JP4850781B2 - 光クロスコネクト装置、光クロスコネクト制御方法、波長多重伝送システムおよび光増幅器制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光信号の経路を切り替える光クロスコネクト装置および光クロスコネクト制御方法に関する。また、本発明は、光クロスコネクト装置および光増幅器を含む波長多重伝送システムおよび光増幅器制御方法に関する。

一般に、波長多重伝送システムでは、各波長（チャネル）の光信号の経路を切り替えるために光クロスコネクト装置が用いられる。光クロスコネクト装置は、複数の光信号入力部と光信号出力部との間に配置されるスイッチ部において、任意の入力線と出力線を一意に接続し、また要求に応じて接続組み合わせの変更を可能とする構成である（特許文献１）。このスイッチ部としては、構成の簡易さ、コスト、信頼性の観点から信号光を電気信号に変換せず、そのまま切り替えを行う光スイッチが用いられる。

図１２は、光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムの構成例を示す。図において、ｍ本（ｍは２以上の整数）の光ファイバ伝送路２１を介して伝送され、それぞれ光クロスコネクト装置１０に入力する波長多重光信号Ｓ１〜Ｓｍは、波長分波器１１−１〜１１−ｍでそれぞれ波長λ１〜λｎ（ｎは２以上の整数）の光信号に分波して光スイッチ１２の各入力ポートに入力される。光スイッチ１２は、オペレーションシステム１３からの切り替え指令に従って動作するスイッチ制御回路１４の制御によりｎ×ｍ本の光信号をクロスコネクトし、波長λ１〜λｎごとにｍ組の各出力ポートに出力する。光スイッチ１２の出力ポートから出力される波長λ１〜λｎごとにｍ組の光信号は、それぞれ対応する波長合波器１５−１〜１５−ｍで合波され、波長多重光信号Ｓ１〜Ｓｍとしてそれぞれ光ファイバ伝送路２２に出力される。また、光ファイバ伝送路２１，２２には、それぞれ適当な位置に光増幅器２３が配置され、各波長の光信号レベルを一定に制御する自動利得制御が行われている。

なお、波長合波器１５で波長多重する場合には、各光信号の波長が互いに異なっている必要があるが、一般に各光ファイバ伝送路２１の波長多重光信号に用いられる波長は、ここではそれぞれλ１〜λｎというように同じ場合が多い。そのため、各波長合波器１５に対応する光スイッチ１２のｎ個の出力ポートには同じ波長の光信号がクロスコネクトされる場合もある。このような場合には、各波長合波器１５に対応する光スイッチ１２のｎ個の出力ポートの一部または全部に波長変換器を備え、波長競合が起こった場合にはどちらかの波長を変換してから波長合波器１５に入力し、波長多重する構成もある。なお、波長変換器を入力ポート側に挿入する構成もある。
特開平０６−２９２２４６号公報

従来の光クロスコネクト装置では、各チャネルの切り替え制御はそれぞれの要求に応じたタイミングで行われる。例えば、波長λ１，λ２，λ３，λ４の４チャネルの切り替え制御と、光クロスコネクト装置の出力端における波長多重光信号出力の光電力変化の一例を図１３に示す。ここでは、波長λ３，λ４がオンの状態で、波長λ１がオンになり、次に波長λ２がオンになり、次に波長λ４がオフに切り替わるものとする。このときの波長多重光信号出力の光電力は、図１３(e) に示すように階段状に変化する。

ところで、光クロスコネクト装置から出力される波長多重光信号の光電力が変化しても、光ファイバ伝送路中を伝搬する各波長の光信号レベルは一定に保たれる必要がある。それは、光信号レベルの低下は光信号対雑音比の低下を招く一方で、光信号レベルの増加は光ファイバの非線形光学効果による劣化を招く可能性があるためである。したがって、波長多重伝送システムの光ファイバ伝送路に用いられる光増幅器は、各波長の光信号レベルを一定に保つための自動利得制御回路を備えることが一般的である。

図１４は、自動利得制御回路を備えた光増幅器の構成例を示す。図において、光増幅器の主要部は、光ファイバ増幅部（ＥＤＦ：エルビウム添加光ファイバ）２３１と、光ファイバ増幅部２３１に励起光を供給する励起光源２３２により構成される。自動利得制御回路は、光ファイバ増幅部２３１の入出力端に配置される入力光検出器２３３および出力光検出器２３４と、自動利得制御部２３５により構成される。自動利得制御部２３５は、入力光検出器２３３で検知された入力光電力値を入力し、予め設定された全波長の光信号がオンのときの光電力と比較することにより、入力する波長多重光信号の波長多重数を検出する。次に、出力光検出器２３４で検知された出力光電力値と、入力光検出器２３３で検知された入力光電力値とを比較し、波長多重数に応じた所定の光増幅器出力になるように励起光源２３２の出力レベル（光増幅器利得）を制御する。

しかし、このような光増幅器は、入力光信号の有無あるいは入力光信号レベルの変動により、その中を通過する光信号に対する過渡的利得変動を生ずる場合があることが知られている。この過渡応答は、入力光信号電力の変動速度が光増幅器の利得緩和時間に近いほど顕著になる。なお、利得緩和時間は、例えば一般に用いられるエルビウム添加光ファイバ増幅器の場合は数ミリ秒程度であり、光増幅器の種類や飽和強度等の動作条件によって変わる。一方、一般に用いられる光スイッチの切り替え速度は数ミリ秒程度あるいはそれ以下の場合もあるため、この過渡応答の影響が重大な問題になる。

例えば、光クロスコネクト装置において、チャネル切り替えにより新たに光信号が加わった場合、その出力端の波長多重光信号の光電力は図１５(a) に破線で示すように増加する。このとき、図１４に示すような自動利得制御回路を備えた光増幅器は、その入力光電力の増加に応じて出力光電力を増加させるような自動利得制御が行われる。しかし、実際の光増幅器の利得応答は図１５(b) に示すように、ある程度の過渡的変動を生ずるので、結果として光増幅器出力は図１５(a) に実線で示すような過渡的光出力変動が生じ、光ファイバ伝送路中を伝搬する波長多重光信号の品質劣化をもたらす可能性がある。一方、光クロスコネクト装置において、チャネル切り替えによりあるチャネルの光信号が抜けた場合も同様に、図１５(c),(d) に示すように光増幅器出力は過渡的光出力変動が生じ、光ファイバ伝送路中を伝搬する波長多重光信号の品質劣化をもたらす可能性がある。

波長多重伝送システムでは、安定な運用のために光増幅器の自動利得制御は不可欠である。しかし、波長多重伝送システムに用いられる光増幅器は、単純に光信号を挿入あるいは除去することを想定した設計になっているため、光クロスコネクト装置で頻繁に光切り替えを行う場合に問題が生ずる可能性がある。例えば、図１３に示す４波長切り替えの別パターンとして、図１６に示すように、波長λ３がオンの状態で、波長λ１がオンになった直後に波長λ２がオンになり、波長λ３がオフになった直後に波長λ４がオンに切り替わる場合を想定する。ここで、連続した切り替えの起こる時間が光増幅器の過渡応答時間よりも十分に長い場合には、図１３の場合と同様に、光増幅器の自動利得制御は光ファイバ伝送路における単なる入力光電力変化に応じた利得制御と同様の動作でも問題はない。しかし、連続切り替えの間隔が狭くなり、光増幅器の過渡応答時間と同等または短い場合には、光増幅器の自動利得制御中の波長数の変化、すなわち目標とする光出力あるいは利得の変化が頻繁に生じることにより安定な制御動作の保証ができなくなる可能性がある。

本発明は、光クロスコネクト装置および光ファイバ伝送路上の光増幅器を含む波長多重伝送システムにおいて、光クロスコネクト装置の光信号切り替えに伴う光増幅器の過渡応答による光信号品質劣化を低減するような切り替え制御を可能にする光クロスコネクト装置および光クロスコネクト制御方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、光クロスコネクト装置および光ファイバ伝送路上の光増幅器を含む波長多重伝送システムにおいて、光クロスコネクト装置の光信号切り替えに伴う光増幅器の過渡応答による光信号品質劣化を低減することができる波長多重伝送システムおよび光増幅器制御方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して光スイッチの複数の入力ポートに入力し、光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置において、スイッチ制御手段は、光スイッチの入力ポートと出力ポート間の接続切り替えを指示する切り替え指令を蓄積し、光増幅器の過渡応答時間以上の所定の設定時間ごとに蓄積した切り替え指令に基づいて光スイッチの切り替え処理を一括制御する構成である。

ここで、光スイッチ制御手段は、設定時間ごとの一括制御によって合波される波長数および光スイッチの立ち上がり時間に応じて、波長多重光信号の電力変化が小さくなるように各波長の光信号に対する一括制御のタイミングを調整する構成としてもよい。

第２の発明は、スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して光スイッチの複数の入力ポートに入力し、光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト制御方法において、スイッチ制御手段は、光スイッチの入力ポートと出力ポート間の接続切り替えを指示する切り替え指令を蓄積し、光増幅器の過渡応答時間以上の所定の設定時間ごとに蓄積した切り替え指令に基づいて光スイッチの切り替え処理を一括制御する。

ここで、光スイッチ制御手段は、設定時間ごとに一括制御によって合波される波長数および光スイッチの立ち上がり時間に応じて、波長多重光信号の電力変化が小さくなるように各波長の光信号に対する一括制御のタイミングを調整するようにしてもよい。

第３の発明は、スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して光スイッチの複数の入力ポートに入力し、光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムにおいて、光スイッチ制御手段は、光スイッチを制御する切り替え指令に対して、所定の遅延時間後に切り替え指令に基づく切り替え処理を行う構成であり、光クロスコネクト装置は、第１の切り替え指令の入力から遅延時間内に波長多重光信号を構成する他の波長の光信号に対する第２の切り替え指令を入力したときに、第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数を切り替え情報として当該波長多重光信号を入力する光増幅器に対して送信する送信手段を備え、光増幅器は、送信手段から送信された切り替え情報を検出したときに、第１および第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数の増減による過渡応答を抑圧する自動利得制御を行う構成である。

第４の発明は、スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して光スイッチの複数の入力ポートに入力し、光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムの光増幅器制御方法において、光スイッチ制御手段は、光スイッチを制御する切り替え指令に対して、所定の遅延時間後に切り替え指令に基づく切り替え処理を行い、光クロスコネクト装置は、第１の切り替え指令の入力から遅延時間内に波長多重光信号を構成する他の波長の光信号に対する第２の切り替え指令を入力したときに、第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数を切り替え情報として当該波長多重光信号を入力する光増幅器に対して送信し、光増幅器は、送信手段から送信された切り替え情報を検出したときに、第１および第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数の増減による過渡応答を抑圧する自動利得制御を行う。

第５の発明は、スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える第１の光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、第１の光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムにおいて、光クロスコネクト装置は、第１の光スイッチと同じ動作をする第２の光スイッチを備え、第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力する光信号を分岐して第２の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の切り替え時にそれぞれ対応する出力ポートから出力される光信号の一方を選択出力する冗長構成をとり、さらに第１の光スイッチまたは第２の光スイッチにおける光信号の切り替えであるか、第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の光スイッチ切り替えであるかを示す切り替え種別情報を光増幅器に対して送信する送信手段を備え、光増幅器は、送信手段から送信された切り替え種別情報が光スイッチ切り替えであるときに、波長多重光信号のレベル変動に対する自動利得制御の追従動作を回避する構成である。

第６の発明は、スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える第１の光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、第１の光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムの光増幅器制御方法において、光クロスコネクト装置は、第１の光スイッチと同じ動作をする第２の光スイッチを備え、第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力する光信号を分岐して第２の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の切り替え時にそれぞれ対応する出力ポートから出力される光信号の一方を選択出力する冗長構成をとり、さらに第１の光スイッチまたは第２の光スイッチにおける光信号の切り替えであるか、第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の光スイッチ切り替えであるかを示す切り替え種別情報を光増幅器に対して送信し、光増幅器は、送信手段から送信された切り替え種別情報が光スイッチ切り替えであるときに、波長多重光信号のレベル変動に対する自動利得制御の追従動作を回避する。

第１および第２の発明は、設定時間内の複数の切り替え指令に基づく光スイッチの切り替え処理を一括制御し、光クロスコネクト装置から出力される波長多重光信号の光電力が切り替え指令ごとの頻繁な増減を回避することにより、光増幅器の過渡応答による光信号品質劣化を低減することができる。

第３および第４の発明は、１つの波長多重光信号として出力される各波長の光信号の切り替えにおいて、第１の切り替え指令の入力からその切り替え制御が行われるまでの遅延時間内に第２の切り替え指令が入力されたときに、その切り替え情報を光増幅器に通知し、光増幅器では第１および第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数を想定した自動利得制御を行うことにより、光増幅器の過渡応答による光信号品質劣化を低減することができる。

第５および第６の発明は、冗長系を構成する２つの光スイッチがあり、その間の切り替えと光スイッチ内のチャネル切り替えにより波長多重光信号出力に変動が生じるときに、それぞれの切り替え種別情報を光増幅器に通知し、光増幅器では切り替え種別に対応する波長多重光信号のレベル変動を想定した自動利得制御、例えば光スイッチ切り替えが行われる場合には自動利得制御を停止するなどの処理を行うことにより、光増幅器の過渡応答による光信号品質劣化を低減することができる。

（光クロスコネクト装置の実施形態）
図１は、本発明の光クロスコネクト装置による光信号切り替え制御手順を示す。
本発明の光クロスコネクト装置は、図１２に示すオペレーションシステム１３から各チャネルの切り替え指令を受けると、各切り替え指令を単純に逐次処理するのではなく、各切り替え指令を設定時間ごとに一括処理することを特徴とする。すなわち、ある設定時間中に受信した切り替え指令を一旦蓄積し（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）、その設定時間の経過後に蓄積された切り替え指令を一括処理する（Ｓ４）。このように、ある設定時間中に受信した切り替え指令の一群を一括処理することにより、図１６で説明したような連続切り替え時の光増幅器における自動利得制御の不安定動作を回避することができる。

この設定時間は、光増幅器の過渡応答時間に対してある程度長く、かつ全体の切り替え動作に大きな遅延を生じない程度に短いことが望ましい。例えば、エルビウム添加光ファイバを用いた光増幅器の場合には、その過渡応答時間は１ミリ秒程度であるので、設定時間は例えば10ミリ秒程度であれば十分である。また、複数の切り替え指令の一括処理とは、必ずしも「同時」という意味ではなく、後述するように所定の時間差を設けてもよい。

図２は、本発明による第１の光信号切り替え例を示す。ここでは、波長λ１をオンとする切り替え指令の入力直後に、波長λ２をオンとする切り替え指令が入力された場合を想定している（図２(a),(b))。本実施形態の光クロスコネクト装置は、図１に示す制御手順により各切り替え指令を所定の設定時間の範囲で保留し、その設定時間の経過後に同時に各切り替え処理を行う。これにより、波長λ１，λ２が同時にオンとなり（図２(c),(d))、光クロスコネクト装置の出力端における波長多重光信号出力は２波長分を合わせたものとなる（図２(e))ので、後段の光増幅器ではそれに対応する自動利得制御を安定に行うことができる。

図３は、本発明による第２の光信号切り替え例を示す。ここでは、波長λ１をオンとする切り替え指令の入力直後に、波長λ２をオンからオフとする切り替え指令が入力された場合を想定している（図３(a),(b))。本実施形態の光クロスコネクト装置は、図１に示す制御手順により各切り替え指令を所定の設定時間の範囲で保留し、その設定時間の経過後に同時に各切り替え処理を行う。これにより、波長λ１がオンとなると同時に波長λ２がオフとなり（図３(c),(d))、光クロスコネクト装置の出力端における波長多重光信号出力は相殺されて一定になる（図３(e))ので、後段の光増幅器ではそれに対応する自動利得制御を安定に行うことができる。

図４は、本発明による第３の光信号切り替え例を示す。ここでは、波長λ１をオンとする切り替え指令の入力後に、波長λ２をオンとする切り替え指令が入力された場合を想定している（図４(a),(b))。本実施形態の光クロスコネクト装置は、図１に示す制御手順により各切り替え指令を所定の設定時間の範囲で保留し、その設定時間の経過後に光クロスコネクト装置の切り替え特性（立ち上がり時間）を考慮して各切り替え処理に時間差を設ける。これにより、波長λ１がオンとなった後に波長λ２がオンとなり（図４(c),(d))、光クロスコネクト装置の出力端における波長多重光信号出力が緩やかに増加する（図４(e) の実線）。

ここで、図４(d),(e) に破線で示すように、波長λ１，λ２がオンとなるタイミングを同時としても、後段の光増幅器ではそれに対応する自動利得制御の不安定な動作を回避することが可能である。しかし、図４(d),(e) に実線で示すように光クロスコネクト装置の切り替え特性を考慮した時間差を設けることにより、光クロスコネクト装置の出力端における波長多重光信号出力は連続的かつより緩やかなものとなり、後段の光増幅器の自動利得制御の過渡応答による光増幅器の光出力変動を緩和できる効果がある。

以上示した３例は、２波長の切り替えについて説明したが、設定時間内に３波長以上の切り替え指令を処理する場合でも、これらの組み合わせを考慮して切り替えることにより、後段の光増幅器における自動利得制御の不安定な動作を回避することが可能になる。

（波長多重伝送システムの第１の実施形態）
図５は、本発明の波長多重伝送システムの第１の実施形態を示す。図６は、本発明の波長多重伝送システムの第１の実施形態における光増幅器２３の構成例を示す。図７は、本発明の波長多重伝送システムの第１の実施形態の動作例を示す。本実施形態の波長多重伝送システムの光クロスコネクト装置の基本構成は図１２に示す従来構成と同様であり、光増幅器の基本的な構成は図１４に示す従来構成と同様である。

光スイッチ制御部１４は、光スイッチ１２を制御する切り替え指令に対して、図７に示すように、所定の遅延時間後に切り替え指令に基づく切り替え処理を行う構成である。光クロスコネクト装置１０は、第１の切り替え指令の入力から所定の遅延時間内に波長多重光信号を構成する他の波長の光信号に対する第２の切り替え指令を入力したときに、第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長多重数等の切り替え情報を、当該波長多重光信号を入力する光増幅器２３に対して送信する送信手段を備える。光増幅器２３は、送信手段から送信された切り替え情報を検出したときに、第１および第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数を想定した自動利得制御、すなわち自動利得制御の過渡応答による光出力変動を緩和するように制御する構成である。これにより、図７に示すような連続切り替えによる波長多重光信号出力の変化に対して、光増幅器２３は切り替え情報に基づいて最適な自動利得制御を行うことが可能となる。送信手段および光増幅器２３の構成例について以下に説明する。

本実施形態では、主信号である波長多重光信号を構成している波長と異なる波長の光を用いて切り替え情報を波長多重伝送する。図５において、波長合波器１５−１〜１５−ｍの各１つのポートに、光スイッチ制御部１４の制御により切り替え情報を載せた制御光信号を送信する制御光源１６−１〜１６−ｍを配置する。一方、図６において、各光増幅器２３は、入力段に配置した波長分波器２３６で波長多重光信号から制御光信号を分波して制御光信号検出器２３７で受光し、検出した切り替え情報を自動利得制御部２３５に入力する構成である。

また、切り替え情報の他の伝送方法として、主信号である波長多重光信号の光強度を切り替え情報により変調してもよい。例えば、光クロスコネクト装置１０の光スイッチ１２として、図８に示すように、一対のミラーアレイによって光入出力ポート間の切り替えを行う構成のものを用いれば、対応するミラーを微小変調することにより主信号に切り替え情報を重畳することが可能となる。一方、各光増幅器２３は、図１４に示す入力光検出器２３３で波長多重光信号の変調成分を検出することが可能であり、復調した切り替え情報を自動利得制御部２３５に入力する構成とする。この方法をとれば、新たな部品追加なしに比較的簡単な構成で切り替え情報の伝送が可能になる。

また、切り替え情報の他の伝送方法として、主信号がＳＤＨ信号の場合にはデータコミュニケーションチャネルを用いて、切り替え情報を光増幅器に伝送することも可能である。その場合には、各光増幅器２３にデータコミュニケーションチャネルを接続し、切り替え情報を検出する機能を備えればよい。さらに、ＧＭＰＬＳと呼ばれる光ネットワークシステムでは、光パス設定信号を各装置間でやりとりし、ネットワークの中に自在に光波長パスを設定することが可能であるが、このようなネットワークにおけるＧＭＰＬＳ信号の中に切り替え情報を重畳する構成としてもよい。

次に、切り替え情報に基づいて光出力変動を緩和する光増幅器の自動利得制御動作について説明する。一般に、自動利得制御部は、入力光検出部から与えられる目標値に対して、補償要素の組み合わせによって最適な制御を行う構成になっている。ここで、自動利得制御部の基本構成を図９に示す。補償要素としては、比例要素（Ｐ）８１、積分要素（Ｉ）８２、微分要素（Ｄ）８３を備え、それぞれの出力値を加算器８４を介して制御処理部８５に入力し、制御処理部８５によって制御される制御対象１００の出力を比較器８６にフィードバックし、比較器８６で目標値と比較して誤差信号を生成して各補償要素に入力する構成である。

このような構成において、図７(a),(b) に示すように、波長λ１をオンとする切り替え指令の入力直後に、波長λ２をオンからオフとする切り替え指令が入力され、それぞれ所定の遅延時間後に切り替え処理が行われた場合を想定する。波長多重光信号出力は、その時間差分だけ２波長分の出力になる。光増幅器２３の自動利得制御は、初めに波長λ１の光信号の分だけ光出力を増加させ、次に波長λ２の光信号の分だけ光出力を減少させる。すなわち、光出力を短時間だけ増加させ、また元に戻すことになる。

このような自動利得制御では、通常のＰＩＤ制御では最初の波長λ１の光信号の増加を検出することにより、光出力を目標値に達するように調整するこのとき、増加した光出力を最終目標値としているので、積分動作によって制御オフセット値を零に制御することになる。次に、この積分動作に比較して短時間で波長λ２の光信号の分だけ光出力を減少させることになると、変化した目標値に対して制御動作が始まり、積分要素は再び元の設定値に向かって制御オフセット値を零にするように動作する。一般に積分動作は制御オフセットを零にするために用いられるが、比例要素および微分要素に比べて応答時間を遅くする効果がある。したがって、本実施形態のように切り替え情報の取得により光出力が短時間の後に元に戻ることが既知であれば、最初の光出力増大時には積分動作を弱め、次に光出力減少後の制御オフセット値が零になるように積分動作を強める制御を行うことにより応答特性がよくし、図７(h) の実線で示すように波長多重光信号出力とほぼ等しい光増幅器出力となるように制御する。なお、図７(h) の破線は、切り替え情報に応じた制御を行わない通常の自動利得制御の結果である。

（波長多重伝送システムの第２の実施形態）
図１０は、本発明の波長多重伝送システムの第２の実施形態における光クロスコネクト装置の構成例を示す。

本実施形態の波長多重伝送システムは、光クロスコネクト装置の光スイッチ１２として現用系の光スイッチ１２−１と予備系の光スイッチ１２−２を備える。光クロスコネクト装置に入力する波長多重光信号Ｓ１〜Ｓｍは、波長分波器１１−１〜１１−ｍでそれぞれ波長λ１〜λｎの光信号に分波し、各波長の光信号はそれぞれ光カプラ１７を介して２分岐し、一方が現用系の光スイッチ１２−１の各入力ポートに入力され、他方が予備系の光スイッチ１２−２の各入力ポートに入力される。光スイッチ１２−１，１２−２は、オペレーションシステム（図外）からの切り替え指令に従って動作するスイッチ制御回路（図外）の制御により、それぞれｎ×ｍ本の光信号をクロスコネクトし、波長λ１〜λｎごとにｍ組の各出力ポートに出力する。光スイッチ１２−１，１２−２の出力ポートから出力される波長λ１〜λｎごとにｍ組の光信号は、それぞれ出力切替器１８を介してその一方が選択され、それぞれ対応する波長合波器１５−１〜１５−ｍで合波され、波長多重光信号Ｓ１〜Ｓｍとしてそれぞれ出力される。

ここで、出力切替器１８は、通常は現用系の光スイッチ１２−１の出力を選択するが、現用系の光スイッチ１２−１のいずれかのポートに障害が生じた場合に予備系の光スイッチ１２−２の出力を選択するように制御される。

このような障害時の予備系切り替えは、オペレーションシステムからの切り替え指令と異なり、光信号断時間を短くするために短時間で処理される。すなわち、このような予備系切り替えに伴う光出力変化はクロスコネクトによる波長増減時と異なり、光出力レベルが短時間で復帰する。一方、光伝送上の光増幅器における自動利得制御からみると、短時間であっても光出力レベルの低下により制御目標値が変化してしまう状況になる。

従来の光増幅器の自動利得制御では、図１１(a),(b) に示すように、故障発生時の現用系・予備系の切り替えに伴う光出力レベルの変化でも波長数変化と同様に応答する。故障発生時の切り替え速度は信号断時間を短縮するために通常のクロスコネクト制御よりも高速処理されるので、図１１(b) 示すように自動利得制御部が追従できずに信号断時間が長くなる可能性がある。

本実施形態は、例えば図５および図６に示した切り替え情報の伝送手段を用い、通常は所定の信号を定期的または連続的に送出することにより、現用系の光スイッチ１２−１を用いたクロスコネクト制御が行われていることを光増幅器に通知する。そして、故障が発生して予備系の光スイッチ１２−２への切り替えが行われるときに、所定の信号の送信を停止することにより、光増幅器に対して光スイッチの切り替えに伴う光信号断であることを通知する。光増幅器ではこのような切り替え種別情報の通知により、図１１(c) に示すように、予備系の光スイッチ１２−２への切り替え時の自動利得制御を停止し、図１１(b) に示すような過剰な追従動作を回避して信号断時間を極力短くする。

なお、光増幅器への通知時間は、光増幅器の過渡応答時間と同等かそれよりも短い時間に設定することにより、自動利得制御部の過渡応答時間よりも高速に検知することができる。これにより、通知信号の検知タイミングの間に起こった障害に対しても、光増幅器の過渡応答反応が起こる前に検知して対応することができる。

また、図１０に示す光クロスコネクト装置の構成において、波長変換器を用いる構成であっても本実施形態の光増幅器制御を同様に実施することができる。

本発明の光クロスコネクト装置による光信号切り替え制御手順を示すフローチャート。 本発明による第１の光信号切り替え例を示すタイミングチャート。 本発明による第２の光信号切り替え例を示すタイミングチャート。 本発明による第３の光信号切り替え例を示すタイミングチャート。 本発明の波長多重伝送システムの第１の実施形態を示す図。 本発明の波長多重伝送システムの第１の実施形態における光増幅器２３の構成例を示す図。 本発明の波長多重伝送システムの第１の実施形態の動作例を示すタイミングチャート。 光スイッチ１２の構成例を示す図。 自動利得制御部２３５の基本構成を示す図。 本発明の波長多重伝送システムの第２の実施形態における光クロスコネクト装置の構成例を示す図。 本発明の波長多重伝送システムの第２の実施形態の動作例を示すタイミングチャート。 光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムの構成例を示す図。 従来の光クロスコネクト装置の光信号切り替え例を示すタイミングチャート。 自動利得制御回路を備えた光増幅器の構成例を示す図。 光増幅器の過渡応答を説明する図。 従来の光クロスコネクト装置の光信号切り替え例を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０ 光クロスコネクト装置
１１ 波長分波器
１２ 光スイッチ
１３ オペレーションシステム
１４ スイッチ制御回路
１５ 波長合波器
１６ 制御光源
１７ 光カプラ
１８ 出力切替器
２１，２２ 光ファイバ伝送路
２３ 光増幅器
２３１ 光ファイバ増幅部（ＥＤＦ：エルビウム添加光ファイバ）
２３２ 励起光源
２３３ 入力光検出器
２３４ 出力光検出器
２３５ 自動利得制御部
２３６ 波長分波器
２３７ 制御光信号検出器

Claims (8)

1. スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して前記光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置において、
   前記スイッチ制御手段は、前記光スイッチの入力ポートと出力ポート間の接続切り替えを指示する切り替え指令を蓄積し、前記光増幅器の過渡応答時間以上の所定の設定時間ごとに蓄積した切り替え指令に基づいて前記光スイッチの切り替え処理を一括制御する構成である
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。
2. 請求項１に記載の光クロスコネクト装置において、
   前記光スイッチ制御手段は、前記設定時間ごとの一括制御によって合波される波長数および前記光スイッチの立ち上がり時間に応じて、前記波長多重光信号の電力変化が小さくなるように各波長の光信号に対する一括制御のタイミングを調整する構成である
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。
3. スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して前記光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト制御方法において、
   前記スイッチ制御手段は、前記光スイッチの入力ポートと出力ポート間の接続切り替えを指示する切り替え指令を蓄積し、前記光増幅器の過渡応答時間以上の所定の設定時間ごとに蓄積した切り替え指令に基づいて前記光スイッチの切り替え処理を一括制御する
   ことを特徴とする光クロスコネクト制御方法。
4. 請求項３に記載の光クロスコネクト制御方法において、
   前記光スイッチ制御手段は、前記設定時間ごとに一括制御によって合波される波長数および前記光スイッチの立ち上がり時間に応じて、前記波長多重光信号の電力変化が小さくなるように各波長の光信号に対する一括制御のタイミングを調整する
   ことを特徴とする光クロスコネクト制御方法。
5. スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して前記光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムにおいて、
   前記光スイッチ制御手段は、前記光スイッチを制御する切り替え指令に対して、所定の遅延時間後に切り替え指令に基づく切り替え処理を行う構成であり、
   前記光クロスコネクト装置は、第１の切り替え指令の入力から前記遅延時間内に前記波長多重光信号を構成する他の波長の光信号に対する第２の切り替え指令を入力したときに、第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数を切り替え情報として当該波長多重光信号を入力する光増幅器に対して送信する送信手段を備え、
   前記光増幅器は、前記送信手段から送信された前記切り替え情報を検出したときに、前記第１および第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数の増減による過渡応答を抑圧する自動利得制御を行う構成である
   ことを特徴とする波長多重伝送システム。
6. スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して前記光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムの光増幅器制御方法において、
   前記光スイッチ制御手段は、前記光スイッチを制御する切り替え指令に対して、所定の遅延時間後に切り替え指令に基づく切り替え処理を行い、
   前記光クロスコネクト装置は、第１の切り替え指令の入力から前記遅延時間内に前記波長多重光信号を構成する他の波長の光信号に対する第２の切り替え指令を入力したときに、第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数を切り替え情報として当該波長多重光信号を入力する光増幅器に対して送信し、
   前記光増幅器は、前記送信手段から送信された前記切り替え情報を検出したときに、前記第１および第２の切り替え指令により変化する波長多重光信号の波長数の増減による過渡応答を抑圧する自動利得制御を行う
   ことを特徴とする光増幅器制御方法。
7. スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える第１の光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して前記第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記第１の光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムにおいて、
   前記光クロスコネクト装置は、前記第１の光スイッチと同じ動作をする第２の光スイッチを備え、前記第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力する光信号を分岐して第２の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の切り替え時にそれぞれ対応する出力ポートから出力される光信号の一方を選択出力する冗長構成をとり、さらに前記第１の光スイッチまたは第２の光スイッチにおける光信号の切り替えであるか、前記第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の光スイッチ切り替えであるかを示す切り替え種別情報を前記光増幅器に対して送信する送信手段を備え、
   前記光増幅器は、前記送信手段から送信された前記切り替え種別情報が前記光スイッチ切り替えであるときに、前記波長多重光信号のレベル変動に対する自動利得制御の追従動作を回避する構成である
   ことを特徴とする波長多重伝送システム。
8. スイッチ制御手段の制御により複数の入力ポートと出力ポート間の接続を切り替える第１の光スイッチを備え、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された複数の波長多重光信号をそれぞれ各波長の光信号に分波して前記第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記第１の光スイッチの複数の出力ポートから出力された各波長の光信号をそれぞれ合波して複数の波長多重光信号を生成し、光増幅器を含む複数の光ファイバ伝送路にそれぞれ出力する光クロスコネクト装置を含む波長多重伝送システムの光増幅器制御方法において、
   前記光クロスコネクト装置は、前記第１の光スイッチと同じ動作をする第２の光スイッチを備え、前記第１の光スイッチの複数の入力ポートに入力する光信号を分岐して第２の光スイッチの複数の入力ポートに入力し、前記第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の切り替え時にそれぞれ対応する出力ポートから出力される光信号の一方を選択出力する冗長構成をとり、さらに前記第１の光スイッチまたは第２の光スイッチにおける光信号の切り替えであるか、前記第１の光スイッチと第２の光スイッチとの間の光スイッチ切り替えであるかを示す切り替え種別情報を前記光増幅器に対して送信し、
   前記光増幅器は、前記送信手段から送信された前記切り替え種別情報が前記光スイッチ切り替えであるときに、前記波長多重光信号のレベル変動に対する自動利得制御の追従動作を回避する
   ことを特徴とする光増幅器制御方法。

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