JP3952677B2 - 光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを介して親局と複数の子局を接続する光伝送システムに関し、特に、障害及び伝送品質に対して信頼性の高い、親局から子局への下りリンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ITS (Intelligent transport systems)、加入者系無線アクセスシステム (FWA : fixed wireless access)に代表される移動通信の無線基地局（子局）を光ファイバで制御局（親局）に収容するradio on fiber(ROF)技術が注目されている。光ファイバに無線信号を伝送させることにより、変復調器及び制御器等は親局に一括して収容し、子局の構成を簡単化して小型化することが可能となる。そのため、道路沿い、地下街あるいはトンネル等の様々な箇所に、多数の子局を配置することが容易となる。このROF技術にパッシブ光多重伝送技術と副搬送波（サブキャリア）多重技術を適用することで、親局は、一対の光送受信器を備えるだけで、複数の子局との送受信を一括して行え、親局の構成が簡易となる。さらに、バス型のパッシブ光多重伝送系は、親局と複数の子局間を１本の主線経路の光ファイバで接続することを可能とし、伝送系の構成も簡易となる。バス型とは、主線経路の光ファイバに光カプラを挿入し、主線経路に伝送されている光信号の一部を、各子局へ分配する光伝送系である。しかし、バス型光伝送系は、主線経路である光ファイバに障害が発生した場合、障害箇所より後続の子局全てが、親局から孤立し通信が途絶えることになる。従って、高い信頼性を備えた光伝送システムを提供することが困難である。そのため、バス型光伝送系では、光ファイバの双方向に光信号を伝送して、どちらの方向の経路からも親局と子局が接続されるようにして、信頼性を高めることが期待される。一例として、リング状としたバス型光伝送系を図９に示す。図９の光伝送システムは、リング状の光ファイバに常に光信号を双方向伝送させる。そして、親局と子局にそれぞれスイッチ22,12を設置し、光ファイバのどちらの方向から情報信号を伝搬させるかを選択する構成である。図９の光伝送システムによれば、光ファイバの何処かに障害が発生しても、親局側と子局側のスイッチ制御により、親局と子局の伝送路を確保することが可能である。
【０００３】
ところで、光信号を光ファイバ中に伝送すると、レイリー散乱による戻り光が発生することが知られている。または、光ファイバを接続するコネクタにおいて反射が起こり、戻り光が発生する場合もある。光ファイバの双方向に光信号を伝送する場合、互いの光信号には、逆方向に伝送されている光信号のレイリー散乱による戻り光が合波されることになる。子局は、双方向に伝送されている光信号が合波された光信号を受信することになるが、これら光信号の波長が接近していると、光ビート雑音が発生することになる。
【０００４】
また、双方向光伝送では、電気―光変換器内のレーザに、異なる方向から伝送されてきた光信号が入射する。この入射する光信号のパワー及び波長に応じて、前述と同様の光ビート雑音が発生することになる。
【０００５】
光ビート雑音は、相対強度ゆらぎを増加させ、情報信号に提供可能なキャリア対雑音比の理論限界値を低減させる。光伝送系に大きい光ダイナミックレンジが要求される無線信号による副搬送波（サブキャリア）多重伝送系においては、この光ビート雑音の影響は無視できない。従って、バス型の光伝送系で双方向光伝送を行う場合、光ビート雑音の発生及び影響を回避することは重要な課題となる。
【０００６】
上述したように、親局と複数の子局を接続するバス型の双方向光伝送系は、光伝送系及び親局の構成が簡易であり、障害に対しても主線経路と予備経路を備えられる利点がある。しかし、光ファイバ中では、レイリー散乱による戻り光が発生するため、子局は、双方向に伝送されている光信号が合波された光信号を受信することになる。また、お互いのレーザには、異なる方向から伝送されてくる光信号が入射することになる。このような伝送系において、双方向に伝送されている光信号の波長に応じて、光ビート雑音が発生し、光伝送系の伝送品質を劣化させる要因となる。特に、光ダイナミックレンジを必要とする無線信号の副搬送波（サブキャリア）多重伝送などでは、光ビート雑音は、伝送品質に致命的な劣化を引き起こす。そのため光ビート雑音を発生させないことが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は光ビート雑音の発生を抑制する光伝送システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と；前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と；前記第１光信号を遮断する遮断手段を備え、前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、前記光ファイバに障害がない場合は、前記遮断手段により前記第１光信号を遮断することによって、前記第２光信号のみが前記光ファイバを伝送し、前記光ファイバに障害が発生した場合は、前記第１及び第２光信号が前記光ファイバを伝送することを特徴とする光伝送システムである。
【０００９】
第２の発明は、少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と；前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と；前記第１及び第２光信号の波長を制御する波長制御手段を備え、前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、前記第１及び第２送信手段が前記第１及び第２光信号を同時に送信する場合に、前記波長制御手段は、前記第１及び第２光信号の波長差を所望の値に維持することを特徴とする光伝送システムである。
【００１０】
第３の発明は、少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と；前記光ファイバの他方向へ前記第１光信号と波長の異なる第２光信号を送信する第２送信手段を備え、前記子局は、第１及び第２光フィルタと；前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を前記第１光フィルタを介して受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を前記第２光フィルタを介して受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備える光伝送システムである。
【００１１】
第４の発明は、前記第１及び第２光信号の波長差が０．１３ｎｍ以上であることを特徴とする第２又は第３の発明記載の光伝送システムである。
【００１２】
第５の発明は、前記親局は時間調整手段をさらに備え、前記時間調整手段は前記第１及び第２光信号の光強度を変調させる無線信号を時間調整することを特徴とする第２又は第３の発明記載の光伝送システムである。
【００１３】
第６の発明は、第１親局と、第２親局と、前記第１及び第２親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記第１及び第２親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記第１親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段を備え、前記第２親局は、前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と；前記第２光信号を遮断する遮断手段と；前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号の波長を検出する波長検出手段と；前記第２光信号の波長を制御する波長制御手段を備え、前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、前記光ファイバに障害がない場合は、前記遮断手段により前記第２光信号を遮断することによって、前記第１光信号のみが前記光ファイバを伝送し、前記光ファイバに障害が発生した場合は、前記第１及び第２送信手段が前記第１及び第２光信号を同時に送信し、前記波長制御手段は、前記光ファイバに障害がない場合に前記波長検出手段によって検出された前記第１光信号の波長をもとに前記第１及び第２光信号の波長差が所望の値を維持するように第２光信号の波長を制御することを特徴とする光伝送システムである。
【００１４】
一般に光信号が光ファイバを伝送すると、レイリー散乱あるいはコネクタによる反射などにより、伝送方向とは異なる方向に、戻り光が発生する。そのため、双方向光伝送では、異なる方向に伝送されている光信号の戻り光を一括して受信することになる。この双方向に伝送されている光信号間の波長に依存して、光ビート雑音が発生する。本発明によれば、双方向光伝送系において、光ファイバが正常時は、片一方の光信号は遮断しているため、光ビート雑音の発生を回避可能とする。そして、光ファイバに障害が発生した場合にのみ双方向光伝送を行う。障害が断線の場合は、双方向光伝送される光ファイバ区間がないため、光ビート雑音の発生は回避可能である。また障害の損失が過剰であるような場合は、双方向光伝送される光ファイバ区間において、片一方の光信号のパワーは、障害を透過してきた減衰した光信号であるため、光ビート雑音の発生量は低減される。従って、本発明は、障害に対する予備系として双方向光伝送を適用し、双方向光伝送系で問題となる光ビート雑音の受信特性劣化を抑圧することが可能である。
【００１５】
また、本発明は、光信号が双方向に伝送されている場合も、戻り光に起因する光ビート雑音の受信特性への影響を回避する。従って、本発明によれば、常に、光信号が双方向に伝送されていることにより、伝送経路の切り替えが子局側で迅速に行え、信頼性を高めることが可能である。
【００１６】
また、本発明によれば、光ビート雑音以外の問題である、戻り光によるショット雑音、異なる経路から伝搬されてくることによるサブキャリア多重信号のフェージングに対して、発生を回避する。従って、親局から子局に対して、より大きい光ダイナミックレンジを提供することが可能となる。
【００１７】
また、本発明によれば、コヒーレンシーの高い分布帰還型半導体レーザにおける双方向光伝送においても、所定以上の波長差を設けることで、子局における受信信号に対する伝送品質の劣化を回避することが可能となる。波長差0.13nm以上であれば、同じ種類の半導体レーザにおいても周辺温度変化等で対応することが可能であり、コンポーネントに対する仕様が緩和される。
【００１８】
また、本発明は、親局において、同じ内容の情報信号が、どちらの光伝送経路を光伝送されても、各子局に対して、同時に受信されるような調整手段を有す。本発明によれば、子局のみのスイッチ切り替えにおいて、無瞬断に情報信号を常に得ることが可能となる。従って、光ファイバの障害に対して、無瞬断の予備系を備えられ、高い信頼性を提供可能とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施携帯を示す前に、親局から子局へ信号を伝送する下り系における光ビート雑音の影響と光ファイバの障害について言及する。
【００２０】
バス型双方向光伝送系において、レーザの波長及びパワーに依存する光ビート雑音の影響を記す。光ビート雑音の影響を測るための伝送系を図７に示す。光ビート雑音の影響は、受信した光信号の相対強度ゆらぎ RIN (Relative intensity
noise)の劣化で表す。
【００２１】
図７に示される光伝送系は、親局１と子局２を、リング状の光ファイバ３で接続したバス型光伝送系である。親局１は、レーザ５１、レーザ５２を備え、双方向光伝送を子局２に対して提供する。レーザ５１、レーザ５２は、光アイソレータ(アイソレーション35dB)を内蔵した分布帰還型（以下、DFB: distributed feedbackと記す）半導体レーザである。レーザ５１、レーザ５２は、それぞれ信号源５３，５４からの100MHz、110MHzの正弦波信号５５，５６を入力され、光変調度0.8で直接変調される。レーザ５１の出力である光信号５７とレーザ５２の出力である光信号５８は、光ファイバ３を異なる方向に伝送され、光カプラ８で分岐されて、支線経路である光ファイバ９，１０を介して子局２に入力される。
【００２２】
ここでは、子局２において、レーザ５１から出力された光信号５７を受信するための電気―光変換器１１の光受信特性を示す。子局２では、光カプラ８より支線経路である光ファイバ９に分岐した光信号５９を光―電気変換器１１で受信する。レーザ５２と光カプラ８の区間の光ファイバ３には、光アッテネータ６１と偏波コントローラ６２を挿入した。光アッテネータ６１により、レーザ５１の出力端の光信号５７と、光ファイバ３を伝送されてきてレーザ５７に入射される光信号５８−１のパワーを調整した。光信号５７と光信号５８−１のパワー比をDPとする。但し、DP = 10×log10((光信号58-1のパワー)／(光信号５７のパワー))である。偏波コントローラ６２は、光信号５９を受信した際に、受信信号６０に含まれる光ビート雑音が最悪値をとるように調整した。また、もう一つの支線経路である光ファイバ１０に伝送される光信号が戻り光となって他の光伝送系に影響を及ぼさないように、光終端器６４を光ファイバ１０に取り付けた。
【００２３】
以上の構成において、レーザ５２の波長を変化させ、レーザ５１とレーザ５２の波長差Dlと光信号５７と光信号５８−１とパワー比DPをパラメータとして、伝送品質を測定した。伝送品質は、光―電気変換器１１の出力である受信信号６０をスペクトルアナライザ６３に入力して、1.0GHz帯のRIN特性を測定した。RIN特性の結果を図８に示す。図８から、Dlが小さいほど、またDPが大きいほど、光ビート雑音の影響が大きくなり、RINが劣化していることがわかる。従って、伝送品質を高めるためには、レーザ５１とレーザ５２の波長差を大きくとり、それぞれのレーザ５１，５２へ異なる方向から伝送される光信号パワーを低減させればよい。RIN劣化の許容値の目安を-140dB/Hzとすると、DP ≦ -30 dB、あるいはDl≧ 0.13 nmが必要となる。但し、RINは、Dlを大きくしていくと、DPに対する依存度も小さくなっている。DPは、光ファイバ３の伝送距離、接続されている子局２の数に依存するため、調整することは困難である。従って、Dlを大きくとることで、光ビート雑音の影響を回避することが望ましい。本発明では、電気―光変換器で使用されるレーザは、DFBレーザとする。DFBレーザ以外の光源の候補には、LED、ファブリーペローレーザ等があるが、いずれもアナログ光伝送特性がDFBレーザに比べて劣り、ITS等の光伝送路が長いアプリケーションには適していない。
【００２４】
次に、光ファイバの障害について記す。光ファイバの障害の状態には、主に２つ考えられる。一つは光信号が通らない断線であり、もう一つは、光信号の伝搬損失が過剰になる場合である。障害が、損失の過剰である場合、その過剰損失量が、光伝送系の光パワーマージンを超えると、親局と子局間で、伝送品質を確保できないため問題となる。高い信頼性を備えた光伝送システムを提供するためには、この２つの障害に対して、復旧方法をとり伝送品質を確保することが必要となる。
【００２５】
以下は図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態においては、親局に接続される子局の数は３つとするが、それ以外の数でもよい。
【００２６】
（第１の実施形態）図１は、第１の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。親局１と複数の子局２−１〜２−３を光ファイバ３でリング状のバス型に接続する。親局１において、情報信号１００を変調器４に入力し、各子局２−１〜２−３へのサブキャリア多重信号である無線信号１０１を出力する。サブキャリア多重信号は、各子局に共通である場合と、各子局に対して異なる場合がある。各子局に対して異なるサブキャリア信号を伝送する場合は、各子局に対して異なる帯域を割り当て、子局毎が自局の帯域を抽出する。本実施形態では、光ビート雑音、光ファイバの障害に対する復旧方法についての説明のため、簡単のため、各子局に共通のサブキャリア多重信号を伝送する形態とする。無線信号１０１は、分波器５で２つに分波され、それぞれ電気―光変換器６−１、６−２に入力される。電気―光変換器６−１、６−２は、主にレーザとレーザ駆動回路から構成されており、入力信号に応じて光強度が変調された光信号２０１−１、２０１−２を出力する。電気―光変換器６−２の出力端には、光スイッチ７を備える。光スイッチ７は、光ファイバ３に障害がなく正常に運用されているときは、光信号２０１−２を遮断する。
【００２７】
通常の光サブキャリア伝送では、レーザには、直流バイアスにサブキャリア多重信号を重畳した信号を入力する。従って、サブキャリア多重信号がない場合は、直流バイアスのみが印加され、連続光が出力され続けてしまう。従来例（図９）に示されるようなスイッチ２２のみによるサブキャリア多重信号の切り替えでは、連続光が電気―光変換器６−２から出力され、光ビート雑音の原因となる。
【００２８】
本発明の実施形態では、光スイッチ７を電気−光変換器６−２の出力端に設け、光信号２０１−２を遮断する。つまり光ファイバ３が正常時には、光ファイバ３中には、一方向に光信号２０１−１のみが伝送されている。子局２側では、光ファイバ３中に光カプラ８を挿入する。光カプラ８は、例えば２入力２出力の光カプラを用い、光ファイバ３の双方向から伝送されてくる光信号２０１を支線経路の光ファイバ９、１０に、それぞれ分岐できるように挿入する。支線経路である光ファイバ９、１０はそれぞれ光カプラ８と子局２を接続する。例えば、子局２−２について説明する。子局２−２は、光ファイバ３、光カプラ８−２、光ファイバ９−２を介して伝送されてきた光信号２０２を受信する。光信号２０２は、光信号２０１−１の一部のパワーが分岐された光信号であり、光―電気変換器１１−２で、受信信号１０２−２に変換される。受信信号１０２−２は、スイッチ１２−２で選択されて、アンプ１３−２、アンテナ１４−２を介して、無線信号として加入者側へ送信される。スイッチ１２−２は、光ファイバ３が正常運用時には、受信信号１０２−２を選択するように設定されている。
【００２９】
ここで、子局２−１と子局２−２の区間の光ファイバ３に、障害５０が発生したと想定する。障害５０が断線である場合には、光信号２０１−１が子局２−２、子局２−３には伝送されないため孤立する。また障害５０が損失の過剰である場合、過剰損失量が光伝送システムで規定されている光パワーマージン以上であれば、子局２−２、子局２−３は、所定の伝送品質を確保できない。親局１は、このような障害５０を検知したら、光スイッチ７を操作して、遮断していた光信号２０１−２を透過させる。障害５０の検知方法は、親局１におけるOTDR (Optical time domain reflection)方法、子局２間と制御信号を送受信して検知する方法等、または、それ以外の方法でも構わない。光信号２０１−２は、光信号２０１−１とは逆方向にリング状の光ファイバ３を伝送されることになる。例えば、子局２−２は、光信号２０１−２を、光カプラ８−２で分岐して、光ファイバ１０−２を介して受信する。光信号２０１−２は、光―電気変換器１５−２で受信信号１０３−２に変換される。受信信号１０３−２は、スイッチ１２で選択されて、アンプ１３−２、アンテナ１４−２を介して加入者側へ送信される。子局２−３も同様の構成により、光ファイバ３に障害が発生して光信号２０１−１が伝送されてこなくても、光信号２０１−２は受信することが可能であり、親局１との通信が途絶えることはない。尚、障害５０が断線である場合は、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長は同じでも良い。また、光信号２０１−２を遮断する遮断手段の一例として光スイッチ７を適用した場合について説明したが、光スイッチは用いず電気−光変換器をＯＮ／ＯＦＦするだけでも良い。
【００３０】
光ファイバ３の障害が断線であれば、光信号２０１−１と光信号２０１−２が双方向に伝送される光ファイバ３の区間はない。つまり、レイリー散乱、あるいはコネクタ等の反射による戻り光が、逆方向に伝送されている光信号２０１に合波されて、子局２で受信されることはないので、光ビート雑音は発生しない。しかし、光ファイバ３の障害が損失の過剰である場合は、光信号２０１−１と光信号２０１−２が双方向に伝送される光ファイバ３の区間が存在する。どちらかの方向からの光信号２０１は、障害５０を透過してくるため、光ビート雑音の発生量は抑えられる。しかし、過剰損失量に依存した光ビート雑音は発生しており、伝送品質が劣化する子局が出てくる可能性はある。第２の実施形態以降では、障害が、損失の過剰である場合に対しても確実に光ビート雑音の影響を抑圧可能な形態を示す。
【００３１】
（第２の実施形態）図２は、第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。第１の実施形態と同様の構成には同じ番号を付し、説明を省略する。第１の実施形態と異なる点は、電気―光変換器６−１と電気―光変換器６−２内のレーザに対して、波長制御を行う波長コントローラ１６が加わったことと、光スイッチ７が無いことである。
【００３２】
波長コントローラ１６は、電気―光変換器６−１と電気―光変換器６−２内のレーザから出力される光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長差をDl以上離すように設定する。レーザの波長は、レーザの周辺温度を変化させて設定してもよいし、それ以外の方法でもよい。また波長設定は、絶対的な波長安定化ではなく、相対的に波長差Dlが0.13nm以上であればよい。図８のDlとRINの関係に示されているようにDlを0.13nmとすることで、光源から光信号２０１−１と光信号２０１−２が常に双方向伝送されていても、子局２での受信特性に対する光ビート雑音の影響を抑圧することが可能となる。光ファイバ３における障害５０が断線であっても、損失の過剰であっても、子局２における光―電気変換器１１−２、光―電気変換器１５−２のどちらかで、光信号２０１を受信することが可能であり、伝送品質も良好に保つことが可能である。電気―光変換器６−１と電気―光変換器６−２内のレーザ波長が、明らかに0.13nm以上離れている場合は、波長コントローラ１６は、レーザの温度安定化回路のみで良い。通常のDFBレーザでは、周辺温度に対して波長は、0.1nm/℃の率で変化する。そのため、システム導入時のレーザの中心波長差が例えば10nm以上あると、光伝送システムが運用される温度範囲数十℃以内の変化であれば、波長が重なることはない。従って、波長安定化のみでよい。また、２つのレーザの波長が、1.3mmと1.5mm帯と異なっている場合なども同様に、波長コントローラ１６を温度安定化回路のみと簡易にすることが可能である。
【００３３】
（第３の実施形態）図３は、第３の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の特徴は子局２側に光フィルタを挿入したことである。第２の実施形態から、レイリー散乱による戻り光による光ビート雑音は、波長差を設けることで回避することが可能である。但し、子局側の光―電気変換器では、所望の光信号とレイリー散乱による戻り光を一括して受信することになる。つまり、受信する光信号が増加することによるショット雑音の増加と戻り光によるクロストークの影響がある。戻り光によるクロストークは、同じサブキャリア多重信号が異なる伝搬時間で受信され、サブキャリア多重信号のフェージングを起こすことになる。これらの影響は、非常に高い光ダイナミックレンジを要求する光伝送システムに対しては、抑圧する必要性も考えられる。
【００３４】
本実施形態は、上記問題を引き起こす戻り光を、光―電気受信器の前で遮断する構成の光伝送システムである。図３において、図１及び図２と同様の構成には、同じ番号を付した。第１、第２の実施形態と異なる構成は、子局２に光フィルタ１７，１８が挿入されていることである。親局１から子局２へ伝送される光信号２０１−１の波長を、例えば1.3mm帯、光信号２０２−２の波長を1.5mm帯に設定する。異なる波長群の光信号２０１−１と光信号２０１−２は、光ファイバ３、光カプラ８、支線経路である光ファイバ９，１０を介して、各子局２へ伝送される。子局２側において、光ファイバ９には、1.3 mm帯の光信号を透過し、1.5mm帯の光信号を遮断する光フィルタ１７を挿入し、光ファイバ１０には、1.3 mm帯の光信号を遮断し、1.5mm帯の光信号を透過させる光フィルタ１８を挿入する。例えば、光信号２０１−１のレイリー散乱による戻り光は、光カプラ８、光ファイバ１０を介して、子局２へ伝送される。しかし、光信号２０１−１の戻り光の波長は1.3mm帯であるため、光フィルタ１８によって、光―電気変換器１５に入射される前に遮断される。同様に、光信号２０１−２の戻り光も、光フィルタ１７によって、光―電気変換器１１に入射される前に遮断される。以上の構成により、本実施形態では、光ビート雑音に加え、ショット雑音の増加、戻り光のクロストークをも抑えることが可能となる。より大きい光ダイナミックレンジを必要とする光伝送系には有力な構成である。
【００３５】
本実施形態では、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長を、1.3mm帯と1.5mm帯としたが、これらの波長以外でもよい。例えば、光信号２０１−１の波長を1.32 mm帯とし、光信号２０１−２の波長を1.30mm帯としてもよい。その場合、光フィルタ１７は、1.32 mm帯は透過させ1.30mm帯は遮断し、光フィルタ１８は、1.30mm帯を透過させて1.32mm帯は遮断させるタイプの光フィルタとする。
【００３６】
（第４の実施形態）図４は、第４の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。第１〜第３の実施形態においては、子局２のスイッチ１２を切り替えることで、双方向から伝送されてきた光信号２０１−１、２０１−２から得た受信信号１０２、または受信信号１０３を選択している。障害５０が発生した場合に、スイッチ１２を切り替える際、光信号２０１−１と光信号２０１−２は伝送距離が異なっていることが常であるため、受信時間が異なる。そのため、ただスイッチ１２を切り替えると、子局２と加入者側での送受信のタイミング、あるいは加入者同士における送受信タイミングが変わってしまう。従って、再び光伝送系の伝搬時間を考慮して、上位の通信プロトコルで、タイミングを変更し、通信ネットワークを張り替える時間が必要となる。本実施形態は、障害が発生してスイッチ１２を切り替える際に、無瞬断で切り替えることを可能とする光伝送システムである。
【００３７】
本実施形態は、親局１から光ファイバ３の双方向の伝搬時間を考慮して、子局２へ無線信号を伝送する光伝送システムである。子局２は、加入者（図示せず）と、図５(a)に示される送受信のタイミングで通信を行っている。ここでは、子局２から加入者側への下りリンクの信号のみを示す。親局１から伝送される無線信号１０１−２は、図５(a)の送受信のタイミングに合うように、時間調整手段である遅延回路１９−１によって時間調整される。そして、光信号２０１−１に搬送されて、光ファイバ３、光カプラ８、光ファイバ９を介して、子局２で受信信号１０２となる。子局２の加入者との送受信タイミングとの関係は、図5(b)のようになる。光ファイバ３においてバス型双方向光伝送する際、全ての子局２に対して、親局１と子局２間の光ファイバの伝搬距離を一致させることは不可能である。そのため、光信号２０１−１とは逆方向から伝送されてくる光信号２０１−２に搬送された無線信号１０１−２を受信した受信信号１０３は、図５(c)のように、タイミングがずれてしまう。そこで、親局１内に、光信号２０１−２側へ無線信号が伝達される線路に、遅延回路１９−２を挿入し、子局２での受信信号１０３が、図5(d)のように、図5(a)の送受信のタイミングに合うようにする。光ファイバ３の伝搬路は、各子局２に対して、伝送される方向に応じて伝搬時間が異なるため、それぞれの無線信号１０１に対して遅延回路１９が必要となる。図5(d)で示されているタイミングが、送受信スロットのガードタイム以内であればよい。このような構成をとることで、光ファイバ３に障害が発生した場合に、子局２内のスイッチ１２を切り替えた際、無瞬断で光ファイバの経路を変えて、親局１からの無線信号１０１を得ることが可能となり、信頼性が高まる。
【００３８】
第１から第４の実施形態は、リング状のバス型双方向光伝送システムについて言及してきたが、リング状でなくてもよい。例えば、２つの親局から複数の子局に対して双方向光伝送するバス型の形態でも良い。
【００３９】
（第５の実施形態）第５の実施形態は、２つの親局と複数の子局によるバス型双方向光伝送系において、障害が復旧するときの形態を示す。図６に示される主な構成は、図１から図４と同様であり、同じ構成において同番号を付した。親局１は、親局１−１と親局１−２から成り、子局２に対して双方向光伝送のバス型の光伝送系を提供とする。親局１から子局２への情報信号１００は、バックボーンネットワークから情報信号１００−１、情報信号１００−２として親局１−１、親局１−２に伝送される。それぞれの親局１−１、１−２では、情報信号１００−１、１００−２を変調器４−１、４−２に入力して、サブキャリア多重信号１０１−１、１０１−２を発生させる。サブキャリア多重信号１０１−１、１０１−２は、電気―光変換器６−１、６−２に入力されて、光信号２０１−１、２０１−２として光ファイバ３に入力される。ここで、光信号２０１−２に対しては、光スイッチ７が光ファイバ３の入力端に挿入されている。光ファイバ３に障害がなく正常に運用されている場合は、光スイッチ７より光信号２０１−２が遮断されている。そして、障害５０が発生した場合に、光スイッチ７が光信号２０１−２を透過させて、光ファイバ３において双方向光伝送して、親局１から孤立する子局２がないようにする。子局２の構成は、第１及び第２の実施形態と同様であり、光ファイバ３の双方向からの光信号２０１−１、及び光信号２０１−２を受信することが可能な構成である。
【００４０】
図６において、光ファイバ３に障害５０が発生した場合、光スイッチ７が光信号２０１−２を透過させるが、障害５０の損失が過剰である場合には、光ファイバ３の全ての区間において双方向光伝送となる。その際、レイリー散乱による戻り光が発生するため、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長が接近していると、子局２における光―電気変換器１１，１５において、光ビート雑音が発生し、伝送品質が劣化する。そのため、親局２−２内には、光信号２０１−２の波長が、光信号２０１−１の波長から0.13nm以上離れるように、波長検出と波長制御機能を備えた波長コントローラ１６を備える。波長検出は、光ファイバ３に光分岐器２１を挿入し、一部の光信号２０１−１を分岐して、波長コントローラ１６で波長検出する。この光分岐器２１は、光スイッチ７に取り入れて、光ファイバ３が正常時は、光ファイバ３と波長コントローラ１６を接続し、光ファイバ３に障害が発生した場合は、光ファイバ３と電気―光変換器６−２を接続する構成でもよい。波長コントローラ１６は、光ファイバ３が正常運用時のときから、光信号２０１−１の波長を監視して、光信号２０１−２の波長が常に接近しないように制御する。光ファイバ３の障害５０が断線である場合、波長コントローラ１６においては、光信号２０１−１の波長が検出できなくなるが、復旧するまでの間、光信号２０１−２の波長の変動を低減できるような構成とする。この構成は、親局１−１、１−２内の電気―光変換器６−１、６−２内のレーザの周辺温度を安定化させる等で対応することが可能である。このような構成とすることで、障害５０が復旧して、光ファイバ３内で急に双方向光伝送が行われても、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長が所望値以上離れているため、受信信号１０２，１０３に対して光ビート雑音の影響は現れない。
【００４１】
本発明によれば、バス型の双方向伝送系において、レイリー散乱、コネクタでの反射等による戻り光により、双方向伝送されている光信号が合波されても、受信する際に光ビート雑音は発生しない。そのため、光ファイバの障害及び伝送品質に対して、高い信頼性を備えたバス型の双方向光伝送系を提供することが可能である。また、親局と子局間において、大きい光ダイナミックレンジを必要とする無線信号の副搬送波多重光伝送する光伝送系に対しても、戻り光の影響を回避して、本発明によるバス型双方向伝送系を適用することが可能である。さらに、親局において、同じ内容の情報信号が、光ファイバのどちらの方向に光伝送されても、各子局で同時に受信される調整手段を有することで、障害に対する伝送路切り替えは、子局においてのみ、無瞬断に行える。従って、光ファイバの障害に対して、無瞬断の予備系を備えられ、高い信頼性を提供可能とする。尚、上述した第１乃至第５実施形態は適宜組み合せても良い。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、光ビート雑音の発生を抑制する光伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図２】 第２の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図３】 第３の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図４】 第４の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図５】 第４の実施形態における受信信号のタイミングを示した図。
【図６】 第５の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図７】 光ビート雑音の影響を測定するための光伝送システムを示したブロック図。
【図８】 光ビート雑音の波長差及びパワー比に対する影響を示したグラフ。
【図９】 従来の光伝送システムのブロック図。
【符号の説明】
１ 親局
２ 子局
３ 光ファイバ
４ 変調器
５ 分波器
６ 電気―光変換器
７ 光スイッチ
８ 光カプラ
９ 支線経路の光ファイバ
１０ 支線経路の光ファイバ
１１ 光―電気変換器
１２ スイッチ
１３ アンプ
１４ アンテナ
１５ 光―電気変換器
１６ 波長コントローラ
１７ 光フィルタ
１８ 光フィルタ
１９ 遅延器
２０ 合波器
２１ 光分岐器
２２ スイッチ
５０ 障害
５１ レーザ
５２ レーザ
５３ 信号源
５４ 信号源
５５ 入力信号
５６ 入力信号
５７ 光信号
５８ 光信号
５９ 光信号
６０ 受信信号
６１ 光アッテネータ
６２ 偏波コントローラ
６３ スペクトルアナライザ
６４ 光終端器
１００ 情報信号
１０１ 無線信号
１０２ 受信信号
１０３ 受信信号
２０１ 光信号
２０２ 光信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを介して親局と複数の子局を接続する光伝送システムに関し、特に、障害及び伝送品質に対して信頼性の高い、親局から子局への下りリンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ITS (Intelligent transport systems)、加入者系無線アクセスシステム (FWA : fixed wireless access)に代表される移動通信の無線基地局（子局）を光ファイバで制御局（親局）に収容するradio on fiber(ROF)技術が注目されている。光ファイバに無線信号を伝送させることにより、変復調器及び制御器等は親局に一括して収容し、子局の構成を簡単化して小型化することが可能となる。そのため、道路沿い、地下街あるいはトンネル等の様々な箇所に、多数の子局を配置することが容易となる。このROF技術にパッシブ光多重伝送技術と副搬送波（サブキャリア）多重技術を適用することで、親局は、一対の光送受信器を備えるだけで、複数の子局との送受信を一括して行え、親局の構成が簡易となる。さらに、バス型のパッシブ光多重伝送系は、親局と複数の子局間を１本の主線経路の光ファイバで接続することを可能とし、伝送系の構成も簡易となる。バス型とは、主線経路の光ファイバに光カプラを挿入し、主線経路に伝送されている光信号の一部を、各子局へ分配する光伝送系である。しかし、バス型光伝送系は、主線経路である光ファイバに障害が発生した場合、障害箇所より後続の子局全てが、親局から孤立し通信が途絶えることになる。従って、高い信頼性を備えた光伝送システムを提供することが困難である。そのため、バス型光伝送系では、光ファイバの双方向に光信号を伝送して、どちらの方向の経路からも親局と子局が接続されるようにして、信頼性を高めることが期待される。一例として、リング状としたバス型光伝送系を図９に示す。図９の光伝送システムは、リング状の光ファイバに常に光信号を双方向伝送させる。そして、親局と子局にそれぞれスイッチ22,12を設置し、光ファイバのどちらの方向から情報信号を伝搬させるかを選択する構成である。図９の光伝送システムによれば、光ファイバの何処かに障害が発生しても、親局側と子局側のスイッチ制御により、親局と子局の伝送路を確保することが可能である。
【０００３】
ところで、光信号を光ファイバ中に伝送すると、レイリー散乱による戻り光が発生することが知られている。または、光ファイバを接続するコネクタにおいて反射が起こり、戻り光が発生する場合もある。光ファイバの双方向に光信号を伝送する場合、互いの光信号には、逆方向に伝送されている光信号のレイリー散乱による戻り光が合波されることになる。子局は、双方向に伝送されている光信号が合波された光信号を受信することになるが、これら光信号の波長が接近していると、光ビート雑音が発生することになる。
【０００４】
また、双方向光伝送では、電気―光変換器内のレーザに、異なる方向から伝送されてきた光信号が入射する。この入射する光信号のパワー及び波長に応じて、前述と同様の光ビート雑音が発生することになる。
【０００５】
光ビート雑音は、相対強度ゆらぎを増加させ、情報信号に提供可能なキャリア対雑音比の理論限界値を低減させる。光伝送系に大きい光ダイナミックレンジが要求される無線信号による副搬送波（サブキャリア）多重伝送系においては、この光ビート雑音の影響は無視できない。従って、バス型の光伝送系で双方向光伝送を行う場合、光ビート雑音の発生及び影響を回避することは重要な課題となる。
【０００６】
上述したように、親局と複数の子局を接続するバス型の双方向光伝送系は、光伝送系及び親局の構成が簡易であり、障害に対しても主線経路と予備経路を備えられる利点がある。しかし、光ファイバ中では、レイリー散乱による戻り光が発生するため、子局は、双方向に伝送されている光信号が合波された光信号を受信することになる。また、お互いのレーザには、異なる方向から伝送されてくる光信号が入射することになる。このような伝送系において、双方向に伝送されている光信号の波長に応じて、光ビート雑音が発生し、光伝送系の伝送品質を劣化させる要因となる。特に、光ダイナミックレンジを必要とする無線信号の副搬送波（サブキャリア）多重伝送などでは、光ビート雑音は、伝送品質に致命的な劣化を引き起こす。そのため光ビート雑音を発生させないことが望まれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は光ビート雑音の発生を抑制する光伝送システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と；前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と；前記第１光信号を遮断する遮断手段を備え、前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、前記光ファイバに障害がない場合は、前記遮断手段により前記第１光信号を遮断することによって、前記第２光信号のみが前記光ファイバを伝送し、前記光ファイバに障害が発生した場合は、前記第１及び第２光信号が前記光ファイバを伝送することを特徴とする光伝送システムである。
【０００９】
第２の発明は、少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と；前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と；前記第１及び第２光信号の波長を制御する波長制御手段を備え、前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、前記第１及び第２送信手段が前記第１及び第２光信号を同時に送信する場合に、前記波長制御手段は、前記第１及び第２光信号の波長差を所望の値に維持することを特徴とする光伝送システムである。
【００１０】
第３の発明は、少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と；前記光ファイバの他方向へ前記第１光信号と波長の異なる第２光信号を送信する第２送信手段を備え、前記子局は、第１及び第２光フィルタと；前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を前記第１光フィルタを介して受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を前記第２光フィルタを介して受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備える光伝送システムである。
【００１１】
第４の発明は、前記第１及び第２光信号の波長差が０．１３ｎｍ以上であることを特徴とする第２又は第３の発明記載の光伝送システムである。
【００１２】
第５の発明は、前記親局は時間調整手段をさらに備え、前記時間調整手段は前記第１及び第２光信号の光強度を変調させる無線信号を時間調整することを特徴とする第２又は第３の発明記載の光伝送システムである。
【００１３】
第６の発明は、第１親局と、第２親局と、前記第１及び第２親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記第１及び第２親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、前記第１親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段を備え、前記第２親局は、前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と；前記第２光信号を遮断する遮断手段と；前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号の波長を検出する波長検出手段と；前記第２光信号の波長を制御する波長制御手段を備え、前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と；前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と；前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、前記光ファイバに障害がない場合は、前記遮断手段により前記第２光信号を遮断することによって、前記第１光信号のみが前記光ファイバを伝送し、前記光ファイバに障害が発生した場合は、前記第１及び第２送信手段が前記第１及び第２光信号を同時に送信し、前記波長制御手段は、前記光ファイバに障害がない場合に前記波長検出手段によって検出された前記第１光信号の波長をもとに前記第１及び第２光信号の波長差が所望の値を維持するように第２光信号の波長を制御することを特徴とする光伝送システムである。
【００１４】
一般に光信号が光ファイバを伝送すると、レイリー散乱あるいはコネクタによる反射などにより、伝送方向とは異なる方向に、戻り光が発生する。そのため、双方向光伝送では、異なる方向に伝送されている光信号の戻り光を一括して受信することになる。この双方向に伝送されている光信号間の波長に依存して、光ビート雑音が発生する。本発明によれば、双方向光伝送系において、光ファイバが正常時は、片一方の光信号は遮断しているため、光ビート雑音の発生を回避可能とする。そして、光ファイバに障害が発生した場合にのみ双方向光伝送を行う。障害が断線の場合は、双方向光伝送される光ファイバ区間がないため、光ビート雑音の発生は回避可能である。また障害の損失が過剰であるような場合は、双方向光伝送される光ファイバ区間において、片一方の光信号のパワーは、障害を透過してきた減衰した光信号であるため、光ビート雑音の発生量は低減される。従って、本発明は、障害に対する予備系として双方向光伝送を適用し、双方向光伝送系で問題となる光ビート雑音の受信特性劣化を抑圧することが可能である。
【００１５】
また、本発明は、光信号が双方向に伝送されている場合も、戻り光に起因する光ビート雑音の受信特性への影響を回避する。従って、本発明によれば、常に、光信号が双方向に伝送されていることにより、伝送経路の切り替えが子局側で迅速に行え、信頼性を高めることが可能である。
【００１６】
また、本発明によれば、光ビート雑音以外の問題である、戻り光によるショット雑音、異なる経路から伝搬されてくることによるサブキャリア多重信号のフェージングに対して、発生を回避する。従って、親局から子局に対して、より大きい光ダイナミックレンジを提供することが可能となる。
【００１７】
また、本発明によれば、コヒーレンシーの高い分布帰還型半導体レーザにおける双方向光伝送においても、所定以上の波長差を設けることで、子局における受信信号に対する伝送品質の劣化を回避することが可能となる。波長差0.13nm以上であれば、同じ種類の半導体レーザにおいても周辺温度変化等で対応することが可能であり、コンポーネントに対する仕様が緩和される。
【００１８】
また、本発明は、親局において、同じ内容の情報信号が、どちらの光伝送経路を光伝送されても、各子局に対して、同時に受信されるような調整手段を有す。本発明によれば、子局のみのスイッチ切り替えにおいて、無瞬断に情報信号を常に得ることが可能となる。従って、光ファイバの障害に対して、無瞬断の予備系を備えられ、高い信頼性を提供可能とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施携帯を示す前に、親局から子局へ信号を伝送する下り系における光ビート雑音の影響と光ファイバの障害について言及する。
【００２０】
バス型双方向光伝送系において、レーザの波長及びパワーに依存する光ビート雑音の影響を記す。光ビート雑音の影響を測るための伝送系を図７に示す。光ビート雑音の影響は、受信した光信号の相対強度ゆらぎ RIN (Relative intensity
noise)の劣化で表す。
【００２１】
図７に示される光伝送系は、親局１と子局２を、リング状の光ファイバ３で接続したバス型光伝送系である。親局１は、レーザ５１、レーザ５２を備え、双方向光伝送を子局２に対して提供する。レーザ５１、レーザ５２は、光アイソレータ(アイソレーション35dB)を内蔵した分布帰還型（以下、DFB: distributed feedbackと記す）半導体レーザである。レーザ５１、レーザ５２は、それぞれ信号源５３，５４からの100MHz、110MHzの正弦波信号５５，５６を入力され、光変調度0.8で直接変調される。レーザ５１の出力である光信号５７とレーザ５２の出力である光信号５８は、光ファイバ３を異なる方向に伝送され、光カプラ８で分岐されて、支線経路である光ファイバ９，１０を介して子局２に入力される。
【００２２】
ここでは、子局２において、レーザ５１から出力された光信号５７を受信するための電気―光変換器１１の光受信特性を示す。子局２では、光カプラ８より支線経路である光ファイバ９に分岐した光信号５９を光―電気変換器１１で受信する。レーザ５２と光カプラ８の区間の光ファイバ３には、光アッテネータ６１と偏波コントローラ６２を挿入した。光アッテネータ６１により、レーザ５１の出力端の光信号５７と、光ファイバ３を伝送されてきてレーザ５７に入射される光信号５８−１のパワーを調整した。光信号５７と光信号５８−１のパワー比をDPとする。但し、DP = 10×log10((光信号58-1のパワー)／(光信号５７のパワー))である。偏波コントローラ６２は、光信号５９を受信した際に、受信信号６０に含まれる光ビート雑音が最悪値をとるように調整した。また、もう一つの支線経路である光ファイバ１０に伝送される光信号が戻り光となって他の光伝送系に影響を及ぼさないように、光終端器６４を光ファイバ１０に取り付けた。
【００２３】
以上の構成において、レーザ５２の波長を変化させ、レーザ５１とレーザ５２の波長差Dlと光信号５７と光信号５８−１とパワー比DPをパラメータとして、伝送品質を測定した。伝送品質は、光―電気変換器１１の出力である受信信号６０をスペクトルアナライザ６３に入力して、1.0GHz帯のRIN特性を測定した。RIN特性の結果を図８に示す。図８から、Dlが小さいほど、またDPが大きいほど、光ビート雑音の影響が大きくなり、RINが劣化していることがわかる。従って、伝送品質を高めるためには、レーザ５１とレーザ５２の波長差を大きくとり、それぞれのレーザ５１，５２へ異なる方向から伝送される光信号パワーを低減させればよい。RIN劣化の許容値の目安を-140dB/Hzとすると、DP ≦ -30 dB、あるいはDl≧ 0.13 nmが必要となる。但し、RINは、Dlを大きくしていくと、DPに対する依存度も小さくなっている。DPは、光ファイバ３の伝送距離、接続されている子局２の数に依存するため、調整することは困難である。従って、Dlを大きくとることで、光ビート雑音の影響を回避することが望ましい。本発明では、電気―光変換器で使用されるレーザは、DFBレーザとする。DFBレーザ以外の光源の候補には、LED、ファブリーペローレーザ等があるが、いずれもアナログ光伝送特性がDFBレーザに比べて劣り、ITS等の光伝送路が長いアプリケーションには適していない。
【００２４】
次に、光ファイバの障害について記す。光ファイバの障害の状態には、主に２つ考えられる。一つは光信号が通らない断線であり、もう一つは、光信号の伝搬損失が過剰になる場合である。障害が、損失の過剰である場合、その過剰損失量が、光伝送系の光パワーマージンを超えると、親局と子局間で、伝送品質を確保できないため問題となる。高い信頼性を備えた光伝送システムを提供するためには、この２つの障害に対して、復旧方法をとり伝送品質を確保することが必要となる。
【００２５】
以下は図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。本発明の実施形態においては、親局に接続される子局の数は３つとするが、それ以外の数でもよい。
【００２６】
（第１の実施形態）図１は、第１の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。親局１と複数の子局２−１〜２−３を光ファイバ３でリング状のバス型に接続する。親局１において、情報信号１００を変調器４に入力し、各子局２−１〜２−３へのサブキャリア多重信号である無線信号１０１を出力する。サブキャリア多重信号は、各子局に共通である場合と、各子局に対して異なる場合がある。各子局に対して異なるサブキャリア信号を伝送する場合は、各子局に対して異なる帯域を割り当て、子局毎が自局の帯域を抽出する。本実施形態では、光ビート雑音、光ファイバの障害に対する復旧方法についての説明のため、簡単のため、各子局に共通のサブキャリア多重信号を伝送する形態とする。無線信号１０１は、分波器５で２つに分波され、それぞれ電気―光変換器６−１、６−２に入力される。電気―光変換器６−１、６−２は、主にレーザとレーザ駆動回路から構成されており、入力信号に応じて光強度が変調された光信号２０１−１、２０１−２を出力する。電気―光変換器６−２の出力端には、光スイッチ７を備える。光スイッチ７は、光ファイバ３に障害がなく正常に運用されているときは、光信号２０１−２を遮断する。
【００２７】
通常の光サブキャリア伝送では、レーザには、直流バイアスにサブキャリア多重信号を重畳した信号を入力する。従って、サブキャリア多重信号がない場合は、直流バイアスのみが印加され、連続光が出力され続けてしまう。従来例（図９）に示されるようなスイッチ２２のみによるサブキャリア多重信号の切り替えでは、連続光が電気―光変換器６−２から出力され、光ビート雑音の原因となる。
【００２８】
本発明の実施形態では、光スイッチ７を電気−光変換器６−２の出力端に設け、光信号２０１−２を遮断する。つまり光ファイバ３が正常時には、光ファイバ３中には、一方向に光信号２０１−１のみが伝送されている。子局２側では、光ファイバ３中に光カプラ８を挿入する。光カプラ８は、例えば２入力２出力の光カプラを用い、光ファイバ３の双方向から伝送されてくる光信号２０１を支線経路の光ファイバ９、１０に、それぞれ分岐できるように挿入する。支線経路である光ファイバ９、１０はそれぞれ光カプラ８と子局２を接続する。例えば、子局２−２について説明する。子局２−２は、光ファイバ３、光カプラ８−２、光ファイバ９−２を介して伝送されてきた光信号２０２を受信する。光信号２０２は、光信号２０１−１の一部のパワーが分岐された光信号であり、光―電気変換器１１−２で、受信信号１０２−２に変換される。受信信号１０２−２は、スイッチ１２−２で選択されて、アンプ１３−２、アンテナ１４−２を介して、無線信号として加入者側へ送信される。スイッチ１２−２は、光ファイバ３が正常運用時には、受信信号１０２−２を選択するように設定されている。
【００２９】
ここで、子局２−１と子局２−２の区間の光ファイバ３に、障害５０が発生したと想定する。障害５０が断線である場合には、光信号２０１−１が子局２−２、子局２−３には伝送されないため孤立する。また障害５０が損失の過剰である場合、過剰損失量が光伝送システムで規定されている光パワーマージン以上であれば、子局２−２、子局２−３は、所定の伝送品質を確保できない。親局１は、このような障害５０を検知したら、光スイッチ７を操作して、遮断していた光信号２０１−２を透過させる。障害５０の検知方法は、親局１におけるOTDR (Optical time domain reflection)方法、子局２間と制御信号を送受信して検知する方法等、または、それ以外の方法でも構わない。光信号２０１−２は、光信号２０１−１とは逆方向にリング状の光ファイバ３を伝送されることになる。例えば、子局２−２は、光信号２０１−２を、光カプラ８−２で分岐して、光ファイバ１０−２を介して受信する。光信号２０１−２は、光―電気変換器１５−２で受信信号１０３−２に変換される。受信信号１０３−２は、スイッチ１２で選択されて、アンプ１３−２、アンテナ１４−２を介して加入者側へ送信される。子局２−３も同様の構成により、光ファイバ３に障害が発生して光信号２０１−１が伝送されてこなくても、光信号２０１−２は受信することが可能であり、親局１との通信が途絶えることはない。尚、障害５０が断線である場合は、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長は同じでも良い。また、光信号２０１−２を遮断する遮断手段の一例として光スイッチ７を適用した場合について説明したが、光スイッチは用いず電気−光変換器をＯＮ／ＯＦＦするだけでも良い。
【００３０】
光ファイバ３の障害が断線であれば、光信号２０１−１と光信号２０１−２が双方向に伝送される光ファイバ３の区間はない。つまり、レイリー散乱、あるいはコネクタ等の反射による戻り光が、逆方向に伝送されている光信号２０１に合波されて、子局２で受信されることはないので、光ビート雑音は発生しない。しかし、光ファイバ３の障害が損失の過剰である場合は、光信号２０１−１と光信号２０１−２が双方向に伝送される光ファイバ３の区間が存在する。どちらかの方向からの光信号２０１は、障害５０を透過してくるため、光ビート雑音の発生量は抑えられる。しかし、過剰損失量に依存した光ビート雑音は発生しており、伝送品質が劣化する子局が出てくる可能性はある。第２の実施形態以降では、障害が、損失の過剰である場合に対しても確実に光ビート雑音の影響を抑圧可能な形態を示す。
【００３１】
（第２の実施形態）図２は、第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。第１の実施形態と同様の構成には同じ番号を付し、説明を省略する。第１の実施形態と異なる点は、電気―光変換器６−１と電気―光変換器６−２内のレーザに対して、波長制御を行う波長コントローラ１６が加わったことと、光スイッチ７が無いことである。
【００３２】
波長コントローラ１６は、電気―光変換器６−１と電気―光変換器６−２内のレーザから出力される光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長差をDl以上離すように設定する。レーザの波長は、レーザの周辺温度を変化させて設定してもよいし、それ以外の方法でもよい。また波長設定は、絶対的な波長安定化ではなく、相対的に波長差Dlが0.13nm以上であればよい。図８のDlとRINの関係に示されているようにDlを0.13nmとすることで、光源から光信号２０１−１と光信号２０１−２が常に双方向伝送されていても、子局２での受信特性に対する光ビート雑音の影響を抑圧することが可能となる。光ファイバ３における障害５０が断線であっても、損失の過剰であっても、子局２における光―電気変換器１１−２、光―電気変換器１５−２のどちらかで、光信号２０１を受信することが可能であり、伝送品質も良好に保つことが可能である。電気―光変換器６−１と電気―光変換器６−２内のレーザ波長が、明らかに0.13nm以上離れている場合は、波長コントローラ１６は、レーザの温度安定化回路のみで良い。通常のDFBレーザでは、周辺温度に対して波長は、0.1nm/℃の率で変化する。そのため、システム導入時のレーザの中心波長差が例えば10nm以上あると、光伝送システムが運用される温度範囲数十℃以内の変化であれば、波長が重なることはない。従って、波長安定化のみでよい。また、２つのレーザの波長が、1.3mmと1.5mm帯と異なっている場合なども同様に、波長コントローラ１６を温度安定化回路のみと簡易にすることが可能である。
【００３３】
（第３の実施形態）図３は、第３の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。本実施形態の特徴は子局２側に光フィルタを挿入したことである。第２の実施形態から、レイリー散乱による戻り光による光ビート雑音は、波長差を設けることで回避することが可能である。但し、子局側の光―電気変換器では、所望の光信号とレイリー散乱による戻り光を一括して受信することになる。つまり、受信する光信号が増加することによるショット雑音の増加と戻り光によるクロストークの影響がある。戻り光によるクロストークは、同じサブキャリア多重信号が異なる伝搬時間で受信され、サブキャリア多重信号のフェージングを起こすことになる。これらの影響は、非常に高い光ダイナミックレンジを要求する光伝送システムに対しては、抑圧する必要性も考えられる。
【００３４】
本実施形態は、上記問題を引き起こす戻り光を、光―電気受信器の前で遮断する構成の光伝送システムである。図３において、図１及び図２と同様の構成には、同じ番号を付した。第１、第２の実施形態と異なる構成は、子局２に光フィルタ１７，１８が挿入されていることである。親局１から子局２へ伝送される光信号２０１−１の波長を、例えば1.3mm帯、光信号２０２−２の波長を1.5mm帯に設定する。異なる波長群の光信号２０１−１と光信号２０１−２は、光ファイバ３、光カプラ８、支線経路である光ファイバ９，１０を介して、各子局２へ伝送される。子局２側において、光ファイバ９には、1.3 mm帯の光信号を透過し、1.5mm帯の光信号を遮断する光フィルタ１７を挿入し、光ファイバ１０には、1.3 mm帯の光信号を遮断し、1.5mm帯の光信号を透過させる光フィルタ１８を挿入する。例えば、光信号２０１−１のレイリー散乱による戻り光は、光カプラ８、光ファイバ１０を介して、子局２へ伝送される。しかし、光信号２０１−１の戻り光の波長は1.3mm帯であるため、光フィルタ１８によって、光―電気変換器１５に入射される前に遮断される。同様に、光信号２０１−２の戻り光も、光フィルタ１７によって、光―電気変換器１１に入射される前に遮断される。以上の構成により、本実施形態では、光ビート雑音に加え、ショット雑音の増加、戻り光のクロストークをも抑えることが可能となる。より大きい光ダイナミックレンジを必要とする光伝送系には有力な構成である。
【００３５】
本実施形態では、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長を、1.3mm帯と1.5mm帯としたが、これらの波長以外でもよい。例えば、光信号２０１−１の波長を1.32 mm帯とし、光信号２０１−２の波長を1.30mm帯としてもよい。その場合、光フィルタ１７は、1.32 mm帯は透過させ1.30mm帯は遮断し、光フィルタ１８は、1.30mm帯を透過させて1.32mm帯は遮断させるタイプの光フィルタとする。
【００３６】
（第４の実施形態）図４は、第４の実施形態に係る光伝送システムの構成を示すブロック図である。第１〜第３の実施形態においては、子局２のスイッチ１２を切り替えることで、双方向から伝送されてきた光信号２０１−１、２０１−２から得た受信信号１０２、または受信信号１０３を選択している。障害５０が発生した場合に、スイッチ１２を切り替える際、光信号２０１−１と光信号２０１−２は伝送距離が異なっていることが常であるため、受信時間が異なる。そのため、ただスイッチ１２を切り替えると、子局２と加入者側での送受信のタイミング、あるいは加入者同士における送受信タイミングが変わってしまう。従って、再び光伝送系の伝搬時間を考慮して、上位の通信プロトコルで、タイミングを変更し、通信ネットワークを張り替える時間が必要となる。本実施形態は、障害が発生してスイッチ１２を切り替える際に、無瞬断で切り替えることを可能とする光伝送システムである。
【００３７】
本実施形態は、親局１から光ファイバ３の双方向の伝搬時間を考慮して、子局２へ無線信号を伝送する光伝送システムである。子局２は、加入者（図示せず）と、図５(a)に示される送受信のタイミングで通信を行っている。ここでは、子局２から加入者側への下りリンクの信号のみを示す。親局１から伝送される無線信号１０１−２は、図５(a)の送受信のタイミングに合うように、時間調整手段である遅延回路１９−１によって時間調整される。そして、光信号２０１−１に搬送されて、光ファイバ３、光カプラ８、光ファイバ９を介して、子局２で受信信号１０２となる。子局２の加入者との送受信タイミングとの関係は、図5(b)のようになる。光ファイバ３においてバス型双方向光伝送する際、全ての子局２に対して、親局１と子局２間の光ファイバの伝搬距離を一致させることは不可能である。そのため、光信号２０１−１とは逆方向から伝送されてくる光信号２０１−２に搬送された無線信号１０１−２を受信した受信信号１０３は、図５(c)のように、タイミングがずれてしまう。そこで、親局１内に、光信号２０１−２側へ無線信号が伝達される線路に、遅延回路１９−２を挿入し、子局２での受信信号１０３が、図5(d)のように、図5(a)の送受信のタイミングに合うようにする。光ファイバ３の伝搬路は、各子局２に対して、伝送される方向に応じて伝搬時間が異なるため、それぞれの無線信号１０１に対して遅延回路１９が必要となる。図5(d)で示されているタイミングが、送受信スロットのガードタイム以内であればよい。このような構成をとることで、光ファイバ３に障害が発生した場合に、子局２内のスイッチ１２を切り替えた際、無瞬断で光ファイバの経路を変えて、親局１からの無線信号１０１を得ることが可能となり、信頼性が高まる。
【００３８】
第１から第４の実施形態は、リング状のバス型双方向光伝送システムについて言及してきたが、リング状でなくてもよい。例えば、２つの親局から複数の子局に対して双方向光伝送するバス型の形態でも良い。
【００３９】
（第５の実施形態）第５の実施形態は、２つの親局と複数の子局によるバス型双方向光伝送系において、障害が復旧するときの形態を示す。図６に示される主な構成は、図１から図４と同様であり、同じ構成において同番号を付した。親局１は、親局１−１と親局１−２から成り、子局２に対して双方向光伝送のバス型の光伝送系を提供とする。親局１から子局２への情報信号１００は、バックボーンネットワークから情報信号１００−１、情報信号１００−２として親局１−１、親局１−２に伝送される。それぞれの親局１−１、１−２では、情報信号１００−１、１００−２を変調器４−１、４−２に入力して、サブキャリア多重信号１０１−１、１０１−２を発生させる。サブキャリア多重信号１０１−１、１０１−２は、電気―光変換器６−１、６−２に入力されて、光信号２０１−１、２０１−２として光ファイバ３に入力される。ここで、光信号２０１−２に対しては、光スイッチ７が光ファイバ３の入力端に挿入されている。光ファイバ３に障害がなく正常に運用されている場合は、光スイッチ７より光信号２０１−２が遮断されている。そして、障害５０が発生した場合に、光スイッチ７が光信号２０１−２を透過させて、光ファイバ３において双方向光伝送して、親局１から孤立する子局２がないようにする。子局２の構成は、第１及び第２の実施形態と同様であり、光ファイバ３の双方向からの光信号２０１−１、及び光信号２０１−２を受信することが可能な構成である。
【００４０】
図６において、光ファイバ３に障害５０が発生した場合、光スイッチ７が光信号２０１−２を透過させるが、障害５０の損失が過剰である場合には、光ファイバ３の全ての区間において双方向光伝送となる。その際、レイリー散乱による戻り光が発生するため、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長が接近していると、子局２における光―電気変換器１１，１５において、光ビート雑音が発生し、伝送品質が劣化する。そのため、親局２−２内には、光信号２０１−２の波長が、光信号２０１−１の波長から0.13nm以上離れるように、波長検出と波長制御機能を備えた波長コントローラ１６を備える。波長検出は、光ファイバ３に光分岐器２１を挿入し、一部の光信号２０１−１を分岐して、波長コントローラ１６で波長検出する。この光分岐器２１は、光スイッチ７に取り入れて、光ファイバ３が正常時は、光ファイバ３と波長コントローラ１６を接続し、光ファイバ３に障害が発生した場合は、光ファイバ３と電気―光変換器６−２を接続する構成でもよい。波長コントローラ１６は、光ファイバ３が正常運用時のときから、光信号２０１−１の波長を監視して、光信号２０１−２の波長が常に接近しないように制御する。光ファイバ３の障害５０が断線である場合、波長コントローラ１６においては、光信号２０１−１の波長が検出できなくなるが、復旧するまでの間、光信号２０１−２の波長の変動を低減できるような構成とする。この構成は、親局１−１、１−２内の電気―光変換器６−１、６−２内のレーザの周辺温度を安定化させる等で対応することが可能である。このような構成とすることで、障害５０が復旧して、光ファイバ３内で急に双方向光伝送が行われても、光信号２０１−１と光信号２０１−２の波長が所望値以上離れているため、受信信号１０２，１０３に対して光ビート雑音の影響は現れない。
【００４１】
本発明によれば、バス型の双方向伝送系において、レイリー散乱、コネクタでの反射等による戻り光により、双方向伝送されている光信号が合波されても、受信する際に光ビート雑音は発生しない。そのため、光ファイバの障害及び伝送品質に対して、高い信頼性を備えたバス型の双方向光伝送系を提供することが可能である。また、親局と子局間において、大きい光ダイナミックレンジを必要とする無線信号の副搬送波多重光伝送する光伝送系に対しても、戻り光の影響を回避して、本発明によるバス型双方向伝送系を適用することが可能である。さらに、親局において、同じ内容の情報信号が、光ファイバのどちらの方向に光伝送されても、各子局で同時に受信される調整手段を有することで、障害に対する伝送路切り替えは、子局においてのみ、無瞬断に行える。従って、光ファイバの障害に対して、無瞬断の予備系を備えられ、高い信頼性を提供可能とする。尚、上述した第１乃至第５実施形態は適宜組み合せても良い。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、光ビート雑音の発生を抑制する光伝送システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図２】 第２の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図３】 第３の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図４】 第４の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図５】 第４の実施形態における受信信号のタイミングを示した図。
【図６】 第５の実施形態に係る光伝送システムのブロック図。
【図７】 光ビート雑音の影響を測定するための光伝送システムを示したブロック図。
【図８】 光ビート雑音の波長差及びパワー比に対する影響を示したグラフ。
【図９】 従来の光伝送システムのブロック図。
【符号の説明】
１ 親局
２ 子局
３ 光ファイバ
４ 変調器
５ 分波器
６ 電気―光変換器
７ 光スイッチ
８ 光カプラ
９ 支線経路の光ファイバ
１０ 支線経路の光ファイバ
１１ 光―電気変換器
１２ スイッチ
１３ アンプ
１４ アンテナ
１５ 光―電気変換器
１６ 波長コントローラ
１７ 光フィルタ
１８ 光フィルタ
１９ 遅延器
２０ 合波器
２１ 光分岐器
２２ スイッチ
５０ 障害
５１ レーザ
５２ レーザ
５３ 信号源
５４ 信号源
５５ 入力信号
５６ 入力信号
５７ 光信号
５８ 光信号
５９ 光信号
６０ 受信信号
６１ 光アッテネータ
６２ 偏波コントローラ
６３ スペクトルアナライザ
６４ 光終端器
１００ 情報信号
１０１ 無線信号
１０２ 受信信号
１０３ 受信信号
２０１ 光信号
２０２ 光信号
Claims (6)
- 少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、
前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と、前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と、前記第１光信号を遮断する遮断手段を備え、
前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と、前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と、前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、
前記光ファイバに障害がない場合は、前記遮断手段により前記第１光信号を遮断することによって、前記第２光信号のみが前記光ファイバを伝送し、
前記光ファイバに障害が発生した場合は、前記第１及び第２光信号が前記光ファイバを伝送することを特徴とする光伝送システム。 - 少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、
前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と、前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と、前記第１及び第２光信号の波長を制御する波長制御手段を備え、
前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と、前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と、前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、
前記第１及び第２送信手段が前記第１及び第２光信号を同時に送信する場合に、前記波長制御手段は、前記第１及び第２光信号の波長差を所望の値に維持することを特徴とする光伝送システム。 - 少なくとも一つの親局と、前記親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、
前記親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段と、前記光ファイバの他方向へ前記第１光信号と波長の異なる第２光信号を送信する第２送信手段を備え、
前記子局は、第１及び第２光フィルタと、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を前記第１光フィルタを介して受信する第１受信手段と、前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を前記第２光フィルタを介して受信する第２受信手段と、前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備える光伝送システム。 - 前記第１及び第２光信号の波長差が０．１３ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２又は３記載の光伝送システム。
- 前記親局は時間調整手段をさらに備え、
前記時間調整手段は第１及び第２光信号の光強度を変調させる無線信号を時間調整することを特徴とする請求項２又は３記載の光伝送システム。 - 第１親局と、第２親局と、前記第１及び第２親局によって閉じられた光ファイバに接続された複数の子局を有し、前記第１及び第２親局と前記複数の子局との間で光サブキャリア多重伝送を行う光伝送システムであって、
前記第１親局は、前記光ファイバの一方向へ第１光信号を送信する第１送信手段を備え、
前記第２親局は、前記光ファイバの他方向へ第２光信号を送信する第２送信手段と、前記第２光信号を遮断する遮断手段と、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号の波長を検出する波長検出手段と、前記第２光信号の波長を制御する波長制御手段を備え、
前記子局は、前記光ファイバの一方向から伝送してくる前記第１光信号を受信する第１受信手段と、前記光ファイバの他方向から伝送してくる前記第２光信号を受信する第２受信手段と、前記第１及び第２受信手段からの出力信号のどちらかを選択する選択手段を備え、
前記光ファイバに障害がない場合は、前記遮断手段により前記第２光信号を遮断することによって、前記第１光信号のみが前記光ファイバを伝送し、
前記光ファイバに障害が発生した場合は、前記第１及び第２送信手段が前記第１及び第２光信号を同時に送信し、前記波長制御手段は、前記光ファイバに障害がない場合に前記波長検出手段によって検出された前記第１光信号の波長をもとに前記第１及び第２光信号の波長差が所望の値を維持するように第２光信号の波長を制御することを特徴とする光伝送システム。
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