JP5014303B2

JP5014303B2 - 光伝送方法および光伝送システム

Info

Publication number: JP5014303B2
Application number: JP2008262375A
Authority: JP
Inventors: 紀武三好; 秀明木村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: JP2010093600A

Description

本発明は、光通信ネットワークにおいて経済的に伝送容量を増加可能とした光伝送方法および光伝送システムに関する。

近年の急速なブロードバンドサービスの普及に伴い、その需要に応えるための光アクセスネットワークの高速化、経済化は、通信事業者にとって重要な課題となっている。現在、日本では、サービス帯域１ＧｂｐｓのＧＥ−ＰＯＮが広く普及している。ＧＥ−ＰＯＮは上り下り各１波長、ラインレート１．２５ＧｂｐｓのＴＤＭ方式を採用している。アクセス網では、下り（ＯＬＴ→ＯＮＵ）のトラフィックが、上り（ＯＮＵ→ＯＬＴ）よりも要求されるという背景から、特に下り帯域の拡大が重要な課題である。そこで、これらのシステムを拡張し、下り帯域の拡大を図る手法として以下のような方式およびシステムが検討されている。

１つはＷＤＭ−ＰＯＮである。ＷＤＭ−ＰＯＮでは複数波長を用いてサービスを行うことで、同一物理レートであっても波長数分だけ広帯域化が可能である。しかしながら、ＷＤＭ−ＰＯＮでは波長毎に信号を分離して受信する必要があるため、ＯＮＵ内に高額な光フィルタが必要となる。

一方、ＴＤＭ方式のままＬＤの変調速度を引き上げて高速化を図るシステムも検討されているが、変調周波数の上昇に伴い受信感度が劣化するため、許容される伝送路損失が減少する。既存の光媒体網において現状のロスバジェットを満たすためには、光アンプの追加、高感度フォトダイオードの採用、分岐数の削減などの対応策が考えられるが、いずれも経済性が重視されるアクセス網においては大きな課題となる。

そこで、上記の課題を克服する方式として、ＴＤＭを利用した多波長一括受信多値化方式が提案されている（非特許文献１）。本方式では、許容される伝送路損失を減少させることなく、多値信号を送受信することでＰＯＮの経済的な高速化が可能である。具体的な構成としては以下の通りである。

ＯＬＴにおいて、高速な２値信号を複数の低速な２値信号に分割し、波長の異なる複数の光源を当該の複数の低速な２値信号で変調する。変調された光信号は波長合波器で合波され送信器から送信される。ＯＮＵでは、合波された光信号を単一のＰＤで一括受信することで、各２値信号の和を多値信号として識別し、送信器での高速２値信号→低速の複数２値信号変換部の逆変換を行う。

この多波長一括受信多値化方式では、複数のＬＤから送信された光信号を単一のＰＤで受信する際に電力合成されているため、多値化に伴う感度劣化は送信電力の増分と相殺され、許容される伝送路損失は減少しないという特徴を持っている。以上の行程を通じてＯＮＵ側にもとの高速な２値信号を伝達する。

以上、多波長一括受信多値化方式を用いることで、新規に高速な光デバイスを用いることなく、且つＯＮＵ内に光部品の追加を行わずに、ＰＯＮの広帯域化が可能となる。
三好、山田、酒井、木村、坪川著、「多波長一括受信多値化技術の提案」、電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、Ｂ−１０−５８、２５２頁、２００７

しかし、経済的な高速光アクセス方式を実現するにあたり、前述の多波長一括受信多値化方式においては次の点が課題となる。光受信器で２^ｎ値信号を受信するシステムでは、ＯＬＴに入力される電気信号のラインレートは光伝送路におけるボーレートのｎ倍となる。よってＰＯＮ区間のＭＡＣ−ＩＣは、従来の２値通信時と比較してｎ倍のボーレートで入力されるデータを処理しなければならず、設計変更が必要となる。また、物理レイヤーの一部分に従来のｎ倍の速度で動作するデバイスや、多値信号から２値信号、２値信号から多値信号に変換するビットレート変換回路が必要となり、送受信回路が複雑化する。前述したようにアクセス網においては高速性と共に経済性が重視されるため、物理レイヤーやデータリンクレイヤーの経済性を考慮する必要があり、上記、設計変更や回路の複雑化は克服すべき大きな課題である。特に、データリンクレイヤーに関しては、既存製品の流用が可能であれば大幅な開発コストの削減が期待でき、現在広く普及している２値伝送システムをベースとしたデータリンクレイヤーの製品を流用可能であることが重要である。

本発明の目的は、既存のＰＯＮシステムに新規な高速光デバイス等を追加せず、経済的にＰＯＮシステムの広帯域化を可能とすることである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の光伝送方法は、光送信側において、ｎ系統ａ_n値（ａ₁≦ａ₂≦・・・≦ａ_n）の入力信号を、送信信号の強度の和がΠａ_i（i=1〜n）値の多値信号となるように、波長の異なる複数のＬＤを用いて送信し、光受信側において、前記Πａ_i（i=1〜n）値の信号を単一の光受光素子で一括受信して前記Πａ_i（i=1〜n）値の強度成分を有する多値信号とし、該多値信号を閾値判定し、ｎ系統ａ_n値の信号に復号し、該復号されたｎ系統ａ_n値の信号の内、任意の１系統の信号を選択することを特徴とする。
請求項２にかかる発明の光伝送システムは、ｎ系統ａ _n 値（ａ ₁ ≦ａ ₂ ≦・・・≦ａ _n ）の入力信号を、送信信号の強度の和がΠａ _i （i=1〜n）値の多値信号となるように、波長の異なる複数のＬＤを用いて送信する光送信器と、前記Πａ _i (i=1〜n)値の信号を単一の光受光素子で一括受信して前記Πａ _i （i=1〜n）値の強度成分を有する多値信号とし、該多値信号を閾値判定し、ｎ系統ａ _n 値の信号に復号し、該復号されたｎ系統ａ _n 値の信号の内、任意の１系統の信号を選択する光受信器と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、従来型２値伝送方式のＯＮＵ側ＭＡＣ−ＩＣが使用可能であり、新規にＯＮＵ内ＭＡＣ−ＩＣを開発する必要性が生ぜず、また、物理レイヤーを含め従来より高速で動作するデバイスやビットレート変換回路が不要となる。このため、開発期間、コストが削減可能であり、経済的にＰＯＮの広帯域化が可能となる。

本発明では、ＯＬＴ側の光送信器において、ｎ系統の入力信号を異なる波長のＬＤで変調して異なるパワー比の光信号とし、これを合波して送信し、ＯＮＵ内の光受信器において、該合波した光信号を一括受信して多値信号として識別した後に元のｎ系統の信号のデータに復号し、その復号したｎ系統の中から１系統を選択的に受信するものである。

＜第１の実施例＞
以下、本発明の第１の実施例について説明する。図１はＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０と、それらを結ぶ光媒体網３０と、光スプリッタ４０で構成される光ネットワークを示す。各ＯＮＵ２０はＴＤＭによる下り多重化で通信を行うことを基本とするが、本提案方式を用いたユーザ多重をＴＤＭの代わりに行っても構わない。又は、両者の混在によるユーザ多重あるいはサービス多重であっても構わない。下り信号として相関の無いｎ系統のａ_n値（ａ₁≦ａ₂≦・・・≦ａ_n）の入力信号（data１、data２、・・・、dataｎ）がＯＬＴ１０に入力される。ＯＬＴ１０の光送信器では、そのｎ系統の信号に対して、強度の和がΠａ_i(i=1〜n)値の多値信号となるように、波長が互いに異なる複数個のＬＤ（レーザダイオード）１１を同期をとって変調する。

以下にその一例を示す。ＯＬＴ１０の光送信器において、Πａ_i・ａ_j ^-1(i=1〜n)、（ｊは１≦ｊ≦ｎを満たす整数）個のＬＤ１１の光出力を波長合波器１２で合波した際に、位相が一致するように同期をとる。１〜ｎの入力系統のうち、第ｊ系統については、１つのＬＤ１１をａ_ｊ値の多値信号を送信するように変調する。第ｋ系統（ｋ≠ｊ）については、ｂ_ｎ’・（k-1）個のＬＤ１１をｂ_n個単位でａ_k値の多値信号を送信するように同時に変調する。ここでｂ_n’はΠａ_i(i=1〜n’）、（１≦ｎ’≦ｊ≦ｎ）、又は、Πａ_i・ａ_j ^-1(i=1〜n’）、（１≦ｊ≦ｎ’≦ｎ）である。また、第ｊ系統以外の任意の２系統に関して、ｂ_n’は交換可能である。以上のようにして、光送信器からの信号強度の組み合わせに、ｎ系統のデータをΠａ_i(i=1〜n)値の強度情報として多重する。

一方、ＯＮＵ２０の光受信器においては、Πａ_i(i=1〜n)値の光信号をＰＤ（フォトダイオード）２１で電気信号に変換した後に、閾値判定回路２２でΠａ_i−１(i=1〜n)値の閾値判定を行い、復号回路２３でもとのｎ系統ａ_n値の信号に多重分離し、このうちの任意の１系統または複数系統をスイッチ回路２４で選択的に取り出すことで、ＰＯＮにおいてサービス多重やユーザ多重が可能となる。

本実施例では、ｎ系統の信号（data１、data２、・・・、dataｎ）を多重しており、同じボーレートの２値伝送システムと比較して、ＰＯＮ全体の総帯域はlog₂｛Πａ_i(i=1〜n)｝倍に拡大される。

以上のように、本実施例は、ＯＬＴ１０からＯＮＵ２０に対して下り光信号を送信する際に、ＯＬＴ１０では、異なるｎ系統ａ_n値（ａ₁≦ａ₂≦・・・≦ａ_n）の入力信号（data１、data２、・・・、dataｎ）を、送信信号の強度の和がΠａ_i（i=1〜n）値の多値信号となるように、波長の異なる複数のＬＤを用いて送信し、ＯＮＵ２０では、Πａ_i（i=1〜n）値の信号を単一の光受光素子で一括受信してΠａ_i（i=1〜n）値の強度成分を有する多値信号とし、これを閾値判定し、ｎ系統ａ_n値の信号に復号し、該復号されたｎ系統ａ_n値の信号の内、任意の１系統の信号をスイッチにより選択することにより、既存のＰＯＮシステムに新規な高速光デバイスなどの追加を行うことなく、多波長一括受信多値化方式の適用を可能とするものである。

＜第２の実施例＞
本実施例は、第１の実施例において、ＯＬＴの光送信器に入力されるｎ系統の任意の多値入力信号を、特に２値信号に限定することで、送受信器の構成の簡素化を図ったものである。

図２にＯＬＴ１０と、ＯＮＵ２０と、それを結ぶ光媒体網３０と、光スプリッタ４０とで構成される光ネットワークを示す。第１の実施例と同様に、各ＯＮＵ２０はＴＤＭによる下り多重化で通信を行うことを基本とするが、本提案方式を用いたユーザ多重をＴＤＭの代わりに行っても構わない。又は、両者の混在によるユーザ多重あるいはサービス多重であっても構わない。下り信号として相関の無いｎ系統の２値信号（data１，data２，・・・，dataｎ）がＯＬＴ１０の光送信器に入力される。ＯＬＴ１０ではそのｎ系統の２値信号に対して、強度が等しく波長が互いに異なる２ⁿ−１個のＬＤ１１の光出力信号を、波長合波器１２で合波した際に位相が一致するように、同期をとって変調する。１〜ｎの入力系統のうち、第ｋ系統（１≦ｋ≦ｎ）については、２^k-1個の互いに異なる波長のＬＤ１１を同一のデータ（dataｋ）で変調する。このように送信信号を変調することで、ｎ系統のデータが２ⁿ値の強度情報として多重された多値信号が得られる（図３（ａ））。なお、互いに異なる波長の各々のＬＤ１１を光信号の強度比が１：２：２²：・・・：２^n-1となるように調整し、ｎ系統の２値信号でそれぞれ変調しても良い（図３（ｂ））。このときは、ＬＤ１１の数はｎ個となる。

図３（ａ）と（ｂ）の構成では、光アンプ等を用いない場合は、図３（ａ）はＬＤの個数が多いが伝送損失に対しては強い。図３（ｂ）は強度比を設定するときにアッテネータ等を用いると伝送損失に対して弱くなるが、ＬＤ個数が少なくて済むという利点がある。

なお、信号の変調手段に関しては、直接変調であっても、電界吸収型変調器やニオブ酸リチウム光変調器などの外部変調器を用いても良い。変調済みの光信号は、波長合波器１２を用いて合波して送信する。

図４にＯＮＵ２０内の受信器構成を示す。送信された波長の異なる複数の２値信号を多値化するために、ＯＮＵ２０では全ての波長の光信号を単一のＰＤ２１で一括受信する。ＰＤ２１で多値信号を受信する際にＰＤ２１および閾値判定回路２２内のインピーダンス変換増幅回路２２１の非線形応答が問題になる。一般的に、入力パワーが増大すると回路出力が飽和するため、多値信号が歪んで出力される傾向がある。

そこで、本方式を適用する場合には、図５（ａ）に示すように線形応答領域が十分広い回路を用いる、図５（ｂ）に示すようにＯＮＵ２０または光媒体網３０中に光減衰器を設置して、線形応答領域で動作するようにＰＤ２１に入射する光パワーを調整する、図５（ｃ）に示すように非線形性を補償するため、インピーダンス変換増幅回路２２１の後段の自動利得調整回路２２２において先の非線形性と逆特性を持つ調整機能を付加し、多値信号の各レベル等化を行う、などの対策を講じる。一括受信した多値信号は多値識別回路２２３、およびその後段の復号回路２３において、ＯＬＴ１０に入力されたdata１，data２，・・・，dataｎと同一の情報を持つｎ系統のデータに復号される。

復号回路２３については、多値識別回路２２３の各多値レベル間の比較器の出力をＶ_th01，Ｖ_th12，・・・，Ｖ_th（2 ⁿ _-2)（2 ⁿ _-1)とする。ｐ，ｑ（０≦ｐ＜ｑ≦ｎ）を整数として、Ｖ_thp(p+1)＝１ならばＶ_thq(q+1)＝１と、その対偶であるＶ_thq(q+1)＝０ならばＶ_thp(p+1)＝０が常に成立するため、Ｖ_th01，Ｖ_th12，・・・，Ｖ_th（2 ⁿ _-2)（2 ⁿ _-1)の論理値がすべて０の場合から、Ｖ_th01から順に論理値が１となる場合を考えていき、Ｖ_th（2 ⁿ _-2)（2 ⁿ _-1)まですべて１となる場合についての２^ｎ通りの真理値（図６）を満たすように論理回路を構成すればよい。

具体例として、ｎ＝２の場合を考える。各比較器の出力Ｖ_th01，Ｖ_th12，Ｖ_th23に対して、例えば

の論理式で表されるようdata１，data２を出力する。そのときの真理値を図７に、具体的な回路構成を図８に示す。図８において、２２０１〜２２０３は比較基準値をＶＶ_th01，ＶＶ_th12，ＶＶ_th23（但し、ＶＶ_th01＜ＶＶ_th12＜ＶＶ_th23）とする比較器、２３０１はＥＸＮＯＲ回路、２３０２はＡＮＤ回路である。

最後に、この復号回路２３の後段にスイッチ回路２４を設置し、data１，data２，・・・，dataを選択的に出力する。本スイッチ回路２４は強度情報に多重したｎ系統の信号を分離することに該当する。data１，data２，・・・，dataｎの信号は互いに相関の無い信号であり、且つ同一のボーレートなので、ＰＯＮ全体の総帯域はｎ倍に拡大される。

以上のように、本実施例は、ＯＬＴ１０では、ｎ系統の２値入力信号を各系統の信号毎に送信信号の電力比が異なり、且つ該複数の２値信号の強度の和が２^ｎ値の多値信号となるように、波長の異なる複数の２値光信号として送信し、ＯＮＵ２０では、送信された波長の異なる複数の２値光信号を単一の光受光素子において一括受信して２^ｎ値の強度成分を有する多値信号とし、これを閾値判定し、ｎ系統の２値信号に復号し、該復号されたｎ系統の２値信号の内、任意の１系統の信号をスイッチにより選択することにより、既存のＰＯＮシステムに新規な高速光デバイスなどの追加を行わずに、多波長一括受信多値化方式の適用を可能とするものである。

本発明の第１の実施例の光ネットワークを示すブロック図である。本発明の第２の実施例の光ネットワークを示すブロック図である。（ａ）は本発明の第２の実施例のＯＬＴにおいて波長が異なり光出力が同一の複数のＬＤを使用する場合の説明図、（ｂ）は波長が異なり光出力も異なる複数のＬＤを使用する場合の説明図である。本発明の第２の実施例のＯＮＵの光受信器の詳しい構成を示すブロック図である。（ａ）〜（ｃ）は図４におけるインピーダンス変換増幅回路の応答特性の例を示す図である。本発明の第２の実施例における多値数が２ⁿの場合の閾値判定回路の出力と復号回路の出力の説明図である。本発明の第２の実施例における多値数が４の場合の閾値判定回路の出力と復号回路の出力の説明図である。本発明の第２の実施例における多値数が４の場合の閾値判定回路と復号回路の回路図である。

符号の説明

１０：ＯＬＴ、１１：ＬＤ、１２：波長合波器
２０：ＯＮＵ、２１：ＰＤ、２２：閾値判定回路、２３：復号回路、２４：スイッチ回路、２２１：インピーダンス変換増幅回路、２２２：自動利得調整増幅回路、２２３：多値識別回路

Claims

光送信側において、ｎ系統ａ_n値（ａ₁≦ａ₂≦・・・≦ａ_n）の入力信号を、送信信号の強度の和がΠａ_i（i=1〜n）値の多値信号となるように、波長の異なる複数のＬＤを用いて送信し、
光受信側において、前記Πａ_i（i=1〜n）値の信号を単一の光受光素子で一括受信して前記Πａ_i（i=1〜n）値の強度成分を有する多値信号とし、該多値信号を閾値判定し、ｎ系統ａ_n値の信号に復号し、該復号されたｎ系統ａ_n値の信号の内、任意の１系統の信号を選択することを特徴とする光伝送方法。
ｎ系統ａ _n 値（ａ ₁ ≦ａ ₂ ≦・・・≦ａ _n ）の入力信号を、送信信号の強度の和がΠａ _i （i=1〜n）値の多値信号となるように、波長の異なる複数のＬＤを用いて送信する光送信器と、
前記Πａ _i (i=1〜n)値の信号を単一の光受光素子で一括受信して前記Πａ _i （i=1〜n）値の強度成分を有する多値信号とし、該多値信号を閾値判定し、ｎ系統ａ _n 値の信号に復号し、該復号されたｎ系統ａ _n 値の信号の内、任意の１系統の信号を選択する光受信器と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。