JP2008252750A

JP2008252750A - 光ファイバの伝送距離測定方法、及びこれを用いた伝送線路長測定機能付き光トランシーバ

Info

Publication number: JP2008252750A
Application number: JP2007094240A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kamisugi; 秀昭神杉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】簡便な方法により伝送距離測定を行い、距離に応じて最適駆動条件を実現し、消費電力削減や距離延伸を図ることができる光ファイバの伝送距離測定方法及び伝送線路長測定機能付き光トランシーバを提供する。
【解決手段】通常の動作モードから距離測定モードに移行することを第１光トランシーバ１から第２光トランシーバ２に通知するとともに、第２光トランシーバ２はこの通知を受信したことを第１光トランシーバ１に通知し、第１光トランシーバ１は、この受信通知を確認した時点からの経過時間の計測を開始し、開始と同時に光出力を停止する「断」状態とし、第２光トランシーバ２は、第１光トランシーバ１の光出力「断」状態を検知すると、自らの光出力を「断」状態とし、第１光トランシーバ１は、第２光トランシーバ２の光出力状態を検知すると同時に計測を終了し、計測の数値により一対の光トランシーバ１，２の光ファイバ３上での距離を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバに接続された一対の光トランシーバ間の伝送距離を測定する光ファイバの伝送距離測定方法、及びこの測定方法を利用して伝送線路長を測定することができる伝送線路長測定機能付き光トランシーバに関する。

近年の通信システム、特に光通信システムでは、光ネットワークの発達によって、伝送距離が固定された局間の通信だけでなく、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing；波長分割多重方式）で多重化された複数の波長を波長単位で分岐して挿入する光多重分離挿入装置（ＯＡＤＭ；Optical Add Drop Multiplexer）やＷＤＭで多重化された複数の波長を波長単位で経路を切り替える光クロスコネクト装置（ＯＸＣ；Optical CROSS Connect）などのノード（分岐点）を経由した通信が行われるようになってきている。

このような通信システムでは、情報の種別に応じて伝送経路が変わり、同時に伝送距離が変化する。従来の固定局間の光通信システムでは、敷設された伝送路の伝送損失に基づいて光送信レベルが設定されている。伝送距離が変わる通信の場合には、伝送損失の大きい最長距離の伝送にとって最適となるように光送信レベルが設定されている。したがって、経路が変わって伝送距離の短いノードへ通信が行われる場合には、送信レベルが過剰となり、必ずしも最適な受信ができない場合も発生している。これは、また通信用発光デバイスである半導体レーザや駆動回路に必要以上の過大な負荷をかけることになり、部品の劣化や節電の観点などから不都合を生じているため、改善が望まれている。

ところで、このような光通信システムにあっては、冗長性を持たせた伝送線路の経路間に存在する光遅延量の違いを、受信側で吸収することができるシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えばそのシステムは、図４に示すように、子局装置１００において、受信機側には、親局装置からの下りデータを受信し、フレーム同期パルスを検出する同期検出部１０１と、そのタイミングに同期してカウントする同期カウンタ１０２と、０系と１系の受信タイミングを比較し、同期タイミングを制御する比較部１０３を有する。一方、送信機側には、親局装置から送信される遅延データを抽出する遅延データ検出部１０４と、遅延データを保持するメモリ部（０系／１系）１０５，１０６と、伝送路の選択信号を検出する系選択信号検出部１０７と、選択信号により制御を行う選択部１０８と、選択された遅延データにより送信タイミングを制御する遅延制御部１０９を有するものである。

また、例えば、ＰＯＮ（Passive Optical Network)システムにおいて、ＯＬＴ（Optical Line Terminal；光加入者終端装置）−ＯＮＵ（Optical Network Unit；光網終端装置）間の伝送線路長を、受信した光受光レベルから算出し、これにより遅延微調整を行うことができるシステムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。例えばそのシステムは、図５に示すように、光加入者装置２０２は、光バースト受信部２０２Ａと、受光パワー算出部２０２Ｂと、オフセット制御部２０２Ｃと、遅延制御部２０２Ｄと、タイミング生成部２０２Ｅと、光バースト送信部２０２Ｆを備えており、光加入者収容装置２０１から受信した加入コマンドの光レベルから設置間距離の概算値を求め、この概算値に対応する遅延時間を考慮した応答データを受光パワー算出部２０２Ｂが送信する。一方、光加入者収容装置２０１は、光バースト受信部２０１Ａと、受光パワー算出部２０１Ｂと、遅延微調整部２０１Ｃと、遅延制御部２０１Ｄと、タイミング生成部２０１Ｅと、光バースト送信部２０１Ｆを備えており、応答データを受光パワー算出部２０１Ｂが受信し、受信した光レベルから設置間距離の概算値を求めた後、加入用スロットにおける応答データの位置に従い遅延微調整を行う。この遅延微調整の結果、算出された遅延量を、再び加入対象の加入者装置２０２に指定する。遅延粗調整は受光パワーを基に算出され、加入用スロットとしては、光送受信レベルの誤差を考慮したシステムマージンと、遅延微調整に必要なスロット数を確保すればよい。このため、加入用スロット長を短くできる。

また、多数のノードを伝播する際に、最小遅延となるルーティングを選択して信号を転送することができるシステムも知られている（例えば、特許文献３参照）。例えばそのシステムは、図６に示すように、光ネットワークを構成する各光ノード（分岐点）装置には、着信光ノード毎に、各出リンクを使用した時の該着信光ノードまでの距離に関する情報をルーチングテーブルとして保持する。したがって、この光ノード装置は、光バースト信号が到着すると（ステップＳ２）、ルーチングテーブルを参照して、空きチャンネルまたは空きバッファを有し着信光ノードまでの距離が最小である出リンクを選択して（ステップＳ３，Ｓ４）バースト信号を転送する（ステップＳ９）。この際、光バースト信号の光ノード経由数や転送遅延などの転送距離が閾値を越える場合には、該光バースト信号を破棄して（ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ８）、光ネットワーク内の光バースト信号の輻輳を回避する。

さらに、伝送距離を算出する方法として、例えば光遅延時間を測定することから伝送距離を算出させるものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。例えばそのシステムは、図７に示すように、光ファイバ３０３で接続された各光通信装置３０１（３０２）は、一対の送信部３０１Ａ（３０２Ａ）及び受信部３０１Ｂ（３０２Ｂ）で構成されるものであって、例えば光通信装置３０１において、送信部３０１Ａでは特定の符号配列の信号を実際のデータ信号に挿入し、この信号を受信した光通信装置３０２の受信部３０２Ｂとの間で、折り返し通信を行うことによって光遅延時間を測定し、この光遅延時間から伝送距離を算出するものである。

特開平１０−３２２３８０号公報特開２０００−２９５２６６号公報特開２００３−２３４７６４号公報特開２００５−３４１０２２号公報

ところで、近年、光ファイバで双方向に接続することが可能な回路モジュールとして、光トランシーバが各種提案されている。この光通信用トランシーバは、一般に、標準化委員会によって送信光出力、受信光入力の仕様が決定されており、その標準仕様は、伝送距離に基づいて分類されているが、短距離用途では、送信機は通信距離に対して過剰な光出力を出力している場合が多く、出力を低下させることにより、光出力源であるレーザの駆動電流を削減することが可能となり、省電力につながる。また、電子式分散補償方式を利用する受信機では、補償量に比例して消費電力が増大するために、距離に応じた補償量調整を実施することにより、無駄な電力の削減が可能となる。

一方、長距離方式では、伝送距離が長くなることにより、波長分散による伝送ペナルティの増加が顕著となり、距離が制限されるが、これは、送信光波形のクロスポイントを上げることにより、回避できることが知られている。ところが、クロスポイントを上げることにより、受信機感度が悪化することもまた知られており、伝送距離に応じた最適な駆動条件が求められる。

例えば、特許文献４に記載の技術では、通信を中断することなく線路長（伝送距離）を求めることが可能であり、頻繁に伝送線路長が切り替わるような通信システムには有効である。ところが、その反面、信号そのものを加工するため、回路規模が大きくなり、また、通信オーバヘッドが増加する問題がある。さらに、折り返し通信を起動する方法に関する具体的な実現手段の記載がなく、この態様によっては、さらなるオーバヘッド、あるいは回路規模の増大につながるものである。すなわち、この特許文献４に記載の技術では、リアルタイムで伝送距離測定が可能である反面、折り返しモードの起動プロトコルが不明瞭で、特定符号化を用いることによる回路規模、オーバヘッドの増大などの問題があり、延いては、消費電力を増大させることにも繋がりかねない。

そこで、本発明は、煩雑に経路が変更される通信網ではなく、ＬＡＮ環境のように伝送経路の変化が少ない通信システムにおいて、より簡便な方法により伝送距離測定を行うことができ、距離に応じて最適駆動条件を実現し、さらには、消費電力削減や距離延伸を図ることができる光ファイバの伝送距離測定方法及びこの方法を用いた伝送線路長測定機能付き光トランシーバを提供することを目的とする。

上記課題を解決することのできる本発明に係る光ファイバの伝送距離測定方法は、一対の光トランシーバで接続される光ファイバの伝送距離測定方法であって、
通常の動作モードから距離測定モードに移行することを一方の光トランシーバから他方の光トランシーバに通知するとともに、前記他方の光トランシーバはこの通知を受信すると直ちにこの通知を受信したことを前記一方の光トランシーバに返し、
前記一方の光トランシーバは、この受信通知を確認した時点からの経過時間の計測を開始し、当該開始と同時に光出力を停止する「断」状態とし、
前記他方の光トランシーバは、前記一方の光トランシーバの光出力「断」状態を検知すると、自らの光出力を「断」状態とし、
前記一方の光トランシーバは、前記他方の光トランシーバの光出力「断」状態を検知すると同時に前記計測を終了し、当該計測の数値に基づき前記一対の光トランシーバの前記光ファイバ上での距離を計測することを特徴とする。

また、本発明に係る光トランシーバは、本発明に係る光ファイバの伝送距離測定方法によって前記光トランシーバ間の伝送距離を測定する距離測定モードを有する伝送線路長測定機能付きであることを特徴とする。

本発明によれば、簡便な方法により伝送距離測定を行うことができ、距離に応じて最適駆動条件を実現し、さらには、消費電力削減や距離延伸を図ることができる光ファイバの伝送距離測定方法及びこの方法を用いた伝送線路長測定機能付き光トランシーバを提供できる。

以下、本発明に係る光ファイバの伝送距離測定方法及びこの方法を用いた伝送線路長測定機能付き光トランシーバの実施形態の例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光トランシーバ対を示すものであり、この光トランシーバ対は、トランシーバＡ（以下、「第１光トランシーバ１」とよぶ）と、トランシーバＢ（以下、「第２光トランシーバ２」とよぶ）とを備えている。また、この第１光トランシーバ１と第２光トランシーバ２は、光ファイバ３を用いた光伝送路によって各種情報の送受信を行うことが可能となっており、本実施形態の基本設定では、マーク率５０％、つまり、伝送させるデジタル信号の“１”と“０”の頻度がそれぞれ同等の５０％ずつとなっている。

第１光トランシーバ１は、その電源を投入後、初期化時間を経過した後には、予め設定された光強度（Ｐ_Ａ）の信号出力を開始する。一方、これに対抗する第２光トランシーバ２は、第１光トランシーバ１からの信号光の光強度（Ｐ_Ａ）に応じたＰＤ電流値（ＰＤ_Ａ）をメモリに格納するのに必要十分な時間を経過した後、線路長測定モード（以下、これを「距離測定モード」とよぶ）に移行する。

次に、図２を参照しながら、第１，第２トランシーバ１，２の具体的な構成について以下に説明する。なお、図２では、第１の光トランシーバ１について説明するが、第２光トランシーバ２も、この第１光トランシーバ１と同様の構成となっている。

第１，第２トランシーバ１，２は、それぞれ送信機と受信機を備えている。例えば、第１光トランシーバ１には、図２に示すように、第１送信機（送信機Ａ）１１と、第１受信機（受信機Ａ）１２と、計時回路１３と、メモリ素子１４と、制御回路１５と、を備えている。

第１送信機１１には、所定波長の信号光を出射する半導体レーザ（ＬＤ）などの電気／光変換素子（以下、「Ｅ／Ｏ素子」とよぶ）１１１と、このＥ／Ｏ素子１１１を駆動する駆動回路１１２とを備えている。光ファイバ３を伝播する信号光は、マーク率５０％のＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）変調されている。

一方、第１受信機１２には、光ファイバ３を介して第２光トランシーバ２からの信号光を入射すると所定の電気信号を出力するフォトダイオード（ＰＤ）などの光／電気変換素子（以下、「Ｏ／Ｅ素子」とよぶ）１２１と、このＯ／Ｅ素子１２１からの出力信号を入力することによりＯ／Ｅ素子１２１を流れる電流（光電流など）を検知するレベルモニタ回路１２２とを備えている。したがって、第１光トランシーバ１の受信機１２では、受信光強度に比例するＰＤ電流をレベルモニタ回路１２２で計測することにより、入射光強度の測定が可能である。

計時回路１３は、第２光トランシーバ２との間での送受信動作に要する時間を計測するものであり、入力側がレベルモニタ回路１２２の出力に接続されている。この計時回路１３は、内部クロックを保持しているか、あるいは、図示外の通信装置から供給される外部クロックを利用できる環境にあり、時間測定が可能である。また、この計時回路１３に用いる１クロックは、周波数を光通信で一般的に使用される１５６ＭＨｚとすると、「１クロック時間」は周波数の逆数の６ｎｓであり、高精度な時間測定が可能である。

メモリ素子１４は、入射光強度の情報を格納しておくとともに、必要に応じてその入射光強度の情報を制御回路１５へ出力するものであり、適宜の記憶媒体が用いられている。

制御回路１５は、駆動回路１１２、レベルモニタ回路１２２、計時回路１２、及びメモリ素子１４を制御するものであり、これらの入力側にそれぞれ接続されている。この制御回路１５は、光トランシーバ１を「距離測定モード」へ移行させるトリガとして、次のような時や場合が設定されている。
・光トランシーバ１，２の電源が投入され、初期化が完了した時。
・光トランシーバ１，２が実装される図示外の通信装置からの指令を受けた場合。

次に、本発明に係る光ファイバの伝送距離測定方法について、本実施形態に係る光トランシーバ１，２を用いて説明する。
まず、第１光トランシーバ１（或いは第２光トランシーバ２）が、「距離測定モード」へ移行させるトリガとなる状態になったときに、「距離測定モード」に切り替わる。
すなわち、第１送信機１１は、実使用時には５０％であるマーク率を、１００％に変更する。つまり、ＤＣ（定常）光を出射する状態に変更する。一方、第１受信機１，２では、メモリ素子１４に保存している光強度に対して、入射光強度が３ｄＢ（２倍）増加したことを検知し、「距離測定モード」に切り替わる。

次に、第２光トランシーバ２の第２送信機２１は、マーク率を１００％に変更することにより、第２送信機２１でも、ＤＣ（定常）光を出射する状態に変更する。そして、このマーク率の変更、つまり距離測定の準備が整ったことを、第１光トランシーバ１へ伝える。
以上により、両光トランシーバ１，２は、「距離測定モード」に移行する。このようにして、「距離測定モード」が光トランシーバ１，２対にて確立された以降は、双方の光トランシーバ１，２に認識可能な特定の信号を送出し、光遅延時間を計測することによって、距離測定が可能となる。

ここで、具体的な光ファイバの距離測定方法について、例を挙げて説明する。
「距離測定モード」の確立後、第１光トランシーバ１は、内蔵する計時回路１３のカウンタをゼロにした後、第１送信機１１の光出力をＯＦＦにする。一方、第２光トランシーバ２の第２受信機２２は、光入力が一定閾値を下回った時点で、第２送信機２１をＯＦＦにする。

次に、第１光トランシーバ１は、第２送信機２１からの光入力が断絶された時点のカウンタ値、すなわち、自らの光出力をＯＦＦする瞬間から、相手方の光出力のＯＦＦを検知するまでの計測時間（これを「遅延時間（ΔＴ）」とよぶ）によって、時間計測を行う。
ここで、この「遅延時間（ΔＴ）」とは、
ａ．第１送信機１１の出力をＯＦＦするための時間、
ｂ．ＯＦＦ光信号が第２光トランシーバ２に伝播されるまでの時間（伝播時間τ１）、
ｃ．第２受信機２２内でＰＤ電流がＯＦＦになるまでの時間、
ｄ．第２送信機２２の出力をＯＦＦするための時間、
ｅ．第２光トランシーバ２の光出力ＯＦＦが第１光トランシーバ１に伝播されるまでの時間（伝播時間τ２）、
ｆ．第１光トランシーバ１内にて信号処理に要する時間、
（このうち、ａ．ｃ．ｄ．ｆ．の時間については、メモリ素子１４に予め格納してある。）

ところで、現在の光トランシーバでは、ａ．ｃ．ｄ．ｆ．の時間は各々１μｓ程度でこれらの処理が可能である。一方、往復に要する時間（τ１＋τ２）は、光ファイバ３の長さが極めて短いために十分無視できるような場合、「遅延時間（ΔＴ）」は４μｓとなる。
ここで、計時回路１３に用いるクロックは、前述したように、「１クロック」時間は６ｎｓであり、高精度な測定が可能となる。

ところで、光ファイバ３中を伝播する光信号の遅延時間（ΔＴ）とすると、この遅延時間（ΔＴ）に進行する光信号の伝送距離Ｌが、次式から導出できる。
Ｌ＝ΔＴ・ｖ
（但し、ｖ；光ファイバ中での光（信号）の速度）

これにより、遅延時間（ΔＴ）が１ｎｓのときに、光ファイバ３を進行する光信号の往復移動距離Ｌ_１は、
Ｌ_１≒２×（１×１０^−９）・１０^１０
≒２０（ｃｍ）
となる。

このため、第１，第２光トランシーバ１，２間の光信号は、往復伝送距離が１００ｍ当たり、遅延時間はおよそ５００ｎｓとなる。したがって、実用レベルに足りる１００ｍ単位での伝送距離測定が十分に可能となる。なお、６ｎｓである「１クロック」時間には、光信号が６×０．２（ｍ）進行するので、１００ｍ単位ではおよそ８３クロックの差が生じる。

ここで、本発明に係る光ファイバの伝送距離測定方法を実現するための具体的な回路について説明する。
本発明の方法は、実現のための回路が極めて単純であり、消費電力を増大させることなく実現することが可能である。ここで、本発明の方法を実現するための回路を図３に具体的に示す。図３に示すものは、典型的なＬＤ駆動回路を含む送信機側の回路αと、フロントエンド回路を含む受信機側の回路βとを組み合わせたものであり、受信機側の入力「断」動作によって、送信機側がＯＦＦされる動作を行う。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバの伝送距離測定方法及び伝送線路長測定機能付き光トランシーバによれば、不必要な機能を遮断、または能力を下げることにより、ランニングコストを削減できるとともに、伝送距離に応じてＬＤ駆動電流を減じることができ、消費電力を削減できる。また、電子式分散補償回路の補償量を、伝送距離に応じて最適化することにより、消費電力を削減できる。
また、伝送距離が長く、かつ、伝送距離が損失により支配されている場合には、ＬＤ駆動電流を増やすことによって、伝送距離の延伸が可能となる。
また、長距離用途のものを短距離で用いる場合には、送信機の出力を一定量下げることより、対抗するトランシーバのオーバーロード規定値以下に抑えることができるので、従来必要とされたアッテネータ（減衰器）を不要とすることができる。
さらに、波長分散が支配的な長距離伝送では、受信機側の光アイ開口のクロスポイントが低下するため、受信機側の“０”、“１”判定スライスレベルを調整することにより、誤り率（Error Rate）を最適化することが可能となる。

本発明の光トランシーバ対の構成例を示すブロック図である。各光トランシーバの構成例を示すブロック図である。本発明の送距離測定方法を実現するための一例を示す回路図である。従来のＰＤＳシステムの一部の構成を示すブロック図である。従来のＰＯＮシステムにおける遅延時間補正回路の構成を示すブロック図である。従来の光バースト信号の転送処理の手順を示すフローチャートである。従来の光通信システムの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１第１光トランシーバ（一方の光トランシーバＡ）
１１第１送信機
１２第１受信機
１３計時回路
１４メモリ素子
１５制御回路
２第２光トランシーバ（他方の光トランシーバＢ）
３光ファイバ
α 送信機側の回路
β 受信機側の回路

Claims

一対の光トランシーバで接続される光ファイバの伝送距離測定方法であって、
通常の動作モードから距離測定モードに移行することを一方の光トランシーバから他方の光トランシーバに通知するとともに、前記他方の光トランシーバはこの通知を受信すると直ちにこの通知を受信したことを前記一方の光トランシーバに返し、
前記一方の光トランシーバは、この受信通知を確認した時点からの経過時間の計測を開始し、当該開始と同時に光出力を停止する「断」状態とし、
前記他方の光トランシーバは、前記一方の光トランシーバの光出力「断」状態を検知すると、自らの光出力を「断」状態とし、
前記一方の光トランシーバは、前記他方の光トランシーバの光出力「断」状態を検知すると同時に前記計測を終了し、当該計測の数値に基づき前記一対の光トランシーバの前記光ファイバ上での距離を計測する光ファイバの伝送距離測定方法。
請求項１に記載の伝送距離測定方法によって前記光トランシーバ間の伝送距離を測定する前記距離測定モードを有する伝送線路長測定機能付き光トランシーバ。