JP4354968B2 - 光増幅器送信機能のシステム・ベース制御 - Google Patents

Description

本発明は光送信システムに関し、特に光送信増幅器に関する。

光増幅器は、特定の刺激の変化に反応して特定のシステム／増幅器機能を遂行するように調整することができる。たとえば、光増幅器は、入光信号によって搬送される光チャネルの数またはスパン損失の変化に帰因する場合がある入光信号の強度レベルの変化に反応して、その光ポンプ強度のレベルを変えるように調整できる。

入光信号の変化は、光ファイバの非線形性に帰因することもある。かかる非線形性の１つは、ラマン利得と一般的に呼ばれている。ラマン利得、またはラマン効果は、特定範囲の波長で分散されたかなりのレベルの光強度が光ファイバに送り込まれるときに、特に問題になる。その場合に、ラマン利得は、より長い波長を有するチャネルに有利に偏向し、それによって、より短い波長のチャネルにおける信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下し、そのため、そのパフォーマンスが大きく低下する。更に、より高い波長チャネルの強度レベルは上昇する場合があり、それによって、それらのチャネルは非線形性の問題を更に被りやすくなる。ラマン利得は、参照することにより本明細書に含めた、本願の基礎出願の同時係属出願である１９９９年３月８日出願の米国特許出願第０９／２６５，９４３号に開示されているように、出力された光信号をラマン利得と逆の方向に「偏らせる」ことにより、増幅器で対処することができる。

光送信パスに沿って配置された複数の光増幅器を有する光送信システム内のダウンストリームの光増幅器が、入光信号の強度レベルの変化に対して、ここに記載した方法で独自に反応するときに問題が生ずる。より特定的に言えば、ダウンストリームの光増幅器は、アップストリームの光増幅器がその偏向調節を完了する前にその偏向調節を行う場合に、誤った方向にその出力信号を偏らせるか、偏向を増大させる場合がある。また、送信パスの各光増幅器が独立して動作することを許容されている場合に、光送信システムは、入力信号の変化または他の何らかの非線形性の変化に対して安定しない場合がある。

アップストリーム増幅器からの調節開始メッセージの入力または受信時に発生する特定の刺激を検出したことに反応して、小さい増分ステップを用いてゆっくりと前述の調節を開始し、光送信媒体上で調節開始メッセージを次のダウンストリーム増幅器に送信するように光増幅器を調整することにより、上記の問題に対処する。増幅器は、刺激を検出したことに反応して調節を開始してから所定の時間内にアップストリーム光増幅器からの調節完了メッセージを受信しない場合には、小さいステップを用いて調節を完了する。光増幅器が調節開始メッセージを受信したならば、引き続き調節を行い、アップストリームの光増幅器から調節完了メッセージを受信したときに、大きいステップを用いて素早く調節を完了する。この時点で、光増幅器は、それが末端増幅器でなければ、調節完了メッセージを次のダウンストリーム増幅器に送信する。

本発明の一態様として、先頭光増幅器は大きいステップのみを用いて調節を行う。本発明の別の態様として、先頭光増幅器は、かかる刺激を検出しない場合でも調節を定期的に開始する。

本発明の上記態様および他の態様は、付属の図面と共に以下の詳細な説明を読めば理解されるであろう。

本発明の原理を実施する例示的光送信システムを、単純化した形式で図１に示した。特に、光システムは、とりわけ送信機１２５内に複数のレーザ送信機とマルチプレクサとを有する先頭ノード１００を含む。先頭ノード１００、ならびに例示的にノード２００および３００と表示した他のノードは、以下で詳細に説明するように、いわゆる定期タイマ（ＰＴ）、偏向調節タイマ（ＴＡＴ）および偏向完了タイマ（ＴＤＴ）を含む多数の異なったタイマを含む。ノードのそれぞれ、たとえばノード１００は、以下に示したように一対の光増幅器が個々の送信接続部の東パスおよび西パスでの増幅を行う、光増幅器のグループを含む。（説明の明確化および単純化のために、特定の送信接続部の東側パス１３０のノードについて１個の光増幅器のみを示すが、光増幅器のそれぞれは、光増幅器１５０−３について示したように光ノードに関連づけられており、したがって同様に動作する。本発明の原理は送信接続部の西側パスにも等しく適用され、ノード内の他の送信接続部にも同様に適用されるので、このことは限定として捉えられるべきではないことを理解されたい。）

説明を続けると、先頭ノード１００は、光送信パス・セグメント１３０ｉに沿って配置された複数の光増幅器１５０−１〜１５０−ｉを介して、末端ノード３００に接続されている。末端ノード３００は、とりわけ受信機３２５内にデマルチプレクサと複数の光受信機とを含む。送信機のそれぞれは、独特な波長λ_ｊを有する個々の情報運搬光信号を出力する。ここでは、特定の光信号は、末端ノード３００によって信号を与えられる受信機の１つに向けられるものと仮定する。ここでの説明のために、光送信システムはＮ個の光チャネルを有し、Ｎ＞１であり、光チャネルλ_sの１つは、システム信号チャネルとしての役割を果たすものと仮定する。光チャネルは、個々の送信機とそれぞれ関連づけられていて、個々の波長λ_１、λ_２、λ_３、．．．、λ_Ｎによって特定され、これらの波長は、隣接するチャネルの信号が互いに干渉することを防止するために、互いに十分に分離されている。かかる分離は、たとえば、３００ＧＨｚ以下とすることができる。先頭ノード１００は送信器信号を結合（多重化）してから、先頭光増幅器１５０−１を介して光送信線１３０にそれらを出力する。結合された光信号は次に、増幅器１５０−２〜１５０−ｉおよび光パス・セグメント１３０ｉを介して、末端ノード３００に送信される。末端ノード３００は、結合された信号を互いに分離し、分離された信号を個々の受信機（図示せず）に供給する。

上記のように、ダウンストリームの光増幅器、たとえば増幅器１５０−３が、入光信号の強度レベルの変化に独自に反応すれば、その出力信号を誤って偏向させるか、偏向を増大させる場合がある。また、送信パスの各光増幅器が独立して動作することを許容されている場合に、光送信システムは、入力信号の変化、または他の何れかのシステム・パラメータの変化に対して、安定しない場合がある。

この問題に対して、我々は、各光増幅器がアップストリーム増幅器から独立して動作せずに、次のアップストリーム増幅器がアップストリーム調節を完了したことを所定時間内に通知するまで、小さいステップを用いて、そのポンプ強度およびその出力信号の偏向を調節し始めるように、かかる光増幅器それぞれを調整することにより対処する。その時点で、ダウンストリーム増幅器は、調節の速度を増すために、より大きいステップを使用する。また、アップストリーム増幅器、たとえば増幅器１５０−１が入信号の強度レベルの変化または他の何らかの刺激を検出すれば、それは、信号チャネルを介して偏向開始メッセージ（ＴＳＭ）を次のダウンストリーム増幅器１５０−２に送信し、それが先頭増幅器である場合には、大きいステップを用いてかかる調節を開始する。かかる調節は、前述の同時継続中の特許出願において開示された方法で行う。

簡潔に言えば、光増幅器は、個々のパス・セグメント１３０ｉに出力する光信号の一部を光スペクトル分析器（モニタ）、好適にはLucent Technologies Inc.から入手可能なＣｏｍｃｏｄｅ３００８９９５４０として知られている光スペクトル分析器に供給する。光分析器／モニタ（図示せず）は、受信した光信号のスペクトルを分析して、受信した信号を形成する構成要素光信号の波長および強度レベルを判断する。光モニタは次に、その判断結果を増幅器内のコントローラに供給する。コントローラは、エルビウムでドープされたファイバに供給される光信号に適用される減衰のレベルを動的に増大または低下させる。コントローラは、出力光信号の所望のプリエンファシスが達成されるまで、減衰器を調節し続ける。コントローラは、従来の方法で、入光信号に適用される光ポンプ強度のレベルも調節する。（上記の変化は、入信号によって搬送されるチャネル数の変化、送信パス損失の変化、送信パスの光増幅器の劣化などによっても生ずる場合があることに留意されたい。）

説明を続けると、ダウンストリーム光増幅器のそれぞれは、信号チャネルλ_ｓでＴＳＭを次のダウンストリーム増幅器に送信する。変化を検出せず、したがって、その調節を開始していないダウンストリーム光増幅器、たとえば増幅器１５０−４は、ＴＳＭメッセージの受信時に検出を行い調節を開始するが、小さいステップを用いて行う。アップストリーム光増幅器、たとえば増幅器１５０−１は、その偏向調節を完了すると、次に、信号チャネルで偏向完了メッセージ（ＴＤＭ）を次のダウンストリーム増幅器である増幅器１５０−２に送信する。後者の増幅器がＴＤＭを受信すると、工程の速度を上げるために、大きいステップを用いて調節を完了する。同様に、その増幅器は、その調節を完了すると、ＴＤＭを信号チャネルにおいて、次のダウンストリーム増幅器である光増幅器１５０−３に送信し、以下同様に続く。最後のダウンストリーム光増幅器１５０−ｉ＋１は、ＴＤＭを受信すると、本発明の原理に全て従って、システム工程全体の速度を上げるために、大きいステップを用いてその調節を完了する。

本発明の一態様として、ダウンストリーム光増幅器が、入信号の強度レベルの変化または特定の送信の非線形性を検出したときから所定の期間内に信号チャネルを介してＴＳＭを受信しなければ、ダウンストリーム増幅器は小さいステップを用いてその調節を完了する。本発明の別の態様として、先頭光増幅器である増幅器１５０−１は、偏向調節を定期的に、たとえば１５分毎に１回開始する。増幅器１５０−１は、その調節を完了すると、次のダウンストリーム増幅器１５０−２に偏向調節が完了したことを知らせるために、信号チャネル上でＴＤＭをその増幅器に送信する。次に増幅器１５０−２が偏向調節を開始して、調節の完了時にＴＤＭを次のダウンストリーム光増幅器に送信する。ダウンストリーム増幅器１５０−３〜１５０−ｉ＋１のそれぞれは、同様の方法でＴＤＭの受信に反応する。ダウンストリーム増幅器のそれぞれは、１５分よりも若干長い時間、たとえば２０分に設定された定期タイマを維持することに留意されたい。

このように、ダウンストリーム光増幅器は、ＴＤＭの受信またはその定期タイマの時間切れに反応して、偏向調節を開始する。同様に、ダウンストリーム光増幅器１５０−２〜１５０−ｉ＋１のそれぞれは、前述のように、先行する光増幅器からのＴＤＭ受信時に、大きいステップの調節を用いることに切り換える。本発明の別の態様によれば、かかる光増幅器それぞれは、ＴＳＭの受信の後に、所定の時間内、たとえば１００秒の時間内にＴＤＭを受信しなければ、小さいステップを用いて調節を完了する。（本発明の原理によれば、光増幅器は、その出力信号が適切な偏向に調節されていたとしても、ＴＤＭを受信するまで、またはＴＤＭタイマが切れるまで、調節を継続することに留意されたい。）

光増幅器で実施されるシステム・アルゴリズムのフローチャートを図２に示した。特に、図２のプログラムは、とりわけ（ａ）所定の閾値を超える、入信号の強度変化の検出、（ｂ）ＴＳＭまたはＴＤＭの受信、あるいは（ｃ）新たな送信チャネル強度マップの受信など多数の刺激の１つを受信したことに反応して、ブロック２０００で工程に入る。工程に入ると、プログラムは、工程に入ったことが定期タイマの１つの時間切れに帰因するかどうかを確認する（ブロック２００１）。このような場合でありかつ増幅器がダウンストリーム増幅器である場合には、プログラムは小さいステップを用いて偏向調節およびポンプ強度調節を開始する（ブロック２００２）。調節を完了すると、プログラムは前述のタイマをリセットして、それが末端増幅器、たとえば図１の増幅器１５０−ｉ＋１であれば、完了ブロック２０１３を介して工程から抜ける。工程に入ったことが強度変化または他の何らかの事象に帰因し、プログラムが末端増幅器ではないと判断した場合には（ブロック２００３）、プログラムはＴＳＭをダウンストリーム増幅器に送信したかどうかを判断する（ブロック２００４）。送信していなければ、プログラムは、信号チャネルλ_ｓを介してＴＳＭをダウンストリーム増幅器に送信する（ブロック２００６）。プログラムは次に、アップストリーム増幅器からＴＳＭを受信したかどうかを確認する（ブロック２００５）。受信していれば、プログラムはそのＴＤＭ待機タイマを開始して、小さいステップを用いて偏向調節およびポンプ強度調節を開始する（ブロック２０１０）。ブロック２０１０にある間にその調節を完了した場合には、そのＴＤＭ待機タイマが切れたときにプログラムはブロック２０１１に進む。プログラムが次のアップストリーム増幅器からＴＤＭを受信した場合には、ブロック２００８に進んで、大きいステップを用いて前述の調節を完了してから、ブロック２０１１に進む。ブロック２０１１で、末端増幅器でなければ、プログラムはブロック２０１２に進む。それ以外の場合には、その様々なタイマをリセットして、ブロック２０１３を介して工程を抜ける。ブロック２０１２で、プログラムはＴＤＭを次のダウンストリーム増幅器に送信して、ブロック２０１３を介して工程を抜ける。

増幅器が先頭光増幅器であり強度変化が発生したと判断すれば、プログラムは大きいステップを用いて前述の調節を開始する（ブロック２００８）。それ以外の場合には、プログラムは偏向調節タイマを開始し、次に小さいステップを用いてポンプ強度および偏向調節を開始する。プログラムがブロック２００９にある間にＴＤＭを受信すれば、ブロック２００８に進む。更に、増幅器がアップストリームＴＤＭを受信する前に調節を完了すれば、プログラムは、調節を完了したかその偏向調節タイマが切れたときに、ブロック２０１１に進む。

入力強度の変化およびアップストリームＯＡからの命令に反応することに加えて、光増幅器は、アップストリーム増幅器から新たな送信チャネル強度マップの受信時に、前述の調節を開始する。先頭ノード１００（図１）は、光チャネル間の相対的な送信強度レベルを判断するために、ＯＴＵポートとＯＭＵポートとの間の関連づけを用いる。すなわち、ポートが、たとえばＯＣ４８回路かＯＣ１９２回路の何れであるかである。先頭ノード１００は、（ａ）装備されたポートでＯＴＵ関連づけが変化したときか、（ｂ）既存のＯＴＵ関連づけがブートされたときか、（ｃ）監督データ・リンク、すなわち信号チャネルの起動が発生したときか（たとえば、ノードのリブート、ＯＡのリブート）、あるいは（ｄ）自動的な電力停止後の回復のときには常に、この関連づけを遂行する。かかる関連づけが一旦決定されると、先頭ノード１００は、ダウンストリーム光増幅器へのメッセージの形式で、チャネル間の相対的送信強度レベルを識別する送信チャネル強度マップを送信する。次に、光増幅器は、新たな送信チャネル強度マップの受信時に、前述の調節を開始する。

図３は、かかるマップの例示であり、ここで、「０」はチャネルが装備されていないことを示し、「１」は低レベルの送信強度を示し、「２」は高レベルの送信強度を示している。図３に示した数字は、例示を目的とした任意の選択である。文字も任意であり、０、１または２の何れかを示している。

図４（上記で参照した特許出願の図４でもある）は、「オンボード」光モニタを使用して偏向調節を行うように調整された例示的な光増幅器の略ブロック図である。

代替的配置においては、光モニタは、図５に示したノード内の光増幅器のグループを監視する。図示したように、セレクタ１８０は、ノード内、たとえばノード１００内において、光モニタ１７５と、増幅器のグループである光増幅器１５０−３１〜１５０−３ｎ＋１のそれぞれとの間のインターフェイスを提供する。より特定的には、セレクタ１８０は、光増幅器の１つによって供給される光信号のサンプルを、従来の方法で光モニタ１７５に供給する。光モニタ１７５はサンプルを分析して、その分析の結果をセレクタ１８０を介して光増幅器、たとえば増幅器１５０−３１に返す。次に、光増幅器はその結果に従ってその出力信号の偏向を調節する。次に、セレクタ１８０は、光増幅器の別の１つによって供給された光信号のサンプルを、光モニタ１７５に供給し、これが以下同様に続く。

このように、本明細書において示した発明を、特定の例示的実施形態に関して説明しているが、本明細書においては明示的に示されても説明されてもいないが、本発明の原理を実施しその主旨および範囲の中に含まれる多数の代替的構成を案出することが当業者には可能であることが理解されるであろう。たとえば、異なった強度レベルの数、たとえば３を、送信チャネル強度マップにおいて各チャネルについて指定してもよい。

本発明の原理を実施できる光送信システムの略ブロック図である。 図１の光増幅器における本発明の原理を実施するプログラムのフローチャートである。 図１のシステム内における光チャネル間の相対的電力レベルを識別する送信チャネル強度マップの例である。 光モニタ／分析器を有する光増幅器の略ブロック図である。 光ノード内において集中化された光分析器を使用する代替的構成の図である。

符号の説明

１００ 先頭ノード
１２５ 送信機
１３０ 光送信線
１３０ｉ 光送信パス・セグメント
１５０−１、１５０−２、１５０−ｉ、１５０−ｉ＋１ 光増幅器
１５０−３１、１５０−３２、１５０−３Ｎ、１５０−３Ｎ＋１ 光増幅器
１７５ 光モニタ
１８０ セレクタ
２００ ノード
３００ ノード
３２５ 受信機

Claims (10)

1. 第１の光増幅器を有する光伝送システムを制御する方法であって、該第１の光増幅器は該光伝送システムの光伝送媒体に沿って第２の光増幅器のアップストリームに位置し、
   該第２の光増幅器が、
   該第１の光増幅器からの調節開始メッセージの受信に応じて増幅器調節手順の第１のフェーズを開始する工程であって、該増幅器調節手順が該第２の光増幅器の１以上の増幅器特性を所定の大きさの増分ステップで調節することを含む、工程、及び
   該増幅器調節手順の完了前に、該第１の光増幅器からの調節完了メッセージの受信に応じて該増幅器調節手順の第２のフェーズを開始する工程
   からなり、
   該増幅器調整手順の第１のフェーズが該増幅器調整手順の第２のフェーズより前に実施され、
   該増幅器調節手順の該第１のフェーズの増分ステップが該第２のフェーズの増分ステップよりも小さいことを特徴とする方法。
   
2. 請求項１記載の方法であって、さらに、前記第１の光増幅器からの調整開始メッセージの受信に応じて、又は該第２の光増幅器の入力で発生する特定の刺激の検出に応じて該増幅器調節手順の該第１のフェーズを開始する工程を備える方法。
   
3. 請求項２記載の方法において、該特定の刺激が（ｉ）入力信号における、所定のしきい値を超える強度変化と（ii）チャネル間の相対的送信強度レベルを識別する新たな送信チャネル強度マップの受信のうちの少なくとも１つである方法。
   
4. 請求項１記載の方法であって、さらに、該増幅器調節手順の該第１のフェーズが開始されると、該光伝送システムの光伝送媒体に沿って該第２の光増幅器のダウンストリームに位置する第３の光増幅器に該調節開始メッセージを送信する工程を備える方法。
   
5. 請求項１記載の方法であって、さらに、該増幅器調節手順が終了すると、該光伝送システムの光伝送媒体に沿って該第２の光増幅器のダウンストリームに位置する第３の光増幅器に該調節完了メッセージを送信する工程を備える方法。
   
6. 請求項１記載の方法であって、さらに、該第１のフェーズの所定期間経過後に、該光伝送システムの光伝送媒体に沿って該第２の光増幅器のダウンストリームに位置する第３の光増幅器に該調節完了メッセージを送信する工程を備える方法。
   
7. 請求項１記載の方法において、該１以上の増幅器特性の調節が、（ｉ）ラマン利得をオフセットする調節、（ii）ポンプ強度調節及び（iii）偏向調節のうちの少なくとも１つからなる方法。
   
8. 請求項１記載の方法であって、該第１のフェーズの所定期間経過後で該増幅器調節手順の完了前に、該第２のフェーズを開始する工程を備える方法。
   
9. 請求項１記載の方法であって、さらに、該第１のフェーズの所定期間経過後に、該増幅器調節手順を終結するステップを備える方法。
   
10. 請求項１記載の方法であって、さらに、
    該第２の光増幅器が、
    前記第１の光増幅器からの調整開始メッセージの受信に応じて、又は該第２の光増幅器の入力で発生する特定の刺激の検出に応じて該増幅器調節手順の該第１のフェーズを開始する工程、
    該増幅器調節手順の該第１のフェーズの開始に応じて、該光伝送システムの光伝送媒体に沿って該第２の光増幅器のダウンストリームに位置する第３の光増幅器に該調節開始メッセージを送信する工程、及び
    該第２の光増幅器が（ｉ）該増幅器調節手順の完了又は（ii）該第１のフェーズの所定期間経過後のいずれかに応じて該第３の光増幅器に該調節完了メッセージを送信する工程
    を備える方法。

Images