JP4136043B2 - 光伝送システムおよび光伝送システムにおける光信号の光パワー制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学伝送システムにおいて光信号を伝送する方法および装置に関する。さらに詳細には、光学伝送システムのコンポーネントを構成する光伝送媒体において発生する非線形現象に起因する光信号の特性劣化を防止して最適なパワーでの伝送を行う光信号の伝送方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムにおいては、導波路を介して受信される光信号中のビットエラー率を許容可能な低レベルとするため、信号が伝送される距離に渡ってノイズに対して十分な信号レベルを維持することが必要とされ、そのために光導波路を介して伝送される光信号は高いパワーレベルとすることが望まれている。しかし、光ファイバのような光導波路は、ハイパワーレベルにおいて非線形効果をもたらす光伝送媒体を含み、その結果、光信号の特性劣化を招くこととなる。また非線形効果は、システム中の光ターミナルにおいて、光増幅器のようなコンポーネントの光伝送媒体中でも同様に発生しうる。一般的に、伝送される光信号の最適パワーレベルは、非線形性に起因する重大な特性劣化を発生させない最大パワーレベルとされる。各種の光伝送媒体を有するシステム中の各光コンポーネントのパフォーマンスは、動作コンディションや経年変化、あるいはコンポーネントのリプレイス等によって変化するため、システムを構築する際は、所定の安全マージンを確保した上で最大パワーレベルがセットされる。従って、実際の光伝送システムの動作は最適パワーレベルより低レベルで行われることが多い。
【０００３】
さらなる問題点として、光伝送システムの一部を構成する個々の光コンポーネントは突然のあるいは徐々に発生するパフォーマンス低下を許容し得るように設計されており全体的な故障の発生を防止できても、例えば非線形現象の発生によるシステムパフォーマンスの許容できない低下が発生することがあるということである。このような場合、一般的に欠陥のあるコンポーネントを検出するのは困難である。
【０００４】
非線形現象を検討する上で考慮すべきことは、特に、各周波数チャネルが他の周波数チャネルの各対に関連した４光波混合によって潜在的に乱されるような間隔を持つ基本的に固有の周波数チャネルに分割された複数の周波数チャネルを有するＷＤＭ（波長分割多重：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）光伝送システムにおける４光波混合現象における影響である。
【０００５】
図２の（ａ）に示す例は、それぞれが周波数ω₁、ω₂、ω₃、およびω₄を有する４チャネルによる伝送が等しいパワーで実行されている例を示すものである。
【０００６】
ω₂とω₃チャネルの光子相互作用のみを考慮すると、４光波混合現象は以下の式によって示される。
【０００７】
【数１】
ω₁＝２ω₂−ω₃＝ω₂−△ω．．．．．．（１）
ω₄＝２ω₃−ω₂＝ω₃＋△ω．．．．．．（２）
ただし、△ωは、チャネル間の周波数差である。
【０００８】
ω₂とω₃チャネルの光子間の４光波混合によって、周波数ω₁とω₄用は、図２（ｂ）に示すように変化する。すなわち、チャネルω₂とω₃のパワー低下と、ω₁とω₄の波長バンド近傍の干渉である。
【０００９】
非線形現象を検討した文献として“非線形ファイバ・オプティクス”第２版、Ｇｏｖｉｎｄ Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ著，１９９５刊、があり、特に４光波混合を扱った第１０章を参照されたい。また、４光波混合現象に関連する問題を扱ったものとしてＵＳＰ５，４１０，６２４がある。ここでは、干渉を防止するために異なる波長チャネル間隔を用いた構成を提案している。また、光パワーレベルの増加と非線形問題とを検討しているＵＳＰ５，４２０，８６８では、誘導ブリュアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を抑制する光ビーム成分の増幅および位相変調について提案している。システムにおけるすべての特性劣化の累積効果は、ＵＳＰ４，８２３，３６０に開示されているように視覚観察によっても判定できる。しかし、個々のソースにおける特性劣化を視覚によって判別することはできない。
【００１０】
ＵＳＰ５，５１２，０２９は、各信号波長チャネルが高速データストリームと各々の低速小振幅ディザ（ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ，ｓｍａｌｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｄｉｔｈｅｒ）信号とによって変調を行う構成による光信号変調方式を開示している。ディザ信号はパフォーマンス・モニタ装置のデジタル相関技術によって識別可能な相互直行疑似ランダム・シーケンスである。光伝送システムのコンポーネントのパフォーマンスにおけるランダムノイズ・プロセスの影響を、受信光信号のモニタ、すなわちデコード・ディザ信号の変調深度（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）と伝送ディザ信号の変調深度とを比較することによって計測することができる。従ってシステム・コンポーネントの欠陥は、ディザ変調深度のモニタによって得られるノイズ計測の信号中の変化を観察することによって検出可能である。
【００１１】
しかし、上述の従来技術においては、非線形現象生成の具体的な検知については何ら開示していない。さらに、上述のいずれの従来技術も光伝送システムにおける非線形現象のモニタリングおよび制御に関する十分な技術を開示していない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、光伝送システムにおいて、非線形現象に起因して発生する光信号の特性劣化を検出する光信号のモニタを実行する装置および方法を提供することを目的とする。
【００１３】
さらに、この発明は非線形現象発生による影響を防止するための光信号のパワー制御方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明において開示される光伝送システムは、複数の光ターミナルと、光ターミナルを接続し光信号を伝送可能な光導波路とを有し、光導波路と光ターミナルの少なくともいずれかは、光信号のハイパワーレベルにおいて非線形現象を奏する光伝送媒体を有し、少なくとも１つの光ターミナルは、光伝送媒体中で発生する非線形現象に整合して発生する光信号の特性劣化をモニタし、特性劣化状態を示すモニタ・データを出力可能なモニタ手段を有することを特徴とする。
【００１５】
この発明の説明において、光ターミナルはトランスミッタ、受信機、リピータ他の処理エレメント等、伝送手段を接続する各種の機器を含み、特に光増幅器を有するシステムにおけるエレメントを含むものである。
【００１６】
この発明の光伝送システムの好ましい実施形態において、光ターミナルは、モニタ・データに応答し、特性劣化の検出を示すアラーム指示を送出可能なアラーム指示手段を有する。
【００１７】
このような１つまたは複数のアラームを有するシステムにおいては、オペレータに対して、モニタリングシステムの監視下にある光伝送媒体を有するコンポーネントの調査あるいは調整、修理の必要性を警告することが可能となる。
【００１８】
アラーム指示手段は、遠隔あるいはローカルアラームとして構成してもよい。
【００１９】
モニタ・データは、光信号のパワーレベルを制御可能な制御手段に入力することが可能である。この構成により、非線形現象が検出された場合、非線形現象の生成がモニタ・データにおいて検出されなくなるまでパワーレベルを低下させることができる。このようにして、低パワーレベルにおける動作による効果によって伝送データの完全性を維持することが可能となる。
【００２０】
好ましくは、モニタ手段は４光波混合現象の発生を検出可能な構成を有する。実質的に固有の周波数チャネル間隔によって分離された単一の周波数チャネルの複数によって多重送信され、波長分割によって光信号が伝送される場合は、モニタ手段は、少なくとも１つの周波数チャネルにおける４光波混合現象の発生を検出可能な構成を有することが好ましい。
【００２１】
一般的に広く普及しているデータ伝送規格は、実質的に固有の周波数チャネル間隔を要求する構成が多く、このために４光波混合現象が隣接する周波数チャネル間の干渉やクロストークを起こすということが顕著な問題となっている。このようなプロセスのモニタによりアラームを供給したり、パワー制御フィードバックを行う本発明の構成は、伝送データの完全性や、チャネル分離の保証という意味で重要な優位性をもたらす。
【００２２】
本発明の好適な実施例において、光伝送システムは、単一周波数チャネルを高速データ・ストリームによって変調可能な信号変調手段と、単一周波数チャネルを個々の低速小振幅ディザ信号によって変調するディザ変調手段とを有する。
【００２３】
上述のディザ変調の効果は、４光波混合現象に起因するクロストークやクロスチャネル干渉の発生の際に、受信光信号の相関プロセスによって検出可能なマーカーを、伝送周波数チャネルの各々に対して供給することである。
【００２４】
さらに本発明の好適な実施例において、モニタ手段は、光伝送媒体を介して伝送された光信号の光信号サンプルを検出可能なサンプリング手段を有し、さらに光信号サンプルと、４光波混合のディザ変調を示す参照データとの相関により、モニタ・データを構成する相関値を生成可能なプロセッサを有する。
【００２５】
さらに本発明の好適な実施例において、上記の参照データは個々のディザ信号にコード化された疑似ランダムシーケンスから得られるスペクトル・テンプレートを少なくとも１つ有している。
【００２６】
さらに、この発明は光伝送システムにおいて、光信号の光学的パワーを制御する方法を開示するものである。この光学的パワー制御方法は、光信号のハイパワーレベル時に非線形現象を引き起こす光伝送媒体中に光信号を伝導させ、可変ゲイン装置の動作に基づいて光信号のパワーを決定し、光伝送媒体中で発生する非線形現象に整合して発生する光信号の特性劣化を検出するためにモニタ手段によって光信号をモニタし、上記特性劣化を示すモニタ・データをモニタ手段から出力し、モニタ・データの示す特性劣化のレベルが所定のリミット内になるようにモニタ・データに応じて可変ゲイン装置の動作を制御手段によって制御するステップを有する。
【００２７】
さらに、この発明は光伝送システム中で使用可能なモニタ装置を開示するものである。この発明のモニタ装置は、サンプルデータを供給するために受信光信号のサンプルを行うサンプリング手段と、サンプルデータを受信光信号中に出現する４光波混合現象の発生を示す参照データと相関させるプロセッサと、４光波混合現象の発生検出を示すモニタ・データを出力する出力手段とを有する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。図１に本発明の光伝送システムのブロック図を示す。図１に示すように本発明の光伝送システム１は、第１光ターミナル２、第２光ターミナル３を有し、第１光ターミナル２、第２光ターミナル３は、単一モード光ファイバによって構成される光導波路４によって接続されている。光導波路４はシリカ（ｓｉｌｉｃａ）ドープ構成を有する光伝送媒体６中に光信号５を伝送させる。
【００２９】
第１光ターミナル２は、単一周波数成分信号８，９，１０，１１をコンバインして光信号５を生成するマルチプレクサ７を有している。単一周波数コンポーネントは、図２の（ａ）に示すように、それぞれ周波数ω₁、ω₂、ω₃、およびω₄を有する。これら各周波数は、基本的に同一の周波数間隔△ωによって分離されている。単一周波数成分信号８〜１１の振幅は、その各々がコントローラ１６によって制御される可変ゲイン伝送コンポーネント１２，１３，１４，１５によって制御される。可変ゲイン伝送コンポーネント１２〜１５の各々はＯＣ−１９２スタンダード・デジタル伝送階層に準拠した１０ｍｗａｔｔｓ、１０Ｇｂｉｔｓ／ｓｅｃの信号伝送を実行するように調整されたソースを有する。
【００３０】
第２光ターミナル３は、光信号５を受信するためのレシーバ１７、受信された光信号５中における、光伝送媒体６中で発生した非線形現象に整合する光信号の特性劣化を検出し、計量するモニタ１８を有する。４光波混合による特定の非線形現象を検出する際のモニタ１８の動作に関する具体例については図３〜６を参照して以下で詳細に説明する。
【００３１】
モニタ１８はコントローラ１６と通信可能に設定され、モニタ・データ１９を供給する。その際、モニタ・データは第２光ターミナル３から第１光ターミナル２へ転送される他の光信号（図示せず）の付加ビットにコード化されて送信される。
【００３２】
モニタ１８は、さらにローカル・アラーム指示器２０に接続されている。ローカル・アラーム指示器２０は受信される光信号５中の非線形現象の検出が所定のスレッショルド・レベル（限界値）を超えた場合にオペレータに対してアラーム指示を行うものである。
【００３３】
モニタ・データ１９はリモート・アラーム指示器２１にも通知される。本実施例においてリモート・アラーム指示器２１は第１光ターミナル２中に位置している。リモート・アラーム指示器２１も、また受信される光信号５中の非線形現象の検出が所定のスレッショルド・レベルを超えた場合にオペレータに対してアラーム指示を行うものである。
【００３４】
コントローラ１６は、非線形現象による信号特性劣化がモニタ１８によって検出された場合に、可変ゲイン・トランスミッタ１２−１５のゲインを下げるようにプログラムされたマイクロ・コントローラを有する。この構成により、光信号５の伝送パワーレベルは非線形現象が検出されない状態まで、あるいは所定のスレッショルド・レベル内の許容範囲内となるまで低下させられる。このような構成により、光伝送システム１は、本来のデザイン仕様の範囲外のパワーレベルでの動作において最適なパワーレベルとしての動作を達成することもある。これは、最適パワーレベルが超過している場合には非線形現象の発生が検出されパワーが低下させられるからである。
【００３５】
以下、図３を参照して４光波混合による特有な非線形現象のモニタについて詳述する。図中の参照番号については、先行する図面中の対応する同様の機器については同一番号を付している。図３において、光伝送システム１は、第１光ターミナル２および第２光ターミナル３を有しており、これらは基本的に等しい周波数間隔△ωによって分離された周波数チャネルω₁、ω₂、ω₃、およびω₄を有するＷＤＭ光信号５を伝送する光導波路４によって接続されている。
【００３６】
第１光ターミナル２は、それぞれがチャネルω₁、ω₂、ω₃、およびω₄を供給するトランスミッタ１２，１３，１４および１５を有する。トランスミッタの各々は、半導体レーザによって構成される光源２２、光源２２からの出力を変調する光変調器２３、さらに高速データ変調を達成させるために光変調器２３に対して適切な電気信号を供給し、また光源２２における低速ディザ変調のための適切な電気信号を供給するラインエンコーダ２４を有する。
【００３７】
ラインエンコーダ２４は、チャネルω₁、ω₂、ω₃、およびω₄の信号振幅を変調深度（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）０．６％としてそれぞれ変調する波形ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃、およびｄ₄のディザを供給する。ＵＳＰ５，５１３，０２９において開示されているように、ディザは誘導ブリュアン散乱のような非線形現象を抑制する効果を有する。
【００３８】
ディザ波の波形ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃、およびｄ₄は、疑似ランダム・シーケンスの平滑三角パルスによって構成される相互に区別可能な波形である。各シーケンスは、１２８ビット・シーケンス中に記憶された６４ビットミラー符号化疑似ランダム・シーケンスであり、光信号に対して連続的にディザ供給を行うためにメモリから繰り返し読み出される。各々のディザは、疑似ランダム・シーケンスのデジタル相関法による良好な識別を可能とするために、相互に直交（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）となるように、また信号データに対しても直交となるように選択される。このような構成により、１つのチャネルから他チャネルへ光子がクロスすることによって生ずるいかなる干渉またはクロストークも検出可能となる。これは、各チャネルに供給されるディザは、光子による干渉の発生するチャネル中において振幅変調のようなスーパーインポーズがなされるマーカーとして作用するからである。本実施形態においては、波形の直交性（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ）は、波形のフーリエ変換相互間での重なりが無いという条件の下で達成される。この条件は、例えば２つの波形が共通のスペクトル要素を持たない場合に達成される。本実施例におけるディザ波形は１０乃至１００ＫＨｚの帯域幅を有する。
【００３９】
マルチプレクサ７による多重化の後、光信号５は光導波路４によって構成される光伝送媒体６を介して第２光ターミナル３に伝送される。第２光ターミナル３では、デマルチプレクサ２５によるチャネルの逆多重化処理の後、受信機２６によって受信される。第２光ターミナル３は、図中にその概略を示すようにモニタ１８を有しており、チャネルω₂、ω₃からのチャネルω₄での４光波混合現象をモニタする。しかしながら、モニタリングは各チャネルにおいて行われ、各チャネル周波数の可能な組み合わせの各々における４光波混合現象を検出するものであることを理解されたい。
【００４０】
光タップ２７はチャネルω₄のサンプルを抽出し、抽出サンプルをＰＩＮダイオードによって構成される光電変換素子２８に入力する。光電変換素子２８の出力電流はトランスコンダクタンス増幅器２９によって電圧信号に変換される。トランスコンダクタンス増幅器２９の出力はアナログ・デシタル変換器３０によってデジタル信号に変換され、プロセッサ３１に入力される。プロセッサ３１は、第２光ターミナル３の総合的な制御を実行するものであり、光タップ２７の出力に関する処理は、プロセッサ３１の付加的なソフトウェア処理として実行されてもよい。
【００４１】
プロセッサ３１によるω₄のサンプル処理フローを図４に示す。図４に示す処理はソフトウェアを利用して実現することができる。ステップ５０において、ω₄のサンプル波形が入力される。サンプルは受信光信号ω₄チャネルの包絡線であり、ＰＩＮダイオード２８によってディザ信号帯域に帯域制限がなされている。その後、選択されたディザ波形とのデジタル相関を実行可能とするようにステップ５１において高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われる。式（２）の４光波混合現象の例では、サンプルω₄中の４光波混合の存在は振幅変調によって特徴づけられ、その振幅変調は、一次項Ｐ４⁽¹⁾として、ｄ₂およびｄ₃の多項式として以下の式（３）のように示される。
【００４２】
【数２】
Ｐ４⁽¹⁾＝２ｄ₃−ｄ₂．．．．．（３）
【００４３】
しかしながら、一般的にプロセッサ３１においては、ｄ₂およびｄ₃の相対位相は不明である。そのためｄ₃あるいはｄ₂のいずれかとの相関によって、チャネルω₃およびω₂からの４光波混合現象Ｐ４⁽¹⁾の検出がなされる。この例においては、ｄ₃の検出相関による例をとりあげる。
【００４４】
プロセッサ３１において用いられるデジタル相関は、ｄ₃に割り当てられた疑似ランダムシーケンスのために算出されるスペクトル・テンプレートの形を有する参照データに依存する。テンプレートは、シーケンスにおける高速フーリエ変換が実行され、その実行の結果として得られる不連続フーリエスペクトルの複素共役（ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｊｕｇａｔｅ）を求めることで算出される。この結果、得られたデータは、記憶に際してオリジナル・シーケンスに真の値があるために不要なデータと、スペクトル・テンプレートに何ら新しい情報を付与しないゼロの値を除去する処理がなされる。
【００４５】
図４に示すように、ステップ５２においてω₄サンプルの高速フーリエ変換は、ｄ₃スペクトル・テンプレートと乗算され、ステップ５３において、ｄ₃とω₄サンプルとの相関を示すスペクトルが求められる。
【００４６】
次に、ステップ５４において逆高速フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）が実行され、ステップ５３で求めたスペクトルのタイム・ドメインへの変換が行われる。ここでは、ピーク値Ｄ₃、および位相角φ₃によって特徴づけられるタイム・ドメイン出力を得る。値Ｄ₃、および位相角φ₃の各々は、相関の示すｄ₃の存在の割合と、ω₄チャネル中のディザｄ₃の検出位相角を示す。
【００４７】
ステップ５５において求められたピーク値Ｄ₃は、ステップ５６においてスレッショルド・レベルＬとの比較が実行される。スレッショルド・レベルＬよりも大である場合は、ステップ５７に示すようにアラーム指示器にフラグが設定される。プロセッサ３１は、アラーム指示器２０にオペレータに対する警告のためのアラーム指示を出力する。ピーク値Ｄ₃は、プロセッサ３１の出力としても利用され、コントローラ１６に転送される。
【００４８】
サンプリングプロセスは、ステップ５０から繰り返し実行されることで、値Ｄ₃のシリーズが生成される。プロセッサは出力値Ｄ₃のステップ６０におけるコントローラ１６に対する出力処理以前に、ステップ５９においてデジタルフィルタ処理を行うようにしてもよい。このような構成により、出力値Ｄ₃ｆの数量的精度は高められる。
【００４９】
出力値Ｄ₃ｆは、コントローラ１６によるチャネルω₃の信号パワーの減少の際に使用される。このパワー調整は、ω₃チャネル・ソース２２のゲイン変更、あるいはω₃チャネル・ライン・エンコーダ２４の制御の下で光変調器２３によって行われる。チャネルω₃のパワーは、出力値Ｄ₃がスレッショルド・レベルＬ以下になるまで低下させられる。その後、チャネルω₄における干渉の結果発生する４光波混合非線形現象が許容限界範囲まで低下したことがモニタ１８によって示されることとなる。上記処理の間、生成されるアラーム指示は光伝送媒体６における非線形現象の発生を示すものであり、オペレータによる調査の後の修理、例えば光導波路４の取り替えを行うことが要求される場合もある。いくつもの光ターミナルを備えた複雑な光伝送システムにおいては、各受信ターミナルにモニタ１８を配置することにより、容易に非線形現象の発生元を発見可能になる。この構成は、例えば多数のリピート光ターミナルを用いた長距離伝送等の場合等に有効である。
【００５０】
さらに他の実施例について以下説明する。この実施例についても先に説明した図中の機器に対応する機器については対応する同一番号を使用する。図５に、本実施例の光伝送システム１を示す。図５に示すように当システムでは、第１光ターミナル２から第２光ターミナル３へ伝送される光信号５は逆多重化処理を行わずに再送可能とするために光増幅器３２による増幅処理がなされる。光タップ２７およびＰＩＮダイオード２８は、多重光信号のサンプル包絡線を供給し、これがトランスコンダクタンス増幅器２９、アナログデジタル変換機３０を介して処理され、プロセッサ３１の入力として供給される。光タップ２７の位置は、光ファイバ４および光増幅器３２の両者の下流であり、光ファイバ４および光増幅器３２は、それぞれ光信号パワーのハイレベル状態において非線形現象を発生する伝送媒体を有している。
【００５１】
多重化信号サンプルは、常に各ディザ波形ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃、およびｄ₄と相関するため、プロセッサ３１において４光波混合現象の効果を検出するためには、異なる方式を実行することが必要となる。数式（２）によって示される処理の結果、周波数ω₄において発生する４光波混合現象に対応するパワー成分は、以下の式（４）に示すようにｄ₂、およびｄ₃の多項式として示される。式（４）によって、二次項Ｐ４⁽²⁾が得られる。
【００５２】
【数３】
Ｐ４⁽²⁾＝２ｄ₂ｄ₃＋（ｄ₃）²．．．．．（４）
【００５３】
ここでの４光波混合現象の存在は、上記式の二次項Ｐ４⁽²⁾と多重信号サンプルとの相関によって検出できる。しかし、Ｐ４⁽²⁾のテンプレートを生成するためには、受信ディザ信号ｄ₃、およびｄ₂間の相対位相φ₃−φ₂を決定することが必要となり、合成された波形のフーリエ変換における複素共役を用いて、式（４）の計算およびテンプレートが求められる。φ₂およびφ₃を決定するには、ｄ₃、およびｄ₂のそれぞれについて図４のステップ５１から５５を実行する。
【００５４】
この結果得られたＰ４⁽²⁾が、図６のフローチャートにそのアウトラインを示すようにプロセッサ３１によって利用される。
【００５５】
図６において、ステップ６０では、多重化信号がサンプリングされプロセッサに入力される。さらにステップ６１において、サンプルの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。さらに図４中に示され、説明したステップ５２からステップ５５に対応する相関処理が受信ディザ信号ｄ₂に関して実行される。この処理は、ｄ₂のスペクトル・テンプレートを使用して相関ステップの振幅および位相出力であるＤ₂、およびφ₂を求めるものである。ステップ６３においては、同様に受信ｄ₃ディザ信号に関してＤ₃、およびφ₃が求められる。
【００５６】
ステップ６４では、φ₂およびφ₃を用いて式（４）の二次項が求められ、さらにスペクトル・テンプレートが生成される。ステップ６５では、ステップ６４で求められたテンプレートにステップ６１で算出した高速フーリエ変換が乗算され、さらにステップ６６において、その出力に対する逆高速フーリエ変換（ＩＮＶＥＲＳＥ ＦＦＴ）が実行される。その結果、ステップ６７において、タイム・ドメイン出力としてピーク値Ｖを得る。
【００５７】
ピーク値Ｖは、式（４）における二次項Ｐ４⁽²⁾と、ステップ６０における多重信号サンプルとの相関の大きさを示すものである。チャネルω₂およびω₃間における４光波混合が存在しない場合は、Ｖの値はゼロとなるであろう。しかし、式（２）で示すような４光波混合が存在する場合は、Ｖは特定の値を有し、この値がステップ６８においてスレッショルド・レベルＬと比較される。スレッショルド・レベルを超える場合は、ステップ６９においてアラーム指示のフラグが設定され、ステップ７０においてＶの値がコントローラ１６に出力される。出力値Ｖは、適当なフィルタによる処理をステップ５９において行い、フィルタされた値Ｖｆをステップ６０においてコントローラ１６に出力してもよい。
【００５８】
図３および図４を参照して説明したと同様に、図５および図６におけるプロセスについても信号成分ω₁、ω₂、ω₃、およびω₄の各干渉を検出するためには、出現可能な４光波混合現象の各々について同様のプロセスを実行する。第１光ターミナル２に対するフィードバックを行う構成とすることにより、４光波混合現象を避けるための周波数パワーの適切な調整がより正確に実行可能となる。アラーム指示も同様にオペレータに対する調整の必要性を警告するのに使用される。
【００５９】
この発明に係るモニタ１８のモニタ態様については、例えば図１に示すように広範な態様を取り得る。例えば、図３に示すようにデマルチプレクサ２５、および特定の周波数チャネルω₄をサンプリングする光タップ２７を有する第２光ターミナル３によって光信号が受信されると、トランスミッタ１５によって伝送されたω₄チャネルパワーが取り除かれて４光波混合現象が計測される。さらにモニタ１８は、受信光信号中の周波数チャネルω₄の残留パワーを計測可能である。この残留パワーは、４光波混合およびＡＳＥ（増幅自然放出：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）との合算値として解釈できる。しかし、４光波混合現象はサンプルのスペクトル解析によってＡＳＥから判別することが可能である。なぜなら、ＡＳＥは通常、ホワイトノイズ・スペクトルを有し、その中での４光波混合の発生は、４光波混合現象の定量計測可能な所定のピークを有するものとなるからである。従って、モニタとして要求されるのは、サンプリング回路２７，２８，２９，３０と、スペクトル解析のためのプロセッサ３１他である。チャネルパワー・スイッチングの制御は、コントローラ１６中にプログラムされた所定のアルゴリズムに従って実行するか、あるいはネットワーク・マネジメント・システムによる管理のもとに実行することができる。
【００６０】
４光波混合現象のモニタリングのさらなる態様として、パワー搾取（ｐｏｗｅｒ ｒｏｂｂｉｎｇ）を計測するものがある。例えば図２（ｂ）では、ω₂およびω₃が、４光波混合の結果としてω₁およびω₄にパワーが転送するパワー搾取によるピーク値減少が発生する。式（２）および図２（ｂ）に示す例では、ω₃の受信パワーレベルがモニタされ、ω₂の伝送パワーがトランスミッタ素子１３の停止によって遮断されることによって、式（２）の現象は起こらなくなる。もし、遮断の期間中、ω₃の受信パワーが増加する場合は、パワー搾取を示し、チャネルω₃の受信パワーの差が４光波混合を示すモニタ・データ供給のために定量化される。選択されたチャネルのパワー遮断は、コントローラ１６中にプログラムされた所定のアルゴリズムに従って実行するか、あるいはネットワーク・マネジメント・システムによる管理のもとに実行することができる。
【００６１】
ω₂信号の完全な遮断のかわりに、トランスミッタ素子１３による一時的なパワー低下、例えば３ｄｂの低下を行う構成も有効である。
【００６２】
また、モニタ１８は、ω₂の伝送パワーのレベルを示すパワーレベル・データを受信するとともに、ω₂の受信パワーを示すパワーレベル・データを受信するよう構成してもよい。この構成において、モニタはこれらのデータから伝送および受信間でのパワー・ロスを計測することができる。ω₂のパワーレベルを、異なるパワーレベルにおいて順次、計測伝送ロスを連続的に計測することにより、パワーを増加させたときのロスの変化が検出できる。ハイパワー・レベルにおけるロスの増加は非線形現象の存在を示すものである。しかし、このプロセスは４光波混合現象にはかならずしも適合しない。
【００６３】
図３および図４を参照した例と、図５および図６を参照した例における方法は、データキャリアに対してスーパインポーズされた変調としてディザを適用する。ディザはデータ伝送インターバルにおいて伝送される特定の低周波数テストデータパターンに適用するようにしてもよい。このようにした場合も、同様の相関法が適用されるが、正確性を増すためにはすべてのデータチャネルに基づいて実行することが望ましい。
【００６４】
さらに、モニタ１８は、光信号５の各周波数成分の周波数変調に応答するように構成することができる。これは、ディザ信号を各周波数チャネルのマーキング手段として使用することによって可能となる。たとえばチャネルω₃の周波数変調は、サンプルチャネルω₄中の４光波混合における周波数および振幅に帰結し、そのいずれかは、モニタによって検出可能となる。
【００６５】
以上、光導波路４中の非線形現象検出について説明したが、モニタは非線形現象の発生し得る光伝送媒体を含む各種のシステムや装置における非線形現象の発生を検出するために各種のシステムや装置中に設置することができる。例えば、エルビウム（Ｅｒ）ドープ・ファイバを有する双方向光増幅器のような光アンプの下流に配置する構成が可能である。また、モニタは光クロス接点、他の光スイッチング・デバイスの下流に設けてもよい。このようなデバイスがソフトウェアによる制御がなされる場合は、モニタはデバイスのソフトウェア制御を行うプロセッサを使用することが可能である。
【００６６】
図３乃至図６の実施例における本発明の構成の有利な点の一つは、既存のシステムに対して信号サンプリング手段２７乃至３０を付加し、適当なソフトウェアによってサポートされたシステム中のプロセッサに入力するように構成することで本発明を適用することが可能となることである。従って、本発明は最小のコストで容易に実施することができる。
【００６７】
プロセッサ３１とコントローラ１６間の通信は様々な態様で実施可能である。一般的に、光ターミナル２，３間は双方向通信が可能な構成であり、モニタ・データ１９は、リターン・データ中においてコントローラ１６に対して伝送される。例えばＯＣ−１９２フォーマットが使用された場合には、実在のデータ通信チャネルが利用される。しかし、データチャネルへのアクセスが利用できない場合は、特定の周波数チャネルが光サービスチャネルとして使用される。例えば、５Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃ、１５１０ｎｍ伝送を使用する。モニタ１８は、この場合には、レーザ・ダイオードのような伝送ソースを有することが必要となる。
【００６８】
図１他を参照して説明したこの発明は、４光波混合以外の非線形現象に対しても適用可能であり、ハーモニック生成やパラメータ増幅等のパラメータ現象における対処にも適用可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の光伝送システムによれば、光学伝送システムを構成する光伝送媒体において発生する非線形現象に起因する光信号の特性劣化を防止して最適なパワーにおいて光伝送を行うことが可能となる。
【００７０】
さらに、本発明によれば光伝送システムにおいて非線形現象に起因して発生する光信号の特性劣化を検出可能な光信号のモニタを実行することが可能となり、また、非線形現象発生による特性劣化を防止するための光信号のパワー制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光伝送システムの実施例を示すブロック図である。
【図２】 ４チャネルＷＤＭ信号におけるスペクトル（ａ）、および信号中のω₂およびω₃成分における４光波混合効果（ｂ）を示す図である。
【図３】 本発明の光伝送システムにおいて、４周波数チャネルと各チャネルに対して小振幅ディザ信号を付与するディザ変調手段を有するシステムのブロック図である。
【図４】 図３に示すシステム中のプロセッサによる処理フローを示した図である。
【図５】 周波数分割を行うことなく多重化信号の解析を実行する本発明の光伝送システムの実施例を示すブロック図である。
【図６】 図５に示すシステム中のプロセッサによる処理フローを示した図である。
【符号の説明】
１ 光伝送システム、２ 第１光ターミナル、３ 第２光ターミナル、
４ 光導波路、５ 光信号、６ 光伝送媒体、７ マルチプレクサ
８，９，１０，１１ 単一周波数成分信号、
１２，１３，１４，１５ 可変ゲイン伝送コンポーネント
１６ コントローラ、１７ デマルチプレクサ、１８ モニタ、
１９ モニタ・データ、２０，２１ アラーム指示器
２２ 光源、２３ 光変調器、２４ ラインエンコーダ
２５ デマルチプレクサ、２６ 受信機、２７ 光タップ、
２８ ＰＩＮダイオード、２９ トランスコンダクタンス増幅器、
３０ アナログデジタル変換機、３１ プロセッサ、３２ 光増幅器

Claims (14)

1. 複数の光ターミナルと、
   前記複数の光ターミナルと接続して、複数の単一周波数チャネルに多重化された光信号を伝送する光導波路と、
   前記複数の単一周波数チャネルのそれぞれを、各周波数チャネルに対応するディザ信号によって変調するディザ変調手段と、
   を備え、
   前記光導波路および前記光ターミナルの少なくとも一方は、前記光信号の高いパワーレベルにおいて非線形現象を奏する光伝送媒体を有しており、
   前記複数の光ターミナルのうちの少なくとも１つは、前記光伝送媒体中で発生する前記非線形現象に基づく前記光信号の特性劣化をモニタし、該特性劣化の状態を示すモニタ・データを出力するモニタ手段をさらに有し、
   前記モニタ手段は、ある単一周波数チャネルのサンプル信号と、他の単一周波数チャネルのディザ信号と、を使用して、前記非線形現象に基づく、複数の単一周波数チャネルの混合をモニタする、光伝送システム。
2. 前記少なくとも１つの光ターミナルは、さらに、
   前記モニタ・データに応答して、前記光信号の特性劣化が検出されたことを示すアラーム指示を送出するアラーム指示手段を有する、
   請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記アラーム指示手段は、前記少なくとも１つの光ターミナルから遠隔の位置において前記アラーム指示を供給することができる、
   請求項２に記載の光伝送システム。
4. さらに、前記モニタ・データに応答して、前記光信号のパワーレベルを制御する制御手段を備える、
   請求項１から３のいずれかに記載の光伝送システム。
5. 前記モニタ手段は、４光波混合現象を検出可能なように構成される、
   請求項１から４のいずれかに記載の光伝送システム。
6. 前記光信号は、実質的に等しい周波数チャネル間隔によって分離された複数の単一周波数チャネルを多重化した波長分割多重信号であり、
   前記モニタ手段は、少なくとも１つの前記単一周波数チャネルにおける４光波混合現象を検出可能なように構成される、
   請求項５に記載の光伝送システム。
7. 前記モニタ手段は、前記光伝送媒体を介して伝送された光信号の光信号サンプルを検出するサンプリング手段と、
   前記光信号サンプルと、ディザによって前記４光波混合現象に引き起こされる変調を示す参照データとの相関を取って、前記モニタ・データを構成する相関値を算出するプロセッサと、
   を備える、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システム。
8. 前記参照データは、ディザ信号に符号化された所定の疑似ランダムシーケンスから導かれるスペクトル・テンプレートを少なくとも１つ含む、
   請求項７に記載の光伝送システム。
9. 光伝送システムにおいて、複数の単一周波数チャネルに多重化された光信号の光パワーを制御する方法であって、
   前記複数の単一周波数チャネルのそれぞれを、各周波数チャネルに対応するディザ信号によって変調するステップと、
   光信号の高いパワーレベルにおいて非線形現象を奏する光伝送媒体中に、該光信号を伝導させるステップと、
   可変ゲイン装置の動作によって、前記光信号のパワーを決定するステップと、
   前記光伝送媒体中で発生する非線形現象に基づく前記光信号の特性劣化を検出するよう、モニタ手段によって該光信号をモニタするステップであって、ある単一周波数チャネルのサンプル信号と、他の単一周波数チャネルのディザ信号と、を使用して、前記非線形現象に基づく、複数の単一周波数チャネルの混合をモニタするステップと、
   前記特性劣化を示すモニタ・データを、前記モニタ手段から出力するステップと、
   前記モニタ・データの示す特性劣化のレベルが所定の範囲内に収まるように、該モニタ・データに応答して、前記可変ゲイン装置の動作を制御手段によって制御するステップと、
   を含む、方法。
10. 前記光信号は、複数の単一周波数チャネルを多重化した信号であり、
    前記モニタ手段は、前記複数の単一周波数チャネルにおける特性劣化を検出し、
    前記可変ゲイン装置は、前記複数の単一周波数チャネルのそれぞれについて、前記モニタ・データによって示される特性劣化が所定の範囲内に収まるように、該モニタ・データに応答して、該複数の単一周波数チャネルのパワーを個別に制御する、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記複数の単一周波数チャネルは、実質的に等しい周波数チャネル間隔によって分離されており、
    前記モニタ手段は、少なくとも１つの前記単一周波数チャネルにおける４光波混合現象を検出する、
    請求項１０に記載の方法。
12. さらに、
    前記複数の単一周波数チャネルのそれぞれについて、高速データ・ストリームおよび低速相互直交小振幅ディザ信号によって変調するステップを含み、
    前記モニタするステップは、さらに、前記光信号のサンプルと、ディザによって前記４光波混合現象に引き起こされる変調を示す参照データとの相関を取って、前記モニタ・データを構成する相関値を算出するステップを含む、
    請求項１０または１１に記載の方法。
13. 光信号を複数の単一周波数チャネルに多重化し、前記複数の単一周波数チャネルのそれぞれを、各周波数チャネルに対応するディザ信号によって変調する光伝送システムにおいてモニタリングを実行するモニタ装置であって、
    いずれかの単一周波数チャネルの受信した光信号をサンプリングしてサンプルデータを供給するサンプリング手段と、
    前記サンプルデータと、他の単一周波数チャネルのディザ信号を使用して得た、前記受信した光信号における４波混合現象を示す参照データとの相関を取るよう構成されたプロセッサと、
    前記４光波混合現象の検出を示すモニタ・データを出力する出力手段と、
    を備える、モニタ装置。
14. 前記受信した光信号を伝送する光導波路と協動して動作可能な光タップと、
    前記光タップからの出力を電気信号に変換する光電変換素子と、
    前記電気信号を示す信号データを前記プロセッサに入力する手段と、
    をさらに備える、請求項１３に記載のモニタ装置。

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