JPWO2018122987A1

JPWO2018122987A1 - 光通信装置および光通信システム

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Publication number: JPWO2018122987A1
Application number: JP2017526711A
Authority: JP
Inventors: 崇宏小玉; 巨生鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2018-12-27
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Abstract

本発明は、複数の加入者側端末装置を接続可能な光加入者線終端装置として動作する光通信装置であって、複数の加入者側端末装置へ送信する信号を生成する信号生成部（送信信号生成器（３２），送信デジタルフィルタ（３３））と、複数の加入者側端末装置の各々に割り当てられている光資源と、複数の加入者側端末装置の各々までの伝送距離と、に基づいて、信号の複素平面における信号点の位置の調整量を決定する調整量決定部と、調整量に基づいて信号の複素平面における信号点の位置を調整する信号調整部（３４）と、信号調整部で信号点が調整された後の信号を光信号に変換する光信号生成部（３７）と、を備える。

Description

本発明は、複数の相手側装置と通信可能な光通信装置および光通信システムに関する。

光アクセスネットワークの一形態である受動型光ネットワークシステムはＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）システムとも呼ばれる。ＰＯＮシステムは、局側に設置された光加入者線終端装置と、加入者側に設置された１台以上の加入者側端末装置とにより構成され、光加入者線終端装置と各加入者側端末装置とは光ファイバといった光伝送路を介して通信する。光加入者線終端装置はＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）とも呼ばれ、加入者側端末装置はＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）とも呼ばれる。ＯＬＴおよびＯＮＵは光通信装置である。

従来の光アクセスネットワークは、光時分割多重（ＯＴＤＭ：ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、時間波長分割多重（ＯＣＤＭ：ＯｐｔｉｃａｌＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）といった多重伝送技術を使用して高速化および大容量化を実現している（例えば、特許文献１）。特許文献１には、波長分割多重を適用した光アクセスネットワークにおいて、使用する波長を変更することにより周波数帯域幅の調整および周波数帯域の再配置を行うことが記載されている。

一方、今後の５Ｇ携帯電話システムの普及に備え、ＰＯＮシステムは、さらなる大容量化、具体的には１００Ｇｂ／ｓ級の大容量伝送の実現が要求されている。これに伴い、ＩＥＥＥ８０２．３ｃａでは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）に準拠した１００Ｇｂ／ｓの伝送容量を対象とした１００Ｇ−ＥＰＯＮ（ＥｔｈｅｒｎｅｔＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）の規格化が進められている。

基幹系光ネットワークを対象に発達してきたデジタルコヒーレント技術は、１波長で１００Ｇｂ／ｓの光ファイバ伝送を実現できることから、次世代のＰＯＮシステムをはじめとした次世代の光アクセスネットワークへの適用が考えられる。なお、これ以降の説明において、ＰＯＮシステムにデジタルコヒーレント技術を適用した方式をコヒーレントＰＯＮ方式とよぶ。

特開２０１４−１８７６２２号公報

１波長当たりの伝送容量が１００Ｇｂ／ｓのコヒーレントＰＯＮ方式は、５Ｇ携帯電話システムが普及する前の現時点においては伝送容量が非常に大きく、ＯＮＵの要求する伝送容量が１００Ｇｂ／ｓよりも小さい場合は冗長な伝送容量となる。そのため、１波長を複数のＯＮＵで共用する形態が考えられる。

しかしながら、ＯＬＴに対して同じ波長を使用するＯＮＵが複数接続されている場合、ＯＬＴは、伝送距離が最長となるＯＮＵに合わせて出力光のパワーを調整する必要がある。すなわち、ＯＬＴは、伝送距離が最長となるＯＮＵとの通信品質が規定の要件を満たすよう、出力光のパワーを調整する必要がある。具体的には、伝送距離が最長となるＯＮＵにおけるビットエラーレートが誤り訂正限界である３．８×１０^-3以下になるよう、ＯＬＴが出力光のパワーを調整する必要がある。そのため、ＯＬＴから各ＯＮＵまでのそれぞれの距離の差が大きい場合、伝送距離が最長のＯＮＵ以外のＯＮＵには、最小受信感度よりも大きい信号強度が得られるパワーの光が到達することになる。これは、伝送距離が最長のＯＮＵ以外のＯＮＵとＯＬＴとが通信する際のＯＬＴの消費電力が必要以上に大きく、電力が無駄に消費されていることを意味する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、消費電力を抑制可能な光通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の加入者側端末装置を接続可能な光加入者線終端装置として動作する光通信装置であって、複数の加入者側端末装置へ送信する信号を生成する信号生成部を備える。また、光通信装置は、複数の加入者側端末装置の各々に割り当てられている光資源と、複数の加入者側端末装置の各々までの伝送距離と、に基づいて、信号の複素平面における信号点の位置の調整量を決定する調整量決定部を備える。また、光通信装置は、調整量に基づいて信号の複素平面における信号点の位置を調整する信号調整部と、信号調整部で信号点が調整された後の信号を光信号に変換する光信号生成部と、を備える。

本発明によれば、消費電力を抑制可能な光通信装置を実現できるという効果を奏する。

実施の形態にかかる光通信装置を含んで構成された光通信システムであるＰＯＮシステムの構成例を示す図実施の形態にかかるＰＯＮシステムを構成するＯＬＴおよびＯＮＵの装置構成例をＰＯＮシステムの全体構成とともに示す図実施の形態にかかるＯＬＴが光資源を各ＯＮＵに割り当てる方法の一例を示す図実施の形態にかかるＯＬＴおよびＯＮＵが備えている光送受信器の構成例を示す図実施の形態にかかるＯＬＴが備えている光送受信器の光送信部の構成例を示す図実施の形態にかかるＯＬＴが備えている光送受信器の光受信部の構成例を示す図実施の形態にかかるＯＬＴおよびＯＮＵが備えている光送受信器の光受信部に含まれる波形整形部の構成例を示す図実施の形態にかかるＯＬＴおよびＯＮＵを実現する処理回路を示す図実施の形態にかかるＯＬＴおよびＯＮＵを実現する制御回路を示す図実施の形態にかかるＰＯＮシステムの第１の具体例を示す図図１０に示したＰＯＮシステムにおいてＯＬＴが各ＯＮＵへ送信する光信号のコンスタレーションマップの一例を示す図実施の形態にかかるＰＯＮシステムの第２の具体例を示す図図１２に示したＰＯＮシステムにおいてＯＬＴが各ＯＮＵへ送信する光信号のコンスタレーションマップの一例を示す図実施の形態にかかるＰＯＮシステムにおけるＯＬＴからＯＮＵへの伝送距離と最小受信感度との関係を示す図実施の形態にかかるＰＯＮシステムにおけるＩ／Ｑインバランスパラメータθとパワーバジェット利得の関係を示す図実施の形態にかかるＰＯＮシステムにおける下り方向のデータ伝送動作の一例を示すシーケンス図

以下に、本発明の実施の形態にかかる光通信装置および光通信システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる光通信装置を含んで構成された光通信システムであるＰＯＮシステムの構成例を示す図である。

本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００は、コヒーレントＰＯＮ方式に対応しており、ＯＬＴ１と、ＯＮＵ２₁〜２₄とを含んで構成されている。ＯＬＴ１が本発明にかかる光通信装置に該当する。以降の説明においては、ＯＮＵ２₁〜２₄を区別する必要が無い場合、これらをＯＮＵ２と記載することがある。ＯＬＴ１と各ＯＮＵ２とは、光伝送路および光カプラ３を介して接続されている。図１において、実線は下り伝送方向を示しておりＯＬＴ１から各ＯＮＵ２に向けた伝送となる。破線は上り伝送方向を示しており各ＯＮＵ２からＯＬＴ１に向けた伝送となる。図１ではＯＮＵの数を４としているが、ＯＮＵの数はこれに限定されない。ＯＮＵの数は１〜３または５以上であってもよい。破線で示した上り伝送では、各ＯＮＵ２からＯＬＴ１に向けての信号が時間的にバースト伝送されるものとする。

また、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００は、下り方向の伝送容量を可変とする。すなわち、ＯＬＴ１は、接続されている各ＯＮＵ２が必要としている伝送容量に応じて下り方向の伝送容量を変更することが可能である。

図２は、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００を構成するＯＬＴ１およびＯＮＵ２の装置構成例をＰＯＮシステムの全体構成とともに示す図である。

図２に示したように、ＯＬＴ１は、伝送容量コントローラ１１、光送受信器１２₁〜１２₄および光結合分波器１３を含む。光送受信器１２₁〜１２₄は、使用する波長が異なるが、内部構成は同一である。以降の説明においては、光送受信器１２₁〜１２₄を区別する必要が無い場合、これらを光送受信器１２と記載することがある。

伝送容量コントローラ１１は、各光送受信器１２を制御し、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ２への伝送容量を調整する。

光送受信器１２₁〜１２₄は、伝送容量が１００Ｇｂ／ｓの光送受信器であり、それぞれ異なる波長の光信号を送受信する。本実施の形態では、光送受信器１２₁〜１２₄が送信する光信号の波長をそれぞれλ1〜λ4とする。光送受信器１２₁〜１２₄がそれぞれ受信する光信号の波長はλ1〜λ4以外の波長であるが、本実施の形態にかかるＯＬＴ１は送信動作に特徴があるため、図２では各光送受信器１２が受信する光信号の波長の記載を省略している。

光結合分波器１３は、光送受信器１２₁〜１２₄がそれぞれ出力する光信号を合波して波長多重された状態の光信号を生成するとともに、ＯＮＵ２₁〜２₄がそれぞれ出力し、合計４波が波長多重された状態の光信号を波長ごとに分波する。光結合分波器１３は、分波後の各波長の光信号を、各波長の光信号を処理する光送受信器１２₁〜１２₄へ出力する。

ＯＮＵ２₁〜２₄は、光送受信器２１を備える。光送受信器２１は、最大伝送容量が１００Ｇｂ／ｓの光送受信器であり、かつ伝送容量が可変とする。本実施の形態では、ＯＮＵ２₁〜２₄は、２５Ｇｂ／ｓ、５０Ｇｂ／ｓおよび１００Ｇｂ／ｓの３種類の中から伝送容量を選択可能とする。なお、光送受信器２１の最大伝送容量および選択可能な伝送容量は一例である。また、選択可能な伝送容量の種類は２種類または４種類以上でもよい。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、ＯＮＵ２₁をＯＮＵ＃１と記載し、ＯＮＵ２₂をＯＮＵ＃２と記載し、ＯＮＵ２₃をＯＮＵ＃３と記載し、ＯＮＵ２₄をＯＮＵ＃４と記載する場合がある。

また、ＯＬＴ１と各ＯＮＵ２との間の光伝送区間は、集約区間、光カプラ３およびアクセス区間＃１〜＃４で構成される。ＯＬＴ１と光カプラ３との間の光伝送路である集約区間では、各ＯＮＵ２からＯＬＴ１に向けた信号が波長分割多重化された状態で伝送されるとともに、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ２に向けた信号が波長分割多重化された状態で伝送される。光カプラ３と各ＯＮＵ２との間の光伝送路であるアクセス区間＃１〜＃４では、各ＯＮＵ２からＯＬＴ１に向けた信号は他の信号と多重化されていない状態で伝送され、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ２に向けた信号は多重化された状態で伝送される。すなわち、光カプラ３は、各ＯＮＵ２からＯＬＴ１に向けた信号が入力されると波長分割多重化してＯＬＴ１に向けて出力し、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ２に向けた、波長分割多重化された状態の信号が入力されるとＯＮＵ２₁〜２₄の各々に向けて分岐する。

図３は、本実施の形態にかかるＯＬＴ１が波長、偏波、Ｉ／Ｑといった光資源を各ＯＮＵ２に割り当てる方法の一例を示す図である。図３は、ＯＮＵ２₁〜２₄の各々が同じ伝送容量を使用する場合の光資源の割り当て方法の例を示している。また、図３は、ＯＮＵ２₁〜２₄の各々の伝送容量ごとに、ＯＬＴ１がＯＮＵ２₁〜２₄に対してどの光資源を割り当てるかを示している。

図３において、λ1〜λ4は、ＯＬＴ１の光送受信器１２₁〜１２₄がそれぞれ送信する光信号の波長を示す。また、ＸＩはＸ偏波のＩ信号を示し、ＸＱはＸ偏波のＱ信号を示し、ＹＩはＹ偏波のＩ信号を示し、ＹＱはＹ偏波のＱ信号を示す。また、＃１〜＃４は、ＯＮＵ＃１〜＃４すなわちＯＮＵ２₁〜２₄をそれぞれ示す。また、「２５Ｇｂ／ｓ／ＯＮＵ」は、１台のＯＮＵ２あたりの伝送容量が２５Ｇｂ／ｓであることを示す。同様に、「５０Ｇｂ／ｓ／ＯＮＵ」は、１台のＯＮＵ２あたりの伝送容量が５０Ｇｂ／ｓであることを示し、「１００Ｇｂ／ｓ／ＯＮＵ」は、１台のＯＮＵ２あたりの伝送容量が１００Ｇｂ／ｓであることを示す。

図３に示したように、各ＯＮＵ２の伝送容量が２５Ｇｂ／ｓの場合、ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１にλ1のＸＩを割り当て、ＯＮＵ＃２にλ1のＸＱを割り当て、ＯＮＵ＃３にλ1のＹＩを割り当て、ＯＮＵ＃４にλ1のＹＱを割り当てる。このように、各ＯＮＵ２の伝送容量が２５Ｇｂ／ｓの場合、ＰＯＮシステム１００は、１波長のみを利用し、それ以外の波長は利用しない動作モードとなる。なお、使用する１波長をλ1としたが、λ2〜λ4の中から使用する１波長を選択してもよい。

各ＯＮＵ２の伝送容量が５０Ｇｂ／ｓの場合、ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１にλ1のＸＩおよびＹＩを割り当て、ＯＮＵ＃２にλ1のＸＱおよびＹＱを割り当て、ＯＮＵ＃３にλ2のＸＩおよびＹＩを割り当て、ＯＮＵ＃４にλ2のＸＱおよびＹＱを割り当てる。このように、各ＯＮＵ２の伝送容量が５０Ｇｂ／ｓの場合、ＰＯＮシステム１００は、２波長のみ利用し、それ以外の波長は利用しない動作モードとなる。なお、各ＯＮＵ２の伝送容量が２５Ｇｂ／ｓの場合と同様に、使用する２波長はλ3およびλ4から選択してもよい。

各ＯＮＵ２の伝送容量が１００Ｇｂ／ｓの場合、ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１にλ1のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱを割り当て、ＯＮＵ＃２にλ2のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱを割り当て、ＯＮＵ＃３にλ3のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱを割り当て、ＯＮＵ＃４にλ4のＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱを割り当てる。このように、各ＯＮＵ２の伝送容量が１００Ｇｂ／ｓの場合、ＰＯＮシステム１００は、４波長の全てを利用する動作モードとなる。

図３に示した光資源の割り当ては、ＯＬＴ１の伝送容量コントローラ１１が決定する。すなわち、伝送容量コントローラ１１は、ＯＮＵ２₁〜２₄の各々にデータを送信するための光資源をＯＮＵ２₁〜２₄の各々が要求する伝送容量に基づいて割り当てる光資源割り当て部である。伝送容量コントローラ１１は、光資源の割り当てを決定すると、決定結果をＯＬＴ１の光送受信器１２₁〜１２₄、ＯＮＵ２₁〜２₄の光送受信器２１に通知する。伝送容量コントローラ１１からＯＮＵ２₁〜２₄の光送受信器２１への通知は、光送受信器１２₁〜１２₄の１つ、または２つ以上を使用して行う。また、伝送容量コントローラ１１は、光資源の割り当てを決定するために必要な各ＯＮＵ２の伝送容量の情報を、光送受信器１２₁〜１２₄の１つ、または２つ以上を使用して、各ＯＮＵ２から取得する。

なお、説明を簡単化するためにＯＮＵ２₁〜２₄の伝送容量が同じ場合の光資源の割り当て方法について説明したが、ＯＮＵ２₁〜２₄の伝送容量が同じである必要は無い。例えば、２台のＯＮＵ２の伝送容量が５０Ｇｂ／ｓかつ残り２台のＯＮＵ２の伝送容量が２５Ｇｂ／ｓの場合、２波長を利用する動作モードとなる。すなわち、ＯＬＴ１は、各波長の光資源を２台のＯＮＵが使用するように割り当てる。また、例えば、２台のＯＮＵ２の伝送容量が５０Ｇｂ／ｓ、かつ残り２台のうちの一方のＯＮＵ２の伝送容量が２５Ｇｂ／ｓ、他方のＯＮＵ２の伝送容量が１００Ｇｂ／ｓの場合、３波長を利用する動作モードとなる。すなわち、ＯＬＴ１は、伝送容量が１００Ｇｂ／ｓのＯＮＵ２に対して１波長の光資源を割り当て、残り３波長の中の２波長の光資源を、伝送容量が５０Ｇｂ／ｓの２台のＯＮＵ２および伝送容量が２５Ｇｂ／ｓの１台のＯＮＵ２に割り当てる。

図４は、本実施の形態にかかるＯＬＴ１が備えている光送受信器１２およびＯＮＵ２が備えている光送受信器２１の構成例を示す図である。図４に示したように、光送受信器１２および２１は、光送信部３０および光受信部４０を備える。なお、光送受信器１２と光送受信器２１とでは、光送信部３０の動作が一部異なる。詳細については後述するが、光送受信器１２の光送信部３０は、送信信号の光パワーを抑制するための処理を行う。

図５は、本実施の形態にかかるＯＬＴ１が備えている光送受信器１２の光送信部３０の構成例を示す図である。光送受信器１２の光送信部３０は、送信処理部３１、ドライバ３６および光信号生成部３７を備える。送信処理部３１は、送信信号生成器３２、送信デジタルフィルタ３３および信号調整部３４を備え、信号調整部３４は波形整形部３５を備える。光信号生成部３７は、光源３８および光変調器３９を備える。図５においては、電気信号を破線で示し、光信号を実線で示している。

送信信号生成器３２は、入力された送信データ、例えば、１００Ｇｂ／ｓの送信データから、対向する光送受信器へ送信するデータ信号を生成する。具体的には、送信信号生成器３２は、送信データを誤り訂正符号化する処理を行い、さらに、ＤＰ−ＱＰＳＫ（ＤｕａｌＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）と呼ばれる偏波多重４値位相変調、またはＤＰ−１６ＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる偏波多重１６値振幅位相変調といった変調方式に従い送信データをシンボルにマッピングする処理を行ってデータ信号を生成する。送信信号生成器３２の具体的な処理内容および構成については特に制約はない。送信信号生成器３２は、エンコーダおよびモジュレータで実現される。送信信号生成器３２は、送信デジタルフィルタ３３とともに、ＯＮＵ２へ送信する信号を生成する信号生成部を構成する。

送信デジタルフィルタ３３は、例えば、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで実現される。送信デジタルフィルタ３３は、送信信号生成器３２で生成されたデータ信号に対してフィルタ処理を実行して所望の周波数帯域のスペクトルを整形する。送信側でスペクトル整形することで、隣接する波長の信号との干渉の影響を軽減することができる利点がある。高い周波数利用効率を実現可能なＷＤＭシステムを設計する場合、例えば、送信デジタルフィルタ３３がデータ信号をナイキスト形状にフィルタリングすることで、ＯＬＴ１は、各光送受信器１２で生成したデータ信号を高密度で多重できる。一方で、５０ＧＨｚ間隔といった固定周波数グリッドでチャネルを配置する設計とした場合、送信デジタルフィルタ３３が帯域制限を行うことにより、ＯＬＴ１は、光源の周波数ドリフトが起因の干渉を抑圧できる。

信号調整部３４には、後述するＩ／Ｑインバランスパラメータが入力される。信号調整部３４は、外部から入力されたＩ／Ｑインバランスパラメータに基づいて、送信デジタルフィルタ３３から出力されたデータ信号のＸ偏波およびＹ偏波のそれぞれについて、Ｉ／Ｑ軸の強度、すなわちＩ信号の強度およびＱ信号の強度を調整する。信号調整部３４は、調整後のデータ信号をドライバ３６へ出力する。信号調整部３４では、波形整形部３５がＩ／Ｑインバランスパラメータに従った波形整形処理を各偏波のＩ信号およびＱ信号に対して実行し、各信号の強度を調整する。強度が調整された後の各データ信号はドライバ３６へ出力される。ドライバ３６は、信号調整部３４から入力された各データ信号の強度を、光信号生成部３７の光変調器３９が駆動可能な強度となるまで増幅する。

なお、各偏波のＩ信号およびＱ信号の強度差の調整を波形整形部３５が行うこととしたが、ドライバ３６が行うようにしてもよい。その場合、波形整形部３５を削除した構成としてもよい。各偏波のＩ信号およびＱ信号の強度差の調整をドライバ３６が行う構成とした場合、ドライバ３６が信号調整部として動作する。ドライバ３６が信号調整部として動作する場合、ドライバ３６は、Ｉ／Ｑインバランスパラメータに従い、各偏波のＩ信号およびＱ信号の強度を調整する。

光信号生成部３７は、信号調整部３４から出力され、ドライバ３６で増幅された信号である電気信号を光信号に変換する。光信号生成部３７において、光源３８は、連続光を送出する。光変調器３９は、光源３８から送出された連続光を、ドライバ３６から入力された強度調整後のデータ信号に基づいて変調し、送信信号としての光信号を生成する。光変調器３９は、生成した光信号を光結合分波器１３へ出力する。

ＯＬＴ１が備えている光送受信器１２の光送信部３０について説明したがＯＮＵ２が備えている光送受信器２１の光送信部３０の構成も同様である。ただし、光送受信器２１の光送信部３０では、送信デジタルフィルタ３３から出力されたデータ信号の各偏波のＩ信号およびＱ信号の強度をＩ／Ｑインバランスパラメータに基づいて調整することはしない。

図６は、本実施の形態にかかるＯＬＴ１が備えている光送受信器１２の光受信部４０の構成例を示す図である。光送受信器１２の光受信部４０は、コヒーレントレシーバ４１および受信処理部４２を備える。受信処理部４２は、ＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）部４３および波形整形部４４を備える。図６においては、光信号を実線で示し、電気信号を破線で示している。

コヒーレントレシーバ４１は、光源、偏波ビームスプリッタ、ビームスプリッタ、バランスドフォトダイオードなどを含んで構成される。コヒーレントレシーバ４１は、光伝送路経由でＯＮＵ２から受信した光信号と光源が生成した連続光とを混合干渉させて受信した光信号を電気信号に変換する。

受信処理部４２において、アナログデジタルコンバータであるＡＤＣ部４３は、コヒーレントレシーバ４１から入力された、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号もしくはＤＰ−１６ＱＡＭ信号といった電気アナログ信号に対して、標本化、量子化および符号化を行い、デジタル信号に変換する。ＡＤＣ部４３は、デジタル信号に変換後のＤＰ−ＱＰＳＫ信号もしくはＤＰ−１６ＱＡＭ信号を波形整形部４４へ出力する。

波形整形部４４は、図７に示した構成であり、分散補償部４５、位相雑音補償部４６および適応等化部４７を備える。図７は、図６に示した波形整形部４４の構成例を示す図である。波形整形部４４において、分散補償部４５は、ＡＤＣ部４３から入力された、Ｘ偏波およびＹ偏波のＩ信号およびＱ信号に対して、光ファイバ伝送時に生じた分散効果を周波数領域または時間領域で等化する。位相雑音補償部４６は、受信した光信号の周波数とコヒーレントレシーバ４１内の光源が生成した連続光の周波数との差、および、光ファイバ伝送時に生じる位相雑音の影響を４乗法などのアルゴリズムを用いて補償する。適応等化部４７は、ＣｏｎｓｔａｎｔＭｏｄｕｌｕｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＣＭＡ）といったアルゴリズムを用いて偏波分離を行い、各偏波の信号成分に分離する。

ＯＬＴ１が備えている光送受信器１２の光受信部４０について説明したがＯＮＵ２が備えている光送受信器２１の光受信部４０も同様の構成である。

次に、本実施の形態にかかるＯＬＴ１のハードウェア構成について説明する。ＯＬＴ１およびＯＮＵ２は、全てハードウェアにより実現することができる。図５に示した光送信部３０の光源３８は半導体レーザで実現でき、光変調器３９はＬＮ（ニオブ酸リチウム）変調器で実現できる。その他の各構成要素は、例えば、それぞれ処理回路として構成される。また、複数の構成要素が、１つの処理回路として構成されてもよいし、１つの構成要素が複数の処理回路により構成されてもよい。

上記の処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリおよびメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）とを備える制御回路であってもよい。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）等が該当する。

上記の処理回路が専用のハードウェアで実現される場合、処理回路は、例えば図８に示す処理回路１０１である。処理回路１０１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。

上記の処理回路がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は、例えば図９に示す構成の制御回路である。図１１に示すように制御回路は、ＣＰＵであるプロセッサ１０２と、メモリ１０３とを備える。上記の処理回路が制御回路により実現される場合、プロセッサ１０２がメモリ１０３に記憶された、各構成要素の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ１０３は、プロセッサ１０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

ＯＬＴ１またはＯＮＵ２を構成する各構成要素は、一部が専用のハードウェアで実現され、一部がＣＰＵを備える制御回路で実現されてもよい。

つづいて、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００の動作について具体例を挙げて説明する。

図１０は、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００の第１の具体例を示す図である。各ＯＮＵ２の伝送容量は２５Ｇｂ／ｓとする。ＯＮＵ２₁〜２₄（ＯＮＵ＃１〜＃４）への光資源の割り当ては図３に示した割り当て方法に従うものとする。また、図１０では、ＯＬＴ１と各ＯＮＵ２とを接続している実線の長さがＯＬＴ１と各ＯＮＵ２との間の実際の伝送路の長さを表しているものとする。よって、ＯＬＴ１とＯＮＵ＃１との間の伝送路およびＯＬＴ１とＯＮＵ＃４との間の伝送路は、ＯＬＴ１とＯＮＵ＃２との間の伝送路およびＯＬＴ１とＯＮＵ＃３との間の伝送路よりも短い。

図１０に示した構成のＰＯＮシステム１００では、ＯＬＴ１が、同じ波長を使用するＯＮＵ２のそれぞれに対して送信する光信号の強度を、各ＯＮＵ２までの伝送路の長さの差に基づいて調整する。光信号の強度の調整は図５に示した信号調整部３４が行う。

図１１は、図１０に示した構成のＰＯＮシステム１００においてＯＬＴ１が各ＯＮＵ２へ送信する光信号のコンスタレーションマップの一例を示す図である。図１１においては、白抜きの丸が強度を調整する前の信号点を示し、黒塗りの丸が実際の信号点すなわち強度を調整した後の信号点を示す。強度を調整する前の信号点は、図５に示した信号調整部３４に入力される信号の信号点に相当し、強度を調整した後の信号点は信号調整部３４から出力される信号の信号点に相当する。

図３および図１０に示したように、Ｘ偏波が割り当てられているＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２については、ＯＬＴ１からＯＮＵ＃１までの伝送路がＯＬＴ１からＯＮＵ＃２までの伝送路よりも短い。また、Ｙ偏波が割り当てられているＯＮＵ＃３およびＯＮＵ＃４については、ＯＬＴ１からＯＮＵ＃４までの伝送路がＯＬＴ１からＯＮＵ＃３までの伝送路よりも短い。そのため、図１１に示したように、ＯＬＴ１は、ＸＩ軸よりＸＱ軸に強い信号強度を割り当て、ＯＮＵ＃１より長距離伝送となるＯＮＵ＃２に対してより多くのパワーを割り当てる。また、ＯＬＴ１は、ＹＱ軸よりＹＩ軸に強い信号強度を割り当て、ＯＮＵ＃４より長距離伝送となるＯＮＵ＃３に対してより多くのパワーを割り当てる。このように、各軸に割り当てる信号強度の調整は、Ｘ偏波およびＹ偏波のそれぞれの複素平面上における信号点の位置を調整することにより行う。図１１に示したθ₁およびθ₂は、Ｉ／Ｑインバランスパラメータであり、ＯＬＴ１を構成している光送受信器１２の信号調整部３４に入力される。信号調整部３４は、θ₁に基づいてＸ偏波のＩ信号およびＱ信号の強度を調整し、θ₂に基づいてＹ偏波のＩ信号およびＱ信号の強度を調整する。Ｘ偏波のＩ軸とＱ軸の信号強度が等しい場合はθ₁＝４５°となる。同様に、Ｙ偏波のＩ軸とＱ軸の信号強度が等しい場合はθ₂＝４５°となる。Ｉ／Ｑインバランスパラメータは、伝送容量コントローラ１１で生成される。すなわち、伝送容量コントローラ１１は、各ＯＮＵ２へ送信する信号の複素平面上における信号点の位置の調整量を決定する調整量決定部である。なお、これ以降の説明において、信号調整部３４が行う信号調整をＩ／Ｑインバランス変調と称することがある。

図１２は、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００の第２の具体例を示す図である。ただし、ＯＮＵ２₃および２₄については記載を省略している。各ＯＮＵ２の伝送容量は５０Ｇｂ／ｓとする。ＯＮＵ２₁，２₂（ＯＮＵ＃１，＃２）への光資源の割り当ては図３に示した割り当て方法に従うものとする。また、図１２では、図１０と同様に、ＯＬＴ１と各ＯＮＵ２とを接続している実線の長さがＯＬＴ１と各ＯＮＵ２との間の実際の伝送路の長さを表しているものとする。よって、ＯＬＴ１とＯＮＵ＃１との間の伝送路は、ＯＬＴ１とＯＮＵ＃２との間の伝送路よりも短い。

図１３は、図１２に示した構成のＰＯＮシステム１００においてＯＬＴ１が各ＯＮＵ２へ送信する光信号のコンスタレーションマップの一例を示す図である。図１３においては、図１１と同様に、白抜きの丸が強度を調整する前の信号点を示し、黒塗りの丸が強度を調整した後の信号点を示す。

図３および図１２に示したように、ＯＮＵ＃１には各偏波のＩ信号が割り当てられ、ＯＮＵ＃２には各偏波のＱ信号が割り当てられている。また、ＯＬＴ１からＯＮＵ＃１までの伝送路がＯＬＴ１からＯＮＵ＃２までの伝送路よりも短い。そのため、図１３に示したように、ＯＬＴ１は、ＸＩ軸よりＸＱ軸に強い信号強度を割り当て、かつＹＩ軸よりＹＱ軸に強い信号強度を割り当て、ＯＮＵ＃１より長距離伝送となるＯＮＵ＃２に対してより多くのパワーを割り当てる。ただし、θ₁＝θ₂とする。

図１４は、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００におけるＯＬＴ１からＯＮＵ２への伝送距離と最小受信感度との関係を示す図である。最小受信感度は、ビットエラーレートが３．８ｘ１０^−３に達する受信感度としている。図１４では、シミュレーションと実験で得た結果を示している。破線がシミュレーション結果を示し、実線が実験結果を示している。ただし、変調方式はＤＰ−ＱＰＳＫ、伝送容量は３３ＧＢａｕｄの条件となる。図１４に示したように、光アクセスネットワークにおいて想定される伝送距離５０ｋｍから８０ｋｍまで最小受信感度が−３１．５ｄＢｍとほぼ一定となる。このような伝送距離に対し最小受信感度がほぼ変わらない領域においてＩ／Ｑインバランス変調を用いたパワーバジェットの最適化が有効となる。

図１５は、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００におけるＩ／Ｑインバランスパラメータθとパワーバジェット利得の関係を示す図である。図１５では、シミュレーションと実験で得た結果を示している。破線がシミュレーション結果を示し、実線が実験結果を示している。図１５に示したように、Ｉ軸およびＱ軸のいずれも、θに対するパワーバジェット利得の特性を二次関数で近似できる。そのため、Ｉ軸の特性をＧ₁＝ａ₁θ²＋ｂ₁θ＋ｃ₁とし、Ｑ軸の特性をＧ₂＝ａ₂θ²＋ｂ₂θ＋ｃ₂とし、ＯＮＵ＃１とＯＮＵ＃２のパワーバジェット差をΔＧとした場合、Ｉ／Ｑインバランスパラメータθは次式（１）で表される。ただし、ＯＮＵ２の光受信部４０において、波形整形部４４の位相雑音補償部４６が四乗法を用いて補償を行う場合、Ｉ成分とＱ成分とがインバランスした信号を補償できる範囲はπ／６≦θ≦π／３となる。よって、ＯＬＴ１は、この範囲内でθを設定する。

つづいて、ＯＬＴ１がＯＮＵ２に対してデータを伝送する動作について、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００における下り方向のデータ伝送動作の一例を示すシーケンス図である。ここではＯＬＴ１に接続されているＯＮＵ２の数が２の場合の動作例を説明する。２台のＯＮＵ２をＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２とする。また、ＯＬＴ１は、各ＯＮＵ２との間の伝送路の長さを予め把握しているものとする。例えば、ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１が接続された場合、ＯＮＵ＃１に対して伝送路長を測定するための信号を送信し、これに対する応答信号を受信することにより、ＯＮＵ＃１との間の伝送路の長さを把握する。具体的には、ＯＬＴ１は、測定用の信号を送信してから応答信号を受信するまでの所要時間を測定し、測定した所要時間から伝送路長を算出する。ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃２との間の伝送路の長さについても同様の方法で算出する。ＯＬＴ１が各ＯＮＵ２との間の伝送路の長さの情報を収集する方法はこれに限定されない。ＯＬＴ１は、各ＯＮＵ２までの伝送路長の情報の入力をＰＯＮシステム１００の管理者などから受け付けるようにしてもよい。

下り方向のデータ伝送では、まず、各ＯＮＵ２が、下り方向のデータ伝送の要求をＯＬＴ１に対して行う（ステップＳ１−１，Ｓ１−２）。このとき、各ＯＮＵ２は、下り方向の伝送容量をＯＬＴ１に通知する。

次に、ＯＬＴ１が、光資源の空き状況を確認し、各ＯＮＵ２に光資源を割り当てる（ステップＳ２）。ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１から通知された伝送容量およびＯＮＵ＃２から通知された伝送容量に基づいて、使用する波長すなわち使用する光送受信器の数が少なくなるように、各ＯＮＵ２に割り当てる光資源を決定する。ＯＬＴ１は、例えば、ＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２から通知された伝送容量の合計値が１００Ｇｂ／ｓ以下の場合は使用していない１波長のＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱの各信号を、ＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２が要求している伝送容量に応じて割り当てる。ＯＬＴ１において、光資源の割り当ては、伝送容量コントローラ１１が行う。

次に、ＯＬＴ１が、ステップＳ２で割り当てた光資源をＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２へ通知する（ステップＳ３−１，Ｓ３−２）。光資源の通知を受けたＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２は、通知された光資源を使用するための光送受信器の設定を行い（ステップＳ４−１，Ｓ４−２）、設定が完了すると、設定完了の通知をＯＬＴ１に行う（ステップＳ５−１，Ｓ５−２）。

ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２から設定完了の通知を受けると、Ｉ／Ｑインバランスパラメータを設定する（ステップＳ６）。ＯＬＴ１は、ステップＳ２での光資源の割り当て結果、ＯＮＵ＃１までの伝送路の長さおよびＯＮＵ＃２までの伝送路の長さに基づいてＩ／Ｑインバランスパラメータを決定する。ＯＬＴ１は、同じ波長の光資源をＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２に割り当て、かつＯＮＵ＃１までの伝送路長とＯＮＵ＃２までの伝送路長との差が大きい場合、Ｉ信号の強度とＱ信号の強度とに差が出るよう、Ｉ／Ｑインバランスパラメータを設定する。例えば、図１２および図１３に示した第２の具体例に相当する場合、ＯＬＴ１は、ＸＱ軸の信号強度がＸＩ軸の信号強度よりも大きくなり、ＹＱ軸の信号強度がＹＩ軸の信号強度よりも大きくなるよう、Ｉ／Ｑインバランスパラメータを設定する。ＯＬＴ１は、ＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２に対して異なる波長を割り当てた場合、および、ＯＮＵ＃１までの伝送路長とＯＮＵ＃２までの伝送路長との差が小さい場合、Ｉ／Ｑインバランスパラメータθ＝４５°に設定する。

ＯＬＴ１は、Ｉ／Ｑインバランスパラメータの設定が完了すると、ＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２に対して下りデータを伝送する（ステップＳ７−１，Ｓ７−２）。ＯＬＴ１は、下りデータを送信する際、ステップＳ６で設定したＩ／Ｑインバランスパラメータに従い、送信する信号のＩ軸上の強度およびＱ軸上の強度を調整する。データ伝送の形態は現在のＰＯＮ方式で用いられているストリーム型もしくはそれ以外の形態のいずれでも構わない。ＯＮＵ＃１およびＯＮＵ＃２は、下りデータを受信すると、受信が完了したことを示すデータ伝送完了通知をＯＬＴ１へ送信する（ステップＳ８−１，Ｓ８−２）。

以上のように、本実施の形態にかかるＰＯＮシステム１００において、ＯＬＴ１は、ＯＮＵ２に対する光資源の割り当て結果と、各ＯＮＵ２までの伝送路の長さとに基づいて、各ＯＮＵ２へ送信する光信号の各偏波のＩ軸上の信号強度およびＱ軸上の信号強度を調整することとした。これにより、各ＯＮＵ２にデータを伝送する際の消費電力を伝送路の長さに応じて調整することができ、伝送路の長さが異なる複数のＯＮＵ２に対して同じ波長を割り当てた場合に、伝送路が短いＯＮＵ２へ送信する信号の電力を伝送路が長いＯＮＵ２へ送信する信号の電力よりも小さくすることができ、消費電力を抑制できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ＯＬＴ、２₁〜２₄ ＯＮＵ、３光カプラ、１１伝送容量コントローラ、１２，１２₁〜１２₄，２１光送受信器、１３光結合分波器、３０光送信部、３１送信処理部、３２送信信号生成器、３３送信デジタルフィルタ、３４信号調整部、３５，４４波形整形部、３６ドライバ、３７光信号生成部、３８光源、３９光変調器、４０光受信部、４１コヒーレントレシーバ、４２受信処理部、４３ＡＤＣ部、４５分散補償部、４６位相雑音補償部、４７適応等化部、１００ＰＯＮシステム。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の加入者側端末装置を接続可能な光加入者線終端装置として動作する光通信装置であって、複数の加入者側端末装置へ送信する信号を生成する信号生成部を備える。また、光通信装置は、複数の加入者側端末装置の各々に割り当てられている光資源と、複数の加入者側端末装置の各々までの伝送距離と、に基づいて、信号を構成する各偏波の複素平面における信号点の位置の調整量を決定する調整量決定部を備える。また、光通信装置は、調整量に基づいて信号の複素平面における信号点の位置を調整する信号調整部と、信号調整部で信号点が調整された後の信号を光信号に変換する光信号生成部と、を備える。

上記の処理回路がＣＰＵを備える制御回路で実現される場合、この制御回路は、例えば図９に示す構成の制御回路である。図９に示すように制御回路は、ＣＰＵであるプロセッサ１０２と、メモリ１０３とを備える。上記の処理回路が制御回路により実現される場合、プロセッサ１０２がメモリ１０３に記憶された、各構成要素の各々の処理に対応するプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、メモリ１０３は、プロセッサ１０２が実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の加入者側端末装置を接続可能な光加入者線終端装置として動作する光通信装置であって、複数の加入者側端末装置へ送信する信号を生成する信号生成部を備える。また、光通信装置は、複数の加入者側端末装置の各々に割り当てられている光資源と、複数の加入者側端末装置の各々までの伝送距離と、に基づいて、信号の複素平面における信号点の位置の調整量を決定する調整量決定部を備える。また、光通信装置は、調整量に基づいて信号の複素平面における信号点の位置を調整する信号調整部と、信号調整部で信号点が調整された後の信号を光信号に変換する光信号生成部と、を備える。また、調整量決定部は、同一波長の同一偏波に割り当てられている各加入者側端末装置までの伝送距離が異なる場合、同一波長の同一偏波に割り当てられている各加入者側端末装置までの伝送距離が同じ場合に各加入者側端末装置へ送信する信号の強度と比較して、伝送距離の短い加入者側端末装置へ送信する信号の強度が低くなるよう、調整量を決定する。

Claims

複数の加入者側端末装置を接続可能な光加入者線終端装置として動作する光通信装置であって、
前記複数の加入者側端末装置へ送信する信号を生成する信号生成部と、
前記複数の加入者側端末装置の各々に割り当てられている光資源と、前記複数の加入者側端末装置の各々までの伝送距離と、に基づいて、前記信号の複素平面における信号点の位置の調整量を決定する調整量決定部と、
前記調整量に基づいて前記信号の複素平面における信号点の位置を調整する信号調整部と、
前記信号調整部で信号点の位置が調整された後の信号を光信号に変換する光信号生成部と、
を備えることを特徴とする光通信装置。
前記複数の加入者側端末装置の各々にデータを送信するための光資源を前記複数の加入者側端末装置の各々が要求する伝送容量に基づいて割り当てる光資源割り当て部、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
前記光資源割り当て部は、使用する波長数が少なくなるように前記光資源を割り当てる、
ことを特徴とする請求項２に記載の光通信装置。
前記信号生成部は、信号帯域を制限するデジタルフィルタを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の光通信装置。
請求項１から４のいずれか一つに記載の光通信装置と、
前記光通信装置に接続された複数の加入者側端末装置と、
を備えることを特徴とする光通信システム。