JP2013236226A - Ｐｏｎ光通信システム及び宅側装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】データ伝送できる帯域の減少をもたらすことなく、ＰＯＮ光通信システムのカバーエリアをより広く設定する。
【解決手段】局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、上り光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡを配置する。宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとする。波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵの送信光には１つの波長が割り当てられている。相対的に局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣにより近い距離の宅側装置ＯＮＵには増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、より遠い距離の宅側装置ＯＮＵには増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置される。
【選択図】図１
【解決手段】局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、上り光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡを配置する。宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとする。波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵの送信光には１つの波長が割り当てられている。相対的に局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣにより近い距離の宅側装置ＯＮＵには増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、より遠い距離の宅側装置ＯＮＵには増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置される。
【選択図】図１
Description
本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）光伝通信ステムに関し、特に半導体光増幅器ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）を用いて受信光信号を増幅する受信器又は中継器を採用したＰＯＮ光通信システム、及びそのシステムに設置される宅側装置に関するものである。
ＰＯＮ光通信システムにおいては、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとが光分岐器ＯＣを中心に置いた光ファイバ網のそれぞれの端に繋がっており、光分岐器ＯＣは局側装置ＯＬＴからの光を宅側装置ＯＮＵ側へ均等に分岐させ、逆に各宅側装置ＯＮＵからの光を合波して局側装置ＯＬＴ側に送り出す。
近年、光アクセスシステムの普及が進み、２つの需要が出てきている。（１）より広い地域をカバーすること、（２）光通信機器の性能向上により増大した伝送容量を効率よく使用するための宅側装置ＯＮＵ数の増加、である。
近年、光アクセスシステムの普及が進み、２つの需要が出てきている。（１）より広い地域をカバーすること、（２）光通信機器の性能向上により増大した伝送容量を効率よく使用するための宅側装置ＯＮＵ数の増加、である。
（１）に対応するため光ファイバが長延化し、（２）に対応するため光分岐器の分岐数が多くなる。
光ファイバが長さの変化や、光分岐器の分岐数の変更により、伝送ロスが変化し光受信器の受信可能範囲である受信ダイナミックレンジも変化する。
そこで伝送ロスの増加を解消するものとして、光中継器ＴＲが用いられる。光中継器ＴＲは、局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に設置され、双方の光を所定の増幅特性で増幅して他方に送出する。
光ファイバが長さの変化や、光分岐器の分岐数の変更により、伝送ロスが変化し光受信器の受信可能範囲である受信ダイナミックレンジも変化する。
そこで伝送ロスの増加を解消するものとして、光中継器ＴＲが用いられる。光中継器ＴＲは、局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に設置され、双方の光を所定の増幅特性で増幅して他方に送出する。
具体例をあげると、１つの局側装置ＯＬＴに対して、宅側装置ＯＮＵは３２台接続されており、光分岐器ＯＣでの伝送ロスは16dBである。また、光ファイバ単体の伝送ロスは約0.05dB/kmであるものの、実際には約1kmごとにコネクタや溶着などで継ぎ足しているため、伝送ロスはおよそ0.55dB/kmである。
現在光アクセスシステムとして普及しているＧＥ-ＰＯＮ(IEEE 802.3.ah)や次世代の１０Ｇ−ＥＰＯＮ(IEEE 802.3av)の場合、伝送距離は最長20kmを想定している。よって、局−宅間での伝送ロスは最大で27dBになり、それに加えて各構成要素をコネクタなどで繋ぐ際のロスをトータルで１dB、長期使用に伴う出力パワーの低下を1dBマージンとして見積もると、合計29dBとなり、これが標準での満たすべき各種仕様の根拠となっている。
現在光アクセスシステムとして普及しているＧＥ-ＰＯＮ(IEEE 802.3.ah)や次世代の１０Ｇ−ＥＰＯＮ(IEEE 802.3av)の場合、伝送距離は最長20kmを想定している。よって、局−宅間での伝送ロスは最大で27dBになり、それに加えて各構成要素をコネクタなどで繋ぐ際のロスをトータルで１dB、長期使用に伴う出力パワーの低下を1dBマージンとして見積もると、合計29dBとなり、これが標準での満たすべき各種仕様の根拠となっている。
一方で、宅側装置ＯＮＵと光分岐器ＯＣとの実際の距離はまちまちであり、一番距離の近い宅側装置ＯＮＵと、一番遠い宅側装置ＯＮＵとの距離の差が最大で20km発生する。よって、局側装置ＯＬＴで受け取る光信号の強度には差が発生する。これを受信「ダイナミックレンジ」と呼び、標準を満たす局側装置ＯＬＴの受信器は一定量のダイナミックレンジを許容する性能を持つことが必要である。
局側装置ＯＬＴの受信器で要求されるダイナミックレンジを概算すると、光分岐器ＯＣでの伝送ロスを別として、20kmの伝送ロスが11dB、各構成要素をコネクタで繋ぐ際のばらつきが1dB。光出力パワーは使用する光素子の個体差や経年状態の差により5dBのばらつきが考えられるので、これらを合計すると17dB。実際には宅側装置ＯＮＵの送信器の出す光信号の波形特性や長距離伝送による光の分散による波形の歪みの影響があり、遠方の信号ほど受信しづらくなるのを受けてさらにマージンが5dB加味され、このダイナミックレンジは22dBを保証することが条件になっている。
このようなダイナミックレンジに対応するため、個々の宅側装置ＯＮＵから入力される光信号の強度に応じて、局側装置ＯＬＴ側に受信器の利得を自動的に変更するＡＧＣ回路を設けることが考えられるが、個々に入力される光信号が急峻に変化するため、この強度変化に追従するための時間を設ける必要がある。この時間を設けるために伝送信号に意味のないビット数を割くことになり、このためにデータ伝送できる帯域が実質的に減少するという問題がある。今後の光伝送速度の増大にかんがみて、このような利得制御に割ける時間はますます短くなる傾向にある。
かといって、局側装置ＯＬＴの受信器の増幅率を固定する最低限の制御では、光ファイバの長延化対応を考える場合、遠距離の光が弱くなり過ぎるか、近距離の光が強くなり過ぎるかで、局側装置ＯＬＴでの受信性能に不具合が出る可能性がある。これは増幅率が固定の光中継器ＴＲを挟む場合でも同様である。
本発明は、かかる実情に鑑み、局側装置ＯＬＴに接続された基幹光ファイバが光分岐器ＯＣで複数の分岐光ファイバに分岐されて複数の宅側装置ＯＮＵに接続されるＰＯＮ光通信システムにおいて、データ伝送できる帯域の減少をもたらすことなく、ＰＯＮ光通信システムのカバーエリアをより広く設定することができるＰＯＮ光通信システム、及びそのシステムに設置される宅側装置を提供しようとするものである。
本発明は、かかる実情に鑑み、局側装置ＯＬＴに接続された基幹光ファイバが光分岐器ＯＣで複数の分岐光ファイバに分岐されて複数の宅側装置ＯＮＵに接続されるＰＯＮ光通信システムにおいて、データ伝送できる帯域の減少をもたらすことなく、ＰＯＮ光通信システムのカバーエリアをより広く設定することができるＰＯＮ光通信システム、及びそのシステムに設置される宅側装置を提供しようとするものである。
本発明のＰＯＮ光通信システムは、局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を配置し、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとし、前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵには１つの波長が割り当てられ、相対的により近い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、相対的により遠い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置されているものである。
このＰＯＮ光通信システムによれば、利得に波長依存のある光増幅器の、増幅利得の高い光波長の送信光を送出する宅側装置ＯＮＵを、優先的に遠方の距離区間の宅側装置ＯＮＵに割り当てることにより、ＰＯＮ光通信システムのカバーエリアをより広く設定することができる。また、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとしているので、これにより、１つの地域に分布する宅側装置ＯＮＵを、同一の距離区間を用いて一括して扱うことができ、システムの設計が容易になる。
各距離区間を、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離が短い順に、ｋ1、ｋ2、……、ｋｍと命名し、各距離区間に属する宅側装置ＯＮＵの、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離を、ｄk1、ｄk2、……、ｄkｍとし、任意の距離区間ｋｈ（１≦ｈ≦ｍ）に属する宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡｋｈ、最も遠い距離区間ｋｍに属する宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡmax、最も近い距離区間ｋ１に属する宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡmin、光ファイバの単位距離当りの伝送損失をLF、光ファイバ伝送時の非線形的要素に伴う追加損失をLMh（１≦ｈ≦ｍ）、局側装置ＯＬＴ受信器の受信感度特性に応じたダイナミックレンジをΔＣ（＞０）、とするとき、
( ｄkh−ｄk1) LF＋(LMh-LM1)−ΔＣ≦(Amax− Amin)
( ｄkｍ− ｄkh ) LF＋(LMm-LMh)−ΔＣ≦(Amax− Amin)
が成立していれば、 局側装置ＯＬＴ受信器の受信感度特性に応じた受信感度ダイナミックレンジΔＣを 、光伝送速度を犠牲にすることなく、増幅率差(Amax− Amin)によって実質的に拡大することができる。またそれとともに、局側装置ＯＬＴ受信器が、任意の距離ｋｈに属する宅側装置ＯＮＵから送信される光信号を、その拡大されたダイナミックレンジの中で受信することを保証することができる。
( ｄkh−ｄk1) LF＋(LMh-LM1)−ΔＣ≦(Amax− Amin)
( ｄkｍ− ｄkh ) LF＋(LMm-LMh)−ΔＣ≦(Amax− Amin)
が成立していれば、 局側装置ＯＬＴ受信器の受信感度特性に応じた受信感度ダイナミックレンジΔＣを 、光伝送速度を犠牲にすることなく、増幅率差(Amax− Amin)によって実質的に拡大することができる。またそれとともに、局側装置ＯＬＴ受信器が、任意の距離ｋｈに属する宅側装置ＯＮＵから送信される光信号を、その拡大されたダイナミックレンジの中で受信することを保証することができる。
また、局側装置ＯＬＴの光受信器の受信感度ダイナミックレンジΔＣが、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号のフレーム構成に応じて変化するものである場合は、光増幅器の増幅率差(Amax− Amin)を大きくとれる分、受信感度ダイナミックレンジΔＣが小さくなることを許容できるので、伝送される光信号のフレーム構成の冗長度を増加させなくてもよい。したがって、伝送速度を犠牲にすることなく、光伝送を実現できる。
また本発明のＰＯＮ光通信システムは、局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を配置し、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとし、前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵには１つの波長が割り当てられ、前記割り当てられる波長は、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの伝送損失を補償する増幅率に対応する波長であり、宅側装置ＯＮＵの波長によって区分けされる前記距離区間どうしには、重なりがあることを特徴とする。
この構成によれば、１つの距離区間に注目すれば、距離区間の外延をより遠くまで延ばすだけでなく、局側装置ＯＬＴにより近い隣接距離区間とのオーバーラップが保証されるので、ＰＯＮ光通信システムのカバーエリア抜けを防ぎ、「距離区間から外れた位置に設置された宅側装置ＯＮＵ」の発生を防ぐことができる。
局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣに最も近い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵと宅側装置ＯＮＵとの距離は、所定の距離以上であれば、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣに最も近い近距離区間の形はドーナツ型になる。この「所定の距離」を、後に［実施例］で説明するように、できるだけ短い距離に設定することにより、ドーナツの孔を狭くすることができる。また、ダイナミックレンジの制限に鑑みれば、「所定の距離」を広げることでドーナツの孔は広くなるけれども、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣから最も遠い宅側装置ＯＮＵまでの距離も、それに応じて延ばせるというメリットもある。
局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣに最も近い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵと宅側装置ＯＮＵとの距離は、所定の距離以上であれば、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣに最も近い近距離区間の形はドーナツ型になる。この「所定の距離」を、後に［実施例］で説明するように、できるだけ短い距離に設定することにより、ドーナツの孔を狭くすることができる。また、ダイナミックレンジの制限に鑑みれば、「所定の距離」を広げることでドーナツの孔は広くなるけれども、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣから最も遠い宅側装置ＯＮＵまでの距離も、それに応じて延ばせるというメリットもある。
また本発明のＰＯＮ光通信システムは、局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を配置し、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとし、前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵには１つの波長が割り当てられ、各距離区間を、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離が短い順に、ｋ1、ｋ2、……、ｋｍと命名し、各距離区間に属する宅側装置ＯＮＵの、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離を、ｄk1、ｄk2、……、ｄkｍとし、光ファイバ伝送時の非線形的要素に伴う追加損失をLM、前記波長依存ＳＯＡの前記割り当てられる各波長に対応する増幅率のうち、その最大値をＡmax、最小値をＡmin、任意の距離区間ｋh（１≦ｈ≦ｍ）に属するの宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡｋｈ、とするとき、
前述した局側装置ＯＬＴの受信性能に応じたダイナミックレンジをΔＣとすると、
ΔＣ ≧ Ａk(h+1)−Ａkh
が満たされているものである。
前述した局側装置ＯＬＴの受信性能に応じたダイナミックレンジをΔＣとすると、
ΔＣ ≧ Ａk(h+1)−Ａkh
が満たされているものである。
この式は、距離区間k(h+1)と距離区間khのそれぞれの区間が重なりあうための条件であり、このことによりシステムを設計する際に通信不可能なエリアを無くす、もしくは宅側装置を置かなくても良い領域を除外することで増幅率の条件を変えてより広いエリアをカバーさせることが可能になる。
また、本発明によれば、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間が設けられた前記ＰＯＮ光通信システムに設置される宅側装置が提供される。当該宅側装置ＯＮＵは、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣから宅側装置ＯＮＵが属する距離区間までの距離に応じて、より近い距離区間に配置される宅側装置ＯＮＵには増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、より遠い距離区間に配置される宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置されているものである。
また、本発明によれば、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間が設けられた前記ＰＯＮ光通信システムに設置される宅側装置が提供される。当該宅側装置ＯＮＵは、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣから宅側装置ＯＮＵが属する距離区間までの距離に応じて、より近い距離区間に配置される宅側装置ＯＮＵには増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、より遠い距離区間に配置される宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置されているものである。
この構成によれば、利得に波長依存のある光増幅器の、増幅利得の高い光波長の送信光を送出する宅側装置ＯＮＵを、より遠方の距離区間、すなわち局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣから、より離れた場所に設置することができる。
本発明によれば、光増幅器の光波長依存の特性をそのまま生かし、宅側装置ＯＮＵの光通信機器の運用を光波長によって適時変えることで、簡単な構成で上り通信での通信可能な距離を拡大することができる。また近距離もカバーすることができるので、 ＰＯＮ光通信システムのカバーエリア抜けを防ぐことができる。さらにＡＧＣ機能のない固定利得の半導体光増幅器ＳＯＡが使え、簡単な構成で回路の小型化ができ、伝送速度を犠牲にすることもない。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、ＰＯＮ光通信システムのネットワーク構成例を示す概略図である。
ＰＯＮ光通信システムは、局舎に備えられる局側装置ＯＬＴと複数の加入者に備えられる宅側装置ＯＮＵとが、光ファイバ及び光分岐器ＯＣを介して接続されている。
宅側装置ＯＮＵは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなどの光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを備えている。
図１は、ＰＯＮ光通信システムのネットワーク構成例を示す概略図である。
ＰＯＮ光通信システムは、局舎に備えられる局側装置ＯＬＴと複数の加入者に備えられる宅側装置ＯＮＵとが、光ファイバ及び光分岐器ＯＣを介して接続されている。
宅側装置ＯＮＵは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなどの光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを備えている。
光分岐器ＯＣは、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的に信号を分岐・多重するスターカプラで構成されている。
局側装置ＯＬＴ及び光分岐器ＯＣ、光分岐器ＯＣ及び宅側装置ＯＮＵに接続されている光ファイバは、それぞれ１本の光ファイバからなるシングルモードファイバを用いている。すなわち、１台の局側装置ＯＬＴは、１本の基幹光ファイバを通して光分岐器ＯＣに接続されている。そして光分岐器ＯＣは、複数の宅側装置ＯＮＵと、分岐光ファイバで接続されている。よって、１局の局側装置ＯＬＴが送受する信号は、光分岐器ＯＣによって、複数台の宅側装置ＯＮＵに分配される。
局側装置ＯＬＴ及び光分岐器ＯＣ、光分岐器ＯＣ及び宅側装置ＯＮＵに接続されている光ファイバは、それぞれ１本の光ファイバからなるシングルモードファイバを用いている。すなわち、１台の局側装置ＯＬＴは、１本の基幹光ファイバを通して光分岐器ＯＣに接続されている。そして光分岐器ＯＣは、複数の宅側装置ＯＮＵと、分岐光ファイバで接続されている。よって、１局の局側装置ＯＬＴが送受する信号は、光分岐器ＯＣによって、複数台の宅側装置ＯＮＵに分配される。
また局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣとの間には、光中継器ＴＲが介在されているものとする。より広い地域をカバーするための光ファイバの長延及び／又は光分岐器ＯＣの分岐数の増加により、伝送ロスと分岐ロスが増大するが、この光中継器ＴＲはこれらのロスを補うために、上下回線の光信号を増幅するために設けられている。
なお光中継器ＴＲの増幅機能は、局側装置ＯＬＴに組み込まれていても良い。この場合、基幹光ファイバ上に光中継器ＴＲは存在しないが、上下回線の光信号を増幅する光中継器ＴＲの機能は、局側装置ＯＬＴが実施することになる。
なお光中継器ＴＲの増幅機能は、局側装置ＯＬＴに組み込まれていても良い。この場合、基幹光ファイバ上に光中継器ＴＲは存在しないが、上下回線の光信号を増幅する光中継器ＴＲの機能は、局側装置ＯＬＴが実施することになる。
本発明の実施形態の光伝送システムは、ＰＯＮ光通信システムに、イーサネット（イーサネット（Ethernet）は登録商標である）の技術を取り込み、Ｇbpsのベースバンド速度で光ファイバのアクセス距離区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ光通信システム（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）方式を採用している。
ＧＥ−ＰＯＮ光通信システム方式に従えば、局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵの相互の通信は、可変長なフレームを単位として行われる。
ＧＥ−ＰＯＮ光通信システム方式に従えば、局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵの相互の通信は、可変長なフレームを単位として行われる。
まず、上位のネットワークから局側装置ＯＬＴに入ってくる下りフレームは、局側装置ＯＬＴにおいて所定の処理が行われ、中継されるべき論理リンク（MPCPリンクという）が特定される。そして、局側装置ＯＬＴを通して、光信号として光ファイバに送信される。光ファイバに送信させた光信号は、光分岐器ＯＣで分岐され、光分岐器ＯＣにつながる各宅側装置ＯＮＵに送信されるが、当該MPCPリンクを構成する宅側装置ＯＮＵのみが所定の下りフレームを取り込み、フレームを宅内ネットワークインタフェースに中継する。
一方、上り光信号には、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの上りフレームが含まれている。上りフレームは、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの同一波長の光信号どうしが互いに時間的に競合しないように送信される必要がある。そのために、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵに対して上り光信号を送信してもよい期間ウィンドウ（以下、単に「ウィンドウ」という）を割り当て、上り帯域割当用制御フレームとして通知する。ウィンドウを割り当てられた宅側装置ＯＮＵは、その割り当てられたウィンドウに上り光信号を送信する。この上り光信号を「バースト光信号」という。バースト光信号は、各宅側装置ＯＮＵから送信され、ベースバンド信号で発光状態を変化させた、有限時間の光信号列である。
したがって、各宅側装置ＯＮＵ間の上り光信号の競合は回避される。各宅側装置ＯＮＵは、あるウィンドウが与えられたとき、そのウィンドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。この場合、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵからの一連のフレーム信号を含んだバースト光信号を受信することができる。
局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の距離は、複数の宅側装置ＯＮＵごとに異なることは言うまでもないが、本発明の実施形態では、複数の距離区間を設定し、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の各距離が何れか１つの距離区間に属するようにする。複数の距離区間として、例えば、５〜１５ｋｍの距離区間１、１５〜３０ｋｍの距離区間２、３０ｋｍ以上の距離区間３などを設定する。距離区間１を称するときは、１０ｋｍという代表的な距離を用いて、「１０ｋｍ距離区間」と言い、距離区間２を称するときは「２０ｋｍ距離区間」と言い、距離区間３を称するときは「４０ｋｍ距離区間」などと言う。
局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の距離は、複数の宅側装置ＯＮＵごとに異なることは言うまでもないが、本発明の実施形態では、複数の距離区間を設定し、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣと複数の宅側装置ＯＮＵとの間の各距離が何れか１つの距離区間に属するようにする。複数の距離区間として、例えば、５〜１５ｋｍの距離区間１、１５〜３０ｋｍの距離区間２、３０ｋｍ以上の距離区間３などを設定する。距離区間１を称するときは、１０ｋｍという代表的な距離を用いて、「１０ｋｍ距離区間」と言い、距離区間２を称するときは「２０ｋｍ距離区間」と言い、距離区間３を称するときは「４０ｋｍ距離区間」などと言う。
局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣが装備される局舎から見れば、１つの距離区間に属する複数の加入者宅は局舎から離れた一定の地域に分布して存在しているものとする。
図２は、本実施の形態における光中継器ＴＲのブロック構成図である。
光中継器ＴＲは、局側装置ＯＬＴ側に接続され波長多重素子を用いて上り下り光信号を伝搬方向に応じて分離する第一光合分波部１１と、宅側装置ＯＮＵ側に接続され波長多重素子を用いて上り下り光信号を伝搬方向に応じて分離する第二光合分波部１２と、第一光合分波部１１によって分離された光信号を光信号のまま増幅して第二光合分波部１２に送り込む光増幅器１３と、第二光合分波部１２によって分離された光信号を光信号のまま増幅して第一光合分波部１１に送り込む光増幅器１４と、各光合分波部１２の増幅率を制御する電流制御回路１５とを備えている。
図２は、本実施の形態における光中継器ＴＲのブロック構成図である。
光中継器ＴＲは、局側装置ＯＬＴ側に接続され波長多重素子を用いて上り下り光信号を伝搬方向に応じて分離する第一光合分波部１１と、宅側装置ＯＮＵ側に接続され波長多重素子を用いて上り下り光信号を伝搬方向に応じて分離する第二光合分波部１２と、第一光合分波部１１によって分離された光信号を光信号のまま増幅して第二光合分波部１２に送り込む光増幅器１３と、第二光合分波部１２によって分離された光信号を光信号のまま増幅して第一光合分波部１１に送り込む光増幅器１４と、各光合分波部１２の増幅率を制御する電流制御回路１５とを備えている。
光増幅器１３，１４には半導体光増幅器ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を用いている。半導体光増幅器ＳＯＡとは、レーザ送信素子の共振器端面を低反射化することにより、半導体内の活性層を進行する光を誘導放出により増幅する光増幅器である。その構造はファブリーペローレーザーダイオードに似ているが、端面に無反射層がコーティングされ、端面で反射しない設計となっている。これにより、光を通過させつつ電流を印加することで、通過した光を増幅することができる。増幅率（利得）は電流制御回路１５からの電流印加量で変えられる他、通過する光の波長により異なり、どのように異なるかは使用する材質や半導体層の厚み等により決まる。
図３に、半導体光増幅器ＳＯＡの波長−利得特性を示す。半導体光増幅器ＳＯＡは、材質や作り方により定まる利得のピークがあり、原理上利得の高い所は最大出力が下がるので、ピークよりも少し長い波長帯で使用される。波長依存による利得の差は波長100nmあたりおよそ10dBである。本発明では、この利得変化のある波長帯（λ1〜λ2）を利用して、長い距離区間にある宅側装置ＯＮＵからの上り光信号の波長と、短い距離区間にある宅側装置ＯＮＵからの上り光信号の波長とを設定し、これにより光中継器ＴＲ内の上り信号の光増幅器に増幅率差を設けている。
この半導体光増幅器ＳＯＡを採用することにより、ＡＧＣ機能が必要でなくなり、回路の小型化ができる。また、前述したように、光中継器の機能を局側装置ＯＬＴの光受信機に内蔵するなどのさらなる小型化も期待できる。
具体的には、宅側装置ＯＮＵ内の局側装置ＯＬＴ向け光発光素子(レーザダイオード) の出力波長を、たとえば２つのカテゴリに分ける。 図４に、２つのカテゴリ(波長の短い遠距離用と波長の長い近距離用)に分けた例を示す。これに対応して、光発光素子の波長により２種類の宅側装置ＯＮＵの光送信器を用意し、 図５に示すように、光分岐器ＯＣからの距離(ファイバ長)で遠距離と近距離の2つ距離区間に分け、 遠距離区間の宅側装置ＯＮＵには波長の短い遠距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、近距離区間には波長の長い近距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、それぞれ割り当てる。 以下の実施例では、宅側装置ＯＮＵ（Ａ）が遠距離の距離区間に属し、宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）が近距離の距離区間に属する。
具体的には、宅側装置ＯＮＵ内の局側装置ＯＬＴ向け光発光素子(レーザダイオード) の出力波長を、たとえば２つのカテゴリに分ける。 図４に、２つのカテゴリ(波長の短い遠距離用と波長の長い近距離用)に分けた例を示す。これに対応して、光発光素子の波長により２種類の宅側装置ＯＮＵの光送信器を用意し、 図５に示すように、光分岐器ＯＣからの距離(ファイバ長)で遠距離と近距離の2つ距離区間に分け、 遠距離区間の宅側装置ＯＮＵには波長の短い遠距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、近距離区間には波長の長い近距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、それぞれ割り当てる。 以下の実施例では、宅側装置ＯＮＵ（Ａ）が遠距離の距離区間に属し、宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）が近距離の距離区間に属する。
ただし、距離区間の分類数は”２”に限定されるものではなく、本発明では、任意の複数の距離区間に分類できる。一般的には、各距離区間に属する宅側装置ＯＮＵに、相対的により遠い距離区間の宅側装置ＯＮＵには波長の短い遠距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、相対的により近い距離区間には波長の長い近距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、それぞれ搭載させることができる。
また、「距離区間」はあくまでもＰＯＮ光通信システム設計上の便宜的な概念であり、距離区間を持ち込まなくても本発明は実施できる。すなわち、各宅側装置ＯＮＵについて、局側装置ＯＬＴ又は光分岐器ＯＣと当該宅側装置ＯＮＵとの距離に応じて、距離が短いほど波長の長い近距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、距離が長いほど波長の短い遠距離用の光発光素子を搭載した光送信器を、それぞれ割り当てることができる。
（１）まず伝送距離を計算するための計算式について記述する。受信側に入る光パワーＰは、P' + A −LTで計算できる。ここで、P': 相手の送信パワー[dBm] 、A: 光増幅器の増幅率[dB]、LT: 伝送ロス総量[dB]である。受信側に入る光パワーＰは、
Smin≦P' + A - LT ≦Smax
が成立する範囲で受信できるものとする。Smin:最小受信感度[dBm] 、Smax:最大受信感度[dBm]である。ここで、 伝送ロス総量LTは、通信距離の最小値と最大値の間、すなわちLTmin: 伝送ロス最小値[dB]と、LTmax: 伝送ロス最大値[dB]との間の値をとる。
Smin≦P' + A - LT ≦Smax
が成立する範囲で受信できるものとする。Smin:最小受信感度[dBm] 、Smax:最大受信感度[dBm]である。ここで、 伝送ロス総量LTは、通信距離の最小値と最大値の間、すなわちLTmin: 伝送ロス最小値[dB]と、LTmax: 伝送ロス最大値[dB]との間の値をとる。
Ltmin ≦ LT ≦ LTmax
伝送ロス最小値LTminは、
LTmin = dmin LF + LD + LMmin
で表され、伝送ロス最大値LTmaxは、
LTmax = dmax LF + LD + LMmax
で表される。ここでdmin: 最小伝送距離[km]、dmax: 最大伝送距離[km]、LF: 光ファイバのロスとコネクタでのロス[dB/km]、LD: 光分岐器ＯＣでのロス[dB]、LMmin, LMmax:光ファイバ伝送中に非線形効果などで追加で加わるペナルティロスの最小値と最大値[dB]である。
伝送ロス最小値LTminは、
LTmin = dmin LF + LD + LMmin
で表され、伝送ロス最大値LTmaxは、
LTmax = dmax LF + LD + LMmax
で表される。ここでdmin: 最小伝送距離[km]、dmax: 最大伝送距離[km]、LF: 光ファイバのロスとコネクタでのロス[dB/km]、LD: 光分岐器ＯＣでのロス[dB]、LMmin, LMmax:光ファイバ伝送中に非線形効果などで追加で加わるペナルティロスの最小値と最大値[dB]である。
これらをまとめると、伝送距離dの範囲は以下の式で算出できる。
(P + A - Smax - LD - LMmin) / LF ≦ d ≦ (P + A - Smin - LD - LMmax) / LF、かつ d ≧ 0
（２）通信可能範囲の拡大
簡単のため、局側装置ＯＬＴ1台と光中継器ＴＲ1台、宅側装置ＯＮＵ１台の構成とし送受信性能を以下のように定める。
(P + A - Smax - LD - LMmin) / LF ≦ d ≦ (P + A - Smin - LD - LMmax) / LF、かつ d ≧ 0
（２）通信可能範囲の拡大
簡単のため、局側装置ＯＬＴ1台と光中継器ＴＲ1台、宅側装置ＯＮＵ１台の構成とし送受信性能を以下のように定める。
局側装置ＯＬＴ： パワー= +3.5dBm、受信感度= -6 〜-28dBm
宅側装置ＯＮＵ： パワー= +6.5dBm、受信感度= -6 〜-30.5dBm
光中継器ＴＲ(光増幅器)：上り方向、下り方向ともに1波長の通信とし、増幅率A=11.5dBとする。
LD = 18dB、LMmax = 3dB(下り)若しくは5.5dB(上り)、LF = 0.55dB/kmとする。
宅側装置ＯＮＵ： パワー= +6.5dBm、受信感度= -6 〜-30.5dBm
光中継器ＴＲ(光増幅器)：上り方向、下り方向ともに1波長の通信とし、増幅率A=11.5dBとする。
LD = 18dB、LMmax = 3dB(下り)若しくは5.5dB(上り)、LF = 0.55dB/kmとする。
（２−１）光増幅器なし（Ａ＝０の場合）
下り回線： Pd = +3.5、Smax = -6、Smin = -30.5、LMmin=0, LMmax=3を適用する。伝送距離dの範囲は、
0km≦ d ≦23.6km
上り回線： P1 = +6.5、Smax = -6、Smin = -28、LMmin=0, LMmax=5.5を適用する。伝送距離dの範囲は、
0km≦ d ≦20km
上り通信と下り通信の双方を考慮した伝送距離の範囲、すなわちこれら２つの範囲の論理積は、
0km≦ d ≦20km
となる。このエリアを図示すれば、図６（ａ）のようになる。
下り回線： Pd = +3.5、Smax = -6、Smin = -30.5、LMmin=0, LMmax=3を適用する。伝送距離dの範囲は、
0km≦ d ≦23.6km
上り回線： P1 = +6.5、Smax = -6、Smin = -28、LMmin=0, LMmax=5.5を適用する。伝送距離dの範囲は、
0km≦ d ≦20km
上り通信と下り通信の双方を考慮した伝送距離の範囲、すなわちこれら２つの範囲の論理積は、
0km≦ d ≦20km
となる。このエリアを図示すれば、図６（ａ）のようになる。
（２−２）光増幅器あり（Ａ＝11.5dBとする）
下り回線： Pd = +3.5、Smax = -6、Smin = -30.5、A=11.5、LMmin=0, LMmax=3を適用する。伝送距離dの範囲は、
4.5km≦ d ≦43.6km
上り回線： P1 = +6.5、Smax = -6、Smin = -28、A=11.5、LMmin=0, LMmax=5.5を適用する。伝送距離dの範囲は、
10km≦ d ≦40km
上り通信と下り通信の双方を考慮した伝送距離の範囲、すなわちこれら２つの範囲の論理積は、
10km≦ d ≦40km
となる。このエリアを図示すれば、図６（ｂ）のようになり、ドーナツのように孔が空いている。
下り回線： Pd = +3.5、Smax = -6、Smin = -30.5、A=11.5、LMmin=0, LMmax=3を適用する。伝送距離dの範囲は、
4.5km≦ d ≦43.6km
上り回線： P1 = +6.5、Smax = -6、Smin = -28、A=11.5、LMmin=0, LMmax=5.5を適用する。伝送距離dの範囲は、
10km≦ d ≦40km
上り通信と下り通信の双方を考慮した伝送距離の範囲、すなわちこれら２つの範囲の論理積は、
10km≦ d ≦40km
となる。このエリアを図示すれば、図６（ｂ）のようになり、ドーナツのように孔が空いている。
（２−３）複数の増幅率（本発明）
局側装置ＯＬＴ1台と光中継器ＴＲ1台、宅側装置ＯＮＵ 2台の構成とする。
局側装置ＯＬＴ： パワー= +3.5dBm、受信感度= -6 〜-28dBm
宅側装置ＯＮＵ（Ａ）： パワー= +6.5dBm、受信感度= -6 〜-30.5dBm、出力光波長λ1=1270nm
宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）： パワー= +6.5dBm、受信感度= -6 〜-30.5dBm、出力光波長λ1=1350nm
光中継器ＴＲ(光増幅器)：図３に示されるような光波長依存の増幅率を持つ光増幅器を持ち、上り方向はλ1=1270nmのときの増幅率A1=15dB、λ2=1350nmのときの増幅率A2=7dBとする。下り方向は1波長の通信とし、増幅率A=11.5dBとする。
局側装置ＯＬＴ1台と光中継器ＴＲ1台、宅側装置ＯＮＵ 2台の構成とする。
局側装置ＯＬＴ： パワー= +3.5dBm、受信感度= -6 〜-28dBm
宅側装置ＯＮＵ（Ａ）： パワー= +6.5dBm、受信感度= -6 〜-30.5dBm、出力光波長λ1=1270nm
宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）： パワー= +6.5dBm、受信感度= -6 〜-30.5dBm、出力光波長λ1=1350nm
光中継器ＴＲ(光増幅器)：図３に示されるような光波長依存の増幅率を持つ光増幅器を持ち、上り方向はλ1=1270nmのときの増幅率A1=15dB、λ2=1350nmのときの増幅率A2=7dBとする。下り方向は1波長の通信とし、増幅率A=11.5dBとする。
下り回線の伝送距離dの範囲は以下の式で算出できる（添え字”ｄ”は下り回線を表す）。
(Pd + Ad - Sdmax - LD - LdMmin) / LF ≦ dd ≦ (Pd + Ad - Sdmin - LD - LdMmax) / LF、かつ d ≧ 0
Pd = +3.5、Sdmax = -6、Sdmin = -30.5、Ad=11.5、LdMmin=0, LdMmax=3を適用すると、
5.5km≦ d d≦44.5km
となる。0〜5.5kmの部分は通信ができない。
(Pd + Ad - Sdmax - LD - LdMmin) / LF ≦ dd ≦ (Pd + Ad - Sdmin - LD - LdMmax) / LF、かつ d ≧ 0
Pd = +3.5、Sdmax = -6、Sdmin = -30.5、Ad=11.5、LdMmin=0, LdMmax=3を適用すると、
5.5km≦ d d≦44.5km
となる。0〜5.5kmの部分は通信ができない。
上り回線(宅側装置ＯＮＵ（Ａ）)の伝送距離d1の範囲は以下の式で算出できる（添え字”１”は宅側装置ＯＮＵ（Ａ） の上り回線を表す）。
(P1 + A1 - S1max - LD - LuMmin) / LF ≦ d1 ≦ (P1 + A1 - S1min - LD - LuMmax) / LF、かつd ≧ 0
この式から、距離d1の最小値は(P1 + A1 - S1max - LD - LuMmin) / LF となり、距離d1の最大値は(P1 + A1 - S1min - LD - LuMmax) / LF となる。
(P1 + A1 - S1max - LD - LuMmin) / LF ≦ d1 ≦ (P1 + A1 - S1min - LD - LuMmax) / LF、かつd ≧ 0
この式から、距離d1の最小値は(P1 + A1 - S1max - LD - LuMmin) / LF となり、距離d1の最大値は(P1 + A1 - S1min - LD - LuMmax) / LF となる。
P1 = +6.5、S1max = -6、S1min = -28、A1=15、LuMmin=0, LuMmax=5.5を適用すると、距離d1の範囲は、
17.3km≦ d1 ≦47.3km
となる。0〜17.3 宅側装置ＯＮＵ（Ｂ） kmの部分は通信ができない。
上り回線(宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）)の伝送距離d2の範囲は以下の式で算出できる（添え字”２”は宅側装置ＯＮＵ（Ｂ） の上り回線を表す）。
17.3km≦ d1 ≦47.3km
となる。0〜17.3 宅側装置ＯＮＵ（Ｂ） kmの部分は通信ができない。
上り回線(宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）)の伝送距離d2の範囲は以下の式で算出できる（添え字”２”は宅側装置ＯＮＵ（Ｂ） の上り回線を表す）。
(P2 + A2 - S2max - LD - L2Mmin) / LF ≦ d2 ≦ (P2 + A2 - S2min - LD - L2Mmax) / LF、かつd ≧ 0
この式から、距離d2の最小値は(P2 + A2 - S2max - LD - L2Mmin) / LF となり、距離d2の最大値は(P2 + A2 - S2min - LD - L2Mmax) / LF となる。P2 = +6.5、S2max = -6、S2min = -28、A2=7、L2Mmin=0, L2Mmax=5.5を適用すると、距離d2の範囲は、
2.7km≦ d 2≦32.7km
となる。上り通信を考慮した伝送距離の範囲、すなわち「d1の距離区間」と「d2の距離区間 」との論理和は、
2.7km≦ d ≦47.3km
となり、比較例での上り通信を考慮した伝送距離の範囲 ：10km≦ d ≦40kmよりも、近距離側で距離がより短くなり、遠距離側で距離がより長くなっていることが分かる。
この式から、距離d2の最小値は(P2 + A2 - S2max - LD - L2Mmin) / LF となり、距離d2の最大値は(P2 + A2 - S2min - LD - L2Mmax) / LF となる。P2 = +6.5、S2max = -6、S2min = -28、A2=7、L2Mmin=0, L2Mmax=5.5を適用すると、距離d2の範囲は、
2.7km≦ d 2≦32.7km
となる。上り通信を考慮した伝送距離の範囲、すなわち「d1の距離区間」と「d2の距離区間 」との論理和は、
2.7km≦ d ≦47.3km
となり、比較例での上り通信を考慮した伝送距離の範囲 ：10km≦ d ≦40kmよりも、近距離側で距離がより短くなり、遠距離側で距離がより長くなっていることが分かる。
結局、上り通信と下り通信の双方を考慮した伝送距離の範囲、すなわち「d1の距離区間」と「d2の距離区間 」との論理和と、「ddの距離区間」との論理積は、
5.5km≦ d d≦44.5km
となる。比較例での上り通信と下り通信を考慮した伝送距離の範囲 ：10km≦ d ≦40kmよりも、近距離側で距離がより短くなり、遠距離側で距離がより長くなることか分かる。このエリアを図示すれば、図６（ｃ）のようになり、直径が大きくなるとともに、ドーナツの孔が狭くなっている。
5.5km≦ d d≦44.5km
となる。比較例での上り通信と下り通信を考慮した伝送距離の範囲 ：10km≦ d ≦40kmよりも、近距離側で距離がより短くなり、遠距離側で距離がより長くなることか分かる。このエリアを図示すれば、図６（ｃ）のようになり、直径が大きくなるとともに、ドーナツの孔が狭くなっている。
よって、宅側装置ＯＮＵ（Ａ）を局から17.3km以上の距離に、宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）を局から44.5km以内の距離に置くように、宅側装置ＯＮＵの振り分けによって、通信距離の範囲を広げることができる。
以上に説明した比較例、実施例の数値結果（上り下り回線）を一覧に掲げると、次の表1のようになる。
以上に説明した比較例、実施例の数値結果（上り下り回線）を一覧に掲げると、次の表1のようになる。
表１は、本発明により拡大できた通信距離とカバーできるエリアの面積それぞれについて従来例との比較結果を示す。本発明によれば、遠距離に加え、本来は増幅光が強すぎて受信できなくなる近距離も同時にカバーできるため、距離にして約2倍、面積にしておよそ4〜5倍のエリアをカバーできることになり、広い地域においても光アクセスシステムが設置可能になる。
なお、上り回線の増幅率A1若しくは感度S1minを調整し、上り回線の増幅率A2若しくは感度S2maxを調整することによって、距離d1の最大値(P1 + A1 - S1min - LD - LuMmax) / LF と、距離d2の最小値(P2 + A2 - S2max - LD - L2Mmin) / LFとをそれぞれ調整することができる。
たとえば、増幅率A1, A2の差を保ったまま、増幅率A1, A2をともに大きくなる方向にシフトさせると、距離d1の最大値、距離d2の最小値はそれぞれ大きくなる。これはドーナツの孔が大きくなるとともに、その外形も広がることを表している。また、増幅率A1, A2をともに小さくなる方向にシフトさせると、距離d1の最大値、距離d2の最小値はそれぞれ小さくなる。これはドーナツの孔が狭くなるとともに、その外形も小さくなることを表している。
たとえば、増幅率A1, A2の差を保ったまま、増幅率A1, A2をともに大きくなる方向にシフトさせると、距離d1の最大値、距離d2の最小値はそれぞれ大きくなる。これはドーナツの孔が大きくなるとともに、その外形も広がることを表している。また、増幅率A1, A2をともに小さくなる方向にシフトさせると、距離d1の最大値、距離d2の最小値はそれぞれ小さくなる。これはドーナツの孔が狭くなるとともに、その外形も小さくなることを表している。
（１）一般に、上り通信を考慮した伝送距離の最小値をdmin、最大値をdmaxとする。dmin、dmaxはＰＯＮ光通信システムの通信範囲の最小距離と最大距離とを表す。最小距離dminにある宅側装置ＯＮＵに対する、光波長依存の増幅率を持つ光増幅器の増幅率を、Ａminとする。最大距離dmaxにある宅側装置ＯＮＵに対する、光波長依存の増幅率を持つ光増幅器の増幅率を、Ａmaxとする。
距離dminと、Ａminとの関係は、上の式から、dmin＝(P + Amin - Smax - LD - LuMmin) / LF となり、距離dmaxと、Ａmaxとの関係は、上の式から、dmax＝(P + Amax - Smin - LD - LuMmax) / LF となる。ただし宅側装置ＯＮＵの送信パワーＰは共通とした。これらの式の引き算をすると、
( dmax− dmin) LF＋ (LuMmax - LuMmin)＝ (Amax−Amin)＋(Ｓmax− Ｓmin)
(Ｓmax− Ｓmin)は局側装置ＯＬＴの受信感度のダイナミックレンジであり、ΔＣとおく。結局、
( dmax− dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)＝ (Amax−Amin)＋ΔＣ
となる。(Amax− Amin)＝０の場合、
( dmax−dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)＝ΔＣ
となる。これらの式は、上り回線の光波長を変えて光増幅器の増幅率の範囲(Amax− Amin)を設定することにより、(Amax− Amin)＝０の場合よりも、ＰＯＮ光通信システムの通信範囲( dmax− dmin)をさらに広げることができることを示している。
( dmax− dmin) LF＋ (LuMmax - LuMmin)＝ (Amax−Amin)＋(Ｓmax− Ｓmin)
(Ｓmax− Ｓmin)は局側装置ＯＬＴの受信感度のダイナミックレンジであり、ΔＣとおく。結局、
( dmax− dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)＝ (Amax−Amin)＋ΔＣ
となる。(Amax− Amin)＝０の場合、
( dmax−dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)＝ΔＣ
となる。これらの式は、上り回線の光波長を変えて光増幅器の増幅率の範囲(Amax− Amin)を設定することにより、(Amax− Amin)＝０の場合よりも、ＰＯＮ光通信システムの通信範囲( dmax− dmin)をさらに広げることができることを示している。
ここで任意の宅側装置ＯＮＵを考える。当該宅側装置ＯＮＵの、局側装置ＯＬＴからの距離dh（ｈは添え字であり、整数）とし、当該宅側装置ＯＮＵの送信光波長に対応する光増幅器の増幅率を、Ａhとし、さらに前述の非線形の伝送ロスをLuMhとする。距離dhと、Ａhとの関係は、上の式から、dh＝(P + Ah - Sh - LD - LuMh) / LF であるから、dmin＝(P + Amin - Smax - LD - LuMmin) / LFと、dmax＝(P + Amax - Smin - LD - LuMmax) / LF とを使えば、
( dh− dmin) LF＋ (LuMh-LuMmin)＝ (Ah− Amin)＋(Ｓmax− Ｓh)
( dmax− dh) LF＋ (LuMmax-LuMh)＝ (Amax− Ah)＋(Ｓh− Ｓmin)
が成り立つ。常に(Ｓmax− Ｓh)＜(Ｓmax− Ｓmin)，(Ｓh− Ｓmin)＜(Ｓmax− Ｓmin)が成り立ち、(Ah− Amin)＜(Amax− Amin)，(Amax− Ah)＜(Amax− Amin)が成り立つので、
( dh− dmin) LF＋ (LuMh-LuMmin)＜(Amax− Amin)＋(Ｓmax− Ｓmin)
( dmax−dh) LF＋(LuMh-LuMmin)＜(Amax− Amin)＋(Ｓmax− Ｓmin)
が成り立つ。(Ｓmax− Ｓmin)＝ΔＣと置くと、
( dh−dmin) LF＋ (LuMh-LuMmin)−ΔＣ＜(Amax−Amin)
( dmax− dh) LF＋(LuMh-LuMmin)−ΔＣ＜(Amax−Amin)
が成り立つ。
( dh− dmin) LF＋ (LuMh-LuMmin)＝ (Ah− Amin)＋(Ｓmax− Ｓh)
( dmax− dh) LF＋ (LuMmax-LuMh)＝ (Amax− Ah)＋(Ｓh− Ｓmin)
が成り立つ。常に(Ｓmax− Ｓh)＜(Ｓmax− Ｓmin)，(Ｓh− Ｓmin)＜(Ｓmax− Ｓmin)が成り立ち、(Ah− Amin)＜(Amax− Amin)，(Amax− Ah)＜(Amax− Amin)が成り立つので、
( dh− dmin) LF＋ (LuMh-LuMmin)＜(Amax− Amin)＋(Ｓmax− Ｓmin)
( dmax−dh) LF＋(LuMh-LuMmin)＜(Amax− Amin)＋(Ｓmax− Ｓmin)
が成り立つ。(Ｓmax− Ｓmin)＝ΔＣと置くと、
( dh−dmin) LF＋ (LuMh-LuMmin)−ΔＣ＜(Amax−Amin)
( dmax− dh) LF＋(LuMh-LuMmin)−ΔＣ＜(Amax−Amin)
が成り立つ。
これらの不等式は、局側装置ＯＬＴの受信感度のダイナミックレンジを考慮したとしても、ＰＯＮ光通信システムの通信範囲（サービスエリア）は、光増幅器の増幅率の差を越えて設定することはできない、ことを表している。逆に言うと、ＰＯＮ光通信システムの通信範囲の中に入るためには、「増幅率の差を越えないようにdhを設定すべき」であることがわかる。。
（２）ダイナミックレンジの補償
上の式から、局側装置ＯＬＴの受信感度の受信感度ダイナミックレンジΔＣは、
ΔＣ＝( dmax− dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)−(Amax− Amin)
で表される。
もし従来技術のように、光増幅器の増幅率が波長に依存することなく、一定(Amax＝Amin)であれば、ＰＯＮ光通信システムの通信範囲（サービスエリア）を広く確保するには、局側装置ＯＬＴの受信感度の受信感度ダイナミックレンジΔＣを広げなければならない。
上の式から、局側装置ＯＬＴの受信感度の受信感度ダイナミックレンジΔＣは、
ΔＣ＝( dmax− dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)−(Amax− Amin)
で表される。
もし従来技術のように、光増幅器の増幅率が波長に依存することなく、一定(Amax＝Amin)であれば、ＰＯＮ光通信システムの通信範囲（サービスエリア）を広く確保するには、局側装置ＯＬＴの受信感度の受信感度ダイナミックレンジΔＣを広げなければならない。
このため一般的には、上り回線における宅側装置ＯＮＵの送信信号にプリアンブルという距離区間を設けており、局側装置ＯＬＴは、このブリアンブル区間において、受信利得を再調節して強さの大きく異なる信号を読み込めるようにしている。なおプリアンブル区間は送信信号の平均をとれるように"010101……"という無効な信号が続く距離区間である。
具体的には、データの区間長が3μsec程度であるのに対し、このプリアンブルの区間長は0.5μsecは必要である。よって、上り回線のうち16.7%は無効なデータで回線が占められてしまう。よって、10G-EＰＯＮの場合、伝送レートは最大10.3125ギガビット/秒なのに対して、実効のレートは8.59ギガビット/秒に抑えられてしまう。なお、8.59ギガビット/秒の根拠は、上り回線の伝送速度に関してBreal = B ldat / (ldat + Lpre)で算出したものである。Breal: 実行伝送レート、B: 回線の最大速度 = 10.3125[Gbit/s]、ldat: データ長≦3[usec]、lpre: プリアンブル長さ=0.5[usec]、Breal ≦ 8.59[Gbit/s]。
受信感度ダイナミックレンジΔＣに関しては、これを10dB程度まで抑えることが出来れば、ブリアンブル区間を設けて利得の再調節を行わずとも受信可能であることが分かっている。すなわち、ダイナミックレンジの緩和を行えればプリアンブル区間の短縮若しくは撤廃を図ることが可能である。
ところが本発明によれば、前述した式
ΔＣ＝( dmax− dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)−(Amax−Amin)
から明らかなように、受信感度ダイナミックレンジΔＣが短縮しても、(Amax−Amin)で補償できることが分かる。
ところが本発明によれば、前述した式
ΔＣ＝( dmax− dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)−(Amax−Amin)
から明らかなように、受信感度ダイナミックレンジΔＣが短縮しても、(Amax−Amin)で補償できることが分かる。
以上のような根拠により、本発明によれば、プリアンブル区間を設けない既定の受信感度ダイナミックレンジΔＣ（10dB程度）であっても、実質的に、プリアンブル区間での利得再調節を行う機能を持つ。
具体的な計算例をあげると、LF=0.55、LM=5.5、 Amax＝１５ｄＢ、Amin＝７ｄＢ、（Amax−Amin）＝８ｄＢ、(LuMmax - LuMmin)＝５．５ｄＢ、ΔＣ＝Dnopre: プリアンブル無しで通信できるダイナミックレンジ= 10[dB]を
ΔＣ＝( dmax−dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)−(Amax− Amin)
に適用すると、距離の差( dmax− dmin) は、22.7kmとなる。すなわち、本発明によると波長により宅側装置ＯＮＵ（Ａ）と宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）の増幅率が8dB差があるので、ダイナミックレンジ10dBを維持できる距離の差は (10 +8 -5.5) / 0.55 = 22.7kmに拡大できる。
具体的な計算例をあげると、LF=0.55、LM=5.5、 Amax＝１５ｄＢ、Amin＝７ｄＢ、（Amax−Amin）＝８ｄＢ、(LuMmax - LuMmin)＝５．５ｄＢ、ΔＣ＝Dnopre: プリアンブル無しで通信できるダイナミックレンジ= 10[dB]を
ΔＣ＝( dmax−dmin) LF＋(LuMmax - LuMmin)−(Amax− Amin)
に適用すると、距離の差( dmax− dmin) は、22.7kmとなる。すなわち、本発明によると波長により宅側装置ＯＮＵ（Ａ）と宅側装置ＯＮＵ（Ｂ）の増幅率が8dB差があるので、ダイナミックレンジ10dBを維持できる距離の差は (10 +8 -5.5) / 0.55 = 22.7kmに拡大できる。
もし光増幅器の増幅率に変化のない場合、あるいは光増幅器を設置しない場合であれば、 距離の差( dmax−dmin) は、8.2kmにすぎない。
以上に説明した比較例、実施例の数値結果を一覧に掲げると、次の表２のようになる。
以上に説明した比較例、実施例の数値結果を一覧に掲げると、次の表２のようになる。
このように、光中継器ＴＲを使用しない場合と同等以上の伝送エリアを確保でき、また伝送最大長は大きいので、宅側装置ＯＮＵの配置を工夫することにより、より広い範囲を伝送エリアにすることができる。
１１ 第一光合分波部
１２ 第二光合分波部
１３，１４ 光増幅器
１５ 電流制御回路
ＯＣ 光分岐器
ＯＬＴ 局側装置
ＯＮＵ 宅側装置
ＴＲ 中継器
１２ 第二光合分波部
１３，１４ 光増幅器
１５ 電流制御回路
ＯＣ 光分岐器
ＯＬＴ 局側装置
ＯＮＵ 宅側装置
ＴＲ 中継器
Claims (7)
- 局側装置ＯＬＴに接続された基幹光ファイバが光分岐器ＯＣにおいて複数の分岐光ファイバに分岐されてそれぞれ宅側装置ＯＮＵに接続されるＰＯＮ光通信システムにおいて、
局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を配置し、
宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、
１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとし、
前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵには１つの波長が割り当てられ、
相対的により近い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、相対的により遠い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置されていることを特徴とする、光通信システム。 - 各距離区間を、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離が短い順に、ｋ1、ｋ2、……、ｋｍと命名し、
各距離区間に属する宅側装置ＯＮＵの、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離を、ｄk1、ｄk2、……、ｄkｍとし、
任意の距離区間ｋｈ（１≦ｈ≦ｍ）に属する宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡｋｈ、
最も遠い距離区間ｋｍに属する宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡmax、
最も近い距離区間ｋ１に属する宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡmin、
光ファイバの単位距離当りの伝送損失をLF、
光ファイバ伝送時の非線形的要素に伴う追加損失をLMh（１≦ｈ≦ｍ）、
局側装置ＯＬＴ受信器の受信感度特性に応じたダイナミックレンジをΔＣ（＞０）、とするとき、
( ｄkh−ｄk1) LF＋(LMh-LM1)−ΔＣ≦(Amax− Amin)
( ｄkｍ− ｄkh ) LF＋(LMm-LMh)−ΔＣ≦(Amax− Amin)
が成立している、請求項１に記載の光通信システム。 - 局側装置ＯＬＴの光受信器の受信感度ダイナミックレンジΔＣは、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号のフレーム構成に応じて変化するものである、請求項２に記載の光通信システム。
- 局側装置ＯＬＴに接続された基幹光ファイバが光分岐器ＯＣにおいて複数の分岐光ファイバに分岐されてそれぞれ宅側装置ＯＮＵに接続されるＰＯＮ光通信システムにおいて、
局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を配置し、
宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、
１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとし、
前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵには１つの波長が割り当てられ、
前記割り当てられる波長は、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの伝送損失を補償する増幅率に対応する波長であり、
宅側装置ＯＮＵの波長によって区分けされる前記距離区間どうしには、重なりがあることを特徴とする、光通信システム。 - 局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣに最も近い距離区間に属する宅側装置ＯＮＵと宅側装置ＯＮＵとは、所定の距離離れている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光通信システム。
- 局側装置ＯＬＴに接続された基幹光ファイバが光分岐器ＯＣにおいて複数の分岐光ファイバに分岐されてそれぞれ宅側装置ＯＮＵに接続されるＰＯＮ光通信システムにおいて、
局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)を配置し、
宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間を設け、
１つの距離区間に１又は複数の宅側装置ＯＮＵが属するものとし、
前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、１つの距離区間に属する１又は複数の宅側装置ＯＮＵには１つの波長が割り当てられ、
各距離区間を、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離が短い順に、ｋ1、ｋ2、……、ｋｍと命名し、
各距離区間に属する宅側装置ＯＮＵの、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣからの距離を、ｄk1、ｄk2、……、ｄkｍとし、
光ファイバ伝送時の非線形的要素に伴う追加損失をLM、前記波長依存ＳＯＡの前記割り当てられる各波長に対応する増幅率のうち、その最大値をＡmax、最小値をＡmin、任意の距離区間ｋh（１≦ｈ≦ｍ）に属するの宅側装置ＯＮＵに対応する前記波長依存ＳＯＡの増幅率をＡｋｈ、とするとき、
局側装置ＯＬＴ受信器の受信感度特性に応じたダイナミックレンジをΔＣ（＞０）とすると、
ΔＣ ≧ Ａk(h+1)−Ａkh
が満たされている、光通信システム。 - 局側装置ＯＬＴに接続された基幹光ファイバが光分岐器ＯＣにおいて複数の分岐光ファイバに分岐されてそれぞれ宅側装置ＯＮＵに接続され、局側装置ＯＬＴに、又は局側装置ＯＬＴと光分岐器ＯＣの間に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けて伝送される光信号を増幅する、波長によって増幅率の異なる波長依存ＳＯＡ(Semiconductor Optical Amplifier)が配置されたＰＯＮ光通信システムにおける宅側装置ＯＮＵであって、
前記波長依存ＳＯＡの増幅対象となる波長は複数あって、宅側装置ＯＮＵからの送信光の波長として、そのうちいずれか１つの波長が割り当てられ、
宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣとの距離に応じて複数の距離区間が設けられ、局側装置ＯＬＴ若しくは光分岐器ＯＣから宅側装置ＯＮＵが属する距離区間までの距離に応じて、より近い距離区間に配置される宅側装置ＯＮＵには増幅率のより小さい波長の送信光を送出する光送信器が設置され、より遠い距離区間に配置される宅側装置ＯＮＵには前記増幅率のより大きな波長の送信光を送出する光送信器が設置されていることを特徴とする、光通信システムにおける宅側装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012106910A JP2013236226A (ja) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | Ｐｏｎ光通信システム及び宅側装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012106910A JP2013236226A (ja) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | Ｐｏｎ光通信システム及び宅側装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013236226A true JP2013236226A (ja) | 2013-11-21 |
Family
ID=49761993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012106910A Pending JP2013236226A (ja) | 2012-05-08 | 2012-05-08 | Ｐｏｎ光通信システム及び宅側装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013236226A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019041317A (ja) * | 2017-08-28 | 2019-03-14 | 住友電気工業株式会社 | 光送信器 |
-
2012
- 2012-05-08 JP JP2012106910A patent/JP2013236226A/ja active Pending
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