JP5961209B2 - 光信号中継装置および通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光信号中継装置および通信制御方法に関し、特に、半導体光増幅器を用いる光信号中継装置および通信制御方法に関する。

近年、インターネットが広く普及しており、利用者は世界各地で運営されているサイトの様々な情報にアクセスし、その情報を入手することが可能である。これに伴って、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）およびＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）等のブロードバンドアクセスが可能な装置も急速に普及してきている。

ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｈ（登録商標）−２００４（非特許文献１）には、複数のＯＮＵ（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）が光通信回線を共有して局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とのデータ伝送を行なう媒体共有形通信である受動的光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の１つの方式が開示されている。すなわち、ＰＯＮを通過するユーザ情報およびＰＯＮを管理運用するための制御情報を含め、すべての情報がイーサネット（登録商標）フレームの形式で通信されるＥＰＯＮ（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）と、ＥＰＯＮのアクセス制御プロトコル（ＭＰＣＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ））およびＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）プロトコルとが規定されている。局側装置とＯＮＵとの間でＭＰＣＰフレームをやり取りすることによって、ＯＮＵの加入、離脱、および上りアクセス多重制御などが行なわれる。また、非特許文献１では、ＭＰＣＰメッセージによる、新規ＯＮＵの登録方法、帯域割り当て要求を示すレポート、および送信指示を示すゲートについて記載されている。

なお、１ギガビット／秒の通信速度を実現するＥＰＯＮであるＧＥ−ＰＯＮの次世代の技術として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖ（登録商標）−２００９として標準化が行なわれた１０Ｇ−ＥＰＯＮすなわち通信速度が１０ギガビット／秒相当のＥＰＯＮにおいても、アクセス制御プロトコルはＭＰＣＰが前提となっている。

光通信システムにおいて、局側装置と光回線終端装置との距離が長くなる場合、光信号の伝送特性を維持するために、光信号の中継装置が設置される場合がある。このような光信号中継装置の一例として、たとえば、特許第４９１９０６７号公報（特許文献１）には、以下のような構成が開示されている。すなわち、光バースト信号の中継をする光バースト信号中継装置であって、上り光バースト信号を電気の中継信号に変換する光／電気変換器と、前記光／電気変換器により変換された中継信号を再生する上り信号再生部と、この光バースト信号中継装置を１つの光回線終端装置として識別させるため、ＰＯＮのプロトコルに準拠したフレームを作成する通信・切替制御部と、エラー情報を監視し、エラー情報が発生すれば、エラー情報パターンを前記通信・切替制御部に出力するエラー情報監視部と、前記光／電気変換器と前記上り信号再生部との間に設置され、前記通信・切替制御部の制御に応じて、前記通信・切替制御部から得られる監視情報信号と前記光／電気変換器から得られる中継信号とを切り替えて、前記上り信号再生部に供給するための第１の切替部とを備える。前記通信・切替制御部は、前記エラー情報監視部から取得されたエラー情報パターンを含む監視情報信号を作成して、光バースト区間の空きスロットに前記監視情報信号を供給する。

ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｈ（登録商標）−２００４

特許第４９１９０６７号公報

光信号中継装置における処理の一例として、受信した光信号を、電気信号に変換することなく外部へ送信する構成が考えられる。このような構成においては、たとえば、モニタ用の受光素子を用いて出力光の強度を計測し、計測結果に基づいて光増幅器の利得調整を行い、出力光の強度が一定になるように制御することができる。

このような光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保する技術が望まれる。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することが可能な光信号中継装置および通信制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる光信号中継装置は、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置であって、前記光信号を受けて増幅する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整する。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる通信制御方法は、半導体光増幅器を含み、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置を備える光通信システムにおける通信制御方法であって、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度を取得するステップと、前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御するステップとを含み、前記半導体光増幅器の利得を制御するステップにおいては、取得した前記強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、取得した前記強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整する。

本発明は、このような特徴的な処理部を備える光信号中継装置として実現できるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、本発明は、光信号中継装置の一部または全部を実現する半導体集積回路として実現したり、光信号中継装置を含むシステムとして実現したりすることができる。

本発明によれば、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの構成を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置の構成を示す図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置における下り信号中継部の構成を示す図である。 図４は、光ファイバアンプの入力光と利得との関係の一例を示す図である。 図５は、光ファイバアンプの入力光と出力光との関係の一例を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の一例を示す図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の他の例を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置が光増幅器の制御を行なう際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。 図９は、光増幅器における入力光と利得および出力光との関係、ならびに入力信号および出力信号の振幅の一例を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の一例を示す図である。 図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置が光増幅器の制御を行なう際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。 図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置における下り信号中継部の構成を示す図である。 図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の一例を示す図である。 図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の他の例を示す図である。 図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置が光増幅器の制御を行なう際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本発明の実施の形態に係る光信号中継装置は、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置であって、前記光信号を受けて増幅する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整する。

このように、電流制御に対する利得の応答が速い等の半導体光増幅器の特徴に着目し、この特徴を利用する構成により、たとえば、半導体光増幅器を用いる構成において特に伝送品質の低下する飽和領域を回避しながら、誤った利得制御による過出力を防ぐことができる。あるいは、たとえば、半導体光増幅器の利得が低下する飽和領域における光信号の変調振幅の縮小を抑制することができる。したがって、本発明の実施の形態に係る光信号中継装置では、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することができる。

（２）好ましくは、前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を小さい値に設定するかまたは前記目標値を一定にする第１制御を行い、前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上であり、かつ前記駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、または前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値より大きい所定の閾値以上である場合、前記第１制御の代わりに、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を大きい値に設定する第２制御を行う。

このように、半導体光増幅器の利得を一定とする制御と第１制御とを切り替えるとともに、第１制御と第２制御とを切り替える構成により、半導体光増幅器の出力が飽和領域に入ることをある範囲まで防ぎながら、半導体光増幅器の利得の低下による光信号の変調振幅の縮小を抑制することができる。

（３）本発明の実施の形態に係る通信制御方法は、半導体光増幅器を含み、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置を備える光通信システムにおける通信制御方法であって、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度を取得するステップと、前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御するステップとを含み、前記半導体光増幅器の利得を制御するステップにおいては、取得した前記強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、取得した前記強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整する。

このように、電流制御に対する利得の応答が速い等の半導体光増幅器の特徴に着目し、この特徴を利用する構成により、半導体光増幅器を用いる構成において特に伝送品質の低下する飽和領域を回避しながら、誤った利得制御による過出力を防ぐことができる。あるいは、たとえば、半導体光増幅器の利得が低下する飽和領域における光信号の変調振幅の縮小を抑制することができる。したがって、本発明の実施の形態に係る通信制御方法では、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することができる。

（４）好ましくは、前記半導体光増幅器の利得を制御するステップにおいては、前記半導体光増幅器の利得を制御するステップにおいては、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を小さい値に設定するかまたは前記目標値を一定にする第１制御を行い、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上であり、かつ前記駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、または前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値より大きい所定の閾値以上である場合、前記第１制御の代わりに、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を大きい値に設定する第２制御を行う。

このように、半導体光増幅器の利得を一定とする制御と第１制御とを切り替えるとともに、第１制御と第２制御とを切り替える構成により、半導体光増幅器の出力が飽和領域に入ることをある範囲まで防ぎながら、半導体光増幅器の利得の低下による光信号の変調振幅の縮小を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムの構成を示す図である。

図１を参照して、光通信システム３０１は、たとえばＧＥ−ＰＯＮであり、上位ネットワークに接続された局側装置２０１と、光信号中継装置１０１と、１または複数のＯＮＵ２０２と、光カプラ２１１，２１２とを備える。なお、光通信システム３０１は、１０Ｇ−ＥＰＯＮであってもよい。

局側装置２０１は、ＰＯＮの上位側に位置する光終端装置であり、電話局および変電所等に設置され、複数のＯＮＵ２０２と通信を行なう。また、ＯＮＵ２０２は、ＰＯＮの下位側に位置する光終端装置であり、加入者側の建物、および屋外の電柱上等に設置され、１つの局側装置２０１と通信を行なう。

光通信システム３０１において、各ＯＮＵ２０２は、光カプラ２１１から分岐された複数の光ファイバに接続されている。光カプラ２１１および光信号中継装置１０１は、１つの光ファイバを介して接続されている。光カプラ２１２および光信号中継装置１０１は、１つの光ファイバを介して接続されている。光カプラ２１２から分岐された光ファイバには、１または複数のＯＮＵ２０２も接続されている。また、光カプラ２１２および局側装置２０１は、１つの光ファイバを介して接続されている。

このように、光通信システム３０１では、複数の光カプラを用いる構成により、局側装置２０１または光信号中継装置１０１と任意の数のＯＮＵ２０２とを接続することができる。

各ＯＮＵ２０２と局側装置２０１とは、光ファイバおよび光カプラを介して、また、ＯＮＵ２０２の接続位置に応じて光信号中継装置１０１を介して接続され、互いに光信号を送受信する。光通信システム３０１では、各ＯＮＵ２０２は、共通の通信回線すなわちＰＯＮ回線を介して上り光信号を局側装置２０１へ送信し、また、各ＯＮＵ２０２から局側装置２０１への光信号が時分割多重される。また、光通信システム３０１では、局側装置２０１から各ＯＮＵ２０２へ連続的な光信号が送信される。

局側装置２０１は、自己とＯＮＵ２０２との間に接続される光信号中継装置１０１を介してＯＮＵ２０２との間で光信号を送受信可能である。

光信号中継装置１０１は、局側装置２０１から送信された光信号のＯＮＵ２０２への中継、およびＯＮＵ２０２から送信された光信号の局側装置２０１への中継を行なう。

以下、ＯＮＵから上位ネットワークへの方向を上り方向と称し、上位ネットワークからＯＮＵへの方向を下り方向と称する。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置の構成を示す図である。

図２を参照して、光信号中継装置１０１は、電気／光変換器１１と、下り信号中継部１２と、光／電気変換器１３と、上り信号再生部１４とを備える。

光／電気変換器１３は、ＯＮＵ２０２から送信される上り光信号を受信して電気信号に変換し、上り信号再生部１４へ出力する。

上り信号再生部１４は、たとえば、光／電気変換器１３から受けた電気信号からクロックを抽出し、抽出したクロックを用いて当該電気信号の波形整形を行なうとともに当該電気信号を電気／光変換器１１へ出力する。

電気／光変換器１１は、上り信号再生部１４から受けた電気信号を上り光信号に変換して局側装置２０１へ送信する。

下り信号中継部１２は、局側装置２０１から送信される下り光信号を受信し、受信した下り光信号を増幅してＯＮＵ２０２へ送信する。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置における下り信号中継部の構成を示す図である。

図３を参照して、下り信号中継部１２は、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２１と、光カプラ２２，２３と、電流供給部２４と、入力検知部２５と、出力／利得制御部２６と、出力検知部２７と、切替制御部２８とを含む。

光カプラ２２は、局側装置２０１から受信した下り光信号を分岐して半導体光増幅器２１および入力検知部２５へ出力する。

半導体光増幅器２１は、光カプラ２２から受けた下り光信号を増幅して光カプラ２３へ出力する。半導体光増幅器２１の利得は、電流供給部２４から供給される駆動電流に応じて変化する。具体的には、たとえば、大まかな特性の傾向として、駆動電流が大きくなると半導体光増幅器２１の利得が大きくなり、駆動電流が小さくなると半導体光増幅器２１の利得が小さくなる。

光カプラ２３は、半導体光増幅器２１から受けた下り光信号を分岐してＯＮＵ２０２および出力検知部２７へ出力する。

入力検知部２５は、フォトダイオード等の受光素子３１と、図示しない電流電圧変換回路およびＡ／Ｄコンバータとを含む。入力検知部２５において、受光素子３１は、光カプラ２２から受けた下り光信号の強度に応じた大きさの電流を出力する。電流電圧変換回路は、受光素子３１の出力電流を電圧に変換して出力する。Ａ／Ｄコンバータは、電流電圧変換回路から受けた電圧のレベルを示すデジタル信号を出力／利得制御部２６および切替制御部２８へ出力する。

出力検知部２７は、フォトダイオード等の受光素子３２と、図示しない電流電圧変換回路およびＡ／Ｄコンバータとを含む。出力検知部２７において、受光素子３２は、光カプラ２３から受けた下り光信号の強度に応じた大きさの電流、すなわち半導体光増幅器２１の出力光の強度に応じた大きさの電流を出力する。電流電圧変換回路は、受光素子３２の出力電流を電圧に変換して出力する。Ａ／Ｄコンバータは、電流電圧変換回路から受けた電圧のレベルを示すデジタル信号を出力／利得制御部２６へ出力する。

出力／利得制御部２６は、たとえば、入力検知部２５から受けたデジタル信号および出力検知部２７から受けたデジタル信号の少なくともいずれか一方に基づいて駆動電流の大きさを決定し、決定した駆動電流の大きさを示す制御信号を電流供給部２４へ出力する。

電流供給部２４は、駆動電流を半導体光増幅器２１に供給し、出力／利得制御部２６から受けた制御信号に従って、半導体光増幅器２１に供給する駆動電流の大きさを変更する。

ここで、半導体光増幅器２１の代わりにＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ−Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）およびラマン増幅等の光ファイバアンプを用いる光信号中継装置を考える。この光信号中継装置では、光カプラ２２および光カプラ２３間に増幅用ファイバが接続され、増幅用ファイバの前段で光信号の伝送路にレーザダイオードを用いてポンプ光が注入され、増幅用ファイバの後段で光信号の伝送路からポンプ光が分離される。このレーザダイオードの駆動電流値を変更することにより、ポンプ光の強度が変化し、光ファイバアンプの利得が制御される。

図４は、光ファイバアンプの入力光と利得との関係の一例を示す図である。図４において、横軸は光ファイバアンプの入力光の強度であり、縦軸は光ファイバアンプの利得である。

図５は、光ファイバアンプの入力光と出力光との関係の一例を示す図である。図５において、横軸は光ファイバアンプの入力光の強度であり、縦軸は光ファイバアンプの出力光の強度である。

図４および図５を参照して、光ファイバアンプの利得は入力光の強度が大きくなるにつれて緩やかに低下し、そして、光信号の強入力による光ファイバアンプの飽和領域では、入力光の強度が大きくなるにつれて当該利得が大幅に低下するとともに、出力光の強度が増加しなくなる。

ここで、前述のような、モニタ用の受光素子を用いて出力光の強度を計測し、計測結果に基づいて光増幅器の利得調整を行い、出力光の強度が一定になるように制御する光信号中継装置では、光信号の強入力時に光増幅器の出力が飽和すると、出力光の波形が歪み、また、誤った利得調整によって過出力となり、伝送品質が低下してしまうという問題がある。

そこで、図４および図５に示すような特性を利用して、光ファイバアンプを用いる構成では、光ファイバアンプの利得の低下を検知して、出力光に対してリミッタを設け、過出力を防ぐ構成が考えられる。

ここで、光ファイバアンプでは、ポンプ光の変化に対する利得の応答時間が長いことから、入力光の強度が大きくなった際にポンプ光を変更する構成では、過出力が生じてしまう可能性がある。

これに対して、上記のように光ファイバアンプの飽和領域を利用して出力光にリミッタをかける構成により、過出力をより確実に防ぐことができる。

一方、半導体光増幅器は、図４および図５と同様の特性を持つことに加えて、飽和領域における伝送特性が急激に悪化する、具体的には、波形歪みが生じ、チャープすなわち周波数スペクトラムが広がり、また、ノイズが増大する、という特性を持つ。

このため、半導体光増幅器を用いる構成において、光ファイバアンプを用いる構成と同様に飽和領域における利得の低下を検知し、出力光に対してリミッタを設ける構成では、伝送品質が低下してしまう。

すなわち、半導体光増幅器を用いる構成では、光ファイバアンプを用いる構成とは異なる方法を採用する必要がある。

ここで、半導体光増幅器は、光ファイバアンプのようなポンプ光が不要であり、増幅素子に対する電流制御によって利得を変えることができ、この電流制御に対する利得の応答が速い。

本願発明者らは、このような半導体光増幅器の特徴に着目し、上記問題点を解決する方法を発見した。すなわち、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置では、以下のような構成および動作により、上記問題点を解決する。

再び図３を参照して、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１の利得が一定になるように駆動電流の大きさを調整する。また、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上である場合、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。

より詳細には、たとえば、出力／利得制御部２６は、入力検知部２５から受けたデジタル信号および出力検知部２７から受けたデジタル信号から現在の半導体光増幅器２１の利得を算出し、半導体光増幅器２１の利得が一定となるように駆動電流の大きさを変更する利得一定制御を行なう。

また、たとえば、出力／利得制御部２６は、出力検知部２７から受けたデジタル信号の示す受光素子３２の出力電流すなわち出力側の下り光信号の強度が目標値となるように駆動電流の大きさを変更する飽和回避制御を行なう。

切替制御部２８は、入力検知部２５から受けたデジタル信号に基づいて、出力／利得制御部２６が利得一定制御を行なうか、飽和回避制御を行なうかを切り替える制御を行なう。具体的には、切替制御部２８は、利得一定制御を行なう旨を示す制御信号または飽和回避制御を行なう旨を示す制御信号を出力／利得制御部２６へ出力する。

出力／利得制御部２６は、切替制御部２８から受けた制御信号の示す制御の種別に従った駆動電流の設定を行なう。

図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の一例を示す図である。図６において、横軸は、半導体光増幅器２１の入力光の強度であり、縦軸は、半導体光増幅器２１の出力光の強度である。

図６を参照して、切替制御部２８は、図に示す網掛け部分のような、入力光の強度Ｐ１を境界として利得一定制御と飽和回避制御とを切り替える制御目標エリアＡ１を設定する。

切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入出力特性が制御目標エリアＡ１内に収まるように、出力／利得制御部２６を制御する、すなわち半導体光増幅器２１への駆動電流を制御する。

すなわち、切替制御部２８は、入力光の強度が上記所定の閾値以上である場合、入力光の強度が上記所定の閾値以上である状態において利得一定制御を継続した場合と比べて、同じ入力光の強度に対する出力光の強度が小さくなるように駆動電流の大きさを調整する。

具体的には、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ１未満である状態において、利得一定制御を行なう。このとき、半導体光増幅器２１の入出力特性は、グラフＧ１に沿い、入力光の強度が大きくなるにつれて出力光の強度が大きくなる特性となる。

また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ１以上になると、このときの出力光の強度であるＴ１を半導体光増幅器２１の出力光の強度の目標値とする飽和回避制御を行なう。飽和回避制御においては、半導体光増幅器２１の入出力特性は直線Ｃ１に沿う。すなわち、入力光の強度がＰ１のとき、半導体光増幅器２１の入出力特性はグラフＧ１と一致し、入力光の強度がＰ２（＞Ｐ１）のとき、半導体光増幅器２１の入出力特性はグラフＧ２と一致し、入力光の強度がＰ３（＞Ｐ２）のとき、半導体光増幅器２１の入出力特性はグラフＧ３と一致する。

このように、入力光の強度が所定の切り替え閾値すなわちＰ１以上になると利得一定制御から飽和回避制御に切り替える構成により、強入力時においても半導体光増幅器２１の入出力特性が制御目標エリアＡ１内に収まり、半導体光増幅器２１の出力が飽和領域に入ることを防ぐことができる。

また、利得一定制御から飽和回避制御に切り替えたときの出力光の強度Ｔ１を飽和回避制御の目標値とする構成により、半導体光増幅器２１の入出力特性の連続性を確保することができる。すなわち、目標利得および目標出力の切り替わりにおける駆動電流の変化を抑えることができるため、利得一定制御および飽和回避制御の境界をまたぐような入力光の強度の変化による瞬間的な過出力、波形歪みおよび過電流等を防ぐことができる。

また、切替制御部２８は、さらに、以下のような制御を行なうことも可能である。すなわち、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。たとえば、目標値は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて小さい値に設定される。また、たとえば、目標値は、入力光の強度がＰ１以上である状態において利得一定制御を継続したと仮定した場合と比べて、入力光の強度の変化に対する出力光の強度の変化が小さくなるように設定される。

より詳細には、切替制御部２８は、たとえば、飽和回避制御における出力光の強度の目標値として、半導体光増幅器２１の入力光の強度に応じた複数種類の目標値を保持しており、出力／利得制御部２６が飽和回避制御を行っている状態において、入力検知部２５から受けたデジタル信号の示す受光素子３１の出力電流レベルに対応する目標値を示す制御信号を出力／利得制御部２６へ出力する。

すなわち、切替制御部２８は、駆動電流についてフィードバック制御を行い、飽和回避制御における目標値についてフィードフォワード制御を行なう。

出力／利得制御部２６は、切替制御部２８から受けた制御信号の示す目標値を、飽和回避制御における目標値とする。

図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の他の例を示す図である。図７において、横軸は、半導体光増幅器２１の入力光の強度であり、縦軸は、半導体光増幅器２１の出力光の強度である。

図７を参照して、切替制御部２８は、図に示す網掛け部分のような、入力光の強度Ｐ１１を境界として利得一定制御と飽和回避制御とを切り替える制御目標エリアＡ２を設定する。

切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入出力特性が制御目標エリアＡ２内に収まるように、出力／利得制御部２６を制御する、すなわち半導体光増幅器２１への駆動電流を制御する。

具体的には、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ１１未満である状態において、利得一定制御を行なう。このとき、半導体光増幅器２１の入出力特性は、グラフＧ１１に沿い、入力光の強度が大きくなるにつれて出力光の強度が大きくなる特性となる。

また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ１１以上になると、このときの出力光の強度であるＴ１１を半導体光増幅器２１の光の強度の目標値とする飽和回避制御を行なう。飽和回避制御においては、半導体光増幅器２１の入出力特性は直線Ｃ２に追従する。すなわち、入力光の強度がＰ１１のとき、半導体光増幅器２１の入出力特性はグラフＧ１１と一致する。また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ１２以上になると、グラフＧ１２の入出力特性においてＰ１２に対応する出力光の強度であるＴ１２を目標値とする飽和回避制御を行なう。また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ１３以上になると、グラフＧ１３の入出力特性においてＰ１３に対応する出力光の強度であるＴ１３を目標値とする飽和回避制御を行なう。

このように、入力光の強度が所定の切り替え閾値すなわちＰ１１以上になると利得一定制御から飽和回避制御に切り替え、飽和回避制御においては、入力光の強度に応じた目標値を設定する構成により、駆動電流の変化に対する飽和領域のシフト、すなわち飽和領域に入るときの入力光の強度のシフトが小さい半導体光増幅器を用いる場合でも、半導体光増幅器２１の入出力特性を制御目標エリアＡ２内に収め、半導体光増幅器２１の出力が飽和領域に入ることを防ぐことができる。

また、利得一定制御から飽和回避制御に切り替えたときの出力光の強度Ｔ１１を飽和回避制御の最初の目標値とする構成により、半導体光増幅器２１の入出力特性の連続性を確保することができる。すなわち、目標利得および目標出力の切り替わりにおける駆動電流の変化を抑えることができるため、利得一定制御および飽和回避制御の境界をまたぐような入力光の強度の変化による瞬間的な過出力、波形歪みおよび過電流等を防ぐことができる。

［動作］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムにおける光信号中継装置の動作について説明する。

光通信システム３０１における各装置は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。

図８は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置が光増幅器の制御を行なう際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

具体的には、図８を参照して、まず、切替制御部２８は、入力検知部２５から受けたデジタル信号から半導体光増幅器２１の入力光の強度を取得する（ステップＳ１）。

次に、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値未満である場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、出力／利得制御部２６に利得一定制御を行なわせる（ステップＳ３）。

一方、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値以上である場合（ステップＳ２でＮＯ）、当該強度に応じた目標値を設定し（ステップＳ４）、設定した目標値の飽和回避制御を出力／利得制御部２６に行なわせる（ステップＳ５）。

ところで、受信した光信号を、電気信号に変換することなく外部へ送信する光信号中継装置においては、たとえば、モニタ用の受光素子を用いて出力光の強度を計測し、計測結果に基づいて光増幅器の利得調整を行い、出力光の強度が一定になるように制御することができる。このような光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保する技術が望まれる。具体的には、光信号の強入力時に光増幅器の出力が飽和すると、出力光の波形が歪み、また、誤った利得調整によって過出力となり、伝送品質が低下してしまうという問題がある。

これに対して、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置では、半導体光増幅器２１は、光信号を受けて増幅する。出力／利得制御部２６は、半導体光増幅器２１に供給する駆動電流の大きさを変更することにより半導体光増幅器２１の利得を制御する。そして、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、半導体光増幅器２１の利得が一定になるように駆動電流の大きさを調整する。また、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。

このように、電流制御に対する利得の応答が速い等の半導体光増幅器の特徴に着目し、この特徴を利用する構成により、半導体光増幅器を用いる構成において特に伝送品質の低下する飽和領域を回避しながら、誤った利得制御による過出力を防ぐことができる。

したがって、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置では、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することができる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る通信制御方法では、まず、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度を取得する。次に、半導体光増幅器２１に供給する駆動電流の大きさを変更することにより半導体光増幅器２１の利得を制御する。そして、半導体光増幅器２１の利得を制御する際に、取得した強度が所定の閾値未満である場合、半導体光増幅器２１の利得が一定になるように駆動電流の大きさを調整し、取得した強度が上記所定の閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。具体的には、たとえば、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて当該目標値を小さい値に設定する。また、たとえば、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入力光の強度が上記所定の閾値以上である状態において利得一定制御を継続したと仮定した場合と比べて、入力光の強度の変化に対する出力光の強度の変化が小さくなるように当該目標値を設定する。

このように、電流制御に対する利得の応答が速い等の半導体光増幅器の特徴に着目し、この特徴を利用する構成により、半導体光増幅器を用いる構成において特に伝送品質の低下する飽和領域を回避しながら、誤った利得制御による過出力を防ぐことができる。

したがって、本発明の第１の実施の形態に係る通信制御方法では、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することができる。

なお、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムでは、光信号中継装置１０１が切替制御部２８を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。光通信システム３０１における光信号中継装置１０１以外の他の装置が切替制御部２８を備え、半導体光増幅器２１の入力光の監視、利得一定制御および飽和回避制御の切り替え、ならびに飽和回避制御における目標値の設定を行なう構成であってもよい。

また、本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムでは、下り方向において、半導体光増幅器２１の入力光の監視、利得一定制御および飽和回避制御の切り替え、ならびに飽和回避制御における目標値の設定を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではなく、上り方向において、下り方向と同様に、半導体光増幅器２１の入力光の監視、利得一定制御および飽和回避制御の切り替え、ならびに飽和回避制御における目標値の設定を行なう構成とすることも可能である。

また、本発明の第１の実施の形態に係る光信号中継装置では、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入力光の強度が所定の切り替え閾値以上になると利得一定制御から飽和回避制御に切り替える構成であるとしたが、これに限定するものではない。切替制御部２８は、たとえば半導体光増幅器２１の入力光の強度が所定の切り替え閾値未満の場合において、これらの制御とは異なる内容の制御と利得一定制御とを切り替える構成であってもよい。すなわち、光信号中継装置１０１において、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の閾値未満となる範囲において利得一定制御が行なわれる領域があり、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上となる範囲において飽和回避制御が行なわれる領域があればよい。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る光通信システムと比べて出力光の強度の目標値の設定内容を変更した光通信システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る光通信システムと同様である。

［課題］
図９は、光増幅器における入力光と利得および出力光との関係、ならびに入力信号および出力信号の振幅の一例を示す図である。

図９を参照して、光波形の品質として、ＯＭＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）すなわち光信号の変調振幅がある。

光通信システムでは、要求される最小値以上にＯＭＡを維持することにより、光信号の伝送品質を良好なレベルに保つことが望まれる。

入力光の強度が大きくない状態Ｋ１では、光増幅器が論理ローレベルの光信号を受けるときの利得と光増幅器が論理ハイレベルの光信号を受けるときの利得との差は小さい。

一方、入力光の強度が大きい状態Ｋ２では、光増幅器が論理ローレベルの光信号を受けるときの利得と比べて、光増幅器が論理ハイレベルの光信号を受けるときの利得がかなり小さくなる。

このため、光増幅器から出力される増幅後の光信号の論理ローレベルおよび論理ハイレベルの差であるＯＭＡは、状態Ｋ１と比べて状態Ｋ２の方が圧縮されて小さくなる。すなわち、飽和領域に近づくほどＯＭＡが小さくなり、光信号の伝送品質が低下してしまう。

ここで、前述のように、半導体光増幅器は、光ファイバアンプのようなポンプ光が不要であり、増幅素子に対する電流制御によって利得を変えることができ、この電流制御に対する利得の応答が速い。

本願発明者らは、このような半導体光増幅器の特徴に着目し、上記問題点を解決する方法を発見した。すなわち、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置では、以下のような構成および動作により、上記問題点を解決する。

すなわち、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１の利得が一定になるように駆動電流の大きさを調整する。また、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上である場合、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。

より詳細には、たとえば、出力／利得制御部２６は、入力検知部２５から受けたデジタル信号および出力検知部２７から受けたデジタル信号から現在の半導体光増幅器２１の利得を算出し、半導体光増幅器２１の利得が一定となるように駆動電流の大きさを変更する利得一定制御を行なう。

また、たとえば、出力／利得制御部２６は、出力検知部２７から受けたデジタル信号の示す受光素子３２の出力電流すなわち出力側の下り光信号の強度が目標値となるように駆動電流の大きさを変更するＯＭＡ補償制御を行なう。

切替制御部２８は、入力検知部２５から受けたデジタル信号に基づいて、出力／利得制御部２６が利得一定制御を行なうか、ＯＭＡ補償制御を行なうかを切り替える制御を行なう。具体的には、切替制御部２８は、利得一定制御を行なう旨を示す制御信号またはＯＭＡ補償制御を行なう旨を示す制御信号を出力／利得制御部２６へ出力する。

出力／利得制御部２６は、切替制御部２８から受けた制御信号の示す制御の種別に従った駆動電流の設定を行なう。

より詳細には、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。たとえば、目標値は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて大きい値に設定される。また、たとえば、目標値は、入力光の強度がＰ１以上である状態において利得一定制御を継続したと仮定した場合と比べて、入力光の強度の変化に対する出力光の強度の変化が小さくなるように設定される。

具体的には、切替制御部２８は、たとえば、ＯＭＡ補償制御における出力光の強度の目標値として、半導体光増幅器２１の入力光の強度に応じた複数種類の目標値を保持しており、出力／利得制御部２６がＯＭＡ補償制御を行っている状態において、入力検知部２５から受けたデジタル信号の示す受光素子３１の出力電流レベルに対応する目標値を示す制御信号を出力／利得制御部２６へ出力する。

すなわち、切替制御部２８は、駆動電流についてフィードバック制御を行い、ＯＭＡ補償制御における目標値についてフィードフォワード制御を行なう。

出力／利得制御部２６は、切替制御部２８から受けた制御信号の示す目標値を、ＯＭＡ補償制御における目標値とする。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の一例を示す図である。図１０において、横軸は、半導体光増幅器２１の入力光の強度であり、縦軸は、半導体光増幅器２１の出力光の強度である。

図１０を参照して、切替制御部２８は、図に示す網掛け部分のような、入力光の強度Ｐ２１を境界として利得一定制御とＯＭＡ補償制御とを切り替える制御目標エリアＡ３を設定する。

切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入出力特性が制御目標エリアＡ３内に収まるように、出力／利得制御部２６を制御する、すなわち半導体光増幅器２１への駆動電流を制御する。

具体的には、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ２１未満である状態において、利得一定制御を行なう。このとき、半導体光増幅器２１の入出力特性は、グラフＧ２１に沿い、入力光の強度が大きくなるにつれて出力光の強度が大きくなる特性となる。

また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ２１以上になると、このときの出力光の強度であるＴ２１を半導体光増幅器２１の光の強度の目標値とするＯＭＡ補償制御を行なう。ＯＭＡ補償制御においては、半導体光増幅器２１の入出力特性は直線Ｃ３に追従する。すなわち、入力光の強度がＰ２１のとき、半導体光増幅器２１の入出力特性はグラフＧ２１と一致する。また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ２２以上になると、グラフＧ２２の入出力特性においてＰ２２に対応する出力光の強度であるＴ２２を目標値とするＯＭＡ補償制御を行なう。また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ２３以上になると、グラフＧ２３の入出力特性においてＰ２３に対応する出力光の強度であるＴ２３を目標値とするＯＭＡ補償制御を行なう。

このように、入力光の強度が所定の切り替え閾値すなわちＰ２１以上になると利得一定制御からＯＭＡ補償制御に切り替え、ＯＭＡ補償制御においては、入力光の強度が大きくなるにつれて大きな目標値を設定する。このような構成により、半導体光増幅器２１の駆動電流を増加させて出力光の強度を上げることができるため、半導体光増幅器２１の入出力特性を制御目標エリアＡ３内に収め、半導体光増幅器２１の利得の低下によるＯＭＡの縮小を抑制することができる。

また、利得一定制御からＯＭＡ補償制御に切り替えたときの出力光の強度Ｔ２１をＯＭＡ補償制御の最初の目標値とする構成により、半導体光増幅器２１の入出力特性の連続性を確保することができる。すなわち、目標利得および目標出力の切り替わりにおける駆動電流の変化を抑えることができるため、利得一定制御およびＯＭＡ補償制御の境界をまたぐような入力光の強度の変化による瞬間的な過出力、波形歪みおよび過電流等を防ぐことができる。

［動作］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光通信システムにおける光信号中継装置の動作について説明する。

光通信システム３０１における各装置は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。

図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置が光増幅器の制御を行なう際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

具体的には、図１１を参照して、まず、切替制御部２８は、入力検知部２５から受けたデジタル信号から半導体光増幅器２１の入力光の強度を取得する（ステップＳ１１）。

次に、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値未満である場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、出力／利得制御部２６に利得一定制御を行なわせる（ステップＳ１３）。

一方、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値以上である場合（ステップＳ１２でＮＯ）、当該強度に応じた目標値を設定し（ステップＳ１４）、設定した目標値のＯＭＡ補償制御を出力／利得制御部２６に行なわせる（ステップＳ１５）。

ところで、受信した光信号を、電気信号に変換することなく外部へ送信する光信号中継装置においては、たとえば、モニタ用の受光素子を用いて出力光の強度を計測し、計測結果に基づいて光増幅器の利得調整を行い、出力光の強度が一定になるように制御することができる。このような光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保する技術が望まれる。具体的には、入力光の強度が大きくなって光増幅器の飽和領域に近づくほどＯＭＡが小さくなり、光信号の伝送品質が低下してしまうという問題がある。

これに対して、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置では、半導体光増幅器２１は、光信号を受けて増幅する。出力／利得制御部２６は、半導体光増幅器２１に供給する駆動電流の大きさを変更することにより半導体光増幅器２１の利得を制御する。そして、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、半導体光増幅器２１の利得が一定になるように駆動電流の大きさを調整する。また、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を介して、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。具体的には、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて当該目標値を大きい値に設定する。また、たとえば、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入力光の強度が上記所定の閾値以上である状態において利得一定制御を継続したと仮定した場合と比べて、入力光の強度の変化に対する出力光の強度の変化が小さくなるように当該目標値を設定する。

このように、電流制御に対する利得の応答が速い等の半導体光増幅器の特徴に着目し、この特徴を利用する構成により、入力光の強度が大きくなるにつれて半導体光増幅器２１の駆動電流を増加させて出力光の強度を上げることができるため、半導体光増幅器２１の利得の低下によるＯＭＡの縮小を抑制することができる。

したがって、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置では、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制し、対向装置とのパワーバジェットを確保することができる。

また、本発明の第２の実施の形態に係る通信制御方法では、まず、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度を取得する。次に、半導体光増幅器２１に供給する駆動電流の大きさを変更することにより半導体光増幅器２１の利得を制御する。そして、半導体光増幅器２１の利得を制御する際に、取得した強度が所定の閾値未満である場合、半導体光増幅器２１の利得が一定になるように駆動電流の大きさを調整し、取得した強度が上記所定の閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する。具体的には、当該目標値は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて大きい値に設定される。

このように、電流制御に対する利得の応答が速い等の半導体光増幅器の特徴に着目し、この特徴を利用する構成により、入力光の強度が大きくなるにつれて半導体光増幅器２１の駆動電流を増加させて出力光の強度を上げることができるため、半導体光増幅器２１の利得の低下によるＯＭＡの縮小を抑制することができる。

したがって、本発明の第２の実施の形態に係る通信制御方法では、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置において、光信号の強入力時における光増幅器の出力飽和による伝送品質の低下を抑制することができる。

なお、本発明の第２の実施の形態に係る光通信システムでは、光信号中継装置１０１が切替制御部２８を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。光通信システム３０１における光信号中継装置１０１以外の他の装置が切替制御部２８を備え、半導体光増幅器２１の入力光の監視、利得一定制御およびＯＭＡ補償制御の切り替え、ならびにＯＭＡ補償制御における目標値の設定を行なう構成であってもよい。

また、本発明の第２の実施の形態に係る光通信システムでは、下り方向において、半導体光増幅器２１の入力光の監視、利得一定制御およびＯＭＡ補償制御の切り替え、ならびにＯＭＡ補償制御における目標値の設定を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではなく、上り方向において、下り方向と同様に、半導体光増幅器２１の入力光の監視、利得一定制御およびＯＭＡ補償制御の切り替え、ならびにＯＭＡ補償制御における目標値の設定を行なう構成とすることも可能である。

ここで、ＯＭＡ補償制御では、半導体光増幅器２１の飽和領域またはこれに近い領域でのＯＭＡの縮小と半導体光増幅器２１の出力光の強度増加との相殺を行いながら当該出力光の目標値として適切な値を設定していく必要がある。このため、半導体光増幅器２１の飽和領域、特に、半導体光増幅器２１への入力光が大きい場合に用いる低駆動電流域における半導体光増幅器２１の入出力特性を把握することが重要である。

そこで、光通信システム３０１は、半導体光増幅器２１の入出力特性を測定する測定部を備える。なお、飽和回避制御を行なう本発明の第１の実施の形態に係る光通信システムがこのような測定部を備える構成であってもよい。

たとえば、当該測定部は、光信号中継装置１０１の外部に設けられ、半導体光増幅器２１の入出力特性の測定結果に基づく上記目標値を光信号中継装置１０１に設定する構成であってもよい。あるいは、たとえば、光信号中継装置１０１が当該測定部を備え、光信号中継装置１０１の起動シーケンスにおいて自動的に半導体光増幅器２１の入出力特性の測定および目標値の設定を行なう構成であってもよい。

また、光通信システム３０１は、たとえば上記測定部による半導体光増幅器２１の入出力特性の測定結果に基づいて、飽和回避制御を行なうか、あるいはＯＭＡ補償制御を行なうかを判定する判定部を備える構成であってもよい。

また、本発明の第２の実施の形態に係る光信号中継装置では、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入力光の強度が所定の切り替え閾値以上になると利得一定制御からＯＭＡ補償制御に切り替える構成であるとしたが、これに限定するものではない。切替制御部２８は、たとえば半導体光増幅器２１の入力光の強度が所定の切り替え閾値未満の場合において、これらの制御とは異なる内容の制御と利得一定制御とを切り替える構成であってもよい。すなわち、光信号中継装置１０１において、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の閾値未満となる範囲において利得一定制御が行なわれる領域があり、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が上記所定の閾値以上となる範囲においてＯＭＡ補償制御が行なわれる領域があればよい。

その他の構成および動作は第１の実施の形態に係る光通信システムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る飽和回避制御と第２の実施の形態に係るＯＭＡ補償制御とを切り替え可能な光通信システムに関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る光通信システムと同様である。

図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置における下り信号中継部の構成を示す図である。

図１２を参照して、切替制御部２８は、入力検知部２５から受けたデジタル信号および出力／利得制御部２６から受けた制御信号の少なくともいずれか一方に基づいて、出力／利得制御部２６が利得一定制御を行なうか、飽和回避制御を行なうか、ＯＭＡ補償制御を行うかを切り替える制御を行なう。具体的には、切替制御部２８は、利得一定制御を行なう旨を示す制御信号、飽和回避制御を行なう旨を示す制御信号またはＯＭＡ補償制御を行なう旨を示す制御信号を出力／利得制御部２６へ出力する。

出力／利得制御部２６は、切替制御部２８から受けた制御信号の示す制御の種別に従った駆動電流の設定を行なう。

より詳細には、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の切り替え閾値以上である場合、半導体光増幅器２１の駆動電流の目標値を一定にするかまたは半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて上記目標値を小さい値に設定する飽和回避制御を行う。

また、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が切り替え閾値以上であり、かつ駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、飽和回避制御の代わりに、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて上記目標値を大きい値に設定するＯＭＡ補償制御を行う。

図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の一例を示す図である。図１３において、横軸は、半導体光増幅器２１の入力光の強度であり、縦軸は、半導体光増幅器２１の駆動電流の大きさである。

図１３を参照して、切替制御部２８は、たとえば、入力光の強度に基づいて利得一定制御と飽和回避制御とを切り替えるとともに、駆動電流の大きさに基づいて飽和回避制御とＯＭＡ補償制御とを切り替える。切替制御部２８は、出力／利得制御部２６を制御する、すなわち半導体光増幅器２１への駆動電流を制御することにより、これらの切り替えを行う。

具体的には、出力／利得制御部２６は、たとえば入力光の強度がＰ３０以上かつＰ３１未満の範囲において、利得一定制御を行なう。

また、出力／利得制御部２６は、入力光の強度が所定の切り替え閾値すなわちＰ３１以上になると、たとえばこのときの出力光の強度を半導体光増幅器２１の出力光の強度の目標値とする飽和回避制御を行なう。具体的には、出力／利得制御部２６は、図６に示すような、目標値を一定とする、すなわち１種類の目標値を設定する飽和回避制御、または図７に示すような入力光の強度に応じた複数種類の目標値を設定する飽和回避制御を行う。

また、出力／利得制御部２６は、飽和回避制御とＯＭＡ補償制御とを切り替えるための駆動電流の閾値を設定する。具体的には、出力／利得制御部２６は、所定の電流閾値としてＩｔｈ＝（Ｉａｇｃ−ΔＩ）を設定する。ここで、Ｉａｇｃは、利得一定制御において半導体光増幅器２１に供給される駆動電流の大きさである。

ここでは、入力光の強度がＰ３１以上になってからＰ３２，Ｐ３３と上昇しても駆動電流の大きさが電流閾値Ｉｔｈより大きいことから、切替制御部２８は、出力／利得制御部２６による飽和回避制御を継続し、ＯＭＡ補償制御への切り替えを行わない。

図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置における半導体光増幅器の制御内容の他の例を示す図である。図１４の見方は図１３と同様である。

図１４を参照して、出力／利得制御部２６は、入力光の強度がＰ３１以上になって飽和回避制御を行っている状態において、入力光の強度の上昇に伴い駆動電流が小さくなり、入力光の強度がＰ３２になったときに駆動電流の大きさが電流閾値Ｉｔｈ以下になると、たとえばこのときの出力光の強度を半導体光増幅器２１の光の強度の目標値とするＯＭＡ補償制御を行なう。出力／利得制御部２６は、ＯＭＡ補償制御においては、入力光の強度が大きくなるにつれて大きな目標値を設定する。これにより、入力光の強度の上昇に伴う駆動電流の低下度合いは飽和回避制御と比べて小さくなる。

このように、駆動電流の大きさが電流閾値Ｉｔｈ以下になると飽和回避制御からＯＭＡ補償制御に切り替える構成により、半導体光増幅器２１の出力が飽和領域に入ることをある範囲まで防ぎながら、半導体光増幅器２１の利得の低下によるＯＭＡの縮小を抑制することができる。

［動作］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムにおける光信号中継装置の動作について説明する。

光通信システム３０１における各装置は、コンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを図示しないメモリから読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態で流通する。

図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置が光増幅器の制御を行なう際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

図１５を参照して、まず、切替制御部２８は、入力検知部２５から受けたデジタル信号から半導体光増幅器２１の入力光の強度を取得する（ステップＳ２１）。

次に、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値未満である場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）、出力／利得制御部２６に利得一定制御を行なわせる（ステップＳ２３）。

一方、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値以上である場合であって（ステップＳ２２でＮＯ）、半導体光増幅器２１の駆動電流が電流閾値より大きいときには（ステップＳ２４でＹＥＳ）、飽和回避制御を出力／利得制御部２６に行なわせる（ステップＳ２５）。

他方、切替制御部２８は、入力光の強度が切り替え閾値以上である場合であって（ステップＳ２２でＮＯ）、半導体光増幅器２１の駆動電流が電流閾値以下であるときには（ステップＳ２４でＮＯ）、ＯＭＡ補償制御を出力／利得制御部２６に行なわせる（ステップＳ２５）。

以上のように、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置では、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の切り替え閾値以上である場合、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて半導体光増幅器２１の駆動電流の目標値を小さい値に設定するかまたは当該目標値を一定にする飽和回避制御を行う。また、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が切り替え閾値以上であり、かつ駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、飽和回避制御の代わりに、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて上記目標値を大きい値に設定するＯＭＡ補償制御を行う。

このように、利得一定制御と飽和回避制御とを切り替えるとともに、飽和回避制御とＯＭＡ補償制御とを切り替える構成により、半導体光増幅器２１の出力が飽和領域に入ることをある範囲まで防ぎながら、半導体光増幅器２１の利得の低下によるＯＭＡの縮小を抑制することができる。

また、本発明の第３の実施の形態に係る通信制御方法では、半導体光増幅器２１の利得を制御するステップにおいて、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が所定の切り替え閾値以上である場合、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて半導体光増幅器２１の駆動電流の目標値を小さい値に設定するかまたは当該目標値を一定にする飽和回避制御を行う。また、半導体光増幅器２１の利得を制御するステップにおいて、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が切り替え閾値以上であり、かつ駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、飽和回避制御の代わりに、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて上記目標値を大きい値に設定するＯＭＡ補償制御を行う。

このように、利得一定制御と飽和回避制御とを切り替えるとともに、飽和回避制御とＯＭＡ補償制御とを切り替える構成により、半導体光増幅器２１の出力が飽和領域に入ることをある範囲まで防ぎながら、半導体光増幅器２１の利得の低下によるＯＭＡの縮小を抑制することができる。

なお、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムでは、光信号中継装置１０１が切替制御部２８を備える構成であるとしたが、これに限定するものではない。光通信システム３０１における光信号中継装置１０１以外の他の装置が切替制御部２８を備え、半導体光増幅器２１の入力光および駆動電流の監視、利得一定制御、飽和回避制御およびＯＭＡ補償制御の切り替え、ならびに飽和回避制御およびＯＭＡ補償制御における目標値の設定を行なう構成であってもよい。

また、本発明の第３の実施の形態に係る光通信システムでは、下り方向において、半導体光増幅器２１の入力光および駆動電流の監視、利得一定制御、飽和回避制御およびＯＭＡ補償制御の切り替え、ならびに飽和回避制御およびＯＭＡ補償制御における目標値の設定を行なう構成であるとしたが、これに限定するものではなく、上り方向において、下り方向と同様に、半導体光増幅器２１の入力光および駆動電流の監視、利得一定制御、飽和回避制御およびＯＭＡ補償制御の切り替え、ならびに飽和回避制御およびＯＭＡ補償制御における目標値の設定を行なう構成とすることも可能である。

また、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置では、切替制御部２８は、入力光の強度の上昇に伴い利得一定制御から飽和回避制御への切り替えを行い、駆動電流の低下に伴い飽和回避制御からＯＭＡ補償制御への切り替えを行う構成であるとしたが、これに限定するものではない。切替制御部２８は、入力光の強度の上昇に伴い利得一定制御からＯＭＡ補償制御へ切り替え、その後、飽和回避制御へ切り替える構成であってもよい。すなわち、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の出力する光信号の強度が、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように駆動電流の大きさを調整する制御として、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて当該目標値を小さい値に設定するかまたは当該目標値を一定にする飽和回避制御と、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて当該目標値を大きい値に設定するＯＭＡ補償制御とを切り替え可能であればよい。

また、本発明の第３の実施の形態に係る光信号中継装置では、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の駆動電流の大きさに基づいて飽和回避制御とＯＭＡ補償制御とを切り替える構成であるとしたが、これに限定するものではない。切替制御部２８は、半導体光増幅器２１の入力光の強度に基づいて飽和回避制御とＯＭＡ補償制御とを切り替える構成であってもよい。すなわち、切替制御部２８は、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が切り替え閾値より大きい所定の閾値以上である場合、飽和回避制御の代わりに、半導体光増幅器２１が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて上記目標値を大きい値に設定するＯＭＡ補償制御を行う構成であってもよい。

その他の構成および動作は第１の実施の形態および第２の実施の形態に係る光通信システムと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

［付記１］
受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置であって、
前記光信号を受けて増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整し、
前記光信号中継装置は、ＰＯＮにおいて用いられ、
前記光信号は、局側装置から宅側装置へ送信される下り光信号である、光信号中継装置。

［付記２］
受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置であって、
前記光信号を受けて増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整する第１制御を行なうこと、および前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整する第２制御を行なうことが可能であり、
前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が所定の閾値未満となる範囲において前記第１制御が行なわれる領域があり、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上となる範囲において前記第２制御が行なわれる領域がある、光信号中継装置。

［付記３］
前記制御部は、前記第２制御として、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を小さい値に設定するかまたは前記目標値を一定にする制御と、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を大きい値に設定する制御とを切り替え可能である、付記２に記載の光信号中継装置。

［付記４］
受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置であって、
前記光信号を受けて増幅する半導体光増幅器と、
前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整する第１制御を行い、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整する第２制御を行い、
前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である状態において前記第１制御を行なうと仮定した場合と比べて、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度の変化に対する前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度の変化が小さくなるように前記目標値を設定する、光信号中継装置。

１１ 電気／光変換器
１２ 下り信号中継部
１３ 光／電気変換器
１４ 上り信号再生部
２１ 半導体光増幅器
２２，２３ 光カプラ
２４ 電流供給部
２５ 入力検知部
２６ 出力／利得制御部
２７ 出力検知部
２８ 切替制御部
１０１ 光信号中継装置
２０１ 局側装置
２０２ ＯＮＵ
２１１，２１２ 光カプラ
３０１ 光通信システム

Claims (4)

1. 受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置であって、
   前記光信号を受けて増幅する半導体光増幅器と、
   前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整し、
   前記所定の閾値は、前記半導体光増幅器の出力が飽和領域に入る手前の前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度であり、
   前記目標値は、前記半導体光増幅器の出力が飽和領域とならない値である、光信号中継装置。
2. 前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を小さい値に設定するかまたは前記目標値を一定にする第１制御を行い、
   前記制御部は、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上であり、かつ前記駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、または前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値より大きい所定の閾値以上である場合、前記第１制御の代わりに、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を大きい値に設定する第２制御を行う、請求項１に記載の光信号中継装置。
3. 半導体光増幅器を含み、受信した光信号を増幅して送信する光信号中継装置を備える光通信システムにおける通信制御方法であって、
   前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度を取得するステップと、
   前記半導体光増幅器に供給する駆動電流の大きさを変更することにより前記半導体光増幅器の利得を制御するステップとを含み、
   前記半導体光増幅器の利得を制御するステップにおいては、取得した前記強度が所定の閾値未満である場合、前記半導体光増幅器の利得が一定になるように前記駆動電流の大きさを調整し、取得した前記強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器の出力する光信号の強度が、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度に応じて設定される目標値になるように前記駆動電流の大きさを調整し、
   前記所定の閾値は、前記半導体光増幅器の出力が飽和領域に入る手前の前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度であり、
   前記目標値は、前記半導体光増幅器の出力が飽和領域とならない値である、通信制御方法。
4. 前記半導体光増幅器の利得を制御するステップにおいては、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上である場合、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を小さい値に設定するかまたは前記目標値を一定にする第１制御を行い、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値以上であり、かつ前記駆動電流の大きさが所定の電流閾値以下である場合、または前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が前記所定の閾値より大きい所定の閾値以上である場合、前記第１制御の代わりに、前記半導体光増幅器が受ける光信号の強度が大きくなるにつれて前記目標値を大きい値に設定する第２制御を行う、請求項３に記載の通信制御方法。

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