JP3173802B2 - 光通信システム及びそこに用いられる光送信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、典型的にはバス型波長
多重の光通信システム及びそこに用いられる光送信装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速、低誤り率、軽量、耐電気的
干渉などの利点から光ＬＡＮなどの光通信ネットワーク
の研究開発が盛んに進められ、急速に発展している。そ
の形態としては、トポロジー、多重伝送方式などの観点
から区別される種々のものがある。その１つとして、バ
ス型波長多重光通信システムがある。このシステムは、
先ず、線状の伝送路に多数のノードが接続するマルチド
ロップ方式をとるバス型であるので、或るノードが障害
を起こしても他に影響を及ぼさないと言う特徴を持つと
共に、受動型（ノード中の光カップラをパッシブな部品
とする）のバス形態にしてノードを場所を問わずに自由
に新たに接続または取り外し出来ると言う形態的な柔軟
性を持つ。次に、波長多重方式であるので、ビデオ信号
といった異種信号でも一緒に送られてマルチメディア化
への対応に適する、双方向の伝送が可能である、チャネ
ルの増設が容易に出来る、複数波長を使うことによって
等価的に伝送容量を増加できる等の長所を有する。

【０００３】図３に、このシステムの１例として、２線
のバス型のシステムを示す。同図において、８は基準
局、９−１〜６は光ノード、１０−１〜３は端局装置で
あり、基準局８と各光ノード９−１〜６は光ファイバで
接続され、光ノード９−１〜６と端局装置１０−１〜３
は電気的に接続されている。基準局８の役割はシステム
により異なるが、例を挙げれば、時分割多重の為のスロ
ットジェネレータとして働くこと、波長多重の為の複数
波長光を発振する基準光源を備えること等がある。光ノ
ード９−１〜６は端局装置１０−１〜３により制御さ
れ、光ファイバ伝送路と端局装置１０−１〜３との間の
信号のやり取り（受信光を取り込んだり、送信光を伝送
路に送出したり等）を仲介する。

【０００４】ところで、受動型バスでは、伝送路に新た
に光ノードを挿入すると、その分、光信号の強度が減衰
する為、後述する様に光増幅器を用いることがある。こ
の光増幅器の光入出力特性を図４（ａ）に示し、その利
得の波長特性を図４（ｂ）に示す。通常の光増幅器の光
出力は、或る光入力まではこれに応じて線形に変化し
（図４（ａ）の線形領域）、その後は飽和し入力がいく
ら増加しても一定になる（図４（ａ）の飽和領域）。ま
た、光増幅器の利得の波長特性は、或る波長の範囲で図
４（ｂ）に示す様に利得をほぼ一定にすることが出来、
よって波長多重システムではこの範囲内で波長の多重化
を行なって各波長の光を一括してこの光増幅器で増幅で
きる様にしている。こうして光増幅器を用いることによ
り、受動型バスでは、接続可能な光ノード数を増加する
ことが可能である。

【０００５】このバス型波長多重光通信システムの更な
る具体例として、２つの例を挙げて説明する。

【０００６】第１例は、各光ノードが光源を持っている
システムである。このシステムでは、基準局の役割は特
にない。図５にこの第１例のシステムに用いられる光ノ
ードのブロック図を示す。図中、５１は伝送路を伝搬す
る各波長光を２つに分岐する分岐器、５２は端局装置に
より制御され分岐器５１からの多重波長光のうち特定の
波長の光のみを透過する波長可変フィルタ、５３は波長
可変フィルタ５２からの特定の波長光を受けてそれを電
気信号に変換して端局装置に出力する受光器、５５は光
増幅器、５７は分岐器５１と波長可変光源６０とからの
複数の波長の信号光を合波して光増幅器５５に入射させ
る合波器、６０は端局装置からの送信信号に基づいて或
る波長の光信号を発振して合波器５７へと出力する上記
波長可変光源である。

【０００７】ここで、波長可変光源６０の光出力レベル
は、分岐器５１で分岐されて合波器５７に入射する各波
長の光レベルに等しく設定されており、その発振波長
は、使われていない波長になる様に端局装置により制御
される。また、多重波長光を一括して増幅する光増幅器
５５は図４に示される様な線形領域で動作し、この光ノ
ード内の各光素子及び光ファイバ伝送路での光損失を補
う為の光増幅を行なう。この第１例のシステムでは、各
光ノードの波長可変光源が全て送信光を出していない通
信状態では伝送路上に光が全くない場合となり、この様
な場合に光増幅器５５にＡＧＣ（自動利得制御）をかけ
ていると不都合なことになるので、光増幅器５５のＡＧ
Ｃは行なわない。

【０００８】この構成において、端局装置はこの光ノー
ドを以下の如く制御して送受信を行なう。受信は、波長
可変フィルタ５２を制御し、この透過波長を受信すべき
信号の乗っている波長に合わせることにより行なう。一
方、送信を行なう時は、先ず波長可変フィルタ５２を波
長掃引制御して伝送路上にない即ち使われていない波長
を捜し、次に波長可変光源６０の発振波長をその未使用
波長に合わせこの光源６０を送信信号に基づいて変調す
ることで送信を行なう。

【０００９】次に、第２例は、基準局のみが光源を持っ
ているシステムである。このシステムでは、全ての波長
光は基準局から一定出力、同光レベルで伝送路に常時送
り出されており、各光ノードには光源はない。

【００１０】図６に、この第２例のシステムに用いられ
る光ノードのブロック図を示す。図中、６１は多重波長
光を２つに分岐する分岐器、６２は端局装置により制御
されて特定波長の光のみを透過する波長可変フィルタ、
６３は波長可変フィルタ６２からの特定の波長の光を受
けてそれを電気信号に変換して端局装置に出力する受光
器、６４は端局装置により制御されて分岐器６１からの
多重波長光のうち特定の波長を分波する波長可変分波
器、６５は光増幅器、６６は波長可変分波器６４からの
特定の波長の光を端局装置からの送信信号に基づいて変
調する光変調器、６７は波長可変分波器６４で分波され
ないできた波長の光と光変調器６６からの送信信号光と
を合波する合波器である。この構成において、基準局か
ら送出された所定の複数の波長の光は光ファイバ伝送器
を経て、順次、光ノードを通過していく。

【００１１】以下、各光ノード内での光の伝送、処理に
ついて図６を用いて説明する。各光ノードに入射する光
は分岐器６１で波長可変フィルタ６２と波長可変分波器
６４とに入射する光に分岐される。波長可変フィルタ６
２では１波長のみが透過されて受光器６３に入り、ここ
で電気信号に変換されて端局装置に送られる。波長可変
分波器６４では送信に用いる波長光のみが他の波長光か
ら分離されて光変調器６６に送られ、この他の波長は合
波器６７に送られる。ここで、波長可変分波器６４の選
択波長は、波長可変フィルタ６２を端局装置でスキャン
制御して送信信号の乗っていない一定の光出力の波長光
を捜しこれに基づいて端局装置で波長可変分波器６４を
制御することで選ばれる。但し、送信を行なわない場合
には、全ての波長光が波長可変分波器６４を透過して合
波器６７に送られる様に、端局装置が波長可変分波器６
４を制御する。合波器６７で合波された光は、常にＯＮ
状態にある光増幅器６５で基準局の光出力レベルまでに
増幅され伝送路へ送り出される。これにより、各々の光
ノードの出力端で、光出力のレベルが基準局のレベルと
等しくなる。光増幅器６５のＯＮ／ＯＦＦは端局装置で
制御され、ＯＮ状態ではＡＧＣがかけられて全波長の光
量の時間平均が一定になる様に制御される。この為に、
光増幅器６５は図４（ａ）に示す様な線形領域で動作
し、この光ノード内の各素子及び光ファイバ伝送路での
光損失を補填する様な光増幅を行なう。

【００１２】図７は送信状態の図６の光ノードの２つの
点での光波形を示している。同図（ａ）は光変調器６６
の入力端での波形即ち送信に使われていない基準局から
の光の波形、同図（ｂ）は光変調器６６の出力端での波
形即ち送信信号で変調された光の波形を示す。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのバス
型波長多重光通信システムには幾つかの問題点がある。
先ず、第１例について見ると、２つの問題がある。第１
は、各端局で共通のチャネル数を確保するにはシステム
内で通信に使われる各波長は全端局に亙って一致する必
要があり、その為に各端局の光ノードに高度で複雑な機
構が必要になるこことである。即ち、システム内の各光
ノードの波長可変光源には、チャネル間のクロストーク
による誤り率の低下を防ぐ為に送信中は絶対的な波長安
定性が要求され、その為に温度調整回路、波長トラッキ
ング機構などが必要となり、コスト的に極めて高価なシ
ステムとなってしまう。また、送信開始時には、他の波
長による通信を妨害しない為に、波長チューニング機構
も必要になる。これを避けようとすれば、チャネルセパ
レーションを広く取る必要があり、その為、光源として
チャネルの数だけの半導体レーザや波長フィルタが必要
となり、やはりコストが高くなると共に波長多重度に限
界が生じてくる。

【００１４】第２は、光増幅器５５のＡＧＣを有効に使
えないことである。このシステムでは伝送路上の波長の
数は通信状態により異なり（極端な場合として、全端局
が送信していない場合はゼロになる）、従って、その数
が時に応じて変化する各通信用波長の光レベルを常に一
定にする為には複雑な機構が必要になる。

【００１５】次に、第２例について述べる。このシステ
ムでは光源は端局のみにあるので、システム内での波長
の一致の面では第１例のシステムよりかなり改善されて
いる。しかし、簡単な制御で光増幅器６５の出力端での
各波長の光レベルを一定にするという問題点は依然解決
されていない。各波長の光は基準局から常に一定出力で
システムの伝送路に送られているが、このうち、いずれ
かの光ノードで送信信号により変調された波長の光量
は、変調されていない他の波長の光量より減少する。例
えば、デューティ５０パーセントの変調光の場合は、無
変調光と比べてその光量が１／２となってしまう。従っ
て、通常のＡＧＣの様に光増幅器から出力される全波長
の光量の総和が一定になる様に制御したのでは、システ
ム内での通信状態（即ち、基準局からの複数の波長光の
うち、どれだけのものが送信信号により変調されて伝送
路上に送り出されているか）により各波長光のＯＮ、Ｏ
ＦＦレベルが変化してしまう。

【００１６】図８に、２波長多重の例でこの様子を示
す。１つの波長光について、他の波長光が変調されてい
ない時は、光量が相対的に少なくなるので光増幅器６５
の出力端でのこの波長の光レベルは低くなってその波形
は図８（ａ）に様になり、他の波長光が変調されている
時は、光量が相対的に多くなって光増幅器６５の出力端
でのこの波長の光レベルは高くなりその波形は図８
（ｂ）に様になる。ここでは話を簡単にする為、“０”
（ＯＦＦ）レベルの光量を０にした。“１”（ＯＮ）レ
ベルの光量は図８（ａ）では同図（ｂ）の２／３になっ
ている（なぜなら、上記１つの波長の光の光量が図８
（ａ）では全波長の光量の総和の１／３を占め、図８
（ｂ）では全波長の光量の総和の１／２を占めて両者の
比は２：３となっているから）。Ｎ波長多重ではこの値
は、他の波長が全て変調されている場合と全て変調され
ていない場合とを比較して、Ｎ／（２Ｎ−１）になる。
従って、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、前記第２
例の利点を生かしつつその問題点を解決した光通信シス
テム及びそこに用いられる光送信装置を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による光ノードは、基準局から１と０の繰り返し信号
で変調され伝送路を伝搬してきた波長多重光の内、送信
に用いる波長の光を分波する波長可変分波器、該波長可
変分波器で分波された変調光を一定出力レベルに増幅す
る飽和領域で動作する光増幅器などの第１の光増幅手
段、該第１の光増幅手段により増幅された光を送信信号
に基づいて変調する光変調手段、該光変調手段により変
調され送信される変調光と、該波長可変分波器で分波さ
れなかった光とを合波する合波器、及び該合波された光
を一括して増幅する自動利得制御がかけられている第２
の光増幅手段を有する光ノードであって、前記一定出力
レベルは、前記送信信号に基づく変調光と前記波長可変
分波器で分波されなかった光との１レベル同士を等しく
する様に設定されることを特徴とする。

【００１８】以上の如き構成を有する本発明では、上記
従来の第１例と異なって、基準局から常に所定の変調光
を送っていて各光ノードではこれを用いて信号を乗せれ
ばよいので、各光ノードに光源を設ける必要がなく更に
波長安定化の為の制御装置等を設ける必要もない。ま
た、上記従来の第２例と異なって、通信状態により伝送
路上での各波長光量が変動すると言うこともない為、光
ノードの出力部に設けられた光増幅器にＡＧＣをかけ
て、各光ノードの出力部で、各波長の光量を通信状態と
は関係なく一定にすることが出来る。

【００１９】

【実施例】図１は本発明の光通信システムに用いる光ノ
ードの実施例のブロック図である。本システムのネット
ワーク構成は、図３のバス型波長多重光通信システムと
同じとする。ここでは、ネットワークは双方向の光伝送
機能を持たせる為、基準局８を起点とする２重のバス型
であり、全ての端局間での通信が可能となっている。各
端局装置１０−１〜３はこれら２つのバスに接続する為
に２つの光ノード９−１，４；９−２，５；９−３，５
を持っている。

【００２０】以下、図１に沿って本発明の実施例を説明
する。図１中、１は伝送路を伝搬してきた複数波長の変
調光（或るものは送信信号が乗った変調光であったり、
或るものは送信信号が乗らない基準局８から出された状
態の変調光であったり、様々である）を２つに分岐する
分岐器、２は端局装置１０−〜３からの制御信号で透過
波長を適当に選択する波長可変フィルタ、３は波長可変
フィルタ２からの光を受光し電気信号に変換する受光
器、４は分岐器１から光を受けてそのうち端局装置から
の制御信号に従って特定波長の変調光を選び出す波長可
変分波器、５−１は波長可変分波器４からの特定波長の
変調光を受けてそれを一定レベルの光に増幅する光増幅
器、６は光増幅器５−１からの一定レベル光を端局装置
からの送信信号に従って変調する光変調器、７は光変調
器６からの送信信号による変調光と波長可変分波器４を
そのまま通過してきて当該光ノードでは送信用に用いら
れない変調光とを合波する合波器、５−２は合波器７か
らの全波長光を一括して増幅する光増幅器である。

【００２１】波長可変フィルタ２及び波長可変分波器４
が端局装置により制御されるその制御のされ方は、図６
の波長可変フィルタ６２及び波長可変分波器６４の説明
のところで述べたものと実質的に同じである。

【００２２】全ての波長は基準局８から一定の方式で変
調のかかった状態で伝送路に送り出される。この変調
は、光増幅器５−１の入力端での波形を示す図２（ａ）
に示す如く“１”、“０”の繰り返し信号であり、光ノ
ードでの送信信号に基づく変調と識別可能にする為に、
伝送速度をその２倍にしてある。また、後述する光増幅
器５−１での飽和領域増幅を有効に行なえる様にする
為、“０”レベルは無光状態ではなく、基準局８の光源
がレーザ発振する程度の光量に設定されている。基準局
８からの全ての波長の変調光の光レベルは等しくなって
いる。

【００２３】さて、基準局８から送出された上記の如き
光は光ファイバ伝送路を経て、順次、光ノード９−１、
・・・を通過していく。以下、光ノード９−１内での光
の伝送、処理を例にとって説明する。

【００２４】光ノード９−１に入射する光は、分岐器１
により波長可変フィルタ２と波長可変分波器４とへの光
に分岐される。波長可変フィルタ２では１波長のみが透
過され、受光器３に入る。受光器３で光から変換された
電気信号は端局装置１０−１に送られる。波長可変フィ
ルタ２の透過波長は、前述した様に、端局装置１０−１
により制御される。端局装置１０−１に送られる電気信
号は、これで通信内容を受けたり（電気信号に送信信号
が乗っている場合）、送信信号が乗っているかどうかが
検出されたりする（送信信号が乗っていない変調光を探
す場合）。

【００２５】一方、波長可変分波器４では、送信に用い
る波長のみが他の波長から分離され（端局装置１０−１
が波長可変フィルタ２を波長掃引制御してこうした波長
を捜し、この波長を分離する様に波長可変分波器４を制
御する）、この分離波長光は光増幅器５−１で一定レベ
ルに増幅されて（この波形が図２（ｂ）に示される）光
変調器６に送られる。他の残りの波長は合波器７に送ら
れる。この場合、送信をこの光ノード９−１で行なわな
い時は全ての波長が合波器７に送られる。光増幅器５−
１のＯＮ−ＯＦＦも、送信を行なうか行なわないかによ
って、端局装置１０−１により制御される。

【００２６】光変調器６では、端局装置１０−１からの
送信信号で図２（ｂ）の如き光を変調し（この波形の例
が図２（ｃ）に示される）合波器７に送る。

【００２７】合波器７で合波された各波長光は、光増幅
器５−１とは違って常にＯＮ状態にある光増幅器５−２
で基準局８の光出力レベルまでに増幅され、伝送路へ送
り出される。こうして、光ノード９−１で受信、送信な
どが行なわれた後、その出力端で全波長（送信信号を乗
せているかいないかを問わず）の光出力レベルが基準局
８でのレベルと等しくなる。尚、光増幅器５−１はＯＮ
状態ではＡＧＣがかけられ、光増幅器５−２は常にＡＧ
Ｃがかけられて、全光量の時間平均が一定になる様に制
御される。光増幅器５−２に入る各波長光は常に存在し
レベルが同じになっているので、この様にＡＧＣをかけ
ても上記の如く各々が基準局８の光出力レベルまでに増
幅されることになる。

【００２８】ここで、光増幅器５−１、５−２、光変調
器６の動作を更に詳説する。光増幅器５−１の役割は、
“１”、“０”の繰り返し信号で変調された光を図２
（ｂ）の如く一定出力にすることである。この為、光増
幅器５−１は、図４（ａ）の光入出力特性において、或
る一定レベル以上の入力に対しては出力が一定になる飽
和領域で動作する様に設定されている。即ち、基準局８
から送出される各波長の“０”レベルが、光増幅器５−
１に入力するところで（図２（ａ）の低いレベルがこの
“０”レベルを示す）、この或る一定レベルを越える様
に設定する。この条件の下では、図２（ａ）の入力波形
に対して光増幅器５−１の出力波形は図２（ｂ）の様に
一定になる。この一定出力レベルは、合波器７での合波
後の送信信号による変調光の“１”レベルが波長可変分
波器４を通過してきた他の波長の“１”レベルと等しく
なる様に設定される。また、送信信号による変調光の
“０”レベルは、合波器７での合波後の他の波長の
“０”レベルと等しくなる様にされる。

【００２９】光増幅器５−２は図４（ａ）の線形領域で
動作し、この光ノード内の各光素子及び光ファイバ伝送
路での損失を補う為の増幅を行なう。

【００３０】ここで、端局装置による光ノードの制御を
まとめて記せば次の様になる。送信を行なっていない時
には、波長可変分波器４を全ての波長を透過させる様に
制御し、光増幅器５−１には光入力はない。このとき、
光増幅器５−１はＯＦＦ状態にされる。一方、光増幅器
５−２は常にＯＮ状態にあり、全ての波長を増幅して伝
送路に送出している。送信を行なう時には、先ず、波長
可変フィルタ２を制御し通信に用いられていない波長を
捜す。伝送速度が通信に用いられる信号の２倍の
“１”、“０”繰り返し信号で変調されている波長を捜
せばよい。送信に用いる波長が見つかったら、波長可変
分波器４の選択波長を波長可変フィルタ２の透過波長に
合わせ、光増幅器５−１に入射させる。続いて、光増幅
器５−１をＯＮ状態にし、その波長を一定出力で光変調
器６に入射させる。その後、光変調器６を送信信号で変
調する。送信信号で変調された光信号は合波器７で他の
波長と合波され、常にＯＮ状態にある光増幅器５−２に
より増幅され伝送路に送出される。

【００３１】上記実施例において、基準局８が送出する
光の変調を“１”、“０”繰り返し信号にしたが、デュ
ーティが一定で（ＡＧＣをかける関係から要求され
る）、通信に用いられる信号と識別可能であれば他の変
調でも構わない。また、基準局８からの変調信号の伝送
速度を通信に用いられる信号の伝送速度の２倍とした
が、通信に用いられる信号との識別が可能であればこれ
もこれに特定されない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の光通信シス
テムでは、光ノードに光源を持たないので、その波長安
定化の為の様々な制御機構が不必要となり光ノードを簡
素化できる。また、光ノード内の光増幅器に各波長光が
常に同じ光量ないしレベルで入射するので、この光増幅
器に通常のＡＧＣをかけ、多重化される全ての波長の光
レベルをシステム内の全ての光ノードの出力端で常に一
定にすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光通信システムに用いる光ノードの実
施例のブロック図である。

【図２】図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の光ノードの各
点での光波形を示す図である。

【図３】バス型波長光通信システムの１例の構成図であ
る。

【図４】光増幅器の特性を示す図である。

【図５】従来のバス型波長多重光通信システムの第１例
に用いる光ノードのブロック図である。

【図６】 従来のバス型波長多重光通信システムの第２
例に用いる光ノードのブロック図である。

【図７】図６の光ノードの各点での光波形を示す図であ
る。

【図８】２波長多重において図６の光ノード内の光増幅
器に通常のＡＧＣを行なった場合の通信状態に依るこの
光増幅器の光出力の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 分岐器 ２ 波長可変フィルタ ３ 受光器 ４ 波長可変分波器 ５−１、５−２ 光増幅器 ６ 光変調器 ７ 合波器 ８ 基準局 ９−１〜９−６ 光ノ−ド １０−１〜１０−３ 端局装置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基準局から１と０の繰り返し信号で変調さ
   れ伝送路を伝搬してきた波長多重光の内、送信に用いる
   波長の光を分波する波長可変分波器、該波長可変分波器
   で分波された変調光を一定出力レベルに増幅する第１の
   光増幅手段、該第１の光増幅手段により増幅された光を
   送信信号に基づいて変調する光変調手段、該光変調手段
   により変調され送信される変調光と、該波長可変分波器
   で分波されなかった光とを合波する合波器、及び該合波
   された光を一括して増幅する自動利得制御がかけられて
   いる第２の光増幅手段を有する光ノードであって、前記
   一定出力レベルは、前記送信信号に基づく変調光と前記
   波長可変分波器で分波されなかった光との１レベル同士
   を等しくする様に設定されることを特徴とする光ノー
   ド。
2. 【請求項２】前記第１の光増幅手段は飽和領域で動作す
   る光増幅器である請求項１記載の光ノード。
3. 【請求項３】前記第２の光増幅手段は線形領域で動作す
   る光増幅器である請求項１記載の光ノード。
4. 【請求項４】前記基準局からの変調光は、前記光変調手
   段で変調された送信信号に基づく変調光と識別可能であ
   る様に変調されている請求項１記載の光ノード。