JP2013058928A

JP2013058928A - パラメータ設計方法及びパラメータ設計プログラム

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Publication number: JP2013058928A
Application number: JP2011196310A
Authority: JP
Inventors: Noriko Iiyama; 法子飯山; Sang-Yuep Kim; サンヨプキム; Tatsuya Shimada; 達也島田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-09-08
Also published as: JP5520269B2

Abstract

【課題】ＯＬＴからＯＮＵまでの伝搬環境条件（伝送距離、分岐数）のばらつきが大きい場合において、システム効率の低下を抑制、あるいは改善できるＰＯＮのパラメータを設計できるパラメータ設計方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】本パラメータ設計方法は、各パラメータ計算時に信号間距離比を考慮する。この結果、信号のコンスタレーションは信号間距離が一定でない形式となり、結果として対象とするＰＯＮは、階層符号化技術が下り通信に適用されたＰＯＮとなる。このため、地形やユーザ分布に応じて分岐数や最大伝送距離を複数設定することが可能となる。
【選択図】図１５

Description

下り通信に多値／高次変調方式を適用したＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムのパラメータ設計を行うパラメータ設計方法及びパラメータ設計プログラムに関する。

現在光アクセスネットワークとして普及しているＰＯＮシステム（図１）において、高速化に向けた研究開発が広く行われている。高速化の一手段として多値／高次変調方式を適用する研究もなされている。

多値／高次変調ＰＯＮシステムを構築するに当たり、送受信する信号の総容量およびシンボルレート、符号化方式が決定しているとき、設計するパラメータは（ｉ）符号誤り率（ＢＥＲ）、（ｉｉ）最小出力パワー（ＬＰ）、（ｉｉｉ）分岐数（ＳＲ）、（ｉｖ）最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ）である。一方でハードウェアの構成要素として、送受信器と伝送媒体を選定する必要がある。送受信器と伝送媒体は伝送特性を決定するものであり、一般に高価な送受信器を使用すれば、よりＳＮＲの大きい信号を生成したり、より小さい受光パワーの信号も正しく信号を復元したりすることができるため、パワーバジェット（ＰＢ）を大きくとることができる。伝送媒体は価格と性能の直接的な相関は低いが、種類により価格のばらつきは大きい。なお、本明細書では、「パワーバジェット」とは、光が送信器で出力されてから受信器で受光されるまでに許容できる伝送路損失の見積もりという意味である。

上記（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ）の設計パラメータは、１つのＰＯＮシステムに対しては、通常一意に決定される。符号のコンスタレーションも、伝送路による波形の歪み補償を目的として信号を歪ませておく場合もあるが、通常は図２、図３のように、各信号の信号間距離が一定（Ｄｓ）のものを用いる。あるＢＥＲに対し、コンスタレーションの信号間距離が大きいほど、パワーバジェットは大きく設定することができる（例えば、非特許文献１を参照。）。

システムを構築する際のハードウェアの選定とパラメータ設計の手順の例として、フローチャートを図４−図１１に示す。ただし、図４−図１１で参照しているＢＥＲのテンプレート１、２はそれぞれ図１２、図１３であり、用いる計算式（１）（２）は以下である。

光ファイバの損失をＬ_ｆｉｂ［ｄＢ／ｋｍ］、光パワースプリッタの２分岐あたりの損失をＬ_ｐｓ［ｄＢ］（＞３ｄＢ）としている。

設計手順のフローチャートは、図４−図６が全体像である。

まず送受信器、伝送媒体等ハードウェアの選定を行う（ステップＳ１０１）。そのシステムにおけるＢＥＲデータを得るため、計算あるいは測定する（ステップＳ１０２）（図４）。光伝送シミュレータ類を内蔵し、ハードウェアの情報を入力した段階でＢＥＲ計算を行うこともできる（ステップＳ１０２’、Ｓ１０２”）（図５）。その際、伝送距離Ｄｔの差によるＢＥＲ特性の違いを考慮する必要がない場合には図１２のテンプレート１に沿い、受光パワーに対するＢＥＲ結果のデータベースであるＢＥＲデータを作成する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８）。シンボルレートが高くなり、分散の影響が顕著となってきた場合等には、伝送距離の差によるＢＥＲ特性の違いを考慮した、図１３のテンプレート２に沿い、伝送距離、受光パワー、ＢＥＲ結果のデータベースであるＢＥＲデータを作成する（ステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１０８）。

その後、設計するパラメータによって定義済み処理であるＢＥＲ設計処理（ステップＳ２００）、ＬＰ計算処理（ステップＳ３００）、ＳＲ計算処理（ステップＳ４００）、Ｄ_ｍａｘ計算処理１、２（ステップＳ５００、Ｓ６００）へと分岐する。これらの処理を図７−図１１に示す。図７−図１１のそれぞれの処理においてパラメータの設計が終了した後、パラメータの妥当性を検討し（ステップＳ２０７、Ｓ３０８、Ｓ４０９、Ｓ５０９、Ｓ６１０）、想定の範囲にない値となった場合には所望のパラメータの再設定もしくはハードウェアの再選定を行う（ステップＳ２１１、Ｓ３１２、Ｓ４１４、Ｓ５１３、Ｓ６１３）。設計した値が想定の範囲内の値となれば設計処理を終了とする。

ディジタル変復調の基礎関清三著ｐｐ．１５０−１５４Ａｃｌｏｓｅｄ−ｆｏｒｍｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｆｏｒｔｈｅｅｘａｃｔＢＥＲｏｆｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＰＡＭａｎｄＱＡＭｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎｓ

従来のＰＯＮシステムにおいて、設計パラメータである分岐数ＳＲは、通常１つのＰＯＮシステムにおいてはＯＬＴ−全ＯＮＵ間で共通であり、伝送距離Ｄ_ｍａｘは、一般にＯＬＴ１０からＯＮＵ２０までの最大伝送距離である。しかしＰＯＮは図１に示すように光パワースプリッタ３０を用いて１対多通信の形態をとっており、下り通信における伝送距離となる、ＯＬＴ１０から複数のＯＮＵ２０までの距離はさまざまである。また、地形やＯＮＵ２０の位置の分布によっては、図１４に示すように、ＯＬＴ１０とある特定のＯＮＵ２０群の間にだけ追加で光パワースプリッタ３０−２を介したほうが都合が良い場合もある。これらの場合、ＯＬＴ１０から伝送された下り信号が各ＯＮＵ２０で受信されるまでに受ける損失は、伝送距離の違いや通る光パワースプリッタ３０の分岐数の違いにより異なる。しかしシステムのパラメータは、信号がＯＮＵ２０で受信されるまでに受ける最大の損失を想定して設計される。このとき、ＯＬＴ１０から比較的近くに位置するＯＮＵ２０や、ＯＬＴ１０との間に存在する光パワースプリッタ３０の分岐数が少ないＯＮＵ２０は、想定されているよりも損失の小さい、過剰な光パワーで信号を受光することとなる。これは、一部のＯＮＵ２０に関しては、送受信器のスペックに対してパラメータが過小となっているか、あるいは所望のパラメータに対して過剰なスペックの送受信器が必要となっているということであり、電力面やコスト面など、システムの効率として無駄が生じている可能性がある。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ＯＬＴからＯＮＵまでの伝搬環境条件（伝送距離、分岐数）のばらつきが大きい場合において、システム効率の低下を抑制、あるいは改善できるＰＯＮのパラメータを設計できるパラメータ設計方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、ＰＯＮシステム設計中に信号間距離比Ｒ_ｄｓ＝Ｄｓ_２／Ｄｓ_１（０＜Ｒ_ｄｓ＜１）というパラメータを介在させることにより、（ｉｉｉ）分岐数（ＳＲ）、（ｉｖ）最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ）を複数個設定できるようなものとした。

具体的には、本発明に係るパラメータ設計方法は、１つの送信器と、複数の光パワースプリッタを介して複数の階層からなる複数の受信器と、前記送信器と前記受信器とを接続する伝送路と、を備え、多値／高次変調方式を採用し、前記階層に応じた複数の信号間距離を持つコンスタレーションの信号光を伝送するＰＯＮシステムの設計パラメータを算出するパラメータ設計方法であって、
前記ＰＯＮシステムを構成するハードウェアの選定を行う選定ステップと、
少なくとも信号間距離比、受光パワー、及びビットエラー符号誤り率（ＢＥＲ）の関係を記載したテンプレートを利用し、ＢＥＲに関するＢＥＲデータを取得するデータ取得ステップと、
所望の最小出力パワー（ＬＰ）、階層毎の分岐数（ＳＲ）及び各階層の最大伝送距離（Ｄｍａｘ）の所望値が入力される所望値入力ステップと、
前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータ及び前記所望値入力ステップで入力された前記所望値に基づき前記信号光の信号間距離比を決定し、前記設計パラメータとして、ＢＥＲ決定処理、ＬＰ計算処理、階層毎のＳＲ計算処理、又は各階層のＤｍａｘ計算処理を行う計算ステップと、
を順に行う。

本パラメータ設計方法は、各パラメータ計算時に信号間距離比を考慮する。この結果、信号のコンスタレーションは信号間距離が一定でない形式となり、結果として対象とするＰＯＮは、階層符号化技術が下り通信に適用されたＰＯＮとなる。このため、地形やユーザ分布に応じて分岐数や最大伝送距離を複数設定することが可能となる。なお、階層符号化とは、ある単一の符号により変調された多値／高次信号を、異なる複数の多値度／次数で受信する方式のことである（例えば、非特許文献２を参照。）。

従って、本発明は、ＯＬＴからＯＮＵまでの伝搬環境条件（伝送距離、分岐数）のばらつきが大きい場合において、システム効率の低下を抑制、あるいは改善できるＰＯＮのパラメータを設計できるパラメータ設計方法を提供することができる。

本発明に係るパラメータ設計方法は、前記データ取得ステップのテンプレートにさらに伝送距離との関係が記載されていることを特徴とする。信号のシンボルレートが高くなり、分散の影響が顕著となってきた場合等に、本パラメータ設計方法は各ＯＮＵまでの伝送距離の差によるＢＥＲ特性の違いを考慮して各パラメータを設計できる。

本発明に係るパラメータ設計方法の前記計算ステップのＢＥＲ決定処理は、前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記受光パワーと階層毎のＤｍａｘに対応するＢＥＲを決定することを特徴とする。

本発明に係るパラメータ設計方法の前記計算ステップのＬＰ計算処理は、前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層のパワーバジェットの差であるパワーバジェット差を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して決定した前記パワーバジェット差から前記所望値のＢＥＲと階層毎のＤｍａｘに対応する階層毎の参照受光パワーを決定し、さらに前記所望値及び決定した前記参照受光パワーからＬＰを決定することを特徴とする。

本発明に係るパラメータ設計方法の前記計算ステップのＳＲ計算処理は、前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ、決定した前記受光パワー及び階層毎のＤｍａｘに対応する信号間距離比を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ、決定した前記信号間距離比及び階層毎のＤｍａｘに対応する参照受光パワーを決定し、さらに、前記所望値のＬＰ、前記Ｄｍａｘ比、決定した前記参照受光パワーから階層毎の分岐数を決定することを特徴とする。

各ＯＮＵまでの伝送距離の差によるＢＥＲ特性の違いを考慮する必要がない場合のＤｍａｘ計算処理は次のように行う。つまり、本発明に係るパラメータ設計方法の前記計算ステップのＤｍａｘ計算処理は、前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記受光パワーに対応する信号間距離比を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記信号間距離比に対応する参照受光パワーを決定し、さらに、前記所望値のＬＰ、前記所望値から得られる階層毎の分岐数、及び決定した前記参照受光パワーから階層毎のＤｍａｘを決定することを特徴とする。

各ＯＮＵまでの伝送距離の差によるＢＥＲ特性の違いを考慮する必要がある場合のＤｍａｘ計算処理は次のように行う。つまり、本発明に係るパラメータ設計方法の前記計算ステップのＤｍａｘ計算処理は、前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記受光パワーに対応する信号間距離比を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記信号間距離比に対応する参照受光パワー比を前記テンプレートに記載された伝送距離毎に決定し、さらに、前記所望値のＬＰ、前記所望値から得られる階層毎の分岐数、及び決定した前記参照受光パワー比から階層毎のＤｍａｘを決定することを特徴とする。

前述のパラメータ設計方法は、プログラムとしてコンピュータに実行させることができる。

本発明は、ＯＬＴからＯＮＵまでの伝搬環境条件（伝送距離、分岐数）のばらつきが大きい場合において、システム効率の低下を抑制、あるいは改善できるＰＯＮのパラメータを設計できるパラメータ設計方法及びそのプログラムを提供することができる。

ＰＯＮシステムの構成を説明する図である。多値／高次変調ＰＯＮシステムにおける符号のコンスタレーションを説明する図である。多値／高次変調ＰＯＮシステムにおける符号のコンスタレーションを説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順におけるＢＥＲデータを得るためのテンプレートを説明する図である。ＰＯＮシステムのパラメータ設計手順におけるＢＥＲデータを得るためのテンプレートを説明する図である。ＰＯＮシステムの構成を説明する図である。ＰＯＮシステムの構成を説明する図である。多値／高次変調ＰＯＮシステムにおける符号のコンスタレーションを説明する図である。多値／高次変調ＰＯＮシステムにおける符号のコンスタレーションを説明する図である。多値／高次変調ＰＯＮシステムにおける符号のコンスタレーションを説明する図である。ＢＥＲと受光パワーとの関係を説明する図である。ＢＥＲと受光パワーとの関係を説明する図である。ＢＥＲと受光パワーとの関係を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順を説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順におけるＢＥＲデータを得るためのテンプレートを説明する図である。本発明に係るＰＯＮシステムのパラメータ設計手順におけるＢＥＲデータを得るためのテンプレートを説明する図である。多値／高次変調ＰＯＮシステムにおける符号のコンスタレーションを説明する図である。

なお、図面において“／”は「又は」を意味する。例えば、「Ｄ_ｍａｘ１／Ｄ_ｍａｘ２に対応するＲＰ_ＤＳ１／ＲＰ_ＤＳ２の値」と記載されている場合、「Ｄ_ｍａｘ１に対応するＲＰ_ＤＳ１の値、又はＤ_ｍａｘ２に対応するＲＰ_ＤＳ２の値」という意味である。

本実施形態でパラメータ設計の対象とするＰＯＮシステムは、１チャネル中でＴＤＭにより複数の宛先の信号が多重されているものである。ただし、ＷＤＭ等他の多重技術と組み合わせて複数チャネルが並列伝送されるもの（ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ等）も含む。

開発技術を適用したＰＯＮのパラメータ設計プログラムに関して、信号間距離の比Ｒ_ｄｓ＝Ｄｓ_２／Ｄｓ_１（０＜Ｒ_ｄｓ＜１）というパラメータを介在させ、分岐数と最大伝送距離を複数個設定する場合の具体的な構成例について、分岐数と伝送距離をそれぞれ２つづつ設定する場合の例を以下に示す。

まずＰＯＮシステムの全体像は図１５のようになる。１つのＯＬＴ１０に対し複数のＯＮＵ２０が１つあるいは複数の光パワースプリッタ３０を介して接続されている点は従来のＰＯＮシステム（図１）と同様である。本例ではＯＮＵが２つのグループに分かれており、ここでは大容量階層と小容量階層と呼ぶ。大容量階層に対し、小容量階層のほうが伝送距離や分岐数が大きく、信号を受光するまでの損失が大きいものとする。対応する符号のコンスタレーションも、図１６（４ＡＳＫ）、図１７（１６ＱＡＭ）に示す例のように、Ｄｓ_２＜Ｄｓ＜Ｄｓ_１となるように信号間距離に２段階の傾斜がついている。大容量階層のＯＮＵは識別できる最小の信号間距離がＤｓ_２であり、信号間距離がＤｓ_２以上の信号を全て識別できるため、図１６、図１７の信号をそれぞれ４ＡＳＫ、１６ＱＡＭとして受信できる。小容量階層のＯＮＵは識別できる最小の信号間距離がＤｓ_１であり、信号間距離がＤｓ_１以上の信号のみが識別でき、信号間距離がＤｓ_２の信号は同じ信号として認識するため、図１６、図１７の信号をそれぞれＯＯＫ、ＱＰＳＫとして受信する。

ＯＮＵの階層数と信号間距離は２種類である必要はなく、３種類以上に分けることも可能である。また、通常の階層符号化と同様ではあるが、ビットマッピングに際しては、どの階層を受信しても、送信した複数ビットのうちある特定のビット位置を受信できているようにビット列と符号を対応させることが必要である。例えば４ＡＳＫにおいて図１８のようなビットマッピングにしてしまうと、Ｄｓ_１の信号間間隔で閾値判定をする小容量階層の受信器はどのビット位置の情報も取り出せない結果となってしまうので、用いるべきでない。

上記のような構成と符号化方式を用いるときの、ＢＥＲのグラフを図１９に示す。図１９は、所望のＢＥＲであるＢ_ｄｅｓ、信号間距離の比Ｒ_ｄｓ＝Ｄｓ_２／Ｄｓ_１（０＜Ｒ_ｄｓ＜１）が決定している状態である。ＬＰとＲ_ｄｓが決定していれば、最小信号間距離Ｄｓ_１、Ｄｓ_２も一意に決まる。図１９においては、信号間距離が大きいほどＢＥＲが小さくなるように並んでいる。Ｒ_ｄｓを変化させると、ＢＥＲのグラフは図２０のように、信号間距離がＤｓのＢＥＲを中心としてＲ_ｄｓに応じて左右に対で広がる。さらに伝送距離によるＢＥＲの変化を考慮した場合には、図２１のようにひとつの信号間距離に対して複数本のＢＥＲの束が並ぶこととなる。

本実施形態の具体的な構成として、上記のようなＰＯＮシステムのパラメータ設計プログラムのフローチャートを図４、図５、図２２−図２７に示す。ただし、図４、図５、図２２−図２７で参照しているＢＥＲのテンプレート１、２はそれぞれ図２８、図２９であり、図４、図５、図２２−図２７で用いる計算式（３）−（８）は以下である。

ＢＥＲのテンプレートには、それぞれ新たに信号間距離比Ｒ_ｄｓに関する列が増え、受光パワーＲＰ_ＤＳは階層の数だけ入力ができるように列が増えている。

設計手順の全体像は図４、図５、図２２である。本実施形態のパラメータ設計方法は、１つのＯＬＴ１０と、複数の光パワースプリッタ３０を介して複数の階層からなる複数のＯＮＵ２０と、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０とを接続する伝送路と、を備え、多値／高次変調方式を採用し、前記階層に応じた複数の信号間距離を持つコンスタレーションの信号光を伝送するＰＯＮシステムの設計パラメータを算出する。

具体的には、本実施形態のパラメータ設計方法は、ＰＯＮシステムを構成するハードウェアの選定を行う選定ステップ（ステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０２’）と、
少なくとも信号間距離比、受光パワー、及びビットエラー符号誤り率（ＢＥＲ）の関係を記載したテンプレートを利用し、ＢＥＲに関するＢＥＲデータを取得するデータ取得ステップ（ステップＳ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１０２”）と、
所望の最小出力パワー（ＬＰ）、階層毎の分岐数（ＳＲ）及び各階層の最大伝送距離（Ｄｍａｘ）の所望値が入力される所望値入力ステップ（図２３〜図２７のステップＳ１２０２、Ｓ１３０２、Ｓ１４０２、Ｓ１５０２、Ｓ１６０２）と、
データ取得ステップで取得したＢＥＲデータ及び所望値入力ステップで入力された所望値に基づき信号光の信号間距離比を決定し（図２３〜図２７のステップＳ１２０４、Ｓ１３０４、Ｓ１４０４、Ｓ１５０４、Ｓ１６０４）、設計パラメータとして、ＢＥＲ決定処理（ステップＳ１２００）、ＬＰ計算処理（ステップＳ１３００）、階層毎のＳＲ計算処理（ステップＳ１４００）、又は各階層のＤｍａｘ計算処理（ステップＳ１５００、Ｓ１６００）を行う計算ステップと、
を順に行う。

なお、ＯＮＵ２０の伝送距離Ｄｔの差によるＢＥＲ特性の違いを考慮する場合、データ取得ステップでは伝送距離との関係も記載されているテンプレーを使用する（ステップＳ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０２”）。

本実施形態のパラメータ設計方法は、設計パラメータが（ｉ）ＢＥＲ、（ｉｉ）最小出力パワー（ＬＰ）、（ｉｉｉ）小容量階層の分岐数（ＳＲ_１）、（ｉｖ）小容量階層の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ１）、（ｖ）大容量階層の分岐数（ＳＲ_２）、（ｖｉ）大容量階層の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ２）の６つに増えている以外は図４で説明したパラメータ設計方法と大きな差異はない。

設計したいパラメータごとに、それぞれ図２３〜図２７へと分岐し、それぞれの定義済み処理に沿ってパラメータを設計する（ステップＳ１２００〜Ｓ１６００）。

図２３は、ＢＥＲ決定処理（ステップＳ１２００）を説明する図である。ＢＥＲ決定処理は、所望値入力ステップ（ステップＳ１２０１）で入力された所望値から階層毎の受光パワーを決定し（ステップＳ１２０３）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して階層毎の受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）と階層毎の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ１、Ｄ_ｍａｘ２）に対応する信号間距離比Ｒｄｓ及びＢＥＲを決定する（ステップＳ１２０３、Ｓ１２０４）。

図２４は、ＬＰ計算処理（ステップＳ１３００）を説明する図である。ＬＰ計算処理は、所望値入力ステップ（ステップＳ１２０１）で入力された所望値から各階層のパワーバジェットのパワーバジェット差ＰＢ_ｄｉｆｆを決定し（ステップ１３０３）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して決定したパワーバジェット差ＰＢ_ｄｉｆｆから所望値のＢＥＲと階層毎の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ１、Ｄ_ｍａｘ２）に対応する階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）及び信号間距離比Ｒｄｓを決定し（ステップＳ１３０４）、さらに所望値及び決定した階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）からＬＰを決定する（ステップＳ１３０５）。

図２５は、階層毎のＳＲ計算処理（ステップＳ１４００）を説明する図である。ＳＲ計算処理は、所望値入力ステップ（ステップＳ１２０１）で入力された所望値から階層毎の受光パワー（ＲＰ_ＤＳ２、ＲＰ_ＤＳ１）を決定し（ステップＳ１４０３）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して所望値のＢＥＲ、決定した受光パワー（ＲＰ_ＤＳ２、ＲＰ_ＤＳ１）及び階層毎の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ２、Ｄ_ｍａｘ１）に対応する信号間距離比Ｒｄｓを決定し（ステップＳ１４０４）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して所望値のＢＥＲ、決定した信号間距離比Ｒｄｓ及び最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ２、Ｄ_ｍａｘ１）に対応する参照受光パワー比（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）を決定し（ステップＳ１４０５）、さらに、所望値のＬＰ、最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ２、Ｄ_ｍａｘ１）、決定した階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）から階層毎の分岐数（ＳＲ_１、ＳＲ_２）を決定する（ステップＳ１４０６）。

図２６は、ＯＮＵ２０の伝送距離Ｄｔの差によるＢＥＲ特性の違いを考慮しない場合の階層毎のＤ_ｍａｘ計算処理（ステップＳ１５００）を説明する図である。Ｄ_ｍａｘ計算処理は、所望値入力ステップ（ステップＳ１２０１）で入力された所望値から階層毎の受光パワー（ＲＰ_ＤＳ２、ＲＰ_ＤＳ１）を決定し（ステップＳ１５０３）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して所望値のＢＥＲ及び決定した階層毎の受光パワー（ＲＰ_ＤＳ２、ＲＰ_ＤＳ１）に対応する信号間距離比Ｒｄｓを決定し（ステップＳ１５０４）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して所望値のＢＥＲ及び決定した信号間距離比Ｒｄｓに対応する階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）を決定し（ステップＳ１５０５）、さらに、所望値のＬＰ、所望値から得られる階層毎の分岐数（ＳＲ_１、ＳＲ_２）、及び決定した階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）から階層毎の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ１、Ｄ_ｍａｘ２）を決定する（ステップＳ１５０６）。

図２７は、ＯＮＵ２０の伝送距離Ｄｔの差によるＢＥＲ特性の違いを考慮する場合の階層毎のＤ_ｍａｘ計算処理（ステップＳ１６００）を説明する図である。Ｄ_ｍａｘ計算処理は、所望値入力ステップ（ステップＳ１２０１）で入力された所望値から階層毎の受光パワー（ＲＰ_ＤＳ２、ＲＰ_ＤＳ１）を決定し（ステップＳ１６０３）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して所望値のＢＥＲ及び決定した階層毎の受光パワー（ＲＰ_ＤＳ２、ＲＰ_ＤＳ１）に対応する信号間距離比Ｒｄｓを決定し（ステップＳ１６０４）、データ取得ステップ（ステップＳ１０８）で取得したＢＥＲデータを参照して所望値のＢＥＲ及び決定した信号間距離比Ｒｄｓに対応する階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）をテンプレートに記載された伝送距離毎に決定し（ステップＳ１６０６）、さらに、所望値のＬＰ、所望値から得られる階層毎の分岐数（ＳＲ_１、ＳＲ_２）、及び決定した階層毎の参照受光パワー（ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２）から階層毎の最大伝送距離（Ｄ_ｍａｘ１、Ｄ_ｍａｘ２）を決定する（ステップＳ１６０６）。

それぞれのパラメータの設計を終了すると、パラメータの妥当性を検討し（ステップＳ１２０７、Ｓ１３０８、Ｓ１４０９、Ｓ１５０９、Ｓ１６１０）、想定の範囲にない値となった場合には所望のパラメータの再設定もしくはハードウェアの再選定を行う（ステップＳ１２１１、Ｓ１３１２、Ｓ１４１４、Ｓ１５１３、Ｓ１６１３）。設計した値が想定の範囲内の値となれば設計処理を終了し、ＢＥＲ、ＬＰ、ＳＲ_１、ＳＲ_２、Ｄ_ｍａｘ１、Ｄ_ｍａｘ２、及びＲｄｓを出力する。

本実施形態では、信号間距離比Ｒ_ｄｓ＝Ｄ_ｓ２／Ｄ_ｓ１（０＜Ｒ_ｄｓ＜１）をひとつ設けて階層を２つに分ける例を示したが、信号間距離比を複数設定し、階層を３つ以上に増やすことも可能である。たとえば図３０のように、６４ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、ＱＰＳＫの３階層に分け、信号間距離がＤｓ１、Ｄｓ２、Ｄｓ３となる場合であれば、信号間距離はＤｓ２／Ｄｓ１、Ｄｓ３／Ｄｓ２、Ｄｓ３／Ｄｓ１のうちのいずれか２つを設定する。

（本実施形態の効果）
ＰＯＮシステムの下り通信において、従来のシステムと送受信するシンボルレート、符号化方式が同一であった場合に、以下２通りの効果が期待できる。

（１）ハードウェア（送受信器、伝送媒体の種類）の条件が同じである場合
設計パラメータ（ＢＥＲ、最小出力パワー、全分岐数、最大伝送距離）を改善することができる。これらのパラメータの改善は、それぞれ以下の効果を生じさせる。
ＢＥＲの改善：より訂正能力の低いＦＥＣを組み合わせることができ、スループットの向上につながる。
ＬＰの抑制：省電力効果が期待できる。
ＳＲの増大：収容できるユーザを増やすことができる。
Ｄ_ｍａｘの増大：収容できる範囲を拡大することができる。

（２）設計パラメータ（ＢＥＲ、最小出力パワー、全分岐数、最大伝送距離）が同じである場合
ハードウェア（送受信器、伝送媒体）をより性能の低いもので実現することができ、システムの低コスト化が期待できる。

１０：光送信器（ＯＬＴ）
２０、２０−１、２０−２、・・・、２０−ｍ、・・・２０−ｎ：光受信器（ＯＮＵ）
３０、３０−１、３０−２：光パワースプリッタ
Ｄｓ、Ｄｓ_１、Ｄｓ_２：信号の信号間距離（それぞれの階層における信号間距離）
ＲＰ_ＤＳ：信号の受光パワー
ＲＰ_ＤＳ１、ＲＰ_ＤＳ２：それぞれの信号間距離を持つ信号の受光パワー（それぞれの階層における受光パワー）

Claims

１つの送信器と、複数の光パワースプリッタを介して複数の階層からなる複数の受信器と、前記送信器と前記受信器とを接続する伝送路と、を備え、多値／高次変調方式を採用し、前記階層に応じた複数の信号間距離を持つコンスタレーションの信号光を伝送するＰＯＮシステムの設計パラメータを算出するパラメータ設計方法であって、
前記ＰＯＮシステムを構成するハードウェアの選定を行う選定ステップと、
少なくとも信号間距離比、受光パワー、及びビットエラー符号誤り率（ＢＥＲ）の関係を記載したテンプレートを利用し、ＢＥＲに関するＢＥＲデータを取得するデータ取得ステップと、
所望の最小出力パワー（ＬＰ）、階層毎の分岐数（ＳＲ）及び各階層の最大伝送距離（Ｄｍａｘ）の所望値が入力される所望値入力ステップと、
前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータ及び前記所望値入力ステップで入力された前記所望値に基づき前記信号光の信号間距離比を決定し、前記設計パラメータとして、ＢＥＲ決定処理、ＬＰ計算処理、階層毎のＳＲ計算処理、又は各階層のＤｍａｘ計算処理を行う計算ステップと、
を順に行うパラメータ設計方法。
前記データ取得ステップのテンプレートにさらに伝送距離との関係が記載されていることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ設計方法。
前記計算ステップのＢＥＲ決定処理は、
前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記受光パワーと階層毎のＤｍａｘに対応するＢＥＲを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のパラメータ設計方法。
前記計算ステップのＬＰ計算処理は、
前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層のパワーバジェットの差であるパワーバジェット差を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して決定した前記パワーバジェット差から前記所望値のＢＥＲと階層毎のＤｍａｘに対応する階層毎の参照受光パワーを決定し、さらに前記所望値及び決定した前記参照受光パワーからＬＰを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のパラメータ設計方法。
前記計算ステップのＳＲ計算処理は、
前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ、決定した前記受光パワー及び階層毎のＤｍａｘに対応する信号間距離比を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ、決定した前記信号間距離比及び階層毎のＤｍａｘに対応する参照受光パワーを決定し、さらに、前記所望値のＬＰ、前記Ｄｍａｘ比、決定した前記参照受光パワーから階層毎の分岐数を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載のパラメータ設計方法。
前記計算ステップのＤｍａｘ計算処理は、
前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記受光パワーに対応する信号間距離比を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記信号間距離比に対応する参照受光パワーを決定し、さらに、前記所望値のＬＰ、前記所望値から得られる階層毎の分岐数、及び決定した前記参照受光パワーから階層毎のＤｍａｘを決定することを特徴とする請求項１に記載のパラメータ設計方法。
前記計算ステップのＤｍａｘ計算処理は、
前記所望値入力ステップで入力された前記所望値から階層毎の受光パワーを決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記受光パワーに対応する信号間距離比を決定し、前記データ取得ステップで取得した前記ＢＥＲデータを参照して前記所望値のＢＥＲ及び決定した前記信号間距離比に対応する参照受光パワー比を前記テンプレートに記載された伝送距離毎に決定し、さらに、前記所望値のＬＰ、前記所望値から得られる階層毎の分岐数、及び決定した前記参照受光パワー比から階層毎のＤｍａｘを決定することを特徴とする請求項２に記載のパラメータ設計方法。
請求項１から７に記載のいずれかのパラメータ設計方法をコンピュータに実行させるパラメータ設計プログラム。