(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の無線基地局と親局間で光ファイバを介して光信号を通信する光通信システムであって、
前記無線基地局は、前記親局に上りアナログ信号を前記光信号に変換して送信する光送信器と、前記光送信器の入力端子側に設けられ、前記上りアナログ信号の振幅を変化させる振幅可変器を備え、
前記上りアナログ信号の変調方式変更時に、前記無線基地局に接続された制御回線を介して送られてきた外部からの制御信号に従って、前記振幅可変器の出力レベルの範囲が前記変更された変調方式に対して得られる最良の値となるように、前記振幅可変器の減衰量または利得量を変化させることを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記振幅可変器の主信号経路が受動素子のみからなることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記制御信号は前記親局から送られてくることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアナログ光通信システムに関し、特にシステムの仕様変更方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーブルテレビ(cable television, CATV)を配信するための同軸ケーブルを介してインターネットに接続する方法は伝送速度が速いため、期待されている。CATV配信システムの基本は同軸ケーブルであり、同軸ケーブルを必要に応じて分岐して各家庭に信号を分配する。配信局と加入者間の距離が長い場合は、同軸ケーブルのみでは損失が大きく、十分な伝送品質が保証できない。そこでサービスエリアを拡大するために、伝送路の一部に光ファイバを用いることがある。このようなシステムは光同軸複合伝送システム(hybrid fiber-coax cable transmission system, HFC)と呼ばれ、図4のような形態である。CATV局14から中継局15までは光ファイバ3を介して伝送し、中継局15で光信号を電気信号に変換して同軸ケーブル16に接続している加入者側端末（以下、単に“加入者”という）17-1,..,17-nに適宜分岐し配信する。HFCにおいてインターネットアクセスを行う場合、下りに関しては、CATV信号が使用していない周波数に下りインターネット信号を多重して加入者17に分配する。上りに関しては、同軸ケーブルが上り下り共用であるため、上りインターネット信号は、やはりCATV信号が使用していない周波数を用いる。中継局15までの経路を各加入者17-1,..,17-nからの信号が合流しながら通過し、中継局15において光信号に変換されてCATV局14に伝送される。なお、図示していないが大抵の場合光ファイバは上り下り別線である。
【０００３】
中継局15に設置される上り用光送信器は、特定の仕様(アクセス方式、変調方式など)の入力信号に対応して動作する機器であるが、将来、より多数の加入者を収容したり、より伝送容量を増加するためにアクセス方式や変調方式が変更される可能性がある。伝送システムは一般にその時々で最適に設計されているため、異なる方式に変更する場合は機器を取り替える。例えば、中継局に設置されるインターネット上りデータ用光送信器の場合を考える。上り用光送信器は通常半導体レーザのバイアス電流に信号を重畳してレーザを直接変調する方法がとられる。バイアス電流に対する信号振幅の比率(変調度)は大きい方が信号対雑音比(SNR)は改善するが、歪が劣化する。したがって、SNR、歪のトレードオフで最適な変調度が決定されている。システム方式が変更になり、例えば図5のように、当初(a)のような周波数分割多重であったシステムから、(b)のように広帯域1波の伝送に変更された場合、波の間のガードバンドが無い分トータルの信号パワーは(b)の方が大きい。例えば図5において、説明を簡略にするために各々の信号は矩形スペクトルを有しており、単位周波数当たりのパワーがP(W/Hz)であるとする。図5(a)では4波がおのおのガードバンドも含めて5MHz間隔で多重されておりトータルの帯域は20MHzである。ここで、それぞれの信号の帯域幅が1MHz、ガードバンドが4MHzである場合、トータルの信号パワーは4×P (MW)である。一方、図5(b)は1波のみの伝送であり、20MHzの帯域幅が16MHzの矩形スペクトル信号と4MHzのガードバンドで構成される場合、トータルの信号パワーは16×P (MW)と図5(a)の場合の4倍になっている。
【０００４】
図5(a)のような信号に対して最適に設計されていた光送信器に(b)のような信号が入力されると信号の振幅が当初より大きすぎるため、信号が歪んでしまい伝送品質が劣化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、システムの方式変更がある場合、使用する光送信器等の機器は通常新たなシステムに対応する機器に取り替える。しかし、図４のような構成では、中継局15の役割は基本的には光信号と電気信号の変換を行うだけである。また、中継局はCATV局とは離れた場所に設置されることが多く、1つの親局に対して中継局数が多数である場合、機器の取り替えに多大な労力が必要となる。従って、システム方式の変更があったとしても、同一周波数帯の信号を扱うのであれば、機器の交換は避けるのが望ましい。しかし、機器を交換しない場合、方式変更に伴って信号パワーが著しく変化すると、光送信器が対応できず信号品質が劣化する可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、システム方式の変更があっても、機器の交換をせずに伝送方式の変更に対応できる光通信システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数の無線基地局と親局間で光ファイバを介して光信号を通信する光通信システムであって、前記無線基地局は、前記親局に上りアナログ信号を前記光信号に変換して送信する光送信器と、前記光送信器の入力端子側に設けられ、前記上りアナログ信号の振幅を変化させる振幅可変器を備え、前記上りアナログ信号の変調方式変更時に、前記無線基地局に接続された制御回線を介して送られてきた外部からの制御信号に従って、前記振幅可変器の出力レベルの範囲が前記変更された変調方式に対して得られる最良の値となるように、前記振幅可変器の減衰量または利得量を変化させることを特徴とする光通信システムである。
【０００８】
第２の発明は、前記振幅可変器の主信号経路が受動素子のみからなることを特徴とする第１の発明に記載の光通信システムである。
【０００９】
第３の発明は、前記制御信号は前記親局から送られてくることを特徴とする第１の発明又は第２の発明に記載の光通信システムである。
【００１０】
第４の発明は、前記子局が複数あり、前記子局は光同軸複合伝送システムにおける光信号と電気信号の変換を行う中継局であることを特徴とする第１の発明乃至第３の発明に記載の光通信システムである。
【００１１】
第５の発明は、前記子局が複数あり、前記子局は無線基地局であることを特徴とする第１の発明乃至第３の発明に記載の光通信システムである。
【００１２】
本発明では、例えばCATVシステムの中継局（子局）に設置されている上り用光送信器の信号入力端に振幅可変器（可変減衰器あるいは可変利得増幅器）を接続する。子局には、制御信号を受け取る制御信号端子が設けられている。制御信号は、例えば、CATV局（親局）から送られてくる。アナログ信号、例えば上りインターネット信号の仕様変更がある場合には、制御信号によって振幅可変器の利得量あるいは減衰量を遠隔操作にて変更する。この制御信号は親局から電話線、光ファイバ等の制御回線を介して送られてきてもよいし、無線で送られてきても良い。
【００１３】
また、仕様とは例えば、アクセス方式、変調方式、信号レート、信号帯域、信号の規定パワーの変更であり、また、例えば、周波数多重にてサービスを多重している場合のサービスの追加・変更、すなわち、周波数多重数の最大数の変更である。なお、光通信の分野で定義されるアナログ信号とは、ベースバンドデジタル信号以外の全ての信号であり、アナログテレビ信号のようないわゆるアナログ信号のみならず、特定の中心周波数にデジタル信号で変調をかけた帯域信号もアナログ信号である。
【００１４】
このような構成を取ることによって、信号仕様が変更され信号振幅が変化しても、振幅可変器を遠隔操作し適切な変調度となるようにすることが可能となる。
【００１５】
また、制御信号による遠隔操作が可能となることによって、中継器の交換が不要となる。あるいはわざわざ中継局まで出向いて光送信器を再調整する必要が無くなる。
【００１６】
このような構成に対する従来方式として、例えば、使用する周波数帯においてどのような信号が入力しても動作するように光送信器を設計しておくことは可能である。しかしながら、当初例えば、図5(a)のような信号を通す光送信器において、仕様変更後に(b)のような信号を通すことが決定しているからといって、(b)でも歪まないように(a)のときに入力レベルを小さくすることは、(a)の信号のSNRを小さく抑えて伝送することであり無駄である。それよりも、その時々で得られる最高の性能で通すことが伝送品質の点で望ましい。ましてや、将来どのような信号を通すか確定していない段階で、取りうる最大の入力信号レベルに対応するように光送信器を設計し、(a)のような信号を悪いSNRで伝送することは非常に無駄である。本発明の構成を取れば、それぞれの仕様において最良の伝送品質での通信が可能となる。
【００１７】
本発明は信号の仕様変更に対応するという目的でなされているが、異なる目的すなわち、ダイナミックレンジの非常に大きい入力信号に対応するために本発明とよく似た構成を取ることがある。すなわち、光送信器の入力にPINダイオードアッテネータ（減衰器）のような高速の連続制御が可能な可変利得増幅器や可変減衰器を挿入し、出力信号レベルが常時一定となるよう子局内でフィードバックまたはフィードフォワード制御を行うことがある。
【００１８】
一方本発明では、信号の仕様変更がある時に光送信器の入力部に接続した振幅可変器を外部からの指示に従い調節する。信号の仕様変更は頻度が低く、せいぜい数ヶ月に1回、数年に1回という程度のものである。従って、本発明では可変減衰器としてPINダイオードアッテネータのような高速の連続制御が可能なものは不要であり、例えば、複数の減衰量の異なる固定減衰器を切り替える構成のものや、導波路に電波吸収体を押しつけて減衰量を変えるものなど動作の遅いもので十分である。
【００１９】
また、仕様変更時には大抵の場合システム運用が一旦停止するため、切替時に信号が瞬断しても問題ない。このような可変減衰器は固定減衰器を基本にして機械的に減衰量を変化させるものであるため、PINダイオードアッテネータのように信号に歪を付加することが無く、信号の品質を劣化させずに本発明を実施することが可能となる。
【００２０】
また、本発明はCATVシステムを前提としてなされたものである。CATVシステムの親局すなわちCATV局には通常複数の中継局が光ファイバで接続され、各々の中継局が同軸ケーブルで多数の加入者を収容する。本発明の利点として遠隔から中継局に設置された光送信器の入力信号レベルを調整できる点が挙げられる。本発明を用いることによって仕様変更の度に中継局に光送信器の交換・調整に行く手間が省けるが、親局に設置された子局すなわち中継局の数が多いほど効果が高く、交換用機器や人件費が抑圧でき低コスト化が可能となる。
【００２１】
また、本発明は無線基地局と複数の無線基地局をとりまとめるセンター局間にも適用することが可能である。すなわち基地局で受信した無線信号を光ファイバを介してセンター局に送信し、無線信号の変復調等の処理はセンター局で行うシステムに適用可能である。無線システムで一つの基地局がカバーできるセル半径は年々小さくなる傾向がある。移動通信の加入者が爆発的に増加し、限られた周波数資源で多数の加入者を収容するためには基地局1つあたりのセル半径を小さくして周波数の再利用効率を高める必要があるためである。半径が数100mのセルをマイクロセル、半径が数10mのセルをピコセルという。このようなマイクロセル、ピコセルはセル半径が小さいため広いサービスエリアをカバーするためには膨大な数の基地局が必要になる。一方で移動通信システムの変遷の頻度は速く、1〜2年置きに新しい移動通信方式が実用化されている。マイクロセル、ピコセルを採用しているシステムでは基地局数が膨大であるため、無線通信方式の変更、すなわち仕様変更があるたびに基地局を取り替えるのではコスト高となってしまう。本発明をマイクロセル、ピコセルの無線システムに適用すると、仕様変更に伴って膨大な数の基地局に設置した光送信器の取り替えあるいは基地局まで出向いての再調整が不要となり、コストを大幅に抑圧することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）図1は本発明の第1の実施形態に係る光通信システムの概略図である。親局1と子局2が光ファイバ3で接続されている。子局2内には光送信器4が設置されアナログ信号入力端子6から入力されるアナログ信号を光信号に変換して親局1へ送出する。アナログ信号入力端子6と光送信器4の間には振幅可変器5が挿入され、アナログ信号入力端子6から入力したアナログ信号の振幅に減衰または利得を与える。振幅可変器5の減衰量または利得量は通常は固定されており、制御信号端子9を介した指示があったときのみ変化させる。制御信号端子9を介して入出力する制御信号は制御信号終端器8にてその通信内容が処理され、振幅可変器5の減衰量または利得量を変化させる指示があった場合には振幅可変器制御部7にその指示を伝える。振幅可変器制御部7は指示に従い振幅可変器5の減衰量または利得量を変化させる。ただし振幅可変器5の減衰量または利得量は、アナログ信号の仕様変更があり、振幅可変器5を変化させないままでは光送信器4に入力するアナログ信号の変調度が不適切な値となると予測される時に、変化させる。
【００２４】
このようにすることによって、遠隔から子局の光送信器の変調度を調節することが可能となり、アナログ信号の仕様変更に伴って光送信器を取り替えたり、再調整のために子局まで出向くことなく、仕様変更後も最良の伝送品質での伝送が可能となる。
【００２５】
図1では制御信号端子9の接続先を示していないが、制御信号端子9の接続先は例えば親局1に接続する制御回線である。図1の光ファイバ3は上り信号伝送用であるが、例えば、CATVシステムであれば当然下り信号を伝送する必要があり、図2のように下り用ファイバ3-2が存在する。制御回線は例えば、アナログ信号に重畳して上り用光ファイバ3-1および下り用光ファイバ3-2に親局と子局の間で張ると良い。あるいは、制御回線は物理的に独立した線を用いて張っても良い。回線として確保できていれば物理的にはどのような線を介して、どのような信号と多重されていてもよい。例えば、制御回線は無線通信で張られていてもよい、この場合、制御信号端子には無線通信機器を取り付けておけばよい。
【００２６】
（第２の実施形態）図3は第２の実施形態に係る光通信システムの概略図であり、特に、子局についての説明図である。本実施形態は、制御信号が主信号であるアナログ信号に重畳され、下り用光ファイバ3-2で送られてくる場合の子局の構成例である。親局から光ファイバ3-2を介して伝送されてきた光信号を光受信器11で電気信号に変換する。電気信号は回線分離器12に入力され主信号であるアナログ信号と下り用制御回線29-1に分離される。アナログ信号はアナログ信号出力端子13から出力される。
【００２７】
また、CATVシステムでインターネットアクセスをサポートするような系であれば、主信号はCATV信号である。さらに、インターネット信号も重畳されているので、回線分離器12は、CATV信号とインターネット信号、制御回線の3系統に分離する。分離された下り用制御回線29-1は制御信号終端器8に入力される。制御信号終端器8から親局に送信される上り用制御回線29-2は多重化器10にてアナログ信号と多重され、振幅可変器5を経て光送信器4で光信号に変換され光ファイバ3-1を介して親局1に伝送される。
【００２８】
本発明に使用される振幅可変器は、可変利得増幅器または可変減衰器のうち少なくとも一方である。どちらも使用可能であるが、本発明で使用して特に良い効果をもたらすのは、機械的に減衰量を調節する可変減衰器である。機械的に減衰量を調節する可変減衰器は応答速度が遅かったり、減衰量を変化させる時に信号が瞬断することがある。しかし、本発明では減衰量は仕様変更の場合のみ変化させるものであり、仕様変更は頻度が低く、また、仕様変更時は通常一旦システムを停止するため、そのような欠点は問題にならない。振幅可変器の一種である能動素子を用いた可変利得増幅器やPINダイオードアッテネータ、FETを利用したアッテネータは応答は速いが信号に歪を付加する。本発明に使用する場合、能動素子を用いた歪のある振幅可変器より、機械的に減衰量を変化させる可変減衰器で、原理的に歪を付加しないものが望ましい。すなわち抵抗や電波吸収体等によって減衰量を調節するものであり、例えば、複数の減衰量の異なる固定減衰器を切り替えて使用するタイプのものが望ましい。これらは市販品で入手可能である。本発明を適用する信号は、ベースバンドデジタルでない信号であるため大抵の場合歪によって信号の品質が劣化する。従って、歪を付加しない可変減衰器を使用する利点は大きい。
【００２９】
PINダイオードアッテネータのような原理的に電気的制御が可能なものと異なり、機械的に減衰量を変化させるタイプの可変減衰器を遠隔から操作する場合、減衰量を調節する機械部分を電気信号に基づいて動かす機構が必要となる。例えば、複数の固定減衰器を切り替えるタイプであるならば、固定減衰器の位置をモータや電磁石等を利用して動かすなどである。
【００３０】
本発明の構成は、HFCを用いたCATVのインターネット接続のみでなく、他のアナログ信号システムにも適用可能である。例えば、無線基地局で受信された無線信号を光ファイバを介してセンター局に伝送するシステムでも、無線信号の仕様、例えば変調方式などの変更がある場合に備えて本発明の構成を適用するとよい。
【００３１】
本発明によれば遠隔から子局の振幅可変器を制御することが可能であるため、子局の数が多くかつ親局から離れている場合に、仕様変更に伴って子局を取り替える必要が無くなり、機器や人件費等のコスト削減効果が高い。
【００３２】
なお、本発明が適用される信号の仕様変更とは、基本的には図5の(a)から(b)への変更のような意図的な仕様変更であるが、本発明の構成は、それ以外にも例えば光送信器の劣化、あるいは子局と加入者を接続する線路の障害などによって信号振幅が当初の仕様で規定された範囲と異なる範囲になった場合にも適用できる。
【００３３】
（第３の実施形態）図6は本発明の第3の実施形態に係る光伝送システムの概略図である。CATV局14にn個の中継局15-1,15-2,..,15-nが光ファイバ18-1,18-2,..,18-nを介して接続されている。なお、図6では上り系のみ図示している。各々の中継局15-i(iは1からnのいずれか)はそれぞれ同軸ケーブル16-iを介して加入者と接続されている。加入者は図示していない。中継局15-iの内部にはそれぞれ光送信器4が設置され、アナログ信号入力6から入力された上り通信信号すなわち上りインターネット信号は振幅可変器5を通過して光送信器4に入力し光信号に変換されてCATV局14へ送出される。制御信号端子9から入力される制御信号は制御信号終端器8にて終端、処理され、その中に振幅可変器5の利得量または減衰量を変える指示があった場合には振幅可変器制御部7にその指示を伝える。振幅可変器制御部7は指示を受けて振幅可変器の利得量または減衰量を変化させる。制御信号端子9は例えば制御回線を介してCATV局14に接続している。
【００３４】
このような構成を取ることによって、多数の子局を1つの親局で収容する場合に上りインターネット信号の変調形態等仕様変更があっても、親局から遠隔操作にて各々の中継局の光送信器の入力レベル調整が可能となり、親局から離れた多数の子局を1つ1つまわって光送信器を交換したり再調整する必要が無くなる。
【００３５】
（第４の実施形態）図7は本発明の第4の実施形態に係る光通信システムの概略図である。センター局19に光ファイバ18-1,18-2,..,18-nを介して無線基地局30-1,30-2,..30-nが接続されている。図7は上り信号系のみ図示している。各々の無線基地局30-i(iは1からnのいずれか)のカバーエリアであるセル32-1,32-2,..,32-nは、図のようにお互い若干重なり合いながら配置されている。各々の無線基地局30-iはアンテナ31を有し、アンテナ31で受信された無線信号は例えば図示しない周波数変換器等適宜アナログ処理された後、アナログ信号入力端子6から入力され、振幅可変器5を通過して光送信器4に入力し光信号に変換されてセンター局19へ送出される。制御信号端子9から入力される制御信号は制御信号終端器8にて終端、処理され、その中に振幅可変器5の利得量または減衰量を変える指示があった場合には振幅可変器制御部7にその指示を伝える。振幅可変器制御部7は指示を受けて振幅可変器の利得量または減衰量を変化させる。制御信号端子9は例えばセンター局19に接続している。本発明を適用して特に効果があるのはマイクロセル・ピコセルと呼ばれるセル半径の小さい無線システムである。一般にマイクロセル・ピコセルはセル半径500m以下と言われている。そのような無線システムでは広いサービスエリアを確保するために膨大な数の無線基地局が必要となる。本発明を適用することにより、膨大な数の基地局を信号仕様変更の度に交換せずに済むため、システム全体の長期的な視点での低コスト化が可能となる。
【００３６】
図7は円形のセルの場合であるが、例えば図8のように楕円形のセルの場合もある。例えば道路沿いに基地局を設置する場合などである。また、図6、図7はスター型と呼ばれるネットワーク構成で親局と子局が接続されているが、図8ではバス型と呼ばれるネットワーク構成で親局と子局が接続されている。それぞれの無線基地局30-iからの光はカップラ33-iにて光ファイバ3に合流しセンター局19に伝送される。本発明は子局が多数ある場合に特に有効であり、子局を収容するためのネットワーク構成はスター型及びバス型に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、アナログ信号を光伝送するアナログ光伝送システムにおいて、アナログ信号の仕様変更があった時に、機器の交換をせずに仕様変更に対応できる光通信システムを提供できる。これによって、光送信器の変調度を仕様変更後のアナログ信号に対して最適にすることができ、良好な伝送品質を保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第1の実施形態に係る光通信システムの概略図である。
【図２】  光通信システムの上り系及び下り系光ファイバを説明する概略図である。
【図３】  第２の実施形態に係る光通信システムの概略図である。
【図４】  既存のCATVシステムを説明するための図である。
【図５】  問題点を説明するための図である。
【図６】  第３の実施形態に係る光通信システムの概略図である。
【図７】  第４の実施形態に係る光通信システムの概略図である。
【図８】  第４の実施形態に係る光通信システムの概略図である。
【符号の説明】
１      親局
２      子局
３      光ファイバ
４      光送信器
５      振幅可変器
６      アナログ信号入力端子
７      振幅可変器制御部
８      制御信号終端器
９      制御信号端子
１０      多重化器
１１      光受信器
１２      回線分離器
１３      アナログ信号出力端子
１４      CATV局
１５      中継局
１６      同軸ケーブル
１７      加入者
１８      光ファイバ
１９      センター局
２９      制御回線
３０      無線基地局
３１      アンテナ
３２      セル
３３      カップラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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