JP4414800B2 - 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、通信容量を増大し、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。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。そのため、波長の異なる複数の多重信号光を一括して増幅する場合、波長に対応した利得の平坦化が必要とされる。このような利得の平坦化のために、光ファイバ増幅器の内部には、例えば、誘電体多層膜フィルタやファイバ・ブラッグ・グレーティングなどによる利得等化フィルタが搭載されている。

上述した増幅利得の波長依存性は、光ファイバ増幅器の入力光強度によって変化する。つまり、光ファイバ増幅器の利得が変化すれば、利得の波長依存性も変化するため、利得等化フィルタを備えた光増幅器であっても、利得等化が実現されるのは、光ファイバ増幅器の利得が設計値に保持されている期間のみとなる。このような理由から、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、入出力光の強度を監視し、常に利得を一定に保つ利得一定制御が行われている。

また、光伝送システムでは、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、各波長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。出力一定制御機能の無い光伝送システムでは、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、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が変化して、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。

受信機の入力光信号の強度を一定に保つためには、例えば、光ファイバ増幅器の信号経路に光減衰器を挿入しておき、信号入力側の伝送路に発生した損失に応じて、光減衰器の減衰量を調整すればよい。光減衰器における減衰量の波長依存性は、入力光強度に影響されないため、光ファイバ増幅器と光減衰器とを組み合わせることによって、利得一定制御と出力一定制御の両方が可能となる。

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、波長毎の出力一定制御は、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、光ファイバ増幅器の総出力光強度を求め、増幅器の総出力光強度が所望の強度となるように光減衰器の減衰量を制御すればよい。

しかしながら、上記出力一定制御方法では、総出力光強度の算出条件となっている多重化波長数と、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をとれなくなる。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した場合、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。

このような問題に対処するため、例えば、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（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。また、特開２００１−２５７６４６号公報（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。

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

特開２００１−２５７６４６号公報

従来、光増幅器では、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ものと想定し、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、波長数の変化速度は、数１００μs以下と想定されている。一方、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、伝送路損失変動の変化速度は、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伝送路の損失変化か波長数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、光増幅器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、光増幅器の制御モードとしては、損失変動が発生した場合は出力一定制御、波長数が変化した場合は利得一定制御を採用する必要があり、実際に発生した事象と採用された制御モードとの関係が逆であってはならない。
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誤認識される。この場合、光増幅器の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という誤った制御動作が実行されることになる。また、光増幅器では、損失変動が起因する信号強度変化を補償する出力一定制御と、波長数変化に起因する信号強度変化を補償する利得一定制御との２つの制御モードが共存しているが、上述した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、２つの制御モードが同時に実行され、結果的に信号品質に悪影響を与えることがある。

然るに、非特許文献１で提案された多重化波長数を検出して光アンプを制御する方法では、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という問題点がある。また、非特許文献１では、出力一定制御が常に動作しているため、異常事象の発生時のみならず、システム管理者による通常のオペレーションに対しても、光増幅器が誤動作する可能性がある。

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。しかしながら、特許文献１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、光増幅器が制御不能となるため、信号光の伝送に支障をきたすという問題がある。

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、各信号光の強度を適切に制御して、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。

本発明の他の目的は、異常事象の発生に伴う光強度の変化速度に関係なく、光強度の変動要因に対応した適切な制御モードで光増幅器出力を制御可能にした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、受信波長多重信号光から監視光を分離し、監視光強度を検出する第１手段と、監視光分離後の波長多重信号光の強度を検出する第２手段と、上記波長多重信号光を増幅する利得制御型の光増幅器と、上記光増幅器から出力された波長多重信号光の強度を調整するための減衰量可変の光減衰器と、上記光増幅器が常に一定利得となるように制御すると共に、波長多重信号光の出力強度が所定の目標値となるように、上記光減衰器の減衰量を制御する監視制御部とからなり、
上記監視制御部が、上記第１、上記第２手段から出力される監視光強度と信号光強度を監視し、監視光強度の変動が許容範囲内であって、信号光強度の変動が許容範囲を外れた時、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を抑制することを特徴とする。

本発明の１つの特徴は、上記監視制御部が、監視光強度が許容範囲内で変動中は、光減衰器による出力光強度の一定制御を所定周期Ｔ１でΔｔ期間、間欠的に実行することにある。

本発明の他の特徴は、上記監視制御部が、監視光強度の変動が許容範囲内にある期間中は、光減衰器による出力光強度の一定制御を所定の周期で間欠的に実行し、監視光強度が許容範囲内を外れて変動した時、光減衰器による出力光強度の一定制御を所定期間Δτにわたって強制的に実行することにある。

本発明の更に他の特徴は、上記監視制御部が、監視光強度が許容範囲内を外れて変動した時、監視光強度が予め設定された出力制御範囲内にあれば、光減衰器による出力光強度の一定制御を所定期間Δτにわたって実行し、監視光強度が上記出力制御範囲を外れて変動した時は、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を終了することにある。

本発明の１実施例によれば、出力光強度の一定制御中に信号光強度が許容範囲を外れた時は、出力光強度の一定制御を中止するようにしている。また、上記監視制御部が、観測された監視光強度と信号光強度を基準値として、一定期間Ｔ０毎に上述した許容範囲を規定するための閾値を更新し、可変閾値でもって監視光強度と信号光強度の変化を監視している。

本発明の他の実施例では、光伝送装置が、次区間の光伝送路に送信する監視光を発生する監視光送信機を備え、上記監視制御部が、第１手段から出力される監視光強度に応じて、上記監視光送信機から出力される監視光の強度を変えることによって、前区間での損失変化の発生を後続する光伝送装置に伝達するようにしている。後続する光伝送装置に対する前区間での損失変化の伝達は、光増幅器から出力される信号光強度に応じて、上記監視光送信機から出力される監視光の強度を変えることによっても達成できる。このように、監視光の強度変化によって前区間での損失変化を伝達しておくことによって、例えば、損失変化に伴う強度補償が不完全な状態で波長多重信号光が次区間に出力された場合でも、次の光伝送装置が、信号光強度変化の発生要因を多重化波長数の変化と誤認識するのを防止できる。

本発明の光伝送装置の制御方法は、受信波長多重信号光から分離された監視光の光強度を検出するステップと、監視光分離後の波長多重信号光の強度を検出するステップと、
上記波長多重信号光を一定利得で増幅するステップと、増幅された波長多重信号光の出力光強度が目標値となるように出力光強度を一定制御するステップと、上記監視光強度と信号光強度を監視し、監視光強度の変動が許容範囲内であって、信号光強度の変動が許容範囲を外れた時、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を抑制するステップとからなることを特徴とする。

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、監視光と信号光の双方の光強度が変化するのに対して、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、監視光強度の変動が許容範囲内であって信号光強度の変動が許容範囲を外れた時、信号光強度の変動要因が多重化波長数の変化にあるものと判断し、光減衰器による出力光強度の一定制御を抑制するようにしている。

従って、本発明によれば、多重化波長数の変化時に、光増幅器出力強度の一定制御の実行による信号光力強度の誤調整を回避することが可能となる。また、本発明によれば、監視光強度の変動が許容範囲内にあるときは、周期的な光強度出力一定制御を実行しておき、伝送路の損失変化に起因して監視光強度が許容範囲を外れた場合は、所定期間の強制的な光強度出力一定制御を実行するようにしているため、損失変動の変化速度に関係なく、信号光出力強度の目標値制御が可能となり、通信品質を保証した光伝送システムを提供できる。

また、本発明の実施例では、光増幅器の利得一定制御は常時実行し、監視光強度の変動が許容範囲内にある間は、出力一定制御を間欠的に短時間ずつ実行することによって、出力一定制御と利得一定制御との並列的な実行期間をできるだけ短くしている。この場合、出力一定制御中に、多重化波長数が変化する確率が小さくなるため、上述した多重化波長数の変化時の信号光力強度の誤調整の発生を少なくすることが可能となる。

また、監視光強度が許容範囲を外れた場合は、所定期間の強制的な光強度出力一定制御を実行し、出力制御の途中で信号光強度の変動が許容範囲を外れた場合は、光強度出力一定制御を中止するようにしているため、光強度出力一定制御中でも、上述した多重化波長数の変化時の信号光力強度の誤調整の発生を少なくすることが可能となる。

以下、本発明によ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の概略的な構成を示す。

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、送信光増幅器３０−１で増幅した後、光ファイバ２−１、中継用の光伝送装置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、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には中継光増幅器３０−２が搭載され、光伝送装置１Ｃには受信光増幅器３０−３が搭載されている。

各光伝送装置１（１Ａ〜１Ｃ）は、監視制御部２０（２０−１〜２０−３）を備えており、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で受信処理されている。監視光は、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制御情報を搬送している。

本発明では、破線で示すように、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の光増幅器３０−２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、光増幅器３０−２の出力側で信号光と多重化され、光伝送装置１Ｃの光増幅器３０−３に入力する前に信号光から分離して、監視制御部２０−３に入力されている。

すなわち、本発明では、信号光のみが光増幅器３０に入力されている。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、監視制御部２０−２に入力される監視光と、光増幅器３０−２の入出力強度の両方が変化するが、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、光増幅器３０−２の入力光強度のみが変化し、監視制御部２０−２に入力される監視光の強度には変化がない。

本発明では、監視制御部２０−２において、光増幅器３０−２の入出力信号光の強度と、監視光の強度を監視しておき、強度変化が入出力信号光と監視光の両方に現れるか、入出力信号光のみに現れるかによって、信号光の変化要因を識別する。監視制御部２０−２は、光増幅器３０−２に少なくとも１つの信号光が入力されている期間中は、多重化波長数の変化に起因した信号光の強度変動に対処できるように、常時、光増幅器３０−２の利得一定制御を行っている。

本発明の１つの特徴は、監視制御部２０−２が、上記利得一定制御と並行して、光増幅器３０−２の周期的な出力一定制御を行い、監視光強度の変動を検出した時は、光ファイバ２−１の損失が変化したものと判断し、上記周期的な出力一定制御に代えて、所定期間の強制的な出力一定制御を実行するようにした点にある。周期的な出力一定制御は、一定期間Ｔ１毎に比較的短いΔｔ期間だけ実行され、光増幅器３０−２の総出力信号強度を目標値に合わせるように光減衰器の減衰量が調整される。また、強制的な出力一定制御は、期間Δｔよりも長い期間Δτにわたって、上記光減衰器の減衰量調整が実行される。

本発明の他の特徴は、監視制御部２０−２が、多重化波長数の変動を検知した時、すなわち、監視光には許容範囲を外れるような強度変化はないが、光増幅器３０−２の入出力信号の許容範囲を外れる光強度変化があったことを検出した時、上述した周期的、あるいは強制的な出力一定制御の実行を抑制するようにした点にある。すなわち、多重化波長数が変化したということは、監視制御部２０−２で出力一定制御の前提条件としている多重化信号光の数（波長数）と、光増幅器３０−２に実際に入出力されている信号光の数（波長数）とが相違していることを意味しているため、監視制御部２０−２に出力一定制御の目標値となる正しい総出力光強度が設定される迄の間は、出力一定制御の実行は無意味なものとなるからである。

多重化波長数が変化した場合、監視制御部２０−２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制御情報が示す多重化信号光の数に基いて、総出力光強度の目標値を変更する。但し、監視制御部２０−２自身が、光増幅器の入力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ようにしてもよい。対向側の光伝送装置１Ｃの監視制御部２０−３も、受信光について上述した中継用光伝送装置１Ｂの監視制御部２０−２と同様の制御動作をする。

第１実施例
図２は、光伝送装置１に搭載される光増幅器３０の１実施例を示す構成図である。

光増幅器３０は、光ファイバの入力光から監視光を分波するための分波器３１と、分波器３１を通過した信号光の一部を分岐する第１の光カプラ３２と、光カプラ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３３と、光ファイバ増幅器３３の出力信号光の一部を分岐する第２の光カプラ３４と、光カプラ３４の出力光の通過損失を自由に調整可能な可変光減衰器３５と、光減衰器３５の出力信号光の一部を分岐する第３の光カプラ３６と、監視光送信機４７と、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、監視光受信機４１に入力され、監視光受信機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。第１の光カプラ３２で分岐された信号光は、検出器４２に入力され、検出器４２の出力が、信号光入力強度Ｅｓとして監視制御部２０に入力される。第２の光カプラ３４で分岐された信号光は、検出器４４に入力され、検出器４４の出力が、増幅信号光強度Ｅａとして監視制御部２０に入力される。また、第３の光カプラ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、信号光出力強度Ｅｏとして監視制御部２０に入力される。

監視制御部２０は、監視光受信機４１と検出器４２〜４６から出力される光強度を監視し、前述した利得一定制御、出力一定制御、出力一定制御の抑止制御を行うと共に、監視光受信機４１から受信した制御情報Ｄ１を監視光送信機４７に制御情報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Ｅａとの比が常に一定となるように、光ファイバ増幅器３３の励起光を調整する。また、出力一定制御では、制御信号Ｓ２によって、信号光出力強度Ｅｏが予め決められた目標値となるように、可変光減衰器３５の減衰量を調整する。

図３は、光伝送装置１に搭載される光増幅器３０の他の実施例を示す。
ここに示した光増幅器３０は、光ファイバ増幅器が、制御信号Ｓ１で利得制御される前段光増幅部３３と、制御信号Ｓ１１で利得制御される後段光増幅部３８との２段構成になっており、後段の光増幅部３８の入力側に、光ファイバの波長分散を補償するための分散補償デバイス接続用のポートＰ１、Ｐ２を備えている。光ファイバ区間における波長分散が問題となるような光伝送システムにおいては、本実施例のように分散補償デバイスを接続可能にした光増幅器が有効となる。

尚、上記図２、図３に示した光増幅器３０は、特に、中継用の光伝送装置１Ｂに搭載される光増幅器３０−２の構成を示している。送信側に光伝送装置１Ａに搭載される光増幅器３０−１は、監視光の入力がないため、図２、図３の構成から、分波器３１と監視光受信機４１を省略した構造のものを適用できる。また、受信側の光伝送装置１Ｃでは、次の伝送区間が存在しないため、光増幅器３０−３としては、図２、図３の構成から、合波器３７と監視光送信機４７を省略した構造のものを適用できる。

図４は、横軸は時間経過をとって、本発明における光増幅器の利得一定制御と周期的な出力一定制御との関係を示す。

光伝送装置１Ｂ、１Ｃが稼動状態になり、光増幅器３０に信号光が入力されると、監視制御部２０は、図（Ａ）に示すように、利得一定制御を継続的に実行する。本発明では、出力一定制御は、光ファイバ区間での損失変動がない定常状態においては、原則的に停止しており、図（Ｂ）に示すように、一定の時間間隔Ｔ１で微小期間Δｔだけ間欠的に実行される。

次に、図５に示す信号波形図を参照して、光伝送装置１Ｂ、１Ｃの監視制御部２０が実行する周期的な出力一定制御と強制的な出力一定制御について説明する。図５において、（Ａ）は監視光受信機４１の出力として観測される監視光強度Ｅｍ、（Ｆ）は検出器４２の出力として観測される信号光強度Ｅｓ、（Ｇ）は検出器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。

監視制御部２０は、（Ｂ）に示すように、監視光強度Ｅｍの変化を検出するための閾値を一定周期Ｔ０で更新している。図６で後述するように、信号光強度Ｅｓの変化を検出するための閾値も、同一の周期Ｔ０で更新される。監視光強度Ｅｍの変化を検出するための閾値として、本実施例では、（Ａ）に示すように、閾値更新時点で観測された監視光強度Ｅｍの値（黒丸）を基準にして、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)、第２上限閾値Ｍｔｈ(H2)と第２下限閾値Ｍｔｈ(L2)が設定される。

第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)は、監視光強度Ｅｍの変動が許容範囲内か否かを判定するためのものであり、例えば、定期的（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ4、…）に観測された監視光強度Ｅｍの±３ｄＢの値が適用される。一方、第２上限閾値Ｍｔｈ(H2)と第２下限閾値Ｍｔｈ(L2)は、監視光強度Ｅｍの変動が、強制的な出力一定制御を実行すべき出力制御範囲内か否かを判定するためのものであり、例えば、観測された監視光強度Ｅｍの±５ｄＢの値が適用される。

ここで、閾値の更新周期Ｔ０は、システム管理者が任意に選択でき、観測対象となる監視光強度の変化速度よりも十分に大きい周期に設定される。監視制御部２０は、周期Ｔ０で更新されるこれらの可変閾値を適用して、監視光受信機４１と検出器４２から出力される監視光強度Ｅｍと信号光強度Ｅｓの変化を常時監視する。

本実施例では、監視制御部２０は、監視光強度Ｅｍが、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)の間にあれば、伝送路（光ファイバ）の損失変動は許容範囲内と判断し、図（Ｄ）に５１、５２、・・・で示すように、Ｔ１間隔で短時間Δｔの周期的な出力一定制御を実行する。図（Ａ）に６１で示すように、監視光強度Ｅｍが、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)〜第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)の許容範囲を超えて変動した場合、監視制御部２０は、伝送路に通信品質に影響する大きな損失変化が発生したものと判断し、図（Ｅ）に示す一定期間Δτの強制的な出力強度一定制御を実行する。強制的な出力一定制御が実行されている間は、破線５３が示すように、周期的な出力一定制御は抑止され、期間Δτの完了時点から、周期Ｔ１で出力一定制御（５４、・・・）が再開される。

尚、監視光強度Ｅｍの変動量が大きく、監視光強度Ｅｍが第２上限閾値Ｍｔｈ(H2)〜第２下限閾値Ｍｔｈ(L2)で規定した出力制御範囲を外れた場合、監視制御部２０は、監視光自体に強度の異常が発生したものと判断し、出力一定制御動作を停止する。

上述したように、監視光強度Ｅｍの変動が、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)との間の許容範囲内にあるときは、出力一定制御が間欠的に行われるため、信号光の出力強度Ｅｏは、図（Ｇ）に示すように、出力一定制御の休止期間中には入力光の強度変動に比例して変化する。しかしながら、閾値更新周期Ｔ０と第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)を適切に設定し、監視光強度Ｅｍの変動が許容範囲内にある間に出力一定制御を休止するようにしておけば、上述した信号光出力強度Ｅｏの変動を通信品質に影響しない程度に抑えることが可能となる。

本実施例によれば、信号光の出力強度ＥｏがＴ１毎に目標値に一致するように、光ファイバ増幅器の出力側で周期的に減衰量の調整が行われており、出力一定制御の休止期間中に、仮に信号光の入力強度Ｅｓが許容範囲を超えて変動した場合でも、監視制御部２０が、強制的な出力一定制御を実行するようになっているため、信号光の出力強度Ｅｏが、通信品質に影響する程度に大きく変動するおそれはない。

次に、図６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に必要となる出力一定制御の抑止動作について説明する。図６において、（Ａ）は、検出器４２の出力として観測される信号光強度Ｅｓの変化を示し、（Ｃ）は、Ｔ１間隔で周期的に実行される出力一定制御を示している。

監視制御部２０は、図（Ｂ）に示ように、信号光強度Ｅｓの変化を検出するための上限閾値Ｓｔｈ(H)と下限閾値Ｓｔｈ(L)を一定周期Ｔ０で更新している。上限閾値Ｓｔｈ(H)と下限閾値Ｓｔｈ(L)としては、例えば、周期的に観測された信号光強度Ｅｓの±３ｄＢの値が適用される。

監視制御部２０は、前述した監視光強度Ｅｍの変動検出と並行して、周期Ｔ０で更新される可変閾値Ｓｔｈ(H)とＳｔｈ(L)を適用して、信号光強度Ｅｓの変動を常時監視している。監視光強度Ｅｍが、前述した第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)の間の許容範囲内で変動しているにも関わらず、信号光強度Ｅｓが、図（Ａ）に７１で示すように、閾値Ｓｔｈ(H)〜Ｓｔｈ(L)の範囲を外れた場合、監視制御部２０は、多重化信号光の数（波長数）が変化したものと判断する。

多重化信号光の数が変化した時、従前の目標値（総信号光強度）を適用して出力一定制御を実行すると、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。そこで、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ｔｎで、図（Ｄ）に示ように、出力一定制御禁止フラグをオン状態にする。出力一定制御禁止フラグがオンの期間中は、図（Ｃ）に破線で示すように、周期的な出力一定制御の実行が抑制される。また、この期間中は、強制的な出力一定制御の実行も抑制される。

出力一定制御禁止フラグによる出力一定制御の抑制は、監視制御部２０における出力一定制御の目標値の異常状態が解消する迄、継続する必要がある。監視制御部２０は、出力一定制御禁止フラグをオン状態にすると、図（Ｅ）に示す制御目標値再設定状態となる。この状態で、光増幅器３０に物理的に入力されている多重化波長数が特定され、出力一定制御の目標値となる新たな総信号光強度の再設定が完了したタイミングｔｍで、出力一定制御禁止フラグをオフ状態に戻し、出力一定制御を再開する。

多重化波長数は、上流側の光伝送装置から受信する監視光から抽出され、監視制御部２０は、上記多重化波長数に基いて、制御目標となる新たな総信号光強度を算出する。出力一定制御の制御目標値の変更は、光伝送システムの全ての伝送装置で必要となるため、各監視制御部２０は、制御目標値の再設定が完了してから所定時間が経過した時点で、出力一定制御禁止フラグをオフ状態に戻す。尚、上記禁止フラグによって出力一定制御が抑制された場合でも、利得一定制御は継続的に実行されているため、多重化波長数の変化が信号光の出力強度に与える影響は小さい。

図７は、監視制御部２０がＴ０間隔のタイマ割込みに応答して実行する閾値更新処理ルーチン２００のフローチャートを示す。

閾値更新処理ルーチン２００では、監視光受信機４１が出力する監視光の入力強度Ｅｍを読み取り（ステップ２０２）、検知器４２が出力する信号光の入力強度Ｅｓを読み取る（２０４）。次に、監視光入力強度Ｅｍを基準値として、所定の計算式で、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)、第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)、第２上限閾値Ｍｔｈ(H2)、第２下限閾値Ｍｔｈ(L2)を算出し、これらの値を監視光変動量の判定用閾値として記憶する（２０６）。また、信号光入力強度Ｅｓを基準値として、所定の計算式で、上限閾値Ｓｔｈ(H)と下限閾値Ｓｔｈ(L)を算出し、これらの値を信号光の変動量の判定用閾値として記憶する（２０８）。

尚、閾値を計算する代わりに、例えば、予想されるＥｍの値と対応して、予め計算されたＭｔｈ(H1)、Ｍｔｈ(L1)、Ｍｔｈ(H2)、Ｍｔｈ(L2)の値を示す変換テーブルを用意しておき、閾値更新の都度、観測されたＥｍの値を検索キーとして、上記変換テーブルから各閾値を検索するようにしてもよい。閾値Ｓｔｈ(H)、Ｓｔｈ(L)の場合も同様である。

図８は、監視制御部２０が実行する出力一定制御ルーチン３００のフローチャートを示す。
出力一定制御ルーチン３００において、監視制御部２０は、時間Ｔ１の経過を示すＴ１タイマをスタートし（ステップ３０２）、出力一定制御禁止フラグの状態をチェックする（３０４）。禁止フラグがオン状態（“１”）となっていた場合は、制御目標値の再設定が完了したか否かを判定し（３０６）、もし、完了していなければ、ステップ３０４に戻る。制御目標値の再設定が完了していた場合は、禁止フラグをオフ状態（“０”）に戻し（３０８）、Ｔ１タイマをスタートして（３１０）、監視光の強度Ｅｍを判定する（３２０）。

ステップ３０４で禁止フラグがオフ状態となっていた場合、監視制御部２０は、検出器４２が出力する信号光入力強度Ｅｓを読み込み、信号光入力強度Ｅｓが上限閾値Ｓｔｈ(H)と下限閾値Ｓｔｈ(L)の間の許容範囲内にあるか否かを判定する（３１２）。信号光の入力強度Ｅｓが許容範囲内にあれば、出力一定制御のためのステップ３２０を実行し、信号光の入力強度Ｅｓが許容範囲内を外れていた場合は、禁止フラグをオン状態に設定して（３１４）、ステップ３０４に戻る。これらの制御シーケンスから、禁止フラグをオン状態の期間中は、出力一定制御が抑制されることが判る。

監視制御部２０は、ステップ３２０において、監視光受信機４１が出力する監視光の入力強度Ｅｍを読み込み、監視光の入力強度Ｅｍが、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)との間の許容範囲内にあるか否かをチェックする。監視光の入力強度Ｅｍが許容範囲内にあれば、Ｔ１タイマがタイムアウトとなったか否かを判定し（３２２）、タイムアウトとなっていなければ、ステップ３０４に戻る。

監視制御部２０は、Ｔ１タイマがタイムアウトとなった時点で、出力一定制御を実行する（３２４）。すなわち、検出器４６が出力する信号光の出力強度Ｅｏを読み込み、強度Ｅｏと予め指定された制御目標値とを比較し、強度Ｅｏが制御目標値に一致するように、光減衰器３５の減衰量調整用の制御信号Ｓ２を出力する。ここでの出力一定制御は、制御を開始してから時間Δｔが経過する迄、繰り返して実行され、時間Δｔが経過すると（３２６）、監視制御部２０は、出力一定制御を停止し（３２８）、ステップ３０２に戻ってＴ１タイマを再スタートさせる。

ステップ３２０において、監視光の入力強度Ｅｍが許容範囲を外れていた場合、監視制御部２０は、監視光の入力強度Ｅｍが、第２上限閾値Ｍｔｈ(H2)〜第２下限閾値Ｍｔｈ(L2)で規定された出力制御範囲内にあるか否かをチェックする（３３０）。監視光の入力強度Ｅｍが、出力制御範囲を外れた場合、監視制御部２０は、監視光が異常状態になったものと判断し、出力一定制御ルーチン２００を終了する。監視光の入力強度Ｅｍが出力制御範囲内に留まっていた場合、監視制御部２０は、期間Δτの強制的な出力一定制御を実行する（３３２）。すなわち、ステップ３２４で実行される周期的な出力一定制御と同様、信号光の出力強度Ｅｏが制御目標値と一致するように、制御信号Ｓ２で光減衰器３５の減衰量が調整される。

強制的な出力一定制御は、周期的な出力一定制御時間Δｔよりも長い期間Δτにわたって実行されるため、出力一定制御中に多重化波長数が変化する可能性がある。そこで、強制的な出力一定制御の実行中は、監視制御部２０は、信号光出力強度Ｅｏの読み込みから制御信号Ｓ１の出力までの１制御サイクル毎に、期間Δτが経過したか否かを判定し（３３４）、期間Δτが経過していなければ、検出器４２が出力する信号光の入力強度Ｅｓが上限閾値Ｓｔｈ(H)〜下限閾値Ｓｔｈ(L)の許容範囲内にあるか否かを判定する（３３６）。信号光入力強度Ｅｓが許容範囲内にあれば、ステップ３３０に戻って、出力一定制御サイクルを繰り返す。信号光入力強度Ｅｓが許容範囲を外れた場合は、多重化波長数が変化したものと判断し、出力一定制御を停止して（３３８）、禁止フラグをオン状態に設定（３４０）した後、ステップ３０４に戻る。

上記フローチャートでは、周期的な出力一定制御は、実行期間Δｔが短いため、出力一定制御の実行中に多重化波長数が変化する確率は極めて低いとの前提で、ステップ３２４の出力一定制御を繰り返して実行しているが、周期的な出力一定制御においても、ステップ３３６と同様の判定を行うことにより、多重化波長数が変化が検出された時点で直ちに制御動作を停止するようにしてもよい。

第２実施例
上述した第１実施例では、監視制御部２０が、光ファイバの区間毎に監視光を終端し、次の区間に対しては、図２に示したように、監視光送信機４７から新たな監視光が送信されているため、例えば、図１に示した光伝送装置１Ｃの監視制御部２０−３では、最初の光ファイバ伝送区間２−１における損失変化の発生の有無とその程度を把握することができない。従って、伝送区間２−１で損失変化が発生したとき、もし、何らかの原因で、光伝送装置１Ｂにおける信号光出力強度Ｅｏの補償が不完全で、信号光出力強度Ｅｏに変動が残った場合、結果的に、許容範囲を超える強度変化を示す光信号が伝送区間２−２に中継される可能性がある。この場合、下流側の光伝送装置１Ｃの監視制御部２０−３は、監視光の強度変動が許容範囲内であることから、受信信号光の入力強度変化を波長数の変動と誤認識する可能性がある。

第２の実施例の光増幅器は、下流側の光伝送装置における上述した誤認識を解消するために、図９に示すように、監視制御部２０が、制御信号Ｓ３によって、監視光送信機４７から出力される監視光の出力強度を変化させることを特徴とする。この場合、監視制御部２０は、監視光受信機４１で検出された監視光強度Ｅｍの変化を監視光送信機４７から出力される新たな監視光の強度に反映することによって、前伝送区間で発生した損失変動を後段の光伝送装置に中継する。

監視光の光強度を変えるためには、例えば、監視光送信機４７に含まれるレーザダイオードの駆動バイアス電流を制御信号Ｓ３で制御すればよい。また、図１０に示すように、変調回路４７２で駆動されるレーザダイオード４７０の出力光路に可変光減衰器４７１を挿入しておき、光減衰器３５の制御と同様、監視制御部２０が、上記可変光減衰器４７１を制御することによって、合波器３７に入力される監視光強度を変化させるようにしてもよい。

本実施例では、監視制御部２０は、監視光受信機４１から読み込んだ前伝送区間の監視光強度Ｅｍに比例して変化する制御信号Ｓ３を発生し、監視光受信機４１から出力される監視光の強度を上記監視光強度Ｅｍと同様に変化させている。上記監視光の強度変化は、下流の光伝送装置１Ｃに搭載された監視制御部２０−３で観測される。監視制御部２０−３は、第１実施例で説明した監視制御部２０と同様に動作し、観測された監視光強度Ｅｍが、第１上限閾値Ｍｔｈ(H1)と第１下限閾値Ｍｔｈ(L1)の間の許容範囲内で変動している時は、周期的な出力一定制御を実行し、監視光強度Ｅｍが許容範囲を外れた場合は、強制的な出力一定制御を実行する。

上述したように、仮に、光伝送装置１Ｂにおける信号光出力強度Ｅｏの補償が不完全で、前段の光伝送装置からの信号光出力強度Ｅｏに変動が残った場合でも、それが伝送路の損失変化に起因している限り、観測される監視光強度Ｅｍも変動しているため、多重化波長数の変化として誤検出されることはない。また、監視制御部２０−３で観測される信号光強度Ｅｓの変動が許容範囲内にあり、監視光強度Ｅｍの変動が許容範囲を外れた場合、強制的な出力一定制御が実行されることになるが、多重化波長数の変化時以外は、出力一定制御の実行は自由であり、信号光強度Ｅｓと監視光強度Ｅｍの変動パターンに部分的な相違があっても何ら支障はない。

第３実施例
第３実施例は、図９の光増幅器において、監視光送信機４７から出力される新たな監視光の強度を光ファイバ増幅器３３から出力される信号光出力強度Ｅａに比例して変化させることを特徴とする。

すなわち、本実施例では、監視制御部２０が、検出器４４から出力される信号光出力強度Ｅａに応じて制御信号Ｓ３を変化させ、この制御信号Ｓ３によって監視光送信機４７のレーザダイオード４７０の駆動バイアス電流、または光減衰器４７１の減衰量を制御する。本実施例によれば、中継用の光伝送装置からの出力時点で、信号光強度と監視光強度が連動して変化しているため、後続する光伝送装置において、信号光強度の変動が多重化波長数の変化として誤認識されるおそれはない。

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、光伝送システムにおいて発生する伝送路の損失変化と、通常の保守作業で発生する多重化波長数の変化の２種類の事象を識別し、光増幅器の出力一定制御を選択的に実行することによって、光伝送システムにおける信号光の通信品質を確保することが可能となる。また、上記第２、第３の実施例によれば、伝送路の損失変化に伴う出力一定制御において、仮に信号光出力強度の補償が不完全な場合でも、後続する光伝送装置の誤動作を防止することが可能となる。

本発明が適用される波長多重光伝送システムの概略的な構成を説明するための図。 図１の光伝送装置１（１Ａ〜１Ｃ）に搭載される光増幅器３０の１実施例を示す図。 図１の光伝送装置１に搭載される光増幅器３０の他の実施例を示す図。 本発明における光増幅器３０の利得一定制御（Ａ）と周期的な出力一定制御（Ｂ）との関係を説明するための図。 監視制御部２０が実行する周期的な出力一定制御および強制的な出力一定制御の実行条件と、光増幅器３０の信号光出力強度との関係を説明するための図。 監視制御部２０が実行する出力一定制御抑止動作を説明するための図。 監視制御部２０が周期的に実行する閾値更新処理ルーチンのフローチャート。 監視制御部２０が実行する出力一定制御ルーチンのフローチャート。 図１の光伝送装置に搭載される光増幅器３０の更に他の実施例を示す図。 図９の光増幅器３０における監視光送信機の主要部を示す図。

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、３８：光ファイバ増幅器、３２、３４、３６：光カプラ、３５：可変光減衰器、３７：合波器、
４１：監視光受信機、４２、４４、４６：検出器、４７：監視光送信機。

Claims (10)

1. 監視光と共に受信される波長多重信号光を所定の光強度で次区間の光伝送路に出力する光伝送装置であって、
   受信波長多重信号光から監視光を分離し、監視光強度を検出する第１手段と、
   監視光分離後の波長多重信号光の強度を検出する第２手段と、
   上記波長多重信号光を増幅する利得制御型の光増幅器と、
   上記光増幅器から出力された波長多重信号光の強度を調整するための減衰量可変の光減衰器と、
   上記光増幅器が常に一定利得となるように制御すると共に、波長多重信号光の出力強度が所定の目標値となるように、上記光減衰器の減衰量を制御する監視制御部とからなり、
   上記監視制御部が、上記第１、上記第２手段から出力される監視光強度と信号光強度を監視し、監視光強度の変動が許容範囲内であって、信号光強度の変動が許容範囲を外れた時、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を抑制することを特徴とする光伝送装置。
2. 前記監視制御部が、前記監視光強度が許容範囲内で変動中は、前記光減衰器による出力光強度の一定制御を所定の周期で間欠的に実行するための手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
3. 前記監視制御部が、前記監視光強度の変動が許容範囲内にある期間中は、前記光減衰器による出力光強度の一定制御を所定の周期で間欠的に実行し、監視光強度が許容範囲内を外れて変動した時、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を所定期間にわたって実行するための手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
4. 前記監視制御部が、前記監視光強度の変動が許容範囲内にある期間中は、前記光減衰器による出力光強度の一定制御を所定の周期で間欠的に実行し、監視光強度が許容範囲内を外れて変動した時、監視光強度が予め設定された出力制御範囲内にあれば、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を所定期間にわたって実行し、監視光強度が上記出力制御範囲を外れて変動した時は、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を終了するための手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
5. 前記監視制御部が、前記所定期間にわたる出力光強度の一定制御中に、前記信号光強度が許容範囲を外れた時は、該出力光強度の一定制御を中止するための手段を備えたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光伝送装置。
6. 前記監視制御部が、前記第１、上記第２手段から出力される監視光強度と信号光強度を基準値として、一定期間毎に前記許容範囲を規定するための閾値を更新するための手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の光伝送装置。
7. 前記監視制御部が、前記監視光によって搬送される制御情報が示す波長多重信号光の数に基いて、前記出力光強度の制御目標値を再設定するための手段を有し、制御目標値の再設定後に、前記出力光強度一定制御の抑制を解除することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の光伝送装置。
8. 次区間の光伝送路に送信すべき監視光を発生する監視光送信機と、
   上記監視光送信機から出力された監視光と前記光減衰器から出力された波長多重信号光とを多重化して上記次区間の光伝送路に送信するための合波器とを有し、
   前記監視制御部が、前記第１手段から出力される監視光強度に応じて、上記監視光送信機から出力される監視光の強度を変えることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の光伝送装置。
9. 次区間の光伝送路に送信する監視光を発生する監視光送信機と、
   上記監視光送信機から出力された監視光と前記光減衰器から出力された波長多重信号光とを多重化して上記次区間の光伝送路に送信するための合波器と、
   前記光増幅器から出力される波長多重信号光の光強度を検出する第３手段とを有し、
   前記監視制御部が、前記第３手段から出力される波長多重信号光強度に応じて、上記監視光送信機から出力される監視光の強度を変えることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れかに記載の光伝送装置。
10. 監視光と共に受信される波長多重信号光を一定利得で増幅し、出力光強度を調整して次区間の光伝送路に出力する光伝送装置の制御方法であって、
    受信波長多重信号光から分離された監視光の強度を検出するステップと、
    監視光分離後の波長多重信号光の強度を検出するステップと、
    上記波長多重信号光を一定利得で増幅するステップと、
    増幅された波長多重信号光の出力光強度が目標値となるように出力光強度を一定制御するステップと、
    上記監視光強度と信号光強度を監視し、監視光強度の変動が許容範囲内であって、信号光強度の変動が許容範囲を外れた時、上記光減衰器による出力光強度の一定制御を抑制するステップとからなることを特徴とする光伝送装置の制御方法。
    

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