JP4782644B2 - 光通信システムを監視するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は光通信システムの監視に関し、具体的には、光学経路における波長に対する利得特性の特徴を監視することにより、光通信システムの光学経路を監視するシステム及び方法に関する。

双方向光通信システムは、システムの複数の終端ポイント（例えば、端末）に接続する複数対の光学経路から構築され得る。各光学経路は、光キャリアに変換された情報を１つの端末から他の端末へと送信し得る。長距離光通信システムでは、各光学経路は、連結された一連のスパンから構築され得る。各スパンは、光信号を送信するための媒体（例えば、１つ以上の光ファイバ）と、光学媒体中の伝搬から生じた光損失を全体的に又は部分的に補償する増幅器（例えば、光増幅器）とを含み得る。光通信システムは光学経路対を含み得るものであり、これらの光学経路対は、両方の光学経路に共通の光学波長セットを有し、この光学波長セット内の任意の波長における端末間の光伝送を両方の経路がサポートするようになっている。このような光通信システムの一例は、複数の光信号を、共通の光学経路を介してそれぞれ異なる光学波長で同時に伝送するための波長分割多重（ＷＤＭ）方式を用いることがある。

光通信システムの所有者／オペレータは、一般的に、システムの健康状態、特にシステムの光学経路の健康状態を監視することを所望する。例えば、光ファイバケーブルの障害や断線、故障している中継器や増幅器、又はシステム内のその他の問題を検出するための監視技術が用いられ得る。測定プロセス（例えば、光増幅器を収容している中継器に組み込まれる）に基づく能動的な監視技術が開発されており、この測定プロセスは、共通の機能／応答機能を実施するシステム端末と中継器との間の通信チャネルを介して制御及びクエリーされ得る。

受動的な監視技術も開発されており、この監視技術は、監視端末から送信光学経路に光監視信号を発し、その監視信号の一部は、経路対の１つ以上のポイントで、受信経路に結合される。この監視信号は、光通信システムの光学経路の伝送帯域幅内の特定の波長で、専用光キャリア（即ちトーン）やシステムデータチャネル等の光キャリアに変調され得る。送信経路−受信経路間の結合は、例えば、システム内の１つ以上の中継器に配置された受動型光コンポーネント（例えば、光カプラ、光減衰器、及び／又は光学フィルタ）を用いて実装され得る。受信経路に結合された監視信号の部分は監視端末に帰還し、その監視端末で検出されて測定され得る。監視端末に帰還する監視信号は、送信監視信号のサンプル、送信経路内の素子によって反射された送信監視信号の部分のサンプル、又はその両方であり得る。受動的な監視技術としては、光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）、コヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）、及びハイロス・ループバック（ＨＬＬＢ）が含まれる。

既存のＯＴＤＲ技術によれば、ＯＴＤＲ信号ソースが、光学パルスや特別に変調された光キャリア等といったテスト信号又はプローブ信号を生成し、そのテスト信号が経路対の送信光学経路に発せられる。送信経路内の素子は、ＯＴＤＲテスト信号を部分的に反射し得る（例えば、後方散乱）。後方散乱された信号の部分は、（例えば、同じ送信経路上又は受信経路等といった異なる経路上を）戻され、ＯＴＤＲ受信器で検出され得る。経路内の各素子の後のポイントで反射される信号の量には、例えば、テスト信号や反射された信号を減衰させること等による、その素子の伝送特性も影響し得る。光学経路に沿った各素子やポイントから後方散乱された信号又は反射された信号の大きさは、その光学経路を特徴付けるための測定基準として用いられ得る。

コヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）はＯＴＤＲを強化したものであり、海底光通信システム等の長距離ＷＤＭシステムに用いられ得る。ＣＯＴＤＲは、受信器感度を向上させるために、そのテスト信号に対する特殊な光学変調スキームと光コヒーレント検波受信器とを用いる。感度の向上により、非常に低いレベルの後方散乱信号の測定が可能になるので、光学経路のＣＯＴＤＲ装置から遠い部分（例えば、光増幅器の向こう側）にあるファイバをも含む、非常に長い光ファイバの検査が可能になる。ＯＴＤＲ又はＣＯＴＤＲによって伝送経路内における光ファイバからのレイリー後方散乱を検出できるので、このシステム監視手法は、ユーザによる中継器間のファイバの検査を可能にする診断ツールを提供する。

ハイロス・ループバック（ＨＬＬＢ）監視方法によれば、経路対に、前方伝搬する監視信号のサンプルを帰還経路に結合させる受動型結合コンポーネントが備えられ得る。端末は、監視信号を生成してその監視信号を送信経路に発するため、及び、経路対内の各結合ポイントから帰還した監視信号のサンプルの大きさを監視するための回線監視装置（ＬＭＥ）を含み得る。ＨＬＬＢ監視は、光学経路を特徴付けるために、又はその光学経路における変化を検出するために、ループ利得、又はループ利得の変化を用い得る。ループ利得は、光通信システムの送信経路に発せられた監視信号の大きさに対する、所与の結合ポイントから検出されたサンプルの大きさの割合である。ＯＴＤＲ／ＣＯＴＤＲ監視方法とは異なり、ＨＬＬＢ監視では、一般的に、各結合ポイントに対して測定されるループ利得に影響する素子以外の、結合ポイント間の光学経路内の素子は監視できない。

これらの既存の監視技術は、他の長所及び短所を有し得る。例えば、ＯＴＤＲ／ＣＯＴＤＲ法において光学経路間で用いられる結合装置は、ＨＬＬＢ法において光学経路間で用いられる結合装置よりも安価であり得る。一方、ＨＬＬＢ監視では、データセットの取得がより迅速になると共に、自動形跡解析技術と共に用いれば、光学経路内の障害の発見及び診断が容易になり得る。

本発明は、光学経路における波長に対する利得特性の特徴を監視することにより、光通信システムの光学経路を監視するシステム及び方法を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様は、第１の光学経路上に少なくとも１つの光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）テスト信号を送信し、該ＯＴＤＲテスト信号が前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子によって反射され、反射されたＯＴＤＲテスト信号が第２の光学経路に結合されることと、前記第２の光学経路上で前記少なくとも１つの反射されたＯＴＤＲテスト信号を検出し、ＯＴＤＲデータを取得することと、前記ＯＴＤＲデータに、各線形近似が既知の中継器位置に対応するポイントまで及ぶ少なくとも１つの線形近似を適用することと、各前記線形近似と前記既知の中継器位置との交点を識別することにより前記ＯＴＤＲデータからループ利得データを導出することとを含む方法である。

本発明の別の態様は、互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを、差分光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）を用いて監視する方法であって、少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、前記第１の光学経路上に第１のＯＴＤＲテスト信号を送信することと、前記第１の光学経路上に第２のＯＴＤＲテスト信号を送信することと、前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第１及び第２のＯＴＤＲテスト信号に対応する第１及び第２の反射ＯＴＤＲ信号を検出し、第１及び第２のＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、前記第１及び第２のＯＴＤＲテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することとを含む光通信システム監視方法である。

本発明の更に別の態様は、互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを、差分コヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）を用いて監視する方法であって、それぞれ異なる負荷波長の複数の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、前記第１の光学経路上に第１のＣＯＴＤＲテスト信号を第１のテスト波長で送信することと、前記第１の光学経路上に第２のＣＯＴＤＲテスト信号を第２のテスト波長で送信することと、前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第１及び第２のＣＯＴＤＲテスト信号に対応する第１及び第２の反射ＣＯＴＤＲ信号を検出し、第１及び第２のＣＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、前記第１及び第２のＣＯＴＤＲテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することとを含む光通信システム監視方法である。

本発明の更に別の態様は、互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを、差分コヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）を用いて監視する方法であって、第１の負荷波長の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、第２の負荷波長の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、前記第１の光学経路上にＣＯＴＤＲテスト信号を単一のテスト波長で送信することと、前記第１の負荷波長の前記負荷トーンを用いた際に、前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第１のＣＯＴＤＲテスト信号に対応する第１の反射ＣＯＴＤＲテスト信号を検出し、第１のＣＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、前記第２の負荷波長の前記負荷トーンを用いた際に、前記第２の光学経路上で、前記第２の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第２のＣＯＴＤＲテスト信号に対応する第２の反射ＣＯＴＤＲテスト信号を検出し、第２のＣＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、前記第１及び第２のＣＯＴＤＲテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することとを含む光通信システム監視方法である。

本発明の更に別の態様は、互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを監視する方法であって、少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、前記第１の光学経路上に第１のテスト信号を第１のテスト波長で送信することと、前記第１の光学経路上に第２のテスト信号を第２のテスト波長で送信することと、前記第１のテスト信号を検出する際には前記第１のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有し、前記第２のテスト信号を検出する際には前記第２のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有する少なくとも１つの負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることと、前記第２の光学経路上で前記第１及び第２のテスト信号を検出し、第１及び第２のテストデータセットを生成することと、前記第１及び第２のテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することとを含む光通信システム監視方法である。

本発明の更に別の態様は、それぞれ反対の方向に光信号を送信するよう構成された第１及び第２の光学経路と、前記第１の光学経路を前記第２の光学経路に結合する少なくとも１つの結合経路と、少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけるための少なくとも１つの光学負荷と、前記第１の光学経路上に第１及び第２のＯＴＤＲテスト信号を送信し、第１及び第２の反射ＯＴＤＲテスト信号を検出して第１及び第２のＯＴＤＲデータセットを取得し、前記ＯＴＤＲデータセット間の差分を決定して前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成するよう構成された監視装置とを備えるシステムである。

本発明の上記及びその他の長所は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理解されよう。

本発明による監視システム及び方法は、光通信システムにおける１つ以上の光学経路を監視するために用いられ得る。一実施形態によれば、この監視システム及び方法は、光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）データ又はコヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）データから複数のループ利得データセットを導出するために用いられ得る。別の実施形態によれば、この監視システム及び方法は、光通信システムにおける利得傾斜を表すデータを取得するために、差分監視技術を用いてもよく、このデータは、光通信システムにおける異常損失又は異常利得の位置をつきとめるために用いられ得る。詳細は後述するが、差分監視技術は、ＯＴＤＲ、ＣＯＴＤＲ及び／又はハイロス・ループバック（ＨＬＬＢ）監視と共に用いられてよい。この監視システム及び方法は、システムのアセンブリ中又はシステムのインストール完了後に稼働中又は非稼動中のテストを行うために用いられ得る。

図１を参照すると、監視システム及び方法は、双方向光通信システム１００において実施され得る。光通信システム１００は、協働して双方向光学経路対を構成する２つの単方向光学経路１１０、１２０によって接続された端末１０２、１０４を含み得る。光学経路１１０は、端末１０２内の送信器１１２から端末１０４内の受信器１１４へと一方向に情報を送信し得る。光学経路１２０は、端末１０４内の送信器１２４から端末１０２内の受信器１２２へと他方向に情報を送信し得る。端末１０２に関しては、光学経路１１０は送信経路であり、光学経路１２０は受信経路である。光学経路１１０は、交互に連結された光ファイバ１１６−１〜１１６−ｎと、光増幅器１１８−１〜１１８−ｎとを含み得る。光学経路１２０は、交互に連結された光ファイバ１２６−１〜１２６−ｎと、光増幅器１２８−１〜１２８−ｎとを含み得る。

光学経路対（例えば、光学経路１１０、１２０）は、光ファイバの対１１６−１〜１１６−ｎ及び１２６−１〜１２６−ｎによって接続された中継器１３０−１〜１３０−ｎ内の１組の増幅器対１１８−１〜１１８−ｎ及び１２８−１〜１２８−ｎとして構成され得る。光ファイバの対１１６−１〜１１６−ｎ及び１２６−１は、更なる経路対をサポートするファイバと共に光ファイバケーブル内に含まれてよい。各中継器１３０は、各経路対に対する一対の増幅器１１８、１２８を含んでよく、更なる経路対に対する更なる増幅器を含んでもよい。光増幅器１１８、１２８は、エルビウムがドーピングされたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、若しくは他の希土類がドーピングされたファイバ増幅器、ラマン増幅器、又は半導体光増幅器を含み得る。結合経路１３２−１〜１３２−ｎは、例えば、１つ以上の中継器１３０−１〜１３２−ｎ内の光学経路１１０、１２０間で結合されてもよく、例えば、詳細は後述するが、１つ以上の受動型光結合コンポーネントを含んでもよい。

監視装置１４０は、（例えば、ＯＴＤＲ、ＣＯＴＤＲ、又はＨＬＬＢを用いて）これらの経路対に対する受動型回線監視を行うために、端末１０２、１０４の一方又は両方に配置されてよい。監視装置１４０は、信号生成機能、信号検出機能及び処理機能を実行し得るものであり、これらの機能を実行するよう構成された送信器、受信器、及びプロセッサを含み得る。監視装置１４０は、一方の光学経路１１０（例えば、送信光学経路）に監視信号又はテスト信号を発し得る。結合経路１３２−１〜１３２−ｎは、光学経路１１０内を伝搬する監視信号又はテスト信号のサンプルを、他方の光学経路１２０（例えば、受信光学経路）の前方伝搬方向に結合し得る。次に、監視装置１４０は、これらのサンプルを受信して測定し得る。

図示されている結合経路１３２−１〜１３２−ｎは、各増幅器対１１８−１〜１１８−ｎ及び１２８−１〜１２８−ｎと共に配置されているが、これらの結合経路は、他の位置（例えば、増幅器対の外側）に配置されてもよく、増幅器対毎に配置されなくてもよい。例示的な実施形態によれば、結合経路１３２−１〜１３２−ｎは対称に動作してもよい。即ち、結合経路１３２−１によって経路１１０から経路１２０へと伝達される各波長における光パワーの割合を記述する関数が、結合経路１３２−１によって経路１２０から経路１１０へと伝達される各波長における光パワーの割合を記述する関数と同じであってもよい。或いは、１つ以上の結合経路は対称でなくてもよく、複数の異なる結合経路が異なる伝達関数を有してもよい。結合経路１３２−１〜１３２−ｎは、ＯＴＤＲ／ＣＯＴＤＲ監視用のものとＨＬＬＢ監視用のものとで異なっていてもよい。ＯＴＤＲ／ＣＯＴＤＲ用の結合経路は、一般的に、送信経路１１０上の反射光（例えば、反射されたＯＴＤＲテスト信号）のみを受信経路１２０に結合する。一方、ＨＬＬＢ用の結合経路は、送信経路１１０上で送信される監視信号を受信経路１２０に結合する。

光通信システム１００の例示的な実施形態を図示及び説明したが、光通信システム１００の様々な変形も本発明の範囲に包含される。光通信システム１００は、例えば、より多数の光学経路対と、より多数又は少数の中継器とを含んでもよい。或いは、光通信システム１００は、光増幅器を含まなくてもよく、又は、光増幅器の代わりに、中継器に接続された光ファイバ内でのラマン増幅による光学利得を実現するのに適した光ポンプエネルギー源を含んでもよい。

光通信システム１００を監視する例示的な方法によれば、（例えば監視装置１４０によって）送信光学経路１１０上で１つ以上のＯＴＤＲテスト信号又はプローブ信号が送信され得る。本願明細書では、ＯＴＤＲという用語は、一般的に、標準的なＯＴＤＲ及びコヒーレントＯＴＤＲ（ＣＯＴＤＲ）の両方を指し得るものとして用いられる。詳細は後述するが、差分監視を行うために、送信光学経路１１０及び／又は受信光学経路１２０に負荷をかけながら、（例えば、複数の異なる波長の）複数のＯＴＤＲテスト信号が送信されてもよい。送信経路１１０上で送信されるＯＴＤＲテスト信号は、送信光学経路１１０内の１つ以上の反射素子によって反射され得る。反射されたＯＴＤＲテスト信号は、１つ以上の結合経路１３２−１〜１３２−ｎによって受信光学経路１２０に結合され得る。

図２は、一実施形態によるＯＴＤＲ又はＣＯＴＤＲ監視に用いられる結合経路１３２を通るテスト信号が辿る経路を示す。この実施形態では、結合経路１３２は、戻り損失が高い終端１５６、１５８を有する光ファイバ１５４を光ファイバ１１６、１２６に結合する光カプラ１５０、１５２（例えば、４ポート１０ｄＢ光カプラ）を含み得る。送信光学経路１１０上を前方伝搬する光テスト信号１６０が散乱ポイント又は反射ポイント１６２に遭遇すると、前方伝搬するテスト信号１６０の部分１６４（即ち、反射されたテスト信号）は、送信光学経路１１０の導波モードへと逆方向に反射され得る。結合装置１３２は、反射された部分１６４をサンプリングし、反射された部分１６４の一部分１６６（例えば、約１％又は−２０ｄＢ）を受信光学経路１２０に注入する。

当業者には、他の結合経路を用いてもよいことがわかるであろう。ＨＬＬＢ監視を用いるシステムでは、例えば、結合経路は、ＨＬＬＢ監視をサポートするための更なる光カプラ及び／又は反射型光学フィルタ（ＲＯＦ）等の更なるコンポーネントを含み得る。

監視装置１４０（図１）は、ＯＴＤＲデータ（例えば、ＯＴＤＲトレース）を取得するために、反射されたＯＴＤＲテスト信号を検出して、複数のデータセットを抽出してもよい。このデータセットは、光学経路の健康状態を評価するために解析され得る。一般的に、このデータセットは、テスト信号発生器から監視している受信器へとテスト信号が伝搬する（例えば、監視装置１４０から、送信経路１１０、結合経路１３２、及び帰還経路１２０を通り、監視装置１４０に戻る）通過時間又は伝搬時間（即ち遅延）を含み得る。検出されたテスト信号の強度は、その通過時間に対応する。例えば、ＯＴＤＲ又はＣＯＴＤＲを用いると、伝搬時間は、監視装置１４０から検出信号に関与するシステム要素（例えば、反射ポイント１６２）までの距離にほぼ比例する。従って、伝搬時間は、その検出信号に対応するシステム内のポイントを一意的に識別し得ると共に、ＯＴＤＲデータセットは、システム要素に対する信号強度を示し得る。信号伝送及び反射に対する経路素子の影響の先験的な理解から、通信システムを介したデータチャネル伝送のための光学経路の能力に影響する光学経路の特徴を、複数のＯＴＤＲデータセットを用いて推定してもよい。例えば、ファイバが断線していると、断線箇所の向こう側にある素子からは信号が戻らない。

図３は、ＯＴＤＲ監視システムの代表的なデータの一例を示す。距離の増加と共に信号強度が減少している領域は、中継器間の光ファイバ内でのレイリー散乱の結果であり得る。信号強度の（例えば、７５ｋｍ、１７５ｋｍ、及び２７５ｋｍにおける）段差状の増加は、光増幅器による信号増幅の結果であり得る。プロット１７０、１７２は、それぞれ、障害によって第１の中継器から１５ｋｍ向こう側にある光ファイバに３ｄＢの光減衰がもたらされる前及び後のシステムのＯＴＤＲデータを表す。障害は、障害の向こう側の全てのポイントについて測定された信号強度の変化によって示される。従って、ＯＴＤＲデータは、レイリー後方散乱によって反射された信号の検出結果として、中継器間の位置に対応するデータポイントを含む。一方、ＨＬＬＢ監視は、一般的に、レイリー後方散乱によって反射された信号を検出せず、ＨＬＬＢデータ（図示せず）は、一般的に、ＨＬＬＢ経路のみに対応するループ利得データを表すデータポイントを含む。

光通信システム１００を監視する例示的な方法によれば、ＯＴＤＲデータは、ループ利得データ（例えば、ＨＬＬＢ監視によって得られるループ利得データと同等）を抽出又は導出するために処理され得る。この、ループ利得データを抽出又は導出するためにＯＴＤＲデータを処理する例示的な方法は、監視装置１４０内の、例えばソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせとして実装され得る。図４は、テスト中の光学経路上におけるデータ伝送の障害を防止するためにパワーを低減したＯＴＤＲテスト信号又はプローブ信号を用いて通信システムから得たＯＴＤＲデータ１８０の一例を示す。図示されるように、中継器間の伝送スパンの後半部分のデータでは、ＯＴＤＲ測定の品質は低くなり得る。たとえ伝送スパンの後半部分のＯＴＤＲデータ１８０の品質が低くても、ＯＴＤＲデータ１８０から、信頼性の高いループ利得データの推定が導出され得る。

図５に示されるように、ＯＴＤＲデータ１８０からループ利得データを抽出又は導出する１つの方法は、例えば、（例えば中継器間の）各スパンの後半に現れているノイズレベルを超えたＯＴＤＲデータ１８０の部分を直線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃで近似することによる、ＯＴＤＲデータ１８０への線形近似の適用を含む。各スパンに対応するＯＴＤＲデータ１８０において、そのスパン内の最も強いＯＴＤＲデータに最も一致する直線の、例えば、傾斜及び０からの垂直オフセットを決定するために、線形回帰等の近似方法を用いてもよい。近似直線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃは、（例えば、垂直線１８４ａ、１８４ｂ、１８４ｃで示される）既知の中継器位置まで遡って補外されてもよい。近似直線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃと中継器位置（例えば、垂直線１８４ａ、１８４ｂ、１８４ｃ）との交点１８６ａ、１８６ｂ、１８６ｃは、ＨＬＬＢループ利得データと同じ特性を有する１組のデータポイント又は数を生じる。３つのスパン（及び近似直線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃ）が図示されているが、この方法は、任意の数の近似直線を用いて任意の数のスパンを表すＯＴＤＲデータと共に用いられてよい。

ＯＴＤＲデータからループ利得データを導出する例示的な方法は、光通信システムにおけるファイバ損失の先験的な知見を、近似処理における制約として用いてもよい。例えば、ＯＴＤＲデータ１８０を近似する線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃの傾斜を設定するために、既知のファイバ損失が用いられてもよい。この場合、比較的少ないＯＴＤＲデータポイントを用いて、近似直線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃの垂直オフセットの妥当な推定が導出され得る。

ＯＴＤＲデータからループ利得データを導出する別の例示的な方法は、上述のようなＯＴＤＲデータ１８０への線形近似の適用を含み得るものであり、次に、近似直線１８２ａ、１８２ｂ、１８２ｃの得られた傾斜を処理して、平均傾斜を表す単一の値を得る。次に、この平均傾斜値によって制約される傾斜と、各スパンにおける近似を最適化するために変化可能にした垂直オフセットとを用いて、線形近似を繰り返してもよい。平均傾斜値を用いて線形近似を繰り返すことにより、ＯＴＤＲデータから導出されるループ利得推定の品質が向上し得る。

この例示的な方法は、ＯＴＤＲデータセットから抽出又は導出されたループ利得データを、ＨＬＬＢループ利得データと共に用いられる当業者に周知の形跡解析処理等といった形跡解析処理を用いて処理することを更に含んでもよい。形跡解析処理は、光通信システムにおける障害を手動又は自動で検出及び／又は特徴付けるために用いられてもよい。形跡解析処理は、例えば、光学経路内の障害の位置をつきとめる及び／又は診断するため、及びシステム警報を生成するためにネットワーク管理システムと共に用いられてもよい。従って、例示的な監視システム及び方法は、ＨＬＬＢデータと共に用いられるよう設計された形跡解析技術を、比較的安価なＯＴＤＲ結合経路を用いて光通信システムから取得されたＯＴＤＲデータと共に用いることを可能にする。

別の例示的な監視方法によれば、光通信システム内の１つ以上の光増幅器の動作状態の変化を表すデータ取得するために、差分監視を用いてもよい。差分監視は、光増幅器の利得形状とその増幅器の平均利得との関係に基づくものである。利得形状は、特定の波長の信号に対する光増幅器の利得を、信号の波長の関数として記述する関数である。平均利得は、増幅器の合計信号出力パワーを、その増幅器への合計信号入力パワーで割った割合である（例えばデシベルで表される）。ＥＤＦＡでは、例えば、信号パワーが変化しても、ポンプパワーは一定であってもよく、或いは、或る範囲の入力信号パワーに対するＥＤＦＡの利得又は出力パワーを制御するために、ポンプパワーが制御されてもよい。いずれにしても、ＥＤＦＡの利得形状は、平均利得及びＥＤＦＡへの入力パワーの分光分布の関数である。一般的に、入力パワーが低いと、ＥＤＦＡの光学利得に関与するエルビウムイオンの反転分布が高まり、これは利得形状に影響する。

図６は、ポンプパワーが一定の場合のＥＤＦＡの利得形状（即ち、波長に対する利得）を示す。曲線１９０、１９２は、入力スペクトルでの信号パワーの相対分布は同じである２つの異なる合計入力パワーの値（例えば、ノミナル入力パワー及び低い入力パワー）における利得形状を表す。光通信システム内の増幅器への入力パワーの変化は、例えば、ファイバ損傷の結果、２つの増幅器間の光学経路の損失が変化した場合、ケーブルの修理中に損失が加わった場合、又は、新たな構成に対応するためにケーブルの経路が変更された場合に生じ得る。増幅器の動作波長域における利得形状曲線１９０、１９２をそれぞれ近似する線１９４、１９６は、所与の動作状態に対するＥＤＦＡの利得傾斜を表す。

利得傾斜は、光学経路の状態を監視又は診断するために用いられ得る。ＷＤＭ光通信システムの光学経路では、通常、光学経路の全長の割に利得傾斜は小さい。利得傾斜の大きさは、光学経路の状態が最適設計からどの程度逸脱しているかを示す尺度になり得、距離に対する利得傾斜のプロットは、スパン損失とノミナル増幅器利得（即ち、システム設計においてその増幅器が動作するよう意図される利得）との間にかなりの不一致が存在するスパンを明らかにし得る。例えば、ネットワーク管理システムを用いてシステム内の障害の手動又は自動検出を実施するために、利得傾斜を障害形跡解析処理と共に用いてもよい。時間に伴う利得傾斜の変化は、光学経路の累進的な変化も示し得るものであり、光通信システムの障害に至る時間の推定に用いられる処理をサポートし得る。

一般的に、差分監視は、２通りのテストデータ測定値（例えば、ＯＴＤＲデータ、又はＯＴＤＲデータから導出されるループ利得データ）を取得し、測定されたテストデータを処理して（例えば、他のデータセットから１つのデータセットを差し引いて）差分データを取得することによって、光通信システムにおける利得傾斜を推定するために用いられ得る。光通信システム内の１つ以上の増幅器の平均利得及び利得傾斜を推定するために、テストデータ測定値を、例えば、２つの異なる動作波長又は帯域が近い波長で取得してもよい。本願明細書で用いられる「（複数の）動作波長」とは、光通信システムの経路対が、その経路の全て又は一部を通して、信号（情報を送信するために能動的に使用される信号及びシステム監視及び／又は制御機能用の信号の両方を含む）を伝送する波長のセットを指す。本願明細書で用いられる「（複数の）帯域が近い波長」とは、経路対の一方又は両方の光学経路が、端末間の経路の全て又は一部を通して、光信号を伝送し得る波長のセットを指すが、経路対の両方の経路が端末間の全距離を通して信号を伝送し得る波長は含まない。

図１に示される光通信システム１００では、例えば、送信光学経路１１０及び／又は受信光学経路１２０に光学負荷をかけながら、（例えば、上述の方法を用いて）複数の異なるデータセットが測定又は取得されてもよい。本願明細書で用いられる「光学負荷をかける」（又は「光学負荷」）とは、経路対の一方又は両方の光学経路の全て又は一部を通って伝送中の全ての光パワーを指すが、光学経路の監視及び／又は制御に専用に用いられる光信号は含まない。光学負荷には、例えば、光増幅器のノイズに由来する光パワー（例えば、増幅自然放出光（ＡＳＥ））、送信端末において取り込まれた光ノイズ負荷、負荷トーン（例えば、連続波若しくは変調光信号）、又は、光増幅器の設計の結果として経路に取り込まれた光パワー（例えば、ＥＤＦＡ又はラマン増幅器からのポンプパワー）が含まれ得る。光学負荷を提供するための例示的なシステム及び方法は、２００４年６月２５日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／８７７，０５９号、及び米国特許仮出願第６０／６００，５３３号の便益を主張する２００５年８月１１日に出願された同時係属中の米国特許出願第 号（代理人整理番号ＴＣＭ１９６）に更に詳細に記載されており、それらの全てを参照することにより本願明細書に組み込む。

図７を参照すると、差分監視の１つの方法は、動作波長域の中央部分に、一定の平均パワーを有する１組の信号２００で負荷をかけながら、光通信システムの動作波長範囲の長波長側端部及び短波長側端部（例えば、１５４０ｎｍ及び１５６０ｎｍ）の波長又はそれに近い波長であり得る異なるテスト波長のＯＴＤＲテスト信号２０２、２０４を送信することを含む。テスト信号との干渉を避けるために、負荷波長がテスト信号のテスト波長から十分に離れている限りにおいて、任意の数の信号２００（又は負荷トーン）を用いてよい。一例では、負荷波長はテスト波長から約２．５ｎｍ離れていてもよい。この例示的な実施形態では、負荷トーン又は信号２００は一定の平均パワーを有する連続波又は変調信号であるが、広帯域光ノイズが用いられてもよい。当業者には、光通信システムの動作波長範囲に応じて他のテスト波長が用いられ得ることがわかるであろう。或いは、第１及び第２のテスト波長は、負荷波長の範囲の外側になくてもよい。例えば、負荷トーンは、テスト信号より高波長及び低波長のものであってもよい。

差分監視の別の方法によれば、本質的に同じ入力パワースペクトルを有する複数の異なるテスト波長において、ＯＴＤＲ測定値が順次取得され得る。例えば、負荷トーン又は信号２００と共に第１のＯＴＤＲテスト信号２０２が送信され、次に、負荷トーン又は信号２００と共に第２のＯＴＤＲテスト信号２０４が送信されてもよい。

図８Ａ及び図８Ｂに示される差分監視の更に別の方法によれば、単純な一対の入力スペクトルを用いて、２通りのＯＴＤＲ測定に対して最小限の負荷トーンを用いた同様の負荷を与えてもよい。第１のテスト波長（例えば、短い波長）の第１のＯＴＤＲテスト信号２１２は、ＯＴＤＲテスト信号２１２と本質的に同じ平均光パワーを有する第１の負荷波長（例えば、長い波長）の単一の負荷トーン２１４と共に送信されてもよい。第２のテスト波長（例えば、長い波長）の第２のＯＴＤＲテスト信号２２２は、ＯＴＤＲテスト信号２２２と本質的に同じ平均光パワーを有する第２の波長（例えば、短い波長）の単一の負荷トーン２２４と共に送信されてもよい。このように、ＯＴＤＲテスト信号２１２、２２２と負荷トーン２１４、２２４とは、本質的に同じパワーを有するが、波長は逆である。当業者には、２つの異なる波長でのＯＴＤＲ測定中に、光学経路上の本質的に同じ光学負荷を実現するために、他のスペクトル対を用いてもよいことがわかるであろう。

上述したように、各テスト波長のＯＴＤＲデータを取得するために、反射されたＯＴＤＲテスト信号が検出され得る。各波長のＯＴＤＲデータから、ループ利得データ（例えば、光学経路内の各増幅器に対するループ利得を表す）が抽出又は導出され得る。次に、（例えば、線形近似の適用前の）ＯＴＤＲデータ間又は各増幅器について導出されたループ利得データ間の差分を取得することにより、利得傾斜が推定され得る。

このように、利得傾斜は、共通のファクタを有する２つの独立した測定から導出されるので、光学経路内の光増幅器又はスパンを監視するための測定基準として有利に用いられ得る。２つの波長における測定結果間の差分を取得することにより、測定結果から、両方の測定に共通の経路の特徴（例えば、ファイバのレイリー散乱及び光損失特性）から生じる測定の不確定性が除去される。

図９Ａ及び図９Ｂには、マルチトーン負荷及び差分ＣＯＴＤＲを用いた監視システム及び方法の一実装例が示されている。この実施形態によれば、監視装置は、送信光学経路１１０上にＣＯＴＤＲテスト信号を送信するＣＯＴＤＲ送信器４０２と、受信又は帰還光学経路１２０上の反射されたＣＯＴＤＲテスト信号を受信して検出するＣＯＴＤＲ受信器４０４とを含む。ＣＯＴＤＲ信号レベルは、ＣＯＴＤＲ送信器４０２において、ＣＯＴＤＲ測定にとって許容可能な信号−ノイズ比（ＳＮ比）が与えられるよう設定されてもよく、これは当業者によって決定されてよい。ＣＯＴＤＲ送信器４０２は、例えば、１０：１カプラ４０６を用いて送信光学経路１１０に結合されてもよい。ＣＯＴＤＲ送信器４０２及び受信器４０４は、当業者に周知のＣＯＴＤＲ装置を含んでよい。

この図示されている実施形態では、送信光学経路１１０に複数の光学負荷を提供するために、複数の負荷波長（λ_１、λ_２、…λ_８）の複数のレーザ４１２が用いられてもよく、これらの波長を光学経路１１０に合成するために、コンバイナ４１６が用いられてもよい。受信経路１２０上のシステムの他端部において、光学負荷４０８を提供するために、類似の負荷装置（例えば、複数のレーザ及び１つのコンバイナ）を用いてもよい。この実施形態によれば、テスト測定が続いている間、増幅器の帯域幅にわたって一定の光学負荷がかけられてもよい。この差分監視方法がＣＯＴＤＲを用いて実施される場合には、負荷トーンは受信光学経路１２０上の反射されたＣＯＴＤＲテスト信号より強いので、受信又は帰還光学経路１２０における光学負荷は、負荷トーンが主であってもよい。

図示されている実施形態では、８つの異なる波長を有する負荷トーンを生成するための８つのレーザが示されているが、当業者には、上述したように、これとは異なる数の負荷トーンを生成するためにこれとは異なる数のレーザ用いられてよいことがわかるであろう。レーザ４１２は、ほぼ等しいパワーを複数の波長で生じて、その合計入力パワーが第１の中継器へのノミナルに近い合計入力パワー（例えば、そのＥＤＦＡ設計に対する通常の入力パワー）となるように、組み合わされてもよい。（例えば、システムのいずれかの端部において）光信号解析器３２０を用いて、各負荷波長における利得を測定してもよい。送信光学経路１１０及び／又は受信光学経路１２０を光信号解析器３２０に接続して、光信号解析器が複数の波長の入力パワーを監視できるようにしてもよい。減衰器４２０を用いて、第１の中継器に所望の入力パワーを与えるために負荷トーンの光パワーを制御してもよい。

図１０を参照し、利得傾斜を表す差分データを決定するためにＣＯＴＤＲデータを処理する例示的な方法を詳細に説明する。差分データを決定するためのＣＯＴＤＲデータの処理は、例えば、監視装置内の１つ以上のプロセッサによって実行され得る。ＣＯＴＤＲ受信器４０４は、反射されたＣＯＴＤＲテスト信号を検出し、上端側波長（λ_{ｕｐｐｅｒ ｅｄｇｅ}）及び下端側波長（λ_{ｌｏｗｅｒ ｅｄｇｅ}）におけるＣＯＴＤＲデータ（ＣＯＴＤＲトレース４３０、４４０として図示されている）を取得し得る。ＣＯＴＤＲトレース４３０、４４０は、監視中の少なくとも１つの光学経路に対応し、例えば、増幅器対（例えば、中継器）及び伝送スパン等といった光学経路内の位置に対応するデータを提供する。例えば、ＣＯＴＤＲトレース４３０、４４０におけるピーク４３２、４４２は、各中継器内の増幅器対間のループ利得に対応し、傾斜４３４、４４４は、中継器間のスパンにおける減衰に対応する。

２つのデータセット間の差分のプロットを表す差分曲線４４８として図示されている差分データを取得するために、上端側波長（λ_{ｕｐｐｅｒ ｅｄｇｅ}）におけるＣＯＴＤＲデータから下端側波長（λ_{ｌｏｗｅｒ ｅｄｇｅ}）におけるＣＯＴＤＲデータを減算してもよい。差分曲線４４８は、各増幅器又は中継器に続く無視してよい下方傾斜を含み得る（ＯＴＤＲトレース４３０、４４０として図示されている）。この傾斜は、一般的に、ファイバの損失によって減衰されたレイリー散乱光と関連付けられ、類似の傾斜特性を有するＯＴＤＲデータセット間の減算の結果として、実質的に除去される。差分曲線には、ファイバ減衰の違いにより依然として僅かな限られた傾斜が残り得るが、これは小さいものになるはずである。

差分曲線４４８は、距離に対する利得傾斜の尺度を表し、差分曲線４４８における段差は、ノミナル損失とは異なる損失を有するスパンの後のスパンを識別する。本願明細書で用いられる「ノミナル損失」とは、特定の伝送スパン設計における通常の又は期待損失を意味する。差分曲線４４８における段差は、例えば、中継器内のＥＤＦＡのノミナル利得からかけ離れている光損失を有するスパンの後の中継器を指す。ポンプパワーが一定のＥＤＦＡは、一般的に、圧縮状態、即ち、通常の入力パワーでのＥＤＦＡの利得が、合計入力パワーが非常に小さいＥＤＦＡの利得より数デシベル低い状態で動作する。従って、或るＥＤＦＡの入力パワーが減少した場合には、そのＥＤＦＡの前にあるスパンの光損失を示すＥＤＦＡ利得が増加する。ノミナル損失が上端側波長及び下端側波長において等しい利得を生じるスパンを含む光通信システムでは、例えば、差分曲線４４０における段差のある減少は、合計スパン損失がノミナル損失より高いことを示し、段差のある増加は、合計スパン損失がノミナル損失より低いことを示す。例えば、減少Δ_２は、中継器２への入力パワーが減少したことを示し、これは、中継器２の前のスパンにおける経路の異常によって生じ得るものである。

差分データから推定利得傾斜を抽出する１つの方法は、各増幅器に続く或る範囲の距離にわたる差分データを平均することを含む。ＯＴＤＲデータの大きさがＯＴＤＲ受信器の感度に近づく場合にＯＴＤＲデータ中の過剰なノイズから生じる問題を避けるために、これらの距離は増幅器に近くてもよい。一例では、各増幅器の出力における利得傾斜を推定するために、差分データは、各増幅器に続く約５〜１５ｋｍの範囲にわたって平均されてもよい。差分データから抽出された利得傾斜データは、障害を特徴付けると共に障害の位置をつきとめて障害警報を生成するための自動形跡解析等といった、その後の処理で用いられ得る。

差分監視の例示的な方法では、ＣＯＴＤＲデータを処理する際に、ＣＯＴＤＲ信号におけるパワーを考慮してもよい。中継器の出力におけるスプライス損失が高いと、ファイバの次のスパンからのＣＯＴＤＲデータの値が低くなり得るが、これにより、そのスパンにおいて大きな利得傾斜が誘発されない場合がある。損失が高いと、連結されている次の増幅器への入力パワーが減少するので、差分曲線は次の増幅器の後に段差のある減少を示す。従って、ＣＯＴＤＲ信号における絶対パワーと、差分曲線における段差とを考慮することにより、過剰損失を有するスパンを識別できると共に、増幅器の出力における高いスプライス損失によって生じた過剰損失と、増幅器の入力における高いスプライス損失によって生じた過剰損失とを区別することができる。差分曲線における、前のスパンに対応する低いＣＯＴＤＲデータ値を有する１つのスパンに対応する段差のある減少は、増幅器の出力におけるスプライス損失を示し得る。差分曲線における、前のスパンに対応する高いＣＯＴＤＲデータを有する１つのスパンに対応する段差のある減少は、増幅器の入力におけるスプライス損失を示し得る。従って、差分テストシステム及び方法は、過剰損失の位置をつきとめるために用いられ得る。

図１１には、マルチトーン光学負荷を用いた差分監視システム及び方法の別の実装例が示されている。この実施形態は、レーザ４５０が、受信又は帰還伝送経路１２０に、測定中のＣＯＴＤＲテスト信号に応じた負荷波長（λ_ｘ）の光学負荷を提供し得ること以外は、図９Ａ及び図９Ｂに示されているものと同様である。例えば、複数の異なる値を有する負荷波長（λ_ｘ）を用いて、ＣＯＴＤＲテスト信号が順次測定され得る。

ＣＯＴＤＲ受信器４０４が上端側波長（λ_{ｕｐｐｅｒ ｅｄｇｅ}）でのＣＯＴＤＲデータを取得する場合には、例えば、負荷波長（λ_ｘ）は、反射ＣＯＴＤＲ信号と干渉することなく、上端側波長（λ_{ｕｐｐｅｒ ｅｄｇｅ}）に可能な限り近く設定されてよい。ＣＯＴＤＲ受信器４０４が、下端側波長（λ_{ｌｏｗｅｒ ｅｄｇｅ}）でのＣＯＴＤＲデータを取得する場合には、負荷波長（λ_ｘ）は、反射ＣＯＴＤＲ信号と干渉することなく、下端側波長（λ_{ｌｏｗｅｒ ｅｄｇｅ}）に可能な限り近く設定されてよい。次に、上述のように上端側波長のＣＯＴＤＲデータから下端側波長のＣＯＴＤＲデータを減算することにより、差分曲線が取得され得る。

図９Ａ及び図９Ｂに示されている差分監視システムの実装例と、図１１に示されているものとは、送信光学経路１１０における高損失と受信光学経路１２０における高損失とを区別する能力が異なる。受信光学経路に異なる負荷をかけると、反射ＣＯＴＤＲ信号の利得が影響を受け、反射ＣＯＴＤＲ信号が受信又は帰還光学経路１２０における損失を示さなくなり得る。この、受信経路に異なる負荷をかけることによる差分監視システム及び方法は、ＣＯＴＤＲに関して説明されたが、この方法は、ＨＬＬＢ監視に適用されてもよい。

図１２を参照し、例えば、光学経路１１０、１２０がそれぞれ障害Ａ４６２と障害Ｂ４６４とを有する場合を考える。送信光学経路１１０及び受信光学経路１２０にマルチトーン負荷を与える差分監視システム及び方法（図９Ａ及び図９Ｂ）を用いると、差分曲線では、各障害４６２、４６４における過剰損失は区別されない。例えば、障害Ａにおける３ｄＢの過剰損失及び障害Ｂにおける０ｄＢの過剰損失から得られた差分曲線と、障害Ａにおける０ｄＢの損失及び障害Ｂにおける３ｄＢの損失から得られた差分曲線とは同じである。光学経路１１０、１２０の両方にマルチトーン負荷をかけた場合の、障害Ａ及び障害Ｂにおける合計損失が同じになる過剰損失の全ての組み合わせが、同じ差分曲線を生じる。

測定中のＣＯＴＤＲ信号の波長に応じた光学負荷を受信光学経路１２０に与える差分監視システム及び方法（図１１）を用いると、差分曲線は、ほぼ送信光学経路１１０内の過剰損失のみによって生じる段差を含み得る。従って、障害Ａにおける３ｄＢの過剰損失及び障害Ｂにおける０ｄＢの過剰損失の形跡は、差分曲線における段差のある減少となって現れる。障害Ａが０ｄＢの損失を有し、障害Ｂが３ｄＢの損失を有する場合には、差分曲線はほとんど減少を示さない。帰還伝送経路１２０における光学負荷が、反射ＣＯＴＤＲ信号の波長に近い波長に集中している場合には、帰還経路１２０上の増幅器における利得は、帰還経路１２０における過剰損失に対応するよう調節され（即ち、増幅器が圧縮状態から抜け出し）、この利得の変化はＣＯＴＤＲ信号の波長における傾斜としては現れない。換言すれば、帰還経路１２０における負荷トーンは、帰還経路１２０の増幅器におけるＥＤＦＡ圧縮との関連において、負荷トーンの波長における帰還経路１２０の利得を一定に保つ傾向がある。これにより、帰還経路１２０に過剰損失が生じているにも関わらず、ＣＯＴＤＲ信号の波長における帰還経路１２０の利得はほぼ一定に維持される。

図１３を参照すると、別の差分監視システム及び方法は、送信伝送経路１１０における光学負荷の変更に基づき、差分テスト信号測定値を取得する。この差分監視システム及び方法はＣＯＴＤＲに関して説明されるが、この方法はＨＬＬＢ監視にも適用され得る。この実施形態によれば、監視装置は、連結された増幅器の通過帯域の長波長側端部（例えば、１５６３ｎｍ）に近い単一のテスト波長のＣＯＴＤＲテスト信号を送信するＣＯＴＤＲ送信器４０２を含み得る。レーザ５０２は、負荷波長（λ_ｘ）の光学負荷を与える。負荷波長（λ_ｘ）は、ＣＯＴＤＲ信号と干渉することなく、通過帯域の短波長側端部又は長波長側端部の波長に設定され得る。この方法によれば、送信経路１１０内の負荷波長（λ_ｘ）における光パワーは、ＣＯＴＤＲ信号波長における光パワーよりも大きくなり得る。

帰還経路１２０にも、光学負荷５０４が与えられてもよい。光学負荷５０４は、帰還経路の増幅器の動作ポイントを固定するのに十分な強度を有するが、反射ＣＯＴＤＲ信号とは干渉しない（例えば、１５６３ｎｍ）。帰還経路１２０上の光学負荷５０４は重要ではないが、帰還経路１２０にＣＯＴＤＲテスト信号の波長に近い波長の単一トーンで負荷をかけると、結果の不明瞭さが軽減される。図１１に関して上述したように、これにより差分曲線の特徴に対する帰還経路１２０の過剰損失の影響が低減されるので、有利である。

図１４を参照し、単一のテスト波長を複数の異なる負荷波長と共に用いて取得したＣＯＴＤＲデータを処理する例示的な方法を詳細に説明する。ＣＯＴＤＲ受信器４０４は、２つのＣＯＴＤＲトレース５３０、５３２を取得し得る。その１つは通過帯域の短波長側端部の負荷波長（λ_{ｘ ｌｏｗ}）を用いたものであり、２つ目はＣＯＴＤＲ信号と干渉することなくＣＯＴＤＲ信号のテスト波長にできるだけ近い負荷波長（λ_{ｘ ｈｉｇｈ}）を用いたものである。一例では、第１のＣＯＴＤＲトレース５３０は１５４０ｎｍの負荷波長（λ_{ｘ ｌｏｗ}）で取得され、第２のＣＯＴＤＲトレース５３２は１５６０ｎｍの負荷波長（λ_{ｘ ｈｉｇｈ}）で取得される。当業者には、他の波長を用いてもよいことがわかるであろう。第１のＣＯＴＤＲデータセット（λ_{ｘ ｌｏｗ}）から第２のＣＯＴＤＲデータセット（λ_{ｘ ｈｉｇｈ}）が減算されて、差分曲線５４０として図示されている差分データが生成され得る。差分曲線５４０は、線５３４によって示される過剰損失が存在するスパンに続く中継器における下方への段差を含み得る。

この単一のＣＯＴＤＲテスト波長を用いた差分監視方法は、送信損失の影響を受信損失から分離可能にする増幅器の飽和効果（即ち、圧縮）により、過剰損失を有するスパンを識別する形跡を生じる。飽和した増幅器は、たとえ入力パワーが大きく変化しても一定の出力パワーを保つ傾向があるので、全ての増幅器がほぼ同じ出力パワーを有し得る。しかし、出力パワーの大半は、飽和負荷の波長（λ_ｘ）を有する。ＣＯＴＤＲテスト波長におけるスパン利得は、波長に対する増幅器の利得の特性及び負荷トーンとＣＯＴＤＲ信号との波長の分離に応じて変化し得る。過剰なスパン損失は、その後に続く増幅器における波長に対する利得を表す曲線を変化させ得る。例えば、図１５に示されるように、線５３４によって示される過剰損失により、差分曲線５４０は、全てのスパン損失がノミナルである場合の期待曲線５４２から逸脱し得る。

上述した差分監視システム及び方法の実施形態は、図１６に示されるような差分回線監視システムを用いて実施されてもよい。この実装例によれば、監視装置は、送信光学経路１１０に結合された回線監視装置（ＬＭＥ）送信器６０２と、受信光学経路１２０に結合されたＬＭＥ受信器６０４とを含み得る。一実施形態では、受信光学経路１１０には、波長終端装置（ＷＴＥ）６２０、６２２を用いて複数の光送信器６１２及び受信器６１４が結合される。受信及び送信光学経路１１０、１２０の他端部は、海底設備に接続され得る。

ＬＭＥ送信器６０２は、上述の方法と同様に、送信光学経路１１０にテスト信号を送信するために用いられ得る。ＬＭＥ受信器６０４は、テスト信号を受信して、検出されたテスト信号の差分を取得し、上述の方法と同様の差分データを生成する。一実施形態によれば、光送信器６１２は、上述のように送信光学経路１１０の光学負荷を提供するために用いられ得る。当業者に周知のＬＭＥ装置及び技術が用いられてよい。当業者には、他の光監視システム及び方法を用いても、本願明細書に記載された差分テストが提供され得ることがわかるであろう。

以上、本発明の原理を説明したが、この説明は例示のみを目的とし、本発明の範囲に関する限定ではないことが、当業者には理解されるべきである。本願明細書において図示及び説明された例示的な実施形態に加えて、他の実施形態も本発明の範囲に包含されることが意図される。当業者による変形及び置き換えは、添付の特許請求の範囲のみによって限定される本発明の範囲に包含されると見なされる。

本発明の一実施形態による光通信システムを示す図。 光通信システムにおける光学経路間の結合経路の一実施形態を示す図。 光通信システムにおける距離に対する信号強度を示すＯＴＤＲデータの一例を示すグラフ。 テスト対象の光学経路上のデータ伝送の障害を防止するために、パワーを低減したＯＴＤＲテスト信号を用いて光通信システムから取得されたＯＴＤＲデータの一例を示すグラフ。 図４に示される例示的なＯＴＤＲデータからループ利得データを導出する例示的な方法を示すグラフ。 希土類がドーピングされた光増幅器の、通常の入力パワー及び低い入力パワーで動作中の利得形状を示すグラフ。 差分ＯＴＤＲを用いて光学経路上のＯＴＤＲ測定値を取得するための負荷スペクトルの一例を示すグラフ。 差分ＯＴＤＲを用いて光学経路上のＯＴＤＲ測定を順次行うための入力スペクトルの別の例を示すグラフ。 差分ＯＴＤＲを用いて光学経路上のＯＴＤＲ測定を順次行うための入力スペクトルの別の例を示すグラフ。 マルチトーン負荷及び差分ＣＯＴＤＲを用いて光通信システムを監視するシステムの一実施形態の模式図。 マルチトーン負荷及び差分ＣＯＴＤＲを用いて光通信システムを監視するシステムの一実施形態の模式図。 複数の異なるテスト波長において取得されたＣＯＴＤＲトレース及び差分曲線を示すグラフ。 マルチトーン負荷及び差分ＣＯＴＤＲを用いて光通信システムを監視するシステムの更なる実施形態の模式図。 各光学経路に障害が存在する一対の光学経路の模式図。 単一のテスト波長及び差分ＣＯＴＤＲを用いて光通信システムを監視するシステムの更なる実施形態の模式図。 複数の異なる負荷トーンを用いて単一のテスト波長で取得されたＣＯＴＤＲトレース及び差分曲線を示すグラフ。 過剰損失を有する光学経路に対応する差分曲線を示す模式図及びグラフ。 差分回線監視システムを用いて光通信システムを監視するシステムの更に別の実施形態の模式図。

符号の説明

１００ 光通信システム
１０２ 端末
１０４ 端末
１１０ 光学経路（送信経路）
１２０ 光学経路（受信経路、帰還経路）
１１６−１〜１１６−ｎ 光ファイバ
１１８−１〜１１８−ｎ 光増幅器
１２６−１〜１２６−ｎ 光ファイバ
１２８−１〜１２８−ｎ 光増幅器
１３０−１〜１３０−ｎ 中継器
１３２−１〜１３２−ｎ 結合経路
１４０ 監視装置

Claims (36)

1. 互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを、差分光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）を用いて監視する方法であって、
   少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、
   前記第１の光学経路上に第１のＯＴＤＲテスト信号を送信することと、
   前記第１の光学経路上に第２のＯＴＤＲテスト信号を送信することと、
   前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第１及び第２のＯＴＤＲテスト信号に対応する第１及び第２の反射ＯＴＤＲ信号を検出し、第１及び第２のＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、
   前記第１及び第２のＯＴＤＲテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することと
   を含む光通信システム監視方法。
2. 前記ＯＴＤＲデータからループ利得データを導出することを更に含み、該ループ利得データを用いて前記差分データが生成される請求項１記載の光通信システム監視方法。
3. 少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることが、前記第１の光学経路に広帯域光ノイズで負荷をかけることを含む請求項１記載の光通信システム監視方法。
4. 少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることが、それぞれ異なる負荷波長の複数の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路にマルチトーン光学負荷をかけることを含む請求項１記載の光通信システム監視方法。
5. それぞれ異なる負荷波長の複数の負荷トーンを用いて前記第２の光学経路にマルチトーン光学負荷をかけることを更に含む請求項４記載の光通信システム監視方法。
6. 前記第１のＯＴＤＲテスト信号が前記負荷波長より低い第１のテスト波長で送信され、前記第２のＯＴＤＲテスト信号が前記負荷波長より高い第２のテスト波長で送信される請求項４記載の光通信システム監視方法。
7. 前記第１のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の短波長側端部の波長又はそれに近い波長であり、前記第２のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の長波長側端部の波長又はそれに近い波長である請求項６記載の光通信システム監視方法。
8. 少なくとも１つの負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることを更に含む請求項１記載の光通信システム監視方法。
9. 前記第１のＯＴＤＲテスト信号が第１のテスト波長で送信され、前記第２のＯＴＤＲテスト信号が第２のテスト波長で送信され、前記第１の反射ＯＴＤＲ信号を検出する際には前記負荷トーンが前記第１のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有し、前記第２のＯＴＤＲ信号を検出する際には前記負荷トーンが前記第２のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有する請求項８記載の光通信システム監視方法。
10. 前記第１のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の短波長側端部の波長又はそれに近い波長であり、前記第２のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の長波長側端部の波長又はそれに近い波長である請求項９記載の光通信システム監視方法。
11. 少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることが、それぞれ異なる負荷波長の複数の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路にマルチトーン光学負荷をかけることを含む請求項１０記載の光通信システム監視方法。
12. 少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることが、第１の負荷波長の第１の負荷トーンを用いて前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、第２の負荷波長の第２の負荷トーンを用いて前記第１の光学経路に光学負荷をかけることとを含む請求項１記載の光通信システム監視方法。
13. 前記第１及び第２のＯＴＤＲテスト信号が同じテスト波長で送信され、前記第１の負荷波長の前記第１の負荷トーンを用いて前記第１の光学経路が光学負荷をかけられる際に前記第１の反射ＯＴＤＲ信号が検出され、前記第２の負荷波長の前記第２の負荷トーンを用いて前記第１の光学経路が光学負荷をかけられる際に前記第２の反射ＯＴＤＲ信号が検出される請求項１２記載の光通信システム監視方法。
14. 前記第１の負荷波長が前記光通信システムの動作波長範囲の短波長側端部の波長又はそれに近い波長であり、前記第２の負荷波長が前記光通信システムの動作波長範囲の長波長側端部の波長又はそれに近い波長である請求項１３記載の光通信システム監視方法。
15. 少なくとも１つの負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることを更に含む請求項１３記載の光通信システム監視方法。
16. 前記第１及び第２のＯＴＤＲテストデータセット間の前記差分を決定することが、差分曲線を生成することを含み、前記方法が、前記差分曲線における段差に基づき前記光通信システム内の過剰損失の位置をつきとめることを更に含む請求項１記載の光通信システム監視方法。
17. 前記第１及び第２のＯＴＤＲテストデータセット間の前記差分を決定することが、差分曲線を生成することを含み、前記方法が、前記差分曲線における段差と前記第２の光学経路で検出された前記第１及び第２の反射ＯＴＤＲ信号の光パワーレベルとに基づき前記光通信システム内の過剰損失の位置をつきとめることを更に含む請求項１記載の光通信システム監視方法。
18. 互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを、差分コヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）を用いて監視する方法であって、
    それぞれ異なる負荷波長の複数の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、
    前記第１の光学経路上に第１のＣＯＴＤＲテスト信号を第１のテスト波長で送信することと、
    前記第１の光学経路上に第２のＣＯＴＤＲテスト信号を第２のテスト波長で送信することと、
    前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第１及び第２のＣＯＴＤＲテスト信号に対応する第１及び第２の反射ＣＯＴＤＲ信号を検出し、第１及び第２のＣＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、
    前記第１及び第２のＣＯＴＤＲテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することと
    を含む光通信システム監視方法。
19. 前記第１のテスト波長が前記負荷波長より低く、前記第２のテスト波長が前記負荷波長より高い請求項１８記載の光通信システム監視方法。
20. それぞれ異なる負荷波長の複数の負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることを更に含む請求項１８記載の光通信システム監視方法。
21. 前記第１の反射ＣＯＴＤＲテスト信号を検出する際には前記第１のテスト波長に近い波長を有し、前記第２の反射ＣＯＴＤＲテスト信号を検出する際には前記第２のテスト波長に近い波長を有する負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることを更に含む請求項１８記載の光通信システム監視方法。
22. 互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを、差分コヒーレント光学時間領域反射率測定（ＣＯＴＤＲ）を用いて監視する方法であって、
    第１の負荷波長の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、
    第２の負荷波長の負荷トーンを用いて少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、
    前記第１の光学経路上にＣＯＴＤＲテスト信号を単一のテスト波長で送信することと、
    前記第１の負荷波長の前記負荷トーンを用いた際に、前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第１のＣＯＴＤＲテスト信号に対応する第１の反射ＣＯＴＤＲテスト信号を検出し、第１のＣＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、
    前記第２の負荷波長の前記負荷トーンを用いた際に、前記第２の光学経路上で、前記第１の光学経路内の少なくとも１つの反射素子から反射された前記第２のＣＯＴＤＲテスト信号に対応する第２の反射ＣＯＴＤＲテスト信号を検出し、第２のＣＯＴＤＲテストデータセットを生成することと、
    前記第１及び第２のＣＯＴＤＲテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することと
    を含む光通信システム監視方法。
23. 少なくとも１つの負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることを更に含む請求項２２記載の光通信システム監視方法。
24. 互いに結合された第１及び第２の光学経路を含む光通信システムを監視する方法であって、
    少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけることと、
    前記第１の光学経路上に第１のテスト信号を第１のテスト波長で送信することと、
    前記第１の光学経路上に第２のテスト信号を第２のテスト波長で送信することと、
    前記第１のテスト信号を検出する際には前記第１のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有し、前記第２のテスト信号を検出する際には前記第２のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有する少なくとも１つの負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に光学負荷をかけることと、
    前記第２の光学経路上で前記第１及び第２のテスト信号を検出し、第１及び第２のテストデータセットを生成することと、
    前記第１及び第２のテストデータセット間の差分を決定し、前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成することと
    を含む光通信システム監視方法。
25. 前記第１及び第２のテスト信号が光学時間領域反射率測定（ＯＴＤＲ）信号であり、少なくとも１つのＯＴＤＲ結合経路を用いて前記第２の光学経路に結合された第１及び第２の反射ＯＴＤＲ信号を検出することにより前記第１及び第２のテスト信号が検出される請求項２４記載の光通信システム監視方法。
26. 前記第１及び第２のテスト信号が、少なくとも１つのハイロス・ループバック（ＨＬＬＢ）結合経路を用いて前記第２の光学経路に結合される請求項２４記載の光通信システム監視方法。
27. それぞれ反対の方向に光信号を送信するよう構成された第１及び第２の光学経路と、
    前記第１の光学経路を前記第２の光学経路に結合する少なくとも１つの結合経路と、
    少なくとも前記第１の光学経路に光学負荷をかけるための少なくとも１つの光学負荷と、
    前記第１の光学経路上に第１及び第２のＯＴＤＲテスト信号を送信し、第１及び第２の反射ＯＴＤＲテスト信号を検出して第１及び第２のＯＴＤＲデータセットを取得し、前記ＯＴＤＲデータセット間の差分を決定して前記光学経路の少なくとも一方における利得傾斜を表す差分データを生成するよう構成された監視装置と
    を備えるシステム。
28. 前記監視装置が、前記ＯＴＤＲデータに少なくとも１つの線形近似を適用して各前記線形近似と既知の中継器位置との交点を識別することにより前記ＯＴＤＲデータを処理して複数のループ利得ＯＴＤＲデータセットを導出し、該ループ利得ＯＴＤＲデータセット間の差分を決定して利得傾斜を表す前記差分データを生成するよう構成される請求項２７記載のシステム。
29. 前記光学負荷が、前記第１及び第２の光学経路に複数の負荷トーンで負荷をかける請求項２７記載のシステム。
30. 前記監視装置が、前記第１のＯＴＤＲテスト信号を第１のテスト波長で送信し、前記第２のＯＴＤＲテスト信号を第２のテスト波長で送信するよう構成される請求項２７記載のシステム。
31. 前記第１のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の短波長側端部の波長又はそれに近い波長であり、前記第２のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の長波長側端部の波長又はそれに近い波長である請求項３０記載のシステム。
32. 少なくとも１つの負荷トーンを用いて前記第２の光学経路に負荷をかけるための少なくとも１つの光学負荷を更に含む請求項２７記載のシステム。
33. 前記監視装置が、前記第１のＯＴＤＲテスト信号を第１のテスト波長で送信し、前記第２のＯＴＤＲテスト信号を第２のテスト波長で送信するよう構成され、前記第１の反射ＯＴＤＲテスト信号を検出する際には前記負荷トーンが前記第１のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有し、前記第２の反射ＯＴＤＲテスト信号を検出する際には前記負荷トーンが前記第２のテスト波長の波長又はそれに近い波長を有する請求項３２記載のシステム。
34. 前記第１のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の短波長側端部の波長又はそれに近い波長であり、前記第２のテスト波長が前記光通信システムの動作波長範囲の長波長側端部の波長又はそれに近い波長である請求項３３記載のシステム。
35. 前記光学負荷が、第１の負荷波長の第１の負荷トーン及び第２の波長の第２の負荷トーンを生成するよう構成される請求項２７記載のシステム。
36. 前記監視装置が、前記第１及び第２のＯＴＤＲテスト信号を同じテスト波長で送信するよう構成され、前記監視装置が、前記第１の負荷波長の前記第１の負荷トーンを用いて前記第１の光学経路が光学負荷をかけられる際に前記第１の反射ＯＴＤＲテスト信号を検出し、前記第２の負荷波長の前記第２の負荷トーンを用いて前記第１の光学経路が光学負荷をかけられる際に前記第２の反射ＯＴＤＲテスト信号を検出するよう構成される請求項３５記載のシステム。

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