JP2008141498A - 光伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
光伝送装置に於いて、光伝送条件を検出し、電気光変換器のバイアス、光出力を可変させ、様々な光伝送条件に於いて、最適な歪み・雑音特性を得る。
【解決手段】
それぞれ送信部と受信部を有する第1局1と第2局2との間で光伝送を行う光伝送装置に於いて、少なくとも前記第1局は送信部の電気光変換器6のバイアスを検知して該電気光変換器の利得を制御するOMI値制御部25を具備し、少なくとも前記第2局は光電気変換器16の受光出力を検知して伝送区間の光ロスを検出し、前記第1局に光ロスを送信する光ロス制御部30を具備し、前記OMI値制御部は送信された光ロスを加味して前記電気光変換器のバイアスを制御する様構成した。
【選択図】 図1
光伝送装置に於いて、光伝送条件を検出し、電気光変換器のバイアス、光出力を可変させ、様々な光伝送条件に於いて、最適な歪み・雑音特性を得る。
【解決手段】
それぞれ送信部と受信部を有する第1局1と第2局2との間で光伝送を行う光伝送装置に於いて、少なくとも前記第1局は送信部の電気光変換器6のバイアスを検知して該電気光変換器の利得を制御するOMI値制御部25を具備し、少なくとも前記第2局は光電気変換器16の受光出力を検知して伝送区間の光ロスを検出し、前記第1局に光ロスを送信する光ロス制御部30を具備し、前記OMI値制御部は送信された光ロスを加味して前記電気光変換器のバイアスを制御する様構成した。
【選択図】 図1
Description
本発明は、種々の光回線環境下に於いて、光変調度を最適な状態に自動調整する様にした光伝送装置に関するものである。
光伝送に於いては、信号伝達の安定性、信頼性を維持する為、電気/光変換した場合に種々の光回線環境下に於いて最適な歪み(IM)、CNR(Carrier to Noise Ratio)特性(出力と雑音レベルの比の特性:雑音特性)とすることが望まれる。
先ず、図7に於いて従来のアナログ方式の光伝送システムについて説明する。
光伝送システムは、通常、複数の局間、例えば第1局としての親局1と第2局としての子局2が光ファイバ3,3′によって接続され、前記親局1と前記子局2間の信号の授受が前記光ファイバ3,3′を介する光信号によって行われる。
前記親局1は送信部4として、増幅器5、レーザダイオード(LD)等の電気光変換器6を具備し、又受信部7としてフォトダイオード(PD)等の光電気変換器8、増幅器9、可変減衰部10を具備する。
前記子局2も、前記親局1と同様の構成を具備し、送信部12として、増幅器13、レーザダイオード(LD)等の電気光変換器14を具備し、又受信部15としてフォトダイオード(PD)等の光電気変換器16、増幅器17、可変減衰部18を具備する。
例えば前記親局1から前記子局2に情報(RF信号)が送信される場合、前記増幅器5でRF信号が増幅され、更に前記電気光変換器6によって光強度信号に変換(AM変調)され、前記光ファイバ3を介して前記子局2に伝送され、該子局2では前記光電気変換器16で光強度信号が電気信号に変換され、変換された電気信号は前記増幅器17、前記可変減衰部18等により所要の信号処理がなされた後、図示しないアンテナ等に出力される。
上記した光伝送システムに於いて、前記光ファイバ3の信号品質は、歪み、雑音特性に依存し、又歪み、雑音特性は光変調度(OMI:Optical Modulation Index)によって決定される。
前記光ファイバ3,3′を介した光伝送に於いて、光伝送損失に対する歪みと雑音特性との関係は図8に示される様に、光伝送損失が大きくなると、歪み特性が良くなり、CN特性は悪くなる。逆に光伝送損失が小さくなると、歪み特性が悪くなり、CN特性は良くなる。即ち、光伝送損失に関し、歪みと雑音特性とはトレードオフの関係にある。
従来の光伝送装置では、歪み・雑音特性がバランス良く取れる様に、前記電気光変換器6のバイアス値をモニタし、モニタしたバイアス値に基づき平均光出力パワーが(入力されるRF信号のパワーとの比に於いて)一定値となる様に前記電気光変換器6を制御し、光変調度(OMI)を一定に保っている。
又、前記電気光変換器6の光出力パワーを1点で固定しており、光伝送条件によって光出力を可変としてなく、又設定した出力値が光伝送条件に適正でない場合もあり、光伝送装置として適正な特性を出切れていない場合も考えられた。
本発明は斯かる実情に鑑み、光伝送条件を検出し、電気光変換器のバイアス、光出力を可変させ、様々な光伝送条件に於いて、最適な歪み・雑音特性を得ることを目的とするものである。
本発明は、それぞれ送信部と受信部を有する第1局と第2局との間で光伝送を行う光伝送装置に於いて、少なくとも前記第1局は送信部の電気光変換器のバイアスを検知して該電気光変換器の利得を制御するOMI値制御部を具備し、少なくとも前記第2局は光電気変換器の受光出力を検知して伝送区間の光ロスを検出し、前記第1局に光ロスを送信する光ロス制御部を具備し、前記OMI値制御部は送信された光ロスを加味して前記電気光変換器のバイアスを制御する様構成した光伝送装置に係るものである。
本発明によれば、それぞれ送信部と受信部を有する第1局と第2局との間で光伝送を行う光伝送装置に於いて、少なくとも前記第1局は送信部の電気光変換器のバイアスを検知して該電気光変換器の利得を制御するOMI値制御部を具備し、少なくとも前記第2局は光電気変換器の受光出力を検知して伝送区間の光ロスを検出し、前記第1局に光ロスを送信する光ロス制御部を具備し、前記OMI値制御部は送信された光ロスを加味して前記電気光変換器のバイアスを制御する様構成したので、伝送条件が反映されてOMI値が制御され、様々な光伝送条件に於いて、最適な歪み・雑音特性を得ることができるという優れた効果を発揮する。
以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
上記した様に、電気光変換器の光出力に関し、歪みと雑音特性とはトレードオフの関係にある。即ち、図9に示される様に、光出力を大きくすると、CN特性は良くなり、歪み特性が悪くなる。逆に光出力を小さくすると、歪み特性が良くなり、CN特性は悪くなる。
本発明は、光伝送損失に関する歪みと雑音特性のトレードオフ関係と、光出力に関する歪みと雑音特性のトレードオフ関係とを利用して、最適な歪み・雑音特性を得る様にしたものである。
先ず、電気光変換器(LD)に於ける歪み特性と雑音特性と光変調度(OMI)との関係について説明する。OMIは光強度の変調振幅と平均光強度の比で定義される(式1)。
OMI=(光強度の変調振幅)/(平均光強度)
=(Ppeak−Pave )/Pave
=√(2PRF/ZLD)/(Ib−Ith) …(式1)
ここで、PRF:キャリア1波当りの電気光変換器(LD)入力レベル
ZLD:LDの入力インピーダンス
Ib :バイアス電流
Ith:閾値電流
=(Ppeak−Pave )/Pave
=√(2PRF/ZLD)/(Ib−Ith) …(式1)
ここで、PRF:キャリア1波当りの電気光変換器(LD)入力レベル
ZLD:LDの入力インピーダンス
Ib :バイアス電流
Ith:閾値電流
(式1)にてZLD、Ib 、IthはLDに対して固定値となるので、変動可能なパラメータはPRFのみである。従って、歪み特性と雑音特性の検討の際、考慮すべきはPRFとなる。
故に、前記OMIを変動させるには、前記PRF、即ちLDへの入力レベルを変動させればよい。又、(式1)よりOMIを大きくするには前記LDへの入力レベルを大きくすればよい。
次にLD及びPDを含めた光区間の歪み特性(IM)、雑音特性(CN)及び利得(Gopt )は(式1)、(式2)、(式3)及び(式4)で表される。
IM=IMref +40log(OMI/OMIref ) …(式2)
ここで、IMref :OMIref で変調した時のIM
OMIref :基準となるOMIで0.2
ここで、IMref :OMIref で変調した時のIM
OMIref :基準となるOMIで0.2
CN=(1/2)OMI2(η・Pr )2/{RIN(η・Pr )2+2qηPr+(In)2}・BW …(式3)
ここで、RIN:相対強度雑音(Relative Intensity Noise)
η:フォトダイオード(PD)の受光感度効率
光ロスαならPr =α・Pave
q:電気素量1.60×10−19
In:入力換算雑音電流密度
BW:雑音帯域幅
ここで、RIN:相対強度雑音(Relative Intensity Noise)
η:フォトダイオード(PD)の受光感度効率
光ロスαならPr =α・Pave
q:電気素量1.60×10−19
In:入力換算雑音電流密度
BW:雑音帯域幅
Gopt =PRF_OUT−PRF=(ZPD/2)(OMI・η・Pr )2−(ZLD/2){OMI・(Ib −Ith)}2 …(式4)
ここで、ZPD:PDの負荷抵抗
ここで、ZPD:PDの負荷抵抗
従って、OMI(LD)への入力レベルを大きくすれば雑音特性(CN)が良くなり、OMI(LD)への入力レベルを小さくすれば歪み特性(IM)が良くなる。
次に、図1を参照して本発明に係る光伝送装置について説明する。
尚、図1中、図7中で示したものと同等のものには同符号を付し、説明を省略する。
親局1はRF信号を光信号に変換して送信する送信部4と、光信号を受信して電気信号に変換する受信部7を具備し、子局2も同様に送信部12、受信部15を具備している。
前記親局1の概略の構成を説明する。
前記送信部4は、電気信号を増幅する増幅器21、該増幅器21の利得のバラツキを吸収する可変減衰部22、LD等電気光変換器6(以下LD6)の利得のバラツキを吸収し、又最適なOMI値の設定を行う可変減衰部23、前記LD6のバイアス値を検出して、A/D変換するA/D変換部24を具備している。前記可変減衰部22は、運用中に於いて前記可変減衰部23への絶対入力レベルが規定値になる様に調整される。
前記受信部7は、受信した光信号を電気信号に変換する光電気変換器8(以下PD8)及び図示していないが、該PD8から出力される信号を増幅し、或は利得のバラツキを吸収する可変減衰部等を具備している(図7参照)。
又、前記親局1はOMI値を設定する為のOMI値制御部25を具備しており、該OMI値制御部25は少なくとも演算制御器(CPU26)、記憶部27、前記PD8の変換出力の直流成分(光入力パワー)を検出し、A/D変換する前記A/D変換部29を有している。前記記憶部27には、後述する様にデータ、データテーブルが格納されている。
前記CPU26には前記A/D変換部24からの信号が入力され、前記CPU26は前記A/D変換部24からの信号、前記A/D変換部29からの信号、及び前記データ、データテーブルを基に適正なOMI値を演算し、演算した値に対応する制御信号を出力し、制御信号はD/A変換部28を介して前記可変減衰部23に入力される。
前記子局2の概略構成を説明する。
該子局2は前記親局1から送信された光信号を電気信号に変換し、所要の信号処理を行う前記受信部15と、電気信号を光信号に変換して前記親局1に送信する前記送信部12、光ロス制御部30とを具備している。
前記受信部15は、光信号を電気信号に変換する光電気変換器16(以下PD16)、該PD16からの電気信号を増幅する増幅器17、増幅器31、増幅器33、前記増幅器17の伝幡損失及び前記可変変換部23の減衰量を補償する様に制御される可変減衰部18、前記増幅器31等の利得のバラツキを吸収する可変減衰部32等によって構成される。
前記送信部12は電気信号を増幅等所要の処理をする信号処理部(図示せず)と電気信号を光信号に変換する電気光変換器14(以下LD14)を具備している。
前記光ロス制御部30は、前記PD16の平均出力電流(平均光入力パワー)を検知するA/D変換部34、CPU35、該CPU35からの制御信号をD/A変換して前記可変減衰部18に出力するD/A変換部36、データ、データテーブルを格納する記憶部37等から構成される。
以下、前記光伝送装置の作用について説明する。
先ず、本装置の理解の為に、伝幡損失は考慮せず、LDバイアスのバラツキに対し単にOMI(つまり光出力パワー)を一定にする場合を説明する。
RF電気信号は前記増幅器21、前記増幅器5によって増幅され、前記可変減衰部22でレベルが揃えられ、前記可変減衰部23によって利得のバラツキが吸収された後、前記LD6によって光信号に変換された後、前記光ファイバ3を介して送信される。
前記LD6のバイアス電流は通常、単に抵抗を介して供給される為、温度等で変動し、平均光出力パワーが変化する為、そのままではOMIを精確に制御できない。従ってバイアス値は前記A/D変換部24によって検出され、デジタル信号に変換され前記CPU26に入力される。該CPU26では、前記記憶部27に格納された第1のデータテーブル41(図2参照)を基に入力値に対する出力値を求めて出力する。
前記CPU26からの出力は前記D/A変換部28によってアナログ信号に変換され、前記可変減衰部23に入力され、該可変減衰部23が適切な減衰量となる様に制御される。該可変減衰部23により、LDバイアスのバラツキが吸収されることで、OMIが一定に保たれる。
前記第1のデータテーブル41について図2を参照して説明する。
該第1のデータテーブル41は前記LD6のバイアス値(Ib )、前記A/D変換部24への入力値(Vb )、前記CPU26への入力値(Cb )、該CPU26からの出力値(CAT)、前記D/A変換部28の出力値(VAT)、減衰量(DAT)の対応関係を示している。
例えば、LDバイアス電流がIb1の時、Ib1を電流−電圧変換して前記A/D変換部24への入力値はVb1になり該A/D変換部24にてCb1に変換されて前記CPU26に入力される。該CPU26への入力値Cb に対応する該CPU26の出力値はCAT1 であり、CAT1 は前記D/A変換部28(出力電圧VAT)によりVAT1 に変換され、前記可変減衰部23に印加される。該可変減衰部23(減衰量DAT)はVAT1 が印加されることで、減衰量がDATに制御される。
前記PD16が光信号を受光することで、電気信号に変換され、前記増幅器17、前記増幅器31、前記増幅器33によって増幅されると共に前記可変減衰部18、前記可変減衰部32によって利得のバラツキが吸収されて出力される。光ロスによる利得バラツキが吸収されることで、利得は一定に保たれる。
又、前記PD16の平均受光電流は前記A/D変換部34によって検出され、A/D変換され、光ロス情報として前記CPU35に入力される。つまり前記親局1からの光出力パワーはLDバイアスの変動の影響はあるものの略一定なので、受光電流の逆数が略減衰量を示している。前記CPU35では、前記記憶部37に格納された第2のデータテーブル42(図3参照)を基に光ロスに対応する減衰量を求め、出力する。
前記D/A変換部36は前記CPU35からの信号をD/A変換して、前記可変減衰部18に入力する。該可変減衰部18は適切な減衰量となる様に一定制御される。
前記第2のデータテーブル42について、図3を参照して説明する。
該第2のデータテーブル42は、前記PD16が受光して発生するバイアス電流値(Iopt )、前記A/D変換部34への入力値(電圧値)Vopt 、前記CPU35への入力値(Copt )、該CPU35からの出力値(CoptAT )、前記D/A変換部36の出力値(VoptAT )、減衰量(DoptAT )の対応関係を示している。
例えば、受光電流がIopt1の時、Iopt1を電流−電圧変換して前記A/D変換部34への電圧入力値はVopt1になり、該A/D変換部34にてCPU入力値(Copt1)に変換されて前記CPU35に入力される。
該CPU35では各CPU入力値(Copt1)に対応するCPU出力値(CoptAT1)を出力する。CoptAT1は前記D/A変換部36によりVoptAT1に変換される。該VoptAT1が前記可変減衰部18に入力され、該可変減衰部18の減衰量がDoptAT1に制御される。
以上の説明は伝幡損失(光ロス)を考慮しない場合であった。然し実際に前記親局1から前記子局2に光伝送する場合、距離に対応して光ロスが異なる等伝送条件は一定とは限らない。この為、伝送条件の相違、例えば光ロスの相違を考慮して前記可変減衰部18の減衰量の修正再設定が行われる。
前記A/D変換部34で検出された光ロス情報は、前記CPU35に入力される。該CPU35は前記記憶部37に格納された第3のデータテーブル43(図4参照)を基に算出した信号を前記D/A変換部36に出力する。前記CPU35からの信号は、前記D/A変換部36でD/A変換され、前記可変減衰部18に印加され、該可変減衰部18の減衰量が制御される。該可変減衰部18の制御は、可変減衰器の減衰量及び光ロスを補償する制御となる。
前記第3のデータテーブル43について、図4を参照して説明する。
該第3のデータテーブル43は、前記PD16が受光して発生する電流値(Iopt )、前記A/D変換部34への(電圧値)Vopt 、前記CPU35への入力値(Copt )、該CPU35からの出力値(CoptAT'=CoptAT +CCoptAT )、前記D/A変換部36の出力値(VoptAT')、減衰量(DoptAT'=DoptAT +DCoptAT )の対応関係を示している。
尚、前記CPU35からの出力値(CoptAT')は、前記出力値CoptAT に対し、最適OMIを実現する為の補正値CCoptAt を加味したものとなっている。
例えば、受光電流がIopt1の時、Iopt1を電流−電圧変換して前記A/D変換部34への電圧入力値はVopt1になり、該A/D変換部34にてCopt1に変換されて前記CPU35に入力される。該CPU35では前記第3のデータテーブル43に基づき、Copt1に対応するCoptAT'1 を出力する。
CoptAT'1 は前記D/A変換部36に於いて、VoptAT'1 に変換され、前記可変減衰部18の減衰量がDoptAT'1 (DoptAT1+DCoptAT1)となる様に制御される。
上記の制御を行うことにより、光ロスによる利得バラツキを吸収し、最適なOMl値が実現される。DoptAT 自体は光ロスを丁度補う様に働くので、Iopt [dB]に比例するが、本実施の形態では光ロスが大きい時に後述する様にOMIを高くするので、DoptAT'はDoptAT の半分程度の傾きになる。
又、前記A/D変換部34、前記CPU35で検出された光ロス情報は、前記LD14によって電気光変換され、前記光ファイバ3′を介して前記親局1に送信される。
前記PD8で光電変換され、前記A/D変換部29に於いて光ロス情報はデジタル信号に変換され、前記CPU26に入力される。前記親局1への送信は、例えば光ロス情報を適当なキャリアでデジタル変調しRF信号と周波数多重させる方法や、前記可変減衰部23相当を前記子局2にも備えてRF信号レベルを可変させレベルとして伝送する方法を用いることができる。
該CPU26は前記記憶部27に格納された第4のデータテーブル44(図5参照)を基に前記光ロスを考慮した最適減衰率を求め、前記D/A変換部28を介して前記可変減衰部23に出力する。即ち、前記CPU26は前記子局2から光ロス情報がフィードバックされない状態では、検出した前記LD6のバイアス値を基に前記可変減衰部23の減衰量を制御し、前記子局2から光情報がフィードバックされる状態では、前記LD6のバイアス値と、光ロスとを考慮して前記可変減衰部23が制御される。
前記第4のデータテーブル44について図5を参照して説明する。
該第4のデータテーブル44は前記LD6のバイアス値(Ib )、前記A/D変換部24への入力値(Vb )、前記CPU26への入力値(Cb ,CCoptAT )、該CPU26からの出力値(CAT' =CAT+CCAT)、前記D/A変換部28の出力値(VAT' )、減衰量(DAT' =DAT+DCAT)の対応関係を示している。
例えば、前記CPU26は前記入力値Cb1とCCoptAT1とをインデックスとして、前記第4のデータテーブル44からCPU出力値CAT'1を読出して出力する。実際のテーブルは任意のCb とCCoptAT の組合せからCAT' を読出せる様に2次元テーブルになっている。前記CPU出力値CAT'1は前記CPU26からの出力値CAT' に最適なOMIを実現する為の補正値CCATを加味したものである。
CPU出力値CAT' は前記D/A変換部28により、VAT'1に変換され前記可変減衰部23の減衰量がDAT' に制御される。DAT' は前記DATに最適なOMIを実現する為の補正値DCATを加味したものである。DCATはCCoptAT に応じ、光ロスが大きい時に減衰量を小さくする様に働く。尚、前記可変減衰部18での補正値DCoptAT を補正値DCATにて相殺する事になるので、「DCoptAT =−DCAT」という式が成り立つ。
以上の制御を行うことにより、各LDバイアスの利得バラツキを吸収し、更に最適なOMI値の自動設定を実現することができる。
図6は、本発明を実施した場合の光ロスと歪み、CN特性関係を示している。図中、破線は従来での光ロスと歪み、CN特性の関係、実線は本発明を実施した場合の光ロスと歪み、CN特性の関係を示している。
LDのバイアスを制御することで、最大、最少光ロスの時の差が小さくなり、結果的に光伝送装置の総合的な性能が向上する。
尚、図1では光ロスを考慮した前記LD6の出力制御を示しているが、前記OMI値制御部25と同様な構成を前記子局2に設け、又前記光ロスを加味させ、前記子局2から前記親局1への光伝送の制御、即ち前記LD14の出力制御を行うことは勿論である。
1 親局
2 子局
3 光ファイバ(下り)
3′ 光ファイバ(上り)
6 LD
7 受信部
8 PD
12 送信部
14 LD
15 受信部
16 PD
18 可変減衰部
23 可変減衰部
25 OMI値制御部
26 CPU
27 記憶部
30 光ロス制御部
35 CPU
37 記憶部
2 子局
3 光ファイバ(下り)
3′ 光ファイバ(上り)
6 LD
7 受信部
8 PD
12 送信部
14 LD
15 受信部
16 PD
18 可変減衰部
23 可変減衰部
25 OMI値制御部
26 CPU
27 記憶部
30 光ロス制御部
35 CPU
37 記憶部
Claims (1)
- それぞれ送信部と受信部を有する第1局と第2局との間で光伝送を行う光伝送装置に於いて、少なくとも前記第1局は送信部の電気光変換器のバイアスを検知して該電気光変換器の利得を制御するOMI値制御部を具備し、少なくとも前記第2局は光電気変換器の受光出力を検知して伝送区間の光ロスを検出し、前記第1局に光ロスを送信する光ロス制御部を具備し、前記OMI値制御部は送信された光ロスを加味して前記電気光変換器のバイアスを制御する様構成したことを特徴とする光伝送装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012010043A (ja) * | 2010-06-23 | 2012-01-12 | Hochiki Corp | 光受信機 |
JP2016076897A (ja) * | 2014-10-08 | 2016-05-12 | 株式会社フジクラ | 光伝送システム、光伝送システムの制御方法、及びアクティブ光ケーブル |
JP2020202469A (ja) * | 2019-06-07 | 2020-12-17 | 富士通株式会社 | 伝送装置、伝送システム、及び伝送方法 |
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