JP5482128B2 - 光通信ネットワークおよび監視制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、通信経路上に配置されたアクティブ部品を含む装置の監視制御が行われる光通信ネットワークおよび監視制御装置に関する。
光通信ネットワークの一つの形態として、例えば図１に示すようなパッシブ光ネットワーク（Passive Optical Network：ＰＯＮ）が知られており、光アクセス網などに適用されている。図１のＰＯＮにおいては、通信事業者側に設置されるＯＬＴ（Optical Line Terminal：）１０１が、光ファイバ１０２および光スプリッタ１０３を介して、ユーザ側に設置される複数のＯＮＵ（Optical Network Unit）１０４と接続される。ＯＬＴ１０１および各ＯＮＵ１０４の間では、信号光が双方向に通信される。例えば、Ｇ−ＰＯＮ（Gigabit-Passive Optical Network）或いはＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）と呼ばれるネットワークでは、１ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓ）の通信速度で信号光が送受信される。このような一般的なＰＯＮでは、ＯＬＴ１０１および各ＯＮＵ１０４の間の通信経路をパッシブ部品のみで構成するため、通常、光回線の冗長構成は採用されず、通信経路上に配置される装置の監視制御も基本的に不要である。
ところで、上記のようなＰＯＮについては、光アクセス網の高速化に伴って、伝送距離の長距離化やユーザ数（光スプリッタの分岐数）の増大などのニーズが生じると予想される。従来、Ｇ−ＰＯＮやＧＥ−ＰＯＮで長距離化を図る場合には、通信経路の途中で光電気変換を行い、振幅増幅(Reamplification)および波形整形(Reshaping)の光２Ｒ再生、または、これにタイミング再生(Retiming)の機能を加えた光３Ｒ再生を行う。そして、再生された信号光を再度通信経路に送信するなどして対処することが知られている。しかし、１０ＧＥ−ＰＯＮやＸＧ−ＰＯＮ等のような１０Ｇｂｐｓ以上の高速な信号光を用いるネットワークへの対応を考えると、通信経路の途中で光２Ｒ／３Ｒ再生を行う構成は高価なものになる。特に、光アクセス網におけるＯＮＵからＯＬＴへの上りの信号光は、光バースト信号となるので、通信経路の途中で光２Ｒ／３Ｒ再生を行うのに高速な光バースト受信器が必要となり、非常に高コストな構成になってしまう。
ＰＯＮとは異なるが、幹線系などに採用される光通信ネットワークでは、通信経路の途中で光２Ｒ／３Ｒ再生を行う代わりに、光アンプ等を用いた光リピータ（光中継装置）を通信経路上に配置して信号光を光の状態まま増幅して中継伝送する方式が知られている。この方式では、故障時の通知や定期メンテナンスなどをスムーズに行うために、アクティブ部品を使用した光リピータの監視制御が必要になる。
従来の光通信ネットワークにおける光リピータ等の監視制御は、主信号光が通信される回線とは別回線を利用するか、または、主信号光の波長とは別波長を使用して監視制御信号光をネットワーク上で伝送するのが一般的である。このような監視制御の方式は、監視制御信号光の伝送のために主信号光の伝送容量が制限されてしまうため、光アクセス網のような低コストを指向する光通信ネットワークの構築には不向きである。
光リピータ等の監視制御を低コストで実現するための従来技術としては、例えば、監視制御情報をトーン信号に乗せ、該トーン信号を主信号光に重畳して伝送することで、主信号光と同一回線および同一波長で監視制御情報の伝達を行う方式がよく知られている。また、例えば下記の特許文献１および非特許文献１には、エルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）などの光アンプで発生するＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光にトーン信号を重畳することにより監視制御情報の伝達を行う技術が開示されている。
特表２００２−５２３９２１号公報
K. Shimizu, T. Mizuochi, and T. Kitayama, "Supervisory signal transmission experiments over 10000 km by modulated ASE of EDFA's," Electron. Lett., vol. 29, no. 12, pp. 1081-1083, 1993.
しかし、上記のような主信号光にトーン信号を重畳する従来の監視制御方式については、主信号光が存在していないと監視制御情報を伝達することができないため、前述した光アクセス網におけるＯＮＵからＯＬＴへの上りの信号光のように、間欠的な光バースト信号が通信されるネットワークには適用できない。
また、ＡＳＥ光にトーン信号を重畳して監視制御情報を伝達する従来技術に関しては、ＥＤＦＡ等の光アンプで発生するＡＳＥ光パワーが、該光アンプへの入力光パワーに依存して変化する。このため、光バースト信号が上記光アンプに入力される場合、パワーレベルが間欠的に変化するＡＳＥ光に対してトーン信号が重畳されることになる。さらに、高速応答に対応していないＥＤＦＡ等を用いた場合には、光バースト信号のエッジ部分のように入力光パワーが急激に変化する時に光サージが発生する可能性もある。このため、ＥＤＦＡ等のＡＳＥ光に重畳されたトーン信号を受信側で抽出して識別することができない。
つまり、光アクセス網の高速化に伴って生じるＰＯＮの長距離化やユーザ数増大へのニーズに対し、光アンプ等のアクティブ部品を用いた光リピータを通信経路上に挿入して対処するものとする。この場合に、該光リピータの監視制御を従来技術の適用により低コストで実現しようとしても、光バースト信号にまで対応することが困難な状況にあり、結局、高コストな監視制御系の適用が避けられないという課題がある。また、このような課題は、ＰＯＮの長距離化等を実現する場合だけに限らず、通信経路上にアクティブ部品を備えた光通信ネットワークについて、これまで監視制御が行われていない箇所に、主信号光の形態（例えば、光バースト信号など）に依存しない監視制御系を低コストで実現しようとする場合にも共通する課題となる。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、主信号光の形態に依存しない監視制御系を容易かつ低コストに実現できる光通信ネットワークおよび監視制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明による光通信ネットワークの一態様は、主信号光を送信または受信する複数の光伝送装置と、前記各光伝送装置の間を互いに接続する通信経路と、前記通信経路上に配置され、該通信経路を伝送される主信号光を増幅して出力する光リピータと、少なくとも１つの前記光伝送装置および前記光リピータの間で監視制御情報を伝達し、前記光リピータの監視制御を行う監視制御装置と、を備えた光通信ネットワークであって、前記監視制御装置は、前記光伝送装置および前記光リピータの少なくとも一方に具備され、入力される主信号光を増幅して前記通信経路に出力する半導体光増幅器について、該半導体光増幅器に与えられる駆動信号を前記監視制御情報に基づいて制御することにより、前記半導体光増幅器から出力される自然放出光を含んだ光のトータルパワーを強度変調する監視制御情報送信手段と、前記光伝送装置および前記光リピータの少なくとも他方において、前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光を受信して電気信号に変換し、該電気信号のトータルパワーの強度変調成分に基づいて前記監視制御情報を識別する監視制御情報受信手段と、を備える。
上記のような光通信ネットワークでは、半導体光増幅器に入力される信号光の有無や信号形態に依存することなく、光伝送装置および光リピータの間で監視制御情報を伝達することができ、容易かつ低コストに監視制御系を実現することが可能になる。
一般的なＰＯＮの構成例を示す図である。 図１の通信経路上に光リピータを配置した一例を示す図である。 本発明の一実施形態による光通信ネットワークの構成を示すブロック図である。 ＧＥ−ＰＯＮおよび１０ＧＥ−ＰＯＮにおける信号光波長帯の設定例を示す図である。 ＳＯＡの入出力特性を測定した結果の一例を示す図である。 ＳＯＡの入出力特性を表す数式を説明するための図である。 ＳＯＡへの入力光が連続光の場合の各部での光スペクトルを示す図である。 ＳＯＡへの入力光が連続光の場合の各部での信号波形を示す図である。 ＳＯＡへの入力光が存在しない場合の各部での光スペクトルを示す図である。 ＳＯＡへの入力光が存在しない場合の各部での信号波形を示す図である。 ＳＯＡへの入力光が光バースト信号の場合の各部での信号波形を示す図である。 ＳＯＡに代えてＥＤＦＡを用いた場合の各部での信号波形を示す図である。 光リピータの具体的な実施例の構成を示すブロック図である。 光インターコネクト装置への応用例を示す図である。 信号受け渡し部への応用例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、前述の図１に示した一般的なＰＯＮについて、光アクセス網の高速化に伴って生じるＰＯＮの長距離化やユーザ数増大へのニーズに対処するために光リピータを適用した一例を示す図である。この例では、ＯＬＴ１０１と光スプリッタ１０３の間を接続する光ファイバ１０２の途中に、光アンプ等を用いた光リピータ（光中継装置）１０５が挿入されている。この構成においては、アクティブ部品を使用した光リピータ１０５が通信経路の途中に位置する。したがって、このような光通信ネットワークは、故障時の通知や定期メンテナンスなどをスムーズに行うために、光リピータ１０５の監視制御を行う機能を備えるのが望ましい。
図３は、本発明の一実施形態による光通信ネットワークの構成を示すブロック図である。
図３において、本実施形態の光通信ネットワークは、例えば、通信事業者側に設置されるＯＬＴ１と、該ＯＬＴ１に光ファイバ２および光スプリッタ３を介して接続されるユーザ側の複数のＯＮＵ４と、ＯＬＴ１および光スプリッタ３の間に位置する光ファイバ２上に挿入される光リピータ５と、を備える。
ＯＬＴ１は、各ユーザに向けて配信する情報に従って所要の波長帯の光を変調して生成した下り信号光を光ファイバ２に送信すると共に、該下り信号光とは異なる波長帯を有し各ユーザから時分割で送られてくる上り信号光を受信する。また、ＯＬＴ１は、光リピータ５を監視制御するための情報を乗せたトーン信号（以下、「監視制御トーン信号」と呼ぶ）を下り方向の光に重畳して送信し、かつ、受信した上り方向の光より監視制御トーン信号を抽出して監視制御情報を識別する機能を持つ。
具体的な構成例として、上記ＯＬＴ１は、光送信器１１、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）１２、駆動回路１３、ＷＤＭカプラ１４、光分岐器１５、バンドパスフィルタ（Band Pass Filter：ＢＰＦ）１６、光受信器１７、受光回路１８、監視制御回路１９、トーン信号送信回路２０およびトーン信号受信回路２１を有する。
光送信器１１は、各ユーザ向けの下り信号光を生成し、該下り信号光をＳＯＡ１２に出力する。ＳＯＡ１２は、光送信器１１からの下り信号光の波長帯を含む増幅帯域を有し、駆動回路１３から出力される駆動電流に応じて、下り信号光を増幅して出力する。このとき、トーン信号送信回路２０から出力される監視制御トーン信号を重畳した駆動電流が駆動回路１３からＳＯＡ１２に与えられる。これにより、ＳＯＡ１２で発生するＡＳＥ光（雑音光）を利用して、ＳＯＡ１２に入力される下り信号光の有無に依存することなく、監視制御情報が光リピータ５に向けて送信される。
ＷＤＭカプラ１４は、ＳＯＡ１２から出力される下り信号光を光ファイバ２に与えると共に、該光ファイバ２を下り信号光とは逆方向に伝送されてきた上り信号光を光分岐器１５に与える。光分岐器１５は、ＷＤＭカプラ１４からの上り信号光を所要の分岐比に従って２つに分岐し、一方の分岐光をＢＰＦ１６に与え、他方の分岐光を受光回路１８に与える。ＢＰＦ１６は、光分岐器１５からの上り信号光より、各ユーザからの送信情報を乗せた主信号光の波長帯に対応する成分のみを抽出して、それを光受信器１７に出力する。光受信器１７は、ＢＰＦ１６からの出力信号光を受信処理して各ユーザからの送信情報を再生する。受光回路１８は、光分岐器１５からの上りの光を電気信号に変換してトーン信号受信回路２１に出力する。受光回路１８で光電変換される上りの光は、各ユーザから送信される主信号光および後述する光リピータ５のＳＯＡ５９で発生するＡＳＥ光（雑音光）を含んでおり、当該光のトータルパワーに応じて、光電変換後の電気信号のレベルが変化する。
監視制御回路１９は、ネットワークの運用に関する指示、光送信器１１での下り信号光の送信状態、光受信器１７での上り信号光の受信状態などに基づいて、本光通信ネットワークの運用状況を判断し、該判断結果に応じて光リピータ５の監視制御を行うための情報をトーン信号送信回路２０に伝える。トーン信号送信回路２０は、監視制御回路１９からの監視制御情報に従い、下り信号光の変調周波数よりも十分に低い周波数を有する監視制御トーン信号を生成して駆動回路１３に出力する。トーン信号受信回路２１は、監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波を行うことにより、受光回路１８から出力される電気信号より監視制御トーン信号を抽出し、光リピータ５から送信される監視制御情報を識別して、その結果を監視制御回路１９に伝える。監視制御回路１９は、トーン信号受信回路２１の識別結果に応じて、トーン信号送信回路２０に伝える監視制御情報を適宜更新する。また、故障時の通知やメンテナンスなどための監視制御を行ってもよい。
光リピータ５は、ＯＬＴ１および光スプリッタ３の間の光ファイバ２中を互いに異なる方向に伝送される上り信号光および下り信号光を、各々に対応した光アンプを用いて光の状態まま増幅することにより、光ファイバ２や光スプリッタ３で生じる損失を補償する。この光リピータ５により、光アクセス網の高速化に伴う伝送距離の長距離化やユーザ数（光スプリッタ３の分岐数）の増大などのニーズに低コストで応えることが可能となる。また、光リピータ５は、ＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用してＯＬＴ１との間で監視制御情報を伝達することにより、ネットワークの運用状況に応じた監視制御が実施される。
具体的な構成例として、上記光リピータ５は、ＷＤＭカプラ５１，５２、光分岐器５３、光アンプ５４、受光回路５５、トーン信号受信回路５６、監視制御回路５７、トーン信号送信回路５８、ＳＯＡ５９および駆動回路６０を有する。受光回路５５、トーン信号受信回路５６、監視制御回路５７、トーン信号送信回路５８および駆動回路６０は、少なくとも１つのＦＰＧＡ（field-programmable gate array）および／またはＤＳＰ（digital signal processor）で構成してもよい。
ＷＤＭカプラ５１は、ＯＬＴ１から送信され光ファイバ２を伝搬した下り信号光を受けて光分岐器５３に与えると共に、ＳＯＡ５９で増幅された上り信号光をＯＬＴ１側の光ファイバ２に送信する。光分岐器５３は、ＷＤＭカプラ５１からの下り信号光を所要の分岐比に従って２つに分岐し、一方の分岐光を光アンプ５４に与え、他方の分岐光を受光回路５５に与える。
光アンプ５４は、光分岐器５３からの下り信号光を所要のレベルまで増幅してＷＤＭカプラ５２に出力する。この光アンプ５４の動作は、監視制御回路５７からの出力信号に従って制御される。ＷＤＭカプラ５２は、光アンプ５４で増幅された下り信号光を光スプリッタ３側の光ファイバ２に送信する。ＷＤＭカプラ５２は、さらに、各ユーザのＯＮＵ４から送信され光スプリッタ３を通って光ファイバ２を伝搬した上り信号光（光バースト信号）を受け、該上り信号光をＳＯＡ５９に与える。
受光回路５５は、光分岐器５３からの下りの光を電気信号に変換してトーン信号受信回路５６に出力する。受光回路５５で光電変換される下りの光は、ＯＬＴ１の光送信器１１で生成される主信号光およびＳＯＡ１２で発生するＡＳＥ光を含んでおり、当該光のトータルパワーに応じて、光電変換後の電気信号のレベルが変化する。トーン信号受信回路５６は、監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波を行うことにより、受光回路５５から出力される電気信号より監視制御トーン信号を抽出し、ＯＬＴ１から送信される監視制御情報を識別して、その結果を監視制御回路５７に伝える。監視制御回路５７は、トーン信号受信回路５６の識別結果に応じて、光アンプ５４およびＳＯＡ５９における光増幅動作を制御すると共に、ＯＬＴ１からの監視制御情報に対する応答や光リピータ５の動作状態などをＯＬＴ１に通知するための監視制御情報を生成して、該監視制御情報をトーン信号送信回路５８に伝える。
トーン信号送信回路５８は、監視制御回路５７からの監視制御情報に従い、上り信号光における各ユーザからの送信光の変調周波数よりも十分に低い周波数を有する監視制御トーン信号を生成して、ＳＯＡ５９の駆動回路６０に出力する。ＳＯＡ５９は、ＷＤＭカプラ５２からの上り信号光の波長帯を含む増幅帯域を有し、駆動回路６０から出力される駆動電流に応じて、上り信号光を増幅して出力する。このとき、トーン信号送信回路５８から出力される監視制御トーン信号を重畳した駆動電流が駆動回路６０からＳＯＡ５９に与えられることにより、ＳＯＡ５９に入力される上り信号光の形態（例えば、光バースト信号など）に依存することなく、ＳＯＡ５９で発生するＡＳＥ光（雑音光）を利用して、監視制御情報がＯＬＴ１に向けて送信される。例えば、上り信号として、光バースト信号による通信が行われていない状態であっても、ＡＳＥ光を利用して監視制御情報の通信を行うことができる。
光スプリッタ３は、光リピータ５から出力され光ファイバ２を伝搬した下り信号光をユーザ数に対応させて複数に分岐し、該各分岐光を各々のユーザのＯＮＵ４に送ると共に、各ＯＮＵ４から時分割で送信される信号光を一つの上り信号光（光バースト信号）に結合して、該上り信号光を光リピータ５側の光ファイバ２に出力する。
各ＯＮＵ４は、光スプリッタ３で分岐された下り信号光を受信し、ＯＬＴ１から自装置に向けて送信された情報の識別処理を行う。また、各ＯＮＵ４は、ＯＬＴ１に向けて送信する情報に従って、下り信号光とは異なる波長帯の光を変調し、該生成した信号光を自装置に割り当てられた所定のタイミングで送信する。
ここで、上記光通信ネットワークで伝送される上り信号光および下り信号光の波長帯について説明する。図４は、ＧＥ−ＰＯＮおよび１０ＧＥ−ＰＯＮにおける上り信号光および下り信号光の波長帯の設定例を示す図である。
図４の１段目に例示した、１Ｇｂｐｓの通信速度で上り信号光および下り信号光の伝送が行われるＧＥ−ＰＯＮでは、ユーザ側の各ＯＮＵから通信事業者側のＯＬＴに向けて送信される上り信号光（ＵＰ＿ＳＴＲＥＡＭ）の波長帯として１２６０〜１３６０ｎｍが設定されている。また、ＯＬＴから個々のＯＮＵに向けて送信される下り信号光（ＤＯＷＮ＿ＳＴＲＥＡＭ）の波長帯として１４８０〜１５００ｎｍが設定されると共に、ＯＬＴから任意のＯＮＵに向けて送信（ブロードキャスト）される映像信号光（ＶＩＤＥＯ＿ＢＲＯＡＤＣＡＳＴ）の波長帯として１５５０ｎｍ付近が設定されている。上述の図１に示したように、既存のＧＥ−ＰＯＮでは、通信事業者と各ユーザとの間を接続する比較的短い距離（例えば１０〜２０ｋｍ程度）の通信経路をパッシブ部品のみで構成するため、該通信経路における伝送損失が比較的少ない波長領域を選択して、上り信号光および下り信号光の各波長帯を設定することが可能であった。
一方、図４の２段目に例示した、１０Ｇｂｐｓの通信速度で上り信号光および下り信号光の伝送が行われる１０ＧＥ−ＰＯＮでは、上り信号光（ＵＰ＿ＳＴＲＥＡＭ）の波長帯として１２６０〜１２８０ｎｍが設定されている。なお、当該波長帯の長波長側近傍には今後の上り信号光の拡張に対応するための波長帯が予定されている。また、ＯＬＴから個々のＯＮＵに向けて送信される下り信号光（ＤＯＷＮ＿ＳＴＲＥＡＭ）の波長帯として１５７４〜１６００ｎｍが設定されると共に、ＯＬＴから任意のＯＮＵに向けて送信（ブロードキャスト）される映像信号光（ＶＩＤＥＯ＿ＢＲＯＡＤＣＡＳＴ）の波長帯として１５５０ｎｍ付近が設定されている。ＧＥ−ＰＯＮに比べて通信速度が高速化した１０ＧＥ−ＰＯＮでは、上述の図２に示したように、伝送距離の長距離化や光スプリッタの分岐数の増大などのニーズに応えるために、通信経路上に光リピータを挿入することが予想される。この場合、通信経路の伝送損失だけでなく、光リピータに用いられる光アンプの増幅波長帯域も考慮して、上り信号光および下り信号光の各波長帯を設定することが必要になる。
上記光リピータに用いられる光アンプとして、例えば一般的なＥＤＦＡを適用した場合、該ＥＤＦＡの増幅波長帯域は、図４の３段目に示すようにＣ−バンドおよびＬ−バンドに亘る１５２０〜１６１０ｎｍの波長領域となる。このため、１３００ｎｍ前後の波長帯に設定される上り信号光を一般的なＥＤＦＡで増幅することができない。該上り信号光の波長帯を増幅可能な公知の光アンプとしては、例えば、プラセオジム（Ｐｒ）添加ファイバを用いた光アンプ（Praseodymium Doped Fiber Amplifier：ＰＤＦＡ）があるが、ＰＤＦＡは高価であり、低コストを指向する光アクセス網への適用は現実的ではない。
そこで、本実施形態においては、図４の４段目に示すように、上り信号光および下り信号光の両方の波長帯に亘る１２００〜１６００ｎｍの波長領域に増幅帯域を形成可能であり、かつ、低コストで実現できる半導体光増幅器（ＳＯＡ）に注目する。なお、ＳＯＡの増幅帯域幅は、１つのチップで５０〜８０ｎｍ程度であるので、上り信号光および下り信号光の各波長帯に応じて複数のＳＯＡを組み合わせるようにする。ＳＯＡは、光アクセス網における光アンプとして増幅帯域およびコスト面で好適であるのに加えて、光増幅時に発生するＡＳＥ光を考慮した入出力特性を利用することにより、主信号光の形態に依存しない監視制御情報の伝達が可能になる。
図５は、ＳＯＡにおける入力光パワーに対する出力光パワーの関係について駆動電流の大きさを変えて測定した結果の一例を示す図である。
図５において、左上のグラフに示す実線は、ＳＯＡの駆動電流を１００ｍＡで一定とした場合の入力光パワーに対する出力光パワーの関係を表し、破線は、ＳＯＡの駆動電流を３００ｍＡで一定とした場合の入力光パワーに対する出力光パワーの関係を表している。このような入出力特性を持つＳＯＡに対して、図５の左下に示すような−６０〜−２５ｄＢｍの間で周期的にオンオフを繰り返す光バースト信号が入力されると、該ＳＯＡから出力される信号光およびＡＳＥ光を含むトータルパワーは、図５の右上に示すようにオンとオフの間の光レベルの差が抑えられた状態で変化する。
具体的に、ＳＯＡに３００ｍＡの駆動電流を与えた状態では、ＳＯＡへの入力光パワーが−６０ｄＢｍから−２５ｄＢｍまでの範囲内で変化する場合、ＳＯＡからの出力光トータルパワーの変化は０．２６ｄＢ程度になっており、入力光パワーの変化に比べて出力光トータルパワーは殆ど変化しない。ＳＯＡへの駆動電流を３００ｍＡから１００ｍＡに減少させると、駆動電流に応じて出力光のトータルパワーの平均的なレベルは低下するが、入力光パワーの変化が−６０ｄＢｍから−２５ｄＢｍまでの範囲内であれば、出力光トータルパワーの変化は０．７５ｄＢ程度であり、駆動電流が３００ｍＡの場合と同様に、入力光パワーの変化に比べて出力光トータルパワーは殆ど変化しない。
つまり、ＳＯＡから出力される信号光およびＡＳＥ光を含むトータルパワーは、ＳＯＡへの入力光パワーが所要のレベル（図５の例では−２５ｄＢｍ）よりも小さい範囲で変化する場合、該入力光パワーの変化には実質的に依存せず、ＳＯＡの駆動電流に応じて出力光トータルパワーの平均レベルだけが変化する。ここで注意を要するのは、ＳＯＡの出力光トータルパワーは、ＳＯＡに入力される信号光の波長帯に対応した光成分だけのパワーではなく、ＳＯＡが出力する全波長域の光、すなわち、光増幅時に発生する全てのＡＳＥ光も含めたパワーになる点である。
上記のようにＳＯＡは、入力光パワーが所要のレベルよりも小さいという条件下で、出力光トータルパワーが、入力光パワーの変化に実質依存せず、駆動電流の大きさに応じて変化するという入出力特性を備えている。この特性を利用して、ＳＯＡの駆動電流に変調をかけることにより、ＳＯＡに入力される信号光の有無や信号形態に関係なく、ＳＯＡの出力光に強度変調をかけることができる。したがって、監視制御用の光源を信号光源とは別に用意することなく、ＳＯＡへの駆動電流に対して微弱かつ低周波の監視制御トーン信号を重畳し、該ＳＯＡの出力光に含まれる監視制御トーン信号を受信側で同期検波して監視制御情報を識別することにより、通信経路上に配置された光リピータ５の監視制御を行うことが可能になる。
ここで、ＳＯＡからの出力光トータルパワーが入力光パワーに実質依存しないＳＯＡの動作条件（上記図５の例では入力光パワーが−２５ｄＢｍよりも小さい範囲で変化）について詳しく説明する。
まず、ＳＯＡに対する入力光パワーをＸ［ｍＷ］、出力光トータルパワーをＹ［ｍＷ］とする。また、ある駆動電流がＳＯＡに与えられているときに発生するＡＳＥ光パワーをＫ［ｍＷ］、該ＳＯＡの利得をＧ（真数）とする。なお、駆動電流を一定とした場合、ＡＳＥ光パワーＫおよび利得Ｇは定数となる。この場合、入力光パワーＸに対する出力光トータルパワーＹの関係は、次の（１）式で表すことができる。
Ｙ＝Ｘ・Ｇ＋Ｋ …（１）
図６のグラフは、上記（１）式の関係を常用対数で表示したものである。入力光パワーＸがＡＳＥ光パワーＫよりも十分に小さい（Ｘ≪Ｋ）場合、上記（１）式の関係は、Ｙ＝Ｋで近似することができる。図６の例においてはＹ＝Ｋ＝−１０［ｄＢｍ］＝０．１［ｍＷ］となる。そして、入力光パワーＸが徐々に大きくなるに従って、出力光トータルパワーＹに変化が見えてくるようになる。このときの入力光パワーＸに対する出力光トータルパワーＹの変動量はＸ・Ｇとなる。
ここで、ＳＯＡを利用した監視制御情報の伝達を実現するために、ＳＯＡの出力光トータルパワーの変動がα［％］まで許容可能であるとすると、入力光パワーＸの許容範囲について、次の（２）式の関係が成り立つ。
Ｘ・Ｇ≦Ｋ・（α／１００）
Ｘ≦（Ｋ・α）／（１００・Ｇ） …（２）
上記（２）式の関係について具体的な一例を挙げると、特定の駆動電流におけるＳＯＡの利得Ｇが１倍、ＡＳＥ光パワーＫが０．１ｍＷ（−１０ｄＢｍ）、出力光トータルパワーの許容変動量αが５％（−１０ｄＢｍ出力が０．２２ｄＢ変動する量）の場合、入力光パワーＸの許容範囲は、Ｘ≦０．００５［ｍＷ］となる。つまり、ＳＯＡへの入力光パワーが−２３ｄＢｍ以下の範囲内で変化する条件下で、ＳＯＡからの出力光トータルパワーが入力光パワーに実質依存しなくなり、ＳＯＡを利用した監視制御情報の伝達が実現可能になる。
上記のようなＳＯＡへの入力光パワーの許容範囲に関して、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖで標準化が進められている１０ＧＥ−ＰＯＮにおけるＯＬＴでの上り信号光の受信レベルを基に、本実施形態（図３）における光リピータ５内のＳＯＡ５９への入力光パワーを計算してみると、−３０〜−２５ｄＢｍ程度の範囲が想定される。このような入力光パワーの範囲は、上記図５や図６に例示したＳＯＡの入出力特性において、入力光パワーの変化に対し出力光トータルパワーが殆ど変化しない、入力光パワーの範囲（−６０〜−２５ｄＢｍ）内に該当している。したがって、本実施形態によるＳＯＡを利用した監視制御情報の伝達方式を１０ＧＥ−ＰＯＮに適用することが十分可能である。
次に、本実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の光通信ネットワークでは、通信事業者側のＯＬＴ１から各ユーザ側のＯＮＵ４に向けて下り信号光および映像信号光が送信されると共に、各ＯＮＵ４からＯＬＴ１に向けて上り信号光（光バースト信号）が送信される。ＯＬＴ１および各ＯＮＵ４の間で双方向に伝送される各信号光は、ＯＬＴ１と光スプリッタ３の間の光ファイバ２上に挿入された光リピータ５において光の状態まま所要のレベルまで増幅されることにより、光ファイバ２および光スプリッタ３での損失が補償される。この光リピータ５での光増幅動作は、ＯＬＴ１および光リピータ５との間で、ＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用して監視制御情報を伝達することにより監視制御される。以下、光リピータ５の監視制御を中心にして光通信ネットワークの動作を詳しく説明する。
まず、ＯＬＴ１に注目すると、監視制御回路１９において、ネットワークの運用に関する指示、光送信器１１での下り信号光の送信状態、光受信器１７での上り信号光の受信状態などに基づいて、光通信ネットワークの運用状況が判断される。そして、その判断結果に応じて光リピータ５の監視制御を行うための情報が生成され、該監視制御情報がトーン信号送信回路２０に伝えられる。トーン信号送信回路２０では、監視制御回路１９からの監視制御情報を受けて、下り信号光の変調周波数よりも十分に低い周波数を有し、監視制御情報に従って振幅が変化する監視制御トーン信号が生成されて駆動回路１３に出力される。
駆動回路１３では、ＳＯＡ１２を所要の利得で駆動するための固定電流に対し、トーン信号送信回路２０からの監視制御トーン信号を重畳した駆動電流が生成され、該駆動電流がＳＯＡ１２に与えられる。固定電流に対する監視制御トーン信号の重畳は、通常、１００〜３００ｍＡ程度に設定される固定電流に対して、監視制御トーン信号に従い十分に小さな電流幅（例えば、±１ｍＡ）で電流値を変化させることにより行われる。
上記駆動電流が与えられたＳＯＡ１２では、光送信器１１から出力される下り信号光が所要の利得で増幅される。このときＳＯＡ１２では、下り信号光の入力の有無に関係なく、駆動電流に応じたＡＳＥ光が発生する。駆動電流には監視制御トーン信号が重畳されているので、該重畳成分に応じてＡＳＥ光のパワーは微弱に変化する。また、ＳＯＡ１２に入力される下り信号光のパワーが前述の（２）式に示した関係を満たす範囲で変化するように光送信器１１の動作が設定されていれば、ＳＯＡ１２から出力される光（増幅後の下り信号光およびＡＳＥ光）のトータルパワーは、入力光パワーの変化に実質依存することなく、重畳成分（監視制御トーン信号）にのみ応じて変化するようになる。ＳＯＡ１２からの出力光は、ＷＤＭカプラ１４を通って光ファイバ２に送出され、該光ファイバ２中を光リピータ５に向けて伝送される。したがって、たとえ光送信器１１の故障等により下り信号光の送信が中断されるような状況になっても、ＳＯＡ１２で発生するＡＳＥ光を利用して監視制御情報を光リピータ５側に伝達することができる。
光リピータ５では、ＯＬＴ１から送信され光ファイバ２を通ってＷＤＭカプラ５１に入力された下り信号光が、光分岐器５３で２分岐されて光アンプ５４および受光回路５５にそれぞれ送られる。光アンプ５４では、光分岐器５３からの下り信号光が所要のレベルまで増幅される。増幅後の下り信号光は、ＷＤＭ５２を通って光スプリッタ３側の光ファイバ２に送出され、さらに、光スプリッタ３でユーザ数に対応して分岐されて各ユーザのＯＮＵ４に向けてそれぞれ伝送される。
光リピータ５の受光回路５５では、光分岐器５３で分岐された下りの光が電気信号に変換されてトーン信号受信回路５６に出力される。トーン信号受信回路５６では、受光回路５５からの電気信号について監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波が行われる。そして、該同期検波により抽出された監視制御トーン信号の識別処理が行われ、その結果がトーン信号受信回路５６から監視制御回路５７に伝えられる。監視制御回路５７では、トーン信号受信回路５６の識別結果、すなわち、ＯＬＴ１から伝達される監視制御情報に応じて、光アンプ５４およびＳＯＡ５９における光増幅動作の制御が行われる。これと同時に、ＯＬＴ１からの監視制御情報に対する応答や光リピータ５の動作状態などをＯＬＴ１に通知するための監視制御情報が生成され、該監視制御情報が監視制御回路５７からトーン信号送信回路５８に伝えられる。トーン信号送信回路５８では、監視制御回路５７からの監視制御情報を受けて、上り信号光における各ユーザからの送信光の変調周波数よりも十分に低い周波数を有し、監視制御情報に従って振幅が変化する監視制御トーン信号が生成されて駆動回路６０に出力される。
駆動回路６０では、ＳＯＡ５９を所要の利得で駆動するための固定的な駆動電流に対し、トーン信号送信回路５８からの監視制御トーン信号を重畳した駆動電流が生成され、該駆動電流がＳＯＡ５９に与えられる。固定的な駆動電流に対する監視制御トーン信号の重畳は、前述したＯＬＴ１の駆動回路１３と同様に、１００〜３００ｍＡ程度の固定的な駆動電流に対して、監視制御トーン信号に従い十分に小さな電流幅（例えば、±１ｍＡ）で電流値を変化させることにより行うことができる。
上記駆動電流が与えられたＳＯＡ５９では、各ユーザのＯＮＵ４から光スプリッタ３および光ファイバ２を介して光リピータ５に到達し、ＷＤＭカプラ５２を通ってＳＯＡ５９に入力される上り信号光が所要の利得で増幅される。このとき、ＳＯＡ５９に入力される上り信号光は、各ユーザから時分割で送信される信号光が間欠的に配置された光バースト信号となるが、ＳＯＡ５９は、間欠的な上り信号光の入力状態に関係なく、駆動電流に応じたＡＳＥ光が発生する。駆動電流には監視制御トーン信号が重畳されているので、該重畳成分に応じてＡＳＥ光のパワーは微弱に変化する。また、ＳＯＡ５９に入力される上り信号光のパワーは、各ＯＮＵ４からの送信時のパワーが光ファイバ２等を伝搬して減衰されており、前述の（２）式に示した関係を満たす範囲で変化する。このため、ＳＯＡ５９から出力される光（増幅後の上り信号光およびＡＳＥ光）のトータルパワーは、入力光パワーの変化に実質依存することなく、監視制御トーン信号にのみ応じて変化するようになる。ＳＯＡ５９からの出力光は、ＷＤＭカプラ５１を通ってＯＬＴ１側の光ファイバ２に送出され、該光ファイバ２中をＯＬＴ１に向けて伝搬する。したがって、光リピータ５で光増幅する上り信号光が間欠的な光バースト信号であっても、ＳＯＡ５９で発生するＡＳＥ光を利用して監視制御情報をＯＬＴ１側に伝達することができる。
ＯＬＴ１における上り信号光の受信動作としては、光リピータ５から出力され光ファイバ２を通ってＷＤＭカプラ１４に入力された上り信号光が、光分岐器１５で２分岐されてＢＰＦ１６および受光回路１８にそれぞれ送られる。ＢＰＦ１６では、光分岐器１５からの上り信号光より、各ユーザから送信された信号光の波長帯（例えば、図４に示した１０ＧＥ−ＰＯＮの場合、１２６０〜１２８０ｎｍ帯）に対応する成分のみが抽出されて光受信器１７に出力される。このＢＰＦ１６により上り信号光に含まれるＡＳＥ光成分が取り除かれることで、光受信器１７に与えられる信号光の信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が向上する。光受信器１７では、ＢＰＦ１６からの出力信号光が受信処理されることにより、各ユーザからの送信情報が再生される。
受光回路１８では、光分岐器１５で分岐された上りの光が電気信号に変換されてトーン信号受信回路２１に出力される。なお、受光回路１８の前段にＢＰＦ１６のような光フィルタを挿入する必要はない。その理由は、前述したようにＳＯＡ５９から出力される上り信号光およびＡＳＥ光を含む光のトータルパワーに対して監視制御トーン信号が重畳されており、上り信号光の波長帯以外のＡＳＥ光成分にも監視制御トーン信号による変調成分が含まれているためである。したがって、受光回路１８では、光分岐器１５から出力される全ての波長帯の光が電気信号に変換される。
トーン信号受信回路２１では、受光回路１８からの電気信号について監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波が行われる。そして、該同期検波により抽出された監視制御トーン信号の識別処理が行われ、その結果がトーン信号受信回路２１から監視制御回路１９に伝えられる。監視制御回路１９では、トーン信号受信回路２１の識別結果、すなわち、光リピータ５から伝達される監視制御情報に応じて、光リピータ５の動作状態が判断され、その判断結果に基にトーン信号送信回路２０に伝える監視制御情報が更新される。
上記のようにしてＯＬＴ１と光リピータ５の間でＳＯＡ１２，５９のＡＳＥ光を利用して監視制御情報の伝達を行うことにより、ＳＯＡ１２，５９に入力される信号光の有無や信号形態に依存することなく、光リピータ５の監視制御を低コストで実現することが可能になる。
ここで、ＳＯＡのＡＳＥ光を利用した監視制御情報の伝達が、ＳＯＡに入力される信号光の有無や信号形態に依存しないことについて、その原理を図７〜図１２を参照しながら詳細に説明する。
まず、ＳＯＡへの入力光が、所要の光変調方式で変調された時間的に連続する信号光（以下、光バースト信号との比較において「連続光」と呼ぶことがある）の場合について考える。この場合、ＳＯＡに対しては、図７および図８の１段目に示すように、ある波長λｘでピークを持つ信号光のみが継続的に入力される。該ＳＯＡの駆動信号には、図８の２段目に示すような低周波の監視制御トーン信号が重畳される。このため、ＳＯＡからは、図７の２段目に示すように、波長λｘでピークを持つ入力光を増幅した信号光に広帯域のＡＳＥ光が付加された光が出力される。該出力光のトータルパワーは、図８の３段目に示すように、監視制御トーン信号に対応した微弱な変調がかかっている。このようなＳＯＡからの出力光が、ＯＬＴおよび光リピータの間で光ファイバを介して送受信されることにより、受信側の受光回路には、図７の３段目に示すような波長λｘの信号光および広帯域のＡＳＥ光を含む光が入力される。そして、トーン信号受信回路において監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波が行われることで、図８の４段目に示すように、送信時と同様な監視制御トーン信号が抽出され、監視制御情報を得ることが可能になる。なお、波長λｘの信号光を受信処理するときには、図７の４段目に示すように、ＢＰＦにより信号帯域外のＡＳＥ光成分を除去することでＯＳＮＲの向上が図られる。
次に、ＳＯＡへの入力光が存在しない場合について考える。この場合、図９および図１０の１段目に示すように、ＳＯＡへの入力光のパワーは継続的に零となるが、該ＳＯＡの駆動電流には、上記連続光の場合と同様、図１０の２段目に示すような低周波の監視制御トーン信号が重畳される。このため、ＳＯＡからは、図９の２段目に示すように、広帯域のＡＳＥ光が出力され、該出力光のトータルパワーは、図１０の３段目に示すように、監視制御トーン信号に対応した微弱な変調がかかっている。したがって、受信側の受光回路には、図９の３段目に示すような広帯域のＡＳＥ光が入力される。そして、トーン信号受信回路において監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波が行われることで、図１０の４段目に示すように、送信時と同様な監視制御トーン信号が抽出され、監視制御情報を得ることが可能になる。なお、送信側のＳＯＡへの入力光が存在しない場合、受信側のＢＰＦからは、図９の４段目に示すように、信号光の波長帯内のＡＳＥ光だけが出力されることになる。
次に、ＳＯＡへの入力光が光バースト信号の場合について考える。この場合、ＳＯＡへの入力光のスペクトルは、上記図７の１段目に示した連続光の場合と同じになるが、該入力光を時間軸で見ると、図１１の１段目に示すように、オンオフが間欠的に繰り返される信号波形となる。なお、図１１の１段目の信号波形は光バースト信号を模式的に示したものであり、詳細にはオン状態の区間内にさらに高速な変調（例えば、１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ変調など）がかかっている。該ＳＯＡの駆動信号には、図１１の２段目に示すような低周波の監視制御トーン信号が重畳されるため、ＳＯＡからの出力光のトータルパワーは、図１１の３段目に示すように、監視制御トーン信号に対応した微弱な変調がかかるが、入力光の間欠的なパワー変化に依存した変動は発生しない。したがって、受信側のトーン信号受信回路で同期検波を行うことで、光バースト信号の間欠的なパワー変化に関係なく、送信時と同様な監視制御トーン信号を抽出でき、監視制御情報を得ることが可能になる。信号光の受信処理は、ＢＰＦにより信号光の波長帯以外のＡＳＥ光を取り除くことにより元の光バースト信号が得られるので、該光バースト信号を光受信器で通常に処理すればよい。
上述した従来の監視制御技術と比較してみると、光バースト信号をＥＤＦＡ等の光アンプに入力して増幅した場合、たとえ入力光パワーが（２）式の関係を満たすような範囲で変化するときでも、ＥＤＦＡの出力光トータルパワーは、入力光パワーの変化に依存して変動する。つまり、光バースト信号が入力されるＥＤＦＡの出力光は、間欠的にオンオフを繰り返すバースト状になる。このため、監視制御トーン信号を重畳した駆動電流をＥＤＦＡに与えて光バースト信号の増幅を行った場合、該ＥＤＦＡからの出力光は、図１２の３段目に示すように、バースト状の信号光に微弱な監視制御トーン信号が重畳された形となる。このため、受信側で監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波を行ったとしても、監視制御トーン信号は抽出されず、監視制御情報を得ることはできない。
以上のように本実施形態の光通信ネットワークによれば、通信経路上に挿入した光リピータ５とＯＬＴ１との間に、別回線や別波長（別光源）を使用することなく、上りおよび下りの各信号光の形態に依存しない監視制御系を容易かつ低コストに実現することが可能である。
なお、上記の実施形態では、ＯＬＴ１から光リピータ５への監視制御情報の伝達および光リピータ５からＯＬＴ１への監視制御情報の伝達の双方をＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用して行うようにしたが、ＯＬＴ１から光リピータ５への監視制御情報の伝達に関しては、下り信号光が光バースト信号ではなく連続光となるので、従来のＥＤＦＡ等のＡＳＥ光を利用した監視制御系を適用することも可能である。ただし、この場合、ＯＬＴ１内の光送信器１１の故障等により下り信号光が送信されなくなると、光リピータ５への監視制御情報の伝達は困難になるので、下り信号光が正常に送信されていることがネットワークを運用する一つの条件となる。
次に、上述した実施形態における光リピータ５の具体的な実施例について説明する。
図１３は、光リピータ５の具体的な実施例の構成を示すブロック図である。
図１３の光リピータ５は、同一の構成を有する現用系ユニット５０１および予備系ユニット５０２と、現用系および予備系の切り替えを行う２つの光スイッチ５０３，５０４と、これら各部の動作を制御する監視制御回路５０５と、を備えている。
現用系ユニット５０１は、２つのＷＤＭカプラ５１１，５１２の間に、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ４に伝送される下り信号光ＬＤＯＷＮを増幅するための第１経路５２０と、ＯＬＴ１から任意のＯＮＵ４にブロードキャストされる映像信号光ＬＶＩＤＥＯを増幅するための第１経路５３０と、各ＯＮＵ４からＯＬＴ１に伝送される上り信号光ＬＵＰを増幅するための第３経路５４０と、を有する。なお、予備系ユニット５０２は、現用系ユニット５０１と同一構成であるので、ここでの説明を省略する。
第１経路５２０上には、光アンプ５２１およびその駆動回路（ＤＲＶ）５２２が配置されている。光アンプ５２１は、下り信号光ＬＤＯＷＮの波長帯を含む増幅帯域を有しており、例えば、下り信号光ＬＤＯＷＮの波長帯が図４に示した１０ＧＥ−ＰＯＮの場合の１５７４〜１６００ｎｍに設定されている場合には、Ｌ−バンド用ＥＤＦＡや当該波長帯に対応したＳＯＡ等を適用することが可能である。また、光アンプ５２１の前段には、光アンプ５２１への入力光をモニタするための受光素子（ＰＤ）５２４およびモニタ回路（ＭＯＮ）５２５が配置され、さらに、光アンプ５２１の後段には、光アンプ５２１からの出力光をモニタするための受光素子（ＰＤ）５２７およびモニタ回路（ＭＯＮ）５２８が配置されている。加えて、上記モニタ回路５２５には、トーン信号受信回路（ＳＶ＿ＲＸ）５２９が接続されている。このトーン信号受信回路５２９は、モニタ回路５２５から出力される電気信号について、監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波を行いＯＬＴ１からの監視制御情報を識別し、該監視制御情報を監視制御回路５０５に伝える。なお、ここでは第１経路５２０上に、下り信号光ＬＤＯＷＮの分散補償を行う分散補償ファイバ（ＤＣＦ）５５１を設けているが、このＤＣＦ５５１は省略することも可能である。
第２経路５３０上には、光アンプ５３１およびその駆動回路（ＤＲＶ）５３２が配置されている。光アンプ５３１は、映像信号光ＬＶＩＤＥＯの波長帯を含む増幅帯域を有しており、例えば、映像信号光ＬＶＩＤＥＯの波長帯が図４に示した１０ＧＥ−ＰＯＮの場合の１５５０ｎｍ付近に設定されている場合には、Ｃ−バンド用ＥＤＦＡや当該波長帯に対応したＳＯＡ等を適用することが可能である。また、光アンプ５３１の前段には、光アンプ５３１への入力光をモニタするための受光素子（ＰＤ）５３４およびモニタ回路（ＭＯＮ）５３５が配置され、さらに、光アンプ５３１の後段には、光アンプ５３１からの出力光をモニタするための受光素子（ＰＤ）５３７およびモニタ回路（ＭＯＮ）５３８が配置されている。第１経路５２０上と同様に、第２経路５３０上にも、映像信号光ＬＶＩＤＥＯの分散補償を行う分散補償ファイバ（ＤＣＦ）５５２を設けているが、このＤＣＦ５５２も省略することが可能である。
第３経路５４０上には、ＳＯＡ５４１およびその駆動回路（ＤＲＶ）５４２が配置されている。ＳＯＡ５４１は、上り信号光ＬＵＰの波長帯（図４に示した１０ＧＥ−ＰＯＮの場合の１２６０〜１２８０ｎｍ）を含む増幅帯域を有している。駆動回路５４２にはトーン信号送信回路（ＳＶ＿ＴＸ）５４９が接続されており、該トーン信号送信回路５４９は、監視制御回路５０５から伝えられる監視制御情報に従い監視制御トーン信号を生成し、該監視制御トーン信号を駆動回路５４２に出力する。駆動回路５４２は、トーン信号送信回路５４９からの監視制御トーン信号を重畳した駆動信号を生成してＳＯＡ５４１に与える。また、ＳＯＡ５４１の前段には、ＳＯＡ５４１への入力光をモニタするための受光素子（ＰＤ）５４４およびモニタ回路（ＭＯＮ）５４５が配置され、さらに、ＳＯＡ５４１の後段には、ＳＯＡ５４１からの出力光をモニタするための受光素子（ＰＤ）５４７およびモニタ回路（ＭＯＮ）５４８が配置されている。
上記のような構成の光リピータ５では、監視制御回路５０５において、現用系ユニット５０１の各モニタ回路５２５，５２８，５３５，５３８，５４５，５４８でのモニタ結果を基に、光アンプ５２１，５３１およびＳＯＡ５４１が正常に動作しているか否かが判断される。正常動作が判断された場合には、光ファイバ２に接続された光リピータ５の入出力ポートが現用系ユニット５０１に繋がるように各光スイッチ５０３，５０４が切り替えられる。一方、光アンプ５２１，５３１またはＳＯＡ５４１の異常が判断された場合には、光リピータ５の入出力ポートが予備用系ユニット５０２に繋がるように各光スイッチ５０３，５０４が切り替えられる。また、監視制御回路５０５では、トーン信号受信回路５２９で識別されたＯＬＴ１からの監視制御情報に応じて、光アンプ５２１，５３１およびＳＯＡ５４１における光増幅動作の制御が行われると共に、ＯＬＴ１に送る監視制御情報が生成されてトーン信号送信回路５４９に伝えられ、ＳＯＡ５４１のＡＳＥ光を利用してＯＬＴ１への監視制御情報の伝達が行われる。
なお、上記光リピータ５の具体的な実施例では、下り信号光ＬＤＯＷＮが伝搬する第１経路５２０に対応したモニタ回路５２５から出力される電気信号を用いて、トーン信号受信回路５２９がＯＬＴ１からの監視制御情報を識別する一例を示したが、映像信号光ＬＶＩＤＥＯが伝搬する第２経路５３０に対応したモニタ回路５３５から出力される電気信号を用いて監視制御情報の識別処理を行うようにしてもよい。
また、上述した光通信ネットワークの実施形態では、１０ＧＥ−ＰＯＮに対応したネットワーク構成の通信経路上に光リピータを挿入し、ＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用して光リピータの監視制御を行う一例について説明したが、１０ＧＥ−ＰＯＮに対応したネットワーク構成だけではなく、通信経路上にアクティブ部品を備えた各種光通信ネットワークについて、これまで監視制御が行われていない箇所に、主信号光の形態に依存しない監視制御系を低コストで実現する場合にも、本発明は有効である。
具体的には、例えば図１４に示すような光インターコネクト装置内のアクティブ部品について監視制御を実現しようとする場合に、上述したようなＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用した監視制御系を応用することが可能である。図１４に示す光インターコネクト装置８は、送信ノート６内の８個の光送信器（Ｅ／Ｏ）６１１〜６１８の各出力ポートＰ１〜Ｐ８と、受信ノード７内の８個の光受信器（Ｏ／Ｅ）７１１〜７１８の各入力ポートＰ１’〜Ｐ８’との間を任意に接続可能にする。このような光インターコネクト装置８は、例えばペタスケールコンピューティングのように複数の計算ノードを組み合わせて１つのスーパーコンピュータを構成する場合に、計算ノード同士の連携部分に使用される。そのため、光インターコネクト装置８が送信ノード６および受信ノード７どちらからも離れた位置に設置される場合があり、送信ノード６および受信ノード７のいずれかの側のから光インターコネクト装置８を監視制御することが求められる。
図１４の例では、光インターコネクト装置８内で複数のＳＯＡがゲートスイッチとして適用されており、各ＳＯＡの故障等に関する監視制御情報が受信ノード７に伝達される構成となっている。具体的に、光インターコネクト装置８の内部では、送信ノート６の各出力ポートＰ１〜Ｐ８からの信号光が、各々に対応した光分岐器８１１〜８１８に与えられて８分岐される。各光分岐器８１１〜８１８から出力される分岐光はＳＯＡ８２１〜８２８を介して各光合波器８４１〜８４８の所定の入力ポートに与えられる。各光合波器８４１〜８４８の出力ポートにもＳＯＡ８５１〜８５８がそれぞれ配置されており、該各ＳＯＡ８５１〜８５８の出力光が、受信ノード７の各入力ポートＰ１’〜Ｐ８’に与えられる。
光インターコネクト装置８の個々のＳＯＡに与えられる駆動電流には、トーン信号送信回路８７から出力される監視制御トーン信号が時系列で順番に重畳されるようになっている。これにより、光インターコネクト装置８内のいずれか１つのＳＯＡからの出力光が監視制御トーン信号に対応した重畳成分を含むことになり、当該ＳＯＡが順次切り替えられながら、光インターコネクト装置８から受信ノード７への監視制御情報の伝達が行われる。受信ノード７では、各入力ポートＰ１’〜Ｐ８’に与えられる光の一部が各光分岐器７１１〜７１８で取り出された後に光合波器７３で合波され、該光合波器７３の出力光が受光回路７４で電気信号に変換される。そして、トーン信号受信回路７５において、受光回路７４から出力される電気信号についての同期検波が行われ、光インターコネクト装置８からの監視制御情報が識別される。この監視制御情報と光インターコネクト装置８側での監視制御トーン信号の切り替えタイミングに関する情報とに基づいて、光インターコネクト装置８内の個々のＳＯＡにおける故障等の判断が行われる。
上記のような光インターコネクト装置８および受信ノード７間での監視制御情報の伝達は、ＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用することにより、光インターコネクト装置８内の各ＳＯＡに信号光が入力されているか否かに関係なく行うことができる。このため、光インターコネクト装置８により任意接続されるポートの使用状況に関係なく、光インターコネクト装置８内の個々のＳＯＡの故障等を監視することが可能である。また、監視制御トーン信号を重畳するＳＯＡを時系列的に切り替えるようにしているので、複数のＳＯＡにそれぞれ対応したモニタ回路を受信側に設ける必要がなく、簡略な構成により低コストで監視制御系を実現することができる。なお、ここでは監視制御トーン信号を重畳するＳＯＡを時系列的に切り替えるようにしたが、個々のＳＯＡごとに監視制御トーン信号の周波数を相違させ、受信側で各々の周波数に対応した同期検波を行うようにすることで、複数のＳＯＡに関する監視制御情報を同時に伝達することも可能である。
また、他の応用例として、通信キャリア間での信号光の受け渡し部分において波長の乗せ換えや光パワーレベルの変換を行うために使用される、エイリアンインターフェースと呼ばれる光通信ネットワークの一部分（以下、「信号受け渡し部」と呼ぶ）に本発明を適用することも可能である。図１５は、信号受け渡し部の概略構成を示す図である。このような信号受け渡し部９は、通信キャリアＡ〜Ｃのいずれにも属さず、中立的な場所に設置される可能性がある。このため、信号受け渡し部９の監視を一元管理すべく、信号受け渡し部９の動作状態に関する監視制御情報を、各通信キャリアが所有する光送信器または光受信器に伝達する必要が生じる。このような光通信ネットワークの信号受け渡し部９についても、ＳＯＡの光増幅機能を利用して光パワーレベルの変換処理等を行うと共に、該ＳＯＡで発生するＡＳＥ光を利用して監視制御情報の伝達を行うことが有効である。
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 主信号光を送信または受信する複数の光伝送装置と、
前記各光伝送装置の間を互いに接続する通信経路と、
前記通信経路上に配置され、該通信経路を伝送される主信号光を増幅して出力する光リピータと、
少なくとも１つの前記光伝送装置および前記光リピータの間で監視制御情報を伝達し、前記光リピータの監視制御を行う監視制御装置と、
を備えた光通信ネットワークであって、
前記監視制御装置は、
前記光伝送装置および前記光リピータの少なくとも一方に具備され、入力される主信号光を増幅して前記通信経路に出力する半導体光増幅器について、該半導体光増幅器に与えられる駆動信号を前記監視制御情報に基づいて制御することにより、前記半導体光増幅器から出力される自然放出光を含んだ光のトータルパワーを強度変調する監視制御情報送信手段と、
前記光伝送装置および前記光リピータの少なくとも他方において、前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光を受信して電気信号に変換し、該電気信号のトータルパワーの強度変調成分に基づいて前記監視制御情報を識別する監視制御情報受信手段と、
を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記２） 付記１に記載の光通信ネットワークであって、
前記半導体光増幅器は、入力される主信号光のパワーが所定のレベル以下の範囲内で変化するように構成することを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記３） 付記２に記載の光通信ネットワークであって、
前記半導体光増幅器は、光バースト信号が入力されることを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記４） 付記１〜３のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
前記監視制御装置は、前記光伝送装置および前記光リピータの双方に、前記監視制御情報送信手段および前記監視制御情報受信手段を備え、前記光伝送装置および前記光リピータの間で前記監視制御情報を双方向に伝達し合うことにより、前記光リピータの監視制御を行うことを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記５） 付記１〜４のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
前記監視制御情報送信手段は、
主信号光の変調周波数よりも低い周波数を有し、前記監視制御情報に従って振幅が変化する監視制御トーン信号を生成するトーン信号送信回路と、
前記半導体光増幅器を所定の利得で駆動するための固定電流に対し、前記トーン信号送信回路で生成された監視制御トーン信号を重畳した駆動電流を生成し、該駆動電流を前記半導体光増幅器に与える駆動回路と、
を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記６） 付記５に記載の光通信ネットワークであって、
前記監視制御情報受信手段は、
前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光の一部を分岐する光分岐器と、
前記光分岐器で分岐された光を電気信号に変換する受光回路と、
前記受光回路から出力される電気信号について、前記監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波を行い、該同期検波により抽出された監視制御トーン信号を識別処理して前記監視制御情報を得るトーン信号受信回路と、
を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記７） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
前記光伝送装置は、
前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光より、主信号光の波長帯に対応する成分のみを抽出して出力するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力光を受信処理する光受信器と、
を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記８） 付記１〜７のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
前記複数の光伝送装置が、通信事業者側に設置されるＯＬＴ、および、ユーザ側に設置される複数のＯＮＵであり、
前記通信経路上に配置され、前記ＯＬＴから送信される下り信号光をユーザ数に対応させて複数に分岐して前記各ＯＮＵに送ると共に、前記各ＯＮＵから時分割で送信される信号光を一つの上り信号光に結合して前記ＯＬＴに送る光スプリッタを備え、
前記光リピータが、前記ＯＬＴおよび前記光スプリッタの間の通信経路上に配置され、
前記監視制御装置が、前記ＯＬＴおよび前記光リピータの間で前記監視制御情報を伝達することを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記９） 付記８に記載の光通信ネットワークであって、
前記光リピータは、前記上り信号光および前記下り信号光の増幅を行う現用系ユニットと、該現用系ユニットと同一構成の予備系ユニットと、前記現用系ユニットおよび前記予備系ユニットの切り替えを行う１組の光スイッチと、を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記１０） 付記１〜７のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
前記複数の光伝送装置が、複数の出力ポートを有する送信ノード、および、該送信ノードの各出力ポートに光インターコネクト装置を介して任意接続される複数の入力ポートを有する受信ノードであり、
前記光インターコネクト装置は、ゲートスイッチとして動作する複数の半導体光増幅器を具備し、
前記監視制御装置は、前記光インターコネクト装置の各半導体光増幅器に対応させて複数の前記監視制御情報送信手段を設けると共に、前記受信ノード内に前記監視制御情報受信手段を設けて構成することを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記１１） 付記１０に記載の光通信ネットワークであって、
前記各監視制御情報送信手段は、前記監視制御情報に基づいて制御された駆動信号を、対応する前記半導体光増幅器に時系列で順番に与え、
前記監視制御情報受信手段は、前記受信ノードの各入力ポートに与えられる光の一部を取り出して合波した光を電気信号に変換し、該電気信号のトータルパワーの強度変調成分に基づいて前記監視制御情報を識別することを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記１２） 付記１０に記載の光通信ネットワークであって、
前記各監視制御情報送信手段は、互いに異なる周波数を有し、前記監視制御情報に従って振幅が変化する監視制御トーン信号を重畳した駆動信号を、対応する前記半導体光増幅器にそれぞれ与え、
前記監視制御情報受信手段は、前記受信ノードの各入力ポートに与えられる光の一部を電気信号にそれぞれ変換し、該各電気信号について前記監視制御トーン信号の互いに異なる周波数にそれぞれ対応した同期検波を行い、該同期検波により抽出された各監視制御トーン信号を識別処理して、前記各半導体光増幅器に対応した監視制御情報を得ることを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記１３） 付記１〜７のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
前記複数の光伝送装置が、異なる通信キャリア間で信号光の受け渡しを行う信号受け渡し部に接続された、各通信キャリアが所有する光送信器および光受信器であり、
前記信号受け渡し部は、前記各通信キャリアの光送信器から送信される主信号光を増幅して出力する複数の半導体光増幅器を具備し、
前記監視制御装置は、前記信号受け渡し部の各半導体光増幅器に対応させて複数の前記監視制御情報送信手段を設けると共に、前記各通信キャリアの光受信器に対応させて複数の前記監視制御情報受信手段を設けて構成することを特徴とする光通信ネットワーク。
（付記１４） 入力される光バースト信号を増幅して出力する半導体光増幅器と、
該半導体光増幅器に与えられる駆動信号を監視制御情報に基づいて制御することにより、前記半導体光増幅器から出力される自然放出光を含んだ光のトータルパワーを強度変調する監視制御情報送信手段を備える、監視制御装置。
（付記１５） 付記１４に記載の監視制御装置であって、
前記半導体光増幅器に入力される光バースト信号は、所定のパワーレベル以下でオンオフを繰り返す、監視制御装置。
１…ＯＬＴ
２…光ファイバ
３…光スプリッタ
４…ＯＮＵ
５…光リピータ
１１…光送信器
１２，５９…半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１３，６０…駆動回路
１４，５１，５２…ＷＤＭカプラ
１５，５３…光分岐器
１６…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１７…光受信器
１８，５５…受光回路
１９，５７…監視制御回路
２０，５８…トーン信号送信回路
２１，５６…トーン信号受信回路
５４…光アンプ

Claims (10)

  1. 主信号光を送信または受信する複数の光伝送装置と、
    前記各光伝送装置の間を互いに接続する通信経路と、
    前記通信経路上に配置され、該通信経路を伝送される主信号光を増幅して出力する光リピータと、
    少なくとも１つの前記光伝送装置および前記光リピータの間で監視制御情報を伝達し、前記光リピータの監視制御を行う監視制御装置と、
    を備えた光通信ネットワークであって、
    前記監視制御装置は、
    前記光伝送装置および前記光リピータの少なくとも一方に具備され、入力される主信号光を増幅して前記通信経路に出力する半導体光増幅器であって出力光トータルパワーが所定のレベル以下での入力光パワーの変化に依存せず駆動信号の変化に応じて変化する入出力特性を有する半導体光増幅器について、該半導体光増幅器に与えられる前記駆動信号を前記監視制御情報に基づいて制御することにより、前記半導体光増幅器から出力される自然放出光を含んだ光のトータルパワーを強度変調する監視制御情報送信手段と、
    前記光伝送装置および前記光リピータの少なくとも他方において、前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光を受信して電気信号に変換し、該電気信号のトータルパワーの強度変調成分に基づいて前記監視制御情報を識別する監視制御情報受信手段と、
    を備え、
    前記半導体増幅器に、前記所定のレベル以下でパワーが変化する主信号光が入力されることを特徴とする光通信ネットワーク。
  2. 請求項１に記載の光通信ネットワークであって、
    前記半導体光増幅器は、光バースト信号が入力されることを特徴とする光通信ネットワーク。
  3. 請求項１又は２に記載の光通信ネットワークであって、
    前記監視制御装置は、前記光伝送装置および前記光リピータの双方に、前記監視制御情報送信手段および前記監視制御情報受信手段を備え、前記光伝送装置および前記光リピータの間で前記監視制御情報を双方向に伝達し合うことにより、前記光リピータの監視制御を行うことを特徴とする光通信ネットワーク。
  4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
    前記監視制御情報送信手段は、
    主信号光の変調周波数よりも低い周波数を有し、前記監視制御情報に従って振幅が変化する監視制御トーン信号を生成するトーン信号送信回路と、
    前記半導体光増幅器を所定の利得で駆動するための固定電流に対し、前記トーン信号送信回路で生成された監視制御トーン信号を重畳した駆動電流を生成し、該駆動電流を前記半導体光増幅器に与える駆動回路と、
    を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
  5. 請求項４に記載の光通信ネットワークであって、
    前記監視制御情報受信手段は、
    前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光の一部を分岐する光分岐器と、
    前記光分岐器で分岐された光を電気信号に変換する受光回路と、
    前記受光回路から出力される電気信号について、前記監視制御トーン信号の周波数に対応した同期検波を行い、該同期検波により抽出された監視制御トーン信号を識別処理して前記監視制御情報を得るトーン信号受信回路と、
    を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
  6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
    前記光伝送装置は、
    前記半導体光増幅器から出力され前記通信経路を伝送された光より、主信号光の波長帯に対応する成分のみを抽出して出力するバンドパスフィルタと、
    前記バンドパスフィルタの出力光を受信処理する光受信器と、
    を備えたことを特徴とする光通信ネットワーク。
  7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
    前記複数の光伝送装置が、通信事業者側に設置されるＯＬＴ、および、ユーザ側に設置される複数のＯＮＵであり、
    前記通信経路上に配置され、前記ＯＬＴから送信される下り信号光をユーザ数に対応させて複数に分岐して前記各ＯＮＵに送ると共に、前記各ＯＮＵから時分割で送信される信号光を一つの上り信号光に結合して前記ＯＬＴに送る光スプリッタを備え、
    前記光リピータが、前記ＯＬＴおよび前記光スプリッタの間の通信経路上に配置され、
    前記監視制御装置が、前記ＯＬＴおよび前記光リピータの間で前記監視制御情報を伝達することを特徴とする光通信ネットワーク。
  8. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
    前記複数の光伝送装置が、複数の出力ポートを有する送信ノード、および、該送信ノードの各出力ポートに光インターコネクト装置を介して任意接続される複数の入力ポートを有する受信ノードであり、
    前記光インターコネクト装置は、ゲートスイッチとして動作する複数の半導体光増幅器を具備し、
    前記監視制御装置は、前記光インターコネクト装置の各半導体光増幅器に対応させて複数の前記監視制御情報送信手段を設けると共に、前記受信ノード内に前記監視制御情報受信手段を設けて構成することを特徴とする光通信ネットワーク。
  9. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の光通信ネットワークであって、
    前記複数の光伝送装置が、異なる通信キャリア間で信号光の受け渡しを行う信号受け渡し部に接続された、各通信キャリアが所有する光送信器および光受信器であり、
    前記信号受け渡し部は、前記各通信キャリアの光送信器から送信される主信号光を増幅して出力する複数の半導体光増幅器を具備し、
    前記監視制御装置は、前記信号受け渡し部の各半導体光増幅器に対応させて複数の前記監視制御情報送信手段を設けると共に、前記各通信キャリアの光受信器に対応させて複数の前記監視制御情報受信手段を設けて構成することを特徴とする光通信ネットワーク。
  10. 入力される光バースト信号を増幅して出力する半導体光増幅器であって出力光トータルパワーが所定のレベル以下での入力光パワーの変化に依存せず駆動信号の変化に応じて変化する入出力特性を有する半導体光増幅器と、
    該半導体光増幅器に与えられる前記駆動信号を監視制御情報に基づいて制御することにより、前記半導体光増幅器から出力される自然放出光を含んだ光のトータルパワーを強度変調する監視制御情報送信手段と、を備え、
    前記半導体増幅器に、前記所定のレベル以下でパワーのオンオフを繰り返す光バースト信号が入力される、監視制御装置。
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