(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバシステムが光ファイバシステムの第一の端末局から一つまたは複数のトラフィック信号搬送波波長のトラフィック信号を搬送し、トラフィック信号が、第二の端末局で検出できるように光ファイバケーブルシステムに沿って強度が維持されるように増幅器によって増幅される、光ファイバシステムの増幅器に監視信号を与える方法であって、
トラフィック信号に使用される一つまたは複数の搬送波波長とは異なる搬送波波長が監視信号を搬送するためには使用されるが、トラフィック信号を搬送するためには使用されないことを特徴とし、監視信号が、トラフィック信号を増幅するのと同じ前記増幅器によって光ファイバシステムに沿って強度が維持されるように増幅されるように光ファイバシステムは構成され、前記増幅器に配置された検出器によって検出できるトラフィックビット伝送速度の周波数よりもかなり低い周波数で変調することによって監視情報がその搬送波長上に与えられ、所与の増幅器または増幅器群での応答を最適化できるように監視信号用の各搬送波波長が可変である方法。
【請求項２】
それぞれ監視信号を搬送するためには使用されるが、トラフィック信号を搬送するためには使用されない二つ以上の監視信号搬送波波長が与えられ、
前記二つ以上の搬送波波長の各波長を監視信号で変調することによって監視情報が与えられる請求の範囲第１項に記載の方法。
【請求項３】
監視信号搬送波波長が光フィルタリングによってトラフィック信号搬送波波長から除くことができるように構成される請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。
【請求項４】
監視信号搬送波波長が隣接するトラフィック信号搬送波波長のほぼ中間に位置する請求の範囲第３項に記載の方法。
【請求項５】
監視信号搬送波波長が、トラフィック信号搬送波波長に対して位置決めされるか、あるいは監視信号およびトラフィック信号の生成信号から監視信号またはトラフィック信号への妨害がほぼなくなるように位置決めされる請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
第一の端末局（１）と、
光ファイバケーブル（５）によって第一の端末局に接続された第二の端末局（２）と、
前記第一の端末局（１）で一つまたは複数のトラフィック信号搬送波波長のトラフィック信号（１、２、７、８）を与える手段とを備える光ファイバシステムであって、
前記光ファイバケーブル（５）が複数の増幅器（１１）を備え、前記第一の端末局（１）で前記一つまたは複数の信号搬送波波長とは異なる非トラフィック搬送搬送波波長の監視信号（３、４、５、６）を与え、この搬送波を監視信号で変調する手段を特徴とし、前記複数の増幅器の各増幅器が、トラフィック信号（１、２、７、８）と監視信号の両方の強度を光ファイバシステムに沿って維持するように構成され、トラフィックビット伝送速度の周波数よりもかなり低い周波数で監視信号を変調することによって与えられる監視情報を検出するように構成された検出器（１７ａ、１７ｂ）が前記増幅器（１１）に結合され、所与の増幅器または増幅器群での応答を最適化できるように監視信号用の各搬送波波長が可変である光ファイバシステム。
【請求項７】
監視搬送波信号を与える前記手段が同調可能なレーザ源を備える請求の範囲第６項に記載の光ファイバシステム。
【請求項８】
監視搬送波信号を与える前記手段が二つ以上の監視信号搬送波波長で与えるように構成される請求の範囲第６項に記載の光ファイバシステム。
【請求項９】
光ファイバシステムの分岐局（３）にトラフィック信号を分岐し、かつ／あるいはこの分岐局からトラフィック信号を受信する、第一の端末局（１）と第二の端末局（２）との間の一つまたは複数のアッド／ドロップマルチプレクサ（４）をさらに備える請求の範囲第６項から第８項のいずれか一項に記載の光ファイバシステム。
【発明の詳細な説明】
本発明は光ファイバ伝送に関する。詳細には、本発明は、光伝送線において光学増幅器に監視信号を与える方法に関する。本発明は特に、たとえば大陸間信号伝送に使用される海底ケーブルにおける長距離伝送に使用される光ファイバ伝送システムに関する。
光ファイバ伝送システムの一例を第１図に概略的に示す。このシステムは、信号を八つの搬送波波長（６）で搬送する伝送ファイバ（５）を備える。伝送ファイバは第一の主局または送信局（１）から第二の主局または受信局（２）まで延びる。伝送ファイバ（５）に沿ってアド／ドロップマルチプレクサ（４）が間隔を置いて配置される。各アド／ドロップマルチプレクサ（４）では、八つの搬送波波長のうちの選択された一つの波長の信号が従局（３）に分岐され、従局（３）からの同じ搬送波波長の新しい信号と置き換えられる。
長い伝送線上で信号強度を維持するには、信号を周期的な間隔で増幅する必要がある。ファイバ上の光信号を電気信号に変換し、その後で電気信号を増幅し、次いで再び光信号に変換することによって、上記の増幅を電気的に行うことが可能である。しかし、一般に光増幅方法を使用することが好ましい。光増幅方法は、送信された光信号を、受信局で処理する必要が生じるまで電気信号に変換する必要がないという利点を有する。第１図に示した例示的な例では、主局（１）と主局（２）との間に２００個の光増幅器があり、アド／ドロップマルチプレクサは増幅器４０個おきに配置される。
代表的な光増幅器ユニット（またはリピータ）の構造を第２図に示す。ファイバ伝送線（５）の入力ファイバ（５ａ）は入力信号を搬送し、入力信号はまず光ファイバカプラ（１４ａ）に入る。この場合、信号は、等しくない二つの部分（通常は比１：２０）に分割され、カプラ出力のより小さい部分はモニタダイオード（１７ａ）に分岐する。カプラ（１４ａ）の主出力はエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）（１１）に入る。ＥＤＦＡ（１１）からの増幅出力はマルチプレクサ（１６）の第一の入力（１９ａ）に入る。マルチプレクサ（１６）は、搬送波波長の信号のほぼ全体が第一の出力（１９ｂ）を通過するように構成される。
この例で、搬送波波長は、１５６０ｎｍに近い値の波長が選択される。ＥＤＦＡは、１４８０ｎｍの光でポンピングされると増幅を行い１５６０ｎｍの光を与える。ポンプ光は適切なポンプレーザ（１２）から与えられ、このポンプレーザはたとえば、ＩｎＧａＡｓＰレーザでよい。ポンピング光はマルチプレクサ（１６）の第二のポート（１９ｃ）を通して与えられ、マルチプレクサ（１６）は、ほぼすべてのポンピング光が第一の入力（１９ａ）（この方向では出力として働く）を通してＥＤＦＡへ送られるように構成される。
マルチプレクサ（１６）は、搬送波波長では、ほぼすべての光が第一のマルチプレクサ入力（１９ａ）から第一の出力（１９ｂ）へ直接送られ、カプラを介した第二のポート（１９ｃ）への伝達は行われず、それに対してポンピング波長では、カプラを介した第二のポート（１９ｃ）から第一の入力（１９ａ）へのポンピング光のほぼ完全な伝達が行われるように構成される。代替構造では、出力側ではなく入力または中央でＥＤＦＡをポンピングすることが可能である。たとえば、入力側と出力側の両方でポンピングすることが可能であり、これは、一つのポンピング接続で故障が起こった場合に有利である。
ＥＤＦＡは両方向で増幅を行うので、搬送波波長信号の出力経路にアイソレータ（１５）を備え、さもなければリピータの出力ポートでの反射のために起こる不安定性および妨害を防止する必要がある。アイソレータ（１５）は、順方向での減衰が非常に小さく（通常は１ｄＢ以下）、逆方向での減衰が非常に大きい（通常は２５ｄＢ以上）。アイソレータ（１５）からの出力は他のカプラ（１４ｂ）への入力として与えられ、このカプラから、信号の大部分が伝送ファイバ（５）の出力（５ｂ）に送り返され、信号の小部分が他のモニタダイオード（１７ｂ）に分岐する。
したがって、モニタダイオード（１７ａ）、（１７ｂ）は、ＥＤＦＡの入力パワーレベルおよび出力パワーレベルの監視を可能にする。入力パワーレベルモニタ（１７ａ）は、前段の増幅器からケーブルを介して受け取った光を監視する。ケーブルまたは前段の増幅器で障害が起こると入力パワーが変化する。前段の増幅器は（モニタダイオード（１７ｂ）によって）出力パワーレベルを監視されているので、障害は前段のリピータまたは間のケーブルで起こったものと決定することができる。監視部（１３）用の監視信号を受け取る手段としてどちらかのモニタダイオードを使用することもできる。この目的には入力モニタダイオード（１７ａ）を使用するのが有利である。というのは、リピータ自体に障害がある場合に、出力モニタダイオード（１７ｂ）は監視信号を検出することができないからである。ポンプレーザ（１２）のパワーを監視部（１３）で監視できるように別々のフォトダイオード（図示せず）が設けられる。
たとえば、増幅器の利得を調整して所与の信号を最適化し、あるいは不均衡を補正するためにリピータユニットを外部制御に従わせることができるのは、そのような拡張光ファイバシステムの必要な特徴である。そのような調整を可能にするには、リピータの状況を示す信号を外部制御点にフィードバックおよびまたはフィードフォワードすることも必要である。これは、ケーブルの物理的な破損またはその他の障害の場合にも望ましい。ケーブル上のリピータに関する破損または障害の位置は、このようなフィードバックを使用することによって決定することができる。通常、そのような応答信号は、応答を開始した端末へ送り返される。これはたとえば、第２図のリピータで、監視部（１３）がポンプレーザパワーを変調することによって達成できる。この結果、ＥＤＦＡから出力されたトラフィック信号の出力パワーが変調される。この変調は受信局で検出できる。
外部制御点とリピータの間で監視情報を送信するシステムの設計における重要な基準は、結果として得られるリピータ構造が単純であることであり、他の基準はトラフィック信号自体への影響（たとえば、ノイズ）を最小限に抑えることである。特に、故障時に海底ケーブルの修理が必要になる場合には、高度の信頼性も重要である。外部制御点（端末局にあり、信号の生成が直接的であり、高度な信号処理が可能である）の性質とリピータ（単純性と信頼性が特に重要である）の性質はまったく異なるので、同じ基準を満たすのにそれぞれの異なる解決策が必要である。したがって、リピータから外部制御点へ情報を送信する手法としては、監視情報または命令を外部制御点からリピータへ送信するために使用される手法とは異なる手法を使用することが好ましい。
リピータから外部制御点に情報を与えることは一般に、受動ループバックシステムによって達成される。例示的な構成は、Hirst他著「Electronics Letters 29(3):255-6」（１９９３年）に記載されている。信号が光ファイバケーブルシステムの中継線に沿って一方向に進行するように、増幅器の出力側に光カプラが設けられ、増幅された信号全体のうちの小部分が分割される。分割された信号は次いで、他の光カプラによってファイバ上にループバックされ、ファイバは信号を中継線に沿って他の方向へ搬送する。通常、各カプラはこのループバック経路に対して約１０ｄＢの損失を与え、したがって増幅された信号の約１％がループバックされる。したがって、送信された試験信号は、他のファイバ上の外部制御局で受信され（大幅に減衰され）、処理される。平均技法および相関技法によって、そのようなループ試験信号をノイズと区別することができる。いくつかの異なるリピータからのループ信号を互いに比較することにより、どのリピータが特に低いまたは高い利得を有するかを推定するか、あるいはケーブルのどの部分にケーブル破損があるかを決定することが可能である。
本発明は、外部制御点から個々のリピータに監視情報を与えるという異なる問題に関するものである。様々な解決策がHadjifotiou, A.、Brannan, J.、Hirst, I.J.著「Supervisory Options for Optical Amplifier Systems」、Fourth IEE Conference on Telecommunications Systems in Manchester,England、IEE Conference publication 371、１９９３年４月１８日から２１日、５３ページから５６ページで論じられている。この論文で検討されたいくつかの解決策には顕著な欠点があることが判明している。提案された一つの解決策は、監視信号を電力供給線に沿って光ファイバケーブルへ送信することであった。しかし、この場合、小さい通信用帯域幅しか得られず、長いシステムでは、電力供給要件を満たすために高電圧構成要素が必要になる。代替解決策は、データ伝送に使用されるチャネルから完全に分離されたチャネル、たとえば、システムの操作に使用される１３００ｎｍチャネルを有する独立式システムを使用することである。そのような構成では非常に大きい容量が得られるが、かなりの追加のハードウェアが必要になる。これは、１３００ｎｍ信号がトラフィック信号用の増幅器では増幅できず、したがって独立の再生ネットワークなしでは再生できないからである。したがって、各リピータに１３００ｎｍレーザまたはＬＥＤおよび適切な光受信機を備える必要がある。
好ましい解決策は、データ信号を送信するために使用される光搬送波の変調を使用することである。第２図に示した装置は実際に、この形態の監視制御向けに構成されている。動作原理は、低周波数低強度監視情報を変調して、外部制御を行う端末から送信された光データ信号に加えることである。これをリピータで低周波数受信機によって検出する。第２図の場合、監視情報を抽出する低周波数受信機はフォトダイオード（１７ａ）である。
フォトダイオードとは、入射した光のパワーに比例する出力電流を生成するように構成された半導体デバイスである。この装置で使用するフォトダイオードとしてはシリコンダイオードを選択するのが有利である。この装置では、光ファイバ上で送られるトラフィックのビット伝送速度の周波数と同程度の周波数の信号の影響を受けないダイオードを使用するのが有利である。したがって、監視情報は、かなり低い周波数の一つまたは複数のトラフィック信号を変調することによって与えられる。光ファイバに沿っていくつかのトラフィック信号が送信され、そのうちの一つの信号またはすべてではない複数の信号が変調される場合、フォトダイオードは、搬送波波長同士を区別することができないので、どのトラフィック信号から変調情報が得られるかを決定することができない。このような装置内のフォトダイオードの応答について以下で詳しく論じる。
搬送波信号のこのような低レベル低周波数強度変調を使用すると、従来、リピータに監視信号を与える方法として検討されていた他の可能な方法に勝る利点が得られるが、他の改善点が得られることが望ましい。個々のリピータに十分に信頼できる情報を与えるが、トラフィック信号の誤り率を許容できない程度に増加させることなしに変調信号を調整する場合、上記に示したような手法を使用しても問題が生じる。
米国特許第５３８３０４６Ａ号は、従来の光学監視方法では、データ信号および監視信号をどのようにして多重化し、変調して単一の光搬送波波長に加えるかを示している。この場合、前述のように伝送および検出の面でかなりの問題が生じる。
したがって、本発明は、光ファイバシステムの増幅器に監視信号を与える方法であって、この光ファイバシステムは、光ファイバシステムの第一の端末局から一つまたは複数のトラフィック信号搬送波波長のトラフィック信号を搬送し、トラフィック信号は、第二の端末局で検出できるように光ファイバケーブルシステムに沿って強度が維持されるように増幅器によって増幅され、トラフィック信号用に使用される一つまたは複数の波長とは異なる搬送波波長は、監視信号を搬送するためには使用されるが、トラフィック信号を搬送するためには使用されないことを特徴とし、監視信号がトラフィック信号を増幅するのと同じ増幅器によって光ファイバシステムに沿って強度が維持されるように増幅されるように光ファイバシステムは構成され、前記増幅器に配置された検出器によって検出できるトラフィックビット伝送速度の周波数よりもかなり低い周波数で変調することによって監視情報がその搬送波波長上に与えられる方法を提供する。
監視情報は、監視信号のほぼ２００％での変調によって与えられることが好ましい。監視信号搬送波波長は可変であるか、あるいは二つ以上の固定監視信号搬送波波長が与えられることが有利である。第二の端末局での光学フィルタリングによって監視信号を除去できるように、監視信号搬送波波長はトラフィック信号搬送波波長から間隔を置いて配置されることが有利である。
本発明はさらに、
第一の端末局と、
光ファイバケーブルによって第一の端末局に接続された第二の端末局と、
前記第一の端末局で一つまたは複数のトラフィック信号搬送波波長のトラフィック信号を与える手段とを備え、前記光ファイバケーブルが複数の増幅器を備える光ファイバシステムであって、前記第一の端末で前記一つまたは複数の信号搬送波波長とは異なる非トラフィック搬送搬送波波長の監視信号を与え、この搬送波を監視信号で変調する手段を特徴とし、
前記複数の増幅器の各増幅器が、トラフィック信号と監視信号の両方の強度を光ファイバシステムに沿って維持するように構成され、トラフィック信号ビット伝送速度の周波数よりもかなり低い周波数で監視信号を変調することによって与えられる監視情報を検出するように構成された検出器が前記増幅器に結合される光ファイバシステムを提供する。
検出器はフォトダイオード、特にシリコンダイオードが好ましい。監視搬送波信号を与える手段は同調可能なレーザ源を備えることが有利である。
以下で、例として添付の図面を参照することによって、本発明の具体的な実施形態について説明する。
第１図は、本発明の実施形態を使用できる光ファイバ伝送システムの一例を示す図である。
第２図は、本発明の実施形態と共に使用できるリピータの一例を示す図である。
第３ａ図は、第１図の光ファイバ伝送システムの適切なプリエンファシスを示し、第３ｂ図から第３ｆ図は、伝送システムに沿ったこのプリエンファシスの再整形を示す図である。
第４図は、監視信号を送信する第一の比較方法用の増幅器の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）および変調率を示す図である。
第５図は、監視信号を送信する第二の比較方法用の増幅器の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）および変調率を示す図である。
第６図は、監視信号を送信する第三の比較方法用の増幅器の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）および変調率を示す図である。
第７図は、本発明の実施形態によって監視信号を送信する方法用の増幅器の信号対ノイズ比（ＳＮＲ）および変調率を示す図である。
第８図は、第７図の実施形態に関する変調とＡＳＥノイズペナルティとの間の関係を示す図である。
第１図は、光ファイバ伝送システムの一例を示す。この伝送システムは本明細書では、光ファイバシステム内の増幅器に監視信号を与えるいくつかの方法を比較する際に使用される。二つの端末局、すなわち、送信局（１）と受信局（２）との間の伝送ファイバ（５）に沿った２００個の増幅器それぞれについて端末局（１）で監視信号が与えられる。八つの搬送波波長（６）が使用され、このうちの四つはそれぞれ、伝送ファイバ（５）に沿って増幅器４０個おきに配置された四つのアド／ドロップマルチプレクサ（４）のうちの一つで分岐され、同じ波長の信号と置き換えられる。アド／ドロップマルチプレクサ（４）で分岐された信号の変調は伝送ファイバ（５）から失われる。
受信端末で各搬送波波長ごとに同じ信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を達成するには、ある程度のプリエンファシスを導入する必要がある。これは増幅器のフィルタリング作用によるものである。この場合の増幅器はそれぞれ線幅が２５．５ｎｍであり、２００個の増幅器は共に連結フィルタを形成する。結果として生じるノイズは連結帯域フィルタの形状を有する。受信端末で各チャネルごとに一定の光ＳＮＲを維持するには、一次近似で受信端末に現れるプリエンファシスの逆数であり、したがって連結フィルタ形状の半分であるプリエンファシスを送信端末で加える。これは第３図に示されており、第３ａ図は送信端末の位置を示し、第３ｆ図は受信端末の位置を示す。システムの信号搬送容量を最大にするには等しいＳＮＲを達成することが望ましい。
伝送ファイバ（５）上で送信端末（１）から増幅器へ監視信号を送信する四つの方法を以下で比較する。本発明に付随する分析では、アド／ドロップマルチプレクサが挿入分岐波長で信号パワーを変化させないものと仮定する。送信局でチャネルに割り当てられる相対パワーはそれが蓄積するＡＳＥノイズ（増幅自然放出ノイズ−抵抗器ノイズに類似）、したがってこのパワーが進行する必要がある距離に依存するので、この仮定は実際には完全には正当化できない。実際には他のノイズ付加物が存在する（たとえば相互変調、偏光）が、この分析ではこのようなノイズを考慮しない。当業者なら、そのようなノイズ機構を認識しており、それに応じて本発明に付随する分析を拡張することができよう。
複数の搬送波波長が入射する各増幅器で監視信号を検出するために使用されるモニタダイオードでの応答は、以下の分析によって与えられる。
ダイオードは二乗装置として動作する。ダイオードは関係式Ｉ＝ＲＰs＝Ｒｅs2に従う。ここで、Ｐsは入射光パワー、Ｒは光パワーのアンペア／ワット単位のダイオード応答性、ｅsは等価電界、Ｉはダイオード電流である。一つの入射波長の電界はｅs＝Ｅsｃｏｓ（ωsτ＋φ）である。ここで、Ｅｓは振幅、ωsは角周波数、φは位相である。この場合、モニタダイオードに入射するいくつかの波長について、次式が成立する。
0004005139.tif 000002
ｅn2項は次式のように展開される。
0004005139.tif 000003
同様に、ｅ1ｅ2項は次式のように展開される。
0004005139.tif 000004
波長１５６０ｎｍで、周波数は約１０14Ｈｚであり、ω2とω1＋ω2とを含む項を破棄することができる。
電流Ｉは次式のように書くことができる。
0004005139.tif 000005
次に、Ｅn2／２＝Ｐnであり、かつ次式が成立するので、
0004005139.tif 000006
上記の数式で適切な置換を行うと次式が得られる。
0004005139.tif 000007
第一の組の項は入射波長の全光パワーによる電流である。第二の組の項は差周波数による交流電流である。
次に、ω1およびω2がトラフィック光信号周波数であり、このうちの一方または両方が監視情報で変調されると仮定する。波長が１５６０ｎｍである場合、波長差１ｎｍは周波数差１２３ＧＨｚである。トラフィック波長間の代表的な間隔は９８Ｇｈｚ（０．８ｎｍ）である。低速リピータモニタダイオードはこれらの周波数には応答せず、したがって出力を与えることができるのは最初の組の項だけである。トラフィック波長はＮＲＺ（非ゼロ復帰）データで変調され、その低周波数成分のみが検出される。ランダムデータ信号（ビット伝送速度２．５Ｇビット／秒）を搬送するトラフィック波長は低い周波数でノイズのような信号を生成する。このノイズは監視信号のＳＮＲを設定する。
上記で示したように、信号パワーはＡＳＥノイズよりもはるかに大きいと仮定してある。これは、システムの発端にある増幅器については当てはまるが、伝送路の端部へ向かって効果が現れ、伝送路端部ではＡＳＥノイズパワーによって変調が減衰される。このような減衰は、データチャネルに対する監視チャネルのレベルを（たとえば監視波長を減衰のより少ない中央波長へ近づけることによって）システムの端部へ向かって増加させることによって相殺できる。
監視信号を送信する以下の四つの方法を比較する目的は、信号の全体的な変調（したがって、全信号パワーのうちの、監視情報を与えるために使用される部分）を最小限に抑えること、十分なレベルの監視信号を各増幅器に加えること、監視信号が存在することによってもたらされる受信端末（２）での端末ペナルティを最小限に抑えることである。以下で、これらの点について、上記で示した特定の方法に関して論じる。
比較方法１：  すべての波長の変調
この方法の結果を第４図に示す。この手法では、すべての八つの搬送波波長が５％で変調される。変調率は、最大ピークパワーと最小ピークパワーとの差を平均ピークパワーで割った値と定義される。したがって、可能な最大変調率は２００％変調である。したがって、変調率は信号の平均値のピーク間変動と定義される。この方法（ならびに以下の比較方法２および３）の変調指数および監視ＳＮＲは次式で与えられる。
ａ）変調指数
0004005139.tif 000008
上式で、Ｐλｍiは変調される波長のパワーである。
ｎｍは変調される波長の数である。
ｍはｎｍ個の波長に加えられる変調である。
ｎは波長の数である。
Ｐλiはｉ番目の波長の光パワーである。
ｍeは全光信号の変調である。
ｂ）監視ＳＮＲ
検出器での電気ＳＮＲは次式によって与えられる。ＡＳＥノイズは無視してある。変調波形は方形波であると仮定する。
0004005139.tif 000009
上式で、Ｂｗは電気ノイズ帯域幅である。
ｆrは各波長の共通ビット伝送速度である。
各アド／ドロップマルチプレクサの後段でＳＮＲおよび変調が低下する。これは、それぞれの場合に伝送ファイバ（５）から変調信号が「失われる」からである。伝送路の端部に向かって、変調率はまた蓄積されたＡＳＥノイズのために低下する。第４図は、最小変調率が１６０個の増幅器のところに現れ、３％であることを示す。変調率がすべての増幅器で５％の目標レベルに到達するためには、送信端末１での変調率を５／３％から８．３％へ増大しなければならない。
比較方法２：  すべての波長の変調
三つの異なる波長の組が選択される。従局（３）に分岐される四つの波長（波長１、２、７、８）で組Ａを構成した。従局（３）に分岐されない四つの波長（波長３、４、５、６）で組Ｂを構成した。四つの最短波長（波長１、２、３、４）で組Ｃを構成し、このうちの二つの波長を従局（３）に分岐した。
第５図からわかるように、組Ａでは、最初の８０個のリピータに関して最良の結果が得られ、組Ｂでは、最後の１２０個のリピータに関して最良の結果が得られた。信号をアド／ドロップマルチプレクサで分岐したときに変調とＳＮＲの両方で観測された「階段」効果は、組Ａおよび組Ｃの結果に大きな影響を及ぼす。すなわち、リピータ１６０の後段では、この時点で伝送ファイバ（５）上に残っている変調データ信号はないので組Ａの信号は完全に失われる。第５図は、８０個の増幅器での最小変調率が２％であることを示す。すべての増幅器で目標の５％変調を達成するには、送信端末（１）での変調率を１２．５％に上げる必要がある。
比較方法３：  一つの波長の変調
第６図は、単一の搬送波波長を使用して増幅器（または増幅器の所定のサブセット）に監視信号を与えることを示す。四つの波長、すなわち波長３、４、７、８について検討する。しかし、伝送ファイバ応答に対する波長の構成（第３図参照）は、図示の各波長がほぼ同じ応答を有する対を有する（たとえば、波長１および８）ような構成である。
第６図から、波長８は最初の１００個の増幅器に関して最良の応答を与え、波長４は最後の１００個の増幅器に関して最良の応答を与えることがわかる。最小変調率は１００個の増幅器のところに現れ、どんな波長を使用しても０．６％である。
したがって、すべての増幅器で目標の５％変調を得るには、波長４および８に４１．６％以上の変調を与える必要がある。実際には、波長１、２、７、８は、伝送ファイバ（５）全体を横切るわけではないので、おそらく低いレベルに調整される。波長を変調搬送波として使用する場合に低いレベルに調整する場合、レベルの低下を補償するために変調率をさらに上げる必要がある。
方法１：独立の波長
この方法では、トラフィック信号の搬送には使用されない単一の独立の搬送波長を使用して監視情報を伝送する。この搬送波波長は、搬送波波長１から８で形成される波長の包絡線内に入るように選択されることが好ましいが、トラフィックデータ波波長は、搬送波波長１から８で形成される波長の包絡線内に入るように選択されることが好ましいが、トラフィックデータのＳＮＲがそれほど低減されないように波長１から８とはかなり異なる波長である（以下を参照）。この監視波長としては、監視信号がリピータ増幅器によって十分に増幅されるが、受信端末（２）（および従局（３））で、送信された信号全体からペナルティなしにデータを抽出できるような波長が選択される。
この方法では、変調指数および監視ＳＮＲは次式で与えられる。
ａ）変調指数
変調指数は、伝送路内のある点で次式から計算できる。
0004005139.tif 000010
上式で、ｎはトラフィック波長の数である。
Ｐλsは監視波長のパワーである。
ｂ）監視ＳＮＲ
検出器での電気ＳＮＲは次式で与えられる。この場合も、ＡＳＥノイズを無視してあり、変調波長を方形波と仮定する。
たビットのランダム（あるいはその他の）シーケンスの形で与えることができる。第７図は、監視波長の三つの可能な選択肢、すなわち帯域中央から±０．８ｎｍ、±０．９ｎｍ、±１．０ｎｍ（トラフィック波長との比較用、第３図参照）を示す。広がりが最も小さい曲線±０．９ｎｍを選択するのが最も良い。。この例では、この一つの波長を使用した場合（適切な近似で）５％変調が行える。５％変調は全増幅器信号パワーの２．５％の監視チャネルパワーに対応する（ＡＳＥノイズは無視する）。この手法を用いると、二つの波長を使用した場合にさらに高いレベルの一様性を達成することができる。第７図の例では、送信端末（１）での送信レベルが−９．３ｄＢの波長±０．９６ｎｍを最初の１００個の増幅器に使用し、低いレベル−１０．６ｄＢの波長±０．８２ｍｎを最後の１００個の増幅器に使用することによって特に良好な結果が得られる。しかし、変調またはＳＮＲを完全に平坦にする必要がある場合は、各リピータごとに固有の送信レベルおよび波長を使用しなければならない。
以下の表１でこれらの方法を比較する。
0004005139.tif 000011
したがって、本発明による方法１が特に有利であることがわかる。特に重要な問題は端末ペナルティの問題である。端末で受信されるデジタル信号は、連続単位波形を「アイパターン」として、すなわち送信信号中のコードパターンのどんな条件下でも信号が存在しえない境界を画定する目の「開口部」として重ね合わせることによって表わすことができる。信号中の論理１または０を決定するための決定レベルはしたがって目の開口部内に入るべきである。所与の信号チャネル中のノイズは、関連するアイパターンの目の開口部を閉じるように働き、したがってそのチャネル上で誤りなしに信号を受信する可能性を低下させるように働く。
変調されたデータ信号の場合、端末ペナルティは変調の程度と共に重さが増大する。端末では、光フィルタリングによって光トラフィック信号を個々の波長に分離する。高速ダイオードで光信号からＮＲＺを再生し、ビット伝送速度の約半分の速度で除去を行う低域制限フィルタを使用してスペクトルを整形する。代表的なビット伝送速度２．５Ｇビット／秒でデータを伝送する場合、使用される周波数間の差周波数項は帯域制限フィルタによって除去されるが、オン／オフ変調のために生じる監視波長のパワー変動が検出される。データ信号自体が変調されるので、変調の効果を完全に除去することはできない。変調周波数はビット伝送速度よりもはるかに低いので、適切なフィルタおよび決定回路を使用すれば変調の効果を低減することはできるが、このような方法でも変調の効果を完全になくすことはできない。
この問題は方法１には当てはまらない。データチャネル上では変調が行われないので、端末で監視信号搬送波波長を光学的に除去するだけでよい。トラフィックチャネルが等間隔で配置されている場合、監視チャネルとトラフィックチャネルがビット伝送速度の少なくとも２倍の間隔だけ離れているかぎり、監視チャネルとトラフィックチャネルとの間の四波混合生成信号がトラフィック波長に現われたり、トラフィック受信機の電気帯域幅内に現われることはない。トラフィック波長と監視波長との間の代表的な間隔は、この基準を十分に満たす０．１ｎｍ（１２Ｇｈｚ）よりも大きくなるように選択すべきである。この差周波数が高すぎて、増幅器にあるモニタダイオードがそれに応答できないことにも留意されたい。監視チャネルシグナリングレートは、トラフィックシグナリングレートと比べて非常に低く、分散の影響を受けない。しかし、設計で扱うすべき一つの可能性のある負の要因は、ファイバの非直線性に起因する位相変調によって起こる監視チャネルとトラフィックチャネルの混変調によって生じる伝送路ペナルティである。
選択されたリピータあるいは選択された一群のリピータでの応答を最適化するには、監視搬送波波長が「敏捷」であること、すなわち搬送波波長を変更し、実際上特定の一組のリピータに同調できることが最も望ましい。たとえば、第７図の例で、帯域中央から±０．９６ｎｍ（最初の１００個の増幅器に使用する）と帯域中央から±０．８２ｎｍ（第二の１００個の増幅器に使用する）との間で同調可能なレーザ源を備えることによって特に良好な結果を得ることができる。監視搬送波波長はたとえば、このような二つの値の間で循環するように構成された同調可能なレーザ源によって与えることができる。レーザ源の同調は、駆動電流を変化させる（小さい変化をもたらす）か、外部キャビティ長を変化させるか、温度による（比較的大きい２ｎｍから３ｎｍの変化をもたらす）か、あるいは追加の電極を使用することによって行える。同調可能なレーザ源の一例はＨｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ  ＨＰ  １８６８Ａである。応答のより高度の一様性は、三つ以上の監視搬送波波長を選択してリピータをより細かい監視群に分割することによって達成できる。波長敏捷監視搬送波を使用する有効で実際的な代替策は、それぞれ固定送信レベルを有する二つ（またはそれ以上）の固定監視搬送波波長を使用して監視信号を送信することである。この手法を可能にする機器は一般にコストが低い。この場合も、第７図の場合、帯域中央から±０．９６ｎｍおよび±０．８２ｎｍの監視搬送波波長を選択することが有効である。固定監視搬送波波長を使用することの利点は、使用する波長をトラフィック搬送波波長の中間近くにくるように選択することができ、したがって受信端末での光フィルタリングによる受信端末でのトラフィック搬送波波長の除去が特に容易になることである。等間隔で配置された一組のトラフィック波長の隣接するトラフィック波長のちょうど中間に監視波長を配置すると、監視信号が生成信号の影響を受ける恐れがあるので不利である（たとえば、ＡとＢが隣接するトラフィック波長であり、Ｃが監視波長である場合、生成信号Ａ＋Ｂ−Ｃは監視Ｃと同じ波長を有する。しかし、他の生成信号は他のトラフィック波長間の中間に位置する）。中間点からのわずかなずれによってそのような生成信号による監視信号またはトラフィック信号の汚染が回避される。
アド／ドロップマルチプレクサの後段の分岐で監視すべき増幅器がある場合に有利な変更は、監視搬送波波長を分岐トラフィック搬送波波長のごく近く（光フィルタ帯域幅内）に同調させることである。このようにすると、他のトラフィックチャネルに非常に小さいペナルティを与えるだけでこれらの増幅器の監視が可能になる。
監視活動用の専用波長を使用することの欠点は、増幅器出力パワーの一部を追加の信号が必要とすることである。これは、トラフィック信号のレベルが低下し、その結果ＡＳＥノイズが増加することを意味する。５％変調の場合、ノイズは０．１ｄＢ程度であることが判明しており、これは受信機での変調チャネルペナルティよりもずっと少ない。変調の程度とＡＳＥノイズペナルティの関係を第８図に示す。
５％変調では実際に、送信端末からリピータ増幅器へのエラーなし通信を行うのに十分なＳＮＲが得られる（ＳＮＲはこの場合、ノイズ帯域幅４ｋＨｚを用いて算出される）。しかし、必要に応じて変調の程度をこれよりも高くすることができる。これは、アウトオブサービス監視動作の場合（たとえば、システムに障害が起こり、トラフィックに使用されておらず、監視システムが障害の位置を決定するために使用されている場合）に特に望ましい。
監視システムは、定期的なルーチン検査と障害検出および障害位置決定の両方に使用することができる。ルーチン検査には、システム内の各リピータのパラメータ（入力レベルおよび出力レベル、ポンプ電力およびポンプ電流）の週ごとの監視を含めることができる。場合によっては、経時変化を補償するために調整可能なパラメータ（ポンプ電力など）を変更することができる。各リピーダごとに、所与のリピータ用に選択され、リピータ内の関連するフォトダイオードによって検出され、リピータの監視部によって解釈され処理される監視波長の監視信号が一つの端末局（または都合に応じ、かつネットワークの構成に応じて、複数の端末局）によって送出される。（たとえば、パラメータ値を返す際に）監視部から端末局への出力が必要である場合、上記で従来技術に関して説明したようにポンプレーザパワーを変調することによってこれを行うことができる。
このようなルーチン走査は一般に、ネットワークの一端から各リピータを順次アドレス指定するような走査である。この走査は、監視群を順次カバーするため、所与の群内の各リピータに同じ監視波長が割り当てられるようなリピータ群があるシステム内の監視波長の数の変更が（敏捷レーザ源を同調させるか、あるいは所与の固定監視波長を選択する際に）最小限に抑えられるので有利である。群内のリピータの数は、個々の各リピータの最適化（理想的には、各リピータごとに異なる監視波長を使用する）と使い易さと設計の単純さ（監視波長の数を減らす）との兼ね合わせが最もうまくとれるように決定される。上記で示したように、（特にシステムのメインファイバ中継線に）二つ以上の波長が必要である場合、同調可能レーザ源からの敏捷波長ではなく固定波長を使用すると有利である。
同様に、障害位置決定は、システムの中央にある（あるいは障害が存在することがすでにわかっている領域の中央にある）リピータに問い合わせ、そのリピータの監視部から信号が返されるかどうかを観測することによって行うことができる。このプロセスは、障害のあるリピータが見つかるまで反復的に使用される。障害が間欠的に起こる場合にも同じ手順に従うことができる。この場合、サンプリングされているシステムの部分に障害が存在するかどうかを決定するのに十分な時間にわたって各リピータごとに監視が実施される。前述のように、各リピータごとに、監視信号を与える波長として選択された波長がある。
したがって、特に海底ケーブルネットワークで使用するのに適した方法で簡単にかつ効果的に、光ファイバ伝送システム内でリピータに監視情報を与えることができる。
【図１】
0004005139.tif 000012
【図２】
0004005139.tif 000013
【図３Ａ】
0004005139.tif 000014
【図３Ｂ】
0004005139.tif 000015
【図３Ｃ】
0004005139.tif 000016
【図３Ｄ】
0004005139.tif 000017
【図３Ｅ】
0004005139.tif 000018
【図３Ｆ】
0004005139.tif 000019
【図４】
0004005139.tif 000020
【図５】
0004005139.tif 000021
【図６】
0004005139.tif 000022
【図７】
0004005139.tif 000023
【図８】
0004005139.tif 000024