JP2014239362A - 光増幅システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける上り信号を増幅するための、比較的安価なフィードフォワード制御機能を有する光増幅システムを提供することを目的とする。【解決手段】本願発明の光増幅システムは、上り送信波長が可変である加入者装置９２からの上り信号が光集線器８２の複数の入力ポートに入力され、光集線器８２の複数の出力ポートから出力された上り信号が波長ごとに異なる光受信器７３で受信される光通信システムに用いられる光増幅システムであって、入力ポートとＯＮＵ９２の間に各々接続され、複数波長の上り信号を増幅する光増幅器８３と、出力ポートと光受信器７３の間に各々接続され、出力ポートから出力された光受信器７３の受信波長の上り信号を光受信器７３の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる予め定められた強度に制御する光強度制御回路８４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、加入者装置から送信された光信号であって局側装置の光受信器に入力される光信号の光信号強度を調整するための光増幅システムに関する。

アクセスネットワークでは、ＩＥＥＥやＩＴＵ−Ｔで標準化されたＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが広く採用されている。ＰＯＮシステムは、収容局と複数の加入者が、収容局外に配置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバで結合される構成であり、上り信号と下り信号が異なる波長により、同一光ファイバ上を双方向に伝送される。下り信号は、加入者ごとの信号が、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いて多重された連続信号であり、加入者宅に配置される加入者装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）は、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自身に割り当てられた時間位置にあるデータを受信する。また上り信号は、ＯＮＵから間欠的に送信されるバースト信号であり、光スプリッタで合流してＴＤＭ信号となり、収容局に送られる。本システムでは、収容局から光スプリッタまでの光ファイバ、および収容局に配置される局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを、経済的に提供することができる。

今後の更なるトラヒックの増大に応えるため、ＴＤＭ技術を用いてラインレートの高速化を押し進めるとすると、より高速な電気回路が必要となり、その実現は困難を極めるものと予想される。また仮に実現できたとしても、装置コストや消費電力の増加を招くことは必至である。それに対して、波長多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術をＴＤＭ技術と併用したＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムが提案されている。これによれば、ラインレート１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭ信号を４波長（上下信号を考慮すると８波長）束ねることにより、１０Ｇｂ／ｓを超える速度の電気回路を用いることなく、総容量４０Ｇｂ／ｓのアクセスシステムを構築することができる。

図８に、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成例を示す。収容局９５外には光スプリッタ９３が配置され、複数のＯＮＵ９２を１本の光ファイバで接続して収容するために用いられる。一方、収容局９５には、光集線器８２、およびＯＬＴ内に搭載されるＮ台の局側送受信器（ＯＳＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎｉｔ）８１が配置される。図では、ＯＳＵ８１のみを記載し、ＯＬＴは省略している。通常Ｎは、システムが使用する上り信号、および下り信号の波長数と同一である。

光集線器８２は、任意のＯＳＵ８１が任意のＯＮＵ９２を収容可能とするために用いられる。これにより、輻輳が少ない場合には、ＯＮＵ９２が接続するＯＳＵ８１を片寄せすることでＯＬＴの消費電力を低減し、また輻輳するＯＳＵ８１がある場合には、当該ＯＳＵ８１が収容するＯＮＵ９２の一部を、輻輳が少ないＯＳＵ８１に収容替えして負荷を分散することができる。図では、光集線器８２として、上り信号が入力さるＭ個の入力ポート、および上り信号が出力されるＮ個の出力ポートを有する光スプリッタを用いる場合を示している。出力ポートが複数ある点において、収容局９５外に配置される光スプリッタ９３と異なる。

図９に、光集線器８２に光スプリッタを用いた場合の上り信号の通過波長を示す。Ｍ＝３、Ｎ＝３の場合を例示し、入力ポート＃ｐに入力された信号波長＃ｑを、λ_ｐｑと記述する。図示の通り、上り信号の或る入力ポートに３波長が入力されると、出力ポートすべてに同一の３波長が出力される。ＯＮＵ９２に備わる波長可変光送信器７１の送信波長は、波長可変光源を用いることにより可変とする。ＯＳＵ８１の光受信器７３は、通過波長固定のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）７２を用いて特定の信号波長を受信する。ＯＮＵ９２は、波長ごとにＴＤＭされる上り信号を送信し、送信波長を変えることで任意のＯＳＵ８１により受信される。図示はしないが、光集線器８２の下り信号の通過波長の関係は、上り信号と同様である。ＯＳＵ８１は、収容するＯＮＵ９２ごとにＴＤＭされた下り信号を送信し、当該ＯＮＵは、受信波長を選択して自身に割り当てられた時間位置にあるデータを受信する。或るＯＮＵ９２宛ての下り信号が、いずれのＯＳＵ８１により送信されるかは、その上位に配置される振り分け器（図示せず）により割り振られるが、いずれのＯＳＵ８１に割り振られた場合であっても、受信波長を変えることで任意のＯＮＵ９２により受信される。

以上のように、波長可変性を有するＯＮＵ９２やＯＳＵ８１を、光集線器８２を経由するアクセスネットワークに結合することで、任意のＯＮＵ９２が任意のＯＳＵ８１で収容されるため、上述の消費電力低減、負荷分散等の機能を有する高速のアクセスシステムを構築することが可能となる。

図１０に、光集線器８２としてアレイ導路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた場合の通過波長の一例を示す。本アレイ導路回折格子は、例えば、隣接ポート間の透過波長間隔（Δｗ）とＦＳＲ（Ｆ）（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）が、Ｆ＝Ｎ×Δｗの関係を有する周回性ＡＷＧである。上り信号の或る入力ポートに３波長が入力されると、各出力ポートに１波長ずつが出力される。他の入力ポートにも同じ３波長が入力されると、ＡＷＧの周回性により、各出力ポートに入力ポートの異なる３波長が出力される。各ＯＮＵ９２は、この出力された３波長に対してＴＤＭされるバースト信号を送信する。また、下り波長を合波する場合は、光スプリッタ９３と本周回性ＡＷＧの間に、上り波長と下り波長を合分波するＷＤＭフィルタを挿入し、波長合波用の周回性ＡＷＡＧをそれに結合することにより対応する。もしくは、上り下りの波長帯を本周回性ＡＷＧの異なるＦＳＲに対応させ、上り下りの合分波における入出力ポートを共用化することもできる。

一方、ＧＥ−ＰＯＮ、Ｂ−ＰＯＮ、Ｇ−ＰＯＮは、商用システムであるが、システムに許容される伝送路損失の拡大が課題の一つとなっている。これが実現できれば、光スプリッタ９３の分岐数を増やして収容する加入者の数を増したり、伝送距離を長延化して収容エリアを拡げたりして、数的又は面的に、収容効率を向上させることが期待できる。これを解決するために、光増幅器を用いて、多分岐スプリッタや、長延化された伝送路の損失を補償する手法が提案されている。

図１１に、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに光増幅器を適用したシステム構成の一例を示す。図に示される通り、光増幅器８３は、光集線器８２と収容局９５外の光スプリッタ９３を結合する光ファイバ上に配置される。光増幅器８３は収容局９５外に配置しても、収容局９５内に配置してもよい。使用する光増幅器８３として、希土類を添加した光ファイバ増幅器、集中増幅型の光ファイバラマン増幅器、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等を用いることができる。

光増幅器８３を用いたＰＯＮシステムにおける大きな課題の一つが、上り信号を増幅する光増幅器の実現である。上り信号は、ＯＮＵ９２から光スプリッタ９３までの距離の違い、ＯＮＵ９２内の送信器出力の個体差等により、光増幅器８３に入力されるバースト光信号の強度にばらつきが生じる。ここで問題となるのが、光強度の大きいバースト光信号の増幅である。光増幅器８３に強バースト光信号が入力されると、光増幅器８３からより大きな強度の信号が出力される。したがって、光増幅後の伝送路損失が大きくない場合、ＯＬＴ内の受信器に受信感度の上限を超える上り信号が入力されて、信号が受信できなくなる。

この問題を解決するために、光増幅器８３に出力値を一定に制御することのできるフィードフォワード制御機能を付与した光増幅装置が提案されている（特許文献１及び非特許文献１参照。）。図１２に、特許文献１による基本構成を示す。特許文献１では、光増幅器８３の後段に光強度制御回路８４を備える。光強度制御回路８４は、分岐器１１、光電気変換器１２、制御回路１３、駆動回路１４、光強度減衰器１５−１から構成される。光増幅器８３は、入力されたバースト光信号を増幅する。分岐器１１は、増幅されたバースト光信号の一部を分岐する。光電気変換器１２は、分岐されたバースト光信号を電気信号に変換する。制御回路１３には、予め取得した光強度減衰器１５−１の駆動信号変化に対する減衰量の関係式が格納され、電気信号から読み取った入力光強度に対して光強度減衰器１５−１から出力される光強度が予め設定した目標値となる駆動信号を算出する。駆動回路１４は、算出された駆動信号を送出する。光強度減衰器１５−１は、駆動信号により駆動され、入力バースト光信号の光強度に応じて減衰量が調整される。図示はしないが、入力光強度を検出された光信号が光強度減衰器１５−１に入力されるタイミングと、光強度減衰器１５−１が駆動信号により駆動されるタイミングを一致させるために、特許文献１に記載のように、必要に応じて分岐器と光強度減衰器１５−１の間に遅延線を配置する。以上、フィードフォワード制御方式を利用した構成により、入力バースト光信号の強度を、出力において一定の目標値となるよう制御することができる。

図１３に、非特許文献１による光増幅装置の基本構成を示す。特許文献１では、光増幅機能を有する光増幅器８３と光強度減衰器１５−１を分けた構成であるのに対し、本構成では、両機能を単一のＳＯＡ１５−２で実現していることから、用いる光部品の点数を削減することができる。

図１４に、特許文献１に記載の光増幅装置をＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに適用した場合の構成を示す。図９の構成のＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮでは、図１５に示すように、波長ごとに時間的に重なりのある光信号が光増幅器８３に入力される。このため、分岐器１１、光電気変換器１２、制御回路１３、駆動回路１４、光強度減衰器１５−１から成る光強度制御回路８４を、全波長で共通化することはできず、波長分波器８５によって分波された波長ごとに配置する必要がある。これにより、図１６に示すように、波長ごとに時間的に重なりのある光信号の光強度を一定に制御することができる。

図８および図１１に示すＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを例にすると、１つのシステム当り、Ｍ×Ｎ個の光強度制御回路８４を用意する必要があり、使用する波長数に比例して装置コストが上昇することになる。また、図１０の構成のＷＤＭ−ＴＤＭ−ＰＯＮシステムでは、そもそも上り信号が波長ごとにＴＤＭされないので、図１４の構成では光強度の制御はできない。

特開２０１０−２２６６８５号公報

Ｎ． Ｃｈｅｎｇ， Ｓ．−Ｈ． Ｙｅｎ， Ｊ． Ｃｈｏ， Ｚ． Ｘｕ， Ｙ． Ｔａｎｇ， ａｎｄ Ｌ． Ｇ． Ｋａｚｏｖｓｋｙ， "Ｌｏｎｇ Ｒｅａｃｈ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，" ＡＣＰ’２００９， ＦＳ４， ２００９．

本発明は、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける上り信号を増幅するための、比較的安価なフィードフォワード制御機能を有する光増幅システムを提供することを目的とする。

本願発明の光増幅システムは、
上り送信波長が可変である加入者装置からの上り信号が光集線器の複数の入力ポートに入力され、前記光集線器の複数の出力ポートから出力された上り信号が波長ごとに異なる局側光受信器で受信される光通信システムに用いられる光増幅システムであって、
前記入力ポートと前記加入者装置の間に各々接続され、複数波長の上り信号を増幅する光増幅器と、
前記出力ポートと前記局側光受信器の間に各々接続され、前記出力ポートから出力された前記局側光受信器の受信波長の上り信号を前記局側光受信器の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる予め定められた強度に制御する光強度制御回路と、
を備える。

本願発明の光増幅システムでは、
前記光強度制御回路は、
前記出力ポートから出力された前記局側光受信器の受信波長の上り信号を主信号とモニタ光に分岐する分岐器と、
前記主信号の光強度を、供給された駆動電流を用いて調整する光強度調整部と、
前記モニタ光を電気信号に変換する光電気変換器と、
前記光電気変換器からの電気信号の振幅値を用いて前記上り信号の光強度を算出し、算出した光強度の上り信号が前記局側光受信器の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる駆動信号を算出する制御回路と、
前記制御回路の算出した駆動信号を前記光強度調整部へ送出する駆動回路と、
を備えてもよい。

本願発明の光増幅システムでは、前記光強度調整器は、半導体光増幅器であり、前記制御回路は、前記電気信号の振幅値と予め設定した識別値との上下関係を判定し、前記識別値を超える又は前記識別値以上と判定した場合、前記電気信号の振幅値から入力された上り信号の光強度を検出し、検出された入力光強度に対して前記半導体光増幅器から出力されるバースト光信号の光強度が予め設定した目標値となる駆動電流を算出し、前記駆動回路は、前記電気信号の振幅値が前記識別値を超える又は前記識別値以上と判定された場合、前記制御回路の算出した駆動電流を前記半導体光増幅器へ送出し、前記電気信号の振幅値が前記識別値以下又は前記識別値未満と判定された場合、予め定められた一定値の駆動電流を送出してもよい。

本願発明の光増幅システムでは、前記光強度調整器は、半導体光増幅器であり、前記制御回路は、１以上の識別値を有し、前記電気信号の振幅値と各識別値との上下関係を判定し、前記電気信号の振幅値が各識別値を超える又は各識別値以上になる毎に当該識別値における駆動電流よりも少ない一定値の駆動電流を算出してもよい。

本願発明の光受信システムは、
本発明に係る光増幅システムと、
前記光増幅システムから出力された上り信号を電気信号に変換する光受信フロントエンドと、
前記光受信フロントエンドの出力した電気信号を用いて、前記光増幅システムに入力された上り信号を受信する信号処理部と、
を備える。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける上り信号を増幅するための、比較的安価なフィードフォワード制御機能を有する光増幅装置システムを提供することができる。

第一実施形態に係る光増幅システムの一例を示す。 第二実施形態の光増幅システムにおける第１の制御例を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 第二実施形態の光増幅システムにおける第２の制御例を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 第二実施形態の光増幅システムにおける第３の制御例を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 第三実施形態に係る光増幅システムの一例を示す。 偏波ダイバーシティを利用して光ヘテロダイン検波を行う場合の光受信フロントエンドの構成例を示す。 偏波ダイバーシティと位相ダイバーシティを利用して光ホモダイン検波を行う場合の光受信フロントエンドの構成例を示す。 ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成例を示す。 光集線器８２に光スプリッタを用いた場合の上り信号の通過波長を示す。 光集線器８２としてアレイ導路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いた場合の上り信号の通過波長の一例を示す。 ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに光増幅器を適用したシステム構成を示す。 特許文献１による基本構成を示す。 非特許文献１による出力値を一定に制御するための基本構成を示す。 光強度制御回路をＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムに適用した場合の構成の一例を示す。 図１４に示すＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにおいて光増幅器８３に入力されるバースト信号の一例であり、（ａ）は波長λ_１３の光強度を示し、（ｂ）は波長λ_１２の光強度を示し、（ｃ）は波長λ_１１の光強度を示す。 図１４に示すＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにおいて各光強度制御回路８４から出力されるバースト信号の一例であり、（ａ）は波長λ_１３の光強度を示し、（ｂ）は波長λ_１２の光強度を示し、（ｃ）は波長λ_１１の光強度を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第一実施形態）
図１に、本発明による光増幅システムの第一実施形態を示す。本実施形態に係る光増幅システムは、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける上り信号を増幅するための装置であり、想定するアクセスネットワークは上記の通りである。具体的には、本実施形態に係る光増幅システムは、上り送信波長が可変であるＯＮＵ９２からの上り信号が光集線器８２の複数の入力ポートに入力され、光集線器８２の複数の出力ポートから出力された上り信号が波長ごとに異なる局側光受信器として機能する光受信器７３で受信される光通信システムに用いられる。本実施形態では、光集線器８２が光スプリッタであり、光強度調整器１５が光強度減衰器である場合を例示する。

本実施形態に係る光増幅システムは、光集線器８２の入力ポートとＯＮＵ９２の間に各々配置されるＭ台の光増幅器８３、および光集線器８２の出力ポートとＯＳＵ８１の間に配置されるＮ台の光強度制御回路８４を備える。光増幅器８３及び光強度制御回路８４は、共通の装置内に搭載されていてもよいし、個別の装置に搭載されていてもよい。各光増幅器８３は、入力されたＴＤＭ信号を波長に依らず一括して増幅し、光集線器８２に入力する。光集線器８２の出力には、ＢＰＦ７２を経由して光強度制御回路８４が接続される。これにより、光強度制御回路８４には光受信器７３の受信波長の上り信号が入力される。

光強度制御回路８４は、分岐器１１、光電気変換器１２、制御回路１３、駆動回路１４、光強度調整器１５を備える。分岐器１１は、入力されたバースト光信号の一部を分岐し、モニタ光として光電気変換器１２に入力する。もう一方の分岐光は、主信号として光強度調整器１５に送られる。光電気変換器１２は、分岐されたバースト光信号を電気信号に変換し、制御回路１３に送る。

制御回路１３は、電気信号の振幅値から入力されたバースト光信号の光強度を判定し、判定された入力光強度に対して、ＯＳＵ８１に入力される受信波長のバースト光信号の光強度が、光受信器７３の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる駆動信号を算出する。駆動信号の算出に際して、予め取得した駆動信号と光強度減衰器１５−１の減衰量の関係式を利用する。駆動回路１４は、算出された駆動信号に対応した駆動信号を送出する。光強度減衰器１５−１は、駆動回路１４からの駆動信号により駆動される。

本実施形態に係る光増幅システムによれば、ＯＳＵ８１の受信波長は、ＢＰＦ７２により選択した１波長であるため、各ＯＳＵ８１に光強度制御回路８４を配置することにより、光受信器７３への過負荷を防ぐことができる。つまり、必要となる光強度制御回路８４の台数は、Ｎ台であり、Ｍ×Ｎ台必要である図１４で説明した構成に比べて、装置コストを大幅に削減することが可能となる。

なお本実施形態では、光集線器８２が光スプリッタの場合を例示したが、光スプリッタと波長分波器を結合した構成や、周回性ＡＷＧを用いた場合でも同様の効果を得ることができる。ただし、光集線器８２にこれらを用いた場合、光集線器８２が波長選択機能を同時に有するため、ＯＳＵ８１にＢＰＦ７２を配置する必要はない。また本実施形態では入力される光信号がバースト光信号である場合について説明するが、本発明はバースト信号に限らず任意の光信号に適用することができる。

また光強度調整器１５として、光強度減衰器１５−１を用いる場合を示したが、ＳＯＡ１５−２を用いることもできる。その場合、制御回路１３における駆動電流の算出は、予め取得したＳＯＡ１５−２の駆動電流変化に対する入力光強度と出力光強度のデータを基に算出した関係式により行う。光強度減衰器１５−１は、入力光信号の強度を減衰させる光デバイスであるため、前段の光増幅器８３と光強度制御回路８４の間の損失が小さく、強バースト光信号入力に対して光受信器７３に過負荷が掛かり易いシステム構成に対して有効であるのに対し、ＳＯＡ１５−２は、入力光信号の強度を増幅させる光デバイスであるため、前段の光増幅器８３と光強度制御回路８４の間の損失が大きく、弱バースト光信号入力に対して受信光強度が不足するシステム構成に対して有効である。

（第二実施形態）
図２、図３及び図４に、本光増幅システムの制御方式を説明する第二実施形態を示す。光増幅システムの構成は、第一実施形態と同様である。
第一の制御方式では、制御回路１３は、電気信号の振幅値から入力されたバースト光信号の光強度を検出し、検出された入力光強度に対して、光強度調整器１５から出力される光強度が、予め設定した目標値となる駆動信号を算出する。

図２に、第一の制御方式による、入出力光強度の関係を示す。図２に図示されるように、光強度制御回路８４からは、光強度が一定値ＯＣに制御されたバースト光信号が出力される。この値を、光受信器７３の受信感度の上限値ＯＭ以下に設定することにより、光受信器７３の過負荷を防ぐことができる。ただし、本制御方式では、動作入力範囲の拡大（広ダイナミックレンジ化）のため、弱バースト光信号入力に対しても、入力バースト光信号の光強度を正確に検出する必要がある。

第二の制御方式では、光強度調整器１５としてＳＯＡ１５−２を用いる。制御回路１３は、電気信号の振幅値と予め設定した識別値ＴＨとの上下関係を判定し、識別値ＴＨを超える又は識別値ＴＨ以上と判定した場合、電気信号の振幅値から入力されたバースト光信号の光強度を検出し、検出された入力光強度に対してＳＯＡ１５−２から出力されるバースト光信号の光強度が、予め設定した目標値ＯＣとなる駆動電流を算出する。また駆動回路１４は、電気信号の振幅値が識別値ＴＨを超える又は識別値ＴＨ以上と判定された場合、算出された駆動電流を送出し、電気信号の振幅値が識別値ＴＨ以下又は識別値ＴＨ未満と判定された場合、定められた一定値の駆動電流を送出する。ここで、定められた一定値の駆動電流は、例えば、ＳＯＡ１５−２から出力されるバースト光信号の光強度が目標値ＯＣとなる駆動電流に連続する電流である。

図３に、第二の制御方式による、入出力光強度の関係を示す。本制御方式では、識別値ＴＨ以下又は識別値ＴＨ未満の光信号入力に対して光信号強度の検出は行わず、一定値の駆動電流によりＳＯＡ１５−２を駆動するため、弱バースト光信号入力への対応が容易となり、広ダイナミックレンジ化の実現が可能となる。

第三の制御方式においても、光強度調整器１５としてＳＯＡ１５−２を用いる。制御回路１３は、１以上の識別値ＴＨ１及びＴＨ２を有し、電気信号の振幅値と各識別値との上下関係を判定する。また駆動回路１４は、電気信号の振幅値が各識別値を超える又は識別値以上と判定される毎に減少する一定値の駆動電流を送出する。

図４に、第三の制御方式による、入出力光強度の関係を示す。ＳＯＡ１５−２は、入力光強度がＩＬ以上ＩＴ１未満である場合、入力光強度がＩＴ１以上ＩＴ２未満である場合及び入力光強度がＩＴ２以上ＩＨ未満である場合のいずれのときも、制御回路１３は、入力光強度に応じてＯＬからＯＣ１へ線形的に増加する出力光強度を出力する。本制御方式においても、最少識別値ＩＬ以下又は最少識別値ＩＬ未満の光信号入力に対して光信号強度の検出は行わず、一定値の駆動電流によりＳＯＡ１５−２を駆動するため、弱バースト光信号入力への対応が容易となり、広ダイナミックレンジ化の実現が可能となる。

（第三実施形態）
図５に、本発明による光増幅システムを用いた光受信システムについての第三実施形態を示す。本実施形態において用いられる光増幅システムの構成および制御機構は、第一および第二の実施形態と同様である。バースト光信号を受信するために、光受信フロントエンド７４、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）７５、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）７６が付加されている。本実施形態は、ＰＯＮにおいて通常用いられる強度変調信号はもとより、振幅に限らず、位相や周波数に情報が重畳された、いわゆる光コヒーレント通信において用いられる２値以上の変調信号も想定する。

光受信フロントエンド７４は、光信号を電気信号に変換する役割を果たすものである。光受信フロントエンド７４は、強度変調信号を受信する場合、通常の光電気変換器を用いる。光受信フロントエンド７４は、光コヒーレント通信において用いられる変調信号を受信する場合、偏波ダイバーシティや、位相ダイバーシティを行うため、光電気変換器の前に当該機能を実現する光回路が付与される。図６に、偏波ダイバーシティを利用して光ヘテロダイン検波を行う場合の光受信フロントエンド７４の回路構成の一例を示す。図７に、偏波ダイバーシティと位相ダイバーシティを利用して光ホモダイン検波を行う場合の光受信フロントエンドの回路構成の一例を示す。光コヒーレント検波を行う場合、受信感度の向上や、多値変調信号の復調を行うために、局発光を利用する。

図６に示す光ヘテロダイン検波では、信号光の光周波数に対して、少なくともシンボルレート分だけ光周波数のずれた局発光を用いるのに対し、図７に示す光ホモダイン検波では、信号光の光周波数とほぼ同じ光周波数の局発光を用いる。偏波ダイバーシティは、光ヘテロダイン検波、光ホモダイン検波を行う際に用いられ、偏波分離器３３において、光信号を互いに直交する偏波成分に分離し、各々に同一偏波の局発光を結合することで、光信号と局発光の偏波状態の違いにより、信号が受信できなくなることを防ぐ役割を果たす。

偏波回転器３４は、偏波分離された光信号と局発光の偏波を一致させるためのものであり、図６では、局発光の偏波を９０度回転させている。一方、位相ダイバーシティは、光ホモダイン検波を行う際に用いられ、光信号と局発光の光位相の違いにより、信号が受信できなくなることを防ぐ役割を果たす。位相遅延器３９Ｘ及び３９Ｙは、分岐した局発光の位相を互いにずらすためのものであり、図では、局発光の光位相を９０度遅延させている。

なお、図５では、強度変調信号を受信する場合を想定し、光受信フロントエンド（光電気変換器）７４の出力が１つの場合を示しているが、偏波ダイバーシティや、位相ダイバーシティを行う場合には、図６及び図７に示すように、用いる光電気変換器は複数個必要となり、それと同数のアナログ電気信号が出力される。なお、図６及び図７に示す回路構成はあくまでも一例であり、様々な回路構成が提案されている。

出力されたアナログ電気信号は、ＡＤＣ７５によりサンプリングされてデジタル信号に変換され、ＤＳＰ７６により処理されて受信される。偏波ダイバーシティや、位相ダイバーシティを用いる場合、光受信フロントエンド７４に備わる各光電気変換器の後ろにＡＤＣ７５が接続され、ＤＳＰ７６には各ＡＤＣ７５から出力されたデジタル信号が送られる。信号受信に際して、ＤＳＰ７６を用いる利点として、多変調信号の復調や、伝送路の波長分散等により劣化した波形の回復を容易に実現できることを挙げることができる。しかし、バースト光信号を受信する場合、異なる光強度に対応したアナログ電気信号がＡＤＣ７５に入力される。このため、ＡＤＣ７５の振幅方向の量子化を強バースト光信号に最適化すると弱バースト光信号の検出ができなくなり、逆に、弱バースト信号に最適化すると強バースト光信号の検出ができなくなるという問題が生じる。このため、光受信フロントエンド７４において光信号を電気信号に変換する前に、本発明による光増幅システムを配置することにより、一定値の光強度に制御されたバースト光信号が光受信フロントエンド７４に入力されるため、この問題を回避することが可能となる。また、本光増幅システムは、弱バースト信号入力に対しても動作可能であることから、前置増幅器として用いれば、信号を高感度に受信することもできる。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１：分岐器
１２：光電気変換器
１３：制御回路
１４：駆動回路
１５−１：光強度減衰器
１５−２：ＳＯＡ
３１：局発光源
３２、３７、３８Ｘ、３８Ｙ：分岐器
３３：偏波分離器
３４：偏波回転器
３５Ｘ、３５Ｙ：結合器
３６Ｘ、３６Ｙ：光電気変換器
３９Ｘ、３９Ｙ：位相遅延器
７１：波長可変光送信器
７２：ＢＰＦ
７３：光受信器
７４：光受信フロントエンド
７５：ＡＤＣ
７６：ＤＳＰ
８１：ＯＳＵ
８２：光集線器
８３：光増幅器
８４：光強度制御回路
８５、８６：波長分波器
９２：ＯＮＵ
９３：光スプリッタ
９５：収容局

本願発明の光増幅システムは、
上り送信波長が可変である加入者装置からの上り信号が光集線器の複数の入力ポートに入力され、前記光集線器の複数の出力ポートから出力された上り信号が波長ごとに異なる局側光受信器で受信される光通信システムに用いられる光増幅システムであって、
前記光集線器は、任意の前記局側光受信器が任意の前記加入者装置を収容可能とし、
前記入力ポートと前記加入者装置の間に各々接続され、複数波長の上り信号を波長に依らず一括して増幅する光増幅器と、
前記出力ポートと前記局側光受信器の間に各々接続され、前記出力ポートから出力された前記局側光受信器の受信波長の上り信号を前記局側光受信器の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる予め定められた強度に制御する光強度制御回路と、
を備える。

Claims (5)

1. 上り送信波長が可変である加入者装置からの上り信号が光集線器の複数の入力ポートに入力され、前記光集線器の複数の出力ポートから出力された上り信号が波長ごとに異なる局側光受信器で受信される光通信システムに用いられる光増幅システムであって、
   前記入力ポートと前記加入者装置の間に各々接続され、複数波長の上り信号を増幅する光増幅器と、
   前記出力ポートと前記局側光受信器の間に各々接続され、前記出力ポートから出力された前記局側光受信器の受信波長の上り信号を前記局側光受信器の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる予め定められた強度に制御する光強度制御回路と、
   を備える光増幅システム。
2. 前記光強度制御回路は、
   前記出力ポートから出力された前記局側光受信器の受信波長の上り信号を主信号とモニタ光に分岐する分岐器と、
   前記主信号の光強度を、供給された駆動電流を用いて調整する光強度調整部と、
   前記モニタ光を電気信号に変換する光電気変換器と、
   前記光電気変換器からの電気信号の振幅値を用いて前記上り信号の光強度を算出し、算出した光強度の上り信号が前記局側光受信器の受信光強度の上限値未満又は上限値以下となる駆動信号を算出する制御回路と、
   前記制御回路の算出した駆動信号を前記光強度調整部へ送出する駆動回路と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光増幅システム。
3. 前記光強度調整器は、半導体光増幅器であり、
   前記制御回路は、前記電気信号の振幅値と予め設定した識別値との上下関係を判定し、前記識別値を超える又は前記識別値以上と判定した場合、前記電気信号の振幅値から入力された上り信号の光強度を検出し、検出された入力光強度に対して前記半導体光増幅器から出力されるバースト光信号の光強度が予め設定した目標値となる駆動電流を算出し、
   前記駆動回路は、前記電気信号の振幅値が前記識別値を超える又は前記識別値以上と判定された場合、前記制御回路の算出した駆動電流を前記半導体光増幅器へ送出し、前記電気信号の振幅値が前記識別値以下又は前記識別値未満と判定された場合、予め定められた一定値の駆動電流を送出する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光増幅システム。
4. 前記光強度調整器は、半導体光増幅器であり、
   前記制御回路は、１以上の識別値を有し、前記電気信号の振幅値と各識別値との上下関係を判定し、前記電気信号の振幅値が各識別値を超える又は各識別値以上になる毎に当該識別値における駆動電流よりも少ない一定値の駆動電流を算出する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光増幅システム。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光増幅システムと、
   前記光増幅システムから出力された上り信号を電気信号に変換する光受信フロントエンドと、
   前記光受信フロントエンドの出力した電気信号を用いて、前記光増幅システムに入力された上り信号を受信する信号処理部と、
   を備える光受信システム。

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