JP2017152773A - 光通信システム、通信装置及び波形等化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、時分割で信号が送受信されるＴＤＭ−ＰＯＮ方式を用いた光通信システムに備わる局側装置（ＯＬＴ）において、バースト信号を受信する際に行う受信信号の波形等化処理に用いる波形等化係数の算出時間を短縮することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ＴＤＭ−ＰＯＮ方式の光通信システムにおいて、ＯＬＴが、スケジューリングした各ＯＮＵのバースト信号の到着タイミングに合わせて、波形等化係数を初期化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ方式の光通信システムにおいて、時間的に間欠なバースト信号の波形等化処理を行うための光通信システム、通信装置及び波形等化方法に関する。

現在、光加入者系アクセスネットワークでは時分割多重方式（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式によってユーザ信号を多重化するＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムが用いられている。ＰＯＮシステムは、光カプラに代表される光受動素子を用い、局側装置及び伝送路の一部を複数ユーザで共有することにより高速な通信を経済的に提供することが可能な通信システムである。

一方、移動体通信網では、急増するモバイルトラヒックを収容するため、アンテナを密に張り出すスモールセル化が検討されている。このスモールセル化された移動体通信網を効率的に収容するため、従来用いられてきた専用線によるポイントトゥポイントの通信方式に代わって、光加入者系で用いられてきたポイントトゥマルチポイントの通信システムであるＰＯＮシステムの適用が検討されている。しかし、導入が予定されている５Ｇと呼ばれる高速の無線通信規格を収容することを鑑みると、ＰＯＮシステムの広帯域化が必要不可欠である。

高速のＰＯＮシステムを実現する上での課題点の一つとして、最小受信感度の低下による分岐数、伝送距離の低下が挙げられる。最小受信感度が低下する理由として、広帯域化によるエラーフリー伝送を実現する所要ＳＮＲの増加、偏波モード分散（ＰＭＤ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）や、波長分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）の影響、送受信器の帯域制限等による波形歪みを原因としたＳＮＲの劣化が挙げられる。

これに対し、光増幅技術を用いる方式や、非特許文献１に記載されるコア／メトロネットワークで用いられるデジタルコヒーレント受信技術を適用し、デジタル信号処理による波形歪みの等化技術と併用することで、最小受信感度を大幅に改善する検討がなされている。デジタル信号処理による波形歪の等化処理は、例えば時間領域の等化処理や、周波数領域における等化処理がある。いずれの手法においても受信信号から伝送路特性、又は逆特性を計算し、伝送路状況によって生じる波形歪を補償するよう受信信号のフィルタリングを行う。

デジタル信号処理による波形等化技術をＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に適用した場合、上り通信における波形等化係数の算出時間が課題となる。

ＴＤＭ−ＰＯＮの下り伝送では、各加入者装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｎｉｔ）は、局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ）が全ＯＮＵに向け送信する下り連続信号光のうち、事前に割り当てられた自端末に対応する時間スロットの信号を選択的に受信する。このため、ＯＮＵの受信する信号光は連続光となる。一方、上り伝送では、ＯＬＴの受信する信号光は、各ＯＮＵが事前に割り当てられたタイミングで送信する時間的に間欠な光信号となる。このとき、ＯＬＴの受信する信号光は、ＯＮＵとＯＬＴ間の距離の相違により、ＯＮＵの送信する信号光ごとに異なる信号光パワーを持つ。このような、時間的に間欠な信号を一般的にバースト信号と呼ぶ（図１記載）。ＴＤＭ−ＰＯＮのバースト信号は、主に、プリアンブル、ペイロード及びエンドオブバーストを含むバーストフレームの構成を有する。プリアンブルは、信号同期と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ−Ｇａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ）回路による受信信号レベルの等化に用いられるマージンと、を含む。ペイロードは、実信号部を含む。エンドオブバーストは、レーザの立下りなどに対するマージン分を含む。

各ＯＮＵの送信するバースト信号は、各ＯＮＵの有するデバイスの周波数特性の差や、伝送距離の差により、異なる信号特性を有する。この時、特性の異なる信号に対し、同一の係数を基に等化処理を行った場合、伝送路特性の差から雑音強調となってしまう場合がある。このため、ＯＬＴにおいてデジタル信号処理を行う信号処理部における波形等化処理に用いる波形等化係数は、受信バースト信号毎に導出した値を用いる必要がある。この時、上りバースト信号受信においては、プリアンブルなどの信号の冗長部において受信バースト信号毎に適応的に波形等化係数を計算する第１の手法と、又はバースト信号毎に事前に計測した波形等化係数を用いて波形等化処理を行う第２の手法と、の２つの構成が考えられる。

第１の手法では、波形等化処理に用いる波形等化係数の計算処理によって信号処理部に要求されるスペックと、波形等化処理に用いる信号のオーバヘッド長が異なる。例えば、適応等化アルゴリズムとして実伝送路状態と理想伝送路状態との間の誤差の二乗成分を用い、再帰的に波形等化処理に用いる波形等化係数を計算していく手法のうち、一般的に広く用いられる最小二乗法（ＬＭＳ：ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｍｅｔｈｏｄ）に基づく適応等化アルゴリズム（例えばコア／メトロネットワークにおいてＱＰＳＫ信号などの位相変調信号をデジタルコヒーレント受信する時に用いられるＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）など）を用いた場合、現実的な回路規模で実装できる反面、波形等化係数の収束に時間がかかるため、オーバヘッドが増大し、スループットが低下する。また、再帰最小二乗法（ＲＬＳ： Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）などに代表される短い時間で収束する適応等化アルゴリズムの適用も考えられる。しかし、収束時間が短くなる反面計算量が増加するため、実装回路規模が増大する。一方、ＬＭＳやＲＬＳのように再帰的に係数を計算せずに、トレーニング系列を用いてＯＮＵ−ＯＬＴ間の伝送特性を推定するゼロフォーシング法などを適用すると、波形等化係数の計算のためのオーバヘッドは前述の方式と比較し短くなる。しかしながら、トレーニング系列の受信時の伝送路特性に強く依存するため、波形等化器の安定性が低くなってしまう場合がある。

事前計算をした波形等化係数を用いる第２の手法は、上記のどのような適応等化アルゴリズムを用いたとしても、プリアンブルのうち波形等化係数の計算に要するオーバヘッド分を大きく削減することが期待される。特許文献１では、デジタルコヒーレント受信を用いたＴＤＭ−ＰＯＮの上り通信において、バースト信号の受信タイミングで波形等化係数を任意の値に初期化し、受信バースト信号毎に波形等化係数を計算するＯＬＴ構成と、初期化時に事前計測した波形等化係数を用いることを提案しているが、バースト信号の偏波変動による波形等化係数の再計算処理にかかる時間を考慮しておらず、実用性が低いと言える。

特開２０１５−８８８２１号公報

鈴木扇太ほか、「光通信ネットワークの大容量化に向けたディジタルコヒーレント信号処理技術の研究開発」、電子情報通信学会誌、Ｖｏｌ．９５、Ｎｏ．１２、ｐｐ．１１００−１１１６、２０１２ Ｋａｚｕｒｏ Ｋｉｋｕｃｈｉ，"Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ"，ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．２６，ＮＯ．１３，ｐｐ．１８１７−１８２２，ＪＵＬＹ １，２００８

本発明は、時分割で信号が送受信されるＴＤＭ−ＰＯＮ方式を用いた光通信システムに備わる局側装置（ＯＬＴ）において、バースト信号を受信する際に行う受信信号の波形等化処理に用いる波形等化係数の算出時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ＴＤＭ−ＰＯＮ方式の光通信システムにおいて、ＯＬＴが、スケジューリングした各ＯＮＵの光信号の到着タイミングに合わせて、受信信号の波形等化処理を行う波形等化機能のパラメータの値を初期化する。

具体的には、本発明に係る光通信システムは、
局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の光通信システムであって、
前記局側装置は、
加入者装置から受信したバースト信号の波形等化処理を行う信号処理部と、
加入者装置から局側装置へバースト信号を送信する通信タイミングを定める通信スケジューラ部と、
を備え、
前記通信スケジューラ部によって定められた加入者装置からの光信号の到着タイミングに合わせ、前記信号処理部の用いる波形等化係数を初期化する。

本発明に係る光通信システムでは、
前記通信スケジューラ部が通信タイミングを定めるための初期通信プロセスの情報を用いて加入者装置ごとに導出された前記波形等化係数を保持する情報保持部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記通信スケジューラ部によって加入者装置ごとに定められたバースト信号の到着タイミングに合わせ、前記情報保持部に保持されている加入者装置ごとの前記波形等化係数を用いて、前記波形等化係数を初期化する構成を採用しうる。

本発明に係る光通信システムでは、前記初期通信プロセスにおける前記バースト信号のプリアンブルは、前記初期通信プロセスの後の通常通信プロセスにおける前記バースト信号のプリアンブルよりも長い構成を採用しうる。

本発明に係る光通信システムでは、
前記信号処理部は、
前記初期通信プロセスの後の通常通信プロセスにおいて、
バースト信号を構成するバーストフレームの先頭のタイミングに、前記情報保持部に保持された波形等化係数を参照して前記波形等化係数の算出を開始し、
バースト信号を構成するバーストフレームの末尾のタイミングに、前記波形等化係数の算出を終了して前記情報保持部に保持された波形等化係数を更新する構成を採用しうる。

本発明に係る光通信システムでは、
前記信号処理部は、前記通常通信プロセスにおいて算出された波形等化係数の値の変動量が、設定された期間において、設定された閾値以下の場合、前記通常通信プロセスにおける波形等化係数の算出を停止する省電力動作を行う構成を採用しうる。

本発明に係る光通信システムでは、
前記信号処理部は、
前記省電力動作中の各加入者装置の受信信号状態を検出し、
受信信号状態が設定された閾値以下となった加入者装置が存在する場合、前記通常通信プロセスにおける当該加入者装置から送信されたバースト信号の受信時に、前記波形等化係数の算出を開始する構成を採用しうる。

本発明に係る光通信システムでは、
前記信号処理部は、
前記省電力動作中の各加入者装置から送信されたレポート信号を検出し、
レポート信号の検出されない加入者装置が存在する場合、前記通常通信プロセスにおける当該加入者装置から送信されたバースト信号の受信時に、前記波形等化係数の算出を開始する構成を採用しうる。

本発明に係る光通信システムでは、
デジタルコヒーレント受信方式を用いてバースト信号を受信する光受信部を備え、
前記線形光受信部の受信信号の偏波状態をバースト信号毎に補償した後に、前記波形等化処理を行う構成を採用しうる。

具体的には、本発明に係る通信装置は、
局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の光通信システムにおける前記局側装置として機能する通信装置であって、
加入者装置から受信したバースト信号の波形等化処理を行う信号処理部と、
加入者装置から局側装置へバースト信号を送信する通信タイミングを定める通信スケジューラ部と、
を備え、
前記通信スケジューラ部によって定められた加入者装置からの光信号の到着タイミングに合わせ、前記信号処理部の用いる波形等化係数を初期化する。

具体的には、本発明に係る波形等化方法は、
局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の光通信システムにおいて、前記局側装置が加入者装置から受信したバースト信号の波形等化処理を行う波形等化方法であって、
加入者装置から局側装置へバースト信号を送信する通信タイミングを定める通信スケジューラ手順を有し、
前記通信スケジューラ手順によって定められた加入者装置からの光信号の到着タイミングに合わせ、前記波形等化処理に用いる波形等化係数を初期化する。

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、受信信号の波形等化機能の安定性を低下させることなく、毎バースト信号受信時の波形等化係数の計算時間を短縮することができ、スループットの向上が可能となる。

バースト信号の一例を示す。 第一の実施形態に係るＯＬＴの構成の一例を示す。 第二の実施形態に係るＯＬＴの構成の一例を示す。 第三の実施形態に係るＯＬＴの第１の構成例を示す。 第三の実施形態に係るＯＬＴの第２の構成例を示す。 偏波・位相ダイバーシティ光受信部の構成の一例を示す。 第三の実施形態に関連するＯＬＴの構成の一例を示す。 第四の実施形態に係る通信プロセスの一例を示す。 第四の実施形態に係る信号処理部及びＭＡＣ部の制御例を示す。 第五の実施形態に係る信号処理部及びＭＡＣ部の第１の制御例を示す。 第五の実施形態に係る信号処理部及びＭＡＣ部の第２の制御例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。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。

図２に、実施形態に係るＯＬＴの構成の一例を示す。実施形態に係るＯＬＴ９１は、複数のＯＮＵから送信されたバースト信号を受信するために、光受信部１１、ＡＤ変換部１２、信号処理部１３、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）部１４を備える。光受信部１１は、受信信号を光電変換する。ＡＤ変換部１２は、光受信部１１から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。信号処理部１３は、ＡＤ変換部１２からのデジタル信号を用いて演算処理を行う。信号処理部１３は、波形等化部３１を備え、受信信号の波形等化処理をＯＮＵごとに行う。ＭＡＣ部１４は、デジタル信号に対してＭＡＣフレーム処理を行う。ＭＡＣ部１４は、通信スケジューラ部４１を備え、各ＯＮＵとＯＬＴ間の通信時間のスケジューリングを行う。

光受信部１１において光電変換された受信信号は、ＡＤ変換部１２にてデジタル信号に標本化、量子化された後、信号処理部１３で波形等化処理を施される。波形等化処理を施されたデジタル信号は、復号の後、ＭＡＣ部１４に入力されＭＡＣフレーム処理される。前述の通り、バースト信号の受信において、受信するバースト信号毎に特性が異なるため、信号処理部１３の波形等化処理に有する係数は、バースト信号毎に最適化する必要がある。信号処理部１３における波形等化係数の算出処理を毎バースト信号の受信時に行うことを想定すると、算出処理時間に対するマージンをプリアンブル内に設ける必要が有る。そのため、実装する適応等化アルゴリズムによってスループットが大きく低下する場合がある。

一方、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの上り通信では、ＯＬＴ９１と各ＯＮＵ間の初期認証フェーズにて行う初期通信プロセス（便宜上、ディスカバリプロセスと呼ぶ。）を経た後、ＯＬＴ９１のスケジューリングした通信タイミングにしたがって、ＯＮＵが信号を送信する。したがって、ディスカバリプロセスを行う初期通信を経た後の通信においては、ＯＬＴ９１は各ＯＮＵから送信されたバースト信号を受信する順番、およびタイミング情報を有する。このため、ディスカバリプロセス後の通常通信プロセス（便宜上、ＤＢＡプロセスと呼ぶ。）においては、ＯＬＴ９１は、ＯＮＵから送信されたバースト信号の受信タイミングを、ＯＮＵごとに予測することができる。

そこで、実施形態に係るＯＬＴ９１は、ディスカバリプロセスにおいて、ディスカバリプロセスにて取得可能な情報を用いて波形等化部３１の波形等化係数ＣＦをＯＮＵごとに求めておき、その後のＤＢＡプロセスにおいて、予めＯＮＵごとに求めた波形等化係数ＣＦを用いて、波形等化部３１における波形等化処理をＯＮＵごとに行う。これにより、実施形態に係るＯＬＴ９１は、受信信号の波形等化機能の安定性を低下させることなく、毎バースト信号受信時の波形等化係数ＣＦの計算時間を短縮することができ、スループットの向上が可能となる。

＜第一の実施形態＞
上記に着目し、本実施形態では、初期通信時に取得した各ＯＮＵの送信するバースト信号に対応する波形等化係数ＣＦをＭＡＣ部１４に保存し、ディスカバリプロセス以降のＤＢＡプロセス時に初期値として活用する。

ＭＡＣ部１４は、通信スケジューラ部４１を備える。通信スケジューラ部４１は、動的帯域割り当て（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムなどに代表される各ユーザの通信時間を割り当てるスケジューリング機能を持つ。ＭＡＣ部１４は、通信スケジューラ部４１の定める各バースト信号の受信タイミングに合わせて、信号処理部１３の波形等化部３１を前述の波形等化係数ＣＦを用いて初期化する。これにより、本実施形態は、ディスカバリプロセス以降における波形等化係数ＣＦの算出時間を大幅に削減する。

図２に、本実施形態に係るＯＬＴの構成の一例を示す。ＯＬＴ９１は、ＭＡＣ部１４に保持された波形等化係数ＣＦを用い、通信スケジューラ部４１の定めるバースト信号の受信タイミングにおいて信号処理部１３の波形等化部３１の係数を初期化する経路を有する。当該経路はディスカバリプロセスにおいて、算出した波形等化係数ＣＦをＭＡＣ部１４に保持するための経路として用いてもよい。

＜第二の実施形態＞
本実施形態では、ＯＬＴ９１が強度変調−直接検波方式を用いてバースト信号を受信する。図３に、本実施形態に係るＯＬＴの構成の一例を示す。ＯＬＴ９１は、線形光受信部１１Ａ、ＡＤ変換部１２、信号処理部１３、およびＭＡＣ部１４を有する。

信号処理部１３は、例えばフレーム検出部３２、波形等化部３１、クロックデータリカバリ部３３を有する。フレーム検出部３２は、バーストフレームの先頭及び末尾を検出する機能を有する。フレーム検出手法としては、例えば、ＡＤ変換されたデジタル信号のパワーを任意の閾値と比較することで、バーストフレームの立ち上がり及び立下りを検出する手法がある。

波形等化部３１は、ＡＤ変換されたデジタル信号に対し、時間軸波形等化フィルタ又は周波数軸波形等化フィルタを用いて波長分散補償を行う。これらのフィルタは、適応等化アルゴリズムによって波形等化係数ＣＦの算出および更新を行う。

ＭＡＣ部１４は、通信スケジューラ部４１と、情報保持部４２を有する。情報保持部４２は、各ＯＮＵのＬＬＩＤ（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｌｉｎｋ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）と、各ＯＮＵに対応する波形等化係数ＣＦを持ち、通信スケジューラ部４１の定めるバースト信号の受信タイミングにおいて、信号処理部１３の波形等化部３１のフィルタ係数を初期化する。波形等化部３１は、前述のフレーム検出部３２の検出したバーストフレームの末尾のタイミングで波形等化係数ＣＦを再度算出し、情報保持部４２に保存する。

なお、通信スケジューラ部４１と情報保持部４２間の情報の授受において、情報保持部４２が通信スケジューラ部４１の有する各ＯＮＵの送信するバースト信号の受信タイミングを参照するプル型又は通信スケジューラ部４１が情報保持部４２に受信タイミングを通知するプッシュ型のどちらを用いても良い。

＜第三の実施形態＞
本実施形態では、ＯＬＴ９１がデジタルコヒーレント受信方式を用いてバースト信号を受信する。図４に、本実施形態に係るＯＬＴの構成の一例を示す。ＯＬＴ９１は、ＯＮＵ構成の簡略化のため、単一偏波変調されたバースト信号を受信する構成を想定する。ＯＬＴ９１は、コヒーレント受信のための局発光源、偏波・位相ダイバーシティ光受信部１１Ｂ、ＡＤ変換部１２、信号処理部１３、ＭＡＣ部１４を有する。信号処理部１３は、例えばフレーム検出部３２、クロックリカバリ部３４、偏波補償部３５、波形等化部３１、波長オフセット・位相補償部３７、および復調部３８を有する。

なお、波長オフセット・位相補償部３７は、クロックリカバリ部３４の前段にあっても良い。また、クロックリカバリ部３４は、図５に示すように、受信デジタル信号から検出したクロックずれ量を基に、ＡＤ変換部１２のサンプリング位相・周波数を調整するアナログフィードバック型でも良い。例えば、ＤＡ変換部５１がクロックリカバリ部３４によって復元されたクロックをアナログ信号に変換し、位相調整回路５２がＤＡ変換部５１からのアナログ信号に従ってＡＤ変換部１２の位相を調整する。

偏波・位相ダイバーシティ光受信部１１Ｂは、例えば図６のように、偏波スプリッタ（ＰＢＳ： ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１１１Ｓ、パワースプリッタ（ＢＳ： ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）１１１Ｌ、光９０度ハイブリッド１１２Ｘ，１１２Ｙ、バランスドレシーバ１１３ＸＩ，１１３ＸＱ，１１３ＹＩ，１１３ＹＱを有し、各ＸＹ偏波のＩＱ成分を分離してバランスト受信する。ここで、偏波・位相ダイバーシティ受信部１１Ｂに入力する信号光の入力パワーをＰ_ｓとし、また、局発光のパワーをＰ_Ｌｏとすると、各バランス受信器で検出される受信電流は以下の式で表される。

上記の受信電流はそれぞれ、各ＸＹ偏波のＩＱ成分に対応する。式中において、αはＸＹ偏波間のパワーの比率、δはＸＹ偏波間の位相差、θ_ｓ（ｔ）は局発光と信号光のビート信号の位相、θ_ｎ（ｔ）は位相雑音を表す。単一偏波変調信号を受信した場合、強度変調成分と位相変調成分はそれぞれ式中のＰ_ｓ、θ_ｓ（ｔ）に相当する。

この時、ＯＬＴ９１の受信するバースト信号光の偏波状態は伝送路状況に応じて時間的に変化するため、αやδの値は受信するバースト信号毎に異なる値をとる。また、ファイバの振動などに起因して、バーストフレーム内においても変動する場合がある。

図７に示すような、実施形態に関連する連続光用のデジタルコヒーレント受信構成では、非特許文献１に記載の通り、波形等化部３１によって上記の偏波状態の変化を含む受信信号特性の変化に追従する。したがって、偏波状態の変化に応じて波形等化部３１のフィルタ係数は変化する。事前測定の際の受信バーストフレームの偏波状態と異なるバースト信号を受信した場合、偏波変動に対して波形等化係数ＣＦを再度算出することが好ましい。

本実施形態では、信号処理部１３の波形等化部３１の前段において、偏波状態の変動や変化を補償することで、偏波変動による波形等化係数ＣＦの再度の算出を省略することができ、事前測定した初期値を入力することによる波形等化係数ＣＦの算出時間の削減効果を最大化できる。偏波補償部３５として、例えば非特許文献２に記載の最適荷重合成法を用いた偏波補償などが挙げられる。この方式では前述のＸＹ偏波間のパワー比α、および位相差δの値を推定し、各ＸＹ偏波のＩＱ信号に対し、それぞれの強度に比例した重みと、位相回転成分の補正を加えて代数的に加算することで偏波合成を行う。これにより波形等化部３１に入力される信号は偏波状態に依らない。

波形等化部３１は、偏波補償部３５によって偏波状態を補償された信号に対し、時間軸波形等化フィルタ又は周波数軸波形等化フィルタを用いて波形等化処理を施す。これらのフィルタは、適応等化アルゴリズムによって波形等化係数ＣＦの算出、および更新を行う。

ＭＡＣ部１４は第二の実施形態と同様に、通信スケジューラ部４１と、情報保持部４２を有する。情報保持部４２は、各ＯＮＵのＬＬＩＤと、各ＯＮＵに対応する波形等化係数ＣＦを持ち、通信スケジューラ部４１の定めるバースト信号の受信タイミングにおいて、信号処理部１３の波形等化部３１のフィルタ係数を波形等化係数ＣＦで初期化する。波形等化部３１は、前述のフレーム検出部３２の検出したバーストフレームの末尾のタイミングで情報保持部４２に再度算出した波形等化係数ＣＦを保存する。

なお、通信スケジューラ部４１と情報保持部４２間の情報の授受において、情報保持部４２が通信スケジューラ部４１の有する各ＯＮＵの送信するバースト信号の受信タイミングを参照するプル型、又は通信スケジューラ部４１が情報保持部４２に受信タイミングを通知するプッシュ型のどちらを用いても良い。

＜第四の実施形態＞
本実施形態では、図８を参照しながら、ＯＬＴ９１が新規接続されたＯＮＵ９２の認証を行うディスカバリプロセスと、例えばＤＢＡアルゴリズムに従い各ＯＮＵ９２の通信時間を割り当てることでＯＬＴ９１−ＯＮＵ９２間で通信を行うＤＢＡプロセスの例を示す。

ディスカバリプロセスは、一定周期で動作し、ＯＮＵ９２の認証を行う。まず、ＯＬＴ９１は下り信号としてＤｉｓｃｏｖｅｒｙ ｇａｔｅ信号と呼ばれる認証用の上り送信許可メッセージＳ１１を全てのＯＮＵ９２に向けて送信する。ＯＬＴ９１から未認証のＯＮＵ９２は上り送信許可メッセージＳ１１の受信後、一定のランダム時間の後、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｒｅｑｕｅｓｔ信号と呼ばれるＯＬＴへの登録要求メッセージＳ１２を送付する。この時、ＯＮＵ９２は、適応等化アルゴリズムによる波形等化係数ＣＦの算出処理に十分な長さのプリアンブル（便宜上、Ｌｏｎｇ ｐｒｅａｍｂｌｅと呼ぶ）を付加する。ＯＬＴ９１は、各ＯＮＵ９２の送信する登録要求メッセージＳ１２を受信し、波形等化部３１の波形等化係数ＣＦの算出、ＬＬＩＤの付与をした後、第２及び第３の実施形態に記載の情報保持部４２に波形等化係数ＣＦとＬＬＩＤを保持する。

以上の一連のフェーズでは、正確に通信スケジューリングを行うため、ＯＬＴ９１と各ＯＮＵ９２間のラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）を計測するレンジングも同時に行う。また、ＯＬＴ９１が有する各ＯＮＵ９２の送信する登録要求メッセージＳ１２を受信するための時間枠はＲａｎｇｉｎｇ ｗｉｎｄｏｗと呼ばれる。ここでは、この初期通信時の一連のフェーズを便宜上、レンジングと称する。

次に、ＯＬＴ９１は、割り当てたＬＬＩＤ、および上り送信時刻を記載したＲｅｇｉｓｔｅｒ信号Ｓ１３、およびＧａｔｅ信号Ｓ１４を当該ＯＮＵ９２に向け送信する。Ｒｅｇｉｓｔｅｒ信号Ｓ１３、およびＧａｔｅ信号Ｓ１４を受信したＯＮＵ９２は、割り当てられた上り送信時刻に従ってＲｅｇｉｓｔｅｒ ＡＣＫ信号Ｓ１５を送付する。

ＯＬＴ９１は事前にスケジューリングした各ＯＮＵ９２の上り信号の受信タイミングから予測される予測受信時間に、情報保持部４２の有する各ＯＮＵ９２に対応する波形等化係数ＣＦを用いて波形等化部３１を初期化し、受信信号処理を行う。この時、ＯＮＵ９２の送信するＲｅｇｉｓｔｅｒ ＡＣＫ信号Ｓ１５は、ＯＬＴ９１において事前計測された波形等化係数を用いることから、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ｒｅｑｕｅｓｔ信号Ｓ１２と比較し短いプリアンブル長（便宜上、Ｓｈｏｒｔ ｐｒｅａｍｂｌｅと呼ぶ）を用いる。以上のＯＬＴ９１におけるＲｅｇｉｓｔｅｒ ＡＣＫ信号Ｓ１５の受信をもって、一連のディスカバリプロセスは終了する。

以降、ＯＮＵ９２はＯＬＴ９１の通信スケジューラ部４１の定める任意の上り送信時刻において、ＯＬＴ９１に上り通信量を通知するレポート（ｒｅｐｏｒｔ）信号Ｓ１７と、上りデータであるＭＡＣフレームを送信するＤＢＡプロセスに移る。ＤＢＡプロセスにおいても、Ｒｅｇｉｓｔｅｒ ＡＣＫ信号Ｓ１５と同様に、Ｓｈｏｒｔ ｐｒｅａｍｂｌｅを用いる。

図９に、信号処理部１３、およびＭＡＣ部１４の制御例を示す。最初にレンジング時か否かの判断を行う（Ｓ４０１）。レンジング時の場合は（Ｓ４０１においてＹｅｓ）、バーストフレームの先頭検出後（Ｓ４０２）、波形等化部３１の波形等化係数を全ＯＮＵに対して共通の一般的な初期値に設定する（Ｓ４０３）。その後、適応等化アルゴリズムによる波形等化係数ＣＦの算出を開始し（Ｓ４０４）、バーストフレームの末尾を検出するとともに（Ｓ４０５）、波形等化係数ＣＦの算出処理を終了する（Ｓ４０６）。その後、ＭＡＣ部１４の付与したＬＬＩＤと算出した波形等化係数ＣＦを関連付けた上で（Ｓ４０７）、情報保持部４２に保存する（Ｓ４０８）。

ＤＢＡプロセスを含むレンジング時以外の場合では（Ｓ４０１においてＮｏ）、通信スケジューラ部４１及び情報保持部４２の情報を基に（Ｓ１０１）、各ＯＮＵ９２に対応する予測受信時間に合わせて波形等化部３１を初期化する（Ｓ１０２）。このとき、波形等化部３１に入力される波形等化係数ＣＦは、レンジング時、又は、１ＤＢＡサイクル前のバースト信号受信時に算出した各ＯＮＵに対応する波形等化係数ＣＦを用いる。バーストフレームの先頭を検出後（Ｓ１０３）、適応等化アルゴリズムによる波形等化係数ＣＦの算出を開始し（Ｓ１０４）、バーストフレームの末尾を検出し（Ｓ１０５）、バーストフレームの末尾のタイミングにおいて算出処理を終了する（Ｓ１０６）。算出した波形等化係数ＣＦは、情報保持部４２に格納、更新される。

なお、バーストフレームの末尾を検出したタイミングにおいて、通信スケジューラ部４１及びユーザ情報保持部４２の情報を基に、次に受信するＯＮＵのバースト信号に合わせて波形等化部３１を初期化してもよい。以降の実施形態においても同様に実施可能である。

＜第五の実施形態＞
本実施形態では、波形等化部３１は、主としてＯＬＴ９１と各ＯＮＵ９２間の伝送特性によって生じる波形歪を補償する。また、受信信号に対し、適応的に波形等化係数ＣＦを更新し続けることで、伝送特性の時間変化に対応する。そのため、波形等化係数ＣＦの更新周期は、伝送特性の時間変化の周期と同等であるか又は短い必要が有る。一方で、波長分散や送受信器の帯域制限等の伝送特性の時間変化の周期は、バーストフレーム長又はＤＢＡプロセスの周期より長いと考えられる。したがって、レンジング時の波形等化係数ＣＦの算出処理の終了後は、波形等化係数ＣＦの算出頻度を下げ、算出処理による電力消費を最小化することができる。

したがって、図１０の制御例に示すように、レンジング後ではＳｈｏｒｔ ｐｒｅａｍｂｌｅ内のみ波形等化係数ＣＦの算出処理を行う構成や、図１１に示すように、レンジング時に取得した係数を常に用い、受信したバーストフレームごとの波形等化係数ＣＦの算出処理を省略する構成であっても良い。

例えば、図１０の制御例に示すように、通信スケジューラ部４１及び情報保持部４２の情報を基に（Ｓ２０１）、波形等化係数ＣＦを波形等化部３１に入力する（Ｓ２０２）。バーストフレームの先頭を検出後（Ｓ２０３）、プリアンブル時間内のみ波形等化係数ＣＦを算出し（Ｓ２０４）、情報保持部４２に保持されている波形等化係数ＣＦを更新する（Ｓ２０５）。

例えば、図１１の制御例に示すように、通信スケジューラ部４１及び情報保持部４２の情報を基に（Ｓ３０１）、各ＯＮＵ９２に対応する予測受信時間に合わせ、保持されている波形等化係数ＣＦを波形等化部３１に入力する（Ｓ３０２）。

この時、ＯＮＵ９２毎に波形等化係数ＣＦの算出処理の停止を判断しても良い。波形等化係数ＣＦの算出処理の停止による省電力動作に移るトリガは、各ＯＮＵ９２の送信するバーストフレームに対し、ある一定の期間の波形等化係数ＣＦの変動量を検知し、一定の閾値以下の場合において波形等化係数ＣＦの算出処理を省略する構成がある。また、Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＳＤ）のような光信号の受信状態をモニタする機能を用いて、受信信号特性の変動量が一定の閾値以下の場合を省電力動作のトリガとしてもよい。

一方で、前述の省電力動作中に伝送特性が変動した場合、上り信号を正しく検出できなくなる可能性がある。ＯＮＵ９２の送信するレポート信号Ｓ１７が検出できない場合、ＯＬＴ９２において当該ＯＮＵ９２の上りデータ信号の送信時間が割り当てられない。そのような状況が一定時間経過したＯＮＵ９２は、リンク断したとＯＬＴ９１が判断するため、通信断される。

そこで、本実施形態では、省電力動作へ移行する時と同様に、例えばＳｉｇｎａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＳＤ）のような光信号の受信状態をモニタする機能を用いて、受信信号特性の劣化を検知し、波形等化係数ＣＦの算出処理を再開する。上記の光信号受信状態モニタ機能は、例えば誤り訂正機能の誤り訂正数を監視するようなモニタでも良い。また、各ＯＮＵ９２の送信するレポート信号Ｓ１７の有無を計測し、認証されているＯＮＵのうち、ある一定期間レポート信号Ｓ１７が検出されていないＯＮＵ９２に対して波形等化係数ＣＦの算出処理を再開しても良い。以上により、信号処理部１３の省電力動作が実現される。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１：光受信部
１１Ａ：線形光受信部
１１Ｂ：偏波・位相ダイバーシティ光受信部
１２：ＡＤ変換部
１３：信号処理部
１４：ＭＡＣ部
３１：波形等化部
３２：フレーム検出部
３３：クロックデータリカバリ部
３４：クロックリカバリ部
３５：偏波補償部
３７：波長オフセット・位相補償部
３８：復調部
４１：通信スケジューラ部
４２：情報保持部
９１：ＯＬＴ
９２：ＯＮＵ

Claims (10)

1. 局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の光通信システムであって、
   前記局側装置は、
   加入者装置から受信したバースト信号の波形等化処理を行う信号処理部と、
   加入者装置から局側装置へバースト信号を送信する通信タイミングを定める通信スケジューラ部と、
   を備え、
   前記局側装置は、前記通信スケジューラ部によって定められた加入者装置からの光信号の到着タイミングに合わせ、前記信号処理部の用いる波形等化係数を初期化する、
   光通信システム。
2. 前記局側装置は、前記通信スケジューラ部が通信タイミングを定めるための初期通信プロセスの情報を用いて加入者装置ごとに導出された前記波形等化係数を保持する情報保持部をさらに備え、
   前記信号処理部は、前記情報保持部に保持されている加入者装置ごとの前記波形等化係数を用いて、前記波形等化係数を初期化する、
   請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記初期通信プロセスにおける前記バースト信号のプリアンブルは、前記初期通信プロセスの後の通常通信プロセスにおける前記バースト信号のプリアンブルよりも長い、
   請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記信号処理部は、
   前記初期通信プロセスの後の通常通信プロセスにおいて、
   バースト信号を構成するバーストフレームの先頭のタイミングに、前記情報保持部に保持された波形等化係数を参照して前記波形等化係数の算出を開始し、
   バースト信号を構成するバーストフレームの末尾のタイミングに、前記波形等化係数の算出を終了して前記情報保持部に保持された波形等化係数を更新する、
   請求項２又は３に記載の光通信システム。
5. 前記信号処理部は、前記通常通信プロセスにおいて算出された波形等化係数の値の変動量が、設定された期間において、設定された閾値以下の場合、前記通常通信プロセスにおける波形等化係数の算出を停止する省電力動作を行う、
   請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記信号処理部は、
   前記省電力動作中の各加入者装置の受信信号状態を検出し、
   受信信号状態が設定された閾値以下となった加入者装置が存在する場合、前記通常通信プロセスにおける当該加入者装置から送信されたバースト信号の受信時に、前記波形等化係数の算出を開始する、
   請求項５に記載の光通信システム。
7. 前記信号処理部は、
   前記省電力動作中の各加入者装置から送信されたレポート信号を検出し、
   レポート信号の検出されない加入者装置が存在する場合、前記通常通信プロセスにおける当該加入者装置から送信されたバースト信号の受信時に、前記波形等化係数の算出を開始する、
   請求項５又は６に記載の光通信システム。
8. デジタルコヒーレント受信方式を用いてバースト信号を受信する光受信部を備え、
   前記線形光受信部の受信信号の偏波状態をバースト信号毎に補償した後に、前記波形等化処理を行う、
   請求項１から７のいずれかに記載の光通信システム。
9. 局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の光通信システムにおける前記局側装置として機能する通信装置であって、
   加入者装置から受信したバースト信号の波形等化処理を行う信号処理部と、
   加入者装置から局側装置へバースト信号を送信する通信タイミングを定める通信スケジューラ部と、
   を備え、
   前記通信スケジューラ部によって定められた加入者装置からの光信号の到着タイミングに合わせ、前記信号処理部の用いる波形等化係数を初期化する、
   通信装置。
10. 局側装置が複数の加入者装置の送信する時間的に間欠なバースト信号を受信するＴＤＭ−ＰＯＮ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式の光通信システムにおいて、前記局側装置が加入者装置から受信したバースト信号の波形等化処理を行う波形等化方法であって、
    加入者装置から局側装置へバースト信号を送信する通信タイミングを定める通信スケジューラ手順を有し、
    前記通信スケジューラ手順によって定められた加入者装置からの光信号の到着タイミングに合わせ、前記波形等化処理に用いる波形等化係数を初期化する、
    波形等化方法。

Images