JP2845687B2 - 光伝送端末、光伝送システムおよびその波長設定方法 - Google Patents
光伝送端末、光伝送システムおよびその波長設定方法Info
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Description
混合して光ファイバで伝送し、一箇所で受信する方式に
関する光伝送端末および複数の前記光伝送端末からなる
光伝送システムならびに前記光伝送システムにおける出
力光信号波長の設定方法に関する。
谷他、「サブキャリア多重光マルチアクセスを用いた広
域監視情報伝送システム」1992年電子情報通信学会
秋季大会、B−711に示されている。
テムの場合のシステムブロック図を図7に示す。100
−1〜100−nは光伝送端末、105は光伝送端末1
00−1〜100−nからの情報を集める最も上手に位
置するセンター局、101−1は送信部、102−1は
送信部101−1の光出力、103−1は光伝送端末1
00−1への入力光信号と光出力102−1を混合する
光混合部、104−1は光混合部103−1の出力、つ
まり光伝送端末100−1の出力、101−2は送信
部、102−2は送信部101−2の光出力、103−
2は光伝送端末100−2への入力光信号と光出力10
2−2を混合する光混合部、104−2は光混合部10
3−2の出力、つまり光伝送端末100−2の出力であ
り、光伝送端末100−1への入力光信号、101−n
は送信部、102−nは送信部101−nの光出力、1
03−nは光伝送端末100−nへの入力光信号と光出
力102−nを混合する光混合部、104−nは光混合
部103−nの出力、つまり光伝送端末100−nの出
力である。但し、本例においては光伝送端末100−n
はセンター局から最も離れた下手にあるので、光伝送端
末100−nへの入力光信号は存在しない。
を用いた光伝送システムにおいては、各光伝送端末から
の光信号が混合され、最終的に1つの光信号としてセン
ター局105に伝送される。各光伝送端末からの光信号
は混合されることにより、一つの光信号となるが、各光
伝送端末がそれぞれ異なる周波数の電気信号で光信号を
変調していれば、混合された光信号上では周波数多重さ
れたのと同等であるからセンター局105では電気信号
の段階で周波数軸上で各信号を区別することができる。
また、スペクトラム拡散方式で変調されていてもセンタ
ー局105でそれに対応した復調が可能である。
スペクトラムで示す。図8は各部での光信号を変調して
いる信号の周波数スペクトラムである。(a)は光伝送
端末100−1への入力光信号104−2の変調信号周
波数スペクトラムであり、各光伝送端末からの各信号が
光信号が混合されることにより周波数多重されている。
20−nは光伝送端末100−nから、20−2は光伝
送端末100−2からの信号である。(b)は光伝送端
末100−1での送信部101−1からの光出力信号1
02−1の変調信号周波数スペクトラムであり、この例
では20−1がこの光伝送端末100−1に割り当てら
れた周波数の信号であり、20−2から20−nの信号
とは周波数が異なっている。(c)は光伝送端末100
−1からの出力104−1の変調信号周波数スペクトラ
ムであり、各光伝送端末からの各信号が光信号が混合さ
れることにより周波数多重されており、この信号がセン
ター局105で受信される。センター局105では各光
伝送端末に割り当てられた周波数がわかっているので、
各光伝送端末からの信号を容易に区別することができ
る。
うな構成では、各光伝送端末からの光信号の波長が近接
している場合、光信号が干渉することによってビート妨
害が発生して信号へ影響が出る可能性がある。一般的に
2つの光信号が干渉し、これらを電気信号に変換した場
合、2つの光信号周波数の差の周波数の信号が発生する
が、これをビート妨害という。このビート妨害の周波数
が変調信号の帯域と重なれば当然信号への影響が起き
る。したがって、このビート妨害が発生しないようにす
るには各光信号の波長を互いに離しておく必要がある。
その程度は、ビート妨害の周波数が変調信号の帯域より
はるかに高い周波数で起きるようにしなければならな
い。そのために各光源の波長が異なるように光源を選別
しなければならないという課題を有していた。
2つの光信号を混合する時点で自局の光源の波長を制御
し、ビート妨害の発生を防止できる光伝送端末と、複数
台の前記光伝送端末からなる光伝送システムと、各光伝
送端末からの光信号の波長を高密度に配置する方法を提
供することを目的とする。
する光源部と、外部からの入力光と前記光源部からの光
信号を混合する光混合部と、前記光混合部の出力である
光信号を2分岐し、一方を外部への出力光として出力す
る光分岐部と、前記光分岐部のもう一方の光信号出力を
入力し、その信号のビート妨害による品質の劣化を検出
し、検出信号を出力する検出部と、前記検出部の出力で
ある検出信号に応じて前記光源部の出力光の波長を制御
する制御部とを備えた光伝送端末である。また前記光伝
送端末を複数台用いた光伝送システムと、このシステム
全体としてすべての光伝送端末からの光信号の波長を高
密度に配列する方法である。前記光伝送端末において、
好ましくは前記光混合部と前記光分岐部の機能を合わせ
て1つの光ファイバ溶融型 カプラで実現するものであ
る。
混合した光信号の一部を前記光分岐部で取り出し、ビー
ト妨害によるノイズレベル、もしくは符号誤りを前記検
出部で検出し、それに応じて自局の光源部の出力光の波
長を制御することにより前記ビート妨害の発生を防止す
る。また、複数台の前記光伝送端末からなる光伝送シス
テムにおいて、ノイズレベル、もしくは符号誤りが設定
値となるよう波長を制御することにより、システム全体
として各光伝送端末の出力光波長は高密度に配列され
る。
のブロック図を示すものである。この光伝送端末を用い
た全体システムとしての機能は従来例と本質的には同じ
であるのでシステム全体の動作についての説明は省略す
る。
力光信号10とこの端末の光出力16とを混合する光混
合部、11は光混合部1の出力の混合出力信号、2は混
合出力信号11を2つに分岐する光分岐部、12は光分
岐部2の出力の1つであるこの端末の端末出力、13は
光分岐部2のもう一つの出力である分岐出力、3は分岐
出力13の信号品質の劣化を検出する検出部、14は検
出部3の出力である検出信号、4は検出信号14に応じ
て光源を制御する制御部、15は制御部4の出力である
制御信号、5は制御信号15を受けて光出力16を発生
する光源部である。当然のことながら光源部5において
は、図示しない出力すべき信号で光出力16を変調する
機能を有している。
端末およびそれを用いた光伝送システム全体について、
以下その動作を説明する。
の端末の光源部5からの変調された光出力16は光混合
部1で混合される。混合された混合出力信号11は光分
岐部2で2つの光信号に分岐される。分岐比はそれぞれ
のシステムで最適値に決定される。光分岐部2の出力の
うち、一方は端末出力12として上手側の端末、もしく
はセンター局105へ伝送される。もう一方の分岐出力
13は検出部へ送られる。検出部3は分岐出力13を電
気信号へ変換し、分岐出力13の信号品質を監視してお
り、品質のレベルを検出する。その結果は検出信号14
として制御部4へ送られる。制御部4は検出信号14に
応じて光源部5を制御するため制御信号15を光源部5
へ送る。光源部5は制御信号15で制御され、その光出
力16の波長を変化させる。
力16の波長が近づき、ビート妨害が発生する場合、混
合された混合出力信号11の一部である分岐出力13の
信号品質劣化を検出部3が検出し、そのことにより光源
部5からの光出力16の波長がビート妨害が発生しない
方向へ変化させられる。分岐出力13の信号品質が劣化
しないように、光源部5からの光出力16の波長が制御
されるので、当然のことながら端末出力12へのビート
妨害は生じない。システム全体としてみれば、光伝送端
末100−1〜100−nが図7のように縦続に接続さ
れているので、各光伝送端末100−1〜100−nが
それぞれ上記のように動作すれば、それぞれの光伝送端
末において全くビート妨害が発生する危険はなく、セン
ター局105はビート妨害のない正常な信号が受信でき
る。
融して作製されているので、2本の光ファイバで作製し
たものは2入力2出力となる。したがって、前記の光混
合部1と光分岐部2の両機能は、光ファイバ溶融型カプ
ラを用いることにより同時に実現することが可能であ
る。但し、混合比と分岐比とをそれぞれ任意の値にする
ことは一般的に難しくなる。また、光導波路型カプラを
用いても同等のことが実現でき、しかも光導波路型カプ
ラの場合は混合比と分岐比とをそれぞれ独立に設定する
ことも可能である。
合、半導体レーザの出力光の波長を変化させるには半導
体レーザに流す電流を変えるか、半導体レーザの温度を
変えるのが容易である。一般に、半導体レーザはそのバ
イアス電流と温度が安定化されており、そのための回路
がそれぞれ自動出力制御回路、自動温度制御回路であ
る。したがって、制御部4が自動出力制御回路、もしく
は自動温度制御回路の目標設定値を制御信号15により
制御する構成とすれば容易に半導体レーザの光出力16
の波長を変えることができる。図2は、半導体レーザの
バイアス電流を制御信号15で制御して光出力16の波
長を変える場合の光源部5の詳細なブロック図、図3
は、半導体レーザの温度を制御信号15で制御して光出
力16の波長を変える場合の光源部5の詳細なブロック
図である。図2および図3において51は半導体レー
ザ、52は信号源、53は自動出力制御回路、54は自
動温度制御回路である信号源52は光伝送端末が光出力
16を搬送波として出力すべき電気信号を出力し、半導
体レーザ51を変調する機能全体を意味し、場合によっ
ては外部からの信号で半導体レーザ51を変調する機能
を意味している。
の出力、つまり光出力16の出力レベルを検出し、その
出力レベルを目標出力設定値になるよう安定化する。同
様に自動温度制御回路54は半導体レーザ51の温度を
検出し、その温度を目標温度設定値になるよう安定化す
る図2の場合、制御信号15によって自動出力制御回路
53の目標出力設定値を変えれば、それに応じて自動出
力制御回路53は半導体レーザ51のバイアス電流を変
える。その結果、半導体レーザ51の光出力16の出力
レベルが変化する。出力レベルが変化すると、同時に光
出力16の波長が変化する。この一連の動作により、制
御信号15によって、光出力16の波長を制御すること
ができる。
度制御回路54の目標温度設定値を変えれば、それに応
じて自動温度制御回路54は半導体レーザ51の温度を
変え る。その結果、半導体レーザ51の光出力16の波
長が変化する。この動作により、制御信号15によっ
て、光出力16の波長を制御することができる。
の信頼性に影響を与えない範囲で容易に波長を制御する
ことができる。
部共振器付き半導体レーザを使用する場合、制御部4
は、制御信号15により外部共振器の機械的制御を行
い、前記外部共振器付き半導体レーザの光出力16の波
長を変えることができる。
導体レーザを用いる場合、制御部4は、制御信号15に
より前記多電極半導体レーザの制御用電極への電流を制
御し、その光出力16の波長を変えることができる。
劣化の検出方法としては、ノイズレベル、もしくは符号
誤りの検出がある。ノイズレベルを検出する場合、検出
部3はある特定の帯域内のパワーを検出しておき、その
レベルが設定値より低くなるもしくは維持するように光
出力16の波長を制御する方式である。ノイズレベルを
監視する帯域はできるだけ高い周波数に設定すべきであ
る。なぜならば、正常な状態から波長が徐々に変化して
ビート妨害が発生し始める場合、ビート妨害は高い周波
数から影響が出始めるからである。この様子を周波数ス
ペクトラム図4を用いて説明する。図4は検出部3にお
いて分岐光信号13を電気信号に復調した時の電気信号
の周波数スペクトラムである。図4において、40は本
来伝送すべき伝送信号、50はビート妨害による妨害
波、60はノイズレベルを監視している監視帯域であ
る。図4の状態で、妨害波50による伝送信号40への
影響は無視できる限界のレベルにあるとする。妨害波5
0が周波数軸上でこの状態より低い周波数帯域、すなわ
ち伝送信号40に近づき、妨害波50の裾が監視帯域6
0においてノイズレベルの増加として検出されると、制
御部4を介して光源部5が制御され、光出力16の波長
がこれ以上ノイズレベルが増加しないように変化させら
れるので、図4のようなスペクトラムの関係が維持され
ることになり、伝送信号40への妨害波50の影響は無
視できるレベルとなる。したがって、可能な限り伝送す
べき伝送信号40より高い周波数帯でノイズレベルを監
視するのが望ましい。この方式はノイズレベルを監視す
るだけでよいので、信号形式に依存せず、スペクトラム
拡散信号を用いる場合においても信号帯域とノイズレベ
ルを監視する帯域を分けておけば本方式が適用できる利
点がある。
じ周波数帯域に設定してもよいし、異なっていてもよ
い。但し、同じ周波数帯域を使用する場合は、各光伝送
端末における応答の時定数やノイズレベルの設定を調整
しておく必要がある。
はノイズレベルによる場合とほとんど同じであり、特定
のディジタルデータの符号誤りを検出しておき、その符
号誤り率が設定値より低くなる、もしくは設定値になる
よう維持するように光出力16の波長を制御する。符号
誤りが検出できる信号が複数個ある場合は、そのなかの
最も高い周波数の信号で検出すべきである。その理由は
ノイズレベルによる場合と同じであり、その様子を周波
数スペクトラム図5を用いて説明する。図5において、
40は本来伝送すべき周波数多重された伝送信号、40
−1は符号誤りの検出が可能な検出対象のディジタル変
調された信号である符号誤り検出信号、50はビート妨
害による妨害波である。図5の状態は、符号誤り検出信
号40−1における符号誤り率が設定値の状態にあると
する。妨害波50が周波数軸上この状態より伝送信号4
0に近づき、妨害波50の裾が符号誤り検出信号40−
1に影響し、符号誤りの増加として設定値以上の符号誤
り率が検出されると制御部4を介して光源部5が制御さ
れ、光出力16の波長がこれ以上符号誤りが増加しない
ように変化させられるので、図5のような関係が維持さ
れることになり、伝送信号40への妨害波50の影響は
設定された誤り率以下の無視できるレベルとなる。した
がって、ノイズレベルを監視する場合と同様、可能な限
り高い周波数の信号で符号誤りを検出すべきである。
りが検出可能な検出信号として高い周波数のものがない
場合、もしくは符号誤りが検出可能な検出信号がまった
くないか、困難な場合は、符号誤りが容易に検出可能な
検出用信号を付加すれば良い。この時、図6に示すよう
に、検出用信号41を伝送信号40より高い周波数に配
置することが望ましい。理由はさきに述べたものと同様
である。
で同じものを使用しても、それぞれ異なるものを使用し
てもよいが、同じものを使用する場合は、それぞれの光
伝送端末において設定値を調整して変えておく必要があ
る。一般的には、よりセンター局105に近い上手側ほ
ど悪い値を設定すればよい。
ベルもしくは符号誤り率が維持されるように制御される
が、これではマージンが不十分な場合や、ノイズレベル
や符号誤り率の検出レベルを低く設定しなければなら
ず、技術的に実現が困難な場合がある。このような問題
がある場合は、ある設定値のノイズレベルもしくは符号
誤り率を検出した時に、光出力16の波長をその時点で
の波長からビート妨害が発生しない方向へ所定量だけ変
化させればよい。このような制御をするためには、マイ
クロコンピュータを用いた計算機制御が適している。た
だし、このような方式の場合、周波数ホップのように急
激に波長を変化させると、上手側(センター局105
側)の光伝送端末がその変化に追随できず正常な動作が
望めない危険性がある。したがって、急激に変化しない
ようにある程度の時定数で徐々に変化させるようにする
必要がある。この方式であれば十分なマージンが確保で
き、またノイズレベルや符号誤り率の検出レベルをある
程度大きく設定でき、回路の実現が容易となる。
のように光伝送システムを構成した場合、正常状態であ
れば上記のような動作で正常状態は維持されるが、電源
断、システムダウン等の異常状態が発生し、一度異常な
波長配置状況に陥ってしまうと上記のような動作を各光
伝送端末が独立して行なっても必ずしも正常状態に復帰
するとは限らない。例えば、ある光伝送端末の出力信号
波長が、下手側の2台の光伝送端末の出力している信号
の2つの波長の間に挟まれ、しかもその間隔がこの間に
もう一波長の信号が正常に存在できない場合、上記の動
作ではこれら2つの波長の間から抜け出すことはできな
い。このような状況に対しては、2つの波長の間から抜
け出せないことを検出したなら、2つの波長の間から抜
け出せる程度に強制的に波長を変化させればよい。この
状況の検出は、前記制御部4がある設定時間以上動作を
続けても信号品質が所望のレベルにならないことから判
断できる。前記制御部4はある設定時間以上動作を続け
ても信号品質が所望のレベルにならない時、異常状態で
あると判断し、前記光源部5の出力信号波長を強制的に
設定された量だけ変化させる。この機能を各光伝送端末
が有していれば、システム全体が異常状態に落ち込んで
も各光伝送端末がそれぞれ独立に動作して、正常状態に
復帰することができる。このような機能を実現する点で
も制御部4としてはマイクロコンピュータを用いた計算
機制御が適している。
伝送端末の光出力波長を高密度に配置する手法の説明を
する。
質が設定された値になるまで波長を変え続けるように動
作し、しかも初期化動作の開始命令を受信すると、それ
ぞれが自らの光源の波長可変範囲のいずれかの端から上
記動作を開始する。いずれの端から動作するかはそれぞ
れシステムによって決定すればよい。信号品質の設定値
は、当然のことながら正常な動作が可能となるレベルと
する。
ず、センター局がすべての光伝送端末に初期化動作の開
始命令を送る。開始命令を受信すると、まずもっとも下
手の光伝送端末が自らの光出力の波長を設定する。この
場合、波長可変範囲の内、最も短い波長に設定するとす
る。次に下手から2番目の光伝送端末が最も長い波長か
ら開始して、端末出力の信号品質が設定された値になる
まで波長を短波長側へ変え続ける。このように動作する
と、正常な動作が可能で、しかも可能な限り近づいた状
態の波長配置が実現でき、維持できる。以下、3番目以
降の光伝送端末も同様のことを時間間隔をおいて順次行
なう。このようにすれば非常に高密度に波長配置が可能
となり、マージンを見込んで光源の波長選別をする場合
より多重数を非常に多くできる。
出力の波長を短波長側に設定したが、最も長波長側に設
定し、他の光伝送端末が短波長側から動作を開始しても
よい。また、もっとも下手の光伝送端末の光出力の波長
を波長可変範囲の内の途中の値に設定し、他の端末がそ
れぞれ指定された長波長端、もしくは短波長端から動作
を開始してもよい。いずれにしても、最も下手の光伝送
端末はシステム全体に影響を及ぼすので、予め決められ
た波長の光出力を出さなければならず、しかも自局への
入力光信号はないので特に波長の安定性を求められる。
各端末の光源の波長がビート妨害を発生しないように自
動的に制御されるので、予め光源を波長によって選別す
る必要がなく、光伝送端末を追加したり、故障した光源
を取り替える際にも波長によって選別した光源を用意す
る必要がない。また、高密度の波長配置が容易に可能と
なり、その実用的効果は大きい。
ロック図
を制御する光源部の詳細ブロック図
を制御する光源部の詳細ブロック図
における、ノイズレベルを検出する場合の信号の周波数
スペクトラムを示す図
における、符号誤り率を検出する場合の信号の周波数ス
ペクトラムを示す図
における、検出用信号を付加した場合の信号の周波数ス
ペクトラムを示す図
スペクトラムを示す図
Claims (9)
- 【請求項1】 光信号を出力する光源部と、 外部からの入力光と前記光源部からの光信号を混合し、
一つの光信号とする光混合部と、 前記光混合部の出力である光信号を所望の比率で2分岐
し、一方を外部への出力光として出力する光分岐部と、 前記光分岐部のもう一方の光信号出力を入力し、その信
号のビート妨害による品質の劣化を検出し、検出信号を
出力する検出部と、 前記検出部の出力である検出信号に応じて前記光源部の
出力光の波長を制御し、前記品質の劣化が所望値以下と
なるようにする制御部とからなることを特徴とする光伝
送端末。 - 【請求項2】 前記光混合部と前記光分岐部の機能を合
わせて1つの光ファイバ溶融型カプラで実現することを
特徴とする請求項1記載の光伝送端末。 - 【請求項3】 前記検出部がその入力信号のノイズレベ
ルを検出し、ノイズレベルに応じた検出信号を出力する
ことを特徴とする請求項1記載の光伝送端末。 - 【請求項4】 前記検出部がその入力信号の符号誤り率
を検出し、符号誤り率に応じた検出信号を出力すること
を特徴とする請求項1記載の光伝送端末。 - 【請求項5】 前記検出部が前記信号品質の劣化を検出
した際に、その時点での前記光源部の出力光の波長を、
予め決められた設定量だけ変化させることを特徴とする
請求項1記載の光伝送端末。 - 【請求項6】 前記検出部が前記信号品質の劣化を検出
し、前記制御部を介して前記光源部の出力光の波長を変
化させて、前記信号品質の劣化を減少もしくは維持させ
る動作を設定された時間だけ続けても前記信号品質の劣
化を減少もしくは維持させることができない場合、その
時点での前記光源部の出力光の波長を、予め決められた
設定量だけ変化させることを特徴とする請求項1記載の
光伝送端末。 - 【請求項7】 複数台の請求項1記載の光伝送端末と1
つのセンター局が光ファイバを介して縦続接続され、前
記センター局が一方の端にあり、すべての前記光伝送端
末からの光信号が受信されるよう構成された光伝送シス
テム。 - 【請求項8】 請求項7記載の光伝送システムにおい
て、最もセンター局から遠方にある下手の光伝送端末が
設定した出力光の波長に対して下手側の前記光伝送端末
から順次すべての前記光伝送端末が相対的に設定された
量の波長だけ離れた波長に設定していくことを特徴とす
る光伝送システムの波長設定方法。 - 【請求項9】 前記各光伝送端末が、その光出力の信号
品質を設定された値にすることによって、相対的に設定
する出力光の波長の離間量が設定される請求項8に記載
の光伝送システムの波長設定方法。
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