JP4655610B2

JP4655610B2 - 光通信システム

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Publication number: JP4655610B2
Application number: JP2004353770A
Authority: JP
Inventors: 克宏石村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: US20060120724A1; US7483633B2; CN1787419A; JP2006165953A

Description

この発明は、ＰＯＮ(Passive Optical Network) 型の光通信システムに関する。より詳細には、この発明は、光時分割多重化方式と光波長分割多重化方式とを組み合わせた通信方式を使用する光通信システムに関する。

光通信システムとしては、例えばＰＯＮが知られている。ＰＯＮとは、光通信路を光カプラで分岐することによって、１本の光ファイバを複数の加入者間で共有するシステムであり、ＦＴＴＨ(Fiber To The Home) 等のサービスで採用されている。ＰＯＮをベースとした光通信システムとしては、例えば、ＧＥ(Gigabit Either)−ＰＯＮや、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexed) −ＰＯＮ、ＤＷＡ(Dynamic Wavelength Allocation) −ＰＯＮ等が知られている。

ＧＥ−ＰＯＮとは、１ギガビット／秒の伝送帯域（通信速度）を１６以上（例えば３２）の加入者で共有するシステムである。ＧＥ−ＰＯＮを開示する文献としては、例えば、下記非特許文献１が知られている。

図１３は、ＧＥ−ＰＯＮの概略構成を示す概念図であり、非特許文献１の図５と実質的に同じ図である。図１３に示したように、電話局側の終端装置(OLT;Optical Line Terminal)１３０１は、光カプラ１３０２で分岐された光ファイバ１３０３を介して、１６台以上の加入者側終端装置(ONU;Optical Network Unit)１３０４に接続される。そして、ＯＬＴ１３０１は基盤ネットワーク（地域ＩＰ(Internet protocol) 網やインターネット等）１３０５に接続され、各ＯＮＵ１３０４は通信端末１３０６（パーソナルコンピュータ）に接続される。

図１３に示したように、下り方向のデータ伝送では、各ＯＮＵ１３０４に宛てたイーサネット（登録商標）フレームが、時分割多重化されて、ＯＬＴ１３０１からＯＮＵ１３０４に送られる。各ＯＮＵ１３０４は、受信データから自分宛のイーサネット（登録商標）フレームのみを抽出し、他のイーサネット（登録商標）フレームを廃棄する。下り方向の光波長は、１４８０〜１５００ｎｍである。

また、上り方向のデータ伝送では、各ＯＮＵ１３０４からＯＬＴ１３０１に、イーサネット（登録商標）フレームが送られる。このとき、各ＯＮＵ１３０４の送信タイミングを適当に調整することにより、各イーサネット（登録商標）フレームを光カプラ１３０２で時分割多重化することができる。上り方向の光波長は、１２６０〜１３６０ｎｍである。

ＧＥ−ＰＯＮでは、上り方向のデータ伝送効率を向上させるために、動的帯域割当(DBA;Dynamic Bandwidth Allocation)を行う。動的帯域割当とは、送信動作中のＯＮＵ１３０４の台数に応じて、これらのＯＮＵ１３０４に割り当てられる伝送帯域（通信速度）を随時変更する技術である。送信動作を同時に行うＯＮＵ１３０４の台数が少ない場合ほど、送信中のＯＮＵ１３０４には広い帯域が割り当てられる。

一方、ＷＤＭ−ＰＯＮとは、各ＯＮＵに異なる光波長を割り当てることによって、光ファイバの共有を行うシステムである。ＷＤＭ−ＰＯＮを開示する文献としては、例えば、下記非特許文献２が知られている。

図１４は、ＷＤＭ−ＰＯＮの概略構成の一例を示す概念図であり、非特許文献２の図１０．８ａと実質的に同じ図である。

図１４に示したように、ＯＬＴ１４１１と波長ルータ１４１２とは１本の光ファイバ１４１３で接続され、波長ルータ１４１２はｎ個のＯＮＵ１４１４にそれぞれ接続される。各ＯＮＵ１４１４は互いに異なる光波長を使用し、また、下り方向と上り方向で使用される光波長も異なる。したがって、データ伝送に使用される光波長の種類は、全部で２ｎである。

図１４のＷＤＭ−ＰＯＮにおいて、１芯の光ファイバ１４１３に代えて、２芯の光ファイバを使用してもよい（非特許文献２の図１０．８ｂ−ｅ参照）。２芯の光ファイバを使用する場合、波長ルータ１４１２に代えて、例えば、上り方向では光分波器が使用され、下り方向では光合波器が使用される（同文献の図１０．８ｂ参照）。また、２芯の光ファイバを使用することにより、各ＯＮＵ１４１４は、上り方向と下り方向とで同じ波長を使用することも可能になる（同文献の図１０．８ｃ参照）。さらには、図１４のＷＤＭ−ＰＯＮにおいては、上り方向の伝送に、スペクトラム・スライス方式を採用したり、時分割多重方式を採用したりすることも可能である（同文献の図１０．８ｄ，ｅ参照）。

ＤＷＡ−ＰＯＮとは、複数のＰＯＮを統合したシステムで、使用される波長をそれぞれ動的に割り当てる技術である。ＤＷＡ−ＰＯＮは、例えば下記非特許文献３で開示されている。非特許文献３の図１に示された光通信システムでは、４系統のＰＯＮの４×１６個のＯＮＵに対して、４種類の波長が動的に割り当てられる。
篠原弘道、「高速光アクセスシステムの現状と将来展望」、O plus E、(株)新技術コミュニケーションズ、２００３年１月、Vol.25, No.1、p.49-55 Ivan Kaminov著、"Optical FIBER TELECOMMUNICATIONS IVB"、米国、Academic Press, Incorporated、２００２年３月、p.480-481 Yu-Li Hsueh etc.、"Success-DWA:A Highly Scalable and Cost-Effective Optical Access Network"、IEEE Optical Communications August 2004、 S24-S30

ＧＥ−ＰＯＮ（図１３参照）は、上述のように、時分割多重方式を使用している。このため、ＧＥ−ＰＯＮでは、ＯＬＴ内に設けられる送信器および受信器は、対応するＯＮＵ毎に設ける必要はなく、それぞれ１台ずつでよい。したがって、ＧＥ−ＰＯＮには、電話局内の設備規模を小さくすることができるという長所がある。

しかしながら、ＧＥ−ＰＯＮでは、一つの波長を加入者全員（例えば３２人）に割り当てるため、同時に通信を行う加入者数（すなわちＯＮＵ数）が多くなるほど、加入者１人当たりの通信速度は遅くなってしまう。また、１つの波長の通信速度を上げることには、受信感度等の理由から、限界がある。このため、ＧＥ−ＰＯＮには、伝送保証帯域が狭いという欠点がある。

これに対して、ＷＤＭ−ＰＯＮ（図１４参照）は、ＯＮＵ毎に異なる波長チャンネルを使用するので、同時に通信を行う加入者の多少に応じて伝送帯域が変化することはなく、十分に広い伝送帯域を保証することができる。

しかしながら、ＷＤＭ−ＰＯＮでは、収容するＯＮＵ毎に使用波長が異なるので、当該ＯＮＵと同数の送信器および受信器を、ＯＬＴ内に設ける必要がある。このため、ＷＤＭ−ＰＯＮには、電話局内の設備が大規模且つ高価格になってしまうという欠点がある。

また、ＷＤＭ−ＰＯＮでは、加入者毎に波長が固定されるので、光通信システム運営会社は各加入者に割り当てられた波長の情報をＰＯＮ毎に管理しなければならず、このため管理コストが上昇してしまう。

さらには、ＷＤＭ−ＰＯＮではＡＷＧ(Arrayed Wave Guide)型の光合分波器を使用するが、ＡＷＧは、波長の温度依存性が大きく（０．０１１ｎｍ／℃）、例えば１℃以下の精密な温度管理を必要とするので、運用コストが増大するという欠点がある。これに対して、干渉膜型ＷＤＭフィルタを使用すれば温度管理を不要とすることができるが、１個の干渉膜型ＷＤＭフィルタで使用できる波長の数には限りがあり、したがって、３２あるいはそれ以上の分岐を有するＷＤＭ−ＰＯＮでは、１個の干渉膜型ＷＤＭフィルタで波長分離を行うことは実質的に不可能である。

一方、ＤＷＡ−ＰＯＮでは、光波長を動的に割り当てることにより、複数のＰＯＮ間で伝送帯域を柔軟に分配することができるので、設備コストや運営コストの上昇を抑えつつ、伝送帯域を実質的に広げることができる。

しかしながら、ＤＷＡ−ＰＯＮでは、１個のＯＮＵに対して同時に割り当てることができるのは一種類の波長のみであるため、伝送帯域を割り当てる際の柔軟性や伝送効率には限界がある。

このような理由から、伝送帯域が十分に広い光通信システムを低コスト且つ小さい設備で提供する技術が嘱望されていた。

この発明は、ｎ台（ｎは３以上の自然数）の加入者側終端装置と、１台の局側終端装置と、当該局側終端装置に接続された光通信路をｎ分岐して当該加入者側終端装置にそれぞれ接続する光結合器とを備える光通信システムに関する。

そして、加入者側終端装置および局側終端装置の少なくとも一方の送信器が、ｍ種類（ｍは２以上の自然数、ｍ＜ｎ）の光波長を選択的に使用して、外部から入力した電気信号列を光信号列に変換する電気／光変換部と、光通信路を伝送される光信号列が時分割多重化および波長分割多重化されるように、電気／光変換器が選択する光波長と当該光信号列の出力タイミングとを１個の光信号列毎に制御する送信制御部とを備える。

この発明に係る光通信システムでは、光信号列の光波長および出力タイミングを１個の光信号列毎に制御することにより、時分割多重化方式と波長分割多重化方式とを組み合わせた多重化方式を用いて光信号列を多重化する。これにより、伝送帯域を割り当てる際の柔軟性や伝送効率を、ＴＤＭ−ＰＯＮやＷＤＭ−ＰＯＮよりもさらに向上させることができる。

加えて、この発明に係る光通信システムは、使用される光波長の総数が加入者側終端装置の総数よりも少ないので、ＷＤＭ−ＰＯＮよりも低コスト且つ小さい電話局設備で構築することができる。

したがって、この発明によれば、加入者要求伝送帯域が十分に広く、柔軟性が高い光通信システムを、低コスト且つ小さい電話局設備で提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。

第１の実施形態
この発明の第１の実施形態に係る光通信システムについて、図１〜図７を用いて説明する。

この実施形態に係る光通信システムは、上り方向のアクセスを、この発明に係る通信方式（すなわち時分割多重化方式と波長分割多重化方式とを組み合わせた多重化方式（以下「λ・ＴＤＭＡ方式」と記す）で行う。一方、下り方向の通信には、従来と同様のＷＤＭ方式を使用する。

図１は、この実施形態に係る光通信システムの全体構成を示す概略図である。図１に示したように、この実施形態の光通信システム１００は、ＰＯＮ構造を有しており、ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎと、ＯＬＴ１２０と、光ファイバ１３０と、光カプラ１４０とを備えている。

ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎは、それぞれ、光通信システム１００の加入者側終端装置であり、通常は各加入者宅に設置される。各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎには、パーソナルコンピュータ等の通信端末（図示せず）が接続される。この実施形態に係るＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎは、送信時（すなわち上り方向の通信時）に、それぞれがｍ種類の光波長λu1，λu2，・・・，λumを用いて光バースト信号を出力する。ここで、光波長の数ｍは、複数であり、且つ、ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎの台数ｎよりも小さい値である（したがって、ｍ≧２、ｎ≧３となる）。すなわち、この実施形態で使用される光波長の数ｍは、ＷＤＭ−ＰＯＮの場合（上述のように、ＯＮＵの台数と同数の光波長が使用される）よりも、少ない。一方、受信時（すなわち下り方向の通信時）には、ＷＤＭ−ＰＯＮと同様、波長λd1，λd2，・・・，λdnの受信光信号を波長分離することによって、当該ＯＮＵに対応する波長の光信号列を得る。ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎの内部構成は、図２を用いて後述される。

ＯＬＴ１２０は、光通信システム１００の、電話局側終端装置であり、通常は電話局舎内に設置される。ＯＬＴ１２０は、例えばインターネットや地域ＩＰ網等の他のネットワークに接続される。この実施形態に係るＯＬＴ１２０は、受信時（すなわち上り方向の通信時）には、受信した光信号（波長λu1〜λum）を波長分離し、さらに各波長チャンネルの光信号を時間分離して、光信号列を復元する。また、送信時（すなわち下り方向の通信時）には、ＷＤＭ−ＰＯＮと同様、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎ毎に定められた波長λd1〜λdnの光信号列を生成した後、これらの光信号列を波長多重化して出力する。ＯＬＴ１２０の内部構成は、図３を用いて後述される。

光ファイバ１３０は、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎと光カプラ１４０および光カプラ１４０とＯＬＴ１２０を物理的に通信接続するための回線である。

光カプラ１４０は、ＯＬＴ１２０から受け取った波長λd1〜λdnの光バースト信号をそのまま分岐して、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎに送る。さらに、光カプラ１４０は、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎから受け取った波長λu1〜λumの光バースト信号をそのまま重ね合わせて、ＯＬＴ１２０に送る。

図２は、ＯＮＵ１１０−１の内部構成を概略的に示すブロック図である。図２に示したように、この実施形態に係るＯＮＵ１１０−１は、電気／光変換器２０１と、光／電気変換器２０２と、ネットワーク制御部２０３と、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing)フィルタ２０４とを備えている。

電気／光変換器２０１は、ｍ種類の波長λu1〜λumの光を出力する波長選択光源（図示せず）を、１個備えている。波長選択光源としては、例えばＤＢＲ(Distributed Bragg Reflector) レーザや、ＤＦＢ(Distributed Feedback)アレイレーザ等を使用することができる。電気／光変換器２０１は、この波長選択光源を用いて、外部から入力した電気信号列を光信号列に変換し、ＷＤＭフィルタ２０４に出力する。電気／光変換器２０１が生成する光信号列の光波長および出力タイミングは、ネットワーク制御部２０３によって制御される。

光／電気変換器２０２は、ＷＤＭフィルタ２０４から受け取った光バースト信号のうち、ＯＮＵ１１０−１に対応する波長λd1の信号を、電気信号列に変換して、ネットワーク制御部２０３に送る。

ネットワーク制御部２０３は、光／電気変換器２０２から受け取った電気信号列から、通信端末に送られるデータや、送信許可信号等を再生する。また、ネットワーク制御部２０３は、再生された送信許可信号に基づいて、電気／光変換器２０１が生成する光信号列の光波長および出力タイミングを制御する（詳細は後述）。

ＷＤＭフィルタ２０４は、例えば干渉膜型のＷＤＭフィルタ又は、入力光から任意の波長のみを選択して通過させる、可変波長フィルタである。すなわち、ＷＤＭフィルタ２０４は、電気／光変換器２０１から入力された光から波長λu1〜λumのみを通過させ、且つ、光カプラ１４０から入力された光を波長λd1〜λdnに分離する。

なお、他のＯＮＵ１１０−２〜１１０−ｎの構成も、光／電気変換器２０２で処理する光波長を除いて、ＯＮＵ１１０−１の構成と同様である。

図３は、ＯＬＴ１２０の内部構成を概略的に示すブロック図である。図３に示したように、この実施形態に係るＯＬＴ１２０は、ＷＤＭフィルタ３０１と、バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍと、電気／光変換器３０３と、ＯＬＴ制御部３０４とを備えている。

ＷＤＭフィルタ３０１は、光カプラ１４０から入力された光を波長λu1〜λumに分離するとともに、電気／光変換器３０３から入力された光から波長λd1〜λdnのみを通過させる。

バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍは、ＷＤＭフィルタ３０１で分離された光から、対応する波長の光（例えば、バースト光／電気変換器３０２−１の場合は波長λu1）を入力して、電気信号列に変換する。バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍは、光バースト信号の時間的ばらつきや光振幅のばらつきが補正された電気信号列を生成することができる点で、通常の光／電気変換器と異なる。この電気信号列は、ＯＬＴ制御部３０４に送られる。

電気／光変換器３０３は、ＯＬＴ制御部３０４から入力した電気信号列を、送信先のＯＮＵに対応する波長（例えばＯＮＵ１１０−１の場合は波長λd1）の光信号列に変換して、ＷＤＭフィルタ３０１に送る。

ＯＬＴ制御部３０４は、バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍから入力した各電気信号列から、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎ（図１参照）に対応する信号列Ｅ１〜Ｅｍを再生する（詳細は後述）。再生された信号列は、必要に応じて所定のフォーマット（例えばＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）フレーム等）に変換されて、後段の通信網に送られる。また、ＯＬＴ制御部３０４は、後段の通信網から受信した通信データや内部で生成した送信許可信号等を、必要に応じて所定のフォーマット（例えばイーサネット（登録商標）フレーム等）に変換して、電気／光変換器３０３に送る。

次に、図１〜図３に示した光通信システム１００の動作について、図４〜図７を用いて説明する。

図４は、この実施形態に係る光通信システム１００の上り方向の通信方式、すなわちλ・ＴＤＭＡ方式の概要を説明するための概念図である。

図４に示したように、上り方向のデータ伝送を行う場合、まず、かかるデータ伝送を行うＯＮＵのネットワーク制御部２０３からＯＬＴ１２０へ宛てて、帯域要求信号が送信される。

ＯＬＴ１２０に受信された帯域要求信号は、ＷＤＭフィルタ３０１およびバースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｎを介して、ＯＬＴ制御部３０４に達する。ＯＬＴ制御部３０４は、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎから受信した帯域要求信号に基づいて、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎが出力する光バースト信号の使用波長と出力タイミングとを算出し、かかる波長およびタイミングを含む送信許可信号を、生成する。送信許可信号は、電気／光変換器３０３およびＷＤＭフィルタ３０１を介して、対応するＯＮＵに送られる。

対応するＯＮＵに受信された送信許可信号は、ＷＤＭフィルタ２０４および光／電気変換器２０２を介して、ネットワーク制御部２０３に送られる。ネットワーク制御部２０３は、この送信許可信号から、使用波長や出力タイミング等の情報を抽出する。そして、かかるネットワーク制御部２０３は、抽出した情報に基づいて電気／光変換器２０１を制御し、データ伝送を行う。

図５は、この実施形態のλ・ＴＤＭＡ方式を用いて多重化された光信号列の一例を示す概念図である。図５において、Ｐ１〜ＰｎはそれぞれＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎから出力された光バースト信号であり、また、♯を付した数字はバースト信号の並び順を示している。

図５に示したように、この実施形態では、電気／光変換器２０１が選択する光波長と、かかる光信号列の出力タイミングとは、１個の光バースト信号毎に制御される。例えば、ＯＮＵ１１０−１が出力する光バースト信号Ｐ１のうち、最初の光バースト信号Ｐ１♯１は光波長λu1を使用し、２番目の光バースト信号Ｐ１♯２は光波長λu3を使用し、３番目の光バースト信号Ｐ１♯３は光波長λu2を使用する。伝送に使用される波長は、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎが送信する各バースト信号のデータ長や総データ量等に応じて、最も優れた伝送効率が得られるように設定される。また、光バースト信号Ｐ１♯１，Ｐ１♯２，Ｐ１♯３の出力タイミングｔ１，ｔ２，ｔ３は、これらの光バースト信号Ｐ１♯１，Ｐ１♯２，Ｐ１♯３が光カプラ１４０で他の光バースト信号と重ね合わされる際に、衝突しないように設定される。例えば、バースト信号Ｐ１♯２の出力タイミングｔ２は、当該バースト信号Ｐ１♯２が、同じ光波長λu3を使用する他のバースト信号Ｐ５♯２，Ｐ３♯４等と衝突しないように設定される。これにより、時分割多重化と波長分割多重化の両方が施された光信号を、ＯＬＴ１２０に送ることができる。

図６は、ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎが送信する光バースト信号のフォーマットを示す概念図である。

図６に示したように、上り方向通信の各波長チャンネルでは、所定長のガードタイム（無信号区間）を挟んで、光バースト信号が順次送信される。そして、光バースト信号の先頭には同期用のプリアンブル信号が付与され、その後に、ＬＬＩＤ(Logical Link Identification)と、ＭＡＣフレームと、ＩＰＧ（Internet Packet Gap;ＭＡＣフレームとその後のＬＬＩＤとの境界を認識するための信号）とが繰り返し挿入される。また、ＬＬＩＤは、スペシャルコードＫ２８．５と、ＬＬＩＤと、λＩＤと、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check) とを含む。ここで、ＬＬＩＤは、送信元のＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎを識別するための符号である。また、λＩＤは、この光バースト信号の伝送に使用された波長を識別するための符号である。ＬＬＩＤおよびλＩＤは、上述の送信許可信号に格納されてＯＬＴ１２０からＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎに送られ、光バースト信号に格納されてＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎからＯＬＴ１２０に返送される。これにより、ＯＬＴ１２０は、帯域使用の許可と受信した光バースト信号との対応関係を認識することができる。

図７は、ＯＬＴ１２０の動作を説明するための概念図である。

上述の図５に示したように、ＯＬＴ１２０に入力される光信号は、時分割多重化と波長分割多重化の両方が施されている。これらの光信号は、上述のように、ＷＤＭフィルタ２０４で波長分離され、バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍで電気信号列に変換されて、ＯＬＴ制御部３０４に入力される。図７に示したように、ＯＬＴ制御部３０４は、ＬＬＩＤおよびλＩＤ（図６参照）を用いて、これらの電気信号列を、対応するＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎごとの電気信号列Ｅ１〜Ｅｎに再配列する。再生された信号列は、上述のように、必要に応じてフォーマット変換され、後段の通信網（例えば地域ＩＰ網）に送られる。

なお、下り方向の伝送は、通常のＷＤＭ−ＰＯＮの下り伝送と同様であるので、説明を省略する。

以上説明したように、この実施形態に係る光通信システム１００によれば、複数の波長チャンネルを使用するので、ＴＤＭ−ＰＯＮと比較して、同時に通信を行う加入者が多い場合でも広い伝送帯域を確保することができる。

また、この実施形態に係る光通信システム１００では、使用する波長の数が加入者数（すなわち、ＯＮＵの台数）よりも少ないので、ＷＤＭ−ＰＯＮ（すなわち、使用する波長の数がＯＮＵの台数と同数のシステム）と比較して、ＯＬＴ１２０の回路規模（バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍの個数等）を少なくすることができる。したがって、この実施形態の光通信システム１００は、ＷＤＭ−ＰＯＮと比較して、電話局内の設備の規模や価格を低く抑えることができる。

また、この実施形態の光通信システム１００では、加入者毎に波長が固定されないので、光通信システム運営会社は各加入者に割り当てられた波長の情報をＰＯＮ毎に管理する必要がなく、したがって、ＷＤＭ−ＰＯＮと比較して、管理コストが安価である。

さらには、この実施形態の光通信システム１００では、使用する波長の数を、ＷＤＭ−ＰＯＮと比較して、少なくすることができる。したがって、この実施形態の光通信システム１００では、ＷＤＭ−ＰＯＮで使用されているＡＷＧフィルタではなく、干渉膜型のＷＤＭフィルタ２０４，３０１を使用することが可能となる。このため、光通信システム１００では、温度管理が不要となるので、管理コストを低減することができる。

加えて、この実施形態の光通信システム１００では、すべてのＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎがすべての上り伝送用波長λu1〜λumを使用することができるので、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎが使用する伝送帯域を、光バースト信号の長さ等に応じて柔軟に分配することができる。したがって、この実施形態の光通信システム１００によれば、ＤＷＡ−ＰＯＮと比較して、伝送帯域割り当ての柔軟性や伝送効率をさらに向上させることができる。

なお、この実施形態では、すべてのＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎをλ・ＴＤＭＡ方式に対応するように構成したが、一部のＯＮＵとして、ＴＤＭＡ方式のＯＮＵや固定光波長のＯＮＵが含まれていてもよい。λ・ＴＤＭＡ方式は時分割多重化方式と波長分割多重化方式とを組み合わせた多重化方式なので、これらのＯＮＵにも簡単に対応することができ、したがって、これらＯＮＵをλ・ＴＤＭＡ方式のＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎと容易に併存させることができる。

第２の実施形態
次に、この発明の第２の実施形態に係る光通信システムについて、図８〜図１０を用いて説明する。

この実施形態は、各ＯＮＵが複数の波長を同時に使用できるように、ＯＮＵおよびＯＬＴを構成した例である。

この実施形態に係る光通信システムの全体構成は、上述の第１の実施形態（図１参照）と同様であるので、説明を省略する。

図８は、この実施形態に係るＯＮＵの内部構成を概略的に示すブロック図である。図８において、図２と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図２の場合と同じものを示している。図８に示したように、この実施形態に係るＯＮＵは、電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍと、スイッチ８２０とを備えている。

電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍは、それぞれ、ｍ種類の波長λu1〜λumのうちの、対応する波長の光を出力する固定波長光源（図示せず）を備えている。電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍは、かかる光源を用いて、スイッチ８２０から入力した電気信号列を光信号列に変換し、ＷＤＭフィルタ２０４に出力する。このように、この実施形態では、波長毎に個別の電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍを備えているので、複数種類の波長の光を平行して出力することができる。電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍが生成する光信号列の光波長および出力タイミングは、ネットワーク制御部２０３によって制御される。

スイッチ８２０は、ネットワーク制御部２０３の制御に基づいて、外部から入力した電気信号列を、電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍに振り分ける。

図９は、この実施形態に係るＯＬＴの内部構成を概略的に示すブロック図である。図９において、図３と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図３の場合と同じものを示している。図９に示したように、この実施形態に係るＯＬＴは、スイッチ９１０を備えている。スイッチ９１０は、バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍから入力した電気信号列を再配置する。

なお、スイッチ８２０に代えてインバースマックスを使用し且つスイッチ９１０に代えてインバースデマックスを使用することも可能である。インバースマックスおよびインバースデマックスを使用する場合には、ラベル信号を用いて、信号列の振り分けや再配置を行う。

図１０は、この実施形態の光通信システムを用いて多重化された光信号列の一例を示す概念図である。図１０において、Ｐ１〜Ｐｎは、それぞれ、ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎ（図１参照）から出力された光バースト信号であり、また、♯を付した数字はバースト信号の並び順を示している。

図８に示したように、この実施形態では、波長毎に個別の電気／光変換器８１０−１〜８１０−ｍを備えているので、複数種類の波長の光を平行して出力することができる。このため、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎは、１波長分の帯域幅よりも広い伝送帯域を使用することも可能になる。

上述のＷＤＭ−ＰＯＮやＤＷＡ−ＰＯＮでは、１加入者が同時に利用できる波長は１種類であるため、加入者の使用帯域幅を広げようとすると、その加入者が使用する光通信回線の最高伝送速度自体を高速化しなければならない。このためには、既存の設備とは別に、高速光通信用の設備を新しく敷設する必要がある。また、ＧＥ−ＰＯＮ等のＴＤＭ−ＰＯＮでは、特定の加入者に認める帯域占有率を高くすれば使用帯域幅を拡大できるが、１波長分の帯域幅を超える高速通信を加入者に提供することはできない。これに対して、この実施形態に係る光通信システムでは、各ＯＮＵが複数種類の波長の光を平行して出力することができるので、ＯＬＴ制御部３０４の制御の変更により加入者に認める帯域占有率を高くするだけで、既存の光通信回線を利用して使用帯域幅を広げることができるだけでなく、１波長分の帯域幅よりも広い伝送帯域を加入者に提供することも可能になる。したがって、この実施形態によれば、既存の設備を有効利用しつつ、加入者が要求する伝送帯域幅の増大に柔軟且つ低コストで対応することができる。

なお、同時に通信を行う加入者が多い場合でもＴＤＭ−ＰＯＮよりも広い伝送帯域を確保でき、ＷＤＭ−ＰＯＮよりも設備規模やコストを低減することができ、且つ、ＤＷＡ−ＰＯＮよりも柔軟性や伝送効率を向上させることができる点は、上述の第１の実施形態と同様である。

第３の実施形態
次に、この発明の第３の実施形態に係る光通信システムについて、図１１および図１２を用いて説明する。

この実施形態は、この発明に係るλ・ＴＤＭＡ方式を、上り方向および下り方向の両方に適用した例である。

図１１は、この実施形態に係るＯＮＵの内部構成を概略的に示すブロック図である。図１１に示したように、この実施形態のＯＮＵは、電気／光変換器１１０１と、バースト光／電気変換器１１０２−１〜１１０２−ｐと、ネットワーク制御部１１０３と、ＷＤＭフィルタ１１０４とを備えている。

電気／光変換器１１０１は、ｍ種類の波長λu1〜λumの光を出力する波長選択光源を用いて電気信号列を光信号列に変換し、ＷＤＭフィルタ１１０４に出力する。電気／光変換器１１０１が生成する光信号列の光波長および出力タイミングは、ネットワーク制御部１１０３によって制御される。

バースト光／電気変換器１１０２−１〜１１０２−ｐは、対応する波長の光（例えばバースト光／電気変換器１１０２−１の場合は波長λd1）をＷＤＭフィルタ１１０４から入力して、電気信号列に変換する。なお、波長の数ｐは、上り方向で使用される波長数ｍと同じでもよいし、異なる値でもよい。

ネットワーク制御部１１０３は、電気／光変換器１１０１が生成する光信号列の光波長および出力タイミングを制御し、また、バースト光／電気変換器１１０２−１〜１１０２−ｐから受け取った電気信号列を時分割分離して、自己のＯＮＵ宛の下り信号列を再生する。

ＷＤＭフィルタ１１０４は、第１の実施形態のＷＤＭフィルタ２０４と同様の、例えば干渉膜型ＷＤＭフィルタである。ＷＤＭフィルタ１１０４は、電気／光変換器１１０１から入力された光から波長λu1〜λumのみを通過させ、且つ、光カプラ１４０から入力された光を波長λd1〜λdpに分離する。

図１２は、この実施形態に係るＯＬＴの内部構成を概略的に示すブロック図である。図１２において、図３と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図３の場合と同じものを示している。

この実施形態のＯＬＴでは、電気／光変換器１２０１が、ｐ種類の波長λd1〜λdpの光を出力する波長選択光源（図示せず）を用いて、電気信号列を光信号列に変換する。

また、ＯＬＴ制御部１２０２は、電気／光変換器１２０１が生成する光信号列の光波長および出力タイミングを制御し、また、バースト光／電気変換器３０２−１〜３０２−ｍから入力した各電気信号列から、各ＯＮＵ１１０−１〜１１０−ｎ（図１参照）に対応する信号列Ｅ１〜Ｅｎを再生する。

この実施形態に係る光通信システムの上り方向の通信動作は、上述の第１の実施形態における上り方向の通信と同様である。また、この実施形態に係る光通信システムの下り方向の通信動作は、ネットワーク制御部１１０３が自己のＯＮＵに対応する信号列のみを再生する点を除いて、上り方向の通信とほぼ同じである。

この実施形態によれば、上り方向の通信に加えて下り方向の通信でもλ・ＴＤＭＡ方式を使用するので、第１の実施形態と同様の効果を下り方向の通信でも得ることができる。すなわち、この実施形態によれば、下り方向の通信でも、同時に通信を行う加入者が多い場合にＴＤＭ−ＰＯＮよりも広い伝送帯域を確保でき、ＷＤＭ−ＰＯＮよりも設備規模やコストを低減することができ、且つ、ＤＷＡ−ＰＯＮよりも柔軟性や伝送効率を向上させることができる。

なお、この実施形態では、第１の実施形態と同じ電気／光変換器（すなわち１個の波長選択光源で複数種類の波長を生成する電気／光変換器）を使用した例を示したが、第２の実施形態と同じ電気／光変換器（すなわちｍ個の固定波長光源を使用する電気／光変換器）を使用することも可能である。さらには、上り方向または下り方向の一方では第１の実施形態と同じ電気／光変換器を使用し、他方では第２の実施形態と同じ電気／光変換器を使用してもよい。

また、この実施形態では、上り方向と下り方向とで個別の光波長を使用したが、上り方向および下り方向に使用する光波長の一部または全部を共通化することも可能である。この場合、例えば、下り方向に対して上り方向の伝送量が非常に少ない時は一種類の光波長のみを上り方向に割り当て、上り方向伝送の比率が増えるにしたがって当該上り方向に割り当てる光波長の数を動的に増やすこととしてもよい。

第１の実施形態に係る光通信システムの全体構成を示す概略図である。第１の実施形態に係る加入者側終端装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。第１の実施形態に係る局側終端装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。第１の実施形態に係る光通信システムの通信原理を説明するための概念図である。第１の実施形態に係る光通信システムの通信原理を説明するための概念図である。第１の実施形態に係る光通信システムの通信原理を説明するための概念図である。第１の実施形態に係る光通信システムの通信原理を説明するための概念図である。第２の実施形態に係る加入者側終端装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。第２の実施形態に係る局側終端装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。第２の実施形態に係る光通信システムの通信原理を説明するための概念図である。第２の実施形態に係る加入者側終端装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。第２の実施形態に係る局側終端装置の内部構成を概略的に示すブロック図である。従来の光通信システムの概略構成を示す概念図である。従来の光通信システムの概略構成を示す概念図である。

符号の説明

１１０−１〜１１０−ｎＯＮＵ
１２０ＯＬＴ
１３０光ファイバ
１４０光カプラ
２０１，３０３電気／光変換器
２０２光／電気変換器
２０３ネットワーク制御部
２０４，３０１ＷＤＭフィルタ
３０２−１〜３０２−ｍバースト光／電気変換器
３０４ＯＬＴ制御部

Claims

ｎ台（ｎは３以上の自然数）の加入者側終端装置と、１台の局側終端装置と、当該局側終端装置に接続された光通信路をｎ分岐して当該加入者側終端装置にそれぞれ接続する光結合器とを備える光通信システムであって、
前記加入者側終端装置及び前記局側終端装置の少なくとも前記加入者側終端装置の送信器が、
ｍ種類（ｍは２以上の自然数、ｍ＜ｎ）の光波長を選択的に使用して、外部から入力した電気信号列を光信号列に変換する電気／光変換部と、
前記光通信路を伝送される前記光信号列が時分割多重化および波長分割多重化されるように、前記電気／光変換器が選択する光波長と当該光信号列の出力タイミングとを１個の前記光信号列毎に、前記加入者側終端装置が送信する光バースト信号に基づいて制御する送信制御部と、
を備えており、
前記電気／光変換部が、波長毎に電気／光変換器を備え、複数種類の波長が互いに異なる光信号列を時間軸上で重なり合う部分を含んで並列させて出力することが可能とされている
ことを特徴とする光通信システム。
前記送信器が前記加入者側終端装置の送信器であり、前記送信制御部に選択された光波長および出力タイミングにしたがって、当該光波長が異なる複数の前記光信号列を、ｍ種類の波長λu1〜λumの光を出力する波長選択光源を１個備えて構成される前記電気／光変換器によって並列的に時間軸上で重なり合う部分を含んで生成し、これらの光信号列を波長分割多重化した信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
前記送信器が前記加入者側終端装置の送信器であり、且つ、前記局側終端装置の受信器が、
前記加入者側終端装置から送られた前記光信号列を波長分離する波長分波フィルタと、
当該波長分波フィルタで波長分離された前記光信号列をそれぞれ電気信号列に変換する光／電気変換器と、
当該光／電気変換器から出力された電気信号列を、対応する前記加入者側終端装置ごとに再配列する受信制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
前記送信器が前記加入者側終端装置の送信器であり、
前記局側終端装置が、送信許可信号に波長識別符号を格納して、前記加入者側終端装置に送信し、
当該加入者側終端装置が、当該送信許可信号に対応する光信号列に、当該波長識別符号を格納して返送する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光通信システム。
前記送信器が前記局側終端装置の送信器であり、且つ、前記加入者側終端装置の受信器が、
前記局側終端装置から送られた前記光信号列を波長分離する波長分波フィルタと、
当該波長分波フィルタで波長分離された該光信号列のうち、当該加入者側終端装置に対応する該光信号列を前記電気信号列に変換する光／電気変換器と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光通信システム。
前記加入者側終端装置と前記局側終端装置との両方が前記送信器を備え、
前記加入者側終端装置が送信する前記光バースト信号に基づいて前記加入者側終端装置と前記局側終端装置との上り・下り両方向の通信に使用される光波長の一部または全部を共通化し、且つ、
上り方向に割り当てられる光波長の数と下り方向に割り当てられる光波長の数との比を、当該上り方向および下り方向の伝送データ量の変化に応じて動的に変化させる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光通信システム。