JP4029074B2 - 波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステム - Google Patents

波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステム Download PDF

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Description

本発明は受動型光加入者ネットワーク方式の通信システムに関し、特に波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワーク方式の通信システムに関する。
電話局からビルディング及び一般家庭までの加入者ネットワーク構成のために提案されている方法には、マルチデジタル加入者回線(x-Digital Subscriber Line、ｘＤＳＬ)、ＨＦＣ(Hybrid Fiber Coax)、ＦＴＴＢ(Fiber To The Building)、ＦＴＴＣ(Fiber To The Curb)、ＦＴＴＨ(Fiber To The Home)などがある。
上述したＦＴＴｘ(即ち、ＦＴＴＢ、ＦＴＴＣ、ＦＴＴＨ)は能動型光加入者ネットワーク(Active Optical Network、ＡＯＮ)の構成のための能動型ＦＴＴｘと受動型光加入者ネットワーク(Passive Optical Network、ＰＯＮ)の構成のための受動型ＦＴＴｘに区分することができる。受動型光加入者ネットワークは受動素子による点対多点(point-to-multipoint)のトポロジー(topology)を有する通信ネットワーク構成により、今後、経済性の高い光加入者ネットワーク実現方式として提示されている。即ち、受動型光加入者ネットワークは多様な通信媒体、デジタル衛星放送などのような高画質、大容量デジタルメディアの開発及び普及に応じて通信需要に柔軟に対応することができ、多数の加入者へ安定的な通信サービスを提供することができる。
受動型光加入者ネットワークは、一つの光線路終端(Optical Line Termination、ＯＬＴ)に、多数の光ネットワーク素子(Optical Network Unit、ＯＮＵ)を１×Ｎの受動型光分配器を使用して連結した分散トポロジー構造の光ネットワークシステムである。
即ち、受動型光加入者ネットワークはサービス提供者である中央局(ＣＯ：Central Office)から入力された下向き光信号を多分割して多数の加入者(Subscribers)へ伝送する地域局で構成された通信システムである。
受動型光加入者ネットワークは地域局まで単一光ファイバで連結し、地域局で各加入者それぞれへの独立した光線路を提供する通信システムである。 受動型光加入者ネットワークは時分割多重化方式(ＴＤＭ：Time Division Multiplexing)、または波長分割多重化方式(ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing)などの受動型光加入者ネットワークシステムに適用することができる。
時分割多重化方式は同一波長帯域を時間的に分割するための方式で、各加入者は中央局の時間基準に応じて同期化される必要があり、需要が増加するとき、その拡充が技術的、経済的な要因により難しい。一方、波長分割多重化方式は、中央局で各加入者へ相異なる波長を割り当てることにより、同時に複数のデータ伝送が可能な方式として、各加入者は割り当てられた波長の信号を利用して双方向通信を遂行することができる。
図１は従来技術に従う波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワークシステムの構成を示す。図１を参照すると、受動型光加入者ネットワークは、中央局１１０と、光ファイバ１４０と、地域局１２０と、多数の加入者１３０と、を含む。
中央局１１０は、各加入者へ伝送する下向き光信号を出力するための多数の光送信器１１１と、波長分割逆多重化/多重化器１１３と、多数の光受信器１１２と、を備えている。波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワークシステムは、各加入者へ与えられた固有の波長を利用して双方向通信する通信システムである。従って、セキュリティが確実に保障され、通信ネットワークを迅速に拡充することができる。
光送信器１１１は、図１に示されたように、λ１〜λｎまでの波長範囲の下向き光信号を波長分割逆多重化/多重化器１１３に出力し、波長分割逆多重化/多重化器１１３はその下向き光信号を多重化して地域局１２０に出力する。
光送信器１１１は光源として分散フィードバックレーザアレイ(Distributed feedback laser array)、多波長レーザ(Multi-frequency laser：ＭＦＬ)、スペクトル分割方式光源(Spectrum-Sliced light source)、非干渉性光により波長ロックされた光を生成するファブリー・ペローレーザ(Mode-locked fabry-perot laser with incoherent light)などの干渉性レーザ光源を使用する。
しかし、分散フィードバックレーザアレイ(Distributed feedback laser array)、多波長レーザ(Multi-frequency laser：ＭＦＬ)などは使用可能な波長範囲は広いが、波長選択性と安定化手段を必ず設けるべき問題がある。また、ファブリー・ペローレーザ光源などはこれに比べて干渉性光源を容易に得ることはできるが、選択可能な波長の範囲が狭くて多数のチャネルを提供することができない。また、スペクトル分割された信号を高速に変調して伝送する場合にはモード分割雑音(Mode partition noise)による性能低下が激しいとの問題がある。
上述した干渉性レーザ光源の外に発光ダイオード(ＬＥＤ)、または超発光ダイオードなどのような非干渉性光源もあり、使用可能な波長範囲が広く、安価であるとの利点があるが、変調帯域幅と出力が低くて、長距離送受信のための通信ネットワークに不適合という問題がある。
以上のような問題要因を解決するために、光ファイバ増幅器で生成される自然放出光(Amplified Spontaneous Emission Light：ＡＳＥ light)を光源に使用する方法などが提案されている。しかし、自然放出光を光源に使用した場合にはＬｉＮｂＯ３などの別の外部変調器をさらに設けなければならないなどの問題がある。
光受信器１１２はフォトダイオード(Photodiode)などで構成することができ、波長分割逆多重化/多重化器１１３を通じて入力された上向き光信号を電気信号に変換して出力する。
波長分割逆多重化/多重化器１１３はアレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Grating：ＡＷＧ)のような波長分割多重化器(Wavelength Division)などで構成可能であり、このような逆多重化/多重化器１１３は、光ファイバ１４０と連結された一端に配置された一つの第１ポートとその他端に配置された多数の第２ポートとを有している。即ち、逆多重化/多重化器１１３は、第１ポートに入力された上向き光信号を各第２ポートに出力し、第２ポートに入力された下向き光信号を第１ポートに出力する。しかし、アレイ導波路回折格子などは温度変化に応じた波長の移動現象が発生するので、温度を制御するための別の温度制御手段をさらに設けなければならず、これによりサイズ及び製造コストが上昇するなどの問題がある。
地域局１２０は中央局１１０と各加入者１３０との間に位置し、中央局１１０から受信された下向き光信号を多数の下向きチャネルに逆多重化して各加入者１３０へ送信し、各加入者１３０から受信された上向き光信号を多重化して中央局１１０に送信する。地域局１２０はアレイ導波路回折格子のような波長分割多重化/逆多重化器１２１などを使用することができる。
各加入者１３０は、光送信器１３２と、地域局１２０から該当下向き光信号を受信するための光受信器１３１と、を備えている。
光受信器１３１はフォトダイオードで構成可能であり、地域局１２０を通じて入力されたλ１〜λｎの波長範囲を有する下向き光信号を電気信号に変換して出力する。
光送信器１３２はレーザダイオードなどの干渉性光源を使用し、中央局１１０から出力される下向き光信号の波長範囲と相異なる波長範囲を使用する。即ち、上向き光信号はλｎ＋１〜λ２ｎの波長範囲を有するレーザダイオードから出力される。
従来技術の波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワークは、上述したように中央局で各加入者へ相異なる波長を割り当てることにより、保安性が優秀であり、性能向上が容易であるとの利点がある。また、レーザダイオードを光源に使用することにより、光のエネルギー密度が高くて長距離伝送が可能であり、波長選択性が優秀であるとの多くの利点がある。しかし、上述したように外部変調器、または波長安定化及び選択性を向上させるための別の手段をさらに設ける必要があり、経済的負担が大きく、サイズが大きくなるなどの問題がある。さらに、長距離送受信及び多数のチャネルを確保するために波長間選択性を確保する手段をさらに設ける必要もあり、これにより加入者の経済的負担が大きいという問題点がある。
従って、前述の問題点を解決するための本発明の目的は、低価格化が可能な波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステムを提供することにある。
このような目的を達成するための本発明は、下向き光信号を出力する中央局と、上向き光信号を出力する多数の加入者と、前記中央局から出力された下向き光信号を強度分割して前記各加入者へ伝送し、前記各加入者から出力された上向き光信号を前記中央局に出力する中央局との局間を光ファイバで連結された地域局と、を含む受動型光加入者ネットワークにおいて、中央局は、光ファイバから入力された上向き光信号を等しい強さで複数の上向き光信号に分割し、また、入力される下向き光信号を光ファイバに出力する光強度分配器と、分割後の上向き光信号を受信し、下向き光信号を光強度分配器に出力する複数の光通信器モジュールと、を備え、各光通信器モジュールは、半導体光増幅器及びこの半導体光増幅器から所定の間隔だけ離隔させた格子をもつ反射型光ファイバ格子を有し、半導体光増幅器と反射型光ファイバ格子との間で共振する所定波長の光を出力する光送信器と、該当波長の光のみを透過させる透過型光ファイバ格子及びこの透過型光ファイバ格子を通過した光を検出するための光検出器を有する光受信器と、を備え、光通信器モジュールは、光送信器からの下向き光信号を第２ポートを通じて光強度分配器に出力し、光強度分配器の第２ポートを通じて入力された上向き光信号を光受信器に出力する波長選択結合器をさらに有することを特徴とする。
光強度分配器は、局間の光ファイバと連結された第１ポートを有し、また、光通信器モジュールと連結された複数の第２ポートを有するものとする。この場合、半導体光増幅器は、光ファイバ格子を介して第２ポートに連結される。このような光強度分配器は、上向き光信号を強度分割して複数の第２ポートを通じて出力することができる。
また、地域局は、局間の光ファイバに連結された光強度分配器を有するものとし、このような地域局の光強度分配器は、局間の光ファイバと連結された一端の第１ポートと、他端に位置した複数の第２ポートと、を有するものとする。
また、各加入者は、光を発生させる半導体光増幅器及びこの半導体光増幅器から所定の間隔だけ離隔させた格子をもつ反射型光ファイバ格子を有し、半導体光増幅器と反射型光ファイバ格子との間で共振する所定波長の上向き光信号を出力する光送信器と、地域局で強度分割された下向き光信号中の該当波長の下向き光信号のみを透過させる光ファイバ格子及びこの光ファイバ格子を通過した光を検出するための光検出器を有する光受信器と、を備え、地域局は、中央局間の光ファイバと連結された一端の第１ポートと、他端に位置した複数の第２ポートと、を有し、光ファイバから受信された下向き光信号を等しい強さで分割して前記第２ポートを通じ各加入者に出力し、加入者から第２ポートを通じ受信された上向き光信号を第１ポートを通じて中央局に出力する光強度分配器を備え、加入者は、光送信器から入力された上向き光信号を地域局に出力するとともに地域局から入力された下向き光信号は光受信器に分岐出力する波長選択結合器をさらに有するものとする。
本発明に従う波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステムは、反射型光ファイバ格子と半導体光増幅器を共振器機能を有するように構成することにより、別の波長安定化のための手段がなくても出力光の増幅及び波長選択性を向上させることができる利点がある。
また、本発明に従う波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステムは、既設波長のみを選択することができる光ファイバ格子と光信号の強さを均等に多分割することができる光強度分配器とを使用することにより、別の温度制御手段を設けるべきであるアレイ導波路回折格子を使用しなくても受動型光加入者ネットワークシステムを構成することができる。
結果的に本発明は、従来の受動型光加入者ネットワークシステムに使用されていた光源とアレイ導波路回折格子を使用しなくても、より経済的であり、かつ安定的な性能を得ることができる受動型光加入者ネットワークシステムを提供することができる利点がある。
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
図２は、本発明に従う波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワークシステムの構成を示す。図２を参照すると、本発明に従う受動型光加入者ネットワークシステムは、中央局２００と、光ファイバ２３０と、地域局２４０と、多数の加入者２５０と、を含む。
中央局２００は、光強度分配器２２０と、光通信器モジュール２１０と、を備えている。
光強度分配器２２０は、光ファイバ２３０と連結された一端の第１ポートと、その他端に配置された多数の第２ポートと、を有し、第１ポートに入力された上向き光信号の強さを多分割して多数の第２ポートを通じ出力する。多分割された上向き光信号は同程度の強さを有する。また、光強度分配器２２０は第２ポートに入力された下向き光信号を第１ポートに出力する。このような光強度分配器２２０は１×Ｎビームスプリッタを使用して構成可能である。
光通信器モジュール２１０のそれぞれは、光強度分配器２２０の第２ポートと連結される。各光通信器モジュール２１０は第２ポートから上向き光信号を受信し、第２ポートに下向き光信号を出力する。
図３は、図２に示された光通信器モジュール２１０の構成を示す。図３を参照すると、光通信器モジュール２１０は、下向き光信号を出力する光送信器２１１と、上向き光信号を検出する光受信器２１５と、光強度分配器２２０の第２ポートに連結された波長選択結合器２１８と、を備えている。
光送信器２１１は、光を発生させる光源である半導体光増幅器２１２と、半導体光増幅器２１２から所定の距離だけ離隔させた格子をもち、波長選択結合器２１８を介し光強度分配器２２０の第２ポートと連結された反射型の光ファイバ格子２１４と、半導体光増幅器２１２から出力された光の強さをモニタリングする光検出器２１３と、から構成されている。この光送信器２１１は、半導体光増幅器２１２と光ファイバ格子２１４との間で共振する既設波長の光を出力する。
光ファイバ格子２１４には、所定の波長の光のみを反射させるためのブラッグ格子(Bragg Grating)パターンが形成された反射型光ファイバ格子などを使用することができる。また、半導体光増幅器２１２の代わりに発光ダイオードのような非干渉性光源なども使用可能である。
半導体光増幅器２１２の一面には高反射層を形成する。半導体光増幅器２１２から出力された光は光ファイバ格子２１４で反射されることにより、光ファイバ格子２１４と半導体光増幅器２１２との間を往復しながら必要な強さを有するようになる。光ファイバ格子２１４は共振光を全反射はさせず、その一部は透過させる。つまり、その一面に高反射層が形成された半導体光増幅器２１２と光ファイバ格子２１４とはファブリー・ペローレーザなどのエタロン(etalon)、またはレーザ光源の共振器の役割をもつものである。
このような光ファイバ格子２１４は、格子周期と光ファイバ格子２１４及び半導体光増幅器２１２間の間隔を調整することにより、所定波長の光信号のみを選択することができ、光信号に対する波長選択性も向上させることができる。
光受信器２１５は、波長選択結合器２１８を介し光強度分配器２２０の第２ポートと連結され、既設波長の光のみを透過させる透過型の光ファイバ格子２１７と、光ファイバ格子２１７を通過した光を検出する光検出器２１６と、から構成される。光検出器２１６にはフォトダイオードなどを使用し、光ファイバ格子２１７には、所定波長の光信号のみを選択的に透過させることができる長周期光ファイバ格子などを使用する。
図２及び図３を参照すると、波長選択結合器２１８は、光送信器２１１から入力された下向き光信号は第２ポートを通じて光強度分配器２２０に出力し、その光強度分配器２２０の第２ポートを通じて入力された上向き光信号は光受信器２１５に出力する。波長選択結合器２１８はＹ分岐(Y-Branch)構造の光導波路などを使用可能である。波長選択結合器２１８は、光送信器２１１から出力される下向き光信号と地域局２４０から受信された上向き光信号を分配する役割をする。
上向き光信号と下向き光信号には相異なる波長範囲の光が使用されている。例えば、下向き光信号にλ１〜λｎまでの波長範囲を使用すれば、上向き光信号にはλｎ+１〜λ２ｎの波長範囲の光を使用する。より具体的に、下向き光信号に１５５０ｎｍ波長範囲の光を使用すれば、上向き光信号には１３１０ｎｍ波長範囲の光をそれぞれ使用する。図５はこのような本例の光送信器２１１から出力された光のスペクトルを示す一例である。
地域局２４０は、中央局２００から受信された下向き光信号の強さを均等に分割した後、各加入者２５０へ伝送し、各加入者２５０から受信された上向き光信号を中央局２００に出力する。地域局２４０は、中央局２００と光ファイバ２３０に連結された一端の一つの第１ポートと、その他端に配置された多数の第２ポートと、を設けた光強度分配器２４１を有する。光強度分配器２４１は、各第２ポートが各加入者２５０と連結される。
図４は、図２に示された各加入者の構成を示す。図４を参照すると、各加入者２５０は、地域局２４０で均等に強さ分割された下向き光信号それぞれを受信するための光受信器２５５と、上向き光信号を出力するための光送信器２５１と、光強度分配器２４１の第２ポートに連結された波長選択結合器２５８と、を備えている。
光送信器２５１は、光を生成するための半導体光増幅器２５２と、半導体光増幅器２５２から所定の距離だけ離隔させた格子をもつ反射型の光ファイバ格子２５４と、半導体光増幅器２５２から出力された光の強さをモニタリングするための光検出器２５３とから構成され、半導体光増幅器２５２と光ファイバ格子２５４との間で共振する既設波長の上向き光信号を出力する。
光受信器２５５は、地域局２４０で強さ分割された下向き光信号中から既設波長の下向き光信号を透過させるための透過型の光ファイバ格子２５７と、光ファイバ格子２５７を通過した光を検出する光検出器２５６とから構成される。
波長選択結合器２５８は、地域局２４０から受信された下向き光信号を光受信器２５５に出力し、光送信器２５１から受信された上向き光信号を地域局２４０に出力する。波長選択結合器２５８は、Ｙ分岐(Y-Branch)構造の光導波路などを使用することができる。
図６は、光信号の波長範囲に応じたスペクトル分布を示すグラフである。図６を参照すると、本例の受動型光加入者ネットワークにおいて、光送信器は半導体増幅器、または発光ダイオードなどのような非干渉性光源と、ブラッグ格子形態の光ファイバ格子との間の間隔を調節することにより共振器として作用し、これにより生産費を節減しながらも光出力特性及び線幅特性は低下させずにすむ利点がある。さらに、別の温度制御手段を設けるべきであるアレイ導波路回折格子(Arrayed Waveguide Grating)などの素子を使用しなくてもよく、これによりサイズ節減及び生産費節減効果を得ることができる。
従来技術に従う波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワークシステムの構成を示す図。 本発明に従う波長分割多重化方式の受動型光加入者ネットワークシステムの構成を示す図。 図２に示された中央局を構成する光通信器モジュールの構成を示す図。 図２に示された加入者の構成を示す図。 本発明に従う光送信器の光スペクトルの一例を示すグラフ。 本発明に従う受動型光加入者ネットワークシステム上での光スペクトルの一例を示すグラフ。
符号の説明
２００ 中央局
２１０ 光通信器モジュール
２１１，２５１ 光送信器
２１２，２５２ 半導体光増幅器
２１３，２５３ 光検出器
２１４，２５４ 光ファイバ格子（反射型）
２１５，２５５ 光受信器
２１６，２５６ 光検出器
２１７，２５７ 光ファイバ格子（透過型）
２１８，２５８ 波長選択結合器
２２０，２４１ 光強度分配器
２３０ 光ファイバ（局間通信）
２４０ 地域局
２５０ 加入者

Claims (9)

  1. 下向き光信号を出力する中央局と、上向き光信号を出力する多数の加入者と、前記中央局から出力された下向き光信号を強度分割して前記各加入者へ伝送し、前記各加入者から出力された上向き光信号を前記中央局に出力する前記中央局との局間を光ファイバで連結された地域局と、を含む受動型光加入者ネットワークにおいて、
    前記中央局は、
    前記光ファイバから入力された上向き光信号を等しい強さで複数の上向き光信号に分割し、また、入力される下向き光信号を前記光ファイバに出力する光強度分配器と、
    前記分割後の上向き光信号を受信し、前記下向き光信号を前記光強度分配器に出力する複数の光通信器モジュールと、を備え、
    前記各光通信器モジュールは、
    半導体光増幅器及びこの半導体光増幅器から所定の間隔だけ離隔させた格子をもつ反射型光ファイバ格子を有し、前記半導体光増幅器と前記反射型光ファイバ格子との間で共振する所定波長の光を出力する光送信器と、
    該当波長の光のみを透過させる透過型光ファイバ格子及びこの透過型光ファイバ格子を通過した光を検出するための光検出器を有する光受信器と、
    を備え、
    前記光通信器モジュールは、
    前記光送信器からの下向き光信号を第２ポートを通じて前記光強度分配器に出力し、前記光強度分配器の第２ポートを通じて入力された上向き光信号を前記光受信器に出力する波長選択結合器をさらに有することを特徴とする波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステム。
  2. 光強度分配器は、
    局間の光ファイバと連結された第１ポートを有する請求項１記載の受動型光加入者ネットワークシステム。
  3. 光強度分配器は、
    光通信器モジュールと連結された複数の第２ポートを有する請求項２記載の受動型光加入者ネットワークシステム。
  4. 半導体光増幅器は、
    光ファイバ格子を介して第２ポートに連結される請求項３記載の受動型光加入者ネットワークシステム。
  5. 光強度分配器は、
    上向き光信号を強度分割して複数の第２ポートを通じて出力する請求項３記載の受動型光加入者ネットワークシステム。
  6. 地域局は、
    局間の光ファイバに連結された光強度分配器を有する請求項５記載のシステム。
  7. 地域局の光強度分配器は、
    局間の光ファイバと連結された一端の第１ポートと、他端に位置した複数の第２ポートと、を有する請求項５記載の受動型光加入者ネットワークシステム。
  8. 下向き光信号と上向き光信号の波長は相異なる波長帯域である請求項１記載の受動型光加入者ネットワークシステム。
  9. 前記各加入者は、
    光を発生させる半導体光増幅器及びこの半導体光増幅器から所定の間隔だけ離隔させた格子をもつ反射型光ファイバ格子を有し、前記半導体光増幅器と前記反射型光ファイバ格子との間で共振する所定波長の上向き光信号を出力する光送信器と、
    前記地域局で強度分割された下向き光信号中の該当波長の下向き光信号のみを透過させる光ファイバ格子及びこの光ファイバ格子を通過した光を検出するための光検出器を有する光受信器と、
    を備え、
    前記地域局は、
    前記中央局間の光ファイバと連結された一端の第１ポートと、他端に位置した複数の第２ポートと、を有し、前記光ファイバから受信された下向き光信号を等しい強さで分割して前記第２ポートを通じ前記各加入者に出力し、前記加入者から前記第２ポートを通じ受信された上向き光信号を前記第１ポートを通じて前記中央局に出力する光強度分配器を備え、
    前記加入者は、
    前記光送信器から入力された上向き光信号を前記地域局に出力するとともに前記地域局から入力された下向き光信号は前記光受信器に分岐出力する波長選択結合器をさらに有することを特徴とする請求項１記載の波長分割多重方式の受動型光加入者ネットワークシステム。
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