JP4755693B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに関し、更に詳しくは、光ファイバ上の多重化された伝送光信号を単一の光受信デバイスで受信可能にした多重光信号伝送システムに関する。

ネットワーク上でのサービスが多様化し、ネットワークの利点を活かす新規サービスが拡大している。その代表例として、放送と通信の融合サービス、すなわちトリプルプレイサービスと呼ばれる放送・インターネット・電話（音声通信）サービスの統合がある。これは、既存の情報サービスの代表的なアプリケーションであり、トリプルプレイは、多様な情報通信サービスを収容する次世代ネットワーク構想を表すキーワードとなっている。

こうした状況の中で、アクセス網では、ＰＯＮ（Passive Optical Network）によるＦＴＴＨの構築が主流となっている。ＰＯＮシステムは、通信キャリアの局舎に配置される局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）と、それぞれユーザ宅に配置される複数の加入者接続装置ＯＮＴ（Optical Network Terminal）とからなり、ＯＬＴからサービス区域まで単一の光ファイバ（集線光ファイバ）を敷設しておき、この集線光ファイバをスプリッタで複数の分岐光ファイバに分岐し、各分岐光ファイバにＯＮＴを接続することによって、ポイント・ツー・マルチポイント形式で各ユーザ宅に信号を分配する。

ＰＯＮシステムは、光分岐による信号マルチキャスト機能を備えているため、例えば、高精細画像のような大容量データを配信するためのインフラストラクチャとして有効である。また、集線光ファイバを複数のＯＮＴで共用できるため、局舎と各ユーザ宅とをポイント・ツー・ポイントで接続するスター型接続に比較して、光ファイバの敷設コストと、ＯＬＴ側の送受信デバイスの個数を削減できる点で有利である。現行のＰＯＮシステムには、ＩＴＵ−Ｔ規格のＧ（Gigabit-capable）−ＰＯＮ（非特許文献１〜３）と、ＩＥＥＥ標準のＧＥ（Gigabit-Ethernet）−ＰＯＮ（非特許文献４）がある。

放送と通信との融合サービスの展開が注目される中で、ＰＯＮシステムには、例えば、ハイビジョンなどの高精細画像をより多数のユーザへ配信するために、通信密度の更なる向上（高多重化）、通信速度の向上（高ビットレート化）、ファイバ敷設地域の拡大が求められる。ＰＯＮ関連の標準化団体（ＩＵＴ−ＴとＩＥＥＥ）では、現行のＰＯＮシステムの後継となる次世代ＰＯＮの検討が開始されている。

現在のところ、これらの標準化会議では、次世代ＰＯＮとして、１０ＧＥ−ＰＯＮとＷＤＭ−ＰＯＮが提唱されている。次世代ＰＯＮの多重化方式としては、現行ＰＯＮと同様、時分割多重（ＴＤＭＡ）方式が主流であり、別の多重化方式として、符号分割多重（ＣＤＭＡ）の適用が検討されている。ＣＤＭＡは、同一の搬送波で複数のフローを同時に送受信でき、ＯＮＴ間での通信タイミングの調整と、フレーム間のガードタイムの確保が不要となるため、ＴＤＭＡに比較して、送信帯域幅に対する情報伝送効率が高いという利点がある。また、ＣＤＭＡは、直交拡散符号によるスペクトル拡散によって送信データが保護されているため、同一の光ファイバ上に多数のユーザが収容されるＰＯＮシステムにおいては、情報の秘匿性を高める効果も期待できる。

ITU-T G.984.1 「Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics」 ITU-T G.984.2 「Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification」 ITU-T G.984.3 「Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification」 IEEE 802.3ah 「CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for Subscriber Access Networks」

光ＣＤＭＡでは、複数の通信装置から同一の光ファイバに同一波長の搬送波（レーザ光）でＣＤＭＡ信号を送信すると、伝送信号間に相互干渉が発生する。もし、光ファイバ上に二つの光伝送信号が完全に逆位相で存在した場合、互いの干渉によって光信号が打ち消され、受信側での信号強度がゼロとなって、送信情報が完全に失われた状態（ホモダイン干渉）となる。また、波長の異なる搬送波が使用された場合でも、搬送波間の波長差が不十分であれば、伝送信号間に相互干渉が生じる。この相互干渉は、ビート雑音（ヘテロダイン干渉）と呼ばれている。

ホモダイン干渉やヘテロダイン干渉は、ＣＤＭＡ方式の移動無線通信においても発生する。但し、移動無線通信の場合、基地局と移動端末との位置関係が時間的に変化するために、仮に伝送信号間に上述した相互干渉が発生したとしても、その影響は一瞬であり、媒体のノイズレベルやマルチパスの影響に比較して大きな問題にはならない。

しかしながら、ＰＯＮのような光アクセス網においては、ＯＬＴとＯＮＴとの位置関係が固定的であり、送信側装置が安定したレーザ光で信号を送信するようになっているため、光ファイバ上で上述した干渉が発生すると、その影響が長時間に渡って継続する可能性がある。

本発明の目的は、光ファイバ上での伝送信号の相互干渉を避け、高多重の信号伝送を可能にした光通信システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、符号分割多重を適用して高多重の信号伝送を可能にしたＰＯＮ構成の光通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の光通信システムは、ＣＤＭＡ信号を光ファイバ上にＷＤＭＡで多重化することを特徴とする。本発明の光通信システムでは、レーザ光の相互干渉による信号劣化を抑止するため、光送信器毎に異なった搬送波長（レーザ波長）を使用する。また、各光送信器への搬送波長の割当ては、単一の光受信デバイスによる受信可能な光周波数帯（波長域）内で行い、隣接する搬送波長の間隔を前記光受信デバイスにおいて受信可能なＣＤＭＡ信号の周波数帯域幅よりも大きくとることによって、受信側で干渉成分が検出されるのを回避する。

更に詳述すると、本発明による光通信システムは、光ファイバで接続された送信装置と受信装置とからなり、
上記送信装置が、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、送信データを上記複数の符号拡散器に選択的に振り分ける受信処理部と、符号拡散された信号を他の光送信器とは異なる搬送波長のＣＤＭＡ光信号として光ファイバに送信する複数の光送信器と、上記複数の符号拡散器の出力を上記複数の光送信器に選択的に供給する信号多重部とを備え、
上記受信装置が、上記光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
上記各逆拡散器が、上記光受信器の出力信号から、それぞれの拡散符号と対応するＣＤＭＡ信号を再生することを特徴とする。

また、本発明によるＰＯＮ構成の光通信システムは、集線光ファイバに接続された局側装置（ＯＬＴ）と、上記集線光ファイバから分岐した分岐光ファイバに接続された複数の加入者接続装置（ＯＮＴ）とからなり、
上記各ＯＮＴが、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、送信データを上記複数の符号拡散器に選択的に振り分ける受信処理部と、符号拡散された信号を他の光送信器とは異なる搬送波長の光信号として上記分岐光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器と、上記複数の符号拡散器の出力を上記光送信器に選択的に供給する信号多重部を備え、
上記ＯＬＴが、上記集線光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
上記各逆拡散器が、上記光受信器の出力信号から、それぞれの拡散符号と対応するＣＤＭＡ信号を再生することを特徴とする。

ＰＯＮ構成の光通信システムの場合、各ＯＮＴは、送信データを上記ＯＬＴから割り当てられた拡散符号をもつ符号拡散器でＣＤＭＡ信号に変換し、該ＣＤＭＡ信号を上記ＯＬＴから割り当てられた搬送波長をもつ光送信器で光信号に変換する。
本発明の１実施例では、各ＯＮＴが、搬送波長の異なる複数の光送信器を備える。但し、複数の光送信器のうちの一部を有効とし、残りを予備の光送信器としてもよい。この場合、信号多重部は、上記複数の符号拡散器の出力を有効状態にある少なくとも１つの光送信器に選択的に供給する。各光送信器には、発振波長を調整可能なレーザ素子を適用できる。この場合、各ＯＮＴは、有効状態にある光送信器が予め割り当てられた搬送波長をもつように、各レーザ素子の波長を制御する。

本発明の１実施例では、各ＯＮＴが、拡散符号と搬送波長との対応関係を示す波長割り当てテーブルを有し、上記信号多重部が、上記波長割り当てテーブルに従って、符号拡散器と光送信器とを対応付ける。また、各ＯＮＴが、送信データのフロー識別子と拡散符号との対応関係を示すフロー識別子テーブルを有し、上記受信処理部が、上記フロー識別子テーブルに従って、送信データと符号拡散器とを対応付ける。

本発明によれば、光ＣＤＭＡにＷＤＭの原理を併用することにより、光ＣＤＭＡの実用化において障害となっていた光波の干渉（ビート雑音の影響）を回避できる。また、ＣＤＭＡを適用することにより、従来のＰＯＮシステムのようにＯＮＴ間の同期を必要とせず、各ＯＮＴが光ファイバの伝送容量を有効に利用して、任意のアクセスタイミングでデータを送信できる。

図１は、本発明の光ＣＤＭＡを適用したＰＯＮシステムの構成と、光ファイバ区間における搬送波長（搬送周波数）を示す。
ＰＯＮシステムは、局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）１と、ＯＬＴ１に光ファイバ網で接続された複数の加入者接続装置ＯＮＴ（Optical Network Terminal）２（２−１〜２−ｋ）とからなる。光ファイバ網は、ＯＬＴ１に接続された集線光ファイバ７００（７００−１〜７００−ｍ）と、集線光ファイバ７００に光スプリッタ（光カプラ）８００（８００−１〜８００−ｍ）で結合された複数の分岐ファイバ７１０（７１０−１〜７１０−ｋ）とからなる。各ＯＮＴ２は、分岐ファイバ７１０に接続され、複数のＯＮＴが集線光ファイバ７００を共用してＯＬＴ１と通信する。

各ＯＮＴ２には、１台または複数のユーザ端末５００が接続される。ユーザ端末５００は、例えば、５００−２のように個別の加入者回線でＯＮＴに接続される場合もあれば、ＯＮＴに対して、５００−１Ａ、５００−１Ｎのように、宅内スイッチまたは宅内ルータ３００を介して接続される場合、あるいは、５００−ｋのように、ホームネットワーク（ＬＡＮ）４００を介して接続される場合がある。以下の説明では、一般家庭で個人が使用するＰＣ以外に、企業サイトに設置される業務用のＰＣ、サーバも含めて、ユーザ端末５００と言う。

各ＯＮＴ２は、例えば、ＯＮＴ２−ｋが示すように、ユーザ端末との接続回線を収容するスイッチ２１と、分岐ファイバ７１０に結合された光インタフェース２２と、スイッチ２１と光インタフェース２２との間に接続されたＯＮＴ上りインタフェースボード（以下、ＯＮＴ−ＵＩＦと言う）２０ＵおよびＯＮＴ下りインタフェースボード（以下、ＯＮＴ−ＤＩＦと言う）２０Ｄからなる。ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕは、ユーザ端末から送信され、ＯＬＴ１を介して広域網に向かう上り方向のデータを扱うインタフェースボードであり、ＯＮＴ−ＤＩＦ：２０Ｄは、広域網からＯＬＴ１を介してユーザ端末に向かう下り方向のデータを扱うインタフェースボードである。

ＯＬＴ１は、それぞれ集線光ファイバ７００（７００−１〜７００−ｍ）を収容する複数のＰＯＮインタフェースボード（以下、ＰＯＮ−ＩＦＢと言う）１０（１０−１〜１０−ｍ）と、これらのＰＯＮ−ＩＦＢ１０に接続されたスイッチ（またはルータ）１２とからなる。

ＰＯＮ−ＩＦＢ：１０は、集線光ファイバ７００に接続された光インタフェース１１と、光インタフェース１１とスイッチ１２との間に接続されたＯＬＴ上りインタフェースボード（以下、ＯＬＴ−ＵＩＦと言う）１０Ｕと、ＯＬＴ下りインタフェースボード（以下、ＯＬＴ−ＤＩＦと言う）１０Ｄとからなっている。

スイッチ（またはルータ）１２には、ＩＳＰ（Internet Service Provider）ネットワークや広域網に向かうアクセス網（地域ＩＰ網）が接続される。但し、スイッチ１２には、企業などの個別サイトに接続される中継網を収容してもよい。ここでは、スイッチ１２が、レイヤ２スイッチからなるものとする。この場合、スイッチ１２の機能は、ＰＯＮシステムの規格と伝送されるデータの種別によって異なる。例えば、非特許文献４のＰＯＮシステムのように、上り受信フレームがEthernetフレームの場合、スイッチ１２は、受信フレームのヘッダ情報処理と、受信フレームの送出方路への転送制御を行う。非特許文献１〜３に記載されたＧ−ＰＯＮのように、上り受信フレームがＴＤＭ（Time Division Multiplexing）フレームの場合、スイッチ１２は、受信フレームのEthernetフレームへのカプセリング処理と、受信フレームの送出方路への転送処理を行う。

スイッチ１１の位置で、ＯＳＩのレイヤ３のプロトコル処理、更には、ファームウエアと連携するＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol）プロキシ、ＭＬＤ（Multicast Listener Discovery）プロキシを含む高位レイヤの処理を導入することも可能である。但し、本発明は、ＯＮＴとＯＬＴを接続する光ファイバ上における信号多重化に関するものであり、ＳＷ１２の機能に関する詳細な説明は省略する。以下の実施例では、ＯＮＴ２の加入者回線側（ＵＮＩ：User Network Interface側）の物理層〜伝送層のプロトコルとして、例えば、イーサネット（Ethernet：登録商標）が適用された場合を想定する。

図１では、ＯＮＴ２−１から分岐光ファイバ７１０−１に、波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎ１−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの上り信号が送信され、ＯＮＴ２０−２から分岐ファイバ７１０−２に、波長λ（ｎ２−ｓ）〜λ（ｎ２−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの上り信号が送信され、ＯＮＴ２−ｋから分岐ファイバ７１０−ｋに、波長λ（ｎｋ−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの上り信号が送信され、これらの搬送波が、集線ファイバ７００上で波長多重化されてＯＬＴ１に到着する。また、ＯＬＴ１からは、λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの下り信号が送信され、これらの下り信号が、集線ファイバ７００から各分岐光ファイバ７１０にブロードキャストされる。

ここで、波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎ１−ｅ）、λ（ｎ２−ｓ）〜λ（ｎ２−ｅ）、λ（ｎｋ−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）は、分岐ファイバ毎に異なった搬送波長が適用されていることを模式的に示したに過ぎない。各ＯＮＴ２は、ＯＬＴ１から指定された搬送波長と拡散符号を使用して、上りデータを送信する。各ＯＮＴ２が使用する搬送波長（搬送周波数）は、複数波長の場合もあれば、１波長の場合もある。

図２は、ＯＮＴ２（２−１〜２−ｋ）における上りインタフェースボード（ＯＮＴ−ＵＩＦ）２０Ｕの構成例を示す。
ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕは、符号拡散部２１０と、多重部２２０と、光送信部２３０と、制御部２５０とを含む。制御部２５０は、図４（Ａ）に示すように、フロー識別子（フローＩＤ）２５１１と、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）２５１２との対応関係を示すフローＩＤテーブル２５１と、図４（Ｂ）に示すように、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）２５２１と、搬送波長（光送信器ＩＤ）２５２２との対応関係を示す波長割当てテーブル２５２とを備えている。但し、メモリ容量を節約するために、フローＩＤテーブル２５１と波長割当てテーブル２５２とを統合し、１つのテーブルで、フロー識別子２５１１と、拡散符号番号２５１２（２５２１）と、搬送波長２５２２との対応関係を示すようにしてもよい。

光送信部２３０は、光送信器ＩＤ２５２２で特定される搬送波長（レーザ波長）の異なる複数の光送信器２３１（２３１−１〜２３１−ｙ）からなっている。以下の実施例では、フローＩＤテーブル２５１によって、送信フレームに適用すべき拡散符号の番号２５２１が特定されると、波長割当てテーブル２５２によって、上記送信フレームの搬送波長が決まり、ＣＤＭＡの拡散信号を光信号に変換するための光送信器が特定される。

符号拡散部２１０は、ＳＷ２１に接続された受信処理部２１１と、受信処理部２１１に接続された複数の符号拡散器２１２（２１２−１〜２１２−ｘ）とからなる。受信処理部２１１は、ＳＷ２１を介して、各端末から送信されたEthernetフレームを受信すると、受信フレームのヘッダからＶＬＡＮ−ＩＤ（以下、ＶＩＤと言う）を抽出し、フローＩＤテーブル２５１から、ＶＩＤと対応した拡散符合番号ｊを検索して、この拡散符号番号ｊと対応した符号拡散器２１２−ｊに受信フレームを振り分ける。尚、ＶＩＤは、フレームの送出元ユーザＩＤ、あるいはフレームが属するサービスＩＤ等の値であってもよい。

符号拡散器２１２−ｊは、シンボルレートをもつ受信フレーム（Ethernetフレーム）を拡散符号で拡散することによって、受信フレームを拡散符号のチップレートをもつ高速のスペクトラム拡散信号に変換して、多重化部２２０に出力する。多重部２２０は、波長割当てテーブル２５２に従って、符号拡散器２１２−１〜２１２−ｘから出力された各拡散信号を光送信器２３１−１〜２３１−ｙの何れかに選択的に供給する。但し、光送信部２３０が備える有効状態の光送信器が１個の場合、符号拡散器２１２−１〜２１２−ｘから出力される全ての拡散信号が１つの搬送波で送信される。

光送信部２３０が複数の光送信器２３１−１〜２３１−ｙを備える場合、これらの光送信器には、発振波長の異なるレーザが使用される。特定の搬送波に複数の拡散信号を多重化する場合、これらの複数の拡散信号を線形加算し、多値の矩形波に変換してから光送信器に供給する。この場合、線形加算された信号を正確に伝送できるように、各符号拡散器は互いにクロック同期させておく。

図１では、ＯＮＴ毎に異なった範囲の搬送波が割当てられており、ＯＮＴ２−１は、搬送波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎ１−ｅ）、ＯＮＴ２０−２は、搬送波長λ（ｎ２−ｓ）〜λ（ｎ２−ｅ）、ＯＮＴ２−ｋは、搬送波長λ（ｎｋ−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の範囲で、ＣＤＭＡの拡散信号を波長分割多重するようになっている。尚、拡散符号も、ＯＮＴ毎に異なった範囲の符号が割当てられる。

図３は、ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕの構成例を示す。
ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕは、光受信器（Ｏ／Ｅ変換器）１１０と、逆拡散部１２０と、送信処理部１３０とからなる。集線光ファイバ７００上に波長分割多重されたＣＤＭＡの拡散信号は、光インタフェース１１を介して光受信器１００に入力される。光受信器１００は、受信光信号を電気信号に変換し、受信光信号に含まれる全ての拡散信号が線形加算された多値矩形波の信号を逆拡散部１２０に出力する。ここでは、光受信器１００は、搬送周波数λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の範囲でＣＤＭＡ光信号を電気信号に変換可能な１つの光受信デバイスからなっている。

逆拡散処理部１２０は、適用する拡散符号の異なった複数の逆拡散器１２１（１２１−１〜１２１−ｘ）からなる。各逆拡散器１２１は、それぞれ固有の拡散符号（Code 1〜Code x）を適用して、光受信器１００から出力された多値矩形波を逆拡散処理する。ここで、逆拡散処理は、受信信号と拡散符号との相関検出を指す。例えば、逆拡散器１２１−１は、入力信号と符号「Code 1」とのマッチドフィルタからなり、送信側で符号「Code 1」で拡散された信号成分については高い相関を示し、その他の符号で拡散された信号成分に対しては、逆拡散によって信号強度を更に弱める。従って、マッチドフィルタの出力をチップレートの符号期間にわたって積分することによって、送信側が符号「Code 1」で拡散したシンボルレートのデータを再生することができる。

送信処理部１３０は、逆拡散部１２０からシンボルレートで出力された各受信フレームについて、必要に応じてヘッダ処理を行った後、スイッチ１２に転送する。この場合のヘッダ処理には、例えば、ＶＬＡＮタグまたはＭＰＬＳラベルの付与、ヘッダ変換、ヘッダ情報の一部削除等を含む。

図５は、ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの多重化部２２０に入力される拡散信号（図Ａ、Ｂ）と、これらの線形加算処理によって生成される多値矩形波（図Ｃ）を示す。
図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ異なる拡散符号で拡散されたチップレートの信号Ｓ１、Ｓ２を示している。信号Ｓ１、Ｓ２を出力する２つの符号拡散器のクロックタイミングを互いに同期させた状態で、信号Ｓ１、Ｓ２を線形加算すると、図（Ｃ）に示すように、多値矩形波の信号Ｓ３が得られる。信号Ｓ１、Ｓ２を同一の搬送波で送信する場合、信号Ｓ１、Ｓ２を信号Ｓ３に変換した後、光送信器に供給し、レーザの出力信号強度の線形性を利用して、所定搬送波長の光信号に変換する。

ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕの光受信器１１０は、複数の搬送波で波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を電気信号に変換する。このとき、チップレートで送られてきた光信号にクロック同期し、複数搬送波の光信号を同時に電気信号に変換すると、光受信デバイスの出力信号波形は、図（Ｃ）と同様、多値矩形波となる。この多値信号に対して、逆拡散器１２１−１〜１２１−ｘで拡散符号Code 1〜Code xを乗算することによって、拡散符号と対応したシンボルレートのデータを復元できる。

本実施例では、フローＩＤテーブル２５１と波長割当てテーブル２５２によって、ＯＮＴ毎に異なった範囲で、使用可能な搬送波長と拡散符号を割当てている。但し、搬送波長と拡散符号との対応付けは、各ＯＮＴで自由であり、全ての拡散符号（拡散信号）を異なった搬送波に対応付けてもよいし、同一の搬送波に複数の拡散符号を対応付けてもよい。

ＯＮＴ毎に異なった拡散符号を適用することによって、光ファイバ区間に論理的に複数のキャリアを形成し、受信側（ＯＬＴ側）でのフロー識別が可能となる。また、ＯＮＴ毎に異なった搬送波長で拡散信号を送信することによって、光ファイバ区間での物理的な信号干渉を抑えることが可能となる。

図６は、ＯＮＴおよびフローＩＤに対する搬送波長（搬送周波数）の割当てを示す。
本実施例では、ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕが備える光受信器１１０で受信可能な光帯域幅５００の中に、それぞれ異なる周波数５１１−１〜５１１−Ｎでピークを持つ複数の搬送波（レーザ光）５０１−１〜５０１−Ｎを定義する。レーザ周波数（波長）の制御については、後で詳述する。ここで、周波数５１１−１〜５１１−Ｎは、一定の周波数間隔Δfで配列されている。

互いに隣接するレーザ光の周波数間隔Δｆは、レーザ光が、分岐光ファイバと集線光ファイバ上で干渉せず、また、干渉成分（ビート雑音）が受信器で検出されないように、十分な値としておく。周波数間隔（波長間隔）Δｆは、具体的には、光受信器１１０の受信可能なＣＤＭＡ拡散信号の帯域幅以上であればよく、例えば、チップレートが１０ＧｂｐｓのＣＤＭＡ光信号伝送では、波長が隣接するレーザ間で１０ＧＨｚ以上の周波数間隔を確保すればよい。

図６の下部に、ＯＮＴに割り当てられた搬送波（レーザ周波数）と拡散符号との関係を示す。ここでは、搬送波となる周波数５１１−１と５１１−２（レーザ光５０１−１と５０１−２）をＯＮＴ♯１に割当て、周波数５１１−３（レーザ光５０１−３）をＯＮＴ♯２に割当て、周波数５１１−４から始まる複数の周波数（レーザ光５０１−４、・・・）をＯＮＴ♯３に割当てている。また、ＯＮＴ♯１で使用する拡散符号♯１と♯３を周波数５１１−１に、拡散符号♯２を周波数５１１−２に割当てている。ＯＮＴ♯２で使用する拡散符号♯５〜♯７は、単一の周波数５１１−３に割当てている。各ＯＮＴにおいて、拡散符号と周波数との対応関係は、図４に示した波長割り当てテーブル２５２に保持されている。

図７は、ＯＬＴ下りインタフェースボード（ＯＬＴ−ＤＩＦ）１０Ｄの構成例を示す。
ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄは、制御部１５０と、符号拡散部１６０と、多重化部１７０と、光送信部１８０とからなる。

制御部１５０は、フローＩＤテーブル１５１と、波長割当てテーブル１５２を備えている。フローＩＤテーブル１５１は、例えば、図９に示すように、フロー識別子（フローＩＤ）１５１１と、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）１５１２と、ＯＮＴ識別子（ＯＮＴ−ＩＤ）１５１３との対応関係を示し、波長割当てテーブル１５２は、図４の（Ｂ）に示したＯＮＴの波長割当てテーブル２５２と同様、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）と搬送波長（光送信器ＩＤ）との対応関係を示している。ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕで説明したように、上記フローＩＤテーブル１５１と波長割当てテーブル１５２は、１つのテーブルに統合してもよい。

光送信部１８０は、発振周波数（レーザ波長λ）の異なる複数の光送信器（レーザ素子）１８１（１８１−１〜１８１−ｙ）からなり、各光送信器の波長は、光ファイバ上で複数のレーザ光が干渉しないように、隣接する波長間に十分な波長間隔が確保されている。

符号拡散部１６０は、スイッチ１２に接続された受信処理部１６１と、受信処理部１６１に接続された複数の符号拡散器１６２（１６２−１〜１６２−ｊ）とからなる。受信処理部１６１は、スイッチ１１からフレームを受信すると、フローＩＤテーブル１５１を参照して、受信フレームにＯＮＴ識別子を含むヘッダを付加した後、これを適切な符号拡散器に振り分ける。

具体的には、受信処理部１６１は、受信フレームのヘッダから送出元のユーザＩＤあるいはサービスＩＤ等、データフローの識別子（フローＩＤ）を抽出し、フローＩＤテーブル１５１から上記フローＩＤと対応する拡散符号番号ｉとＯＮＴ識別子を検索し、受信フレームを上記ＯＮＴ識別子をもつＰＯＮフレームに変換した後、拡散符号番号ｉで特定された符号拡散器部１６２−ｉに転送する。但し、受信フレームのＰＯＮフレームへの変換は、例えば、受信フレームのヘッダ情報と、このフレームを転送先となるＯＮＴの識別子との対応関係を示す専用の経路テーブルを参照して行うようにしてもよい。

符号拡散器部１６２−ｉは、受信フレームのシンボルレートに比較して高速なレート（チップレート）をもつ拡散符号で受信フレームの各シンボルを拡散し、広帯域のスペクトラム拡散信号に変換する。符号拡散器１６２−ｉから出力された拡散信号は、多重部１７０に転送される。多重部１７０は、符号拡散器１６２−ｉから供給された拡散信号を拡散符号番号ｉと対応する光送信器１８１−ｊに振り分ける。

具体的には、多重部１７０は、波長割当てテーブル１５２を参照して、拡散符号番号ｉと対応する搬送周波数（波長λ）を特定し、この周波数で発振する光送信器（レーザ素子）１８１−ｋに拡散信号を供給する。波長割当てテーブル１５２が、１つの搬送周波数に対して複数の拡散符号を対応づけていた場合、多重化部１７０は、同一の搬送波に重畳すべき複数の符号拡散器出力を線形加算し、多値矩形波に変換された拡散信号を上記搬送周波数をもつ光送信器に供給する。

ＯＬＴ１の制御部１５０から、ＯＮＴ２（２−１〜２−ｋ）に制御メッセージを送信する場合、制御メッセージを特定の符号拡散器、例えば、符号拡散器１６２−ｊで符号拡散し、多重化部１７０を介して特定の光送信器に供給すればよい。

上記構成によって、ＯＬＴ１のＰＯＮ−ＩＦＢ：１０−１から集線光ファイバ７００−１に、波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の搬送波で波長分割多重されたＣＤＭＡ信号が送出される。これらのＣＤＭＡ信号は、光スプリッタ８００−１で分岐ファイバ７１０−１〜７１０−ｋに分岐され、全てのＯＮＴ２−１〜２−ｋに到達する。

図８は、ＯＮＴ下りインタフェースボード（ＯＮＴ−ＤＩＦ）２０Ｄの構成を示す。
ＯＮＴ−ＤＩＦ：２０Ｄは、光受信器２６０と、逆拡散部２７０と、送信処理部２８０とからなる。逆拡散部２７０は、それぞれが異なった拡散符号で受信信号を逆拡散する複数の逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊを含んでいる。但し、各ＯＮＴでは、これら複数の逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊのうち、予め割当てられた特定の拡散符号をもつ特定個数の逆拡散器のみが有効（現用系）となり、その他の逆拡散器は予備となる。

光受信器２６０は、分岐ファイバ７１０と光インタフェース２２を介して、ＯＬＴ１が波長分割多重化して送信したＣＤＭＡの拡散信号を受信し、全ての拡散信号を線形加算して、多値矩形波の電気的信号に変換する。本実施例では、光受信器２６０は、１つの光受信デバイス（フォトダイオード：ＤＡ）で構成されている。

光受信器２６０から出力された多値矩形波の電気的信号は、逆拡散処理部２７０の複数の逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊに並列的に入力される。これらの逆拡散器には、ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄの符号拡散部１６０が送信データに適用した拡散符号Code 1〜Code jが割り当てられており、各逆拡散器は、光受信器２６０から供給された多値矩形波信号に対して、それぞれに固有の拡散符号を乗算し、シンボルレートに相当する期間の積分値の２値判定結果を該拡散符号に対応するデータフローのシンボル値として出力する。

逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊのうちの１つ、例えば、ＯＬＴ１が制御フレームの符号拡散に使用した符号拡散器１６２−ｊと同じ拡散符号Code jを持つ逆拡散器２７１−ｊを制御フレーム受信用に使用し、逆拡散器２７１−ｊで再生された受信フレームを制御部２５０に転送することによって、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ２に制御情報を配信できる。

送信処理部２８０は、逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊで再生されたシンボル列からなるＰＯＮフレームのヘッダ情報を判定し、他局宛のＰＯＮフレームは廃棄する。送信処理部２８０は、自局宛のＰＯＮフレームを受信すると、ヘッダ処理した後、制御フレームは制御部２５０に転送し、ユーザフレームはスイッチ部２１に転送する。フレームのヘッダ処理には、例えば、ＰＯＮ用ヘッダの除去、ＶＬＡＮタグまたはＭＰＬＳラベルの付与／変換／削除等を含む。スイッチ部２１は、送信処理部２８０から受信した各フレームをヘッダ情報に従って特定された何れかの加入者回線（スイッチ接続回線、ＬＡＮ接続回線を含む）に転送する。

ＯＬＴ１からＯＮＴ２に、使用可能な搬送波長（レーザ波長）と使用可能な拡散符号を割当てる場合、ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄの制御部１５０で、各ＯＮＴに割当てた搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号とを記憶しておく。各ＰＯＮインタフェースボード１０では、同一のＯＮＴに複数の搬送周波数（レーザ波長）を割当て、且つ、同一のＯＮＴに複数の拡散符号を割当てることができるが、同じ搬送周波数が複数のＯＮＴに重複して割当てられないようにしておく。拡散符号についても同様であり、何れかのＯＮＴに割当て済みの拡散符号は、他のＯＮＴに割当てられないようにしておく。

各ＯＮＴに割当てた搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号は、例えば、管理テーブル１５３に、ＯＮＴ識別子と対応付けて記憶しておく。上記管理テーブル１５３は、各ＯＮＴに対して、搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号を固定的に割当てる場合、ＯＮＴの起動時に搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号を動的に割当てる場合の何れであっても、システムの稼動状況を把握する上で有効となる。

図１０は、ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの他の実施例を示す。
本実施例では、光送信器２３１（２３１−１〜２３１−ｙ）の搬送波長をレーザ光の温度依存性を利用して制御する。但し、レーザ素子の発振波長は、温度以外の他のパラメータで制御してもよい。

本実施例の光送信器２３１は、レーザ２３２と、変調回路２３３と、レーザ２３２に接続された温度制御部２３４と、制御情報レジスタ２３５とからなっている。温度制御部２３４は、レジスタ２３５から目標温度を取得し、レーザが目標温度で動作するように自動制御する。これによって、レーザ２３２は、目標温度で決まる所定の波長（搬送周波数）で、光ＣＤＭＡ信号（拡散信号の変調光）を発生する。レーザ２３２からの出力光は、光インタフェース２２を介して、分岐ファイバ７１０に送出される。

各レジスタ２３４への制御情報の設定は、制御部２５０によって行われる。この構成は、ＯＬＴ１から各ＯＮＴ２に、光送信部２３０で使用可能なレーザ波長（搬送周波数）を指定する場合に有効になる。光送信部２３０で使用可能な波長は、下り制御メッセージによって通知され、波長が指定されれば、レーザの目標温度は一義的に決まる。

各ＯＮＴの制御部２５０は、ＯＬＴ１から指定された波長を光送信器の識別子（ＩＤ）と対応付けて波長管理テーブル２５３に記憶しておき、波長によって決まる目標温度を光送信器のレジスタ２３５に設定する。

図１１は、波長管理テーブル２５３の１例を示す。
波長管理テーブル２５３は、光送信器ＩＤ２５３１をもつ複数のエントリからなり、各エントリに、ＯＬＴ１から指定された波長２５３２が記憶される。波長２５３２に代わりに周波数の値を記憶してもよい。制御部２５０は、波長を指定されれば、レーザの目標温度を一義的に決定できる。従って、各エントリに、波長２５３２と対応する目標温度２５３３を記憶しておき、制御部２５０が、光送信器ＩＤ２５３１が示す光送信器の制御情報レジスタ２３５に、この目標温度２５３３を次々と設定するようにしてもよい。

図１２は、ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの更に他の実施例を示す。
本実施例では、光送信器２３１に、ファイバ・グレーティング（ＦＧ）２３７を利用した外部共振レーザ２３６が適用されている。外部共振レーザ２３６は、ファイバグレーティング２３７の位置によって発振波長を調整し、光送信器２３１を所望の波長で発振させることができる。但し、ファイバ・グレーティング（ＦＧ）２３７を利用した外部共振レーザ２３６は、光送信器２３１の組み立て時に発振波長を一旦所望値に調整すると、温度制御型レーザのように、ＯＮＴ稼動時に外部からの制御信号によって波長を動的に変更することが困難となる。

従って、本実施例では、光送信部２３０に、発振波長の異なる複数の光送信器２３１−１〜２３１−ｙを予め用意しておき、波長割当てテーブル２５２で、ＯＬＴ１から割当てられた波長の光送信器を有効状態に設定して、符号拡散信号の多重化を行うことになる。

図１３は、外部共振レーザ２３６を適用したＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの更に他の実施例を示す。
本実施例では、波長割当てテーブル２５２を参照した動的な搬送波長選択に代えて、多重化部２２０が、加算器２２１（２２１−１〜２２１−ｗ）によって、符号拡散器２１２と光送信器２３１との間を固定的に接続している。従って、受信処理部２１１が受信フレームに拡散符号を割当てた時点で、拡散信号を重畳すべき搬送周波数が決定される。

上述した実施例では、符号拡散部の受信処理部２１１（１６１）において、受信フレームからフローＩＤとしてＶＬＡＮ識別子（ＶＩＤ）を抽出し、フローＩＤテーブル２５１（１５１）から、上記フローＩＤと対応する拡散符号番号を検索し、受信フレームを処理すべき符号拡散器２１２（１６２）を特定した。しかしながら、拡散符号は、必ずしも送信側のＶＩＤ毎に個別に定義しておく必要はなく、例えば、同一ユーザが複数のＶＬＡＮを使用する場合、ユーザ毎に拡散符号を割り付けてもよい。逆に、複数のユーザからなるグループ毎にＶＬＡＮが割当てられている場合、例えば、企業サイト毎に閉域網が構築されている場合は、受信フレームに適用された拡散符号をフロー識別用のサブパラメータとして、ユーザを識別するために使用することも想定される。従って、フローＩＤと拡散符号番号との対応付けは、ネットワークの構成と通信サービスよって異なる。

また、以上の実施例では、光ＣＤＭＡをＰＯＮシステムに適用したが、本発明の光ＣＤＭＡは、ＰＯＮ以外の通信システムにも適用可能である。
例えば、コアネットワークで用いられる光多重伝送装置や、アクセス網、メトロ網で用いられる光スイッチにおいて、上述したＯＮＴ、ＯＬＴのように、複数の拡散信号を波長多重化して送信し、受信側で単一の光受信デバイスを用いて受信処理することが可能となる。

図１４は、本発明の光ＣＤＭＡを適用した一般的な光信号多重装置の構成を示す。
光ファイバ７５０で接続された通信装置３Ａと３Ｂが備える送信インタフェース２００Ａ、受信インタフェース２００Ｂの基本的な構成は、図２に示したＰＯＮのＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕ、ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕと同様である。一般的な光信号多重装置の場合、ＰＯＮと違って通信装置間での光ファイバの分岐が無いため、キャリア波長上の拡散符号は、光ファイバ（経路）毎に直交性を確保できればよい。

本発明は、既存の光通信システムであるＰＯＮや、コア網における光多重伝送装置の他に、レーザ発振デバイスの小型化に伴って近年開発が進められている全光スイッチなどの光通信装置にも適用できる。また、ＴＤＭと組合わせることにより、同一光ファイバ上で多重化可能なユーザ数を更に増大することができる。

本発明が適用されるＰＯＮシステムの構成と光ファイバ区間における搬送波周波数を示す図。 図１のＯＮＴ２が備える上りインタフェースボード（ＯＮＴ−ＵＩＦ）２０Ｕの構成例を示す図。 図１のＯＬＴ１が備える上りインタフェースボード（ＯＬＴ−ＵＩＦ）１０Ｕの構成例を示す図。 ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの制御部２５０が備えるフローＩＤテーブル２５１（図Ａ）と波長割当てテーブル２５２（図Ｂ）を示す図。 ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの多重化部２２０に入力される拡散信号（図Ａ、Ｂ）と、これらの線形加算処理によって生成される多値矩形波（図Ｃ）を示す図。 ＯＮＴおよびフローＩＤに対する搬送周波数の割当を示す図。 ＯＬＴ１が備える下りインタフェースボード（ＯＬＴ−ＤＩＦ）１０Ｄの構成例を示す図。 ＯＮＴ２が備える下りインタフェースボード（ＯＮＴ−ＤＩＦ）２０Ｄの構成例を示す図。 ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄの制御部１５０が備えるフローＩＤテーブル１５１の内容を示す図。 ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの他の実施例を示す図。 図１０の制御部２５０が備える波長管理テーブル２５３の内容を示す図。 ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの更に他の実施例を示す図。 ＯＮＴ−ＵＩＦ：２０Ｕの更に他の実施例を示す図。 本発明の光ＣＤＭＡを適用した一般的な光信号多重装置の構成を示す図。

符号の説明

１：ＯＬＴ、２：ＯＮＴ、１０：ＰＯＮインタフェースボード、１１：光インタフェース、１０Ｕ：ＯＬＴ−ＵＩＦ、１０Ｄ：ＯＬＴ−ＤＩＦ、１２：スイッチ、２０Ｕ：ＯＮＴ−ＵＩＦ、２０Ｄ：ＯＮＴ−ＤＩＦ、２１：スイッチ、２２：光インタフェース、
１１０：光受信器、１２０：逆拡散部、１２１：逆拡散器、１３０：送信処理部、
１６０：符号拡散部、１６１：受信処理部、１６２：符号拡散器、１７０：多重化部、
１８０：光送信部、１８１：光送信器、１５０：制御部、１５１：フローＩＤテーブル、１５２：波長割当てテーブル、１５３：管理テーブル、
２１０：符号拡散部、２１１：受信処理部、２１２：符号拡散器、２２０：多重化部、
２３０：光送信部、２３１：光送信器、２５０：制御部、２５１：フローＩＤテーブル、２５２：波長割当てテーブル、２６０：光受信器、２７０：逆拡散部、２７１：逆拡散器、２８０：送信処理部、３００：スイッチ、５００：端末。

Claims (7)

1. 集線光ファイバに接続された局側装置(ＯＬＴ)と、上記集線光ファイバから分岐した分岐光ファイバに接続された複数の加入者接続装置(ＯＮＴ)とからなり、
   上記各ＯＮＴが、
   拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、
   送信データを上記複数の符号拡散器に選択的に振り分ける受信処理部と、
   符号拡散された信号を他のＯＮＴで使用される搬送波長とは異なる搬送波長の光信号として上記分岐光ファイバに送信する光送信部と、
   上記複数の符号拡散器の出力を上記光送信部に選択的に供給する信号多重化部を備え、送信データを上記ＯＬＴから指定された拡散符号をもつ符号拡散器でＣＤＭＡ信号に変換し、該ＣＤＭＡ信号を上記光送信部で上記ＯＬＴから指定されたＯＮＴ毎に異なる搬送波長の光信号に変換して、上記分岐光ファイバに送信し、
   上記ＯＬＴが、
   上記集線光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、
   上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
   上記各逆拡散器が、上記光受信器の出力信号から、それぞれの拡散符号と対応するＣＤＭＡ信号を再生することを特徴とする光通信システム。
2. 前記光送信部が、搬送波長の異なる複数の光送信器を備え、
   前記信号多重化部が、前記複数の符号拡散器の出力を上記複数の光送信器のうちの少なくとも１つに選択的に供給し、
   前記各ＯＮＴが、送信データを前記ＯＬＴから指定された拡散符号をもつ符号拡散器でＣＤＭＡ信号に変換し、該ＣＤＭＡ信号を前記ＯＬＴから指定された搬送波長をもつ光送信器で光信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
3. 前記ＯＬＴが、各ＯＮＴの識別子と対応して、各ＯＮＴに割り当てられた搬送波長と拡散符号を記憶するための管理テーブルを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記光送信部が、発振波長を調整可能なレーザ素子からなる光送信器を備え、
   前記各ＯＮＴが、上記光送信部が前記ＯＬＴから指定された搬送波長の光信号を送信できるように、上記レーザ素子を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光通信システム。
5. 前記各ＯＮＴが、前記レーザ素子の温度を制御することによって、発振波長を前記ＯＬＴから指定された搬送波長に合わせることを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
6. 前記各ＯＮＴが、拡散符号と搬送波長との対応関係を示す波長割り当てテーブルを有し、
   前記信号多重化部が、上記波長割り当てテーブルに従って、前記符号拡散器と前記光送信器とを対応付けることを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
7. 前記各ＯＮＴが、送信データのフロー識別子と拡散符号との対応関係を示すフロー識別子テーブルを有し、
   前記受信処理部が、上記フロー識別子テーブルに従って、送信データと前記符号拡散器とを対応付けることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載の光通信システム。

Images