特開 2023-47861 光受信機、及び光トランシーバモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023047861

(43)【公開日】2023-04-06

(54)【発明の名称】光受信機、及び光トランシーバモジュール

(51)【国際特許分類】

   H04J 14/02 20060101AFI20230330BHJP

   H04B 10/66 20130101ALI20230330BHJP

   H04B 10/079 20130101ALI20230330BHJP

【ＦＩ】

H04J14/02

H04B10/66

H04B10/079 190

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021157014

(22)【出願日】2021-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】石井 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】桑田 直樹

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AD01

5K102AH24

5K102AH26

5K102LA05

5K102LA52

5K102MH03

5K102MH14

5K102MH22

5K102PH15

5K102PH31

5K102PH32

5K102PH48

5K102PH49

5K102RD04

5K102RD05

5K102RD28

(57)【要約】

【課題】ＷＤＭ方式の光受信機で、、波長またはチャネルごとの入力光強度と合計入力光強度を精度良く検知する。
【解決手段】光受信機は、光増幅器に入力されるＷＤＭ信号の合計入力光強度と、前記光増幅器の波長ごとの利得との関係を表す情報をメモリに保持し、プロセッサは、前記光増幅器の駆動電流値と、前記合計入力光強度の推定値とに基づき、前記メモリを参照して前記波長ごとの利得を特定する第１計算と、特定された前記波長ごとの利得と、前記モニタ回路で取得された波長ごとの光強度のモニタ値とに基づいて、前記光増幅器に入力された各波長の入力光強度を算出する第２計算と、前記各波長の入力光強度の総和から前記合計入力光強度を算出する第３計算を、前記合計入力光強度が収束するまで繰り返す。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の波長が多重された光信号を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器を駆動する電流源と、
前記光増幅器で増幅された前記光信号を各波長に分波する光分波器と、
分波された各波長の光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された各波長の光強度をモニタするモニタ回路と、
プロセッサと、
メモリと、
とを有し、
前記メモリは、前記光増幅器に入力される前記光信号の合計入力光強度と、前記光増幅器の波長ごとの利得との関係を表す情報を保持し、
前記プロセッサは、前記電流源の駆動電流値と、前記合計入力光強度の推定値とに基づき、前記メモリに保持された前記情報を参照して前記波長ごとの利得を特定する第１計算と、特定された前記波長ごとの利得と、前記モニタ回路で取得された波長ごとの光強度のモニタ値とに基づいて、前記光増幅器に入力された各波長の入力光強度を算出する第２計算と、前記各波長の入力光強度の総和から前記合計入力光強度を算出する第３計算とを、前記合計入力光強度が収束するまで繰り返す、
光受信機。

【請求項2】

前記プロセッサは、前記第１計算、前記第２計算、及び前記第３計算の繰り返し処理の開始時に、前記合計入力光強度の仮の値を用いる、
請求項１に記載の光受信機。

【請求項3】

前記プロセッサは、前記第１計算、前記第２計算、及び前記第３計算の繰り返し処理の開始時に、前記駆動電流値と、前記メモリに保持された前記情報と、前記モニタ回路で取得された前記モニタ値とに基づいて、前記合計入力光強度の初期推定値を計算する、
請求項１に記載の光受信機。

【請求項4】

前記プロセッサは、前記光増幅器に入力される各波長の前記入力光強度が取り得る最大値と最小値の平均または中央値を、前記初期推定値として計算する、
請求項３に記載の光受信機。

【請求項5】

前記プロセッサは、前記合計入力光強度が収束したときに前記光増幅器に入力された前記光信号の各波長の前記入力光強度を出力する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項6】

前記光増幅器に入力された前記光信号の各波長の前記入力光強度を前記光受信機の内部制御に用いる制御監視回路、
をさらに有する
請求項５に記載の光受信機。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか１項に記載の光受信機と、
電気信号を光信号に変換する光送信回路と、
とを有する光トランシーバモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光受信機、及び光トランシーバモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

データ通信量の増大に対処する技術のひとつが、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式の光通信である。ＷＤＭでは、１本の光ファイバに複数の波長の光を多重することで、光ファイバ１本あたりの伝送レートを向上する。受信側の装置では、波長ごとの光信号に分離する前に、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）などによりＷＤＭ信号を増幅することがある。

【0003】

図１は、ＷＤＭ方式の通信装置のＳＯＡを内蔵した光受信機ＲＸの構成図である。光分波器１１２（図中で「Ｏ－Ｄｅｍｕｘ」と表記）にて各波長に分波する前に、受信したＷＤＭ信号をＳＯＡ１１１で増幅する。ＳＯＡ１１１の利得は、ＳＯＡ１１１を駆動する電流源１１６の駆動電流Ｉ_ＳＯＡだけでなく、ＳＯＡ１１１の合計入力光強度（図中で「Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}」と表記）にも依存する。そこで、ＳＯＡ１１１の前段にモニタ用の光検出器（図中で「ｍＰＤ」と表記）１１４を設けて、ＳＯＡ１１１の合計入力光強度を検出する（たとえば、特許文献１参照）。また、光分波器１１２の後段にモニタ回路１５１を設けて、光検出器（図中で「ｍＰＤ」と表記）１１３で検出された各波長（チャネル）の信号の光強度をモニタする。

【0004】

プロセッサ１３０は、ＳＯＡ１１１の合計入力光強度Ｐ_{ＴＯＴＡＬ}と、駆動電流Ｉ_ＳＯＡに基づき、利得テーブル１４１を参照して、チャネルごとのＳＯＡ利得を計算する。また、プロセッサ１３０は、チャネルごとのＳＯＡ利得と、チャネルごとのモニタ光強度に基づいて、ＳＯＡ１１１に入力されるチャネルごとの入力光強度を計算する。チャネルごとの入力光強度は、通信装置への情報通知や、光受信機ＲＸの内部制御などに使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１０５２２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

４０ｋｍを超える１００ＧのＱＳＦＰモジュールなどでは、小型が求められており、チャネルごとの入力光強度を取得するための部品の削減が求められている。ＳＯＡの入力段の分岐用のタップとモニタ光検出器を用いない場合チャネルごとの入力光強度を正しく決定することができず、光受信機の内部制御や、光受信機を搭載する通信装置への正確な情報通知が困難になる。

【0007】

発明の一側面では、光受信機において、ＷＤＭ信号の波長またはチャネルごとの入力光強度と合計入力光強度とを精度良く検知する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一実施形態では、光受信機は、
複数の波長が多重された光信号を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器を駆動する電流源と、
前記光増幅器で増幅された前記光信号を各波長に分波する光分波器と、
分波された各波長の光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出された各波長の光強度をモニタするモニタ回路と、
プロセッサと、
メモリと、
とを有し、
前記メモリは、前記光増幅器に入力される前記光信号の合計入力光強度と、前記光増幅器の波長ごとの利得との関係を表す情報を保持し、
前記プロセッサは、前記電流源の駆動電流値と、前記合計入力光強度の推定値とに基づき、前記メモリに保持された前記情報を参照して前記波長ごとの利得を特定する第１計算と、特定された前記波長ごとの利得と、前記モニタ回路で取得された波長ごとの光強度のモニタ値とに基づいて、前記光増幅器に入力された各波長の入力光強度を算出する第２計算と、前記各波長の入力光強度の総和から前記合計入力光強度を算出する第３計算とを、前記合計入力光強度が収束するまで繰り返す。

【発明の効果】

【0009】

光受信機において、ＷＤＭ信号の波長またはチャネルごとの入力光強度と、合計入力光強度とを精度良く検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ＷＤＭ方式の通信装置のＳＯＡを内蔵した受信機の構成図である。

【図2】実施形態の光受信機を備えた光トランシーバモジュールの模式図である。

【図3】光受信機の模式図である。

【図4】光受信機のプロセッサの処理を示すフローチャートである。

【図5】利得テーブルの一例を示す図である。

【図6】図５のひとつのチャネル（ch1）の利得テーブルに記述された情報を特性図として示す図である。

【図7】繰り返し演算による入力光強度検出誤差の収束の実験結果を示す図である。

【図8】合計ＳＯＡ入力光強度の初期値の計算例を示すフローチャートである。

【図9】合計ＳＯＡ入力光強度を推定する初期値の算出例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

実施形態では、光トランシーバモジュールの４０Ｋｍを超える領域（たとえば８０Ｋｍ領域）で、光受信機のＳＯＡの前段のモニタ機構を使用しなくても、ＷＤＭ信号の波長またはチャネルごとの入力光強度と合計入力光強度とを精度良く検知する。具体的には、ＳＯＡの駆動電流情報と、仮の合計入力光強度とを用い、利得情報を参照してチャネルごとのＳＯＡ利得を算出する、算出したチャネルごとのＳＯＡ利得と、分波後の光強度のモニタ結果とから、ＳＯＡに入射するチャネルごとの入力光強度と合計入力光強度とを算出する。算出した合計入力光強度に基づいて、チャネルごとのＳＯＡ利得を再計算し、チャネルごとの入力光強度と合計入力光強度とを算出する。この処理を繰り返して、ＳＯＡへ入射するＷＤＭ信号の合計入力光強度の推定の収束点を求める。

【0012】

図２は、実施形態の光受信機５を備えた光トランシーバモジュール１の模式図である。光トランシーバモジュール１は、たとえば強度変調（ＮＲＺ：Non-Return-to-Zero）方式の１００Ｇ通信モジュールであるが、この例に限定されず、４値パルス振幅変調（ＰＡＭ４）方式の４００Ｇ通信モジュールであってもよい。

【0013】

光受信機５は、光受信フロントエンド回路としてのＲＯＳＡ（Receiver Optical Subassembly）１０と、電子回路であるスライサ／クロックデータリカバリ（ＣＤＲ）回路１５を有する。また、光受信機５は、プロセッサ３０と、メモリ４０と、制御監視回路５０を有する。プロセッサ３０、メモリ４０、及び制御監視回路５０は、光トランシーバモジュール１の送信側の部品との間で共用されてもよい。

【0014】

ＲＯＳＡ１０は、ＳＯＡ１１と、光分波器１２と、分波されたチャネルごとに設けられる光検出器１３ａ～１３ｄと、プリアンプ１４ａ～１４ｄを有し、受信した各チャネルの光信号を電気信号に変換する。光検出器１３ａ～１３ｄは、たとえばＰＩＮ型のフォトダイオードである（図中で「ＰＩＮ－ＰＤ」と表記）。光検出器１３ａ～１３ｄで検出された各チャネルの光電流は、対応のプリアンプ１４ａ～１４ｄで増幅され、アナログ電圧信号としてＲＯＳＡ１０から出力される。

【0015】

図２の構成例で、ＲＯＳＡ１０は、ＳＯＡ１１の前段にモニタ機構を持たない小型の光部品である。図３を参照して後述するように、プロセッサ３０は、ＳＯＡ１１に入射するＷＤＭ信号の合計入力光強度の仮の値を用いて、チャネルごとの入力光強度と合計入力光強度の推定を繰り返し、推定値を収束させる。収束後のチャネルごとの入力光強度に関する情報は、モジュール制御監視信号の一種として、光トランシーバモジュール１が接続される伝送装置に通知されてもよいし、制御監視回路５０を介して、光受信機５の内部制御に用いられてもよい。

【0016】

ＲＯＳＡ１０から出力されたアナログ電圧信号は、スライサ／ＣＤＲ回路１５でデジタルデータ列として識別再生され、デジタルデータ列からクロックが再生される。デジタルデータ列は、高速の電気主信号として、光受信機５から出力される。

【0017】

光トランシーバモジュール１の送信側では、チャネルごとの送信信号が電気入力としてスライサ／ＣＤＲ回路２５に入力される。スライサ／ＣＤＲ回路２５の出力は、レーザダイオードドライバ（ＬＤＤ）２４に入力される。ＬＤＤ２４は、入力されたデジタル電気信号を、光変調用の駆動信号に変換する。

【0018】

ＬＤＤ２４から出力された駆動信号は、光送信フロントエンド回路であるＴＯＳＡ（Transmitter Optical Subassembly）２０に入力される。ＴＯＳＡ２０は、光源としてＬＤ２４ａ～２４ｄを有する。ＬＤ２４ａ～２４ｄからの出射光は、対応する駆動信号により直接変調される。各チャネルの変調光信号は、光合波器（図中で「Ｏ－Ｍｕｘ」と表記）２１で合波され、ＷＤＭ信号として光トランシーバモジュール１から送信される。

【0019】

図２では、４チャネルＷＤＭ通信用の光トランシーバモジュール１が描かれているが、チャネル数は４チャネルに限定されない。８チャネル、１６チャネル等、必要に応じたチャネル数のＷＤＭ通信モジュールを構成できる。

【0020】

図３は、光受信機５の模式図である。光受信機５に入力される光信号は、ＳＯＡ１１により増幅される。ＳＯＡ１１は、電流源１６から供給される電流により駆動される。ＳＯＡ１１を駆動する駆動電流Ｉ_ＳＯＡは、プロセッサ３０に通知される。一方、ＳＯＡ１１で増幅され、光分波器１２で分波された各波長（チャネル）の信号光は、ＰＩＮ－ＰＤ１３で検出され、対応するプリアンプ１４で電圧信号に変換される。チャネルごとの電圧信号は、スライサ／ＣＤＲ１５でデジタルデータ列に再生されて、高速電気信号として出力される。

【0021】

各ＰＩＮ－ＰＤ１３で検出された光電流の一部は、モニタ回路５１でモニタされる。モニタ回路５１でのモニタ結果は、チャネルごとのＰＤ入力光強度として、プロセッサ３０に入力される。

【0022】

プロセッサ３０は、チャネルごとのＳＯＡ利得を計算する第１計算器３１と、チャネルごとのＳＯＡ１１への入力光強度を計算する第２計算器３２と、合計ＳＯＡ入力光強度を計算する第３計算器３３と、確定部３４の各機能を有する。

【0023】

第１計算器３１は、ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡに基づき、利得テーブル４１を参照して、チャネルごとのＳＯＡ利得を計算する。利得テーブル４１はメモリ４０に保存されており、チャネルごとの利得特性を記述する。チャネルごとのＳＯＡ利得を計算するためには、ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡの他に、ＳＯＡ１１に入力されるＷＤＭ信号の合計入力強度が必要である。

【0024】

光受信機５では、ＳＯＡ１１の前段のモニタ機構が省略されているため、ＳＯＡ１１に入射するＷＤＭ信号の合計入力光強度の初期値として、仮の値を用いる。なお、ＳＯＡ１１の前段に何らかの用途のモニタ機構が設けられている場合でも、ＳＯＡ前段のモニタ値を使用せずに、合計ＳＯＡ入力光強度の仮の値を用いて、チャネルごとの入力光強度を決定することができる。合計ＳＯＡ入力光強度の仮の値は、適当に選択された値、伝送システムの設計値、計算により決定された値、などである。第１計算器３１は、ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡと、仮の合計ＳＯＡ入力光強度に基づき、利得テーブル４１を参照してチャネルごとのＳＯＡ利得を計算する。利得テーブル４１の詳細については、後述する。

【0025】

第２計算器３２は、モニタ回路５１から入力されたチャネルごとのＰＤ入力光強度と、第１計算器３１から入力されたチャネルごとのＳＯＡ利得とに基づいて、ＳＯＡ１１に入力されたＷＤＭ信号のチャネルごとの入力光強度を計算する。

【0026】

第３計算器３３は、第２計算器で算出されたチャネルごとの入力光強度に基づいて、合計ＳＯＡ入力光強度を計算する。この合計ＳＯＡ入力光強度の計算値は、第１計算器３１にフィードバックされ、チャネルごとのＳＯＡ利得の再計算に用いられる。第１計算器３１、第２計算器３２、及び第３計算器３３による計算は、合計ＳＯＡ入力光強度が収束するまで、繰り返し行われる。計算の都度、合計ＳＯＡ入力光強度の計算値（推定値）が確定部３４で更新される。

【0027】

第３計算器３３は、合計ＳＯＡ入力光強度の収束状態をチェックし、合計ＳＯＡ入力光強度の推定値が収束したときに、収束信号を確定部３４に出力する。確定部３４は、第３計算器３３から収束信号を受信すると、その時点でのチャネルごとの入力光強度の推定値を確定し、確定されたチャネルごとの入力光強度を出力する。チャネルごとの入力光強度は、モジュール制御監視信号として光トランシーバモジュール１が接続される伝送措置に通知され、または、制御監視回路５０を介して、光受信機５の内部制御に用いられる。

【0028】

図４は、プロセッサ３０の処理を示すフローチャートである。プロセッサ３０は、モニタ回路５１から、チャネルごとのＰＤ入力光強度情報ＰＤin_ch1、ＰＤin_ch2、…、ＰＤin_ch nを取得する（Ｓ１１）。ＰＤ入力光強度情報は、光分波器１２の後段のＰＩＮ－ＰＤ１３ａ～１３ｄに入射した各信号光のパワーを表す。

【0029】

プロセッサ３０は、電流源１６に設定されているＳＯＡ駆動電流値Ｉ_ＳＯＡを取得する（Ｓ１２）。プロセッサ３０は、ＳＯＡ１１に入射するＷＤＭ信号の合計ＳＯＡ入力光強度の推定値Ｐin_totalを、初期値Ｐin_total_initに設定する（Ｓ１３）。ステップＳ１１～Ｓ１３は順不同であり、同時に行われてもよい。

【0030】

次に、ＳＯＡ駆動電流値Ｉ_ＳＯＡと、仮に設定された合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_total（初回はＰin_total_init）とに基づき、利得テーブル４１から、チャネルごとのＳＯＡ利得を取得する（Ｓ１４）。チャネルごとのＳＯＡ利得と、モニタ回路５１から得られるチャネルごとのＰＤ入力光強度との乗算により、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度Ｐin_ch1、Ｐin_ch2、…、Ｐin_ch nを算出する（Ｓ１５）。ＳＯＡ１１に入力された各波長の信号光の強度は、ＰＩＮ－ＰＤ１３ａ～１３ｄのそれぞれで検出されたモニタ光パワーと、そのチャネルのＳＯＡ利得の積で表される。

【0031】

次に、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の総和を求めて、新たな合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_total_newを算出する（Ｓ１６）。今回のＰin_total_newと、前回のＰin_totalの誤差が許容範囲外であれば（Ｓ１７でＹｅｓ）、合計ＳＯＡ入力光強度の推定値を更新し（Ｓ１８）。その後、ステップＳ１４に戻って、Ｓ１４～Ｓ１８を繰り返す。ステップＳ１４～Ｓ１８は、今回のＰin_total_newと前回のＰin_totalの誤差が許容範囲内に収まるまで（Ｓ１７でＮｏ）、繰り返される。この繰り返しを、反復推定プロセスＡとする。

【0032】

今回のＰin_total_newと前回のＰin_totalの誤差が許容範囲内に収まると、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の算出値Ｐin_ch1、Ｐin_ch2、…、Ｐin_ch nを出力する（Ｓ１９）。後述するように、反復推定プロセスＡによる合計ＳＯＡ入力光強度の推定値の収束は極めて速く、ＳＯＡ１１前段のモニタ機構を使用しなくても、迅速、かつ正確にチャネルごとのＳＯＡ入力光強度を推定することができる。

【0033】

図４の処理は、プロセッサ３０により、実サービス中に繰り返し行われる。送信側の通信装置の経年劣化や、光伝送路の変動により、光受信機５で受信されるＷＤＭ信号の強度は変化し得る。ＳＯＡ１１の前段のモニタ機構を使用しなくても、ＳＯＡ１１に入力されるＷＤｍ信号の各チャネルの入力光強度を正しく把握して、光受信機５の制御監視の信頼性が維持される。

【0034】

図５は、メモリ４０に保存された利得テーブル４１の一例を示す図である。ここでは、４チャネルＷＤＭ信号を例として、チャネルＣｈ１～Ｃｈ４の利得テーブル４１－１～４１－４が用いられる。

【0035】

チャネルごとに、ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡ（ｍＡ）と、ＳＯＡ１１に入射するＷＤＭ信号の合計ＳＯＡ入力光強度（ｄＢｍ）とで特定されるＳＯＡ利得（ｄＢ）の値が記述されている。ＳＯＡ１１の駆動電流Ｉ_ＳＯＡ（ｍＡ）と、ＳＯＡ１１に入射するＷＤＭ信号の合計入力光強度Ｐin_total（ｄＢｍ）とで決まるチャネルごとのＳＯＡ利得は、あらかじめ測定され、記録されている。

【0036】

図６は、図５のひとつのチャネル、たとえば、チャネルＣｈ１の利得テーブル４１－１に記述された情報を特性図４１－１ａとして示す。横軸は合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_total、縦軸はＳＯＡ利得である。ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡが２０ｍＡから１８０ｍＡの範囲で８通りの値をとるときの、合計ＳＯＡ入力光強度の関数としてＳＯＡ利得が示されている。

【0037】

プロセッサ３０の第１計算器３１は、電流源１６に設定されているＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡと、合計ＳＯＡ入力光強度（仮の初期値または反復演算中の推定値）とに基づき、チャネルごとの利得テーブル４１－１～４１－４を参照して、チャネルごとのＳＯＡ利得を特定する。第２計算器３２は、チャネルごとのＳＯＡ利得と、ＰＩＮ－ＰＤ１３ａ～１３ｄのモニタ結果に基づいて、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度を計算する。第３計算器３３は、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の総和から、新しい合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_total_newを計算する。

【0038】

プロセッサ３０で行われるこの演算は、以下の演算式で表される。

【0039】

【数1】

【0040】

ここで、Ｐin_ch nはチャネルごとのＳＯＡ入力光強度である。このチャネルごとのＳＯＡ入力光強度に、そのチャネルのＳＯＡ利得と、光分波器１２による損失ＬＯＳＳnを掛け合わせると、対応のＰＩＮ－ＰＤｎに入射するＰＤ入力光強度になる。したがって、Ｐin_ch nは、ＰＤへの入力光強度ＰＩＮ_ＰＤ_in nを、光分波器１２による損失ＬＯＳＳｎとチャネルごとのＳＯＡ利得Ｇｎで除算した値として表現される。チャネルごとのＳＯＡ利得Ｇｎは、ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡと仮の合計ＳＯＡ入力光強度を用いて、利得テーブル４１－１～４１－４から取得される。新しい合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_total_newは、各チャネルのＳＯＡ入力光強度Ｐin_ch-nの総和として求められる。

【0041】

この簡単な演算式により、合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_total_newが収束するまで、合計ＳＯＡ入力光強度が繰り返し計算される。

【0042】

図７は、あるチャネルでの繰り返し演算による入力光強度の検出誤差の収束の実験結果を示す。演算開始前の誤差を±２０ｄＢの範囲で種々に変えて、収束状況を計算する。領域Ｂに示すように、４回以上演算を繰り返すことで、誤差は０．５ｄＢ未満に収束する。合計ＳＯＡ入力光強度の初期設定値（仮の値）が、実際の値からの誤差±３ｄＢ以内のときは、わずか３回の繰り返しで、誤差が０．５ｄＢ未満に収束する。

【0043】

図７の結果から、最初に選択された仮の合計ＳＯＡ入力光強度の値が実際の値から相当外れている場合でも、４回以上演算を繰り返すことで、精度よく確からしい合計ＳＯＡ入力光強度値に収束することがわかる。設計によっては、演算の繰り返し回数が所定回数、たとえば３回までに制約されていることがある。この場合は、より誤差の小さい初期値を選択するのが望ましい。

【0044】

図８は、仮の合計ＳＯＡ入力強度の初期値の計算例を示す。合計ＳＯＡ入力光強度の初期値は、ＳＯＡ駆動電流Ｉ_ＳＯＡと、利得テーブル４１と、ＰＩＮ－ＰＤ１３ａ～１３ｄごとのＰＤ入力光強度の情報とから、ある程度近い値に絞ることができる。たとえば、取り得る誤差の最大と最小の中間の値や平均値を用いることで、ある程度、実際の合計ＳＯＡ入力光強度に近くなる。

【0045】

まず、ＳＯＡ１１で増幅された後に、分波されて各チャネルのＰＩＮ－ＰＤ１３ｎに入力される各波長の光強度ＰＤin_ch-nについて、ＳＯＡ入力光強度Ｐin_ch nで取り得る最小値Ｐin_ch n_minを求める（Ｓ１３１）。また、各チャネルのＰＩＮ－ＰＤ１３ｎに入力される各波長の光強度ＰＤin_ch nについて、ＳＯＡ入力光強度Ｐin_ch nで取り得る最大値Ｐin_ch n_maxを求める（Ｓ１３２）。ステップＳ１３１とＳ１３２は順不同であり、同時に行われてもよい。

【0046】

すべてのチャネルの最小値Ｐin_ch n_minの総和と最大値Ｐin_ch n_maxの総和の平均を合計ＳＯＡ入力光強度の初期値として決定する（Ｓ１３３）。

【0047】

図９は、合計ＳＯＡ入力光強度を推定する初期値の算出例を示す。横軸はチャネルごとのＳＯＡへの入力光強度Ｐin_ch、縦軸はチャネルごとのＰＩＮ－ＰＤ１３ｎへの入力光強度（ＰＤ_in n）である。

【0048】

実線のライン（１）は、すべてのチャネルが同じ光強度であるときの特性を示す。破線のライン（２）は、合計のＳＯＡ入力光強度は（１）と同じであるが、ＳＯＡ１１に入射するあるチャネルの光強度Ｐin_ch nが最小となる特性を示す。一点鎖線のライン（３）は、合計のＳＯＡ入力光強度は（１）と同じであるが、ＳＯＡ１１に入射するあるチャネルの光強度が最大となる特性を示す。ライン（１）～（３）の３つの特性は、あらかじめ測定してメモリ４０に保持しておく。

【0049】

ＰＤ_in nがＸ（ｄＭｍ）のときの水平方向の点線とライン（１）が交差する点は、すべてのチャネルの入力光強度が同じときの各チャネルのＳＯＡ入力光強度を示す。ＰＤ_in nがＸ（ｄＭｍ）のときの水平方向の点線とライン（２）が交差する点は、ＰＤ_in nがＸ（ｄＭｍ）のときにチャネルごとのＳＯＡ入力光強度Ｐin_ch nが取り得る最小値を示す。ＰＤ_in nがＸ（ｄＭｍ）のときの水平方向の点線と、ライン（３）が交差する点は、ＰＤ_in nがＸ（ｄＭｍ）のときにチャネルごとのＳＯＡ入力光強度Ｐin_ch nが取り得る最大値を示す。

【0050】

チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最小値Ｐin_ch n_minは、たとえば、以下の演算式で求めることができる。

【0051】

【数2】

【0052】

各チャネルのＰＩＮ－ＰＤ１３ｎへの入力光強度は、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最小値Ｐin_ch n_minに、そのチャネルのＳＯＡ利得Ｇｎを乗算した値である。すなわち、図９のライン（２）は、Ｐin_ch nが最小となるＳＯＡ利得Ｇｎの特性を示す。

【0053】

チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最小値Ｐin_ch n_minは、全チャネルの合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_totalをｄｉｖ１で除算した値である。４チャネルの場合、ｄｉｖ１は４×∂ｐ、すなわち４×１０^{Δｐ／１０}と表される。Δｐは、図９でＰＤ_in nがＸ（ｄＢｍ）のときの、ライン（１）とライン（２）の差分である。ここで、Δｐのみ単位が［ｄＢ］（対数）であり、残りは真数表記である。

【0054】

チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最大値Ｐin_ch n_maxは、たとえば、以下の演算式で求めることができる。

【0055】

【数3】

【0056】

各チャネルのＰＩＮ－ＰＤ１３ｎへの入力光強度は、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最大値Ｐin_ch n_maxに、そのチャネルのＳＯＡ利得Ｇｎを乗算した値である。すなわち、図９のライン（３）は、Ｐin_ch nが最大となるＳＯＡ利得Ｇｎの特性を示す。

【0057】

チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最大値Ｐin_ch n_maxは、全チャネルの合計ＳＯＡ入力光強度Ｐin_totalをｄｉｖ２で除算した値である。４チャネルの場合、ｄｉｖ１は４×∂ｍ、すなわち４×１０^{Δｍ／１０}と表される。Δｍは、図９でＰＤ_in nがＸ（ｄＢｍ）のときの、ライン（１）とライン（３）の差分である。ここで、Δｍのみ単位が［ｄＢ］（対数）であり、残りは真数表記である。

【0058】

図９の３つのライン（１）～（３）の特性、すなわち、３つの利得テーブルをメモリ４０に保持し、Ｐin_ch n_minの演算式を満たす箇所を検索することで、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最小値Ｐin_ch n_minを容易に求めることができる。また、３つの利得テーブルから、Ｐin_ch n_maxの演算式を満たす箇所を検索することで、チャネルごとのＳＯＡ入力光強度の最大値Ｐin_ch n_maxを容易に求めることができる。

【0059】

合計ＳＯＡ入力光強度の初期値Ｐin_total_initは、下記の演算式で求めることができる。

【0060】

【数4】

【0061】

この演算式の意味は、対数でＰin_ch n_minの総和とＰin_ch n_maxの総和の平均をとってから、真数に直している。真数でＰin_ch n_minの総和とＰin_ch n_maxの総和の平均を求めると、Ｐin_ch n_max側に偏る場合があるからである。

【0062】

図９の３種類の特性（利得テーブル）をメモリ４０に保持しておくことで、反復演算の繰り返し回数が制約される場合に、合計ＳＯＡ入力光強度の初期値を簡単に算出して、反復演算開始時の仮の値として用いることができる。

【0063】

上記の処理により、ＳＯＡ１１への入力光強度を直接測定しなくても、反復演算で精度良くチャネルごとのＳＯＡ入力光強度を推定することができる。この場合、光受信機５の光学部品の点数を低減してモジュールをさらに小型化し、かつ、光入力ダイナミックレンジを拡張することができる。

【0064】

以上、特定の構成例に基づいて発明を説明してきたが、本発明は上述した例に限定されない。反復演算の繰り返し回数に制約があるときの仮の初期値の計算は、Ｐin_ch n_minの総和とＰin_ch n_maxの総和の平均を取る代わりに、チャネルごとにＰin_ch n_minとＰin_ch n_maxの平均をとってから、全チャネルの平均または中央値を求めてもよい。繰り返し回数に制約のない場合は、ランダムに選択された適当な値を合計ＳＯＡ入力光強度の初期値として用いてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 光トランシーバモジュール
５ 光受信機
１０ ＲＯＳＡ
１１ ＳＯＡ（光増幅器）
１２ 光分波器
１３ａ～１３ｄ、１３ｎ ＰＩＮ－ＰＤ（光検出器）
１４ａ～１４ｄ プリアンプ
１５、２５ スライサ／ＣＤＲ
２０ ＴＯＳＡ
２１ 光合波器
２３ａ～２３ｄ ＬＤ（光源）
２４ ＬＤＤ
３０ プロセッサ
４０ メモリ
４１、４１－１～４１－４ 利得テーブル
５０ 制御監視回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】