JPH09219680A - 光伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つのセンタ局と複数の子局とを光ファイバ
で接続するためにスターカプラを用いた方式があるが、
スターカプラの分岐損失が大きく、分岐数に制限があ
る。また、子局側に発光素子を設けず、センタ局から上
り信号用の無変調信号を送出する方式があるが、分岐損
失が大きいため、この方式を適用することができない。 【解決手段】 子局にそれぞれ異なる波長を割当て、波
長多重分割マルチアクセス方式により子局とセンタ局と
を接続するとともに子局に変調素子を設ける。 【効果】 分岐損失が小さく、子局に発光素子を省いた
構成にできるとともに、子局側での波長の精密な制御は
必要でなく、低コストなシステムが実現できる。また、
秘話性も向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光通信に利用する。
本発明は電話通信の加入者線網における加入者系の全光
化を実現するために利用するに適する。

【０００２】

【従来の技術】通信の多様性および高速性の要求に応え
るために、通信基盤の根幹をなす加入者線網の光化が推
進されている。加入者系の全光化（ＦＴＴＨ：Fiber To
The Home)を実現するためには、現在既存のメタル線で
提供されているＩＮＳネット６４やアナログ電話サービ
スを光ファイバで経済的に提供することが第一のステッ
プとなる。

【０００３】このための方式として提案されているもの
に、ＰＤＳ(Passive Double Star)光加入者伝送方式が
ある。この従来例を図８を参照して説明する。図８はＰ
ＤＳ光加入者伝送方式の全体構成図である。この方式は
図８に示すように、センタ局Ｃに備えられたセンタ側装
置（ＯＳＵ：Optical Subscriber Unit)に受動(Passiv
e) 部品である光スターカプラ（ＳＣ：Star Coupler)
を介して加入者側装置（ＯＮＵ:Optical Network Unit)
を備えた複数の子局Ｍ１〜Ｍｎが収容される方式で、セ
ンタ局（ＯＳＵ）Ｃから光スターカプラＳＣまでの光フ
ァイバＬ０をｎ個の子局（ＯＮＵ）Ｍ１〜Ｍｎで共用す
ることにより経済化が図られ、また複数の子局Ｍ１〜Ｍ
ｎを効率的に収容できることから精力的に開発が進めら
れている。

【０００４】この場合のセンタ局Ｃおよび子局Ｍ１〜Ｍ
ｎの装置構成は、図８に示すようにそれぞれ発光素子Ｌ
Ｄ_c 、ＬＤ₁ 〜ＬＤ_n である半導体レーザと受光素子Ｐ
Ｄ_c、ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n および両者を１本の光ファイバに
接続するための光カプラＰＣ_c 、ＰＣ₁ 〜ＰＣ_n よりな
っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来例方式では、発光
素子や受光素子と光ファイバなどを結合する際の結合損
失または光ファイバによる線路損失のほか、光スターカ
プラによる分岐損失があり、これらの損失と発光素子か
らの光出力および受光素子の最低受信感度との関係によ
り、最大伝送距離や最大分岐数が決定される。現状では
最大伝送距離は７ｋｍで、最大分岐数は１６となってい
るが、より一層の経済化のために、分岐数の増大が望ま
れている。

【０００６】また、光スタータプラによる分岐接続で
は、センタ局からの光信号は全ての子局に均等に伝達さ
れる。実際の運用上は、例えば、複数の子局とセンタ局
との送受信タイミングが重複しないように時分割的に制
御を行うことにより、互いの信号が衝突しないように通
信が行われるが、かりに、特定の子局に対してセンタ局
から送信した光信号を他の子局が受信することはきわめ
て容易であるため秘話性は低い。

【０００７】また、１９９４年９月電子情報通信学会通
信秋季大会講演論文集Ｂ−８９２において、子局側に発
光素子を備えることなく、代わりに変調素子を備え、セ
ンタ局からは下り信号とともに上り信号用の無変調光を
送出する技術が開示されている。子局は、下り信号を受
信すると、この下り信号に付加されて到来した上り信号
用の無変調信号に変調素子を用いて変調を行い、センタ
局に折り返し送信を行うものである。

【０００８】この技術は、子局の装置構成を簡単化、低
コスト化できる優れた技術であるが、この技術をそのま
ま図８に示した従来例構成に適用することは困難であ
る。すなわち、この技術は、センタ局から下り信号を送
信する際に、一緒に上り信号用の無変調光を付加し、こ
れを子局が変調して折り返すのであるから、上り信号の
経路はセンタ局を往復する長い経路となる。さらに、こ
のときスターカプラを往復二回通過する必要がある。し
たがって、スターカプラによる分岐損失が大きいと上り
信号は減衰し、センタ局に回帰することが困難になって
しまう。

【０００９】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、分岐による伝送損失が分岐数に依存しない光
通信方式を提供することを目的とする。本発明は、子局
を簡単化することができる光通信方式を提供することを
目的とする。本発明は、低コスト化することができる光
通信方式を提供することを目的とする。本発明は、秘話
性を高めることができる光通信方式を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は各子局毎に一波
長を割当てる波長多重分割マルチアクセス方式とすると
ともに、子局に発光素子を設けず、受光モードと変調モ
ードとを切替可能な変調素子を設けることを最も主要な
特徴とする。伝送損失が分岐数に依存しないとともに秘
話性が高く、さらに、子局での波長の精密な制御は必要
でないために、低コストな光伝送方式を実現するもので
ある。

【００１１】すなわち本発明は光通信方式であって、そ
の特徴とするところは、一つの光ファイバ（Ｌ０）の一
端と複数ｎ個の光ファイバ（Ｌ１〜Ｌｎ）の一端とを相
互に分離結合する光結合手段を備え、前記一つの光ファ
イバ（Ｌ０）の他端にはセンタ局（Ｃ）が接続され、前
記ｎ個の光ファイバ（Ｌ１〜Ｌｎ）の他端にはそれぞれ
子局（Ｍ１〜Ｍｎ）が接続され、前記センタ局には、発
光素子および受光素子と、この発光素子の出力端および
この受光素子の入力端を前記一つの光ファイバ（Ｌ０）
の他端に共通に結合する結合手段とを備え、前記各子局
には、それぞれ受光素子および変調素子と、この受光素
子の入力端およびこの変調素子の入出力端をそれぞれ前
記ｎ個の光ファイバ（Ｌ１〜Ｌｎ）の他端にそれぞれ共
通に結合する結合手段とを備え、前記センタ局には、そ
の発光素子とその受光素子とを時分割的に動作させる制
御手段を備え、前記子局には、前記センタ局の制御手段
に同期してそれぞれの受光素子とそれぞれの変調素子と
を時分割的に動作させる制御手段をそれぞれ備え、前記
センタ局は波長λ₁ 〜λｎの光信号を選択的に発光また
は受光する手段を備え、前記光結合手段は、前記一つの
光ファイバに送受される波長λ₁ 〜λｎの光信号を選択
的にそれぞれｎ個の光ファイバに双方向に結合する光合
分波器であるところにある。

【００１２】これにより、分岐数が増大しても損失の増
大は生じないため、多分岐なネットワーク構成が実現で
きる。また、子局は、自局に割当てられた波長以外の光
信号は受光できないため秘話性が向上する。さらに、子
局側では、波長の精密な制御が必要な発光素子を持たな
いため低コスト化を図ることができる。

【００１３】前記子局の受光素子および変調素子は、一
つの変調素子と、その変調素子に印加するバイアス電圧
を変更することによりその変調素子を変調モードまたは
受光モードに切り替える手段とを含むことが望ましい。

【００１４】これにより、子局の装置構成を簡単化する
ことができるとともに、低コスト化を図ることができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】

【００１６】

【実施例】本発明実施例の構成を図１を参照して説明す
る。図１は本発明実施例の全体構成図である。

【００１７】本発明は光伝送方式であって、本発明の特
徴とするところは、一つの光ファイバＬ０の一端と光フ
ァイバＬ１〜Ｌｎの一端とを相互に分離結合する光結合
手段としての光合分波器Ｓを備え、光ファイバＬ０の他
端にはセンタ局Ｃが接続され、光ファイバＬ１〜Ｌｎの
他端にはそれぞれ子局Ｍ１〜Ｍｎが接続され、センタ局
Ｃには、発光素子ＬＤ_c および受光素子ＰＤ_c と、この
発光素子ＬＤ_c の出力端およびこの受光素子ＰＤ_c の入
力端を光ファイバＬ０の他端に共通に結合する結合手段
としての光カプラＰＣ_c とを備え、子局Ｍ１〜Ｍｎに
は、それぞれ受光素子ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n および変調素子Ｍ
ＯＤ₁ 〜ＭＯＤ_n と、この受光素子ＰＤ₁〜ＰＤ_n の入
力端およびこの変調素子ＭＯＤ₁ 〜ＭＯＤ_n の入出力端
をそれぞれ光ファイバＬ１〜Ｌｎの他端にそれぞれ共通
に結合する結合手段としての光カプラＰＣ₁ 〜ＰＣ_n と
を備え、センタ局Ｃには、その発光素子ＬＤ_c とその受
光素子ＰＤ_c とを時分割的に動作させる制御手段として
のセンタ局制御部ＣＯＮ_c を備え、子局Ｍ１〜Ｍｎに
は、センタ局Ｃのセンタ局制御部ＣＯＮ_c に同期してそ
れぞれの受光素子ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n とそれぞれの変調素子
ＭＯＤ₁ 〜ＭＯＤ_n とを時分割的に動作させる制御手段
としての制御回路ＣＯＮ₁ 〜ＣＯＮ_n をそれぞれ備え、
センタ局Ｃは波長λ₁ 〜λｎの光信号を選択的に発光ま
たは受光する手段としての波長変換部Ｆを備え、光合分
波器Ｓは、光ファイバＬ０に送受される波長λ₁ 〜λｎ
の光信号を選択的にそれぞれｎ個の光ファイバＬ１〜Ｌ
ｎに双方向に結合する光合分波器であるところにある。

【００１８】本発明実施例を詳細に説明する。子局Ｍ１
〜Ｍｎの受光素子ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n と変調素子ＭＯＤ₁ 〜
ＭＯＤ_n は、上述したように一つの変調素子によっても
実現できるが、説明をわかりやすくするために、ここで
は分けて記載する。

【００１９】センタ局Ｃでは、発光素子ＬＤ_c が発光す
る白色光が波長変換部Ｆに備えられたλ１〜λｎの波長
に相当する波長変換フィルタを通過することにより、送
出する光信号の波長を変化させる。あるいは、この発光
素子ＬＤ_c 自体に波長が可変できるものを用いてもよ
い。

【００２０】加入者側には受光素子ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n と変
調素子ＭＯＤ₁ 〜ＭＯＤ_n とがあり、センタ局Ｃとは光
ファイバＬ１〜Ｌｎと光合分波器Ｓとでスター型に接続
される。

【００２１】まず、センタ局Ｃから各加入者への下り信
号について説明する。センタ局Ｃは発光波長がλ１から
λｎの光を時分割多重（ＴＤＭ:Time Division Muliple
xing) 方式で送出する。それぞれの波長をキャリアとし
て、各加入者への下り信号を伝送する。信号方式として
は例えば強度変調方式によりＮＲＺ(Non Return to Zer
o)信号を伝送すればよい。光合分波器Ｓでは各波長毎に
導波される方向が異なるため、λ１からλｎの光信号は
行き先を振り分けられる。こうして一加入者当たりに一
波長を割り当てることが可能となる。各加入者に到達し
た下り信号は、受光素子ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n で受信される。
こうして下り信号が伝送される。

【００２２】次に各加入者からセンタ局Ｃへの上り信号
について説明する。これにはセンタ局Ｃから送られてく
る下り信号の一部を用い、変調素子ＭＯＤ₁ 〜ＭＯＤ_n
により変調して上り信号としてセンタ局Ｃに戻す。この
場合各加入者からの上り信号が重ならないようにセンタ
局側から光を送出するタイミングを調節し、時分割多重
アクセス（ＴＤＭＡ:Time Division Multiple Access)
方式によりセンタ局Ｃで受信する。

【００２３】本発明では加入者側には発光素子を置かな
いことが特徴の一つである。本発明のように、センタ局
Ｃから送られてくる下り信号の一部を用いる方式では、
上り信号も同一の波長のため下り方向とまったく同じ経
路をたどって光合分波器Ｓを通過しその先のセンタ局Ｃ
の受光素子ＰＤ_c に上り信号を送ることが可能なため、
低コストで双方向通信が実現可能である。

【００２４】ここで最大伝送距離や最大分岐数を規定す
る光損失について考察してみる。発光素子ＬＤ_c や受光
素子ＰＤ_c 、ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n と光ファイバＬ０〜Ｌｎな
どを結合する際の結合損失に関しては、本方式とＰＤＳ
方式とで大差はない。光ファイバＬ０〜Ｌｎによる線路
損失では、本方式では線路長がＰＤＳ方式に比べて２倍
に見えるため、２倍の線路損失を生じ不利である。一
方、ＰＤＳ方式でのスターカプラＳＣによる分岐損失
は、分岐数と共に増大し、理想的な場合でも分岐数を倍
にする毎に３ｄＢの損失を伴うのに対し、本方式の光合
分波器Ｓでの分岐損失は、分岐数によらずほぼ一定であ
る。したがって、本方式は、ＰＤＳ方式よりも分岐数の
増大が可能な伝送方式で、特に線路損失の影響の少ない
近距離間の通信には極めて優れている。

【００２５】図２は本発明実施例のさらに具体的な構成
を示す図である。センタ局Ｃには波長可変レーザ（Ｌ
Ｄ:Laser Diode) である分布反射型レーザ（ＤＢＲ−Ｌ
Ｄ:Distributed Bragg Reflector) と受光素子（ＰＤ:P
hoto Diode) とを備え、両者は光カプラに接続されてい
る。光合分波器としては、プレーナ光波回路（ＰＬＣ:P
lanar Lightwave Circuit)で構成されるアレイ導波路格
子型光合分波器を用いている。ｎ個の加入者がアレイ導
波路格子型光合分波器によりセンタ局Ｃとスター型に接
続される。各加入者側には電界吸収型の光変調器を置
く。これには例えば先にも述べたように１９９４年９月
電子情報通信学会秋期全国大会講演論文集Ｂ−８９２に
示されている反射型の光変調素子を用いる。反射型変調
素子は、感度が最大となるバイアス電圧で受信すること
ができるとともに、感度のバイアス依存性を利用して変
調を行うことが可能で、１素子で受光と変調の両機能を
実現し得るため、極めて低コストに加入者側装置を構成
することができる。

【００２６】以上のような装置構成において双方向通信
を行う具体的な方法を図３を参照して説明する。図３は
センタ局とｎ個の加入者との間で双方向通信を実現する
ためのタイミングチャートである。まず、センタ局Ｃか
ら各加入者への下り信号について説明する。センタ局Ｃ
のＤＢＲ−ＬＤから発光波長がλ１からλｎの光を図３
に示したようなタイミングチャートで送出する。ここで
は下り信号の情報の乗った変調信号と上り信号用の無変
調信号を各加入者に送出した例を示している。上り信号
用の無変調光は必ずしも必要ではなく、例えば下り信号
の情報の乗った変調信号を変調素子のバイアス点を変え
て変調したり、上りと下りの変調速度を変えることで、
下り信号の情報の乗った変調信号を上り信号として使う
ことができる。この場合に、ＤＢＲ−ＬＤから無変調光
を送出する時間が不必要となり、より多くの情報量を送
ることが可能となる。こうして送出された下り信号は、
アレイ導波路格子型光合分波器で各波長毎に導波される
方向が異なり、例えば波長λ１の光信号は加入者１へ、
λｎの光信号は加入者ｎへと伝送される。各加入者で
は、下り信号を反射型光変調素子で受信するとともに、
上り信号用の無変調光を変調してセンタ局Ｃに送り返
す。各加入者からの上り信号はアレイ導波路格子型光合
分波器で合波された後に、光カプラを通って受光素子に
より受信される。１バースト時間内で、センタ局Ｃから
波長λｍ（ｍ＝１、２、…、ｎ）の無変調信号を送出す
る時間をそれぞれＴｍとし、センタ局Ｃから加入者ｍま
での距離をＬｍとすると、センタ局Ｃに上り信号が戻っ
てくる時間は、 Ｔｍ＋２（ｎ／ｃ０）Ｌｍ となり、無変調信号を送出する時間とセンタ局から加入
者ｍまでの距離で決まる。ここでｎは光ファイバの等価
屈折率、ｃ０は真空中の光速である。したがって、あら
かじめセンタ局Ｃから加入者ｍまでの距離を測っておけ
ば、無変調信号を送出する時間を適当に設定することに
より、図３に示したように、上り信号が重なることなく
時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ:Time Division Multipl
e Access)方式を実現することができる。

【００２７】なお、本発明で述べている変調素子とは、
外部からの電気的、磁気的、機械的、光学的な手段によ
って、光の強度を変える機能を有する光強度変調器を指
している。変調素子としての光強度変調器の例を図４な
いし図７を参照して説明する。図４は吸収係数変化型の
光強度変調器を示す図である。図５は方向性結合器型の
光強度変調器を示す図である。図６はマッハツェンダ型
の光強度変調器を示す図である。図７は交差型の光強度
変調器を示す図である。

【００２８】光強度変調器の動作機構として、例えば、
“半導体フォトニクス工学”（コロナ社、初版、Ｐ４１
６）に記載されているように、吸収係数または屈折率の
変化を利用するものがあり、前者は多くの場合には、電
圧を印加して吸収係数の変化を生じさせるものである。
素子構造として図４（ａ）〜（ｄ）に示すような種々の
構造が考えられる。図４（ａ）は透過導波型であり、Ｐ
型導電層とｎ型導電層の間に光吸収層が介挿されてい
る。図４（ｂ）は反射導波型であり、図４（ａ）に示し
た導波型において、光を片方の端から入射させ、高反射
膜で反射させて入射した端に光を出射させるものであ
る。図４（ｃ）は透過面型であり、Ｐ型またはｎ型導電
層に光を透過させるものである。図４（ｄ）は、反射面
型であり、図４（ｃ）に示した面型において、光を片方
の端から入射させ、高反射膜で反射させて入射した端に
光を出射させるものである。

【００２９】後者は、屈折率変化に伴う位相変化と干渉
効果を利用して光の行路を切替えて強度変化に変えるも
のであり、図５〜図７に示すような種々の構造が考えら
れる。図５は方向性結合器型であり、図６はマッハツェ
ンダ型であり、図７は交差型であるが、いずれも一つの
入射端と二つの出射端とを備えており、入力信号の有無
に応じて屈折率が変化し、入射端から入力された光が二
つの出射端のいずれか一方から出射するものである。

【００３０】光強度変調器を実現する材料としては、半
導体の他にはＬｉＮｂＯ３なども利用できる。本発明に
おける変調素子は、これらのいずれの光強度変調器も適
用可能である。要するに光強度が変調できるものであれ
ば、動作機構、構造、材料などは何でもよく、本発明の
主旨を逸脱することなく適用可能である。

【００３１】これらの光強度変調器のうち、動作機構と
して吸収係数の変化を利用する光強度変調器では、その
光強度変調器に印加するバイアス電圧を変更することに
より受光素子としても利用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、分岐損失の小さい光通信方式を実現することができ
る。これにより、分岐数の増大が図れるとともに経済的
な光伝送方式が可能となり、加入者系の全光化（ＦＴＴ
Ｈ）を実現する上できわめて有用である。さらに、子局
を簡単化および低コスト化することができる光通信方式
を実現することができるとともに秘話性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の全体構成図。

【図２】本発明実施例のより具体的な構成を示す図。

【図３】センタ局とｎ個の加入者との間で双方向通信を
実現するためのタイミングチャート。

【図４】吸収係数変化型の光強度変調器を示す図。

【図５】方向性結合器型の光強度変調器を示す図。

【図６】マッハツェンダ型の光強度変調器を示す図。

【図７】交差型の光強度変調器を示す図。

【図８】ＰＤＳ光加入者伝送方式の全体構成図。

【符号の説明】

Ｃ センタ局 ＬＤ_c 、ＬＤ₁ 〜ＬＤ_n 発光素子 ＰＤ_c 、ＰＤ₁ 〜ＰＤ_n 受光素子 ＭＯＤ₁ 〜ＭＯＤ_n 変調素子 ＰＣ_c 、ＰＣ₁ 〜ＰＣ_n 光カプラ Ｍ１〜Ｍｎ 子局 Ｓ 光合分波器 Ｆ 波長変換部 ＳＣ スターカプラ Ｌ０〜Ｌｎ 光ファイバ ＣＯＮ_c センタ局制御部 ＣＯＮ₁ 〜ＣＯＮ_n 制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一つの光ファイバ（Ｌ０）の一端と複数
   ｎ個の光ファイバ（Ｌ１〜Ｌｎ）の一端とを相互に分離
   結合する光結合手段を備え、前記一つの光ファイバ（Ｌ
   ０）の他端にはセンタ局（Ｃ）が接続され、前記ｎ個の
   光ファイバ（Ｌ１〜Ｌｎ）の他端にはそれぞれ子局（Ｍ
   １〜Ｍｎ）が接続され、 前記センタ局には、発光素子および受光素子と、この発
   光素子の出力端およびこの受光素子の入力端を前記一つ
   の光ファイバ（Ｌ０）の他端に共通に結合する結合手段
   とを備え、 前記各子局には、それぞれ受光素子および変調素子と、
   この受光素子の入力端およびこの変調素子の入出力端を
   それぞれ前記ｎ個の光ファイバ（Ｌ１〜Ｌｎ）の他端に
   それぞれ共通に結合する結合手段とを備え、 前記センタ局には、その発光素子とその受光素子とを時
   分割的に動作させる制御手段を備え、 前記子局には、前記センタ局の制御手段に同期してそれ
   ぞれの受光素子とそれぞれの変調素子とを時分割的に動
   作させる制御手段をそれぞれ備え、 前記センタ局は波長λ₁ 〜λｎの光信号を選択的に発光
   または受光する手段を備え、 前記光結合手段は、前記一つの光ファイバに送受される
   波長λ₁ 〜λｎの光信号を選択的にそれぞれｎ個の光フ
   ァイバに双方向に結合する光合分波器であることを特徴
   とする光伝送方式。
2. 【請求項２】 前記子局の受光素子および変調素子は、
   一つの変調素子と、その変調素子に印加するバイアス電
   圧を変更することによりその変調素子を変調モードまた
   は受光モードに切り替える手段とを含む請求項１記載の
   光伝送方式。