JP5318287B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに関する。

海底ケーブルシステムのような長距離の光通信システムでは、光中継器の状態を監視するために、監視のための監視信号を光信号に重畳して伝送されることがある。このような光通信システムでは、例えば下記特許文献１に記載されているように、高速の主信号は、光中継器で再生されること無く光のまま増幅して中継される。一方、監視信号は、主信号に比べて低いビットレートの低速信号であり、光信号の強度変調に重畳して伝送される。中継器では、重畳された低速信号を抽出して受信することで、監視信号が中継器に伝達される。

例えば、海底ケーブルシステムは、設計寿命が２０年以上と長く、回線需要にあわせて、両端の陸上局に新たな波長の光信号を送受信するための装置を増設していくことで、伝送容量を拡大していくことが多い。

一方、技術の進歩により、海底ケーブル建設当初の設計での最大容量を超えるような光信号の増設が可能となっている。新しい技術を導入した装置を陸上局に増設して、既存の波長の光信号と増設された装置により送信される増設光信号とを合波して、海底ケーブルに伝送することで、当初の限界を超えるような容量の拡大が可能となる。

例えば、既存の海底ケーブルシステムは、光信号を送出する光信号送信部と、低速の監視用の低速電気信号を生成する送信器と、光信号の強度に低速信号を重畳して変調する低速信号重畳部と、中継器と、監視用の低速信号を抽出する低速信号受信部と、既存の光信号を受信する光信号受信部と、中継器を介して伝送した光信号を分波して分波した光信号をそれぞれ低速信号受信部と光信号受信部とに出力する分波器と、を備えているとする。この海底ケーブルシステムに、新しい増設光信号を受信する増設光信号受信部と、既存の光信号に新しい増設光信号を合波する合波器と、中継器を介して伝送した光信号を分波する増設分波器と、新しい増設光信号を送出する増設光信号送信部と、中継器を介して伝送した光信号を分波し、分波した光信号を分波器と増設光信号受信部とに出力する増設分波器と、を増設する。

光信号送信部および増設光信号送信部から送出される光信号は、１波長の光信号とは限らず、複数の波長が多重されている場合が多い。また、中継器は一般には必要に応じて複数台設置され、光信号はこれらの中継器を介して海底ケーブルの反対端に至る。海底ケーブルの反対端には、上述の既存装置および増設装置が設置される。

既存の光信号は、光信号送信部から送出されて、低速信号重畳部によりこの光信号に低速信号が重畳されて送信され、さらに、合波器により増設光信号が合波され、中継器に至る。

特開平２−１１９３２８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、増設光信号には監視視号が重畳されていないため、増設光信号の数が多くなるにしたがって、中継器に届く監視信号の変調度が下がる。そのため、中継器で監視信号を抽出・受信できなくなり、中継器での監視が維持できない可能性がある、という問題がある。

また、既存の光信号を送信せず、増設光信号だけを伝送する場合には、監視信号が重畳されないという、問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光信号を増設しても監視用の低速信号の変調度を低下させることなく、中継器での監視を維持することができる光通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の光信号を送出する第１の光信号送信部と、強度変調により前記第１の光信号に低速信号を重畳する第１の低速信号重畳部と、を備える光通信システムであって、前記低速信号が重畳された前記第１の光信号から前記低速信号を抽出し、抽出した前記低速信号を低速電気信号に変換する低速信号抽出部と、第２の光信号を送出する第２の光信号送信部と、前記低速電気信号に基づいて、強度変調により前記第２の光信号に低速信号を重畳する第２の低速信号重畳部と、前記低速信号が重畳された前記第２の光信号を伝送先に向けて中継する中継器と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる光通信システムは、光信号を増設しても監視用の低速信号の変調度を低下させることなく、中継器での監視を維持することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の光通信システムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態２の光通信システムの構成例を示す図である。 図３は、実施の形態３の光通信システムの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる光通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。本実施の形態の光通信システムは、既存の光通信システムに対し、増設光信号を送受信するための装置を増設した光通信システムである。

本実施の形態の光通信システムは、例えば、光海底ケーブルを用いて光信号を伝送する光通信システムに適用することができるが、伝送区間の一部またはすべてが陸上の区間の光通信システムにも適用することができる。

本実施の形態の光通信システムは、既存の光通信システムとして、既存の光信号を送出する光信号送信部（ＷＤＭ−ＴＸ：第１の光信号送信部）１と、低速の監視用の低速電気信号を生成する監視信号送信部（ＳＶ−ＴＸ）２と、光信号を強度変調することにより光信号に低速信号を重畳して変調する低速信号重畳部（ＳＶ−ＭＯＤ：第１の低速信号重畳部）３と、中継器（ＲＥＰ）５と、監視用の低速信号を抽出する低速信号受信部（ＳＶ−ＲＸ）７と、を備えている。

本実施の形態の光通信システムでは、既存の光通信システムに対して、新しい増設光信号を送出する増設光信号送信部（ＷＤＭ−ＴＸ：第２の光信号送信部）４と、中継器５を介して伝送された光信号を分波する分波器６と、新しい増設光信号を受信する増設光信号受信部（ＷＤＭ−ＲＸ）８と、光信号を受けて低速の監視信号を抽出し、電気信号に変換する低速信号抽出部（ＳＶ−ＲＥＧ）９と、変換された電気信号に基づいて、増設光信号送信部４からの光信号に低速信号を重畳する低速信号重畳部（ＳＶ−ＭＯＤ：第２の低速信号重畳部）１０と、増設している。

本実施の形態の光通信システムでは、図１に示した光信号送信部（ＷＤＭ−ＴＸ）１、監視信号送信部２、低速信号重畳部３と、増設光信号送信部４、中継器５、分波器６、低速信号受信部７、増設光信号受信部８、低速信号抽出部９および低速信号重畳部１０を１式の送受信システムとし、中継器５を介して接続される、光通信システムの両端に、この送受信システムをそれぞれ備える。両端の送受信システムの間には、中継器５が必要に応じて複数台設置される。中継器５は、受信した光信号の伝搬損失を補償して当該光信号を中継するとともに、当該光信号に重畳された低速信号を受信する。

一方の送受信システムから送出された光信号は、中継器５を介して他端の送受信システムに伝送され、他端の送受信システムで受信される。なお、図１では、光信号により信号が伝送される区間を細い実線矢印で示し、電気信号で信号が伝送される区間を太い実線矢印で示している。

つぎに、本実施の形態の動作を説明する。なお、本実施の形態では、既存の信号は、光信号送信部１から送出されるが、中継器５を介して伝送はされず、中継器５を介して伝送される光信号は増設された光信号とする。

まず、既存の光信号は、光信号送信部１から送出される。低速信号重畳部３は、この既存の光信号の強度を低速の監視用の低速電気信号に基づいて変調することにより、既存の光信号に監視信号を重畳する。ここまでは、従来の光通信システムと同様である。

低速信号重畳部３は、監視信号である低速信号を重畳した光信号を低速信号抽出部９へ出力する。低速信号抽出部９は、低速信号重畳部３から出力された光信号から低速信号を抽出し、抽出した低速信号を電気信号として低速信号重畳部１０へ出力する。低速信号抽出部９は、例えば、光信号を電気信号に変換するフォトディテクタと、電気信号から所望の低速信号を抽出するローパスフィルタ(低域通過フィルタ)、あるいは、バンドパスフィルタ(帯域通過フィルタ)などで実現することができる。

低速信号重畳部１０は、増設光信号送信部４から送信される増設された光信号（以下、増設光信号という）に、低速信号抽出部９が抽出した低速信号を重畳して、中継器５へ出力する。低速信号重畳部１０は、例えば、光ファイバ中のラマン効果を利用して光信号の強度を増幅するラマン増幅器（Raman amplifier）により構成することができる。ラマン増幅器では、増幅する光信号の波長に比べて１００ｎｍ程度短い波長の光を励起光として入力することで、励起光の強度に応じて光信号の強度が増幅できることが知られている。低速信号を励起光として用いて強度を変調することで、ラマン増幅器の利得が変化して、通過する光信号の強度に低速信号を重畳することができる。ラマン増幅器は原理的に応答が高速であり、例えば数百ｋＨｚ程度の低速信号であれば、十分変調可能である。

なお、ラマン増幅器の光ファイバを短尺化したり、ラマン増幅器の励起光を光信号と同一伝搬方向に入射したりすることにより、増幅する光ファイバ内での光信号と励起光の伝搬遅延が少なくなり、より高速に変調することが可能となる。また、低速信号の変調速度が比較的低く、例えば数十ｋＨｚ以下であれば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ；Erbium-doped fiber amplifier）を用いて、その励起光を低速信号で変調することで、同様な機能が実現可能である。その他、強度変調器を用いて低速信号を重畳することも可能である。

低速信号重畳部１０から送出された増設光信号は、中継器５を経由して（必要に応じて設置された複数の中継器５を経由して）、他端の送受信システムに至る。また、中継器５は、低速信号重畳部１０から送出された増設光信号に重畳されている監視信号を用いて、所定の監視処理を実施する。他端の送受信システムでは、分波器６が、中継器５により伝送された増設光信号を分波し、分波した増設光信号をそれぞれ増設光信号受信部８と低速信号受信部７に出力する。

増設光信号受信部８は、受信した増設光信号に対して所定の受信処理を行い、低速信号受信部７は、増設光信号から低速信号である監視信号を抽出して、監視信号に対して所定の処理を実施する。

以上のように、本実施の形態では、低速信号抽出部９が既存の光信号から監視信号を抽出し、低速信号重畳部１０が、低速信号抽出部９により抽出された監視信号を、増設光信号に重畳して、中継器５へ出力するようにした。そのため、光信号送信部１からの既存の光信号を伝送することをやめて、増設光信号だけを伝送する場合でも、監視信号を中継器５に伝達することができる。すなわち、光信号を増設しても監視用の低速信号の変調度を低下させることなく、中継器での監視を維持することができる。

増設光信号として、周波数利用効率が高く、変調速度が高速なものを用いることにより、既存の光信号を伝送する場合に比べて、光通信システムの全体の伝送容量を増加させることができる。また、低速の監視信号の送信装置、受信装置（低速信号重畳部３，低速信号受信部７）は、既存の装置を継続利用することができるため、増設光受信部は古い形式の監視信号の送受信機能を備えなくてもよく、増設光受信部として導入することができる装置の選択の幅が広くなる。

実施の形態２．
図２は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態２の構成例を示す図である。図２に示すように本実施の形態の光通信システムを構成する送受信システムは、実施の形態１の光通信システムを構成する送受信システムに、分波器１１と、キャンセラ部（ＳＶ−ＣＮＣＬ：第１のキャンセラ部）１２と、合波器１３と、分波器１４と、光信号受信部（ＷＤＭ−ＲＸ）１５と、を追加する以外は、実施の形態１の光通信システムを構成する送受信システムと同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

つぎに、本実施の形態の動作を説明する。分波器１１は、監視信号が重畳された既存の光信号を分波し、分波した光信号の一方を低速信号抽出部９へ、他方をキャンセラ部１２へそれぞれ入力する。

キャンセラ部１２は、既存の光信号（以下、既存光信号という）に重畳された低速信号と新しい光信号に重畳された低速信号との間で干渉することを避けるために、既存光信号の強度を制御することにより、既存光信号に重畳された低速信号を打ち消す処理を行う。キャンセラ部１２は、必要に応じて配置すれば良く、例えば、既存の光信号に重畳された低速信号と新しい光信号に重畳された低速信号との間で生じる干渉が無視できるような場合等には、不要である。

キャンセラ部１２は、例えば、重畳された低速信号を打ち消すように利得を変調されたラマン増幅器で実現することができる。例えば、キャンセラ部１２は、低速信号を反転させた相殺信号を生成し、相殺信号に基づいてラマン増幅器により強度変調を実施する。あるいは、ラマン増幅器を用いて、ラマン増幅器の出力パワーを一定に保つ制御を施すことで、低速信号を打ち消すようにしてもよい。低速信号の変調速度が比較的低く、例えば数十ｋＨｚ以下であれば、エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いて、その出力パワーを一定に保つ制御を施すことで、低速信号を打ち消すことも可能である。

合波器１３は、キャンセラ部１２により低速の監視信号を打ち消された既存光信号と、低速信号重畳部１０から送出された監視信号が重畳された増設光信号と、を合波して、中継器５へ出力する。

また、中継器５から出力される他端の送受信システムから送信された光信号は、分波器６により分波され、分波された一方の光信号は増設光信号受信部８に入力され、他方の光信号は分波器１４に入力される。分波器１４は、入力された光信号を分波し、一方を低速信号受信部７へ入力し、他方を光信号受信部１５へ入力する。光信号受信部１５としては、既存の光通信システムが備える光信号受信部を用いることができる。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態では、キャンセラ部１２が既存光信号の低速信号を打ち消し、合波器１３が、この既存光信号と、低速信号重畳部１０から送出された監視信号が重畳された増設光信号と、を合波して、中継器５へ出力する。また、分波器１４は、中継器５から入力された伝送された光信号を分波し、一方を低速信号受信部７へ入力し、他方を光信号受信部１５へ入力するようにした。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、既存の光信号と、増設光信号を共存させて多重伝送することができる。

実施の形態３．
図３は、本発明にかかる光通信システムの実施の形態３の構成例を示す図である。図３に示すように本実施の形態の光通信システムは、実施の形態２の光通信システムに、光信号送信部（ＷＤＭ−ＴＸ）２１と、中継器（ＲＥＰ）２２と、分波器２３と、光信号受信部（ＷＤＭ−ＲＸ）２４と、キャンセラ部（ＳＶ−ＣＮＣＬ：第２のキャンセラ部）２５と、を追加する以外は、実施の形態２の光通信システムと同様である。実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態２と同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

光信号送信部２１、中継器２２、分波器２３、光信号受信部２４およびキャンセラ２５は、実施の形態２で説明した送受信システム（以下、第１の送受信システムという）に隣接する送受信システム（以下、第２の送受信システムという）を構成する。第２の送受信システムは、中継器２２を経由して第１の送受信システムとは別経路で光信号の伝送を行う。本実施の形態では、第１の送受信システムは、第２の実施の形態と同様に既存光信号と、増設光信号と、を合波して送信するが、さらに、第２の送受信システムの中継器２２が中継した光信号についても合波して送信する。

光信号送信部２１は、光信号を送出し、中継器２２（必要に応じて複数の中継器２２）を経由して他端の第２の送受信システムに光信号を送信する。また、分波器２３は、中継器２２から出力される、他端の第２の送受信システムから送信された光信号を分波して、一方を光信号送信部２４へ、他方をキャンセラ部２５へ出力する。

キャンセラ部２５は、入力された光信号に対してキャンセラ部１２と同様に、低速信号を打ち消し、低速信号を打ち消した後の光信号を合波器１３へ入力する。合波器１３は、キャンセラ部１２から入力される既存光信号と、低速信号重畳部１０から入力される増設光信号と、キャンセラ部２５から入力される光信号と、を合波して、中継器５へ入力する。なお、キャンセラ部２５は、実施の形態２で述べたキャンセラ部１２と同様の構成で実現可能である。

このように、ある経路により中継された光信号の一部を、別経路へ送出するような構成では、中継器２２により中継された光信号に低速の監視信号が重畳されていることがある。その場合に、合波器１３が、そのまま中継器２２から受信した光信号を合波すると、２種類の低速監視信号が混ざって重畳され、干渉等が生じる。本実施の形態では、キャンセラ部２５が中継器２２により中継された光信号の低速の監視信号を打ち消すようにしているので、合波器１３は、低速信号重畳部１０で重畳された低速信号のみを中継器５に送出することができる。なお、中継器２２により中継された光信号に低速の監視信号が重畳されていない場合には、キャンセラ部２５を備えなくてもよい。

以上のように、本実施の形態では、合波器１３が、低速信号を打ち消された既存光信号と、低速信号を重畳した増設光信号と、別経路で中継された光信号を、合波して送信する場合に、キャンセラ部２５が、当該光信号に重畳されている低速信号を打ち消して、合波器１３に入力するようにした。そのため、実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、別経路で中継された光信号に低速信号が重畳されている場合でも、２種類の低速監視信号が混ざることがない。

以上のように、本発明にかかる光通信システムは、監視のための低速信号を光信号に重畳して伝送する光通信システムに有用であり、特に、海底ケーブルシステムに適している。

１，２１ 光信号送信部（ＷＤＭ−ＴＸ）
２ 監視信号送信部（ＳＶ−ＴＸ）
３，１０ 低速信号重畳部（ＳＶ−ＭＯＤ）
４ 増設光信号送信部（ＷＤＭ−ＴＸ）
５，２２ 中継器（ＲＥＰ）
６，１１，１４，２３ 分波器
７ 低速信号受信部（ＳＶ−ＲＸ）
８ 増設光信号受信部（ＷＤＭ−ＲＸ）
９ 低速信号抽出部（ＳＶ−ＲＥＧ）
１２，２５ キャンセラ部（ＳＶ−ＣＮＣＬ）
１３ 合波器
１５，２４ 光信号受信部（ＷＤＭ−ＲＸ）

Claims (9)

1. 第１の光信号を送出する第１の光信号送信部と、強度変調により前記第１の光信号に低速信号を重畳する第１の低速信号重畳部と、を備える光通信システムであって、
   前記低速信号が重畳された前記第１の光信号から前記低速信号を抽出し、抽出した前記低速信号を低速電気信号に変換する低速信号抽出部と、
   第２の光信号を送出する第２の光信号送信部と、
   前記低速電気信号に基づいて、強度変調により前記第２の光信号に低速信号を重畳する第２の低速信号重畳部と、
   前記低速信号が重畳された前記第２の光信号を伝送先に向けて中継する中継器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
2. 前記低速信号が重畳された前記第１の光信号と、前記低速信号が重畳された前記第２の光信号と、を合波した合波信号を生成する合波器、
   をさらに備え、
   前記中継器は、前記合波信号を伝送先に向けて中継する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記低速信号が重畳された前記第１の光信号の前記低速信号を打ち消すよう前記第１の光信号の強度を制御するキャンセラ部、
   をさらに備え、
   前記合波器は、前記キャンセラ部により前記低速信号を打ち消された前記第１の光信号と、前記低速信号が重畳された前記第２の光信号と、を合波して前記合波信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記キャンセラ部は、
   ラマン増幅器、
   を備え、
   前記第１の光信号に重畳された低速信号を反転させた相殺信号に基づいて前記ラマン増幅器の利得を変化させることにより前記低速信号が重畳された前記第１の光信号の強度変調を行なう、
   ことを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。
5. 前記キャンセラ部は、
   出力パワーを一定に保つように制御されたラマン増幅器、
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。
6. 前記合波器は、前記合波信号として、さらに前記中継器以外の中継器により中継された第３の光信号、を合波する、
   ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の光通信システム。
7. 前記キャンセラ部を第１のキャンセラ部とし、
   前記第３の光信号の強度に重畳されている低速信号を打ち消すよう前記第３の光信号の強度を制御する第２のキャンセラ部、
   をさらに備え、
   前記合波器は、前記中継器以外の中継器により中継された第３の光信号として前記第２のキャンセラ部により前記低速信号を打ち消された前記第３の光信号を合波する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光通信システム。
8. 前記低速信号抽出部は、
   入力された光信号を電気信号に変換するフォトディテクタと、
   前記電気信号から前記低速電気信号を抽出するローパスフィルタまたはバンドパスフィルタと、
   を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光通信システム。
9. 前記第２の低速信号重畳部は、
   ラマン増幅器、
   を備え、
   前記低速電気信号に応じて前記ラマン増幅器の利得を変化させることにより前記第２の光信号の強度を変調することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光通信システム。

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