JP4451317B2 - ポイント−マルチポイント光通信システムおよび加入者側装置 - Google Patents

Description

この発明は、局側装置と複数の加入者側装置とが１つの光ネットワークを用い、上り光信号および下り光信号に異なる波長域を用いて時分割多重方式にてデータ送受信を行うポイント−マルチポイント光通信システムおよび加入者側装置に関するものである。

マルチメディアサービスを各家庭まで、伝送するアクセス系ネットワークでは、一般にＰＤＳ(Passive Double Star)システム、またはＰＯＮ(Passive Optical Network)システムと呼ばれるポイント−マルチポイント光通信システム（光バースト送受信網）が用いられる。これらのポイント−マルチポイント光通信システムは、国際標準規格ITU-T G983.1（ＡＴＭ−ＰＯＮ）または国際標準規格IEEE802.3ah（ＥＦＭ）などに規定されている。

このポイント−マルチポイント光通信システムでは、局側装置(ＯＬＴ：Optical Line Terminal、親局)を光ファイバ、光コネクタ、多重分岐器（スターカプラ）を含む光ネットワークを介して複数の加入者側装置(ＯＮＵ：Optional Network Unit、子局)に接続する。ＯＬＴが発する下り光信号は、各ＯＮＵ毎の所定のタイムスロットに割り当てられ、一斉に送信される。下り光信号は多重分岐器を介して各ＯＮＵで受信されるが、各ＯＮＵでは、自分のタイムスロットに対応するデータのみを抽出する。一方、各ＯＮＵからの上り光信号は、各ＯＮＵからのデータが衝突しないように互いのタイミングをずらせて送信される。これら上り光信号は、多重分岐器で時分割多重された後、ＯＬＴで受信される。各ＯＬＴでは、受信した時分割多重された上り光信号を夫々の情報に分離する。また、１本の光ケーブルで双方向通信を実現するために、上り光信号および下り光信号には異なる波長域が用いられている。

ところで、このようなポイント−マルチポイント光通信システムでは、多重反射による干渉の問題を有しており、特許文献１にはその干渉問題について記載されている。すなわち、あるＯＮＵから出力された上り光信号が光ネットワーク内の光コネクタなどで反射し、これがさらに反射（多重反射）されて他のＯＮＵから出力された上り光信号と同時にＯＬＴに入力されてしまうことがある。そして、このような多重反射の干渉が発生すると、ＯＬＴではこの多重反射光と正規の上り光信号とを分離することができず、特に多重反射光と正規の上り光信号との信号波長差がＯＬＴでの受信帯域よりも小さい場合にはコヒーレントクロストークになって、大きな受信感度劣化を生じてしまう。

例えば、国際標準規格IEEE802.3ah場合について、上り光信号と多重反射光との干渉による受信感度劣化量について説明する。IEEE802.3ah規定されている1000BASE-PX20-U規格では、ＯＮＵ側の光出力電力は「−１〜＋４ｄＢｍ」の範囲内、ＯＮＵからＯＬＴまでの伝送損失は「１０〜２４ｄＢ」の範囲内、ＯＮＵの送信波長における反射減衰量は「１０ｄＢ以上」、ＯＮＵから光ネットワーク側をみた反射減衰量は「２０ｄＢ以上」と規定されている。そして、この条件の下での上り光信号の最小受信電力は「−２５ｄＢｍ（＝−１ｄＢｍ−２４ｄＢ：最小光出力−最大伝送損失）」となり、この条件の下での多重反射光の最大受信電力は「−３６ｄＢｍ（＝＋４ｄＢｍ−（１０ｄＢ＋２０ｄＢ）−１０ｄＢ：最大光出力−１回の多重反射減衰量−最小伝送損失）」となる。

図８は上り光信号などの主信号電力と多重反射光などの雑音電力との比と、受信感度を示す１つの指標であるパワーペナルティとの関係を示す図である。図８において、横軸は主信号電力Ｓと雑音電力Ｘとの比（Ｓ／Ｘ比［ｄＢ］）、縦軸はビットエラーレート＝１Ｅ-12を基準とした時のパワーペナルティ（上り光信号の波長と多重反射光の波長が一致するコヒーレントクロストーク時のパワーペナルティと、それ以外の非コヒーレントクロストーク時のパワーペナルティの２通り）を示す。また、この特性は、ＯＮＵから送信される光信号はそれぞれ単一縦モードで発振していると仮定している。

IEEE802.3ahで規定される1000BASE-PX20-U規格に準拠している場合、このＳ／Ｘ比は「１１ｄＢ（＝−２５ｄＢｍ−（−３６ｄＢｍ）：上り光信号の最小受信電力−多重反射光の最大受信電力）となり、非コヒーレントクロストーク時には０．５ｄＢ以下のパワーペナルティでありエラー発生率の低い安定した通信が可能となるものの、上り光信号の波長と多重反射光の波長が一致したコヒーレントクロストーク時にはパワーペナルティは５ｄＢ以上にもなって、大きな受信感度劣化が生じてしまい、とても安定した通信を実現することはできない。

このような多重反射による干渉の問題を解決するために、特許文献１においては、各ＯＮＵは、ＯＬＴからの下り光信号の受信レベルを検出し、この受信レベルが所定のレベルよりも高い場合は、上り光信号のＯＬＴにおける受信レベルが低くなるようにその送信レベルを低下させることにより、ＯＬＴにおける多重反射光と上り光信号の受信レベル差を拡大するようにしている。

特許文献２においては、局側装置および加入者側装置において、送信時間領域と受信時間領域との切替えの際に、想定する最遠反射端からの光送信信号の１回の反射光が受信信号と重畳しない時間間隔のガード時間を設定するようにしている。

特許文献３においては、光ネットワークに設けられるスターカプラの光分岐部と複数の加入者側装置との間に、局内装置の信号受信レベルが平均化されるよう、各加入者側装置の信号レベルに応じた減衰量の光アッテネータを設けるようにしている。

特開２００１−６０９２１号公報 特開平１０−２３３７３４号公報 特開平１１−４１１７９号公報

特許文献１においては、ＯＬＴにおける多重反射光と上り光信号の受信レベル差を拡大するようにしているが、受信レベル差が少ないときなどにおいて、多重反射光と上り光信号を分離できない場合がある。特許文献２においては、送信時間領域と受信時間領域との切替えの際に、信号伝送を行わないガード時間を設けるようにしているので、信号伝送効率が低下するという問題がある。特許文献３においては、光ネットワーク上にアッテネータによる減衰量制御であるので、加入者側装置が増設、変更される度に、アッテネータの減衰量を調整しなくてはならないので、煩雑であり、保守性が悪いという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構成であって信号伝送効率が低下させることなく、多重反射光の干渉に起因する受信感度劣化を確実に抑制して、エラー発生率の低い安定した通信が実現可能なポイント−マルチポイント光通信システムおよび加入者側装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、１つの局側装置と、この局側装置との間で光通信によるデータ送受信を行う複数の加入者側装置と、光分岐手段を用いて局側装置および複数の加入者側装置を接続する光ネットワークとを備え、加入者側装置から局側装置への上り光信号および局側装置から加入者側装置への下り光信号に異なる波長域を用いて時分割多重方式にてデータ送受信を実行するポイント−マルチポイント光通信システムにおいて、各加入者側装置は、波長が異なる送信光源を夫々備え、各加入者側装置が異なる波長の上り光信号を送信することを特徴とする。

この発明によれば、加入者側装置は、波長が異なる送信光源を夫々備え、各加入者側装置は異なる波長の上り光信号を送信するようにしている。

以上説明したとおり、この発明によれば、加入者側装置は、波長が異なる送信光源を夫々備え、各加入者側装置は異なる波長の上り光信号を送信するようにしているので、簡単な構成であって信号伝送効率が低下させることなく、多重反射光の干渉に起因する受信感度劣化を確実に抑制して、エラー発生率の低い安定した通信が実現可能となる。

以下に、本発明にかかるポイント−マルチポイント光通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１にかかるポイント−マルチポイント光通信システムの構成を示すシステム構成図である。このポイント−マルチポイント光通信システムは、局側装置（ＯＬＴ）１と、複数の加入者側装置２(1)〜２(n)と、各加入者側装置２(1)〜２(n)に接続されたパーソナルコンピュータなどのターミナル３(1)〜３(n)と、局側装置１と複数の加入者側装置２(1)〜２(n)とを接続する光ネットワーク４とを備えている。

光ネットワーク４は、入力された光を分配して出力する光分岐手段としてのスターカプラ５と、スターカプラ５と局側装置１とを接続する局側光ケーブル６と、スターカプラ５と各加入者側装置２(1)〜２(n)とを接続する加入者側光ケーブル７と、加入者側光ケーブル７、７同士を接続する光コネクタ８などを備えている。

局側装置１は、下り情報が重畳された下り光信号を出力する局側送信器９と、上り情報が重畳された上り光信号を受信する局側受信器１０と、局側光ケーブル６と局側送信器９および局側受信器１０とを接続するとともに、局側送信器９からの下り光信号を局側光ケーブル６に出力し、局側光ケーブル６から入力される上り光信号を局側受信器１０に出力する局側波長多重光回路１１と、サービス情報や監視制御情報などの複数のソース情報を時分割多重化して局側送信器９に出力するとともに、局側受信器１０から入力される時分割多重情報を分離する局側多重分離回路１２とを備えている。

各加入者側装置２(1)〜２(n)は、上り情報が重畳された上り光信号を出力する加入者側送信器１３と、下り情報が重畳された下り光信号を受信する加入者側受信器１４と、加入者側光ケーブル７と加入者側送信器１３および加入者側受信器１４とを接続するとともに、加入者側送信器１３からの上り光信号を加入者側光ケーブル７に出力し、加入者側光ケーブル７から入力される下り光信号を加入者側受信器１４に出力する加入者側波長多重光回路１５と、各ターミナル３(1)〜３(n)からのソース情報を時分割多重化して加入者側送信器１３に出力するとともに、加入者側受信器１４から入力される時分割多重情報を分離して自装置に対応する情報のみを抽出してターミナル３(1)〜３(n)に出力する加入者側多重分離回路１６とを備えている。

なお、本ポイント−マルチポイント光通信システムにおいては、上り光信号と下り光信号とは互いに異なる波長域が割り当てられ、局側受信器１０の受信帯域と各加入者側受信器１４の受信帯域とが異なる範囲となるように設定されている。例えば、上り光信号は、１．３μｍの波長域に設定され、下り光信号は１．５μｍの波長域に設定されている。これにより、上り光信号と下り光信号とのクロストークなどによる伝送特性劣化を防止している。このため、局側波長多重光回路１１および加入者側波長多重光回路１５はそれぞれこの異なる波長の信号を低損失で合波している。このように、本ポイント−マルチポイント光通信システムにおいては、上り光信号および下り光信号に異なる波長域を用いて時分割多重方式にてデータ送受信を実行する。

図２は、加入者側装置２(1)〜２(n)における加入者側送信器１３、加入者側受信器１４の詳細な構成を示すブロック図である。図２において、加入者側受信器１４は、加入者側光ケーブル７から入力される光の光量に応じた電流を出力する受光フォトダイオード１７と、受光フォトダイオード１７の出力電流の大きさに応じたレベルの受光電圧を出力する増幅器１８と、増幅器１８から出力される受光電圧レベルをデジタル値に変換して加入者側多重分離回路１６に出力するＡ／Ｄ変換回路１９とを備えている。

また、図２において、加入者側送信器１３は、加入者側多重分離回路１６から上り情報およびクロック信号が入力され、このクロック信号に同期して変化する送信データを生成するバッファ回路２１と、送信データに応じて２種類のレベルの変調電流を出力する駆動回路２２と、この変調電流が入力され、この電流の大きさに応じた光量の光を加入者側光ケーブル７に出力する送信光源としての半導体レーザ素子２３と、半導体レーザ素子２３の出力光の一部を受光してその光量レベルに応じて半導体レーザ素子２３の発光光量を制御する光出力制御回路２４とを備えている。

図２において、加入者側装置２(1)〜２(n)の各半導体レーザ素子２３には、それぞれの加入者側装置２(1)〜２(n)から送信される上り光信号の波長がそれぞれ異なるようにすべく、図３に示すように、それぞれの加入者側装置２(1)〜２(n)に割り当てられた各所定の波長範囲内１００(1)，１００(2)，…，１００（n）の波長λ#1，λ#2，…，λ#nで発振する特性を有する半導体レーザ素子２３を採用する。なお、λ#1，λ#2，…，λ#nは、半導体レーザ素子２３の発振波長を表し、規定の周囲温度範囲、電源変動範囲で、波長範囲内１００(1)，１００(2)，…，１００（n）にて発振するものである。すなわち、加入者側装置２(1)の半導体レーザ素子２３は、波長範囲内１００(1)の発振波長λ#1で発振し、加入者側装置２(2)の半導体レーザ素子２３は、波長範囲内１００(2)の発振波長λ#2で発振し、…、加入者側装置２(n)の半導体レーザ素子２３は、波長範囲内１００(n)の発振波長λ#nで発振する。

ただし、本システムにおいて、局側装置１および加入者側装置２(1)〜２(n)では、従来通りの時分割多重、分離方式を用いてデータの送受信を実行する。

このように、各加入者側装置２(1)〜２(n)の半導体レーザ素子２３は、規定の周囲温度範囲、電源変動範囲であれば、所定の波長範囲内１００(1)，１００(2)，…，１００（n）にて発振するので、たとえ最悪条件を考慮したとしても、お互いの波長が一致することは有りえない。従って、上り光信号が光コネクタ８などで反射して生じる多重反射光と、他の加入者側装置から送信された上り光信号の波長は常に異なっており一致することはない。従って、上り光信号と多重反射光との干渉は、非コヒーレントクロストークとなるため、IEEE802.3ahで規定される最悪のＳ/Ｘ比「１１ｄＢ」時においてもパワーペナルティは０．５ｄＢ以下となり、エラー発生率の低い安定したポイント−マルチポイント光通信システムが実現できる。

以上のように、この実施の形態１によれば、加入者側装置２(1)〜２(n)から送信される上り光信号と多重反射光との干渉は非コヒーレントクロストークとなるため、多重反射光の干渉に起因する受信感度劣化を抑制してエラー発生率の低い安定した通信が実現可能なポイント−マルチポイント光通信システムを、簡単な構成でかつ信号伝送効率が低下させることなく得ることが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図４を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。図４はこの発明の実施の形態２によるポイント−マルチポイント光通信システムにおいて、加入者側送信器１３、加入者側受信器１４および加入者側波長多重光回路１５の詳細な構成を示すブロック図である。

図４に示すブロック図においては、先の図２に示した実施の形態１のブロック図に波長制御回路２６が追加されている。これ以外の構成は実施の形態１と同様であり説明を省略する。波長制御回路２６は、半導体レーザ素子２３の波長を一定の値に安定化させるよう動作する。波長制御回路２６としては、半導体レーザ素子２３の温度を制御するペルチエ素子とＡＴＣ（Automatic Temperature Control）回路が用いてもよいし、波長多重伝送装置（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）に広く適用される波長ロッカなどを適用しても構わない。

実施の形態２においては、半導体レーザ素子２３の波長を波長制御回路２６によって一定の値に安定化させることで、波長範囲１００(1)，１００(2)，…，１００（n）をより狭くすることが可能となる。波長制御回路２６を用いない場合は、半導体レーザ素子２３の波長依存性を０．１ｎｍ/℃、周囲温度０〜７０℃とすると、波長範囲１００(1)，１００(2)，…，１００（n）はそれぞれ７ｎｍ以上とする必要がある。従って、国際標準規格IEEE802.3ahで規定される加入者側装置２(1)〜２(n)の送信波長範囲内「１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ」では、１４台（＝１００ｎｍ/７ｎｍ）の加入者側装置２(1)〜２(14)しか光ネットワーク４に接続できない。

これに対して、波長制御回路２６を適用した場合には、加入者側装置２(1)〜２(n)の発振波長を波長多重伝送装置（ＷＤＭ）でも実用化されている１００ＧＨｚ（＝約０．８ｎｍ）間隔とすることも可能なため、光ネットワーク４に接続できる加入者側装置２(1)〜２(n)の個数は１２５台と飛躍的に増大し、実システムの運用上問題ないレベルが実現可能となる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるポイント−マルチポイント光通信システムにおいて、加入者側送信器１３、加入者側受信器１４および加入者側波長多重光回路１５の詳細な構成を示すブロック図である。

図５に示すブロック図においては、先の図２に示した実施の形態１のブロック図に波長選択スイッチ２８が追加されるとともに、半導体レーザ素子２３を複数の波長にて発振することが可能な波長可変半導体レーザ素子２７に置換している。これ以外の構成は実施の形態１と同様であり説明を省略する。波長選択スイッチ２８は、波長可変半導体レーザ素子２７の複数の発振波長の中から一つの波長を選択指定する。

図６は、波長可変半導体レーザ素子２７によって発信可能な複数の発振波長１０２(1)〜１０２(n)を示している。

加入者側送信器１３に固定波長の半導体レーザ素子２３を適用した場合、コヒーレントクロストークによるに起因するパワーペナルティを抑制するためには予め決められた波長範囲１００(1)，１００(2)，…，１００（n）に対応した発振波長λ#1，λ#2，…，λ#nを有する半導体レーザ素子２３を準備する必要があり、保守管理がやや煩雑となる場合がある。これに対して、波長可変半導体レーザ素子２７を適用した場合には、波長範囲１００(1)，１００(2)，…，１００（n）に対応した発振波長１０２(1)〜１０２(n)は一つのレーザ素子でカバーできるため、半導体レーザ素子を交換、管理する必要がないため、飛躍的に保守管理が容易となる利点を有する。もちろん、この実施の形態においても、波長制御回路２６を適用して波長を高精度に安定化させてもよい。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるポイント−マルチポイント光通信システムにおいて、加入者側送信器１３、加入者側受信器１４および加入者側波長多重光回路１５の詳細な構成を示すブロック図である。

図５に示すブロック図においては、先の図５に示した実施の形態３のブロック図における加入者側受信器１４に波長制御信号検出回路２９が追加されている。これ以外の構成は実施の形態３と同様であり説明を省略する。波長制御信号検出回路２９は、局側装置１から送信される波長制御信号を検出し、検出した波長制御信号を波長選択スイッチ２８に報告する。

加入者側装置２(1)〜２(n)の増設、撤去を行う場合の保守管理を考慮した場合、波長可変半導体レーザ素子２７の発振波長は遠隔で変更できるほうが望ましい。局側装置１が、光ネットワーク４を介して接続されている加入者側装置２(1)〜２(n)の発振波長を知ることは非常に容易であるため、新たに加入者側装置が増設された場合には、局側装置１は空いている波長範囲１００(1)，１００(2)，…，１００（n）を検出し、波長制御信号３０によって発振波長を加入者側装置２(1)〜２(n)に指示する。加入者側装置２(1)〜２(n)側の波長制御信号検出回路２９では、受信した波長制御信号３０で指示されている発振波長を検出し、検出した発振波長を波長選択スイッチ２８に出力する。波長選択スイッチ２８は、波長制御信号検出回路２９から指示された発振波長で波長可変半導体レーザ素子２７を発振させるように制御する。

以上のように、実施の形態４によれば、局側装置１からの指令により当該加入者側装置２(1)〜２(n)の発振波長を選択するようにしているので、加入者側装置の増設、変更を行う際にも簡単に発振波長を決定することができるので、保守性が向上する。

以上のように、本発明にかかるポイント−マルチポイント光通信システムは、局側装置と複数の加入者側装置とが１つの光ネットワークを用い、上り光信号および下り光信号に異なる波長域を用いて時分割多重方式にてデータ送受信を行うＰＤＳシステム、またはＰＯＮシステムに有用である。

この発明にかかるポイント−マルチポイント光通信システムの実施の形態１の構成を示すブロック図である。 実施の形態１のシステムの加入者側装置の内部構成を示すブロック図である。 各加入者側装置の送信波長域を示す図である。 この発明にかかるポイント−マルチポイント光通信システムの実施の形態２のシステムの加入者側装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明にかかるポイント−マルチポイント光通信システムの実施の形態３のシステムの加入者側装置の内部構成を示すブロック図である。 実施の形態３の波長可変半導体レーザ素子によってカバーする波長域を示す図である。 この発明にかかるポイント−マルチポイント光通信システムの実施の形態４のシステムの加入者側装置の内部構成を示すブロック図である。 上り光信号などの主信号電力と多重反射光などの雑音電力との比と、受信感度を示す１つの指標であるパワーペナルティとの関係を示す図である。

符号の説明

１ 局側装置
２ 加入者側装置
３ ターミナル
４ 光ネットワーク
５ スターカプラ
６ 局側光ケーブル
７ 加入者側光ケーブル
８ 光コネクタ
９ 局側送信器
１０ 局側受信器
１１ 局側波長多重光回路
１２ 局側多重分離回路
１３ 加入者側送信器
１４ 加入者側受信器
１５ 加入者側波長多重光回路
１６ 加入者側多重分離回路
１７ 受光フォトダイオード
１８ 増幅器
１９ Ａ／Ｄ変換回路
２１ バッファ回路
２２ 駆動回路
２３ 半導体レーザ素子
２４ 光出力制御回路
２６ 波長制御回路
２７ 波長可変半導体レーザ素子
２８ 波長選択スイッチ
２９ 波長制御信号検出回路
３０ 波長制御信号

Claims (4)

1. １つの局側装置と、この局側装置との間で光通信によるデータ送受信を行う複数の加入者側装置と、光多重分岐手段を用いて局側装置および複数の加入者側装置を接続する光ネットワークとを備え、複数の加入者側装置から局側装置への上り光信号と局側装置から複数の加入者側装置への下り光信号とに異なる波長域を用いて時分割多重方式にてデータ送受信を実行するポイント−マルチポイント光通信システムにおいて、
   局側装置は、
   単一波長の時分割多重方式の下り光信号を前記光ネットワークを介して前記複数の加入者側装置へ送信する送信手段
   を備え、
   各加入者側装置は、
   各加入者側装置間で波長が異なる光を発生する送信光源と、
   前記送信光源からの光を変調した上り光信号を各加入者側装置間で互いに異なるタイミングとなるように送信する送信手段と、
   前記局側装置からの時分割多重方式の下り光信号を受信して自装置の信号を分離する受信手段と、
   をそれぞれ備え、
   局側装置は、
   前記光多重分岐手段によって時分割多重された上り光信号を受信して分離する受信手段と、
   を備えることを特徴とするポイント−マルチポイント光通信システム。
2. 各加入者側装置は、
   前記送信光源の波長を一定に制御する波長制御回路を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のポイント−マルチポイント光通信システム。
3. 前記送信光源は、複数の波長で発振可能な波長可変光源であり、
   各加入者側装置は、複数の発振波長の中から一つの発振波長を選択する波長選択回路を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載のポイント−マルチポイント光通信システム。
4. 各加入者側装置は、
   局側装置から送信される波長制御信号を受信する受信回路を更に備え、
   前記波長選択回路は受信した波長制御信号により複数の発振波長の中から一つの発振波長を選択することを特徴とする請求項３に記載のポイント−マルチポイント光通信システム。

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