMポンプ・レーザ制御器260によって判定され、記録される。すなわち、外部プラントのファイバ210の実際の長さおよび減衰度に関する値といった外部プラントのファイバ210に関するパラメータはDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶される。その後、DCMポンプ・レーザ制御器260は上記の式(5)と(6)を使用して外部プラントのファイバ210について遅延時間Δtopを計算する。その後、外部プラントのファイバ210内の利得変化の量を判定し、関数f(t)を計算するためにDCMポンプ・レーザ制御器260はタップ240からの情報を待ち受ける。遅延関数f(t)の値はDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶される。
上述したように、DCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節はf(t)を補償するためにDCM230の利得を変化させ、かつラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加(過渡変化事象)に起因するDCM230の利得変化を補正するように為される。前に開示したように、DCM230の利得変化は、DCM130に入る(すなわちタップ240経由)伝播信号のパワーを計測し、かつ計測した伝播信号のパワーをDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶されたDCM230への入力信号に関する期待されたパワーと比較することによって見積もられることが可能である。ラマン増幅型光伝送システム100内の複数チャネルの消失または追加に起因するDCM230のこの利得変化を発明人はΔg2DCMとして考える。
したがって、DCMポンプ・レーザ制御器260は、DCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のパワーの調節を行うためにf(t)がDCMポンプ・レーザ制御器260によって利用されるように関数f(t)を計算してf(t)とΔg2DCMを補正する必要がある。しかし上記の外部プラントのファイバ210のケースと同様に、DCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節はDCM230の利得を即座に所望の利得へと変化させるものではない。したがって、DCM230の利得を変化させてDCM230内の利得変化Δg2DCMを補正するためのDCMポンプ・レーザ235のパワーの調節に付随する遅延時間もやはり考慮されるべきである。
通常、DCMは伝送システム内で増幅ファイバよりもはるかに短いファイバ長さを有する。例えば、図2のDCM230は外部プラントのファイバ210よりもはるかに短い全体の実際の長さを有する。図2のラマン増幅器範囲130内で使用されるDCM230の長さは、このケースでは10kmであるが、しかし外部プラントのファイバ210の長さに伴って変わる。したがって、ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因するDCM230の利得変化を補償するためのDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの変更に伴う遅延は有意に短いであろう。例えば、上記の式(6)にDCM130の実際の長さLを入力すると、DCM130の実効長Leffは3kmであると算出される。DCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節に付随する遅延時間ΔtDCMを計算するために、判定された実効長Leffが上記の式(5)に入力される。DCM230の実効長Leffについて3kmを上記の式(5)に入力すると、DCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節に付随する遅延時間ΔtDCMは15μsであると算出される。遅延時間ΔtDCMとDCM230内の利得変化Δg2DCMが判ると、DCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節に付随する遅延時間を表すために遅延関数が計算される。発明人はこの関数をf(t)として考える。f(t)の値はDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶される。
(t)、Δg2DCMおよびf(t)はタップ240(先行する範囲に由来)とタップ240から得られる伝播信号の計測値に基づいてモデル化されることが可能であり、かつタップ240から入る信号はDCMポンプ・レーザ制御器260へと順方向に送られるので、f(t)、Δg2DCMおよびf(t)はDCM230で補正が実行されることが可能となるように決定される。すなわち、タップ240からの情報がDCMポンプ・レーザ制御器260へと順方向に送られるので、f(t)、Δg2DCMおよびf(t)を補正するようにDCMポンプ・レーザ制御器260が関数f(t)を決定するための時間が存在する。
すべての波長についてg1iとg2iの積が1に等しく(g1i×g2i=1)なければならないことを思い出すと、関数f(t)は次の式(7)を使用してDCMポンプ・レーザ制御器260によって計算される。
Figure 2004310119
ここでg1iとg2iはそれぞれ外部プラントのファイバ210およびDCM230の本来の(いかなる過渡変化よりも前の)利得であり、f(t)は外部プラントのファイバ210の利得を変化させるための外部プラントのポンプ・レーザ220のパワーの調節に付随する遅延関数であり、Δg2DCMはラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加(過渡変化事象)に起因するDCM230の利得変化であり、f(t)はDCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のパワーの調節に付随する遅延関数であり、f(t)はDCM230の利得を調節するためにDCMポンプ・レーザ235のパワーを調節して関数f(t)とf(t)を補正するため、およびラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因するDCM230の利得変化Δg2DCMを補償するためにDCMポンプ・レーザ制御器260によって計算される関数である。f(t)の解は、
Figure 2004310119
である。
関数f(t)はDCM230の利得を変化させるためにDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーを調節して関数f(t)とf(t)を補正するため、およびラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因するDCM230の利得変化Δg2DCMを補償するためにDCMポンプ・レーザ制御器260によって計算される。
図1のラマン増幅型光伝送システム100の単一ラマン増幅器範囲130は単一の増幅ファイバを有するように描かれたが、しかし本発明の方法が、複数の増幅ファイバを含む複数の増幅範囲と単一範囲内の他の増幅媒体を有するラマン増幅型光伝送システムに導入されることが可能であることを当業者は理解するであろう。
本発明の代替実施形態では、ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因する外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化はDCM230の利得を変化させるためにDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーだけを調節することによって補償される。
第1の実施形態について上述したように、DCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節はDCM230の利得を即座に所望の利得へと変化させるものではないので、DCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節に起因するDCM230の利得の変化もやはり時間の関数として考慮されるべきである。図2を参照すると、DCM230の特性は変化しないので、DCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235の調節に付随する遅延時間ΔtDCMは同じに保たれる(15μs)。ここでもやはり、DCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーの調節に付随する遅延は、DCMポンプ・レーザ235から伝わるフォトンが望ましい(補正された)利得の達成の前にDCM230を通って伝播するのに要する時間量に起因する。ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加による外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化を補正するのに望ましいDCM230の利得変化の量が判ると、DCM230の利得を変化させて外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化を補正するためのDCMポンプ・レーザ235の調節に付随する遅延時間ΔtDCMを明らかにするように遅延関数f(t)が算出されることが可能となる。タップ240から入る信号はDCMポンプ・レーザ制御器260へと順方向に送られるので、ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因する外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化を補正するのに必要となるDCM230の利得変化の量はDCM230によって認識される。したがって、遅延関数f(t)はタップ240と240で得られる伝播信号の計測値に基づいてモデル化され、かつ伝播信号がDCM230に到達する前にDCMレーザ制御器260によって算出されることが可能である。
(t)の補正に加えて、DCM230はラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因する外部プラントのファイバ210の利得変化Δg2OPおよびDCM230の利得変化Δg2DCMもやはり補正しなければならない。したがって、遅延関数f(t)を補正し、かつラマン増幅型光伝送システム100内の複数チャネルの消失または追加に起因する外部プラントのファイバ210の利得変化Δg2OPとDCM230の利得変化Δg2DCMの両方を補正するために関数f(t)がDCMポンプ・レーザ制御器260によって計算される。f(t)はタップ240(先行する範囲に由来)とタップ240から得られる伝播信号の計測値に基づいてモデル化されることが可能であり、かつタップ240から入る信号はDCMポンプ・レーザ制御器260へと順方向に送られるので、補正関数f(t)は補正がDCM230で実行されることが可能となるように決定される。すべての波長についてg1iとg2iの積が1に等しく(g1i×g2i=1)なければならないことを思い出すと、関数f(t)はDCMポンプ・レーザ制御器260によって次のように決定される。
Figure 2004310119
ここでg1iとg2iはそれぞれ外部プラントのファイバ210およびDCM230の本来の利得であり、Δg2OPとΔg2DCMはそれぞれ、ラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加(過渡変化事象)に起因する外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化であり、f(t)はDCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のパワーの調節に付随する遅延関数であり、f(t)はDCM230の利得を変化させることによってラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加に起因する外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化を補正するようにDCMポンプ・レーザ235のパワーを調節するためにDCMポンプ・レーザ制御器260によって算出され、かつ利用され、その一方でDCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のパワーの調節に付随する遅延関数f(t)を明らかにする関数である。f(t)の解は、
Figure 2004310119
である。
繰り返すが、f(t)はDCM230の利得を変化させることによってラマン増幅型光伝送システム100内の(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされる外部プラントのファイバ210およびDCM230の利得変化を補正するようにDCMポンプ・レーザ235のポンプ・パワーを調節するためにDCMポンプ・レーザ制御器260によって算出され、かつ利用され、その一方でDCM230の利得を変化させるためのDCMポンプ・レーザ235のパワーの調節に付随する遅延関数f(t)を明らかにする。
図5は本発明の方法500の実施形態のフロー図を描いている。方法500はラマン増幅型光伝送システムの増幅範囲の増幅器内で利得変化が検出される工程502から入る。例えば、増幅範囲の伝播信号のパワーは外部プラントのファイバの後ろでモニタによって計測される。伝播信号の計測された信号パワーの情報はDCMポンプ・レーザ制御器へと連絡される。DCMポンプ・レーザ制御器は外部プラントのファイバ内の利得を計算し、算出された利得を外部プラントのファイバについて記憶した期待される値と比較することで外部プラントのファイバ内の利得変化を判定する。その後、方法500は工程504へと進む。
工程504で、方法500はDCM内の利得変化を計算する。例えば、DCM230の利得変化はDCM130に入る(すなわちタップ240経由)伝播信号のパワーを計測し、計測した伝播信号のパワーをDCMポンプ・レーザ制御器260内に記憶されたDCM230への入力信号に関する期待されるパワーと比較することによって見積もられることが可能である。その後、方法500は工程506へと進む。
工程506で、工程502および工程504の検出された利得変化を補償するために、方法500はDCMポンプ・レーザのポンプ・パワーを制御するための関数を計算する。例えば、式1〜10に結び付けて説明したように、DCMポンプ・レーザ制御器はDCMポンプ・レーザに関して適切なポンプ・パワーを算出するために、計測された信号パワー情報を使用する可能性がある。DCMポンプ・レーザ制御器はDCMポンプ・レーザに関するポンプ・パワーを算出するために、フィードフォワード制御技術、フィードバック制御技術、混成制御技術、またはいかなる他の適切な制御技術も使用する可能性がある。
工程508で、方法500は工程506で算出した関数に従ってDCMポンプを制御する。例えば、DCMポンプ・レーザ制御器がDCMポンプ・レーザのパワーを工程506で算出した値に調節する。その後、方法500は終了する。
図6は本発明の代替実施形態を含む増幅器範囲のハイレベル・ブロック図を描いている。図6の増幅器範囲600はタップ605、第1の段610と第2の段611を有する二段の増幅器(具体例を挙げるとエルビウムをドープされた二段のファイバ増幅器(EDFA))、モニタ615、第1の段のポンプ620、第1の段のポンプ制御器625、分散補償モジュール(DCM)630、遅延装置(具体例を挙げると遅延回線)635、第2の段のポンプ645、および第2の段のポンプ制御器650を含む。図6の増幅器範囲600ではタップ605が増幅器範囲600の先頭に配置されるように描かれているが、タップ605が本発明による直前の増幅器範囲の後端部に配置されることは可能である。
増幅器範囲600に入る信号はタップ605によって引き出される。タップ605に由来する信号はモニタ615へと連絡され、そこで信号のパワーが計測される。その後、モニタ615によって計測された信号のパワー計測値は第1の段のポンプ制御器625および第2の段のポンプ制御器650へと順方向に送られ、記録される。第1の段のポンプ制御器625および第2の段のポンプ制御器650はそこに過渡変化事象が生じたかどうかを判定する。すなわち、増幅器範囲600に入る信号に(複数)チャネルの消失または追加があったかどうかを判定するために、モニタ615によって計測された信号のパワーがポンプ制御器625、650に記憶された増幅器範囲600への入力信号に関する期待されるパワーと比較される。増幅器範囲600に入る信号に(複数)チャネルの消失または追加があったかどうかを判定することの代替法として、信号がEDFAの第1の段610で受けたであろう利得を見積もるために、計測された増幅器範囲600への入力信号のパワーがポンプ制御器625、650によって使用される。その後、見積もられた利得はポンプ制御器625、650内に記憶された第1の段610に関する期待される利得と比較され、それにより、(もしあるならば)増幅器範囲600に入る信号中の(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象によって引き起こされる第1の段610の利得の変化が判定される。図6の本発明の実施形態では過渡変化事象が生じたかどうかをポンプ制御器625、650の両方が判定するように描かれているが、本発明の代替実施形態ではポンプ制御器625または650のいずれか一方が、過渡変化事象が生じたかどうかを判定し、判定するポンプ制御器はその結果を他方のポンプ制御器と分かち合う。
過渡変化事象が生じたことが第1の段のポンプ制御器625によって判定される場合、第1の段のポンプ制御器625は、(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象によって引き起こされる第1の段610の利得変化を補償するように第1の段610の利得を変化させるために第1の段のポンプ620を調節する制御信号を発生する。
しかしながら上述の実施形態のように、例えば(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされる利得変化を補償するためにEDFAの第1の段610の利得を変更することに付随する遅延時間が存在する。EDFAは比較的短いが、EDFAの物理学は比較的長い応答時間を生じさせる可能性がある。チャネルの数に大幅な引き落としがあるケースで、チャネルが消失するときにEDFAが高度に反転した状態にある可能性がある。EDFAポンプはフォトンをEDFA内に注入するだけであるので反転した状態はゆっくりと減衰し、それにより、出力は比較的長い時間(約500マイクロ秒)について高い状態を保つ。
図7は第1の段のポンプ620のパワーの調節から結果的に生じる第1の段610の利得変化に伴う時間遅延の範例となる関数をグラフで描いている。図7で、τは第1の段610の励起状態の持続時間を表す。Pは利得調節の直後の第1の段610の伝播光学信号のパワーを表す。
図6の増幅器範囲600に戻って参照すると、第1の段610に由来する光学信号はDCM630を通って伝播される。DCM630は、第2の段611に到着する前に第1の段610に由来する信号を遅延させるために使用される。すなわち、DCM630の遅延を使用することによって、第2の段のポンプ645のパワーは信号が第2の段611に到達する前に調節されることが可能となる。
さらに特定すると、増幅器範囲600に入来し、タップ605によって引き出されて第2の段のポンプ制御器650へと順方向に送られる、光学信号の部分は遅延回線635を通って伝播される。過渡変化事象が生じたと判定すると、第2の段のポンプ制御器650は第2の段611の利得を調節するために第2の段のポンプ645を調節する制御信号を発生し、それにより、(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象によって引き起こされる第1の段610の利得変化を補償するように調節される第1の段610の利得に付随する第1のEDFA610の利得応答の時間遅延を補償する。DCM630の遅延と遅延回線635の組合せは、信号が第2の段611に到達する前に第2の段のポンプ645のパワーが調節されることが可能となるように構成される。遅延回線635の遅延は、通常、DCM630の遅延よりも少ないことを必要とする。
例えば、チャネルの数に大幅な引き落としがあるケースで、チャネルが消失するときにEDFAが高度に反転した状態にある可能性がある。したがって、第2の段611の利得は信号が第2の段611に到達する前に第2の段のポンプ645の調節によって調節されることが可能であり、それにより、高いレベルの信号がその反転状態を急速に減衰させる。正味の効果は、各々の残っているチャネルが、そのパワーが最初に小さい落ち込みを有し、続いて大きなピークではなく小さなピークを有することである。小さなピークと落ち込みを有するということは図7に描いたような大きなピークよりも少ない誤りの原因となる。
図8は、(複数)チャネルの消失または追加によって引き起こされる第1の段610の利得変化を補償するように調節される第1の段610の利得から結果的に生じる第1の段610の利得応答の時間遅延を補償するために第2の段611の利得が調節された後の第2の段611の範例となる出力をグラフで描いている。図8は第2の段611から出る光学信号出力のパワーを時間の関数として描いている。図8に描かれ、前に述べたように、チャネルの引き落としのケースでは残っている各々のチャネルは、そのパワーが最初に小さい落ち込みを有し、続いて大きなピークではなく小さなピークを有する。第2の段611の出力信号の最大パワーは(図7に描かれた)第1の段610の出力のそれよりも低い(より小さいピークを有する)。小さなピークと落ち込みを有する第2の段611の出力は第1の段610の出力の大きなピークよりも少ない誤りの原因となる。
図6の増幅器範囲600では、理解を容易にするために増幅器は二段の増幅器を含むように描かれているが、本発明の代替実施形態では図6の二段EDFAが単一の増幅器で置き換えられることが可能である。そのような実施形態では、タップ605によって引き出された信号は単一のポンプ制御器へと順方向に送られる。単一のポンプ制御器は、(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象に起因する増幅器の利得変化を補正するように増幅器のポンプを調節する制御信号を発生する。単一のポンプ制御器はまた、増幅器のポンプを調節する制御信号を発生する時、過渡変化事象を補正するための増幅器の利得の変更に付随する利得応答の時間遅延も考慮に入れる。上述したように、タップ605に由来する信号がポンプ制御器へと順方向に送られるので、ポンプ制御器は増幅器内の過渡変化事象に起因する増幅器の利得の時間遅延と変化をそれ自体で調節することが可能となる。
特定の部品を含む本発明の様々な実施形態が上記で提示されているが、本発明の概念が、増幅光伝送システム内でパワーの過渡変化の負の効果を制御することを少なくとも部分的に指向していることは理解されるはずであり、したがって本発明の実施形態は上記で具体的に例示した部品を含む実施形態に限定されるべきではない。
例えば、本発明の範囲内で、過渡変化事象の発生を示す信号を制御器に順方向に送ることによって、例えば過渡変化事象の負の効果を補正するための増幅器の利得の変更に付随する増幅器の利得応答の時間遅延が補償される可能性がある。その後、制御器は判定を行い、光学信号が増幅器に到達する前に増幅器の利得を調節して利得応答の時間遅延を補償する。
上記で例示したように、本発明の一実施形態では、増幅器の応答の時間遅延は上記で教示したように時間遅延に直面する同じ増幅器内で補正される。あるいは、過渡変化事象に起因する利得変化もやはり同じ増幅器内で補正される。
本発明の別の実施形態では、増幅器の応答の時間遅延は上記で教示したように次に続く増幅器内で補正される。この次段の増幅器もまた、もしあるならばそれ自体の時間遅延、および(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象に起因してそれが直面するいかなる利得変化も補正する。
本発明の代替実施形態では、増幅器の応答の時間遅延は上記で教示したように次に続く増幅器内で補正される。この次段の増幅器もまた、過渡変化事象に起因する第1の増幅器の利得変化、もしあるならばそれ自体の時間遅延、および(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象に起因してそれが直面するいかなる利得変化も補正する。
以上で開示したように、もしあるならば補正する第2の増幅器は、時間遅延に直面する第1の増幅器と同様の増幅器であることが可能であり、あるいは全く異なるタイプの増幅器であることも可能である。本発明の概念は、増幅器範囲の利得が望ましい利得レベル(すなわちチャネル当たり一定の利得レベル)に保たれることを確実化することを、少なくとも部分的に指向している。すなわち、本発明は増幅器範囲の中に残っているチャネルが直面する利得がシステムの中で(複数)チャネルの消失または追加といった過渡変化事象によって影響されないことを確実化することを、少なくとも部分的に指向している。
以上は本発明の様々な実施形態を指向しているが、それらの基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他およびさらなる実施形態が考案される可能性がある。したがって、本発明の適切な範囲は添付の特許請求項に従って判定されるべきである。
従来のラマン増幅型光伝送システムを示すハイレベル・ブロック図である。 本発明の実施形態を含む図1のラマン増幅型光伝送システムの単一ラマン増幅器範囲を示すハイレベル・ブロック図である。 図2の単一ラマン増幅器範囲に使用するのに適したDCMポンプ・レーザ制御器の実施形態を示す図である。 ラマン・ポンプ・レーザのパワー調節から結果的に生じる増幅ファイバの利得変化に伴う遅延の範例となる関数を示すグラフである。 本発明の方法の一実施形態を示すフロー図である。 本発明の代替実施形態を含む増幅器範囲を示すハイレベル・ブロック図である。 第1のEDFAポンプのパワー調節から結果的に生じる第1のEDFAの利得変化に伴う時間遅延の範例となる関数を示すグラフである。 図6の増幅器範囲の第2のEDFAの範例となる出力を示すグラフである。

Claims (10)

  1. 増幅光伝送システム内の光学信号のパワーの過渡変化の検出に応答して、前記光伝送システムの増幅器の利得変化に付随する利得応答の時間遅延を補正するために少なくとも1つの増幅器の利得を変化させる工程を含む方法。
  2. パワーの過渡変化の検出に応答して、前記光伝送システムの信号パワーの変化を補正するために少なくとも1つの増幅器の利得を調節する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  3. 時間遅延に付随する前記利得変化が、パワーの過渡変化に起因する信号パワーの変化を補正するために前記少なくとも1つの増幅器の利得を調節することによって引き起こされ、したがって調節された少なくとも1つの増幅器の利得応答の時間遅延を補正するように少なくとも1つの増幅器の利得が変化させられる、請求項2に記載の方法。
  4. 前記少なくとも1つの増幅器が少なくとも1つのドープ・ファイバ増幅器を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記少なくとも1つのドープされたファイバの増幅器が二段エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器(EDFA)を含む、請求項4に記載の方法。
  6. パワーの過渡変化の検出に応答して、前記二段EDFAの第1の段の利得が前記光伝送システムの信号パワーの変化を補正するように調節され、かつ前記二段EDFAの第2の段の利得が前記第1の段の利得変化に付随する利得応答の時間遅延を補正するように変化させられる、請求項5に記載の方法。
  7. プログラム命令を記憶するためのメモリと前記命令を実行するためのプロセッサを含む装置であって、
    増幅光伝送システム内の光学信号のパワーの過渡変化の検出に応答して、増幅器の利得変化に付随する利得応答の時間遅延を補正するために少なくとも1つの増幅器の利得を変化させるように構成された装置。
  8. さらに、パワーの過渡変化の検出に応答して少なくとも1つの増幅器の利得を調節することで信号パワーの変化を補正するように構成された、請求項7に記載の装置。
  9. 増幅光伝送システムであって、
    伝播光学信号を増幅するための少なくとも1つの増幅器、
    前記少なくとも1つの増幅器をポンピングするための少なくとも1つの対応するポンプ、
    光学的特性を計測するために前記伝播光学信号の一部を引き出すための少なくとも1つの光学タップ、
    前記タップに由来する前記伝播光学信号の前記部分の光学的特性を計測するための少なくとも1つのモニタ、および
    前記ポンプへのパワーを調節するための少なくとも1つのポンプ制御器を含み、前記ポンプ制御器が、前記計測光学特性、プログラム命令を記憶するためのメモリ、および前記命令を実行するためのプロセッサを含み、それによって
    前記増幅光伝送システムの光学信号のパワーの過渡変化の検出に応答して前記少なくとも1つの増幅器の利得を変化させることにより、前記増幅光伝送システムの増幅器の利得変化に付随する利得応答の時間遅延を補正するように前記少なくとも1つの増幅器の利得を変化させる工程を実行するポンプ制御器を構成するシステム。
  10. 前記少なくとも増幅器が少なくとも1つのエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器(EDFA)を含む、請求項9に記載の増幅光伝送システム。
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