(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の伝送路から伝送されてきた波長多重信号を増幅し第二の伝送路へ送出する光伝送装置であって、
前記波長多重信号を、複数の波長帯域の波長多重信号に分離する波長分離器と、
光出力強度情報に基づいて光出力強度を制御する出力制御部と、利得傾斜情報に基づいて利得傾斜特性を可変に制御する利得傾斜制御部とを備えて、前記複数の波長帯域の波長多重信号毎に一括増幅する複数の光増幅器とを有し、
前記光出力強度情報と前記利得傾斜情報とは、
前記伝送路の光ファイバの有効距離Leffを、eを自然対数の底とし、αを前記光ファイバの損失率とし、ＺＫをスパンK（K=１〜ｋ−１）における前記光ファイバの光ファイバ長とするとき、
0004686906.tif 000011
とし、
前記スパンのうちのスパンKの前記光ファイバの出力端における、誘導ラマン散乱によって発生する光多重信号の出力強度の波長に対する傾きΔＫを、ｇをラマン利得係数とし、ΣＰｉを前記スパンにおいて前記光ファイバに入力される光多重信号の入力端におけるｉを１〜多重波長数（Ｎ）とするときの光出力強度の総和とし、Ａをファイバの断面積とするとき、
0004686906.tif 000012
とし、
前記スパンのうちのスパンjの受信端における周波数ｆｈの光信号の前記誘導ラマン散乱に基づく出力強度の変化量ΔＧｊ、ｆｈを
0004686906.tif 000013
とするときに、
0004686906.tif 000014
と規定される、前記誘導ラマン散乱による波長間の光信号対雑音比偏差に基づいて設定されることを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
請求項１記載の光伝送装置であって、
前記複数の光増幅器は、それぞれの増幅帯域内の光出力をほぼ同一となるように制御することによって、前記第一の伝送路で生じた誘導ラマン散乱による前記波長多重信号の波長間光強度偏差を抑圧することを特徴とする光伝送装置。
【請求項３】
伝送路から伝送されてきた波長多重信号を増幅する光伝送装置であって、
前記波長多重信号を複数の異なる波長帯域の波長多重信号に分離する波長分離器と、
前記複数の波長多重信号を各々一括増幅する複数の光増幅器とからなり、
前記複数の光増幅器は、光出力強度情報に基づいて光出力強度を制御する出力制御部と
、利得傾斜情報に基づいて利得傾斜特性を可変に制御する利得傾斜制御部とを備え、
前記光出力強度情報と前記利得傾斜情報とは、
前記伝送路の光ファイバの有効距離Leffを、eを自然対数の底とし、αを前記光ファイバの損失率とし、ＺＫをスパンK（K=１〜ｋ−１）における前記光ファイバの光ファイバ長とするとき、
0004686906.tif 000015
とし、
前記スパンのうちのスパンKの前記光ファイバの出力端における、誘導ラマン散乱によって発生する光多重信号の出力強度の波長に対する傾きΔＫを、ｇをラマン利得係数とし、ΣＰｉを前記スパンにおいて前記光ファイバに入力される光多重信号の入力端におけるｉを１〜多重波長数（Ｎ）とするときの光出力強度の総和とし、Ａをファイバの断面積とするとき、
0004686906.tif 000016
とし、
前記スパンのうちのスパンjの受信端における周波数ｆｈの光信号の前記誘導ラマン散乱に基づく出力強度の変化量ΔＧｊ、ｆｈを
0004686906.tif 000017
とするときに、
0004686906.tif 000018
と規定される、前記誘導ラマン散乱による波長間の光信号対雑音比偏差に基づいて設定されることを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】
請求項３記載の光伝送装置であって、
前記複数の光増幅器は、それぞれの増幅帯域内の光出力をほぼ同一となるように制御することによって、前記伝送路で生じた誘導ラマン散乱による前記波長多重信号の波長間光強度偏差を抑圧することを特徴とする光伝送装置。
【請求項５】
請求項３記載の光伝送装置であって、
前記複数の光増幅器は、前記伝送路で生じる誘導ラマン散乱による受信端における波長間の光信号対雑音比偏差を抑圧することを特徴とする光伝送装置。
【請求項６】
伝送路から伝送されてきた波長多重信号を増幅する光伝送装置であって、
前記波長多重信号を短波長多重信号と長波長多重信号に分離する第一の波長分離器と、
前記短波長多重信号を一括増幅する第一の光増幅器と、
前記長波長多重信号を一括増幅する第二の光増幅器と、
前記第一の光増幅器にて増幅された短波長多重光を個別の波長光信号に分離する第二の波長分離器と、
前記第二の光増幅器にて増幅された長波長多重光を個別の波長光信号に分離する第三の波長分離器とからなり、
前記第一の光増幅器と前記第二の光増幅器とは、光出力強度情報に基づいて光出力強度を制御する出力制御部と、利得傾斜情報に基づいて利得傾斜特性を可変に制御する利得傾斜制御部とを備え、
前記光出力強度情報と前記利得傾斜情報とは、
前記伝送路の光ファイバの有効距離Leffを、eを自然対数の底とし、αを前記光ファイバの損失率とし、ＺＫをスパンK（K=１〜ｋ−１）における前記光ファイバの光ファイバ長とするとき、
0004686906.tif 000019
とし、
前記スパンのうちのスパンKの前記光ファイバの出力端における、誘導ラマン散乱によって発生する光多重信号の出力強度の波長に対する傾きΔＫを、ｇをラマン利得係数とし、ΣＰｉを前記スパンにおいて前記光ファイバに入力される光多重信号の入力端におけるｉを１〜多重波長数（Ｎ）とするときの光出力強度の総和とし、Ａをファイバの断面積とするとき、
0004686906.tif 000020
とし、
前記スパンのうちのスパンjの受信端における周波数ｆｈの光信号の前記誘導ラマン散乱に基づく出力強度の変化量ΔＧｊ、ｆｈを
0004686906.tif 000021
とするときに、
0004686906.tif 000022
と規定される、前記誘導ラマン散乱による波長間の光信号対雑音比偏差に基づいて設定されることを特徴とする光伝送装置。
【請求項７】
請求項６記載の光伝送装置であって、
前記第一の光増幅器と前記第二の光増幅器とは、それぞれの増幅帯域内の光出力をほぼ同一となるように制御することによって、前記伝送路で生じた誘導ラマン散乱による前記波長多重信号の波長間光強度偏差を抑圧することを特徴とする光伝送装置。
【請求項８】
請求項６記載の光伝送装置であって、
前記第一の光増幅器と前記第二の光増幅器とは、前記伝送路で生じる誘導ラマン散乱による受信端における波長間の光信号対雑音比偏差を抑圧することを特徴とする光伝送装置。
【請求項９】
伝送路へ送出する波長多重信号を増幅する光伝送装置であって、
それぞれ異なる波長の光信号を送出する複数の光送信器と、
前記光送信器から出力された信号のうち短波長の信号を合波して短波長多重信号を出力する第一の波長号波器と、
前記光送信器から出力された信号のうち長波長の信号を合波して長波長多重信号を出力する第二の波長号波器と、
短波長多重信号を一括増幅する第一の光増幅器と、
長波長多重信号を一括増幅する第二の光増幅器と、
前記短波長多重信号と前記長波長多重信号を波長多重信号に合波する第三の波長合波器とからなり、
前記第一の光増幅器と前記第二の光増幅器とは、光出力強度情報に基づいて光出力強度を制御する出力制御部と、利得傾斜情報に基づいて利得傾斜特性を可変に制御する利得傾斜制御部とを備え、
前記光出力強度情報と前記利得傾斜情報とは、
前記伝送路の光ファイバの有効距離Leffを、eを自然対数の底とし、αを前記光ファイバの損失率とし、ＺＫをスパンK（K=１〜ｋ−１）における前記光ファイバの光ファイバ長とするとき、
0004686906.tif 000023
とし、
前記スパンのうちのスパンKの前記光ファイバの出力端における、誘導ラマン散乱によって発生する光多重信号の出力強度の波長に対する傾きΔＫを、ｇをラマン利得係数とし、ΣＰｉを前記スパンにおいて前記光ファイバに入力される光多重信号の入力端におけるｉを１〜多重波長数（Ｎ）とするときの光出力強度の総和とし、Ａをファイバの断面積とするとき、
0004686906.tif 000024
とし、
前記スパンのうちのスパンjの受信端における周波数ｆｈの光信号の前記誘導ラマン散乱に基づく出力強度の変化量ΔＧｊ、ｆｈを
0004686906.tif 000025
とするときに、
0004686906.tif 000026
と規定される、前記誘導ラマン散乱による波長間の光信号対雑音比偏差に基づいて設定されることを特徴とする光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバを用いて伝送する波長多重用光伝送装置および波長多重信号の光増幅方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムの大容量化の手段として、波長の異なる複数の光信号を一本の光ファイバを用いて伝送する波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムが実用化されている。また、エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光ファイバアンプ（以下、光アンプ）は広い波長範囲に対して一括に増幅し得る特性を持つ。このため、ＷＤＭと光アンプとを組み合わせることにより、波長の異なる複数の光信号を一括して増幅するので、簡素な構成で、経済的、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００３】
しかしながら、このようなＷＤＭ光増幅伝送方式ではファイバへの光入力レベルが高くなるため、非線型効果という伝送特性を劣化させる問題が顕在化することとなった。そのような非線形効果の一つに誘導ラマン散乱（ＳＲＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）による過剰損失、過剰利得の問題がある。
【０００４】
ＳＲＳは非線型光学過程であり、光ファイバへの入力信号の一部が励起光として作用し、ファイバ中のより低周波数側の信号光と相互作用することにより、高周波数側の信号光から低周波数側の信号光へとエネルギーが移動する。ＳＲＳは全ての光ファイバで発生し、その強さは光ファイバの種類や、前述のエネルギーが移動する光信号間の周波数差にのみ依存する。
【０００５】
また、エネルギーの移動は、全光出力強度の和に比例して大きいものとなるので、ＷＤＭ装置に収容される波長数が多く、収容される帯域が広いほど、移動するエネルギーが増加するため、影響が顕著に現れる。さらに、伝送距離が長くなるほど、現れる影響は一層顕著になる。
【０００６】
このため、異なる波長の信号を収容するＷＤＭ装置においては、受信端において波長毎に光出力強度が異なり、この結果、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）が波長毎に異なるといった問題が生じる。また、ファイバ伝送中の光出力強度も波長毎に異なるため、受信波形は、自己位相変調や波長分散、周波数チャープと結合することにより波長毎に異なった波形歪みや伝送エラーを生じ、波長毎に伝送距離が異なるといった問題が生じる。
【０００７】
従来のＷＤＭ装置運用状態では、収容される光信号の波長数や帯域が比較的少なかったため、ＳＲＳによる影響もそれほど大きくなかった。しかし、近年の通信トラヒックの増大に従い、ＷＤＭ装置に対しても収容波長数の増加、および収容帯域の拡大が要求されるようになった。このため、ＳＲＳによる影響が軽視できないようになり、ＷＤＭ装置において設計当初の想定収容波長を全て収容するとＳＲＳによる影響が増大し、伝送不可能な状態になることが近年学会等で報告されるようになってきた。
【０００８】
従来、ＷＤＭ装置を用いた伝送システムでは、搭載される光アンプの利得偏差(ゲインチルト)や伝送路の損失波長依存性などによる影響については考慮されているものもあった。例えば、特開平８−２２３１３６に記載されている光アンプで発生する利得偏差を抑圧し最小のＯＳＮＲを得る方法や、特開平１１−５５１８２に記載されている受信端での光信号レベルの偏差とＯＳＮＲを最小にする方法などである。
【０００９】
これらの発明は、光アンプに入力される光信号が、常に一定の光出力強度となる場合、つまり波長数増加や減少に伴って、伝送損失や光アンプ利得偏差などが変動しない場合は有効である。しかし、収容される波長数および波長帯域によって、光出力強度が異なる場合については考慮されていない。
【００１０】
また、特開２０００−１８３８１８では、送信側の各光波長信号強度を調整すること（プリエンファシス）によって、受信側でのＯＳＮＲを一定にする方法が提案されている。しかし、収容する波長数や帯域によっては、発生する信号レベル偏差は極めて大きくなり、プリエンファシスで補償しうるレベル偏差を超過することも考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、光信号の受信端における信号対雑音比の信号間偏差を補償することができる波長分割多重用伝送装置を提供することにある。このような偏差の発生要因としては、幾つかの要因が考えられるが、本発明では、特に光信号がファイバ伝送中に受ける誘導ラマン散乱によるものを補償することを目的とする。
【００１２】
また、このような誘導ラマン散乱によって生ずる信号対雑音比の信号間偏差を補償するため、予めその偏差量を光アンプの出力強度特性から算出する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
そして、このようにして算出した信号対雑音比の信号間偏差に基づき、それを補償するような光アンプの出力特性を得る、具体的な装置構成方法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、波長分割多重伝送を行う光伝送装置において、光信号の受信端における信号対雑音比の信号間偏差を補償するため、特に光信号がファイバ伝送中に受ける誘導ラマン散乱による光出力強度の偏差に起因するものに着目して、これを補償するようにした。このため、光信号の入力端における出力強度を調整するようにした。
【００１５】
また、このような誘導ラマン散乱によって生ずる信号対雑音比の信号間偏差を見積もるため、光信号の入力端における出力強度と、ファイバの断面積と、誘導ラマン散乱等の非線形効果が実際に発生する有効距離と、ラマン利得係数とから、光信号の受信端における光出力強度の偏差を算出し、さらにその出力強度偏差を用いて信号対雑音比の信号間偏差を算出するようにした。
【００１６】
そして、このようにして算出した信号対雑音比の信号間偏差から、それを補償するような光信号の入力端における出力強度を逆算して、光伝送装置の各スパンにおける増幅帯域別のアンプの出力強度が格納されている偏差テーブルに反映させるようにした。
【００１７】
さらに、この偏差テーブルに設定された特性を実現するため、各光アンプにはその増幅帯域の平均出力強度と、増幅帯域内の出力強度の波長に対する偏差とを同時に可変制御可能である機能を持たせた。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図1は、前述のＳＲＳによる影響を説明するための図である。横軸は周波数、縦軸は波長多重されている光信号強度のスペクトル（出力レベル）を示している。ここで、Ｂ、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２で示すそれぞれの波長帯は例えば、 １５３０ｎｍ〜１５４５ｎｍ、１５４５ｎｍ〜１５６０ｎｍ、１５６０ｎｍ〜１５７５ｎｍ、１５７５ｎｍ〜１５９０ｎｍである。
図１（ａ）に示すように、ＷＤＭ伝送時にファイバ入力端において、全ての波長帯（Ｂ、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２）に渡って一定の光出力強度を維持したとしても、ファイバ出力端での光出力強度は波長毎に異なり、図１（ｂ）に示すように短波長側ほど低く、かつ長波長側ほど高くなる。これは前述のように、短波長側の信号から長波長側の信号へとエネルギーが移動するためである。
【００１９】
図２は本発明の実施例における波長分割多重光伝送システムの基本的な装置構成である。図２において１００は送信端局、２００は中継局、３００は受信端局を、また４００は光ファイバ伝送路を示す。５００はシステム全体の監視や制御を行うため、別途設けられた監視制御装置である。本構成では、前述した４つの波長帯域毎（Ｂ、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２）に別個の光アンプで増幅する。また、各光アンプには、いずれもｎ個の別波長の光信号が多重されて入力するものとする。
【００２０】
送信端局１００の光送信器１０１（１）〜１０１（ｎ）は、それぞれBバンド内の異なる波長にて光信号を送出する。送出された光信号は波長合波器１０２（１）にて波長多重された後、プリアンプ１０３（１）にて増幅され、波長合波器１０４へ入力される。同様にして、Ｒバンドの波長信号光、Ｌ１バンドの波長信号光、Ｌ２バンドの波長信号光が波長合波器１０４へ入力される。波長合波器１０４では各プリアンプ１０３（１）〜（４）から送出された光信号を波長多重して、光ファイバ伝送路４００（１）へ送出する。
【００２１】
中継局２００では、入力した波長多重光を波長分波器２０５にて、前記の４つの帯域（Ｂ、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２）へ分波し、各ラインアンプ２０３（１）〜（４）で、帯域毎に光ファイバ４００（１）における伝送損失を補償すべく光増幅する。増幅後の光信号は波長合波器２０４にて再度波長多重され、光ファイバ伝送路４００（２）へ送出される。図２では省略してあるが、この後、複数の中継局にて同様に光増幅された後、最終スパンの光ファイバ４００（ｋ−１）を経て、多重光信号は受信端局３００へ到達する。
【００２２】
受信端局３００では、入力した波長多重光を波長分波器３０５にて前記の４つの帯域（Ｂ、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２）へ分波した後、各ポストアンプ３０３（１）〜（４）でそれらの帯域毎に光増幅する。増幅された光信号は、各光分波器３０６（１）〜（４）にて個々の光波長信号へ分波された後、各々光受信器３０７にて受信される。
【００２３】
本発明の第１の実施例として、図２における各アンプ（プリアンプ１０３、ラインアンプ２０３、ポストアンプ３０３）のトータルの出力強度が帯域間（Ｂ、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２）で同一となるように制御（平均利得等価）する構成を説明する。図７は、第１の実施例に用いる前記光アンプの構成を示したものである。
【００２４】
図７において、光アンプ７００は、光入力信号７０５を増幅して光出力信号７０６として出力するアンプ７０１と、アンプ７０１の出力強度を制御する出力レベル制御部７０３と、外部から設定された光信号の出力強度７０７を記憶する出力レベル設定部７０４と、光出力信号７０６と目標出力レベル設定部７０４の両者の光出力強度を比較する比較器７０２とからなる。
【００２５】
出力レベル制御部７０３は、比較器７０２からの比較結果に基づき、光出力信号７０６の光出力強度が出力レベル設定部７０４の値に比べて小さいときは、アンプ７０１の出力強度をより大きくなるよう制御する。また、前記比較結果が逆の場合、アンプ７０１の出力強度をより小さくなるように制御する。
【００２６】
図４は第１の実施例での各観測ポイントにおける、信号および雑音の出力スペクトルを示しており、図３に示すように、縦線が信号成分、黒塗り部分が雑音成分を示す。また、図４において各スペクトルの左上の数字（１２０（１）〜（４）、２２０（１）〜（４）、２３０（１）〜（４）、３３０（１）〜（４））は、図２に同一の符号と矢印にて示す観測ポイントに対応している。プリアンプ１０３（１）〜（４）から出力された段階でのスペクトルは、１２０（１）〜（４）のように各帯域のアンプ毎に同じ特性を示す。
【００２７】
しかし、伝送路４００（１）を伝搬中にＳＲＳによる影響が現れるため、伝送後のスペクトルは２２０（１）〜２２０（４）のように、帯域内あるいは帯域間いずれにおいても長波長側の帯域ほどスペクトルが大きくなる。この後、ラインアンプ２０３にて平均利得等価した結果、２３０（１）〜（４）に示すように平均的な出力強度、すなわち各帯域内の信号分および雑音分を合わせたトータルの光出力強度については各帯域間で同一となっている。しかし各帯域内のレベル偏差は利得等価機能では補償できないため残存している。さらに、数段の伝送路４００および中継局２００を通過した後の各帯域毎のスペクトルは、３３０（１）〜（４）に示すように偏差が一層大きくなっている。
【００２８】
以上説明した本発明の第１の実施例によれば、プリアンプ１０３出力後の特性１２０（１）〜（４）は、ＳＲＳの影響がないため、ＯＳＮＲに波長依存性は見られない。また、分割した帯域毎にトータルの光出力強度が一定となるようにアンプを制御しているので、ある程度の伝送距離まではＳＲＳの影響を補償することができる。
【００２９】
しかし、より後段の光ファイバやラインアンプ、ポストアンプ出力後では、帯域内あるいは帯域間いずれにおいても短波長側ほどＯＳＮＲの劣化が大きい。このため、光受信器３０７では、同一帯域の短波長ほど伝送特性が劣化する。また、この程度は帯域間でも短波長側ほど顕著である。これは、各光アンプでは信号成分も雑音成分も一括して増幅されるため、ＳＲＳの影響で出力強度が低下した低波長側では、アンプの出力強度等価機能によって、相対的に雑音成分が増加するからである。
【００３０】
なお、本実施例では簡単のため、各帯域の波長数は全てｎとし、トータルの出力強度が帯域間で一定とした。波長数が異なる場合には、波長あたりの出力強度を一定とすればよい。これは以下に説明する第２の実施例でも同様である。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施例として、図２のプリアンプ１０３、ラインアンプ２０３、ポストアンプ３０３に対して入力レベルの波長依存性を補償し、出力強度が各々の帯域内で均一になるような特性を持つようにした場合（利得偏差補償）を説明する。利得偏差を補償する方法としては、光アンプの後段に波長依存性を有する光フィルタを設け、その対波長透過特性を個々のアンプ毎にチューニングすることで実現可能である。
【００３２】
図５は本発明の第2の実施例における出力スペクトルである。ここでは、２２０（１）〜（４）に見られるＳＲＳによって発生した利得偏差が、ラインアンプ２０３出力後では２３０（１）〜（４）に示すように補償され、平坦なスペクトルが得られる。また、ポストアンプ３３０出力後の特性においても、同様に平坦なスペクトルが得られている。
【００３３】
以上説明した本発明の第二の実施例によれば、分割した帯域毎に波長間の光出力強度が一定となるようにアンプを制御しているので、やはり、ある程度の伝送距離まではＳＲＳの影響を補償することができる。しかし、第一の実施例と同様に信号成分と雑音成分とを一括して増幅する結果、ＳＲＳの影響で出力強度が低下した低波長側については、相対的に雑音成分が増加し、ＯＳＮＲが劣化する。
【００３４】
次に、本発明の第三の実施例について説明する。
図６は、第１の実施例および第２の実施例において発生する、ＯＳＮＲの帯域内および帯域間の偏差を示したものである。ここでは横軸に光多重信号の波長および周波数、縦軸にＳＲＳによるＯＳＮＲの偏差量（ΔＯＳＮＲ）を示している（ただし横軸は、右方向が波長の増加する向きを示し、左方向が周波数の増加する向きを示す）。ΔＯＳＮＲは、ＳＲＳの影響があるときのＯＳＮＲと、その影響がないときのＯＳＮＲ’の比率（差分）である。
【００３５】
また、ΔＯＳＮＲは、ファイバへ収容している全光信号の中心波長ｆｍｉｄ６３０におけるＯＳＮＲを基準としたときの（ΔＯＳＮＲ＝０）、他の周波数の光信号のＯＳＮＲとの差分でもある。これは、ＳＲＳは前述のように全収容帯域の高周波数側から低周波数側に向かってエネルギーが移動することに基づくものであり、バンドの中心（ｆｍｉｄ６３０）ではＯＳＮＲに対して影響がないからである。
【００３６】
図６において、例えばＢバンドでは、その収容信号の最大周波数ｆＢｍａｘ６１１と最低周波数ｆＢｍｉｎ６１０の間で帯域内偏差ＤｉＢ６０１が発生している。同様に、Ｒ、Ｌ１、Ｌ２の各バンドでは、それぞれＤｉＲ６０２、ＤｉＬ１６０３、ＤｉＬ２６０４の帯域内偏差が発生している。また、各バンドの中心波長、すなわちｆＢｍｉｄ６２０、ｆＲｍｉｄ６２１、ｆＬ１ｍｉｄ６２２、ｆＬ２ｍｉｄ６２３を各バンドの基準の周波数と考えれば、それぞれの周波数におけるΔＯＳＮＲすなわち６０５、６０６、６０７、６０８が帯域間の偏差となる。本実施例では、このようなＯＳＮＲの帯域内偏差および帯域間偏差を補償することを目的とする。
【００３７】
図８は、本発明の第３の実施例における光アンプの構成を示すものである。光増幅器８００は図２の各アンプ１０３（１）〜（４）、２０３（１）〜（４）、３０３（１）〜（４）に適用するものである。本光アンプは、多重化された光信号を一括増幅すべく、所定の増幅帯域を有しており、外部からの設定により、収容している光信号の平均的なの光出力強度と、その帯域内の光出力強度の波長間の偏差を調整する機能を有している。
【００３８】
入力端子８０１から入力する光多重信号は、アンプ８０７にて増幅される。増幅された信号８１１は比較器８０９にて、予め出力レベル設定部８１０に設定されている光出力レベルと比較され、両者が一致するように出力レベル制御部８０８にて、アンプ８０７の増幅率が制御される。光出力強度が設定値に制御された光多重信号８１１は、利得傾斜制御部８０５へ入力され、予め利得傾斜設定部８０６へ設定された利得傾斜の特性をもって出力される。利得傾斜制御部８０５は、例えば光の透過特性において波長依存性を有する光フィルタを用い、光の入射角度を可変制御することで、図９に示すように利得傾斜特性を制御できる。
【００３９】
すなわち、図９において９００は利得傾斜特性を信号波長（1／周波数）に対してフラットにした場合であり、９０１、９０２は長波長側（低周波数側）の光出力強度を短波長側（高周波数側）に比べて大きくしたものである。また、９０３はその逆の特性に設定した場合である。
【００４０】
図１０は、本実施例における監視制御装置の構成を示すものである。監視制御装置５００は制御部５０１と偏差テーブル５０２とから構成される。ここで偏差テーブル５０２には、各光アンプに設定する光出力強度と利得傾斜とが格納される。すなわち、ＳＲＳによって発生するＯＳＮＲの偏差を補償できるような、各アンプの光出力強度と利得傾斜を予め算出し、偏差テーブル５０２に登録しておけば、図２の各アンプ１０３、２０３、３０３はそのような特性の光信号を出力することができる。
【００４１】
次に、偏差テーブル５０２に格納する、各光アンプに設定すべき光出力強度と利得傾斜の算出方法を図１１を用いて説明する。図１１は図２の光アンプと光ファイバ、並びに光送信器、光受信器を簡略化して示したものであり、図２で帯域毎に分けて示した送受信器や光アンプを１つにまとめて示している。
【００４２】
まず、スパンK（Ｋ＝１〜ｋ−１）における光ファイバの出力端において、ＳＲＳによって発生する光多重信号の出力強度の波長（周波数）に対する傾きΔＫを、光ファイバの入力端における全光波長信号の出力強度の総和から、[数１]式に従って算出する。
【００４３】
【数１】
0004686906.tif 000002
【００４４】
ここで、ｌｏｇは常用対数である。eは自然対数の底（2.718…）を表す。ｇはラマン利得係数と呼ばれ、光ファイバの材質、長さ等によって一意に決まる量である。また、ΣＰｉは各スパンにおいてファイバに入力される光多重信号の入力端における光出力強度の総和であり、ｉは１〜多重波長数（Ｎ）である。Ａはファイバの断面積を示す。Ｌｅｆｆは有効距離であり、実際にＳＲＳ等の非線形効果が発生する距離を表し、[数２]式で与えられる。
【００４５】
【数２】
0004686906.tif 000003
【００４６】
ここでＺＫはスパンKにおけるファイバ長（伝送距離）であり、αはファイバの損失率で０．２２ｄB/ｋｍ程度の値である。ΔＫは図１の各スパンの光ファイバの出力端において、単位波長あたりの光出力強度の増分、すなわち傾きを示しており、[数１]式から明らかなように、ファイバに収容（多重）している光信号波長の数とファイバ長に比例し、ファイバの断面積に反比例する。
【００４７】
ただし、実際の光伝送システムにおいては、ファイバ長（伝送距離）は５０ｋｍ乃至１００ｋｍ以上となることもあるので、そのような場合、Ｌｅｆｆは実距離にかかわらず概ね２０ｋｍ程度の値となる。
【００４８】
次に、スパンjの受信端における周波数ｆｈなる光信号の、ＳＲＳに基づく出力強度の変化量ΔＧｊ、ｆｈは、［数１］式から求めたΔjを用いて[数３]式から算出できる。
【００４９】
【数３】
0004686906.tif 000004
【００５０】
ここで、Ｇｊは当該スパンの入力端側のアンプの出力強度であり、ＳＲＳによる影響がない場合における、当該スパンのファイバへ入力される光信号の出力強度に相当する。
【００５１】
[数３]式において、ｆｇは光ファイバへ波長多重している光信号の重心となる周波数であり、例えば波長換算で１．５５μｍ〜１．６５μｍまで０．０１μｍ刻みで１１波が多重されているとすると、ｆｇはその中心となる１．６０μｍに相当する周波数である。また、[数３]式でｆｈ ＝ｆｇのときはΔＧｊ、ｆｈ＝１となってＳＲＳに基づく出力強度偏差が存在しない。これは、図１で説明したように、短波長側の信号から長波長側の信号へエネルギーが移動するため、バンドの中心（重心）波長ではその影響がないからである。
【００５２】
以上求めたＳＲＳに基づく出力強度の変化量ΔGから、ＳＲＳによる影響がないときのＯＳＮＲと、影響があるときのＯＳＮＲ’との比であるΔＯＳＮＲ（＝ＯＳＮＲ’／ＯＳＮＲ）は、光信号の周波数ｆｈ毎に、[数４]式を用いて算出できる。
【００５３】
【数４】
0004686906.tif 000005
【００５４】
この[数４]式は、各スパンにおけるファイバの受信端において発生する、ＳＲＳによる光出力強度の偏差を、各々のファイバの送信端における光出力強度の総和から求め、それらが重畳されて最終段の光アンプの出力部でＯＳＮＲの偏差となって現れたものとして定式化したものである。
【００５５】
以上の[数１]式〜[数４]式から判るように、ΔＯＳＮＲは着目している光信号の周波数fと各スパン（１〜ｋ−１）における光出力強度に依存する。逆にいえば、各スパンの周波数別の光信号の出力強度を適当に選べば、ΔＯＳＮＲをゼロにすることができる。このような光出力強度の組合せの算出方法としては、例えば、各光強度の値を暫定値から順次微小量変化させてΔＯＳＮＲを計算しながら更新しつつ、それがゼロとなるまで繰り返すことによって、最終的に所望の光出力強度の組合せ求めることが可能である。
【００５６】
この方法は、最初に想定する光強度の暫定値や、1ステップあたりの更新量に対して、過去の経験値等、適当な値を選べば、少ない更新回数で所望の出力強度組合せを得ることができる。また、ΔＯＳＮＲの算出はさほど複雑な演算ではないので、監視制御装置に設けられた計算機等を用いることによって、極めて短時間で収束して解を得ることができる。
【００５７】
今、このようにして求めた光強度の組合せを［数５］で表す。
【００５８】
【数５】
0004686906.tif 000006
【００５９】
ここで、Ｐ（Ｋ，Ｆ）はスパンＫの周波数Ｆなる信号の光出力強度を示す。また、ｆＢｍｉｎ、ｆＢｍｉｄ、ｆＢｍａｘはそれぞれＢバンドに収容される信号波長の最小周波数、中心周波数、最大周波数を示す。同様にして、ｆＸｍａｘ、ｆＸｍｉｄ、ｆＸｍｉｎ、は、それぞれＸバンドに収容される信号波長の最小、中心、最大周波数を示す。
【００６０】
上記のＰ（Ｋ，Ｆ）の組合せは、各帯域内において、周波数に対してほぼ一定の傾きを有するものとすれば、スパン１のＢバンド用アンプに設定する利得傾斜ＰＤｉ（１，Ｂ）は、Ｂバンドの光出力強度の周波数に対する傾きを打ち消すものであるから、
【００６１】
【数６】
0004686906.tif 000007
【００６２】
となる。また、同じくスパン１のＢバンド用アンプに設定する光出力強度ＰＤｂ（１、Ｂ）は、Ｂバンドの中心波長における光出力強度と考えて、
【００６３】
【数７】
0004686906.tif 000008
【００６４】
となる。
【００６５】
他のアンプに設定する値についても同様に求めることができる。すなわち、スパンＫ（Ｋ＝１〜ｋ−１）のＦバンド用アンプに設定する利得傾斜ＰＤｉ（Ｋ，Ｆ）および光出力強度ＰＤｂ（Ｋ，Ｆ）は、
【００６６】
【数８】
0004686906.tif 000009
【００６７】
【数９】
0004686906.tif 000010
【００６８】
となる。ここに、Ｆｍａｘ、Ｆｍｉｄ、Ｆｍｉｎはそれぞれ帯域Ｆにおける収容信号の最大周波数、中心周波数、最低周波数である。
【００６９】
なお、本実施例においては、光受信器のポストアンプの光出力強度が、ΔＯＳＮＲに与える影響はほぼ無視できるため、光受信器における最終的な光出力強度は、ポストアンプに所望の光出力を設定することで実現できる。
【００７０】
本実施例では全てのスパン（Ｋ＝１〜ｋ−１）に対して光出力を算出するように説明したが、必ずしもその必要はない。すなわち、補償すべきΔＯＳＮＲの偏差量がさほど多くなければ、ある特定のスパンにおける光アンプの出力強度調整のみでΔＯＳＮＲを補償可能であるため、残りの他のスパンの光アンプについては、例えば暫定的に設定した値をそのまま用いることも可能である。
【００７１】
また、ひとつのスパンにおいて補償可能なΔＯＳＮＲの偏差量から閾値レベルを設定し、算出したΔＯＳＮＲとその閾値レベルから設定変更対象のスパンの個数を決定することもできる。これは、特にシステム運用中に、光ファイバへ収容する多重信号の数に若干の増減があった場合などは、必ずしも全てのスパンの全アンプを再設定しなくとも、特定のアンプについてのみの再設定で充分にΔＯＳＮＲを補償することができるので、計算時間と設定時間が全スパンのアンプへの再設定の場合に比べて少なくなり、迅速な設定変更が可能である。
【００７２】
また、伝送距離が極めて長くなると、それに比例して中継局の数も増加するが、各中継局における光アンプとしては、コストの関係から必ずしも本実施例で示したような帯域内および帯域間の光出力強度をリアルタイムで可変制御できるタイプが設置されるとは限らない。このような場合は、必然的に光出力強度が可変制御できないアンプを有するスパンは設定対象外であるが、前述のように、ΔＯＳＮＲの偏差量がさほど大きくなければ、他のスパンの光アンプの出力強度のみで、それを補償することは可能である。
なお、本実施例においても、各帯域の波長数は必ずしも同一である必要はない。また、ＷＤＭ装置に収容される波長帯域毎に、別々の光アンプで増幅するシステムについて説明したが、収容される波長がすべて同じ光アンプで増幅されるシステムにおいても、収容される波長数、波長に応じて、全ての光アンプ、もしくはある一定間隔毎の光アンプに対して、ＳＲＳによる影響を考慮した波長間利得偏差を設けることで、波長間の光レベル偏差、ＯＳＮＲ偏差を低減することが出来る。
【００７３】
図１２に、各Ｐ（Ｋ，Ｆ）の値を暫定値から順次微調整して更新しつつΔＯＳＮＲを計算し、帯域内偏差および帯域間偏差がゼロとなるまで繰り返して最終的なＰ（Ｋ，Ｆ）を求め、偏差テーブルに目標値を設定するフローの一例を示す。すなわち、まず各スパンにおける光信号の出力強度を暫定値とする（Ｓ１００）。なお、これら暫定値としては、後に求める最終的な設定値からかけ離れないようにすべきである。例えば、経験値等から類推した値などを用いることが望ましい。次に、その暫定値から、式（１）〜（４）を用いてΔＯＳＮＲを算出する（Ｓ１０１）。さらに、そのΔＯＳＮＲから、式（５）〜（８）、式（１３）〜（１６）を用いて帯域内偏差（Ｄｉ）および帯域間偏差（Ｄｂ）を算出する（Ｓ１０２）。その帯域内偏差および帯域間偏差がゼロであれば（Ｓ１０３）、先に設定した暫定値から、式（２０）および式（２１）からＤｉ、Ｄｂを補償する出力強度偏差ＰＤｉ、ＰＤｂを求め（Ｓ１０４）、それらを偏差テーブルに登録する（Ｓ１０５）。また、ΔＯＳＮＲから算出したＤｉおよびＤｂがゼロでなければ（Ｓ１０３）、先に想定した光信号の出力強度を暫定値から微小量δ変化させる（Ｓ１０６）。以下同様のステップにてＤｉ、Ｄｂを計算して、最終的にそれらがゼロになるまで繰り返し、そのときの出力強度からＰＤｉ、ＰＤｂを求めて偏差テーブルに設定する。なお、Ｓ１０６における変化量δも、経験値等から最適な値を選ぶべきである。
図１３は本実施例で説明したＳＲＳ偏差等化方法の効果を説明するものであり、図２の各観測ポイントにおける出力強度のスペクトルの一例を示したものである。最終のポストアンプの出力において光ＳＮＲが各帯域間で同一となるよう、途中の出力強度に偏差を設けている。その結果、光ＳＮＲの帯域内偏差や帯域間偏差が補償され、目的が達成されていることが分かる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば誘導ラマン散乱に起因する光ＳＮＲの帯域内偏差や帯域間偏差を補償することができる波長分割多重用光伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＷＤＭシステムにおけるＳＲＳによる影響を説明する図である。
【図２】本発明の装置構成示すブロック図である。
【図３】スペクトルを説明する図である。
【図４】ＳＲＳの影響を受けた光出力強度のスペクトルを説明する図である。
【図５】ＳＲＳの影響を受けた光出力強度のスペクトルを説明する図である。
【図６】本発明にて解決する光ＳＮＲの帯域内偏差および帯域間偏差を説明する図である。
【図７】本発明で用いる出力強度調整機能付光アンプの構成を示す図である。
【図８】本発明で用いる帯域内偏差補償機能および出力強度調整機能付光アンプの構成を示す図である。
【図９】利得制御部の機能を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例における監視制御装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における光ＳＮＲ偏差の算出方法を説明する図である。
【図１２】本発明の実施例における光ＳＮＲ偏差の算出方法を説明するフローチャートである。
【図１３】本発明により改善された光出力強度のスペクトルを説明する図である。
【符号の説明】
１００…送信装置、１０１…光送信器、１０２…波長合波器、
１０３…プリアンプ、１０４…波長合波器、１１０…装置制御部、
２００…中継装置、２０３…ラインアンプ、２０４…波長合波器、
２０５…波長分波器、２１０…装置制御部、３００…受信装置、
３０３…ポストアンプ、３０５…波長分波器、３０６…波長分波器、
３０７…光受信器、３１０…装置制御部、４００…光ファイバ、
５００…監視制御装置
【図１】
0004686906.tif 000027
【図２】
0004686906.tif 000028
【図３】
0004686906.tif 000029
【図４】
0004686906.tif 000030
【図５】
0004686906.tif 000031
【図６】
0004686906.tif 000032
【図７】
0004686906.tif 000033
【図８】
0004686906.tif 000034
【図９】
0004686906.tif 000035
【図１０】
0004686906.tif 000036
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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