JP2005229372A - 光伝送システムおよび多重反射の検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多重反射の発生をオンラインで検出することの可能な光伝送システムおよび多重反射の検出方法を提供する。
【解決手段】主信号にこの主信号と周波数の異なる副情報信号を多重する。副情報信号の多重された主信号を電気／光変換し、光ファイバに送出する。そして、多重反射が生じた場合にのみ生じ得る副情報信号の高調波成分の有無をモニタすることにより、多重反射の有無を検出する。また、高調波成分の強度をモニタするようにし、これにより多重反射が生じた場合に発生する歪みレベルをモニタできるようにした。
【選択図】 図４

Description

本発明は、被変調光を無線信号などのアナログ信号で変調し光ファイバを用いて伝送する光伝送システムと、この光伝送システムに用いられる多重反射の検出方法に関する。

近年、アナログの信号をアナログのまま伝送する通信システムが見直されている。なかでも光ファイバを用いた光アナログ伝送システムが注目されている。光ファイバを用いることで、広帯域伝送を効率良く実現することができる。この種のシステムは、例えば携帯電話網における中継システムとして、あるいはＣＡＴＶ（Cable Television）ネットワークなどに適用される。

この種の光伝送システムにおいては、いわゆるダークファイバと称される既設の光ファイバ伝送路が利用されることが多い。ダークファイバは、ネットワークベンダ（システム提供者など）からユーザ（通信事業者など）に規定の料金で貸し出される。ユーザはダークファイバに支線ファイバを接続して独自のネットワークを構築する。光ファイバは、融着、あるいはコネクタなどの光部品による接合により互いに接続される。

ところで、光ファイバの接合部分では光信号が反射しやすい。反射成分がごく僅かであっても反射が繰り返されることにより、いわゆる多重反射が生じる。この現象を生じると伝送光にノイズ成分が混入して伝送品質が劣化する。よってこの種のシステムにおいては、反射成分の有無をモニタすることが伝送品質を確保するために非常に重要となる。

伝送品質を評価するには、伝送信号レベルを直接モニタしてその損失度を検出する手法、または主信号に重畳されるパイロット信号のビットエラーやパリティエラーをモニタする手法などが知られているが、いずれも光信号の反射を検出するには適さない。光カプラを用いて分岐した伝送光をモニタする手法もあるが、この手法は光信号のロスが大きく、また多重反射の発生を検出するには適していない。

このほか、光パルスを投入してその反射光をモニタするといった手法を用いることも考えられるが、光パルスが主信号に干渉することを避けるために、この手法は信号をオフラインとした状態で実施する必要がある。よってシステムの停止を余儀なくされ、通信事業者などにとってはサービスの低下を招くことから極めて不都合である。このようなことから、信号を流した状態のまま、すなわちオンラインで多重反射の有無をモニタできる手法の提供が待たれている。

なお、関連する技術が下記特許文献１および２に開示される。特許文献１には主信号とこの主信号を分岐して生成した補助信号とを伝送し、両信号を用いて受信側でノイズ成分をキャンセルすることにより受信側の増幅器で発生する歪み成分を低減し、伝送系で発生する歪み成分を低減させるようにした光伝送装置が開示される。特許文献２には、レーザ出力光の周波数を変調（チャーピング）してレーザ出力光のスペクトルを拡大し、無線周波数出力内に含まれる雑音および歪みが情報帯域の外側に押し出されるようにして信号品質の劣化を抑制できるようにした雑音および歪み抑制装置が開示される。いずれの文献においても、光信号の反射をモニタすることは想定されていない。
特開２００１−２４４８８３号公報（段落番号［００４６］〜［００８４］、図１） 特開平６−１０４８４３号公報（段落番号［００２７］〜［００３０］、図２）

以上述べたように、アナログ光信号を伝送するシステムにおいては光信号の多重反射をオンラインでモニタしたいというニーズがあるものの、このニーズを満たすことのできる技術は知られていない。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、多重反射の発生をオンラインで検出することの可能な光伝送システムおよび多重反射の検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、光ファイバを介して光信号を伝送する光伝送システムにおいて、アナログの主信号にこの主信号と周波数の異なる副信号を多重する副信号多重手段と、前記副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換手段と、前記光ファイバにおける前記副信号の高調波周波数に相当する周波数成分の有無をモニタするモニタ手段とを具備することを特徴とする。

このような構成であるから、光ファイバ内で多重反射が生じると副信号が複数回にわたり反射され、経路を往復する副信号が互いに干渉することにより整数次高調波が発生する。すなわち光ファイバ内で多重反射が生じている場合には、または多重反射が生じた場合に限り、副信号の周波数の高調波成分が生じる。よってこれをモニタすることにより、多重反射の発生を検出することが可能となる。しかも副信号の周波数は伝送される主信号の周波数と異なるので、副信号を多重することにより主信号に影響が及ぶことは無い。従って副信号を常時流すことができ、よって多重反射をオンラインで検出することが可能となる。

以上詳しく述べたように本発明によれば、多重反射の発生をオンラインで検出することの可能な光伝送システムおよび多重反射の検出方法を提供することができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態につき説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に関わる光伝送システムの第１の実施形態を示す機能ブロック図である。図１において、無線周波数の主信号１は合成部３において副情報信号２と周波数合成され、送信部４に入力される。送信部４に入力された信号はインピーダンス整合部４１を介してレーザダイオード（ＬＤ）などの電気／光変換部（Ｅ／Ｏ変換部）４２に与えられ、例えばＡＭ（Amplitude Modulation）方式により強度変調された光信号に変換される。送信部４は、光信号を光伝送路５に送出する。

光信号は、光伝送路５を介して受信部６に達する。受信部６においては、光信号がフォトダイオード（ＰＤ）などの電気変換器（Ｏ／Ｅ変換器）６１により電気信号に変換され、増幅器６２を介して出力される。出力された電気信号は、伝送後の主信号８と、それ以外の成分である分離信号１０とに分離部７により分離される。このうち分離信号１０は帯域フィルタ９に入力され、帯域フィルタ９の出力はレベルモニタ１１に入力されてその強度がモニタされる。レベルモニタ１１のモニタの結果はモニタ信号１１ａとして出力される。モニタ信号１１ａによりもたらされる情報を用いて光伝送路５の状態をオンラインで常時監視することが可能となる。

上記構成において副情報信号２の波形は正弦波とし、その周波数、すなわち波長を主信号１と異ならせる。また、また帯域フィルタ９の通過帯域は副情報信号２の周波数の整数次高調波周波数のいずれかに設定するようにする。例えば副情報信号の周波数をｆ１とすると、帯域フィルタ９の通過帯域は２ｆ１、３ｆ１、４ｆ１、…のいずれかに設定される。

図２は、図１の光伝送路５に光反射が生じていない場合の周波数スペクトラムを示す模式図である。図２に示されるように光反射が存在しない場合には、主信号の周波数に対応する位置と、副情報信号の周波数に対応する位置とにスペクトラムのピークが立つ。なお図２においては周波数多重システムを想定しており、最低位のピークが副情報信号に、それ以外のピーク（４つ）が各周波数の主信号に対応する。いずれにせよ光反射が無い場合には各信号が干渉せず、従ってノイズとして作用するピークが生じていないことが判る。

図３は、図１の光伝送路５に光反射が生じた場合の周波数スペクトラムを示す模式図である。光反射が生じると、光信号間のビート周波数に対応するピークが生じる。さらにこのピークと光信号間のビートに対応するピークが生じ、これが繰り返されることにより多数のピークが出現する。このようにして生じたスペクトラム成分はいずれも伝送ノイズとして作用する。

図４は、図１における副情報信号とその高調波成分、および主信号の各周波数の関係を示す図である。図４（ａ）に示すように、主信号の周波数ｆ２は副情報信号の周波数ｆ１と互いに異なる。この状態から光伝送路５（図１）に光反射が生じると、主信号および副情報信号のいずれにも、高調波成分が生じる。これらの高調波成分のうち本実施形態では、図４（ｂ）に示すように副情報信号の高調波成分のいずれかをモニタする。モニタすべき高調波周波数をｎ×ｆ１と表す。ｎは２以上の整数である。

このように本実施形態では、光ファイバを介して伝送される主信号に、この主信号と周波数の異なる副情報信号を多重する。そして、多重反射が生じた場合にのみ生じ得る副情報信号の高調波成分の有無をモニタすることにより、多重反射の有無を検出するようにする。また、高調波成分の強度をモニタするようにし、これにより多重反射が生じた場合に発生する歪みレベルをモニタできるようにしている。

従来では、主信号のレベルをモニタしたり、副情報信号のビットエラーなどの発生を検出したりすることで伝送品質の劣化を判定するようにしている。この方式によっては光伝送路５におけるコネクタ接続、融着接続などの光接続部分で発生する多重反射に起因する劣化を検出することができない。すなわち、光反射に起因するノイズは伝送経路の途中に複数の反射点が存在する場合に生じることから、光送信端における光反射量をモニタすることによっては、１箇所で生じた反射であるか、複数箇所において生じた反射であるかを区別することは難しい。

これに対して本実施形態では、副情報信号自体の変化をモニタすることによってではなく、あくまで高調波歪み成分をモニタすることよって、多重反射による品質の劣化を検出するようにしている。つまり本実施形態では、光が複数の箇所で反射されることで生じる高調波成分をモニタするようにしているので、光伝送に悪影響を及ぼす反射の有無を効果的に判定することが可能となる。しかも副情報信号２の周波数を主信号と異ならせるようにしているので、副情報信号２が主信号１，８に悪影響を及ぼすことも無い。さらに本実施形態の多重反射の検出方法は、副情報信号２を主信号１に多重する合成部３と、副情報信号２のいずれかの高調波成分を通過させる帯域フィルタ９を設けることで実現されるので、簡易に実施することができる。このようなことから、多重反射の発生をオンラインで検出することの可能な光伝送システムおよび多重反射の検出方法を提供することが可能となる。

図５は、多重反射の検出方法の他の例を示す模式図である。図５の例では、副情報信号として互いに周波数の異なる２つの正弦波を主信号１に多重するようにする。これらの信号のレベルは一定とし、周波数をそれぞれｆ１、ｆ３とする。ｆ１とｆ３とはいずれも主信号１の周波数と異なり、その周波数間隔をΔｆとする。

２つの副情報信号を主信号に多重することで、多重反射が生じた場合には２つの副情報信号が互いに干渉する。これにより２次歪みが生じ、その周波数は図５（ｂ）に示すように（ｆ１−Δｆ）、および（ｆ３＋Δｆ）となる。これらの歪み成分のいずれかをモニタすることによっても、多重反射の有無を検出することができる。また２つの副情報信号のレベルを一定とすることで、２次歪み成分の強度は多重反射の度合いをそのまま反映するものとなる。従って２次歪み成分のレベルをモニタすることで、多重反射の度合いを評価することもできる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明に関わる光伝送システムの第２の実施の形態を示す機能ブロック図である。図６において図１と共通する部分には同一の符号を付して示す。この光伝送システムは、分離部７により分離された主信号を増幅器１３を介して放射器１４により空間に放送するようにしたものである。また、送信部４に入力される主信号１は、図示しない無線受信機により受信された無線周波数信号である。

図６のシステムは、例えば携帯電話システムのサブシステムとして運用される再生中継システムとして実現することができる。すなわち、ビルの谷間やビル内などにおいては携帯電話基地局から放射される電波を受信し難く、また携帯端末から放射される電波が基地局に届きづらい。そこで、図６のように、無線周波数信号としての主信号１により光信号を変調し、光信号の受信側で無線周波数信号を再生することで電波の不感地帯を無くすようにすることが考えられている。この種のシステムにおいて、無線周波数信号はアナログ信号である。

ところで、図６においてはレベルモニタ１１による多重反射の度合いのモニタの結果を劣化判定部１２に与え、伝送品質の劣化の程度を判定するようにしている。劣化判定部１２は、多重反射の発生に基づく周波数成分（副情報信号の高調波成分または２次歪み成分）がレベルモニタ１１によりモニタされた結果、当該周波数成分の強度が規定値を超えた場合に劣化検出信号１２ａを発生する。

劣化検出信号１２ａは、増幅器１３と警報発生部１５とに与えられる。増幅器１３は劣化検出信号１２ａが与えられることにより駆動停止される。または出力レベルが強制的に低下させられる。これにより、品質の劣化した無線周波数信号が送出されることを阻止でき、光反射により発生する異常信号が不用な電波として送出されることを防止することができる。

警報発生部１５は、劣化検出信号１２ａが与えられることにより警報を発生させる。これにより過度の伝送品質劣化が生じた場合にはシステムオペレータにその旨を通知することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では副情報信号２の強度を一定としたが、多重反射の有無だけを知りたいのであれば、副情報信号２の強度が変動しても構わない。この場合、副情報信号と主信号との干渉による２次歪み成分をモニタするようにしても良く、よって図５に示されるように複数の副情報信号を必要としない。

また上記各実施形態では副情報信号２の波形を正弦波とし、強度以外の情報を持たせないようにした。これに代えて、何らかの情報により副情報信号を変調して例えば管理情報などを伝送できるようにしても良い。この場合、主信号伝送に影響を及ぼさず、かつ高調波歪み成分のスペクトラムが急峻となるように、比較的低周波での変調を行うのが好ましい。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

さらに、上記各実施形態において開示したシステムは、特に、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術を応用した波長多重光伝送システムに好適に利用し得る。すなわちこの種のシステムは複数の波長光のコヒーレンシを高めることにより多重度を向上させるようにしているが、コヒーレンシの高い光信号は多重反射の影響を受けやすい。これに対し、上記実施形態によれば多重反射の発生をオンラインで検出することができるので、ＷＤＭシステムの運用にあたっての信頼性を高めることに寄与できる。

本発明に関わる光伝送システムの第１の実施の形態を示す機能ブロック図。 図１の光伝送路５に光反射が生じていない場合の周波数スペクトラムを示す模式図。 図１の光伝送路５に光反射が生じた場合の周波数スペクトラムを示す模式図。 図１における副情報信号とその高調波成分、および主信号の各周波数の関係を示す図。 図１の構成において多重反射の検出方法の他の例を示す模式図。 本発明に関わる光伝送システムの第２の実施の形態を示す機能ブロック図。

符号の説明

１…主信号、２…副情報信号、３…合成部、４…送信部、５…光伝送路、６…受信部、７…分離部、８…伝送後の主信号、９…帯域フィルタ、１０…分離信号、１１…レベルモニタ、１１ａ…モニタ信号、１２…劣化判定部、１２ａ…劣化検出信号、１３…増幅器、１４…放射器、１５警報発生部、４１…インピーダンス整合部、４２…光変換部、６１…電気変換器、６２…増幅器

Claims (11)

1. 光ファイバを介して光信号を伝送する光伝送システムにおいて、
   アナログの主信号にこの主信号と周波数の異なる副信号を多重する副信号多重手段と、
   前記副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換手段と、
   前記光ファイバにおける前記副信号の高調波周波数に相当する周波数成分の有無をモニタするモニタ手段とを具備することを特徴とする光伝送システム。
2. 光ファイバを介して光信号を伝送する光伝送システムにおいて、
   アナログの主信号にこの主信号と周波数が異なり且つ互いに周波数の異なる第１および第２の副信号を多重する副信号多重手段と、
   前記副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換手段と、
   前記光ファイバにおける前記第１の副信号と第２の副信号との間に生じる２次歪み成分に相当する周波数成分の有無をモニタするモニタ手段とを具備することを特徴とする光伝送システム。
3. 前記副信号多重手段は前記副信号の強度を一定とし、
   前記モニタ手段は前記周波数成分の強度をモニタすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光伝送システム。
4. 光信号を光ファイバに送出する光送信装置と、前記光ファイバを介して伝送される光信号を受信する光受信装置とを具備する光伝送システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   アナログの主信号にこの主信号と周波数の異なる副信号を多重する副信号多重手段と、
   前記副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換手段とを備え、
   前記光受信装置は、
   前記光ファイバにおける前記副信号の高調波周波数に相当する周波数成分の有無をモニタするモニタ手段を備えることを特徴とする光伝送システム。
5. 光信号を光ファイバに送出する光送信装置と、前記光ファイバを介して伝送される光信号を受信する光受信装置とを具備する光伝送システムにおいて、
   前記光送信装置は、
   アナログの主信号にこの主信号と周波数が異なり且つ互いに周波数の異なる第１および第２の副信号を多重する副信号多重手段と、
   前記副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出する電気／光変換手段とを備え、
   前記光受信装置は、
   前記光ファイバにおける前記第１の副信号と第２の副信号との間に生じる２次歪み成分に相当する周波数成分の有無をモニタするモニタ手段を備えることを特徴とする光伝送システム。
6. 前記副信号多重手段は前記副信号の強度を一定とし、
   前記モニタ手段は前記周波数成分の強度をモニタすることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の光伝送システム。
7. さらに、前記モニタ手段によりモニタされる周波数成分の強度が規定値を超えた場合に警報を発生する警報発生手段を具備することを特徴とする請求項３または６のいずれかに記載の光伝送システム。
8. 前記光送信装置は、さらに、無線周波数信号を受信する受信手段を備え、
   前記副信号多重手段は、前記受信手段により受信される無線周波数信号に前記副信号を多重し、
   前記電気／光変換手段は、前記副信号多重手段により前記副信号の多重された無線周波数信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出し、
   前記光受信装置は、さらに、前記光ファイバを介して伝送された光信号から前記無線周波数信号を再生する再生手段をさらに備え、
   さらに、前記再生手段により再生された無線周波数信号を放送する放送手段と、
   前記モニタ手段によりモニタされる周波数成分の強度が規定値を超えた場合に、前記無線周波数信号が前記放送手段により放送されることを阻止する阻止手段とを具備することを特徴とする請求項６に記載の光伝送システム。
9. 光ファイバを介して光信号を伝送する光伝送システムに用いられ、前記光ファイバに生じる多重反射の検出方法であって、
   アナログの主信号にこの主信号と周波数の異なる副信号を多重し、この副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出し、前記光ファイバにおける前記副信号の高調波周波数に相当する周波数成分の有無をモニタすることを特徴とする多重反射の検出方法。
10. 光ファイバを介して光信号を伝送する光伝送システムに用いられ、前記光ファイバに生じる多重反射の検出方法であって、
    アナログの主信号にこの主信号と周波数が異なり且つ互いに周波数の異なる第１および第２の副信号を多重し、この副信号の多重された主信号を電気／光変換して前記光ファイバに送出し、前記光ファイバにおける前記第１の副信号と第２の副信号との間に生じる２次歪み成分に相当する周波数成分の有無をモニタすることを特徴とする多重反射の検出方法。
11. 前記副信号の強度を一定とし、前記周波数成分の強度をモニタすることを特徴とする請求項９または１０のいずれかに記載の多重反射の検出方法。

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