JP5165754B2

JP5165754B2 - 高ビットレートの双方向パッシブ光ネットワーク、関連する光交換器およびライン終端装置

Info

Publication number: JP5165754B2
Application number: JP2010512747A
Authority: JP
Inventors: エルワン・パンスマン; ナヴィーナ・ゲネー
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: CN101779397B; EP2171888A1; WO2009004244A1; JP2010530693A; CN101779397A; US20100142950A1; EP2171888B1; US8542997B2

Description

本発明は、光アクセスネットワークの分野に関し、具体的に、パッシブ光アクセスネットワーク、即ちＰＯＮ（passive optical networks）の分野に関する。

アクセスネットワークは、電気通信オペレータにとってコストのかかるネットワークである。なぜなら、そのようなネットワークはしばしば、多数の加入者に供するツリー構造のネットワークだからである。そのようなネットワークは、電気エネルギーを頻繁に消費する多数の要素を備えている。加入者に提供されるサービス品質を改善しながらこれら動作のコストを制限するために、オペレータは、パッシブ光アクセスネットワークを開発した。光交換器とユーザ機器との間のネットワークにある全ての要素は、パッシブであり、即ちそれらが機能するための給電を要しない。

そのような光ネットワークは、2.5Gbit/s（ギガビット毎秒）オーダの高い接続ビットレートを加入者に提供する。これらビットレートは、加入者からの要求を満たすように、高解像度テレビ、インターネットさらにはテレビ電話等のサービスを提供することができる。

最近、FTTH(fiber to the home)タイプの居住型加入者の住宅への高ビットレートの配備が行われている。

双方向ＰＯＮタイプのパッシブ光ネットワークは、2006年フランスカンヌで開かれたEuropean Conference on Optical Communications(ECOC)のTh3.6.6で公表されているGenayらによる文献“Bidirectional WDM/TDM-PON access Networks integrating downstream 10 Gbits/s DPSK and upstream 2.5 Gbits/s OOK on the same wavelength”から知られている。図１を参照すると、そのような光アクセスネットワーク１は、１〜Ｎ個の分配要素３０へ双方向光ファイバ２０によってリンクされる光交換器１０を含み、Ｎは、１より大きいか等しい整数であり、分配要素は、Ｎ個のライン終端装置５０_１〜５０_Ｎにダウンリンク光信号を分配し、Ｎ個のライン終端装置５０_１〜５０_Ｎによって送信されたＮ個のアップリンク光信号を光交換器１０に対して多重化することができる。分配要素は、Ｎ個の光ファイバ４０_１〜４０_Ｎによってライン終端装置５０_１〜５０_Ｎにリンクされる。各ライン終端装置に対して、１つまたは複数の加入者が接続できる。

光交換器１０は、一般に１つまたは複数の加入者へアドレス指定された情報を搬送するのに使用されるレーザである光信号を送信する手段１１と、加入者から生ずるアップリンク光信号を受信する手段１２と、単一の光ファイバ２０でダウンリンクおよびアップリンク光信号を循環させることができる循環器１３とを含む。

ライン終端装置５０_ｉは、双方向光ファイバ４０_ｉでダウンリンクSO_D,riおよびアップリンクSO_R光信号を循環させることができる循環器５１_ｉを含む。ライン終端装置はまた、第１のSO_D,ri1および第２のSO_D,ri2の受信されたダウンリンク光信号の間で受信されたダウンリンク光信号SO_D,riの光電力を分配することができる接続手段５２_ｉを含む。第１の受信されたダウンリンク光信号SO_D,ri1は、復号化のために受信手段５３_ｉによって処理される。第２の受信されたダウンリンク光信号SO_D,ri2は、受信されたダウンリンク光信号SO_D,riからアップリンク光信号SO_Riを生成する手段５４_ｉによって処理される。

先に説明したパッシブ光ネットワークは、時分割多重化、即ちＴＤＭを使用する。そのようなネットワークでは、レーザ１０によって送信された光信号は、同一の持続時間のうち複数の時間スロットに分割される。各時間スロットはその後、必要に応じてライン終端装置５０_ｉの１つに関連付けられる。

また、波長分割多重化、即ちＷＤＭを使用するパッシブ光ネットワークがある。そのようなネットワークでは、光交換器は、レーザに固有な波長に関連付けられる光データ要素を各々送信する複数のレーザを含む。光交換器の出力に位置し、ネットワークのメインファイバの第１エンドに接続される光マルチプレクサは、波長分割多重化された信号を第１エンドに投入するのに使用される。そのような光ネットワークでは、各ライン終端装置は、光交換器から得られた光要素に関連付けられるので、特定の波長に関連付けられる。

パッシブ光アクセスネットワークは、時分割多重化または波長分割多重化を使用しても、２０ｋｍ（kilometers）オーダの従来範囲を提供する。このネットワークの限定的範囲は、パッシブ光ネットワークにおいて、例えば光カプラ、光マルチプレクサまたは光ファイバである各種光要素がネットワークを通過する信号に光電力損を与え、そのような損失を強制的に補正しない限り、送信された信号を増幅できないという事実から生ずる。実際に、パッシブ光ネットワークでは、ダウンリンク光信号、即ち交換器によって加入者へ送信される光信号と、アップリンク光信号、即ち加入者機器によって光交換器へ送信される光信号とは、単一の光ファイバによって搬送される。これは、ネットワークのコストを低減する。しかし、ダウンリンクおよびアップリンク光信号を搬送するために単一の光ファイバを使用すると、これら光信号の送信電力レベルを制限することになる。

特に一方においては、ネットワークの横断に関連付けられる損失を補正することにより正しく受信可能とするのに十分なデータ信号の送信電力が不可欠である。また、加入者交換方向（subscriber-exchange direction）に伝搬される信号を検出するのに用いる受信手段を幻惑（dazzle）しうる後方散乱信号を生成するほど電力を高めてはならないことが不可欠である。パッシブ光ネットワークの信号の送信光電力値のトレードオフ結果は、制限されたネットワーク範囲に反映される。

１つの最近の傾向は、10Gbit/sを超えて40Gbit/sまでパッシブ光アクセスネットワークの送信ビットレートを増やすことである。そのようにビットレートを増大すると、光アクセスネットワークを介して送信される信号が受ける歪みが増える。ビットレートに目立つこれらの歪みとして、色分散（ＣＤ）の現象が挙げられる。一定の範囲を考えると（故に一定の総合的な色分散を考えると）、色分散による影響は、ビットレートを４倍にすると１６倍になる。

従来の解決策は、インライン色分散を補正するためのモジュールを導入することにある。そのような装置の第１の欠点は、コストがかかることである。第２の欠点は、ＰＯＮタイプのアクセスネットワークに不都合なことである。なぜなら、ライン終端装置は必ずしも、光交換器から同じ距離に全て位置決めされないからである（全ての条件を満たすよう消費者毎に異なる補正が必要である）。

故に、通常１０Gbit/sおよびそれ以上の高いビットレートのパッシブ光ネットワークにわたって光信号を送信する時に生じる色分散を補正しながら、そのようなネットワークのパッシブ特性を維持する必要がある。

本発明では、パッシブ光ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、前記交換器は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信する手段と、アップリンク光信号を受信する手段とを具備し、前記ライン終端装置は、第１および第２のダウンリンク光信号を得るために、送信されたダウンリンク光信号の光電力を分割できる接続手段と、第１のダウンリンク光信号を受信する手段と、第２のダウンリンク光信号からアップリンク光信号を生成および送信する手段とを具備するパッシブ光ネットワークを提案することによって、この必要性を満たす。

本発明によるパッシブ光ネットワークでは、前記ライン終端装置は、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第１のダウンリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換する第１の手段を具備し、前記第１の受信手段は、前記第２の振幅変調されたダウンリンク光信号を受信することができ、アップリンク光信号を生成および送信する前記手段は、前記第２のダウンリンク光信号からNRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を生成および送信することができ、前記光交換器は、前記第２の受信手段の前に、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換する第２の手段を具備し、前記第２の受信手段は、前記振幅変調されたアップリンク光信号を受信することができることを特徴とする。

本発明によると、ラインファイバで送信されたダウンリンクおよびアップリンク光信号は、NRZ-DPSK形式である。この位相変調形式は、非線形ブリユアン効果によって生ずる後方散乱電力レベルを制限する第１の利点を与える。そのような効果は、ラインファイバで送信された光信号の送信レベルが所定の閾値を超える時のみ現れる。一例として、本発明によるパッシブ光ネットワークは、従来技術と比べて数dBだけそのような閾値を越えられることが観察された。

本発明によるパッシブ光ネットワークの第２の利点は、その一定の振幅により消費者の住宅で再変調するのに適することである。

光ファイバの送信時に生ずる色分散の補正は、ライン終端装置での、送信されたダウンリンク光信号の受信時に、本発明によって提供される。具体的に、受信されたダウンリンク光信号は、デュオバイナリ形式で振幅変調された信号に変換される。この形式は実際には特に、以下の２つの主な理由により、色分散の増大に対する耐性がある。
−デュオバイナリ形式は、狭スペクトルを提供する。
−デュオバイナリ形式は、振幅変調および位相変調を組合せる。

ここで、色分散は、１つの波長がもう１つの波長から離れるに従い、波長を位相変調することによって、スペクトルの構成波長に対して違った方法でふるまうことが分かる。例えば、１００kmの長さの標準ファイバに関して、スペクトルの最大放射線（extreme rays）が1nm離間する時、色分散は１７００ps/nmであり、2nm離間する時、３４００ps/nmである。加入者モジュールに送信された信号のスペクトル軌跡を低減することは故に、色分散に対する耐性をかなり高める。

デュオバイナリ形式の使用は、長距離伝送ネットワークの分野において知られているが、そのようなネットワークにおいて、変換は、ライン終端装置ではなく送信交換器で行われることが分かる。

故に、本発明によるパッシブ光ネットワークは、10Gbit/sで従来技術によるパッシブ光ネットワークによって生成された色分散レベルと同じ色分散レベルを４０Gbit/sで生成する。結果として、そのようなパッシブ光ネットワークは、ビットレートの増大によって生じた色分散を補正することができる。

また、変換されたダウンリンク光信号は、従来技術によるライン終端装置の受信装置と同じ受信装置によって処理されることができる。

本発明によるパッシブ光ネットワークは、双方向なので、ライン終端装置は、光交換器へアップリンク光信号を送信することができる。周知の方法では、そのような光信号は一般に、受信されたダウンリンク光信号の再変調によって生成され、それにより消費者の住宅でのレーザ使用の必要性を回避することができた。そのような生成は一般に、位相変調されたダウンリンク光信号を振幅変調されたアップリンク光信号へ再変調することによって行われる。

本発明によると、受信されたダウンリンク光信号から得られたアップリンク光信号は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるので、ライン終端装置においてダウンリンク光信号に適用された変換と同じタイプの変換を光交換器において適用することができる。本発明によるパッシブ光ネットワークの光交換器におけるアップリンク光信号を受信する手段は故に、NRZ-DPSK形式で位相変調された光信号を受信するのに適する。

本発明のもう１つの実施形態によると、ダウンリンク光信号は、所定の基本ビットレートを有し、前記第１および第２の変換手段は、ガウスフィルタリング段階を具備し、その中間高さの幅は、前記基本ビットレートの５０％と６５％との間の割合に相当する値の範囲内にある。

これは、狭域ガウスフィルタリング段階であって、NRZ-DPSK形式のダウンリンクまたはアップリンク光信号に適用される時、この信号のスペクトル軌跡をかなり低減でき、NRZ-DPSK形式の光信号と比較してパッシブ光ネットワークＰＯＮで発生した色分散に対して３〜４倍の耐性がある。

そのようなガウスフィルタリングは、FBG（Fiber Bragg Grating）タイプのフィルタによって光領域で実現することができ、実現するのにかなりシンプルであるとともに低コストである。

長距離伝送ネットワークにおいて、デュオバイナリ形式の信号の変換は通常、５番目の低域ベッセルフィルタから、電子領域において、送信された光信号からなる一連のバイナリデータをフィルタリングすることによって行われることが分かる。

好ましくは、調整範囲は、５６〜６０％である。

本発明のもう１つの実施形態によると、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第２の受信されたダウンリンク光信号からNRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を生成および送信する前記手段は、前記第２のダウンリンク光信号の位相を除去する手段と、除去されたダウンリンク光信号を増幅する手段と、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号を供給できる位相変調手段と、第２のブランチを介して前記位相除去手段に前記第２のダウンリンク光信号を送信して、第３のブランチにわたって生成されるアップリンク光信号を受信して、それを前記光ファイバにわたって送信するために、第１のブランチにわたって前記第２のダウンリンク光信号を受信できる３ブランチ循環手段と、を具備する。

本発明による生成手段の利点は、NRZ-DPSK形式で位相変調されたダウンリンク光信号の一定の振幅を利用することによって、アップリンク光信号を生成するために加入者の住宅のライン終端モジュールの光交換器からのダウンリンク光信号を再使用することである。そのような手段は、ＰＯＮネットワークの各消費者の住宅で追加のレーザを使用する必要性を回避するために、ダウンリンク光信号を再変調することができる。

当業者にとってアップリンク光信号を生成するためにダウンリンク光信号を再変調することが知られているが、実行される再変調は通常、位相変調ではなく振幅変調であることが分かる。位相変調の利点は、NRZ-DPSK形式で位相変調されたアップリンク光信号を生成し、ダウンリンク光信号と同じ色分散補正を光交換器に適用できることである。

本発明のもう１つの実施形態によると、前記光交換器は、前記光ファイバに第１のダウンリンク増幅信号を送信できる、ダウンリンク光信号の光電力を増幅する第１の手段を具備し、前記光ファイバは、前記第１の増幅信号によって励起されることができる少なくとも１つの第１のパッシブ増幅媒質を具備し、前記パッシブ光ネットワークは、ダウンリンク光信号の光電力を増幅する第２の手段を具備し、前記光ファイバで第２のアップリンク増幅信号を送信でき、前記光ファイバは、前記第２の増幅信号によって励起されることができる第２の増幅媒質を具備する。

本発明のこの実施形態によると、パッシブ光ネットワークは、アップリンク方向のようにダウンリンク方向で光ファイバによって伝送された光信号を増幅することによって、そのパッシブ特性を維持しながら、パッシブ光ネットワークの範囲を増やすことができる、遠隔に位置する増幅手段を実装する。

そのようなパッシブ光ネットワークは一方で、送信ビットレートの増大によって生ずる色分散の増大を補正でき、他方で、パッシブ光ネットワークの範囲を農村部に位置する加入者に供することができるように拡大する必要性を満たすことができる。実際、従来技術によるパッシブ光アクセスネットワークの範囲は、５〜１０kmの、加入者が光交換器から比較的近く位置する都市部で十分だが、農村部に位置する加入者にとってはそうではない。これら地域では、加入者は、地理的に点在していることが多いので、しばしばパッシブ光ネットワークの従来範囲より広く光交換器からの距離に位置する。これら加入者は故に、パッシブ光ネットワークによって提供される高ビットレートの送信から恩恵を受けることができないので、結果的に高ビットレート接続を要する与えられたサービスから恩恵を受けることができない。

また、色分散の現象は、送信ビットレートの増大だけでなく、光ネットワークの範囲の増大により強調されることが分かる。結果として、例えば１００kmの比較的広い範囲のパッシブ光アクセスネットワークに関して、色分散の現象は、通常10Gbit/sからの従来の範囲のＰＯＮよりも低いビットレートで問題となる。特に、範囲の増大をパッシブ光ネットワークの色分散補正に組合せることは好都合であることが分かる。

本発明はまた、パッシブ光ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器であって、前記交換器は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信する第１の手段と、前記少なくとも１つのライン終端装置によって送信されるアップリンク光信号を受信する第２の手段とを具備することに関する。

本発明によると、前記光交換器は、アップリンク光信号がNRZ-DPSK形式で位相変調されることを特徴とし、前記交換器は、前記第２の受信手段の前に、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換する第２の手段を具備し、前記受信手段は、デュオバイナリ変調形式で振幅変調される前記アップリンク光信号を受信できる。

本発明ではまた、パッシブ光ネットワークのライン終端装置は、前記ネットワークの前記ライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、前記交換器は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信する第１の手段と、アップリンク光信号を受信する第２の手段とを具備し、前記ライン終端装置は、第１および第２の送信されたダウンリンク光信号を得るために、送信されたダウンリンク光信号の光電力を分割することができる接続手段と、前記第１のダウンリンク光信号を受信する第１の手段と、前記第２のダウンリンク光信号からアップリンク光信号を生成および送信する第２の手段とを具備することに関する。

本発明によると、前記ライン終端装置は、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第１の送信されたダウンリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換する手段を具備し、前記第１の受信手段は、前記振幅変調されたダウンリンク光信号を受信することができ、アップリンク光信号を生成および送信する前記手段は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を前記第２の受信されたダウンリンク光信号から生成および送信できる。

本発明ではまた、パッシブ光ネットワークにおいてダウンリンク光信号を送信してアップリンク光信号を受信する方法は、前記ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、前記方法は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信する段階と、アップリンク光信号を受信する段階とを具備することに関する。

本発明によると、前記方法は、アップリンク光信号の受信段階の前に、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調されるアップリンク光信号に変換する段階を具備する。

本発明では最後に、パッシブ光ネットワークにおいてダウンリンク光信号を受信してアップリンク光信号を送信する方法は、前記ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、前記方法は、第１および第２のダウンリンク光信号を得るために、送信されたダウンリンク光信号の光電力を分割することを目的とする接続段階と、前記第１のダウンリンク光信号を受信する段階と、前記第２のダウンリンク光信号からアップリンク光信号の生成および送信段階と、を具備することに関する。

本発明によると、前記方法は、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第１の送信されたダウンリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換する段階をさらに具備し、前記振幅変調されたダウンリンク光信号は、受信段階で処理されることを目的とし、アップリンク光信号を生成および送信する段階は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を前記第２の受信されたダウンリンク光信号から生成および送信する。

本発明の他の利点および特徴は、単純な例示的かつ非限定的な例を用いて、および以下の添付図面から与えられる、本発明の特定の実施形態の以下の記載を読むことによりさらに明らかとなる。

図１は、従来技術によるパッシブ光アクセスネットワークを概略的に示す。図２は、本発明による高ビットレートのパッシブ光アクセスネットワークを概略的に示す。図３は、本発明による受信されたダウンリンク光信号からアップリンク光信号を生成する手段を概略的に示す。図４は、長距離をなす本発明による高ビットレートのパッシブ光アクセスネットワークを概略的に示す。

本発明の一般的な考えは、ダウンリンクおよびアップリンクチャンネル上で、本発明によるパッシブ光ネットワークの光ファイバ上に送信された光信号の受信時における色分散を補正することに関する。そのような補正は、光ファイバにわたって送信されたNRZ-DPSK形式に位相変調された信号をデュオバイナリ形式に振幅変調された信号に変換することによって実現され、デュオバイナリ形式は、他の形式よりも色分散に対する耐性が３〜４倍ある。

図２を参照すると、本発明による光アクセスネットワーク１が示される。そのようなネットワーク１は、１０Gbit/sまたはそれを上回る基本ビットレートのデータ送信に適する。ネットワーク１は、双方向光ファイバ２０によって１〜Ｎ個の分配要素３０にリンクされる光交換器１０を含み、Ｎは、１より大きいまたは等しい整数であり、分配要素３０は、Ｎ個のライン終端装置５０_１〜５０_Ｎにダウンリンク光信号を分配し、Ｎ個のライン終端装置５０_１〜５０_Ｎによって光交換器１０に送信されたＮ個のアップリンク光信号を多重化することができる。分配要素は、Ｎ個の光ファイバ４０_１〜４０_Ｎによってライン終端装置５０_１〜５０_Ｎにリンクされる。

光交換器１０の送信手段１１は、NRZ-DPSK形式で位相変調された光信号ＳＯ_D,eを送信することができる。そのような信号は、一定の振幅を呈する。

光交換器１０はまた、光信号ＳＯ_D,eを送信する手段１１と、アップリンク光信号ＳＯ_Rを受信する手段１２と、循環器１３と、NRZ-DPSK形式のＳＯ_Rで位相変調された前記受信されたアップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式ＳＯ_R,duoで振幅変調された光データ信号に変換する第２の手段１４とを含み、手段１４は、前記第２の受信手段１２の入力に提供されることを目的とする。

本発明によるダウンリンク光信号を送信してアップリンク光信号を受信する方法は、光交換器１０によって実装され、さらに図２に示される。

好ましくは、そのような変換手段は、ガウスフィルタを含み、その中間高さの幅（mid-height width）は、基本ビットレートの５０〜６５％の間に位置し、最適な調整範囲は、５６〜６０％の間である。例えば、１０Gbit/sの基本ビットレートに関して、その中間高さの幅が５GHzと６．５GHzとの間であり、最適な調整範囲は、５．６GHzと６GHzとの間である。NRZ-DPSK信号を狭域ガウスフィルタリングすることによって得られるデュオバイナリ光信号は、色分散によって引起される符号間干渉（ＩＥＳ）に対してさらに堅固である。得られたデュオバイナリ形式は、２００６年９月にフランスカンヌで開催されたECOC会議で公開された、Tanらによる文献“Performance comparison of Duobinary Mudulation Formats for 40GBs Long-Haul WDM Transmission”でさらに詳述されている。

そのような形式は、２つの変調を提供する：
−光信号によって伝達された情報を搬送する振幅変調
−情報を伝えないがＩＥＳに対して堅固な特性に関与するこの形式を与える位相変調
それは、狭域スペクトルと位相変調上への振幅変調の重ね合せとの組合せであって、色分散に対するかなり良好な耐性を与える。

しかし、NRZ-DPSK形式で位相変調された光信号をデュオバイナリ形式で振幅変調された信号に変換することはまた、例えばMach-Zehnder Delay Interferometer（MZDI）フィルタのような他のフィルタリング手段によって実装できることが分かる。そのようなフィルタはその後、光信号上に１ビット時間の遅延を与え、光信号と１ビット時間だけ遅延された同一の光信号との合計を出力として与えるよう構成される。しかし、研究所で行われたテストでは、色分散を補正するガウスフィルタの一部としてのかなり高い性能が明らかにされた。

そのような変換のもう１つの利点は、制限されたスペクトル占有をデュオバイナリ形式が有する事実にある。ここで、色分散は、スペクトルの各種成分波長に対して別々に作用し、特にスペクトルの放射線が遠くなるにつれ、信号をさらに歪める。よって、スペクトル占有を制限することは、送信された光信号上に対する色分散の影響を低減する効果を有するので、デュオバイナリ形式に利点がある。

基本ビットレートのうち５０〜５６％に及ぶ値からなるこの範囲において、５６〜６０％の範囲は、送信された光信号上への色分散を低減する観点で最適な結果をもたらすことが分かる。

得られたデュオバイナリ信号は、光交換器の受信手段１２に提供される。そのような手段は、NRZ-OOK（オン−オフ・キーイング）で振幅変調された光信号を受信するよう単純に調整される必要があり、デュオバイナリ形式が任意の特定の調整を要しないことが分かる。

本発明によるライン終端装置５０_ｉは、循環器５１_ｉおよび接続手段５２_ｉに加えて、NRZ-DPSK形式ＳＯ_Di,1で位相変調された前記第１の受信されたダウンリンク光信号を、デュオバイナリ変調形式ＳＯ_D,i,duoで振幅変調された光データ信号に変換する第１の手段５４_iを含み、第１の手段は、前記第１の受信手段５５_iの入力に提供されることを目的とする。

本発明によると、生成手段５３_iは、前記第２の受信されたダウンリンク光信号ＳＯ_Di,2からNRZ-DPSK形式ＳＯ_Ri,eで位相変調されたアップリンク光信号を生成し、ライン光ファイバ４０_iにわたって送信するために循環器５１_iにアップリンク光信号を送信することができる。

ダウンリンク光信号を受信し、本発明によるライン終端装置５０₁〜５０_Nによって実装されるアップリンク光信号を送信する方法は、図２によってさらに示される。

図３を参照すると、本発明の１つの実施形態による、第２の受信されたダウンリンク信号ＳＯ_D,i2からのアップリンク光信号ＳＯ_Riを生成する手段５３_iが示される。そのような手段は、受信されたダウンリンク信号ＳＯ_D,riおよび送信されたアップリンク信号ＳＯ_Ri,eを、ラインファイバ４０_ｉで循環させることができる循環器５３１_ｉを含む。第１のブランチを介して、循環器５３１_ｉは、受信されたダウンリンク光信号を位相除去手段５３２_ｉ、一般的には電界吸収型変調器（ＥＡＭ）に送信し、ＥＡＭは、受信されたダウンリンクNRZ-DPSK光信号の位相を“除去（clean）”または消去することができる。利点として、ＥＡＭは、最小レベルの電力損をもたらすために、最大伝送点で偏光される。“除去された”位相に関する一定の振幅を持つ信号はその後、ダウンリンク方向の送信とＥＡＭとによって与えられた電力損を補正するために、増幅手段５３３_ｉ、一般的には半導体光増幅器（ＳＯＡ）に送信される。得られた増幅信号は、位相変調手段５３４_ｉ、または位相変調器ＭＰの入力に提供され、ＭＰは、データをNRZ-DPSK形式で符号化して光交換器に戻すことを実行する。ＭＰによって与えられた電力損を見越して、ＳＯＡタイプの第２の増幅器を追加するのが有利であることが分かる。

図４を参照すると、ここで本発明のもう１つの実施形態による、高ビットレートの、長距離パッシブ光ネットワークが示される。先の図面に記載されたネットワークに共通するネットワークの構成要素は、同一の参照番号で与えられ、記載はされない。

光交換器１０は、ダウンリンク光信号の光電力を増幅する第１の手段１５、例えば少なくとも１つのレーザダイオードを含み、第１の手段１５は、前記光ファイバ４０でダウンリンク増幅信号ＳＡ_Dを送信することができる。この増幅信号は、ラインファイバ４０に位置する第１のパッシブ増幅媒質を励起し、ダウンリンク光信号ＳＯ_Dを増幅することができる。表現“遠隔増幅”がここで用いられる。この例において、使用される増幅モードは、分布増幅またはラマン効果に基づく増幅である。そのような増幅は、ラインファイバ４０全体にわたって分配される。この増幅モードによると、第１の増幅媒質は、ラインファイバ自体である。

パッシブ光ネットワーク１はまた、ダウンリンク光信号ＳＯ_Dの光電力を増幅する第２の手段３１を含み、第２の手段は、前記光ファイバで第２のアップリンク増幅信号ＳＡ_Rを送信することができる。この第２の増幅信号は、ラインファイバ４０に位置する第２のパッシブ増幅媒質を励起し、ダウンリンクＳＯ_DおよびアップリンクＳＯ_Rの光信号を増幅することができる。

この例では、光ファイバはまた、光信号のための第２の増幅媒質として機能する。そのような実施形態は故に、ラマン効果に基づく同一の増幅媒質でアップリンク信号およびダウンリンク信号を増幅することができる。

具体的に、レーザダイオード１５および３１によって各々送信される増幅光信号ＳＡ_DおよびＳＡ_Rは、ネットワークを形成する光ファイバ２０のシリコンマトリクスＳｉＯ₂の分子の音響振動モード（フォノン）を励起することができる。非励起状態に戻ることにより、光ファイバ４０のシリカＳｉＯ₂のマトリクスの分子は、ダウンリンクおよびアップリンク信号と同じ波長を有するフォトンの形式の誘導放出でエネルギーを放出するので、増幅光信号のそれとは異なる。故に、増幅光信号によって励起された分子を有する光ファイバを通過させることにより、光データ信号はその電力を、ファイバ２０を伝搬する時に分配する方法で増幅する。

光ファイバのシリカの分子の非励起状態に戻る時に放出されたフォトンの波長が、増幅されるべき信号の波長に相当するように、増幅光要素の波長が選択される。一例として、１５５０ナノメートルの波長で光データ要素を増幅するために、増幅光要素は、１４５０ナノメートルの波長で送信される。光交換器およびライン終端装置によって送信されたダウンリンクおよびアップリンク光データ信号に関して、増幅手段１５および３１によって送信された増幅信号は、それと同じ波長でエネルギーを放出する。

ダウンリンクおよびアップリンク光信号を送信するための２つの主な手法があり、１つは、ＴＤＭであり、もう１つは、ＷＤＭであり、選択された送信技術に依存し、遠隔増幅を実装する方法が異なることが分かる。

先ず、送信されたデータへの時分割多重アクセスに基づきＴＤＭ手法を実装するパッシブアクセスネットワークの第１のケースを考える。即ち、光交換器は、単一の波長でダウンリンク光信号を送信する単一のレーザダイオード１１を含み、この波長は、加入者間で時間的に共有される。この場合、分配要素３０は、１〜Ｎ個のカプラであり、カプラは、ダウンリンク光信号の電力を、Ｎ個のライン終端装置に提供される同一のデータを含むＮ個のサブ信号に分割する。その後、ライン終端装置５０_iの受信器は、時間シーケンスに基づき加入者または複数の加入者に関するデータを抽出する。

高ビットレートの長距離パッシブ光ネットワークに対するこの第１の実施形態では、増幅手段１５および３１は、例えば１５５０ｎｍの波長で送信されたダウンリンクおよびアップリンク光信号に関して、１４５０ｎｍの単一波長で増幅信号を送信する。

高ビットレートの長距離パッシブ光ネットワークに対する第２の実施形態では、ＷＤＭ手法は、波長資源の分配に基づき使用される。即ち、加入者は、波長が割り当てられる。この場合、ライン分配要素３０は、１〜Ｎ個の光マルチプレクサ／デマルチプレクサであり、光マルチプレクサ／デマルチプレクサは、ダウンリンク光信号ＳＯＤをフィルタにかけ、加入者に関する信号部分のみを加入者に送り、アップリンク方向で、送信されたアップリンク信号を、各種ライン終端装置によって異なる波長で多重化する。ＴＤＭパッシブネットワークと比較すると、ＷＤＭアクセスネットワークは、よりコストが高い。なぜなら、ＷＤＭアクセスネットワークは、多数の波長および経路要素を使用するからである。他方で、ＷＤＭアクセスネットワークは、より高いセキュリティを加入者に実装および提供するのが簡単である。なぜなら、波長が加入者に割り当てられ、光デマルチプレクサは、カプラよりもさらに送信信号を減衰するからである。

ＷＤＭアクセスネットワークを用いて、増幅手段１５および３１は、Ｃ帯域全体にわたって均一の利得を保証するために、少なくとも３つの異なる波長、通常は１４３５、１４５０および１４６５ｎｍの増幅信号を生成する必要がある。

また、ラマン増幅に対する１つの代替があることが分かる。これは、ラインファイバ２０へのエルビウム添加ファイバセクションの挿入による遠隔増幅である。そのようなファイバセクションは、増幅媒質を構成する。エルビウム添加ファイバセクションに励起波長を投入すると、このネットワークブランチを通過する光データ信号を増幅することができる。そのような増幅手法は、ＲＯＰＡ（遠隔光励起増幅）手法と呼ばれる。

単一のレーザダイオードは、ＷＤＭアクセスネットワークの場合でも、増幅媒質に存在するエルビウム原子を励起するのに必要である。実際に、その平衡状態に戻ることで、エルビウム原子は、複数の波長のフォトンを放出し、複数の波長は、互いに異なるがその値が範囲を構成する。故に、この値の範囲に位置する波長によって伝搬されたデータを光信号が有する場合、光電力が増幅される。ネットワークが波長分割多重化を使用する時、光交換器によって送信された光データ要素は、エルビウム添加ファイバセクションが増幅可能な波長の値の範囲に相当する所定の値の範囲に含まれる波長に関連付けられる。

最後に、１つおよび同一のネットワークで両方のタイプの増幅、例えば第１の媒質（ラインファイバ２０）のラマン増幅および第２の媒質のＲＯＰＡ増幅を使用でき、逆もまた同様であることが分かる。

以下の２つの表は一例として、１０Gbit/sで１００kmオーダの高ビットレート長距離パッシブ光ネットワークに相当するダウンリンク方向およびアップリンク方向における各光電力予算を示し、第１および第２の増幅媒質は、ラインファイバ２０である。表１および２は、ＴＤＭネットワークの場合に関し、表３および４は、ＷＤＭネットワークの場合に関する。

これらの表において、ダウンリンクおよびアップリンク送信方向に相当する光通信予算のバランスが保たれることが分かる。アップリンク方向では、光交換器１０によって受信された光電力がレイリー後方散乱の光信号電力より大きい値であることが分かる。故に、光交換器１０に位置する受信手段は、後方散乱信号によって幻惑されず、アップリンク光データ要素の受信が妨げられない。

これら２つの実施形態の１つまたは他を用いて、本発明は故に、色分散に堅固な高ビットレートの長距離パッシブ光ネットワークをもたらすことができる。一例として、得られた範囲は、１００ｋｍオーダであり、従来のパッシブアクセスネットワークは、２０ｋｍに限定された範囲を有する。これは、以下の２つの要因を組合せることによって可能となる。
−送信された光信号を増幅できる一方でネットワークのパッシブ特性を維持する遠隔増幅手段の導入
−ＩＥＳにかなり堅固な、加入者側および交換器側の両方の受信モジュール上でデュオバイナリ変調を使用することによる、色分散の補正

そのような範囲における増加により特に、本発明による長距離アクセスネットワークは、アクセスネットワークおよびコレクションネットワークの両方として機能する。１つの利点は、アクセスネットワークおよびコレクションネットワーク間の境界に通常位置する交換（exchange）を除去することであり、その役割は、送信された光信号を増幅することである。

利点として、増幅手段３１は、この交換の位置に置くことができ、故に共有された電力供給源から恩恵を受ける。

Claims

パッシブ光ネットワークは、前記ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、
前記光交換器は、NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信するための送信手段を具備し、
前記ライン終端装置は、
NRZ-DPSK形式で位相変調される第１および第２のダウンリンク光信号を得るために、NRZ-DPSK形式で位相変調される送信されたダウンリンク光信号の光電力を分割できる接続手段と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第１のダウンリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される第１の光データ信号に変換するための第１の変換手段と、
デュオバイナリ変調形式で振幅変調される前記第１の光データ信号を受信するための第１の受信手段と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第２のダウンリンク光信号からNRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を生成し、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号を送信するための手段と
を具備し、
前記光交換器は、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される第２の光データ信号に変換するための第２の変換手段と、
デュオバイナリ変調形式で振幅変調された前記第２の光データ信号を受信するための第２の受信手段と
をさらに具備することを特徴とするパッシブ光ネットワーク。
送信されたダウンリンク光信号は、所定の基本ビットレートを有し、
前記第１および第２の変換手段は、ガウスフィルタリング段階を具備し、
その中間高さの幅は、前記基本ビットレートの５０％と６５％との間の割合に相当する値の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のパッシブ光ネットワーク。
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第２の受信されたダウンリンク光信号からNRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を生成および送信する前記手段は、
前記第２のダウンリンク光信号の位相を除去する手段と、
除去されたダウンリンク光信号を増幅する手段と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号を供給できる位相変調手段と、
第２のブランチを介して前記位相除去手段に前記第２のダウンリンク光信号を送信して、第３のブランチにわたって生成されるアップリンク光信号を受信して、それを前記光ファイバにわたって送信するために、第１のブランチにわたって前記第２のダウンリンク光信号を受信できる３ブランチ循環手段と、
を具備することを特徴とする請求項１または２に記載のパッシブ光ネットワーク。
前記光交換器は、前記光ファイバに第１のダウンリンク増幅信号を送信できるダウンリンク光信号の光電力を増幅するための第１の手段を具備し、
前記光ファイバは、前記第１のダウンリンク増幅信号によって励起されることができる少なくとも１つの第１のパッシブ増幅媒質を具備し、
前記パッシブ光ネットワークは、前記光ファイバで第２のアップリンク増幅信号を送信できるダウンリンク光信号の光電力を増幅するための第２の手段を具備し、
前記光ファイバは、前記第２の増幅信号によって励起されることができる第２の増幅媒質を具備することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のパッシブ光ネットワーク。
パッシブ光ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによって接続可能な光交換器であって、
前記光交換器は、
NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信するための送信手段と、
NRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換するための変換手段であって、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号は、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記ダウンリンク光データ信号からライン終端装置によって生成される、前記変換手段と、
デュオバイナリ変調形式で振幅変調される前記光データ信号を受信するための受信手段と
を具備することを特徴とする光交換器。
パッシブ光ネットワークの光交換器へ少なくとも１つの光ファイバによって接続可能なライン終端装置であって、
NRZ-DPSK形式で位相変調される第１および第２のダウンリンク光信号を得るために、NRZ-DPSK形式で位相変調される送信されたダウンリンク光信号の光電力を分割することができる接続手段と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第１のダウンリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換するための変換手段と、
デュオバイナリ変調形式で振幅変調される前記光データ信号を受信するための受信手段と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第２のダウンリンク光信号からNRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を生成し、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号を送信するための手段と
を具備することを特徴とするライン終端装置。
パッシブ光ネットワークにおいてダウンリンク光信号を送信してアップリンク光信号を受信する方法は、前記ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、
前記方法は、
NRZ-DPSK形式で位相変調されるダウンリンク光データ信号を送信する段階と、
NRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調されるアップリンク光信号に変換する段階であって、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号は、NRZ-DPSK形式で位相変調される前記ダウンリンク光データ信号からライン終端装置によって生成される、前記変換する段階と、
デュオバイナリ変調形式で振幅変調される前記アップリンク光信号を受信する段階と
を具備することを特徴とする方法。
パッシブ光ネットワークにおいてダウンリンク光信号を受信してアップリンク光信号を送信する方法は、前記ネットワークの少なくとも１つのライン終端装置へ少なくとも１つの光ファイバによってリンクされる光交換器を具備し、
前記方法は、
NRZ-DPSK形式で位相変調される第１および第２のダウンリンク光信号を得るために、NRZ-DPSK形式で位相変調される送信されたダウンリンク光信号の光電力を分割する段階と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第１のダウンリンク光信号をデュオバイナリ変調形式で振幅変調される光データ信号に変換する段階と、
デュオバイナリ変調形式で振幅変調される前記光データ信号を受信する段階と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記第２のダウンリンク光信号からNRZ-DPSK形式で位相変調されるアップリンク光信号を生成する段階と、
NRZ-DPSK形式で位相変調される前記アップリンク光信号を送信する段階と
を具備することを特徴とする方法。