JP5924088B2 - 光伝送システム - Google Patents

Description

本件は、光伝送システムに関する。

複数の送信装置において、電気信号を、それぞれ異なる周波数の光信号に変調し、共通の搬送光に多重して受信装置に伝送する光周波数分割多重（ＦＤＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術が知られている（特許文献１参照）。この技術によると、単一周波数の搬送光と、各多重送信装置により生成された各周波数の光変調信号とを、相互位相変調（ＸＰＭ：Ｃｒｏｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）させることより、搬送光を介して複数のデータ信号を受信端に送信することができる。

一方、受信装置は、搬送光を受けて電気信号に変換した後、電気フィルタにより各データ信号を抽出する。したがって、受信装置は、変換前の光信号の状態において各データ信号を抽出する場合とは異なり、各送信装置間、及び波長分離器において高精度な波長制御を行うことがないため、高密度に多重化された複数のデータ信号を容易に抽出することができる。この光ＦＤＭ技術により、複数の送信ノードに入力された映像情報、音声情報、センサ情報、無線通信情報などの複数種類のデータ信号を、単一の伝送路を介して受信ノードに送信し、該受信ノードにおいて各データ信号を取り出すことが可能となる。

特開２０１１−２１５６０３号公報

上記の光ＦＤＭ技術に基づく光伝送システムによると、広帯域な非線形光学媒質により生ずる相互位相変調を利用するため、テラヘルツ（ＴＨｚ）レベルの広い周波数帯域を確保することが可能である。しかし、多重可能なデータ信号の数は、変調可能な周波数帯域の上限値、及び、各データ信号が占有する帯域幅に応じて制限される。このため、広い周波数帯域が存在していても、各データ信号に割り当て可能な周波数は制限される。

そこで本件は上記の課題に鑑みてなされたものであり、周波数帯域を効率的に利用可能な光伝送システムを提供することを目的とする。

本明細書に記載の光伝送システムは、搬送光の伝送路に設けられた複数の非線形光学媒質に、互いに異なる周波数のデータ信号を光変調器により変調してそれぞれ入力することによって、前記データ信号を前記搬送光に多重する複数の多重送信装置と、前記伝送路から入力された前記搬送光を光電変換することにより、前記複数の多重送信装置により多重された前記データ信号の各々を受信する受信装置と、前記複数の多重送信装置のうち、１つの多重送信装置の前記データ信号に使用される帯域幅の２倍の帯域内には、他の多重送信装置の前記データ信号の前記周波数が割り当てられず、前記データ信号に割り当て済みの前記周波数の２倍の周波数が使用されないように、前記複数の多重送信装置の各々の前記光変調器に共通する変調帯域に基づいて利用周波数帯域を特定し、前記利用周波数帯域において、前記データ信号の前記周波数の割り当てを管理する管理装置とを有する。

本明細書に記載の送信装置、受信装置、光伝送システムは、周波数帯域を効率的に利用できるという効果を奏する。

第１実施例に係る光伝送システムの構成図である。 第１実施例の多重送信装置の構成図である。 第１実施例の受信ノードの構成図である。 ２次高調波の影響を例示する各データ信号のスペクトル分布図である。 利用周波数帯域を示すスペクトル分布図である。 周波数帯域の割り当てを示す帯域分布図である。 未使用状態の周波数帯域を含む帯域分布図である。 管理テーブルの一例を示す表である。 管理装置の割り当て処理の動作を示すフロー図である。 第２実施例の多重送信装置の構成図である。 第２実施例の受信ノードの構成図である。 第３実施例に係る光伝送システムの構成図である。 第３実施例の受信ノードの構成図である。 第３実施例の多重送信装置の構成図である。

図１は、第１実施例に係る光伝送システムの構成図である。光伝送システム１は、搬送光源１０と、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２と、受信ノードＮとを含み、受信ノードＮは、受信装置３と、管理装置４とを含む。搬送光源１０と、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）とは、共通の伝送路を構成する光ファイバにより互いに接続されている。また、管理装置４は、該光ファイバとは異なる伝送路の通信ネットワークＮＷを介して、各多重送信装置（１）〜（ｎ）２と接続されている。

複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２は、外部の複数のデータ信号源（１）〜（ｎ）９からそれぞれデータ信号Ｓ１〜Ｓｎが入力される。データ信号Ｓ１〜Ｓｎとしては、例えばイーサネット（登録商標）などのデータ信号、またはセンサ装置からの検出信号が挙げられるが、限定はない。

光伝送システム１は、光周波数分割多重システム（光ＦＤＭ）技術に従って、搬送光源１０の搬送光νｃに、各多重送信装置（１）〜（ｎ）２によって周波数ｆ１〜ｆｎに変調されたデータ信号Ｓ１〜Ｓｎを多重する（グラフＧ０〜Ｇ３参照）。データ信号Ｓ１〜Ｓｎは、受信装置３において、周波数成分ｆ１〜ｆｎごと抽出され、受信される。

図２は、第１実施例の多重送信装置（１）〜（ｎ）２の構成図である。多重送信装置２は、変調信号生成部２０と、合波器２１と、非線形光学媒質２２と、分波器２３と、終端器２４と、制御部２５と、記憶部２６と、通信処理部２７と、選択回路２８と含む。

データ信号源（ｉ）（ｉ＝１〜ｎ、以下同様）９からのデータ信号Ｓｉは、選択回路２８を介して変調信号生成部２０に入力される。選択回路２８は、制御部２５から制御信号ＲＥＱｉが入力されている場合、信号ＲＥＱｉを、データ信号Ｓｉより優先して変調信号生成部２０に出力する。すなわち、選択回路２８は、信号ＲＥＱｉ、及びデータ信号Ｓｉの一方を選択して変調信号生成部２０に出力する。なお、信号ＲＥＱｉは、管理装置４に周波数の割り当てを要求する要求信号である。

変調信号生成部２０は、光変調器２００と、増幅器２０１と、乗算器２０３と、低周波フィルタ２０４と、調整回路２０５と、発振器２０６とを含む。調整回路２０５は、上記の出力信号Ｓｉ，ＲＥＱｉの振幅、及びバイアス電圧を調整する。低周波フィルタ２０４は、例えばＲＣ回路であり、出力信号Ｓｉ，ＲＥＱｉの高周波成分を除去する。

乗算器２０３は、例えばミキサ回路であり、出力信号Ｓｉ，ＲＥＱｉを、発振器２０６から入力された周波数ｆｉの信号に基づいて変調する。発振器２０６は、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）である。制御部２５は、発振器２０６の制御電圧Ｖを設定することによって、発振器２０６の周波数ｆｉを制御する。

制御部２５は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算処理回路であり、所定のプログラムに基づいて処理を行う。なお、制御部２５は、このようにソフトウェアにより機能するものに限定されることはなく、特定用途向け集積回路などのハードウェアにより機能するものであってもよい。

また、記憶部２６は、メモリなどの記憶手段である。記憶部２６は、制御部２５を動作させるプログラムなどを記憶する。

制御部２５は、通信処理を行う通信処理部２７を介して外部の装置と通信する。制御部２５は、操作端末（図示せず）から受信した指示信号ＣＯＭ、または、管理装置４から受信した信号ＲＥＳに従って動作する。信号ＲＥＳは、要求信号ＲＥＱｉに対する応答信号である。例えば、制御部２５は、新たにデータ信号Ｓｉを多重する場合、指示信号ＣＯＭに応じ、周波数ｆｉの割り当てを要求する要求信号ＲＥＱｉを、管理装置４に送信する。このとき、制御部２５は、要求信号ＲＥＱｉを送信するため、発振器２０６に固定周波数ｆ０に対応する電圧Ｖを与える。

要求信号ＲＥＱｉは、データ信号Ｓｉの速度（つまり、ビットレート）に基づく帯域幅Ｂｗｉの情報を含む。管理装置４は、要求信号ＲＥＱｉに応じて、周波数の割り当てを行い、当該周波数ｆｉの情報を含む応答信号ＲＥＳを、通信ネットワークＮＷを介して多重送信装置２に送信する。そして、制御部２５は、該応答信号ＲＥＳが示す周波数ｆｉに対応する電圧Ｖを、発振器２０６に印加する。これにより、データ信号Ｓｉに割り当てられる周波数ｆｉが設定される。なお、応答信号ＲＥＳは、例えば、送信先の多重送信装置（ｉ）２を特定する宛先情報を含み、これにより、多重送信装置（ｉ）２は、該宛先情報を参照して、自装置宛ての応答信号ＲＥＳのみを処理する。

増幅器２０１は、出力信号Ｓｉ，ＲＥＱｉの変調信号を増幅して、光変調器２００に出力する。光変調器２００は、例えばＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、該変調信号を光信号に変換して合波器２１に入力する。なお、光変調器２００は、直接変調を行うＬＤに代えて、外部変調を行うため、例えばマッハ・ツェンダ変調器、またはＬＮ（Ｌｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）変調器を用いてもよい。この場合、光変調器２００に光を出力する光源（ＬＤなど）が設けられる。

合波器２１は、例えば光カプラであり、搬送光νｃの伝送路と接続されている。周波数ｆｉの光信号は、搬送光νｃとともに非線形光学媒質２２に入力される。周波数ｆｉの光信号と、搬送光νｃとは、非線形光学媒質２２により相互位相変調を起こす。これにより、データ信号Ｓｉ、または要求信号ＲＥＱｉが、搬送光νｃに多重される。

非線形光学媒質２２による光相互変調として、相互位相変調による光位相変調、及び、光パラメトリック効果による光強度変調などが挙げられる。また、非線形光学媒質２２としては、例えば、光ファイバ、周期分極反転ニオブ酸リチウム、半導体光増幅器、またはシリコン細線導波路などの高屈折率差光導波路などを採用できる。

光ファイバを用いる場合、高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ：Ｈｉｇｈ ＮｏｎＬｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）、または、非線形屈折率が高まるように、コアにゲルマニウム、もしくはビスマスなどがドープされた光ファイバや導波路が用いられる。また、モードフィールドを小さくすることにより光パワー密度を高めたファイバや導波路構成、カルコゲナイドを用いたファイバや導波路構成、及びフォトニック結晶ファイバや導波路構成を採用してもよい。

さらに、他の非線形光学媒質２２としては、量子井戸構造の半導体光アンプ、量子ドット半導体光アンプ、シリコンフォトニクス型導波路、及び、三光波混合などの２次非線形光学効果を発生させるデバイスなどが挙げられる。このデバイスを用いる場合、該デバイスは、例えば、擬似位相整合構造を有するＬｉＮｂＯ_３導波路、ＧａＡｌＡｓ素子、または２次非線形光学結晶などを用いることができる。

周波数ｆｉの光信号は、非線形光学媒質２２における相互位相変調の後、非線形光学媒質２２に接続された分波器２３によって分波して、終端器２４において終端してもよい。これにより、周波数ｆｉの光信号は、搬送光νｃの伝送路から除去されるため、隣接する多重送信装置（ｉ＋１）２の多重化処理への影響が低減される。なお、分波器２３は、例えばＷＤＭカプラ（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）である。

このように、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２は、搬送光νｃの伝送路に設けられた複数の非線形光学媒質２２に、互いに異なる周波数ｆ１〜ｆｎのデータ信号Ｓ１〜Ｓｎを光変調器２００により変調してそれぞれ入力する。これにより、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２は、データ信号Ｓ１〜Ｓｎを搬送光νｃに多重する。なお、各多重送信装置（ｉ）２が多重するデータ信号Ｓｉは、単一の周波数に限定されず、周波数が互いに異なる複数のデータ信号の多重信号であってもよい。

一方、図３は、第１実施例の受信ノードＮの構成図である。受信装置３は、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）３０と、分波器３１と、複数組のチューナブル・バンドパスフィルタ３２、増幅器３３、及び復調回路３４とを有する。管理装置４は、制御部４０と、記憶部４１とを含む。

まず、受信装置３について説明する。ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）３０は、搬送光νｃを光電気変換（ＯＥ変換）して、変換により得た電気信号を分波器３１に出力する。分波器３１は、該電気信号を、インピーダンスを実質的に均一に維持したまま、複数のチューナブル・バンドパスフィルタ３２にそれぞれ出力する。

複数のチューナブル・バンドパスフィルタ３２は、制御部４０により設定された中心周波数ｆ０〜ｆｎ、及び帯域幅ＢＷｉの電気信号を通過させる。複数の増幅器３３は、複数のチューナブル・バンドパスフィルタ３２を通過した電気信号をそれぞれ増幅する。複数の復調回路３４は、該電気信号を復調することによって、各周波数ｆ１〜ｆｎのデータ信号Ｓ１〜Ｓｎ、及び要求信号ＲＥＱｉを抽出する。復調回路３４は、例えば、データ信号Ｓ１〜Ｓｎの変調方式に応じて、該データ信号を復調させる包絡線検波器、二乗検波器、位相検波器、または周波数検波器である。なお、受信装置３は、光直接検波、ヘテロダイン検波、またはコヒーレント検波を用いて、受信処理を行ってもよい。

このように、受信装置３は、伝送路から入力された搬送光νｃを光電変換することにより、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２により多重されたデータ信号Ｓ１〜Ｓｎの各々を受信する。また、上述したように、要求信号ＲＥＱｉは、固定周波数ｆ０の信号として搬送光νｃに多重されており（グラフＧ４参照）、復調回路３４により抽出された要求信号ＲＥＱｉは、管理装置４の制御部４０に出力される。

制御部４０は、データ信号Ｓ１〜Ｓｎの周波数ｆ１〜ｆｎの割り当てを管理する。既に述べたように、制御部４０は、多重送信装置（ｉ）２から周波数割り当ての要求信号ＲＥＱｉを受信し、割り当てた周波数を、応答信号ＲＥＳにより多重送信装置（ｉ）２に通知する。また、制御部４０は、中心周波数ｆｉ、及び帯域幅ＢＷｉをチューナブル・バンドパスフィルタ３２に設定する。ここで、制御部４０は、帯域幅ＢＷｉを要求信号ＲＥＱｉから取得する。

制御部４０は、例えばＣＰＵなどの演算処理回路であり、所定のプログラムに基づいて処理を行う。なお、制御部４０は、このようにソフトウェアにより機能するものに限定されることはなく、特定用途向け集積回路などのハードウェアにより機能するものであってもよい。

また、記憶部４１は、メモリなどの記憶手段である。記憶部２６は、制御部２５を動作させるプログラム、及び、周波数ｆ０〜ｆｎの割り当てを管理するための管理テーブル４１０などを記憶する。

制御部４０は、ＷＤＭ技術より狭い間隔に基づき、各データ信号Ｓｉの中心周波数ｆｉ、及び帯域幅ＢＷｉを管理する。これは、ＷＤＭ技術が、１００（ＧＨｚ）、または５０（ＧＨｚ）などの所定の間隔（いわゆるＩＴＵ−Ｔグリッド）による波長多重技術であるのに対し、光ＦＤＭ技術は、一定波長の搬送光νｃに数ＭＨｚ〜数ＧＨｚの間隔で周波数多重する技術であるからである。

受信装置３は、各データ信号Ｓｉが周波数多重された搬送光νｃを、単一のＰＤ３０により光電気変換して、信号ごとに電気的に処理するから、該変換時、各信号Ｓｉに高調波成分が生ずる。この高調波は、各信号Ｓｉの間におけるクロストークの原因となる。上述したように、制御部４０は、狭い間隔によって、各データ信号Ｓｉの中心周波数ｆｉ、及び帯域幅ＢＷｉを管理するため、クロストークの問題は重要である。クロストークを回避する目的に従うと、各データ信号Ｓｉの中心周波数の間隔は、より広い方が好ましい。他方、該間隔が広いほど、多重可能なデータ信号Ｓｉの数は減少する。このため、信号品質、及び多重可能数は、トレードオフの関係を有する。

そこで、制御部４０は、周波数の割り当てに先立ち、ＰＤ３０による光電変換時に生ずる高調波の影響が回避されるように、光変調器２００の変調帯域に基づいて利用周波数帯域を特定する。光変調器２００の変調帯域は、例えば、外部の操作端末（図示せず）から、設定信号ＣＦＧとして入力される。該変調帯域は、各多重送信装置（１）〜（ｎ）２において共通であり、ＬＤにより直接変調を行う場合、例えば１０（ＧＨｚ）程度が上限である。なお、ＬＮ変調器などにより外部変調を利用する場合、変調帯域は、数十（ＧＨｚ）が上限となる。

以下に、高調波の影響を回避する帯域の特定手法について説明する。図４は、２次高調波の影響を例示する各データ信号のスペクトル分布図である。図中、例として、低周波数帯域Ｆａに、１００（Ｍｂｐｓ）の帯域幅を有する４つのチャネル（つまり、データ信号）が、高周波数帯域Ｆｂに、１（Ｇｂｐｓ）の帯域幅を有する３つのチャネルが、割り当てられている。低周波数帯域Ｆａの各信号の中心周波数は、４（ＧＨｚ）、５（ＧＨｚ）、６（ＧＨｚ）、及び７（ＧＨｚ）であり、他方、高周波数帯域Ｆｂの各信号の中心周波数は、８（ＧＨｚ）、１１（ＧＨｚ）、及び１３（ＧＨｚ）である。

これらの信号を、光ＦＤＭ技術により多重した場合、低周波数帯域Ｆａの各信号の２次高調波Ｆｈは、２倍の周波数である８（ＧＨｚ）、１０（ＧＨｚ）、１２（ＧＨｚ）、及び１４（ＧＨｚ）を中心周波数として生ずる（各点線を参照）。このとき、高調波Ｆｈの帯域は、高周波数帯域Ｆｂの各信号のサイドローブと部分的に重なるに過ぎないので、高周波数帯域Ｆｂに対する高調波Ｆｈの影響は、実質的に生じない。

一方、図中の点線で示されるように、仮に、４．５（ＧＨｚ）を中心周波数とする信号を割り当てた場合、該周波数の２倍である９（ＧＨｚ）を中心周波数とする高調波が生ずる（一点鎖線を参照）。この高調波は、９（ＧＨｚ）の信号のメインローブと重なるため、当該信号の品質を劣化させてしまう（図中の「ＮＧ」参照）。

上述した原理に基づき、管理装置４の制御部４０は、より広い帯域内に、より多くのデータ信号が多重可能となるように、各データ信号Ｓｉの多重に用いられる利用周波数帯域を特定する。図５は、利用周波数帯域を示すスペクトル分布図である。図中、Ｆｍａｘは、光変調器２００に固有の変調可能帯域である。また、Ｆｘは、利用周波数帯域の幅であり、Ｆｃｅｎｔｅｒは、利用周波数帯域の中心周波数である。なお、本説明は、２次高調波のみを対象とする。

利用周波数帯域の特定手法は、次の２つの点に従う。一方は、データ信号Ｓｉに使用される帯域幅の２倍の帯域内には、他のデータ信号の周波数を割り当てることができない点である。例えば、１００（ＭＨｚ）の帯域幅の信号を割り当てた場合、当該信号の中心周波数に対して±１００（ＭＨｚ）の帯域内に他信号の中心周波数を割り当てることは不可能である。他方は、図４を参照して述べたとおり、割り当て済みの信号の中心周波数の２倍の周波数は、当該信号の２次高調波成分と重なるために使用不可能である点である。

上記の２つの点から次式が得られる。
Ｆｘ≦Ｆｍａｘ／２ （式１）
２・（Ｆｃｅｎｔｅｒ−Ｆｘ／２）≧２（Ｆｃｅｎｔｅｒ＋Ｆｘ／２） （式２）

したがって、上記の式１、及び式２に基づき、以下のように理想的なＦｃｅｎｔｅｒが算出される。
Ｆｃｅｎｔｅｒ＝（３／４）・Ｆｍａｘ （式３）

例えば、１０（ＧＨｚ）の変調帯域を有する光変調器２００を使用する場合、Ｆｍａｘ＝１０であるから、式３に従って、Ｆｃｅｎｔｅｒ＝７．５（ＧＨｚ）となる。そして、Ｆｘ＝３（ＧＨｚ）の帯域幅内に各信号を割り当てる場合、利用周波数帯域は、７．５±１．５（ＧＨｚ）、つまり、６〜９（ＧＨｚ）となる。なお、式３によらず、単に、Ｆｍａｘ／２〜Ｆｍａｘを利用周波数帯域としてもよい。このように、管理装置４は、２次高調波の影響を回避する場合、光変調器２００の変調帯域Ｆｍａｘの中心周波数（つまり、Ｆｍａｘ／２）より高い帯域から、利用周波数帯域を特定する。

また、２次高調波だけではなく、３次以上の高調波成分も考慮した場合、式２と同様に次式が得られる。
Ｎ・（Ｆｃｅｎｔｅｒ−Ｆｘ／２）≧２（Ｆｃｅｎｔｅｒ＋Ｆｘ／２） （式４）
ここで、Ｎ＝２，３，・・・・である。

したがって、式４に基づき、以下のように理想的なＦｃｅｎｔｅｒが算出される。
Ｆｃｅｎｔｅｒ≧（Ｎ＋１）／{２・（Ｎ−１）}・Ｆｘ （式５）

例えば、１０（ＧＨｚ）の変調帯域を有する光変調器２００を使用して、Ｆｘ＝４（ＧＨｚ）の帯域幅内に各信号を割り当てる場合、２次高調波成分の影響を回避するとき、式５により、６．０±２．０（ＧＨｚ）、つまり、４〜８（ＧＨｚ）となる。また、３次高調波成分の影響を回避するとき、４．０±２．０（ＧＨｚ）、つまり、２〜６（ＧＨｚ）となり、４次高調波成分の影響を回避するとき、３．３３±２．０（ＧＨｚ）、つまり、１．３３〜５．３３（ＧＨｚ）となる。さらに、２次、及び３次高調波成分の両方の影響を回避する場合、上記の４〜８（ＧＨｚ）、及び２〜６（ＧＨｚ）に共通する帯域である４〜６（ＧＨｚ）を利用周波数帯域とする。なお、他の次数の高調波成分に関しても同様の手法により利用周波数帯域が得られる。

管理装置４の制御部４０は、上述した手法により特定された利用周波数帯域において、各データ信号Ｓｉの周波数ｆｉ（中心周波数）の割り当てを管理する。図６は、周波数帯域の割り当てを示す帯域分布図である。図中、帯域Ｂ０は、要求信号ＲＥＱｉに割り当てられ、帯域Ｂ１〜Ｂ３は、データ信号Ｓ１〜Ｓ３にそれぞれ割り当てられているとする。また、利用周波数帯域（Ｆｘ参照）は、２次高調波成分の影響が回避されるように、Ｆｍａｘ／２〜Ｆｍａｘに帯域内に設定されているものとする。

管理装置４の制御部４０は、データ信号Ｓ１〜Ｓ３が使用する各帯域間に未使用の帯域が生じないように、利用周波数帯域の下限Ｆ＿ｌｏｗｅｒから順次に周波数を割り当てる。ここで、下限Ｆ＿ｌｏｗｅｒは、既に述べたようにＦｃｅｎｔｅｒ−Ｆｘ／２である。

制御部４０は、新たに多重するデータ信号Ｓｉに使用される帯域の下限が、使用中の帯域Ｂ０〜Ｂ３の上限と接するように、割り当て済みの全帯域Ｂ０〜Ｂ３の上限Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）を算出し、この上限Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）を基準として割り当てを行う。つまり、制御部４０は、利用周波数帯域のうち、割り当て済みの全帯域Ｂ０〜Ｂ３の上限Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）、及び、新たに多重するデータ信号が占有する帯域幅ＢＷｉに基づいて、該データ信号Ｓｉに割り当てる周波数Ｆ＿ａｄｄ（中心周波数）を決定する。このとき、以下の式が成立する。
Ｆ＿ａｄｄ＝Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）＋ＢＷｉ＋α （式６）
ここで、αは、隣の帯域Ｂ３との間に設けられる間隔である。なお、帯域幅ＢＷｉは、要求信号ＲＥＱｉに含まれる。

そして、新たに多重されたデータ信号Ｓｉが使用する帯域の上限、つまり、割り当て後のＦ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）は、以下の式により算出される。
Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）＝Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）＋２・（ＢＷｉ＋α） （式７）

また、利用周波数帯域の外に帯域を割り当てることは不可能であるから、以下の条件式が成立する。
Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）≦Ｆ＿ｌｉｍｉｔ （式８）
ここで、制限値Ｆ＿ｌｉｍｉｔは、利用周波数帯域の上限であり、Ｆｃｅｎｔｅｒ＋Ｆｘ／２である。

制御部４０は、要求信号ＲＥＱｉを受信した場合、式６に基づいて算出した周波数Ｆ＿ａｄｄを、割り当てる周波数として応答信号ＲＥＳに含め、多重送信装置（ｉ）２に送信する。そして、制御部４０は、式７に基づいて、新たなＦ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）を算出する。

このように、制御部４０は、新たに多重するデータ信号Ｓｉに周波数ｆｉを割り当てるために、割り当て済みの帯域の上限Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）をポインタとして利用し、式６に従って割り当てる周波数Ｆ＿ａｄｄを算出する。また、制御部４０は、次回の割り当てに備えて、式７に従って新たなＦ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）を算出する。したがって、管理装置４は、簡便に、効率的な割り当て処理を行うことができる。

また、さらに効率的な割り当て処理を実現するために、管理装置４は、使用されなくなった帯域から周波数の再割り当てを行ってもよい。図７は、未使用状態の周波数帯域を含む帯域分布図である。図には、例として、図６の帯域Ｂ１，Ｂ３が未使用になった場合が示されている（点線を参照）。

多重送信装置（ｉ）２は、データ信号Ｓｉの多重を停止する場合、停止を要求する要求信号ＲＥＱｉを送信する。本例の場合、管理装置４に対して、多重送信装置（１），（３）２から帯域割り当ての停止を要求する要求信号ＲＥＱｉが送信され、制御部４０は、該要求信号ＲＥＱｉに応じて、帯域Ｂ１，Ｂ３の割り当てを停止する。このため、利用周波数帯域の中に、間隔をおいて２つの未使用状態の帯域Ｂ１，Ｂ３が生ずる。制御部４０は、未使用状態の帯域Ｂ１，Ｂ３を、割り当て済みの帯域とともに、管理テーブル４１０により管理し、新たに多重するデータ信号Ｓｉに割り当てる。

図８には、管理テーブル４１０の一例が示されている。管理テーブル４１０には、管理番号、ノードＩＤ、帯域幅、占有帯域幅、中心周波数、及び使用状態が、対応付けられて記録されている。

管理番号は、制御部４０が、管理テーブル４１０内のデータを識別するために付与する番号であり、例えば時系列に付与される。ノードＩＤは、周波数を割り当てたデータ信号Ｓｉを送信する多重送信装置２の識別情報を示す。なお、未使用状態の帯域については、ノードＩＤは記録されない（「−」を参照）。

帯域幅は、データ信号Ｓｉが占有する帯域幅ＢＷｉ、または未使用状態の帯域幅を示す。占有帯域幅は、帯域幅の２倍の幅を示す。なお、上記の間隔αが設定されている場合、占有帯域幅は、帯域幅の２倍の幅に、２×αが加算された値となる。使用状態は、当該帯域が、使用中、及び未使用の何れであるかを示す。つまり、使用状態は、割り当て済みの帯域について使用中を示し、他方、要求信号ＲＥＱｉにより停止が要求された帯域について未使用を示す使用情報である。

このように、管理装置４は、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２の各々について、データ信号Ｓｉに割り当てられた周波数、帯域幅、及び使用情報が記録された管理テーブル４１０を有する。そして、管理装置４は、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２の何れかがデータ信号Ｓｉの多重を停止した場合、該多重送信装置（ｉ）に対応する使用情報を、未使用を示す状態に更新する。これにより、管理装置４は、帯域割り当ての管理を簡便に行い、さらに、未使用状態の帯域から周波数の再割り当てを容易に行うことができる。

図９は、管理装置４の割り当て処理の動作を示すフロー図である。制御部４０は、多重送信装置（ｉ）２から周波数割り当ての要求信号ＲＥＱｉを受信した場合（ステップＳｔ１のＹＥＳ）、未使用状態の帯域の有無を確認する（ステップＳｔ２）。この処理において、制御部４０は、管理テーブル４１０を参照し、使用状態が未使用を示す帯域を検索する。一方、要求信号ＲＥＱｉを受信していない場合（ステップＳｔ１のＮＯ）、制御部４０は、処理を終了する。

制御部４０は、未使用状態の帯域が存在する場合（ステップＳｔ２のＹＥＳ）、要求信号ＲＥＱｉに含まれる帯域幅ＢＷｉに基づいて、２×ＢＷｉが当該未使用状態の帯域の占有帯域幅以下であるか否かを判定する（ステップＳｔ３）。この処理において、制御部４０は、管理テーブル４１０を参照し、当該未使用状態の帯域の占有帯域幅を取得して、２×ＢＷｉと比較する。

比較の結果、２×ＢＷｉが当該未使用状態の帯域の占有帯域幅以下である場合（ステップＳｔ３のＹＥＳ）、制御部４０は、当該未使用状態の帯域内の周波数を、対応するデータ信号Ｓｉに割り当てる（ステップＳｔ４）。割り当て手法は、図６を参照して述べたものと同様である。つまり、制御部４０は、未使用状態の各帯域について、Ｆｉ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）を算出し、Ｆｉ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）に基づき、新たに多重するデータ信号Ｓｉに割り当てる周波数Ｆｉ＿ａｄｄを決定する（図７参照）。

一方、２×ＢＷｉが当該未使用状態の帯域の占有帯域幅以下ではない場合（ステップＳｔ３のＮＯ）、制御部４０は、管理テーブル４１０を参照して、他の未使用状態の帯域を検索し（ステップＳｔ７）、再びステップＳｔ２から処理を行う。

周波数の割り当て後、制御部４０は、管理テーブル４１０を更新する（ステップＳｔ５）。この処理において、制御部４０は、割り当てた周波数ｆｉ、及び帯域幅ＢＷｉなどを管理テーブル４１０に登録する。また、制御部４０は、未使用状態の帯域に余剰帯域が存在する場合、つまり、当該未使用状態の帯域の占有帯域幅−２×ＢＷｉ＞０である場合、当該余剰帯域を、新たな未使用状態の帯域として、管理テーブル４１０に登録する。

次に、制御部４０は、要求信号ＲＥＱｉの送信元の多重送信装置（ｉ）２に、割り当てた周波数ｆｉを通知する（ステップＳｔ６）。この通知は、応答信号ＲＥＳとして送信される。制御部４０は、通知後に処理を終了する。なお、ステップＳｔ５及びステップＳｔ６は、処理順序が互いに逆であってもよい。

一方、制御部４０は、管理テーブル４１０内に未使用状態の帯域が存在しない場合（ステップＳｔ２）、Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）≦Ｆ＿ｌｉｍｉｔが成立するか否かを判定する（ステップＳｔ８）。ここで、Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）は、上記の式７に基づいて算出される。また、Ｆ＿ｌｉｍｉｔは、上述したように、利用周波数帯域の上限値、つまりＦｃｅｎｔｅｒ＋Ｆｘ／２である。

Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）≦Ｆ＿ｌｉｍｉｔが成立する場合（ステップＳｔ８のＹＥＳ）、制御部４０は、上記の式６に基づいて周波数Ｆ＿ａｄｄを算出して、当該データ信号Ｓｉに割り当てる（ステップＳｔ９）。割り当てが完了すると、制御部４０は、管理テーブル４１０の更新処理（ステップＳｔ５）、及び割り当てた周波数Ｆ＿ａｄｄ（ｆｉ）の通知処理（ステップＳｔ６）を行う。

一方、Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ＋１）≦Ｆ＿ｌｉｍｉｔが成立しない場合（ステップＳｔ８のＮＯ）、制御部４０は、割り当て可能な周波数が存在しないと判断し、その旨を当該多重送信装置（ｉ）２に、応答信号ＲＥＳによって通知する（ステップＳｔ１０）。制御部４０は、通知後に処理を終了する。

このように、管理装置４は、管理テーブル４１０内の使用情報に基づいて、利用周波数帯域内に未使用状態の帯域が存在すると判断した場合、未使用状態の帯域内の周波数ｆｉを、新たに多重するデータ信号Ｓｉに割り当てる。したがって、割り当て済みの帯域が未使用状態になった場合において、管理装置４は、当該帯域内の周波数を再割り当てでき、限られた帯域のリソースを、より効率的に利用することが可能である。

これまで説明した帯域割り当ての手法は、割り当て済みの帯域の上限Ｆ＿ｕｐｐｅｒ（ｔ）を基準としたものであったが、これとは逆に、割り当て済みの帯域の下限を基準としてもよい。この場合、管理装置４は、利用周波数帯域の上限、つまりＦｃｅｎｔｅｒ＋Ｆｘ／２から順次に周波数を割り当て、割り当て済みの全帯域の下限をポインタとして算出する。したがって、管理装置４は、利用周波数帯域のうち、割り当て済みの全帯域の下限、及び、新たに多重するデータ信号が占有する帯域幅ＢＷｉに基づいて、該データ信号に割り当てる周波数を決定する。このとき、割り当ての制限Ｆ＿ｌｉｍｉｔは、利用周波数帯域の下限、つまりＦｃｅｎｔｅｒ−Ｆｘ／２となる。この場合においても、上述した内容と同様に、効率的な割り当て処理が行われる。

また、上述した第１実施例において、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２は、データ信号Ｓｉの多重を開始するとき、利用周波数帯域内の所定の周波数ｆ０の要求信号ＲＥＱｉを搬送光νｃに多重する。つまり、要求信号ＲＥＱｉは、利用周波数帯域内の周波数大域を用いて送信される。そして、管理装置４は、受信装置３を介して受信した要求信号ＲＥＱｉに応じて、データ信号Ｓｉに周波数を割り当てる。したがって、要求信号ＲＥＱｉは、他のデータ信号Ｓｉと同様の手法により送受信が可能であるから、他と異なる特別な送信手段、及び受信手段を用いることがなく、簡便で低コストな制御システムが実現される。もっとも、要求信号ＲＥＱｉの送信手段は、これに限定されることはない。

図１０は、第２実施例の多重送信装置２の構成図である。図中、第１実施例と同一の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。第２実施例において、要求信号ＲＥＱｉは、搬送光νｃの波長λｃとは異なる他の波長λｒｑの信号として送信される（グラフＧ５を参照）。

本実施例の多重送信装置２は、変調信号生成部２０と、合波器２１と、非線形光学媒質２２と、分波器２３と、終端器２４と、制御部２５と、記憶部２６と、通信処理部２７と、合波器５０と、要求信号変調部５１とを含む。制御部２５は、要求信号ＲＥＱｉを、波長λｒｑの光源と光変調器とを含む要求信号変調部１に出力して、波長λｒｑの光信号に変調する。この光信号は、ＷＤＭカプラなどの合波器５０を介して伝送路に入力される。

一方、図１１は、第２実施例の受信ノードＮの構成図である。図中、第１実施例と同一の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施例の受信装置３は、分波器３５と、ＰＤ３０，３６と、分波器３１と、複数組のチューナブル・バンドパスフィルタ３２、増幅器３３、及び復調回路３４とを有する。分波器３５は、伝送路から入力された搬送光λｃ（νｃ）、及び、要求信号ＲＥＱｉを変調して得た光信号λｒｑを、ＰＤ３０，３６にそれぞれ分波する。ＰＤ３６は、波長λｒｑの光信号を光電変換することにより要求信号ＲＥＱｉを得て、制御部４０に出力する。

本実施例において、複数の多重送信装置(１）〜（ｎ）２は、データ信号Ｓｉの多重を開始するとき、搬送光νｃとは異なる波長光の要求信号ＲＥＱｉを、伝送路を介して受信装置３に送信する。そして、管理装置４は、受信装置３を介して受信した要求信号ＲＥＱｉに応じて、データ信号Ｓｉに周波数ｆｉを割り当てる。したがって、搬送光νｃ、及び要求信号ＲＥＱｉが、互いに独立して処理されるため、仮に、搬送光源１０が故障した場合であっても、要求信号ＲＥＱｉの送信は可能であり、通信の信頼性が向上する。

また、上述した第１及び第２実施例において、管理装置４は、搬送光νｃの伝送路とは異なる他の通信ネットワークＮＷを介して、応答信号ＲＥＳを各多重送信装置（ｉ）２に送信するが、これに限定されない。図１２は、第３実施例に係る光伝送システム１の構成図である。本実施例において、応答信号ＲＥＳは、搬送光νｃと同一の伝送路を介し、搬送光νｃの波長λｃとは異なる他の波長λｒｓの信号として送信される（グラフＧ６を参照）。

図１３は、第３実施例の受信ノードＮの構成図である。図中、第１実施例と同一の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施例の受信装置３は、ＷＤＭフィルタ３８と、ＰＤ３０と、分波器３１と、複数組のチューナブル・バンドパスフィルタ３２、増幅器３３、及び復調回路３４と、光変調器３７とを有する。光変調器３７は、例えばＬＤであり、制御部４から入力された応答信号ＲＥＳを、波長λｒｓの光信号に変調してＷＤＭフィルタ３８に出力する。なお、光変調器３７として、ＬＮ変調器を採用し、外部変調により応答信号ＲＥＳの変調処理を行ってもよい。

ＷＤＭフィルタ３８は、異なる波長の２つの光が、互いに反対方向に伝送される伝送路を、波長ごとの伝送路に分岐するデバイスである。ＷＤＭフィルタ３８は、伝送路から入力された搬送光λｃ（νｃ）をＰＤ３０に導き、他方、光変調器３７から入力された波長λｒｓの光信号を、該伝送路へと導く。

図１４は、第３実施例の多重送信装置２の構成図である。図中、第１実施例と同一の構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

多重送信装置２は、変調信号生成部２０と、合波器２１と、非線形光学媒質２２と、分波器２３，４２と、終端器２４と、制御部２５と、記憶部２６と、通信処理部２７と、選択回路２８と、ＷＤＭフィルタ４４，４５と、ＰＤ４３とを含む。ＷＤＭフィルタ４４，４５は、上記のＷＤＭフィルタ３８と同様である。

ＷＤＭフィルタ４４は、受信装置３から伝送路を介して入力された波長λｒｓの光信号を、分波器４２に導き、他方、分波器２３から入力された搬送光λｃ（νｃ）を該伝送路に導く。分波器４２は、例えば光カプラであり、波長λｒｓの光信号を分波して、ＷＤＭフィルタ４５、及びＰＤ４３に導く。ＰＤ４３は、波長λｒｓの光信号を光電変換し、これにより得た応答信号ＲＥＳを通信処理部２７に出力する。

ＷＤＭフィルタ４５は、搬送光λｃ（νｃ）を該伝送路に導くとともに、隣の多重送信装置（ｉ−１）２が受信するように、波長λｒｓの光信号を伝送路に導く。このため、応答信号ＲＥＳは、受信装置３と伝送路を介して接続された全ての多重送信装置（１）〜（ｎ）２において受信される。応答信号ＲＥＳは、宛先の多重送信装置（１）〜（ｎ）２を識別する宛先情報を含むため、多重送信装置（１）〜（ｎ）２は、宛先情報を参照して、自装置宛ての応答信号ＲＥＳのみを処理する。なお、本実施例において、ＷＤＭフィルタ４４，４５に代えて、光サーキュレータなどの光方向性結合器を有する他のデバイスを用いてもよい。

このように、本実施例において、管理装置４は、データ信号Ｓｉに周波数ｆｉを割り当てるとき、搬送光λｃ（νｃ）とは異なる波長光λｒｓの制御信号ＲＥＳを、搬送光λｃ（νｃ）と共通の伝送路を介して、複数の多重送信装置（１）〜（ｎ）２に送信する。したがって、本実施例の管理装置４は、第１及び第２実施例とは異なり、他の通信ネットワークＮＷを用いることなく、単一の伝送路を用いて、要求信号ＲＥＱｉ、及び応答信号ＲＥＳを送受信するため、低コストな制御系が実現される。

また、これまで述べた実施例において、管理装置４は、要求信号ＲＥＱｉに含まれる帯域幅ＢＷｉに基づいて、割り当てる周波数ｆｉを決定するが、これに限定されない。例えば、管理テーブル４１０が、管理装置４、及び多重送信装置（ｉ）２の間において共有され、多重送信装置（ｉ）２は、管理テーブル４１０に基づいて周波数ｆｉを決定し、要求信号ＲＥＱｉに含めて管理装置４に送信してもよい。この場合、管理装置４は、例えば、一定周期、または管理テーブル４１０の更新時に、管理テーブル４１０を各多重送信装置（ｉ）２に送信し、多重送信装置２は、受信した管理テーブル４１０を記憶部２６に記憶するとよい。

また、受信装置３は、チューナブル・バンドパスフィルタ３２を用いて、各データ信号Ｓｉを取り出すようにしたが、これに限定されない。例えば、受信装置３は、通過する周波数、及び帯域が互いに異なる複数のバンドパスフィルタを備え、複数のバンドパスフィルタのうち、割り当てた周波数、及び帯域に該当するフィルタを個別に選択してデータ信号Ｓｉを取り出してもよい。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１ 光伝送システム
２ 多重送信装置
２００ 光変調器
３ 受信装置
４ 管理装置
４１０ 管理テーブル
νｃ 搬送光
Ｓｉ データ信号
ｆｉ 周波数
ＲＥＱｉ 要求信号
ＲＥＳ 応答信号

Claims (10)

1. 搬送光の伝送路に設けられた複数の非線形光学媒質に、互いに異なる周波数のデータ信号を光変調器により変調してそれぞれ入力することによって、前記データ信号を前記搬送光に多重する複数の多重送信装置と、
   前記伝送路から入力された前記搬送光を光電変換することにより、前記複数の多重送信装置により多重された前記データ信号の各々を受信する受信装置と、
   前記複数の多重送信装置のうち、１つの多重送信装置の前記データ信号に使用される帯域幅の２倍の帯域内には、他の多重送信装置の前記データ信号の前記周波数が割り当てられず、前記データ信号に割り当て済みの前記周波数の２倍の周波数が使用されないように、前記複数の多重送信装置の各々の前記光変調器に共通する変調帯域に基づいて利用周波数帯域を特定し、前記利用周波数帯域において、前記データ信号の前記周波数の割り当てを管理する管理装置とを有することを特徴とする光伝送システム。
2. 前記管理装置は、前記利用周波数帯域の上限、または下限から順次に前記周波数を割り当てることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記管理装置は、前記利用周波数帯域のうち、割り当て済みの全帯域の上限、または下限、及び、新たに多重するデータ信号が占有する帯域幅に基づいて、該データ信号に割り当てる周波数を決定することを特徴とする請求項２に記載の光伝送システム。
4. 前記管理装置は、前記複数の多重送信装置の各々について、前記データ信号に割り当てられた周波数、前記帯域幅、及び使用情報が記録された管理テーブルを有し、前記複数の多重送信装置の何れかが前記データ信号の多重を停止した場合、該多重送信装置に対応する前記使用情報を、未使用を示す状態に更新することを特徴とする請求項３に記載の伝送システム。
5. 前記管理装置は、前記使用情報に基づいて、前記利用周波数帯域内に未使用状態の帯域が存在すると判断した場合、前記未使用状態の帯域内の周波数を、新たに多重するデータ信号に割り当てることを特徴とする請求項４に記載の伝送システム。
6. 前記複数の多重送信装置は、前記データ信号の多重を開始するとき、前記利用周波数帯域内の所定の周波数の要求信号を前記搬送光に多重し、
   前記管理装置は、前記受信装置を介して受信した前記要求信号に応じて、前記データ信号に周波数を割り当てることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の伝送システム。
7. 前記複数の多重送信装置は、前記データ信号の多重を開始するとき、前記搬送光とは異なる波長光の要求信号を、前記伝送路を介して前記受信装置に送信し、
   前記管理装置は、前記受信装置を介して受信した前記要求信号に応じて、前記データ信号に周波数を割り当てることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の伝送システム。
8. 前記管理装置は、前記データ信号に周波数を割り当てるとき、前記搬送光とは異なる波長光の制御信号を、前記伝送路を介して、前記複数の多重送信装置に送信することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の伝送システム。
9. 前記管理装置は、前記光変調器の変調帯域の中心周波数より高い帯域から、利用周波数帯域を特定することを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の伝送システム。
10. 搬送光の伝送路に設けられた複数の非線形光学媒質に、互いに異なる周波数のデータ信号を光変調器により変調してそれぞれ入力することによって、前記データ信号を前記搬送光に多重する複数の多重送信装置と、
    前記伝送路から入力された前記搬送光を光電変換することにより、前記複数の多重送信装置により多重された前記データ信号の各々を受信する受信装置と、
    前記複数の多重送信装置の各々の前記光変調器に共通する変調帯域に基づいて利用周波数帯域を特定し、前記利用周波数帯域において、前記データ信号の前記周波数の割り当てを管理する管理装置とを有し、
    前記管理装置は、Ｆｘを前記利用周波数帯域の幅とし、Ｆｃｅｎｔｅｒを前記利用周波数帯域の中心周波数とし、Ｎを２以上の整数としたとき、以下の式（１）及び（２）の条件
    （１）Ｎ・（Ｆｃｅｎｔｅｒ−Ｆｘ／２）≧２（Ｆｃｅｎｔｅｒ＋Ｆｘ／２）
    （２）Ｆｃｅｎｔｅｒ≧（Ｎ＋１）／{２・（Ｎ−１）}・Ｆｘ
    が満たされるように、前記利用周波数帯域を特定することを特徴とする光伝送システム。

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