JP6821679B2 - 光回線終端装置および光ネットワークユニット - Google Patents

Description

本開示の本実施形態は、時間および波長分割多重受動光ネットワーク（ＴＷＤＭ−ＰＯＮ：Ｔｉｍｅ− ａｎｄ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムに関し、詳細には、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムの光回線終端装置（ＯＬＴ：ｏｐｔｉｃａｌ ｌｉｎｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ）および光ネットワークユニット（ＯＮＵ：ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｕｎｉｔ）に関する。

ＴＷＤＭ−ＰＯＮは、そのコスト効率の良さとレガシーＧＰＯＮ／ＸＧＰＯＮとのバックワード互換性により、ＩＴＵ−ＴコミュニティによってＮＧ−ＰＯＮ２の主要な技術として最近選択された。初期段階において、ＴＷＤＭ−ＰＯＮは、４つの波長チャネルのペアを多重化することによって、ダウンリンクで４０Ｇｂｐ／ｓおよびアップリンクで１０Ｇｂｐ／ｓの総合容量を提案することをターゲットとし、ここでそれぞれの波長ペアは、アップリンクに対して２．５Ｇｂ／ｓ、およびダウンリンクに対して１０Ｇｂ／ｓで変調される。

しかし、将来の帯域幅を消費するサービスの需要を満足させるために、アップリンクの波長あたり１０Ｇｂｐ／ｓを提供して、４０Ｇｂｐ／ｓの対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮを実現することが将来のＴＷＤＭ−ＰＯＮに必要になる。追加として、ＴＷＤＭ−ＰＯＮに関する仕様ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８９．２では、ＯＬＴとＯＮＵの間の送信距離（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｔａｎｃｅ）が４０ｋｍより大きく、分割比が１：６４以上であることも望ましい。ＯＮＵアップリンク送信器は、対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムにおけるこれらの要件を満たす主な技術である。

従来、マッハツェンダー（ＭＺＭ）変調器または電界吸収型変調器（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）（ＥＭＬ）などの外部変調は、アップリンク波長チャネルあたり１０Ｇｂ／ｓの長距離（ｌｏｎｇ ｒｅａｃｈ）送信の候補アプローチである。しかし、これらの変調器はＴＷＤＭ−ＰＯＮでの実践的な使用にはかなり高価である、または偏波の影響を受けやすい。上記の送信器と比較すると、分布帰還型レーザ（ＤＦＢレーザ）などの直接変調されたレーザ（ＤＭＬ：ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌａｓｅｒ）は、同調可能かつ低コストなので、ＴＷＤＭ−ＰＯＮの非常に魅力的な候補である。

しかし、市販のＤＭＬの大部分は２．５Ｇｂ／ｓで動作されるので、４つのスタックされたアップリンク多波長光信号の２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮに対して１０Ｇｂ／ｓのアップリンク容量を生成することしかできない。その低変調効率、強い周波数チャープによって誘発されるパルス拡散および送信パフォーマンスの悪化により、対称４０Ｇｂ／ｓ ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムに対して、低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを直接使用して、高速１０Ｇｂ／ｓアップリンク信号を生成するのは非常に難しい。

直感的に言えば、高速１０Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、対称４０Ｇｂ／ｓ ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムを実現するために、１０Ｇｂ／ｓアップリンク信号送信に使用できる。しかし、そのコストは、２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬの価格の約２倍から約３倍である。その上、１０Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、また、周波数チャープを激しく受ける。典型的な１０Ｇｂ／ｓ ＤＭＬの送信距離は２０ｋｍ未満に限定され、ＰＯＮシステムの分割比は大きく縮小され、これはＮＧ−ＰＯＮ２の要件と互換性がない。ＴＷＤＭ−ＰＯＮは非常にコスト重視なので、高分割比で長距離４０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムを実現するために、市販の低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを使用して、例えば、４０ｋｍより長いファイバで１０Ｇｂ／ｓアップリンク信号を送信するのは、魅力的であるが非常に挑戦的である。

従来技術の既存の技術的問題に鑑みて、本開示の本実施形態は、拡大された送信距離（例えば、４０ｋｍより長い）および高分割比（例えば、１：６４より大きい）を、対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムに提供する。さらに、このようなシステムにおいて、非常に低速かつ低コストの２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬレーザが使用される。

本開示の第１の態様によれば、アップリンク光信号を生成するための２．５Ｇｂ／ｓ直接変調レーザ：を備える光ネットワークユニット用の送信器が提案され、直接変調レーザは、変調電流およびバイアス電流によって駆動され、バイアス電流は、直接変調レーザの閾値電流より大きくなるように構成され、変調電流の振幅は、アップリンク光信号の１ビットの周波数と０ビットの周波数との間の差が、アップリンク光信号の送信レートの半分になるように構成される。

本開示の実施形態によれば、直接変調レーザは、分布帰還型レーザまたは分布ブラッグ反射器を備える。

本開示の実施形態によれば、バイアス電流は、直接変調レーザの閾値電流の少なくとも３倍になるように構成される。

本開示の実施形態によれば、バイアス電流は、直接変調レーザの閾値電流の３倍から５倍になるように構成される。

本開示の実施形態によれば、変調電流によって搬送されるデータは、オンオフキーイングフォーマットである。

本開示の実施形態によれば、変調電流の振幅は、直接変調レーザの物理パラメータに基づいて構成される。

本開示の第２の態様によれば、アレイ導波路回折格子と、Ｎ個の受信ユニットと：を備える光回線終端装置用の受信器が提案され、アレイ導波路回折格子は、アップリンク光信号を等化し、Ｎ個のアップリンク多波長光信号をＮ個の受信ユニットに個々に送信するために使用され、アップリンク光信号は、２．５Ｇｂ／ｓ直接変調レーザによって生成され、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの中心周波数は、対応するアップリンク多波長信号の周波数に対してオフセットを有し、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの３ｄＢ帯域幅は、１７ＧＨｚから３３ＧＨｚまでの範囲にある。

本開示の実施形態によれば、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの３ｄＢ帯域幅は２５ＧＨｚである。

本開示の実施形態によれば、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの中心周波数と、対応するアップリンク多波長光信号の周波数との間のオフセットは、２５ＧＨｚから３５ＧＨｚまでの範囲にある。

本開示の実施形態によれば、オフセットは３０ＧＨｚである。

本開示の実施形態によれば、Ｎは４または８に等しい。

本開示の実施形態によれば、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれのフィルタの次数は少なくとも２である。

本開示の実施形態によれば、受信器は、アップリンク光信号を増幅し、これをアレイ導波路回折格子に出力するための光増幅器：をさらに備える。

本開示の実施形態によれば、直接変調レーザは、変調電流およびバイアス電流によって駆動され、バイアス電流は、直接変調レーザの閾値電流より大きくなるように構成され、変調電流の振幅は、アップリンク光信号の１ビットの周波数と０ビットの周波数との間の差がアップリンク光信号の送信レートの半分になるように構成される。

本開示の第３の態様によれば、本開示による送信器と、受信器と、送信器および受信器に個々に接続された波長分割多重化装置と：を備える光ネットワークユニットが提案される。

本開示の第４の態様によれば、本開示による受信器と、送信器と、送信器および受信器に個々に接続された波長分割多重化装置と：を備える光回線終端装置が提案される。

本開示の第５の態様によれば、本開示によるＮ個の光ネットワークユニットと、スプリッタと、および本開示による光回線終端装置と：を備える光ネットワークアーキテクチャが提案され、光回線終端装置は、スプリッタを介してＮ個の光ネットワークユニットに接続される。

本明細書において、本開示の本実施形態は、非常に低速かつ低コストの２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを送信器として使用する拡大された送信距離を伴う対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムに新しい方式を提供する。本開示の本実施形態の利点は、少なくとも下記の１から６の点にある：

１．１０Ｇｂ／ｓ高速アップリンクデータ送信は、低コストかつ低速の２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを送信器として使用して、長距離４０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮを実現することによって達成される。本明細書において、高速かつ高価な光送信器が光ネットワークユニットに設置されることは必要とされない。

２．さらに、本出願の本実施形態は、２０Ｇｂ／ｓなどの、１０Ｇｂ／ｓを上回るさらに速い送信速度をさらにサポートすることができる。例えば、低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬが、８０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮに使用されてよい。

３．単一のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：ａｒｒａｙｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）は、波長多重分離および光等化の２重機能を一斉に実施して送信距離を拡大し、したがって長距離対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムの分割比を拡張するために、ＯＬＴで使用される。

４．長距離ＰＯＮに対するＯＬＴでの複数のアップリンク波長光信号の送信パフォーマンスは、集中して改善される。

５．将来のアクセスネットワークの進化へのメトロアクセス融合が可能にされる。

６．光分配ネットワーク（ＯＤＮ：ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ）は受動的なままであり、能動部品は、長距離対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮのためにリモートノードに導入されない。

本開示の本実施形態の個々の態様は、下記の詳細な実施形態の例証を通じて明らかになるであろう。

本発明の他の特性、目的、および利点は、図面を参照しながら非限定的な実施形態の以下の詳細な説明を見直すと、さらに明白になるであろう。

本開示の本実施形態による、対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムのネットワークアーキテクチャを示す図である。 本開示の本実施形態による、従来のＡＷＧのスペクトル応答、本開示の実施形態によるＡＷＧのスペクトル応答、および多波長光信号の間の関連性を示す図である。 本開示の別の実施形態による、従来のＡＷＧのスペクトル応答、および本開示の実施形態によるＡＷＧのスペクトル応答を示す図である。 本開示の実施形態による、ＡＷＧの前後のアップリンク光信号のスペクトルを示す図である。 本開示のさらなる実施形態による、ＡＷＧの前後のアップリンク光信号の波形を示す図である。 （ａ）〜（ｉ）は本開示の実施形態による、ビットレートが１０Ｇｂ／ｓであるときの個々の条件下のアイダイアグラムおよびＢＥＲ図を示す図である。 本開示の実施形態による、ビットレートが２０Ｇｂ／ｓおよび３０Ｇｂ／ｓであるときの個々の条件下のアイダイアグラムおよびＢＥＲ図を示す図である。

図面において、同一のまたは同様の参照番号は、異なる図の全体を通じて同一のまたは対応する構成要素または特性を表す。

本開示の本実施形態の基本的なアイデアは下記の１から６にある：

１．高速アップリンク送信のための高速送信器を使用する従来の概念と違い、４０Ｇｂ／ｓまたはこれを越える対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムに対して、低速かつ低コストの２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬだけがＯＮＵ送信器側で使用され、１０Ｇｂ／ｓまたはこれをさらに上回るアップリンクの非ゼロ復帰オンオフキーイング（ＮＲＺ−ＯＯＫ：Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ Ｏｎ−Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）（すなわち、バイナリ光強度変調フォーマット）光信号を送信する。コストを節約するために、いかなる高速光部品もＯＮＵでは使用されない。

２．従来技術において、ＤＭＬのバイアス電流はＤＭＬの閾値電流に近く、従来のレーザは大きい振幅の電流で変調され、データを搬送し、高消光比を得る。対照的に、本開示の本実施形態において、低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、より高いバイアス電流によって駆動され、相対的に小さい変調電流で変調され、データを搬送する。バイアス電流は、閾値電流の数倍（例えば、少なくとも３倍）になるように選択され、出力パワーを増大させ、共振周波数を高める。さらに、変調電流は、ＤＭＬの物理パラメータに従って正しく最適化され、ビットレートの約半分の周波数チャープを誘発する。

３．ＯＬＴ受信器側において、本開示の本実施形態による特殊ＡＷＧが使用される。このＡＷＧは、波長多重分離器として使用されるだけでなく、光等化器としても使用され、歪んだ高速アップリンクＮＲＺ−ＯＯＫ信号の送信パフォーマンスを中心に改善する。特殊ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅および中心周波数は、従来のＡＷＧの３ｄＢ帯域幅および中心周波数とは異なる。本開示の本実施形態によるＡＷＧにおいて、それぞれの通過帯域の中心周波数は、もはや対応するアップリンク波長に正確に位置調節されず、光等化を実施するようにチャネル間隔の約３分の１だけ偏移した青または赤である。さらに、本開示の実施形態によれば、それぞれの通過帯域の３ｄＢ帯域幅は、従来のＡＷＧの約半分になるように選択される。

４．ＯＬＴ側の特別にデザインされたＡＷＧは、複数のアップリンク波長チャネルに対して光等化を一斉に実施し、低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬによって生成される高速（例えば、１０Ｇｂ／ｓ）アップリンク光信号の送信パフォーマンスを改善することができる。本開示の本実施形態によるＡＷＧのコストは、ＯＮＵすべてによって共有されてよいので、それぞれのＯＮＵのコストは、非常に低くなるように維持される一方、それぞれのＯＮＵに対するアップリンクビットレートは、例えば、高速かつ高価な送信器に頼ることなく、１０Ｇｂ／ｓまで増加できる。

５．到達範囲の拡張および分割比の向上は、本開示の本実施形態を使用することによってＴＷＤＭ−ＰＯＮシステム内で実現できる。以下において、６０ｋｍシングルモードファイバ（ＳＭＦ）送信および１：６４分割比は、低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを使用する４０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムに対して成功裏に認証された。

以下において、本開示の本実施形態が導入される。本明細書で開示される本実施形態は、以下に開示される４０Ｇｂｓ／ｓ ＴＷＤＭ−ＰＯＮに対する４つの波長チャネル（すなわち、Ｎ＝４）に限定されず、単一のＯＮＵのアップリンク送信レートは、１０Ｇｂ／ｓに限定されないことを理解されたい。例えば、本開示の本実施形態の原理は、８０Ｇｂ／ｓまたはこれを越える対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮに対して、８チャネル以上に拡大されてもよい。

図１は、本開示の実施形態による、対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムのネットワークアーキテクチャを示す。

図１に示されるように、ネットワークアーキテクチャは、ＯＬＴ１０、スプリッタ２０、および複数のＯＮＵ１…ｎを含む。これらのＯＮＵは、スプリッタ２０を通じて送信ファイバを介してＯＬＴ１０に接続される。本明細書において、送信距離は非常に長く、例えば２０ｋｍより長い。

ａ）４０Ｇｂ／ｓダウンリンク光信号の生成および受信。
本明細書において、ダウンリンク方向（すなわち、ＯＬＴからＯＮＵへの方向）が、第１に説明される。

ダウンリンク方向において、ＯＬＴの送信器およびＯＮＵの受信器のアーキテクチャは、従来のＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムのアーキテクチャと類似している。図１に示されるように、ＯＬＴ側において、送信器は、４つの電界吸収型変調レーザ（ＥＭＬ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌａｓｅｒ）およびＡＷＧ１０１を備える。それぞれのＥＭＬは、４つのダウンリンク波長λ_１ｄ、λ_２ｄ、λ_３ｄ、λ_４ｄを非従属的に生成するために使用されてよい。本明細書において、それぞれの波長は１０Ｇｂ／ｓで変調され、総合４０Ｇｂ／ｓダウンリンク容量を生成する。それぞれのＥＭＬのコストはＤＭＬの約２倍であるが、１０Ｇｂ／ｓにおいて、ＤＭＬよりも、長距離シングルモードファイバ（ＳＭＦ）で優れた送信パフォーマンスを発揮する。ＥＭＬのトータルコストは、ＯＮＵすべてによって共有されてよいので、ＯＬＴ側でＥＭＬを用いるのを受け入れることができる。

さらに、１００ＧＨｚのチャネル間隔および〜５０ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅を用いる従来のＡＷＧ１０１は、４つの波長を多重化するために使用されてよい。このように、ＥＭＬによって生成されたダウンリンク多波長光信号は、ダウンリンク光信号に多重化されてよい。本明細書において、それぞれのＡＷＧ通過帯域の中心波長は、対応するＥＭＬの発光波長に位置調節される。シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の分割比および長さに依存するパワーバジェットを保証するために、光増幅器１０２が、ＡＷＧ１０１の後ろでさらに使用され、損失を予め補償することができる。

本明細書において、ＯＬＴ側の送信器のただ１つの例が示される。従来技術の送信器の任意の他のタイプが適用されてもよいことが当業者には理解される。

さらに、図１に示されるように、ＯＮＵ（例えば、ＯＮＵ１）は、ダウンリンク光信号を受信する対応する受信器を含む。当技術分野の任意の適切な技術に従って、この受信器は組み立てられてよい。さらに、ＯＮＵは、（下記に議論される）波長分割多重化装置２０１および送信器をさらに含む。波長分割多重化装置２０１は、アップリンク光信号およびダウンリンク光信号を多重化および多重分離するために使用される。

ｂ）対称４０Ｇｂ／ｓアップリンク光信号の生成および受信。
アップリンク方向の光信号送信は、本開示の本実施形態の主題に従って以下に導入される。

アップリンク方向において、本開示の本実施形態の方式は、ダウンリンクと対称である４０Ｇｂ／ｓアップリンク光信号を生成するために使用されてよい。ＯＮＵ送信器側において、高価なＥＭＬを使用する代わりに、低コストかつ低速の２．５Ｇｂ／ｓ帯域幅制限のＤＭＬだけが使用される。本開示の１つの例において、それぞれのＯＮＵに対する２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、高速１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ−ＯＯＫアップリンクデータで変調される（本開示の本実施形態は、８０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮに対して低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬだけを使用する２０Ｇｂ／ｓなどの、１０Ｇｂ／ｓを上回るさらに高い送信速度をサポートすることも可能であることに留意されたい）。本明細書において、１０Ｇｂ／ｓアップリンクデータは、４０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮに対する例としてのみ使用される。さらに、変調電流は、ＤＭＬパラメータに従って正しく選択されてよい。

ＯＬＴ受信器１１において、受信器１１は、アップリンクのパワーバジェットの要件に応じて、光増幅器１００を任意選択で含んでよい。本明細書において、本開示の実施形態による特殊ＡＷＧ１０４は、それぞれの波長チャネルに対する歪んだアップリンク１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ−ＯＯＫ信号を回復するために、波長多重分離および光等化を一斉に実施するために使用される。特殊ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅および中心周波数は、従来のＡＷＧ（例えば、ダウンリンク送信に対するＯＬＴ送信器のＡＷＧ１０１）の３ｄＢ帯域幅および中心周波数とは両方ともに異なる。

図２の右に示されるように、従来のＡＷＧと比較すると（ＡＷＧ１０１のスペクトル応答は、図２の左に示される）、本開示の本実施形態によるＡＷＧの３ｄＢ帯域幅はずっと狭く、それぞれのＡＷＧ通過帯域の中心周波数と、対応するアップリンク波長λ_１ｕ、λ_２ｕ、λ_３ｕ、λ_４ｕとの間に周波数オフセットがある。ＯＬＴの受信器ならびにＯＮＵ送信器の原理および造りは、下記のように議論される。

− 低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを使用するＯＮＵアップリンク送信器
図１に示されるように、ＯＮＵアップリンク送信器は、アップリンク光信号を生成するために、低速２．５Ｇｂ／ｓ同調可能ＤＭＬを含む。

同調可能ＤＭＬは、ＤＦＢまたはＤＢＲレーザであるのが好都合である。

本開示の実施形態によれば、高速１０Ｇｂ／ｓアップリンクＮＲＺ−ＯＯＫデータを用いる変調電流が、２．５ＧＨｚ ＤＭＬを駆動する高バイアス電流と組み合わされる。

この駆動条件は、従来のＤＭＬの動作とは異なる。従来のＤＭＬの動作において、バイアス電流は、ＤＭＬの閾値電流に近く、高変調電流が適用され、高消光比を得る。

対照的に、本開示の本実施形態において、それぞれのＤＭＬのバイアス電流は、閾値電流より大きくなるようにセットされ（例えば、閾値電流の数倍）、高出力パワーを生み出し、ＤＭＬの共振周波数を高める。バイアス電流は、ＤＭＬの閾値電流の少なくとも３倍になるように構成されるのが好都合である。バイアス電流は、ＤＭＬの閾値電流の３倍から５倍になるように構成されるのがさらに好都合である。当然、上記のバイアス電流は、ＤＭＬのブレークダウン電流より低くなるべきである。

さらに、１０Ｇｂ／ｓアップリンクＮＲＺ−ＯＯＫデータのピーク変調電流は相対的に小さく、変調電流の振幅は、アップリンク光信号の１ビットの周波数と０ビットの周波数との間の差がアップリンク光信号の送信レートの半分（本実施形態では、１０Ｇｂ／ｓ）になるように正しく選択されるべきである。

実際には、変調電流の振幅も、ＤＭＬの物理パラメータに従って構成されるべきである。これらの物理パラメータは、非線形利得圧縮、線幅増大係数、閉じ込め係数、ボリューム、量子効率、および他を含む。

例として、多重量子井戸の活性層を有する分布帰還型レーザが例証のために以下に使用される。ＤＦＢレーザの閾値電流は、〜２１ｍＡである。表１は、２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬの物理パラメータを示す。８０ｍＡのバイアス電流および２０ｍＡの変調電流は、上記のルールの通りに選択され、１０Ｇｂ／ｓアップリンクＮＲＺ−ＯＯＫデータを２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬ上へ変調する。

− 本開示の実施形態によるＡＷＧを用いるＯＬＴ受信器の構造
図１に示されるように、ＯＬＴの受信器１１は、本開示の実施形態によるＡＷＧ１０４、およびＮ個の受信ユニット（図１でＮ＝４）を含む。受信器１１は、アップリンク光信号を増幅し、これをＡＷＧ１０４に出力するための光増幅器をさらに含むのが好都合である。

それぞれのＯＮＵに対するアップリンク１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ−ＯＯＫ光信号は、スプリッタによって組み合わされ、ＯＬＴに到着する前に長距離を送信される。ＳＭＦによって導入される大規模な色分散のために、２．５ＧＨｚ帯域制限のＤＭＬによって生成されたアップリンク１０Ｇｂ／ｓ光信号は、大きく歪められる。

本開示の実施形態によれば、ＯＬＴ受信器において、ＡＷＧ１０４は、アップリンク光信号を複数のアップリンク多波長信号（図１の４つのアップリンク多波長信号）に多重分離し、その間にアップリンク光信号を等化する。その後、ＡＷＧ１０４は、個々のアップリンク多波長信号を対応する受信ユニットに出力する。本明細書において、ＡＷＧ１０４は、４つのアップリンク波長チャネルすべてに対して光等化を実施することができる。このように、本開示の本実施形態によるＡＷＧ１０４は従来のものとは異なる。

本開示の本実施形態によるＡＷＧ１０４に対するそれぞれの通過帯域の３ｄＢ帯域幅は、従来のＡＷＧの３ｄＢ帯域幅のおよそ半分にセットされる。対応するアップリンク波長チャネルλ_１ｕ、λ_２ｕ、λ_３ｕ、λ_４ｕと比較すると、ＡＷＧの対応する中心周波数は、チャネル間隔の約３分の１だけ偏移した青または赤であり、それによって、対応するアップリンク多波長光信号の周波数に対してオフセットを生成する。

オフセットは、２５ＧＨｚから３５ＧＨｚまでの範囲にあるのが好都合である。オフセットは、３０ＧＨｚであるのがさらに好都合である。

本開示の１つの実施形態において、ＡＷＧ１０４のＮ個の通過帯域の帯域幅は、１７ＧＨｚから３３ＧＨｚまでの範囲に個々に配置される。ＡＷＧ１０４のＮ個の通過帯域の帯域幅は、２５ＧＨｚであるのがさらに好都合である。

図３は、本開示の別の実施形態による従来のＡＷＧのスペクトル応答、および本開示の実施形態によるＡＷＧのスペクトル応答を示す。図３に示されるように、ＡＷＧの３ｄＢ帯域幅は〜２５ＧＨｚであり、従来のＡＷＧの５０ＧＨｚの３ｄＢ帯域幅より小さい。さらに、中心周波数には、アップリンク波長に関する周波数オフセットがおよそ３０ＧＨｚだけある。特別にデザインされたＡＷＧ１０４を通じて、低速２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬによって生成されたアップリンク１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ光信号の送信パフォーマンスは、大きく改善されることができる。上記の設定を通じて、長距離ファイバ（例えば、６０ｋｍ）の後ろのＢＥＲが、依然として、前方誤り訂正の訂正範囲１０^{＾（−３）}の中にあることが保証できる。

さらに、本開示の実施形態によれば、ＡＷＧ１０４のＮ個の通過帯域のそれぞれのフィルタの次数は少なくとも２である。

図４は、本開示の実施形態による、ＡＷＧの前後のアップリンク光信号のスペクトルを示す。ＡＷＧの中心周波数は偏移されるので、出力スペクトルは再整形されてしまった。それぞれのアップリンク多波長光信号のスペクトルの青の部分がわずかに切り取られたが、赤の部分は維持される。スペクトル再整形のおかげで、アップリンク１０Ｇｂ／ｓ光信号は正確に再生成された。

図５の左に示されるように、６０ｋｍのＳＭＦ送信後の波形は大きく歪み、ノイズの下に十分に隠されてしまった。しかし、本開示の本実施形態によるＡＷＧ１０４による処理の後、１０Ｇｂ／ｓアップリンク光信号は、図５の右に示されるように成功裏に回復された。

図６（ａ）から図６（ｉ）は、本開示の実施形態による、ビットレートが１０Ｇｂ／ｓであるときの個々の条件下のアイダイアグラムおよびＢＥＲ図を示す。これらのシミュレーションの全体を通じて、いかなる光増幅器も使用されないことに留意されたい。図６（ａ）から図６（ｉ）は、異なる送信距離および分割比の条件に対する送信パフォーマンスを示す。

図６（ａ）に示されるように、２０ｋｍのＳＭＦ送信および分割比１：３２のケースにおいて、１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ信号のアイダイアグラムは、２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを使用する従来のＴＷＤＭ−ＰＯＮに対して実質的に閉じている。本明細書において、２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、閾値電流付近のバイアス電流、およびより大きい振幅を有する変調電流によって駆動される。このような状況において、ビット誤り率（ＢＥＲ）が測定されることはない。

しかし、図６（ｂ）に示されるように、同じ条件下で、本開示の本実施形態により提案される対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムは使用され、高いバイアス電流およびより小さい振幅を有する変調電流で駆動されるＤＭＬ送信器で構成され、本開示の本実施形態によるＡＷＧは、ＯＬＴ受信器側で使用されない。図６（ｂ）に示されるように、このケースにおいて、アイダイアグラムは、ＢＥＲ１．４×１０^−７で、部分的に開いている。さらに、図６（ｃ）において、本開示の実施形態によるＡＷＧは、ＯＬＴ受信器側で使用される。同じ条件下で、ＢＥＲが４．８×１０^−４４まで著しく縮小されることは明らかである。

比較のために、図６（ｄ）から図６（ｆ）は、分割比１：３２に対して送信距離が４０ｋｍまで拡大されるときの１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ信号の送信パフォーマンスを示す。

図６（ｄ）に示されるように、従来のＴＷＤＭ−ＰＯＮが２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬを用いるときの１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ信号に対するアイダイアグラムは、ひどく閉じている。本明細書において、２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬは、閾値電流付近のバイアス電流およびより大きい振幅を有する変調電流によって駆動される。このような状況において、ＢＥＲが測定されることはない。

しかし、図６（ｅ）に示されるように、同じ条件下で、本開示の本実施形態によって提案される対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムが使用される。ＴＷＤＭ−ＰＯＮは、高いバイアス電流およびより小さい振幅を有する変調電流によって駆動されるＤＭＬ送信器を有するＯＮＵ側で構成され、本開示の本実施形態によるＡＷＧは、ＯＬＴの受信器で使用されない。図６（ｅ）に示されるように、このケースにおいて、送信パフォーマンスはわずかに落ち、ＢＥＲは４．７５×１０^−３である。さらに、図６（ｃ）において、本開示の本実施形態によるＡＷＧは、ＯＬＴの受信器の側で使用され、同じ条件下で、ＢＥＲが２×１０^−２９まで著しく縮小されることが明らかにわかる。本明細書において、アイダイアグラムは依然としてはっきり開いている。このように、本開示の本実施形態による方式は、信頼できる長距離送信を達成することができる。

図６（ｇ）から図６（ｉ）は、送信距離および分割比が、両方とも６０ｋｍおよび１：６４まで拡大されるときの１０Ｇｂ／ｓ ＮＲＺ信号の送信パフォーマンスを示す。

図６（ｉ）は、提案されるＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムが使用される以下の状況におけるアイダイアグラムを示し、システムは、ＯＮＵ側で高いバイアス電流およびより小さい振幅を有する変調電流によって駆動されるＤＭＬ送信器を用いて構成され、ＯＬＴの受信器側では、本開示の実施形態によるＡＷＧを使用する。図６（ｉ）に示されるように、アイダイアグラムは全体的に開いており、したがって、誤りのない長距離送信が達成されることができる。

従来のＴＷＤＭ−ＰＯＮが使用され、本開示の本実施形態によるＡＷＧが使用されない２つの状況に関し、図６（ｉ）および図６（ｈ）のアイダイアグラムは全体的に閉じており、したがって送信は誤りを生み出し、ＢＥＲが測定されることはない。

図６（ａ）から図６（ｉ）までのシミュレーションを通じて、本開示の本実施形態は、低速かつ低コストの２．５Ｇｂ／ｓ ＤＭＬおよび本開示の実施形態によるＡＷＧを使用するとき、長距離かつ正確な４０Ｇｂ／ｓ対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムを達成することができる。

送信距離および分割比が縮小されると、本開示による本実施形態の方式は、より高いレートのアップリンク送信をさらに達成することができる。図７は、本開示の実施形態による、ビットレートが２０Ｇｂ／ｓおよび３０Ｇｂ／ｓのときの個々の条件下のアイダイアグラムおよびＢＥＲ図を示す。

図７の列ｂに示されるように、ビットレートが波長あたり２０Ｇｂ／ｓに増加され、分割比が１：３２であるとき、提案された対称ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムが使用される場合、システムは、ＯＮＵ側で高いバイアス電流およびより小さい振幅を有する変調電流によって駆動されるＤＭＬ送信器を用いて構成され、ＯＬＴ側の受信器では、本開示の実施形態によるＡＷＧを使用し、はっきり開いているアイダイアグラムが、送信距離２０ｋｍ、４０ｋｍ、および６０ｋｍに対して取得される。そして、対応するＢＥＲは、個々に３．３×１０^−１５、１．６×１０^−９、および１×１０^−５であり、前方誤り訂正の承認範囲にある。対照的に、本開示の本実施形態によるＡＷＧが使用されない場合、（図７の列ａに見られる）誤りが生成されるであろう。

さらに、図７の列ｄに示されるように、ビットレートが波長あたり３０Ｇｂ／ｓまでさらに増加されるとき、送信長さが２０ｋｍであり、分割比が１：３２である状況において、はっきりとしたアイダイアグラムが取得でき、ＢＥＲは４×１０^−８である。このように、より高いビットレート送信は、本開示の本実施形態によるＡＷＧ、および本開示の本実施形態により駆動されるＤＭＬによって達成され得る。

前述の実施形態は例証的なものにすぎず、本発明を限定しないことが理解されよう。本発明の精神から逸脱しないあらゆる技術的ソリューションは発明の範囲に分類され、異なる実施形態に現れる異なる技術的な特性、方法が、都合よく組み合わせるために使用されることを含む。さらに、特許請求の範囲のいかなる参照番号も、関連する請求項を限定するものとして認識されることはなく、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」は、他の請求項または説明に現れない別の装置またはステップを排除しない。

Claims (15)

1. 光ネットワークユニット用の送信器であって、
   アップリンク光信号を生成するための２．５Ｇｂ／ｓ直接変調レーザを備え、
   直接変調レーザは、変調電流およびバイアス電流によって駆動され、バイアス電流は、直接変調レーザの閾値電流より大きくなるように構成され、変調電流の振幅は、アップリンク光信号の１ビットの周波数と０ビットの周波数との間の差が、アップリンク光信号の送信レートの半分になるように構成され、
   直接変調レーザから出力される信号が、いかなる変更も伴わずにアップリンク光信号として送信される、
   送信器。
2. 直接変調レーザが、分布帰還型レーザまたは分布ブラッグ反射器を備える、請求項１に記載の送信器。
3. バイアス電流が、直接変調レーザの閾値電流の少なくとも３倍になるように構成される、請求項１に記載の送信器。
4. バイアス電流が、直接変調レーザの閾値電流の３倍から５倍になるように構成される、請求項３に記載の送信器。
5. 変調電流によって搬送されるデータが、オンオフキーイングフォーマットである、請求項１に記載の送信器。
6. 変調電流の振幅が、直接変調レーザの物理パラメータに基づいて構成される、請求項１に記載の送信器。
7. 光回線終端装置用の受信器であって、
   アレイ導波路回折格子と、
   Ｎ個の受信ユニットと
   を備え、
   アレイ導波路回折格子は、アップリンク光信号を等化し、Ｎ個のアップリンク多波長光信号をＮ個の受信ユニットに個々に送信するために使用され、アップリンク光信号は、２．５Ｇｂ／ｓ直接変調レーザによって生成され、
   アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの中心周波数は、対応するアップリンク多波長信号の周波数に対してオフセットを有し、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの３ｄＢ帯域幅は、１７ＧＨｚから３３ＧＨｚまでの範囲にある、
   受信器。
8. アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの３ｄＢ帯域幅が２５ＧＨｚである、請求項７に記載の受信器。
9. アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれの中心周波数と、対応するアップリンク多波長光信号の周波数との間のオフセットが、２５ＧＨｚから３５ＧＨｚまでの範囲にある、請求項７に記載の受信器。
10. オフセットが３０ＧＨｚである、請求項９に記載の受信器。
11. Ｎが４または８に等しい、および／または、アレイ導波路回折格子のＮ個の通過帯域のそれぞれのフィルタの次数が少なくとも２である、請求項７に記載の受信器。
12. アップリンク光信号を増幅し、これをアレイ導波路回折格子に出力するための光増幅器をさらに備える、請求項７に記載の受信器。
13. 直接変調レーザは、変調電流およびバイアス電流によって駆動され、バイアス電流は、直接変調レーザの閾値電流より大きくなるように構成され、変調電流の振幅は、アップリンク光信号の１ビットの周波数と０ビットの周波数との間の差がアップリンク光信号の送信レートの半分になるように構成される、請求項７に記載の受信器。
14. 請求項１から６のいずれか一項に記載の送信器と、
    受信器と、
    送信器および受信器に個々に接続された波長分割多重化装置と
    を備える、光ネットワークユニット。
15. 請求項７から１３のいずれか一項に記載の受信器と、
    送信器と、
    送信器および受信器に個々に接続された波長分割多重化装置と
    を備える、光回線終端装置。

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