JP7756045B2 - 光伝送装置、光伝送システム、および送信光パワー制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送装置、光伝送システム、および送信光パワー制御方法に係わる。

大容量の光通信を提供するために、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）が実用化されている。ＷＤＭは、複数の波長チャネルを使用して信号を伝送する。したがって、多数の波長チャネルを多重化することで大容量の光通信が実現される。

ただし、ＷＤＭ信号の伝送性能は、波長に依存する。このため、ＷＤＭ伝送システムにおいてプリエンファシス（または、予等化）が行われることがある。例えば、受信ノードは各波長チャネルの光パワーまたは光信号対雑音被（ＯＳＮＲ）をモニタする。そして、送信ノードは、受信ノードにおいてモニタされる各波長チャネルの光パワーまたはＯＳＮＲが均一になるように、各波長チャネルの送信パワーを制御する。この結果、各波長チャネルの伝送性能のばらつきが抑制される。

なお、光伝送システムにおいて光信号の送出パワーを調整する装置および方法が提案されている（例えば、特許文献１）。波長多重伝送システムにおいて反射点（障害箇所）を特定する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００６－２８７６４９号公報 特開２０１２－１２４６８６号公報

近年、ＷＤＭ伝送システムの帯域幅が拡大している。例えば、従来は、Ｃバンドのみを利用して信号が伝送されていたが、今日では、ＣバンドおよびＬバンドを同時に利用して信号を伝送するＷＤＭ伝送システムが提案されている。このため、既存のプリエンファシスでは、各波長チャネルの伝送性能のばらつきを十分に抑制できないことがある。

本発明の１つの側面に係わる目的は、広帯域のＷＤＭ伝送システムにおいて波長チャネルの伝送性能のばらつきを抑制することである。

本発明の１つの態様の光伝送システムは、第１の光伝送装置から光ファイバ伝送路を介して第２の光伝送装置にＷＤＭ信号を伝送する。この光伝送システムは、前記第１の光伝送装置において、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを検出する第１の光チャネルモニタと、前記第２の光伝送装置において、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを検出する第２の光チャネルモニタと、前記第２の光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの光パワーに基づいて、各波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する第１の計算部と、前記第１の光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの光パワーに基づいて、各波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算する第２の計算部と、前記第１の計算部により計算される線形ＳＮＲおよび前記第２の計算部により計算される非線形ＳＮＲを利用して、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算する第３の計算部と、前記第１の光伝送装置において、前記第３の計算部により計算される各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、前記第１の光伝送装置から送信されるＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信パワーを制御するパワー制御部と、を備える。

上述の態様によれば、広帯域のＷＤＭ伝送システムにおいて波長チャネルの伝送性能のばらつきが抑制される。

本発明の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す図である。 受信ノードにおけるＧＳＮＲの一例を示す図である。 ＯＳＮＲ、非線形ＳＮＲ、及びＧＳＮＲの関係を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す図である。 波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する方法の一例を示す図である。 波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する方法の他の例を示す図である。 ＧＳＮＲを算出する処理の一例を示すフローチャートである。 各波長チャネルの送信パワーを制御する方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係わる光伝送システムのバリエーションを示す図である。 ランプロスが発生している光ファイバ伝送路の光パワープロファイルの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す図である。 ＧＳＮＲに対するランプロスの影響についてのシミュレーションの一例を示す図である。 第２の実施形態においてＧＳＮＲを算出する処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態においてＧＳＮＲを算出する処理のバリエーションを示すフローチャートである。 送信光パワー制御の一例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す。本発明の実施形態に係わる光伝送システム１００は、光伝送装置１および光伝送装置２を備える。光ファイバ伝送路３は、光伝送装置１と光伝送装置２とを接続する。なお、図１においては、光伝送装置１から光伝送装置２に光信号が伝送されるが、光伝送装置２から光伝送装置１に光信号を伝送することも可能である。すなわち、図１においては、光伝送装置１の光受信回路が省略されており、光伝送装置２の光送信回路が省略されている。

光伝送システム１００は、ＷＤＭ信号を伝送する。すなわち、光伝送装置１により生成されるＷＤＭ信号は光ファイバ伝送路３を介して伝送される。そして、光伝送装置２は、このＷＤＭ信号を受信する。なお、この実施例では、ＷＤＭ信号は、Ｃバンドの光信号およびＬバンドの光信号を含む。

光伝送装置１は、波長選択スイッチ（ＷＳＳ）１１、光増幅回路１２、および制御部１３を備える。なお、光伝送装置１は、図１に示していない他の素子、回路、または機能を備えてもよい。

ＷＳＳ１１は、制御部１３から与えられる指示に応じて、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを調整する。なお、ＷＳＳ１１は、制御部１３から与えられる指示に応じてＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを制御する光回路の一例である。すなわち、光伝送装置１は、ＷＳＳ１１の代わりに、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを制御する他の形態の光回路を使用してもよい。

光増幅回路１２は、制御部１３から与えられる指示に応じてＷＤＭ信号を増幅する。光増幅回路１２は、この実施例では、光アンプ１２ａ、可変光減衰器（ＶＯＡ）１２ｂ、および光アンプ１２ｃを備える。光アンプ１２ａは、ＷＳＳ１１から出力されるＷＤＭ信号を増幅する。ＶＯＡ１２ｂは、光アンプ１２ａから出力されるＷＤＭ信号を減衰させる。光アンプ１２ｃは、ＶＯＡ１２ｂから出力されるＷＤＭ信号を増幅する。

光増幅回路１２は、光アンプ１２ａの入力と光アンプ１２ｃの出力との間の利得を一定にする利得一定制御（ＡＧＣ）を行う。ここで、ＶＯＡ１２ｂの減衰量を変化させることで光増幅回路１２の利得を波長に対して傾斜させることができる。具体的には、ＶＯＡ１２ｂの減衰量を増加させると、光アンプ１２ａと光アンプ１２ｃの利得の足し算が、ＶＯＡのロス増加量と同じ量だけ増える。光アンプ１２ａおよび１２ｃは、ＥＤＦなどの希土類ドープの増幅媒体であり、利得を増加させると、短波長側が高くなる短波長上がりのチルトが発生する。これにより光増幅回路１２の出力に短波長上がりチルトを発生させることができる。反対に、ＶＯＡ１２ｂの減衰量を減少させると逆向きのチルトが発生する。

制御部１３は、光伝送装置２から受信するフィードバック情報に基づいて、ＷＳＳ１１および光増幅回路１２を制御する。なお、図１に示す例では、ＷＳＳ１１の出力側に光増幅回路１２が設けられるが、ＷＳＳ１１の入力側に光増幅回路１２を設けてもよい。

光伝送装置２は、光アンプ２１、光チャネルモニタ（ＯＣＭ）２２、および制御部２３を備える。なお、光伝送装置２は、図１に示していない他の素子、回路、または機能を備えてもよい。

光アンプ２１は、光ファイバ伝送路３を介して受信するＷＤＭ信号を増幅する。ＯＣＭ２２は、受信ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーをモニタする。制御部２３は、ＯＣＭ２２の出力信号に基づいてフィードバック情報を生成する。フィードバック情報は、受信ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを表す情報であってもよい。或いは、フィードバック情報は、受信ＷＤＭ信号の各波長チャネルのＯＳＮＲを表す情報であってもよい。フィードバック情報は、例えば、ＯＳＣ（Optical Supervisory Channel）を利用して光伝送装置２から光伝送装置１に送られる。この場合、光伝送装置２のＯＳＣ光送信機は、フィードバック情報を表す光信号を、光伝送装置２から光伝送装置１に光を伝搬する光ファイバを介して送信する。そして、光伝送装置２のＯＳＣ光受信器は、この光信号を受信することでフィードバック情報を取得する。

上記構成の光伝送システム１００において、光伝送装置２が受信する各波長チャネルの品質は、例えば、ＯＳＮＲで表される。ただし、ＷＤＭ信号の帯域幅が広いケースにおいては、光ファイバ伝送路３において発生する非線形雑音を考慮することが好ましい。すなわち、光信号の品質は、ＧＳＮＲ（Generalized SNR）で表されることが好ましい。ここで、ＧＳＮＲは（１）式で表される。
ＳＮＲ＿Ｌは、光信号と線形雑音との比を表し、ＯＳＮＲから算出可能である。また、ＳＮＲ＿ＮＬは、光信号と非線形雑音との比を表す。

図２は、受信ノードにおけるＧＳＮＲの一例を示す。図２（ａ）に示す例では、送信ノード（図１では、光伝送装置１）から送信されるＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーは一定である。ただし、ＷＤＭ信号が光ファイバ伝送路３を介して伝搬するとき、線形雑音および非線形雑音が発生する。このため、受信ノード（図１では、光伝送装置２）において、ＧＳＮＲは波長に対してフラットにならない。図２に示す例では、Ｃバンドの中の短波長領域でＧＳＮＲが最も小さくなっている。ここで、ＧＳＮＲが最も小さい波長チャネルにおいてエラーが発生しやすい。したがって、最小ＧＳＮＲを大きくすることが重要である。

光伝送装置１は、上述したように、光伝送装置２により生成されるフィードバック情報に基づいてＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを制御する。このとき、光伝送装置１は、受信ノードにおける最小ＧＳＮＲを大きくするようにＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを制御することが好ましい。たとえば、光伝送装置１は、図２（ｂ）に示すように、波長に対してＧＳＮＲがフラットになるように、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを制御する。そうすると、最小ＧＳＮＲが大きくなり、ＷＤＭ信号の品質が改善する。

図３は、ＯＳＮＲ、非線形ＳＮＲ、及びＧＳＮＲの関係を説明する図である。ここで、図３（ａ）は、光ファイバに入力されるＷＤＭ信号（図１では、光伝送装置１から送信されるＷＤＭ信号）の各波長チャネルの光パワーが波長に対してフラットであるときの特性を示している。光ファイバ伝送路においは、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）により、短波長領域のチャネルの光パワーの一部が長波長領域のチャネルにより吸収される。このため、短波長領域の波長チャネルの光パワーが低下し、短波長領域のＯＳＮＲが低下する。他方、光パワーが高いほど非線形雑音が大きくなる。よって、ＳＲＳにより長波長領域の波長チャネルの光パワーが増加すると、非線形雑音が増加するので、長波長領域の非線形ＳＮＲが劣化する。

この課題に対して、送信ノードは、受信ノードにおける各波長チャネルのＯＳＮＲが波長に対してフラットになるように、各波長チャネルの送信パワーを制御してもよい。すなわち、プリエンファシスにより、受信ノードにおけるＯＳＮＲを波長に対してフラットにすることができる。ただし、この場合、短波長領域の送信パワーを高くするプリエンファシスが行われるので、図３（ｂ）に示すように、短波長領域の波長チャネルの非線形ＳＮＲが低下する。ここで、ＧＳＮＲは、（１）式で表されるように、ＯＳＮＲおよび非線形ＳＮＲの双方に依存する。よって、波長に対してＯＳＮＲをフラットにするだけでは、波長に対してＧＳＮＲがフラットにならないことがある。

そこで、本発明の実施形態に係わる送信パワー制御方法は、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算する。そして、波長に対して各波長チャネルのＧＳＮＲがフラットまたはほぼフラットになるように、各波長チャネルの送信パワーが制御される。これにより、図２（ｂ）に示すように、受信ノードにおいて波長に対して各波長チャネルのＧＳＮＲがフラットになる。したがって、最小ＧＳＮＲが改善し、ＷＤＭ信号の品質が改善する。

＜第１の実施形態＞
図４は、本発明の第１の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す。第１の実施形態においては、光伝送装置１は、図１を参照して説明したＷＳＳ１１、光増幅回路１２、制御部１３に加えて、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源１４を備えてもよい。ＡＳＥ光源１４は、ＡＳＥ光を生成する。ここで、ＡＳＥ光源１４は、高パワーかつ広帯域のＡＳＥ光を生成できるものとする。そして、ＡＳＥ光源１４により生成されるＡＳＥ光は、ＷＳＳ１１に導かれる。ＷＳＳ１１は、このＡＳＥ光を利用して、所望の１または複数の波長チャネルを介して伝送される疑似的な光信号を生成できる。

なお、ＷＤＭ信号の特性をモニタするときは、ＷＤＭ信号の総光パワーが所定のレベルに保持されていることが好ましい。よって、ＷＤＭ信号中に多重化される光信号の数が少ないときは、ＡＳＥ光を利用して生成される疑似的な光信号をＷＤＭ信号に挿入することで、ＷＤＭ信号の総光パワーを所定のレベルに保持してもよい。

また、光伝送装置１は、ＯＣＭ１５を備える。ＯＣＭ１５は、光伝送装置１から光ファイバ伝送路３に出力されるＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーをモニタする。ＯＣＭ１５のモニタ結果は、制御部１３に通知される。

受信ノード（すなわち、光伝送装置２）において、制御部２３は、線形ＳＮＲ計算部３１を備える。線形ＳＮＲ計算部３１は、ＯＣＭ２２の出力信号を利用して、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する。ここで、線形ＳＮＲは、厳密にはＯＳＮＲと同じではないが、この実施例では、ＯＳＮＲと等価であるものとする。

図５は、波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する方法の一例を示す。波長チャネルの線形ＳＮＲを計算するときは、光伝送装置１は光伝送装置２にＷＤＭ信号を送信する。このとき、信号を伝送しない波長チャネルには、ＡＳＥ光源１４を利用して生成される疑似的な光信号が挿入されることが好ましい。

光伝送装置２において、ＯＣＭ２２は、ＷＤＭ信号の光パワーをモニタする。即ち、光伝送装置２が受信するＷＤＭ信号のスペクトルが検出される。そして、線形ＳＮＲ計算部３１は、ＯＣＭ２２の出力信号を利用して各波長の線形ＳＮＲを算出する。具体的には、線形ＳＮＲ計算部３１は、図５（ａ）に示すように、波長チャネルの中心波長λ０の光パワーを検出する（測定１）。また、線形ＳＮＲ計算部３１は、波長λ０からΔλだけシフトした波長の光パワーを検出する（測定２）。なお、λ０＋Δλは、信号成分が十分に小さい波長である。よって、λ０＋Δλにおいて検出される光パワーは、ＡＳＥ雑音のパワーに相当する。したがって、線形ＳＮＲ計算部３１は、図５（ｂ）に示す手順で線形ＳＮＲを算出することができる。

Ｓ１において、線形ＳＮＲ計算部３１は、波長チャネルの中心波長λ０の光パワーを検出する。これにより、信号の光パワーＰ＿ｃｈが得られる。Ｓ２において、線形ＳＮＲ計算部３１は、波長λ０からΔλだけシフトした波長の光パワーを検出する。これにより、ＡＳＥ雑音の光パワーＰ＿ＡＳＥが得られる。そして、Ｓ３において、線形ＳＮＲ計算部３１は、Ｓ１で得られる信号の光パワーＰ＿ｃｈおよびＳ２で得られるＡＳＥ雑音の光パワーＰ＿ＡＳＥから線形ＳＮＲを計算する。線形ＳＮＲ（ＳＮＲ＿Ｌ）は、（２）式で表される。

図５に示す方法によれば、信号を送信しながら線形ＳＮＲを算出することができる。ただし、ＷＤＭ信号の波長チャネルの間隔が狭いケースでは、ＡＳＥ雑音の光パワーを精度よく測定することは困難である。

図６は、波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する方法の他の例を示す。この方法では、図６（ａ）に示すように、信号が送信されている状態で波長チャネルの中心波長λ０の光パワーを検出する（測定１）。また、信号を停止した状態で波長λ０の光パワーを検出する（測定２）。具体的には、線形ＳＮＲ計算部３１は、図６（ｂ）に示す手順で線形ＳＮＲを算出することができる。

Ｓ１１において、送信ノードは、測定対象の波長チャネルを介して信号を送信する。Ｓ１２において、受信ノードに実装される線形ＳＮＲ計算部３１は、波長チャネルの中心波長λ０の光パワーを検出する。これにより、信号の光パワーＰ＿ｃｈが得られる。Ｓ１３において、送信ノードは、ＷＳＳ１１を制御することにより、測定対象の波長チャネルを停止する。Ｓ１４において、線形ＳＮＲ計算部３１は、波長λ０の光パワーを検出する。これにより、ＡＳＥ雑音の光パワーＰ＿ＡＳＥが得られる。そして、Ｓ１５において、線形ＳＮＲ計算部３１は、Ｓ１２で得られる信号の光パワーＰ＿ｃｈおよびＳ１４で得られるＡＳＥ雑音の光パワーＰ＿ＡＳＥから線形ＳＮＲを計算する。線形ＳＮＲは、図５に示す方法と同様に、（２）式で表される。

線形ＳＮＲ計算部３１は、図５または図６に示す方法で各波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する。そして、光伝送装置２は、線形ＳＮＲ計算部３１が計算した線形ＳＮＲを表す情報をフィードバック情報として光伝送装置１に送信する。加えて、光伝送装置２は、ＯＣＭ２２により検出された各波長チャネルの光パワーを表す情報をフィードバック情報として光伝送装置１に送信してもよい。

光伝送装置１に実装される制御部１３は、非線形ＳＮＲ計算部３２、ＧＳＮＲ計算部３３、およびパワー制御部３４を備える。また、制御部１３は、図示しないが、光伝送装置２において算出された線形ＳＮＲを表す情報を取得する取得部（または、受信部）を備える。そして、制御部１３は、光伝送装置２から受信するフィードバック情報に基づいてＧＳＮＲを計算し、波長に対してＧＳＮＲをフラットにするように、或いは、最小ＧＳＮＲを高くするように、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを制御する。

非線形ＳＮＲ計算部３２は、ＯＣＭ１５により検出される光パワーに基づいて、各波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算する。ここで、非線形雑音の強度は、光ファイバ伝送路３に入力される光のパワーの３乗に比例する。すなわち、非線形雑音Ｐ＿ＮＬＩは、（３）式で表される。
「η」は、非線形ＳＮＲを計算するための比例係数を表す。また、「Ｔ」は光伝送装置１（送信ノード）を示し、「Ｐ＿ＣＨ（Ｔ）」は、光伝送装置１（送信ノード）から出力される測定対象波長チャネルの伝送路入力パワーを表す。なお、この関係は、例えば、P. Poggiolini, Analytical modeling of non-linear propagation in coherent systems, in Proc. OFC 2013, Anaheim, CA, Mar. 2013.に記載されている。

ここで、波長チャネルの帯域幅が一定であれば、単位帯域幅（例えば、12.5GHz）当たりの非線形雑音は（４）式で表される。
「ηd」は、比例係数を表す。「Ｂ＿ＣＨ」は、波長チャネルの帯域幅を表す。

したがって、非線形ＳＮＲは（５）式で表される。

ここで、比例係数ηdは、伝送路のファイバの種類などによって決まる既知の値であるものとする。また、波長チャネルの帯域幅は既知である。したがって、ＯＣＭ１５を用いて波長チャネルの光パワーＰ＿ＣＨ（Ｔ）を検出すれば、非線形ＳＮＲが算出される。なお、「Ｐ＿ＣＨ（Ｔ）／Ｂ＿ＣＨ」は、単位帯域幅当たりの光ファイバ入力パワーに相当する。

ＧＳＮＲ計算部３３は、受信ノード（即ち、光伝送装置２）から通知される線形ＳＮＲおよび非線形ＳＮＲ計算部３２により算出される非線形ＳＮＲに基づいてＧＳＮＲを計算する。この実施例では、ＧＳＮＲは（６）式で算出される。

図７は、ＧＳＮＲを算出する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、この実施例では、送信ノード（即ち、光伝送装置１）の制御部１３により実行される。

Ｓ２１において、非線形ＳＮＲ計算部３２は、ＯＣＭ１５を利用して対象波長チャネルの中心波長の光パワーを測定する。即ち、送信光パワー（または、ファイバ入力パワー）が測定される。Ｓ２２において、非線形ＳＮＲ計算部３２は、Ｓ２１で測定した光パワーに基づいて、対象波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算する。非線形ＳＮＲは、例えば、上述した（５）式で計算される。なお、係数ηdおよび波長チャネルの帯域幅は与えられるものとする。

Ｓ２３において、ＧＳＮＲ計算部３３は、対象波長チャネルの線形ＳＮＲを表す情報を取得する。線形ＳＮＲを表す情報は、フィードバック情報として、受信ノードにおいて生成される。Ｓ２４において、ＧＳＮＲ計算部３３は、Ｓ２２で計算した非線形ＳＮＲおよびＳ２３で取得した線形ＳＮＲに基づいてＧＳＮＲを計算する。ＧＳＮＲは、（６）式で計算される。なお、制御部１３は、ＷＤＭ信号の各波長チャネルについてＧＳＮＲを計算する。

パワー制御部３４は、光伝送装置１において、ＧＳＮＲ計算部３３により計算される各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを制御する。具体的には、パワー制御部３４は、例えば、各波長チャネルのＧＳＮＲのばらつきを小さくするように、或いは、最小ＧＳＮＲを大きくするように、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを制御してもよい。このとき、パワー制御部３４は、ＷＳＳ１１における各波長チャネルに対する減衰量を制御すると共に、光増幅回路１２のＶＯＡ１２ｂの減衰量を制御する。

ここで、波長チャネルｉの送信光パワー（すなわち、ファイバ入力パワー）の目標値ＴＰ＿ＣＨ（ｉ）は、（７）式により更新される。
Ｐ＿ＣＨ（ｉ）は、更新前の波長チャネルｉのファイバ入力パワーを表す。また、ΔＰ＿ＣＨ（ｉ）は、波長チャネルｉの目標値の調整値を表す。

波長チャネルｉのファイバ入力パワーの目標値の調整値は、例えば、（８）式に示すように、波長チャネルｉのＧＳＮＲおよびＧＳＮＲの平均値に基づいて決定される。
ＧＳＮＲ（ｉ）は、波長チャネルｉのＧＳＮＲを表す。そして、関数ｆ１は、例えば、波長チャネルｉのＧＳＮＲをＧＳＮＲの平均値に近づける計算式により実現される。

或いは、波長チャネルｉのファイバ入力パワーの目標値の調整値は、（９）式に示すように、波長チャネルｉの線形ＳＮＲ、線形ＳＮＲの平均値、波長チャネルｉの非線形ＳＮＲ、および非線形ＳＮＲの平均値に基づいて決定してもよい。
ＳＮＲ＿Ｌ（ｉ）は、波長チャネルｉの線形ＳＮＲを表し、ＳＮＲ＿ＮＬ（ｉ）は、波長チャネルｉの非線形ＳＮＲを表す。そして、関数ｆ２は、例えば、波長チャネルｉの線形ＳＮＲを線形ＳＮＲの平均値に近づけ、且つ、波長チャネルｉの非線形ＳＮＲを非線形ＳＮＲの平均値に近づける計算式により実現される。

パワー制御部３４は、例えば、波長チャネルｉの目標値の調整値ΔＰ＿ＣＨ（ｉ）の波長特性を光増幅回路１２の出力のチルトによって補償しようとした場合に、最もΔＰ＿ＣＨ（ｉ）の波長特性に近くなる光増幅回路１２の中のＶＯＡ１２ｂの変化量ΔＶＯＡを算出し、この量だけＶＯＡ１２ｂの減衰量を変化させる。そして、この利得のチルトで補償しきれない残りの成分は、ＷＳＳ１１の各チャネルの減衰量を変化させることで補償される。これにより、ΔＰ＿ＣＨ（ｉ）の波長特性の変化を実現する。また、光増幅回路１２は、図１または図４に示すように、光アンプ１２ａ、ＶＯＡ１２ｂ、および光アンプ１２ｃを備える。

図８は、各波長チャネルの送信パワーを制御する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、定期的に実行される。或いは、ネットワーク管理者からの指示に応じてこのフローチャートの処理を実行してもよい。

Ｓ３１において、受信ノードに実装される制御部２３は、各波長チャネルの線形ＳＮＲを算出する。Ｓ３２において、送信ノードに実装される制御部１３は、各波長チャネルの非線形ＳＮＲを算出する。Ｓ３３において、制御部１３は、Ｓ３１で得られる線形ＳＮＲおよびＳ３２で得られる非線形ＳＮＲに基づいて各波長チャネルのＧＳＮＲを算出する。Ｓ３４において、制御部１３は、各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、送信ノードに実装されるＷＳＳ１１および光増幅回路１２を制御する。上述の送信パワー制御により、図２（ｂ）に示すように、各波長チャネルのＧＳＮＲのばらつきが小さくなる。この結果、最小ＧＳＮＲが大きくなり、ＷＤＭ信号の品質が改善する。

なお、図４に示す実施例では、受信ノード（即ち、光伝送装置２）において線形ＳＮＲが算出され、線形ＳＮＲを表すフィードバック情報が送信ノード（即ち、光伝送装置１）に通知されるが、本発明の実施形態はこの構成に限定されるものではない。例えば、光伝送装置２は、ＯＣＭ２２により検出されるスペクトル情報を光伝送装置１に送信してもよい。このスペクトル情報は、光伝送装置２が受信するＷＤＭ信号のスペクトルを表す。この場合、図４に示す線形ＳＮＲ計算部３１は、光伝送装置１の制御部１３に実装され、光伝送装置２から受信するスペクトル情報を利用して各波長チャネルの線形ＳＮＲを算出する。

図９は、本発明の第１の実施形態に係わる光伝送システムのバリエーションを示す。図９に示す光伝送システム１００は、ネットワーク制御装置５０を備える。ネットワーク制御装置５０は、光伝送システム１００中の各通信機器を制御することができる。また、ネットワーク制御装置５０は、光伝送装置１、２に接続されている。そして、ネットワーク制御装置５０は、図４に示す線形ＳＮＲ計算部３１、非線形ＳＮＲ計算部３２、およびＧＳＮＲ計算部３３を備える。

光伝送装置２は、ＯＣＭ２２により検出されるスペクトル情報をネットワーク制御装置５０に送信する。このスペクトル情報は、光伝送装置２が受信するＷＤＭ信号のスペクトルを表す。そして、ネットワーク制御装置５０に実装される線形ＳＮＲ計算部３１は、光伝送装置２から受信するスペクトル情報に基づいて各波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する。

光伝送装置１は、ＯＣＭ１２により検出されるスペクトル情報をネットワーク制御装置５０に送信する。このスペクトル情報は、光伝送装置１から光ファイバ伝送路３に入力されるＷＤＭ信号のスペクトルを表す。そして、ネットワーク制御装置５０に実装される非線形ＳＮＲ計算部３２は、光伝送装置１から受信するスペクトル情報に基づいて各波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算する。

ネットワーク制御装置５０に実装されるＧＳＮＲ計算部３３は、線形ＳＮＲおよび非線形ＳＮＲに基づいて、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算する。さらに、ネットワーク制御装置５０は、各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、光伝送装置１のＷＳＳ１１および光増幅回路１２を制御するための制御情報を生成する。そして、ネットワーク制御装置５０は、この制御情報を光伝送装置１に送信する。そうすると、光伝送装置１において、パワー制御部３４は、ネットワーク制御装置５０から受信する制御情報に従ってＷＳＳ１１および光増幅回路１２を制御する。この結果、図２（ｂ）に示すように、各波長チャネルのＧＳＮＲのばらつきが抑制される。なお、図９に示す構成によれば、光伝送装置１、２の負荷を削減することができる。

線形ＳＮＲ計算部３１、非線形ＳＮＲ計算部３２、ＧＳＮＲ計算部３３、およびパワー制御部３４は、たとえば、プロセッサおよびメモリを備えるコンピュータにより実現される。この場合、メモリに保存されているプログラムをプロセッサが実行することで、線形ＳＮＲ計算部３１、非線形ＳＮＲ計算部３２、ＧＳＮＲ計算部３３、およびパワー制御部３４の機能が提供される。

図４に示す構成においては、光伝送装置２に実装されるプロセッサにより線形ＳＮＲ計算部３１の機能が提供され、光伝送装置１に実装されるプロセッサにより非線形ＳＮＲ計算部３２、ＧＳＮＲ計算部３３、およびパワー制御部３４の機能が提供される。また、図９に示す構成では、ネットワーク制御装置５０に実装されるプロセッサにより線形ＳＮＲ計算部３１、非線形ＳＮＲ計算部３２、およびＧＳＮＲ計算部３３の機能が提供され、光伝送装置１に実装されるプロセッサによりパワー制御部３４の機能が提供される。

＜第２の実施形態＞
光ファイバを介して伝搬する光のパワーは、伝搬距離に依存する。すなわち、送信ノードからの距離が大きくなると、光パワーが徐々に小さくなる。ただし、光ファイバ伝送路上で、光ファイバの特性に依存しない、意図しない損失が発生することがある。例えば、曲げ損失、接続損失、結合損失などが生じることがある。そして、このような意図しない損失が発生する場合、上述した方法で算出されるＧＳＮＲの誤差が大きくなる。そこで、第２の実施形態では、この誤差を抑制する手順を提供する。なお、以下の記載では、光ファイバ伝送路上で発生する意図しない損失を「ランプロス」と呼ぶことがある。

図１０は、ランプロスが発生している光ファイバ伝送路の光パワープロファイルの一例を示す。この例では、光ファイバ伝送路の長さ（すなわち、スパン長）がＬＳであり、送信ノードから距離Ｌ１だけ離れた位置ＰＬにおいてランプロスが発生している。

この場合、送信ノードからの位置ＰＬに向かって光が伝搬すると、光パワーは徐々に低下していく。そして、位置ＰＬにおいてランプロスにより光パワーがδ１だけ低下する。さらに、位置ＰＬから受信ノードに向かって光が伝搬すると、光パワーはさらに低下していく。

ここで、ランプロスが発生するケースでは、ランプロスが無いケースと比較すると、受信ノードに到達する光のパワーは低くなる。具体的には、ランプロスが発生するケースでは、ランプロスが無いケースと比較すると、位置ＰＬと受信ノードとの間で光パワーが低くなる。よって、非線形ＳＮＲを計算するときに、（４）式または（５）式で使用される係数ηdを補正することが好ましい。例えば、係数ηdは、（１０）式で補正される。

「α」は、光ファイバ伝送路３のファイバ損失係数（即ち、単位長さ当たりの損失）を表す。関数ｆ３は、ファイバ損失係数αに依存する値を生成する。例えば、関数ｆ３は、ファイバ損失係数αが大きいほど演算結果が小さくなる計算式で実現してもよい。また、関数ｆ４は、ランプロスδ１、送信ノードからランプロス発生位置ＰＬまでの距離Ｌ１、およびスパン長ＬＳに依存する値を生成する。例えば、関数ｆ４は、ランプロスδ１が大きいほど演算結果が小さくなり、且つ、ランプロス発生位置ＰＬから受信ノードまでの距離（すなわち、「ＬＳ－Ｌ１」）が大きいほど演算結果が小さくなる計算式で実現してもよい。

なお、光ファイバ伝送路上の複数の位置でランプロスが発生するときには、係数ηｄは（１１）式で補正される。

ファイバ損失係数、ランプロスの発生位置、およびランプロスの大きさは、例えば、光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ：Optical Time Domain Reflectometer）を用いて検出することができる。ＯＴＤＲは、光ファイバの不連続点を検出する光測定器である。具体的には、ＯＴＤＲは、光ファイバに光パルスを入射し、その光ファイバからの反射光を検出する。そして、ＯＴＤＲは、反射光のパワーおよびタイミングに基づいて、光ファイバの光パワープロファイル（光ファイバの不連続点の位置を表す情報を含む）を検出することができる。なお、光ファイバの不連続点は、破断点および端点を含む。また、光ファイバの不連続点は、光ファイバどうしの接続点も含む。よって、ＯＴＤＲは、ファイバ損失係数、ランプロスの発生位置、およびランプロスの大きさを検出できる。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係わる光伝送システムの一例を示す。第２の実施形態においては、光伝送装置１は、ＷＳＳ１１、光増幅回路１２、制御部１３、ＡＳＥ光源１４、ＯＣＭ１５に加えて、ＯＴＤＲ１６を備える。ＯＴＤＲ１６は、光伝送装置１と光伝送装置２とを接続する光ファイバ伝送路３の状態を検出する。すなわち、ＯＴＤＲ１６は、光ファイバ伝送路３に光パルスを入力し、その反射パルスを検出することで、光ファイバ伝送路３の光パワープロファイルを作成することができる。

制御部１３は、ＯＴＤＲ１６により作成される光パワープロファイルに基づいて、ファイバ損失係数、ランプロスの発生位置、およびランプロスの大きさを検出する。ここで、スパン長ＬＳ（即ち、光伝送装置１、２間の距離）は既知である。したがって、制御部１３は、（１１）式を使用して、非線形ＳＮＲを計算するための係数ηdを補正することができる。

なお、図１１に示す実施例では、送信ノードに実装されるＯＴＤＲを利用して光ファイバ伝送路３の状態が検出されるが、受信ノードに実装されるＯＴＤＲを利用して光ファイバ伝送路３の状態を検出してもよい。この場合、光伝送装置２は、ＯＴＤＲにより得られる情報を光伝送装置１に送信する。

図１２は、ＧＳＮＲに対するランプロスの影響についてのシミュレーションの一例を示す。図１２（ａ）は、光ファイバのランプロスが無いと仮定して事前にパラメータを設定したケースを示す。すなわち、波長に対してＧＳＮＲがフラットになるように、事前設計により、線形ＳＮＲの波長特性および非線形ＳＮＲの波長特性が設定されている。

ところが、事前設計に基づいて送信パワー制御を行う場合、ランプロスが発生すると、光ファイバ伝送路中で光のパワーが低くなるので、ＳＲＳが小さくなる。すなわち、短波長領域から長波長領域への光パワーの遷移が少なくなる。この結果、事前設計と比較すると、長波長領域の光パワーが低下し、図１２（ｂ）に示すように、長波長領域の線形ＳＮＲが劣化する。また、光ファイバ伝送路を伝搬する光のパワーがランプロスにより低下するので、非線形ＳＮＲは全体的に高くなる。ＳＲＳが小さくなることから、その傾向は長波長領域で顕著であるが、結果として線形ＳＮＲの波長特性および非線形ＳＮＲの波長特性のバランスが失われ、波長に対してＧＳＮＲがフラットにならなくなる。図１２に示す例では、短波長領域のＧＳＮＲが相対的に低下している。なお、ランプロスが発生する場合は、ＧＳＮＲの波長特性に対する非線形ＳＮＲの波長特性の寄与は相対的に小さくなるが、図１２（ｃ）に示すように、線形ＳＮＲの波長特性をフラットにしたとしても、必ずしもＧＳＮＲの波長特性はフラットにならない。

そこで、本発明の実施形態では、波長に対してＧＳＮＲがフラットになるように、ＷＳＳ１１および光増幅回路１２をフィードバック制御する。加えて、第２の実施形態では、ランプロスを考慮して、非線形ＳＮＲを計算するための係数ηdが補正される。

図１３は、第２の実施形態においてＧＳＮＲを算出する処理の一例を示すフローチャートである。第２の実施形態においては、図７に示す手順に加えてＳ４１の処理が実行される。

Ｓ４１において、制御部１３は、ＯＴＤＲ１６を用いて光ファイバ伝送路３の状態を検出する。そして、非線形ＳＮＲ計算部３２は、ＯＴＤＲ１６により得られる情報に基づいて、光ファイバ伝送路３のファイバ損失係数、ランプロスの発生位置、およびランプロスの大きさを検出する。

制御部１３は、図７に示すＳ２１～Ｓ２４と同様の手順で非線形ＳＮＲおよびＧＳＮＲを計算する。ただし、第２の実施形態においては、非線形ＳＮＲ計算部３２は、Ｓ４２において、非線形ＳＮＲを計算するための係数ηdを補正する。このとき、係数ηdは、Ｓ４１で得られるファイバ損失係数、ランプロスの発生位置、およびランプロスの大きさに基づいて補正される。そして、非線形ＳＮＲ計算部３２は、補正された係数ηdを用いて非線形ＳＮＲを計算する。その後、ＧＳＮＲ計算部３３がＧＳＮＲを計算する。

図１４は、第２の実施形態においてＧＳＮＲを算出する処理のバリエーションを示すフローチャートである。図１３に示す手順では、ＯＴＤＲ１６を用いて光ファイバ伝送路３のファイバ損失係数αが検出される。これに対して、図１４に示すバリエーションでは、他の方法で光ファイバ伝送路３のファイバ損失係数が検出される。なお、制御部１３は、Ｓ４１において、ＯＴＤＲ１６を用いて光ファイバ伝送路３のファイバ損失係数を検出する必要はない。

光伝送装置１は、ＷＤＭ信号を生成して光伝送装置２に送信する。このとき、制御部１３は、ＡＳＥ光源１４およびＷＳＳ１１を用いてＷＤＭ信号を生成してもよい。

Ｓ５１において、送信ノード（すなわち、光伝送装置１）のＯＣＭ１５は、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを測定する。すなわち、各波長チャネルのファイバ入力パワーが測定される。Ｓ５２において、受信ノード（すなわち、光伝送装置２）のＯＣＭ２２は、ＷＤＭ信号の各波長チャネルの受信光パワーを測定する。Ｓ５３において、制御部２３は、各波長チャネルの受信光パワーを表す情報を光伝送装置１に送信する。Ｓ５４において、制御部１３は、Ｓ５１で測定された送信光パワーおよびＳ５２で測定された受信光パワーに基づいて、波長チャネル毎にファイバ損失係数を計算する。この場合、波長チャネルｉに対するファイバ損失係数は（１２）式で表される。図１４に示す手順では、Ｓ５１とＳ２１で同じ測定が行われているが、これは経時的な変化がある場合に測定値の更新を行うためであり、経時的な変化がないと見込まれる場合にはＳ５１の測定値をそのまま流用することも可能である。

Ｐ＿ＣＨ（Ｔ）（ｉ）は波長チャネルｉの送信光パワーを表す。Ｐ＿ＣＨ（Ｒ）（ｉ）は波長チャネルｉの受信光パワーを表す。δは、ＯＴＤＲにより検出されるランプロスの大きさを表す。光ファイバ伝送路上で複数のランプロスが存在するときは、δは、ランプロスの総和を表す。ＬＳは、スパン長を表す。この後、Ｓ２１～Ｓ２４を実行することにより、ＧＳＮＲが算出される。

図１５は、送信光パワー制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ６１において、送信ノードの制御部１３は、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算する。このとき、制御部１３は、受信ノードの制御部２３と連携して各波長チャネルのＧＳＮＲを計算する。具体的には、ＧＳＮＲは、例えば、図７、図１３、または図１４に示す手順で計算される。

Ｓ６２において、制御部１３は、各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、ＷＳＳ１１および光増幅回路１２を制御する。このとき、制御部１３は、例えば、各波長チャネルのＧＳＮＲのばらつきを小さくするように、ＷＳＳ１１における各波長チャネルの減衰量および光増幅回路１２の利得を制御する。

図１５に示す手順を所定の周期で繰り返し実行することにより、波長に対する各波長チャネルのＧＳＮＲのばらつきが小さくなり、ＷＤＭ信号の最小ＧＳＮＲが安定する。したがって、安定したＷＤＭ伝送が実現される。

１、２ 光伝送装置
３ 光ファイバ伝送路
１１ 波長選択スイッチ（ＷＳＳ）
１２ 光増幅回路
１２ａ、１２ｃ 光アンプ
１２ｂ 可変光減衰器（ＶＯＡ）
１３ 制御部
１４ ＡＳＥ光源
１５ 光チャネルモニタ（ＯＣＭ）
１６ 光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）
２２ 光チャネルモニタ（ＯＣＭ）
２３ 制御部
３１ 線形ＳＮＲ計算部
３２ 非線形ＳＮＲ計算部
３３ ＧＳＮＲ計算部
３４ パワー制御部
５０ ネットワーク制御装置
１００ 光伝送システム

Claims (9)

1. 第１の光伝送装置から光ファイバ伝送路を介して第２の光伝送装置にＷＤＭ信号を伝送する光伝送システムであって、
   前記第１の光伝送装置において、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを検出する第１の光チャネルモニタと、
   前記第２の光伝送装置において、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを検出する第２の光チャネルモニタと、
   前記第２の光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの光パワーに基づいて、各波長チャネルの線形ＳＮＲを計算する第１の計算部と、
   前記第１の光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの光パワーに基づいて、各波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算する第２の計算部と、
   前記第１の計算部により計算される線形ＳＮＲおよび前記第２の計算部により計算される非線形ＳＮＲを利用して、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算する第３の計算部と、
   前記第１の光伝送装置において、前記第３の計算部により計算される各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、前記第１の光伝送装置から送信されるＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信パワーを制御するパワー制御部と、
   を備える光伝送システム。
2. 前記パワー制御部は、前記第３の計算部により計算される各波長チャネルのＧＳＮＲのばらつきを小さくするように、前記第１の光伝送装置から送信されるＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信パワーを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記第１の光伝送装置は、
   前記パワー制御部から与えられる指示に応じて前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの光パワーを制御する光回路と、
   前記パワー制御部から与えられる指示に応じて前記ＷＤＭ信号の光パワーを制御する光増幅回路と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
4. 前記第２の計算部は、各波長チャネルについて、前記第１の光チャネルモニタにより検出される光パワーの３乗に所定の比例係数を乗算することで非線形雑音を計算し、前記第１の光チャネルモニタにより検出される光パワーと前記非線形雑音との比を計算することで前記非線形ＳＮＲを計算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
5. 前記第２の計算部は、前記光ファイバ伝送路のファイバ損失係数、ランプロスの発生位置、および前記ランプロスの大きさに基づいて前記比例係数を補正する
   ことを特徴とする請求項４に記載の光伝送システム。
6. 光ファイバ伝送路を介して受信ノードにＷＤＭ信号を送信する光伝送装置であって、
   前記受信ノードにおいて検出される前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの受信光パワーに基づいて計算される、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの線形ＳＮＲを表す情報を取得する取得部と、
   前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを検出する光チャネルモニタと、
   前記光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの光パワーに基づいて、各波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算する非線形ＳＮＲ計算部と、
   前記線形ＳＮＲおよび前記非線形ＳＮＲを利用して、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算するＧＳＮＲ計算部と、
   前記ＧＳＮＲ計算部により計算される各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを制御するパワー制御部と、
   を備える光伝送装置。
7. 前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの線形ＳＮＲは、前記受信ノードにおいて計算され、
   前記取得部は、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの線形ＳＮＲを表す情報を前記受信ノードから取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光伝送装置。
8. 前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの線形ＳＮＲは、前記光伝送装置および前記受信ノードに接続するネットワーク制御装置において計算され、
   前記取得部は、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの線形ＳＮＲを表す情報を前記ネットワーク制御装置から取得する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光伝送装置。
9. 第１の光伝送装置から光ファイバ伝送路を介して第２の光伝送装置にＷＤＭ信号を伝送する光伝送システムにおいて、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを制御する送信光パワー制御方法であって、
   前記第１の光伝送装置において第１の光チャネルモニタを用いて前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信光パワーを検出し、
   前記第２の光伝送装置において第２の光チャネルモニタを用いて前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの受信光パワーを検出し、
   前記第２の光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの受信光パワーに基づいて、各波長チャネルの線形ＳＮＲを計算し、
   前記第１の光チャネルモニタにより検出される各波長チャネルの送信光パワーに基づいて、各波長チャネルの非線形ＳＮＲを計算し、
   前記線形ＳＮＲおよび前記非線形ＳＮＲを利用して、各波長チャネルのＧＳＮＲを計算し、
   前記第１の光伝送装置において、前記各波長チャネルのＧＳＮＲに基づいて、前記ＷＤＭ信号の各波長チャネルの送信パワーを制御する
   ことを特徴とする送信光パワー制御方法。