JP4523382B2 - マルチモードファイバ伝送システム - Google Patents
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Description
モード間の干渉がない理想的な場合(図22(a))、伝播する光の受信側断面における光強度分布はコア中心を最高パワーとしたガウシアン分布となり、接続損失もある程度計算で求められる。しかし、伝播するモード間で干渉を起こすと(図22(b))、MMF断面内に不均一な光強度分布を作る。
この不均一なパワー分布は受信部のMMF/SMF接続部における接続損失に影響を及ぼすが、本発明の発明者は受信部におけるMMF/SMF接続損失と伝送特性(エラー特性)に密接な関係があることに着目した。
図1に示すように、マルチモードファイバではコア径が大きいためにコア内を光が伝播するルートが複数存在し、これをマルチモードと呼んでいる。
光信号がMMF伝送後にSMFを介して受信器に入力する場合、MMF/SMF接続部において接続損失が生じるが、前述の通り、この接続損失は全てのモードに一律に作用するのではなく、主にモード間干渉を起こしてコア外周部に強度部分布を作るのに寄与したモード成分のみに作用するものである。
実験の結果、接続損失とBER特性との間には図4に示す関係があることがわかった(-30dBm受信時:受信側での損失が大きくなる場合、送信側のパワーを大きくして、受信パワーが-30dBmから変化しないようにして測定した)。
よってSMF専用機器にてMMF伝送を行う場合、受信部に接続損失をモニタする回路を構成しておけば、間接的にエラー特性をモニタできる。しかも接続損失はエラーのない領域でも変化するので、その変化をモニタすれば全く問題ない状態なのか、エラーが起こる間際の状態なのかも推測可能である。
通常受信部に搭載される入SMF用入力レベルモニタ部の他に、MMF用入力レベルモニタ部を追加し、両者のパワーモニタの比較を行うことでMMF/SMF接続部の損失を求める。
図6に示すように、接続損失の値でいくつかのレベル分けをしておき、Alarm生成処理などを行うことができる。図6の例では、4dB以下では、安全領域、4〜6dBでは、危険領域、6〜8.3dBでは、エラー多発領域、8.3dB以上を飽和領域としている。そして、例えば接続損失が4〜6dBの間では実際にはエラーは生じていないが、エラーが起きる寸前の状態であることがわかり、保守者に対し危険状態にあることを通知することができる。
また同様に6〜8.3dB程度の領域はエラー多発領域であるが、グラフを見てわかる通り、接続損失の値によってBER値が異なるため、精度は低い可能性があるが間接的にエラーモニタとしても使用できる。例えば、図7の場合には、6〜8.3dBの間を3つの領域に分割し、それぞれをエラー小の領域、エラー中の領域、エラー大の領域としている。
装置Iの送信器11から光信号が送信され、下り伝送路12を光信号が伝搬し、装置IIのMMFカプラ14で光信号が分岐される。分岐された光信号のパワーがMMF用モニタPD15によって検出され、結果が監視制御部20に送られる。また、MMF用カプラ14を通過した光信号は、MMFからSMFに結合された後、SMF用カプラで分岐され、そのパワーがSMF用モニタPD17で検出される。結果は、監視制御部20に送られる。SMF用カプラ16を通過した光信号は受信器18で受信される。監視制御部20は、MMF用カプラ14の点での光パワーとSMF用カプラ16の点での光パワーを用いて、MMFからSMFへの結合損失を計算し、図8のグラフからエラーの発生状況を把握し、送信側に送信光パワーを増加する、あるいは、送信ビットレートを下げる要求を送信器11aから上り伝送路12aを使って、受信器18aに送る。受信器18aで装置IIからの要求を受け取った装置Iは、要求にしたがって、送信光パワーを上げるか、送信ビットレートを下げるかして、送信器11から光信号を送信する。
図11に示した通り、ビットレートを下げるとエラー発生の頻度を小さくできるため(光信号の受信レベルが小さくてもエラーが発生しにくくなるため)、エラー発生直前状態であることを察知した場合、図9、10と同様、対向回線を使って自回線の上流の送信器の送信レートを下げることでエラー発生を回避することができる。
対向局へ自局の情報を通知する場合、図12に示すような1芯双方向型の通信方法を用いることもできる。 この場合、上流への通知信号は主信号がエラーを起こしていても伝達できるよう、低ビットレートの専用信号(パイロット信号)とする。
システムによっては伝送路冗長をとる構成もある。この場合も同様にエラー発生間近であることを察知したときに伝送路を冗長側に切り替える制御を行い、エラーを回避できる。
受信部に接続損失モニタ機能を搭載する場合の構成案であるが、前述の図5に示した通り、最初からハードを作りこんでおく方法もあるが、MMF伝送にSMF専用機器を適用するということを勘案すると、最初からMMF伝送を意識して接続損失を作りこんでおくのはMMF専用機器を作るのと大差ない。
そこで、図15に示した通り、2つあるモニタ機能のうち1つ、特に、マルチモードファイバのモジュール41をオプションとして、取り外しできるようにしておく方法が考えられる。
また、図15に示した方法だと、受信ユニットとオプションユニットを接続する箇所(MMF/SMFアダプタ接続)のコア中心ズレにより、接続損失が大きくなる可能性が高い。すなわち、真のモーダル雑音による接続損失を検出したいにもかかわらず、物理的な中心のずれによって余計な損失が生じてしまい、システムとして性能が悪くなる。
このファイバの構成を図17に示す。コア調芯ファイバは、MMFとSMFをスプライス接続したファイバコードであるが、スプライス部ではコア中心ズレを限りなく0にすることができ、MMF/SMF接続部のコア中心ズレによる伝送特性劣化を取り除くことができる。
図18において、図5と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。MMF用モニタPD15とSMF用モニタPD17で検出された光パワーは、モニタ電圧としてA/D変換回路45においてデジタル信号に変換される。接続損失演算回路46では、MMF用モニタPD15のモニタ電圧値からSMF用モニタPD17のモニタ電圧値を減算することによって、接続損失値を得る。そして、閾値テーブル48のデータを読み出し、光モジュールの受信レベル規定点(受信器18の入り口)の受信レベルから、受信側接続損失の閾値を得て、実測した接続損失と、比較回路47において、比較する。実測した接続損失の方が、閾値テーブル48から得た接続損失の閾値より大きい場合には、エラーが発生していると考えられるので、Alarmを発したり、送信側に、ビットレートを下げるか、送信光パワーを上げる要求を出すなどの制御シーケンスを実行する。なお、接続損失仙山回路46及び比較回路47は、FPGA(Field Programmable Gate Array)などで構成可能である。
ステップS10からS17は下流局(図10では装置II)の処理である。ステップS10において、閾値テーブル値をFPGA内メモリに展開する。ステップS11において、各モニタPDのモニタ電圧をA/D変換してFPGAに取り込む。ステップS12において、光モジュールの受信レベル規定点の入力モニタ値を受信側FPGAに取り込む。ステップS13において、MMFモニタ値からSMFモニタ値を減算し、接続損失を演算する。ステップS14において、入力モニタ値、接続損失演算値、テーブル値を比較する。ステップS15において、接続損失がテーブル値以上か否かを判断する。ステップS15の判断がNoの場合には、ステップS11に戻る。ステップS15の判断がYesの場合には、ステップS16において、出力を上昇させる制御トリガ(パワー上昇要求)を生成し、ステップS17において、対向回線を使って、上流側に制御トリガを送信し、ステップS11に戻る。
システムの構成は、図18と同じなので、説明を省略する。図20の閾値テーブルでは、送信されてくる信号の信号レート毎に、光モジュールの受信レベル規定点における受信レベルと受信側接続損失の閾値が格納される。接続損失の測定時点での信号レートにあったテーブルを参照し、接続損失が閾値より大きいと判断された場合には、信号レートを下げるよう要求する制御トリガを送信側に送信する。
ステップS30からS38は下流局(図10の装置II)の処理である。ステップS30において、閾値テーブル値をFPGA内メモリに展開し、ステップS31において、信号レートを認識する。ステップS32において、各モニタPDのモニタ電圧をA/D変換し、FPGAで取り込む。ステップS33において、モジュールの入力モニタ値を受信側FPGAで認識し、ステップS34において、MMFモニタ値からSMFモニタ値を減算して、接続損失を演算する。ステップS35において、入力モニタ値、接続損失演算値、現在の信号レート、入力レベルでのテーブル値を比較する。ステップS36において、接続損失がテーブル値以上か否かを判断する。ステップS36の判断がNoの場合には、すてS31に戻る。ステップS36の判断がYesの場合には、ステップS37において、信号レートを下げるよう要求する制御トリガを生成する。ステップS38において、対向回線を使って上流局へ制御トリガを送信する。
マルチモードファイバ伝送路で伝送した光信号をシングルモードファイバによる伝送信号を受信するための受信装置で受信するための伝送システムであって、
マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続点の前段において、マルチモードファイバを伝搬する光信号の光強度を検出するMMF光強度検出手段と、
マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続点の後段において、シングルモードファイバを伝搬する光信号の光強度を検出するSMF光強度検出手段と、
MMF光強度検出手段とSMF光強度検出手段の検出結果より、マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続損失を得て、受信装置における信号のエラーの発生を推測する制御手段と、
を備えることを特徴とする伝送システム。
前記エラーの発生は、測定して得られた接続損失を、所定の閾値と比較することによって推測することを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
前記接続損失の大小から信号エラーの発生頻度の大小を推測することを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
エラーの発生が推測される場合には、送信装置に対し、送信光パワーを増加するよう要求することを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
エラーの発生が推測される場合には、送信装置に対し、送信信号のビットレートを下げるように要求することを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
前記送信装置への伝送用に、主信号と同一ファイバ内に、主信号と逆方向に主信号より低速のパイロット信号を送信することを特徴とする付記4または5に記載の伝送システム。
エラーの発生が推測される場合に、伝送システムを予備システムに切り替えることを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
前記MMF光強度検出手段あるいは前記SMF光強度検出手段は、モジュールとして構成され、必要なときに受信装置に取り付け可能であることを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
前記マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続点に、該マルチモードファイバと該シングルモードファイバのコアの偏心量を小さく抑えて接続したコア調芯ファイバを用いることを特徴とする付記1に記載の伝送システム。
11、11a、11b 送信器
12、12a、12b 伝送路(マルチモードファイバ)
13 受信装置
14、14b MMF用カプラ
15、15b MMF用モニタPD
16、16b SMF用カプラ
17、17b SMF用モニタPD
18、18a 受信器
20 監視制御部
25、26 WDM用カプラ
30 光スイッチ
31 カプラ
41 モジュール
45 A/D変換回路
46 接続損失演算回路
47 比較回路
48 閾値テーブル
Claims (4)
- マルチモードファイバ伝送路で伝送した光信号をシングルモードファイバによる伝送信号を受信するための受信装置で受信するための伝送システムであって、
マルチモードファイバ伝送路に接続されたシングルモードファイバから受信する光信号を受信する受信装置と、
マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続点の前段において、マルチモードファイバを伝搬する光信号の光強度を検出するMMF光強度検出手段と、
マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続点の後段において、シングルモードファイバを伝搬する光信号の光強度を検出するSMF光強度検出手段と、
MMF光強度検出手段とSMF光強度検出手段の検出結果より、マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続損失を得て、マルチモードファイバとシングルモードファイバの接続において光信号に損失が発生することによって起こる受信装置における信号のエラーの発生を、測定して得られた接続損失と所定の閾値とを比較することによって推測する制御手段と、
を備えることを特徴とする伝送システム。 - 前記接続損失の大小から信号エラーの発生頻度の大小を推測することを特徴とする請求項1に記載の伝送システム。
- エラーの発生が推測される場合には、送信装置に対し、送信光パワーを増加するよう要求することを特徴とする請求項1に記載の伝送システム。
- エラーの発生が推測される場合には、送信装置に対し、送信信号のビットレートを下げるように要求することを特徴とする請求項1に記載の伝送システム。
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