JP6317827B2 - 局側装置及び波長制御方法 - Google Patents

局側装置及び波長制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、局側装置及び波長制御方法に関する。
近年、急速な普及を遂げているＦｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ（ＦＴＴＨ）サービスを支える光通信システムとして、Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＰＯＮ）システムの導入が世界各国で進められている。ＰＯＮシステムは、光ファイバ伝送路中に設置された光スプリッタを介して、収容局に設置された１台の局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）が、複数の加入者宅に設置された加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）を収容することで、光ファイバ伝送路及び光スプリッタを含む光伝送路並びにＯＬＴを複数の加入者間で共有することで、高い経済性を実現した光通信システムである。
現在、日本では主に１Ｇｂ／ｓの伝送量を有するＧＥ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮ）システムが商用導入されている。また、さらなる高速化を実現する次世代光通信システムとして、１０Ｇｂ／ｓ級の総伝送容量を有する、１０Ｇ−ＥＰＯＮおよびＸＧ−ＰＯＮの標準化が完了し、世界各国で研究開発が進められている。このような伝送速度の高速化を背景に、１０Ｇｂ／ｓ級ＰＯＮの後継システムとしてＮＧ−ＰＯＮ２（Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ−ＰＯＮ２）の議論が、標準化団体であるＦＳＡＮ（Ｆｕｌｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）においてされている。
ＮＧ−ＰＯＮ２では従来ＰＯＮシステムからの高速化に加えて、光通信ネットワークの高度化を目指し、これまでのＰＯＮシステムで用いられてきた時間軸の多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）に加えて、光の特性を生かした波長軸の波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を利用することで、収容効率や保守管理などの効率化を図ることが可能となる、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムが検討されている。現在、標準化で検討されているＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの波長配置は、ＧＥ−ＰＯＮ、１０Ｇ−ＥＰＯＮ、映像系サービス、保守管理機能波長帯などとの共存を見込み、既存の光通信システムにおいて使用されていないＣ帯における１５２４〜１５４４ｎｍ、およびＬ帯における１５９６〜１６０３ｎｍの使用が検討されている。
図１および図２にスプリッタ網を用いた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの代表的な構成を示す。図１、および図２はそれぞれ収容されるＯＮＵ２０の位置が、ＯＬＴ１０を基準として、全て同じ、または異なる場合を表している。ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮでは波長可変ＯＮＵ２０とＯＬＴ１０が、光ファイバ伝送路４０、４１、４２、５０及び光スプリッタ３０を経由して接続されている。ＯＬＴ１０は収容ビル１１に配置されている。また、スプリッタ３０の代わりに光合分波器（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）などを用いた形態も考えられる。
ＯＮＵ２０は波長可変バースト送受信器を備える。波長可変バースト送受信器は、波長可変にバースト信号の送受信を行う、波長可変バースト送受信動作が可能である。ＯＬＴ１０は、ＯＬＴ１０のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御部に実装されたＤＷＢＡ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）機能によって、ＴＤＭ領域における帯域、およびＷＤＭ領域における波長を有効に使うことで、ユーザ間の帯域公平制御やＯＬＴプロテクション、および省電力動作などの光通信ネットワークの高度化を実現する。これら、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの波長は、既存のＧＥ−ＰＯＮやＧ−ＰＯＮ、映像用波長帯、および標準化が完了している１０ＧＥ−ＰＯＮやＸＧ−ＰＯＮとの共存を可能とするため、光通信システムにおいて未使用波長帯であるＣ帯の１５２４〜１５４４ｎｍを上り信号に、およびＬ帯の１５９６〜１６０３ｎｍを下り信号に割り当てることが標準化で議論されている。
図３及び図４に、本発明に関連する波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにおける波長割当の一例を示す。ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ＯＬＴ１０からＯＮＵ２０への上り信号およびＯＮＵ２０からＯＬＴ１０への下り信号によってＯＬＴ１０とＯＮＵ２０間をラウンドトリップ通信する波長のペアである波長ペアを割り当てる波長ペア割り当て方法がとられている。ここで、ラウンドトリップ通信とは、ＯＬＴ１０が下り信号を送信し、ＯＬＴ１０に向けてＯＮＵ２０に上り信号を送信させる往復転送通信をいう。
本発明に関連する波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムでは、上り信号と下り信号を短波長側から順にそれぞれ１波長ずつを組にして波長ペアとし、波長ペアをそれぞれのＯＮＵ２０に割り当てる。具体的には、図３のように、上り信号および下り信号を短波長側から、それぞれλｕ１からλｕｍ、およびλｄ１からλｄｍとした場合、図４に示すように、上り信号と下り信号を短波長側から順に１つずつ組にして波長ペアとし、ＯＮＵ２０にいずれかの波長ペアを割り当てる。例えば、波長ペア１はλｕ１とλｄ１の組合せであり、ＯＬＴ１０は波長λｄ１を用いてＯＮＵ２０への信号を送信し、ＯＮＵ２０は、波長λｕ１を用いてＯＬＴ１０への信号を送信する。
ＷＤＭ／ＴＭＤ−ＰＯＮシステムの上り波長および下り波長は１．５μｍ帯を使用し、上り信号及び下り信号はそれぞれ２０ｎｍ、および７ｎｍの波長帯域幅を持つため、長距離伝送時において、上り信号と下り信号の波長分散によって受ける波長分散遅延量が、システムへ影響を与える恐れがある。ここで、ラウンドトリップ通信による波長分散遅延量Ｄは、式（１）によって算定することができる。
（数１）
Ｄ＝Ｌ×（（Ｂｕ×Ｄｕ）＋（Ｂｄ×Ｄｄ）） （１）
ここで、伝送距離をＬ、上り信号波長帯域幅をＢｕ、上り信号波長分散量をＤｕ、下り信号波長帯域幅をＢｄ、下り信号波長分散量をＤｄとした。上り信号波長帯域幅Ｂｕは、上り信号での基準信号の波長と、対象となる信号の波長の差の絶対値である。上り信号波長分散量Ｄｕは、基準信号の波長及び対象となる信号の波長範囲から推定される波長分散量の変化量の係数である。下り信号波長帯域幅Ｂｄは、下り信号での基準信号の波長と、対象となる信号の波長の差の絶対値である。下り信号波長分散量Ｄｄは、基準信号の波長及び対象となる信号の波長範囲から推定される波長分散量の変化量の係数である。
ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄは、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０の間で複数の波長の上り信号および下り信号のペアを用いてラウンドトリップによる伝送を行う場合の、基準信号の波長ペアでの分散遅延量と、対象となる信号の波長ペアでの分散遅延量の差である。ここで、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄは、基準信号の波長ペアを用いてラウンドトリップによる伝送を行った場合の遅延と、対象となる信号の波長ペアを用いてラウンドトリップによる伝送を行った場合の遅延の差と等しい。図４では、上り信号での基準信号の波長と、下り信号での基準信号の波長の組合せが波長ペア１である。
光通信システムが、図３及び図４に示した波長ペアを用いる場合のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの最大値の算定結果を式（２）に示す。式（２）では、基準信号を図４の波長ペア１の信号とし、図４の波長ペアｍで生じるラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを求めた。また、式（２）では、図５に示すような、一般的なＮＧ−ＰＯＮ２で議論されている各仕様を用いた。具体的には、Ｌは４０ｋｍ、Ｂｕは２０ｎｍ、Ｄｕは１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、Ｂｄは７ｎｍ、Ｄｄは２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。
（数２）
Ｄ＝Ｌ×（（Ｂｕ×Ｄｕ）＋（Ｂｄ×Ｄｄ））
＝４０×（（２０×１６）＋（７×２０））
＝１８４００ｐｓ
＝１８．４ｎｓ （２）
式（２）から、４０ｋｍラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの最大値は１８．４ｎｓとなる。ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの最大値は、伝送距離が４０ｋｍ以上になると、Ｌの値が前項に影響するため、さらに大きな値となる。ここで、ＩＴＵ−Ｔで標準化されているＧ−ＰＯＮやＸＧ−ＰＯＮにおけるレーザのＴｏｎ、Ｔｏｆｆ時間の推奨値が３２ｂｉｔ（１２．８ｎｓｅｃ）以下であり、さらには近年要望が強くなっている同期機能などを考慮すると、遅延に対するシステムへの要求は今後さらに厳しくなっていくと考えられる。
また、これらＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムにおいては、伝送距離が４０ｋｍ以上の広域化が積極的に検討されており、長距離伝送における波長分散の影響によって、既存Ｇ−ＰＯＮなどのレーザの立ち上がり立下り許容時間を超える遅延量が発生する恐れが大きく、システムおよびアプリケーションにとって大きな問題となる可能性がある。
Ｓ． Ｋａｎｅｋｏ， Ｔ． Ｙｏｓｈｉｄａ， Ｓ． Ｆｕｒｕｓａｗａ， Ｍ． Ｓａｒａｓｈｉｎａ， Ｈ． Ｔａｍａｉ， Ａ． Ｓｕｚｕｋｉ， Ｔ． Ｍｕｋｏｊｉｍａ， Ｓ． Ｋｉｍｕｒａ， ａｎｄ Ｎ． Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ， "Ｆｉｒｓｔ λ−ｔｕｎａｂｌｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄ ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｙ ３−ｍｓｅｃ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｈｉｔｌｅｓｓ ｔｕｎｉｎｇ ｏｎ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ４０−Ｇｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ" ｉｎ ｐｒｏｃ． ＯＦＣ’２０１４， Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ ＣＡ， Ｔｈ５Ａ．４， ２０１４．
前記課題を解決するために、本発明は、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮを用いた光通信システムにおいて、ラウンドトリップ通信した際に、上り信号及び下り信号に生じる遅延量の差を、低減する局側装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の局側装置は、複数の上り下り信号を一心双方向伝送する波長多重光通信システムにおいて、上りおよび下り信号に用いる波長ペアの組み合わせを、各波長ペアから算定する波長分散遅延量の最大値が、上りおよび下り信号に用いる波長ペアの組み合わせを、共に短波側から割り当てた場合に算定される波長分散遅延量の最大値よりも小さくなるように構成する。
具体的には、本発明の局側装置は、光伝送路経由で接続された局側装置と複数の加入者側装置が、波長分割多重を用いて、前記局側装置から前記加入者側装置への下り信号の伝送及び前記加入者側装置から前記局側装置への上り信号の伝送を行う光通信システムに用いられる前記局側装置であって、前記上り信号の伝送及び前記下り信号の伝送は、前記加入者側装置ごとに、上り信号波長帯に含まれる前記上り信号の波長及び下り信号波長帯に含まれる前記下り信号の波長を組とする波長ペアを用いて行い、前記波長ペアは、波長ペアを割り当てられた加入者側装置及び局側装置の伝送距離、波長ペアの上り信号の波長と上り基準信号波長との差の絶対値を示す上り信号波長帯域幅、波長ペアの上り信号の波長範囲及び上り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す上り信号波長分散量、波長ペアの下り信号の波長と下り基準信号波長の差の絶対値を示す下り信号波長帯域幅、波長ペアの下り信号の波長範囲及び下り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す下り信号波長分散量、を用いて算出される各波長ペアの波長分散遅延量の最大値が、上り基準信号波長を上り信号波長帯に含まれる最短波長とし、下り基準信号波長を下り信号波長帯に含まれる最短波長とし、上り信号波長帯に含まれる最長波長及び下り信号波長帯に含まれる最長波長を波長ペアとした場合に、前記伝送距離、前記上り信号波長帯域幅、前記上り信号波長分散量、前記下り信号波長帯域幅、前記下り信号波長分散量を用いて算出される波長ペアの波長分散遅延量よりも小さい。
本発明の局側装置では、前記加入者側装置ごとの前記波長ペアは、前記上り信号の波長を短波長側から順に割り当てられかつ前記下り信号の波長を長波長側から順に割り当てられているか、或いは、前記上り信号の波長を長波長側から順に割り当てられかつ前記下り信号の波長を短波長側から順に割り当てられていてもよい。
本発明の局側装置では、前記複数の加入者側装置のうちのいずれかの加入者側装置に割り当てられた前記波長ペアの波長分散遅延量でありかつ前記光伝送路において推定される前記上り信号の波長及び前記下り信号の波長に生じる波長分散量を用いて算出された波長分散遅延量が予め定められた閾値を超える場合には、当該加入者側装置に割り当てられた波長ペアを変更してもよい。
本発明の局側装置では、前記複数の加入者側装置のうちのいずれかの加入者側装置に割り当てられた前記波長ペアの波長分散遅延量でありかつ前記光伝送路において推定される前記上り信号の波長及び前記下り信号の波長に生じる波長分散量を用いて算出された前記波長分散遅延量が予め定められた閾値を超える場合には、前記複数の加入者側装置に割り当てられた波長ペアの全てを変更してもよい。
本発明の局側装置では、前記複数の加入者側装置のうちの２以上の加入者側装置に割り当てられた前記波長ペアの波長分散遅延量でありかつ前記光伝送路において推定される前記上り信号の波長及び前記下り信号の波長に生じる波長分散量を用いて算出された２以上の前記波長分散遅延量が予め定められた閾値を超える場合には、前記波長分散遅延量が閾値を超えている波長ペアを、前記波長分散遅延量が閾値を超えている他の加入者側装置に対して割り当ててもよい。
具体的には、本発明の波長制御方法は、光伝送路経由で接続された局側装置と複数の加入者側装置が、波長分割多重を用いて、前記局側装置から前記加入者側装置への下り信号の伝送及び前記加入者側装置から前記局側装置への上り信号の伝送を行う光通信システムに用いられる前記局側装置の波長制御方法であって、前記上り信号の伝送及び前記下り信号の伝送は、前記加入者側装置ごとに、上り信号波長帯に含まれる前記上り信号の波長及び下り信号波長帯に含まれる前記下り信号の波長を組とする波長ペアを用いて行い、前記波長ペアは、波長ペアを割り当てられた加入者側装置及び局側装置の伝送距離、波長ペアの上り信号の波長と上り基準信号波長との差の絶対値を示す上り信号波長帯域幅、波長ペアの上り信号の波長範囲及び上り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す上り信号波長分散量、波長ペアの下り信号の波長と下り基準信号波長の差の絶対値を示す下り信号波長帯域幅、波長ペアの下り信号の波長範囲及び下り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す下り信号波長分散量、を用いて算出される各波長ペアの波長分散遅延量の最大値が、上り基準信号波長を上り信号波長帯に含まれる最短波長とし、下り基準信号波長を下り信号波長帯に含まれる最短波長とし、上り信号波長帯に含まれる最長波長及び下り信号波長帯に含まれる最長波長を波長ペアとした場合に、前記伝送距離、前記上り信号波長帯域幅、前記上り信号波長分散量、前記下り信号波長帯域幅、前記下り信号波長分散量を用いて算出される波長ペアの波長分散遅延量よりも小さい。
本発明の波長制御方法では、波長分散遅延量が予め定められた閾値を超える前記局側装置と前記加入者側装置との距離の場合、当該加入者側装置に割り当てられている波長ペアを変更してもよい。
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
本発明によれば、本発明は、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮを用いた光通信システムにおいて、ラウンドトリップ通信した際に上り信号及び下り信号に生じる遅延量の差を低減する局側装置を提供することができる。
本発明に関連する波長多重光通信システムの第１例を示す。 本発明に関連する波長多重光通信システムの第２例を示す。 本発明に関連する波長多重光通信システムにおける上り信号の波長と、下り信号の波長の一例を示す。 本発明に関連する波長多重光通信システムにおける上り信号の波長と、下り信号の波長の波長ペアの一例を示す。 本発明に関連する波長多重光通信システムにおけるラウンドトリップによる波長分散遅延量を算定する際の条件の一例を示す。 本発明の実施形態１に係る波長多重光通信システムにおける上り信号の波長と、下り信号の波長の一例を示す。 本発明の実施形態１に係る波長多重光通信システムにおける上り信号の波長と、下り信号の波長の波長ペアの一例を示す。 本発明の実施形態１に係るラウンドトリップによる波長分散遅延量を算定する際の条件の一例を示す。 本発明の実施形態２に係る波長多重光通信システムにおける上り信号の波長と、下り信号の波長の一例を示す。 本発明の実施形態２に係る波長多重光通信システムにおける上り信号の波長と、下り信号の波長の波長ペアの一例を示す。 本発明の実施形態２に係るラウンドトリップによる波長分散遅延量を算定する際の条件の一例を示す。 本発明の実施形態３に係る波長多重光通信システムでの波長ペア変更フローの一例を示す。 本発明の実施形態４に係る波長多重光通信システムでの波長ペア変更フローの一例を示す。 本発明の実施形態５に係る波長多重光通信システムでの波長ペア変更フローの一例を示す。 本実施形態に係る波長ペアリング組み合わせによる分散遅延量の距離依存性の一例を示す。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
本実施形態に係る光通信システムは、図１及び図２に示すように、ＯＬＴ１０、ＯＮＵ２０及び光伝送路を備える。光伝送路は、光ファイバ伝送路４０、４１、４２、５０及び光スプリッタ３０を備える。光スプリッタ３０は、光を合分波するＷＭ（Ｗｅｉｇｈｕｎｇ Ｍｕｘ）として機能してもよい。
ＯＬＴ１０は、ラウンドトリップ通信する波長ペアを、各ＯＮＵ２０に割り当てる。このとき、ＯＬＴ１０は、ＯＬＴ１０とＯＮＵ２０の間の通信におけるラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和するように、上り信号及び下り信号の波長を割り当てる。ＯＬＴ１０及び各ＯＮＵ２０は、この波長ペアの割り当てに従って、ラウンドトリップ通信を行う。
ラウンドトリップ通信では、例えば、ＯＬＴ１０は、波長ペアの割り当てに従って、各ＯＮＵ２０へ下り信号を送信する。各ＯＮＵ２０は、波長ペアの割り当てに従って、波長可変バースト送受信器の送受信波長を設定し、ＯＬＴ１０からの下り信号を受信し、上り信号をＯＬＴ１０へ送信する。ＯＬＴ１０は、波長ペアの割り当てに従って、各ＯＮＵ２０からの上り信号を受信する。ここで、ＯＬＴ１０及びＯＳＵ（光送受信装置：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎｉｔ）における各ポートの構成部は、ＣＴ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）として機能してもよい。
図６及び図７に、本実施形態に係る波長ペアの一例を示す。本実施形態では、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮを用いた光通信システムがラウンドトリップ通信する際に、図５及び式（２）を用いて説明した上りおよび下り信号波長帯の波長分散の影響によって、それぞれの波長ペアに生じる分散遅延量を緩和する。ここで、本実施形態に係るＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮは、ＴＷＤＭ（Ｔｉｍｅ ａｎｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）−ＰＯＮと同義として用いる。なお、上り下り信号は任意の波長数ｍから成るものとしているが、上りおよび下りの波長数が異なる場合で本手法は有効である。また、上り下り信号の波長間隔についても、同一の場合はもちろん、異なる場合でも本手法は有効である。本実施形態では、図６に示すように、図３と同様に上りおよび下り信号は均等な波長間隔に配置されたｍ個の信号から成り、短波長側から図６に示すように数字を割り当てることとする。
本発明に関連する光通信システムでは、図４のように、上りおよび下り信号の両方に対して、それぞれ基準信号から順に長波長となるように波長ペアとして組み合わせていた。しかし、本実施形態では、図７のように、上り信号は短波長側から、および下り信号は長波長側から、それぞれ波長ペアとして組み合わせる。これによって、それぞれの波長ペアは、図７に示す表のように構成される。
図７に示した波長ペアでの、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの最大値の算定結果を式（３）に示す。式（３）では、基準信号を図７の波長ペア１の信号とし、図７の波長ペアｍで生じるラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを求めた。また、式（３）の算定では、図８に示した値を用いた。
（数３）
Ｄ＝Ｌ×（（Ｂｕ×Ｄｕ）＋（Ｂｄ×Ｄｄ））
＝ ４０×（（２０×１６）＋（７×−２０））
＝７２００ｐｓ
＝７．２ｎｓ （３）
本実施形態の波長ペアにおける分散遅延量のうち、長波長側から波長ペアに割り当てる下り信号波長分散量Ｄｄは、長波長側の基準信号である図７に示す波長ペア１に割り当てられたλｄｍを基準として、７ｎｍ短波長側に位置する信号である波長ペアｍに割り当てられたλｄ１に対する波長分散量を定義することとなるため、マイナスの値をとることとなる。このため、図８に示した条件での伝送距離Ｌ＝４０ｋｍにおけるラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄは、式（３）に示すように７．２ｎｓとなる。ここで、図５に示す条件を用いて算定した本発明に関連する光通信システムに係る波長ペアを用いる場合のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄは、１８．４ｎｓである。したがって、本実施形態では、図５に示す条件を用いた場合と比較して、１１．２ｎｓだけラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和することが可能である。
本実施形態は、一例としてＦＳＡＮ／ＩＴＵ−Ｔで議論されているＮＧ−ＰＯＮ２の上り下り信号波長を例として議論したが、本実施形態は全ての光通信波長帯、および上り下り信号のあらゆる周波数間隔において有効である。また、４０ｋｍ以上の長距離化においても有効である。本実施形態によって、波長ペアの組み合わせを変更するのみで、光通信システムがラウンドトリップ通信する際のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和することが可能となる。
図２に示した波長多重光通信システムでは、全てのＯＮＵ２０が異なる位置に収容されている。しかし、本実施形態では、一部のＯＮＵ２０のみが異なる位置に収容されていてもよいし、ＯＮＵ２０が２以上の位置に収容され、それぞれの位置に任意の数のＯＮＵ２０が収容されていてもよい。また、本実施形態では、波長ペア１を上り信号での基準信号の波長と下り信号での基準信号の波長の組合せとしたが、他の波長ペアを基準信号の波長の組合せとしてもよい。
（実施形態２）
図９及び図１０に、本実施形態に係る波長ペアの一例を示す。本実施形態においても、実施形態１と同じように、ラウンドトリップ通信する際に、図５及び式（２）を用いて説明した上りおよび下り信号波長帯の波長分散の影響によって、それぞれの波長ペアに生じる分散遅延量を緩和する。なお、上り下り信号は任意の波長の数ｍから成るものとしているが、上りおよび下りの波長の数が異なる場合でも本実施形態は有効である。また、上り下り信号の波長間隔についても、同一の場合はもちろん、異なる場合でも本実施形態は有効である。
図９に示すように、図３と同様に上りおよび下り信号は均等な波長間隔に配置されたｍ個の信号から成り、短波長側から図に示すように数字を割り当てることとする。本発明に関連する波長ペアの割り当てでは、図４のように、上り信号および下り信号に対して、それぞれ基準信号の波長から順に長波長となるように波長ペアとして組み合わせていたのに対して、本実施形態では、図１０に示すように、上り信号を長波長側から、および下り信号は短波長側から、それぞれ波長ペアとして組み合わせることを特徴とする。
図１０に示したラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの最大値の算定結果を式（４）に示す。式（４）の算定では、図１１に示した値を用いた。
（数４）
Ｄ＝Ｌ×（（Ｂｕ×Ｄｕ）＋（Ｂｄ×Ｄｄ））
＝４０×（（２０×−１６）＋（７×２０））
＝−７２００ｐｓ
＝−７．２ｎｓ （４）
式（４）を用いて、本実施形態のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの最大値を考慮する際、長波長側から波長ペアに割り当てる上り信号波長分散量Ｄｕは、長波長側の基準信号である図１０に示す波長ペア１に割り当てられたλｕｍを基準として、２０ｎｍ短波長側に位置する信号である波長ペアｍに割り当てられたλｕ１に対する波長分散量を定義することとなるため、マイナスの値をとることとなる。
このため、図１１の条件を用いて、式（４）で算定したラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄは−７．２ｎｓとなり、図５に示す本発明に関連する光通信システムに係る波長ペアを用いる場合の分散遅延量１８．４ｎｓと比較して、２５．６ｎｓ緩和することが可能である。
本実施形態では、一例としてＦＳＡＮ／ＩＴＵ−Ｔで議論されているＮＧ−ＰＯＮ２の上り下り信号波長を例として議論したが、本実施形態は全ての光通信波長帯、および上り下り信号のあらゆる周波数間隔において有効である。また、４０ｋｍ以上の長距離化においても有効である。本実施形態によって、波長ペアに用いる波長の組み合わせを変更するのみで、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムがラウンドトリップ通信する際のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和することが可能となる。
（実施形態３）
図１２に、図１に示すような、全てのＯＮＵ２０が同一距離に収容されているＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける、波長ペア変更に関する、フローチャートを示す。本実施形態では、ＯＬＴ１０は、システムの分散許容値として定められた閾値を超えたラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄが見つかった場合は、全てのＯＮＵ２０に割り当てている波長ペアを変更する。本実施形態では、前提として、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの上り下り信号の初期設定波長ペアは図４に示す、短波長側から組み合わせたものとする。
上り信号および下り信号において用いる波長、波長分散量Ｄｕ及びＤｄ、波長帯域幅Ｂｕ及びＢｄは予め把握しておくことができる。 このため、全ＯＮＵ２０の収容位置、すなわち伝送距離Ｌが把握できれば、式（１）〜（４）を用いて、光通信システム全体のラウンドトリップによる分散遅延量Ｄが一意的に求められる。
ＰＯＮシステムに代表されるアクセスシステムはＯＮＵ２０の収容位置を把握するために、レンジング機能を備える。このため、本実施形態ではこれらレンジング機能で特定した全ＯＮＵ２０の収容位置情報をもとに、ＯＬＴ１０とそれぞれのＯＮＵ２０との間でのラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを導き、それらと予め設定したシステムの分散許容値（たとえばＧ−ＰＯＮで規定されているＴｏｎ／Ｔｏｆｆ時間である１２．８ｎｓｅｃ）とを比較することで、波長ペアの変更判断を行う。
図１２に示すフローでは、ステップＳ１０１において、レンジングによって導かれたそれぞれのＯＮＵ２０の伝送距離Ｌを用いて算定したラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値以内である場合は、波長ペアの変更は行わない。一方、ステップＳ１０１において、少なくとも１つのＯＮＵ２０でのラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値（たとえばＧ−ＰＯＮで規定されているＴｏｎ／Ｔｏｆｆ時間である１２．８ｎｓｅｃ）を超えている場合は、ステップＳ１０２に移行する。ステップＳ１０２では、波長ペアを実施形態１または実施形態２のように変更する。本実施形態によって、波長ペアの組み合わせを変更するのみで、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮがラウンドトリップ通信する際のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和することが可能となる。
本実施形態における波長分散の物理的取り扱いにおいて、光信号は複数の光の波（光波）が重なり合って構成される。このような光信号が光ファイバ中を伝播する場合において、それぞれの光波の伝播定数が、光波の周波数に応じて異なることとなる。このように、伝播定数が周波数によって変化する物理現象を、分散と呼ぶ。
一般的なシングルモード光ファイバには主に、１）材料分散、および２）導波路分散と呼ばれる、２種類の分散要因が存在する。これら、分散は光信号伝送時の光パルス広がりに影響を与え、伝送距離や伝送速度の制限を与えることとなる。
ここで、材料分散に起因する材料分散量Ｄｍは次式で与えられる。
Figure 0006317827
ｄτは、パルスの広がり、λは光信号波長、ｃは光信号の周波数である。また、Ｄｍの単位は、ｐｓ／ｋｍ／ｎｍで表され、１ｎｍのスペクトル幅を有する光信号が１ｋｍ伝送した場合におけるスペクトル広がりを意味する。
一方、導波路分散は、光ファイバのコア部分とクラッド部分の屈折率が異なることにより、伝播定数が周波数に応じて変化するために影響を与える分散である。導波路分散に起因する導波路分散量Ｄｗは、次式で与えられる。
Figure 0006317827
 νは規格化周波数、Δはコアとクラッドの屈折率比である。一般的なシングルモードファイバの分散量Ｄは、これら材料分散量Ｄｍと導波路分散量Ｄｗの和（Ｄ＝Ｄｍ＋Ｄｗ）によって定義される。この分散量Ｄが式（１）におけるＤｍ及びＤｄとなる。
一般的なシングルモードファイバの分散量Ｄは、光信号波長λが１３００ｎｍ付近においてゼロになることが知られている。光ファイバの低損失波長帯である１５５０ｎｍ付近においては、光信号が１ｋｍ伝送されることに、光信号に対して１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の分散量Ｄが付与される。これは、光信号が１ｋｍ伝送されることに１７ｐｓ、光パルスが広がることを意味する。
波長ペア切替の閾値において、図１５に、波長ペアリングの組み合わせによる分散遅延量の距離依存特性を示す。Ｌ１は実施形態１、Ｌ２は実施形態２、Ｌ３は図４に示す波長ペアを用いた場合を示す。実施形態１では、上り波長が基準信号から順に長波長になり、下り波長が基準信号から順に短波長になる。また、実施形態２では、上り波長が基準信号から順に短波長になり、下り波長が基準信号から順に長波長になる。このため、実施形態１及び実施形態２では、式（５）及び式（６）より、上り信号における分散量Ｄと下り信号における分散量Ｄが上り信号と下り信号で互いに相殺することになる。これにより、Ｌ１及びＬ２はＬ３よりも分散遅延量が少なくなっている。
関連技術に係る上り下り共に短波側からペアリングした波長を用いて通信を行う方式では、４０ｋｍ伝送時の最も短波側の波長ペアと、最も長波側の波長ペア間の分散遅延量は、１８．２ｎｓとなる。これら、分散遅延量は距離に比例して大きくなり、近年のアクセスシステムのトレンドである更なる広域化を念頭に入れた場合、例えば１００ｋｍ伝送時においては、４６ｎｓの分散遅延量が生じる。
Ｇ．９８９．２で標準化されているＮＧ−ＰＯＮ２の物理仕様において、例えばＯＮＵ送信器のレーザ立ち上がりに割り当てられている、Ｔｏｎ時間は１２．８ｎｓである。よって関連技術に係る波長ペア構成では、４０ｋｍ伝送時において、これらＴｏｎを超えるような分散遅延量が生じる。例えば、波長切替時においてはこれら分散遅延量により、通信不可時間が生じ、帯域を消費することとなる。
一方、本実施形態に係る波長ペアリングの構成では、４０ｋｍ伝送時の分散遅延量が７．２ｎｓに抑えられる。関連技術に係る波長ペアから、本実施形態に係る波長ペアへの変更は、ＯＬＴのレンジングによるＯＮＵ収容距離情報と、分散遅延量の距離依存性特性をＯＬＴにおいて照らし合わせ、波長ペアリング変更閾値を超えた場合において、変更する。例えば、波長ペアリング変更閾値はＯＮＵに搭載するレーザのＴｏｎ仕様である１２．８ｎｓなどが設定される。
（実施形態４）
図１３に、図２に示すような、全てのＯＮＵ２０が異なる位置に収容されているＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄに応じた波長ペア変更に関する、フローチャートを示す。本実施形態でも、前提として、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの上り下り信号の初期設定波長ペアは図４に示す、短波長側から組み合わせたものとする。
本実施形態でも、実施形態３と同じように、全ＯＮＵ２０の収容位置、すなわち伝送距離Ｌが把握できれば、全ＯＮＵ２０でのラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄが一意的に求められる。実施形態３と同様に、本実施形態でもＰＯＮシステムにおけるレンジング機能を活用する。このため、本実施形態ではこれらレンジング機能で特定したＯＮＵ２０の収容位置情報をもとに、それぞれのＯＮＵ２０でのラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを導き、それらと予め設定したシステムの分散許容値とを比較することで、波長ペアの変更判断を行う。
図１３に示すフローでは、ステップＳ２０１において、レンジングによって導かれた全ＯＮＵ２０のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値以内である場合は、波長ペア変更を行わない。一方、ステップＳ２０１において、収容位置が異なるＯＮＵ２０のうち、どれか１つでもラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値を超えている場合は、ステップＳ２０２において、全ＯＮＵ２０の波長ペアを実施形態１または実施形態２のようにして変更する。本実施形態によって、波長ペアの組み合わせを変更するのみで、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮがラウンドトリップ通信する際のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和することが可能となる。
（実施形態５）
図１４に、図２に示すような、全てのＯＮＵ２０が異なる位置に収容されているＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおける、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄに応じた波長ペア変更に関する、フローチャートを示す。本実施形態でも、前提として、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮの上り下り信号の初期設定波長ペアは図４に示す、短波長側から組み合わせたものとする。
本実施形態でも、実施形態３及び実施形態４と同じように、全ＯＮＵ２０の収容位置、すなわち伝送距離Ｌが把握できれば、全ＯＮＵ２０でのラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄが一意的に求められる。実施形態３および実施形態４と同様に本手法もＰＯＮシステムにおけるレンジング機能を活用する。
このため、本実施形態ではこれらレンジング機能で特定したＯＮＵ２０の収容位置情報をもとに、全ＯＮＵ２０でのラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを導き、それらと予め設定したシステムの分散許容値とを比較することで、波長ペアの変更判断を行う。
図１４に示すフローでは、ステップＳ３０１において、レンジングによって導かれた全ＯＮＵ２０のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値以内である場合は、波長ペア変更を行わない。一方、ステップＳ３０１において、収容位置が異なるＯＮＵ２０のうち、少なくとも１つのＯＮＵ２０のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値を超えている場合には、ステップＳ３０２に移行する。
ステップＳ３０２において、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値を満たさないＯＮＵ２０が２台以上の場合は、ステップＳ３０３に移行する。ステップＳ３０３では、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値を超えるＯＮＵ２０で使用している波長の中で、波長ペアを実施形態１または実施形態２のように変更する。一方、ステップＳ３０２において、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値を超えているＯＮＵ２０が１台の場合には、ステップＳ３０４に移行し、実施形態４と同様に全ＯＮＵ２０の波長ペアを実施形態１または実施形態２のように変更する。本実施形態によって、波長ペアの組み合わせを変更するのみで、ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮがラウンドトリップ通信する際のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄを緩和することが可能となる。なお、本実施形態に係るＯＬＴ１０は、外部の制御装置（不図示）に接続され、技術者が算出した波長ペアを制御装置を介して用いてもよいし、予め制御装置が波長ペアを算出してＯＬＴ１０に入力してもよい。
実施形態３〜実施形態５では、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値以内となるように、全ＯＮＵ２０が用いる波長のペアを変更する。ここで、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値以内となるように、実施形態３〜実施形態５のフローを繰り返してもよいし、実施形態３〜実施形態５のフローを組み合わせて用いてもよい。また、少なくとも１つのＯＮＵ２０が用いる波長のペアを、ラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄがシステムの分散許容値を超えるか否かにかかわらず、全ＯＮＵ２０のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄの合計や平均が最小又は一定の値となるように変更してもよいし、全ＯＮＵ２０のラウンドトリップによる波長分散遅延量Ｄが一定の範囲となるように変更してもよい。
本発明の局側装置は通信産業に適用することができる。
１０：ＯＬＴ
１１：収容ビル
２０：ＯＮＵ
３０：光スプリッタ
４０、４１、４２、５０：光ファイバ伝送路

Claims (7)

  1. 光伝送路経由で接続された局側装置と複数の加入者側装置が、波長分割多重を用いて、前記局側装置から前記加入者側装置への下り信号の伝送及び前記加入者側装置から前記局側装置への上り信号の伝送を行う光通信システムに用いられる前記局側装置であって、
    前記上り信号の伝送及び前記下り信号の伝送は、前記加入者側装置ごとに、上り信号波長帯に含まれる前記上り信号の波長及び下り信号波長帯に含まれる前記下り信号の波長を組とする波長ペアを用いて行い、
    前記波長ペアは、波長ペアを割り当てられた加入者側装置及び局側装置の伝送距離、波長ペアの上り信号の波長と上り基準信号波長との差の絶対値を示す上り信号波長帯域幅、波長ペアの上り信号の波長範囲及び上り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す上り信号波長分散量、波長ペアの下り信号の波長と下り基準信号波長の差の絶対値を示す下り信号波長帯域幅、波長ペアの下り信号の波長範囲及び下り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す下り信号波長分散量、を用いて算出される各波長ペアの波長分散遅延量の最大値が、上り基準信号波長を上り信号波長帯に含まれる最短波長とし、下り基準信号波長を下り信号波長帯に含まれる最短波長とし、上り信号波長帯に含まれる最長波長及び下り信号波長帯に含まれる最長波長を波長ペアとした場合に、前記伝送距離、前記上り信号波長帯域幅、前記上り信号波長分散量、前記下り信号波長帯域幅、前記下り信号波長分散量を用いて算出される波長ペアの波長分散遅延量よりも小さい、
    局側装置。
  2. 前記加入者側装置ごと前記波長ペアは、
    前記上り信号の波長を短波長側から順に割り当てられかつ前記下り信号の波長を長波長側から順に割り当てられているか、或いは、
    前記上り信号の波長を長波長側から順に割り当てられかつ前記下り信号の波長を短波長側から順に割り当てられている、
    請求項１に記載の局側装置。
  3. 前記複数の加入者側装置のうちのいずれかの加入者側装置に割り当てられた前記波長ペアの波長分散遅延量でありかつ前記光伝送路において推定される前記上り信号の波長及び前記下り信号の波長に生じる波長分散量を用いて算出された波長分散遅延量が予め定められた閾値を超えている場合には、当該加入者側装置に割り当てられた波長ペアを変更する、
    請求項１又は２に記載の局側装置。
  4. 前記複数の加入者側装置のうちのいずれかの加入者側装置に割り当てられた前記波長ペアの波長分散遅延量でありかつ前記光伝送路において推定される前記上り信号の波長及び前記下り信号の波長に生じる波長分散量を用いて算出された前記波長分散遅延量が予め定められた閾値を超えている場合には、前記複数の加入者側装置に割り当てられた波長ペアの全てを変更する、
    請求項１又は２に記載の局側装置。
  5. 前記複数の加入者側装置のうちの２以上の加入者側装置に割り当てられた前記波長ペアの波長分散遅延量でありかつ前記光伝送路において推定される前記上り信号の波長及び前記下り信号の波長に生じる波長分散量を用いて算出された２以上の前記波長分散遅延量が予め定められた閾値を超えている場合には、前記波長分散遅延量が閾値を超えている波長ペアを、前記波長分散遅延量が閾値を超えている他の加入者側装置に対して割り当てる、
    請求項１又は２に記載の局側装置。
  6. 光伝送路経由で接続された局側装置と複数の加入者側装置が、波長分割多重を用いて、前記局側装置から前記加入者側装置への下り信号の伝送及び前記加入者側装置から前記局側装置への上り信号の伝送を行う光通信システムに用いられる前記局側装置の波長制御方法であって、
    前記上り信号の伝送及び前記下り信号の伝送は、前記加入者側装置ごとに、上り信号波長帯に含まれる前記上り信号の波長及び下り信号波長帯に含まれる前記下り信号の波長を組とする波長ペアを用いて行い、
    前記波長ペアは、波長ペアを割り当てられた加入者側装置及び局側装置の伝送距離、波長ペアの上り信号の波長と上り基準信号波長との差の絶対値を示す上り信号波長帯域幅、波長ペアの上り信号の波長範囲及び上り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す上り信号波長分散量、波長ペアの下り信号の波長と下り基準信号波長の差の絶対値を示す下り信号波長帯域幅、波長ペアの下り信号の波長範囲及び下り基準信号波長から推定される波長分散量の変化量の係数を示す下り信号波長分散量、を用いて算出される各波長ペアの波長分散遅延量の最大値が、上り基準信号波長を上り信号波長帯に含まれる最短波長とし、下り基準信号波長を下り信号波長帯に含まれる最短波長とし、上り信号波長帯に含まれる最長波長及び下り信号波長帯に含まれる最長波長を波長ペアとした場合に、前記伝送距離、前記上り信号波長帯域幅、前記上り信号波長分散量、前記下り信号波長帯域幅、前記下り信号波長分散量を用いて算出される波長ペアの波長分散遅延量よりも小さい、
    ことを特徴とする波長制御方法。
  7. 波長分散遅延量が予め定められた閾値を超える前記局側装置と前記加入者側装置との距離の場合、当該加入者側装置に割り当てられている波長ペアを変更する、
    請求項６に記載の波長制御方法。
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