JP7367796B2 - 光送受信器および光送受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに使用される光送受信器および光送受信方法に関し、特に、デジタルコヒーレント技術が用いられる光送受信器および光送受信方法に関する。

近年、デジタルコヒーレント光伝送技術の実用化が進み、多様な超高速クライアント信号を１波長１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速波長チャネルに多重収容する、高信頼な長距離大容量伝送が実現しつつある。

一般的なデジタルコヒーレント光送受信器のブロック構成図を図１１に示す。一般的なデジタルコヒーレント光送受信器には、光送信用の光源１００００と、光受信用の光源２００００が搭載されている。制御部５００００が、光送信用の光源１００００及び光受信用の光源２００００の光出力パワーをそれぞれ調整することにより、送受信特性が最適化される。

光送信機能用の光源１００００から出力された光は、光変調器３００００において光変調され、出力信号光として出力される。また、光受信用の光源２００００から出力された光は、局部発振（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）光として光受信器４００００に入力された光信号と干渉する。

ここで、光受信用の光源２００００から出力される光の波長は、光受信器４００００に入力された光信号と干渉することから、当該入力された光信号の波長と同じである必要がある。デジタルコヒーレント光送受信器においては、受信側の光源に波長可変光源を用いることにより、ＬＯ光の波長を、入力された光信号の波長に合わせて変更する。従って、波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光信号が入力された場合においても、ＷＤＭ信号の中から特定の波長を選択的に受信することができる。

一方、デジタルコヒーレント光送受信器においては、低消費電力化及び小型化の要求が高まっている。デジタルコヒーレント光送受信器の低消費電力化及び小型化を実現する技術として、例えば、光送信機能用の光源と光受信機能用の光源を共通化し、デジタルコヒーレント光送受信器に搭載される光源を削減する技術が提案されている。

特許文献１には、デジタルコヒーレント光送受信器ではないが、光源からの出力光を光スイッチにて光送信回路又は光受信回路に切り替える光通信用送受信器および光源からの出力光を光分岐回路にて光送信回路及び光受信回路に分岐する光通信用送受信器が開示されている。

特開昭６３－０５９１２５号公報

しかしながら、特許文献１の光送受信器をデジタルコヒーレント光送受信器にそのまま適用することはできない。その理由は、光スイッチを使用して出力光を切り替える場合、光送信回路と光受信回路に光源から同時に光を入力させることはできない。また、光分岐回路を使用する場合、光送信回路と光受信回路に同時に光を入力させることはできるが、一方側で光源の光パワーを調整することにより、他方側の光パワーも変動してしまう。デジタルコヒーレント光送受信器では、一般的に、送信側と受信側で適切な光パワーは異なるため、送信側と受信側を同時に適切な光パワーに調整することは困難である。

特に、光源に波長可変光源を使用する場合、波長によって送信側及び受信側の適切パワーが異なり、最適なパワー比も異なる。従って、それぞれの波長において送信側と受信側を同時に適切な光パワーに調整することは極めて困難である。

本発明の目的は、上記課題を鑑み、光送信側及び光受信側の光源を共通化した場合においても、光送信機能及び光受信機能を同時に使用できる光送受信器および光送受信方法を提供することにある。

本発明の光送受信器は、光を出力する光源と、前記光が伝搬する光路を、第１の経路と第２の経路に分岐する光分岐部と、前記光分岐部の後段に設けられ、前記第１の経路を伝搬する第１の光を減衰する第１の光減衰部と、前記第１の経路を伝搬する前記第１の光を変調して出力する変調部と、前記第２の経路を伝搬する第２の光と光信号とを干渉させて受信するコヒーレント受信部と、を備え、前記第１の光減衰部は、前記光の波長に応じて前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する。

本発明の光送受信方法は、光を出力し、前記光が伝搬する光路を、第１の経路と第２の経路に分岐し、前記第１の経路と前記第２の経路に分岐した後段において、前記第１の経路を伝搬する第１の光を前記光の波長に応じて減衰し、前記第１の経路を伝搬する前記第１の光を変調して出力し、前記第２の経路を伝搬する第２の光と光信号とを干渉させて受信する。

本発明によれば、光送信側及び光受信側の光源を共通化した場合においても、光送信機能及び光受信機能を同時に使用できる光送受信器および光送受信方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る光送受信器１００のブロック構成図である。 第１の実施形態に係る光送受信器１００の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る光送受信器１００ａのブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光パワー調整部３０のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る制御部６０のメモリ内に格納されたデータテーブルの一例である。 第２の実施形態に係る光送受信器１００ａの動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る光送受信器１００ｂのブロック構成図である。 第３の実施形態に係る光送受信器１００ｂの動作を示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る光通信システムのシステム構成図である。 第４の実施形態に係る端末側装置１０００と局舎側装置２０００が正常時に送受信する光信号の一例である。 第４の実施形態に係る端末側装置１０００と局舎側装置２０００が異常発生時に送受信する光信号の一例である。 一般的なデジタルコヒーレント光送受信器のブロック構成図である。

（第１の実施形態）
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る光送受信器１００のブロック構成図である。本実施形態に係る光送受信器１００は、光出力部１、光分岐部２、光パワー調整部３、光送信部４及び光受信部５を備える。

次に、本実施形態に係る光送受信器１００の動作を説明する。図２は、本実施形態に係る光送受信器１００の動作を示すフローチャートである。光出力部１は、光を出力する（ステップＳ１１）。光分岐部２は、光出力部１から出力された光を第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する（ステップＳ１２）。光パワー調整部３は、光出力部１から出力された光の特性に応じて、第１の分岐光の光パワーと第２の分岐光の光パワーとをそれぞれ独立に調整する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、第１の分岐光又は第２の分岐光の少なくとも一方の光パワーが、光パワー調整部３によって調整される。

光送信部４は、第１の分岐光を変調して光信号として出力する（ステップＳ１４）。光受信部５は、第２の分岐光と光受信装器１００の外部から入力された信号光とを干渉させて受信する（ステップＳ１５）。

本実施形態によれば、光出力部１から出力された光を光分岐部２において分岐し、光パワー調整部３においてそれぞれ独立に光パワーを調整するため、光送信部４及び光受信部５の両方で光出力部１から出力された光を使用することができる。従って、本実施形態に係る光受信装器１００は、光送信側及び光受信側の光源を共通化した場合においても、光送信機能及び光受信機能を同時に使用できる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る光送受信器１００ａのブロック構成図である。光送受信器１００ａは、波長可変光源１０、光分岐部２０、光パワー調整部３０、光送信部４０、光受信部５０及び制御部６０を備える。図３において、実線矢印は光の経路を、破線矢印は制御用の電気信号を表す。

波長可変光源１０は、波長変更が可能であり、ＷＤＭ通信波長帯内の所定の波長の光を出力する。光分岐部２０は、光カプラ等の光を分岐する光素子である。

光パワー調整部３０の詳細ブロック構成図を図４に示す。光パワー調整部３０は、光減衰部３１、３２を有する。光減衰部３１、３２として、可変光アッテネータ等の光素子を用いることができる。

光送信部４０は、ＬＮ（Lithium-Niobate）変調器等の光変調機能を有する光回路である。光受信部５０は、デジタルコヒーレント検波機能を有する光回路である。

制御部６０は、波長可変光源１０から出力された光の光特性に応じて光パワー調整部３０を制御する。例えば、制御部６０は、マイコン等の演算素子を適用することができ、データテーブルが格納されたメモリを内部又は外部に有する。制御部６０は、当該データテーブルに基づき、波長可変光源１０の光出力パワー、波長、または、光パワー調整部３０の光パワー調整量を制御する。

制御部６０のメモリ内に格納されたデータテーブルの一例を図５に示す。図５のデータテーブルには、波長可変光源１０から出力される出力光波長ごとに、光出力パワーおよび光出力パワーに応じた光減衰部３１、３２の減衰量が格納されている。ここで、「出力光波長」は波長可変光源１０の出力する光の波長、「光出力パワー」は出力する光のパワーに関連する情報、「減衰量１、２」はそれぞれ光減衰部３１、３２の制御値等である。「光出力パワー」として、波長可変光源１０に設定する電圧値や電流値等を格納することができる。

次に、本実施形態に係る光送受信器１００ａの動作について説明する。図６は、本実施形態に係る光送受信器１００ａの動作を示すフローチャートである。波長可変光源１０は、ＷＤＭ通信波長帯の中から、所定の波長の光を出力する（ステップＳ２１）。光送受信器１００ａから送信される光信号の送信特性又は光送受信器１００ａが受信する光信号の受信特性が適切になるように、制御部６０が波長可変光源１０から出力される光の光パワーを調整することが望ましい。

光分岐部２０は、波長可変光源１０から入力された光を、第１の分岐光と第２の分岐光に分岐する（ステップＳ２２）。光パワー調整部３０の光減衰部３１は、第１の分岐光の光パワーを減衰させる（ステップＳ２３）。一方、光パワー調整部３０の光減衰部３２は、第２の分岐光の光パワーを減衰させる（ステップＳ２４）。ステップＳ２３、Ｓ２４において、光送受信器１００ａから送信される光信号の送信特性又は光送受信器１００ａが受信する光信号の受信特性が適切になるように、制御部６０が光減衰部３１、３２の減衰量を調整する。

光送信部４０は、光減衰部３１から入力された光を変調して光分岐挿入装置１００ａの外部に出力する（ステップＳ２５）。また、光受信部５０は、光減衰部３２から入力された光と外部から入力された信号光とを干渉させて受信する（ステップＳ２６）。

本実施形態の光送受信器１００ａは、送受信する波長を自由に変更できる。そして、光送受信器１００ａは、各波長における光送受信特性が適切になるように、光減衰部３１、３２の減衰量を調整する。

なお、光送受信器１００ａが光減衰部３１、３２を両方備えることに限定されず、光送受信器１００ａがいずれか一方の光減衰部を備える構成でも良い。この場合、制御部６０は、光減衰部による調整を行わない方の特性（光送信特性または光受信特性）が適切になるように、波長可変光源１０の光出力パワーを調整する。

すなわち、制御部６０は、光送信特性が適切になるように波長可変光源１０を制御すると共に、光受信特性が適切になるように光減衰部３２の減衰量を調整する。もしくは、制御部６０は、光受信特性が適切になるように波長可変光源１０を制御すると共に、光送信特性が適切になるように光減衰部３１の減衰量を調整する。

さらに、本実施形態の光送受信器１００ａは、光送信側又は光受信側に異常が生じた場合、異常が検知されていない側の動作を維持させながらシャットダウンさせることができる。例えば、制御部６０は、光減衰部３１、３２の内、異常が生じた側の光減衰量を他の装置等に影響を与えないレベルまで十分大きくすることにより、異常が生じた側の光を実効的に遮断する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る光送受信器１００ｂのブロック構成図である。本実施形態に係る光送受信器１００ｂは、第２の実施形態の光送受信器１００ａ（図３）に、光スイッチ７０を追加することによって構成されている。

本実施形態において、光スイッチ７０は、光送受信器１００ｂの外部からの信号光を光カプラ８０または光受信部５０のどちらか一方へ出力する。

光受信部５０は、デジタルコヒーレント検波または直接検波のいずれか一方で入力した光信号を受信する。

制御部６０は、波長可変光源１０をモニタしている。さらに、制御部６０は、光スイッチ７０の光経路の切り替え及び光受信部５０の受信方法の切り替えを制御する。

次に、本実施形態に係る光送受信器１００ｂの動作について説明する。図８は、本実施形態に係る光送受信器１００ｂの動作を示すフローチャートである。制御部６０は、波長可変光源１０をモニタしている（ステップＳ３１）。波長可変光源１０が正常に動作している場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、実施形態２の動作と同様に動作する。

一方、波長可変光源１０の故障を検出した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、制御部６０は、光受信部５０の受信方法をデジタルコヒーレント検波から直接検波に変更する（ステップＳ３２）。これにより、光受信部５０は、強度変調光信号を受信する（ステップＳ３３）。

制御部６０は、さらに、受信した強度変調光信号に基づいて、光スイッチ７０の光経路を光受信部５０から光カプラ８０へ変更する（ステップＳ３４）。これにより、光送受信器１００ｂの外部からの信号光は光カプラ８０へ入力される。光カプラ８０は、波長可変光源１０からの光の代わりに外部からの信号光を、光パワー調整部３０を介して光送信部４０へ出力する。

光送信部４０は、波長可変光源１０から入力された光の代わりに、光送受信器１００ｂの外部から入力された信号光を、強度変調して出力する（ステップＳ３５）。光送受信器１００ｂは、強度変調光信号を出力することにより、通信相手に状態通知等を送信する。なお、光送受信器１００ｂに入力される信号光は、ループバックされ光送信部４０において変調されるため、連続光であることが望ましい。

本実施形態によれば、波長可変光源１０が故障した場合においても、光受信部５０は強度変調光信号を受信できる。さらに、波長可変光源１０が故障した場合に光送受信器１００ｂに入力された信号光を光送信部４０にループバックさせることから、強度変調光信号を送信できる。従って、本実施形態に係る光送受信器１００ｂは、光送信側及び光受信側の光源を共通化した構成において波長可変光源１０が故障した場合においても、光送信機能及び光受信機能を同時に使用することができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態の光通信システムは、第３の実施形態に係る光送受信器１００ｂを備える。図９は、本実施形態に係る光通信システムのシステム構成図である。図９の光通信システムにおいて、光送受信器１００ｂは、端末側装置１０００に設置され、局者側装置２０００と光送受信を行う。

本実施形態に係る光通信システムにおいて、端末側装置１０００は第３の実施形態で説明した光送受信器１００ｂと同様に動作する。一方、局舎側装置２０００は、端末側装置１０００との間でコヒーレント光信号を送受信する。そして、端末側装置１０００の光送受信器１００ｂに何等かの異常が発生した場合、コヒーレント光信号の代わりに強度変調光信号を送受信することにより、端末側装置１０００と局舎側装置２０００との間で異常に関する情報を送受信する。

端末側装置１０００が正常に動作している時に送受信される光信号を図１０Ａに示す。図１０Ａにおいて、端末側装置１０００が正常に動作している時は、端末側装置１０００及び局舎側装置２０００はデジタルコヒーレント光信号を送受信する。

端末側装置１０００において波長可変光源１０が故障した時に送受信される光信号を図１０Ｂに示す。図１０Ｂにおいて、端末側装置１０００の波長可変光源１０が故障することにより、端末側装置１０００は、デジタルコヒーレント光信号を送信できなくなると共に、局舎側装置２０００からのデジタルコヒーレント光信号を受信できなくなる（ｔ_１）。端末側装置１０００は、波長可変光源１０が故障した時、第３の実施形態で説明したように、光受信部５０の受信方法をデジタルコヒーレント検波から直接検波に切り替える。

一方、局舎側装置２０００は、デジタルコヒーレント光信号を受信できないことから、端末側装置１０００に何等かの異常が発生したと認識する（ｔ_２）。この場合、局舎側装置２０００は、デジタルコヒーレント光信号の送信を中止して強度変調光信号として、所定の周期の低ビットレートのパイロット信号を送信する（ｔ_３）。局舎側装置２０００はさらに、受信側回路（フロントエンド）の受信帯域を落とし、高周波ノイズをカットする事で最小受信感度を引き下げ、送受信間ダイナミックレンジを広げる。

端末側装置１０００は、受信方法を直接検波に切り替えることにより、局舎側装置２０００から出力されたパイロット信号を受信することができる（ｔ_３）。端末側装置１０００は、局舎側装置２０００から出力されたパイロット信号を受信した場合、受信したパイロット信号を用いて局舎側装置２０００との同期を取る。

そして、局舎側装置２０００は、所定の期間についてパイロット信号を送信した後、パイロット信号の送信を終了してALL-High信号等の連続光の送信を開始する（ｔ_４）。 ここで、局舎側装置２０００は、光のループバックによる特性劣化への耐性を確保するために、ビットレートを落として低速通信で強度変調した連続光を端末側装置１０００へ送信する。

端末側装置１０００は、局舎側装置２０００から出力される強度変調光信号がパイロット信号から連続光に切り替わるタイミングに合わせて、光スイッチ７０の光経路を光受信部５０から光カプラ８０へ切り替える（ｔ_４）。これにより、局舎側装置２０００から入力された連続光は光カプラ８０へ導かれる。

光カプラ８０に入力された連続光は、光パワー調整部３０において光パワーが調整された後、光送信部４０において強度変調され、強度変調光信号として局舎側装置２０００へ送信される。

本実施形態によれば、低消費電力化及び小型化の実現に有利な光送受信器１００ｂを使用するため、システム構築及び運用を容易且つ低コストで行うことができる。また、波長可変光源１０の故障時においても端末側装置１０００と局者側装置２０００との光通信が可能であり、状態通知等の通信を行うことができる。なお、本実施形態における光通信システムは、ＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）通信システム等に適用することができる。

以上に記載の実施形態は、本発明の例示であって、本発明においては実施形態に示す以外の様々な構成をとり得る。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

本願発明は、デジタルコヒーレント光信号を扱う光送受信器だけでなく、各種光信号を送受信する光送受信器を含む通信ネットワークに広く適用することができる。

１ 光出力部
２ 光分岐部
３ 光パワー調整部
４ 光送信部
５ 光受信部
１０ 波長可変光源
２０ 光分岐部
３０ 光パワー調整部
４０ 光送信部
５０ 光受信部
６０ 制御部
３１、３２ 光減衰部
７０ 光スイッチ
８０ 光カプラ
１００、１００ａ、１００ｂ 送受信器
１０００ 端末側装置
２０００ 局舎側装置

Claims (14)

1. 光を出力する光源と、
   前記光が伝搬する光路を、第１の経路と第２の経路に分岐する光分岐部と、
   前記光分岐部の後段に設けられ、前記第１の経路を伝搬する第１の光を減衰して、減衰された前記第１の光を出力する第１の光減衰部と、
   前記第１の経路を伝搬する前記減衰された前記第１の光を変調して出力する変調部と、
   前記第２の経路を伝搬する第２の光と光信号とを干渉させて受信するコヒーレント受信部と、を備え、
   前記第１の光減衰部は、前記光の波長に応じて前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する、
   光送受信器。
2. 前記光源は波長可変光源であり、
   前記第１の光減衰部は、前記波長可変光源から出力される出力光の波長に応じて前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する、
   請求項１に記載の光送受信器。
3. 前記第１の光減衰部は、前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光出力パワーに関する設定値に応じて前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する、
   請求項１又は２に記載した光送受信器。
4. 前記第１の光減衰部は、光遮断器として機能するように光パワーの減衰量を調整する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載した光送受信器。
5. 前記第２の経路を伝搬する前記第２の光の光パワーを調整する第２の光減衰部をさらに備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載した光送受信器。
6. 前記第２の光減衰部は、外部からの前記光信号の受信特性に応じて前記第２の経路を伝搬する前記第２の光の光パワーを調整する、
   請求項５に記載した光送受信器。
7. 前記光源は、外部からの前記光信号の受信特性に基づく光パワーの光を出力する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載した光送受信器。
8. 光を出力し、
   前記光が伝搬する光路を、第１の経路と第２の経路に分岐し、
   前記第１の経路と前記第２の経路に分岐した後段において、前記第１の経路を伝搬する第１の光を前記光の波長に応じて減衰して、減衰された前記第１の光を出力し、
   前記第１の経路を伝搬する前記減衰された前記第１の光を変調して出力し、
   前記第２の経路を伝搬する第２の光と光信号とを干渉させて受信する、
   光送受信方法。
9. 前記光は、波長可変光源より出力され、
   前記波長可変光源から出力される前記光の波長に応じて前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する、
   請求項８に記載の光送受信方法。
10. 前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光出力パワーに関する設定値に応じて前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する、
    請求項８又は９に記載した光送受信方法。
11. 光遮断器としての機能を実現する光減衰量により前記第１の経路を伝搬する前記第１の光の光パワーを調整する、
    請求項８から１０のいずれか一項に記載した光送受信方法。
12. 前記第２の経路を伝搬する前記第２の光の光パワーを調整する、
    請求項８から１１のいずれか一項に記載した光送受信方法。
13. 出力される前記光は、外部からの前記光信号の受信特性に基づく光パワーである、
    請求項８から１２のいずれか一項に記載した光送受信方法。
14. 外部からの前記光信号の受信特性に応じて前記第２の経路を伝搬する前記第２の光の光パワーを調整する
    請求項８から１２のいずれか一項に記載した光送受信方法。

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