(57)【要約】【課題】インサービス時に使用しても、主信号光の伝送特性の劣化を生じないＯＴＤＲ技術に基づく光増幅中継伝送路のインサービス監視装置を提供する。【解決手段】主信号光の波長と異なる波長で相関符号で変調された探査光パルス列を出力する探査光パルス列出力手段と、主信号光と探査光パルス列を合波し光増幅器を含む第１の光増幅中継伝送路へ入力する合波手段と、第１の光増幅中継伝送路で探査光パルス列の伝搬により発生し戻ってきた後方散乱光を受光して電気信号に変換する受光手段と、電気信号と相関符号との相関処理を行い探査光パルス列が送信されてからの経過時間に対応した受光レベルを表示する表示手段とを備えた装置において、探査光パルス列の各パルス幅は第１の光増幅中継伝送路の光増幅器の過渡応答の利得飽和時間より短く、かつパルス間隔が光増幅器の過渡応答の利得回復時間より長く設定する。【選択図】　　　　図１
2004032420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主信号光の波長と異なる波長で、相関符号で変調された探査光パルス列を出力する探査光パルス列出力手段と、
前記主信号光と前記探査光パルス列を合波し、光増幅器を含む第１の光増幅中継伝送路へ入力する合波手段と、
前記第１の光増幅中継伝送路で前記探査光パルス列の伝搬により発生し、戻ってきた後方散乱光を受光して電気信号に変換する受光手段と、
前記電気信号と前記相関符号との相関処理を行い、前記探査光パルス列が送信されてからの経過時間に対応した受光レベルを表示する表示手段と
を備えた光増幅中継伝送路のインサービス監視装置において、
前記探査光パルス列の各パルス幅は前記第１の光増幅中継伝送路の光増幅器の過渡応答の利得飽和時間より短く、かつパルス間隔が光増幅器の過渡応答の利得回復時間より長く設定された
ことを特徴とする光増幅中継伝送路のインサービス監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光増幅中継伝送路のインサービス監視装置において、
前記第１の光増幅中継伝送路の光増幅器に主信号光の伝搬方向に応じた光アイソレータが接続されるときに、その伝搬方向と逆方向に主信号光を伝搬する第２の光増幅中継伝送路を介して、前記第１の光増幅中継伝送路で発生した後方散乱光を第２の光増幅中継伝送路の主信号光に合波して伝搬する手段と、
前記第２の光増幅中継伝送路を伝搬する主信号光から前記後方散乱光を分波して前記受光手段に入力する分波手段と
を備えたことを特徴とする光増幅中継伝送路のインサービス監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送路上に光増幅器が配置された光増幅中継伝送路をサービス提供時に監視して障害位置の標定等を行う光増幅中継伝送路のインサービス監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送路を伝搬する光信号は微量ではあるが、散乱を受けてその一部が後方散乱光として光信号の入力端に戻ってくる。この性質を利用して後方散乱光を監視することにより、光伝送路の障害位置を標定するＯＴＤＲと呼ばれる技術が広く用いられている。
【０００３】
図３は、ＯＴＤＲ技術の概要を示す。図において、パルス発生器２１から出力されたパルスで光源２２を変調し、生成される探査光パルスを光カプラ２３を介して光伝送路１に入力する。この探査光パルスが光伝送路１を伝搬して発生する後方散乱光を光カプラ２３を介して受光器２４で受信する。表示部２５は、この後方散乱光の受信レベルを探査光パルスが送信されてからの経過時間の関数として表示する。
【０００４】
この経過時間ｔ秒において観測される受信レベルは、探査光パルスが距離ｚの位置で発生した後方散乱光によるものであり、光ファイバを伝搬する光パルスの群速度をＶｇ　とすると、ｚ＝Ｖｇ　・ｔ／２の関係になる。したがって、経過時間から後方散乱光の発生位置が判明するので、例えば光ファイバの局所的な損失増が生じた場合、後方散乱光の受信レベルに変化が発生し、表示部で受信レベルの変化が観測された経過時間より、その損失増が生じている位置の特定が可能になる。
【０００５】
図４は、光増幅中継伝送路に対するＯＴＤＲ技術の概要を示す。図において、図中右方向に光信号を伝搬する光増幅器２Ｒを含む光増幅中継伝送路３Ｒと、図中左方向に光信号を伝搬する光増幅器２Ｌを含む光増幅中継伝送路３Ｌは、対向して配置されるものとし、ここでは光増幅中継伝送路３Ｒを監視対象とする。
【０００６】
光増幅中継伝送路では、光増幅器を安定して動作させるために光増幅器に光アイソレータが接続される場合がある。その場合には、探査光パルスが光増幅中継伝送路３Ｒを伝搬して発生する後方散乱光は、光アイソレータで遮断される。そこで、逆方向に伝搬する後方散乱光を対向する光増幅中継伝送路３Ｌに導く散乱光経路４を設置し、光増幅中継伝送路３Ｒで発生した後方散乱光を光増幅中継伝送路３Ｌを介して伝送し、受光器２４で受信する構成がとられる（参考文献：電子情報通信学会論文誌、ｖｏｌ．Ｊ７８−Ｂ−Ｉ，　ｐｐ．７４５−７５２，　１９９５）。
【０００７】
ところで、図３および図４に示す構成において、ＯＴＤＲの受光器２４の受信レベルＰ（ｔ）　は、探査光パルスのピークパワーをＰｉｎ、探査光パルスの波形をｐ（ｔ）　、光ファイバの散乱光のインパルス応答をｈ（ｔ）　、とすると、
Ｐ（ｔ）　＝Ｐｉｎ［ｐ（ｔ）×ｈ（ｔ）］　　　　　　　…（１）
と表される。ここで、「×」は畳み込み積分を表す。さらに、受光器２４のフィルタのインパルス応答をｒ（ｔ）　とすると、表示部２５の入力信号ｖ（ｔ）　は、
ｖ（ｔ）　＝Ｐｉｎ［ｒ（ｔ）×ｐ（ｔ）×ｈ（ｔ）］　　　…（２）
となる。
【０００８】
探査光パルスは通常、単一の孤立パルスが使用される。しかし、探査光パルスとして、相関符号で変調された光パルス列を使用し、表示部２５に入力される前に使用した相関符号との相関をとる処理を行うと、表示部２５の入力信号ｖ（ｔ）　は、
ｖ（ｔ）　＝Ｐｉｎｐ（ｔ）＊［ｒ（ｔ）×ｐ（ｔ）×ｈ（ｔ）］
＝Ｐｉｎ［ｐ（ｔ）＊ｐ（ｔ）］×［ｒ（ｔ）×ｈ（ｔ）］　　…（３）
となる。ここで、「＊」は相関処理を表す。
【０００９】
この相関符号として、ベーカー符号、ゴーレイ符号、Ｍ系列符号を使用すると、探査光パルスｐ（ｔ）　の自己相関ｐ（ｔ）＊ｐ（ｔ）は、理想的にはＬδ（ｔ）　で近似される。δ（ｔ）　はデルタ関数であり、Ｌは相関符号の符号長である。したがって、
ｖ（ｔ）　＝ＰｉｎＬ［ｒ（ｔ）×ｈ（ｔ）］　　　　　　…（４）
となる。　（２）式と　（４）式を比較すると、探査光パルスとして孤立パルスを使用する場合に比べて、相関符号の光パルス列を使用することにより、表示部２５への入力電圧はＬ倍になっており、信号対雑音比はＬ１／２　に比例して改善される。この相関符号を使用したＯＴＤＲ技術に関しては、文献（例えば、ＩＥＥＥ，Ｊ．ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｖｏｌ．７，　ｎｏ．１，　ｐｐ．２４−３８，　１９８９）に詳述されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ＯＴＤＲは光伝送路に障害が発生した場合に、障害位置を標定するために使用されている。すなわち、非サービス提供時（アウトオブサービス）の監視技術として利用されている。
【００１１】
一方、ＯＴＤＲ技術は、光伝送路の小さい異常（例えは、０．１ｄＢ　程度の局所損失、また６０ｄＢ程度のリターンロス）を感知可能な優れた測定能力を有している。したがって、ＯＴＤＲ技術をインサービスの伝送路監視手段として使用できれば、大きな障害に発展する可能性のある光伝送路の異常を感知することができ、障害を未然に防止できる利点を享受することができる。
【００１２】
しかし、光伝送路上に光増幅器が配置された光増幅中継伝送路に、探査光パルスをインサービス時に伝搬させると、光増幅器の増幅エネルギーが探査光パルスにも供給されるので、主信号光が光増幅器から受ける利得が減少し、主信号光の伝送特性が劣化する問題があった。
【００１３】
本発明は、インサービス時に使用しても、主信号光の伝送特性の劣化を生じないＯＴＤＲ技術に基づく光増幅中継伝送路のインサービス監視装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主信号光の波長と異なる波長で、相関符号で変調された探査光パルス列を出力する探査光パルス列出力手段と、主信号光と探査光パルス列を合波し、光増幅器を含む第１の光増幅中継伝送路へ入力する合波手段と、第１の光増幅中継伝送路で探査光パルス列の伝搬により発生し、戻ってきた後方散乱光を受光して電気信号に変換する受光手段と、電気信号と相関符号との相関処理を行い、探査光パルス列が送信されてからの経過時間に対応した受光レベルを表示する表示手段とを備えた光増幅中継伝送路のインサービス監視装置において、探査光パルス列の各パルス幅は第１の光増幅中継伝送路の光増幅器の過渡応答の利得飽和時間より短く、かつパルス間隔が光増幅器の過渡応答の利得回復時間より長く設定する。
【００１５】
また、第１の光増幅中継伝送路の光増幅器に主信号光の伝搬方向に応じた光アイソレータが接続されるときに、その伝搬方向と逆方向に主信号光を伝搬する第２の光増幅中継伝送路を介して、第１の光増幅中継伝送路で発生した後方散乱光を第２の光増幅中継伝送路の主信号光に合波して伝搬する手段と、第２の光増幅中継伝送路を伝搬する主信号光から後方散乱光を分波して受光手段に入力する分波手段とを備える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光増幅中継伝送路のインサービス監視装置の構成例を示す。図において、相関符号発生器１１から出力された相関符号で光源１２を変調し、探査光パルス列が生成される。光源１２の波長は主信号光の波長とは異なっている。この探査光パルス列と主信号光は合波器１３で合波され、光増幅器２Ｒを含む光増幅中継伝送路３Ｒに入力される。この探査光パルス列が光増幅中継伝送路３Ｒを伝搬して発生する後方散乱光は、散乱光経路４を介して対向する光増幅中継伝送路３Ｌに入力され、光増幅中継伝送路３Ｌを伝搬する主信号光に合波される。光増幅中継伝送路３Ｒで発生し、光増幅中継伝送路３Ｌを介して伝搬された後方散乱光は、分波器１４で主信号光と分波され、受光器１５で電気信号に変換される。相関処理部１６は、相関符号発生器１１からの相関符号と、受光器１５からの信号の相関演算を行う。表示部１７は、この演算結果を探査光パルス列が送信されてからの経過時間の関数として表示する。
【００１７】
以上の構成は上述した従来の技術を組み合わせたものであるが、本発明の特徴は、探査光パルス列の各パルス幅は光増幅中継伝送路３Ｒに配置されている光増幅器２Ｒの過渡応答の利得飽和時間より短く、かつパルス間隔が光増幅器２Ｒの過渡応答の利得回復時間より長く設定するところにある。以下、その作用について、光増幅器の過渡応答を示す図２を参照して説明する。
【００１８】
図２（ａ）　は、探査光パルスのパルス幅が光増幅器の過渡応答の利得飽和時間より長い場合の光増幅器の出力パワーの時間変化を示す。
【００１９】
主信号光が光増幅器で増幅されているときに、主信号光と異なる波長の探査光パルスが入力すると、主信号光のみに供給されていた光増幅器の増幅エネルギーが探査光パルスにも供給されるので、主信号光が受ける増幅エネルギーが減少して主信号光の出力パワーが低下し始める。そして、主信号光と探査光パルスの合計出力パワーが主信号光単独のときの出力パワーに一致した後は、出力パワーは一定した値になる。この一定値にほぼ安定するまでの時間を「利得飽和時間」という。また、探査光パルスが光増幅器を通過すると、光増幅器の増幅エネルギーの全てが主信号光に供給されるようになるので、主信号光の出力パワーはゆるやかに回復して元の値に安定する。このほぼ安定するまでの時間を「利得回復時間」という。
【００２０】
図２（ｂ）　は、探査光パルス列のパルス幅が光増幅器の過渡応答の利得飽和時間よりも短く、パルス間隔が光増幅器の過渡応答の利得回復時間よりも長い場合の光増幅器の出力パワーの時間変化を示す。
【００２１】
主信号光が光増幅器で増幅されているときに、主信号光と異なる波長の探査光パルスが入力すると、同様に主信号光の出力パワーが低下し始めるが、大きく減少する前に探査光パルスが光増幅器を通過してしまうので、主信号光の出力パワーはすぐに元の値に向かって増加を始める。また、探査光パルス列のパルス間隔を利得回復時間よりも長く設定しているので、探査光パルスの通過による主信号光の微小な出力変動は収まって主信号光の出力パワーが元の値に回復した後に、次の探査光パルスが入力されることになる。したがって、探査光パルス列が主信号光とともに光増幅器を通過しても、主信号光パワーはほとんど変化せず、探査光パルスがない場合の出力パワーに保たれ、主信号光の伝送性能に劣化は生じない。
【００２２】
なお、光通信システムに広範に使用されている光増幅器であるエルビウム添加光ファイバ増幅器では、入力光パワーや利得等の条件に依存するが、一般に利得飽和時間および利得回復時間は数百μ秒程度であることが知られている（参考文献：Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，　Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　Ｓｏｎｓ，　１９９４）　。したがって、本発明では例えば、探査光パルス列のパルス幅が　１００μ秒より十分に短く、かつパルス間隔が　１００μ秒より長くなるように設定される。
【００２３】
以上説明したように、図１において、探査光パルス列の各パルス幅が光増幅器２Ｒの過渡応答の利得飽和時間より短く、かつパルス間隔が光増幅器２Ｒの過渡応答の利得回復時間より長く設定することにより、探査光パルス列が主信号光と一緒に光増幅中継伝送路３Ｒを伝搬しても、主信号光が光増幅器２Ｒから受ける利得をほとんど変化させないので、主信号光の伝送特性の劣化を生じさせない。一方、光増幅中継伝送路３Ｒで発生した後方散乱光は、散乱光経路４、光増幅中継伝送路３Ｌを介して分波器１４に入力され、主信号光から分離されて受光器１５に受信される。この後方散乱光はパワーが非常に小さいので、光増幅中継伝送路３Ｌを伝搬する主信号光が光増幅器２Ｌから受ける利得をほとんど変化させない。
【００２４】
また、本発明では、相関符号で変調した探査光パルス列を用い、その後方散乱光を受光して相関処理する構成により、探査光パルスのパワーを低くしても表示部１７の入力として高い信号対雑音比を得ることができる。すなわち、探査光パルスのパワーを低くできるので、探査光パルスが光増幅器２Ｒを通過する際に生じる主信号光の利得低下を低く抑えることができる。すなわち、この相関符号を用いることによる探査光パルスのパワーの低下と、パルス幅およびパルス間隔の工夫により、探査光パルスが主信号光に与える影響を最小限に抑えることができ、インサービス時の光増幅中継伝送路の監視が可能になる。
【００２５】
なお、以上の説明では、光増幅中継伝送路の光増幅器に光アイソレータが接続されるものとして説明したが、光アイソレータを用いず光増幅器を双方向型とした場合には、光増幅中継伝送路を逆方向に伝搬する後方散乱光を、送信する主信号光および探査光パルス列と分離して受光器１５に入力するようにすればよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光増幅中継伝送路のインサービス監視装置では、探査光パルス列の各パルス幅を光増幅器の過渡応答の利得飽和時間より短く、かつパルス間隔が光増幅器の過渡応答の利得回復時間より長く設定することにより、探査光パルス列と主信号光を一緒に光増幅中継伝送路に伝搬させても、主信号光が光増幅器から受ける利得にほとんど変化はなく、主信号光の伝送性能に劣化を与えることはないので、インサービス時の伝送路監視が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光増幅中継伝送路のインサービス監視装置の構成例を示す図。
【図２】光増幅中継伝送路の光増幅器の過渡応答を説明する図。
【図３】ＯＴＤＲ技術の概要を示す図。
【図４】光増幅中継伝送路に対するＯＴＤＲ技術の概要を示す図。
【符号の説明】
１　　光伝送路
２Ｒ，２Ｌ　光増幅器
３Ｒ，３Ｌ　光増幅中継伝送路
４　　散乱光経路
１１　相関符号発生器
１２　光源
１３　合波器
１４　分波器
１５　受光器
１６　相関処理部
１７　表示部
２１　パルス発生器
２２　光源
２３　光カプラ
２４　受光器
２５　表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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