JPH0430634A - 信号通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は光通信装置の伝送路監視制御に係り、特に伝送
路の監視信号を主信号に重畳して伝送する場合に好適な
信号通信方式に関する。

【従来の技術】

従来、光通信／無線通信／同軸ケーブル通信等の各種の
中継伝送方式においては、これら各種通信に使用する通
信装置の保守や試験等に使用する監視制御信号を、送信
側から受信側に伝送すべき主信号に併せて伝送する種々
の伝送方式が開発され実用化されている。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、前述した従来技術においては次のような問題
があった。 例えば前記同軸ケーブル通信方式においては、高速の主
信号を同軸ケーブルへ伝送し、低速の監視制御信号はそ
の介在対銅線へ伝送されるようになっている。このよう
に同軸ケーブル通信方式では、監視制御信号の伝送のた
めに銅介在対が必要になるため一般にコスト高となる欠
点がある。 また、前記銅介在対を前記光通信方式の光ケーブルに適
用した場合には、銅介在対を設けることによりケーブル
の重量が増大し且つケーブル径が太くなると共に、銅介
在対に対する電磁誘導雑音の影響によって監視制御信号
の伝送品質が悪化する等の不具合が生ずる。一方、銅介
在対を使用する代わりに光ファイバを使用することも可
能であるが、光ファイバを使用した場合には伝送効率が
悪化すると共にコスト高となる欠点がある。 さて、前記光ファイバを使用したディジタル伝送システ
ムにおいて現在まで提案／実施されている方式は多数あ
るが、これらの方式は、■時分割多重方式、 ■主信号振幅変調方式、 ■主信号伝送路クロック位相変調方式、に大別すること
ができ、 更に前記■の時分割多重方式は、 （ＩＩ）速度変換を必要とする方式、 （ｂ）速度変換を必要としない方式、 とに分類することができる。 まず、前記■の時分割多重方式のうち（ａ）の速度変換
を必要とする方式において、現在世界的に標準化が推進
されている同期網における伝送路信号フレーム構成では
情報信号の他にオーバーヘッドと称される付加バイトを
有しており、該付加バイト中に監視情報が載せられるよ
うになっているため、情報信号のビットレートと比較し
オーバーヘッドを含む全伝送路ビットレートは３．４％
高くなっている。 他方、前記■の時分割多重方式のうち（ｂ）の速度変換
を必要としない方式、例えばＦ−４００Ｍ。 Ｆ−１，６Ｇ等の高速のディジタル光伝送方式において
は、伝送品質をいかなる情報信号入力に対しても維持す
るために、ｌ０ＢＩｃ符号が採用されている。該１０Ｂ
Ｉｃ符号は、情報信号１０ビツトに対して１ビツトの余
剰タイムスロットが生ずるように１．１倍の速度変換を
行い、その余剰タイムスロットに直前のビットの補符号
を挿入することにより、中継器受信回路のタイミング抽
出回路出力を維持し、更には交流結合回路構成の際の低
域遮断による波形劣化を防止している。この場合、前記
補符号の振幅のみを選択的に監視信号によって変調を行
えば監視信号を伝送することが可能である。この種の技
術としては特願昭５９１８４８８１号（「ディジタル通
信装置」）が先に提案されている。 前述したような■の時分割多重方式は、監視信号と情報
信号とが時間的に分離されているため、原理的には監視
信号の送信による主信号の品質劣化が生ずることはない
が、該時分割多重方式を、近年研究開発が盛んになって
きている光直接増幅器を使用した中継伝送方式に適用す
ることはできないという問題がある。この理由としては
、光直接増幅器は減衰した光信号を直接増幅するもので
あり、従来の３Ｒ中継器とは異なり、入射光信号を一旦
光電変換し電気信号として増幅する機能は持たず、小型
である点やビットレートに依存しない点などの特徴を備
えてはいるが、伝送されている信号系列を読出したり書
換えたりする機能は有していないためである。 また、前記■の主信号振幅変調方式は、監視信号により
伝送路信号を僅かに変調する方式であり、主信号からは
振幅雑音が増加した如く見えるため、これに基づく伝送
路品質の劣化を防止するためには帯、域的に監視信号と
主信号とを分離し、且つまた主信号を高周波側に偏在さ
せる平衡符号をとる必要が生ずる。ところが、−船釣に
高速ディジタル伝送においては、速度上昇を抑制しなが
ら適正な回路規模により平衡符号変換器／復合器を実現
することは困難であり、逆に平衡符号でない限り伝送信
号品質の劣化を回避できないという問題がある。 更に、前記■の主信号伝送路クロック位相変調方式は、
伝送路信号の位相を監視信号により僅かに変調する方式
であり、各中継器のクロック再生回路に含まれる狭帯域
フィルタを通過する程度の変調である必要があるため、
主信号から見た場合タイミングジッタが増加するという
問題がある。 このように、光直接増幅器を使用した伝送系において、
主信号劣化を発生させずに監視信号を伝送可能とした伝
送方式は開発されていないという問題があった。 ところで、光フアイバ通信系において光の偏光を変調し
て信号を送信する方法の概念が提案されているが（「光
フアイバ通信系における偏光変調／ヘテロゲイン検波方
式（１）」電子情報通信学会春季全国大会（１９８９年
）、Ｓ　Ｅ−９−８）　、該提案は、送信偏光状態を左
右の互いに逆に回転する円偏光を用意しておき、これら
の偏光間を入力情報系列に応じて切替えるものであり、
送信器における偏光状態が既知であることが仮定されて
いる。 これに対し、伝送路上に設置される中継器等への入力光
の偏波状態は不定であると共に、時間的に変動する性質
を持っている。このような偏光状態の変動は、光ファイ
バに対する非等方的な外力や温度変動に応じ光ファイバ
の複屈折やねじれが変動することに起因している。 これを具体的に例えばＬｉＮｂ０．、ＬｉＴａＯ５等の
三方晶系非線形結晶の電気光学係数ｒｉｊのうちｒ、を
用いる場合について説明すると、この種の結晶のＸ方向
に外部電界Ｅｘｊ印加し、光の進行方向を２方向にとる
と光波の挙動は次式の如くとなる（ｎｏ：常光に対する
屈折率）。 （１／ｎ　ｏ”）ｘ″＋（１／ｎ　ｏ”）ｙ　”ｒ　■
Ｅｌｌｘ また、ｘ−ｙ座標を２軸に対して垂直な面内で４５°回
転して得られる新しい軸をｘ４．−ｙ４．とすると、上
記の楕円は次式の如（となる。 ［ｘ　ａｓ’／　　（ｎ　０＋（ｎ　ｏ３ｒ　ｔ＊Ｅ−
）／　２）ｌ”］十Ｃｙａｓ”／　＋ｎｏ−（ｎｏ”、
ｒｔｔｌ／２］　’）　＝　ｌこの式は、相対的にＸ４
１１方向の偏波成分に正の遅延が加わる一方、Ｙｈｓ方
向に負の遅延が加わることを示しており、正の遅延が加
わる方向を「遅い軸」、負の遅延が加わる方向を「速い
軸」と称している。逆に言えば、Ｘ、方向またはｙ□力
方向偏光して入射する直線偏波は位相変調のみが加わり
偏光変調にはならないことになる。 更に近年、光ファイバに加える応力を変調して得られる
光偏波面変調の研究が光フアイバ線路保守のための無切
断光通話や光心線識別を目的として注目されている（Ｗ
子情報通信学会春季全国大会（１９９０年）、Ｂ−８９
１，Ｂ−９０４）。該提案は、圧電セラミクスを使用し
て光ファイバの側面に応力を加えたとき、光弾性効果に
より光の偏波面が変調されることを利用したものである
。しかし、該提案では応力を加える方向と、それに垂直
な直線偏光には単なる位相変調となり偏波面の変調にな
らない点が考慮されていないという問題がある。 本発明は前記課題を解決するもので、従来の光通信方式
では使用されていなかった光の偏波状態を監視信号によ
って変調することにより、主信号系列の改変や主信号の
伝送品質を劣化を生じさせる不具合をもたらすことなく
、光ケーブル内に介在対など監視保守用の特別な伝送媒
体を有しない区間に設置された光中継器の運用状態を端
局装置へ報知したり、逆に端局装置から各中継器へ回路
等の切替動作を指示する制御信号を送信することを可能
とした信号通信方式の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

請求項１の発明は、光伝送路中に近接状態に配設した２
台の位相変調器により、主信号光の直交する偏波成分の
うちの一方の偏波成分にのみ位相変調を加え、前記測位
相変調器の位相変調が可能な方位を光軸を中心に光軸に
互いに４５度回転して配蓋し、１台または複数台配設し
た共通の信号入力端子を有する偏光変調送信器により、
前記測位相変調器を同じ信号により変調可能としたこと
を特徴とする 請求項２の発明は、光伝送路中に近接状態に配設した２
台の位相変調器により、主信号光の直交する偏波成分の
うちの一方の偏波成分にのみ位相変調を加え、前記測位
相変調器の間の光軸上に配設した検光子により、前記測
位相変調器のうち後方の位相変調器の変調可能な方位に
対し光軸を中心に４５度回転した方位の偏波成分を透過
して、それに直交する余剰偏波成分を取出し、１台また
は複数台配設した変調信号入力端子を有する偏光変調送
信器により、前記余剰偏波成分を最低に保つべく前記測
位相変調器のうち前方の位相変調器の光遅延を制御し、
後方の位相変調器から前記偏光変調送信器へ変調信号を
入力することを特徴とする 請求項３の発明は、送信装置に配設した偏光変調手段に
より、出射する光の偏光が互いに直交する偏光状態を周
期的に繰り返すように偏光を変調し、光伝送路中に１台
または複数台配設した変調信号入力端子を有する偏光変
調送信器により、主信号光の直交する偏波成分のうちの
一方の偏波成分にのみ位相変調を加えられる位相変調器
へ変調信号を入力することを特徴とする。

【作用】

請求項１の発明によれば、光の偏波状態を監視信号によ
って変調することにより、ある特定の入力偏光条件にお
いて偏光変調が掛からな（なることを防止でき、主信号
系列の改変や主信号の伝送品質を劣化を生じさせずに光
中継器の運用状態を端局装置へ報知したり、端局装置か
ら各中継器に対し回路等の切替動作を指示する制御信号
を送信することが可能となる。 請求項２の発明によれば、能動的に変調を加える位相変
調器への入射偏光を最適化することが可能となる。 請求項３の発明によれば、偏光変調を加える伝送路上の
位相変調器への入力偏光が最悪状態のまま停滞する不具
合を防止することができ、監視信号を送信する回線が間
欠的ではあるが維持することができる。

【実施例］ 以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。 ■第１実施例 第１図は第１実施例の信号通信方式による光フアイバ伝
送システムのブロック図であり、光伝送路Ｈ上のある地
点には第１位相変調器（非等方的変調器）１と、該第１
位相変調器１と同様の第２位相変調器２とが縦続に２台
配設されており、これら２台の第２位相変調器２と第２
位相変調器２器２へは情報源３から情報信号が供給され
るよう、になっている。前記第１位相変調器１は、信号
光の片方の直線偏光成分に対してのみ位相変調を加える
ようになっており、これにより偏光状態が監視信号で変
調されるようになっている。第１実施例において位相変
調器を２台縦続配置している理由としては、変調器の主
軸に一致するような直線偏光が入射する場合は偏光状態
は変化せず変調情報が欠落する不具合を解消するためで
ある。 ところで、一般に光ケーブルとして敷設されている光フ
ァイバは略真円形状とされており、伝送されている光の
偏光を制御する機能は有していないので、入射光の偏光
状態は一般に不定であり且つ時間的に変動するため、光
増幅中継器の運用情報である監視信号に基づき光の偏波
を変調するようになっている。この場合、情報信号は他
からもたらされた信号であってもよく、主信号とは非同
期でもよい。前記のような偏波を変調するためには、光
の直交する２つの偏波成分のうち一方の偏波成分に対し
位相変調を加えればよいことになる。 ここで、前記第１位相変調器１の速い軸（負の遅延が加
わる方向）と遅い軸（正の遅延が加わる方向）との配置
は第２図（イ）に示すようになっているのに対し、前記
第２位相変調器２の速い軸と遅い軸との軸配置は第２図
（ロ）に示すように第１位相変調器１からみて４５°回
転させておくようになっている。前記位相変調器１．２
をこのような軸配置とすることにより、入力の偏光状態
によって偏光変調が掛からなくなるという不具合を防止
するようになっている。この場合、偏光変調とは、電磁
波としての光をベクトル波としてとらえ、該ベクトル波
を直交座標系に射影して得られる２つの偏波成分のうち
の一方についてのみ変調を掛けるものである。 また、本第１実施例及び後述の第２、第３実施例に共通
の受信回路は第３図に示す如く、偏波回転光素子４と、
偏光ビームスプリッタ５と、受光素子６と、受光素子７
と、増幅器８と、増幅器９と、制御回路ＩＯとから構成
されている。偏波回転光素子４へ入射された入力光信号
は偏光ビームスプリッタ５により偏光され、受光素子６
．７により受光される。受光素子６による受光信号は増
幅器８の第１入力端と増幅器９の第１入力端とへ供給さ
れる一方、受光素子７による受光信号は増幅器８の第２
入力端と増幅器９の第２入力端とへ供給される。これに
より、増幅器８はその第１及び第２入力端への入力信号
の差を取ることにより、偏光変調した監視信号を出力す
る一方、増幅器９はその第１及び第２入力端への入力信
号の和を取ることにより、偏光変調を打ち消して主信号
のみを再生するようになっている。尚、主信号が強度変
調の場合には差信号である監視信号にも主信号が現出す
る。これによる監視信号の伝送品質の劣化を防止するた
めに、それぞれの信号帯域を分離しておくことが望まし
い。但し、監視信号の存在による主信号の劣化は原理的
には存在しない。また、制御回路１０は、偏光ビームス
プリッタ５への入力偏波状態を最適化するために設けた
前記偏波回転光素子４の監視信号振幅が最大となるよう
に回転角を制御するようになっている。 上記のような構成による第１実施例によれば、光の偏波
状態を監視信号によって変調することにより、ある特定
の入力偏光条件において偏光変調が掛からなくなること
を防止でき、主信号系列の改変や主信号の伝送品質を劣
化を生じさせずに光中継器の運用状態を端局装置へ報知
したり、端局装置から各中継器に対し回路等の切替動作
を指示する制御信号を送信することが可能となる。 ■第２実施例 第４図は第２実施例の信号通信方式による光ファイバ伝
送ンステムのブロック図であり、光伝送路Ｈ上のある地
点には第１位相変調器１１が設置され、該第１位相変調
器１１の後段には第２位相変調器１２が配設されており
、これら２台の位相変調器１１．１２の間には偏光ビー
ムスプリッタ１３が配設されている。初段の前記第１位
相変調器１１は偏光を変調するものではなく、２段目の
前記第２位相変調器１２への入力状態が最適となるよう
に偏光状態を変化させるようになっている。 また、前記第２位相変調器１２へは情報源１４から情報
信号が供給される一方、前記偏光ビームスプリッタ１３
から出力される不要偏波成分は受光素子１５により受光
され、制御回路１６へ供給されるようになっている。そ
して、制御回路１６は前記偏光ビームスブリ／り１３の
不要偏波成分が最低となるように制御するようになって
いる。尚、第２実施例における受信回路は上記第１実施
例と同様のため説明を省略する。 上記のような構成による第２実施例によれば、能動的に
変調を加える位相変調器への入射偏光を最適化すること
ができる。 ■第３実施例 第５図は第３実施例の信号通信方式による光ファイバ伝
送ンステムのブロック図であり、送信端局側には送信側
端局装置１７、光送信回路１８、偏波回転光回路１９が
配設され、該送信端局側に接続された光フアイバ伝送路
Ｈのある地点には位相変調器２０が設置され、該位相変
調器２０へは情報源２１から情報信号が供給されるよう
になっている。第３実施例において、は、送信端局側で
偏光状態を周期的に変化させながら光信号を送信するよ
うになっている。この場合、偏光状態を変化させるには
、直線偏光の偏光角を回転させ続ける方法、あるいは方
位角を一定状態として直線偏光−楕円偏光−円偏光→楕
円偏光−直線偏光と変化させ続ける方法の何れの方法で
もよい。 上記の原理を第６図により説明すると、送信装置からの
出力光を偏光ビームスプリッタ２２によって２つの偏波
成分に分離し、一方の光の周波数を周波数シフタ２３に
より僅かに変移させて偏光ビームスプリッタ２４へ入射
させ、他方の光を偏光ビームスプリッタ２４へ直接入射
させることにより、２つの光を合波する。これにより、
合波した偏光は、直線偏光から楕円偏光を経て円偏光に
至り、直交方位の楕円偏光を経て始めの直線偏光に直交
する直線偏光になる過程を無限に繰り返すこととなる。 また、上記と同様の効果を機械的に得るためには第７図
に示すように、二分の一波長板２５を回転させることに
より実現することができる（Ｇ、Ｅ。 Ｓ　　ｏｓｍｅｒｇｒｅｎ、　　Ｕ　ｐ／ｄｏｗｎ　　
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　　５ｈｉｆｔｅｒ　　ｆｏｒｏｐ
ｔｉｃａｌ　ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ　１ｎｔｅｒｆｅｒ
ｏｓｅｔｒｙ、　　Ｊ　ｏｕｒｎａｌｏｆ　ｔｈｅ　０
ｐｔｉｃａｌ　Ｓ　ｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃ
ａ、Ｖｏ、　６５゜ｐ、　９６０（１８７５））。即ち
、前記二分の一波長板２５の回転角周波数がΩで回転す
ると、該波長板２５から出射する直線偏光は直線偏光の
まま角速度２Ωで回転する。また、前記二分の一波長板
２５の後段に四分の一波長板２６を間隔を置いて配設す
れば、直線偏光→楕円偏光→円偏光の偏光変化に変換す
ることが可能である。即ち、直交する２つの偏波成分の
光周波数がそれぞれ±２Ωだけ変移した場合と同様とな
る。尚、第２実施例における受信回路は上記第１実施例
と同様のため説明を省略する。この場合、偏光方位を制
御する必要はないが、その代わりに監視信号受信振幅が
この偏光変化に応じて変化するため、受信回路、信号形
式に制限が加わることになる。 上記のような構成による第３実施例によれば、偏光変調
を加える伝送路上の位相変調器への入力偏光が最悪状態
のまま停滞する不具合を防止することができ、監視信号
を送信する回線が間欠的ではあるが維持することができ
る。 しかして、上記第１実施例、第２実施例、第３実施例に
おいては、複数の情報源からの信号を単一の伝送路の信
号に重畳する際に、それらの信号がディジタル信号の場
合にはアドレスで各個の同定が可能であり、一方、それ
らの信号がアナログ信号の場合にはそれぞれの情報源に
固有の周波数を割り振って周波数多重すれば、同様に各
個の同定が可能である。 【発明の効果】 以上説明したように本発明によれば、 光伝送路中に近接状態に配設した２台の位相変調器によ
り、主信号光の直交する偏波成分のうちの一方の偏波成
分にのみ位相変調を加え、前記測位相変調器の位相変調
が可能な方位を光軸を中心に光軸に互いに４５度回転し
て配置し、１台または複数台配設した共通の信号入力端
子を有する偏光変調送信器により、前記測位相変調器を
同じ信号により変調可能としたことを特徴とし、また、
本発明によれば、 光伝送路中に近接状態に配設した２台の位相変調器によ
り、主信号光の直交する偏波成分のうちの一方の偏波成
分にのみ位相変調を加え、前記測位相変調器の間の光軸
上に配設した検光子；こより、前記測位相変調器のうち
後方の位相変調器の変調可能な方位に対し光軸を中心に
４５度回転した方位の偏波成分を透過して、それに直交
する余剰偏波成分を取出し、１台または複数台配設した
変調信号入力端子を有する偏光変調送信器により、前記
余剰偏波成分を最低に保つべく前記測位相変調器のうち
前方の位相変調器の光遅延を制御し、後方の位相変調器
から前記偏光変調送信器へ変調信号を入力することを特
徴とし、 また、本発明によれば、 送信装置に配設した偏光変調手段により、出射する光の
偏光が互いに直交する偏光状態を周期的に繰り返すよう
に偏光を変調し、光伝送路中に１台または複数台配設し
た変調信号入力端子を有する偏光変調送信器により、主
信号光の直交する偏波成分のうちの一方の偏波成分にの
み位相変調を加えられる位相変調器へ変調信号を入力す
ることを特徴としたので、 以下の効果を奏することができる。 ■強度変調を使用する光伝送方式では利用されていない
偏光を変調することにより、主信号の伝送特性を劣化さ
せることなく、且つ高速の電子回路を使用することなく
、複数の直接増幅光中継器とこれらを統御する端局装置
の間に監視信号を伝送することが可能となる。 ■また、光をエネルギー束としてとらえることにより、
これの強弱によって情報を伝送する光強度変調方式や、
光をスカラー波としてとらえることにより、これの振幅
／周波数／位相を変調する「コヒーレント」光伝送方式
にも本発明を原理的に適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の光フアイバ伝送システム
のブロック図、第２図は第１実施例の第１位相変調器及
び第２位相変調器の軸配置を示す図、第３図は第１実施
例、第２実施例、第３実施例に共通の受信回路のブロッ
ク図、第４図は第２実施例の光フアイバ伝送システムの
ブロック図、第５図は第３実施例の光フアイバ伝送シス
テムのブｏＩり図、第６図は第３実施例の偏波面回転光
回路のブロック図、第７図は第３実施例の二分の一波長
板を回転させて偏光を回転させる方法を示す図である。 １・・・・・・第１位相変調器、２・・・・・・第２位
相変調器、３・・・・・・情報源、１１・・・・・・第
１位相変調器、１２・パ°第２位相変調器、１３・・・
・・・偏光ビームスプソ、。 夕、１４・・・・・・情報源、１５・・・・・・受光素
子、１６・・・・・制御回路、１７・・・・・・送信側
端局装置、１８・・・・・・光送信回路、１９・・・・
・・偏波回転光回路、２０・・・・・・位相変調器、２
１・・・・・・情報源。 出願人　　日本電信電話株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光伝送路中に近接状態に配設した２台の位相変調
   器により、主信号光の直交する偏波成分のうちの一方の
   偏波成分にのみ位相変調を加え、前記両位相変調器の位
   相変調が可能な方位を光軸を中心に光軸に互いに４５度
   回転して配置し、１台または複数台配設した共通の信号
   入力端子を有する偏光変調送信器により、前記両位相変
   調器を同じ信号により変調可能としたことを特徴とする
   信号通信方式。
2. （２）光伝送路中に近接状態に配設した２台の位相変調
   器により、主信号光の直交する偏波成分のうちの一方の
   偏波成分にのみ位相変調を加え、前記両位相変調器の間
   の光軸上に配設した検光子により、前記両位相変調器の
   うち後方の位相変調器の変調可能な方位に対し光軸を中
   心に４５度回転した方位の偏波成分を透過して、それに
   直交する余剰偏波成分を取出し、１台または複数台配設
   した変調信号入力端子を有する偏光変調送信器により、
   前記余剰偏波成分を最低に保つべく前記両位相変調器の
   うち前方の位相変調器の光遅延を制御し、後方の位相変
   調器から前記偏光変調送信器へ変調信号を入力すること
   を特徴とする信号通信方式。
3. （３）送信装置に配設した偏光変調手段により、出射す
   る光の偏光が互いに直交する偏光状態を周期的に繰り返
   すように偏光を変調し、光伝送路中に１台または複数台
   配設した変調信号入力端子を有する偏光変調送信器によ
   り、主信号光の直交する偏波成分のうちの一方の偏波成
   分にのみ位相変調を加えられる位相変調器へ変調信号を
   入力することを特徴とする信号通信方式。