JPH0870293A - 波長多重光通信ネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速のバースト通信を行うＷＤＭネットワー
クにおいて受信周波数や送信周波数を高速かつ安定に切
換え制御するための構成を提供する。 【構成】 光送信器および光受信器をそれぞれ有する複
数のノードを備え、光送信器の受信周波数を各ノードに
固有の値とし、光受信器の周波数を可変として任意のノ
ード間の通信を実現するＷＤＭネットワークにおいて、
受信周波数を選択するための局発ＬＤ３２−１，３２−
２と、これらの局発ＬＤを交互に受信に供されるように
切り換える光スイッチ３０と、局発ＬＤが選択した受信
周波数を該局発ＬＤが受信に供される期間中に所定周波
数に制御する第１の制御モードと、受信周波数の所定時
間以上の時間で見た平均値が一定となるように受信に供
される期間以外の期間中に受信周波数を制御する第２の
制御モードを有する周波数切換制御部３８を周波数可変
受信器に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長多重光通信ネット
ワークに係り、特に通信周波数（送信周波数または受信
周波数）の高速切り換えを可能とした波長多重光通信ネ
ットワークに関する。

【０００２】

【従来の技術】波長多重（ＷＤＭ）光通信ネットワーク
あるいは周波数多重（ＦＤＭ）光通信ネットワークは、
大容量の通信を容易に実現できるため、将来のマルチメ
ディア情報の伝送が行われる私設網や、広帯域ディジタ
ル統合網（Ｂ−ＩＳＤＮ）の基幹部あるいはバックボー
ンネットワークとして有望視されている。

【０００３】ＷＤＭネットワークでは、各ノードは一対
の光送受信器を持ち、いずれかが周波数を切換える構成
となっている。例えば、各ノードの光送信器の送信周波
数はそれぞれ固有の値とし、光受信器にコヒーレント光
受信器を用いて受信周波数を変化させることにより送信
ノードを選択して必要な信号を受信する。他の例として
は、光受信器に狭帯域光フィルタを備えた光受信器を用
い、その光フィルタの透過光周波数は各ノード固有の値
とする。各ノードは、光送信器の送信周波数を相手ノー
ドの受信器における狭帯域光フィルタの透過周波数に合
わせて光信号を送信する。

【０００４】従来のＷＤＭネットワークは、例えばケー
ブルテレビ、ビデオスイッチャ、回線交換サービスのよ
うに、周波数の切換え頻度が１秒間にせいぜい１０回程
度と少なく、切換え時間も１ｍｓ程度要して構わない応
用が考えられてきた。これに対し、マルチメディア情報
伝送用の私設網や、Ｂ−ＩＳＤＮの基幹部あるいはバッ
クボーンネットワークといった適用分野では、次々と相
手ノードを変えて通信を行うので、各ノード間で送受さ
れる信号はセルやパケットなどの時間的に比較的短いバ
ースト状の信号である。特に、数十もの多くのノードの
間で同時に低遅延の通信を実現するためには、各バース
ト信号はμｓオーダ以下でなければならない。

【０００５】ＷＤＭネットワークにおける各ノード内の
送受信器で使用される光源は、半導体レーザ（以下、Ｌ
Ｄともいう）が一般的である。そこで、発振周波数を容
易かつ高速に可変できるＬＤの開発が進められている。
ＬＤの発振周波数は駆動電流により制御される。すなわ
ち、ＬＤの駆動電流を変化させると、(1) ＬＤの活性層
内のキャリアの密度が変化して屈折率が変わるために、
活性層長が等価的に変化して結果的に周波数が変化する
効果と、(2) 駆動電流の変化により活性層の温度が変化
し、熱により活性層長が変化して周波数が変化する効果
との二つの効果の組み合わせで、ＬＤの発振周波数変化
が起こる。これにより、ＬＤの発振周波数は数百ＧＨｚ
もの広い範囲にわたり変化する。従って、各ノードでは
周波数切換え時にＬＤの駆動電流を所要量だけ変化さ
せ、さらに発振周波数を安定化させるために、帰還制御
による自動周波数制御（ＡＦＣ）を行うことが一般的に
行われる。

【０００６】ところで、ＬＤの周波数を変化させる前記
の二つの効果のうち、(1) のキャリアの効果はその時定
数がｎｓ以下と高速に起こるが、(2) の熱の効果には一
般的に数十μｓ以上の遅い時定数の成分がある。従っ
て、ＬＤの周波数を切り換えてから一度落ち着いた光周
波数は、数μｓ後に再び変化を始める。そして、熱の効
果が安定するまでにｍｓオーダの時間が必要であり、Ｌ
Ｄの光周波数切り換えの時間は熱の効果により制限され
る。この特性は、コヒーレント光受信などに適している
ＤＦＢ型ＬＤで特に顕著に現れるが、ＤＢＲ型ＬＤにお
いても、特に周波数可変域を広げるために熱の効果を活
用したものには、この特性が現れる。

【０００７】この周波数安定に要する時間を無駄にする
ことなく、高速に光周波数切り換えを行うために、Y.Ta
daらにより IEEE Photonics Technology Letters,Vol.4
No.9,p.1051で発表された“Duplex Transmitter confi
guration forBit-Error-FreeOptical FDM Cross-Connec
t System ”と題する論文に示されているように、二つ
のＬＤを用意してその出力光を光スイッチで高速に切り
換える方式も考えられている。この場合、一方のＬＤか
らの出力光を局部発振光としてある受信周波数で通信を
行っている間に、待機中のＬＤを次の受信周波数に合わ
せて安定させることができるため、周波数切り換え時の
特性がより安定する。しかし、ＬＤの周波数安定に必要
な時間は変わらないため、μｓオーダ以下のバースト信
号の通信に対応することはできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高速のバー
スト通信を行うＷＤＭネットワークにおいて受信周波数
や送信周波数を高速かつ安定に切換え制御できる波長多
重光通信ネットワークを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は少なくとも一つの光送信器および光受信器
をそれぞれ有する複数のノードを備え、該光送信器の送
信周波数および該光受信器の受信周波数の一方の周波数
を各ノードに固有の値とし、他方の周波数を可変とする
ことにより任意のノード間の通信を実現する波長多重光
通信ネットワークにおいて、前記送信周波数または受信
周波数のうち前記可変である方の周波数を選択する複数
の周波数選択手段と、これら複数の周波数選択手段のう
ち一つが送信または受信に供されるように切り換える切
換手段と、前記周波数選択手段が選択した送信周波数ま
たは受信周波数を該周波数選択手段が送信または受信に
供される期間中に所定周波数に制御する第１の制御モー
ドと、該送信周波数または受信周波数の所定時間以上の
時間で見た平均値が一定となるように前記送信または受
信に供される期間以外の期間中に該送信周波数または受
信周波数を制御するか、あるいは該送信周波数または受
信周波数に対して周波数シフトを行う時間を制御する第
２の制御モードを有する制御手段とを具備することを特
徴とする。

【００１０】

【作用】このように本発明では、周波数選択手段が選択
した送信周波数または受信周波数をその周波数選択手段
が送信または受信に供される期間中に所定周波数に制御
する第１の制御モードとは別に、第２の制御モードを設
け、この第２の制御モードにおいて送信周波数または受
信周波数の所定時間以上の時間で見た平均値が一定とな
るような制御を行う。これにより、各々の周波数選択手
段は平均的に光周波数が一定となるように周波数切り換
えが行われることによって、例えば半導体レーザの熱の
効果による周波数変化が補償される。

【００１１】ここで、各々の周波数選択手段が送信また
は受信に供される期間は異なっており、上記の周波数変
化の補償期間も各々の周波数選択手段で異なっているの
で、送信または受信に供されない期間を周波数切り換え
に有効に使用でき、結果的に高速の周波数切換えが可能
となる。これにより、ＷＤＭネットワークの安定した動
作が実現される。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明をＡＴＭセルを交換するＷＤＭネ
ットワークに適用した実施例を示している。複数のノー
ド１−１〜１−ｎは、光ファイバ網２にそれぞれ少なく
とも一本ずつの光ファイバ束３−１〜３−ｎを介して接
続されている。ノード１−１〜１−ｎのスループットは
例えば２．５Ｇｂｐｓであり、下位ネットワークあるい
は複数のＡＴＭ端末などを収容している。この場合、Ｗ
ＤＭネットワーク自身はバックボーンとして位置付けら
れている。光ファイバ網２は、光ファイバ、カプラおよ
び光アンプなどを含んでおり、ノード１−１〜１−ｎ相
互間で光信号が送受できるように構成されている。

【００１３】図２に、ノード１−ｉ（ｉ＝１，…，ｎ）
の構成を示す。ｎ個の入力端子には１５５ＭｂｐｓのＡ
ＴＭセルがそれぞれ入力され、ＡＴＭスイッチ１０によ
って交換処理される。ＡＴＭスイッチ１０では、ＡＴＭ
スイッチコントローラ１８からの制御に従って、本実施
例のＥＤＭネットワークであるバックボーンネットワー
クを介して他のネットワークへ転送されるべき２．５Ｇ
ｂｐｓのＡＴＭセルがＡＴＭセル多重化部１１を経て生
成され、これらが送信バッファ１２に一旦蓄積される。

【００１４】バックボーンネットワーク中では、スロッ
トと呼ばれる時間単位に合わせて全ノード１−１〜１−
ｎが同期して信号の送受を行う。スロット長（１スロッ
トの時間長）はシステムの目的に合わせて決められ、本
実施例ではセル長と同一とする。この場合、ＡＴＭセル
は５３オクテット＝４２４バイトなので、スロット長は
１６９．６ｎｓとなる。そして、各ノード１−１〜１−
ｎはスロット毎に信号を切り換えることになる。信号の
切り換えを減らすために、数セル分の時間をスロット長
と設定しても良い。この場合、送信側には相手ノード別
のバッファを用意し、同じ相手ノード行きのセルはまと
めて一つのメッセージとして転送することになる。従っ
て、バッファはセル毎のスロットとしたときよりも多く
必要となるが、周波数の切り換え頻度は低下する。

【００１５】送信バッファ１２に一度蓄積されたセル
は、読出し制御部１３により相手ノードとの転送の約束
ができたセルから順次読み出され、予め割り当てられた
スロットに挿入されて光送信器１４から送出される。本
実施例では、光受信器に周波数可変光受信器１７を用い
てその周波数（受信周波数）を切り換えることとし、光
送信器１４はどのスロットにおいても各ノード固有の周
波数（送信周波数）でセルを送出する。周波数可変光受
信器１７によって受信された光信号は、電気信号に戻さ
れて２．５ＧｂｐｓのＡＴＭセルとなり、受信バッファ
１６に一旦蓄積された後、ＡＴＭセル分離部１５により
並列化され、１５５ＭｂｐｓのセルとなってＡＴＭスイ
ッチ１０に入力される。

【００１６】図２のノード１−ｉには、主たる通信信号
であるセル用の光送信器１４および周波数可変光受信器
１７の他に、制御チャネル用の光送信器２０および光受
信器２１が備えられている。制御信号処理部１９は、光
送信器２０から送信すべき制御信号と光受信器２１で受
信された制御信号を処理すると共に、読出し制御部１３
の読み出しタイミングの制御と周波数可変光受信器１７
の受信周波数（局部発振周波数）の制御を行う。

【００１７】本実施例のネットワークで他ノードとの通
信を行う場合、事前に相手ノードとどのスロットで信号
を送出するか、すなわちスロット割り当てをどのように
するかを打ち合わせる必要がある。このスロット割り当
ての打ち合わせのために、上記の制御チャネルが設定さ
れている。スロット割り当てを分散制御、すなわち複数
のノード間で打ち合わせで決定する方式で行うと、ネッ
トワークの効率が落ち易いので、本実施例では図１に示
したように制御ノード４を用意し、この制御ノード４で
全てのノードの全てのスロット割り当てなどの集中管理
と制御を行っている。本実施例のようにノード１−ｉの
スループットが２．５Ｇｂｐｓのネットワークの場合、
各ノード１−ｉの光送信器からは、１６９．６ｎｓ毎に
１セルが送出される。

【００１８】図３は、図２の周波数可変光受信器１７の
構成例を示すブロック図であり、コヒーレント光受信器
の場合の例である。この周波数可変光受信器１７は、ス
ロット毎に受信周波数、つまり受信すべき光信号の周波
数を選択することより、必要なセルを受信する。すなわ
ち、受信された光信号はまず光検波部（光−電気変換
器）３１に入力され、光スイッチ３０を介して供給され
る局発ＬＤ３２−１または３２−２からの局部発振光と
混合されて所定周波数に変換されると共に、電気信号に
変換された後、復調部３３を経て周波数検出・ＡＦＣ制
御部３５に入力される。このように周波数可変光受信器
１７は、受信周波数の周波数選択手段として二つの局発
ＬＤ３２−１，３２−２を備えており、これらをスロッ
ト毎にチャネル切換情報に応じて切り換えると共に、そ
の周波数を後述のように制御することにより必要なセル
を受信するようにしている。

【００１９】以下、この受信周波数の周波数制御機構に
ついて詳しく説明する。チャネル切換情報は、周波数切
換制御部３８に入力される。この周波数切換制御部３８
は、チャネル切換情報に基づいて、周波数検出・ＡＦＣ
制御部３５からのＡＦＣ制御信号を加算器３９−１，３
９−２のいずれかに切換えて供給するためのスイッチ３
６の制御と、加算器３９−１，３９−２への周波数切換
信号ａ−１，ａ−２の生成、および光スイッチ３０の制
御を行う。

【００２０】加算器３９−１は、周波数切換制御部３９
からの周波数切換信号ａ−１と、バイアス源３７−１か
らのバイアス電圧信号ｂ−１と、スイッチ３６を介して
入力されるＡＦＣ制御信号ｃ−１とを加算し、加算結果
を第１の局発ＬＤ３２−１に対して駆動信号ｄ−１とし
て供給する。同様に、加算器３９−２は、周波数切換制
御部３９からの周波数切換信号ａ−２と、バイアス源３
７−２からのバイアス電圧信号ｂ−２と、スイッチ３６
を介して入力されるＡＦＣ制御信号ｃ−２とを加算し、
加算結果を第２の局発ＬＤ３２−２に対して駆動信号ｄ
−２として供給する。

【００２１】受信周波数の切り換えは、次のようにして
行われる。まず、周波数切換制御部３８からの制御によ
り第１の局発ＬＤ３２−１の発振周波数が変化させられ
ると共に、この局発ＬＤ３２−１の出力光がスイッチ３
０を介して光検波部３１に局部発振光として供給され
る。この状態で周波数検出・ＡＦＣ制御部３５により、
光検波部３１の出力信号の周波数検出結果に基づいて局
発ＬＤ３２−１に対して高速のＡＦＣ制御を行うことに
より、局発ＬＤ３２−１の発振周波数が受信周波数に対
応する周波数に正確に引き込まれる。

【００２２】こうして第１の局発ＬＤ３２−１の発振周
波数が切り換えられたことにより、第１スロットの光信
号が受信されて復調部３３でベースバンド信号が復調さ
れ、このベースバンド信号から識別・再生部３４を経て
セルが復元されて図２の受信バッファ１６に送出され
る。

【００２３】前述したように、ＬＤ（半導体レーザ）は
駆動電流の制御時に、活性層のキャリア密度の変化の効
果のみによらず、熱の効果、すなわち温度変化によって
も発振周波数が変化する。そして、後者の効果による周
波数変化の時定数は数百μｓ以上と長い。この長い時定
数の影響により、一旦ＡＦＣ動作により所定の周波数に
引き込まれた局発ＬＤの発振周波数は、１μｓ程度の時
間経過後、再び外れ始める。そこで、このような受信周
波数のずれが生じる前に次のスロットになるようにネッ
トワークは設計される。

【００２４】最初の第１スロットの光信号の受信が終わ
ると、次の第２スロットの光信号を受信するためにチャ
ネル切換情報に基づいて周波数切換制御部３８からの制
御により光スイッチ３０が切り換えられ、今度は第２の
局発ＬＤ３２−２の出力光が光スイッチ３０を介して光
検波部３１に局部発振光として供給される。この場合、
先に第１の局発ＬＤ３２−１の発振周波数が第１スロッ
トに対応して制御されたと同様にして、第２の局発ＬＤ
３２−２の発振周波数が切り換えられ、第２のスロット
の光信号が受信されて復調部３３で復調され、さらに識
別・再生部３４を経てセルが復元されて図２の受信バッ
ファ１６に送出される。

【００２５】この場合、周波数切換制御部３８からの制
御によりスイッチ３６も切り換えられ、ＡＦＣ制御は第
２の局発ＬＤ３２−２に対して行われる。この第２スロ
ットの光信号の受信中、第１の局発ＬＤ３２−１の発振
周波数は第１スロットの信号受信時の周波数切換えによ
る熱の効果を打ち消すような周波数に、周波数切換制御
部３８からの周波数切換信号ａ−１により合わされる。

【００２６】さらに、次の第３スロットの光信号を受信
する場合には、再び光スイッチ３０が切り換えられる。
これにより、第１の局発ＬＤ３２−１の発振周波数が切
換えられ、第３スロットの光信号が受信復調されると同
時に、第２の局発ＬＤ３２−２の発振周波数は第２スロ
ットでの周波数制御による熱の効果を打ち消すような周
波数に制御される。

【００２７】以上の動作を繰り返していくことにより、
二つの局発ＬＤ３２−１，３２−２は、共に熱の効果に
よる周波数シフトの影響を受けない安定な動作を行うこ
とができる。これにより周波数可変光受信器１７として
は、常に任意の周波数の光信号の受信を行うことが可能
となる。

【００２８】本実施例において、周波数切換制御部３８
は各々の局発ＬＤ３２−１，３２−２に供給される駆動
信号ｄ−１，ｄ−２のそれぞれの平均値が所定時間（局
発ＬＤ３２−１，３２−２の熱の効果が現れる時間）よ
り長い時間で見たときに一定であるように周波数切換信
号ａ−１，ａ−２を制御しているといえる。

【００２９】ここで、周波数切換制御部３８は局発ＬＤ
３２−１，３２−２のうち光スイッチ３０で選択された
受信に供される方の局発ＬＤの発振周波数を受信に供さ
れる期間中に受信周波数に対応した所定周波数に制御す
る第１の制御モードと、所定時間以上の時間で見た平均
値が一定となるように受信に供される期間以外の期間中
に局発ＬＤの発振周波数を制御する第２の制御モードを
有する。

【００３０】図４は、周波数切換制御部３８による局発
ＬＤ３２−１，３２−２の発振周波数の周波数シフトの
様子を、図３における二つの周波数切換信号ａ−１，ａ
−２の時間変化として示している。ＬＤの周波数応答を
考えると、ＬＤの発振周波数もａ＝０のときの周波数を
基準に周波数切換信号ａ−１，ａ−２にほぼ対応して変
化すると考えてよい。図４では、周波数切換信号ａ−
１，ａ−２はともに周波数シフトをａ−１＝０，ａ−２
＝０を中心として対称的に規則正しく変化させている。

【００３１】局発ＬＤ３２−１，３２−２は光信号の１
スロットおきに交互に受信に供されており、他のスロッ
トでは熱の効果を補償している。図４中、実線が第１の
制御モードにおいて局発ＬＤ３２−１，３２−２の発振
周波数を受信周波数に対応した周波数に制御する期間で
あり、破線が第２の制御モードにおいて局発ＬＤ３２−
１，３２−２の熱の効果を補償する期間である。この第
２の制御モードによる制御によって、２スロットの期間
で周波数切換信号ａ−１，ａ−２のそれぞれの平均値は
０となるため、局発ＬＤ３２−１，３２−２の発振周波
数のそれぞれの平均値も、ａ−１＝０，ａ−２＝０のと
きの発振周波数に相当する一定の値となり、ＬＤの熱の
効果による周波数の揺らぎの影響を受けない安定した受
信周波数の選択が可能となる。

【００３２】図５に、比較のため一つの局発ＬＤを用い
てその発振周波数を熱の効果が現れる時間よりも短い時
間で平均的に見たときに発振周波数を一定となるように
制御する例を示す。この方法によると、高速で安定した
周波数切り換えが可能となるが、平均的に発振周波数を
一定にするために切り換えられる発振周波数の関係に制
限がある。例えば、同じ周波数で数バーストを実連続し
て選択することはできないし、また図５のように周波数
を平均値に対して対称的に変化させた場合には２回に１
回しか任意の周波数を選択することができない。これに
対し、本実施例では、局発ＬＤが受信に供されている期
間以外の期間に平均的に発振周波数が一定となるような
制御を行う第２の制御モードを有しているため、このよ
うな不具合が解決され、周波数切り換えの自由度が増す
という利点がある。

【００３３】ところで、局発ＬＤの熱の効果の補償を行
うための第２の制御モードでの制御方法としては、上述
したようなＬＤ駆動信号の電流値を変えてＬＤの発振周
波数自体を制御する方法とは別に、時間で制御する方
法、すなわちＬＤに対して周波数シフトを行う時間を制
御する方法も有効である。前者のＬＤ駆動信号の電流値
で制御する方法は、図４で示したように例えば受信期間
に周波数切換信号として＋１０ｍＡ相当の信号を加えた
場合、補償期間には−１０ｍＡ相当の信号を加える。こ
の場合、補償用の信号は大きさが明確なので、生成が容
易である利点はあるが、反面、補償期間の時間長として
受信に費やすのと同じだけの時間が必要になる。

【００３４】これに対して時間つまり周波数シフト時間
で制御する方法は、ＬＤ駆動信号として受信スロット期
間中の＋１０ｍＡ相当の信号を与えた場合に、補償期間
中に局発ＬＤに加え得る駆動信号の最小電流により決ま
る周波数切換信号の最低値ａｍｉｎを１スロット期間の
１０／（ａｍｉｎ）の時間だけ加える方法である。この
方法では、例えばａｍｉｎを加えることが−１００ｍＡ
相当であるとすれば、受信スロットの１／１０の時間で
ＬＤの熱の効果の補償が終了する。

【００３５】図６は、その一例を示す図であり、実線で
示す奇数スロットが受信期間、偶数スロットのうちの破
線で示す期間が補償期間となっている。そして、周波数
切換信号が平均的にａ５＝０となるように、補償期間つ
まり周波数シフト時間を制御している。例えば、第１ス
ロットでは周波数切換信号の値はａ７であるが、これは
ａｍｉｎの絶対値に対して２／５の大きさなので、第２
スロットでの補償用周波数切換信号としては、ａｍｉｎ
を２／５スロットだけ継続させた信号を使っている。

【００３６】このように、奇数スロットである受信スロ
ット中の周波数シフト量に応じて、偶数スロットである
補償用スロット中に設定される補償期間として必要な時
間が変化するため、補償用スロット中の補償期間以外の
時間を熱の効果の補償の微調整や、次スロットの受信信
号に対応する受信周波数切換えの準備などに費やせると
いう利点がある。特に、次スロットを切り換える前に、
ＬＤの発振周波数を目的の受信周波数に対応した周波数
に合わせておけば、スロット切り換え直後から光信号の
受信が可能となり、スロット間のガードタイムの短縮、
ネットワークの実スループットの向上を図ることができ
る。

【００３７】なお、この方法では補償用の周波数切換信
号の大きさ（周波数シフト量）は常に一定であるが、補
償用の周波数切換信号を印加する補償時間（周波数シフ
ト時間）の計算が必要である。この補償時間は、時定数
の異なる充放電回路やカウンタを用いた電子回路を構成
することで容易かつ高速に計算でき、それによりスロッ
ト時間が短く高速な周波数切り換えを必要とする場合に
も容易に対応できる。従って、補償用スロット内で次ス
ロットの周波数に合わせておくような場合でも、それに
応じた補償を容易に行うことができる。

【００３８】図７に、補償時間設定回路の一例を示す。
アップダウンカウンタ５０は、受信スロットにおいては
ＵＰ／ＤＯＷＮ切り換え端子５４を介してカウントアッ
プモードに設定され、入力端子５１に“１”、クロック
端子５２にクロックＣＬＫがそれぞれ入力される。クロ
ックＣＬＫはＶＣＯ（電圧制御発振器）５３によって発
生され、その周波数ｆｃｌｋ１は周波数切換信号に基づ
いて信号変換部５６からの制御電圧により周波数シフト
量に応じた値に制御される。

【００３９】受信スロットが終わると、アップダウンカ
ウンタ５０はＵＰ／ＤＯＷＮ切り換え端子５４を介して
カウントダウンモードに切り換えられ、さらにスイッチ
５５が切り換えられてＶＣＯ５３に一定の直流電圧５７
が制御電圧として与えられることにより、クロック端子
５２に所定の周波数ｆｃｌｋ２のクロックＣＬＫが入力
される。

【００４０】アップダウンカウンタ５０のカウント値が
０となると、ＺＥＲＯ端子５８から時間終了の信号が得
られる。この場合、クロック周波数ｆｃｌｋ１，ｆｃｌ
ｋ２の周波数比が受信スロットでの周波数シフト量と補
償用スロットでの周波数シフト量との比に一致するよう
にｆｃｌｋ１を設定することにより、上述した補償時間
の設定が可能となる。

【００４１】本発明は、次のように種々変形して実施す
ることが可能である。例えば、図３の実施例では局発Ｌ
Ｄに対するＡＦＣ制御を光検波部３１の出力に基づいて
行っているが、更に高速にするために、局発ＬＤの出力
光の一部を取り出し、その光から光周波数を検出する光
周波数検出部を設け、その検出出力によりＡＦＣ制御を
行うことも有効である。また、この場合に光スイッチ３
０の出力光の一部を取り出して光周波数検出部に導くよ
うにすれば、光周波数検出部を一つで済ませることがで
きる。

【００４２】また、複数の局発ＬＤの出力を切り換える
光スイッチの切り換え前に、予め局部発振光の周波数を
セットして切り換えの高速化を図ることも可能である。
その場合は、図８に示すように、２入力×２出力型の光
スイッチ７０を用い、受信に供されない方の出力ポート
に光周波数検出部７２を設けて、この光周波数検出部７
２の出力を周波数制御部７３に導き、この周波数制御部
７３の出力を２入力×２出力型のスイッチ７１を介して
加算器３９−１，３９−２に供給して０周波数制御を行
うことにより、一つの光周波数検出部７２だけで２つの
局発ＬＤ３２−１，３２−２の周波数の事前切り換えを
実現できる。もちろん、局発ＬＤ３２−１，３２−２の
それぞれの出力側に光周波数検出部を設けて光周波数の
安定化を行うようにしてもよい。

【００４３】局発ＬＤ３２−１，３２−２の熱の効果の
補償動作は、受信スロットの前に予め行ってもよく、そ
れによる効果は先の実施例と同様である。また、局発Ｌ
Ｄ３２−１，３２−２の一方（例えば第２の局発ＬＤ３
２−２）が受信に供されている間、他方（第１の局発Ｌ
Ｄ３２−１）については、前後の数スロットの光周波数
も考慮して、平均的に光周波数が一定になるように発振
周波数を合わせる制御を行うこともできる。これによ
り、第１の局発ＬＤ３２−１を数スロット連続して利用
できるため、その利用効率は高まり、また光スイッチ３
０の切り換え頻度を低減できるので、光スイッチ３０の
劣化低減、信頼性向上を図ることができるという効果が
ある。

【００４４】例えば、図９に示すように局発ＬＤ３２−
１の発振周波数を切り換える周波数切換信号ａ−１は最
初の４スロットの間連続的に使用し、５スロット目にそ
れまでの周波数切り換えによる熱の効果を補償するよう
に周波数を切り換える。そして、この間は周波数切換信
号ａ−２で切り換えられる第２の局発ＬＤ３２−２を用
いて受信を行う。

【００４５】なお、図９では熱の効果の補償のための周
波数シフトをスロットの間中行っているが、前記のよう
な時間の制御による方式も行えるし、逆に周波数切換信
号ａ−２による補償を複数スロットにまたがって行うこ
ともできる。もちろん、２スロットを越える単位で補償
を行う場合でも、各補償動作は熱の効果が現れるよりも
短い数のスロット毎に行われなければならない。

【００４６】光周波数のシフト量を大きくとる場合に
は、多電極の光半導体素子を用いる場合が多い。この場
合も基本的には、各電極に対して本発明を実施すること
により、高速かつ安定な周波数切り換えを実現できる効
果がある。

【００４７】図１０は、第１電極Ｅ１、第２電極Ｅ２お
よび第３電極Ｅ３からなる３電極構成のＬＤを局発ＬＤ
３２−１，３２−２として用いた場合の実施例である。
ここでは、第１電極Ｅ１と第３電極Ｅ３には同じ駆動電
流を印加することを想定したので、局発ＬＤ３２−１、
３２−２の駆動入力端子は電極Ｅ１，Ｅ３の共通端子と
電極Ｅ１の端子の２つである。また、局発ＬＤ３２−
１，３２−２がこのような３電極構成（２端子）構成と
なったことに伴い、局発ＬＤ３２−１，３２−２に駆動
信号を供給する加算器も、３９−１，３９−２，３９−
３，３９−４の４個設けられている。

【００４８】周波数切り換え制御は、各端子の駆動電流
を同様に変化させたり、大きく周波数シフトをさせる端
子（例えば電極Ｅ１，Ｅ３の端子）と微調整用の端子
（電極Ｅ２の端子）とに区分して変化させたり、ある端
子に流した電流による熱の効果を他の端子への切り換え
信号で補償する等の手法があるが、いずれの場合に対し
ても本発明の効果は変わらない。

【００４９】以上の実施例では、２つの局発ＬＤを用い
た場合について説明したが、本発明は３つ以上の局発Ｌ
Ｄを用いた場合についても拡張できる。この場合、各局
発ＬＤの熱の効果の補償を１スロット内で済ませ、残り
の時間は熱的に中立な周波数に合わせておく。その際、
さらに周波数検出系を用いて微調整し、安定させること
により、更に熱の効果の補償の精度を向上できる効果が
ある。

【００５０】また、図１１に示すように、各ＬＤの熱の
効果の補償を数スロットにわたり行う方法もある。図１
１は、３つの局発ＬＤを用いた場合の例であり、ａ−
１，ａ−２，ａ−３がそれぞれの局発ＬＤに対する周波
数切換信号である。このようにすることにより、熱の効
果の補償に要する駆動電流全体のピーク値を低減できる
効果が期待できる。

【００５１】以上、コヒーレント受信を用いた光受信器
の周波数を変化させるシステムの例を示したが、光半導
体フィルタを用いた周波数可変光受信器を用いたシステ
ム、さらには光送信の周波数を変化させるシステムでも
本発明は同様の効果が得られる。

【００５２】図１２は、前者のシステムに使用される周
波数可変光受信器の主要部の構成を示すブロック図であ
り、入力光スイッチ１０１と、周波数選択手段である光
半導体フィルタ１０２−１，１０２−２と、出力光スイ
ッチ１０３と周波数切換制御部１０４および光−電気変
換部１０５により構成される。入力光スイッチ１０１に
は、複数の周波数（波長）の光が時分割で入力される。
入力光スイッチ１０１は周波数切換制御部１０４により
制御され、これらの入力光を周波数選択手段である光半
導体フィルタ１０２−１または１０２−２に供給する。
光半導体フィルタ１０２−１または１０２−２の出力光
は、出力光スイッチ１０３に導かれる。出力光スイッチ
１０３は周波数切換制御部１０４により入力光スイッチ
１０１に同期して制御される。出力光スイッチ１０３か
らの出力光は、光−電気変換部１０５において電気信号
に変換されて復調される。

【００５３】光半導体フィルタ１０２−１，１０２−２
は、先の実施例において局発ＬＤ３２−１，３２−２が
制御されたと同様にして、受信に供される期間は所望の
受信周波数の光信号を透過するように制御され（第１の
制御モード）、それ以外の期間では透過する光信号の周
波数が平均的に一定となるように制御される（第２の制
御モード）。

【００５４】本発明は、送信周波数を変化させるシステ
ムにも適用することが可能である。図１３は、このよう
なシステムに使用される周波数可変光送信器の主要部の
構成を示すブロック図である。図１３において、送信信
号はスイッチ２０１を介して周波数選択手段である二つ
の送信ＬＤ２０２−１，２０２−２のいずれかに入力さ
れる。送信ＬＤ２０２−１，２０２−２は、加算器２０
４−１，２０４−２を介して、バイアス源２０３−１，
２０３−２より供給される定電流に加え、周波数切換制
御部２０５から供給される電流によっても発振光周波数
が可変制御される。スイッチ２０１は、周波数切換制御
部２０５により制御され、入力の送信信号を送信ＬＤ２
０２−１，２０２−２に対して選択的に供給する。

【００５５】送信ＬＤ２０２−１，２０２−２の出力光
は、光スイッチ２０６に導かれる。光スイッチ２０６
は、周波数切換制御部２０５により入力側のスイッチ２
０１と同期して制御される。従って、光スイッチ２０６
から変調された光信号が出力され、図示しないネットワ
ークに向けて送出されることになる。

【００５６】ここで、送信ＬＤ２０２−１，２０２−２
は先の実施例において局発ＬＤ３２−１，３２−２が制
御されたと同様にして、周波数切換制御部２０５により
送信に供される期間は所望の送信周波数の光信号を出力
するように制御され（第１の制御モード）、それ以外の
期間では出力する光信号の送信周波数が平均的に一定と
なるように制御される（第２の制御モード）。

【００５７】なお、本発明において周波数選択手段とし
てはグレーティングを備えた光半導体素子が好適であ
る。図１４（ａ）（ｂ）はグレーティングを備えた半導
体レーザの二つの例の断面図であり、（ａ）では活性層
８０に隣接してグレーティング８１−１が設けられ、ま
た（ｂ）では活性層８０の端にグレーティング８１−２
が設けられている。これらのグレーティング８１−１，
８１−２の作用によって、活性層８０−１，８０−２か
ら発生されるレーザ出射光８３の発振周波数は、単一の
所定周波数に安定化される。発振周波数は、例えば電極
８２−１，８２−２，８２−３に印加する駆動電流を制
御することにより可変することができる。このグレーテ
ィングを備えた半導体レーザは、先の実施例において示
した局発ＬＤや送信ＬＤとして使用することができる。

【００５８】図１５は、グレーティングを備えた半導体
光増幅器の一例の断面図であり、活性層９０に隣接して
グレーティング９１が設けられている。入射光９３は活
性層９０で増幅され、強力な出射光９４として取り出さ
れる。この場合、増幅できる光の周波数はグレーティン
グ９１による制限を受け、その周波数は例えば電極９２
に印加する駆動電流を制御することにより可変すること
ができる。従って、この半導体光増幅器は、所望の周波
数の光信号のみを抽出する図１２に示した半導体光フィ
ルタ１０２−１，１０２−２として使用することができ
る。

【００５９】上述したようなグレーティングを備えた半
導体レーザや半導体光増幅器等の半導体光素子は、周波
数安定度、周波数設定精度に優れているため、本発明に
おける周波数選択手段として好適である。

【００６０】なお、前述した補償時間（周波数シフト時
間）の制御によるＬＤの周波数制御は、一般的に光半導
体素子の熱の効果の補償に有効である。例えば、図１６
に示すような光周波数制御系（光周波数安定化電源）を
考える。この光周波数制御系はＬＤ３００と、このＬＤ
３００が発生する光の周波数を検出する光周波数検出部
３０１と、この光周波数検出部３０１の出力信号の目標
参照信号に対する誤差を求める減算器３０２と、この減
算器３０２の出力信号を帯域制限する帯域制限部３０３
と、この帯域制限部３０３の出力信号に基づいてＬＤ３
００に対する通電時間を制御する通電時間制御部３０４
と、この通電時間制御部３０４の出力信号と帯域制限部
３０４の出力信号を加算する加算器３０５と、この加算
器３０５の出力信号を振幅制限してＬＤ３００に対する
駆動信号を生成するリミタ３０６からなる。

【００６１】このような光周波数制御系においては、一
般的にＬＤ３００の保護のために設けられたリミタ３０
６により制御ループの動作が制限され、ＬＤ３００の熱
の効果が遅れる。この場合、通電時間制御部３０４にお
いて帯域制限部３０４の出力信号からリミタ３０６の影
響を計算して、ＬＤ３００に対する通電時間、すなわち
前記補償時間の制御を行うことにより、この遅れを補償
することができる。このように、光半導体素子を用いる
光周波数制御系において、光半導体素子の通電時間（駆
動電流の継続時間）で素子を制御する機能を備えること
により、容易に熱の効果の補償を行うことが可能とな
る。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
速かつ安定な送信周波数または受信周波数の周波数切り
換えを行う機能を有するノードを備えた波長多重光通信
ネットワークを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る波長多重光通信ネット
ワークの概略構成図

【図２】図１におけるノードの構成例を示すブロック図

【図３】図２における周波数可変光受信器の詳細な構成
を示すブロック図

【図４】本発明における周波数シフトのシーケンスの第
１の例を示す図

【図５】比較例の周波数シフトのシーケンスを示す図

【図６】本発明における周波数シフトのシーケンスの第
２の例を示す図

【図７】補償時間設定回路の構成例を示すブロック図

【図８】本発明の他の実施例に係る周波数可変光受信器
の構成を示すブロック図

【図９】本発明における周波数シフトのシーケンスの第
３の例を示す図

【図１０】本発明の他の実施例における周波数可変光受
信器の構成を示すブロック図

【図１１】本発明における周波数シフトのシーケンスの
第４の例を示す図

【図１２】本発明の他の実施例に係る周波数可変光受信
器の構成を示すブロック図

【図１３】本発明の別の実施例に係る周波数可変光送信
器の構成を示すブロック図

【図１４】グレーティングを備えた半導体レーザの例を
示す断面図

【図１５】グレーティングを備えた半導体光増幅器の例
を示す断面図

【図１６】光周波数検出部を有する光周波数安定化電源
の構成図

【符号の説明】

１−１〜ｎ…ノード ２…光ファイバ網 ３−１〜ｎ…ファイバ束 １０…ＡＴＭスイ
ッチ １１…ＡＴＭセル多重化器 １３…読出し制御
部 １４…光送信器 １５…ＡＴＭセル
分離器 １７…周波数可変光受信器 １９…制御信号処
理部 ２０…制御チャネル用光送信器 ２１…制御チャネ
ル用光受信器 ２２…同期シーケンス発生部 ３０…光スイッチ ３１…光検波部 ３２…局発ＬＤ ３３…復調部 ３４…識別・再生
部 ３５…周波数検出・ＡＦＣ制御部 ３６…スイッチ ３７…バイアス源 ３８…周波数切換
制御部 ３９…加算器 ７０…２×２光ス
イッチ ７１…２×２スイッチ ７２…光周波数検
出部 ７３…周波数制御部 ８０…活性層 ８１…グレーティング ８２…電極 ８３…出射光 ９０…活性層 ９１…グレーティング ９２…電極 ９３…入射光 ９４…出射光 １０１…光スイッチ １０２…光半導体
フィルタ １０３…光スイッチ １０４…周波数切
換制御部 ２０１…スイッチ ２０２…送信ＬＤ ２０３…バイアス源 ２０４…加算器 ２０５…周波数切換制御部 ２０６…光スイッ
チ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つの光送信器および光受信器
   をそれぞれ有する複数のノードを備え、該光送信器の送
   信周波数および該光受信器の受信周波数の一方の周波数
   を各ノードに固有の値とし、他方の周波数を可変とする
   ことにより任意のノード間の通信を実現する波長多重光
   通信ネットワークにおいて、 前記送信周波数または受信周波数のうち前記可変である
   方の周波数を選択する複数の周波数選択手段と、 これら複数の周波数選択手段のうち一つが送信または受
   信に供されるように切り換える切換手段と、 前記周波数選択手段が選択した送信周波数または受信周
   波数を該周波数選択手段が送信または受信に供される期
   間中に所定周波数に制御する第１の制御モードと、該送
   信周波数または受信周波数の所定時間以上の時間で見た
   平均値が一定となるように前記送信または受信に供され
   る期間以外の期間中に該送信周波数または受信周波数を
   制御する第２の制御モードを有する制御手段とを具備す
   ることを特徴とする波長多重光通信ネットワーク。
2. 【請求項２】少なくとも一つの光送信器および光受信器
   をそれぞれ有する複数のノードを備え、該光送信器の送
   信周波数および該光受信器の受信周波数の一方の周波数
   を各ノードに固有の値とし、他方の周波数を可変とする
   ことにより任意のノード間の通信を実現する波長多重光
   通信ネットワークにおいて、 前記送信周波数または受信周波数のうち前記可変である
   方の周波数を選択する複数の周波数選択手段と、 これら複数の周波数選択手段のうち一つが送信または受
   信に供されるように切り換える切換手段と、 前記周波数選択手段が選択した送信周波数または受信周
   波数を該周波数選択手段が送信または受信に供される期
   間中に所定周波数に制御する第１の制御モードと、該送
   信周波数または受信周波数の所定時間以上の時間で見た
   平均値が一定となるように前記送信または受信に供され
   る期間以外の期間中に該送信周波数または受信周波数に
   対して周波数シフトを行う時間を制御する第２の制御モ
   ードを有する制御手段とを具備することを特徴とする波
   長多重光通信ネットワーク。
3. 【請求項３】前記周波数選択手段は、グレーティングを
   有する光半導体素子を含んで構成されることを特徴とす
   る請求項１または２に記載の波長多重光通信ネットワー
   ク。