(57)【要約】【課題】波長多重光伝送システムの光線路をインサービスで高精度に監視することの可能な光線路監視方法、光線路監視システム、および光線路監視装置とそのプログラムを低コストで提供すること。【解決手段】  監視対象の光ファイバ９の、波長多重光１１に多重された各波長光の送信パワーＩｏ（λｉ）と、正常時の戻り光パワーＳＡ（λｉ，Δｘｉ）と、異常時の戻り光パワーＳＢ（λｉ，Δｘｉ）とを測定する。そして各測定値から、式（７）により異常損失位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とをパラメータとして戻り光パワーＳ’を算出し、その値が異常時の戻り光パワーＳＢ（λｉ，Δｘｉ）に近づくように、異常損失位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とを決めるようにした。【選択図】      図３
2008244663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長光を多重した波長多重光を伝送する光線路における異常損失の発生箇所を特定する光線路監視方法において、
前記光線路に入射される前記波長多重光に含まれる前記波長光の、前記異常損失の無い状態での前記光線路の送信端における戻り光パワーを波長ごとに計測して前記戻り光パワーの計測値ＳＡを得る正常時計測ステップと、
前記波長光の、前記異常損失の有る状態での前記送信端における戻り光パワーを波長ごとに計測して前記戻り光パワーの計測値ＳＢを得る異常時計測ステップと、
前記波長光の送信端における送信パワーＩｏを波長ごとに計測するステップと、
前記光線路を前記波長光の数の区間に区分したとき、各区間ごとに個別に求められる前記送信端における戻り光パワーの総区間にわたる総和Ｓ’を波長ごとに算出する算出ステップと、
前記異常時計測ステップにおいて計測された前記戻り光パワーの波長ごとの計測値ＳＢと、前記算出ステップにおいて算出された波長ごとの総和Ｓ’との差が最小となる区間での前記異常損失の大きさと前記発生箇所とを特定する特定ステップとを具備し、
前記算出ステップは、
前記送信端から前記異常損失の発生箇所を含む区間に隣接する区間までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けない波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けずに前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失の発生箇所を含みこの異常損失の発生箇所から前記光線路の受信端までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けた波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けて前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失に基づく光パワーの損失係数である異常損失係数Ａと、前記光線路の特性により既知である損失係数Ｎおよび後方散乱係数Ｒと、前記送信パワーＩｏと、前記計測値ＳＡおよびＳＢとに基づいて、前記送信端における波長ごとの戻り光パワーＳ’を前記区間ごとに個別に計算するステップであることを特徴とする光線路監視方法。
【請求項２】
前記波長光のそれぞれの波長をλｉとし、
前記区間の長さをΔｘとし、
各区間をΔｘｋ（ｋは１から前記波長光の数ｎまでの自然数）とし、
前記送信パワーＩｏ、前記総和Ｓ’前記後方散乱係数Ｒ、前記損失係数Ｎ、および前記異常損失係数Ａを前記λｉと前記Δｘｉとの関数としてそれぞれＩｏ（λｉ）、Ｓ’（λｉ，Δｘｉ）、Ｒ（λｉ）、Ｎ（λｉ）、およびＡ（Δｘｉ）としたとき、
前記算出ステップは、次式（１）および（２）を用いて前記総和Ｓ’を算出するステップであることを特徴とする請求項１に記載の光線路監視方法。
【数１】
2008244663.tif 000010
【数２】
2008244663.tif 000011
【請求項３】
複数の波長光を多重した波長多重光を伝送する光線路における異常損失の発生箇所を特定する光線路監視システムにおいて、
前記光線路に前記波長多重光を入射する送信部と、
前記光線路に入射される前記波長多重光に含まれる前記波長光の、前記異常損失の無い状態での前記光線路の送信端における戻り光パワーを波長ごとに計測して前記戻り光パワーの計測値ＳＡを得る正常時計測部と、
前記波長光の、前記異常損失の有る状態での前記送信端における戻り光パワーを波長ごとに計測して前記戻り光パワーの計測値ＳＢを得る異常時計測部と、
前記波長光の送信端における送信パワーＩｏを波長ごとに計測する送信パワー計測部と、
前記光線路を前記波長光の数の区間に区分したとき、各区間ごとに個別に求められる前記送信端における戻り光パワーの総区間にわたる総和Ｓ’を波長ごとに算出する算出処理部と、
前記異常時計測部において計測された前記戻り光パワーの波長ごとの計測値ＳＢと、前記算出ステップにおいて算出された波長ごとの総和Ｓ’との差が最小となる区間での前記異常損失の大きさと前記発生箇所とを特定する特定処理部とを具備し、
前記算出処理部は、
前記送信端から前記異常損失の発生箇所を含む区間に隣接する区間までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けない波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けずに前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失の発生箇所を含みこの異常損失の発生箇所から前記光線路の受信端までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けた波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けて前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失の有る区間を含みこの異常損失の有る区間から前記光線路の受信端までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けた波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けて前記送信端に戻るとし、
前記異常損失に基づく光パワーの損失係数である異常損失係数Ａと、前記光線路の特性により既知である損失係数Ｎおよび後方散乱係数Ｒと、前記送信パワーＩｏと、前記計測値ＳＡおよびＳＢとに基づいて、前記送信端における波長ごとの戻り光パワーＳ’を前記区間ごとに個別に計算することを特徴とする光線路監視システム。
【請求項４】
前記波長光のそれぞれの波長をλｉとし、
前記区間の長さをΔｘとし、
各区間をΔｘｋ（ｋは１から前記波長光の数ｎまでの自然数）とし、
前記送信パワーＩｏ、前記総和Ｓ’前記後方散乱係数Ｒ、前記損失係数Ｎ、および前記異常損失係数Ａを前記λｉと前記Δｘｉとの関数としてそれぞれＩｏ（λｉ）、Ｓ’（λｉ，Δｘｉ）、Ｒ（λｉ）、Ｎ（λｉ）、およびＡ（Δｘｉ）としたとき、
前記算出処理部は、次式（１）および（２）を用いて前記総和Ｓ’を算出することを特徴とする請求項３に記載の光線路監視システム。
【数３】
2008244663.tif 000012
【数４】
2008244663.tif 000013
【請求項５】
複数の波長光を多重した波長多重光を伝送する光線路における異常損失の発生箇所を特定する光線路監視装置において、
前記光線路に入射される前記波長多重光に含まれる前記波長光の、前記異常損失の無い状態での送信端における戻り光パワーの計測値ＳＡと、前記波長光の、前記異常損失の有る状態での前記送信端における戻り光パワーの計測値ＳＢと、前記波長光の前記送信端における送信パワーＩｏとを取得するデータ取得部と、
前記光線路を前記波長光の数の区間に区分したとき、各区間ごとに個別に求められる前記送信端における戻り光パワーの総区間にわたる総和Ｓ’を波長ごとに算出する算出処理部と、
前記戻り光パワーの波長ごとの計測値ＳＢと、前記算出処理部において算出された波長ごとの総和Ｓ’との差が最小となる区間での前記異常損失の大きさと前記発生箇所とを特定する特定処理部とを具備し、
前記算出処理部は、
前記送信端から前記異常損失の発生箇所を含む区間に隣接する区間までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けない波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けずに前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失の発生箇所を含みこの異常損失の発生箇所から前記光線路の受信端までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けた波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けて前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失に基づく光パワーの損失係数である異常損失係数Ａと、前記光線路の特性により既知である損失係数Ｎおよび後方散乱係数Ｒと、前記送信パワーＩｏと、前記計測値ＳＡおよびＳＢとに基づいて、前記送信端における波長ごとの戻り光パワーＳ’を前記区間ごとに個別に計算することを特徴とする光線路監視装置。
【請求項６】
前記波長光のそれぞれの波長をλｉとし、
前記区間の長さをΔｘとし、
各区間をΔｘｋ（ｋは１から前記波長光の数ｎまでの自然数）とし、
前記送信パワーＩｏ、前記総和Ｓ’前記後方散乱係数Ｒ、前記損失係数Ｎ、および前記異常損失係数Ａを前記λｉと前記Δｘｉとの関数としてそれぞれＩｏ（λｉ）、Ｓ’（λｉ，Δｘｉ）、Ｒ（λｉ）、Ｎ（λｉ）、およびＡ（Δｘｉ）としたとき、
前記算出処理部は、次式（１）および（２）を用いて前記総和Ｓ’を算出することを特徴とする請求項５に記載の光線路監視装置。
【数５】
2008244663.tif 000014
【数６】
2008244663.tif 000015
【請求項７】
複数の波長光を多重した波長多重光を伝送する光線路における異常損失の発生箇所を、前記光線路に入射される前記波長多重光に含まれる前記波長光の前記異常損失の無い状態での送信端における戻り光パワーの計測値ＳＡと、前記波長光の前記異常損失の有る状態での前記送信端における戻り光パワーの計測値ＳＢと、前記波長光の前記送信端における送信パワーＩｏとを取得するデータ取得部を備えるコンピュータを用いて特定する光線路監視装置に用いられるプログラムであって、
前記コンピュータに、
前記光線路を前記波長光の数の区間に区分したとき、各区間ごとに個別に求められる前記送信端における戻り光パワーの総区間にわたる総和Ｓ’を波長ごとに算出する算出処理を実行させる命令と、
前記戻り光パワーの波長ごとの計測値ＳＢと、前記算出処理部において算出された波長ごとの総和Ｓ’との差が最小となる区間での前記異常損失の大きさと前記発生箇所とを特定する特定処理を実行させる命令とを含み、
前記算出処理は、
前記送信端から前記異常損失の発生箇所を含む区間に隣接する区間までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けない波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けずに前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失の発生箇所を含みこの異常損失の発生箇所から前記光線路の受信端までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けた波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けて前記送信端に回帰するとし、
前記異常損失に基づく光パワーの損失係数である異常損失係数Ａと、前記光線路の特性により既知である損失係数Ｎおよび後方散乱係数Ｒと、前記送信パワーＩｏと、前記計測値ＳＡおよびＳＢとに基づいて、前記送信端における波長ごとの戻り光パワーＳ’を前記区間ごとに個別に計算する処理であることを特徴とするプログラム。
【請求項８】
前記波長光のそれぞれの波長をλｉとし、
前記区間の長さをΔｘとし、
各区間をΔｘｋ（ｋは１から前記波長光の数ｎまでの自然数）とし、
前記送信パワーＩｏ、前記総和Ｓ’前記後方散乱係数Ｒ、前記損失係数Ｎ、および前記異常損失係数Ａを前記λｉと前記Δｘｉとの関数としてそれぞれＩｏ（λｉ）、Ｓ’（λｉ，Δｘｉ）、Ｒ（λｉ）、Ｎ（λｉ）、およびＡ（Δｘｉ）としたとき、
前記算出処理は、次式（１）および（２）を用いて前記総和Ｓ’を算出する処理であることを特徴とする請求項７に記載のプログラム。
【数７】
2008244663.tif 000016
【数８】
2008244663.tif 000017
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信線路、特に高密度波長多重光伝送システムの光線路を監視する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムの伝達媒体（以下、光線路と称する）を監視するには、大きく２つの方法が知られている。１つには光パルス試験器を用いて光線路の損失分布を測定する方法であり、２つには、光源と光パワーメータを用いて光線路全般の損失を測定しその結果から光線路の良否を判断するというものである。
【０００３】
いずれの方法においても、インサービス試験の実施のためには通信波長とは異なる監視波長（光源）を用意し、多数の光フィルタを光線路の全区間に配置して、サービス信号と監視信号との相互の品質を劣化させないように配慮する必要がある。つまり、伝送装置の送受信端には監視光遮断用の光フィルタを、光パルス試験器側や光パワーメータ側には通信光遮断用の光フィルタを設置する必要があるので、監視にかかるコストの増加が避けられないという問題がある。また２つ目の方法では光線路の曲がりなどの異常位置を特定することができないので、光ファイバの監視の精度に欠けるという問題もある。
【０００４】
さらに、近年の高密度波長多重光伝送システムでは、１本の光ファイバに通光させるパワーが１Ｗにも達するので、光フィルタの経年劣化などによりファイバ同士に隙間を生じるとファイバヒューズを引き起こす虞がある（非特許文献１を参照）。特に、誘電体多層膜フィルタのような光ファイバに溝を切って埋め込むタイプのフィルタでは、注意を要する。このような事情から光フィルタを設置することができず、インサービス監視そのものを実行できないことを余儀なくされる。
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌巻：Ｊ８６−Ｃ号、３頁、２５２−２６１「単一モード光ファイバにおけるファイバヒューズ発生機構の検討」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように既存の光線路監視方法では、インサービスでの実施にあたり所要の光学特性を持つ光フィルタや監視用光源を備える必要があるので、監視設備のコストが大きくなる。また高パワーの伝送システムにおいは設備の信頼性の問題から、インサービス監視すら行なわれていない。  
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、波長多重光伝送システムの光線路をインサービスで高精度に監視することの可能な光線路監視方法、光線路監視システム、および光線路監視装置とそのプログラムを低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、複数の波長光を多重した波長多重光を伝送する光線路における異常損失の発生箇所を特定する光線路監視方法において、前記光線路に入射される前記波長多重光に含まれる前記波長光の、前記異常損失の無い状態での前記光線路の送信端における戻り光パワーを波長ごとに計測して前記戻り光パワーの計測値ＳＡを得る正常時計測ステップと、前記波長光の、前記異常損失の有る状態での前記送信端における戻り光パワーを波長ごとに計測して前記戻り光パワーの計測値ＳＢを得る異常時計測ステップと、前記波長光の送信端における送信パワーＩｏを波長ごとに計測するステップと、前記光線路を前記波長光の数の区間に区分したとき、各区間ごとに個別に求められる前記送信端における戻り光パワーの総区間にわたる総和Ｓ’を波長ごとに算出する算出ステップと、前記異常時計測ステップにおいて計測された前記戻り光パワーの波長ごとの計測値ＳＢと、前記算出ステップにおいて算出された波長ごとの総和Ｓ’との差が最小となる区間での前記異常損失の大きさと前記発生箇所とを特定する特定ステップとを具備することを特徴とする光線路監視方法が提供される。
【０００７】
特に前記算出ステップでは、前記送信端から前記異常損失の発生箇所を含む区間に隣接する区間までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けない波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けずに前記送信端に回帰すると仮定し、前記異常損失の発生箇所を含みこの異常損失の発生箇所から前記光線路の受信端までの区間において生じる戻り光は当該異常損失による減衰を受けた波長多重光から生じて前記異常損失による減衰を受けて前記送信端に回帰すると仮定し、前記異常に基づく光パワーの損失係数である異常損失係数Ａと、前記光線路の特性により既知である損失係数Ｎおよび後方散乱係数Ｒと、前記送信パワーＩｏと、前記計測値ＳＡおよびＳＢとに基づいて、前記送信端における波長ごとの戻り光パワーＳ’を前記区間ごとに個別に計算する処理が行われる。なおこの算出ステップにおける仮定は人為的取り決めではなく、あくまでハードウェアを用いた計算処理に必要になる前提である。
【０００８】
このような手段を講じることにより、波長多重光に含まれる各波長光の送信パワーと戻り光パワーとが、波長ごとに計測され、各値を用いた演算処理により異常損失の大きさと発生箇所を特定することが可能になる。この手法は、各波長光が変調されたデータ伝送光であっても実施可能であるので、このデータ伝送光を利用して、異常損失の大きさとその発生箇所を精度良く検出できる。これにより伝送システムの監視設備のコスト削減とシステムの信頼性向上が期待できる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、波長多重光伝送システムの光線路をインサービスで高精度に監視することの可能な光線路監視方法、光線路監視システム、および光線路監視装置とそのプログラムを低コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、この発明に係わる光線路監視システムの実施の形態を示す図である。このシステムはそれぞれ異なる波長の送信光を送出する複数の送信部１−１〜１−ｎを備える。各送信部１−１〜１−ｎからそれぞれ波長λ１〜λｎで送出された送信光は波長多重部２で波長多重され、生成された波長多重光１１が１本の光ファイバ９に入射される。波長多重光１１は光ファイバ９を介して波長分波部２’に達し、各波長光λ１〜λｎに分離される。これらの波長光λ１〜λｎは受信部１０−１〜１０−ｎにそれぞれ入射されてデータ再生などの受信処理を施される。
【００１１】
光ファイバ９の送信端側には、信号光パワー測定ポート４と後方散乱光パワー測定ポート５とを有する、波長無依存性光カプラ３が設けられる。信号光パワー測定ポート４および後方散乱光パワー測定ポート５はいずれも光ポート選択スイッチ６および波長選択フィルタ７を介して光パワーメータ８に接続される。光パワーメータ８は波長多重光１１における各波長光の送信パワーと、各波長光の後方散乱により生じる戻り光１２の受信パワーとを、波長ごとに計測する。この計測データは通信回線Ｌを介して監視装置１００に通知される。
【００１２】
図２は、図１の監視装置１００を示す機能ブロック図である。この監視装置１００はＣＰＵとメモリとを有するコンピュータとして実現される。監視装置１００はインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２１を介して通信回線Ｌ（図１）に接続され、光パワーメータ８で得られた計測データを取得する。これらのデータはＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などのストレージユニット２４に記憶される。このほか監視装置１００は、各種データを表示する表示部２２と、ユーザインタフェースとしての入出力部２３とを備える。
【００１３】
さらに監視装置１００は、ＣＰＵ２５およびプログラムメモリ２６を備える。このうちプログラムメモリ２６は、この実施形態に係わる処理機能に必要な命令を記載した、算出処理プログラム２６ａと特定処理プログラム２６ｂとを記憶する。なお算出処理プログラム２６ａと特定処理プログラム２６ｂとは、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体に記録することも、通信回線を介してダウンロードすることも可能である。  
ＣＰＵ２５は、プログラム２６から各プログラムを読み出してハードウェアによる演算処理を行うもので、その処理機能として算出処理部２５ａと、特定処理部２５ｂとを備える。
【００１４】
算出処理部２５ａは、光ファイバ９線路を波長光の数の区間に区分し、各区間ごとに個別に求められる送信部１−１〜１−ｎにおける戻り光パワーの総区間にわたる総和Ｓ’を、波長ごとに算出する。特定処理部２５ｂは、インタフェース部２１により取得した戻り光パワーの計測値Ｓと、算出処理部２５ａにおいて算出した総和Ｓ’とを比較して、両者の差が最小になる区間を光ファイバ９の異常損失の大きさと発生箇所として特定する。以下、この処理につき詳しく説明する。
【００１５】
算出処理部２５ａによる処理では、波長多重光１１の送信端から異常損失の発生箇所までの区間において生じる戻り光１２は、この異常損失による減衰を受けずに到達した波長多重光１１から生じ、回帰の際もこの異常損失による減衰を受けずに送信端に戻ると仮定する。また、異常損失の発生箇所から受信端までの区間（異常損失の発生箇所を含む）において生じる戻り光１２は、この異常損失による減衰を受けて到達した波長多重光１１から生じ、回帰の際もこの異常損失による減衰を受けて送信端に戻ると仮定する。  
処理の過程で取得または算出された、波長ごとの送信パワーＩｏ（λｉ）、戻り光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）およびその計算値Ｓ’（λｉ，Δｘｉ）などの値はストレージユニット２４に記憶される。次に、上記構成における測定処理につき説明する。
【００１６】
図３は、図１のシステムにおける異常損失の大きさと発生箇所とを推定する手順を示すフローチャートである。なお以下では光ファイバ９をｎ（ｎは波長光の数）個の小区間に分割して考察する。各小区間の長さは等しいとし、従って各小区間の長さは光ファイバの長さをＬとしてＬ／ｎとなる。インデックスｉを用いて各小区間をΔｘｉと表記し、互いを区別する。異常区間の発生箇所を特定することは、インデックスｉを特定することに相当する。
【００１７】
まず、光ファイバ９に異常損失の無い状態での戻り光１２の受光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）を求める（ステップＳ１）。図１における戻り光１２は、その一部が波長無依存性光カプラ３を介して後方散乱光パワー測定ポート５に導かれ、光ポート選択スイッチ６を通過したのち波長選択フィルタ７に入射される。波長選択フィルタ７は、戻り光１２を各波長光λｉ（ｉ：１〜ｎ）別に選択して一つの波長光を光パワーメータ８に入射する。光パワーメータ８は、各波長光λｉの受信パワーを計測してその値を監視装置１００に通知する。監視装置１００は、各波長光λｉの受信パワーを、後方散乱光パワー測定ポート５から波長フィルタ７までの透過率で割り算し、戻り光１２の通信波長λｉ別の受光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）を求める。これにより、光ファイバ９に曲がりやねじれ、接続不良などの無い正常な状態での戻り光パワーＳＡ（λｉ，Δｘｉ）が初期測定される。
【００１８】
光ファイバ９に曲がりやねじれ、あるいは接続不良などが生じると、その異常損失により戻り光パワーＳＡ（λｉ，Δｘｉ）が変化する。監視装置１００は通知されるデータを時々刻々とモニタしており、異常損失の発生を検出すると（ステップＳ２）、その状態での戻り光パワーＳＢ（λｉ，Δｘｉ）を波長ごとに算出する（ステップＳ３）。
【００１９】
次に監視装置１００は、波長多重光１１の各波長光の送信パワーＩｏ（λｉ）を求める（ステップＳ４）。すなわち図１において、波長多重光１１はその一部が波長無依存性光カプラ３を介して信号光パワー測定ポート４に導かれ、光ポート選択スイッチ６を通過したのち波長選択フィルタ７に入射される。波長選択フィルタ７は、波長多重光１１を各波長光λｉ別に選択して一つの波長光を光パワーメータ８に入射する。光パワーメータ８は、各波長光λｉの受信パワーを計測してその値を監視装置１００に通知する。監視装置１００は、各波長光λｉの送信パワーを、後方散乱光パワー測定ポート５から波長フィルタ７までの透過率で割り算し、波長多重光１１の通信波長λｉ別の送信パワーＩｏ（λｉ）を求める。
【００２０】
次に監視装置１００は、異常損失の発生した位置区間Δｘｉの推定と、異常損失係数Ａ（Δｘｉ）の推定とを行う（ステップＳ５）。異常損失係数Ａ（Δｘｉ）の単位は［Ｎｐ／ｍ］であり、その精度は異常損失を算定する位置区間Δｘｉ（＝Ｌ／ｎ）［ｍ］の長さに応じたものになる。以下にその手順を詳しく説明する。
【００２１】
図４は、光線路における透過光と後方散乱光の減衰曲線を示す模式図である。図４において符号１３は波長多重光１１の減衰曲線Ｐ（λｉ，Δｘｉ）を、１４は光ファイバの曲がりなどによる異常損失係数Ａ（Δｘｉ）を、１５はレーリ後方散乱係数Ｒ（λｉ，Δｘｉ）を、１６は各位置区間Δｘｉ［ｍ］から生じる戻り光の総パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）を示す。
【００２２】
強度Ｉｏ（λｉ）で出力された波長λｉの波長光が光ファイバ９の位置区間Δｘｉを通過する際の強度Ｐ（λｉ，Δｘｋ）は、次式（３）で与えられる。式（３）のα（λｉ，Δｘｋ）は位置区間Δｘｋにおける損失係数である。  
【００２３】
【数９】
2008244663.tif 000003
【００２４】
長さＬの光ファイバ９から戻る後方散乱光の全強度Ｓ（λｉ，Δｘｉ）は、各位置区間Δｘｋを通過する強度Ｐ（λｉ，Δｘｋ）の波長光から生じる戻り光の強度の総和として求められる。これを数式で表すと次式（４）になる。式（４）のＲ（λｉ，Δｘｉ）は、位置区間Δｘｉにおける波長λｉの後方散乱係数である。  
【００２５】
【数１０】
2008244663.tif 000004
【００２６】
式（４）のｊとｋは、１，２，…ｎまでの自然数であり、ｎは波長光の数に対応する。損失係数α（λｉ，Δｘｋ）は、次の（Ａ）〜（Ｄ）の要因により生じる。すなわち、（Ａ）レーリ散乱損失、（Ｂ）ファイバの不均一性による損失、（Ｃ）不純物やファイバ材料の吸収損失、（Ｄ）ファイバ曲がりや捻じれ、接続不良など、である。
【００２７】
一般的に、ＳＭ（Single Mode）ファイバを伝播する１．５５μｍ帯の光に対して（Ａ）〜（Ｃ）の要因は光ファイバの材料構造上、原理的に避けられない。すなわち要因（Ａ）〜（Ｃ）は光ファイバに特有な損失であり波長依存性を示すが、ファイバ全域においてほぼ一様の値となり、位置区間Δｘｋごとの変化は無視できる。よってこれらの要因（Ａ）〜（Ｃ）による損失係数は、波長λｉのみの関数となり、損失係数Ｎ（λｉ）とする。  
これに対し要因（Ｄ）は、光ファイバの正常でない形状によるものであるので、位置区間Δｘｋ［ｍ］に特有の損失であり、その異常損失係数は、位置区間Δｘｋ［ｍ］の関数Ａ（Δｘｋ）となる。なお正常でない光ファイバの波長依存性は極めて小さいという特性をもつ。
【００２８】
以上のことから損失係数α（λｉ，Δｘｋ）は、波長λに依存する光ファイバに特有な損失係数Ｎ（λｉ）と、位置区間Δｘｋに依存する異常損失係数Ａ（Δｘｋ）とに分離して次式（５）のように表すことができる。  
【００２９】
【数１１】
2008244663.tif 000005
【００３０】
式（５）を式（６）に代入し、波長に依存する損失係数Ｎ（λｉ）と位置区間Δｘｋに依存する異常損失係数Ａ（Δｘｋ）とに分離すると次のｎ次元連立方程式（６）を得る。ここでΔｘ１＝Δｘ２＝…＝Δｘｎ＝Δｘである。式（６）は、波長ごとの戻り光強度Ｓ（λｉ，Δｘｉ）に対応する。  
【００３１】
【数１２】
2008244663.tif 000006
【００３２】
式（６）を、位置区間Δｘｋに依存する異常損失係数Ａ（Δｘｋ）と、それ以外の損失係数Ｎ（λｉ）とに分離すると、次の行列式（７）を得る。  
【００３３】
【数１３】
2008244663.tif 000007
【００３４】
なお後方散乱係数Ｒ（λｉ）は、光ファイバ９に特有なレーリ散乱、比屈折率差、コア屈折率が明らかであることから次式（８）で与えられる。  
【００３５】
【数１４】
2008244663.tif 000008
【００３６】
式（７）における波長多重光１１の波長ごとの送信パワーＩｏ（λｉ）と、波長ごとの戻り光１２の受光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）は、いずれも実測値から得られる既知量である。また光ファイバ７に特有の損失係数Ｎ（λｉ）、後方散乱係数Ｒ（λｉ）も既知である。これらを式（７）に代入して連立方程式の代数解を求めることにより、位置区間Δｘｋごとの異常損失係数Ａ（Δｘｋ）［Ｎｐ／ｍ］を算出することができる。
【００３７】
この異常損失係数Ａ（Δｘｋ）は、２通りの方法で算出することができる。１つは、式（７）の右辺の波長λｉに依存する行列の逆行列を式（７）の両辺左側から乗算して行列積を求める方法である。
【００３８】
もう１つは、式（７）の右辺の位置区間Δｘｉに依存する行列が指数関数型であることが明らかであることを利用する方法である。すなわち、指数関数部分（ｅｘｐ（−Ａ（Δｘｉ）Δｘｉ））の中の異常損失位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とをパラメータとして戻り光パワー（Ｓ’とする）を算出し、その値が図３のステップＳ３で測定された戻り光パワーＳＢ（λｉ，Δｘｉ）に近づくように、異常損失位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とを決める方法である。
【００３９】
以上の計算において、前者（行列積を用いる手法）は、異常損失の発生箇所が複数であっても、その位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とを一義的に決めることができる。後者の手法（漸近法）は、監視対象の光ファイバ９をｎ等分したΔｘｉ（但し、ｉ＝１，２，…，ｎ）の区間を想定し、異常損失が１つの区間のみにおいて生じたとの仮定に基づく。次に、図１のシステムを用いて実施される計測の例を説明する。
【００４０】
図５は、図２の監視装置１００を用いて光線路を監視するシステムの例を示す図である。図５では送信部に波長可変光源１７および広帯域光源１８を用い、これらの出力光を波長多重用カプラ３’で多重して光ファイバ９’に送出する。光ファイバ９’は終端器１９で終端される。光ファイバ９’は４つの光ファイバボビンが融着されており、各光ファイバボビンは波長多重用カプラ３’から順次５ｋｍ、５ｋｍ、１５ｋｍ、１４ｋｍの距離にあるとする。また符合２０は波長多重用カプラ３’側から５ｋｍ地点の曲げ部であり、符号２１は同２５ｋｍ地点の曲げ部である。
【００４１】
曲げ部２０，２１では、約６．５ｄＢ（３．８４×１０−３Ｎｐ／ｍ）の曲げ損失を発生させた。ただし図５の例では１回の計測で両方の損失を与えるのではなく、１つずつ曲げ損失を与えて２回の計測を行うようにした。このような模擬システムを仮定し、Ｌバンド（波長１５５０〜１５８５ｎｍ）で約０．８ｎｍ間隔で配置した４６波の連続光を波長可変光源１７から順次送出する。さらに現実の波長多重光伝送システムを模擬するため、広帯域光源１８から１５２０〜１６００ｎｍの光を発生させて波長多重用カプラ３’により合波し、光ファイバ９’に送出する。このような模擬線路を用いて得られた実験結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2008244663.tif 000009
【００４３】
表１においてＳ（５ｋｍ）は５ｋｍ地点２０に曲げ損失がある場合の戻り光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）、Ｓ（２５ｋｍ）は２５ｋｍ地点２１に曲げ損失がある場合の戻り光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）である。
【００４４】
表１の結果と式（８）により、式（７）の行列要素が既知量となる。このことを利用して、長手方向Δｘｉに依存する未知数ｅ−Ｄｘに対して異常損失係数Ａ（Δｘｉ）をフィッティングパラメータとし、実測値である戻り光パワーＳ（λｉ，Δｘｉ）と計算値Ｓ’（λｉ，Δｘｉ）との差分が最小となるように、最小２乗近似法を用いて位置区間Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とを求めた。なおフィッティングパラメータである異常損失係数Ａ（Δｘｉ）については、０〜１０ｄＢの範囲を０．５ｄＢ間隔で、位置区間Δｘｉについては線路長Ｌ＝３９ｋｍを、通信波長の数を４６として、位置区間Δｘｉ（３９ｋｍ／４６）の間隔で展開した。
【００４５】
計算の結果、５ｋｍ地点２０に曲げ損失がある場合には、４２３９．１ｍの地点に７．０ｄＢ／Δｘｉ（＝１．９×１０−３Ｎｐ／Δｘｉ）の異常損失係数Ａ（Δｘｉ）の曲げ損失が求められた。２５ｋｍ地点２１に曲げ損失がある場合には、２５，４３４．８ｍの地点に７．０ｄＢ／Δｘｉ（＝１．９×１０−３Ｎｐ／Δｘｉ）の異常損失係数Ａ（Δｘｉ）の曲げ損失が求められた。
【００４６】
図７および図８に、この実施形態で算出した値と、波長１５８０ｎｍのＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectmetry）で実測した模擬線路の損失分布波形とを比較した結果を示す。複数の点でプロットした値がこの実施形態で算出した値であり、実線の波形がＯＴＤＲによるものである。
【００４７】
図６は＜５ｋｍ地点２０に曲げ損失がある場合＞で、異常損失発生箇所の位置区間ΔｘｉとＯＴＤＲによる異常損失位置との差は７２１ｍと示される。図７は＜２５ｋｍ地点２１に曲げ損失がある場合＞で、異常損失発生箇所の位置区間ΔｘｉとＯＴＤＲによる異常損失位置との差は８４５ｍと示される。以上のことから、５ｋｍに曲げをもつ模擬線路、および２５ｋｍに曲げをもつ模擬線路のいずれも、１ｋｍ以内の精度で、約７ｄＢの異常損失が発生していることを検出できた。
【００４８】
図８は、曲がり強度の違いに伴う異常損失係数Ａ（Δｘｉ）の波長依存性を示す図である。図５の実験では異常損失係Ａ（Δｘｉ）を１．９×１０−３（Ｎｐ／Δｘ）としており、図８の破線２５と照らし合わせると、曲げ半径ｒとして５〜７ｍｍの範囲にあることが推定できる。なお、実験で用いた模擬線路に与えた曲げ損失は、半径５ｍｍのマンドリルで作成したものであった。以上から、本実施形態での異常損失の大きさとその発生区間の推定に有効であることが確認できた。
【００４９】
以上説明したようにこの実施形態では、監視対象の光ファイバ９の、波長多重光１１に多重された各波長光の送信パワーＩｏ（λｉ）と、正常時の戻り光パワーＳＡ（λｉ，Δｘｉ）と、異常時の戻り光パワーＳＢ（λｉ，Δｘｉ）とを測定する。そして各測定値から、式（７）により異常損失位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とをパラメータとして戻り光パワーＳ’を算出し、その値が異常時の戻り光パワーＳＢ（λｉ，Δｘｉ）に近づくように、異常損失位置Δｘｉと異常損失係数Ａ（Δｘｉ）とを決めるようにしている。
【００５０】
このようにしたので、既存技術のように、所要の光学特性を有する光フィルタや監視用光源をもつ必要が無くなる。さらに試験専用の波長の光を必要とすることも無い。従って監視設備のコストを抑制できる効果がある。さらに、データ伝送用の光信号をそのまま用いることができるので、インサービス試験を実施することも可能になる。すなわち監視設備費を削減すると同時に、波長多重光伝送システムのように高パワーな伝送システムにおいても、サービス中に光線路の損失増加を検出し、異常損失の大きさとその異常損失区間を推定することができるようになる。これにより監視設備コストを削減するとともにシステムの信頼性の向上を促すことも可能になる。これらのことから、波長多重光伝送システムの光線路をインサービスで高精度に監視することの可能な光線路監視方法、光線路監視システム、および光線路監視装置とそのプログラムの有効性が確認できた。
【００５１】
なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明に係わる光線路監視システムの実施の形態を示す図。
【図２】図１の監視装置１００の機能ブロック図。
【図３】図１のシステムにおける異常損失区間の発生箇所を推定する手順を示すフローチャート。
【図４】光線路における透過光と後方散乱光の減衰曲線を示す模式図。
【図５】図２の監視装置１００を用いて光線路を監視するシステムの例を示す図。
【図６】波長多重光１１の送出点から５ｋｍ地点２０に曲げ損失がある場合に、本発明の実施形態で得た結果とＯＴＤＲで得られる結果とを比較して示す図。
【図７】波長多重光１１の送出点から２５ｋｍ地点２１に曲げ損失がある場合に、本発明の実施形態で得た結果とＯＴＤＲで得られる結果とを比較して示す図。
【図８】曲がり強度の違いに伴う異常損失係数Ａ（Δｘｉ）の波長依存性を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
１−１〜１−ｎ…送信部、２…波長多重部、２’…波長分波部、３…波長無依存性光カプラ、４…信号光パワー測定ポート、５…後方散乱光パワー測定ポート、６…光ポート選択スイッチ、７…波長選択フィルタ、８…光パワーメータ、９…光ファイバ、１０−１〜１０−ｎ…受信部、１１…波長多重光、１２…戻り光、１００…監視装置、Ｌ…通信回線、１７…波長可変光源、１８…広帯域光源、３’…波長多重用カプラ、１９…終端器、９’…光ファイバ、２０，２１…曲げ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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