(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
擬似ランダムシーケンス・トーンを発生するトーン発生器と、
該トーン発生器に連結されると共に、前記擬似ランダムシーケンス・トーンに基づいて試験信号を発生するレーザ送信器と、
データチャネルを有するデータ信号に対し、該データチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有する前記試験信号を結合する光カプラと、
該光カプラに連結されると共に、光学的ループバックを有する中継器と、
該中継器に連結された光学フィルタと、
前記トーン発生器に連結されると共に、前記中継器の配置位置に基づいて試験信号を遅延する遅延システムと、
前記遅延システムおよび前記光学フィルタに連結される共に、前記遅延システムの出力を前記光学フィルタの出力と相関させる比較器とを具備する波長分割多重伝送システムを監視する試験システム。
【請求項２】
a)擬似ランダムシーケンス・トーンを発生するトーン発生器と、
b)該トーン発生器に連結されると共に、前記擬似ランダムシーケンス・トーンに基づいて所定周波数を有する試験信号を発生するレーザ送信器と、
c)前記試験信号の周波数のみを通過させる光学フィルタと、
d)前記トーン発生器に連結された遅延システムと、
e)前記遅延システムおよび前記光学フィルタに連結され、該遅延システムの出力を前記光学フィルタの出力と相関させる相関器とを備えるライン監視装置と、
データチャネルを有するデータ信号に対し、該データチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有する前記試験信号を結合して結合信号とする光カプラと、
該光カプラに連結されると共に、前記結合信号の一部を前記ライン監視装置の前記光学フィルタに帰還させる光学的ループバックを有する中継器とを具備し、
前記遅延システムは、前記中継器の位置に基づいて前記試験信号を遅延する波長分割多重伝送システムを監視する試験システム。
【請求項３】
前記トーン発生器、前記レーザ送信器、前記遅延システムおよび前記比較器は、ライン監視装置の一部分を備える請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項４】
前記試験信号の周波数は、前記波長分割多重伝送システムのスペクトルバンド幅内である請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項５】
前記中継器は、前記波長分割多重伝送システムに沿って異なる位置に配置され、各々が光学的ループバックを含む複数の光中継器を具備する請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項６】
前記光学フィルタは波長選択的であり、前記試験信号の波長のみを通過させる請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項７】
前記光学的ループバックは、前記試験信号および前記データ信号を含む結合信号の一部を帰還させる請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項８】
前記光学フィルタは、前記光学的ループバックから前記試験信号と前記データ信号とを含む帰還信号を受信し、該光学フィルタは、波長選択的であり前記試験信号の波長のみを前記比較器へ通過させる請求の範囲第７項に記載の試験システム。
【請求項９】
前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システムのスペクトルバンド幅の端の近傍に配置された周波数を有する請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項１０】
前記データ信号は、各々がデータチャネルを有する複数のデータチャネルを備え、前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システム上で前記各データチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有する請求の範囲第１項に記載の試験システム。
【請求項１１】
前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システムのスペクトルバンド幅の端の近傍に配置された周波数を有する請求の範囲第１０項に記載の試験システム。
【請求項１２】
前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システム上の２つの前記データチャネルの間に配置された周波数を有する請求の範囲第１０項に記載の試験システム。
【請求項１３】
前記試験信号の周波数は、前記波長分割多重伝送システムのスペクトルバンド幅内である請求の範囲第２項に記載の試験システム。
【請求項１４】
前記中継器は、前記波長分割多重伝送システムに沿って異なる位置に配置され、各々が光学的ループバックを含む複数の光中継器を具備する請求の範囲第２項に記載の試験システム。
【請求項１５】
前記データ信号は、各々がデータチャネルを有する複数のデータチャネルを備え、前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システム上で前記各データチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有する請求の範囲第２項に記載の試験システム。
【請求項１６】
前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システムのスペクトルバンド幅の端の近傍に配置された周波数を有する請求の範囲第１５項に記載の試験システム。
【請求項１７】
前記試験信号は、前記波長分割多重伝送システム上の２つの前記データチャネルの間に配置された周波数を有する請求の範囲第１５項に記載の試験システム。
【発明の詳細な説明】
背景技術
本発明は通信システムに関し、特に、試験信号として光学的サイドトーン（side tone）を使用して光ファイバ伝送システムを監視するシステムに関している。
長距離の光ファイバ通信システムにおいて、システムの状態を監視することが重要である。例えば、監視を行うことにより、光ファイバケーブルにおける故障または破損、故障した中継器、または、システムの他の問題を検出することができる。
従来技術の監視方式としては、試験信号を発生して該試験信号を伝送データ信号と共に単一チャネル（または、波長）上に変調する試験システムの使用が挙げられる。例えば、データ信号は試験信号により振幅変調され得る。そして、下流に配置された光増幅器もしくは中継器内のループバック・カプラが使用され、送信信号（データ信号と試験信号変調を加えたもの）の一部が試験システムに帰還される。さらに、試験システムは、データ信号から試験信号を分離すると共に、該試験信号を処理して伝送システムの状態を検査する。Cleo Anderson et al.に対して発行され、また、ＡＴ＆Ｔに譲渡された米国特許第４，５８６，１８６号および第４，６３３，４６４号は、中継器からの試験応答情報を主要データ信号に対して変調することによりシステムの状態を監視する同様の手法を開示している。
しかしながら、従来技術の監視システムには幾つかの不利益および欠点がある。光ファイバ伝送システムにおける信号は通常的な損失または減衰（吸収、散乱など）のために、データ信号は一定の距離毎に増幅されなければならない。しかし、試験信号はデータ信号上に変調されていることから、試験信号変調はデータ信号の各ビットの幾つかをさらに損なう（impair）ことになる。
例えば、図１Ａは、変調前の試験信号１２およびデータ信号（”１”および”０”）を示している。最初に、データビット１０は、閾値レベル（threshold level）１４よりも上にあることから”１”である。試験信号によりデータ信号を振幅変調するとデータビット１０の振幅は相当減少し得る。データ信号の通常の減衰に対するこの試験信号変調の干渉により、データビット１０の振幅は”１”に対する閾値レベルより低く降下し、誤りビットとなることもある（図１Ｂ）。その結果、従来技術の監視システムは、試験信号変調に起因する損失を補償するために付加的な光増幅器または中継器を必要とする。
さらに、上述した従来技術の監視システムは、ひとつ以上のチャネルを同時に監視することができない。この点、情報容量を増大するためには２つ以上の波長（すなわち、チャネル）を使用し、同一の光ファイバ上で情報搬送を行える。これは、波長分割多重（ＷＤＭ：wavelength-division multiplexing）として知られている。上述の従来技術の監視方式は、データ信号と同一の波長を有する試験信号を使用することから、一度に試験し得るのはひとつのチャネルのみである。従って、従来技術の手法を使用すると、複数のチャネルを同時に監視するためには各波長または各チャネルに対してそれぞれの試験システムが必要となる。結果として、そのようなシステムは、非常に価格が高くなる。
発明の開示
本発明の監視システムは、データ信号の低下が従来技術のシステムよりも相当に少ない監視システムを提供することにより、既存の監視システムを改良するものである。
本発明の監視システムは、また、複数のチャネルを同時に監視すべく使用され得る監視方式も提供する。
本発明の監視システムは、光ファイバ伝送システムなどの電気通信システムの状態を監視するライン監視装置（ＬＭＥ：line monitoring equipment）を含んでいる。このＬＭＥは、ＰＲＳトーンを発生する擬似ランダムシーケンス（ＰＲＳ：pseudo-random sequence）トーン発生器と、該トーン発生器に接続されると共にＰＲＳトーンに基づいてＬＭＥサイドトーンを発生するレーザ送信器とを備えて構成される。上記ＬＭＥは、さらに、ＬＭＥサイドトーンの周波数のみを通過させる光学フィルタと、上記トーン発生器に接続された遅延システムとを含んでいる。
上記ＬＭＥは、また、上記遅延システムの出力を上記光学フィルタの出力と相関させる比較器／相関器を含んでいる。
本発明の監視システムは、また、試験信号をひとつ以上のデータ信号と結合して結合信号とする光カプラを含んでいる。そして、各データ信号はそれ自身のデータチャネルを有している。データ信号の減衰または劣化を回避すべく、ＬＭＥサイドトーンは、各データチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有している。
監視システムは、また、光カプラに接続されると共に、光学的ループバック・カプラを有する中継器も含んでいる。該光学的ループバック・カプラは、結合信号の一部を上記ＬＭＥの光学フィルタに帰還させる。フィルタは、ＬＭＥサイドトーンの波長を比較器／相関器へと通過させる。
ＰＲＳトーン発生器および比較器／相関器には、中継器の配置位置に基づいてＰＲＳトーンを遅延させる遅延システムが接続される。ＰＲＳトーンは、各中継器に対する遅延経路の距離ｄNに比例したそれぞれの時間ｔNだけ遅延させられる。
比較器／相関器は、相関操作の結果を出力するが、これは、故障または他の問題の発生個所の検出および診断を含んで、光ファイバ伝送システムを監視するコンピュータまたは他のシステムにより使用され得る。
【図面の簡単な説明】
図１Ａおよび図１Ｂは、振幅変調を用いる従来技術の監視方式を示す。
図２は、本発明の実施例に係る監視システムのブロック図を示す。
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の実施例に係るデータチャネルおよびＬＭＥサイドトーンの送信を示す図である。
図４は、本発明の実施例に係るシステムのスペクトルバンド幅内へのＬＭＥサイドトーンの挿入を示している。
発明の詳細な説明
図２は、本発明に係る監視システム１０を示す。監視システム１０は、光ファイバ伝送システムなどの電気通信システム（telecommunications transmission system）の状態を監視するライン監視装置（ＬＭＥ）１２を含んでいる。ＬＭＥ１２は、擬似ランダムシーケンスのトーンを発生して出力するレーザ送信器１６に接続された擬似ランダムシーケンス（ＰＲＳ）トーン発生器１４を含んでいる。レーザ送信器１６は、ＰＲＳトーン発生器１４により発生されたトーンに基づき、ＬＭＥサイドトーン１８を発生する。以下に、さらに詳述されるように、ＬＭＥサイドトーン１８は、ＬＭＥ１２により試験トーンとして使用され、光ファイバ伝送システムの状態を監視する。
ＬＭＥ１２は、ＰＲＳトーン発生器１４に接続されて該ＰＲＳトーン発生器１４から受けたトーンを遅延するための遅延システム２０を含んでいる。ＬＭＥ１２は、さらに、ひとつ以上の波長またはチャネルを選択的に送信する一方で他の波長の送信を阻止する光学フィルタ２６を含んでいる。
遅延システム２０および光学フィルタ２６には、比較器／相関器２２が接続される。比較器／相関器２２は、公知のデジタル信号処理技術を用いて光学フィルタ２６および遅延システム２０の出力を相関（correlate）させる。比較器／相関器２２は、相関操作の結果２４を出力するが、これは（図示しない）コンピュータまたは他のシステムにより使用されて光伝送システムにおける故障または問題を診断する。
ＬＭＥ１２は、光伝送システムの一部に接続されている。この光伝送システムは、レーザ送信器３０と、光信号を搬送するファイバ２８および２９を含む光ファイバ対とを含んでいる。ファイバ２８および２９は、例えば、海洋の下に展開される長距離光ファイバラインとされ得る。また、ファイバ２８および２９は、単方向ファイバであり、信号を相互に逆方向に搬送するものである。ファイバ28および29は協働し、送信信号に対する双方向経路を提供する。開示された本発明の実施例に係る監視システムは２本の単方向（unidirectional）ファイバ２８および２９を含む伝送システムを監視するものであるが、本発明は１本の双方向（bidirectional）ファイバを採用した伝送システムを監視するためにも使用され得る。
レーザ送信器３０は、ファイバ２９上の複数のチャネル（或いは、波長）上で光データを送信する。レーザ送信器３０は、その各々が異なるチャネルまたは波長を使用してファイバ２９上で光データ信号を送信する複数のレーザ送信器から構成され得る。ファイバ２９上では、波長分割多重（ＷＤＭ：wavelength-division multiplexing）を使用し、それぞれ異なる波長における複数のデータ信号が発信される。逆に、単一チャネルのデータのみがファイバ２９上に搬送されてもよい。同様に、ファイバ２９上のＷＤＭデータ信号の進行方向とは逆の方向に進行するＷＤＭデータ信号がファイバ２８上に搬送されてもよい。
カプラ３４は、送信器３０からのＷＤＭデータ３２および送信器１６からのＬＭＥサイドトーン１８を結合し、この結合信号をファイバ２９へ送信すべく出力する。第１光中継器３６は結合された信号をカプラ３４から受信する。中継器３６は、ファイバ２８および２９上をそれぞれ送信された光信号を増幅する増幅器３８および４０を含んでいる。中継器３６は、また、ファイバ２９上で送信されつつある信号の一部をＬＭＥ１２に送信すべくファイバ２８に帰還させるループバック・カプラ４２も含んでいる。同様に、第２光中継器４４は、増幅器４６および４８並びにループバック・カプラ５０を含んでいる。そして、ファイバ２８および２９上の信号を一定の距離毎に増幅して帰還させるために、ファイバ２８および２９には、連合ループバック・カプラ（associated loop-back coupler）を含む付加的な光中継器が接続される。
信号５２は、ファイバ２８の端部に接続されてファイバ２８上に存在する全ての信号を搬送するが、これは、ループバック・カプラ４２および５０によりファイバ２８に帰還されたＷＤＭデータ３２とＬＭＥサイドトーン１８との結合も含んでいる。信号５２は、光学フィルタ２６に入力される。光学フィルタ２６は、波長選択的であり、ＬＭＥサイドトーン１８の波長のみを通過させる。次に、比較器／相関器２２は、帰還されたＬＭＥサイドトーンを遅延されたＰＲＳトーンと相関させる。比較器／相関器２２が相関させるのは、電気信号でも光信号でもよい。比較器／相関器２２が電気信号を相関させる場合、ＬＭＥ１２は、光学フィルタ２６により出力された光信号を電気信号に変換すべく光学フィルタ２６と比較器／相関器２２との間に接続された光デコーダをさらに含んでいる。
図２、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、図２に示された監視システムは、ＷＤＭデータ３２を減衰すること無くファイバ２８および２９上の複数のチャネルを同時に監視すべく使用され得る。図３Ａは、図２のファイバ２９上で送信される複数のチャネルのスペクトルの一例を示している。ＷＤＭを用いてレーザ３０によりファイバ２９上を送信される種々のデータチャネルは、それぞれ異なる波長λ0〜λ4および帯域幅７０〜７４を有するデータチャネル６０〜６４を含んでいる。ファイバ２９上では、それぞれの波長を有するデータチャネルであればこれより多いデータチャネル或いは少ないデータチャネルが搬送されてもよい。逆に、データチャネル６０〜６４の内の幾つかは、ファイバ２９上ではなくファイバ２８上で逆方向に搬送されてもよい。
カプラ３４は、波長λTを有するＬＭＥサイドトーン１８をファイバ２９上のデータチャネルと結合する。λTは、上記ファイバ上に搬送される他の全てのチャネルの波長とは異なるものである。ＬＭＥサイドトーン１８は、さらに、ファイバ２８および２９上で送信される他の全てのチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有している。その結果、ＬＭＥサイドトーン１８は各データチャネルを減衰せず、或いは、各データチャネルと干渉しない。ＬＭＥサイドトーン１８は、図３Ａに示される如くシステムのスペクトルバンド幅の端に挿入されてもよく、または、図３Ｂに示されるように、データチャネル間に挿入されてもよい。例えば、λ2は１５５５ｎｍとされ、λ3は１５５６ｎｍとされ、λTはこれらの２つのデータチャネルの間に１５５５．５ｎｍの波長で挿入されてもよい。ＬＭＥサイドトーン１８のパワーは，レーザ１６により調節され得るが、ファイバ２８および２９上で通信されているデータ信号のパワーレベルよりも相当に低く設定し、データ信号の低下を最小限にしなければならない。
図４は、下限λaおよび上限λbにより定義された上記システムのスペクトルバンド幅を示す。例えば、図４は、上記システムのスペクトル特性を制限かつ定義するシステム内の一個以上の中継器または増幅器のゲイン特性を示す。システムのスペクトルバンド幅の上限および下限は、ＬＭＥサイドトーン１８が挿入され得る波長値の範囲を特定している。例えば、図４に示されるように、ＬＭＥサイドトーン１８（λTの波長）は下限λaおよび第１データチャネル（波長λ0）との間に挿入され得る。また、ＬＭＥサイドトーン１８は、システムの各データチャネルの周波数帯域幅以外の周波数を有する限りにおいて、各限界λaおよびλbの間のどこへでも挿入され得る。
さらに、ＬＭＥ１２は、ＬＭＥサイドトーン１８を様々な位置（すなわち、波長）に移動すると共に、それらの各位置において中継器３６および４４からＬＭＥ１２に帰還する結果としての信号を解析することにより、システムのスペクトルバンド幅を測定することができる。例えば、ＬＭＥサイドトーン１８が当該システムのスペクトルバンド幅の外側の波長にて挿入されたとき、システム内の（中継器または増幅器などの）制限的構成要素は、ＬＭＥサイドトーン１８のいくつかまたは全てを減衰或いは退ける。このような場合、ＬＭＥ１２へ帰還する減衰或いは存在しないＬＭＥサイドトーンは、比較器／相関器２２の出力に接続されたコンピュータまたはシステムにより検出され得る。
ＬＭＥ１２がＬＭＥサイドトーン１８を処理して光伝送システムを監視する手法は、図２〜図４を参照して開示される。ＬＭＥ１２は、光ファイバ伝送システムの監視に使用すべくＬＭＥサイドトーン１８を発生する。カプラ３４は、送信器３０により送信された複数のＷＤＭデータチャネル３２をＬＭＥサイドトーン１８と結合してファイバ２９に送信する。この結合信号は、第１中継器３６により増幅される。中継器３６内のループバック・カプラ42は、結合信号の一部をファイバ２８上でＬＭＥ１２に帰還させる。第２中継器４４も同様に、ファイバ２８および信号５２上で結合信号の一部をＬＭＥ１２に帰還させる。従って、ＬＭＥサイドトーン１８を送信した後、ＬＭＥ１２は、信号５２を介して各中継器から遅延帰還（帰還されたＬＭＥサイドトーン）を受信する。
光学フィルタ２６は、信号５２を介してループバック・カプラ４２および５０から結合信号を受信する。光学フィルタ２６は、波長選択的であり、ループバック・カプラ４２および５０から受信したＬＭＥサイドトーン１８の波長（λT）のみを通過させると共に、ＷＤＭデータの波長（すなわち、図３Ａおよび図３Ｂに示されたλ0〜λ4）を退ける。結果として、帰還されたＬＭＥサイドトーンの波長（λT）のみをフィルタ２６が通過し得るように、ＬＭＥサイドトーン１８の波長（λT）は、ファイバ２８および２９上に搬送される他の信号の波長と異ならなければならない。ＬＭＥサイドトーン１８の周波数は、ファイバ上に搬送されるデータチャネルの帯域幅以外であることから、ＬＭＥサイドトーン１８を挿入してもデータチャネルを減衰せず、或いは、データチャネルと干渉することはない。
ファイバ２８および信号５２を介して各中継器によりＬＭＥ１２に帰還されたＬＭＥサイドトーンは、各中継器に対する遅延経路の距離に比例した時間間隔だけ、元のＬＭＥサイドトーン１８から遅延させられる。第１中継器３６に対しては、時間遅延ｔ1は該第１中継器を通る遅延経路の距離ｄ1に比例する。この距離ｄ1は、ＰＲＳトーン発生器１４から、送信器１６、カプラ３４、第１中継器３６に至り、ループバック・カプラ４２を通って、光学フィルタ２６および比較器／相関器２２に至る距離として計算され得る。従って、第１中継器３６により帰還されるＬＭＥサイドトーンの時間遅延ｔ1は、ｔ1＝ｄ1／ｃとして計算することができる。ここで、ｃは光の速度である。
同様に、第２中継器４４により帰還されるＬＭＥサイドトーンに対する時間遅延ｔ2は第２中継器４４に対する既知距離ｄ2の遅延経路に基づいて計算され得ると共に、ｔ2＝ｄ2／ｃとして計算され得る。また、上記システム内における（図示しない）付加的中継器に対する時間遅延（ｔ3，ｔ4，ｔ5，・・・）もまたそれらの遅延経路の既知距離に基づいて計算され得る。
比較器／相関器２２は、ＰＲＳトーン発生器１４により出力されたＰＲＳトーンを、帰還されたＬＭＥサイドトーンの各々と相関させる。この相関操作を実施するために、遅延システム２０はＰＲＳトーン発生器１４からＰＲＳトーンを受信すると共に、複数の遅延ＰＲＳトーンを比較器／相関器２２に出力する。遅延システム２０は、各ＰＲＳトーンを、各中継器に対応する時間遅延後に出力する：システム内の各中継器に対するｔ1（第１中継器３６に対する時間遅延に対応）、ｔ2（第２中継器４４に対する時間遅延に対応），ｔ3、ｔ4などである。換言すると、遅延システム２０は各中継器の配置箇所に基づいてＰＲＳトーンを遅延する。この処理は、遅延システム２０により受信された各ＰＲＳトーンに対して反復される。
比較器／相関器２２は、各中継器から帰還された遅延ＬＭＥサイドトーンを、ＰＲＳトーン発生器２４により発生されると共に対応して遅延されたＰＲＳトーンと比較し、或いは、相関させる。比較器／相関器２２は、相関操作の結果２４を出力するが、この結果は、故障または他の問題の発生箇所の検出および診断を含め、上記光ファイバ伝送システムを監視するコンピュータまたは他のシステム（図示しない）により使用され得る。このようにに、本発明の監視システムによれば、光伝送システムにおける複数のチャネルが最小限のデータ減衰或いは劣化で同時に監視され得ることになる。
本発明は特定のハードウェア構成に関して記述されているが、代替的な構成が可能であることは当然理解されるであろう。例えば、ＰＲＳトーン発生器、遅延システムおよび比較器／相関器は、光学的構成要素または電気的構成要素のいずれとすることもできる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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