JP6597445B2 - 透過特性をモニタする装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光伝送パスの透過特性をモニタする装置および方法に係わる。
大容量の通信ネットワークを実現するための技術の１つとして、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）が広く普及している。ＷＤＭは、複数の波長チャネルを利用して複数の信号を伝送することができる。
ＷＤＭ信号を伝送するＷＤＭネットワークの各ノードには、光分岐挿入装置（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer）が設けられる。ＲＯＡＤＭは、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）を備え、ＷＤＭ信号中に多重化されている各光信号を個々に処理することができる。すなわち、ＲＯＡＤＭは、ＷＤＭ信号から所望の波長の光信号を分岐することができる。また、ＲＯＡＤＭは、ＷＤＭ信号の空チャネルに光信号を挿入することができる。
ＷＤＭネットワークにおいては、各波長チャネルの光信号は、送信局から受信局まで伝送されるときに、１または複数のＲＯＡＤＭを通過する。このとき、光信号は、各ノードにおいて、波長選択スイッチを通過する。波長選択スイッチは、指定された波長チャネルの光信号を通過させるときには、その波長チャネルに対して透過帯を提供する。透過帯の幅は、例えば、ＷＤＭの波長グリッドの間隔に基づいて決められる。
しかしながら、光信号が複数の波長選択スイッチを通過するケースでは、その光信号に対する光導波パスの透過帯域が狭くなることがある。この現象は、透過帯域狭窄（ＰＢＮ：Pass-band narrowing）と呼ばれる。そして、透過帯域狭窄は、送信元ノードと宛先ノードとの間の経路によって異なる。すなわち、光伝送パスの透過特性は、送信元ノードと宛先ノードとの間の経路によって異なる。したがって、通信品質を改善するためには、各経路について、光伝送パスの透過特性をモニタすることが重要である。
なお、関連技術として、波長可変光フィルタの透過波長帯をモニタする装置および方法が提案されている（例えば、特許文献１）。波長選択スイッチの透過帯域をモニタする方法が提案されている（例えば、特許文献２）。光伝送パスの透過帯の形状を算出する方法が提案されている（例えば、非特許文献１、２）。
特開２０１４−１４３６１４号公報 ＷＯ２０１３／１４０４９３号
Guoxiu Huang et al., Pass-band shape monitor for minimizing impact of signal filtering in cascaded ROADMs, Asia Communications and Photonics Conference 2015, AM1E.4 Cibby Pulikkaseril et al., Spectral modeling of channel band shapes in wavelength selective switch, OPTICS EXPRESS, Vol.19, No.9, pp.8458-8470, 2011
光伝送パスの透過特性は、プローブ光のパワーを測定することで得られる。例えば、送信器は、プローブ光を送信する。プローブ光は、光伝送パスを介して受信器まで伝送される。ここで、プローブ光の波長は、目的波長チャネルの波長領域において掃引される。ただし、プローブ光の送信パワーは一定である。受信器は、プローブ光の受信パワーを測定する。そして、波長に対して受信パワーの測定値をプロットすることにより、目的波長チャネルに対する透過帯の形状（ＰＮＳ：Pass-band shape）が検出される。
ところが、各中継ノードに設けられている光増幅器は、光雑音を発生させる。例えば、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium-Doped Fiber Amplifier）は、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）雑音を発生させる。このため、光伝送パスの透過特性をモニタするために、送信器から上述のプローブ光が送信されたときには、受信器は、プローブ光およびＡＳＥ雑音を検出してしまう。すなわち、プローブ光の受信パワーの測定値は誤差を含む。したがって、光伝送パス上で光雑音（特に、ＡＳＥ雑音）が発生する環境下では、光伝送パスの透過特性を精度よくモニタすることは困難である。
本発明の１つの側面に係わる目的は、光伝送パスの透過特性を精度よくモニタする装置および方法を提供することである。
本発明の１つの態様の透過特性モニタ装置は、第１のノードと第２のノードとの間の光伝送パスの透過特性をモニタするために、前記第１のノードに設けられている送信器から送信される周波数変調光信号を前記第２のノードにおいて電気信号に変換する受光器と、前記電気信号に基づいて前記周波数変調光信号の平均パワーを検出するパワー検出器と、前記電気信号に基づいて前記周波数変調光信号のパワー変動の振幅を検出し、その振幅に基づいて周波数に対する前記透過特性の傾きを検出する傾き検出器と、前記周波数変調光信号の中心周波数が第１の周波数であるときに前記パワー検出器により検出される平均パワーを表す第１のパワー測定値、前記周波数変調光信号の中心周波数が前記第１の周波数であるときに前記傾き検出器により検出される傾きを表す第１の傾き値、前記周波数変調光信号の中心周波数が第２の周波数であるときに前記パワー検出器により検出される平均パワーを表す第２のパワー測定値、前記周波数変調光信号の中心周波数が前記第２の周波数であるときに前記傾き検出器により検出される傾きを表す第２の傾き値を取得する取得部と、前記第１の傾き値および前記第２の傾き値に基づいて、前記第１の周波数と前記第２の周波数との間の周波数領域における、周波数に対する前記透過特性の傾きを表す傾き関数を生成する関数生成部と、前記周波数領域において前記傾き関数の積分を計算する積分計算部と、前記第１のパワー測定値に前記傾き関数の積分を加算することにより補正パワー値を生成する補正部と、前記第２のパワー測定値と前記補正パワー値との差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定部と、前記差分が前記閾値以下であるときは、前記第２のパワー測定値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性を算出し、前記差分が前記閾値よりも大きいときは、前記補正パワー値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性を算出する算出部と、を有する。
上述の態様によれば、光伝送パスの透過特性を精度よくモニタできる。
透過特性モニタシステムが使用される通信ネットワークの一例を示す図である。 プローブ信号の一例を示す図である。 光伝送パスを介して受信するプローブ光の状態を示す図である。 透過特性をモニタする手順の一例を示す図である。 ＡＳＥ雑音の発生を説明する図である。 ＡＳＥ雑音に起因する問題点を説明する図である。 透過特性モニタシステムの一例を示す図である。 プローブ信号送信器の動作の一例を示すフローチャートである。 目的波長チャネルの透過帯の一例を示す図である。 透過特性モニタ装置の動作の一例を示すフローチャートである。 透過特性の傾きとＡＳＥ雑音の関係を説明する図である。 透過特性の傾きを求める方法を説明する図である。 透過特性の補正について説明する図である。 透過特性モニタ装置の機能を説明する図である。 各測定ポイントにおいて透過特性を算出する処理の一例を示すフローチャートである。 ＡＳＥ雑音の影響を除去しながら透過特性を算出する処理の一例を示すフローチャートである。 透過特性の測定についての実験結果の一例を示す図である。 他の実施形態に係わる伝送システムの一例を示す図である。 ＰＢＳモニタのデータ分析部の処理の一例を示す図である。
図１は、本発明の実施形態に係わる透過特性モニタシステムが使用される通信ネットワークの一例を示す。図１に示す通信ネットワーク１は、ＷＤＭ伝送装置２〜５、光分岐挿入装置（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）６〜８、光クロスコネクト（ＰＸＣ：Photonic Cross Connect又はＷＸＣ：Wavelength Cross Connect）９、ネットワーク管理システム（ＮＭＳ）１０を有する。
ＷＤＭ伝送装置２、３、５は、それぞれ、光ファイバ回線を介して光分岐挿入装置６、７、８に接続されている。光分岐挿入装置６、７、８は、それぞれ、光ファイバ回線を介して光クロスコネクト９に接続されている。ＷＤＭ伝送装置４は、光ファイバ回線を介して光クロスコネクト９に接続されている。なお、各光ファイバ回線上には、１または複数の中継ノードが設けられていてもよい。各中継ノードには、それぞれ光増幅器（例えば、ＥＤＦＡ）が実装されている。
ＷＤＭ伝送装置２〜５は、ＷＤＭ信号を送信することができ、また、ＷＤＭ信号を受信することができる。ＷＤＭ信号には、複数の波長チャネルが多重化されている。即ち、ＷＤＭ信号は、波長の異なる複数の光信号を含む。光分岐挿入装置６〜８は、それぞれ波長選択スイッチ（ＷＳＳ：Wavelength Selective Switch）１１を備え、波長チャネルごとに光信号を処理することができる。すなわち、光分岐挿入装置６〜８は、入力ＷＤＭ信号の中から指定された波長チャネルを通過させることができる。また、光分岐挿入装置６〜８は、入力ＷＤＭ信号の中から指定された波長の光信号を分岐してクライアント回線に導くことができる。さらに、光分岐挿入装置６〜８は、クライアント回線から入力される光信号をＷＤＭ信号に挿入することができる。光クロスコネクト９は、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを備え、指定された光伝送パスを実現するように、入力信号を出力ポートに導く。
ネットワーク管理システム１０は、通信ネットワーク１の状態を管理し、ＷＤＭ伝送装置２〜５、光分岐挿入装置６〜８、および光クロスコネクト９を制御する。たとえば、ネットワーク管理システム１０は、ユーザから指示される光伝送パスを実現するように、ＷＤＭ伝送装置２〜５、光分岐挿入装置６〜８、および光クロスコネクト９を制御する。また、ネットワーク管理システム１０は、ＷＤＭ伝送装置２〜５、光分岐挿入装置６〜８、および光クロスコネクト９から所望の情報を収集することができる。
図１に示す例では、通信ネットワーク１には、光伝送パスＰ１が設定されている。光伝送パスは、破線で表されている。光伝送パスＰ１は、ＷＤＭ伝送装置２から光分岐挿入装置６および光クロスコネクト９を介してＷＤＭ伝送装置４へ光信号を伝送する。なお、光伝送パスは、双方向に光信号を伝送してもよい。
上記構成の通信ネットワーク１において、本発明の実施形態に係わる透過特性モニタシステムは、所望のノード間の光伝送パスの透過特性をモニタすることができる。透過特性モニタシステムは、図１に示すように、プローブ信号送信器２０および透過特性モニタ装置３０を備える。この実施例では、光分岐挿入装置７が設けられているノードと光分岐挿入装置８が設けられているノードとの間の光伝送パスの透過特性がモニタされる。したがって、光分岐挿入装置７にプローブ信号送信器２０が接続され、光分岐挿入装置８に透過特性モニタ装置３０が接続されている。
プローブ信号送信器２０は、指定された光周波数のプローブ信号を生成する。そして、ネットワーク管理システム１０は、プローブ信号送信器２０から透過特性モニタ装置３０へプローブ信号を伝送する光伝送パスＰＰを設定する。たとえば、プローブ信号の中心周波数がｆcであるときには、プローブ信号送信器２０から透過特性モニタ装置３０へ周波数ｆcの光を伝送するためのパス情報が生成される。そうすると、光分岐挿入装置７、光クロスコネクト９、光分岐挿入装置８は、そのパス情報に従って、光伝送パスＰＰを設定する。
透過特性モニタ装置３０は、プローブ信号の受信パワーを測定することにより、光伝送パスＰＰの透過特性をモニタする。例えば、透過特性モニタ装置３０は、光伝送パスＰＰの透過帯の形状（すなわち、Pass-band Shape）をモニタする。
次に、光伝送パスの透過特性をモニタする方法の概要を説明する。光伝送パスの透過特性をモニタするときには、プローブ信号送信器２０は、図２に示すプローブ信号を生成する。プローブ信号は、所定の周波数の電気信号でＣＷ（Continuous Wave）光を変調することにより生成される。即ち、プローブ信号は、周波数変調光信号である。Δｆは、ＦＭ変調インデックスを表す。よって、ＣＷ光の光周波数がｆcである場合、プローブ光の光周波数は、「ｆc−Δｆ／２」と「ｆc＋Δｆ／２」との間で変動する。なお、プローブ信号送信器２０から出力されるプローブ信号の光パワーは一定である。
プローブ信号送信器２０から送信されるプローブ信号は、モニタ対象の光伝送パスを介して透過特性モニタ装置３０まで伝送される。ここで、モニタ対象の光伝送パスは、図３に示す透過特性を有しているものとする。
透過特性が平坦な周波数領域にプローブ信号が配置されるときは、透過特性モニタ装置３０において、プローブ信号のパワーはほぼ一定である。図３（ａ）に示す例では、プローブ信号の中心周波数はｆ1であり、受信パワーはＰ1である。
透過特性が傾斜している周波数領域にプローブ信号が配置されるときは、透過特性モニタ装置３０において、プローブ信号のパワーは、透過特性の傾きに応じて変動する。図３（ｂ）に示す例では、プローブ信号の中心周波数はｆ2であり、プローブ信号のパワー変動の振幅はΔＰである。平均受信パワーはＰ2である。振幅ΔＰは、プローブ信号の周波数が「ｆ2−Δｆ／２」であるときの受信パワーと、プローブ信号の周波数が「ｆ2＋Δｆ／２」であるときの受信パワーとの差分に相当する。この場合、周波数ｆ2における透過特性の傾きＳは、ΔＰ／Δｆで表される。なお、周波数インデックスΔｆは一定である。よって、プローブ信号のパワー変動の振幅を測定することにより、透過特性の傾きＳが算出される。
透過特性モニタシステムは、プローブ信号の中心周波数を掃引しながら、複数の測定ポイントにおいて平均パワーＰおよび傾きＳを測定する。そして、透過特性モニタ装置３０は、複数の測定結果に基づいて、光伝送パスの透過特性を特定する。
ここで、透過特性モニタ装置３０におけるプローブ信号の平均パワーが３次の多項式で表されるものとする。すなわち、平均パワーＰav(f)が（１）式で表されるものとする。なお、ｆは、周波数を表す。
Ｐav(f)＝ａｆ3＋ｂｆ2＋ｃｆ＋ｄ （１）
光伝送パスの透過特性Ｔ(f)は、プローブ信号の受信パワーの最大値max(Ｐav)で平均パワーＰav(f)を正規化することにより得られるものとする。この場合、透過特性Ｔ(f)は下記の（２）式で表される。
Ｔ(f)＝Ｐav(f)／max(Ｐav) （２）
ただし、以下では、説明を簡単にするために、透過特性Ｔ(f)は平均パワーＰav(f)と等価であるものとする。この場合、透過特性の傾きＳ(f)は、（３）式で表される。
Ｓ(f)＝ｄＴ(f)／ｄｆ＝３ａｆ2＋２ｂｆ＋ｃ （３）
上述の条件下では、パラメータａ、ｂ、ｃ、ｄは、（４）式で表される。
ｆnは、測定ポイントｎにおけるプローブ信号の中心周波数を表す。
ｆn+1は、測定ポイントｎ＋１におけるプローブ信号の中心周波数を表す。
Ｐnは、測定ポイントｎにおいて測定された平均パワーを表す。
Ｐn+1は、測定ポイントｎ＋１において測定された平均パワーを表す。
Ｓnは、測定ポイントｎにおいて測定された透過特性の傾きを表す。
Ｓn+1は、測定ポイントｎ＋１において測定された透過特性の傾きを表す。
プローブ信号送信器２０は、プローブ信号の中心周波数をｆnに制御し、透過特性モニタ装置３０は、平均パワーＰnおよび傾きＳnを測定する。また、プローブ信号送信器２０は、プローブ信号の中心周波数をｆn+1に制御し、透過特性モニタ装置３０は、平均パワーＰn+1および傾きＳn+1を測定する。そして、これらの測定結果を（４）式に与えることで、パラメータａn、ｂn、ｃn、ｄnが算出される。算出されたパラメータは、（３）式に与えられる。この結果、周波数ｆn〜ｆn+1における光伝送パスの透過特性が得られる。
図４は、透過特性をモニタする手順の一例を示す。この実施例では、４つの測定ポイントｆ1、ｆ2、ｆ3、ｆ4においてそれぞれ平均パワーＰおよび傾きＳが測定される。傾きＳは、上述したように、ΔＰ／Δｆで計算される。ΔＰは、プローブ信号のパワー変動の振幅を表し、測定により得られる。Δｆは、ＦＭ変調インデックスを表し、予め決められている。
尚、ＦＭ変調インデックスΔｆは一定なので、測定ポイントｎにおいて振幅ΔＰnを測定することにより、周波数ｆnにおける傾きＳnが算出される。よって、測定ポイントｎにおいて測定された振幅ΔＰnから傾きＳnを算出する処理を「傾きＳnを測定する」と記載することがある。また、振幅の測定値から算出される傾きを「傾き測定値」と記載することがある。
透過特性は、隣接する２つの測定ポイントの測定結果に基づいて計算される。例えば、周波数ｆ3において平均パワーＰ3および振幅ΔＰ3が測定される。なお、この例では、周波数ｆ3において、透過特性は周波数に対してほぼ平坦である。このため、ΔＰ3は、ほぼゼロであり、図４には示していない。また、周波数ｆ4において平均パワーＰ4および振幅ΔＰ4が測定される。さらに、ΔｆおよびΔＰ3に基づいて傾きＳ3が算出され、ΔｆおよびΔＰ4に基づいて傾きＳ4が算出される。そして、Ｐ3、Ｓ3、Ｐ4、Ｓ4を上述の（４）式に与えることでパラメータａ3、ｂ3、ｃ3、ｄ3が算出される。即ち、（５）式に示す透過特性Ｐ(f)が得られる。
Ｐ(f)＝ａ3ｆ3＋ｂ3ｆ2＋ｃ3ｆ＋ｄ3 （５）
ただし、（５）式は、周波数領域ｆ3〜ｆ4における光伝送パスの透過特性を表す。
よって、透過帯の形状をモニタするためには、プローブ信号の中心周波数を掃引しながら、複数の測定ポイントにおいてそれぞれ平均パワーＰおよび振幅ΔＰ（即ち、傾きＳ）が測定される。たとえば、図４に示す例おいて、周波数ｆ1、ｆ2の測定結果を使用すれば、周波数領域ｆ1〜ｆ2の透過特性が算出される。また、周波数ｆ2、ｆ3の測定結果を使用すれば、周波数領域ｆ2〜ｆ3の透過特性が算出される。
このように、透過特性モニタシステムは、複数の測定ポイントにおいてそれぞれ平均パワーＰおよび傾きＳを測定する。そして、透過特性モニタ装置３０は、複数の測定結果に基づいて、光伝送パスの透過特性を特定する。
ところが、モニタ対象の光伝送パス上に光増幅器（例えば、ＥＤＦＡ）が配置されている場合には、その光伝送パスの透過特性を精度よくモニタできないことがある。例えば、図５（ａ）に示す例では、プローブ信号送信器２０と透過特性モニタ装置３０との間に中継ノード１０１、１０２が設けられている。中継ノード１０１、１０２には、それぞれ光増幅器が実装されている。そうすると、プローブ信号送信器２０から送信されるプローブ信号は、中継ノード１０１、１０２においてそれぞれ増幅される。このとき、中継ノード１０１、１０２においてＡＳＥ雑音が発生する。よって、透過特性モニタ装置３０は、図５（ｂ）に示すように、プローブ信号だけでなくＡＳＥ雑音も受信してしまう。
図６は、ＡＳＥ雑音に起因する問題点を説明する図である。図６において、実線は、光伝送パスの実際の透過特性を表す。すなわち、実線は、ＡＳＥ雑音が存在しないと仮定したときの光伝送パスの透過特性を示す。黒丸印は、透過特性モニタ装置３０において測定された受信光パワーを表す。なお、透過特性モニタ装置３０は、図６に示すように、複数の測定ポイントにおいて受信光パワーを測定する。
プローブ信号のパワーは、図５（ｂ）に示すように、ＡＳＥ雑音パワーと比較して十分に大きい。このため、光伝送パスの透過特性が平坦な周波数領域（図４に示す例では、周波数ｆ2〜ｆ3）においては、プローブ信号の受信パワーに対してＡＳＥ雑音パワーを無視することができる。ところが、透過特性が傾斜している周波数領域（図４に示す例では、周波数ｆ1、ｆ4）においては、プローブ信号の受信パワーが小さくなるので、ＡＳＥ雑音パワーを無視できない。すなわち、透過特性が傾斜している周波数領域では、受信光のパワー測定値に対してＡＳＥ雑音パワーの影響が大きくなり、プローブ信号の受信パワーの測定結果の精度が低い。したがって、透過特性が傾斜している周波数領域においては、上述した（１）〜（５）式で光伝送パスの透過特性を計算すると、モニタ精度が低くなることがある。
なお、図６に示す破線は、ＡＳＥ雑音が存在するケースにおいて、受信パワーの測定値に基づいて算出された透過特性を示す。このように、光伝送パス上でＡＳＥ雑音が発生するときは、透過特性のモニタ精度が低下する。
＜実施形態＞
図７は、本発明の実施形態に係わる透過特性モニタシステムの一例を示す。透過特性モニタシステムは、図７に示すように、プローブ信号送信器２０および透過特性モニタ装置３０を備える。プローブ信号送信器２０および透過特性モニタ装置３０は、モニタ対象の光伝送パスの両端のノードに設けられる。
プローブ信号送信器２０は、周波数制御部２１、ＣＷ光源２２、周波数変調器２３、偏波変調器２４を備える。周波数制御部２１は、透過特性モニタ装置３０から与えられる周波数指示に従って、ＣＷ光源２２の発振周波数を制御する。ＣＷ光源２２は、周波数制御部２１による制御に応じてＣＷ光を生成する。すなわち、ＣＷ光源２２は、周波数制御部２１により指示される光周波数のＣＷ光を生成する。周波数変調器２３は、ＣＷ光源２２から出力されるＣＷ光を所定の周波数インデックスΔｆで変調して周波数変調光信号を生成する。この変調光信号は、透過特性モニタシステムにおいて、光伝送パスの透過特性をモニタするためのプローブ信号として使用される。
偏波変調器２４は、プローブ信号（すなわち、周波数変調器２３により生成される変調光信号）に対して偏波スクランブルを与える。プローブ信号に対して偏波スクランブルが与えられると、透過特性のモニタにおいて非線形効果の影響が抑制される。ただし、偏波変調器２４は、透過特性モニタシステムにおいて必須の要素ではない。
プローブ信号送信器２０により生成されるプローブ信号は、モニタ対象の光伝送パスを介して伝送される。光伝送パス上には、１または複数の中継ノードが設けられている。各中継ノードには、光増幅器が設けられている。なお、ＣＷ光の光周波数がｆcであるときは、プローブ光の光周波数は「ｆc−Δｆ／２」と「ｆc＋Δｆ／２」との間で変動する。また、プローブ信号送信器２０から出力されるプローブ信号の光パワーは一定である。
透過特性モニタ装置３０が接続されている光分岐挿入装置（ＲＯＡＤＭ）は、受信ＷＤＭ信号から目的波長チャネルを分岐して透過特性モニタ装置３０に導く。なお、プローブ信号は、この目的波長チャネルを介して伝送されるものとする。すなわち、透過特性モニタ装置３０は、プローブ信号を含む波長チャネルを受信する。
透過特性モニタ装置３０は、光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ）３１、受光器（ＰＤ）３２、Ａ／Ｄコンバータ（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）３３、パワー検出器３４、傾き検出器３５、分析部３６、周波数指示部３７を備える。光バンドパスフィルタ３１は、不要な光周波数成分を除去する。ただし、光バンドパスフィルタ３１は、透過特性モニタシステムにおいて必須の要素ではない。
受光器３２は、入力光を電気信号に変換する。すなわち、受光器３２は、プローブ信号送信器２０から受信するプローブ信号を電気信号に変換する。ただし、光伝送パス上に設けられている光増幅器によりＡＳＥ雑音が発生する。すなわち、透過特性モニタ装置３０の入力光は、プローブ信号およびＡＳＥ雑音を含んでいる。よって、受光器３２の出力信号は、ＡＳＥ雑音成分を含んでいる。Ａ／Ｄコンバータ３３は、受光器３２の出力信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、プローブ信号およびＡＳＥ雑音を含む受信光を表している。
パワー検出器３４は、Ａ／Ｄコンバータ３３から出力されるデジタル信号に基づいて、受信光の平均パワーを検出する。傾き検出器３５は、Ａ／Ｄコンバータ３３から出力されるデジタル信号に基づいて受信光のパワー変動の振幅を検出し、その振幅から透過特性の傾きを算出する。分析部３６は、パワー検出器３４により検出される受信光の平均パワーおよび傾き検出器３５により検出される透過特性の傾きに基づいて、光伝送パスの透過特性を算出する。周波数指示部３７は、分析部３６の分析結果を参照して周波数指示を生成する。この周波数指示は、プローブ信号送信器２０の周波数制御部２１に与えられる。
図８は、プローブ信号送信器２０の動作の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理が実行されるときは、透過特性をモニタすべき波長チャネル（以下、目的波長チャネル）を指定する情報がプローブ信号送信器２０に与えられる。なお、目的波長チャネルの透過帯の中心波長は既知であるものとする。
Ｓ１において、周波数制御部２１は、指定された目的波長チャネルに対応するデフォルト周波数をＣＷ光源２２に設定する。デフォルト周波数は、この実施例では、図９に示すように、目的波長チャネルの透過帯の中心波長に対応する光周波数でｆoある。したがって、ＣＷ光源２２は、光周波数でｆoのＣＷ光を出力する。
Ｓ２において、周波数変調器２３は、ＣＷ光源２２から出力されるＣＷ光を変調インデックスΔｆで変調することにより、プローブ信号を生成する。なお、プローブ信号の中心周波数はｆoである。そして、プローブ信号送信器２０は、モニタ対象の光伝送パスを介してプローブ信号を送信する。プローブ信号は、目的波長チャネルを介して伝送される。
Ｓ３〜Ｓ４において、プローブ信号送信器２０は、周波数指示を待ち受ける。そして、透過特性モニタ装置３０から周波数指示を受信すると、周波数制御部２１は、その周波数指示に従ってＣＷ光源２２の発振周波数を制御する。周波数指示は、例えば、光周波数の変化量を表す。例えば、現在のＣＷ光の周波数がｆoであり、周波数指示が+4GHzを表すときは、周波数制御部２１は、ＣＷ光源２２の発振周波数をｆo＋4GHzに制御する。この後、プローブ信号送信器２０の処理はＳ２に戻る。
Ｓ２〜Ｓ４の処理を繰返し実行することにより、プローブ信号の中心周波数は、所定の間隔で変化する。例えば、図９に示す例において、透過特性モニタシステムが目的波長チャネルの中心に対して高周波数側の透過特性をモニタするときは、プローブ信号の中心周波数は、ｆoから順番にｆ1、ｆ2、．．．と増加してゆく。また、透過特性モニタシステムが目的波長チャネルの中心に対して低周波数側の透過特性をモニタするときは、プローブ信号の中心周波数は、ｆoから低下してゆく。
なお、透過特性が平坦な周波数領域におけるプローブ信号の中心周波数のシフト量よりも、透過特性が傾斜している周波数領域におけるプローブ信号の中心周波数のシフト量を小さくしてもよい。例えば、透過特性が平坦な周波数領域では、プローブ信号の中心周波数は4GHz間隔でシフトし、透過特性が傾斜している周波数領域では、プローブ信号の中心周波数は1GHz間隔でシフトする。
図１０は、透過特性モニタ装置３０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、透過特性モニタ装置３０には、プローブ信号送信器２０から送信されるプローブ光が導かれる。
Ｓ１１において、分析部３６は、変数ｎを初期化する。変数ｎは、測定ポイントを識別する。測定ポイントは、プローブ信号の中心周波数を指定する。この実施例では、変数ｎの初期値はゼロである。図９に示す実施例では、ｎ＝ゼロは、周波数ｆoを表す。なお、以下の記載では、透過特性モニタ装置３０は、目的波長チャネルの中心に対して高周波数側の透過特性をモニタするものとする。
Ｓ１２において、パワー検出器３４は、測定ポイントｎにおける受信光の平均パワーを検出する。なお、受信光は、中心周波数ｆnのプローブ光を含む。また、傾き検出器３５は、測定ポイントｎにおける受信光のパワー変動の振幅を検出し、その振幅から測定ポイントｎにおける透過特性の傾きを算出する。透過特性の傾きは、受信光のパワー変動の振幅を変調インデックスΔｆで割り算することで算出される。以下では、測定ポイントｎにおける平均パワーおよび傾きを、それぞれＰnおよびＳnと表記することがある。
Ｓ１３において、分析部３６は、変数ｎを１だけインクリメントする。ここで、変数ｎ＋１は、測定ポイントｎ＋１を指定する。即ち、変数ｎ＋１は、周波数ｆn+1を表す。続いて、Ｓ１４において、周波数指示部３７は、周波数指示を生成してプローブ信号送信器２０に通知する。周波数指示は、この実施例では、プローブ信号の中心周波数のシフト量を表す。即ち、周波数指示は、測定ポイントの周波数間隔を指定する。このシフト量（或いは、測定ポイントの周波数間隔）は、上述したように、透過特性が平坦である周波数領域と、透過特性が傾斜している周波数領域とで異なるようにしてもよい。
プローブ信号送信器２０は、周波数指示に従ってＣＷ光の周波数をｆn+1に制御する。よって、プローブ信号送信器２０から送信されるプローブ信号の中心周波数はｆn+1である。すなわち、透過特性モニタ装置３０の受信光は、中心周波数ｆn+1のプローブ信号を含む。
Ｓ１５において、パワー検出器３４は、測定ポイントｎ＋１における受信光の平均パワーを検出する。このとき、受信光は、中心周波数ｆn+1のプローブ信号を含む。また、傾き検出器３５は、測定ポイントｎ＋１における透過特性の傾きを検出する。以下では、測定ポイントｎ＋１における平均パワーおよび傾きを、それぞれ、Ｐn+1およびＳn+1と表記することがある。
Ｓ１６において、分析部３６は、平均パワーＰn、Ｐn+1、および傾きＳn、Ｓn+1に基づいて、測定ポイントｎ、ｎ＋１間の光伝送パスの透過特性を算出する。すなわち、周波数ｆn〜ｆn+1における光伝送パスの透過特性が算出される。透過特性を算出する方法については後述する。
Ｓ１７において、分析部３６は、透過特性のモニタを終了するか否かを判定する。例えば、分析部３６は、変数ｎが予め決められた値に達したときに透過特性のモニタを終了してもよい。或いは、分析部３６は、プローブ信号の中心周波数が所定の周波数に達したときに透過特性のモニタを終了してもよい。この場合、「所定の周波数」は、目的波長チャネルの透過帯の幅に基づいて決定してもよい。
透過特性のモニタを終了しないときには、透過特性モニタ装置３０の処理はＳ１３に戻る。すなわち、Ｓ１３〜Ｓ１６の処理が繰り返し実行される。なお、Ｓ１６において測定ポイントｎ、ｎ＋１間の透過特性が算出される。したがって、変数ｎをインクリメントしながらＳ１３〜Ｓ１６の処理が繰り返し実行されると、透過帯全体の透過特性が算出されることになる。なお、目的波長チャネルの中心に対して低周波数側の透過特性をモニタするときは、Ｓ１３において、変数ｎは１だけデクリメントされる。
このように、分析部３６は、Ｓ１３〜Ｓ１６の処理を実行することにより、測定ポイントｎ、ｎ＋１間の透過特性を算出する。透過特性は、例えば、上述した（１）〜（５）式を使用して算出される。この場合、Ｐn、Ｐn+1、Ｓn、Ｓn+1を（４）式に与えることでパラメータａn、ｂn、ｃn、ｄnが決定される。この結果、周波数ｆn〜ｆn+1における光伝送パスの透過特性を表す多項式が得られる。
ところが、図６を参照しながら説明したように、光伝送パスにおいてＡＳＥ雑音が発生するときは、（１）〜（５）式を使用して算出される透過特性の精度が低いことがある。具体的には、透過特性が傾斜している周波数領域においては、透過特性モニタ装置３０においてプローブ信号の受信パワーが低くなるので、受信光のパワーの測定値はＡＳＥ雑音の影響を受けやすい。この場合、受信パワーの測定値に基づいて算出される透過特性は、実際の透過特性よりも高くなってしまう。
ただし、ＡＳＥ雑音のパワーは、周波数に対してほぼ一定である。よって、受信光のパワー変動の振幅は、ＡＳＥ雑音の有無にほとんど依存しない。例えば、図１１に示す例では、プローブ信号の中心周波数はｆnであり、周波数インデックスはΔｆである。また、図１１（ａ）に示すように、ＡＳＥ雑音が存在しないときの受信光の平均パワー（すなわち、プローブ信号の平均パワー）はＰoである。さらに、受信光のパワーは、Ｐx〜Ｐyの範囲で変動する。すなわち、受信光のパワー変動の振幅はΔＰである。
ＡＳＥ雑音が存在するときは、ＡＳＥ雑音が存在しないときと比較して、受信光のパワーがＡＳＥ雑音の分だけ大きくなる。このため、図１１（ｂ）に示すように、受信光のパワーは、Ｐx＋ASE〜Ｐy＋ASEの範囲で変動する。すなわち、ＡＳＥ雑音が存在する場合であっても、受信光のパワー変動の振幅はΔＰである。
このように、受信光のパワー変動の振幅は、ＡＳＥ雑音の有無にほとんど依存しない。すなわち、透過特性の傾きは、ＡＳＥ雑音の有無にほとんど依存しない。したがって、透過特性が傾斜している周波数領域では、必要に応じて、受信光のパワー測定値を透過特性の傾きを用いて補正することで透過特性を算出する。
＜実施例＞
図１２は、透過特性の傾きを求める方法を説明する図である。ここでは、図１２（ａ）に示すように、各測定ポイントにおいて受信光の平均パワーが測定されるものとする。また、以下の記載では、下記の表記を使用する。
Ｐo：各測定ポイントにおいて得られるパワー測定値の最大値
Ｐ1〜ＰN：測定ポイント１〜Ｎにおいて得られるパワー測定値
Ｓ(f0)〜Ｓ(fN)：測定ポイント１〜Ｎにおいて得られる透過特性の傾き測定値
なお、傾きの測定値は、パワー変動の振幅の測定値を変調インデックスΔｆで割り算することで算出される。
ここで、透過特性の傾きを２次の多項式で近似するものとする。すなわち、透過特性の傾きが下記の傾き近似式で表されるものとする。
Ｓ(f)＝ｘｆ2＋ｙｆ＋ｚ （６）
この場合、３つの傾き測定値を傾き近似式に与えることにより、パラメータｘ、ｙ、ｚが算出される。すなわち、測定ポイントｎの近傍の周波数領域における傾き近似式を決定するためには、例えば、測定ポイントｎ−１、ｎ、ｎ＋１においてそれぞれ測定された傾き測定値Ｓ(fn-1)、Ｓ(fn)、Ｓ(fn+1)を傾き近似式に与えることにより、測定ポイントｎに対するパラメータｘ、ｙ、ｚを決定される。この結果、測定ポイントｎの近傍の透過特性の傾きを表す傾き関数が生成される。
図１２（ｂ）は、傾き測定値に基づいて得られた傾き関数Ｓ(f)の一例を示す。周波数に対して透過特性が低下する周波数領域（例えば、周波数ｆ2〜ｆN）においては、傾き近似式Ｓ(f)は、負の値を示す。一方、周波数に対して透過特性が増加する周波数領域においては、傾き関数Ｓ(f)は、正の値を示す。なお、傾き関数は、他の方法で生成してもよい。例えば、上述の（３）式も透過特性の傾きを表している。
図１３は、透過特性の補正について説明する図である。ここでは、各測定ポイントにおいて、受信光の平均パワーおよび透過特性の傾きが測定されている。例えば、プローブ光の中心周波数ｆn、ｆn+1、ｆn+2に対して、パワー測定値Ｐn、Ｐn+1、Ｐn+2が得られている。また、各測定ポイントにおいて検出される傾き測定値に基づいて、（６）式で表される傾き関数が得られているものとする。
周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性を求めるときには、まず、測定ポイントｎにおけるパワー測定値Ｐn、および周波数ｆn〜ｆn+1における傾き関数Ｓ(f)に基づいて、下式を用いて補正パワー値Ｑn+1を求める。
Ｑn+1＝Ｐn＋ΣＳ(f)df
Σは、積分演算を表す。すなわち、ΣＳ(f)dfは、傾き関数の積分を表す。なお、周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性を求めるときは、積分範囲はｆn〜ｆn+1である。
そして、パワー測定値Ｐn+1および補正パワー値Ｑn+1が下記の条件を満足するか否かが判定される。
Ｐn+1 ＞ Ｑn+1（＝Ｐn＋ΣＳ(f)df）
Ｐn+1 − Ｑn+1 ＞ＴＨ
パワー測定値Ｐn+1が補正パワー値Ｑn+1よりも大きく、且つ、その差分Ｄが所定の閾値ＴＨよりも大きいときは、パワー測定値Ｐn+1は、ＡＳＥ雑音の影響により信頼性が低いと判定される。この場合、周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性は、パワー測定値Ｐn+1ではなく、補正パワー値Ｑn+1を利用して算出される。一例としては、周波数ｆnのパワー測定値Ｐnおよび周波数ｆn+1の補正パワー値Ｑn+1に対するフィッティング曲線を特定することで、周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性を算出してもよい。或いは、周波数ｆnにおけるパワー測定値Ｐn、傾きＳn、周波数ｆn+1における補正パワー値Ｑn+1、傾きＳn+1を上述の（４）に与えることにより、周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性を算出してもよい。
ある測定ポイントにおいてパワー測定値Ｐの代わりに補正パワー値Ｑを利用して透過特性が算出された後は、その補正パワー値に基づいて次の補正パワー値が算出される。例えば、図１３に示す例において、パワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分Ｄが閾値ＴＨよりも大きいときは、パワー測定値Ｐn+1の代わりに補正パワー値Ｑn+1を利用して周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性が算出される。この場合、補正パワー値Ｑn+1を基準として補正パワー値Ｑn+2が生成される。すなわち、周波数ｆn+1〜ｆn+2の傾き関数が生成される。そして、補正パワー値Ｑn+1、および周波数ｆn+1〜ｆn+2の傾き関数Ｓ(f)に基づいて、下式を用いて補正パワー値Ｑn+2を求める。
Ｑn+2＝Ｑn+1＋ΣＳ(f)df
積分範囲は、ｆn+1〜ｆn+2である。そして、周波数ｆn+1の補正パワー値Ｑn+1および周波数ｆn+2の補正パワー値Ｑn+2に基づいて、周波数ｆn+1〜ｆn+2の透過特性が算出される。
なお、透過特性をモニタする手順においては、目的チャネルの透過帯の中心から端部に向かってプローブ信号の中心周波数がシフトされる。図９に示す例では、高周波数側の透過帯の形状をモニタする際には、周波数ｆoから高周波数側に向かってプローブ信号の中心周波数がシフトしてゆく。また、ΣＳ(f)dfは、傾き関数を高周波数方向に向かって積分することにより算出される。ここで、高周波数側の傾斜領域では、傾き関数Ｓ(f)は負である。したがって、傾き関数Ｓ(f)の積分値は、負の値である。すなわち、高周波数側の傾斜領域では、補正パワー値Ｑは、パワー測定値Ｐよりも小さくなる。
また、低周波数側の透過帯の形状をモニタする際には、周波数ｆoから低周波数側に向かってプローブ信号の中心周波数がシフトしてゆく。また、ΣＳ(f)dfは、傾き関数を低周波数方向に向かって積分することにより算出される。ここで、低周波数側の傾斜領域では、傾き関数Ｓ(f)は正である。したがって、この場合も、傾き関数Ｓ(f)の積分値は、負の値である。すなわち、低周波数側の傾斜領域でも、補正パワー値Ｑは、パワー測定値Ｐよりも小さくなる。
なお、透過特性の傾斜領域において、パワー測定値Ｐと補正パワー値Ｑとの差分は、雑音成分と考えられる。したがって、本発明の実施形態のモニタ方法によれば、雑音成分の影響が抑制され、透過帯の形状が精度よく算出される。
図１４は、透過特性モニタ装置３０の機能を説明する図である。透過特性モニタ装置３０は、パワー検出器３４、傾き検出器３５、取得部４１、関数生成部４２、積分計算部４３、補正部４４、判定部４５、算出部４６、周波数指示部３７を備える。なお、図１４においては、図７に示す光バンドパスフィルタ３１、受光器３２、Ａ／Ｄコンバータ３３は省略されている。取得部４１、関数生成部４２、積分計算部４３、補正部４４、判定部４５、算出部４６は、図７に示す分析部３６に対応する。透過特性モニタ装置３０は、図１４に示していない他の機能を備えていてもよい。
パワー検出器３４、傾き検出器３５、取得部４１、関数生成部４２、積分計算部４３、補正部４４、判定部４５、算出部４６、周波数指示部３７は、例えば、プロセッサ４０が与えられたソフトウェアプログラムを実行することにより実現される。このとき、プロセッサ４０は、透過特性モニタ装置３０内に実装されているメモリ５０を使用することができる。なお、パワー検出器３４、傾き検出器３５、取得部４１、関数生成部４２、積分計算部４３、補正部４４、判定部４５、算出部４６、周波数指示部３７の機能の一部は、ハードウェア回路で実現してもよい。
パワー検出器３４および傾き検出器３５には、受光器３２から出力される電気信号がデジタル化されて与えられる。なお、受光器３２は、透過特性モニタ装置３０の受信光を電気信号に変換する。受信光は、上述したように、プローブ信号生成器２０により生成されるプローブ信号を含む。
パワー検出器３４は、受信光を表す電気信号に基づいて、受信光の平均パワーを検出する。傾き検出器３５は、受信光を表す電気信号に基づいて受信光のパワー変動の振幅を検出し、その振幅に基づいて周波数に対する透過特性の傾きを検出する。なお、傾き値は、パワー変動の振幅を変調インデックスΔｆで割り算することにより算出される。
取得部４１は、プローブ信号の中心周波数がｆnであるときにパワー検出器３４により検出される平均パワーを表すパワー測定値Ｐn、プローブ信号の中心周波数がｆnであるときに傾き検出器３５により検出される傾きを表す傾き値Ｓn、プローブ信号の中心周波数がｆn+1であるときにパワー検出器３４により検出される平均パワーを表すパワー測定値Ｐn+1、プローブ信号の中心周波数がｆn+1であるときに傾き検出器３５により検出される傾きを表す傾き値Ｓn+1を取得する。
関数生成部４２は、傾き値Ｓn、Ｓn+1に基づいて、周波数ｆn〜ｆn+1における周波数に対する透過特性の傾きを表す傾き関数Ｓ(f)を生成する。なお、上述した（６）式を利用する場合、関数生成部４２は、測定ポイントｎ、ｎ＋１を含む３つの測定ポイントにおいて検出される傾き値（例えば、Ｓn-1、Ｓn、Ｓn+1）に基づいて、周波数ｆn〜ｆn+1における傾き関数Ｓ(f)を生成する。
積分計算部４３は、周波数ｆn〜ｆn+1において傾き関数Ｓ(f)の積分を計算する。補正部４４は、測定ポイントｎにおいて検出されたパワー測定値Ｐnに傾き関数Ｓ(f)の積分を加算することにより補正パワー値Ｑn+1を生成する。判定部４５は、測定ポイントｎ＋１において検出されたパワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。
上述の差分が所定の閾値以下であるときは、算出部４６は、測定ポイントｎ＋１において検出されたパワー測定値Ｐn+1に対して、ＡＳＥ雑音の影響は小さいと判定する。この場合、算出部４６は、パワー測定値Ｐn+1を利用して周波数ｆn+1における透過特性を算出する。例えば、パワー測定値Ｐn、Ｐn+1および傾き値Ｓn、Ｓn+1を上述の式（１）〜（５）に与えることにより、周波数ｆn〜ｆn+1における透過特性が算出される。
一方、上述の差分が所定の閾値よりも大きいときは、算出部４６は、測定ポイントｎ＋１において検出されたパワー測定値Ｐn+1に対して、ＡＳＥ雑音の影響が大きいと判定する。この場合、算出部４６は、パワー測定値Ｐn+1の代わりに補正パワー値Ｑn+1を利用して周波数ｆn+1における透過特性を算出する。例えば、測定ポイントｎにおいて検出されたパワー測定値Ｐnに積分値ΣＳ(f)dfを加算することで周波数ｆn〜ｆn+1における透過特性が算出される。この場合、周波数ｆn〜ｆn+1を複数の周波数領域に分割し、各周波数領域について傾き関数Ｓ(f)を積分して透過特性を算出してもよい。また、算出部４６は、パワー測定値Ｐn、補正パワー値Ｑn+1および傾き値Ｓn、Ｓn+1を上述の式（１）〜（５）に与えることにより、周波数ｆn〜ｆn+1における透過特性を算出してもよい。
周波数指示部３７は、次の測定ポイントを指定する周波数指示を生成してプローブ信号送信器２０に通知する。周波数指示は、この例では、プローブ信号の中心周波数のシフト量を指示する。周波数シフト量ｆshift1は、一定である。ただし、パワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分が閾値よりも大きいと判定された後は、周波数指示部３７は、周波数シフト量ｆshift1よりも小さい周波数シフト量ｆshift2をプローブ信号送信器２０に通知する。そうすると、プローブ信号送信器２０は、周波数シフト量ｆshift2でプローブ信号の中心周波数をシフトさせる。なお、周波数指示部３７は、測定ポイントｎ＋１において検出された傾きＳn+1が所定の傾き閾値よりも大きいときに周波数シフト量ｆshift2をプローブ信号送信器２０に通知してもよい。
図１５は、各測定ポイントにおいて透過特性を算出する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１０のＳ１３〜Ｓ１７に対応する。また、このフローチャートの処理は、目的波長チャネルの中心周波数から高周波数側および低周波数側に向かって個々に実行される。なお、このフローチャートが実行されるとき、プロセッサ４０は、パワー測定値Ｐn、Ｐn+1および傾き値Ｓn、Ｓn+1を取得しているものとする。
プロセッサ４０は、各測定ポイントにおいて、Ｓ２１〜Ｓ２５の処理を実行する。このとき各測定ポイントは、所定の周波数間隔ｆshift1でシフトする。
Ｓ２１において、関数生成部４２は、周波数ｆn〜ｆn+1における透過特性の傾きを表す傾き関数Ｓ(f)を生成する。Ｓ２２において、積分計算部４３は、周波数ｆn〜ｆn+1において傾き関数Ｓ(f)の積分を計算する。Ｓ２３において、補正部４４は、パワー測定値Ｐnに傾き関数Ｓ(f)の積分を加算して補正パワー値Ｑn+1を生成する。そして、Ｓ２４において、判定部４５は、パワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。
差分が閾値以下であるときは、Ｓ２５において、算出部４６は、パワー測定値Ｐn+1を利用して周波数ｆn+1における透過特性を算出する。なお、光伝送パスの透過特性が平坦な周波数領域では、プローブ信号の光パワーが大きく、ＡＳＥ雑音の影響は小さい。この場合、パワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分が閾値以下と判定され、各測定ポイントにおいてＳ２５が実行される。
一方、パワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分が所定の閾値よりも大きいときは（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、算出部４６は、Ｓ３０の処理を実行する。Ｓ３０においては、ＡＳＥ雑音の影響を除去しながら光伝送パスの透過特性が算出される。
図１６は、ＡＳＥ雑音の影響を除去しながら透過特性を算出する処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１６に示すフローチャートは、図１５のＳ３０の処理に対応する。
Ｓ３１において、算出部４６は、Ｐnおよび傾き関数Ｓ(f)を利用して周波数ｆn+1における透過特性を算出する。尚、Ｓ３１の処理が最初に実行されるときは、Ｐnは、測定ポイントｎにおけるパワー測定値である。そして、パワー測定値Ｐnに傾き関数Ｓ(f)の積分を加算することで周波数ｆn+1における補正パワー値Ｑn+1を算出する。一例としては、補正パワー値Ｑn+1は、周波数ｆn+1における透過特性を表す。
Ｓ３２において、プロセッサ４０は、透過特性のモニタを終了するか否かを判定する。例えば、プロセッサ４０は、変数ｎが予め決められた値に達したときに透過特性のモニタを終了してもよい。或いは、分析部３６は、プローブ信号の中心周波数が所定の周波数に達したときに透過特性のモニタを終了してもよい。
Ｓ３３において、算出部４６は、補正パワー値Ｑn+1を、次の測定ポイントの透過特性を算出するためのパワー値Ｐnとして設定する。Ｓ３４において、プロセッサ４０は、変数ｎをインクリメントして次の測定ポイントを選択する。Ｓ３５において、周波数指示部３７は、周波数指示を生成してプローブ信号送信器２０へ通知する。なお、Ｓ３５で生成される周波数指示により指定される周波数シフト量ｆshift2は、Ｓ２１〜Ｓ２５が実行されるときの周波数シフト量ｆshift1よりも小さい。したがって、Ｓ２１〜Ｓ２５が実行されるときと比較して、Ｓ３１〜Ｓ３７が実行されるときは、細かい周波数間隔で透過特性がモニタされる。したがって、透過特性のモニタの精度が向上する。
Ｓ３６において、傾き検出器３５は、新たな測定ポイントにおける透過特性の傾き値を検出する。Ｓ３７において、前回の測定ポイントの傾き値および新たな測定ポイントの傾き値に基づいて傾き関数Ｓ(f)を生成する。この後、プロセッサ４０の処理はＳ３１に戻る。すなわち、Ｓ３１〜Ｓ３７が繰返し実行される。
たとえば、測定ポイントｎ、ｎ＋１における測定結果に基づいて透過特性を算出する際に、パワー測定値Ｐn+1と補正パワー値Ｑn+1との差分が所定の閾値よりも大きいと判定されるものとする。この場合、Ｓ３１において周波数ｆn〜ｆn+1の透過特性が算出される。また、Ｓ３３において、補正パワー値Ｑn+1が次の測定ポイントのためのパワー測定値Ｐnに設定される。
続いて、Ｓ３６において、測定ポイントｎ＋２において傾き値Ｓn+2が検出され、Ｓ３７において周波数ｆn+1〜ｆn+2の傾き関数Ｓ(f)が生成される。この後、プロセッサ４０の処理はＳ３１に戻る。そして、Ｓ３１において、Ｐn（実際には、前回の測定ポイントにおける補正パワー値Ｑ）および周波数ｆn+1〜ｆn+2の傾き関数Ｓ(f)に基づいて、周波数ｆn+1〜ｆn+2における透過特性が算出される。以下、同様に、測定ポイントごとに透過特性が算出される。
なお、Ｓ３１〜Ｓ３７の処理が繰返し実行されると、複数の測定ポイントにおいてそれぞれ補正パワー値Ｑが生成される。したがって、算出部４６は、これら複数の補正パワー値に対してフィッティングカーブを生成することにより、透過特性が傾斜している周波数領域における透過帯の形状を算出してもよい。
＜実証実験＞
実験系は、以下の通りである。ＣＷ光からプローブ信号を生成するためのＦＭインデックスΔｆは82MHzであり、ＦＭ周波数は30kHzである。光伝送パス上には、３台の中継ノードが設けられている。各中継ノードは、光増幅器および波長選択スイッチを含む。光増幅器の利得は26dBである。透過特性モニタ装置３０が備える光バンドパスフィルタ３１の透過帯の幅は25GHzである。透過特性モニタ装置３０の入力ポートにおいて、受信光のＯＰＮＲ（Optical Probe to Noise Ratio）は15dBである。
図１７は、透過特性の測定についての実験結果の一例を示す。図１７（ａ）において、特性Ａは、ＡＳＥ雑音が存在しないときの透過帯の形状（ＰＢＳ：pass-band shape）を表す。なお、特性Ａは、波長選択スイッチの透過帯の形状を測定器で測定し、その測定により得られた透過帯を重ね合わせることにより得られる。
特性Ｂは、透過特性モニタ装置３０の受信光の平均パワーの測定値を表す。受信光は、上述のプローブ信号を含んでいる。透過特性が平坦な周波数領域では、特性Ａおよび特性Ｂはほほ一致している。ところが、透過特性が傾斜している周波数領域では、プローブ信号のパワーが小さくなるので、ＡＳＥ雑音の影響が現れる。この結果、透過特性が傾斜している周波数領域では、特性Ｂは特性Ａから乖離している。すなわち、受信光の平均パワーのみに基づいて光伝送パスの透過帯の形状を算出することは困難である。
特性Ｃは、透過特性の傾きを表す。透過特性の傾きは、受信光のパワー変動の振幅をプローブ信号のＦＭインデックスΔｆで割り算することで算出される。特性Ｄは、透過特性モニタ装置３０により算出される光伝送パスの透過帯の形状を表す。なお、この実験結果では、特性Ａおよび特性Ｄは、全周波数領域に渡ってほぼ一致している。
図１７（ｂ）は、特性Ａと特性Ｄとの間の正規化された平均二乗誤差（ＮＭＳＥ）を示す。この実験結果によれば、受信光のＯＰＮＲが低い場合（例えば、ＡＳＥ雑音が大きい場合）であっても、ＡＳＥ雑音が存在しないときに得られる透過帯の形状（特性Ａ）と、ＡＳＥ雑音が存在する場合に透過特性モニタ装置３０により算出される透過帯の形状（特性Ｄ）との間の誤差が十分に小さいことが示されている。
＜他の実施形態＞
図１８は、他の実施形態に係わる伝送システムの一例を示す。この例では、ノード２０１、２０２間の光伝送パスの透過特性がモニタされる。ノード２０１、２０２には、それぞれＣＤＧＤ−ＲＯＡＤＭが設けられている。また、ノード２０１、２０２間には、光増幅器およびＲＯＡＤＭが設けられている。
ＰＢＳ＿Ｔｘは、プローブ信号送信器２０に相当する。すなわち、ＰＢＳ＿Ｔｘは、ＣＷ光源（ＬＤ）および周波数変調器（ＦＭ＿Ｍｏｄ）を備える。ＰＢＳモニタは、透過特性モニタ装置３０に相当する。すなわち、ＰＢＳモニタは、低速受光器、Ａ／Ｄコンバータ、およびデータ分析部を備える。データ分析部は、例えば、プロセッサエレメントおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。
ＰＢＳ＿Ｔｘから出力されるプローブ信号は、他の光信号と共にＷＤＭ光信号中に多重化される。そして、ノード２０２に設けられているＣＤＧＤ−ＲＯＡＤＭは、受信ＷＤＭ光信号からプローブ信号を抽出してＰＢＳモニタに導く。
図１９は、ＰＢＳモニタのデータ分析部の処理の一例を示す。なお、図１９（ａ）において、Ｐi（ｉ＝０、１、．．．ｎ．．．）は、測定ポイントｉにおけるパワー測定値を表す。Ｓi（ｉ＝０、１、．．．ｎ．．．）は、測定ポイントｉにおける透過特性の傾きの測定値を表す。なお、傾きＳは下式で表される。
Ｓ＝ΔＰ／Δｆ
Ｐ’は、透過特性の傾きの積分で補正されたパワー値を表す。すなわち、補正パワー値は下式で表される。
Ｐ’n+1(f)＝Ｐn＋ΣＳ(f)df
周波数ｆn〜ｆn+1のＳ(f)は、測定ポイントｎ、ｎ＋１を含む２以上の測定ポイントにおいて測定された透過特性の傾きに基づいて多項式近似により生成される。
図１９（ｂ）は、データ分析部の処理の一例を示すフローチャートである。Ｓ４１において、データ分析部は、変数ｎをゼロに初期化する。ｎは、測定ポイントを識別する。Ｓ４２において、データ分析部は、測定ポイントｎにおいて得られたパワー測定値Ｐnを変数Ｐprocess_nに与える。Ｓ４３において、データ分析部は、積分補間により、測定ポイントｎ＋１における補正パワー値を計算する。
Ｓ４４において、データ分析部は、測定ポイントｎ＋１について、パワー測定値と補正パワー値との差分が閾値θよりも大きいか否かを判定する。この差分が閾値θよりも大きくないときは、Ｓ４５において、データ分析部は、測定ポイントｎ＋１において得られたパワー測定値Ｐn+1を変数Ｐprocess_n+1に与える。一方、上述の差分が閾値θよりも大きいときは、Ｓ４６において、データ分析部は、測定ポイントｎ＋１において得られた補正パワー値Ｐ’n+1を変数Ｐprocess_n+1に与える。Ｓ４７において、データ分析部は、測定ポイントの周波数がエンド周波数ｆcutに達したか否かを判定する。そして、測定ポイントの周波数がエンド周波数ｆcutに達していなければ、Ｓ４８において変数ｎをインクリメントした後、データ分析部の処理はＳ４３に戻る。
２０ プローブ信号送信器
２１ 周波数制御部
２２ ＣＷ光源
２３ 周波数変調器
３０ 透過特性モニタ装置
３２ 受光器（ＰＤ）
３４ パワー検出器
３５ 傾き検出器
３６ 分析部
３７ 周波数指示部
４０ プロセッサ
４１ 取得部
４２ 関数生成部
４３ 積分計算部
４４ 補正部
４５ 判定部
４６ 算出部

Claims (6)

  1. 第１のノードと第２のノードとの間の光伝送パスの透過特性をモニタする透過特性モニタ装置であって、
    前記第１のノードに設けられている送信器から送信される周波数変調光信号を前記第２のノードにおいて電気信号に変換する受光器と、
    前記電気信号に基づいて、前記周波数変調光信号の平均パワーを検出するパワー検出器と、
    前記電気信号に基づいて前記周波数変調光信号のパワー変動の振幅を検出し、その振幅に基づいて周波数に対する前記透過特性の傾きを検出する傾き検出器と、
    前記周波数変調光信号の中心周波数が第１の周波数であるときに前記パワー検出器により検出される平均パワーを表す第１のパワー測定値、前記周波数変調光信号の中心周波数が前記第１の周波数であるときに前記傾き検出器により検出される傾きを表す第１の傾き値、前記周波数変調光信号の中心周波数が第２の周波数であるときに前記パワー検出器により検出される平均パワーを表す第２のパワー測定値、前記周波数変調光信号の中心周波数が前記第２の周波数であるときに前記傾き検出器により検出される傾きを表す第２の傾き値を取得する取得部と、
    前記第１の傾き値および前記第２の傾き値に基づいて、前記第１の周波数と前記第２の周波数との間の周波数領域における、周波数に対する前記透過特性の傾きを表す傾き関数を生成する関数生成部と、
    前記周波数領域において前記傾き関数の積分を計算する積分計算部と、
    前記第１のパワー測定値に前記傾き関数の積分を加算することにより補正パワー値を生成する補正部と、
    前記第２のパワー測定値と前記補正パワー値との差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定部と、
    前記差分が前記閾値以下であるときは、前記第２のパワー測定値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性を算出し、前記差分が前記閾値よりも大きいときは、前記補正パワー値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性を算出する算出部と、
    を有する透過特性モニタ装置。
  2. 前記補正パワー値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性が算出されたときは、
    前記取得部は、前記周波数変調光信号の中心周波数が第３の周波数であるときに前記傾き検出器により検出される傾きを表す第３の傾き値を取得し、
    前記関数生成部は、前記第２の傾き値および前記第３の傾き値に基づいて、前記第２の周波数と前記第３の周波数との間の周波数領域における、周波数に対する前記透過特性の傾きを表す傾き関数を生成し、
    前記算出部は、前記補正パワー値および前記第２の周波数と前記第３の周波数との間の周波数領域における傾き関数に基づいて、前記第３の周波数における前記透過特性を算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の透過特性モニタ装置。
  3. 前記周波数変調信号の中心周波数を指示する周波数指示を生成して前記送信器に通知する周波数指示部をさらに備え、
    前記差分が前記閾値よりも大きいと前記判定部により判定されたときは、前記周波数指示部は、前記第２の周波数から前記第３の周波数へのシフト量が、前記第１の周波数から前記第２の周波数へのシフト量よりも小さくなるように、前記周波数指示を生成して前記送信器に通知する
    ことを特徴とする請求項２に記載の透過特性モニタ装置。
  4. 第１のノードと第２のノードとの間の光伝送パスの透過特性をモニタする透過特性モニタ装置であって、
    前記第１のノードに設けられている送信器から送信される周波数変調光信号を前記第２のノードにおいて電気信号に変換する受光器と、
    前記電気信号に基づいて、前記周波数変調光信号の平均パワーを検出するパワー検出器と、
    前記電気信号に基づいて前記周波数変調光信号のパワー変動の振幅を検出し、その振幅に基づいて周波数に対する前記透過特性の傾きを検出する傾き検出器と、
    前記パワー検出器により検出される平均パワーおよび前記傾き検出器により検出される傾きに基づいて、前記透過特性を算出する算出部と、を備え、
    前記周波数変調光信号の中心周波数が前記光伝送パスの透過帯の中心から端部に向かって変化するときに、前記算出部は、前記周波数変調光信号の中心周波数に対応する複数の測定ポイントのそれぞれに対して、前回の測定ポイントにおいて前記パワー検出器により検出されたパワー測定値または前回の測定ポイントにおいて生成された補正パワー値に、前回の測定ポイントと当該測定ポイントとの間の周波数領域における前記透過特性の傾きを表す傾き関数の積分を加算して、当該測定ポイントにおける補正パワー値を生成し、
    前記算出部は、前記複数の測定ポイントにおいてそれぞれ生成される複数の補正パワー値に基づいて前記透過特性を算出する、
    ことを特徴とする透過特性モニタ装置。
  5. 前記複数の測定ポイントの周波数間隔を指示する周波数指示を生成して前記送信器に通知する周波数指示部をさらに備え、
    前記周波数指示部は、第１の周波数間隔で測定ポイントを設定する周波数指示を前記送信器に通知し、
    所定の傾き閾値よりも大きい傾きが前記傾き検出器により検出された後は、前記周波数指示部は、前記第１の周波数間隔よりも狭い第２の周波数間隔で測定ポイントを設定する周波数指示を前記送信器に通知する
    ことを特徴とする請求項４に記載の透過特性モニタ装置。
  6. 第１のノードと第２のノードとの間の光伝送パスの透過特性をモニタする透過特性モニタ方法であって、
    前記第１のノードに設けられている送信器から送信される周波数変調光信号を前記第２のノードにおいて電気信号に変換し、
    前記電気信号に基づいて前記周波数変調光信号の平均パワーを検出し、
    前記電気信号に基づいて検出される前記周波数変調光信号のパワー変動の振幅から周波数に対する前記透過特性の傾きを検出し、
    前記周波数変調光信号の中心周波数が第１の周波数であるときに検出される平均パワーを表す第１のパワー測定値、前記周波数変調光信号の中心周波数が前記第１の周波数であるときに算出される傾きを表す第１の傾き値、前記周波数変調光信号の中心周波数が第２の周波数であるときに検出される平均パワーを表す第２のパワー測定値、前記周波数変調光信号の中心周波数が前記第２の周波数であるときに算出される傾きを表す第２の傾き値を取得し、
    前記第１の傾き値および前記第２の傾き値に基づいて、前記第１の周波数と前記第２の周波数との間の周波数領域における、周波数に対する前記透過特性の傾きを表す傾き関数を生成し、
    前記周波数領域において前記傾き関数の積分を計算し、
    前記第１のパワー測定値に前記傾き関数の積分を加算することにより補正パワー値を生成し、
    前記第２のパワー測定値と前記補正パワー値との差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定し、
    前記差分が前記閾値以下であるときは、前記第２のパワー測定値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性を算出し、前記差分が前記閾値よりも大きいときは、前記補正パワー値に基づいて前記第２の周波数における前記透過特性を算出する、
    ことを特徴とする透過特性モニタ方法。
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