JP2008294531A - 光受信装置および光送信装置ならびに光アクセスシステム - Google Patents

光受信装置および光送信装置ならびに光アクセスシステム Download PDF

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Abstract

【課題】利得およびオフセット補償電圧最適化に必要な長さのプリアンブルを光信号に付与する必要がありスループットが低下する。
【解決手段】データ受信に先立って受信される送信許可要求フレームの光信号強度の測定結果に基づき、以降に行われるデータ受信に適応した受信設定を行う。また、データ送信に先立って送信する送信許可要求フレームには、光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付して送信し、以降のデータ送信に用いるフレームには短いプリアンブルを付して送信する。あるいは、データ受信に先立って受信される試験フレームの光信号強度の測定結果に基づき、送信元の識別情報毎にデータ受信に適応した受信設定のパラメータを記録したテーブルを作成する。光信号が到来したときには、その光信号の送信元の識別情報に従ってテーブルを検索し、当該光信号の受信に適応する受信設定を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の光送信装置からの光信号を1つの光受信装置で受信する光通信システムに利用する。特に、PON(Passive Optical Network)などの光アクセスシステムに関する。
光アクセスシステムとして、PONが広く用いられている。図8に一般的なPONの構成を示す。PONは通信事業者の局舎に設置されるOLT(Optical Line Terminator)1と、局舎からの光信号を一括して伝送する光ファイバ2と、OLTからの光信号を分岐する光スプリッタ3と、光スプリッタ3で分岐された光信号を各ユーザに個別に伝送する複数の光ファイバ4−1〜4−nと、ユーザの宅内あるいは構内に設置される複数のONU(OpticalNetwork Unit)5−1〜5−nから構成される。
通常、光スプリッタから各ユーザまでの距離は異なるので、光損失もまた異なる。ここで、OLTからONUへの下り信号の強度はONU毎に異なるものの、時間的にはほぼ一定なので、ONUの光受信回路の利得などは最初に設定しておけばよい。一方、ONUからOLTへの上り信号の強度はONU毎に異なるので、OLTの光受信回路の利得は逐次設定し直す必要がある。
特許文献1に従って、PONにおけるOLTの光受信回路について説明する。図9にPONにおけるOLTの光受信回路の構成を示す。光信号は受光素子(PD:Photo Detector)101で電流信号に変換され、プリアンプ(TIA:Trans Impedance Amplifier)102で電圧信号に変換される。
光信号の強弱に関わらず適切な電圧振幅が得られるように、レベル検出回路103はプリアンプ102の出力信号レベルを検出し、利得切替回路(AGC:Automatic Gain Control)104でプリアンプの利得(帰還抵抗)を切替える。プリアンプの出力信号はリミッタアンプ(LIM:LimitingAmplifier)105で適切な振幅レベルに増幅される。
レベル検出回路106はリミッタアンプ105の入力信号レベルを検出し、信号振幅に応じてオフセット補償回路(AOC:Automatic Offset Compensation)107で適切なオフセット補償電圧を発生させる。
クロック・データ・リカバリ回路(CDR:Clock and DataRecovery)108はリミッタアンプ105の出力信号からクロックとデータとを復元して出力する。
次に、非特許文献1に従って、GE−PON(Gigabit Ethernet(登録商標)-PON)における上りデータ送信手順について説明する。上りデータ送信の前に、ONUは送信バッファをモニタし、ONUの識別情報(LLID:LogicalLink Identifier)と蓄積データ量とを書き込んだ送信許可要求フレーム(REPORT)をOLTに送信する。送信許可要求フレームを受信したOLTは帯域割当てアルゴリズムに従って送信開始時刻および送信継続時間を書き込んだ送信許可フレーム(GATE)をONUに送信する。送信許可フレームを受信したONUは上りデータ送信を開始する。
特開2007−5968号公報 Gigabit Ethernet−PON(GE−PON)システムの開発、NTT技術ジャーナル、Vol.17、No.3、pp.75−80、2005年3月
従来技術では、最適な電圧レベルになるようにプリアンプの利得(帰還抵抗)を切替えつつ最適な利得を決定するので、利得およびオフセット補償電圧最適化に必要な長さのプリアンブルを光信号に付与する必要がある。このプリアンブルのためにスループットが下がってしまう。
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、上り信号のプリアンブルを短くすることによりスループットを改善することができる光受信装置および光送信装置ならびに光アクセスシステムを提供することを目的とする。
本発明は、複数の送信元からそれぞれ到来する強度の異なる複数の光信号を受信する光受信装置において、データ受信に先立って受信される送信許可要求フレームの光信号強度の測定結果に基づき、以降に行われるデータ受信に適応した受信設定を行う手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、本発明の光受信装置に対して光信号を送信する光送信装置において、データ送信に先立って送信する送信許可要求フレームには、前記光受信装置における光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付して送信し、以降のデータ送信に用いるフレームには前記プリアンブルと比べて短いプリアンブルを付して送信する手段を備えたことを特徴とする。
これによれば、光受信装置がデータ受信を行う以前に受信設定が完了しているので、データ送受信に用いるフレームのプリアンブルを受信設定のために利用する必要がないため、従来と比較して短くすることができる。これによりスループットを改善することができる。
あるいは、本発明は、複数の送信元からそれぞれ到来する強度の異なる複数の光信号を受信する光受信装置において、データ受信に先立って受信される試験フレームの光信号強度の測定結果に基づき、前記送信元の識別情報毎にデータ受信に適応した受信設定のパラメータを記録したテーブルを作成する手段と、光信号が到来したときには、その光信号の送信元の識別情報に従って前記テーブルを検索し、当該光信号の受信に適応する受信設定を行う手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明は、本発明の光受信装置に対して光信号を送信する光送信装置において、データ送信に先立って、前記光受信装置における光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付した試験フレームを送信する手段と、データ送信に用いるフレームには前記プリアンブルと比べて短いプリアンブルを付して送信する手段とを備えたことを特徴とする。
これによれば、データ受信の有無に関わらず予め受信設定を行うためのテーブルを作成しておくので、データ送受信を速やかに開始することができる。例えば、前者では、データ送受信に先立って送受信される送信許可要求フレームを用いて受信設定を行ったが後者ではその必要もないため、送信許可要求フレームおよび送信許可フレームの送受信は、データ送受信よりも高速な別のメディアを使って行うことも可能となる。このようにすればデータ送受信を速やかに開始することができる。
また、本発明を他の観点から観ると、本発明は、1つの本発明の光受信装置に、複数の本発明の光送信装置が光伝送路を介して接続された光アクセスシステムであり、例えば、PONに適用することができる。
本発明によれば、データ送受信を開始する前に、予め受信設定を行っておくことにより、データ送受信に用いるフレームのプリアンブルを従来と比べて短くすることができるため、スループットが改善される。
(第一実施例)
第一実施例の光アクセスシステムを図1ないし図4を参照して説明する。図1は第一実施例のOLTの光受信装置の構成図である。図2は第一実施例のONUの光送信装置の構成図である。図3は第一実施例のOLTの光受信回路の構成図である。図4は第一実施例における上りデータ送信の手順を示す図である。
第一実施例では、ONUとOLTとの間の制御チャネルとして波長λ1の光信号を使用し、データチャネルとしてその他の波長λ2〜λmの光信号を使用する。波長毎の損失や感度のばらつきは十分小さいものと仮定する。
第一実施例の光受信装置は、図1に示すように、データ受信に先立って受信される送信許可要求フレームの光信号強度の測定結果に基づき、以降に行われるデータ受信に適応した受信設定を行う受信設定調整部12−1を備えたことを特徴とする。
送信許可要求フレームの光信号強度の測定は、制御チャネルであるλ1の光信号を受信する光受信回路110−1の図3に示すレベル検出回路103および106によって行われ、利得切替回路104およびオフセット補償回路107は、それぞれ測定した光信号強度に適応した受信設定を行う。
この受信設定のパラメータは受信制御部用インタフェース113を介して受信制御部112−1の受信設定パラメータ収集部11が収集して受信設定調整部12−1に伝達される。
受信設定調整部12−1は受信設定パラメータ収集部11から伝達された受信設定パラメータに基づき光受信回路110−2〜110−mの利得切替回路104およびオフセット補償回路107の受信設定を行う。
また、第一実施例の光送信装置は、図2に示すように、送信制御部504−1に、データ送信に先立って送信する送信許可要求フレームには、図3に示す光受信装置のレベル検出回路103および106における光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付して送信し、以降のデータ送信に用いるフレームには前記プリアンブルと比べて短いプリアンブルを付して送信するプリアンブル長調整部10−1を備えたことを特徴とする。
第一実施例は、図1に示す1つの光受信装置に、複数の図2に示す光送信装置が光伝送路を介して接続された光アクセスシステムである。
以下では、第一実施例をさらに詳細に説明する。
図2に示すONUの光送信装置の逆多重化回路(IMUX:InverseMultiplexer)501は送信データを複数レーンに逆多重化する機能を有する(送信データが少ないときは逆多重化を行わず単一レーンを使用する)。光送信回路502−2〜502−m(波長:λ2〜λm)は逆多重化回路501からの送信データにプリアンブルを付与して光信号に変換する。光合波器503は各光送信回路502−1〜502−mからの光信号を波長多重する。送信制御部504は逆多重化回路501の送信バッファ(図示省略)に蓄積された送信データ量をモニタしてOLTに送信許可要求を行う。ここで、OLTとの制御チャネル用には光送信回路502−1(波長:λ1)を用いる。また、逆多重化回路501からの送信レーンの設定を行う。
図1に示すOLTの光受信装置の光分波器109は波長多重された光信号を波長毎に分離する。各光受信回路110−2〜110−mは光信号を受信してレーン毎のデータを復元する。多重化回路(MUX:Multiplexer)111は各レーンの信号を並べ替えて元の送信データを復元して受信データとして出力する。受信制御部112−1はONUからの送信許可要求を受信する。ここで、ONUとの制御チャネル用には光受信回路110−1を用いる。また、受信制御部112−1の受信設定調整部12−1は、光受信回路毎のプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧の設定を行う。また、受信制御部112−1は、多重化回路111の受信レーンの設定を行う機能も有する(従来機能については図示を省略した)。
OLTの光受信回路110−1〜110−mの構成を図3に示す。光信号は受光素子101で電流信号に変換され、プリアンプ102で電圧信号に変換される。プリアンプの出力信号はリミッタアンプ105で適切な振幅レベルに増幅される。クロック・データ・リカバリ回路108はリミッタアンプの出力信号からクロックとデータとを復元して出力する。受信制御部用インタフェース113は受信制御部112−1と通信を行う。
受信制御部112−1の受信設定調整部12−1はプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧を設定するが、一連のデータ受信が終ると設定がリセットされる。
その後、再び、送信許可要求フレームを受信すると、そのプリアンブルを用いてレベル検出回路103で電圧変換された信号レベルを検出し、それに応じて利得切替回路104でプリアンプ102の利得を切替える。また、レベル検出回路106で増幅前の信号レベルを検出し、それに応じてオフセット補償回路107で適切なオフセット補償電圧を発生させる。
それらの受信設定パラメータは受信制御部用インタフェース113を介して受信制御部112−1の受信設定パラメータ収集部11が収集して受信設定調整部12−1に伝達する。
上りデータ送信手順を図6に基づいて説明する。
S1.ONUの送信制御部504−1は逆多重化回路501の送信バッファをモニタし、ONUの識別情報と蓄積データ量とを書き込んだ送信許可要求フレームをOLTに送信する。制御チャネル用の光送信回路502−1は、送信許可要求フレームに通常の長さのプリアンブルを付して送信する。
S2.OLTの受信制御部112−1は送信許可要求フレームを受信する。制御チャネル用の光受信回路110−1は従来のPONと同様に利得とオフセット補償電圧最適化を行う。
S3.OLTの受信制御部112−1は送信許可要求フレームに書き込まれたONUの蓄積データ量と他のONUの波長使用状況とに基づき、帯域割当アルゴリズムを用いてONUに波長および送信開始時刻および送信継続時間を割当てる。
S4.OLTの受信制御部112−1は制御チャネル用の光受信回路110−1のプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧をコピーして、割当てられた光受信回路110−2〜110−mのプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧とを設定する。
利得のコピーとは、例えば、利得を4段階にして、それぞれ2ビットで
00 利得 極小
01 利得 小
10 利得 中
11 利得 大
と設定するとした場合に、この設定の2ビットをコピーすることである。オフセット補償電圧も同様である。
S5.OLTの受信制御部112−1は割当てた波長および送信開始時刻および送信継続時間を書き込んだ送信許可フレームを送信する。
S6.ONUの送信制御部504−1は送信許可フレームを受信する。
S7.ONUの送信制御部504−1は割当てられた波長に従って逆多重化回路501の送信レーンの設定を行い、上りデータ送信を開始する。データチャネル用光送信回路502−2〜502−mはデータフレームにショートプリアンブルを付して送信する。
利得およびオフセット補償電圧最適化に必要な長さのプリアンブルが「通常の長さのプリアンブル」であるのに対し、利得およびオフセット補償電圧を予め設定しておいて純粋にCDRの同期確立だけに必要な長さのプリアンブルを「ショートプリアンブル」とする。
(第二実施例)
第二実施例を図5ないし図7を参照して説明する。図5は第二実施例のOLTの光受信装置の構成図である。図6は第二実施例のONUの光送信装置の構成図である。図7は第二実施例における上りデータ送信の手順を示す図である。
第二実施例の光受信装置は、図5に示すように、データ受信に先立って受信される試験フレームの光信号強度の測定結果に基づき、前記送信元の識別情報毎にデータ受信に適応した受信設定のパラメータを記録したテーブル15を作成するテーブル作成部14と、光信号が到来したときには、その光信号の送信元の識別情報に従ってテーブル15を検索し、当該光信号の受信に適応する受信設定を行う受信設定調整部12−2とを備えたことを特徴とする。
また、第二実施例の光送信装置は、図6に示すように、データ送信に先立って、光受信装置における光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付した試験フレームを送信する試験フレーム送出制御部13と、データ送信に用いるフレームには前記プリアンブルと比べて短いプリアンブルを付して送信するプリアンブル長調整部10−2とを備えたことを特徴とする。
第二実施例は、1つの図5に示す光受信装置に、複数の図6に示す光送信装置が光伝送路を介して接続された光アクセスシステムである。
以下では、第二実施例をさらに詳細に説明する。
第二実施例では、ONUとOLTとの間の制御チャネルとして別メディア(高速ディジタル専用線、ISDN、イーサネットなど)を使用する。すなわち、図5における制御チャネル用インタフェース114と図6における制御チャネル用インタフェース505との間に当該別のメディアが使用される。
図6に示すONUの光送信装置の逆多重化回路501は送信データを複数レーンに逆多重化する機能を有する(送信データが少ないときは逆多重化を行わずに単一レーンを使用する)。光送信回路502−1〜502−m(波長:λ1〜λm)は逆多重化回路からの送信データにプリアンブルを付与して光信号に変換する。
光合波器503は各光送信回路502−1〜502−mからの光信号を波長多重する。送信制御部504は逆多重化回路501の送信バッファ(図示省略)に蓄積された送信データ量をモニタしてOLEに送信許可要求を行う。ここで、OLTとの制御チャネル用には制御チャネル用インタフェース505を用いる。また、光送信回路502−1〜502−m毎のプリアンブル長の設定や、逆多重化回路501の送信レーンの設定を行う。
図5に示すOLTの光受信装置の光分波器109は波長多重された光信号を波長毎に分離する。各光受信回路110−2〜110−mは光信号を受信してレーン毎のデータを復元する。多重化回路111は各レーンの信号を並べ替えて元の送信データを復元して受信データとして出力する。受信制御部112はONUからの送信許可要求フレームを受信する。
ここで、ONUとの制御チャネル用には制御チャネル用インタフェース114を用いる。また、光受信回路110−1〜110−m毎のプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧や、多重化回路111の受信レーンの設定を行う。プリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧は、テーブル15から読み出す。
上りデータ送信手順を図7に基づいて説明する。上りデータ送信に先立って、予備作業としてテーブル15への登録が必要である。
(a)ONUの送信制御部504−2の試験フレーム送出制御部13はいずれか(少なくとも1つ)の光送信回路502−k(kは1〜mのいずれか)を標準のプリアンブルに設定して試験フレームを送信する。図6の例ではλ1により試験フレームを送信している。
(b)OLTの受信制御部112−2のテーブル作成部14は光受信回路110−1〜110−mをリセットして試験フレームを受信する。図5の例ではλ1により試験フレームを受信している。
(c)OLTの受信制御部112−2の受信設定パラメータ収集部11は光受信回路110−kのプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧を読み出し、テーブル作成部14は、ONUのID(識別情報)に対応させてテーブル15に登録する。
テーブル15への登録は最初にONUをネットワークに接続するときに行う。また、線路状態の変化が予想される場合は適宜再登録を行う。波長毎の損失や感度のばらつきが小さい場合は単一波長だけで良いが、ばらつきが大きい場合は全ての波長に対して実施する必要がある。
S10.ONUの送信制御部504−2は逆多重化回路501の送信バッファをモニタし、蓄積データ量を書き込んだ送信許可要求フレームを制御チャネル用インタフェース505を介してOLTに送信する。
S11.OLTの受信制御部112−2は制御チャネル用インタフェース114を介して送信許可要求フレームを受信する。
S12.OLTの受信制御部112−2は送信許可要求フレームに書き込まれたONUの蓄積データ量と他のONUの波長使用状況とに基づき、帯域割当アルゴリズムを用いてONUに波長および送信開始時刻および送信継続時間を割当てる。
S13.OLTの受信制御部112−2の受信設定調整部12−2は、ONUのIDに対応する光受信回路110−kのプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧のパラメータをテーブル15から読みだす。
S14.OLTの受信制御部112−2の受信設定調整部12−2は割当てられた光受信回路110−kのプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧を設定する。
S15.OLTの受信制御部112−2は割当てた波長および送信開始時刻および送信継続時間を書き込んだ送信許可フレームを送信する。
S16.ONUの送信制御部504−2は送信許可フレームを受信する。
S17.ONUの送信制御部504−2は割当てられた波長に従って逆多重化回路501の送信レーンの設定を行い、上りデータ送信を開始する。データチャネル用光送信回路502−1〜502−mは、プリアンブル長調整部10−2によってデータフレームにショートプリアンブルを付して送信する。
利得およびオフセット補償電圧最適化に必要な長さのプリアンブルが「通常の長さのプリアンブル」であるのに対し、利得およびオフセット補償電圧を予め設定しておいて純粋にCDRの同期確立だけに必要な長さのプリアンブルを「ショートプリアンブル」とする。
第一実施例では、送信許可要求フレームを用いてプリアンプ102の利得およびリミッタアンプ105のオフセット補償電圧の設定を行ったのに対し、第二実施例では、テーブル15を検索することによってこれらの設定を行っているため、送信許可要求フレームおよび送信許可フレームを別メディア(高速ディジタル専用線、ISDN、イーサネットなど)を用いて高速に送受信することができる。これにより、第一実施例と比べてさらに速やかにデータの送受信を開始することができる。
本発明は、PONなどの光アクセスシステムにおいてスループットの改善に利用できる。
第一実施例のOLTの光受信装置の構成図。 第一実施例のONUの光送信装置の構成図。 第一実施例のOLTの光受信回路の構成図。 第一実施例の上りデータ送信の手順を示す図。 第二実施例のOLTの光受信装置の構成図。 第二実施例のONUの光送信装置の構成図。 第二実施例の上りデータ送信の手順を示す図。 一般的なPONの構成図。 PONにおけるOLTの光受信回路の構成図。
符号の説明
1 OLT
2 光ファイバ
3 光スプリッタ
4−1〜4−n 光ファイバ
5−1〜5−n ONU
10−1、10−2 プリアンブル長調整部
11 受信設定パラメータ収集部
12−1、12−2 受信設定調整部
13 試験フレーム送出制御部
14 テーブル作成部
15 テーブル
101 受光素子
102 プリアンプ
103、106 レベル検出回路
104 利得切替回路
105 リミッタアンプ
107 オフセット補償回路
108 クロック・データ・リカバリ回路
109 光分波器
110−1〜110−m 光受信回路
111 多重化回路
112−1、112−2 受信制御部
113 受信制御部用インタフェース
114、505 制御チャネル用インタフェース
501 逆多重化回路
502−1〜502−m 光送信回路
503 光合波器
504−1、504−2 送信制御部

Claims (6)

  1. 複数の送信元からそれぞれ到来する強度の異なる複数の光信号を受信する光受信装置において、
    データ受信に先立って受信される送信許可要求フレームの光信号強度の測定結果に基づき、以降に行われるデータ受信に適応した受信設定を行う手段を備えた
    ことを特徴とする光受信装置。
  2. 請求項1記載の光受信装置に対して光信号を送信する光送信装置において、
    データ送信に先立って送信する送信許可要求フレームには、前記光受信装置における光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付して送信し、以降のデータ送信に用いるフレームには前記プリアンブルと比べて短いプリアンブルを付して送信する手段を備えた
    ことを特徴とする光送信装置。
  3. 1つの請求項1記載の光受信装置に、複数の請求項2記載の光送信装置が光伝送路を介して接続された光アクセスシステム。
  4. 複数の送信元からそれぞれ到来する強度の異なる複数の光信号を受信する光受信装置において、
    データ受信に先立って受信される試験フレームの光信号強度の測定結果に基づき、前記送信元の識別情報毎にデータ受信に適応した受信設定のパラメータを記録したテーブルを作成する手段と、
    光信号が到来したときには、その光信号の送信元の識別情報に従って前記テーブルを検索し、当該光信号の受信に適応する受信設定を行う手段と
    を備えたことを特徴とする光受信装置。
  5. 請求項4記載の光受信装置に対して光信号を送信する光送信装置において、
    データ送信に先立って、前記光受信装置における光信号強度の測定に必要十分な長さを有するプリアンブルを付した試験フレームを送信する手段と、
    データ送信に用いるフレームには前記プリアンブルと比べて短いプリアンブルを付して送信する手段と
    を備えたことを特徴とする光送信装置。
  6. 1つの請求項4記載の光受信装置に、複数の請求項5記載の光送信装置が光伝送路を介して接続された光アクセスシステム。
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