JP2012506626A - 光ネットワーク増幅器ノードとチャネルパワーの目減りを補償する方法 - Google Patents

Abstract

分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器中のラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワー低下を補償する方法（１０）が提供される。本方法では、分布ラマン増幅器がオフである時のエルビウム添加ファイバ増幅器の入力パワーに等しい入力パワーを有し、出力パワーがエルビウム添加ファイバ増幅器の出力パワーに等しいような分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器に等価な仮想増幅器に対して等価雑音指数が決められる（１２）。等価雑音指数に少なくとも部分的には依存している補償パワーが決定される（１４）。ハイブリッド増幅器によって増幅された光信号が所定の公称出力パワーと補償パワーを加算したトータル出力パワーを持つようにハイブリッド増幅器を制御するために制御信号が提供される（１６）。

Description

本発明は、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器を備えたハイブリッド増幅器におけるラマン増幅雑音により引き起こされたチャネルパワーのデプリーション（目減り）を補償する方法に関し、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器用の制御器と、光ネットワーク増幅器ノードに関する。

光通信ネットワークでは、長距離（１００ｋｍ以上）に亘る多チャネル光信号の伝送は、伝送中に受ける信号の減衰を補償するために、信号の光パワーを持ちあげるための光増幅器を用いることが必要である。各光増幅器の利得は、光増幅器の入力信号と出力信号の全パワーを監視し、トータル出力信号パワーと所定の、公称の（理想の）、トータル出力パワーとを比較することによって制御されるのが通常である。各光増幅器の動作は、トータル出力パワーが公称のトータル出力パワーにほぼ等しくなるように制御される。公称のトータル出力パワーは、多チャネル信号内の各チャネルの目標光パワーの和であり、光リンクまたはネットワークの設計要求に基づいて決められる。増幅プロセスの期間に、光増幅器は多チャネル光信号内へ雑音を導入してしまう。雑音パワーは、増幅器から出力される監視対象のトータル出力パワーの中で測定されることになる。それ故に、多チャネル光信号が増幅されて公称の全パワーに等しい全パワーを有するときに、監視されたトータル出力パワーの一部は実際には雑音であり、信号パワーではないので、各チャネルの実際のパワーは目標パワー未満である。その結果おこる、チャネルパワーの目標パワー以下への低下はチャネルパワーディプリーション（目減り）として知られる。

光伝送基盤によく用いられる光増幅器はエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と分布ラマン増幅器である。ラマン増幅器は、通常、ＥＤＦＡと一緒に、極端な例では単一スパンの非常に長いリンクや超長距離伝送のリンクを含む広い応用分野で用いられる。ラマン−ＥＤＦＡのハイブリッド増幅器から構成されている光ネットワーク増幅器ノードをラマン雑音の蓄積によるチャネルパワーディプリーションに対処するために最適に制御するという課題は、長いスパンも短いスパンも任意に混在し、最長の全光接続が可能でなければならない最近の再構成可能な伝送ネットワークでは決定的に重要となる。

米国特許出願公開第２００４／０１９０１２３号明細書

ラマン雑音によって引き起こされるチャネルパワー低下に対処する解決策は特許文献１に提案されているが、それは、フォトダイオードで直接測定することによってラマン雑音を考慮に入れるものである。しかしながら、これを行うためには、通信チャネルを遠隔地より遮断しなければならない。これは、設定の手続きを複雑にし、遠隔制御との共同プロセスを必要とする。さらに、例えば、励起源パワーを変えることにより、または、ラマンとＥＤＦＡの利得間の釣り合いを（手動でまたは、自動利得制御によって）調整するためにラマン利得を変えなければならないケースでは、雑音測定を行わなければならない。これは伝送に影響を与えることになる。

分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器内のラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワーの目減りを補償する改良方法を提供することが１つの目的である。改良された光ネットワーク増幅器ノードを提供することが更なる目的である。

本発明の第１の側面によれば、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器中のラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワーの目減りを補償する方法が提供される。本方法では、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器は、分布ラマン増幅器がオフのときのエルビウム添加ファイバ増幅器の入力パワーに等しい入力パワーとエルビウム添加ファイバ増幅器の出力パワーに等しい出力パワーを持つ等価的な仮想増幅器として考えられる。まず、仮想増幅器の等価雑音指数が決定される。次に、少なくとも部分的に等価雑音指数に依存する補償パワーが決定される。そこで、制御信号が、ハイブリッド増幅器によって増幅された光信号が所定の公称出力パワーと補償パワーを加算してなるトータル出力パワーを持つように、ハイブリッド増幅器を制御するために提供される。

本方法はラマン自然放出光雑音によって引き起こされるチャネルパワーの目減りによる性能上の損失無しに、多スパンリンクに分布ラマン−ＥＤＦＡ増幅を用いることを可能とする。

チャネルパワーの目減りを低減する利点は、最良のＯＳＮＲ（光信号対雑音比）が維持されることである。それ故、ラマン−ＥＤＦＡハイブリッド増幅器を含む光経路の最大到達距離の増大が実現される。さらなる利点は、偏波モード分散（ＰＭＤ）、色分散（ＣＤ）、非線形性およびファイバの計時変化のような伝送の劣化要因に対抗するために、より大きなシステムマージンを振り分けることができることである。換言すれば、本方法は、システムの到達距離を増大するために、またはより大きなシステムマージンを保持するために、利用者が（目減りペナルティのない）完全なＯＳＮＲを利用することを可能とする。

さらに、本方法は、ラマン−ＥＤＦＡハイブリッド増幅器内のチャネルパワー目減りに対抗するために従来技術で用いられた、遠隔通信を必要とするＯＳＮＲプリエンファシスのような、複雑なチャネルパワー等価方法を用いる必要なく、トラフィックノードでの簡単なチャネルパワーの設定を可能にする。

制御信号は、補償パワーがエルビウム添加ファイバ増幅器によって追加されるように、ハイブリッド増幅器を制御する信号であることが好ましい。このように、ラマン−ＥＤＦＡハイブリッド増幅器の設計のいかんによらず、また、利得制御または利得の釣り合いの戦略のいかんによらず、補償パワーは自動的に調整される。

仮想増幅器の等価雑音指数は、ハイブリッド増幅器を構成する分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器に対して確立された所定の雑音指数から決定してもよい。

分布ラマン増幅器は雑音指数ＮＦ_Ｒａｍを有し、エルビウム添加ファイバ増幅器は雑音指数ＮＦ_Ｅｄｆａを有し、分布ラマン増幅器はラマン利得Ｇ_Ｒａｍを有し、仮想増幅器は挿入損失Ｌ_Ｒを有し、等価雑音指数（ＮＦ_ＥＱ）はつぎの数式を用いて決定される。
ＮＦ_ＥＱ＝ＮＦ_Ｒａｍ＋（ＮＦ_Ｅｄｆａ／Ｇ_Ｒａｍ）Ｌ_Ｒ
分布ラマン増幅器の雑音指数は、好適には、ラマン利得と雑音の間の所定の関係を用いてラマン利得値から評価される。ラマン利得と雑音の間の解析的関係は、数値シミュレーションと、およびシミュレーションを測定結果にフィッティングすることとによって決定するのが好適である。

ラマン利得値は、分布ラマン増幅器の制御ユニットによって提供されてもよい。

本方法は、それ故に、ラマン利得と雑音の間の所定の関係を用いてラマン雑音を評価する方法に依存するので、雑音測定は何ら必要とはしない。

エルビウム添加ファイバ増幅器の雑音指数は、製造中またはその後に測定され、エルビウム添加ファイバ増幅器の制御ユニット内に蓄積されていてもよい。代替法としては、エルビウム添加ファイバ増幅器の雑音指数は、エルビウム添加ファイバ増幅器の雑音指数と利得との間の所定の関係を用いて、エルビウム添加ファイバ増幅器の利得値から入手してもよい。

本方法が、全等価雑音帯域を決定するステップをさらに備え、補償パワーが、等価雑音指数と、全（トータル）等価雑音帯域と、全（トータル）ラマン利得と、挿入損失と、およびエルビウム添加ファイバ増幅器における増幅されるべき光信号の入力パワーから決定されるのが好適である。

補償パワーは次の数式を用いて決定されるのが好適である。
ΔＰ＝１０ｌｏｇ_１０（１＋β（ＮＦ_ＥＱ・Ｇ／Ｌ_ｒ）／Ｐ_ｉｎ＿ｅ）
ここでβは全等価雑音帯域に依存し、Ｐ_ｉｎ＿ｅはエルビウム添加ファイバ増幅器における増幅されるべき光信号の入力パワーである。

補償パワーは、それ故に、ハイブリッド増幅器のエルビウム添加ファイバ増幅器によって入力パワーを監視することにより実時間で管理される。

全等価雑音帯域は、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器の設計中に評価されるのが好適であり、３２ナノメートルから３４ナノメートルの範囲にあるのが最も好適である。全等価雑音帯域は、それ故に、ハイブリッド増幅器の設計の過程で、実験データと適当にフィッティングすることによって評価でき、そして、望ましくは、ハイブリッド増幅器の動作寿命中は保持される。

ラマン利得は、正味（ネット）ラマン利得を含むのが好適である。

代替法としては、ラマン利得が概略（グロス）のラマン利得を含んでもよい。本方法は、等価雑音帯域を大き目に評価するステップをさらに備えてもよい。代替法としては、本方法は、全等価雑音帯域の値を決定するための次のステップをさらに備えてもよい。
ａ．概略のラマン利得値を用いて等価雑音指数を決定する。
ｂ．補償パワーを決定する。
ｃ．補償パワーを引き算して正味ラマン利得値を決定する。
ｄ．正味ラマン利得値を用いて等価雑音指数を決定する。
ｅ．補償パワーを決定する。
ｆ．全等価雑音帯域を決定する。
ステップｃからステップｅは少なくとも２回繰り返されるのが好適である。

本方法は、概略のラマン利得から補償パワーを引き算することによって正味ラマン利得を決定するステップをさらに備えてもよい。これは、ラマン利得の正確な手動設定を提供するため、またはラマン増幅器の正味ラマン利得を監視するために用いられてもよい。

本発明の第２の側面によると、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器のための制御器が提供される。制御器は、分布ラマン増幅器がオフの時のエルビウム添加ファイバ増幅器の入力パワーに等しい入力パワーとエルビウム添加ファイバ増幅器の出力パワーに等しい出力パワーを有するところの、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器に等価な仮想増幅器の等価雑音指数を決定するために構成されたプロセッサを備える。前記プロセッサは、また、少なくとも部分的には等価雑音指数に依存する補償パワーを決定するように構成される。前記プロセッサは、ハイブリッド増幅器によって増幅された光信号が所定の公称出力パワーと補償パワーを加算したトータル出力パワーを持つように、ハイブリッド増幅器を制御するための制御信号を提供するようにさらに構成されている。

前記プロセッサは、上記の方法ステップの任意のステップを実行するように構成されていてもよい。

本発明の第３の側面によれば、光ネットワーク増幅器ノードが提供される。前記光ネットワーク増幅器ノードは、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器を備える。前記光ネットワーク増幅器ノードは、エルビウム添加ファイバ増幅器の入力へ伝搬する光信号のパワーを決定するように構成された光信号パワー測定装置をさらに備える。前記光ネットワーク増幅器ノードは、本発明の第２の側面による増幅器制御システムと制御器をさらに備える。前記制御器は、増幅器制御システムへ制御信号を提供するように構成されたものである。前記増幅器制御システムは、増幅器ノードで増幅された光信号が所定の公称出力パワーと補償パワーを加算したトータル出力パワーを持つように、光ネットワーク増幅器ノードを制御するように動作できる。

前記光ネットワーク増幅器ノードはラマン自然放出光雑音によって引き起こされるチャネルパワー低下に起因する性能上の損失無しに多スパンリンクに用いることができる。

さらには、前記光増幅器ノードは、トラフィックノードでチャネルパワーの簡便な設定を可能にする。

前記増幅器制御システムは、エルビウム添加ファイバ増幅器の制御と監視システムと分布ラマン増幅器の制御と監視システムを備えた増幅器の制御と監視システムを備えるのが好適である。前記エルビウム添加ファイバ増幅器の制御と監視システムは、補償パワーの情報を受信し、所定の公称出力パワーと補償パワーを加算したトータル出力パワーを持つように光信号を増幅するためにエルビウム添加ファイバ増幅器を制御するように構成されるのが好適である。それ故に、ラマン−ＥＤＦＡハイブリッド増幅器の設計のいかんによらず、利得制御または利得の釣り合いの戦略のいかんによらず、前記光増幅器ノードは、補償パワーを自動的に調整するように動作する。

前記補償パワー制御システムは、光パワー測定装置から光信号パワーの情報を受け取るように構成されるのが好適である。

本発明の第４の側面によれば、上記の方法ステップの任意のステップを実行するためのプログラム符号を備えたコンピュータプログラム製品が提供される。

本発明の第５の側面によれば、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器用の制御器で入手可能なリソースにアクセスできるように実現された、コンピュータが読むことのできる手順書を有するデータキャリアが提供される。前記コンピュータが読むことのできる手順書は、制御器が上記の方法ステップの任意のステップを実行するようにさせる手順書を備える。

さて、本発明の実施形態を例示的な方法で、付属図面を参照して詳しく記述しよう。

図１は、本発明の第１の実施形態による、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器中のラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワー低下を補償する方法の流れ図である。 図２は、図１の方法に対して等価雑音指数ＮＦ_ＥＱを計算するための第１の組のステップの流れ図である。 図３は、図１の方法に対して等価雑音指数ＮＦ_ＥＱを計算するための別の組のステップの流れ図である。 図４は、図１の方法に対して補償パワーΔＰを計算するための１組のステップの流れ図である。 図５は、図１の方法に対して全等価雑音帯域を決定するために用いられる１組のステップの流れ図である。 図６は、（ａ）ラマン−エルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器の基本の概略的表現図であり、（ｂ）等価的な仮想増幅器である。 図７は、本発明の第２の実施形態による光増幅器ノードの概略的表現図である。

本発明の第１の実施形態は、図１から４に示すような、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器（ラマン−ＥＤＦＡ）中のラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワーディプリーションを補償する方法１０を提供するものである。

この実施形態の方法では、図６（ａ）に示すようなラマン−ＥＤＦＡ７０を図６（ｂ）に示すような、分布ラマン増幅器がオフの時のエルビウム添加ファイバ増幅器の入力パワーに等しい入力パワー（Ｐ_ｏｆｆ）とエルビウム添加ファイバ増幅器の出力パワーに等しい出力パワー（Ｐ_{ｏｕｔ＿ｅ}）を有する等価的な仮想増幅器８２として考える。ステップ１２で、仮想増幅器に対して等価雑音指数（ＮＦ_ＥＱ）が決定される。つぎに、ステップ１４で、補償パワーが決定される。これは、ラマン−ＥＤＦＡからのトータル出力パワーにおけるラマン雑音の影響を補償するために、ラマン−ＥＤＦＡによって増幅される光信号に加えられるべき光パワーの付加量であり、これによってラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワーの目減りを補償する。つぎに、ステップ１６で、ラマン−ＥＤＦＡに対する制御信号が、ラマン−ＥＤＦＡによって増幅される光信号が所定の公称出力パワーと補償パワーを加算して得られた和であるトータル出力パワーを持つように、ラマン−ＥＤＦＡを制御するために提供される。

等価雑音指数（ＮＦ_ＥＱ）は、図２に示す方法の各ステップを用いて、以下のように決定されてもよい。ラマン−ＥＤＦＡのエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）に対する雑音指数（ＮＦ_Ｅｄｆａ）は、この例で、ＥＤＦＡの制御器から得ることができる。ＮＦ_Ｅｄｆａは、ＥＤＦＡの製造過程で測定によって容易に得られ、または、その後に実験的に評価することもできる。それはＥＤＦＡの制御器の内部メモリ内に記憶したり、またはＥＤＦＡ制御器内に蓄積されたソフトウェアコード内に実装することができる。

ラマン利得値（Ｇ_Ｒａｍ）は、ラマン−ＥＤＦＡのラマン増幅器の制御器から得られる。これは、概略のラマン利得すなわち、増幅中に信号に加わるラマン増幅器の利得とラマン増幅雑音を加算したものであってもよいし、または、正味ラマン利得すなわち、ラマン増幅雑音を含まないラマン増幅器の利得であってもよい。概略のラマン利得が用いられる場合は、以下に詳しく記述するように、更なる前段のステップが本方法に付加されることが必要である。ラマン利得は、ラマン利得を監視するための公知の方法を用いて得てもよい。この方法は当業者にはよく知られており、それ故ここでは記述しない。

雑音指数（ＮＦ_Ｒａｍ）が、Ｇ_ＲａｍとＮＦ_Ｒａｍとの間の所定の関係を用いてラマン増幅器に対して決定される２６。この例では、この関係はＧ_ＲａｍとＮＦ_Ｒａｍの間のつぎの解析的関係の形をとる。
ＮＦ_Ｒａｍ＝１０^Λ｛［０．００３１［１０Ｌｏｇ_１０（Ｇ_Ｒａｍ）］^２−０．２５９ｘ１０Ｌｏｇ_１０（Ｇ_Ｒａｍ）＋２．３］／１０｝
この解析的関係は測定とシミュレーションとから決定され、ラマン増幅器の設計要求に従って測定とシミュレーションの間の異なる精度のフィッティングが用いられてもよい。通常の多スパンのリンクの利得範囲（ラマン利得は１０ｄＢ‐２５ｄＢの範囲）では、ファイバの型やチャネルの数によるこの関係の変化は十分に微弱と考えられ、それ故、ファイバの型やチャネルの数が変わっても再計算する必要はない。

ＮＦ_Ｒａｍを決定するための上記の式は適当な関係の中のたった１つの例であり、別の使用目的のために異なる関係を解析的にまたは実験的に得ることもできる、ということは理解されるであろう。

Ｇ_ＲａｍとＮＦ_Ｒａｍの間の所定の関係は、代替法としては、Ｇ_ＲａｍとＮＦ_Ｒａｍの所定の関連値を含むルックアップテーブルの形態をとる。

等価雑音指数（ＮＦ_ＥＱ）は次式を用いて決定される。
ＮＦ_ＥＱ＝ＮＦ_Ｒａｍ＋（ＮＦ_Ｅｄｆａ／Ｇ_Ｒａｍ）Ｌ_Ｒ
ここで、Ｌ_Ｒ７４は、ラマンポンプ信号８８、９０がラマン増幅器７２のファイバ８４（すなわち、伝送ファイバ）に結合する点９８とＥＤＦＡ７６の入力との間にある光受動部品による挿入損失である。挿入損失はラマン−ＥＤＦＡの設計時に決定され、大きな影響を及ぼすことのないような操作の中での変動はほとんど受けないので固定値と考えることができる。

代替の実施形態では、等価雑音指数（ＮＦ_ＥＱ）は、図３に示したような、方法のステップの代替の１組を用いて以下のように決定してもよい。これらの方法のステップは、図２の方法のステップとほぼ同じであるが、以下の改良点がある。この代替の実施形態では、ＥＤＦＡの雑音指数（ＮＦ_Ｅｄｆａ）は、Ｇ_Ｅｄｆａの３つの異なる値で測定されたＮＦ_Ｅｄｆａの３つの校正値の間での直線フィッティングを適用して得られる解析的関係の形式にあるところの、ＮＦ_ＥｄｆａとＥＤＦＡの利得（Ｇ_Ｅｄｆａ）との間の所定の関係を用いて得られる。ＮＦ_Ｅｄｆａの校正値はＥＤＦＡのメモリ内に蓄積されている。各ＥＤＦＡに関して校正測定を実行することは、正確なＮＦ_Ｅｄｆａ値が各ＥＤＦＡに対して得られることを確実にする。

ＮＦ_ＥｄｆａとＧ_Ｅｄｆａとの間の関係を表す他の形式は、多項式によるフィッティングまたは解析的表現のような代替の方法で決定してもよい、ことは理解されよう。

代替法としては、所定の関係は、ＮＦ_ＥｄｆａとＧ_Ｅｄｆａの間の所定の関係値を含むルックアップテーブルを備える。所定の関係はＥＤＦＡの制御器内に蓄積される。

補償パワー（ΔＰ）は、図４に示したように、次式を用いて決定される。
ΔＰ［ｄＢ］＝１０ｌｏｇ_１０（１＋β（ＮＦ_ＥＱ・Ｇ_Ｒａｍ／Ｌ_Ｒ）／Ｐ_ｉｎ＿ｅ）
Ｐ_ｉｎ＿ｅは、全てのＥＤＦＡで日常的に監視されているＥＤＦＡへの全入力パワーであり、容易に入手できる。ＥＤＦＡへの全入力パワーを監視する方法は当業者にはよく知られており、ここで詳しく記述することはしない。

βは次式で与えられる。
β＝ｈｆ_０Ｂ_Ｎ
ここでｈプランクの定数であり、ｆ_０は増幅器帯域の中心の周波数であり、この例では１９４ＴＨｚである。Ｂ_Ｎはラマン−ＥＤＦＡの全等価雑音帯域であり、これは実験データとモデルとの間に最小自乗フィッティングを適用してラマン−ＥＤＦＡの設計時に評価できる、それ故に固定値であると考えることができる。この例では、Ｂ_Ｎがほぼ３４ｎｍとして実験データの良きフィッティングが得られた。

ラマンとＥＤＦＡの利得が確定されると、補償パワーを決定するための唯１つの変数はＥＤＦＡへの全入力パワーである。それ故に、ラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワー低下は、ＥＤＦＡへの全入力パワーＰ_ｉｎ＿ｅを監視し、それによって補償パワーを決定することにより、ラマン−ＥＤＦＡのＥＤＦＡによって実時間で管理できる。

補償パワーに対する数式は次のように得られる。

平均の信号利得がＧｓである仮想のラマン−ＥＤＦＡハイブリッド増幅器によって発生される全雑音パワーＮ_Ｔは次式で計算される。
Ｎ_Ｔ＝ｈｆ_０Ｂ_Ｎ（Ｇｓ‐１）ＮＦ_ＥＱ≒β・Ｇｓ・ＮＦ_ＥＱ‐‐‐‐（１）
ここで、
β＝ｈｆ_０Ｂ_Ｎ‐‐‐‐（２）
ｈはプランクの定数、ｆ_０は増幅器帯域の中心周波数である（たとえば、１９４ＴＨｚ）。それ故に、βは全等価雑音帯域Ｂ_Ｎだけに依存する。

ラマン−ＥＤＦＡの等価雑音指数は次式で与えられる。
ＮＦ_ＥＱ＝ＮＦ_Ｒａｍ＋（ＮＦ_Ｅｄｆａ／Ｇ_Ｒａｍ）Ｌ_Ｒ‐‐‐‐（３）
仮想のハイブリッド増幅器にとっては、全信号利得Ｇｓは次式で与えられる出力パワーＰ_{ＯＵＴ＿ｅ}を要する。
Ｐ_{ＯＵＴ＿ｅ}＝Ｇｓ・Ｐ_ＯＦＦ＋Ｎ_Ｔ
＝Ｇｓ・Ｐ_ＯＦＦ＋β・Ｇｓ・ＮＦ_ＥＱ
＝Ｇｓ・Ｐ_ＯＦＦ＋β・Ｇｓ・ＮＦ_ＥＱ‐‐‐‐（４）
ラマン増幅雑音の発生を無視した時に設定されるであろう公称のＰ_{ＯＵＴ＿ｅ}（Ｐ_{ＯＵＴ＿ｅ＿ｎｏｍ}）は次式となる。
Ｐ_{ＯＵＴ＿ｅ＿ｎｏｍ}＝Ｇｓ・Ｐ_ＯＦＦ‐‐‐‐（５）
それ故に、ｄＢで表わしたパワー修正値は、比Ｐ_{ＯＵＴ＿ｅ}／Ｐ_{ＯＵＴ＿ｅ＿ｎｏｍ}の対数をとることによって評価できる。
ΔＰ［ｄＢ］＝１０ｌｏｇ１０｛１＋（β・ＮＦ_ＥＱ／Ｐ_ＯＦＦ）｝‐‐‐‐（６）
ここで、
Ｐ_ＯＦＦ＝（Ｐ_ｉｎ＿ｅ／Ｇ_Ｒａｍ）Ｌ_ｒ
補償パワーΔＰは、それ故に、次のように書き換えることができる。
ΔＰ［ｄＢ］＝１０ｌｏｇ１０（１＋β（ＮＦ_ＥＱ・Ｇ_Ｒａｍ／Ｌ_Ｒ）／Ｐ_ｉｎ＿ｅ）‐‐‐‐（７）
補償パワーΔＰは、ラマン増幅器の概略の利得（すなわち、ラマン増幅器の雑音をふくむ信号に与えられた全利得）を用いても、または、ラマン増幅器の正味の利得（すなわち、増幅器の雑音を含まない信号利得）を用いても決定することができる。正味のラマン利得の場合には、補償パワーΔＰは上記のように決定される。概略のラマン利得の場合には、等価雑音帯域数Ｂ_Ｎを決定し、そこから次にβを決定するために、次に示すような更なる方法のステップが必要となる。

１つの方法では、概略のラマン利得が、等価雑音指数ＮＦ_ＥＱを上記したように決定するために用いられ、等価雑音帯域Ｂ_Ｎは大きめに評価される。（正味の利得より大きな）概略のラマン利得を用いると小さめのＮＦ_ＥＱ値を与え、この影響は等価雑音帯域を増すことで補償される。この例では、正しい３２ｎｍではなく３４ｎｍという等価雑音帯域が用いられる。

代替の方法では、図５に示すように、概略のラマン利得が等価雑音指数ＮＦ_ＥＱを上記したように決定するために用いられ、等価雑音帯域Ｂ_Ｎは等価雑音指数と補償パワーの計算を以下のように繰り返すことによって決定される。

ＥＤＦＡの利得値（Ｇ_Ｅｄｆａ）が得られ、ＥＤＦＡの雑音指数（ＮＦ_Ｅｄｆａ）が上記したようなＧ_ＥｄｆａとＮＦ_Ｅｄｆａの間の所定の関係を用いて決定される５２。Ｇ_ＥｄｆａはＥＤＦＡの制御器から得られる。

概略のＧ_Ｒａｍ値がラマン制御器から得られ５４、ＮＦ_Ｒａｍが上記した解析的関係を用いて決定される５６。

ＮＦ_ＥＱが上記したように決定され５８、補償パワーΔＰが上記したように決定される１４。つぎに、正味のＧ_Ｒａｍ値が概略のＧ_ＲａｍからΔＰを引き算することによって決定される６２。つぎに、正味のＧ_Ｒａｍ値はＮＦ_Ｒａｍの新しい値を決定するために用いられ５６、ＮＦ_ＥＱとΔＰの新しい値が決定される５８、１４。つぎに２回目の繰り返しが実行され、正味のＧ_Ｒａｍ６２、ＮＦ_Ｒａｍ５６、ＮＦ_ＥＱ５８およびΔＰ１４の更なる値の組を決定する。ΔＰが少なくとも２回繰り返されるや６０、ΔＰの最後の値がβとＢ_Ｎとを決定するために用いられ、これらの値は、次回に上記した方法のステップを用いて更なるΔＰ値を決定する目的で用いるために蓄積される６４。

本発明の第２の実施形態は図７に示すような光ネットワーク増幅器ノード１２０を提供する。

光ネットワーク増幅器ノード１２０は、分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器からなるハイブリッド増幅器（ラマン−ＥＤＦＡ）７０と、増幅器制御システム１０２、１０４と、光信号パワー測定装置１０６、１０８と、制御器１１０とを備える。

ラマン−ＥＤＦＡ７０は分布ラマン増幅器７２とエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）７６を備える。ラマン増幅器７２は、この例では、伝送線路８４を含む増幅器ファイバとラマン励起源８６とを備える。ラマン励起源８６は、第１の波長λ_１で動作する２つポンプレーザ（ＰＬ）８８と第２の波長λ_２で動作する２つポンプレーザ９２とを備える。ポンプレーザ８８、９２からの光出力は、それぞれ、ポンプ結合器（ＰＣ）９２と波長分割多重信号結合器（ＷＤＭ）９４によって単一のポンプ信号（Ｐ）９６へと結合し、それは第２のＷＤＭ９８を経由して伝送線路８４へと逆伝搬方向ポンプ構成で結合する。ここに記した２波長ポンプ構成ではない他のポンプ構成を用いてもよく、特に単一ポンプ波長を用いてもよく、単一の励起源または、各波長に対して任意の数の励起源をもつ３つ以上のポンプ波長を用いてもよい、ということは理解されるであろう。励起源は、記述したのとは異なる様式で結合されてもよい。

光増幅器ノード１２０を通って伝搬する信号（Ｓ）は、ラマン増幅器７２からＥＤＦＡ７６へ信号配送ファイバ１００を経由して配送される。伝送ファイバ８４へのラマンポンプ結合の位置とＥＤＦＡ増幅器７６の入力との間に位置する受動光部品による挿入損失Ｌ_Ｒは、ラマン−ＥＤＦＡ７０の設計時に決めることができ、ラマン−ＥＤＦＡ７０の動作中は、影響が無視できる程度のわずかの変化しかしないので固定であると考えることができる。

光信号パワー測定装置は、ＥＤＦＡ７６への入力の前に配送ファイバ１００中に備えられた信号タップ１０６と光検出器（ＰＤ）１０８とを備える。信号タップ１０６はラマン増幅器７２から受け取った光信号（Ｓ）の１部分を取り出し、光検出器１０８で測定して、ＥＤＦＡへの入力側での信号Ｓの光パワー（Ｐ_ｉｎ＿ｅ）を決定するために用いられる。第２の信号タップ１１２と第２の光検出器１０８を備えている第２の光信号パワー測定装置は、ラマン−ＥＤＦＡ７０からの出力線８０内に備えられていて、同様にＥＤＦＡ７６からの出力パワー（Ｐ_{ｏｕｔ＿ｅ}）の値を得るように動作する。

増幅器制御システムは、ラマン増幅器のための制御器１０２とＥＤＦＡのための制御器１０４を備える。

制御器１１０は、ラマン−ＥＤＦＡ７０に等価な仮想増幅器の等価雑音指数を決定するために構成されたプロセッサを備える。仮想増幅器は、ラマン増幅器７２がオフの時のＥＤＦＡ７６の入力パワーに等しい入力パワーと、ＥＤＦＡ７６の出力パワーに等しい出力パワーとを有する。プロセッサは、少なくとも部分的には等価雑音指数に依存する補償パワーを決定し、ラマン−ＥＤＦＡ７０によって増幅された光信号が所定の公称出力パワーと補償パワーを加算したトータル出力パワーを有するようにラマン−ＥＤＦＡ７０を制御するための制御信号を提供する。

プロセッサは第１の実施形態の方法を実施するように構成されている。この例では、プロセッサは、制御器１１０上で入手可能なリソースにアクセスをするためにコンピュータが読むことのできる手順書が内蔵されているランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むマイクロプロセッサユニットを備える。コンピュータが読むことのできる手順書は、制御器１１０に第１の実施形態の方法のステップを実行させる手順書を備える。

プロセッサは、この例のようにマイクロプロセッサを含む、単一のプロセッサまたは多数のプロセッサとして、あるいは任意のデジタルまたはアナログ回路またはプロセスユニットまたは要素として実現されてもよい、ということは理解されよう。

光ネットワーク増幅器ノード１２０は、ネットワーク計画が大いに単純化されるのでノード構成（純粋なＥＤＦＡかまたはラマン−ＥＤＦＡのハイブリッドか）およびスパン損失（非常に短い場合の−１５ｄＢから非常に長距離の場合の−５０ｄＢ）の任意の組み合わせに対して、実際のチャネルパワーが所望の公称の（目標）チャネルパワーにほぼ等しく維持される光ネットワークが比較対象になりうることを可能にする。

上記の実施形態は、ラマン自然放出光雑音によって引き起こされるチャネルパワー低下による特性上の損失無しに多スパンリンクに分布ラマン−ＥＤＦＡ増幅を用いることを可能にする。

チャネルパワー低下を低減することの利点は最良のＯＳＮＲ（光信号対雑音比）を保存することである。それ故に、ラマン−ＥＤＦＡハイブリッド増幅器を含む光経路の最大到達範囲を増加させることができる。更なる利点は、偏波モード分散（ＰＭＤ）、色分散（ＣＤ）、非線形性およびファイバの計時変化のような伝送特性の劣化要因に対抗するために、より大きなシステムマージンを振り分けることができることである。換言すれば、本方法は（低下ペナルティ無しに）ＯＳＮＲの全てを利用してシステムの到達距離を増加させ、或いはより多くのシステムマージンを保持することを可能にする。

さらには、上記の方法はトラフィックノードでの簡単なチャネルパワー設定を可能にする。

上記の方法は、ラマン利得と雑音の間の解析的な関係によるラマン雑音評価法に依存しているので、いかなる雑音測定も必要とはしない。

公称のパワーに付加されるべき補償パワーは局所的ノードのＥＤＦＡ区画にのみ印加される。このように、ラマン−ＥＤＦＡの設計がどうであれ、また、利得制御または利得の釣り合いの戦略がどうであれ、補償パワーは自動的に調整可能である。

Claims (21)

1. 分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器とを組み合わせたハイブリッド増幅器においてラマン増幅雑音によって引き起こされるチャネルパワーの目減りを補償する方法であって、
   前記ハイブリッド増幅器と等価の仮想増幅器についての等価雑音指数を決定し、前記分布ラマン増幅器がオフにされるときは前記仮想増幅器の入力パワーを前記エルビウム添加ファイバ増幅器の入力パワーと等しくなるようにし、前記仮想増幅器の出力パワーを前記エルビウム添加増幅器の出力パワーと等しくなるようにするステップと、
   少なくとも前記等価雑音指数に基づいて補償パワーを決定するステップと、
   前記ハイブリッド増幅器によって増幅される光信号のトータル出力パワーが、予め定められた公称の出力パワーと前記補償パワーとの和に等しくなるように、前記ハイブリッド増幅器を制御する制御信号を供給するステップと
   を有することを特徴とする方法。
2. 前記制御信号は、前記補償パワーが前記エルビウム添加ファイバ増幅器において加算されるように前記ハイブリッド増幅器を制御する信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記仮想増幅器についての前記等価雑音指数は、前記分布ラマン増幅器と前記エルビウム添加ファイバ増幅器とについて確定している所定の雑音指数から決定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記分布ラマン増幅器の雑音指数をＮＦ_Ｒａｍとし、前記エルビウム添加ファイバ増幅器の雑音指数をＮＦ_Ｅｄｆａとし、前記分布ラマン増幅器のラマン利得をＧ_Ｒａｍとし、前記仮想増幅器の挿入損失をＬ_Ｒとすると、
   前記等価雑音指数をＮＦ_ＥＱは、以下の式
   ＮＦ_ＥＱ＝ Ｆ_Ｒａｍ＋（ＮＦ_Ｅｄｆａ／Ｇ_Ｒａｍ）Ｌ_Ｒ
   から決定されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記分布ラマン増幅器の前記雑音指数は、ラマン利得と雑音との間にある所定の関係を利用して前記ラマン利得の値から確定していることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記ラマン利得の値は、前記分布ラマン増幅器を制御する制御ユニットから供給されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記エルビウム添加ファイバ増幅器の前記雑音指数は、前記エルビウム添加ファイバ増幅器の雑音指数と利得との間にある所定の関係を利用して、前記エルビウム添加ファイバ増幅器の利得の値から取得されることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. トータルでの等価雑音帯域幅を決定するステップをさらに備え、
   前記補償パワーは、前記等価雑音指数と、前記トータルでの等価雑音帯域幅と、前記ラマン利得と、前記挿入損失と、増幅対象の光信号についての前記エルビウム添加ファイバ増幅器における入力パワーとから決定されることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記補償パワーΔＰは、以下の式により決定され、
   ΔＰ＝１０・ｌｏｇ_１０（１＋β（（Ｎ_ＦＰ・Ｇ_Ｒａｍ／Ｌ_Ｒ）／Ｐ_ｉｎ＿ｅ））
   ここで、βは前記トータルでの等価雑音帯域幅に依存した値であり、Ｐ_ｉｎ＿ｅは前記増幅対象の光信号についての前記エルビウム添加ファイバ増幅器における前記入力パワーであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記トータルでの等価雑音帯域幅は、３２ｎｍから３４ｎｍまでの範囲であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記ラマン利得は、ネットでのラマン利得であることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ラマン利得は、グロスでのラマン利得であり、
    前記方法は、
    前記トータルでの等価雑音帯域幅を多めに見積もるステップ
    をさらに有することを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記ラマン利得は、グロスでのラマン利得であり、
    前記方法は、前記トータルでの等価雑音帯域幅を決定するために、
    ａ．グロスのラマン利得の値を使用して前記等価雑音指数を決定するステップと、
    ｂ．前記補償パワーを決定するステップと、
    ｃ．前記補償パワーを減算することによってネットのラマン利得の値を決定するステップと、
    ｄ．前記ネットのラマン利得の値を使用して前記等価雑音指数を決定するステップと、
    ｅ．前記補償パワーを決定するステップと、
    ｆ．前記トータルでの等価雑音帯域幅を決定するステップと
    を実行することを特徴とする請求項４ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ｃ.のステップから前記ｅ．のステップは少なくとも２回は実行されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器とを組み合わせたハイブリッド増幅器を制御する制御装置であって、
    前記制御装置は、プロセッサを備え、
    前記プロセッサは、
    前記ハイブリッド増幅器と等価の仮想増幅器についての等価雑音指数を決定し、前記分布ラマン増幅器がオフにされるときは前記仮想増幅器の入力パワーを前記エルビウム添加ファイバ増幅器の入力パワーと等しくなるようにし、前記仮想増幅器の出力パワーを前記エルビウム添加増幅器の出力パワーと等しくなるようにし、
    少なくとも前記等価雑音指数に基づいて補償パワーを決定し、
    前記ハイブリッド増幅器によって増幅される光信号のトータル出力パワーが、予め定められた公称の出力パワーと前記補償パワーとの和に等しくなるように、前記ハイブリッド増幅器を制御する制御信号を供給する
    ことを特徴とする制御装置。
16. 光ネットワーク増幅器ノードであって、
    分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器とを組み合わせたハイブリッド増幅器と、
    増幅器制御システムと、
    前記エルビウム添加ファイバ増幅器の入力へと伝搬する光信号のパワーを決定する光信号パワー測定装置と、
    請求項１５に記載の制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、制御信号を前記増幅器制御システムに供給し、
    前記増幅器制御システムは、前記光ネットワーク増幅器ノードにおいて増幅される光信号のトータルでの出力パワーが、予め定められた公称での出力パワーと前記補償パワーとの和に等しくなるように、前記光ネットワーク増幅器ノードを制御することを特徴とする光ネットワーク増幅器ノード。
17. 前記増幅器制御システムは、増幅制御監視システムを備え、
    前記増幅制御監視システムは、前記エルビウム添加ファイバ増幅器を制御および監視するエルビウム添加ファイバ増幅器制御監視スステムと、前記分布ラマン増幅器を制御および監視する分布ラマン増幅器制御監視システムとを備えることを特徴とする請求項１６に記載の光ネットワーク増幅器ノード。
18. 前記エルビウム添加ファイバ増幅器制御監視スステムは、補償パワー情報を受信し、前記エルビウム添加ファイバ増幅器を制御して、光信号を増幅させ、前記光信号のトータルでの出力パワーが予め定められた公称での出力パワーと前記補償パワーとの和に等しくなるようにすることを特徴とする請求項１７に記載の光ネットワーク増幅器ノード。
19. 前記増幅器制御システムは、光信号パワー情報を前記光信号パワー測定装置から受け取ることを特徴とする請求項１６ないし１８のいずれか１項に記載の光ネットワーク増幅器ノード。
20. 請求項１ないし１４のいずれか１項に記載された方法をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
21. 分布ラマン増幅器とエルビウム添加ファイバ増幅器とを組み合わせたハイブリッド増幅器を制御する制御装置に、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載された方法を実行させるコンピュータプログラムを記憶したことを特徴とするデータ搬送媒体。