JP6603250B2 - 光アクセスシステム - Google Patents

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Description

本発明は、光アクセスシステムに関する。
FTTH (Fiber To The Home)やモバイルサービスによる高速インターネットを利用するユーザの数は増大し続けており、人々の生活に欠かすことのできないものとなっている。一方で、FTTHやモバイルサービスを提供するバックボーンネットワークでは、それぞれのサービスごとにネットワークが独立して構築されており、運用面において非効率である。そこで、1つの装置で複数のサービスを収容するアクセスネットワークが提案されている(例えば非特許文献1参照)。さらに、マルチサービスの収容が可能なアクセスネットワークを実現するために、複数の波長を利用するWDM−PON(Wavelength Division Multiplex PON)やTDM−PON(Time Division Multiplexing PON)等のPON(Passive Optical Network:受動光ネットワーク)がITU−T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)によって標準化されている(例えば非特許文献2参照)。
一方で、マルチサービスの収容を実現するためには、光アクセスシステムが収容可能な距離(以下「収容可能距離」という。)の拡大が必要である。ファイバアンプに代表される光増幅器は、光信号を電気信号に変換することなく信号強度を増幅することが可能である。そのため、光増幅器を使用することで、光アクセスシステムの収容可能距離を拡大することができる。
しかしながら、波長多重方式を用いた光アクセスシステムで光増幅器を使用する場合、光増幅器に入力する波長数に極端な偏りが発生すると、通過する光増幅器の経路によっては1波長あたりの光利得に差が生じてしまい、通信品質にばらつきが発生してしまう可能性があった。
上記事情に鑑み、本発明は、光増幅器間における利得の偏りを抑制することができる技術を提供することを目的としている。
本発明の一態様は、局側光終端装置から加入者側光終端装置に向かう光信号を受信し、受信した光信号を前記光信号の波長に応じた出力ポートに出力する一以上の光スイッチと、一の光スイッチから出力された光信号を増幅し、増幅した光信号を他の光スイッチに出力する一以上の光増幅器とを備えるリング型のネットワークと、前記リング型ネットワークに接続された前記局側光終端装置及び一以上の前記加入者側光終端装置と、を備え、前記局側光終端装置は、前記加入者側光終端装置から送信された光信号強度を測定する信号強度測定部と、前記信号強度測定部によって測定された光信号強度に基づいて、前記光増幅器の一部又は全部において所定以上の利得が得られるように、前記一以上の光スイッチが入力された光信号の波長に応じて選択する出力ポートを制御する経路制御部と、を備える光アクセスシステムである。
本発明の一態様は、上記の光アクセスシステムであって、前記経路制御部は、前記一以上の光スイッチの出力ポートを制御することにより、複数の前記光増幅器間で、各波長の光信号の利得が略均一になるように前記光増幅器に入力する波長の数を制御する。
本発明の一態様は、上記の光アクセスシステムであって、前記経路制御部は、前記加入者側光終端装置から送信された光信号の強度に基づいて自装置と前記加入者側光終端装置との間の距離を推定し、自装置からより遠い加入者側光終端装置が送受信する光信号ほど、入力される光信号の波長数がより少ない光増幅器を通過するように、複数の前記光スイッチの出力ポートを制御する。
本発明の一態様は、上記の光アクセスシステムであって、前記加入者側光終端装置と前記局側光終端装置とがそれぞれ複数の波長で光信号を送受信可能であり、かつ前記波長を任意に変更可能である場合、前記経路制御部は、前記加入者側光終端装置から送信された光信号の強度に応じて、前記光増幅器で所定以上の利得が得られるように、前記加入者側光終端装置が送受信する光信号の波長を制御する。
本発明により、光増幅器間における利得の偏りを抑制することが可能となる。
実施形態の光アクセスシステムの具体例を示す概略図である。 実施形態のOLT1の機能構成の具体例を示すブロック図である。 光増幅器4で得られる信号光の利得の具体例を示す図である。 光増幅器4−2及び4−3における入力波長数と利得との関係の具体例を示す図である。 実施形態のOLT1が、各波長の光信号の伝送経路を制御する処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態の光アクセスシステム100の動作例を示す図である。
図1は、実施形態の光アクセスシステムの具体例を示す概略図である。光アクセスシステム100は、一以上のOLT1(Optical Line Terminal:局側光終端装置)と、一以上のONU2(Optical Network Unit:加入者側光終端装置)と、を備える。図1は、一以上のOLTの例として一つのOLT1を備え、一以上のONUの例として3つのONU2−1〜2−3を備える光アクセスシステム100を示す。OLT1と各ONU2とは、リング型ネットワーク200を介して接続される。リング型ネットワーク200は、一以上の波長選択スイッチ3と、一以上の光増幅器4とがリング型に接続されたネットワークである。図1は、一以上の波長選択スイッチ3の例として4つの波長選択スイッチ3−1〜4−4を備え、一以上の光増幅器4の例として4つの光増幅器4−1〜4−4を備えるリング型ネットワーク200を示す。
波長選択スイッチ3は、M×Nの波長選択型光スイッチであり、信号光の入力に対して波長に応じた出力ポートを選択し、選択した出力ポートに入力された信号光を出力する。波長選択スイッチ3が、信号光の波長に応じた出力ポートを選択することにより、信号光の伝送経路が決定される。本実施形態では、光増幅器4として、EDFA(Erbium doped fiber amplifier)を想定する。
OLT1は、各ONU2で使用される波長と、各波長の信号光が伝送される経路とに関する設定情報を管理する機能を有する。OLT1は、設定情報に基づいて各ONU2に波長を割り当てるとともに、波長選択スイッチ3による出力ポートの選択を制御する。なお、波長選択スイッチ3による出力ポートの選択を制御する機能(以下「波長選択制御機能」という。)は必ずしもOLT1に備えられる必要はない。光アクセスシステム100は、波長選択制御機能を備える装置を、OLT1とは別の装置として備えても良い。
また、OLT1は、各ONU2から受信される光信号の強度(以下「光信号強度」という。)を測定する機能と、光信号が各ONU2から送信されてから自装置に受信されるまでの時間であるRTT(Round Trip Time)を測定する機能を有する。そして、OLT1は、測定した光信号強度とRTTとに基づいて各ONU2との間の光ファイバ長を計算し、伝送路ごとの損失を見積もる機能を有する。
例えば、光ファイバ長が10kmである場合のRTTは光信号が光ファイバを往復するのに要する時間である。すなわち、この場合のRTTは光信号を20km伝送するのに要する時間となり、約100μsとなる。
なお、ONU2がRTTの測定機能を備える場合、OLT1は各ONU2から測定結果を取得してもよい。ただし、この場合には、OLT1とONU2との間である程度の通信が可能であるという制約が生じる。もしくは、OLT1に、予め各伝送経路の距離情報を記憶させてもよい。この場合、OLT1はONU2との通信を行わずに各伝送経路における損失を見積もることができるが、新たなONU2が追加されるたびに距離情報の更新が必要となる。
図2は、実施形態のOLT1の機能構成の具体例を示すブロック図である。OLT1は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、プログラムを実行する。OLT1は、プログラムの実行によって光信号入出力部101、RTT測定部102、信号強度測定部103、光損失推定部104及び経路制御部105を備える装置として機能する。なお、OLT1の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
光信号入出力部101は、光信号を入出力する。光信号入出力部101は電気信号を光信号に変換して光伝送路に出力することでデータを送信し、受信された光信号を電気信号に変換することでデータを受信する。
RTT測定部102は、測定対象のONU2との間で光信号の送受信を行うことにより測定対象のONU2についてRTTを測定する。RTT測定部102は、測定したRTTを示す情報(以下「RTT情報」という。)を光損失推定部104に出力する。
信号強度測定部103は、受信信号の光信号強度を測定する。信号強度測定部103は、測定した光信号強度を示す情報(以下「強度情報」という。)を光損失推定部104に出力する。
光損失推定部104は、RTT測定部102からRTT情報を取得し、信号強度測定部103から強度情報を取得する。光損失推定部104は、取得したRTT情報と強度情報とに基づいて各伝送経路における光信号の損失を推定する。光損失推定部104は、推定した各伝送経路における光信号の損失を示す情報(以下「損失情報」という。)を経路制御部105に出力する。
経路制御部105は、光損失推定部104から損失情報を取得し、取得した損失情報に基づいて各波長の光信号の伝送経路を決定する。経路制御部105は、各波長の光信号が、決定した伝送経路で伝送されるように各波長選択スイッチ3を制御する。
図3は、光増幅器4で得られる信号光の利得の具体例を示す図である。図3において、横軸は光増幅器4に入力される信号光(以下「入力光」という。)の強度を表し、縦軸は光増幅器4から出力される信号光(以下「出力光」という。)の利得を表す。図3に示すように、一般に、光増幅器4の出力光の利得は、入力光の強度が高くなるほど小さくなる。そして、この利得の低下は、入力光の強度が飽和領域を脱したところから急激に増大する。例えば、図3の例では、入力光の強度が−15dBmを超えたところから出力光の利得が低下し始め、0dBm付近から急激に低下することが分かる。
一方で、図1に示すように、OLT1と各ONU2−1〜2−3とが、それぞれλ1、λ2、λ3の波長で通信を行っている状況を考えると、ONU2−1は他のONU2−2及び2−3に比べて波長選択スイッチ3−4で分岐した後の伝送距離が長くなっているため、他のONU2−2及び2−3よりも光ファイバ中の光損失が大きくなってしまい、通信品質が劣化する可能性がある。そして、これに図3に示す利得の低下が加わることで、ONU2−1宛ての光信号の強度が著しく低下してしまう可能性がある。
例えば、図1では、光増幅器4−2及び4−3にλ1〜λ3の光信号が入力されているため、光増幅器4−2及び4−3では十分な利得が得られていない可能性がある。一方、ONU2−2及び2−3は波長選択スイッチ3−4との間の距離が十分に短いため、光ファイバ中での光損失による信号劣化の度合いが小さいのに対して、ONU1は波長選択スイッチ3−4との間の距離が長いため、光損失による信号劣化の度合いが大きくなる。そのため、各光増幅器4で出力光の十分な利得を得るためには、各光増幅器4の入力光の強度を制御することが必要となる。
例えば、各波長選択スイッチ3間の光損失が6dBであり、各波長選択スイッチ3間の光ファイバ長が40km(光損失で8dBに相当)であるとする。また、波長選択スイッチ3−4と、各ONU2の間にある光分配器(パワースプリッタ)は32分岐(光損失で15dBに相当)であり、波長選択スイッチ3−4から各ONU2までの距離は、ONU2−1までが40km(光損失で8dBに相当)、ONU2−2及2−3までがそれぞれ10km(光損失で2dBに相当)であるとする。この場合、光増幅器4−2及び4−3に入力される信号光の波長数(以下「入力波長数」という。)と、出力光の利得との関係は次の図4のように表される。
図4は、光増幅器4における入力波長数と利得との関係の具体例を示す図である。例えば、図中の光増幅器1は図1の光増幅器4−2に対応し、光増幅器2は図1の光増幅器3−3に対応する。光増幅器4−2及び4−3が図4の例に示す特性をもつ場合、各ONU2において受信される光信号の強度は、ONU2−1で−27dBmとなり、ONU2−2及び2−3で−21dBmとなる。ここで、各ONU2における最小の受光感度が−25dBmであるとすると、ONU2−2及び2−3はOLT1から送信された光信号を問題なく受信できるが、ONU2−1はOLT1から送信された光信号を受信することができない。
このように、光増幅器4の利得と入力波長数との間には、入力波長数の増加に応じて利得が減少するという相関があることが分かる。すなわち、これは、入力波長数の増加が、入力される光信号の強度を増加させる要因の一つであることを表している。そこで、本実施形態のOLT1は、各光増幅器4に対して入力される信号光の入力波長数を制御することによって、各光増幅器4に対して入力される信号光の強度を制御する。具体的には、本実施形態のOLT1は、各波長の光信号の伝送経路を制御することにより、各光増幅器4に対して入力される信号光の入力波長数を制御する。
図5は、実施形態のOLT1が、各波長の光信号の伝送経路を制御する処理の流れを示すフローチャートである。まず、RTT測定部102が各ONU2との間のRTTを測定する(ステップS101)。RTT測定部102は、RTTの測定によって取得したRTT情報を光損失推定部104に出力する。一方で、信号強度測定部103が、受信信号の光信号強度を測定する(ステップS102)。具体的には、OLT1は、通信品質に影響を与えない程度で受信信号の一部を分配する分配器(図示せず)を備え、分岐された受信信号を信号強度測定部103に入力することで光信号強度を測定する。信号強度測定部103は、光信号強度の測定によって取得した強度情報を光損失推定部104に出力する。
続いて、光損失推定部104が、RTT情報及び強度情報に基づいて各ONU2との間の伝送路における光損失を測定する(ステップS103)。なお、OLT1は、各波長選択スイッチ3間での光損失や各光増幅器4の利得等の情報を予め記憶している。これらの情報は、例えば、ルックアップテーブルの態様で記憶されてもよい。例えば、図1の光アクセスシステム100では、OLT1から波長選択スイッチ3−4までの各経路については、伝送路中の損失及び各光増幅器4の利得が既知の情報として得られている。しかしながら、波長選択スイッチ3−4とONU1との間の伝送路における損失については、その正確な距離が分からないため不明である。そこで、OLT1は、ONU2−1から受信される信号の光信号強度と、ONU2−1との間のRTTとを測定することで、波長選択スイッチ3−4とONU2−1との間の伝送路における損失を見積もることができる。光損失推定部104は、損失の見積もりによって取得した損失情報を経路制御部105に出力する。
続いて、経路制御部105は、損失情報に基づいて下り信号(OLT1からONU2に向かう信号)の強度が十分であるか否かを判定する(ステップS104)。例えば、経路制御部105は、各経路の光損失を所定の閾値と比較することにより十分な光信号強度であるか否かを判定する。下り信号の強度が十分でないと判定した場合(ステップS104−NO)、経路制御部105は、より入力波長数の少ない伝送経路が存在するか否かを判定する(ステップS105)。より入力波長数の少ない伝送経路が発見された場合(ステップS105−YES)、経路制御部105は、発見された伝送経路のうち最も入力波長数の少ない経路において下り信号の強度が十分であるか否かを判定する(ステップS106)。発見された最も入力波長数の少ない経路において下り信号の強度が十分である場合(ステップS106)、経路制御部105は、当該波長の信号が、新たに発見された伝送経路で伝送されるように、各波長選択スイッチ3を制御する(ステップS107)。
一方、より入力波長数の少ない伝送経路が存在しない場合(ステップS105−NO)、又は、発見された伝送経路のうち最も入力波長数の少ない経路において下り信号の強度が十分でない場合(ステップS106−NO)、経路制御部105は、全ての光増幅器4の入力波長数が均一又は略均一になるように全波長の全伝送経路を再計算する(ステップS108)。経路制御部105は、再計算によって得られた伝送経路において、下り信号の強度が十分であるか否かを判定する(ステップS109)。再計算によって得られた伝送経路において、下り信号の強度が十分である場合(ステップS109−YES)、経路制御部105は、全波長の信号が再計算によって得られた伝送経路で伝送されるように、各波長選択スイッチ3を制御する(ステップS110)。
一方、再計算によって得られた伝送経路において、下り信号の強度が十分でない場合(ステップS109−NO)、経路制御部105は、システム全体で使用する波長数を1減らした(ステップS111)上で処理をステップS108に戻し、全波長の全伝送経路を再計算する。
図6は、実施形態の光アクセスシステム100の動作例を示す図である。上述したように、図1の例で示した伝送経路では、ONU2−1において通信品質が著しく劣化する可能性があった。この場合、実施形態のOLT1は、図5のフローチャートで示した処理を実行することにより、波長λ1の光信号の伝送経路を図1に示す伝送経路から図6に示す伝送経路に切り替える。具体的には、経路制御部105が、ONU2−1が使用する波長λ1の信号の伝送経路を、波長λ2及びλ3とは異なる別の伝送経路に切り替える。この伝送経路の切り替えにより、波長λ1の信号の伝送経路上にある光増幅器4の入力波長数が減少し、光利得が増加する。その結果、図1の例において−27dBmであったONU2−1における光信号強度が−25dBm程度にまで改善することができる。
このように構成された実施形態のOLT1は、PON区間の伝送距離が長いONU2に対して入力波長数が少ない光増幅器4で伝送経路を構成する。具体的には、経路制御部105が、ONU2から送信された光信号の強度に基づいて、光増幅器4の一部又は全部において所定以上の利得が得られるように、一以上の波長選択スイッチ3が入力された光信号の波長に応じて選択する出力ポートを制御する。
また、経路制御部105は、一以上の波長選択スイッチ3の出力ポートを制御することにより、複数の光増幅器4間で、各波長の光信号の利得が略均一になるように各光増幅器4に入力する波長の数を制御する。
また、経路制御部105は、ONU2から送信された光信号の強度に基づいて自装置とONU2との間の距離を推定し、自装置からより遠いONU2が送受信する光信号ほど、入力される光信号の波長数がより少ない光増幅器4を通過するように、複数の波長選択スイッチ3の出力ポートを制御する。
また、OLT1とONU2とがそれぞれ複数の波長で光信号を送受信可能であり、かつ波長を任意に変更可能である場合、経路制御部105は、ONU2から送信された光信号の強度に応じて、光増幅器4で所定以上の利得が得られるように、ONU2が送受信する光信号の波長を制御する。
このような構成を備えることにより、実施形態のOLT1は、光アクセスシステム100においてPON区間の距離が長いONU2との間の信号品質の劣化を抑制することが可能となる。
さらに、実施形態のOLT1は、光増幅器4間で入力波長数に大きな偏りがない場合においても、PON区間の伝送距離が長いONU2に対して、入力波長数がより少なくなる新たな伝送経路を設定することができる。さらに、実施形態のOLT1は、入力波長数がより少なくなる新たな伝送経路が発見されない場合には、既存の全波長の全経路を再構成することにより、全波長について最適な伝送経路を構成することができる。
<変形例>
上述した実施形態におけるOLT1をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
本発明は、PONシステムに適用可能である。
100…光アクセスシステム、 1…OLT(Optical Line Terminal)、 101…光信号入出力部、 102…RTT(Round Trip Time)測定部、 103…信号強度測定部、 104…光損失推定部、 105…経路制御部、 2,2−1〜2−3…ONU(Optical Network Unit)、 3,3−1〜3−4…波長選択スイッチ、 4,4−1〜4−4…光増幅器、 200…リング型ネットワーク

Claims (4)

  1. 局側光終端装置から加入者側光終端装置に向かう光信号を受信し、受信した光信号を前記光信号の波長に応じた出力ポートに出力する一以上の光スイッチと、一の光スイッチから出力された光信号を増幅し、増幅した光信号を他の光スイッチに出力する一以上の光増幅器とを備えるリング型のネットワークと、
    前記リング型ネットワークに接続された前記局側光終端装置及び一以上の前記加入者側光終端装置と、
    を備え、
    前記局側光終端装置は、
    前記加入者側光終端装置から送信された光信号強度を測定する信号強度測定部と、
    前記信号強度測定部によって測定された光信号強度に基づいて、前記光増幅器の一部又は全部において所定以上の利得が得られるように、前記一以上の光スイッチが入力された光信号の波長に応じて選択する出力ポートを制御する経路制御部と、
    を備える光アクセスシステム。
  2. 前記経路制御部は、前記一以上の光スイッチの出力ポートを制御することにより、複数の前記光増幅器間で、各波長の光信号の利得が略均一になるように前記光増幅器に入力する波長の数を制御する、
    請求項1に記載の光アクセスシステム。
  3. 前記経路制御部は、前記加入者側光終端装置から送信された光信号の強度に基づいて自装置と前記加入者側光終端装置との間の距離を推定し、自装置からより遠い加入者側光終端装置が送受信する光信号ほど、入力される光信号の波長数がより少ない光増幅器を通過するように、複数の前記光スイッチの出力ポートを制御する、
    請求項1又は2に記載の光アクセスシステム。
  4. 前記加入者側光終端装置と前記局側光終端装置とがそれぞれ複数の波長で光信号を送受信可能であり、かつ前記波長を任意に変更可能である場合、
    前記経路制御部は、前記加入者側光終端装置から送信された光信号の強度に応じて、前記光増幅器で所定以上の利得が得られるように、前記加入者側光終端装置が送受信する光信号の波長を制御する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の光アクセスシステム。
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