(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（A）多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である被挿入信号から第1クロック信号を抽出するステップAと、
（B）前記被挿入信号の、前記1チャンネル分の光信号が抜き取られて空いている時間スロットに、新たな信号を担う信号である挿入信号を挿入して、主信号を生成するステップBと、
（C）該主信号から第2クロック信号を抽出するステップCと、
（D）前記被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさをモニタするため、前記第1クロック信号と前記第2クロック信号の位相を比較して両者の位相差を電気信号に変換してモニタ信号を生成するステップDと
を含み、
前記ステップAが、
（A1）前記被挿入信号から、前記第1クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光信号を分岐する第1分岐ステップと、
（A2）前記クロック抽出用光信号から、前記第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出ステップと
を含み、
前記ステップCが、
（C1）前記主信号から、前記第2クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光主信号を分岐する第2分岐ステップと、
（C2）前記クロック抽出用光主信号から、前記第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出ステップと
を含み、
前記第1分岐ステップが実行される位置を経由して前記第1クロック信号抽出ステップが実行される位置に至る第1経路と、前記第2分岐ステップが実行される位置を経由して前記第2クロック信号抽出ステップが実行される位置に至る第2経路との経路長差によって発生する、前記第1クロック信号の位相と前記第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整するための位相調整ステップを、前記ステップA及びステップCのいずれか一方に含むことを特徴とする時間スロットモニタ方法。
【請求項２】
（A）多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である被挿入信号から第1クロック信号を抽出するステップAと、
（B）前記被挿入信号の、前記1チャンネル分の光信号が抜き取られて空いている時間スロットに、新たな信号を担う信号である挿入信号を挿入して主信号を生成するステップBと、
（C）該主信号から第2クロック信号を抽出するステップCと、
（D）前記被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさをモニタするため、前記第1クロック信号と前記第2クロック信号の位相を比較して両者の位相差を電気信号に変換してモニタ信号を生成するステップDと
（E）該モニタ信号から高周波成分を除去して直流成分を抽出するステップEと、
（F）該ステップEで抽出された前記直流成分が0になるように前記挿入信号の位相を調整するステップFと
を含み、
前記ステップAが、
（A1）前記被挿入信号から、前記第1クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光信号を分岐する第1分岐ステップと、
（A2）前記クロック抽出用光信号から、前記第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出ステップと
を含み、
前記ステップCが、
（C1）前記主信号から、前記第2クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光主信号を分岐する第2分岐ステップと、
（C2）前記クロック抽出用光主信号から、前記第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出ステップと
を含み、
前記第1分岐ステップが実行される位置を経由して前記第1クロック信号抽出ステップが実行される位置に至る第1経路と、前記第2分岐ステップが実行される位置を経由して前記第2クロック信号抽出ステップが実行される位置に至る第2経路との経路長差によって発生する、前記第1クロック信号の位相と前記第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整するための位相調整ステップを、前記ステップA及びステップCのいずれか一方に含むことを特徴とする光時分割信号挿入方法。
【請求項３】
多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である被挿入信号から第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出部と、
前記被挿入信号の、前記1チャンネル分の光信号が抜き取られて空いている時間スロットに、新たな信号を担う信号である挿入信号を挿入して、主信号を生成する光時分割挿入器と、
該主信号から第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出部と、
前記被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさをモニタするため、前記第1クロック信号と前記第2クロック信号の位相を比較して、両者の位相差を電気信号に変換してモニタ信号を生成するミキサと
を具え、
前記第1クロック信号抽出部が、
前記被挿入信号から、前記第1クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光信号を分岐する第1分岐器と、
前記クロック抽出用光信号から、前記第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出器と
を具え、
前記第2クロック信号抽出部が、
前記主信号から、前記第2クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光主信号を分岐する第2分岐器と、
前記クロック抽出用光主信号から、前記第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出器と
を具え、
前記第1クロック信号抽出器から出力された前記第1クロック信号の位相と、前記第2クロック信号抽出器から出力された前記第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整するための位相調整器を、前記第1クロック信号抽出部及び前記第2クロック信号抽出部のいずれか一方に具えることを特徴とする時間スロットモニタ装置。
【請求項４】
多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である被挿入信号から第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出部と、
前記被挿入信号の、前記1チャンネル分の光信号が抜き取られて空いている時間スロットに、新たな信号を担う信号である挿入信号を挿入して、主信号を生成する光時分割挿入器と、
該主信号から第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出部と、
前記被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさをモニタするため、前記第1クロック信号と前記第2クロック信号の位相を比較して、両者の位相差を電気信号に変換してモニタ信号を生成するミキサと、
該モニタ信号から高周波成分を除去して直流成分を抽出するローパスフィルタ部と、
該ローパスフィルタ部で抽出された前記直流成分が0になるように前記挿入信号の位相を調整する挿入信号位相調整器と
を具え、
前記第1クロック信号抽出部が、
前記被挿入信号から、第1クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光信号を分岐する第1分岐器と、
前記クロック抽出用光信号から、前記第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出器と
を具え、
前記第2クロック信号抽出部が、
前記主信号から、前記第2クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光主信号を分岐する第2分岐器と、
前記クロック抽出用光主信号から、前記第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出器と
を具え、
前記第1クロック信号抽出器から出力された前記第1クロック信号の位相と、前記第2クロック信号抽出器から出力された前記第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整するための位相調整器を前記第1クロック信号抽出部及び第2クロック信号抽出部のいずれか一方に具えることを特徴とする光時分割信号挿入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アッドドロップ（Add-Drop）光時分割多重通信において、1チャンネル分の光信号が抜き取られた光時分割多重信号（以後「被挿入信号」ということもある。）に、抜き取られた光信号とは別の光信号（以後、単に「挿入信号」ということもある。）を挿入するための方法、及びこの方法を実現するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及にともない、大容量でかつ多機能な光通信網の整備が求められている。大容量光通信網を実現する方法の一つに光時分割多重通信方法がある。この光時分割多重通信方法とは並列に光パルス信号を生成し、それらを時間軸上で多重化して送信し、受信側で送信側とは逆操作である多重化された光パルス信号を分離することにより元の並列光パルス信号に戻す方式を採る通信方法である。時間軸上で、複数のチャンネルを多重することによって、通信容量を大きくしている。
【０００３】
光パルス信号は、時間軸上に規則正しく一定の間隔で並ぶ光パルスの列（以後、「光パルス列」ということもある。）を、光変調して送信信号である2値デジタル信号であるRZ（Return to Zero）信号として生成された信号である。以後、光パルス信号との表現は、RZ信号として生成された信号を意味する場合のみに使用するものとする。一方、光パルス列との表現は、時間軸上で規則正しい一定の間隔で並ぶ光パルスの総体を指すものとして用いる。
【０００４】
これらの光通信網においては、また、アッドドロップ機能等を具えた、多機能なシステムが求められている。アッドドロップ機能とは、光ネットワークを伝送される複数チャンネルの光信号のうち、必要なチャンネルの光信号みを抜き出して（ドロップして）読み出し、及びドロップすることによって空いたチャンネルに新たな情報を乗せた挿入信号を挿入する（アッドする）機能をいう。
【０００５】
アッドドロップ機能が採用された光時分割多重伝送システムが開示されている（例えば、特許文献1参照）。アッドドロップ機能を具えた従来の光時分割多重伝送システムには、次に示す場合に対処する手段が備えられていなかった。すなわち、従来の装置には、ドロップされて空いているチャンネル（新たな情報を乗せるチャンネル）に割り当てられた時間軸上の領域に時間的な揺らぎが発生した場合、あるいは新たな情報を乗せるために時間軸上に割り当てられた領域を変更する必要が生じた場合に対処する手段が備えられていなかった。
【０００６】
以後、時間軸上で1ビットの情報を担う光パルス一つ分に割り当てられた領域を、時間スロットというこということもある。光時分割多重信号は、複数チャンネルの光パルス信号を、時間軸上で1つの時間スロットずつずらせて足し合わされて生成された信号である。従って、N（Nは正の整数）チャンネル多重された光時分割多重信号は、時間軸上でN個の時間スロットごとに同一チャンネルの光パルス信号を構成する光パルスが配置される。
【０００７】
チャンネルに割り当てられた時間軸上の領域とは、上述のチャンネル多重された光時分割多重信号を例にして説明すると、次のようになる。例えば、第1チャンネルに割り当てられた時間軸上の領域とは、N個の時間スロットごとに配置された、第1チャンネルを構成する光パルスが配置される時間スロットの総体である。第2チャンネル以下についても同様である。
【０００８】
挿入信号に対して、光時分割多重信号から1チャンネル分の光パルス信号が抜き取られ、このチャンネルに割り当てられている全時間スロット（すなわち、このチャンネルに割り当てられた時間軸上の領域）が空いている状態の光信号が被挿入信号である。
【特許文献１】特開2002-319904号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
伝送速度が高速化されると、各チャンネルに割り当てられる時間スロットは短くなるので、新たな情報を乗せるための時間スロットをより一層正確に確定する必要がある。時間スロットが正確に確定され、その位置に正確に挿入信号が挿入されないと、隣接する時間スロットに影響を与え、挿入信号がこの隣接するチャンネルの雑音となる。また、新たな情報を乗せるための時間スロットを変更する場合にも、新たな情報を乗せるための時間スロットを正確に確定する必要がある。
【００１０】
そこで、新たな情報を乗せるための時間スロットを常時モニタして、新たな情報を担う光パルスが、ドロップされて空いているチャンネルに対応する時間スロットの位置に正確に挿入されることを確認するための手段が必要となる。
【００１１】
この発明の第1の目的は、新たな情報を担う光パルスを挿入すべき時間軸上の位置をモニタするための方法及びこの方法を実現するための装置を提供することにある。
【００１２】
また、この発明の第2の目的は、ドロップされて空いているチャンネルに対応する時間スロットの位置に、新たな情報を担う光パルスを自動的に挿入するための方法及びこの方法を実現するための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の第1の目的を達成するため、時間スロットモニタ方法は、次に示すステップAからステップDを含んで構成される。
（A）多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である被挿入信号から第1クロック信号を抽出するステップA
（B）被挿入信号の、1チャンネル分の光信号が抜き取られて空いている時間スロットに、新たな信号を担う信号である挿入信号を挿入して、主信号を生成するステップB
（C）主信号から第2クロック信号を抽出するステップC
（D）被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさをモニタするため、第1クロック信号と第2クロック信号の位相を比較して両者の位相差を電気信号に変換してモニタ信号を生成するステップD。
【００１４】
時間スロットモニタ方法は、次に示す時間スロットモニタ装置によって実現できる。この時間スロットモニタ装置は、第1クロック信号抽出部と、光時分割挿入器と、第2クロック信号抽出部と、ミキサとを具えている。第1クロック信号抽出部は、多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である被挿入信号から第1クロック信号を抽出する。光時分割挿入器は、被挿入信号の、1チャンネル分の光信号が抜き取られて空いている時間スロットに、新たな信号を担う信号である挿入信号を挿入して、主信号を生成する。第2クロック信号抽出部は、主信号から第2クロック信号を抽出する。ミキサは、被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさをモニタするため、第1クロック信号と第2クロック信号の位相を比較して、両者の位相差を電気信号に変換してモニタ信号を生成する。
【００１５】
上述のステップAが、次に示すサブステップA1及びA2を含んで構成するのが好適である。
（A1）被挿入信号から第1クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光信号を分岐する第1分岐ステップ
（A2）クロック抽出用光信号から第1クロック信号を抽出する第1クロック信号抽出ステップ。
【００１６】
また、上述のステップCが、次に示すサブステップC1及びC2を含んで構成するのが好適である。
（C1）主信号から第2クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光主信号を分岐する第2分岐ステップ
（C2）クロック抽出用光主信号から第2クロック信号を抽出する第2クロック信号抽出ステップ。
【００１７】
更に、ステップA及びステップCのいずれか一方のステップに、第1分岐ステップが実行される位置を経由して第1クロック信号抽出ステップが実行される位置に至る第1経路と、第2分岐ステップが実行される位置を経由して第2クロック信号抽出ステップが実行される位置に至る第2経路との経路長差によって発生する、第1クロック信号の位相と第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整するための位相調整ステップを含んで構成するのが好適である。
【００１８】
上述の第1クロック信号抽出部を、次の構成要素を具えて構成するのが好適である。すなわち、第1分岐器及び第1クロック信号抽出器である。また、上述の第2クロック信号抽出部を、第2分岐器及び第2クロック信号抽出器を具えて構成するのが好適である。
【００１９】
更に、第1クロック信号抽出部及び第2クロック信号抽出部のいずれか一方に位相調整器を具えるのがよい。
【００２０】
第1分岐器は、被挿入信号から第1クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光信号を分岐する。第1クロック信号抽出器は、クロック抽出用光信号から第1クロック信号を抽出する。第2分岐器は、主信号から第2クロック信号を抽出するためのクロック抽出用光主信号を分岐する。第2クロック信号抽出器は、クロック抽出用光主信号から第2クロック信号を抽出する。位相調整器は、第1クロック信号抽出器から出力された第1クロック信号の位相と、第2クロック信号抽出器から出力された第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整する。
【００２１】
上述の第2の目的を達成するため、光時分割信号挿入方法は、上述の時間スロットモニタ方法が含むステップAからステップDに加えて、次に示すステップE及びステップFを含んで構成される。
（E）モニタ信号から高周波成分を除去して直流成分を抽出するステップE
（F）ステップEで抽出された直流成分が0になるように挿入信号の位相を調整するステップF。
【００２２】
光時分割信号挿入方法を実現する光時分割信号挿入装置は、上述の時間スロットモニタ装置に加えて、更にローパスフィルタ部及び挿入信号位相調整器を具えている。ローパスフィルタ部はモニタ信号から高周波成分を除去して直流成分を抽出する。挿入信号位相調整器は、ローパスフィルタで抽出された直流成分が0になるように挿入信号の位相を調整する。
【発明の効果】
【００２３】
時間スロットモニタ方法によれば、ステップAにおいて、第1クロック信号が抽出される。ステップBにおいて、被挿入信号に挿入信号が挿入され、主信号が生成される。被挿入信号は、多重されて生成されている光時分割多重信号から1チャンネル分の光信号が抜き取られている信号である。この抜き取られた1チャンネル分の時間スロットに、新たな信号を担う挿入信号が挿入されて主信号が生成される。従って、主信号の全ての時間スロットには、チャンネルごとに割り当てられた全ての時間スロットにそれぞれのチャンネルの光信号が存在している。
【００２４】
ステップCにおいて、主信号から第2クロック信号が抽出され、ステップDにおいて、第1クロック信号と第2クロック信号とがミキシングされる。
【００２５】
ステップDが実行される前に、第1クロック信号の位相と第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整するための位相調整ステップを設ける理由は次の点にある。第1分岐器によって被挿入信号が分岐された位置から、第1光電変換器、第1クロック信号抽出器を経てミキサに至る第1経路と、第1分岐器によって被挿入信号が分岐された位置から、光時分割挿入器、第2分岐器、第2光電変換器、第2クロック信号抽出器を経てミキサに至る第2経路とでは、その経路長が異なる。
【００２６】
従って、第1経路と第2経路との経路長差が、第1クロック信号と第2クロック信号との位相の上で実質的になくなるように、位相調整器によって第2クロック信号の位相を調整する。このように、第1クロック信号の位相と第2クロック信号の位相との相対的な位相差を調整すればよいので、位相調整器は、第1経路に設置しても、第2経路に設置してもかまわない。
【００２７】
位相調整器において、具体的に第2クロック信号の位相を調整するには次の様に行う。予め、光サンプリングオシロスコープ等を利用して、主信号の時間波形を観測し、被挿入信号の挿入信号が挿入されるべき時間スロットに正確に挿入信号が挿入されている状態を実現する。この状態を実現するには、挿入信号の位相を調整すればよい。
【００２８】
挿入信号が挿入されるべき被挿入信号の時間スロットに、正確に挿入信号が挿入されていることを確認できたら、位相調整器によって第2クロック信号の位相を、ミキサからの出力信号であるモニタ信号が0（例えば、0 V）として出力されるように調整する。
【００２９】
上述のように、位相調整器によって第2クロック信号の位相を調整しておけば、被挿入信号の挿入すべき時間スロットに、時間ジッタ等の影響を受けて、挿入信号が正確に挿入されない事態が発生すれば、モニタ信号として、0以外の電圧値が出力される。詳細は後述するが、モニタ信号の絶対値から、被挿入信号の挿入すべき時間スロットと現実に挿入された時間スロットとの時間軸上でのずれ量の大きさが判明する。また、モニタ信号の電位を表す符号から、挿入信号が正確に挿入されるべき時間スロットから、進みすぎた位置にあるのか遅れた位置にあるのかが判明する。
【００３０】
従って、モニタ信号によって、挿入信号が被挿入信号の挿入すべき時間スロットに正確に挿入されているか否かをモニタすることが可能となる。また、モニタ信号の大きさから、挿入信号がどの程度時間軸上でずれて挿入されたかについても知ることができ、この発明の第1の目的が達成される。
【００３１】
時間スロットモニタ方法は、後述するように、上述した時間スロットモニタ装置によって実現される。
【００３２】
光時分割信号挿入方法によれば、ステップEにおいて、モニタ信号から高周波成分が除去されて直流成分が抽出される。この直流成分は、上述したように被挿入信号の挿入すべき時間スロットに挿入信号が正確に挿入されれば0となり、正確に挿入されなければ、時間軸上で、挿入された位置と本来挿入されるべき位置とのずれの大きさに比例する電圧値となる。従って、ステップFにおいてこの直流成分が0になるように挿入信号の位相が調整されれば、挿入信号が時間軸上で挿入される位置が、本来挿入されるべき位置と一致するように常に調整される。
【００３３】
従って、光信号がドロップされて空いているチャンネルに対応する時間スロットの位置に、新たな情報を担う光パルスを正確に挿入することが可能となり、この発明の第2の目的が達成される。
【００３４】
光時分割信号挿入方法は、後述するように、上述した光時分割信号挿入装置によって実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の符号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。また太線によって光経路を示し細線によって電気経路を示す。この太線及び細線に付された番号は、その番号が付された光経路及び電気経路を伝播する光信号及び電気信号をそれぞれ意味する。
【００３６】
＜第1の実施の形態＞
図1を参照して、挿入信号の時間スロットモニタ装置の構成及びその機能を説明する。図１は、時間スロットモニタ装置の概略的ブロック構成図である。
【００３７】
この時間スロットモニタ装置は、第1クロック信号抽出部32と、光時分割挿入器14と、第2クロック信号抽出部34と、ミキサ20とを具えている。第1クロック信号抽出部32は、被挿入信号10から第1クロック信号19を抽出する。光時分割挿入器14は、被挿入信号13aに挿入信号11を挿入して主信号15を生成する。第2クロック信号抽出部34は、主信号15から第2クロック信号25を抽出する。ミキサ20は、第1クロック信号19と第2クロック信号25とをミキシングして、ミキシング信号をモニタ信号35として生成する。
【００３８】
第1クロック信号抽出部32は、第1分岐器12、第1クロック信号抽出器26を具えている。また、第2クロック信号抽出部34は、第2分岐器16、第2クロック信号抽出器36及び位相調整器24を具えている。
【００３９】
図1に示す時間スロットモニタ装置の実施の形態及び、後述する図5に示す光時分割信号挿入装置の実施の形態においては、位相調整器24が第2クロック信号抽出部34に設置されているが、位相調整器24は第1クロック信号抽出部32に設置してもよい。位相調整器24を、第1クロック信号抽出部32に設置するか、第2クロック信号抽出部34に設置するかについては、設計事項に属する問題である。
【００４０】
被挿入信号10は、第1分岐器12に入力されて被挿入信号13aとクロック抽出用光信号13bとに分岐される。クロック抽出用光信号13bは、第1クロック信号抽出器26に入力されて、第1クロック信号19が生成されて出力される。
【００４１】
一方、被挿入信号13aは、光時分割挿入器14に入力されて挿入信号11と合波され、主信号15として生成されて出力される。主信号15は、第2分岐器16に入力されて、主信号17aとクロック抽出用光主信号17bとに分岐される。クロック抽出用光主信号17bは、第2クロック信号抽出器36に入力されて、第2クロック信号23が生成されて出力される。第2クロック信号23は、位相調整器24に入力されてその位相が調整されて第2クロック信号25として生成されて、ミキサ20に入力される。
【００４２】
位相調整器24は、第1分岐器12によって被挿入信号10が分岐された位置から、第1クロック信号抽出器26を経てミキサ20に至る第1経路と、第1分岐器12によって被挿入信号10が分岐された位置から、光時分割挿入器14、第2分岐器16、第2クロック信号抽出器36を経てミキサに至る第2経路との経路長差が、第1クロック信号と第2クロック信号との位相の上で実質的になくなるように、第2クロック信号の位相を調整する。このように、第1クロック信号の位相と第2クロック信号の位相との相対的な関係を調整すればよいので、位相調整器は、第1経路に設置しても、第2経路に設置してもかまわない。
【００４３】
従って、第2クロック信号25は、位相調整器24によって、第2クロック信号23の位相を、第1分岐器12からミキサ20までの第1経路（第1クロック信号抽出部32を経由する経路）と、第2分岐器からミキサまでの第2経路（第2クロック信号抽出部34を経由する経路）との経路長差を補正することによって得られる信号である。
【００４４】
この位相調整器24が果たす機能は、公知のディレイロジックを用いた可変位相遅延電気回路等で容易に実現できる。また、第1及び第2分岐器には、半透鏡等の光学素子を利用できる。第1及び第2クロック信号抽出器には、光信号を電気信号に光電変換した後に、電気的な手段をもって構成される公知のクロック信号抽出装置が利用できる。ミキサには、高周波電気回路の分野で公知のミキシング回路を適宜利用することができる。
【００４５】
第1及び第2クロック信号の抽出には、上述の電気的な手段をもって構成される公知のクロック信号抽出装置に限られず、光変調器の非線形効果を用いて差周波成分を与えてその差周波成分を用いてPLL（Phase Locked Loop）を構成してクロック信号を抽出する方法（例えば、「160Gb/sクロック抽出装置の開発」、辻  弘美、他、2003年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、B-10-115、2003、あるいは、"Scaleable 80 Gbit/s OTDM using a modular architecture based on EA modulators", H. T. Yamada et al., ECOC 2000 pp. 47-48, Munich, 2000.参照）、モード同期半導体レーザを利用して光クロックパルスを生成してこの光クロックパルスを光電変換して生成する方法等、様々な方法を利用することが可能である。
【００４６】
図2(A)〜(G)、図3(A)及び(B)、図4(A)及び(B)を参照して、ミキサ20から出力されるモニタ信号35が生成される過程について、その動作原理及びモニタ信号35の物理的な意味について具体的に説明する。図2(A)〜(G)は、挿入信号と被挿入信号の関係の説明に供する時間波形図であり、図3(A)及び(B)は、クロック位相表示ベクトルの説明に供する図であり、図4(A)及び(B)は、時間スロットモニタ装置の動作原理の説明に供する図である。図2(A)〜(G)において、横軸に時間軸を任意目盛りでとり、縦軸方向（縦軸は省略してある。）に光強度を任意目盛りで示してある。
【００４７】
以下の説明においては、主信号は4チャンネル多重信号であるとし、挿入信号は、第4チャンネルに対応するチャンネルの時間スロットに挿入されるものとして説明する。従って、被挿入信号は、第4チャンネルに対応する時間スロットが空いている状態の信号となっている。もちろん、以下の説明は、主信号の多重度が4チャンネルである場合に限らず、また挿入信号がどの時間スロットに挿入されるか等にかかわらず成立することは明らかである。
【００４８】
図2(A)は主信号の時間波形を、図2(B)は第1チャンネルの時間波形を、図2(C)は第2チャンネルの時間波形を、図2(D)は第3チャンネルの時間波形を、図2(E)は第4チャンネルの時間波形を、図2(F)は被挿入信号の時間波形をそれぞれ示す図である。また、図2(G)は、被挿入信号に挿入信号が挿入される様子を説明するための図である。図2(G)では、被挿入信号の時間波形を細線で示し、挿入信号の時間波形を太線で示してある。
【００４９】
図2(A)〜(G)では、主信号の第4チャンネルが割り当てられている時間スロットの光信号が抜き取られて、この時間スロットに挿入信号が挿入される場合を想定してそれぞれの時間波形を示してある。第4チャンネルが割り当てられている時間スロット（後述する第4スロットに相当する。）の中心位置を図2(G)に示すように、T1、T2及びT3で示してあり、こられの時間スロットに挿入される挿入信号を構成する光パルスを、それぞれR1、R2及びR3で示してある。
【００５０】
ここで、ミキサ20の動作について説明するために、予めクロック位相の概念について説明する。クロック位相は、被挿入信号や挿入信号の時間波形をベクトルに対応させて表現するための概念であり、次のように定義されるクロック位相表示ベクトルによって表示される。
【００５１】
図3(A)に示すように、クロック位相表示ベクトルは、第1から第4スロットに一対一に対応する。ここでは、第1から第4スロットのそれぞれに第1から第4チャンネルが割り当てられているものとする。第1スロットに割り当てられている第1チャンネルの時間波形は、図2(B)に示されている。
【００５２】
図2(A)に示す主信号は、第1から第4スロットに割り当てられている第1から第4チャンネルの光パルス信号が全て重ね合わされて生成される信号である。従って、時間軸上で、第1、第2、第3、第4、第1、第2、第3、第4、第1、第2、第3、第4スロットの順に並んで各時間スロットが存在している。
【００５３】
図2(B)では、分かりやすくするために、第1チャンネルの全てのビットに光パルスが存在する特別な場合を示している。図2(B)では3ビット分の時間スロットの範囲を示しており、これら3ビットの全てに光パルスが存在している。図2(C)、(D)及び(E)においても、同様に3ビットの全てに光パルスが存在している場合を示している。しかしながら、実際には第1チャンネルの光パルス信号はRZ信号であるから、伝送される情報に応じて光パルスの存在しないビットが存在する。このように各チャンネルの光パルス信号がRZ信号である場合であっても以下の説明は同様に成り立つ。
【００５４】
クロック位相表示ベクトルは、次の約束に従うベクトルである。すなわち、クロック位相表示ベクトルの大きさは、光パルスの強度に比例し、向きは時間スロットの時間軸上の基準からのずれ量に比例する。図3(A)に示すように第1スロットに対応するクロック位相表示ベクトルを水平右向きにとるものとして、第2から第4スロットに対しては、90°ずつ回転されたクロック位相表示ベクトルを対応させる。これは、第1から第4スロットが、時間軸上で1/4位相ずつずれて配置されていることが反映されている。
【００５５】
上述のように、第1から第4スロットが、時間軸上で正確に1/4位相ずつずれて配置されていると、これらの時間スロットに対応するクロック位相表示ベクトルを全て加え合わせると、図3(B)に示すように、0ベクトルとなる。従って、被挿入信号の正確な時間スロットに挿入信号が挿入されると、生成される主信号の時間波形は、図2(A)に示す時間波形となるので、この状態に対応するクロック位相表示ベクトルは、0ベクトルである。
【００５６】
ここで、被挿入信号のクロック位相表示ベクトルがどのようになるかを説明する。被挿入信号は、その時間波形を図2(F)に示すように、第4スロットに割り当てられている第4チャンネルの光パルス信号が抜き取られて、この第4スロットに光パルス信号が存在しない状態の信号である。従って、第1、第2及び第3スロットに、それぞれ第1、第2及び第3チャンネルの光パルス信号が存在することに対応して、第1、第2及び第3スロットに、それぞれ対応するクロック位相表示ベクトルが図4(A)において実線の矢印で示す状態で表される。そのため、これらを合成して得られるクロック位相表示ベクトルP（以後、単に「ベクトルP」と表記することもある。）は、上向きの破線の矢印で表される。
【００５７】
ベクトルPで表示される被挿入信号に対して、図2(G)に示すように、太線の光パルスで表される第4チャンネルに相当する挿入信号が合波された場合に得られる主信号に対応するクロック位相表示ベクトルがどのように表されるかについて説明する。図4(B)に示すように、ベクトルの始点をXに置いて、ベクトルPを描くと、挿入信号に対応するクロック位相表示ベクトルR（以後、単に「ベクトルR」と表記することもある。）は、その始点がベクトルPの終点の位置に置かれる。これは、主信号に対応するクロック位相表示ベクトルQ（以後、単に「ベクトルQ」と表記することもある。）は、ベクトルPとベクトルRの和で与えられるベクトルとなるからである。
【００５８】
ミキサ20から出力されるモニタ信号35は電圧信号として出力されるが、その電圧値の絶対値はベクトルQの絶対値に比例し、その電圧値の符号はベクトルQの向きを反映する。すなわち、ベクトルQがゼロベクトルであれば、ミキサ20からは0 Vのモニタ信号35が出力される。一方、ベクトルQがゼロベクトルでない場合には、ミキサ20からはベクトルQの絶対値に比例する電圧信号がモニタ信号35として出力される。このときの電圧の符号は、ベクトルQの終点が円Sのどの位置に存在するかによって決定される。
【００５９】
例えば、ベクトルQの終点が円Sの左半分の側にあるときには正の電圧、右半分の側にあるときには負の電圧となるように、あるいはこの逆に、円Sの左半分の側にあるときには負の電圧、右半分の側にあるときには正の電圧となるように、ミキサ20に対して任意に設定することができる。モニタ信号35の電圧の符号については、上述のいずれに設定することも可能であり、この電圧の符号設定については設計的事項に属する。また、公知のミキサ回路には、上述のモニタ信号35に相当する信号を出力する機能を具えていればよいので、ミキサ20には、この機能を具える公知のミキシング回路を適宜利用することが可能である。
【００６０】
図3(B)から明らかなように、挿入信号が、被挿入信号に挿入されるべき正確な時間スロット（この場合には第4スロット）に挿入された場合には、挿入信号に対応するベクトルRは、第4スロット対応するクロック位相表示ベクトルと等しいので、結局、被挿入信号に対応するベクトルPと大きさが等しく逆向きとなる。従って、ベクトルRとベクトルPの和で与えられる、主信号に対応するベクトルQは0ベクトルとなる。
【００６１】
一方、図2(G)に示すように、太線の光パルスによって示されている挿入信号が、細線の光パルスによって示されている被挿入信号に対して、挿入されるべき正確な時間スロットに挿入されなかった場合には、挿入信号に対応するベクトルRは、図4(B)に示すようになる。図2(G)では、挿入信号が被挿入信号の第2スロットと第3スロットの間に挿入されているので、挿入信号に対応するベクトルRは、第2スロットと第3スロットにそれぞれ対応するクロック位相表示ベクトルの間の方向に向いている。すなわち、ベクトルRは、真上の方向から左に45°傾いた方向を向いている。
【００６２】
挿入信号が挿入される時間軸上の位置は、第1から第4スロットの範囲内であるので、ベクトルPの終点を中心にしてベクトルRの終点は、円S上のいずれかの位置となる。図2(G)に示す場合を反映させて示してある図4(B)においては、挿入信号が正確に挿入されるべき時間スロットに挿入されていないことに対応して、ベクトルQの絶対値は0ではなく、ベクトルQの終点は、円Sの左半分側に存在している。
【００６３】
このように、挿入信号が正確に挿入されるべき時間スロットに挿入されたか、あるいは正確に挿入されなかったかという情報は、ミキサ20から出力されるミキシング信号であるモニタ信号35の絶対値から、そのずれ量の大きさが判明する。また、モニタ信号35の電位を表す符号から、挿入信号が正確に挿入されるべき時間スロットから、進みすぎた位置にあるのか遅れた位置にあるのかが判明する。
【００６４】
例えば、図2(G)に示す例の場合には、挿入信号が正確に挿入されるべき時間スロットは第4スロットであるのに対して、挿入された時間軸上の位置は第2スロットと第3スロットとの間である。すなわち、第4スロットに対して、時間軸上で遅れた位置に挿入信号が挿入されていることを反映して、ベクトルQの終点は円Sの左半分に存在する。
【００６５】
仮に、挿入信号が第1スロットと第2スロットの間の位置に挿入されたとすれば、ベクトルQの終点は円Sの右半分の位置にくる。このように、挿入信号が挿入される時間軸上の位置に応じて、ベクトルQの終点位置が定まるので、ベクトルQの終点位置によって定まるモニタ信号35の電位を表す符号から、挿入信号が正確に挿入されるべき時間軸上での位置が、進みすぎた位置にあるのか遅れた位置にあるのかが判明する。
【００６６】
＜第2の実施の形態＞
図5を参照して、光時分割信号挿入装置の構成及びその機能を説明する。図5は、光時分割信号挿入装置の概略的ブロック構成図である。
【００６７】
この光時分割信号挿入装置は、時間スロットモニタ装置50と、ローパスフィルタ部52と、挿入信号位相調整器48とを具えて構成される。時間スロットモニタ装置50には、上述の第1の実施の形態で説明した時間スロットモニタ装置が利用されるので、ここでは、時間スロットモニタ装置50に係る説明は省略する。
【００６８】
時間スロットモニタ装置50から出力されるモニタ信号35は、上述したように、被挿入信号10から抽出された第1クロック信号19と、主信号15から抽出された第2クロック信号25とのミキシング信号である。従って、モニタ信号35には、第1クロック信号の主フーリエ周波数成分と第2クロック信号の主フーリエ周波数成分との差周波数に比例する電圧信号を主成分として、雑音成分である様々な周波数の交流成分が含まれている。これら様々な周波数の交流成分は、第1及び第2クロック信号に僅かに含まれる主フーリエ周波数成分以外のフーリエ周波数成分に由来する。
【００６９】
第1クロック信号の主フーリエ周波数成分は、被挿入信号のビットレートに対応する周波数の正弦波成分である。一方第2クロック信号の主フーリエ周波数成分は、主信号のビットレートに対応する周波数の正弦波成分である。仮に、被挿入信号の挿入されるべき時間スロットに正確に挿入信号が挿入されていれば、第1クロック信号の主フーリエ周波数成分と、第2クロック信号の主フーリエ周波数成分とは等しくなる。ミキサ20から出力されるミキシング信号は、概略的には、両者の周波数の差周波数の信号である。従って、両者の周波数が等しければ、直流信号が出力されるが、この場合には、0 Vを出力するようにミキサ20を構成しているミキシング回路を設定することができる。
【００７０】
一方、被挿入信号が挿入されるべき時間スロットに正確に挿入信号が挿入されていなければ、上述の第1クロック信号の主フーリエ周波数成分と、第2クロック信号の主フーリエ周波数成分との間に差異が生じる。この結果、既に詳説したように、クロック位相を表示するベクトルに相当するモニタ信号35がミキサ20から出力される。
【００７１】
いずれにしても、ミキサ20から出力される信号のうち重要な意味を持つ信号は、0 Vであるか、あるいは第1クロック信号19と第2クロック信号25との差周波数に比例する電圧信号であるので、ローパスフィルタ42によって、高周波成分を除去する。
【００７２】
また、ミキサ20から出力されるミキシング信号は、その強度が弱いので、ローパスフィルタ42によって高周波成分が除去されて出力された、ミキシング信号の低周波成分43を増幅器44で増幅するのが実用的である。増幅器44から出力される信号45には、増幅器44によって増幅される過程で混入される高周波成分を除去するためにローパスフィルタ46によってフィルタリングするのが望ましい。
【００７３】
そこで、光時分割信号挿入装置は、ローパスフィルタ部52を具えて構成するのがよい。ローパスフィルタ部52は、モニタ信号から高周波成分を除去して直流成分だけを抽出する機能を実現するために、上述のように、2つのローパスフィルタ42及び46と増幅器44とを具えて構成するのがよい。
【００７４】
ローパスフィルタ46から出力される信号47が、挿入信号位相調整器48に制御用信号として入力するための挿入信号位相調整信号である。図5においては、ローパスフィルタ46から出力される信号47（以後、「挿入信号位相調整信号47」という。）が挿入信号位相調整器48に入力される構成となっていることを、記号Aを用いて示してある。
【００７５】
挿入信号位相調整器48の動作を、図6(A)、(B)及び(C)を参照して説明する。図6(A)は被挿入信号10の時間波形、図6(B)は挿入信号11の時間波形、及び図6(C)は主信号15の時間波形を示している。図6(A)、(B)及び(C)においても、図2(A)〜(G)と同様に、主信号は4チャンネル多重信号であるとして説明する。また、挿入信号11が挿入されるスロットは、被挿入信号10の第4スロットであるとして示してある。すなわち、図6(A)において、第4スロットに相当する時間軸上に光パルスが存在していない。
【００７６】
図6(A)、(B)及び(C)において、第4スロットに相当する時間軸上の位置を、図2(G)に示したのと同様に、T1、T2及びT3で示してある。また、同様に、こられの時間スロットに挿入される挿入信号を構成する光パルスを、それぞれR1、R2及びR3で示してある。
【００７７】
挿入信号位相調整器48によって、挿入信号11の位相を調整するとは、図6(B)に示すように、挿入信号11を構成している光パルス（R1、R2及びR3で示す光パルス）を時間軸に沿って移動させることに相当する。このことを、図6(B)では、挿入信号11を構成する光パルスに時間軸に沿って示す両方向矢印によって示してある。また、被挿入信号における挿入信号が挿入されるべき時間スロットが変更された場合にも、同様に、挿入信号位相調整器48によって、挿入信号11を構成する光パルスを時間軸に沿って移動させ、挿入信号が挿入されるべき時間スロットとこの光パルスが存在する時間スロットとが合致するように調整することが可能である。
【００７８】
挿入信号11が被挿入信号10の第4スロットに正確に挿入されれば、主信号15の時間波形は、図6(C)に示すようになり、このとき、ミキサ20から出力されるモニタ信号35の値は0 Vとなる。すなわち、モニタ信号35がフィルタリングされ増幅されて得られる挿入信号位相調整器48の値は0 Vとなる。
【００７９】
挿入信号位相調整器48では、上述したように、挿入信号位相調整信号47が常に0 Vとなるように、挿入信号11の位相が調整される。挿入信号位相調整信号47がプラスの電圧である場合には、挿入信号位相調整信号47が0 Vとなるまで挿入信号11の位相を遅らせる。一方、挿入信号位相調整信号47がマイナスの電圧である場合には、挿入信号位相調整信号47が0 Vとなるまで挿入信号11の位相を進ませる。又は、この逆に、挿入信号位相調整信号47がプラスの電圧である場合には、挿入信号位相調整信号47が0 Vとなるまで挿入信号11の位相を進ませる。一方、挿入信号位相調整信号47がマイナスの電圧である場合には、挿入信号位相調整信号47が0 Vとなるまで挿入信号11の位相を遅らせる。
【００８０】
挿入信号位相調整器48によって、挿入信号11を構成する光パルスが、挿入されるべき時間スロットに正確に挿入されると、挿入信号位相調整信号47が0 Vとなるので、この時点で挿入信号位相調整器48の位相調整動作が終了する。すなわち、挿入信号位相調整器48に供給される挿入信号位相調整信号47が0 Vとなった時点で、挿入信号位相調整器48の動作が停止し、その時点での挿入信号11に対する位相調整量が保持される。
【００８１】
仮に、被挿入信号10に時間ジッタが生じる等の原因で、挿入信号11を構成する光パルスが、挿入されるべき時間スロットからずれた位置に挿入されると、そのずれに応じて挿入信号位相調整信号47が0 Vとは異なる値となるので、この挿入信号位相調整信号47の値に追随して、上述した挿入信号11の位相を遅らせたり進めたりという挿入信号位相調整器48の位相調整機能が作動するので、常に挿入信号位相調整信号47が0 Vとなるように帰還制御がなされる。
【００８２】
挿入信号位相調整器48の動作を、挿入信号位相調整信号47の電圧値の正負によって挿入信号11の位相を進ませるか遅らせるかのいずれに設定するかは、上述のクロック位相表示ベクトルQに対して、モニタ信号35の電圧の符号がどのように定まるようにミキサ20を構成するミキサ回路を設定したかによって決まる、設計的事項に属する。
【００８３】
以上説明したように、ローパスフィルタ部52において、ミキサ20から出力されるモニタ信号35をフィルタリング及び増幅することによって得られる挿入信号位相調整信号47によって、挿入信号位相調整器48を制御することによって、被挿入信号10の挿入すべき時間スロットに正確に挿入信号11を挿入することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】時間スロットモニタ装置の概略的ブロック構成図である。
【図２】挿入信号と被挿入信号の関係の説明に供する時間波形図である。
【図３】クロック位相表示ベクトルの説明に供する図である。
【図４】時間スロットモニタ装置の動作原理の説明に供する図である。
【図５】光時分割信号挿入装置の概略的ブロック構成図である。
【図６】光時分割信号挿入装置の動作原理の説明に供する図である。
【符号の説明】
【００８５】
10：被挿入信号
11：挿入信号
12：第1分岐器
14：光時分割挿入器
15：主信号
16：第2分岐器
20：ミキサ
24：位相調整器
26：第1クロック信号抽出器
32：第1クロック信号抽出部
34：第2クロック信号抽出部
36：第2クロック信号抽出器
42、46：ローパスフィルタ
44：増幅器
48：挿入信号位相調整器
50：時間スロットモニタ装置
52：ローパスフィルタ部
【図１】
0004765634.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004765634.tif 000004
【図４】
0004765634.tif 000005
【図５】
0004765634.tif 000006
【図６】
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