JP6349696B2 - 光送信装置、光受信装置および光通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信技術に関するものであり、特に光信号のパワーをモニタする技術に関するものである。

情報通信社会の発展とともに高速で大容量のデータ通信が必要となり、光通信ネットワークの重要性が高まっている。光通信ネットワークにおいては大容量のデータの伝送のために、各波長の光信号を多重化して伝送する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing；ＷＤＭ）方式が広く用いられている。また、近年では基幹ネットワークを中心にさらなる大容量の通信に対応するため、光位相変調方式と偏光多重方式を組み合わせて光信号を伝送しデジタル信号処理により信号を分離するデジタルコヒーレント方式が用いられることがある。デジタルコヒーレント方式では、受信装置において入力される波長多重光信号と所定の波長の局発光とを干渉させることにより、波長多重光信号に含まれる所定の波長の光信号のみを選択して受信することができる。そのため、デジタルコヒーレント方式の受信装置は、受光部の前段に所定の波長の光信号を選択するための波長フィルタや分波器を必要としない。よって、デジタルコヒーレント方式の受信装置では光学部品の構成の簡素化が可能になっている。

また、光通信ネットワークの重要性の高まりとともに通信が停止することなく安定的に継続されることへの要求が高くなっている。そのため、光通信ネットワークにおける通信の安定性を高めるための対応が様々な側面から行われている。通信の安定性を高めるための方策としては、例えば、光通信ネットワークの装置や信号の通信状態をモニタして異常の有無の確認が行われている。しかし、デジタルコヒーレント方式では、波長多重光がそのまま受信装置に入力されるため、所定の波長を分岐して測定するモニタ方法はそのままでは適用できない。そのため、デジタルコヒーレント方式に適した光信号のパワーのモニタ技術が必要となり得る。波長分割多重方式の光通信ネットワークにおける光信号のパワーのモニタに関する技術の開発は盛んに行われてきている。波長分割多重方式の光通信ネットワークにおける光信号のパワーのモニタに関する技術としては、例えば、特許文献１に開示された技術がある。

特許文献１には、主信号に波長多重されているパイロット信号のパワーを基に自装置において挿入されてくる光信号のパワーを調整する技術が示されている。特許文献１では、光通信装置にパイロット信号が主信号とともに波長多重されて入力され、波長多重された光信号からパイロット信号を分波して測定することにより入力されてくる光信号のパワーの監視を行っている。特許文献１では、パイロット信号のパワーと自装置において挿入されてくる光信号のパワーの比が一定となるように挿入されてくる光信号のパワーを調整している。挿入されてくる光信号は、経路上で分岐等が繰り返し行われたことによりパワーが低下していることがある。主信号と波長多重されているパイロット信号のパワーを基に挿入されてくる光信号のパワーを調整することにより、挿入されてくる光信号のパワーを光通信ネットワークで伝送するために必要な所定の範囲内に調整することが出来るとしている。特許文献１では、このように信号のパワーを補正することにより、光信号の伝送を正常に行うことが可能になるとしている。

また、特許文献２には、ＷＤＭ方式の光通信ネットワークにおいて、各波長の光信号にサブキャリアを重畳して伝送し、サブキャリアにより監視信号を送信する技術が示されている。特許文献２では、主信号およびサブキャリアは強度変調方式により変調が行われている。光通信ネットワークに備えられた中継装置や受信装置は、主信号に重畳されたサブキャリアを用いた監視信号に基づいて、増幅器の利得の変更などを行う。特許文献２では全ての波長の信号にサブキャリアを重畳しているので、各波長の信号ごとに信号の伝送先が異なった場合でも、各伝送先でサブキャリアを用いた監視信号による装置の制御や監視が可能であるとしている。

特開２００３−３３２９８３号公報 特開平１０−１２６３４１号公報

しかしながら、特許文献１および２に開示された技術は次のような点で十分ではない。特許文献１では、分波回路で光信号を分波して所定の波長の光信号のパワーを測定している。そのため、受光部の前段に分波素子や波長フィルタを備えた装置にしか適用することができない。デジタルコヒーレント方式では、受信装置の入力部に分波器を備えず、光信号の受光部に全ての波長の光信号が入力される。よって、特許文献１の技術は、波長多重光から所定の波長の光を選択受信しつつ、受信波長のみのパワーをモニタしたいという用途に用いることはできない。そのため、特許文献１の技術はデジタルコヒーレント方式の光通信ネットワークにおいて光信号のパワーをモニタするための技術としては十分ではない。

また、特許文献２は、強度変調方式により変調されている主信号に重畳されたサブキャリアを用いて監視信号の伝送を行う技術に関するものである。特許文献２では、サブキャリアを用いた監視信号により伝送路上に備えられた装置の監視や制御を行っている。特許文献２には、所定の光信号のパワーのみをモニタする技術は開示されていない。また、デジタルコヒーレント方式の光通信ネットワークでは、主信号は位相変調方式による変調が行われるが、特許文献２では、位相変調方式の主信号にサブキャリアを重畳する技術は開示されていない。よって、特許文献２の技術は、位相変調方式であるデジタルコヒーレント方式の光通信ネットワークにおいて所定の光信号のパワーのみをモニタするための技術としては十分ではない。

本発明は、波長多重光信号から所定の波長の光を選択的に受信しつつ、当該受信光の光パワーをモニタすることができる光受信装置を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の光受信装置は、受信部と、検出部と、モニタ部とを備えている。受信部は、入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、波長多重光信号から複数の周波数成分を含む所定の波長を選択的に受信する。検出部は、受信部で受信された光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出する。モニタ部は検出部にて検出された周波数成分のパワーをモニタする。

また、本発明の光送信装置は、送信部と、変調部と、合波部とを備えている。送信部は、位相変調された第１の光信号を送信する。変調部は、第１の光信号を強度変調する。合波部は、第１の光信号と第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力する。

また、本発明の光通信方法は、位相変調された第１の光信号を送信し、第１の光信号を強度変調し、第１の光信号と第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力する。

本発明によると、波長多重光信号から所定の波長の光を選択的に受信しつつ、当該受信光の光パワーをモニタすることができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第３の実施形態における装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態における装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態の変調量の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態における装置の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態における送信時の信号のパワーと変調量の関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態における受信時の変調量と信号のパワーの関係を示す図である。

本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態の光受信装置の構成の概要を示したものである。本実施形態の光受信装置２００は、受信部２０１と、検出部２０２と、モニタ部２０３とを備えている。

受信部２０１は、入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、波長多重光信号から複数の周波数成分を含む所定の波長を選択的に受信する。検出部２０２は、受信部２０１で受信された光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出する。モニタ部２０３は検出部２０２にて検出された周波数成分の強度をモニタする。

本実施形態の光受信装置は、入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、干渉によって生じた複数の周波数成分から所定の周波数成分の検出を行い、検出された周波数成分の強度をモニタしている。その結果、検出された周波数成分の強度に基づいて自装置が受信した光信号のパワーを算出することができる。従って、波長多重光信号から所定の波長の光を選択的に受信しつつ、当該受信光の光パワーをモニタすることができる。

本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は本実施形態の光送信装置の構成の概要を示したものである。本実施形態の光送信装置１００は、送信部１０１と、変調部１０２と、合波部１０３とを備えている。

送信部１０１は、位相変調された第１の光信号を送信する。変調部１０２は、第１の光信号を強度変調する。合波部１０３は、第１の光信号と第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力する。

本実施形態の光送信装置は、送信部１０１から送信された位相変調された光信号に、変調部１０２が強度変調を行い、強度変調を行った光信号と他の波長の光信号と合波して出力している。従って、受信装置において波長多重光信号が入力されても、位相変調成分を基に光信号を受信し、強度変調成分を基に送信部１０１から送信された光信号のパワーをモニタすることができる。結果、受信側において所定の波長の光を選択的に受信しつつ、当該受信光の光パワーをモニタすることが可能な波長多重光信号を送信することができる。

また、第２の実施形態の光送信装置と、第１の実施形態の光受信装置とを備える構成は、デジタルコヒーレント方式の光通信システムに用いることができる。第２の実施形態の光送信装置から出力された波長多重信号が伝送路を介して、第１の実施形態の光受信装置に入力される。

本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図３は本実施形態の光通信システムの構成の概要を示したものである。本実施形態の光通信システムは、図３に示すように光送信装置１０と、伝送路５０と、光受信装置３０とを備えている。光送信装置１０と光受信装置３０は伝送路５０を介して接続されている。光送信装置１０と光受信装置３０との間で伝送路５０を介して行われる光信号の通信には、波長分割多重方式およびデジタルコヒーレント方式が用いられる。光送信装置１０は、他の伝送装置から入力される信号を伝送路５０で伝送を行うための光信号に変調して光受信装置３０へと送信する装置である。また、光受信装置３０は、伝送路５０を介して光送信装置１０から受信する信号を復調して他の伝送装置へと送信する装置である。

本実施形態の光通信システムでは、光送信装置１０は光信号を送信する際に、光受信装置３０の側で伝送路５０を介して受信する主信号のパワーをモニタするための信号を、送信する光信号に含めて送信する。光信号のパワーをモニタするための信号は、データの伝送に用いる各波長の主信号とは異なる周波数成分を用いて送信される。各波長の主信号のパワーをモニタするための信号には、各波長の主信号のパワーをモニタするための情報が強度変調によって付与されて光送信装置１０から送信される。光受信装置３０は、光送信装置１０の側で強度変調が行われた信号の測定結果を基に各波長の主信号のパワーのモニタを行う。

本実施形態の光送信装置１０の構成について説明する。図４は光送信装置１０の構成の概要を示している。図４に示すように、光送信装置１０は、光電気変換回路１１と、信号生成回路１２と、光信号送信部１３と、合波部１４とを備えている。光信号送信部１３は伝送路５０で伝送される光信号の波長の数に対応した台数が備えられている。

光電気変換回路１１は入力される光信号を電気信号に変換する機能を有する。光電気変換回路１１は光信号を電気信号に変換するための光電変換素子として、内部にフォトダイオードを備えている。光電気変換回路１１は、光信号から変換した電気信号をデジタル信号に変換して信号生成回路１２に出力する機能を有する。信号生成回路１２は、光電気変換回路１１から入力された信号を基に長距離送信用の送信フレームを生成する機能を有する。信号生成回路１２は、生成した送信フレームに基づいたデータを、各波長の光信号に対応した光信号送信部１３に出力する。

光信号送信部１３は、信号生成回路１２から入力されたデータを基に伝送路５０での伝送に用いられる光信号を生成して合波部１４に出力する機能を有する。本実施形態では伝送路５０での伝送に用いられる各波長の光信号は、偏波と位相変調を用いたＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）変調信号として生成される。位相変調には、ＱＰＳＫ方式以外の変調方式を用いることもできる。

図５は、光信号送信部１３の構成の概要を示したものである。図５に示すように、光信号送信部１３は、信号光出力部２１と、位相変調部２２と、強度変調部２３と、可変光減衰器２４と、光検出回路２５と、光レベル制御回路２６と、変調量制御回路２７とを備えている。

信号光出力部２１は、光信号送信部１３に割り当てられた波長の光を出力する半導体レーザを備えている。信号光出力部２１が出力する光の波長は、光通信システムの設計に基づいて設定されている。位相変調部２２は、信号光出力部２１から入力された光に信号生成回路１２から入力されたデータを基に位相変調を行う機能を有する。位相変調部２２は、信号光出力部２１から入力された光信号をＸ偏波とＹ偏波に偏波分離する。位相変調部２２は、信号生成回路１２からのデータに基づいてＸ偏波およびＹ偏波のそれぞれの光信号について位相変調を行う。位相変調部２２は、位相変調を行ったＸ偏波およびＹ偏波の光信号について偏波合成を行って光信号を強度変調部２３へと出力する。

強度変調部２３は、位相変調部２２から入力される光信号に所定の周波数で強度変調を施して可変減衰器２４へと出力する機能を有する。強度変調部２３は、変調量制御回路２７から送られてくる変調量の情報に基づいて強度変調を施す。本実施形態では、所定の周波数で強度変調を施した信号を強度変調信号と呼ぶことにする。強度変調信号は、光受信装置３０側で、主信号のパワーをモニタするために用いる信号である。所定の周波数は、主信号に用いられる周波数帯域よりも十分に低周波の周波数としてあらかじめ設定されている。

可変光減衰器２４は、強度変調部２３から入力された光信号を減衰させ所定のパワーの光信号に調整して出力する機能を有する。主信号の減衰量を示す情報は、光レベル制御回路２６から入力される。可変光減衰器２４には、例えば、マッハツェンダー型の光減衰器を用いることができる。

光検出回路２５は、光信号のパワーを測定して測定結果を光レベル制御回路２６および変調量制御回路２７へと送る機能を有する。

光レベル制御回路２６は、光検出回路２５から送られてくる光信号のパワーの測定結果を基に、可変光減衰器２４から出力される光信号が所定のパワーとなるように可変光減衰器２４での減衰量を算出する機能を有する。光レベル制御回路２６は、減衰量を算出すると光信号の減衰量の情報を示す信号を可変光減衰器２４へと送る機能を有する。

変調量制御回路２７は、光検出回路２５から送られてくる光信号のパワーの測定結果の情報を基に、強度変調部２３で光信号に所定の周波数で強度変調を施す際の変調量を算出する機能を有する。本実施形態の変調量とは図６に示す通り、光信号のパワーの最大値と最小値との差、すなわち振幅のことをいう。図６は横軸に時間、縦軸に光信号の送信時のパワーを示したグラフである。変調量制御回路２７は、強度変調部２３が強度変調を施す際の変調量を算出すると変調量を示す信号を強度変調部２３へと送る機能を有する。

合波部１４は、合波素子を備え、各光信号送信部１３から送られてくる光信号を合波して伝送路５０へと出力する機能を有する。合波素子としては、例えば、アレイ導波路回折格子を用いることができる。

伝送路５０は光ファイバおよび中継装置等で構成され、光送信装置１０と光受信装置３０との間で波長分割多重方式の光信号を伝送する機能を有する。

本実施形態の光受信装置３０の構成について説明する。図７は光受信装置３０の構成の概要を示している。図７に示すように、光受信装置３０は、光信号分岐部３１と、光信号受信部３２と、電気光変換回路３３と、光受信パワーモニタ回路３４とを備えている。光信号受信部３２は伝送路５０で伝送される光信号の波長の数に対応した台数で備えられている。

光信号分岐部３１は、光カプラ等で構成され伝送路５０から入力される光信号を均等に分岐して光信号受信部３２へと送る機能を有する。光信号分岐部３１では各光信号受信部３２に入力される光信号のパワーが同じになるように光信号の分岐が行われる。また、光信号分岐部３１で分岐され各光信号受信部３２に入力される光信号は、分岐前に含まれる全ての波長の光信号を含む。

図８は光信号受信部３２の構成の概要を示している。光信号受信部３２は、入力される光信号を電気信号に変換して電気光変換回路３３へと出力する機能を有する。また、光信号受信部３２は、光信号に含まれて入力される強度変調信号から変換された電気信号を測定して、光信号受信部３２に割り当てられた波長の光信号のパワーを算出する機能を有する。図８に示すように、光信号受信部３２は、偏波分離部４１と、光ハイブリッド回路４２と、光電気変換部４３と、電気増幅回路４４と、アナログデジタル変換回路４５と、信号処理回路４６とを備えている。また、光信号受信部３２は、局発光発振部４７と、フィルタ回路４８と、信号レベル検出回路４９とをさらに備えている。

偏波分離部４１は偏波分離素子を備えており、入力された光信号をＸ偏波とＹ偏波に偏波分離してそれぞれを出力する機能を有する。光ハイブリッド回路４２は、偏波分離部４１から入力される光信号と局発光発振部４７から入力される光信号、すなわち局発光を合波して出力する機能を有する。偏波分離部４１からのＸ偏波の光信号と局発光発振部４７からのＸ偏波の光信号は、同一の光ハイブリッド回路４２に入力される。また、偏波分離部４１からのＹ偏波の光信号と局発光発振部４７からのＹ偏波の光信号は、同一の光ハイブリッド回路４２に入力される。光ハイブリッド回路４２は入力された光信号を合波するための光信号の経路を２つ有する。光ハイブリッド回路４２は、局発光発振部４７から入力される光信号を偏波分離部４１から入力される光信号に合波するための経路として、経路長の異なる２つの経路を有する。局発光発振部４７から入力された光信号が通る２つの経路の経路長は、それぞれの経路を通った光信号の位相の差が合波時に９０度異なるように設計されている。光ハイブリッド回路４２は２つの経路で合波した２つの光信号をそれぞれ光電気変換部４３へと出力する。Ｘ偏波とＹ偏波それぞれについて２つの経路で合波が行われて光信号が出力されるので、光ハイブリッド回路４２からは合計４つの経路からの光信号が出力される。

光電気変換部４３は入力される光信号を電気信号に変換する機能を有する。光電気変換部４３は、光信号を電気信号に変換する光電変換素子としてフォトダイオードを備えている。光電気変換部４３は、光ハイブリッド回路４２から入力される光信号を電流信号に変換して電気増幅回路４４へと出力する。電気増幅回路４４は、光電気変換部４３から入力される電気信号を増幅して出力する機能を有する。電気増幅回路４４は、光電気変換部４３から入力される電流信号を電圧信号に変換し所定の増幅を行って出力するトランスインピーダンスアンプとして構成される。アナログデジタル変換回路４５は、電気増幅回路４４から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して、信号処理回路４６へと出力する機能を有する。光電気変換部４３、電気増幅回路４４およびアナログデジタル変換回路４５は、光ハイブリット回路４２の４つの経路から出力されてくる光信号にそれぞれ対応するように備えられている。信号処理回路４６は、信号処理回路４６に入力される電気信号を基に、伝送路５０を介しての光信号の伝送時の信号の歪み補償等の補正処理を行い、信号を復調して出力する機能を有する。信号処理回路４６から出力された電気信号は光信号受信部３２から出力されて電気光変換回路３３へと送られる。

局発光発振部４７は所定の波長の光を局発光として出力する半導体レーザを備えている。半導体レーザが出力する光の波長は、光通信システムの設計に応じて設定されている各光信号受信部３２が受信する光信号の波長に応じて設定される。局発光発振部４７は出力部に偏波分離素子を備え、Ｘ偏波とＹ偏波に偏波分離した光信号をそれぞれ出力する機能を有する。

フィルタ回路４８は、所定の周波数を中心とした所定の周波数帯域よりも高周波側と低周波側の電気信号を減衰させ雑音を除去する機能を有する。すなわち、フィルタ回路４８は、入力される電気信号のうち、所定の周波数帯域の電気信号のみを追加させる機能を有する。所定の周波数は、光信号受信部３２に割り当てられた波長の光信号に光送信装置１０が付加した強度変調信号の周波数に対応した周波数として設定されている。所定の周波数帯域は、所定の周波数の電気信号を検出するのに十分な帯域幅を持つように設定される。フィルタ回路４８には各電気増幅回路４４からの出力された電気信号の一部がそれぞれ分岐されて入力される。

信号レベル検出回路４９は、４つの経路から入力される電気信号の電圧の振幅を測定する機能を有する。信号レベル検出回路４９は、強度変調信号に対応した所定の周波数の電気信号の電圧の振幅から、強度変調信号の振幅を算出する。信号レベル検出回路４９は、光電気変換部４３で受信する光のパワーの情報と出力される電流値の関係の情報、電気増幅回路４４における電流と電圧の関係の情報、電気増幅回路４４での増幅率の情報等をあらかじめ保存している。信号レベル検出回路４９は、光信号受信部３２に割り当てられた波長の主信号のパワーを強度変調信号の振幅の値から算出する。信号レベル検出回路４９は４つの経路から入力される電気信号の電圧の測定値を基にそれぞれ算出される強度変調信号の振幅の平均値から主信号のパワーを算出する。信号レベル検出回路４９は、光送信装置１０が、強度変調信号に強度変調を行う際の、主信号のパワーと強度変調信号の変調量の関係をあらかじめ保存している。信号レベル検出回路４９は、あらかじめ記憶している光送信装置１０側での主信号のパワーと強度変調信号の変調量の関係を基に、光受信装置３０が受信した強度変調信号の振幅から主信号のパワーを推定することができる。信号レベル検出回路４９は、算出した主信号のパワーの情報を光受信パワーモニタ回路３４へと送る機能を有する。

電気光変換回路３３は入力される電気信号を光信号に変換して他の伝送装置へと出力する機能を有する。電気光変換回路３３は、入力された電気信号を光受信装置３０からの出力用の各波長の光信号に変換する。電気光変換回路３３は、各波長の光信号を出力する半導体レーザを備え、合波素子により各波長の光信号を多重化して出力する。

光受信パワーモニタ回路３４は、各波長の光信号に対応した光信号受信部３２から送られてくる主信号のパワーの値をモニタする機能を有する。光受信パワーモニタ回路３４は、主信号のパワーの値が所定の閾値を下回ったときに、主信号の受信パワーに異常があるとの情報を出力する。光受信パワーモニタ回路３４から出力された情報は、光通信システムの監視装置等に送られる。

本実施形態の光通信システムにおいて光送信装置１０から主信号と主信号に重畳された強度変調信号が送信され、光受信装置３０で強度変調信号から主信号の受信パワーを算出する際の動作について説明する。

波長分割多重方式の光信号が他の伝送装置から通信回線を介して光送信装置１０へ入力されたとする。光送信装置１０に入力された光信号は、光電気変換回路１１へと入力される。光電気変換回路１１に入力された光信号は、分波素子により分波され各波長の信号ごとに光電変換素子により電気信号に変換される。電気信号に変換された信号はデジタル信号に変換されて光電気変換回路１１から出力される。光電気変換回路１１から出力された信号は信号生成回路１２へと送られる。信号生成回路１２に信号が入力されると、入力された信号を基に伝送路５０で伝送するデータで構成される送信フレームを生成する。生成された送信フレームのデータの信号は信号生成回路１２から出力されて、伝送路５０で用いられる各波長の光信号に対応した光信号送信部１３に入力される。

光信号送信部１３に信号が入力されると、入力された信号は位相変調部２２へと送られる。位相変調部２２は、信号光出力部２１から入力される光信号に信号生成回路１２から入力された信号を基にした位相変調を行って、伝送路５０で伝送するための光信号を生成する。本実施形態では伝送路５０で伝送する各波長の光信号はＤＰ−ＱＰＳＫ変調信号として生成される。位相変調部２２で生成された光信号は、強度変調部２３へと送られる。

強度変調部２３に光信号が入力されると、入力された光信号に所定の周波数で強度変調が施される。本実施形態では所定の周波数は周波数Ｆとして設定されているとする。強度変調を行う際の変調量を示す信号は、変調量制御回路２７から入力される。所定の周波数Ｆで強度変調が施されると光信号は可変光減衰部２４に出力される。

可変光減衰器２４に光信号が入力されると、可変光減衰器２４は、光レベル制御回路２６から送られてくる減衰量の情報に基づいて、入力された光信号の減衰を行う。減衰処理が行われた光信号は、可変光減衰器２４から出力される。可変光減衰器２４から出力された光信号は、光信号送信部１３から出力されて合波部１４へと送られる。合波部１４は、各波長に対応した光信号送信部１３から出力される光信号を合波して、伝送路５０へと送信する。

可変光減衰器２４から出力された光信号の一部は、光信号送信部１３から出力される前に分岐されて光検出回路２５へと送られる。光検出回路２５に光信号が入力されると、光検出回路２５は、光信号のパワーを測定する。光検出回路２５は、光信号のパワーの測定結果の情報を光レベル制御回路２６および変調量制御回路２７へと送る。光レベル制御回路２６は、光信号のパワーの測定結果の情報を受け取ると、可変光減衰器２４から出力された光信号のパワーが所定の設定値となるような減衰量を算出する。減衰量の変化と出力パワーの変化の関係などの可変光減衰器２４の特性に関する情報はあらかじめ光レベル制御回路２６に保存されている。光レベル制御回路２６は、光信号の減衰量を算出すると、光信号の減衰量の情報を示す信号を可変光減衰器２４へと出力する。

変調量制御回路２７は、光信号のパワーの測定結果の情報を受け取ると、強度変調部２３が光信号に所定の周波数Ｆで強度変調を施す際の変調量を算出する。図９は光信号のパワーの平均値と強度変調信号の変調量の関係を示したものである。図９の横軸は、光検出回路２５で測定される光信号のパワーの平均値を示したものである。また、図９の縦軸は強度変調信号の変調量、すなわち光信号に周波数Ｆで強度変調を施す際の変調量を示したものである。図９に示すように、強度変調信号の変調量は、光信号のパワーの平均値に比例するように設定される。すなわち、変調量制御回路２７は、送信する光信号のパワーが小さいときには、強度変調信号の変調量が小さくなるように変調量を設定する。また、変調量制御回路２７は、送信する光信号のパワーが大きいときには、強度変調信号の変調量が大きくなるように変調量を設定する。光信号のパワーの平均値には、可変光減衰器２４が、光検出回路２５で測定された光信号のパワーに基づいて光信号の減衰量の設定値の変更を行った後、光信号のパワーが安定した状態での平均値が用いられる。また、変調量制御回路２７は可変光減衰器２４で信号が減衰される分を考慮して変調量を算出する。このように光信号のパワーに応じて光信号に強度変調を施す際の変調量を設定することにより、光受信装置３０の側は受信した強度変調信号の変調量から主信号のパワーの大きさを推定することができる。変調量制御回路２７は、光信号に所定の周波数Ｆで強度変調を施す際の変調量を算出すると変調量を示す信号を強度変調部２３へと出力する。

光送信装置１０から伝送路５０へと出力された光信号は、伝送路５０で伝送されて光受信装置３０へと入力される。

伝送路５０から光受信装置３０に入力された光信号は、光信号分岐部３１に入力される。光信号分岐部３１は入力された光信号を均等に分岐して光信号受信部３２へと送る。光信号分岐部３１で分岐されて各光信号受信部３２に入力される光信号の平均のパワーは同じである。また、各光信号受信部３２に入力される光信号は伝送路５０で伝送された全ての波長の光信号と各波長の光信号に重畳された強度変調信号を含む。光信号受信部３２に入力された光信号は偏波分離部４１でＸ偏波とＹ偏波の光信号に偏波分離される。偏波分離されたＸ偏波とＹ偏波の光信号はそれぞれ光ハイブリッド回路４２へと入力される。また、局発光発振部４７から出力された所定の波長のＸ偏波とＹ偏波の光信号もそれぞれ光ハイブリッド回路４２へと入力される。偏波分離部４１からのＸ偏波の光信号と局発光発振部４７からのＸ偏波の光信号は同一の光ハイブリッド回路４２に入力される。また、偏波分離部４１からのＹ偏波の光信号と局発光発振部４７からのＹ偏波の光信号は同一の光ハイブリッド回路４２に入力される。

偏波分離部４１および局発光発振部４７から光信号が入力されると、光ハイブリッド回路４２は２つの光信号を合波して出力する。光ハイブリッド回路４２は、２つの合波経路を用いて合波を行い、局発光発振部４７からの光信号の位相が９０度異なるように合波された２つの光信号を出力する。光ハイブリッド回路４２は、Ｘ偏波およびＹ偏波についてそれぞれ２つの合波経路を用いて合波を行うので、合計４つの光信号が出力される。光ハイブリッド回路４２の各合波経路で合波された４つの光信号はそれぞれ光電気変換部４３へと送られる。光電気変換部４３は入力された各光信号を電気信号に変換して出力する。光電気変換部４３では、光信号受信部３２に入力された各波長の光信号と局発光発振部４７から入力された光信号の差分周波数に相当する周波数の電気信号が出力される。また、光電気変換部４３では、光信号受信部３２に入力された各波長の光信号に重畳された強度変調信号の周波数に対応した電気信号が出力される。光電気変換部４３から出力される電気信号は、フォトダイオードにより光信号から変換された電流信号として出力される。光電気変換部４３から出力された電気信号は電気増幅回路４４へと送られる。電気増幅回路４４へ電気信号が入力されると、電気増幅回路４４は入力された電流信号を電圧信号に変換して、所定の出力電圧となるように増幅を行って出力する。所定の出力電圧は、後段のアナログデジタル変換回路４５が入力信号を確実に検出できる電圧値となるように設定される。電気増幅回路４４から出力された電気信号はアナログデジタル変換回路４５へと送られる。また、電気増幅回路４４から出力された電気信号の一部は分岐されてフィルタ回路４８へと送られる。

アナログデジタル変換回路４５に入力された電気信号はデジタル信号に変換されて、信号処理回路４６へと送られる。信号処理回路４６に信号が入力されると、信号の歪み補償等の信号の補正処理が行われ、信号の復調処理が行われる。信号処理回路４６において復調された信号は、光信号受信部３２から出力されて電気光変換回路３３へと送られる。電気光変換回路３３へ入力された電気信号は、各波長の光信号に変換されて多重化されて出力される。電気光変換回路３３から出力された光信号は光受信装置３０から出力されて、他の伝送装置へと送られる。光受信装置３０から出力される光信号は波長ごとに異なる伝送装置へと送られる構成とすることもできる。

フィルタ回路４８に電気信号が入力されると、電気信号の雑音の除去が行われる。電気信号の雑音の除去は、強度変調信号に割り当てられた光信号に対応した周波数成分以外の電気信号を除去することにより行われる。フィルタ回路４８では強度変調信号に対応した周波数帯域よりも高周波側と低周波側の電気信号を減衰させて雑音を除去する処理が行われる。フィルタ回路４８において雑音の除去が行われた電気信号は信号レベル検出回路４９へと送られる。フィルタ回路４８には４つの経路から分岐された電気信号がそれぞれ入力され、強度変調信号に対応した周波数以外の周波数の電気信号の減衰処理が行われて出力される。信号レベル検出回路４９は、電気信号が入力されると電気信号の電圧の振幅を測定する。信号レベル検出回路４９は、４つの経路から入力された電気信号の電圧の振幅をそれぞれ測定すると、測定した電圧の振幅から強度変調信号の変調量を算出する。信号レベル検出回路４９は、強度変調信号の変調量を算出すると、４つの経路からの電気信号の電圧の測定値を基にそれぞれ算出した変調量の平均値を基に強度変調信号が重畳されていた主信号のパワーを算出する。

図１０は、強度変調信号の変調量と主信号のパワーの関係を示したものである。図１０は、横軸に縦軸に強度変調信号の変調量を示し、縦軸に強度変調信号が重畳されている主信号のパワーの平均値を示している。光送信装置１０は主信号のパワーと強度変調信号の変調量の比が一定となるように強度変調信号を変調して送信している。そのため、受信側の光受信装置３０においても図１０に示すように強度変調信号の変調量と主信号のパワーの比が一定となる関係を用いて、強度変調信号の変調量主信号のパワーを推定することができる。よって、光受信装置３０は、強度変調信号から変換された電気信号の測定結果を基に、強度変調信号が重畳された主信号の受信時のパワーを推定することができる。信号レベル検出回路４９は４つの経路から入力された電気信号の電圧の振幅の測定結果を基に主信号のパワーを算出すると、主信号のパワーの情報を光受信パワーモニタ回路３４へと送る。

光受信パワーモニタ回路３４は、各波長に対応した光信号受信部３２から主信号のパワーの情報を受け取ると、受け取った主信号のパワーの値を所定の閾値と比較する。光受信パワーモニタ回路３４は、光信号の受信状態を判断するための所定の閾値をあらかじめ保存している。主信号のパワーが所定の閾値を下回っているときは、光受信パワーモニタ回路３４は、光通信システムの監視装置等に、主信号のパワーが所定の閾値を下回っている情報を波長の情報とともに送る。

本実施形態の光通信システムでは、受信側が入力部に分波素子や波長フィルタを備えない構成の場合でも、所定の主信号のパワーのみを検出することができる。受信側の入力部に分波素子等を備えない場合は、各波長の光信号の受信用に備えられた光電変換素子には他の波長の光信号も同時に入力される。そのような場合、複数の波長の信号が入力されるため、波長ごとの光信号の受光パワーは光電変換素子の部分では直接検出することができない。本実施形態の光通信システムでは、光信号を局発光と合波して電気信号に変換した後に、所定の波長に重畳された強度変調信号の周波数に対応した電気信号の振幅の測定を行っている。また、強度変調信号の振幅の測定結果を基に、強度変調信号が重畳されていた波長の光信号の受信時のパワーの算出が行われている。そのため、光信号の受信部が分波素子や波長フィルタを備えないような構成の場合においても、強度変調信号の光信号の測定結果を基に所定の光信号の受信時のパワーを算出することができる。その結果、本実施形態の光通信システムでは、光学部品等の追加による装置構成の複雑化を抑制しつつ、所定の光信号のパワーのみをモニタすることができる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、前記波長多重光信号から複数の周波数成分を含む前記所定の波長の光信号を選択的に受信する受信部と、
前記受信部で受信された光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出する検出部と、
前記検出部にて検出された周波数成分のパワーをモニタするモニタ部と
を備えることを特徴とする光受信装置。

（付記２）
前記モニタ部は前記検出部にて検出された前記所定の周波数成分のパワーのモニタ結果を基に、前記所定の波長の光信号のパワーをモニタすることを特徴とする付記１に記載の光受信装置。

（付記３）
前記検出部は前記受信部から出力された前記波長多重光信号の偏光状態および前記局発光の位相の組み合わせが異なる信号ごとに含まれる前記所定の周波数成分を検出することを特徴とする付記１または２いずれかに記載の光受信装置。

（付記４）
位相変調された第１の光信号を送信する送信部と、
前記第１の光信号を強度変調する変調部と、
前記第１の光信号と前記第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力する合波部と
を備えることを特徴とする光送信装置。

（付記５）前記第１の光信号の主信号とは異なる所定の周波数成分を有する信号で強度変調を行うことを特徴とする付記４に記載の光送信装置。

（付記６）
前記第１の光信号のパワーを測定して測定結果を出力する強度測定部と、
前記第１の光信号のパワーと強度変調の変調量が所定の関係を満たすように前記強度変調の変調量を制御する変調量制御部と
をさらに備えることを特徴とする付記４または５いずれかに記載の光送信装置。

（付記７）
前記第１の光信号のパワーと前記強度変調の変調量が比例するように前記所定の関係が設定されていることを特徴とする付記６に記載の光送信装置。

（付記８）
前記変調部が強度変調を行う周期よりも長い時間の前記測定結果を基に、前記第1の光信号のパワーが所定の設定値となるように減衰量を判断する減衰量判断部と、
前記変調部と前記強度測定部の間で、前記減衰量を基に前記第１の光信号の減衰を行う減衰部と
をさらに備えることを特徴とする付記４または５いずれかに記載の光送信装置。

（付記９）
前記強度変調の変調量の時間変化が正弦波となるように強度変調が行われることを特徴とする付記４から９いずれかに記載の光送信装置。

（付記１０）
付記４から９いずれかに記載の光送信装置と、
付記１から３いずれかに記載の光受信装置とを備え、
前記光送信装置から出力された前記第１の光信号を含む波長多重光信号が、前記光受信装置に入力されることを特徴とする光通信システム。

（付記１１）
位相変調された第１の光信号を送信し、
前記第１の光信号を強度変調し、
前記第１の光信号と前記第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力することを特徴とする光通信方法。

（付記１２）
前記第１の光信号とは異なる所定の周波数成分を有する信号で強度変調を行うことを特徴とする付記１１に記載の光通信方法。

（付記１３）
前記第１の光信号のパワーを測定して測定結果を出力し、
前記第１の光信号のパワーと強度変調の変調量が所定の関係を満たすように前記強度変調の変調量を制御することを特徴とする付記１１または１２いずれかに記載の光通信方法。

（付記１４）
前記第１の光信号のパワーと前記強度変調の変調量が比例するように前記所定の関係が設定されていることを特徴とする付記１３に記載の光通信方法。

（付記１５）
強度変調を行う周期よりも長い時間の前記測定結果を基に、前記第１の光信号のパワーが所定の設定値となるように減衰量を判断し、
前記第1の光信号の強度変調とパワーの測定の間で、前記減衰量を基に前記第１の光信号の減衰を行うことを特徴とする付記１４に記載の光通信方法。

（付記１６）
前記強度変調の変調量の時間変化が正弦波となるように強度変調を行うことを特徴とする付記１１から１５いずれかに記載の光通信方法。

（付記１７）
ネットワークを介して入力された入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、
前記波長多重光信号から複数の周波数成分を含む前記所定の波長の光信号を選択的に受信し、
前記受信部で受信された光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出し、
前記検出部にて検出された周波数成分のパワーをモニタすることを特徴とする付記１１から１６いずれかに記載の光通信方法。

（付記１８）
入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、
前記波長多重光信号から複数の周波数成分を含む前記所定の波長の光信号を選択的に受信し、
前記受信部で受信された光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出し、
前記検出部にて検出された周波数成分のパワーをモニタすることを特徴とする光通信方法。

（付記１９）
前記所定の周波数成分のパワーのモニタ結果を基に、前記所定の波長の光信号のパワーをモニタすることを特徴とする付記１８に記載の光通信方法。

（付記２０）
前記波長多重光信号の偏光状態および前記局発光の位相の組み合わせが異なる信号ごとに含まれる前記所定の周波数成分を検出することを特徴とする付記１８または１９いずれかに記載の光通信方法。

本発明は、波長分割多重方式の光通信システムにおいて、光信号をモニタするための技術として用いることができる。

１０ 光送信装置
１１ 光電気変換回路
１２ 信号生成回路
１３ 光信号送信部
１４ 合波部
２１ 信号光出力部
２２ 位相変調部
２３ 強度変調部
２４ 可変光減衰器
２５ 光検出回路
２６ 光レベル制御回路
２７ 変調量制御回路
３０ 光受信装置
３１ 光信号分岐部
３２ 光信号受信部
３３ 電気光変換回路
３４ 光受信パワーモニタ回路
４１ 偏波分離部
４２ 光ハイブリッド回路
４３ 光電気変換部
４４ 電気増幅回路
４５ アナログデジタル変換回路
４６ 信号処理回路
４７ 局発光発振部
４８ フィルタ回路
４９ 信号レベル検出回路
５０ 伝送路
１００ 光送信装置
１０１ 送信部
１０２ 変調部
１０３ 合波部
２００ 光受信装置
２０１ 受信部
２０２ 検出部
２０３ モニタ部

Claims (10)

1. 入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、前記波長多重光信号から複数の周波数成分を含む前記所定の波長の光信号を選択的に受信する受信部と、
   前記受信部で受信された光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出する検出部と、
   前記検出部にて検出された周波数成分のパワーをモニタするモニタ部と
   を備えることを特徴とする光受信装置。
2. 前記モニタ部は前記検出部にて検出された周波数成分のパワーのモニタ結果を基に、前記所定の波長の光信号のパワーをモニタすることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記検出部は前記受信部から出力された前記波長多重光信号の偏光状態および前記局発光の位相の組み合わせが異なる信号ごとに含まれる前記所定の周波数成分を検出することを特徴とする請求項１または２いずれかに記載の光受信装置。
4. 位相変調された第１の光信号を送信する送信部と、
   前記第１の光信号を強度変調する変調部と、
   前記第１の光信号と前記第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力する合波部と
   を備えることを特徴とする光送信装置。
5. 前記第１の光信号の主信号とは異なる所定の周波数成分を有する信号で強度変調を行うことを特徴とする請求項４に記載の光送信装置。
6. 前記第１の光信号のパワーを測定して測定結果を出力する強度測定部と、
   前記第１の光信号のパワーと強度変調の変調量が所定の関係を満たすように前記強度変調の変調量を制御する変調量制御部と
   をさらに備えることを特徴とする請求項４または５いずれかに記載の光送信装置。
7. 請求項４から６いずれかに記載の光送信装置と、
   請求項１から３いずれかに記載の光受信装置とを備え、
   前記光送信装置から出力された前記第１の光信号を含む波長多重された光信号が、前記光受信装置に入力されることを特徴とする光通信システム。
8. 位相変調された第１の光信号を送信し、
   前記第１の光信号を強度変調し、
   前記第１の光信号と前記第１の光信号と異なる波長である第２の光信号を合波して出力することを特徴とする光通信方法。
9. ネットワークを介して入力された前記第１の光信号を含む波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、前記波長多重光信号から複数の周波数成分を含む前記所定の波長の光信号を選択的に受信し、
   受信した光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出し、
   検出した周波数成分のパワーをモニタすることを特徴とする請求項８に記載の光通信方法。
10. 入力された波長多重光信号と所定の波長の局発光を干渉させ、前記波長多重光信号から複数の周波数成分を含む前記所定の波長の光信号を選択的に受信し、
    受信した光信号の複数の周波数成分から、所定の周波数成分を検出し、
    検出した周波数成分のパワーをモニタすることを特徴とする光通信方法。

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