JP6026832B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を利用した光増幅を行う光通信システムに関する。

高多値信号を使用したシステムは、制限されたアナログ帯域幅にもＳｈａｎｎｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ理論に近接するシステムスループットを実現できる。このシステムは、信号対雑音比を犠牲にしているため、ＰＯＮ構成で光パワーバジェットを確保する必要がある。光パワーバジェットを確保する第１の手法としては、局側光端末回線装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）や加入者側光端末回線装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）に高出力パワー光源を使用する手法がある。

また、光パワーバジェットを確保する第２の手法としては、局側光端末回線装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）及び加入者側光端末回線装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）にコヒーレント受信器を置いて光局部発振器からの光を用いて光受信信号を増幅する手法も提案されている。

しかし、第１及び第２の手法は、対応を各ＯＮＵに施すことになりシステムコストを増大させるという課題があった。そこで、光パワーバジェットを確保するため、ＯＤＮ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）区間で信号光を増幅させる手法も知られている。

その手法としては、ＯＤＮ区間に個別光増幅器を使用する手法（第３の手法）がある。ＯＤＮ区間で光増幅をするには個別デバイスであるＤＦＡ（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）あるいはＳＯＡ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を使う。

また、ＯＤＮ区間で光増幅をする手法としては、ＳＢＳ光増幅現象をＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムの物理層に適用する手法（第４の手法）がある。ＳＢＳ光増幅の原理を以下に説明する（非特許文献１を参照。）。ポンプ光源から所定の光強度より大きい光（ポンプ光）を光ファイバに入力すると、ポンプ光の周波数よりおおよそ１１ＧＨｚ下にストークスシフトされたストークス光が発生する。ストークス光は、ポンプ光と逆方向に伝搬しながら増幅される。ストークス光は同一の周波数の信号光を増幅することができる。そのとき、利得帯域幅は数十ＭＨｚのブリルアン線幅になる。ポンプ光を一定の帯域幅で変調することで、ブリルアン線幅を増加させて利得帯域幅を拡張することができる。

Ｎ．Ａ．Ｏｌｓｓｏｎ ａｎｄ Ｊ．Ｐ．ＶＡＮ ＤＥＲ ＺＩＥＬ，"Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｍｐｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ"， Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ． ＬＴ−５， ｎｏ．１， １４７−１５３，１９８７．

しかし、第３の手法は光増幅用のデバイスが必要であり、第４の手法もポンプ光源やポンプ光を伝送路に注入するための光部品が必要になるなど、システムが複雑で高価になるという課題があった。そこで、上記課題を解決すべく、本発明は、高多値信号における光パワーバジェットを確保できる経済的な光通信システム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、本発明は、ＯＬＴ側に高出力ＬＤを搭載し、各ＯＮＵからの上り通信をＯＤＮ上でＳＢＳ光増幅可能とすることで、ＯＮＵに搭載するＬＤ出力の要求条件を下げることで光通信システムの経済化を実現する。

具体的には、本発明に係る光通信システムは、加入者側光端末回線装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）と局側光端末回線装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とを光ファイバで接続した光通信システムであって、
前記ＯＬＴは、前記ＯＮＵへの下り送信用光源の光を、前記光ファイバで誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光を発生させるポンプ光としており、
前記ＯＮＵは、前記ポンプ光で発生する前記ＳＢＳ光の周波数帯域に含まれる光周波数の上り光信号を前記ＯＬＴへ送信することを特徴とする。

本光通信システムは、ＳＢＳ光増幅のためのポンプ光源をＯＬＴの下り光信号の送信用光源に兼用させている。このため、上記第４の手法で課題となっていたポンプ光源やポンプ光を伝送路に注入するための光部品が不必要になり、システムがシンプルで経済的になる。従って、本発明は、高多値信号における光パワーバジェットを確保できる経済的な光通信システムを提供することができる。

本発明に係る光通信システムの前記ＯＬＴは、前記ＯＮＵへの下り送信用光源の光を、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調を行うＯＦＤＭ光変調部を有することを特徴とする。ＯＦＤＭ信号のフラットなスペクトラム特性により、別途の利得平坦光デバイスを使わずにＳＢＳ利得帯域の拡張ができる。

本発明に係る光通信システムは、ＰＯＮ構成としてＯＮＵを複数とすることができる。そして、各ＯＮＵは上り信号について同一光周波数としてもよいし、前記ＯＮＵは複数であり、前記ＯＮＵ毎に上り光信号のサブキャリアが異なるとしてもよい。

本発明に係る光通信システムの前記ＯＬＴは、複数の波長の下り光信号を合波して前記光ファイバに結合することができる。本光通信システムを波長分割多重方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）とし、伝送量を増大させることができる。

本発明は、高多値信号における光パワーバジェットを確保できる経済的な光通信システムを提供することができる。

本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。 本発明に係る光通信システムのＯＬＴとＯＮＵの光送信周波数の配置を説明する図である。 本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。 本発明に係る光通信システムのＯＬＴとＯＮＵの光送信周波数の配置を説明する図である。 本発明に係る光通信システムの構成を説明する図である。 本発明に係る光通信システムのＯＬＴとＯＮＵの光送信周波数の配置を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。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。また、枝番号を付さずに説明している場合は、当該符号の全ての枝番号に共通する説明である。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の光通信システム３０１を説明する図である。光通信システム３０１は、ＯＮＵ１００とＯＬＴ２００とを光ファイバ１５０で接続した光通信システムである。ＯＬＴ２００は、ＯＮＵ１００への下り送信用光源２１の光を、光ファイバ１５０でＳＢＳ光を発生させるポンプ光としている。ＯＮＵ１００は、ポンプ光で発生するＳＢＳ光の周波数帯域に含まれる光周波数の上り光信号をＯＬＴ２００へ送信する。

ＯＬＴ２００は、光トランシーバの光送信部に増幅臨界値を超える高出力光源２１を有する。さらに、ＯＬＴ２００は、波長ロッカ２２を有し、高出力光源２１をストークスシフトを考慮した所望の光周波数に合わせる。さらに、ＯＬＴ２００は、ＯＮＵ１００への下りデータで高出力光源２１からの光を変調する光変調部２３を有する。なお、ＯＦＤＭ変調を行う場合、光変調部２３はＯＦＤＭ光変調部となる。ＯＬＴ２００は、高出力光源２１からの光（供給光）を光変調部２３を介して光ファイバ１５０に結合する。

ＯＮＵ１００は、光トランシーバの光送信部に光源１１、波長ロッカ１２、及び光変調部１３を有する。波長ロッカ１２は、ＯＬＴ２００からの光で光ファイバ１５０に生じるストークス光の光周波数に含まれる光を光源１１に出力させる。光変調部１３は、ＯＬＴ２００への上りデータで光源１１からの光を変調する。なお、ＯＦＤＭ変調を行う場合、変調部１３はＯＦＤＭ光変調部となる。また、ｎはＯＮＵ１００の数を示している。本実施形態はｎが１であるＳＳ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｒ）方式にも同等な効果がある。

図２は、光通信システム３０１のＯＬＴ２００とＯＮＵ１００の光送信周波数の配置を説明する図である。ＯＬＴ２００は、供給光を光ファイバ１５０に出力する。供給光は、ＳＢＳ光増幅用のポンプ光としてストークスシフト分低い光周波数の位置にストークス光を発生させる。このストークス光の帯域がＳＢＳ利得帯域となり、光ファイバ１５０がＳＢＳ利得媒質として作用する。ＯＮＵ１００は、供給光の周波数からストークスシフト分低い光周波数の上り光信号を出力する。ＯＮＵ１００からの上り光信号はＯＬＴ２００へ伝搬されながら増幅される。なお、図２では、上り光信号をストークスシフト分低い光周波数としているが、ストークスシフト分高い光周波数としてもよい。

ＯＬＴ２００は、供給光を光ファイバ１５０に常時出力する。ＯＮＵ１００の上り光信号の送信タイミングにかかわらず光ファイバ１５１を常に励起し、上り光信号を常に増幅可能状態としておく。具体的には、光変調部２３は、ＯＬＴ２００からＯＮＵ１００への下りデータが無い場合、ダミーデータを用いて高出力光源２１からの供給光を変調して光ファイバ１５０へ出力する。このようにダミーデータを用いることでＳＢＳ利得帯域を広げることができる。また、光変調部２３は、ＯＬＴ２００からＯＮＵ１００への下りデータがある場合、下りデータを用いて高出力光源２１からの供給光を変調して光ファイバ１５０へ出力する。これによりＯＬＴ２００は光ファイバ１５０を励起するとともに、下り光信号をＯＮＵ１００へ到達させることができる。

光変調器２３がＯＦＤＭ変調を行う場合（ＯＦＤＭ光変調器の場合）、供給光は図２のように所定の帯域幅を持つことになる。下りのデータがない場合は、任意のダミーデータでＯＦＤＭ変調を行う。これに伴い、ストークス光も同等の帯域幅に広がり、フラットな利得スペクトラムとなりＳＢＳ利得帯域を広げることができる。ＯＮＵ１００の波長ロッカ１２は、上りＯＦＤＭ光信号の光周波数がＳＢＳ利得帯域に収まるように光源１１の光周波数を合わせる。

（実施形態２）
図３は、本実施形態の光通信システム３０２を説明する図である。光通信システム３０２と図１の光通信システム３０１との違いは、光通信システム３０２がＯＮＵ１００毎に上り光信号のサブキャリアが異なる点である。なお、光通信システム３０２は、ＯＬＴ２００もＯＮＵ１００もＯＦＤＭ変調を行う。図４は、光通信システム３０２のＯＬＴ２００とＯＮＵ１００の光送信周波数の配置を説明する図である。各ＯＮＵ１００が出力する全ての上り光信号の光周波数は、ＯＬＴ２００からの供給光によるＳＢＳ利得帯域内に収まっている。

より具体的に説明する。ＯＮＵ１００の光変調器１３は光キャリア抑圧ＯＦＤＭ光変調器である。光キャリア抑圧ＯＦＤＭ光変調器は、光キャリアを抑圧し、ＯＦＤＭ光信号のうち、所望のサブキャリアのみを残して他のサブキャリアを消去して出力することができる。例えば、ＯＮＵ１００−１は、ＳＢＳ利得帯域に含まれる光周波数ｆ１のサブキャリアのみの光信号を出力する。同様に、ＯＮＵ１００−ｎは、ＳＢＳ利得帯域に含まれる光周波数ｆｎのサブキャリアのみの光信号を出力する。なお、「光キャリア抑圧」とは、各ＯＮＵがｆ１〜ｆｎでサブキャリアを違えていても、光キャリア成分による干渉を抑圧するという意味である。

ＯＬＴ２００の波長ロッカ２２及びＯＮＵ１００の波長ロッカ１２の動作は実施形態１の説明と同じである。すなわち、波長ロッカ１２は、各ＯＮＵ１００の光源１１からの光の光周波数を同一とし、ＯＦＤＭ変調した上り光信号がＳＢＳ利得帯域に収まるような光周波数の光を光源１１に出力させる。したがって、ＯＮＵ１００ごとに光周波数が異なる上り光信号はすべて光ファイバ１５０でＳＢＳ増幅される。

（実施形態３）
図５は、本実施形態の光通信システム３０３を説明する図である。光通信システム３０３と図１の光通信システム３０１との違いは、光通信システム３０３がＷＤＭ方式を採用している点にある。ＯＬＴ２００’は、複数の波長の下り光信号をアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）２４で合波して光ファイバ１５０に結合する。ＯＮＵ１００はＡＷＧ１５２を介して光ファイバ１５０に接続する。

図６は、光通信システム３０３のＯＬＴ２００’とＯＮＵ１００の光送信周波数の配置を説明する図である。ＯＬＴ２００’は各ＯＮＵ１００に対応する光トランシーバの送信部を有する。ＯＬＴ２００’のそれぞれの波長ロッカ２２はそれぞれの高出力光源２１に図６の下り光信号の光周波数で発振させる。ＯＮＵ１００のそれぞれの波長ロッカ１２は、光源１１に図６の上り光信号の光周波数で発振させる。上りの光信号はそれぞれの供給光によるＳＢＳ利得帯域に含まれるため、ＷＤＭ上り信号はすべて光ファイバでＳＢＳ増幅される。

以下は、本実施形態の光通信システムを説明したものである。
（概要）
本光通信システムは、ＳＢＳから増幅機能を持つＯＦＤＭ−ＰＯＮシステムの構成技術である。本光通信システムは、ＯＬＴに存在する下り送信用光源をＳＢＳポンプ光源に兼用することで、ＯＤＮの光ファイバでＳＢＳ光増幅を発生させ上り信号を光増幅する。
（効果）
（１）高多値信号を伝送フォーマットとするＯＦＤＭ−ＰＯＮシステムにおいて、ＯＤＮで別途のアクティブ光デバイスを使わずにＯＮＵの送信光パワーの要求条件を低めることができ、ＰＯＮシステムの経済性確保ができる。
（２）ＯＦＤＭ信号のフラットなスペクトラム特性により、別途の利得平坦光デバイスを使わずに利得帯域幅の拡張ができる。

１１：光源
１２：波長ロッカ
１３：光変調部
２１：高出力光源
２２：波長ロッカ
２３：光変調部
２４：ＡＷＧ
１００、１００’：ＯＮＵ
１５０：光ファイバ
１５１：スプリッタ
１５２：ＡＷＧ
２００、２００’：ＯＬＴ

Claims (3)

1. 加入者側光端末回線装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）と局側光端末回線装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とを光ファイバで接続した光通信システムであって、
   前記ＯＬＴは、前記ＯＮＵへの下り送信用光源の光と、前記光ファイバで誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）光を発生させるポンプ光とを兼用しており、下りのデータがない場合にダミーデータで前記ＯＮＵへの下り送信用光源の光を、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調してストークス光のフラットな帯域幅を生成し、光ファイバに常時出力して上り光信号を常に増幅可能状態としておくＯＦＤＭ光変調部を有し、
   前記ＯＮＵは、前記ポンプ光で発生する前記ＳＢＳ光の周波数帯域に含まれる光周波数の上り光信号を前記ＯＬＴへ送信することを特徴とする光通信システム。
   
2. 前記ＯＮＵは複数であり、前記ＯＮＵ毎に上り光信号のサブキャリアが異なることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
   
3. 前記ＯＬＴは、複数の波長の下り光信号を合波して前記光ファイバに結合することを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の光通信システム。
   

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