JP4932615B2 - 光信号送信機、光信号送信方法及び光信号伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気信号を光信号に変換して送出する光信号送信機及びこれを用いた光信号伝送装置に関する。

図６に、本発明に関連する光信号伝送装置の構成を示す。光信号伝送装置は、光信号受信機１０及び光信号送信機２０を有する。光信号送信機２０には、光信号受信機１０が受信した光信号を光電変換、クロック抽出及び信号識別再生して得たデータ符号信号及びクロック信号が入力される。光信号送信機２０は、光信号送信機１０から入力されたデータ符号信号とクロック信号とに依存して動作する。

図７に、光信号送信機２０の構成を示す。光信号送信機２０は、変調器駆動回路２１及び光変調器２２を有する。
変調器駆動回路２１には、データ符号信号とクロック信号とが入力される。変調器駆動回路２１では、データ符号信号とクロック信号とに同期した光変調器２２を駆動するための駆動データを生成する。光変調器２２は、変調器駆動回路２１からの駆動データを受け、電気信号を光信号へと変換し、伝送路へ送出する。

伝送装置には、ＳＯＮＥＴ、ＳＤＨ等の規格やイーサネット（登録商標）規格やファイバチャネル規格などがそれぞれ存在し、図８に示すように各々ビットレートが異なる。

これらの異なるビットレートの信号が混在するネットワーク上の伝送装置においてビットレートに依存しない光受信機を使用した場合、伝送装置によって設定された信号のビットレートに対して実際に伝送されているビットレートが変動して設定とは異なるビットレートの信号が入力されたとしても、光電変換、クロック抽出及び信号識別再生が可能であるため、設定とは異なるビットレートのデータ符号信号及びクロック信号が生成される。

しかしながら、光信号送信機２０は、ビットレートを認識できないため、ビットレートが変動しても警告を発することができない。

この場合には、光信号送信機２０は設定されていないビットレート信号にて警告無しに動作してしまうため、伝送装置で障害が発生してしまう。

光信号の送受信に関連する技術として特許文献１に開示される「トランスペアレンシーを有する光交差接続装置」や特許文献２に開示される「光送信器」がある。
特許文献１に開示される発明は、光受信機で受信したデータ／ＣＬＫによってビットレートを検出するものである。また、特許文献２に開示される発明は、低周波のクロックをデータ波形に重畳し、光送信波形を整形するものである。
特開２００１−２４４９０６号公報 特開２００４−２４７９６８号公報

しかし、特許文献１に開示される発明は、光受信器で受信したデータ／ＣＬＫによりビットレートを検出する構成であるため、伝送路の途中で障害が発生した場合に正しくビットレートを検出できない可能性がある。
また、特許文献２に開示される発明は、光送信機の変調方式に関するものであり、ビットレートの検出を目的とはしていない。
しかも、特許文献１に開示される発明は光受信機に関するものであり、特許文献２に開示される発明は光送信機に関するものであるから、これらを組み合わせることは困難である上に、低周波クロックを使ってのビットレート検出を光受信機で行うことは不可能である。

すなわち、上記特許文献に開示される発明は、光受信機でビットレートを検出することはできなかった。このように、従来は、伝送路においてビットレートの変動が生じた場合に警告を発することのできる光信号送信機は実現されていなかった。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、伝送路においてビットレートの変動が生じた場合に警告を発することのできる光信号送信機およびこれを用いた光信号伝送装置を提供することを目的とする。

本発明の光信号送信機は、光伝送路へ光信号を送出する光信号送信機であって、入力されたデータ符号信号を基に、データ符号信号とともに供給されるクロック信号に同期した、光変調手段を駆動するための駆動データ信号を生成する駆動データ生成手段と、駆動データ信号に対して低周波正弦波を重畳する正弦波重畳手段と、低周波正弦波が重畳された駆動データ信号を光電変換して光出力信号を生成する光変調手段と、光出力信号を２つに分岐する光分岐手段と、光分岐手段で分岐された光出力信号の一方を光電変換する光電変換手段と、光電変換手段が出力する電気信号のうち低周波正弦波の周波数帯域を通過させる帯域通過手段と、帯域通過手段が出力する正弦波の振幅を監視し、正弦波の振幅のピーク値の変動が所定の変動幅を超えた場合にビットレートが変動したと判断して警告信号を発する監視手段と、を備える警告手段とを有する。

本発明の光信号送信方法は、入力されたデータ符号信号を基に、データ符号信号とともに供給されるクロック信号に同期した、光変調手段を駆動するための駆動データ信号を生成し、駆動データ信号に対して低周波正弦波を重畳し、低周波正弦波が重畳された駆動データ信号を光電変換して光出力信号を生成し、光出力信号を２つに分岐し、分岐された光出力信号の一方を光電変換し、光電変換された電気信号のうち低周波正弦波の周波数帯域を通過させ、周波数帯域を通過した正弦波の振幅を監視し、正弦波の振幅のピーク値の変動が所定の変動幅を超えた場合にビットレートが変動したと判断して警告信号を発する。

本発明によれば、伝送路においてビットレートの変動が生じた場合に警告を発することのできる光信号送信機およびこれを用いた光信号伝送装置を提供できる。

［実施例１］
図１に、本発明を好適に実施した第１の実施例に係る光信号伝送装置の光信号送信機の構成を示す。この光信号送信機は図６に示した例と同様に、光信号受信機の後段に配置される。
光信号送信機３０は、変調器駆動回路１、光変調器２、正弦波重畳回路３、光分岐４、及び正弦波抽出回路５を有する。

変調器駆動回路１にはデータ符号信号とクロック信号とが入力される。変調器駆動回路１では、データ符号信号とクロック信号とに同期した駆動データ信号を生成する。光変調器２は、マッハツェンダ型外部変調器とレーザ光源とを有する。光変調器２は、電気信号を光信号に変換する。正弦波重畳回路３は、駆動データ信号に周波数ｆの正弦波を重畳する。光分岐４は、送出された光出力信号を二つに分岐させ、一方は伝送路に送出し、他方は正弦波抽出回路５へ入力させる。正弦波抽出回路５は、正弦波が重畳された駆動データ信号から正弦波を抽出する。正弦波抽出回路５は、抽出された正弦波成分量に基づいてビットレートの変動を監視し、変動を検出した場合には警報情報を送出する。

図２に、正弦波抽出回路５の構成を示す。正弦波抽出回路５は、光／電気変換回路５１、バンドパスフィルタ５２及び振幅監視回路５３を有する。
光分岐４から入力された光信号は、光／電気変換回路５１によって電気信号に変換される。変換された電気信号は、重畳された正弦波の周波数帯域を透過させるバンドパスフィルタ５２へ入力され、正弦波が再生される。再生された正弦波は、振幅監視回路５３へ入力される。振幅監視回路５３は、正弦波の振幅のピーク値を監視する。ビットレートが変動すると正弦波の周波数成分が変動するため、それに対応してピーク値が変動する。振幅監視回路５３は、ピーク値の変動を監視し、所定の変動幅を超えた場合にはビットレートが変動したと判断し、警報情報を送出する。

図３に、変調器駆動回路１と正弦波重畳回路３との接続状態を示す。変調器駆動回路１と正弦波重畳回路３とはコイル１００を介して接続されている。変調器駆動回路１から出力された駆動データ信号には、正弦波重畳回路３から出力され、コイル１００を通過した正弦波が重畳される。コイル１００は、使用するビットレート周波数に対しては高いインピーダンスを示し、重畳する正弦波の周波数帯域では低いインピーダンスを示す。

図４を用いて周波数成分の検出原理を説明する。
（ａ）はマッハツェンダ型外部変調器の変調特性を示す。（ｂ）は、駆動データ信号及び重畳する正弦波の波形を示す。（ｃ）は、正弦波が重畳された光出力信号を示す。
なお、ここでは（ｂ）の左側及び（ｃ）の上側がマーク側、（ｂ）の右側及び（ｃ）の下側がスペース側に相当するものとして説明するが、逆であっても検出原理は同様である。

図４（ｂ）に示すように、駆動データ信号は、マーク側からスペース側又はスペース側からマーク側に変化する変化点を有している（図４（ｂ）の上下の斜め線の部分）。駆動データ信号に対しては、マーク側、スペース側又は変化点であるかにかかわらず同じ正弦波が重畳される。図４（ａ）に示すようにマッハツェンダ型外部変調器は、光変調特性がコサイン２乗に相当する特性を有しているため、図４（ｃ）に示すように光出力信号は、マーク側とスペース側とで正弦波の成分が減少し、データ符号信号の変化点で正弦波成分が増加する。なお、図４（ｃ）に示すように、正弦波が重畳された光出力信号は、光出力信号のマーク側とスペース側とでは同位相の重畳波形となる。

よって、正弦波が重畳された光出力信号の波形を見た場合、単位時間内にマーク側からスペース側又はその逆に変化する回数が多いほど、周波数成分が多く含まれることとなる。すなわち、ビットレートが高い方が変化点（図４（ｃ）の左右の斜め線部分）が多いこととなるため、重畳された正弦波がマーク側とスペース側とで同位相の場合、変化点が多い方が周波数成分が増加する。このため、ビットレートの低い方に変動すると周波数成分が減少し、抽出された正弦波のピーク値は小さくなる。逆にビットレートが高い方に変動すると、周波数成分が増加し、抽出した正弦波のピーク値は大きくなる。
ピーク値の変動が所定変動幅を超えた場合、振幅監視回路５３はビットレートが変動したと認識し、警報信号を送出する。

低周波を重畳したデータ波形をマッハツェンダ型光変調器を用いて光出力に変調した場合、変調特性が正弦波の二乗のため、スペース側・マーク側（変調特性でいう極大点と極小点）では光出力特性が平ら（傾き０）になっているので、重畳された波形は圧縮されて周波数成分が小さくなる。しかし、光出力特性の変化側ではそのまま周波数成分が変調されるため、周波数成分が大きいまま変調される。
変化側の数は単位時間（例えば１秒）で考えると、通常の信号はマーク率１／２で伝送されるため、ビットレートに比例して変化側の数は増加していく。つまり、ＯＣ−３（１５５Ｍｂｐｓ）に比べてＯＣ１２（６２２Ｍｂｐｓ）は４倍の変化側を持っている。ＯＣ４８（２４８８Ｍｂｐｓ）はさらに４倍の変化側を持っている。このことを利用して、低周波の成分を光出力波形から抽出すると、使用しているビットレートで低周波成分が異なるため、使用しているビットレートの判断が可能となる。

このように、本実施例にかかる光信号送信機３０を用いた伝送装置は、ビットレート変動を監視しているため、伝送路でビットレートの変動が生じたことを把握できる。これにより、信号周波数に依存せず、クロック信号を抽出できる光信号受信器を用いた光伝送システムに対して、上流でビットレートが変動した場合に警報を発することができる。

なお、光信号受信機でクロック抽出を行わず、データ符号信号のみで動作する場合でも、ビットレート監視にクロック信号は使用していないため、光信号送信機３０にてビットレートを監視でき、上流でビットレートが変動した場合に警報を発することができる。

このように、本実施例では、クロック抽出していない光受信機を使用した伝送装置で、間違ったビットレートでの動作がなされないように監視することもできる。

［実施例２］
本発明を好適に実施した第２の実施例について説明する。
図５に、本実施例に係る光信号送信機の構成を示す。第１の実施例と同様の構成であるが、正弦波抽出回路５が警報情報のみならずビットレート情報をも送出する点で相違する。
抽出した正弦波の振幅のピーク値はビットレートに対応しているため、正弦波抽出回路５は、抽出した低周波正弦波の振幅のピーク値から動作しているビットレートを推定してビットレート情報を出力する。正弦波抽出回路５にて検出したピーク値を初期に記録しておいたビットレートごとのピーク値情報と比較し、情報と合致した場合には記録されているビットレートと判断してビットレート情報を出力する。

このように、本実施例に係る光信号送信機は、検出した正弦波の振幅のピーク値を基に動作しているビットレートを推定できる。

なお、上記各実施例は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることなく様々な変形が可能である。

本発明の第１の実施例に係る光信号送信機の構成を示す図である。 正弦波抽出回路の構成を示す図である。 変調器駆動回路と正弦波重畳回路との接続常態を示す図である。 周波数成分の検出原理を示す図である。 第２の実施例に係る光信号受信機の構成を示す図である。 光中継装置の構成を示す図である。 光信号送信機の構成を示す図である。 通信規格によるビットレートの違いを示す図である。

符号の説明

１、２１ 変調器駆動回路
２ 光信号送信機
３ 正弦波重畳回路
４ 光分岐
５ 正弦波抽出回路
１０ 光信号受信機
２０、３０ 光信号送信機
２２ 光変調器
５１ 光／電気変換回路
５２ バンドパスフィルタ
５３ 振幅監視回路
１００ コイル

Claims (6)

1. 光伝送路へ光信号を送出する光信号送信機であって、
   入力されたデータ符号信号を基に、前記データ符号信号とともに供給されるクロック信号に同期した、光変調手段を駆動するための駆動データ信号を生成する駆動データ生成手段と、
   前記駆動データ信号に対して低周波正弦波を重畳する正弦波重畳手段と、
   前記低周波正弦波が重畳された駆動データ信号を光電変換して光出力信号を生成する前記光変調手段と、
   前記光出力信号を２つに分岐する光分岐手段と、
   前記光分岐手段で分岐された前記光出力信号の一方を光電変換する光電変換手段と、前記光電変換手段が出力する電気信号のうち前記低周波正弦波の周波数帯域を通過させる帯域通過手段と、前記帯域通過手段が出力する正弦波の振幅を監視し、前記正弦波の振幅のピーク値の変動が所定の変動幅を超えた場合にビットレートが変動したと判断して警告信号を発する監視手段と、を備える警告手段とを有する光信号送信機。
2. 前記監視手段は、前記正弦波の振幅のピーク値を、予め記録されているビットレートごとのピーク値情報と比較して前記光出力信号のビットレートを特定し、ビットレート情報として出力することを特徴とする請求項１に記載の光信号送信機。
3. 前記正弦波重畳手段は、前記駆動データ信号に対して高インピーダンスで、前記低周波正弦波に対して低インピーダンスを示すコイルを介して前記低周波正弦波を前記駆動データ信号に重畳することを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号送信機。
4. 前記光変調手段は、マッハツェンダ型外部変調器とレーザ光源とからなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光信号送信機。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の光信号送信機と、
   光入力信号を光電変換して前記データ符号信号を生成し、前記光信号送信機へ出力する光信号受信機とを備えた光信号伝送装置。
6. 入力されたデータ符号信号を基に、前記データ符号信号とともに供給されるクロック信号に同期した、光変調手段を駆動するための駆動データ信号を生成し、
   前記駆動データ信号に対して低周波正弦波を重畳し、
   前記低周波正弦波が重畳された駆動データ信号を光電変換して光出力信号を生成し、
   前記光出力信号を２つに分岐し、
   分岐された前記光出力信号の一方を光電変換し、前記光電変換された電気信号のうち前記低周波正弦波の周波数帯域を通過させ、前記周波数帯域を通過した正弦波の振幅を監視し、前記正弦波の振幅のピーク値の変動が所定の変動幅を超えた場合にビットレートが変動したと判断して警告信号を発する、光信号送信方法。

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