JP4985764B2 - 光信号検出方法及び，これを用いた光受信ユニット - Google Patents

Description

本願発明は，光信号検出方法及び，これを用いた光受信ユニットに関する。特にＷＤＭ伝送装置におけるそれぞれの光波長に対する光信号検出方法及び，これを用いた光受信ユニットに関する。

基幹系光通信システムにおいて，伝送容量及び伝送速度を高めるために波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が用いられている。

かかるＷＤＭ方式を用いる光伝送システムにおいて，光中継機能を有する光増幅中継器と，光中継機能と伴に光信号挿入分岐機能を有する光伝送装置が光伝送路ファイバを通して縦続接続されている。

上記光伝送装置は，波長多重されて伝送される光信号のそれぞれの波長対応に光信号を受信する光受信ユニットを備えている。さらに，受信ユニットにおいて，光信号の有無を検知して後段の光伝送装置に対し，情報として通知することが行われる。

このような受信ユニットにおいて，入力側にＷＤＭプリアンプを用いる場合が多い。伝送されたＷＤＭ光信号は，ＷＤＭプリアンプにより増幅された後，分波器により１ｃｈ（１波長）毎に分離される。

そして，ＷＤＭプリアンプとして希土類元素として例えばエルビウムをコア部に添加した光ファイバを使用した光ファイバ増幅器が用いられる。かかる光ファイバ増幅器に対し励起光が供給され，誘導放出により入力光の増幅が行われる。

そして，光増幅の際は，光ファイバ増幅器からは，増幅された入力光に加え，更に自然放出（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ））光が出力される。この光ファイバ増幅器から出力されるＡＳＥ光及び，長距離伝送に用いる多数の光増幅中継器から発生する自然放出光が累積し，伝送後には大きな雑音光になる。

一方，伝送距離が長い程，分波器により波長分離された後に，一波用の増幅器に入力するレベルが低くなり，前記一波用の増幅器がＡＬＣ（自動レベル制御）動作を行っている場合，利得を上げるため出力されるＡＳＥ光のレベルが高くなる。

このように，受信ユニットでは光信号が無い場合，その状態（光入力断）を後段の伝送装置に通知する必要があるが，受信する信号光のレベルよりもＡＳＥ光のレベルが高い状態にあると，単に光のレベルだけで信号の有無を判別することが不可能である。

よって，光受信ユニットに入力された光が，光信号か，あるいはＡＳＥ光かを区別するために，受信器内のクロック抽出機能を用いて光信号のクロックの抽出有無を判定することが考えられる。

しかし，ビットレートが高速になる程，ファイバ伝送路により，残留波長分散を補償する必要があるため受信器の前に分散補償器が挿入される。

ここで，分散補償器による分散補償量が最適でない場合は，信号光が入力されていても受信器内のクロック抽出機能が働かず，光信号かＡＳＥ光かの判断が出来ないという問題がある。

したがって，分散補償器を随時制御し，最適分散値を探しながらクロック抽出状態を見て，光信号の有無を判別することは可能である。

しかし，分散補償器は，構成として機械的に光学部品角度を偏光制御する構造を持つものもあるため，常に動作させた場合，装置寿命を縮め，伝送システムに要求される仕様を満足出来ないという問題もある。

従来技術として，クロック信号を制御に用いる技術として，特許文献１に記載の発明がある。この発明は，光受信機内において，光アンプ，可変分散等価回路，クロック検出回路の順に構成され，クロック信号レベルに応じて波長分散を等化するものである。

また，特許文献２に記載の発明は，クロック周波数成分が極大又は，極小となるように可変分散補償器の補償量を制御するものである。

しかし，上記特許文献１，２のいずれにも，光信号の有無の判定に関する技術は開示されていない。
特開平９−３２６７５５号公報 特開平１１−８８２６１号公報

したがって，本発明の目的は，クロック信号の有無から光入力信号レベルの変動を検知し，適宜に分散補償器を制御して，入力信号有無の正しい判定を可能とする光信号検出方法及び，これを用いた光受信ユニットを提供することにある。

上記の課題を達成する本発明の第１の側面は，光受信ユニットにおける信号検出方法であって，光アンプの入力光のレベルを検知する入力光レベルの検知工程と，前記入力光レベルの検知工程により検知される入力光のレベルをメモリに記憶する工程と，前記メモリに記憶された先の入力光のレベルと，現在の入力光のレベルとを比較する比較工程と，前記比較工程により入力光のレベル変動を検知して，光信号の有無の状態変化を検出する工程を有する。

本発明の第２の側面は，光受信ユニットであって，光アンプと，前記光アンプの入力光のレベルを検知する光レベル検知回路と，前記光レベル検知回路により検知される入力光のレベルを記憶するメモリと，前記メモリに記憶された先の入力光のレベルと，現在の入力光のレベルとを比較する比較器を有し，前記比較器の比較により入力光のレベル変動を検知して，光信号の有無の状態変化を検出する。

上記の側面において，更に前記光入力からクロック信号を抽出する工程を有し，
前記比較工程により判定される入力光のレベル変動が検知されるときに，前記クロック抽出回路により抽出されるクロック信号の有無により，前記入力光における光信号の存否の区別を可能とする。

本発明は，特徴として，このように光アンプの光入力レベルの変動量により，光信号の有無を検出する。これにより光信号の存否をＡＳＥ光と的確に区別して判定することが可能である。

また，前記クロック信号を抽出する工程の前に，入力光の分散補償を行う分散補償工程を有し，前記比較工程により入力光の変動が検知されたとき，前記クロック抽出工程によりクロック信号が抽出されない場合に，前記分散補償工程における分散量をスイープすることを特徴とする。

かかる構成により機械的構成を有する分散補償器に対するスイープ動作を必要なときに制限でき装置故障を回避し，信頼性を高めることができる。

本発明の特徴は，更に以下に図面を参照して説明する実施例から明らかになる。

本発明の方法を適用する光伝送装置の受信ユニットの構成例を示すブロック図である。 受信ユニットの動作を動作フローである。 ＡＳＥ光のみ入力されている場合の光スペクトラムを示す図である。 図１に示す受信ユニットの対応するチャネルにおける光信号が存在する場合を説明する図である。 ＡＳＥ光のみから信号光に変化する状態を説明する図であり，ＡＳＥ光のみの状態を説明する図である。 ＡＳＥ光のみから信号光に変化する状態を説明する図であり，信号光に変化した状態を説明する図である。 信号光からＡＳＥ光のみに変化する状態を説明する図であり，信号光が存在する状態に変化した状態を説明する図である。 信号光からＡＳＥ光のみに変化する状態を説明する図であり，ＡＳＥ光のみに変化した状態を説明する図である。

以下に，図面に従い本発明の実施の形態例を説明する。

図１は，本発明の方法を適用する光伝送装置の受信ユニットの構成例を示すブロック図である。

受信ユニットは，受信部１と，識別再生部２を有している。波長多重される一波長対応に一つの識別再生部２を有する。図１では，全て同じ構成であるので，一つの識別再生部２の構成を示している。

光伝送路３を通して送られた波長分割多重された光信号を受信部１で受信し，ＷＤＭプリアンプ１０で増幅する。ＷＤＭプリアンプ１０は，光増幅器であり，先に説明したように例えば，エルビウムドープファイバで形成される。

ＷＤＭプリアンプ１０で増幅された波長分割多重された光信号は，多重分離器１１に入力する。

この多重分離器１１において，波長分割多重された光信号は波長毎に分離される。分離された一つの波長の光信号は，分岐器２１に入力される。ここで，光入力信号は，光アンプ２２に入力される。これにより光アンプの動作が開始する。ここで，光アンプ２２もエルビウムドープファイバで形成される光ファイバアンプである。

同時に分岐器２１で，入力光信号の一部が分岐され，光／電気変換部２８に入力される。

光アンプ２２で増幅された光信号は，分散補償器２３で，分散量が補償された後に光／電気変換部２４により電気信号に変換される。

変換された電気信号は，等価増幅回路２５を通して波形成形され，識別再生回路２６に入力する。

等価増幅回路２５の出力は分岐されて，ＡＧＣ（自動利得制御）用アンプＡＧＣ−ＡＭＰを通してＡＧＣ制御電圧として光／電気変換回路２４及び，等価増幅回路２５に供給され，負帰還制御する。

さらに，等価増幅回路２５の出力は，クロック（ＣＬＫ）抽出回路２７に入力される。このクロック抽出回路２７により抽出されるクロックに同期して識別再生回路２６で光信号に対応する電気信号のレベルが再生され出力される。

さらに，クロック抽出回路２７において検出されるクロックの状態が，制御部２０のクロック検出回路２０４に入力する。

このクロック検出回路２０４によりクロックの有無が判定される。すなわち，クロック抽出回路２７からのクロック入力がない場合は，クロック抽出が行われない，即ち光信号が断の状態と判定する。

このとき，クロック検出回路２０４は，可変分散補償器制御回路２０３を制御して分散補償器２３をスイープさせる。

一方，分岐部２１で分岐され入力光の一部は光／電気変換部２８に入力される。そこで，電気信号に変換され，電気信号はＡ／Ｄ変換器２９によりデジタル信号に変換される。

Ａ／Ｄ変換器２９の出力は，入力光レベルに対応しており，これが光レベル検知回路２００で検知される。検知された入力光レベルは，メモリ２０１に保持される。

ここで，入力光に光信号が存在する状態に変化すると，あるいは，入力光に光信号が存在する状態から光信号が存在しなくなると，この変化は，比較器２０２において，メモリ２０１に保持されている先の入力光レベルと光レベル検知回路２００で検知される入力光のレベルとの差分から検知される。

次に，上記した受信ユニットにおいて，入力光の各状態に対応した受信ユニットの動作を図２に示す動作フローを参照しながら説明する。
［ＡＳＥ光のみの入力から，信号光を含む入力に変化する場合］
先ず，光信号が存在しないでＡＳＥ光のみが入力される場合を考える。図３に示す例は，図１に示す受信ユニットの対応するチャネルにおける光信号が存在せず，従ってＡＳＥ光のみ入力されている場合の光スペクトラムを示す図である。

図３において，Ｉは受信部１のＷＤＭプリアンプ１０の入力である。ＡＳＥ光は全波長帯域に広がり，該当のチャネル１０２の波長に対して信号光が存在していない。他のチャネルには信号光１０１が存在し，ＡＳＥ光１００に重畳している。

ＩＩは，ＷＤＭプリアンプ１０により増幅された光信号スペクトラムである。

ＩＩＩは，多重分離部１１により波長分離された出力であり，該当のチャネル１０２には光信号成分が存在しない状態であり，図１において分岐部２１に入力する成分はＡＳＥ光１００のみである。

（１）したがって，光アンプ２２が，ＡＳＥ光１００の入力を検知し，光増幅動作を開始する（ステップＳ１）。

（２）光アンプ２２の出力は，ＩＶに示すようであり，光アンプ２２により生成されたＡＳＥ光１１０に，伝送路３から送られたＡＳＥ光１００がそれに重畳した状態である。

（３）光アンプ２２の出力は，可変分散補償器２３を通り，光／電気変換部２４で電気信号に変換される。さらに，等価増幅回路２５を通して，クロック抽出回路２７に入力される。

ここでは，光信号が存在しないのでクロック抽出回路２７によりクロック抽出はできない（ステップＳ２，Ｎｏ）。

（４）クロック抽出ができないので，制御部２０のクロック検出回路２０４によりクロックが存在しないと判定される。したがって，クロック検出回路２０４は，光伝送システム敷設時に設定された最大・最小の分散補償量の範囲で分散量をスイープ制御する（ステップＳ３）。

（５）このスイープの過程で，クロック抽出回路２７は，クロックの抽出動作を継続する。

（６）光信号が存在しない状態であるので，クロック抽出回路２７でクロックの抽出が行われず（ステップＳ４，Ｎｏ），可変分散補償器２３は，所定の範囲のスイープ動作を完了する。

（７）次いで，光入力レベルを監視し，光入力変動があるまで待機する（ステップＳ５〜Ｓ７）。すなわち，制御部２０の比較器２０２は，メモリ２０１に保存されている状態と，光レベル検知回路２００のレベル検知出力とを比較して変動があるまで待機状態となる。
［信号光を含む入力がある場合］
図４は，図１に示す受信ユニットの対応するチャネルにおける光信号が存在する場合を説明する図である。図３との比較において，図４，Ｉにおいて該当のチャネル１０３の波長に対して信号光１０４が存在していない。

図２にフローにおいて，ステップＳ１〜Ｓ３の処理が図３の場合と同様に行われる。このケースでは，分散補償器２３のスイープの過程でクロックが検出可能である（ステップＳ４，Ｙｅｓ）。

したがって，信号光ありと判定される（ステップＳ８）。
［ＡＳＥ光のみの入力から信号光を含む入力に変化する場合］
図５Ａ，図５ＢはＡＳＥ光のみから信号光に変化する場合を説明する図である。

図５Ａは，ＡＳＥ光のみの状態を説明する図であり，従って図３に示した状態と同様である。

図３（図５Ａ）において，待機状態の過程で，信号光に変化すると，光レベル検知回路２００のレベル検知出力を比較器２０２によりメモリ２０１に先に記憶しているＡＳＥ光のみの状態と比較して変動が検知される（ステップＳ６）。

この状態でクロック検出回路２０４がクロックを検出すると，信号光ありの判断がされる（ステップＳ７，Ｙｅｓ，ステップＳ８）。

一方，クロック検出回路２０４によりクロックが検出できないとき（ステップＳ７，Ｎｏ）は，比較器２０２の出力により可変分散補償器制御回路２０３を駆動して，可変分散補償器２３の分散補償量を可変させながらスイープする（ステップＳ３）。このスイープ動作によりクロック抽出回路２７でクロックが抽出される（ステップＳ４，Ｙｅｓ）ので，信号光ありと判定される（ステップＳ８）。
［信号光ありからＡＳＥ光のみに変化する場合］
図６Ａ，図６Ｂは信号光の存在する状態からＡＳＥ光のみに変化する場合を説明する図である。

図６Ａは，信号光の存在する状態を説明する図であり，従って図４に示した状態と同様である。

図６Ａにおいて，信号光１０２が検知されている状態から図６Ｂに示すように信号光がなくなる状態に変化すると，クロック抽出回路２７によりクロックの抽出ができなくなる（ステップＳ２，Ｎｏ）。

したがって，クロック抽出ができないので，制御部２０のクロック検出回路２０４によりクロックが存在しないと判定される。クロック検出回路２０４は，光伝送システム敷設時に設定された最大・最小の分散補償量の範囲で分散量をスイープ制御する（ステップＳ３）。

このスイープの過程で，クロック抽出回路２７は，クロックの抽出動作を継続する。光信号が存在しなくなった状態であるので，クロック抽出回路２７でクロックの抽出が行われず（ステップＳ４，Ｎｏ），可変分散補償器２３は，所定の範囲のスイープ動作を完了する。

この際，前記入力光に光信号が存在しなくなったと判定するときは，前記光アンプ２２に対する励起を停止するようにしてもよい。

以上実施例について述べたように，本発明により，光信号の有無の状態及び，光信号の有無が変化した状態が的確に判断できる。これにより後段の光伝送装置に対し，回線状態情報として光信号の有無の状態を通知することが可能である。

Claims (3)

1. 光受信ユニットにおける信号検出方法であって，
   光アンプの入力光のレベルを検知する入力光レベルの検知工程と，
   前記入力光レベルの検知工程により検知される入力光のレベルをメモリに記憶する工程と，
   前記メモリに記憶された先の入力光のレベルと，現在の入力光のレベルとを比較する比較工程と，
   前記比較工程により入力光のレベル変動を検知して，光信号の有無の状態変化を検出する工程と，
   前記入力光の分散補償を行う分散補償工程と，
   前記光入力からクロック信号を抽出する工程を有し，
   前記比較工程により判定される入力光のレベル変動が検知されるとき，前記クロック信号を抽出する工程により抽出されるクロック信号の有無により，前記入力光における光信号の存否の区別を可能とし，
   さらに，前記クロック抽出工程によりクロック信号が抽出されない場合に，前記分散補償工程における分散量をスイープする，
   ことを特徴とする光信号検出方法。
2. 光アンプと，
   前記光アンプの入力光のレベルを検知する光レベル検知回路と，
   前記光レベル検知回路により検知される入力光のレベルを記憶するメモリと，
   前記メモリに記憶された先の入力光のレベルと，現在の入力光のレベルとを比較する比較器と，
   前記入力光の分散補償を行う分散補償回路と，
   前記分散補償回路の出力側に接続され，前記光入力からクロック信号を抽出するクロック抽出回路を有し，
   前記比較器の比較により前記入力光のレベル変動を検知するとき，前記クロック抽出回路により抽出されるクロック信号の有無により，前記入力光における光信号の存否の区別を可能とし，
   さらに，前記クロック抽出回路によりクロック信号が抽出されない場合に，前記分散補償回路をスイープする，
   ことを特徴とする光受信ユニット。
3. 請求項２において，
   前記光アンプは，光ファイバアンプであって，前記比較器の比較により前記入力光に光信号が存在しないと判定するとき，前記光アンプに対する励起を停止することを特徴とする光受信ユニット。

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