JP2010114622A - 光通信システム、osuの送信器、onuの受信器、およびosuの下り信号送信方法 - Google Patents

光通信システム、osuの送信器、onuの受信器、およびosuの下り信号送信方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 波長可変フィルタを用いずにパワースプリッタ型WDM−PONに対応するカラーレスONUを実現する。
【解決手段】 局側の複数のOSUと、複数のユーザ側のONUがパワースプリッタおよび光ファイバ伝送路を介して接続された光通信システムにおいて、各OSUは少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられ、そのサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成するRF変調手段と、OSUごとに異なる発振波長を有し、RF変調信号で変調した変調光を下り信号として送信する光源とを含む送信器を備え、各OSUから送信される各波長の下り信号を波長多重して送出する波長合分波器を備え、各ONUは、各OSUからそれぞれ送信された下り信号を電気信号に変換する受光器と、ONUごとのサブキャリア周波数に基づいて電気信号から同じサブキャリア周波数が割り当てられたOSUの送信信号を復調するRF復調器とを含む受信器を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、光アクセスシステムの高速化に適する光通信システムに関する。また、本発明は、光通信システムにおけるOSUの送信器、ONUの受信器、およびOSUの下り信号送信方法に関する。
光アクセスシステムの高速化は著しく、この5年程度の間に 100倍の高速・広帯域化が進み、ギガビットクラスのブロードバンドサービスがGE−PON(Gigabit Ethernet( 登録商標)−Passive Optical Network)システムの商用導入で経済的に提供されている。さらなる高速・広帯域化に向けた次世代PON技術のアプローチとしては、主に、これまでの延長技術である時間軸上でユーザ多重を行う時間多重(TDM)方式と、波長軸上でユーザ多重を行う波長多重(WDM)方式があり、後者をWDM−PONと呼んでいる。
図1は、WDM−PONシステムの構成例を示す(非特許文献1)。
図において、局側に配置されるOLT(Optical Line Terminal:光加入者線終端盤)40と、ユーザ側に配置されるONU(Optical Network Unit:光ネットワーク終端装置)20−1〜20−n(nは自然数)とが、光ファイバ伝送路31、波長スプリッタ33またはパワースプリッタ34、n本の光ファイバ伝送路32を介して1対nで接続される。なお、OLT40には、各ONUに対応する波長が割り当てられたOSU(Optical Subscriber Unit:光加入者線終端装置) および波長合分波器が備えられるが、ここでは詳細は省略する。
図1(a) の波長スプリッタ型WDM−PONでは、ONU20−1〜20−nにそれぞれ対応する波長λd1〜λdnの下り信号は、波長スプリッタ33で波長分波して各ONUに伝送される。また、ONU20−1〜20−nからそれぞれ出力される波長λu1〜λunの上り信号は、波長スプリッタ33で波長合波してOLT40に伝送される。
図1(b) のパワースプリッタ型WDM−PONでは、ONU20−1〜20−nにそれぞれ対応する波長λd1〜λdnの下り信号は、パワースプリッタ34でn分岐して各ONUに伝送される。各ONUは、それぞれ対応する波長λd1〜λdnの下り信号を選択して受信する。ONU20−1〜20−nからそれぞれ出力される波長λu1〜λunの上り信号は、パワースプリッタ34で合流してOLT40に伝送される。
WDM−PONの物理的なトポロジーはパッシブダブルスターで、伝送路である光ファイバを複数のユーザで共用しているが、ユーザごとに異なる波長を割り当てているため、論理的なトポロジーはシングルスターとなっている。このため、伝送路をユーザで共用しながら、他のユーザに影響を与えることなく、ユーザごとに独立にサービスを設定・変更することができる。
K.Iwatsuki, J.Kani, H.Suzuki, and M.Fujiwara,"Access and Metro Networks based on WDM Technologies", IEEE J.Lightwave Technol.,Vol.22, No.11, pp.2623-2630,(2004)
WDM−PONでは、各ONUに波長が固定的に割り当てられるため、ユーザごとに送信波長が異なるONUを用意しなければならず、ユーザの利便性や保守運用性に欠けることになる。このため、波長を意識することなく使いやすいONUを実現するには、ONUを単一品種化し、局側(OLT側)からONUの送信波長を設定できるようにする必要があり、このような機能を実現する技術をONUのカラーレス技術と呼んでいる。
カラーレス技術は、自発光方式と搬送波供給方式に大別できる。自発光方式は、図2(a) に示すように、ONU自身に波長選択性をもつ光源が搭載されており、開通時に局側から各ONUの送信波長を設定する。ここでは、ONU20−1〜20−nの送信器がそれぞれ波長λu1〜λunの上り信号を送信する。
搬送波供給方式は、図2(b) に示すように、ONU20−1〜20−nの送信器に光変調器が搭載されており、OLT40の光源から送信された波長λu1〜λunの連続光を波長スプリッタ33で波長分波し、各ONUに供給される各波長の連続光を変調して上り信号を生成している。例えば、ONU20−1に波長λd1の下り信号と波長λu1の連続光が入力し、波長λu1の連続光を変調して上り信号として折り返す構成を示す。
図3は、既存PON(GE−PON)とWDM−PONが共存するシステム構成例を示す。ここでは、既存PONの光スプリッタはパワースプリッタであるため、共存するWDM−PONは図1(b) に示すパワースプリッタ34を用いた構成となる。
図において、GE−PONに対応するOLT(GE−OLT)とONU(GE−ONU)、WDM−PONで波長λ1 を占有するOLT(λ1 −OLT)とONU(λ1 −ONU)、WDM−PONで波長λ2 を占有するOLT(λ2 −OLT)とONU(λ2 −ONU)は、波長合分波器35、光ファイバ伝送路31、パワースプリッタ34、光ファイバ伝送路32を介して接続される。GE−PONは、1波長を複数のONUで共用し、複数のONUで帯域を時間的にシェアする帯域共有サービスである。WDM−PONは、GE−PONとは別の波長帯でONUごとに1つの波長λ1,λ2を割り当て、各波長ごとに伝送速度の設定が可能な帯域占有サービスである。
図3に示すパワースプリッタ型WDM−PONでは、波長多重された下り信号がすべてのONUで受信されるため、各ONUの受信器に波長可変フィルタを配置し、各ONUの受信波長を選択する必要がある。しかし、応答性が高く、広帯域で選択波長を可変できる安価な波長可変フィルタを実現することは困難であり、パワースプリッタ型WDM−PONに対応するカラーレスONUを実現する上で課題になっていた。
本発明は、波長可変フィルタを用いずにパワースプリッタ型WDM−PONに対応するカラーレスONUを実現できる光通信システム、OSUの送信器、ONUの受信器、およびOSUの下り信号送信方法を提供することを目的とする。
第1の発明は、局側に配置される複数のOSUと、複数のユーザ側にそれぞれ配置されるONUがパワースプリッタおよび光ファイバ伝送路を介して接続された光通信システムにおいて、各OSUは、OSUごとに異なる少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられ、それぞれ割り当てられたサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成するRF変調手段と、OSUごとに異なる発振波長を有し、RF変調信号で発振光を変調した変調光を下り信号として送信する光源とを含む送信器を備え、各OSUから送信される各波長の下り信号を波長多重し、パワースプリッタに接続される光ファイバ伝送路に送出する波長合分波器を備え、各ONUは、各OSUからそれぞれ送信され、波長合分波器で波長多重され、さらにパワースプリッタで分配された下り信号を受光して電気信号に変換する受光器と、ONUごとに割り当てられたサブキャリア周波数に基づいて電気信号から同じサブキャリア周波数が割り当てられたOSUの送信信号を復調するRF復調器とを含む受信器を備える。
また、OSUの光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、RF変調信号でCW光を変調した変調光を下り信号として送信する光変調器を備えてもよい。また、OSUの光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、RF変調信号でCW光を変調し、かつ片側の変調スペクトルのみを有する変調光を下り信号として送信する光変調器を備えてもよい。
第2の発明は、第1の発明の光通信システムのOSUの送信器において、OSUごとに異なる少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられ、それぞれ割り当てられたサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成するRF変調手段と、OSUごとに異なる発振波長を有し、RF変調信号で発振光を変調した変調光を下り信号として送信する光源とを備える。
また、光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、RF変調信号でCW光を変調した変調光を下り信号として送信する光変調器を備えてもよい。また、光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、RF変調信号でCW光を変調し、かつ片側の変調スペクトルのみを有する変調光を下り信号として送信する光変調器を備えてもよい。
第3の発明は、第1の発明の光通信システムのONUの受信器において、各OSUからそれぞれ送信され、波長合分波器で波長多重され、さらにパワースプリッタで分配された下り信号を受光して電気信号に変換する受光器と、ONUごとに割り当てられたサブキャリア周波数に基づいて電気信号から同じサブキャリア周波数が割り当てられたOSUの送信信号を復調するRF復調器とを備える。
第4の発明は、第1の発明の光通信システムのOSUの下り信号送信方法において、OSUごとに異なる少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられたRF変調手段が、それぞれ割り当てられたサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成し、OSUごとに異なる発振波長を有する光源の発振光を、RF変調信号で変調した変調光を下り信号として送信する。
また、光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力する光変調器を用い、RF変調信号でCW光を変調した変調光を下り信号として送信してもよい。また、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力する光変調器を用い、RF変調信号でCW光を変調し、かつ片側の変調スペクトルのみを有する変調光を下り信号として送信してもよい。
本発明は、互いに異なるサブキャリア周波数を利用する各OSUにおいて、サブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成し、直接変調により発振光または外部変調によりCW光をRF変調信号で変調し、下り信号を生成する。下り信号の搬送波波長は各OSUごとに異なり、波長合分波器で波長多重することにより、波長ごとに異なるサブキャリア周波数を割り当てたサブキャリア多重信号となり、パワースプリッタを介して各ONUに入力される。ONUでは、このサブキャリア多重信号を電気信号に変換し、各OSUに割り当てられたサブキャリア周波数に基づいて電気信号から各OSUの送信信号を復調する。
このように、RF搬送波のサブキャリア周波数を各OSUと各ONUのRF復調器で対応させることにより、OSUとONUが1対1に対応し、波長可変フィルタを用いずにパワースプリッタ型WDM−PONに対応するカラーレスONUを実現することができる。なお、ONUに電子回路からなるRF復調器をもたせた方が、ONUに光モジュールである波長可変フィルタをもたせるよりも圧倒的に安価なONUを実現することができる。
(第1の実施形態)
図4は、本発明の光通信システムの第1の実施形態を示す。
図において、局側に配置されるOSU10−1〜10−nおよび波長合分波器11と、複数のユーザ側にそれぞれ配置されるONU20−1〜20−nは、光ファイバ伝送路31,32およびパワースプリッタ34を介して1対nに接続される。ここでは、下り信号を送信するOSU10−nの送信器および下り信号を受信するONU20−nの受信器の構成例を示し、上り信号の伝送系であるONU20−1〜20−nの送信器およびOSU10−1〜10−nの受信器の構成は省略している。
OSU10−nの送信器は、乗算器12でサブキャリア周波数fn のRF搬送波にベースバンド送信信号を重畳し、フィルタ13で乗算器12から出力されるRF変調信号の片側帯波およびRF搬送波成分を切り出し、増幅器14およびバイアスT回路15を介して半導体レーザ(LD)16に入力する構成である。OSU10−nのLD16の発振波長はλn に設定され、サブキャリア周波数fn のRF変調信号で変調された波長λn の変調光を出力する。なお、フィルタ13は省いてもよい。
ここで、OSU10−1〜10−nの各送信器でベースバンド送信信号が重畳されるRF搬送波は、互いに異なるサブキャリア周波数f1 〜fn が用いられる。また、各送信器のLD16も互いに異なる発振波長λ1 〜λn が用いられる。ただし、サブキャリア周波数f1 〜fn と発振波長λ1 〜λn の組合せは任意である。したがって、波長合分波器11で各OSUからの下り信号(変調光)が合波したときに、波長λ1 〜λn の変調光に対してそれぞれサブキャリア周波数f1 〜fn の変調成分がサブキャリア多重された状態になる。そして、このサブキャリア多重された下り信号が、パワースプリッタ34を介してそのまま各ONU20−1〜20−nまで伝送される。
ONU20−nの受信器は、受信する変調光を受光器21で電気信号に変換し、増幅器22で増幅し、増幅した電気信号をONU対応の中心周波数fn のRF復調器23に入力する。中心周波数fn のRF復調器23は、波長λ1 〜λn の変調光に対応する電気信号からサブキャリア周波数fn 成分を復調することにより、OSU10−nから送信されたベースバンド送信信号を抽出する。
このように、RF搬送波のサブキャリア周波数f1 〜fn をOSU10−1〜10−nとONU20−1〜20−nのRF復調器23で対応させることにより、OSUとONUが1対1に対応し、波長可変フィルタを用いずにパワースプリッタ型WDM−PONおよび搬送波供給方式に対応するカラーレスONUを実現することができる。
(第2の実施形態)
図5は、本発明の光通信システムの第2の実施形態を示す。
第1の実施形態は、各OSUにおいてLD16をRF変調信号で直接変調する構成であるが、本実施形態はLD16に代えて光変調器17を用い、外部光源から入力するCW光を外部変調する構成を特徴とする。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
(第3の実施形態)
図6は、本発明の光通信システムの第3の実施形態を示す。
第2の実施形態は、各OSUにおいて光変調器17を用い、外部光源から入力するCW光を外部変調する構成であるが、本実施形態は光変調器17に代えてSSB(Single Sid Band) 光変調器18を用い、片側の変調スペクトル成分のみの変調光を下り信号として送信する構成を特徴とする。その他の構成は第1の実施形態および第2の実施形態と同様である。
なお、通常の光変調器では、AM変調で生じる両側帯波のように光キャリア(CW光)の両側に変調スペクトルが生じるが、SSB光変調器18では片側の変調スペクトルのみが得られます。通常の光変調器で発生したSCM変調光を送信する場合には、光ファイバの分散により両側の変調スペクトルの干渉状態に影響して波形劣化を生じさせるが、SSB光変調器18を利用することにより分散による波形劣化を低減できる効果がある。
(第4の実施形態)
第1〜第3の実施形態では、OSU10−1〜10−nとRF搬送波のサブキャリア周波数f1 〜fn を1対1に対応させ、よってOSU10−1〜10−nとONU20−1〜20−nのRF復調器23の中心周波数f1 〜fn を1対1で対応させていた。
第1〜第3の実施形態において、各OSUに割り当てるRF搬送波のサブキャリア周波数を複数とし、例えば互いに異なるサブキャリア周波数のRF搬送波に複数のベースバンド送信信号を重畳した複数のRF変調信号を多重し、多重RF変調信号で波長λ1 〜λn の変調光を生成する。OSUの送信器の一例を図7に示す。図7では、ベースバンド送信信号a,bをそれぞれサブキャリア周波数fa,fb のRF搬送波で変調したRF変調信号を加算器19で加算し、多重RF変調信号としている。一方、各ONUにおいても各OSUごとに複数のサブキャリア周波数に対応させた中心周波数を有するRF復調器を用いることにより、各ONUに割り当てる帯域の増大が可能となる。
また、各ONUに割り当てる複数のRF搬送波のサブキャリア周波数を固定的ではなく、OSU(OLT)からの制御信号により動的に変更することにより、各ONUに割り当てる帯域を可変制御することができる。例えば、ONUの変調方式にOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) を利用し、OFDMの各周波数成分をOSUとONUのRF復調器との間で割り当てることにより、帯域割り当てのきめ細かい制御が可能となる。
WDM−PONシステムの構成例を示す図。 カラーレスONUを用いたWDM−PONシステムの構成例を示す図。 既存PON(GE−PON)とWDM−PONが共存するシステム構成例を示す図。 本発明の光通信システムの第1の実施形態を示す図。 本発明の光通信システムの第2の実施形態を示す図。 本発明の光通信システムの第3の実施形態を示す図。 本発明の光通信システムの第4の実施形態におけるOSUの送信器の一例を示す図。
符号の説明
10 OSU(光加入者線終端装置)
11 波長合分波器
12 乗算器
13 フィルタ
14 増幅器
15 バイアスT回路
16 半導体レーザ(LD)
17 光変調器
18 SSB光変調器
19 加算器
20 ONU(光ネットワーク終端装置)
21 受光器
22 増幅器
23 RF復調器
31,32 光ファイバ伝送路
33 波長スプリッタ
34 パワースプリッタ
40 OLT(光加入者線終端盤)

Claims (10)

  1. 局側に配置される複数の光加入者線終端装置(以下「OSU」という)と、複数のユーザ側にそれぞれ配置される光ネットワーク終端装置(以下「ONU」という)がパワースプリッタおよび光ファイバ伝送路を介して接続された光通信システムにおいて、
    前記各OSUは、OSUごとに異なる少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられ、それぞれ割り当てられたサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成するRF変調手段と、OSUごとに異なる発振波長を有し、前記RF変調信号で発振光を変調した変調光を下り信号として送信する光源とを含む送信器を備え、
    前記各OSUから送信される各波長の下り信号を波長多重し、前記パワースプリッタに接続される光ファイバ伝送路に送出する波長合分波器を備え、
    前記各ONUは、前記各OSUからそれぞれ送信され、前記波長合分波器で波長多重され、さらに前記パワースプリッタで分配された下り信号を受光して電気信号に変換する受光器と、ONUごとに割り当てられたサブキャリア周波数に基づいて前記電気信号から同じサブキャリア周波数が割り当てられたOSUの送信信号を復調するRF復調器とを含む受信器を備えた
    ことを特徴とする光通信システム。
  2. 請求項1に記載の光通信システムにおいて、
    前記OSUの光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、前記RF変調信号でCW光を変調した変調光を下り信号として送信する光変調器を備えた
    ことを特徴とする光通信システム。
  3. 請求項1に記載の光通信システムにおいて、
    前記OSUの光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、前記RF変調信号でCW光を変調し、かつ片側の変調スペクトルのみを有する変調光を下り信号として送信する光変調器を備えた
    ことを特徴とする光通信システム。
  4. 請求項1に記載の光通信システムのOSUの送信器において、
    OSUごとに異なる少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられ、それぞれ割り当てられたサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成するRF変調手段と、
    OSUごとに異なる発振波長を有し、前記RF変調信号で発振光を変調した変調光を下り信号として送信する光源と
    を備えたことを特徴とするOSUの送信器。
  5. 請求項4に記載のOSUの送信器において、
    前記光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、前記RF変調信号でCW光を変調した変調光を下り信号として送信する光変調器を備えた
    ことを特徴とするOSUの送信器。
  6. 請求項4に記載のOSUの送信器において、
    前記光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力し、前記RF変調信号でCW光を変調し、かつ片側の変調スペクトルのみを有する変調光を下り信号として送信する光変調器を備えた
    ことを特徴とするOSUの送信器。
  7. 請求項1に記載の光通信システムのONUの受信器において、
    前記各OSUからそれぞれ送信され、前記波長合分波器で波長多重され、さらに前記パワースプリッタで分配された下り信号を受光して電気信号に変換する受光器と、
    ONUごとに割り当てられたサブキャリア周波数に基づいて前記電気信号から同じサブキャリア周波数が割り当てられたOSUの送信信号を復調するRF復調器と
    を備えたことを特徴とするONUの受信器。
  8. 請求項1に記載の光通信システムのOSUの下り信号送信方法において、
    OSUごとに異なる少なくとも1つのサブキャリア周波数が割り当てられたRF変調手段が、それぞれ割り当てられたサブキャリア周波数のRF搬送波を送信信号で変調したRF変調信号を生成し、
    OSUごとに異なる発振波長を有する光源の発振光を、前記RF変調信号で変調した変調光を下り信号として送信する
    ことを特徴とするOSUの下り信号送信方法。
  9. 請求項8に記載のOSUの下り信号送信方法において、
    前記光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力する光変調器を用い、前記RF変調信号でCW光を変調した変調光を下り信号として送信する
    ことを特徴とするOSUの下り信号送信方法。
  10. 請求項8に記載のOSUの下り信号送信方法において、
    前記光源に代えて、外部光源からOSUごとに異なる波長のCW光を入力する光変調器用い、前記RF変調信号でCW光を変調し、かつ片側の変調スペクトルのみを有する変調光を下り信号として送信する
    ことを特徴とするOSUの下り信号送信方法。
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