JP5021314B2 - 光通信ネットワークとそのための部品 - Google Patents

Description

本発明はネットワーク・ノードまたは２つのネットワーク・ノード間の光ファイバー上を伝わる光通信信号を再生増幅するための中間増幅器など、光通信ネットワークとそのための部品に関係するものである。

図１に概略を示したネットワーク部品においては、通常、電気通信信号で変調されたレーザーまたはレーザー増幅器などの光源６から、光ファイバー１へ結合されるこの部品の出力ポート１１へ至る光通信信号の伝送路上には、４入力の方向性結合器１０の形態をしたタップが設けられている。このタップは、光源６の光出力信号のごく一部を分岐して光出力モニター１２へ導き、また、接続された光ファイバーが故障して後方反射を引き起こす場合には、後方反射強度の一部分を分岐して後方反射モニター１４に導く。方向性結合器により分岐される強度の割合は両方の伝播方向について同じである。出来るだけ高い強度で光通信信号を光ファイバーへ供給するためには、分岐割合を出来るだけ小さくするのが望ましい。したがって方向性結合器で分岐されて後方反射モニターに届く後方反射強度の割合もまた小さくなってしまう。後方反射強度の主要部分は方向性結合器を通って光源へと向かうので、方向性結合器と光源の間には光アイソレータが設けられて、起こるであろう反射から光源を保護する必要がある。

故障時に後方反射モニターに届く強度が小さいために、光ファイバーの切断箇所を信頼性よく検出し、光源の出力を自動的に低減する動作を確実に行い、それによって光通信信号が自由空間に漏洩して人の目の損傷を引き起こすことを予防するためには、高感度で高価なモニターを使わなければならない。

米国特許第６、３１７、２５５号によれば、光通信ネットワークの部品として、方向性結合器と光アイソレータが光サーキュレータにより置換された部品が知られている。光サーキュレータは、一方では、光源からの光通信信号をこの部品の出力ポートへ伝送し、他方では、光ファイバーの障害を検出するために、たとえば障害のある光ファイバーからこの部品の出力ポートに到着した反射光を光センサーに伝送する。光源の動作をモニターするための方向性結合器は光サーキュレータから出た出力光ファイバーに配置される。
米国特許第６、３１７、２５５号

この先行技術のデバイスでは光センサーによって検出した強度をモニターして障害の有無を決定する。この先行技術では、障害があると判定した場合は、出力ポートに運ばれる光強度を低減して、無制御の強度のレーザーが光ファイバーから出射して人に害を与えることのないようにする。しかし故障箇所に関する情報は得られない。

２つのネットワーク部品間をつなぐ光ファイバーの中にある障害の位置決めについては、ファイバーの１端を対応するネットワーク部品から切り離して光パルス試験法（ＯＴＤＲ）装置に接続する方法が知られている。そのような装置は短光インパルスを光ファイバーに供給できる光源と高い時間分解能を持つ光センサーを備えていて、光インパルスが発射してから障害部で反射された光インパルスの一部がＯＴＤＲ装置に到着するまでの遅延時間を測定し、この遅延に基づいて、ＯＴＤＲ装置は、接続している光ファイバーの一端から障害までの距離を計算することができる。一方では、ＯＴＤＲ装置の費用が高く、他方では、その装置を使用する労力が多いために、そのような操作は手間がかかって費用がかさむ。なぜならば、光ファイバー中に故障が検出されるたびにＯＴＤＲ装置を光ファイバーの端部に接続されている２つのネットワーク部品の少なくとも一方に持って行かねばならず、測定を実行するために光ファイバーをネットワーク部品から切り離してＯＴＤＲ装置に接続しなければならないからである。本発明の目的は光ファイバー中に障害がある場合、障害の位置を短時間でかつ最小の労力で決定することが出来る光通信ネットワークと、そこに使う部品を提供することである。

本発明の目的は、１つの方法としては請求項１で記載した特徴を持つ光通信ネットワーク用部品によって達成される。

光サーキュレータを用いることにより、故障時に光センサーの位置で十分な光強度が得られ、光強度の時間分解測定が実行できる。一方で光源によって出射される光信号に時間マーカーを加えることにより、障害によって反射された光信号の中の同じ時間マーカーが光センサーに到着する時間を検出することにより、光信号の上記の部品から障害までの伝播遅延、したがってその部品から障害までの距離を検出することができる。

上記の部品には通信ネットワーク上の遅延時間の検出値を中央管理部に伝送する手段が備えられているのが好適である。中央管理部では破損された光ファイバーを修理するための要員の指名が急遽行われる。光ファイバー敷設の地理的な道筋と障害の位置を知らせるこの部品からの距離が分かると、障害の位置が中央管理部で正確に決定できて、この部品を調べに行くことは大抵の場合不必要となり、障害の場所に直行することとなる。

光源によって供給される通信信号が周波数分割多重信号である場合、光センサーは、周波数分割多重通信信号の中における特定の周波数成分に対して選択的に感度があることが好適であり、望むらくは単一周波数成分に対して選択的に感度があることが好適である。望ましくは、光センサーが感度を持つ周波数成分の一部分が充填チャンネルや光監視チャンネルを含むことが好適である。なぜならこの２種類のチャンネルでは、他のチャンネルを伝送中の通信信号成分を劣化させること無しに距離測定用の時間マーカーを加えることが可能だからである。このように、光ファイバーの中で生じた障害が通信を完全に中断するものでない場合には、程度は下がるかもしれないが通信は依然可能である。

上記のネットワーク部品は双方向部品であることが好適である。すなわち、その部品は入力光ファイバーに接続するための少なくても１つの入力ポートとその受信部とを備えることが望ましい。本発明によれば、光スイッチが受信ファイバーと受信部の間に備えられて、正常動作時には受信部を受信ファイバーへ接続し、障害発生の場合には受信部を上記光センサーとして用いるために光サーキュレータへと随時接続することを可能とする。受信部をこのように２重に用いるのは、もしこの受信ファイバーとモニターされる送信ファイバーとが同じ巻付でネットワークの同じ第２の部品へ向かって伸びている場合、そのときは送信ファイバーが中断されたるとたいてい巻付全体が中断される。そのため、受信ファイバーに到着する信号はない。よって、それを受信するために受信部は受信ファイバーに接続した状態のままでよい。ゆえに、受信ファイバーを通して受信する受信部の有用性に通常は影響を与えるものではない。

ここでもまた受信部は、光監視チャンネル受信器であるのが望ましい。

光スイッチは出力ポートから光サーキュレータへ戻ってくる光の強度に基づいて制御されるのが望ましい。戻り光は上記と同じ光センサーかまたは他の光センサーによって検出される。

出力ポートから光サーキュレータへ戻ってくる光強度がある限界を超えると、出力ポートにおける光通信信号のパワーを減少させるような手段を、本発明のネットワーク部品が備えることは、有益なことである。これにより、障害が発生した場合には、出力ポートにおける光強度出力が目に損傷を与えることがないレベルまで低減出来るようにする。少なくとも最初は光のパワーをゼロにまで減じる必要はなく、反射部分に基づいて伝播遅延の測定を行うには十分なパワーレベルにすべきである。この測定が成功裏に行われてからパワーをゼロに減らせばよい。

光源によって送信される光通信信号をモニターするタップを光サーキュレータと出力ポートの間に配置すれば、タップにて起こるであろう反射が光源に戻らないので好適である。そのようなタップは出力ポートでの光強度出力と出力ポートから光サーキュレータへ戻る光強度の比を確かめておくために有用である。

他の方法として、本目的は、上記部品が接続された、少なくとも１つの光ファイバーを備えた光通信ネットワークで達成できる。最悪の場合でも障害からの距離を確定できるネットワーク部品と障害との間の距離が光ファイバー長の半分以上にはならないように、そのような部品が双方向光ファイバーの各端末に２つ接続されていることが好適である。

実施例に関する以下の記述と付属図面を参照することによって、本発明の更なる特徴と利点が明らかになるであろう
図２は２本の光ファイバーを有する伝送路（ここではそれぞれ西−東ファイバー１と東−西ファイバー２と呼ぶ。）上の双方向光通信における中間増幅器を概略的に示す。ここに示す増幅器３のような中間増幅器は光ファイバー１、２の減衰を補償するために規則的な間隔で接続に沿って分布している。光ファイバー１、２を伝送する信号は、等しい周波数間隔で並んでいて、それぞれが通信信号を運ぶ複数のペイロード・チャンネル、少なくとも１つの光監視チャンネル（ＯＳＣ）および充填チャンネルを含む周波数分割多重信号である。光監視チャンネルは、制御情報を搬送する。制御情報は、ネットワークのノードにて必要となるペイロード・チャンネルとその中で運ばれる情報を制御するための情報である。制御情報は、ネットワークの内部だけに限った情報であり、ネットワークに接続される端末には伝送されないし、ペイロード・チャンネルとは異なる形式で、一般的にはより強固な変調と符号化方式を用いて伝送される。充填チャンネルによっては、通常、情報は搬送されない。充填チャンネルの光パワーは、ペイロード・チャンネルのパワーに依存して制御され、多重信号の全パワーが一定となるように、またそれにより光ファイバー１、２の中の非線形光効果による強度の変動を避けるように制御される。非線形光効果は制御されなければ信号対雑音比を劣化させかねないものである。

以下では西から東への伝送を受け持つ中間増幅器の部品類の構造と機能を主に説明する。そして同様に、必要な変更を東から西への伝送にも適用できると理解されたい。東から西への伝送用の部品には西から東への伝送用の対応部品と同じ参照番号で、ダッシュ（’）をつけて表してある。

西−東ファイバー１上の西から中間増幅器３に到着する波長分割多重信号はまず光分波器４を通過する。そこでＯＳＣチャンネルが他のチャンネルと分離されてフォトダイオードのような光センサー５にて終端される。ペイロード・チャンネルと充填チャンネルは、増幅器ステージ、たとえばエルビウム・ドープト・ファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）６を通って増幅された後、送信レーザー８によって新たに発生されたＯＳＣと合波器７の中で再び結合される。いまや再び完全な形になった波長分割多重信号は、３ポート光サーキュレータ９を第１ポート９_１から第２ポート９_２へ通過して方向性結合器１０に達する。方向性結合器１０は波長分割多重信号の強度の９９％を通過させ、中間増幅器の出力ポート１１へ導く。そこへ西−東ファイバー１の東方の分岐が結合される。方向性結合器１０で分岐された１％の強度は、モニターフォトダイオード１２に到達し、そこで受信強度に比例した信号が制御回路１３に供給される。制御回路１３はモニターフォトダイオード１２からの信号を多目的に用いる。その目的の１つは、ＥＤＦＡ６のポンプパワー、すなわちＥＤＦＡ６の増幅率を制御することで、モニターフォトダイオード１２の出力をある一定レベルに保持することである。

光ファイバー１の東方の分岐が中断されたり、妨害されたりした場合、波長分割多重光は、障害の生じた位置で反射され、出力ポート１１を経て光サーキュレータのポート９_２へ戻る。同様に、光ファイバーが出力ポート１１に接続していない場合には、光はそこで直接反射されて戻る。この反射光は光サーキュレータのポート９_３から逃げ出して、反射光用フォトダイオード１４に到達する。その出力信号はまた制御回路１３に受信される。制御回路１３は常時フォトダイオード１２と１４の信号レベルを比較し、もし反射光用フォトダイオード信号とモニターフォトダイオード１２の信号の比が所定の限界値を超える場合には、光ファイバー１に障害があるということを検知する。このことが起こると、制御回路１３は、ＥＤＦＡ６のポンプパワーを低減したり、波長分割多重光が障害の位置で自由空間へ漏れ出したとしてももはや目に危険でない値まで送信レーザー８のパワーを低減したりする。

少なくとも送信レーザー８のＯＳＣパワーは常にゼロにセットされることはない。むしろ、制御回路１３は、送信レーザー８を或る選択された瞬間に時間マーカーを用いて変調する。これは、たとえば、ゼロでない強度を持つ信号パルスを発生することによって実行される。通常ＯＳＣ上で運ばれる情報は、送信レーザー８で変調される必要はない。なぜならば波長分割多重信号は伝送線路に沿ってさらに東に位置するネットワーク部品には届かないものと仮定されているからである。

制御回路１３は、送信レーザー８により時間マーカーが出射されたときから、反射光用フォトダイオード１４で反射信号に含まれる時間マーカーが受信されたときまでの時間を測定する。この伝播時間、または、制御回路１３によって伝播時間から計算される障害の位置からの距離の情報は、送信されるべき情報として送信レーザー８’において変調される。このレーザー８’は、東−西ファイバー２における送信レーザー８とは鏡面関係となる位置に配置されて、通常の動作条件では東−西ファイバー２上の伝送のためのＯＳＣを発生するために用いられる。このようにして障害の存在とその中間増幅器からの距離に関する情報は伝送線路に沿ってさらに西に位置するネットワーク部品に伝えられて、経路変更されて中央管理部に伝達される。中央管理部は、ネットワーク上の複数の部品からのこの種の障害に関する情報を収集する。この情報と伝送線路の地理的な配置に関する情報に基づいて、中央管理部は、障害の位置の範囲を定め、修理要員を障害の想定位置に派遣することが出来る。そのような障害は、通常、工事現場の掘削作業によって生じる。工事現場は、通常、容易に見出すことが出来る。よって、迅速な障害位置の発見と障害修理を行うのに必要となる障害位置の特定の精度としては、数十メートルまたは１００メートル以上でも十分である。

一般に上記の伝播時間測定を行うには、波長分割多重のどのチャンネルでも、たとえば充填チャンネルでもペイロード・チャンネルでさえも使用可能である。対応する波長の送信レーザーがノードに存在することが必要である。ＯＳＣを再生するために送信レーザー８、８’が中間増幅器の中に通常存在するので、伝播時間測定のためにＯＳＣを用いるのが最も経済的な解決策である。

図３は中間増幅器３の第２の実施例を示す。ここで、図２の実施例と同一の部品には同一の参照番号をつけてあり、ここで改めて説明はしない。図３の実施例では、西から到着するＯＳＣのための受信器フォトダイオード５と、図２の実施例の反射光用フォトダイオード１４とは、フォトダイオード１５によって置き換えられている。フォトダイオード１５は、制御回路１３の制御のもとで選択的にＯＳＣ出力合波器７（分波器４）または光サーキュレータの第３のポートに接続される。フォトダイオード１５が合波器７（分波器４）に光スイッチ１６によって接続している時でも、光サーキュレータ９からフォトダイオード１５への光スイッチ１６の透過率は正確にゼロではない。それゆえ出力ポート１１から戻る反射光の或る部分は通常の動作状態でもフォトダイオード１５で検出されて、フォトダイオード１５の出力信号を増加させたり、フォトダイオード１５で受信されるＯＳＣ信号を劣化させたりする。これは制御回路１３によって感知され、光ファイバー１の東方部において障害があることを示すものと認識される。制御回路１３は、そのとき反応して、図２を参照して記述したように、ポート１１における波長分割多重の出力パワーを低減して、光スイッチ１６を切り替えてフォトダイオード１５が光サーキュレータ９経由の反射信号だけを受けるようにする。障害までの信号の往復伝播時間の測定と、それから得られる情報を東−西ファイバーのＯＳＣに載せて伝達する方法は、図２にて説明したように行う。

図４は本発明が適応されるネットワークの一セクションを示す。中間増幅器３は、１つのブロックとして示され、その中を光ファイバー１が通っている。ネットワーク・ノード１７は、光ファイバー１、２の東方における終端点を形成している。ネットワーク・ノード１７の構造は中間増幅器３の構造と同様であり、上記した中間増幅器の部品類がネットワーク・ノード１７中にも存在し、交換動作も行われる。主な相違点は分波器４とＥＤＦＡ６の間、またはＥＤＦＡ６と合波器７の間に交換機構が配置されることである。

したがって中間増幅器３もネットワーク・ノード１７も光ファイバー１、２の障害１８を相互に独立に検出して障害１８からの距離を測定できる。図示した事例では、間増幅器３よりもネットワーク・ノード１７の近くに障害が存在する。中間増幅器３の送信レーザー８によって出射される時間マーカー信号は、障害１８へ行くまで及び戻るまでの途中で減衰が大きくなり、光ファイバー１の中間増幅器３へ再び到達するときには、その強度は伝播時間を正確に測定するためには十分ではないほどに減衰を受ける。なぜならば中間増幅器３とネットワーク・ノード１７の間の光ファイバー部分の長さに比べて、伝播距離がずっと長いからである。この場合、ネットワーク・ノード１７が障害１８からの距離を測定できる。それゆえ、どちらの場合も障害１８の位置に関する有用な測定結果を得ることができる。

図１は、従来のネットワーク部品のきわめて概略的な構造を示す図である。 図２は、本発明の第１の実施例によるネットワーク部品の概略的な構造を示す図である。 図３は、本発明の第２の実施例によるネットワーク部品を示す図である。 図４は、本発明によるネットワークの１セクションを示す図である。

Claims (11)

1. 光通信ネットワーク用の部品であって、
   光情報信号を発生する光情報信号源（６）と、
   前記光情報信号を第１の送信用光ファイバー（１）を介して出力する出力ポート（１１）と、
   光センサー（１４、１５）と、
   前記光情報信号源（６）からの光情報信号を前記出力ポート（１１）へ送信するとともに、前記出力ポート（１１）からの反射光を前記光センサー（１４、１５）に送信する光サーキュレータ（９）と、
   前記光情報信号源から供給された前記光情報信号に対して時間マーカーを関連付ける第１送信レーザーと、
   前記光センサー（１４、１５）に接続され、前記時間マーカーと、前記光センサー（１４、１５）に到達した光に係る対応する時間マーカーとの間の時間遅延を検出する評価回路（１３）と、
   前記評価回路によって検出された前記時間遅延を表す値を第２の送信用光ファイバーを介して送信する第２送信レーザーと
   を備えることを特徴とする部品。
2. 前記光情報信号は、周波数分割多重通信信号を含み、
   前記光センサー（１４、１５）は、前記周波数分割多重通信信号における１つ以上の周波数成分を選択的に検出することを特徴とする請求項１に記載の部品。
3. 前記光センサー（１４、１５）によって選択的に検出される前記１つ以上の周波数成分は、充填チャンネルを含み、
   前記充填チャンネルのパワーは、前記光情報信号のトータルでのパワーが一定値となるように、ペイロードチャンネルのパワーに応じて調整される
   ことを特徴とする請求項２記載の部品。
4. 前記光センサー（１４、１５）によって選択的に検出される前記１つ以上の周波数成分は、光監視（ＯＳＣ）チャンネルを含むことを特徴とする請求項２に記載の部品。
5. 前記光センサーは、光監視チャンネル受信器であることを特徴とする請求項４に記載の部品。
6. 前記第２の送信用光ファイバーに接続された入力部と、
   光スイッチ（１６）と
   をさらに備え、
   前記光センサーは、前記光スイッチによって、前記第２の送信用光ファイバーまたは前記光サーキュレータ（９）へ選択的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の部品。
7. 前記光スイッチ（１６）が、前記出力ポート（１１）から前記光サーキュレータ（９）への反射光の強度に基づいて制御されることを特徴とする請求項６に記載の部品。
8. 前記出力ポートから前記光サーキュレータへの反射光の強度が所定の限界を超えた場合に、前記出力ポート（１１）における前記光情報信号のパワーを低減するよう、前記光情報信号源、前記第１送信レーザーおよび前記評価回路が動作することを特徴とする請求項７に記載の部品。
9. 前記光情報信号のパワーが減少したことに応じて、前記評価回路（１３）が前記遅延時間を検出することを特徴とする請求項８に記載の部品。
10. 前記光サーキュレータ（９）と前記出力ポートとの間に配置され、前記光情報信号源によって供給された前記光情報信号をモニターするタップ（１０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の部品。
11. 光通信ネットワークであって
    双方向光ファイバー（１、２）と、
    前記双方向光ファイバーの２つの端部のうち一方の端部に接続された部品と
    を備え、
    前記部品は、
    光情報信号を発生する光情報信号源（６）と、
    前記光情報信号を前記双方向光ファイバーを介して出力する出力ポート（１１）と、
    光センサー（１４、１５）と、
    前記光情報信号源（６）からの光情報信号を前記出力ポート（１１）へ送信するとともに、前記出力ポート（１１）からの反射光を前記光センサー（１４、１５）に送信する光サーキュレータ（９）と、
    前記光情報信号源から供給された前記光情報信号に対して時間マーカーを関連付ける第１送信レーザーと、
    前記光センサー（１４、１５）に接続され、前記時間マーカーと、前記光センサー（１４、１５）に到達した光に係る対応する時間マーカーとの間の時間遅延を検出する評価回路（１３）と
    を備えることを特徴とする光通信ネットワーク。

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