JP2007043521A - 光送受信機および波長多重通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 一心・二心双方向いずれの構成においても、光コネクタ外れまたは光伝送路の破断により生ずる開放端からの光出力を抑制し、人間の目に危害を与えず、また、伝送路回復を検出し自律で通信を復旧できるようにする。
【解決手段】 光送受信機は光信号の受信が途絶した場合、光信号の送信は間欠的なパルスに切り替える。一方の光送受信機がパルスを受信した場合には、周期的な光受信電力の有無に対応して光信号の出力・停止を行なうよう動作する。これにより、送信側も受信と同様のパルスとなる。回線が復旧し、両方の光送受信機が光受信できる場合には、ともに光受信電力を検出することにより光信号の出力を維持し、通信が復旧する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光送受信機および波長多重通信システム係り、特に安全性に優れた光送受信機および波長多重通信システム関する。

１本の光ファイバ中に波長の異なる複数の光信号を多重して伝送するＷＤＭ伝送は、光ファイバ伝送の大容量化に極めて有効な手法として、広く実用化されている。

この波長多重伝送では１本の光ファイバに複数の光信号が多重されているため、光ファイバの破断や光コネクタの外れによる開放端から出射される光送信電力も高くなり、この開放端を直視した保守員などの目に障害を及ぼす虞がある。そのため、光伝送路の回線断が検出されると、対向送受信機への光信号の送信を停止する制御が一般的である。

しかし、光信号の送信を停止すると、回線が復旧した後も光信号は停止したままの状態のため、通信を復旧するには手動で光出力停止を解除する必要があり、運用上必要な作業が増す。特に、近年ＷＤＭ伝送の適用範囲は、従来の基幹通信網からアクセス/メトロ通信網へと拡大しており、布設システム数も増大傾向にあるため、運用上の作業低減は重要な命題である。そのため、回線の復旧を検出し、光送受信機が自律で通信の復旧を行い、同時に光ファイバの開放時に光信号の出力を抑制し人間の目への悪影響を防止するための制御が考案されている。

特許文献１または特許文献２は、一心双方向通信において光信号の受信が一定時間途絶した場合には、送信機側に組み込まれているパルス生成回路を用いて光出力を間欠パルスに切り替える発明が記載されている。受信機側は、パルスを検知する検出回路を別途設けており、パルスを検知することにより、正常な光信号の出力を許容している。

２本のファイバを用いて、それぞれ片方向の信号のみを多重し伝送する二心双方向通信において片方向の光ファイバのみ破断もしくは開放された場合には、破断した光ファイバを受信ファイバとする光送受信機では受信途絶が検出されパルスが出力する。しかし、破断した光ファイバを送信ファイバとする光送受信機は対向する光送受信機からのパルスを検出するため、光信号の出力を許容してしまう。その結果、開放端からは通常出力の光信号が出射されてしまい、人間の目へ及ぼす危険を回避することが出来ない。

特開平５−１２２１５４号公報 特開２００１−２１７７７８号公報

特許文献１または特許文献２に記載された光コネクタ外れまたは光ファイバ破断時の光出力の抑制、および伝送路回復を検出し通信の自律復旧を目的とした伝送方法では、二心双方向通信の片方向の光コネクタ外れ、光ファイバ破断による光信号の出射は回避できなかった。

光送受信機は光信号の受信が途絶した場合、光信号の送信・停止を周期的に繰り返す間欠的なパルスに切り替える。一方の光送受信機がパルスを受信した場合には、周期的な光受信電力の有無に対応して光信号の出力・停止を行なうよう動作することにより、送信側も受信と同様にパルスとなる。回線が復旧し、両方の光送受信機が光受信できる場合には、両光送受信機がほぼ同時に光受信電力を検出することにより、光信号の出力を維持し、通信が復旧する。

本発明により、一心・二心双方向いずれの構成においても、光コネクタ外れまたは光伝送路の破断により生ずる開放端からの光出力を抑制し、伝送路回復を検出し自律的に復旧することができる。

以下本発明の実施の形態に付いて、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。
図１は光通信システムの構成を説明するブロック図である。光送受信機１００−１は、光送受信機１００−２〜１００−ｎとともに光信号を送信し、光波長多重部３００により多重された光信号が伝送路光ファイバ５００を通じて、対向側の光波長分岐部３０１に伝送される。光波長分岐部３０１により分岐された光信号は、光送受信機１００と対向する光送受信機２００により受信される。また、同様に光送受信機２００−１より送信される光信号は、光送受信機２００−２〜２００−ｎからの光信号とともに１対の光波長多重部３００、光波長分岐部３０１と伝送路光ファイバ５０１を通し、光送受信機１００で受信される。また、光送受信機１００、２００はユーザインタフェース４００、４０１との間に設置され、両伝送系間の情報を伝送する。

図２は光送受信機の構成を説明するブロック図である。光送受信機１００、２００は、光受信部６１と光送信部６２と制御部６３とで構成される。光受信部６１は、ＯＥ変換を行なう光−電気変換部６１０、ＯＥ変換された電力レベルを検出する光電力検出部６１１、電気信号の「０」「１」を再生する信号再生部６１２、電気信号のタイミングを抽出して信号再生部６１２に引き渡すタイミング抽出部６１３、出力バッファ６１４で構成されている。光送信部６２は、電気−光変換部６２０、電気−光変換部６２０のレーザダイオードの駆動電流を生成するレーザダイオード駆動部６２１で構成される。また制御部６３は、パルス制御部６３０、光受信判定部６３１、信号受信判定部６３２を有する。

ここで、信号受信判定部６３２は、信号再生部６１２と光電力検出部６１１からの信号を受信し、出力バッファ６１４を制御して、ファイバ破断の際の間欠的な光信号を電気信号として送出させない。このように制御するのは、光送受信機がパルスを受信している間、信号は周期的に途絶するため正常な情報伝送は不可能になるためである。パルスの送受信を行っている間は、光送受信機間の伝送路障害としてユーザインタフェース４００、４０１への出力を停止するなど、ユーザインタフェースへの障害波及を防止することが望ましい。したがって光受信判定部６３１では、間欠パルス出力モードへの移行判定とは独立の信号受信判定部６３２を有し、パルス長に比べ十分に長い保護時間を設け、受信光電力の回復、タイミング抽出、信号再生などの条件が満足した場合にユーザインタフェースへの信号出力を許容する。
なお、本明細書においてパルス信号とは、変調された連続パルス信号をも含む。

図３を参照しながら図１に示す伝送路光ファイバ５００が破断した場合を考える。ここで、図３は光送受信機２００、１００の各部のタイミングチャートである。図３において、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、破断ファイバ下流の光送受信機２００の、（ａ）光−電気変換部６１０の入力、（ｂ）光受信判定部６３１の出力、（ｃ）パルス制御部６３０の出力、（ｄ）電気−光変換部６２０の出力である。一方、（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）は、破断ファイバ上流の光送受信機１００の、（ｅ）光−電気変換部６１０の入力、（ｆ）光受信判定部６３１の出力、（ｇ）パルス制御部６３０の出力、（ｈ）電気−光変換部６２０の出力である。なお、図３において、Ｌｏｗは信号が無いことを示す。また、図３の各図において、Ｈｉｇｈは、常にＨｉｇｈレベル状態にあるとは限らず、信号があることを示す。

伝送路光ファイバ５００が破断すると、図３（ａ）の光信号入力がＬｏｗとなり、光送受信機２００内の光電力検出部６１１にて光電力は検出されない。図３（ｂ）で、光電力検出部６１１からの信号を受信する光受信判定部６３１にて光信号の受信途絶を判定する。光受信判定部６３１では、受信途絶判定に一定の保護時間ｔｐを設け、回線の瞬間的な変動と継続的な断裂とを切り分ける。

光受信判定部６３１にて受信途絶と判定すると、光受信判定部６３１は、パルス制御部６３０へ信号を送出し、図３（ｄ）に示すように光送受信機２００は間欠パルス出力モードに遷移する。パルス出力モード遷移の信号を受けたパルス制御部６３０はレーザダイオード駆動部６２１に対し、図３（ｃ）に示すように、モード移行直後は信号出力をＬｏｗレベル、ｔＬ時間後、ｔＨ時間の間Ｈｉｇｈレベルに保持し、以降一定周期にてパルス信号を出力する。なお、信号出力をＬｏｗとする時間は、光受信判定部６３１で受信途絶判定を行なう保護時間ｔｐに対し十分長くする。

パルス信号を受信したレーザダイオード駆動部６２１は、入力信号がＬｏｗの場合はレーザ駆動を停止し、入力信号がＨｉｇｈの場合はレーザを駆動する。その結果、図３（ｄ）に示す光送受信機２００からの出力は、信号自体のパルス変調とは独立して、変調周期に対し十分に長時間の周期で信号の出力・停止を駆動する間欠的なパルスとなり、光送受信機１００へ送信される。一般的な光送受信機は送信光波長、光電力が安定するまで数ミリ秒〜十数ミリ秒の遅延時間ｔｄを要するものが多いため、レーザを駆動する時間は、このレーザ安定時間を考慮のうえ設定する。具体例としては、図３（ｃ）のパルス信号Ｈｉｇｈとなる時間を１００ミリ秒、Ｌｏｗとなる時間を４.９秒としている。その結果、レーザが適正な波長・光電力で約９０ミリ秒間出力される。

一方、光送受信機２００からの光信号を受信する光送受信機１００についても、図３（ｅ）に示すように、光信号入力がＬｏｗとなり、光電力検出部６１１にて受信光電力を検知する。受信信号がＬｏｗとなり受信信号が検出されない間、光受信判定部６３１にてｔｐの検出保護の後、受信途絶と判定され、光送受信機１００でも間欠パルス出力モードに移行する。

その結果、光送受信機１００のパルス制御部６３０（図３（ｇ））およびレーザダイオード駆動部６２１（図３（ｈ））では、光送受信機２００と同様、パルス出力モード移行直後のＬｏｗレベル出力となる。Ｌｏｗレベル出力時間は一定のため、図３（ｅ）（ｈ）に示すように、受信パルスがＬｏｗとなっている間、送信パルスもＬｏｗとなる。

光送受信機１００の受信パルスがＨｉｇｈとなると、光電力検出部６１１にて受信光電力を検知し、光受信判定部６３１にて入力断回復と判定する。光受信判定部６３１はパルス制御部６３０に対し、パルス出力モード停止を指示し、パルス制御部６３０はレーザダイオード駆動部６２１に対しレーザの駆動を許容する。したがって、光送受信機１００は、光信号を受信するとともに、光送信部６２より光信号が送信される。

光送受信機２００と光送受信機１００は、共に間欠パルスを出力している。しかし、その動作モードには違いがある。光送受信機２００の入力は停止状態にあるので、光送受信機２００の出力は、Ｌｏｗ状態Ｈｉｇｈ状態とも間欠パルス出力モードである（図３（ｂ））。これに対して、光送受信機１００は、受信レベルに対応して、パルスを出力しているので、出力がＬｏｗ状態のときには間欠パルス出力モードであるが、出力がＨｉｇｈ状態は通常モードである（図３（ｆ））。

光送受信機２００からの信号が継続的に間欠パルスであれば、光送受信機１００の送信信号は、受信信号の有無に依存して、同じ周期で送信も出力・停止を繰り返す間欠パルス出力となる。したがって、図１のように２心双方向の一方向のみ破断した場合でも、開放端から出射する光出力はパルスとなり、出力エネルギーの抑制が可能となった。

ここで図１の光伝送ファイバ５００が復旧すると、光送受信機１００の送信パルスが光送受信機２００に受信され、光送受信機２００は光受信判定部６３１にてパルス出力モードを停止し、通常の光出力を許容するようレーザを駆動する。これを、図４を用いて説明する。ここで、図４は復旧時の光送受信機のタイミングチャートである。図４において、（ａ）は光送受信機２００の受信信号、（ｂ）は光送受信機２００の送信信号、（ｃ）は光送受信機１００の受信信号、（ｄ）は光送受信機１００の送信信号を示す。

ファイバ５００の復旧に伴って、光送受信機１００が送信した通常モードの光信号を光送受信機２００が受信すると（図４（ａ））、光送受信機２００の出力は間欠パルスモードから通常モードに切り替わる。この結果、パルス出力から正常出力となる（図４（ｂ））。光送受信機１００は、光送受信機２００の正常出力を受信し（図４（ｃ））、通常状態にあるその出力を維持する（図４（ｄ））。図４（ａ）から図４（ｄ）までの一連の動作は、光送受信機１００が送出するパルス長さ９０ミリ秒の間に十分実施できるので、光送受信機１００と光送受信機２００との間の通信を自律的に復旧できる。

本実施例に拠れば、二心双方向通信の片方向の通信経路に開放端を生じたときも、開放端からの光出力を抑止し、通信経路の回復を検出して自律的に復旧することができる。
なお、光送受信機は、送信機と受信機とが別筐体であっても良い。

図５ないし図７を用いて、他の実施例を説明する。ここで、図５は一心双方向通信システムのブロック図である。図６は光送受信機のタイミングチャートである。図７は光通信システムのタイミングチャートである。
図５と図１との違いは、光波長多重部３００と光波長分離部３０１を、光波長多重分離部３０２に置き換え、１本のファイバ５０２に双方向から光信号を伝送する点のみである。したがって構成の詳細な説明は省く。また、光波長多重部、光波長分離部、光波長多重分離部の名称は、機能的な呼称であり、同一の部品を利用することができる。

光伝送ファイバ５０２が破断すると、図６Ａに示すように、光送受信機１００、２００ともに受信信号の途絶を検出し、間欠パルス出力モードに移行する。このため、光送受信機１００、２００から出力される光信号はともにパルスとなり、ファイバの開放端から出射される光エネルギーを抑制することができる。

ここで光伝送ファイバ５０２の破断が復旧すると、光送受信機１００、２００のいずれか一方が最初に、またはほぼ同時に対向する光送受信機からのパルスを受信する。ここで図６Ｂに示すように光送受信機１００が先にパルスを受信したとすると、光送受信機１００で間欠パルス出力モードが終了し、光出力は一定となる。ここでもパルス長は光送受信機１００、２００間を信号が伝送する時間に対し十分に長いため、光送受信機１００の出力が光送受信機２００に受信されたとき、光送受信機２００も、間欠パルス出力モードを脱した状態となるため、通常の伝送状態に復帰する。

また、図６Ｃに示すように光送受信機１００、２００がほぼ同時にパルスを受信したとすると、両光送受信機は同時に間欠パルス出力モードを脱するため、通常の伝送状態に復帰する。

本実施例に拠れば、一心双方向通信の片方向の通信経路に開放端を生じたときも、開放端からの光出力を抑止し、通信経路の回復を検出して自律的に復旧することができる。

光信号の受信途絶を検出しパルスを出力するまでの時間ｔＬを一定にすると、複数の波長が同時に受信途絶に陥った場合に、パルスを出力するタイミングが全て一致する。その結果、出射時間は短いが出射する光電力は多重される波長分増加する。光波長多重分岐部３０２により多重される波長数が少ない場合には、安全規格上を満足することが可能であるが、波長多重数が多い場合には、パルスの重複を回避する方策が必要となる。これを、図７を用いて説明する。

図７Ａにおいて、通信システムを構成する各光送受信機が受信信号途絶により、パルス信号を受信信号から同じタイミングで送出すると、その総エネルギーはチャネル数（波長数）だけ加算され、出射時間は短いが出射する光電力は大きい。

一方、図７Ｂに示すように、各光送受信機の固有情報、たとえば送信光波長・装置番号（複数の光送受信機を収容する筐体により指定される実装位置情報等）に基づき、受信途絶から最初のパルスを送信するまでの遅延時間に差異を設ける。これにより波長多重数が増加しても、複数パルスの重複は低減することが可能である。なお、これは二心双方向でも同様である。また、遅延時間は光送受信機で全て変える必要はなく、例えば２種類としてもよい。

通信システムの構成を説明するブロック図である。 光送受信機の構成を説明するブロック図である。 光送受信機の各部のタイミングチャートである。 復旧時の光送受信機のタイミングチャートである。 一心双方向通信システムのブロック図である。 光送受信機のタイミングチャート（ファイバ破断時）である。 光送受信機のタイミングチャート（ファイバ復旧時）である。 光送受信機のタイミングチャート（ファイバ復旧時）である。 通信システムのタイミングチャート（同一パルス出力タイミング）である。 通信システムのタイミングチャート（シフトされたパルス出力タイミング）である。

符号の説明

６１…光受信部、６２…光送信部、６３…制御部、１００…光送受信機、２００…光送受信機、３００…光波長多重部、３０１…光波長分離部、３０２…光波長多重分離部、４００…ユーザインタフェース、４０１…ユーザインタフェース、５００…伝送路光ファイバ、５０１…伝送路光ファイバ、５０２…伝送路光ファイバ、６１０…光−電気変換部、６１１…光電力検出部、６１２…信号再生部、６１３…タイミング抽出部、６１４…出力バッファ、６２０…電気−光変換部、６２１…レーザダイオード駆動部、６３０…パルス制御部、６３１…光受信判定部、６３２…信号受信判定部。

Claims (4)

1. 受信した第１の電気信号を第１の光信号に変換する電気−光変換部と、受信した第２の光信号を第２の電気信号に変換する光−電気変換部と、前記電気信号から前記光信号の強度を検出する光電力検出部と、前記光電力検出部の検出結果に基づいて光信号の有無を判定する光受信判定部と、前記受信判定部が光信号なしを判定したときパルス信号を生成して前記電気−光変換部を制御するパルス制御部と、からなる光送受信機であって、
   前記第２の光信号が間欠パルスのとき、前記第１の光信号を間欠パルスとすることを特徴とする光送受信機。
2. 請求項１に記載の光受信器であって、
   前記光−電気変換部の出力から信号を再生する信号再生部をさらに含み、
   前記第２の光信号が間欠パルスまたはＬｏｗ継続のとき、前記信号再生部の出力を停止することを特徴とする光送受信機。
3. 受信した光信号の信号レベルを検出して、前記信号レベルがＨｉｇｈからＬｏｗに変化したとき予め定めた保護時間を経て出力モードを間欠パルス出力モードに移行し、前記信号レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに変化したとき前記出力モードを通常モードに移行することで対向装置に異常を通知することを特徴とする光送受信機。
4. 受信した光信号が停止したとき送信信号を間欠パルスとするそれぞれ送信波長の異なる複数の光送受信機と、前記光送受信機からの複数の光信号を多重する波長多重部とからなる波長多重通信システムであって、
   前記光送受信機の光信号の停止から最初のパルス送出までの時間は少なくとも２種類存在することを特徴とする波長多重通信システム。
   

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