JP4793282B2 - 通信システム、通信装置、通信方法および通信プログラム - Google Patents

Description

この発明は、光波長多重技術を用いて双方向通信を行う通信システム、通信装置、通信方法および通信プログラムに関するものである。

従来、親局光送受信装置と複数の子局光送受信装置が光ファイバ伝送路および光パワースプリッタを介して接続され、親局光送受信装置から子局光送受信装置へ送信する下り信号光と、子局光送受信装置から親局光送受信装置へ送信する上り信号光の波長帯域が重ならないように配置し、各子局光送受信装置ごとに割り当てた波長の下り信号光および上り信号光を波長多重伝送する通信システムが知られている（特許文献１参照）。この従来の通信システムは、子局光送受信装置を新たに接続する際に、新設子局光送受信装置の受信波長、送信波長および送信パワーを親局光送受信装置からの制御信号により設定するものである。

特開２００６−１９７４８９号公報

特許文献１に開示された通信システムは、制御信号光を各波長の下り信号光に波長多重して送信する場合には、下り信号光の波長利用効率が低下するという問題点があった。また、所定の波長の制御信号光を下り信号光に波長多重して送信する場合には、各波長を切り替えながら制御信号光や下り信号光を受信するのに時間を要し、子局光送受信装置を新たに接続する際にプラグ・アンド・プレイで直ちに通信を開始することができないという問題点があった。

また、特許文献１に開示された通信システムは、親局光送受信装置が上り信号光の受信状況をモニタして前記制御信号により通知し、子局光送受信装置が通知された受信状況に応じて上り信号光の送信パワーを調整するので、受信状況に関する情報のやり取りを行う必要があり、プラグ・アンド・プレイで直ちに通信を開始することができないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、通信システムにおいて、波長利用効率を損なうことなくプラグ・アンド・プレイで直ちに通信を開始できるようにすることを目的としている。

この発明に係る通信システムは、子局光送受信装置から親局光送受信装置へ送信する上り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記親局光送受信装置から前記子局光送受信装置へ送信する下り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記上り信号光および前記下り信号光を波長多重する通信システムであって、前記親局光送受信装置は、前記上り信号光を波長分離して受信する上り光受信部と、前記子局光送受信装置の新設時に上り信号光に割り当てる波長を示す上り波長情報を含むパイロット信号光を前記下り信号光に波長多重して送信する下り光送信部と、を備え、前記子局光送受信装置は、前記各下り信号光および前記パイロット信号光を波長分離して波長毎に並列処理として受信する下り光受信部と、受信した前記パイロット信号光の前記上り波長情報に基づいて自装置の上り信号光の波長を新設時に設定するパイロット信号処理部と、前記パイロット信号処理部で設定した波長で前記上り信号光を送信する上り光送信部と、を備えたものである。

この発明は、通信システムにおいて、波長利用効率を損なうことなくプラグ・アンド・プレイで直ちに通信を開始することができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１による通信システムは、親局光送受信装置が、下り信号光と異なる波長帯域の波長のパイロット信号光を下り信号光に波長多重して送信し、子局光送受信装置が、光受信器により各下り信号光およびパイロット信号光を波長毎に並列処理として受信し、パイロット信号処理部により、パイロット信号光の波長情報に基づいて上り信号光と下り信号光の波長を新設時に設定するとともに、パイロット信号光の受信光パワーに基づいて上り信号光の送信光パワーを新設時に設定するようにしたものである。これにより、波長利用効率を損なうことなくプラグ・アンド・プレイで直ちに通信を開始することができる。

図１は、この発明の実施の形態１による通信システムとしての光波長多重アクセスシステムを示す構成図である。なお、この発明に係る通信システムは、いわゆるアクセス系に好適なものであるが、これに適用が限られるものではない。図１において、親局光送受信装置１０は、１〜ｎ（ｎは自然数）台の子局光送受信装置２０に光ファイバ伝送路３０ａおよび光パワースプリッタ３０ｂを介して接続される。

また、図１において、親局光送受信装置１０は、下り光送信部としての光送信器１１、光源１２−１〜１２−ｎ＋１、波長合分波器１３、光検出器１４−１〜１４−ｎ、波長合分波器１５、上り光受信部としての光受信器１６、および、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）フィルタ１７を備えている。光送信器１１は、波長λｄ１〜λｄｎ＋１でそれぞれ任意の下り信号を送信可能なものである。光源１２−１〜１２−ｎ＋１としては、例えばアレイ型レーザモジュールを用いることができる。光受信器１６は、波長λｕ１〜λｕｎで同時に受信した波長多重上り信号光をそれぞれ電気信号に変換可能なものである。光検出器１４−１〜１４−ｎとしては、例えばアレイ型ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。

また、図１において、子局光送受信装置２０は、下り光受信部としての光受信器２１、ＷＤＭフィルタ２２、波長合分波器２３、光検出器２４−１〜２４−ｎ＋１、パイロット信号処理部２５、および、上り光送信部としての光送信器２６を備えている。光受信器２１は、波長λｄ１〜λｄｎ＋１で同時に受信した下り信号光をそれぞれ電気信号に変換可能で、かつ受信光パワーを測定可能であり、並列処理が可能なものである。光検出器２４−１〜２４−ｎ＋１としては、例えばアレイ型ＰＤを用いることができる。光送信器２６は、波長λｕｋ（１≦ｋ≦ｎ、ｋは自然数）でデータ信号を上り信号光として送信可能なものであり、光源として例えばアレイ型レーザモジュールを用いることができる。また、光送信器２６は、光源として波長可変型チューナブルレーザを用いても良い。

図２は、この発明の実施の形態１による光波長多重アクセスシステムにおける波長割り当てを示す説明図である。図２において、波長λｕ１〜λｕｎを含む上り信号用の波長帯域と、波長λｄ１〜λｄｎを含む下り信号用の波長帯域と別に、波長λｄｎ＋１を含むパイロット信号用の波長帯域を確保している。これらの波長としては、例えばＣＷＤＭ（Ｃｏａｒｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、低密度波長分割多重）における波長範囲１２７１ｎｍ〜１６１１ｎｍで波長間隔２０ｎｍの波長チャネルを用いる。このように、１つの波長チャネルにパイロット信号を割り当てるだけなので、下りデータ信号の波長利用効率をほとんど損なうことはない。なお、これらの波長の長短は入れ替わっても良く、また、これに限られるものではない。

なお、ＣＷＤＭの上述の波長範囲に対応して、光検出器２４−１〜２４−ｎ＋１としては、ＩｎＧａＡｓ光吸収領域を有するｎ＋１台のＰＤをＩｎＰ基板上でアレイ状にモノリシック集積化したアレイ型ＰＤを用いることができる。これにより、複数の光検出器を用いていても、小型で軽量、かつ経済的に光受信器２１を構成することが可能となり、アクセス系に好適な子局光送受信装置２０を提供できるのである。さらに、波長合分波器２３を同一ＩｎＰ基板上にモノリシック集積化しても良い。また、光検出器１４−１〜１４−ｎとして同様のアレイ型ＰＤを用いるようにしても良い。なお、光検出器の材料や構成は、これに限られるものではない。

また、ＣＷＤＭの上述の波長範囲に対応して、光送信器２６の集積型多波長光源として、各波長チャネルの光を発生するＩｎＧａＡｓＰ活性領域を有するｎ台のＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）をＩｎＰ基板上でアレイ状にモノリシック集積化したアレイ型ＬＤを用いることができる。波長λｕｋの光を発生するＬＤのみに信号電流を与えることにより、波長λｕｋで上り信号光が送信される。これにより、小型で軽量、かつ経済的に光送信器２６を構成することが可能となり、アクセス系に好適な子局光送受信装置２０を提供できるのである。また、光源１２−１〜１２−ｎ＋１として同様のアレイ型ＬＤを用いるようにしても良い。なお、光源の材料や構成は、これに限られるものではない。

次に動作について説明する。図１において、親局光送受信装置１０は、各子局光送受信装置２０に対応する下り信号１〜ｎを、それぞれ事前に割り当てた波長λｄ１〜λｄｎで光源１２−１〜１２−ｎから例えば伝送速度１Ｇｂ／ｓで送信することができる。さらに、親局光送受信装置１０は、現在上り信号光として割り当てられていない波長の中から、新設された子局光送受信装置２０の上り信号光に割り当てる波長を選択する。この波長を示す上り波長情報を含む制御信号としてのパイロット信号を波長λｄｎ＋１で光源１２−ｎ＋１から例えば伝送速度１Ｇｂ／ｓで送信する。これらの下り信号光は、波長合分波器１３にて波長多重信号光として合波され、ＷＤＭフィルタ１７を通じて親局光送受信装置１０から送信される。この送信された下り信号光は、光ファイバ伝送路３０ａおよび光パワースプリッタ３０ｂを介して各子局光送受信装置２０に分配される。

一方、図１において、子局光送受信装置２０により受信された下り信号光は、ＷＤＭフィルタ２２により光受信器２１に入力される。この入力された下り信号光は、波長合分波器２３により波長λｄ１〜λｄｎ＋１に分波される。この分波された下り信号光は、それぞれ光検出器２４−１〜２４−ｎ＋１により光信号から電気信号に変換されて、検出した受信光パワーを示す受信光パワー情報とともにパイロット信号処理部２５に入力される。

パイロット信号処理部２５は、受信した下り信号１〜ｎから子局光送受信装置２０に割り当てられた下り信号ｋを選択可能な構成を有している。この構成としては、例えばｎ×１の電気スイッチを用いることができる。

ここで、子局光送受信装置２０が新設の子局光送受信装置である場合、子局光送受信装置２０に割り当てられた下り信号ｋを選択可能な情報として、新設時に割り当てられる下り信号光波長λｄｋを示す下り波長情報をパイロット信号が有しており、その情報を抽出することで下り信号ｋが選択可能となる。同時にパイロット信号は、子局光送受信装置２０に新設時に割り当てられる上り信号光波長λｕｋを示す上り波長情報も有しており、その情報を抽出することで光送信器２６の動作波長が選択可能となる。これにより、新設の子局光送受信装置がプラグ・アンド・プレイで直ちに下り信号光と上り信号光によるデータ信号のやりとりとしての通信を開始することができるのである。

または、親局光送受信装置１０が、まず上り波長情報をパイロット信号で通知し、この通知した波長λｕｋの上り信号光の受信により、新設の子局光送受信装置の接続を確認してから、割り当てる下り信号光波長λｄｋを示す下り波長情報をパイロット信号で通知するようにしても良い。この場合でも下り波長情報の通知後に直ちに下り信号光と上り信号光によるデータ信号のやりとりとしての通信を開始することができる。なお、この場合については、下り信号光波長λｄｋと上り信号光波長λｕｋの設定処理手順の詳細を後述する。

さらに、パイロット信号処理部２５は、光受信器２１が受信したパイロット信号光の受信光パワーの測定値と、あらかじめ一定値に設定されている光送信器１１の送信光パワーの設定値から、親局光送受信装置１０と子局光送受信装置２０の間の伝送損失を計算し、上り信号ｋの送信光パワーの設定値を算出する。例えば、光送信器１１の送信光パワーの設定値が＋３ｄＢｍで、パイロット信号光の受信光パワーの測定値が−２３ｄＢｍであるとき、伝送損失が２６ｄＢと算出される。これにより、光受信器１６の受信光パワーが所定の動作範囲内になるように上り信号ｋの送信光パワーの設定値を算出する。

光送信器２６は、上り信号ｋをパイロット信号処理部２５からの波長設定情報による波長λｕｋの上り信号光として例えば伝送速度１Ｇｂ／ｓで送信する。この際、その送信光パワーは、パイロット信号処理部２５からのパワー設定情報による上述の送信光パワーの設定値とする。これにより、新設の子局光送受信装置がプラグ・アンド・プレイで直ちに適切な送信光パワーの上り信号光による通信を開始することができるのである。ＷＤＭフィルタ２２を通じて子局光送受信装置２０から送出された上り信号光は、光ファイバ伝送路３０ａおよび光パワースプリッタ３０ｂを介して親局光送受信装置１０に配信される。

親局光送受信装置１０に入力された上り信号光は、ＷＤＭフィルタ１７を通じて光受信器１６に入力される。光受信器１６に入力された上り信号光は波長合分波器１５にて分波される。波長合分波器１５で分波された上り信号光は、それぞれ光検出器１４−１〜１４−ｎにより光信号から電気信号に変換されて、上り信号１〜ｎとして受信される。

次に、上述の光波長多重アクセスシステムに新設される子局光送受信装置２０を接続する際の上り信号光波長λｕｋと下り信号光波長λｄｋの設定処理手順について詳細に説明する。図３は、この発明の実施の形態１による光波長多重アクセスシステムにおける設定制御シーケンスを示す説明図である。

図３において、このシーケンスでは、まず、親局光送受信装置１０は、光波長多重アクセスシステムにおいて新設子局光送受信装置用の空き上り信号光波長λｕｋを決定しておく。次に、親局光送受信装置１０は、この空き上り信号光波長λｕｋを示す上り波長情報をもったパイロット信号を送信する（ステップＳＴ１）。

新設子局光送受信装置２０は、パイロット信号を受信し、上り波長情報を抽出する（ステップＳＴ２）。その後、新設子局光送受信装置２０は、自装置のＩＤ（装置識別情報）を含む上り信号光を、設定した空き波長λｕｋで送信する（ステップＳＴ３）。

新設子局光送受信装置２０のＩＤを受信した親局光送受信装置１０は、これにより新設子局光送受信装置２０が接続されたことを認識し、この新設子局光送受信装置２０に割り当てる空き下り信号波長λｄｋを決定するとともに、次に新設される子局光送受信装置に割り当てる空き上り信号光波長λｕｍ（１≦ｍ≦ｎ、ｍ≠ｋ、ｍは自然数）を決定しておく（ステップＳＴ４）。次に親局光送受信装置１０は、新設子局光送受信装置２０のＩＤと新設子局光送受信装置２０に割り当てる空き下り信号波長λｄｋを示す下り波長情報を保持したパイロット信号を送信する（ステップＳＴ５）。

新設子局光送受信装置２０は、パイロット信号から自装置のＩＤと下り波長情報を抽出し、この空き下り信号光波長λｄｋから下り信号ｋを次回以降に抽出が可能となるための準備を行う（ステップＳＴ６）。これらのシーケンスを行った後にデータ信号の送受信を開始する。

このように、一度上り信号光波長と下り信号光波長が設定された子局光送受信装置２０は、上述のパイロット信号による設定処理を行わずとも親局光送受信装置１０とのデータ信号のやり取りが可能となる。

以上のように、この発明の実施の形態１による光波長多重アクセスシステムにおいては、小型で経済的なアレイ型ＰＤを用いた光受信器により、波長多重された下り信号光およびパイロット信号光を各波長毎に並列処理として受信し、受信したパイロット信号光を用いて上り信号光の波長および送信光パワーや下り信号光の波長を新設時に設定するようにしている。これにより、下り信号光の波長利用効率を損なうことなくプラグ・アンド・プレイで直ちに通信を開始することができるという効果を奏する。

実施の形態２．
上述の実施の形態１は、パイロット信号光波長として下りデータ信号用の波長帯域とは異なった帯域を配置するようにしたものであるが、実施の形態２は、パイロット信号光波長として下り信号波長チャネルの中で使用されていないチャネルを割り当てるようにしたものである。

図２に示した実施の形態１における波長割り当てでは、パイロット信号用に波長帯域を確保しており、パイロット信号用の光源が故障した場合にはパイロット信号光が送信されなくなる。

図４は、この発明の実施の形態２による親局光送受信装置１０内における光送信器１１ａを示す構成図である。なお、その他の構成は、図１に示した実施の形態１による光波長多重アクセスシステムの構成と同様である。

図４において、パイロット信号用の光源は光源１２−ｎ＋１に固定ではなく、親局光送受信装置１０は、例えば下りデータ信号用光源として用いられていない光源１２−ｎを割り当てている。このように、パイロット信号用光源として光送受信部１１ａ中に備え付けられた光源１２−１〜１２−ｎ＋１の内、現在使用されていない光源をパイロット信号用光源として使用可能な構成となっている。ここで、新設の子局光送受信装置２０は、光受信器２１で全ての下り信号光を受信し、パイロット信号処理部２５において、電気信号に変換された全ての下り信号の中から、信号の種別を示す識別情報によりパイロット信号を識別し、対応する受信光波長をパイロット信号の波長として設定する。

図５は、この発明の実施の形態２による光波長多重アクセスシステムにおける波長割り当てを示す説明図である。図５において、パイロット信号光波長として、波長λｄ１〜λｄｎ＋１を含む下り信号用の波長帯域の中で使用されていない空き波長を割り当てるようにしている。これにより、親局光送受信装置１０内の光源１２−１〜１２−ｎ＋１が何個か故障しても、正常に動作している光源をパイロット信号用光源として使用すればパイロット信号を送信可能であるという利点がある。なお、図５において、上り信号用と下り信号用の波長帯域の長短は入れ替わっても良い。

以上のように、この発明の実施の形態２による光波長多重アクセスシステムにおいては、実施の形態１と同様なシステム構成において、パイロット信号光の波長として下り信号光の波長のうちで使用されていない空き波長を割り当てるようにしている。これにより、実施の形態１と同様な効果に加えて、パイロット信号用光源が故障しても、別の波長でパイロット信号を用いる処理を継続することができ、システムの信頼性が向上するという効果を奏する。

なお、上述の実施の形態１、２においては、親局光送受信装置１０と複数の子局光送受信装置２０が光ファイバ伝送路３０ａおよび光パワースプリッタ３０ｂを介して接続される構成例を示したが、システム構成がこれに限られるものではなく、要するに子局光送受信装置毎に割り当てた波長で波長分割多重技術を用いて双方向通信を行う通信システムであれば本発明を適用可能であり、同様の効果を奏するのである。

また、この発明の実施の形態１、２による光波長多重アクセスシステムにおける通信方法は、親局光送受信装置または子局光送受信装置に設けたマイクロコンピュータ等に実行させる通信プログラムを用いてソフトウエア処理により実現するようにしても良い。

この発明の実施の形態１による通信システムを示す構成図 この発明の実施の形態１による通信システムを説明するための説明図 この発明の実施の形態１による通信システムを説明するための説明図 この発明の実施の形態２による通信システムを示す構成図 この発明の実施の形態２による通信システムを説明するための説明図

符号の説明

１０ 親局光送受信装置
１１光送信器、
１２−１〜１２−ｎ＋１ 光源
１４−１〜１４−ｎ 光検出器
１６ 光受信器
２０ 子局光送受信装置
２１ 光受信器
２４−１〜２４−ｎ＋１ 光検出器
２５ パイロット信号処理部
２６ 光送信器

Claims (10)

1. 子局光送受信装置から親局光送受信装置へ送信する上り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記親局光送受信装置から前記子局光送受信装置へ送信する下り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記上り信号光および前記下り信号光を波長多重する通信システムであって、
   前記親局光送受信装置は、前記上り信号光を波長分離して受信する上り光受信部と、前記子局光送受信装置の新設時に上り信号光に割り当てる波長を示す上り波長情報を含むパイロット信号光を前記下り信号光に波長多重して送信する下り光送信部と、を備え、
   前記子局光送受信装置は、前記各下り信号光および前記パイロット信号光を波長分離して波長毎に並列処理として受信する下り光受信部と、受信した前記パイロット信号光の前記上り波長情報に基づいて自装置の上り信号光の波長を新設時に設定するパイロット信号処理部と、前記パイロット信号処理部で設定した波長で前記上り信号光を送信する上り光送信部と、を備えたことを特徴とする通信システム。
2. 前記下り光受信部は、前記各下り信号光および前記パイロット信号光を波長毎に並列処理として受信するアレイ型ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）を有することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記下り光送信部は、前記下り信号光および前記パイロット信号光を送信する集積型多波長光源を有し、
   前記上り光送信部は、前記上り信号光を送信する集積型多波長光源または可変波長光源を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信システム。
4. 前記子局光送受信装置は、前記パイロット信号処理部で、前記パイロット信号光の受信光パワーに基づいて自装置の上り信号光の送信光パワーを新設時に設定し、前記上り光送信部で、前記パイロット信号処理部で設定した送信光パワーで前記上り信号光を送信することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の通信システム。
5. 前記親局光送受信装置は、前記下り光送信部で、前記上り波長情報を含むパイロット信号光を常に送信し、
   前記子局光送受信装置は、前記パイロット信号処理部で、前記パイロット信号光を受信した時点で自装置の上り信号光の波長を新設時に設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の通信システム。
6. 前記親局光送受信装置は、前記上り光受信部で、前記上り波長情報による波長の上り信号光を受信したとき、前記下り光送信部で、前記子局光送受信装置の新設時に下り信号光に割り当てる波長を示す下り波長情報を含む前記パイロット信号光を前記下り信号光に波長多重して送信し、
   前記子局光送受信装置は、前記パイロット信号処理部で、受信した前記パイロット信号光の前記下り波長情報に基づいて自装置の下り信号光の波長を新設時に設定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の通信システム。
7. 前記パイロット信号光の波長を、前記下り信号光の波長帯域と異なる波長帯域の波長に、または、前記下り信号光の波長帯域内の空き波長に割り当てることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の通信システム。
8. 子局光送受信装置から親局光送受信装置へ送信する上り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記親局光送受信装置から前記子局光送受信装置へ送信する下り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記上り信号光および前記下り信号光を波長多重する通信システムにおける子局光送受信装置としての通信装置であって、
   前記各下り信号光およびパイロット信号光を波長分離して波長毎に並列処理として受信する下り光受信部と、受信した前記パイロット信号光の上り波長情報に基づいて自装置の上り信号光の波長を新設時に設定するパイロット信号処理部と、前記パイロット信号処理部で設定した波長で前記上り信号光を送信する上り光送信部と、を備えたことを特徴とする通信装置。
9. 子局光送受信装置から親局光送受信装置へ送信する上り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記親局光送受信装置から前記子局光送受信装置へ送信する下り信号光に前記子局光送受信装置毎に波長を割り当て、前記上り信号光および前記下り信号光を波長多重する通信システムにおける通信方法であって、
   前記親局光送受信装置において、前記子局光送受信装置の新設時に上り信号光に割り当てる波長を示す上り波長情報を含むパイロット信号光を前記下り信号光に波長多重して送信する下り光送信ステップと、
   前記子局光送受信装置において、前記下り光送信ステップによる前記各下り信号光および前記パイロット信号光を波長分離して波長毎に並列処理として受信する下り光受信ステップと、
   前記子局光送受信装置において、前記下り光受信ステップで受信した前記パイロット信号光の前記上り波長情報に基づいて自装置の上り信号光の波長を新設時に設定するパイロット信号処理ステップと、
   前記子局光送受信装置において、前記パイロット信号処理ステップで設定した波長で前記上り信号光を送信する上り光送信ステップと、
   前記親局光送受信装置において、前記上り光送信ステップで送信した前記上り信号光を波長分離して波長毎に受信する上り光受信ステップと、
   を備えたことを特徴とする通信方法。
10. 請求項９に記載の通信方法を電子計算機に実行させる通信プログラム。

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