JP2010114518A - 光通信システムおよび送信出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スターカプラを用いた光通信システムで簡易、短時間で光送信出力が設定可能な光通信システムおよび送信出力制御方法を提供する。
【解決手段】親局１の光送信器１ｓは、起動後、エラー測定モードになり、モード子局３側が記憶したテストパターン信号を最大出力から送信し、所定のレベル差で１段ずつ送信出力を下げて繰り返して送信する。子局３側では、予め記憶していた基準テストパターン信号と比較照合してビットエラー率を調べ、１０のマイナス５乗前後のエラーを検出した時点でエラー発生の警報を親局１へ送信し、親局１は、この警報発生時に対応する送信レベルに１０のマイナス１２乗に必要な所定の追加出力を加えた送信レベルを設定することにより全子局３がシステム所要のビットエラー率が得られる送信出力にして送信を行う通常動作になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光分配器を用いた光通信システムおよび送信出力制御方法に関する。

光に変換された信号を多くの受信側端末へ送信する場合、送受信間の伝送路長の間の損失を考慮して送信出力を制御し、発光素子の寿命や信頼性を確保する方法がある。光ファイバを伝送路に用いる場合、多くは、伝送路損失が予測出来るので受信側の最低受信感度が得られる送信電力を試算・想定して光送信出力が決定される。また、受信側での光信号の受信電力を測定し、それを、対向する相手側に通知しフィードバック系を構成して送信側の光送進出力調整する方法もある（例えば、特許文献１。）。

一方、光信号をスターカプラの様な、１つの光送信器から複数の光受信器へ向けて同一信号を同時に送信する様な場合は、各受信器と光送信機の間の伝送損失は、様々であるため上記の様なフィードバック構成が取れないため、減衰が大きい光受信器でもエラーが発生しない様余裕のある大出力で光信号を送信する方法がとられている。

この場合、どの光受信器が最小受信レベルになるのか、またどの程度の受信レベルになるのかを想定するか、又は測定して送信レベルを設定することは困難であるため光送信機の出力レベルは必要以上に高く設定され、発光素子の寿命信頼性に欠ける問題があった。
特開２０００―３１９００号公報 （第９頁、第１図）

光信号をスターカプラを用いて１つの光送信器から複数の光受信器へ向けて同一信号を同時に送信する様な場合は、どの光受信器が最小受信レベルになるのか、またどの程度の受信レベルになるのかを想定するか、又は測定して送信レベルを設定することは困難であるため光送信機の出力レベルが必要以上に高く設定され、発光素子の寿命信頼性に欠ける問題があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたものでスターカプラを用いた光通信システムで簡易、短時間で光送信出力が設定可能な光通信システムおよび送信出力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光通信システムは、スターカプラを介して親局と複数の子局との間で通信を行う光通信システムにおいて、前記スターカプラへむけて光信号を送信する親局光送信器と、前記スターカプラからの光信号を受信する親局光受信器と、電源投入時に、エラー測定モードとなり所定のテストパターン信号を最大送信出力で前記親局光送信器から送信し、タイマを参照して所定の時間間隔と所定のレベル差で送信出力を減少させて前記テストパターン信号を繰り返し送信し、前記子局からエラー検出の警報を前記親局光受信器を介して最初に受信した場合、受信した警報に対応するテストパターン信号を送信したタイミングにおける送信出力に予め定めた追加レベルを加えた送信出力にして信号を前記親局光送信器から前記スターカプラを介して送信する通常動作にする制御を行う制御手段とを備える親局と、前記スターカプラへむけて光信号を送信する子局光送信器と、前記スターカプラからの光信号を受信する子局光受信器と、前記子局光受信器から前記テストパターン信号を受信した場合、予め記憶していた基準用テストパターン信号と比較しエラー率を調べ、基準エラー率程度のエラーを検出した場合、前記子局光送信器を介してエラー検出の警報を前記親局へ向けて送信する制御手段とを備える子局とを具備することを特徴とする。

また、本発明の光通信システムの送信出力制御方法は、親局光送信器と親局光受信器とを備える親局と、複数のそれぞれが子局光送信器と子局光受信器とを備える子局との間でスターカプラを介して通信を行う光通信システムの送信出力制御方法において、前記親局は、電源投入時に、エラー測定モードとなり所定のテストパターン信号を最大送信出力で前記親局光送信器から送信し、タイマを参照して所定の時間間隔と所定のレベル差で送信出力を減少させて前記テストパターン信号を繰り返し送信し、前記子局は、前記送信された前記テストパターン信号を前記子局光受信器で受信し、予め記憶していた基準用テストパターン信号と比較しエラー率を調べ、基準エラー率程度のエラーを検出した場合、前記子局光送信器からエラー検出の警報を前記親局へ向けて返信し、前記子局からエラー検出の警報を受信した前記親局は、受信した警報に対応するテストパターン信号を送信したタイミングにおける送信出力に、予め定めた追加レベルを加えた送信出力にして前記親局光送信器から前記スターカプラを介して信号を送信する通常動作にする制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、スターカプラを用いた光通信システムで簡易、短時間で光送信出力が設定可能な光通信システムおよび送信出力制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る光通信システムの系統図である。

図１において光通信システムは、親局１、親局に接続され、光信号を１：ｎに分岐（集合）するスターカプラ２、スターカプラ２からの分岐伝送路２１〜２ｎ（ｎは、自然数）と、それらを介して親局１と接続される子局３１〜３ｎ（ｎは、自然数、以下、３１〜３ｎで共通な事項は、必要無い限り３と省略して説明する。）とを備える。

親局１から送信された光信号は、スターカプラ２で分岐、等分されるが更に伝送路長もしくは接続損失等により各子局３１〜３ｎでの受信電力には高低の差が生じるようになる。

図２は、親局１と子局３との間の信号処理を説明する機能ブロック図である。

図２において、スターカプラ２は、光信号をｎ分岐して送信する送信カプラ２ｓと、ｎ入力の光信号を集合して受信する受信カプラ２ｒとから構成される。波長多重により親局１と子局３との間で通信する場合は、送受信カプラは兼用されるが、説明の利便上ここでは、送受信で独立したスターカプラを用いる場合を例に説明する。

親局１は、デジタル信号を光信号に変換して送信カプラ２ｓを介して送信する光送信器１ｓと、光受信カプラ２ｒを介して子局３１〜３ｎからの光信号を受信する光受信器１ｒと、テストパターン処理部１Ｐと、出力制御部Ｃと、タイマ部Ｔとを備え、また上記構成はそれぞれの間が制御信号やデータ等を伝送する内部バス等で接続されている。

光送信器１ｓは、子局に向けての情報の信号、又は、テストパターン処理部１Ｐからのテストパターン信号が切り替えられて入力される。また、光送信器１ｓは、テストパターン信号を受信した子局３からのエラー検出アラームから生成される出力制御部Ｃからの送信出力を制御するバイアス信号によって光送信出力が制御される。

テストパターン処理部１Ｐは、エラー測定モードと本来の情報の信号を送信する通常動作との切替、タイマＴを参照してテスト信号を送信する送信タイミングの制御や内部バスを監視し、エラー測定モードにおける動作手順の制御などを行う。また、出力制御部Ｃへ光送信器１ｓの送信出力を設定する出力設定信号を出力する。

出力制御部Ｃは、この出力設定信号により光送信器１ｓの送信出力を調整するバイアス信号を光送信器１ｓへ出力する。

子局３は、送信カプラ２ｓ、分岐伝送路２１ｓを介して親局１の光送信器１ｓからの光信号を受信し、デジタル信号に復調して出力する光受信器３ｒと、入力されるデジタル信号を光信号に変換して受信カプラ２ｒ、分岐伝送路２１ｒを介して親局１の光受信器１ｒへ送信する光送信器３ｓと、光受信器３ｒが出力したテストパターン信号を入力するテストパターン解析部３Ｐとを備え、また上記構成はそれぞれの間が内部バス等で接続されている。

テストパターン解析部３Ｐは、光受信器３ｒが出力するテストパターン信号を予め記憶した比較照合用の基準パターンと照合することによりエラー率を測定し、所定のエラー率を超えた場合にアラームを出力する。光送信器３ｓは、このアラームを受信用カプラ２ｒを介して親局１の光受信器１ｒへ送信する。

図３は、本発明の実施例に関わる光通信システムの動作手順の説明をするフローチャートである。
以下、図１〜図３を参照して光通信システムの送信出力を制御する動作手順の説明をする。

先ず、調整の準備として、子局３１〜３ｎは、電源が投入され受信待機状態になる。

親局１は、図示されないリセットスイッチ又は、電源投入時の自動リセットにより起動される（ステップｓ０）。

親局１の出力制御部Ｃは、光送信器１ｓを所定の最大出力、例えば、０ｄｂｍに調整するバイアス信号を光送信器１ｓへ出力する。タイマＴは、タイミングｔ０として、経過時間のカウントアップを開始し、タイミングｔ０から、テストパターン処理部１Ｐは、タイマＴを参照しつつ親局１の光送信器１ｓの入力をテストパターン信号にしてエラー測定モードにする（ステップｓ１）。

そして、エラー測定にのみ用いる所定のフォーマットのプリアンブルとそれに続く予め定められた１と０とが並んだ疑似ランダムビット列のテストパターン信号を光送信器１ｓへ入力し、送信器１ｓは光信号にしたテストパターン信号を所定のタイミングｔ１まで子局３へ向けて送信する（ステップｓ２）。

子局３は、光受信器３ｒを介してテストパターン解析部３Ｐがプリアンブルを受信し、それがエラー測定のプリアンブルと判定するとエラー検出モードの動作を開始する（ステップｓ３）。そして、タイミングｔ１までの間、基準エラー率程度のエラーが発生する稼働か調べる為にプリアンブルに続いて入力されたテストパターン信号を受信して、送信された疑似ランダムビット列と同じパターンの予め記憶していた基準パターンと受信するテストパターンとを比較照合して、一致しないエラーの有無を調べる（ステップｓ３―１）。

即ち、親局１と各子局３は、テストパターン処理部１Ｐと解析部３Ｐとで予め同じパターンデータを図示しない記憶手段に予め記憶している。子局３では、プリアンブルで受信信号の開始タイミングを検出して、続いて受信した信号と記憶して居るパターンデータとを照合比較することが容易に出来るのでビットタイミング等を複雑に調整することなく簡便にエラーチェックが可能になる。

エラー有無を調べる時間はタイミングｔ１迄の時間であり、目安として、１０のマイナス５乗程度のビットエラー率のエラー発生が検出出来る時間長である。信号の伝送速度（ビットレート）によって異なるが、例えば伝送速度が１Ｍｂｐｓで有れば、平均して０．１秒に１つの誤りが発生するので、１秒程度をエラー検出時間にすればマイナス５乗程度の誤り検出に都合がよい。

この検出基準となる基準エラー率は、マイナス３乗程度では、測定誤差が大きく、マイナス１２乗の様に低いエラー率が得られる受信レベルの推定が不正確になるので、マイナス５〜６乗を採用するのが良い。

子局３のテストパターン解析部３Ｐは、エラーが検出されない場合（ステップｓ３―１がＮｏ）、エラー測定モードから通常モードへ復帰し受信待機になり、エラーを検出した場合（ステップｓ３―１がＹｅｓ）、基準エラー率以上のエラーが有ったとして、光送信器３ｓからエラー検出の警報を親局１へ送信する（ステップｓ３―２）。

テストパターン処理部１Ｐは、タイミングｔ１の後、更に例えば、１秒間経過したタイミングｔ２まで、送信を停止し、子局３からのエラー検出の警報受信が無いか調べ、警報の受信が無い場合（ステップｓ４がＮｏ）再び同じ様にテストパターン信号の光送信出力を予め定めた割合、ここでは、１ｄｂ減少させて再び送信を開始する（ステップｓ５）。

即ち、送信開始当初は、受信側では、十分な信号対雑音比が確保されているので、受信誤りは検出されない。例えば、システム的に光受信器出力信号が１０のマイナス１２乗程度のエラー率が要求仕様で、そのエラー率が確保される光受信器３ｒへの最低受信レベルが、仮に−１８．５ｄｂｍであるとする。

そして、スターカプラ２や分岐伝送路等の親局光送信器１ｓから子局光受信器３ｒに到達するまでの経路での伝送損失が、例えば、１０ｄｂである場合、光送信器１ｓの最大出力０ｄｂｍ時には、まだ、子局光受信器３ｒの最低受信レベルに対して８．５ｄｂの余裕がある。

図４は、光受信器における信号対雑音比とＢＥＲ特性（ビットエラーレート特性）の関係の一例である。
図４において、光受信器は、−２２ｄＢｍの光入力の場合、１０のマイナス５乗のビットエラー率が得られ、―１８．６ｄｂｍの光入力時に、１０のマイナス１２乗のビットエラー率（以下、本明細書では単にエラー率と称する。）が得られる。

光入力の絶対値は、光受信器によって同じエラー率を得るには多少の高低は有るものの、マイナス５乗とマイナス１２乗との間のその相対的なレベル差は、同じ仕様で製作される光受信器では大きく変化がない。従って、受光電力差が３．４ｄｂの差であるので、余裕を持って受信側でのエラー率がマイナス５乗の時の送信出力に３．５ｄｂ追加した送信電力をマイナス１２乗が得られる光送信電力として推測することが出来る。

なお、このマイナス５乗とマイナス１２乗との間のその相対的なレベル差は、信号伝送速度等、設計仕様により異なるので、マイナス５乗のエラー率が得られる送信出力に追加する送信出力レベルは適宜調整される。また、最低必要なエラー率がもっとマイナス９乗や１０乗の様に緩和されたシステムで有れば、余裕量も少なくて済ませることが出来る。

繰り返すと、光受信器３ｒには所要のエラー率を確保するのに必要な最低受信レベルが設計値として設定される。この信号の“最低受信レベル”は、光受信器毎に差異は生じるが、光受信器では、上述の様な１０のマイナス５乗とマイナス１２乗とが得られる“受信信号レベル差”は、“追加レベル”の差であって、光受信器間毎のこの追加レベル差には大きな違いは無い。

そこで、予め、光受信器の受光光電力と、エラー率との関係を調べてマイナス５乗オーダのエラー率を測定し、マイナス１２乗に必要な追加レベル（ここでは、３．５ｄｂ）を調べておく。

一方、マイナス１２乗のエラー率が得られるエラー率の測定を実施するとなると、エラー発生間隔は、１０の６乗の桁違いで非常に長い時間を要することになるので実運用時には、この様なエラー率測定を行って調整することは極めて希である。また、誤り測定系統を構成するには、ランダム信号発生、受信信号同期が必要であり、装置が大がかりになる問題があった。

そこで、上記の如く比較的短時間で検出可能なマイナス５乗程度のエラー率が得られる光受信強度で受信した時の送信出力にマイナス１２乗に必要なレベル差を追加する様に送信出力を調整する。その結果、長時間のマイナス１２乗のエラー率測定を行うこと無く通常動作状態で必要な所要のエラー率が得られる光信号送信出力を設定することが出来る。

本実施例では、伝送速度に合わせて、基準エラー率としてマイナス５乗程度のエラー率が測定可能な時間間隔を設定する。そして、テストパターン信号の一致を調べ、一致しなかったビット数のエラー数から、簡易的にエラー率を算出してマイナス５乗より劣化したエラー検出の場合、警報を送信する。

なお、エラー検出の回路、処理を特に簡便に済ませる様に、一致しなかったビット数をカウントせずにエラー測定の時間内に単に一致しなかったビットが有ったことを通知する警報で済ませても良い。

反対に時間が許容されるのであれば、基準エラー率をマイナス６乗にして測定時間を長くして推定精度を高めても良い。

この基準エラー率の設定、測定時間は、伝送速度や光受信器の特性、要求エラー率を勘案して設定する。そこで、テストパターン処理部１Ｐは、タイミングｔ１の後、例えば、１秒間経過したタイミングｔ２から同じ様に、エラーの警報を受信しない場合は（ステップｓ４がＮｏ）テストパターン信号の光送信出力を予め定めた割合、ステップｓ５の手順、例えば、１ｄｂ減少させてプリアンブルとテストパターン信号の送信する制御をエラーの警報を受信するまで繰り返して行う。

今、９回目、つまり、光送信器１ｓの出力が−９ｄｂｍ、光受信器３ｒの入力光信号レベルが−２２ｄｂｍになった時、マイナス５乗程度のエラーが発生したとする。そして、子局３１からエラー発生の警報が親局１へ向けて送信される（ステップｓ３−２）。子局３１は、エラー警報送信後、通常モードへ復帰し受信待機になる。

このエラー発生の警報を発生するのは、伝送距離が長いか、又は接続損失などが大きく最も受信レベルが低い子局３から送信される。この受信レベルが最低な子局（ここでは、３１）が受信可能な様に光送信器１ｓの送信出力を設定すれば当然残りの子局（３２〜３ｎ）では子局３１以上の受信レベルがあるのでエラーが発生せずに受信することが可能である。

親局１では、光受信器１ｒが、子局３１の光送信器３ｓからの警報を受信する（ステップｓ４がＹｅｓ）と、警報を内部バス等を介して、テストパターン処理部１Ｐへ通知する（ステップｓ８）。テストパターン処理部１Ｐは、この通知を受信すると、エラー測定のプリアンブル送信出力を１ｄｂ高く元へ戻す処理を行う（ステップｓ６）。

そして、プリアンブルとテストパターン信号の送信を行う（ステップｓ７）。

ここで送信出力を高くしてエラーの警報を受信しなかった場合（ステップｓ８がＮｏ）、図示しない切替手段により光信号送信器１ｓの信号入力先を、テストパターン処理部１Ｐから、親局に外部から入力される本来の伝送すべき信号入力先に切り替え、マイナス１２乗のエラー率が確保出来る様に更に３．５ｄｂ出力を高く（追加）して通常動作を開始する（ステップｓ１０）。

もし、１ｄｂ高くしてもエラー警報を受信した場合（ステップｓ８がＹｅｓ）、エラー測定モードを維持して更に、エラー警報を受信しなくなるまでステップｓ６の送信出力を余裕出力として、０．５〜１ｄｂ毎高めて、ステップｓ７のエラー測定を行う。

なお、エラー測定の際、送信出力の設定レベル差を例えば４ｄｂの様に大きくして、エラー発生時よりも出力を上げればエラー発生が起きないことが確実にして再度ステップｓ６、ｓ７、ｓ８を実行することを省略しても良く、この方が、通常動作へ入るまでの時間が少なくて済む。

以上説明した如く、従来のスタ−カプラを用いた光通信システムは、光送信側での送信出力を受信側の受信強度によりフィードバック制御することが困難であったが、本実施例に依れば、最小の受信レベルである子局からのエラー検出を簡便に行う事により可能にしている。そして、不要に発光素子の出力を大きくすることがないので親局の光送信器の信頼性を改善することが可能である。

また、エラー率を測定する代わりに親局側から、受信レベル測定用のパイロット信号を送信し、子局側で受信レベルを測定し、所要受信レベルを下回った場合に警報を送信する方法でも同様に送信出力を調整することも可能である。しかしその場合、両局にパイロットキャリヤ信号の周波数のフィルタ回路やレベル測定回路を設けるなど、微妙な調整を要し、かつ規模が大きな新たな回路の追加が必要である。

本実施例の方法は、簡便なエラー測定方法により、光送受信器の回路負担をかけること無くスターカプラを用いる光通信システムの送信レベル調整が可能とするものである。

本発明の実施例に係る光通信システムの系統図。 親局と子局との間の信号処理を説明する機能ブロック図。 本発明の実施例に関わる光通信システムの動作手順の説明をするフローチャート。 光受信器における受光電力とＢＥＲ特性の関係の一例

符号の説明

１ 親局
１Ｐ テストパターン処理部
２ スターカプラ
２ｓ 送信カプラ
２ｒ 受信カプラ
２１〜２ｎ 分岐伝送路
１ｓ、３ｓ 光送信器
１ｒ、３ｒ 光受信器
３（３１〜３ｎ） 子局
３Ｐ テストパターン解析部
Ｃ 出力制御部
ｔ タイマ

Claims (4)

1. スターカプラを介して親局と複数の子局との間で通信を行う光通信システムにおいて、
   前記スターカプラへむけて光信号を送信する親局光送信器と、
   前記スターカプラからの光信号を受信する親局光受信器と、
   電源投入時に、エラー測定モードとなり所定のテストパターン信号を最大送信出力で前記親局光送信器から送信し、タイマを参照して所定の時間間隔と所定のレベル差で送信出力を減少させて前記テストパターン信号を繰り返し送信し、前記子局からエラー検出の警報を前記親局光受信器を介して最初に受信した場合、受信した警報に対応するテストパターン信号を送信したタイミングにおける送信出力に予め定めた追加レベルを加えた送信出力にして信号を前記親局光送信器から前記スターカプラを介して送信する通常動作にする制御を行う制御手段とを備える
   親局と、
   前記スターカプラへむけて光信号を送信する子局光送信器と、
   前記スターカプラからの光信号を受信する子局光受信器と、
   前記子局光受信器から前記テストパターン信号を受信した場合、予め記憶していた基準用テストパターン信号と比較しエラー率を調べ、基準エラー率程度のエラーを検出した場合、前記子局光送信器を介してエラー検出の警報を前記親局へ向けて送信する制御手段とを備える
   子局とを
   具備することを特徴とする光通信システム。
2. 前記基準エラー率は、
   当該システムの通常動作における前記子局光受信器の所要のエラー率の測定に要する測定時間よりも短時間で測定可能なエラー率が基準とされ、
   前記追加レベルは、
   前記基準のエラー率に対応する受光電力に前記子局光受信器の所要のエラー率を達成するのに必要と想定される受光電力の追加レベルである
   ことを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
3. 親局光送信器と親局光受信器とを備える親局と、複数のそれぞれが子局光送信器と子局光受信器とを備える子局との間でスターカプラを介して通信を行う光通信システムの送信出力制御方法において、
   前記親局は、
   電源投入時に、エラー測定モードとなり所定のテストパターン信号を最大送信出力で前記親局光送信器から送信し、タイマを参照して所定の時間間隔と所定のレベル差で送信出力を減少させて前記テストパターン信号を繰り返し送信し、
   前記子局は、前記送信された前記テストパターン信号を前記子局光受信器で受信し、予め記憶していた基準用テストパターン信号と比較しエラー率を調べ、基準エラー率程度のエラーを検出した場合、前記子局光送信器からエラー検出の警報を前記親局へ向けて返信し、
   前記子局からエラー検出の警報を受信した前記親局は、
   受信した警報に対応するテストパターン信号を送信したタイミングにおける送信出力に、予め定めた追加レベルを加えた送信出力にして前記親局光送信器から前記スターカプラを介して信号を送信する通常動作にする制御を行う
   ことを特徴とする光通信システムの送信出力制御方法。
4. 前記基準エラー率は、
   当該システムの通常動作における前記子局光受信器の所要のエラー率の測定に要する測定時間よりも短時間で測定可能なエラー率が基準とされ、
   前記追加レベルは、
   前記基準のエラー率に対応する受光電力に前記子局光受信器の所要のエラー率を達成するのに必要と想定される受光電力の追加レベルである
   ことを特徴とする請求項３記載の光通信システムの送信出力制御方法。

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