JP4386786B2

JP4386786B2 - 光通信システム

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Publication number: JP4386786B2
Application number: JP2004125830A
Authority: JP
Inventors: 智暁吉田; 俊二木村; 晋西原; 崇史山田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: JP2005311708A

Description

本発明は、１芯光ファイバを用いた波長分割多重（ＷＤＭ）光アクセス方式による双方向光アクセスネットワークに適用される光通信システムに関するものである。

光通信に用いる波長を各ユーザ個別に割り当てることにより、光ファイバを共有しながらもユーザそれぞれが異なる伝送速度で通信が可能になる波長分割多重光アクセスサービスへの注目が高まっている。長距離中継ネットワークや都市間（メトロ）ネットワークについてはすでに波長分割多重技術の適用が進められているが、アクセス系への波長分割多重技術の適用においては、さらに徹底して装置コスト、運用コストを低減させる技術開発が求められる。特に、１芯光ファイバで双方向通信を実現することは、ファイバ敷設や運用コストを低減させることが可能であるため、光アクセスネットワークにおいて必須である。

ところが、図８に示すような従来の１芯双方向波長分割多重方式をＮ（Ｎは２以上の整数）ユーザ用に波長分割多重して構成した光アクセスネットワークにおいては、コストの低減が困難である。図８に示す光アクセスネットワーク構成では、Ｎ個のユーザからの光信号を集線し終端するよう局側に設置された親ノードＯＬＴ（optical line terminal）と、親ノードＯＬＴからの光信号を終端しユーザが送信した信号を親ノードＯＬＴへ転送するＮ個の子ノードＯＮＵ(optical netwerk unit)がそれぞれ設置されている。ＯＮＵ_ｎはｎ（１≦ｎ≦Ｎ）番目のユーザの子ノードである。親ノードＯＬＴには、送信器Ｔと受信器Ｒを１組とするＮ個の送受信器と合分波用の光フィルタＷＦ_OLTが設置され、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nには送信器Ｔ_nと受信器Ｒ_nからなる送受信器と合分波用の光フィルタＷＦ_nが設置されている。WF_Lは１芯光ファイバＦに対する合分波用の光フィルタである。

親ノードＯＬＴと子ノードＯＮＵ間で送受信される光信号は、親ノードＯＬＴの光フィルタＷＦ_OLTから子ノードＯＮＵ側の光フィルタＷＦ_Lまでは１芯の光ファイバＦを通過し、光フィルタＷＦ_Ｌと各子ノードＯＮＵにて上り方向（親ノードＯＬＴ方向）に合波、下り方向（子ノードＯＮＵ方向）に分波される。親ノードＯＬＴおよび各子ノードＯＮＵは、送信信号用の直流光源（図８では図示せす）を持ち、Ｎ個のユーザそれぞれに割り当てられた異なる波長の直流光（ＣＷ：continuous wave、別名非変調光)を発する。ここで、各子ノードＯＮＵを設置するユーザ側の環境は様々な条件や時間的変化が想定され、安定した動作を行うための対策が必要となる。例えば、直流光源としてよく用いられるレーザダイオード（ＬＤ）は、温度や経年劣化などによって波長が敏感に変動するために、波長を安定化させる機構を付加する必要があり、装置コスト、運用コスト上昇の要因となる。

そこで、子ノードＯＮＵの発光波長を安定化させるための厳しい動作条件を軽減してコスト低減を実現する方法として、例えば非特許文献１に示されるように、Ｎ個のユーザに対してそれぞれ割り当てられた波長を親ノードＯＬＴ側から直流光として供給し、子ノードＯＮＵにて変調して折り返す光ループバック方式が提案されている。

この光ループバック方式によれば、子ノードＯＮＵにおける上り方向光信号の発光波長の管理を、比較的環境条件を安定させやすいサービス事業者の収容局側に設置する親ノードＯＬＴ側で行うことが可能である。また、ユーザが使用する子ノードＯＮＵの波長などの設定作業を行うために、事業者が各ユーザを巡回する必要もなくなる。よって、装置コスト、運用コストを低減することが可能になり、波長分割多重光アクセスの実現に有望な方法のひとつである。しかし、上記光ループバック方式は通常下り方向と上り方向で別の光ファイバを通過させる、いわゆる２芯構成で実現される。

また、例えば非特許文献２で指摘しているように、１芯双方向光ファイバを用いた場合に問題が生じることが知られている。これは親ノードＯＬＴ側から発する上り光信号用としての光（直流光）と、子ノードＯＮＵからループバックされ変調されて親ノードＯＬＴへ送信される上り光信号は必然的に同じ波長となるためである。このとき、光ファイバ線路の接続点やレイリー後方散乱などにより、送信した直流光の一部が送信方向とは逆方向に反射、散乱し、上り受信光信号に加えられる。これらの反射散乱光成分は受信光信号に対しては雑音であり、受信光信号とビート干渉を引き起こし、深刻な受信品質劣化を引き起こすことが知られており、干渉クロストーク雑音と呼ばれる。非特許文献３は光ループバック方式においてこの干渉クロストーク雑音によって受信品質劣化が実際に生じることを実験によって示している。

そこで、この干渉クロストーク雑音を低減するために、これまでさまざまな方法が提案されている。第１の従来例は、非特許文献４などに示されるように、信号帯域よりも十分高い速度で直流光を変調することにより、親ノードＯＬＴ側から供給される直流光のスペクトル幅を広げる方法である。この方法によりビート雑音成分を親ノードＯＬＴ側の受信器の受信可能周波数帯域外に広げ、その受信器にて濾波することで、干渉クロストーク雑音成分を抑圧するものである。

図９に第１の従来例の構成を示す。ここでは、親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲ_nの光変調器Ｍ_n4において、直流光源ＣＷ_nの直流光を周波数発振器ＬＯ_nの発生する周波数で高速に位相変調することによって、親ノードＯＬＴから発せられる下り方向の直流光の周波数スペクトルを広げるとともに、親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲ_nの受信器Ｒ_nにおいて信号受信に必要な帯域を制限して通過させる。Ｃ_nは親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲ_nの光サーキュレータである。よって、親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲ_nの受信器Ｒ_nにおいて、子ノードＯＮＵ_nにて折り返してくる変調光と伝送路の途中で反射、散乱して戻ってくる光信号とによって発生するビート雑音の高調波成分が除去される。なお、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nの送信器は、光サーキュレータＣ_un、直流光を増幅する光増幅器Ａ_n、送信すべき信号で直流光を強度変調する光変調器Ｍ_n1から構成される。

第２の従来例は、例えば特許文献１などに示されるように、もともとからスペクトルの広い直流光源を使用する方法であり、スペクトルスライス法と呼ばれる。

図１０にその第２の従来例の構成を示す。ここでは、直流光源ＣＷは十分広い波長スペクトルを持つ光源であり、Ｎ個の子ノードＯＮＵに割り当てられたＮ個の波長帯にフィルタリングされる。ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nでは、スライスされた直流光を光サーキュレータＣ_unを経由して光増幅器Ａ_nで増幅し、光変調器Ｍ_n1で送信すべき信号で強度変調し、再度光サーキュレータＣ_unを経由して親ノードＯＬＴへ送信する。親ノードＯＬＴは上り光信号用の波長フィルタＷＦ_RにてＮ個の子ノードＯＮＵに対応した波長に分波された光信号を受信する。波長フィルタＷＦ_Rによってスライスされる光の波長スペクトルは電気信号の周波数スペクトルに比べて十分広く、よって発生する干渉クロストーク雑音成分のスペクトルも大きくなる。このため、親ノードＯＬＴの受信器Ｒ₁〜Ｒ_Nの受信帯域制限によって、高周波の成分を濾波し、干渉クロストーク雑音成分を抑圧することが可能になる。

第３の従来例は、例えば特許文献２に示されるように、供給される直流光に対して子ノードＯＮＵ側で周波数変調を行い、親ノードＯＬＴに配置したアレイ導波路型回折格子ＡＷＧを用いたフィルタで隣接する波長帯へ周波数変換して受信する方法である。

図１１にその第３の従来例の構成を示す。ｎ番目の子ノードＯＮＵ_n側で光変調器Ｍ_n2で行う周波数変調用の周波数発振器ＬＯ_nの周波数は単一であり、ｆ_mとする。図１２に下り方向（変調前）および変調後の上り方向の光周波数スペクトルを示す。光変調器Ｍ_n5で行う周波数変調によって、下り方向の直流光の光周波数ｆ_nuの両側にも、変調周波数ｆ_m間隔ごとに信号成分が生じる。特許文献２においては下り方向の直流光の中心周波数ｆ_nu（＝ｆ_nu1）から＋ｆ_m、又は−ｆ_mだけ離調した周波数成分をアレイ導波路型回折格子ＡＷＧにて濾波し、上り方向の信号として受信する（図１１，１２では＋ｆ_mだけ離調した周波数成分（＝ｆ_nu2）を受信する場合を示した）。伝送路の途中で生じたレイリー反射やコネクタ反射の光周波数はｆ_nuであるため、干渉クロストーク雑音の影響を受けにくくなる。

N.J.Frigo 他,"A wavelength-division multiplexed passive optical network with cost-shared components,"IEEE Photonics Technology Letters,vol.6,no.11,pp.1365-1367,1994. R.D.Feldman 他,"An evaluation of architectures incorporating wavelength division multiplexing for broad-band fiber access,"Journal of Lightwave Tchnology,vol.16,no.9,pp.1546-1559,1998. M.D.Feuer 他，"Backrefrection and loss in single-fiber loopback networks,"IEEE Photonics Technology Letters,vol.12,no.8,pp.1106-1108,2000. P.K.Pepeljugoski 他，"Interferometric noise reduction in fiber-optic links by superposition of high frequency moduation,"Journal of Lightwave Techno1ogy, vol.10,no.7,pp.957-963,1992. 特開平１１−１６３７９４号公報特開２００２−１１８５３８号公報

しかし、前記第１の従来例は、反射光成分と上り光信号成分のビート雑音のスペクトル成分を受信器の受信可能周波数帯域外よりも広げることが必要である。それを実現するために変調度を大きくするか、信号速度よりも高い周波数で変調しなければならない。

また、前記第２の従来例は、ユーザを多重するために切り出す波長帯の幅は波長分割多重光フィルタの性能によって決まる。波長幅が大きいほど光ファイバ線路の分散の影響を受け、特に信号が高速になるに従って波形の劣化が著しく、そのために伝送可能な信号速度が制限される。その一方、波長幅を狭めると出力される信号強度が弱まり、光アクセスサービスに必要な出力を得ることができないという問題がある。

さらに、前記第３の従来例は、隣接するキャリアの片側の周波数成分のみを濾波するため、受信するパワーは少なくとも半分以下に減少してしまい効率が悪い。また、アレイ導波路型回折格子ＡＷＧの各チャネルの透過特性を、直流光の波長にあわせるだけでなく、変調された上り光信号の波長にもあわせる必要があるため、高い精度の製造技術が必要であり、子ノードＯＮＵ側の変調用周波数発振器やアレイ導波路型回折格子ＡＷＧの作製精度に大きな負担を強いることになるという問題がある。

本発明の目的は、上記した波長分割多重光アクセスネットワークにおいて、高速な信号での１芯双方向光ループバック方式を実現するために、上り方向の信号受信における干渉クロストーク雑音を経済的に低減にすることである。

請求項１にかかる発明の光通信システムは、直流光源および受信器を備える親ノードと、子ノードとを具備し、前記親ノードは、前記直流光源から１芯光ファイバを介して前記子ノードに対して割り当てられた波長λ _nu の直流光を供給し、前記子ノードは、前記親ノードから供給される直流光を前記１芯光ファイバを介して受信し変調して前記親ノードに前記１芯光ファイバを介して上り信号として送り返し、前記親ノードは、前記子ノードから前記１芯光ファイバを介して送り返される前記上り光信号を前記受信器で受信する光通信システムにおいて、前記親ノードは、前記直流光源に接続される第１のポートと、前記子ノードに接続される第２のポートと、前記受信器に接続される第３のポートとを有し、且つ前記第１のポートと前記第２のポートの間においては前記波長λ _nu の光を通過しそれ以外の波長の光を遮断する特性を有し、前記第２のポートと前記第３のポートの間においては前記波長λ _nu の光を遮断しそれ以外の波長の光を通過する特性を有する第１の光フィルタを具備し、前記子ノードは、前記親ノードからの直流光に対して送信すべき信号により強度変調を行う第１の光変調器と、該第１の光変調器で変調された光信号に対して前記波長λ _nu に対応する周波数ｆ _nu の成分を抑圧し前記周波数ｆ _nu の両側波帯にスペクトルを生成する周波数変換を行う第２の光変調器とを具備し、該第２の光変調器で変調された光信号を前記１芯光ファイバを介して前記親ノードに前記上り信号として送り返すことを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の光通信システムにおいて、前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して、第１種０次ベッセル関数の値が０付近になる変調度の単一周波数を用いた位相変調により行うことを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の光通信システムにおいて、前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して、少なくとも前記親ノードで復号するために必要な周波数帯の１／２以上の単一周波数の正弦波を用いてマッハツェンダ型強度光変調器により変調特性の最も消光する位置を中心として行う強度変調により行うことを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記親ノードは、前記第１の光フィルタの前記第２のポートからの光信号出力を受信し、該受信した光信号の強度が最大となるように前記直流光源の発光波長を制御する制御手段を具備することを特徴とする。

請求項５にかかる発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、前記親ノードは、前記直流光源の波長と異なる波長の光を用いて前記子ノード方向への下り光信号を送信する送信器と、前記下り光信号と前記直流光と前記子ノードからの上り光信号とを合分波する第２の光フィルタをと具備し、前記子ノードは、前記下り光信号を受信する受信器と、前記下り光信号と前記直流光と前記第２の光変調器からの上り光信号とを合分波する第３の光フィルタとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、光ループバック方式を１芯双方向で構成する際に、伝送路中に発生する反射や散乱光による干渉クロストーク雑音を経済的に低減させることができる。すなわち、第１の従来例で用いられる光変調器Ｍn₄の位相変調速度は、上り方向の光信号の所要周波数帯域よりも十分高いことが必要であるの対し、本発明によれば、親ノード側に設置される３ポートをもつ光フィルタが、反射や散乱光を遮断し、遮断波長以外の信号光を通過するに十分な特性を持つことにより、波長変換のための変調速度は信号受信帯域以下の速度でも干渉クロストーク雑音の抑圧が可能である。

また、第２の従来例では干渉クロストーク雑音を抑圧するためには広いスペクトル幅の直流光源が必要であり、その変調信号は分散の影響による信号品質の劣化が生じるのに対し、本発明によれば親ノードの３ポートをもつ光フィルタにおいて受信器方向へ遮断する波長帯域を十分狭めることで、必要とされる子ノードにて行う周波数変換の変調周波数を低くして信号のスペクトル広がりを抑制し、より多くのユーザを多重することが可能である。よって本発明により、親ノードから子ノードの上り方向の波長を指定する高速かつ低コストな波長分割多重ネットワークが実現可能となる。

また、第３の従来例では受信する上り方向の信号強度はアレイ導波路型回折格子ＡＷＧによって少なくとも半分以下になり、パワーの利用効率が悪く、また、アレイ導波路型回折格子ＡＷＧの各チャネルの精度は下り方向の直流光の波長だけでなく、上り方向の変調された光信号の波長にも合わせる必要があり、高い精度の作製精度が要求されるのに対し、本発明によれば、上り方向の変調された光信号のスペクトル成分はほぼそのまま受信器へ通過するため、信号パワーの利用効率が高い。また、親ノード側で用いる３ポートをもつ光フィルタは例えば誘電体多層膜本来の透過特性と反射特性を利用できるため、下り方向の直流光の中心スペクトルに合わせて作製すればよく、第３の従来例で用いるようなフィルタの製造における負担を軽減できる。

本発明では、親ノードに上り通信用の直流光源と光フィルタを具備させ、子ノードに該直流光源から直流光を供給するときにその光フィルタを通過させ、子ノードでその直流光を変調して親ノード送り返すときにもその光フィルタを通過させる。この光フィルタは、直流光源に接続される第１のポートと、子ノードに接続される第２のポートと、受信器に接続される第３のポートとを有し、第１のポートから第２のポートへ向かう光の波長通過減衰特性を第２のポートから前記第３のポートへ向かう光の波長通過減衰特性に対して反転させた特性とする。これにより、上り方向の直流光の反射や散乱光はその光フィルタによって遮断され、受信器には子ノード側で変調された信号成分が取り込まれる。また、子ノードでの変調には送信すべき信号によって直流光を強度変調した上に、さらに単一の周波数によって周波数変換を行う。よって、強度変調および周波数変換された上り光信号が光フィルタを通過して受信器に取り込まれる。以下、詳しく説明する。

図１は本発明の実施例１の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す図である。本実施例１ではＮ個のユーザ毎に異なる波長の下り光信号と異なる波長の上り光信号が割り当てられている。ｎ番目については、下り光信号の波長は入_nd、上り光信号の波長はλ_nuである。

まず、下り光信号について説明する。下り光信号は親ノードＯＬＴから光フィルタWF_OLTを経由して１芯光ファイバＦに入力され、光フィルタWF_Lで分波され、さらにｎ番目の子ノードＯＮＵ_n内の光フィルタＷＦ_nで分波され、その子ノードＯＮＵ_n内の受信器Ｒ_nで受信される。ただし、本実施例１は下り光信号の波長については上り光信号に使用する波長と異なることが条件であり、その条件を満たす他の通信方式、分波合波方法は本発明を適用するに当たって本質的な制限とならない。また、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_n内の光フィルタＷＦ_nについては必ずしもその子ノードＯＮＵ_n内にある必要はなく、ファイバ敷設コストや子ノードＯＮＵ_nの製造コストなどから、必要に応じて光フィルタＷＦ_Lと統合し、その光フィルタＷＦ_Lからｎ番目の子ノードＯＮＵ_nまでは２芯の光ファイバで構成することも可能である。

次に上り光信号について説明する。親ノードＯＬＴのｎ番目の送受信器ＴＲ_nについて、割り当てられた波長ｆ_nuの光信号を発する直流光源ＣＷ_nには、伝送線路での反射戻り光による撹乱によって発光レベルが不安定になることを防ぐために光アイソレータＩ_nが接続される。ただし、直流光源ＣＷ_nが想定する伝送路からの反射戻り光に十分耐えうる設計、製造がなされている場合は、光アイソレータＩ_nは省略可能である。直流光源ＣＷ_nから発せられる光信号は光フィルタＦ_nに入力される。

この光フィルタＦ_nは、図２に示すように第１〜第３のポートａ〜ｃを持つ。図３の上部には光フィルタＦ_nの通過特性と遮断特性が示されている。光フィルタＦ_nのポートａとポートｂ間においては割り当てられた波長ｆ_nuが通過するようにし、それ以外の波長については遮断特性とする。また、ポートｃとポートｂ間においては前記ポートａとポートｂ間の特性とは逆に、波長ｆ_nuを遮断し、それ以外の波長は通過特性とする。ポートｃにはポートｂから入力される上り信号が通過し、受信器Ｒ_nに入力される。この光フィルタＦ_nの相補的な特性は、通常よく用いられる誘電体多層膜による光フィルタの特性を利用することで、低コストで実現できる。一般に誘電体多層膜やエタロンでは透過する波長以外については、反射する特性を持っており、光フィルタを作製するときに、透過光を集光するポートに加えて、反射光を集光するポートを設置することで本発明の光フィルタＦ_nを実現することが出来る。

次に子ノードＯＮＵの機構について説明する。ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nの光フィルタＷＦ_nと光サーキュレータＣ_nuを通過した上り用の直流光は、減衰した信号を親ノードＯＬＴ側で十分に受信可能となるレベルとするために光増幅器Ａ_nで増幅される。ただし、直流光源ＣＷ_nから発せられる光出力強度レベルが、伝送路や装置全体における減衰を受けても、親ノードＯＬＴ側のｎ番目の受信器Ｒ_nの最小受光感度以上になる場合は、光増幅器Ａ_nを省略することが可能である。

光増幅器Ａ_nで増幅された直流光は、送信すべき信号に応じて強度変調する光変調器Ｍ_n1によって、上り方向へ送信するＮＲＺまたはＲＺの光信号に変調される。光変調器Ｍ_n1で変調された光信号は後段の光変調器Ｍ_n2によってさらに変調（周波数変換）される。この光変調器Ｍ_n2においては、親ノードＯＬＴ側のｎ番目の光フィルタＦ_nにおいて、ポートｂからポートｃへ通過するように、信号スペクトルを単一周波数発振器ＬＯ_nに従って周波数変換を行う。そして光変調器Ｍ_n2の光出力は光サーキュレータＣ_nuに入力されて、上り光信号として親ノードＯＬＴに送信される。

ただし、ここに示したｎ番目のＯＮＵ_n側の機構については一例に過ぎず、上り用の直流光を光変調器Ｍ_n1によって上り信号として強度変調し、さらに親ノードＯＬＴ側のｎ番目の受信器ＴＲ_nの光フィルタＦ_nにおいてポートｂからポートｃへ通過するような周波数変換を施して折り返す処理を行う構成であることが、本発明における本質的な条件である。また、各子ノードＯＮＵに用いられる各部品は、何らかの設定を行うことなく使用するあらゆる波長に対応できるよう、広い波長幅で動作する部品で構成されることが望ましい。

親ノードＯＬＴ側のｎ番目の送受信器ＴＲ_nの光フィルタＦ_nにおいて、ポートｂからポートｃへと光信号を通過させるために、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_n側の光変調器Ｍ_n2にて行う周波数変換の基本的な考え方は、直流光源ＣＷ_nから送信された光電界を特定の方式で変調することにより、そのスペクトルがλ_nuに対応する周波数成分ｆ_nuを十分抑圧し、ｆ_nu以外の周波数に変換されるように変調を行うことである。本実施例１では位相変調方式を使用する。

光変調器M_n2で位相変調を行う場合は、単一周波数発振器ＬＯ_nにより親ノードＯＬＴのｎ番目の送受信器ＲＴ_nの光フィルタＦ_nでポートｂからポートｃへ通過するに十分に高い単一周波数ｆ_mで位相変調する。このとき、位相変調の変調度は、０次ベッセル関数が０付近となる値とする。以下、直流光源ＣＷ_nから発せられる直流光の周波数ｆ_nuを周波数ｆ_mで位相変調することにより、直流光の波長λ_nuが抑圧されて、その両波側帯にスペクトルが生成されることを示す。

直流光源ＣＷ_nから発せられる光を単一周波数の直流光とし、その波長はλ_nuであるので、その光周波数ｆ_nuは、

で表される。ｃは光の速度である。この直流光の電界強度をＡとすると、電界は以下のように表される。

光変調器Ｍ_n2にて変調周波数ｆ_m、変調度βの単一周波数で位相変調された電界は以下のようになる。

この式をフーリエ級数展開すると、

となる。ただし、Ｊ_n(x)は第１種ｎ次ベッセル関数である。このとき、直流光源ＣＷ_nから発せられる光と同じ光周波数ｆ_nu成分を持つ項は、

となる。また、隣接するサブキャリアの周波数を持つ項は、

となり、ｆ_nuから±ｆ_mだけ離れた位置にサブキャリアが発生する。

ここで位相変調の変調度βを第１種０次ベッセル関数の値が０付近になるように選ぶ。第１種０次べッセル関数を図４に示す。例えばβを２．４付近に選べばｆ_nuの周波数成分が抑圧された信号光に変換できる。周波数変換を行うための単一周波数ｆ_mは図９で示した第１の従来例とは異なり、光フィルタＦ_nの帯域幅を十分小さくすることによって、信号速度に関わらない発振周波数を用いて干渉クロストーク雑音の抑圧が可能となる。本発明においては、例えば子ノードＯＮＵにて上り光信号をＮＲＺもしくはＲＺの信号に変調するためのクロック信号回路を利用することにより、より簡易に変調周波数ｆ_mを生成することが可能である。

図５は本発明の実施例２の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す図である。この実施例２は、直流光源ＣＷ_nから送信された光電界を光変調器M_n3で強度変調することにより、その周波数成分ｆ_nuを十分抑圧し、ｆ_nu以外の周波数に変換する。ここでは、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nの単一周波数発振器ＬＯ_nにより、親ノードＯＬＴ側のｎ番目の送受信器ＴＲ_nの受信器Ｒ_nで復号可能に十分な帯域の１／２より高く、かつ光フィルタＦ_nでポートｂからポートｃへ通過するに十分に高い単一周波数ｆ_mで、光電界を正負対称に強度変調を行う。すなわち、この強度変調は、親ノードで復号するために必要な周波数帯の１／２以上の単一周波数の正弦波を用いて例えばマッハツェンダ型強度光変調器における変調特性の最も消光する位置を中心として行う。

ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nでは、前述した位相変調方式と同様に、光変調器Ｍ_n3にて変調周波数ｆ_m、変調度αの単一周波数で正負均等に強度変調された電界は、以下のようになる。

従って、光変調器Ｍ_n3によって上り光信号は光周波数ｆ_nu±ｆ_m上に周波数変換され出力される。この変調方式は、光変調器としてよく用いられるニオブ酸リチウムを利用する、図６に示されるような強度光変調器の印加電圧−光出力強度曲線において、谷になる部分を中心に左右対称となる変調電圧値にて変調を行うことにより実現できる。

この強度変調においては、親ノードＯＬＴのｎ番目の受信器Ｒ_nから出力される信号には２ｆ_mのビート成分が含まれる。よって、このビート成分を受信器Ｒ_nにおいて復号に必要な帯域よりも大きくなるように選ぶ。すなわち、光変調器M_n3の変調周波数ｆ_mを親ノードＯＬＴの受信器Ｒ_nが復号に必要とする周波数帯域の１／２以上とし、受信器Ｒ_nに低域通過フィルタＬＰＦ_nを配置することにより、２ｆ_mのビート成分を簡易に除去可能となる。変調周波数ｆ_mは例えば子ノードＯＮＵにて上り信号をＮＲＺもしくはＲＺの信号に変調するためのクロック信号回路を利用することにより、より簡易に生成することが可能である。受信器Ｒ_nそのものが十分な遮断特性を持つ低域通過フィルタである場合は、ＬＰＦ_nは省略することが可能である。

以上の実施例１および実施例２で行った周波数変換と光フィルタＦ_nの透過帯域、遮断帯域の関係を図３上部に示す。ポートａからポートｂにおいては直流光源ＣＷ_nから発せられる波長λ_nuが伝送路方向へ通過する。このとき発光スペクトルは図３の下部の点線に示すスペクトルであり、上部の点線の透過スペクトルを持つポートａとポートｂ間を通過する。一方、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_ｎで位相変調又は強度変調された光信号は、図３下部の実線のようなスペクトルとなり、図３上部にあるポートｂとポートｃ間の通過帯域により光フィルタＦ_nを受信器Ｒ_n方向へ通過する。このとき、波長λ_nuをもつｎ番目の子ノードＯＮＵ_n方向に発せられる直流光は、伝送路中のコネクタやファイバ本来の持つレイリー散乱によって反射、散乱されて戻ってくるが、この反射光や散乱光についてはｎ番目の子ノードＯＮＵ_nにて変調する前のスペクトルと同じであり、ポートｂからポートａへと通過する。よって、親ノードＯＬＴのｎ番目の受信器Ｒ_nで受信される光信号は、伝送路中で発生する反射、散乱光の影響を受けない。

図７は本発明の実施例３の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す図である。本発明において親ノードＯＬＴに配置する光フィルタＦ_nの通過波長帯域は狭く設定することが望ましい。なぜならば、ｎ番目の子ノードＯＮＵ_nにて行う位相変調又は強度変調の変調周波数を低くすることが可能となり、さらに、光フィルタＦ_nを通過する上り光信号の損失をより小さく抑えることが可能になるからである。しかし、下り方向のｎ番目の直流光源ＣＷ_nの発光波長と光フィルタＦ_nの透過波長を合わせることが難しくなる。

そこで、本実施例３では光フィルタＦ_nのポートｂからの出力光を光結合器（図示せず）で分波し、モニタＭＯN_nでその光強度をモニタリングし、その光強度が最大になるよう制御部ＣＴＬ_nで直流光源ＣＷ_nの発光波長を制御する機構を付加している。これにより、親ノードＯＬＴより出力される下り方向の直流光の出力を常に最大化させることが可能となる。

本発明の実施例１の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。実施例１における光フィルタＦ_nの説明図である。実施例１における動作を説明するための光フィルタＦ_nの透過特性および遮断特性と、子ノードＯＮＵ_nで変調される前後の上り方向用の光信号のスペクトルの関係を示す説明図である。第１種０次ベッセル関数Ｊｏ（β）の説明図である。本発明の実施例２の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。実施例２に用いる強度変調を行う際の変調電圧の選択方法の説明図である。本発明の実施例３の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。上り下りに異なる波長を用いる従来の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。ループバック方式として提案されている第１の従来例を示す説明図である。ループバック方式として提案されている第２の従来例を示す説明図である。ループバック方式として提案されている第３の従来例を示す説明図である。第３の従来例における上り方向と下り方向の光周波数スペクトルを示す説明図である。

符号の説明

Ｆ：１芯光ファイバ
ＯＬＴ：親ノード
ＯＮＵ₁，ＯＮＵ_n，ＯＮＵ_N：子ノード
ＴＲ₁，ＴＲ_n，ＴＲ_N：送受信器
Ｒ₁，Ｒ_n，Ｒ_N：受信器
Ｔ₁，Ｔ_n，Ｔ_N：送信器
ＷＦ_OLT，ＷＦ_L，ＷＦ_R，ＷＦ_n，ＷＦ_N，F_n：光フィルタ
ＣＷ，ＣＷ_n：直流光源
Ｍ_n1，Ｍ_n2，Ｍ_n3，Ｍ_n4：光変調器
Ｃ_OLT，Ｃ_nu：Ｃ_n：光サーキュレータ
Ｉ_n：光アイソレータ
ＡＷＧ：アレイ導波路型回折格子
ＬＰＦ_n：低域通過フィルタ
ＣＴＬ_n：制御部
ＭＯＮ_n：モニタ

Claims

直流光源および受信器を備える親ノードと、子ノードとを具備し、
前記親ノードは、前記直流光源から１芯光ファイバを介して前記子ノードに対して割り当てられた波長λ _nu の直流光を供給し、
前記子ノードは、前記親ノードから供給される直流光を前記１芯光ファイバを介して受信し変調して前記親ノードに前記１芯光ファイバを介して上り信号として送り返し、
前記親ノードは、前記子ノードから前記１芯光ファイバを介して送り返される前記上り光信号を前記受信器で受信する
光通信システムにおいて、
前記親ノードは、前記直流光源に接続される第１のポートと、前記子ノードに接続される第２のポートと、前記受信器に接続される第３のポートとを有し、且つ前記第１のポートと前記第２のポートの間においては前記波長λ _nu の光を通過しそれ以外の波長の光を遮断する特性を有し、前記第２のポートと前記第３のポートの間においては前記波長λ _nu の光を遮断しそれ以外の波長の光を通過する特性を有する第１の光フィルタを具備し、
前記子ノードは、前記親ノードからの直流光に対して送信すべき信号により強度変調を行う第１の光変調器と、該第１の光変調器で変調された光信号に対して前記波長λ _nu に対応する周波数ｆ _nu の成分を抑圧し前記周波数ｆ _nu の両側波帯にスペクトルを生成する周波数変換を行う第２の光変調器とを具備し、
該第２の光変調器で変調された光信号を前記１芯光ファイバを介して前記親ノードに前記上り信号として送り返す
ことを特徴とする光通信システム。
請求項１に記載の光通信システムにおいて、
前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して、第１種０次ベッセル関数の値が０付近になる変調度の単一周波数を用いた位相変調により行う
ことを特徴とする光通信システム。
請求項１に記載の光通信システムにおいて、
前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して、少なくとも前記親ノードで復号するために必要な周波数帯の１／２以上の単一周波数の正弦波を用いてマッハツェンダ型強度光変調器により変調特性の最も消光する位置を中心として行う強度変調により行う
ことを特徴とする光通信システム。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信システムにおいて、
前記親ノードは、前記第１の光フィルタの前記第２のポートからの光信号出力を受信し、該受信した光信号の強度が最大となるように前記直流光源の発光波長を制御する制御手段を具備する
ことを特徴とする光通信システム。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光通信システムにおいて、
前記親ノードは、前記直流光源の波長と異なる波長の光を用いて前記子ノード方向への下り光信号を送信する送信器と、前記下り光信号と前記直流光と前記子ノードからの上り光信号とを合分波する第２の光フィルタをと具備し、
前記子ノードは、前記下り光信号を受信する受信器と、前記下り光信号と前記直流光と前記第２の光変調器からの上り光信号とを合分波する第３の光フィルタとを具備する
ことを特徴とする光通信システム。