JP5085498B2

JP5085498B2 - 光アクセスシステム

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Publication number: JP5085498B2
Application number: JP2008264153A
Authority: JP
Inventors: 泰彦中西; 隆義田代; 章子荒木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-10-10
Also published as: JP2010093717A

Description

本発明は、光アクセスシステムに関する。

複数の音源信号が混合された混合信号から、混合前の音源信号を分離・抽出する技術として、音源信号や混合過程の情報を用いずに、混合前の音源信号を分離・抽出するブラインド信号分離技術が、従来から知られている。

図２２は、このブラインド音源分離技術の概念を示す図である。

この図２２に示すように、ブラインド信号分離技術では、複数（この例ではＮ個）の音声発生部２０１−１〜２０１−Ｎ（以下、個々に区別する必要がない場合、単に、音声発生部２０１と称する。他の場合においても同様とする）から発せられた音声信号Ｓ_i（i＝1，・・・，Ｎ）が混合し、複数（この例ではＭ個）の収音部２０２−１〜２０２−Ｍで観測される状況下において、信号分離部２０３において、その観測信号ｘ_j（j＝1，・・・，Ｍ）のみから、元の音声信号と推測される分離信号ｙ_k（k＝1，・・・，Ｎ）が取り出される。

音声発生部２０１の数Ｎと収音部２０２の数ＭがＭ≦Ｎの関係にある場合の信号分離手法として、時間周波数マスクを利用する方法がある。

この手法では、Ｎ個の音声発生部２０１は統計的に互いに独立であり、それぞれの信号は十分スパースであると仮定される。また「スパース」とは、信号が殆どの時刻において０であることを指し、このスパース性は、例えば時間周波数領域の音声信号で確認される。

このように相互独立性と信号のスパース性とを仮定することができる場合、複数の信号が同時に存在していても、各時間周波数ポイントで互いに重なって観測される確率が低いと考えられる。従って、各時間周波数ポイントの収音部２０２における観測信号ｘが、その時間周波数ポイントでアクティブな１つの信号のみから成ると仮定することができる。

そこで観測信号ｘを適当な特徴量によりクラスタリングし、各クラスタにおける観測信号ｘの時間周波数に対応する観測信号ｘを抽出する時間周波数マスクを推定すれば、各信号を分離することができる。この方法についての詳細は特許文献１や非特許文献２に記載されている。

特許文献１や非特許文献２に記載された方法では、各音源と複数の収音デバイス間の距離が異なることで生じる信号間の遅延差が、特徴量として利用されている。

この場合観測信号x_jは、式（１）で表される。

式（１）中、a_ij及びτ_ijは、図２２の例における音声発生部２０１−ｉの収音部２０２−ｊでの減衰及び遅延であり、音源と収音デバイスとの距離により音源に唯一の値となるものと仮定される。

例えば、収音部２０２が２個（Ｍ＝２）で、信号間の遅延差が特徴量である場合、式（２）で表される特徴量が全ての時間周波数f，tで計算され（ここで、ｘ_j（f、t）は観測信号x_j（t）に短時間フーリエ変換を施したもの）、次にこの特徴量がクラスタリングされる。

それぞれのクラスタＣ_iがそれぞれの音声信号Ｓ_iに対応する。このクラスタリング結果をもとに、時間周波数マスクは、式（３）により計算され、この時間周波数マスクを利用して時間周波数領域における分離信号は例えば、式（４）により得られる。

そしてこの時間周波数領域の分離信号が逆短時間フーリエ変換により時間領域の信号に変換され、最終的な分離信号ｙが得られる。

この技術は、分離に際して個々人の音声を学習する必要がないためリアルタイム性に優れていることから、ユーザ数が多くかつ遅延が許されない電話などの音声通信のアプリケーションに適している。

ところで通信ネットワークにおいて、ＰＯＮ（Passive Optical Network）と呼ばれるトポロジをとった光アクセスシステムが普及しつつある。

図２３は、ＰＯＮシステムの構成例を示す図である。ＰＯＮシステムでは、１台の局内装置２１１に複数台の加入者装置２１２が光ファイバ２１３及びパワースプリッタ２１４を介して接続されている。

このように一台の局内装置２１１に複数の加入者装置２１２が接続されているので、サービスにかかる費用を複数の加入者に分散させることができ、サービス提供価格を低減することができる。しかしながら加入者装置２１２そのものは、ユーザ各自が保有する必要があるので、このような費用の分散的な効果がなく、例えば部材の削減等の低コスト化を図ることが望まれる。そこで上述したブラインド音源分離技術の適用が期待されている。

例えば上り音声信号の分離技術としてブラインド音源分離技術を適用し、音声信号を分離できれば、加入者装置２１２にユーザ多重を実現する機能が不要となるため、加入者装置２１２の部材を削減でき、サービス提供価格の低減を図ることができる。

ＷＯ２００６／０８５５３７ S．Araki， H．Sawada， R．Mukai，S．Makino， "UnderdeterminedBlind Sparse Source Separation for Arbitrarily Arranged Multiple Sensors"，Signal Processing，87pp. 1833-1847, EIsevier,1March 2007.

しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載の方法では、複数の音源と複数の収音デバイスは同一の空間にあることを前提としているため、それぞれの音源が異なる空間に設置されている光アクセスシステムへの適用は困難である。

さらには、特許文献１や非特許文献１に記載の方法では、音声帯域信号（３００〜４ｋＨｚ程度）を音源分離するために、収音デバイスを空間的に離して設置することで、音声信号間にミリ秒程度の遅延差を生じさせているが、光アクセスシステムでは、最大距離である２０ｋｍを考えても光信号が伝播する時間は約１００μ秒しかかからず、光伝送においてミリ秒単位の遅延差を生じさせることは極めて困難である。従って特許文献１や非特許文献１に記載の方法を、そのまま光アクセスシステムに適用することはできない。

本発明は、上記の点に鑑み、上り信号をブラインド音源分離技術により分離可能とする光アクセスシステムを提供するものである。

本発明の光アクセスシステムは、光伝送路及びパワースプリッタを介して接続される局内装置と加入者装置とからなる光アクセスシステムにおいて、加入者装置は、２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号によって変調する変調手段を有し、局内装置は、信号の分離にブラインド音源分離を行う分離手段を有し、分離手段は、パワースプリッタにより混合された、複数の加入者装置の変調手段により音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を波長毎に分波し、波長分散量の差によって生じる波長毎の信号間の遅延差をブラインド音源分離技術における特徴量として用いることにより、ブラインド音源分離によって加入者装置毎の信号に分離することを特徴とする。

加入者装置とパワースプリッタ間に、遅延線が設置されているようにすることができる。

加入者装置は、２個以上の異なる波長を有する上り信号を生成する生成手段をさらに有し、加入者装置の変調手段は、生成手段により生成された２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号で変調することができる。

局内装置は、２個以上の異なる波長を有する上り信号を生成する生成手段をさらに有し、生成手段により生成された２個以上の異なる波長を有する上り信号は、加入者装置に送信され、加入者装置の変調手段は、局内装置から送信されてきた２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号で変調することができる。

加入者装置は、音声信号によって変調される２個以上の異なる波長を有する上り信号を、高周波変調する高周波変調手段をさらに有し、高周波変調手段により高周波変調された音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号は、局内装置に送信され、局内装置の分離手段は、加入者装置から送信されてきた、高周波変調された音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、ブラインド音源分離によって加入者装置毎の信号に分離することができる。

局内装置は、音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、高周波変調する高周波変調手段をさらに有し、局内装置の分離手段は、高周波変調手段により高周波変調された音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、ブラインド音源分離によって加入者装置毎の信号に分離することができる。

局内装置は、２個以上の異なる波長を有する上り信号を高周波変調する高周波変調手段をさらに有し、高周波変調手段により高周波変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号は、加入者装置に送信され、局内装置の分離手段は、加入者装置から送信されてきた、音声信号によって変調された高周波変調手段により高周波変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、ブラインド音源分離によって加入者装置毎の信号に分離することができる。

局内装置は、分離手段によるブラインド音源分離によって分離された加入者装置毎の信号を復調して、音声信号を抽出する復調手段をさらに有することができる。

高周波変調を行う周波数は、複数の加入者装置からの上り信号光間で発生する波長分散量の差によって生じる時間遅延量の差の逆数の１／２以下であるようにすることができる。

本発明によれば、光アクセスシステムにおいて、上り信号をブラインド音源分離技術により分離することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムを、図面に基づいて説明する。なおこの光アクセスシステムは、例えばＰＯＮ（Passive
Optical Network）システムを構成する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、Ｎ個の加入者装置１２−１〜１２−Ｎ（以下、個々に区別する必要がない場合、単に、加入者装置１２と称する。他の場合においても同様とする）と局内装置１５が、光ファイバ１３及びパワースプリッタ１４を介して接続されている。

Ｎ個の加入者装置１２−１〜１２−Ｎのそれぞれには、音声発生部１１−１〜１１−Ｎを介して提供された加入者の音声信号Ｓ₁〜Ｓ_Nが供給される。加入者装置１２−１は、Ｍ（２以上の整数）個のレーザ送信部２１−１〜２１−Ｍ、合波部２２、及び音声／光変調部２３を有して構成される。なおここでは加入者装置１２から局内装置１５への上り通信に必要な構成のみが図示されている。

Ｍ個のレーザ送信部２１−１〜２１−Ｍは、それぞれ異なる波長λ₁〜λ_Mの光信号を送出する。レーザ送信部２１により送出された光信号は、合波部２２に入力される。なお使用される波長λの種類の数Ｍは、２以上の任意の数とすることができるが、レーザ送信部２１を具備するコストを削減するために、加入者装置１２の数Ｎとの関係において、Ｍ≦Ｎとすることが望ましい。

合波部２２は、入力されたレーザ送信部２１−１〜２１−Ｍからの光信号を合波して、音声／光変調部２３に出力する。

音声／光変調部２３には、合波部２２からの光信号の他、音声発生部１１−１から加入者装置１２−１に供給された音声信号Ｓ₁も入力される。音声／光変調部２３は、入力された光信号の強度を、入力された音声信号Ｓ₁の振幅の変化に基づいて変調する。

音声／光変調部２３により音声信号Ｓ_１によって変調された光信号は、上り信号光として光ファイバ１３に送出される。

即ち加入者装置１２−１では、Ｍ種類の波長を有する上り信号光が、音声発生部１１−１から加入者装置１２−１に供給された音声信号Ｓ₁によって変調されて、光ファイバ１３に送出される。

その他の加入者装置１２−２（図示せぬ）〜１２−Ｎも、加入者装置１２−１と同様に構成されている。即ち加入者装置１２−２〜１２−Ｎでも、Ｍ種類の波長を有する上り信号光が、音声発生部１１−２（図示せぬ）〜１１−Ｎから加入者装置１２−２〜１２−Ｎに供給された音声信号Ｓ₂（図示せぬ）〜Ｓ_Nによって変調されて、光ファイバ１３に送出される。

なお図１及び後述する図においては、加入者装置１２−１と１２−Ｎの構成のみ図示し、加入者装置１２−Ｎの構成部には、対応する加入者装置１２−１の構成部と同じ符号が付されている。

パワースプリッタ１４は、加入者装置１２−１〜１２−Ｎから光ファイバ１３に送出された上り信号光を混合する。パワースプリッタ１４により混合された、加入者装置１２−１〜１２−Ｎからの上り信号光は、局内装置１５に到達する。

局内装置１５は、分波部３１、Ｍ個の受信部３２−１〜３２−Ｍ、Ｍ個のＡＤ変換部３３−１〜３３−Ｍ、及び信号処理部３４で構成されている。ここでは上り通信に必要な構成のみが図示されている。

分波部３１は、局内装置１５に到達した、パワースプリッタ１４により混合された各加入者装置１２からの上り信号光を波長λ₁〜λ_M毎に分波し、それぞれの波長λの上り信号光を受信する受信部３２−１〜３２−Ｍに出力する。各受信部３２−１〜３２−Ｍは、受信した上り信号光を電気信号に変換し、対応するＡＤ変換部３３−１〜３３−Ｍに出力する。ＡＤ変換部３３−１〜３３−Ｍは、受信部３２から入力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換して、信号処理部３４に出力する。

信号処理部３４は、ＡＤ変換部３３−１〜３３−Ｍから入力された電気信号に基づいて、ブラインド音源分離技術に基づく処理（以下、ブラインド音源分離処理と称する）を実行し、音声信号Ｓ₁〜Ｓ_Nとして、分離信号y₁〜ｙ_Nを分離する。

即ち局内装置１５では、局内装置１５に到達した、パワースプリッタ１４により混合された各加入者装置１２からの上り信号光が、波長λ₁〜λ_M毎に分波されてデジタル信号化され、信号処理部３４において、ブラインド音源分離処理により、音声信号Ｓ₁〜Ｓ_Nとして、分離信号y₁〜ｙ_Nが分離される。

例えばある加入者装置１２とパワースプリッタ１４間の距離と、他のある加入者装置１２とパワースプリッタ１４間の距離が異なる場合、それらの加入者装置１２とパワースプリッタ１４間で生じる波長分散量はそれぞれ異なる値をとる。また波長分散量によって、局内装置１５が受信するまでの時間に遅延が発生する。従ってパワースプリッタ１４間の距離が異なる加入者装置１２（例えば、加入者装置１２−１と１２−Ｍ）から送信されてきた同じ波長（例えば、λ1）の受信信号間には、パワースプリッタ１４との距離に応じた各信号の波長分散量の差に対応する遅延差が生じる。このことから波長分散量の差によって生じる、波長毎の信号間の遅延差は、ブラインド音源分離技術における特徴量として、図２２の例における遅延差と等価である。そこで信号処理部３４では、波長分散量の差による遅延差を特徴量とするブラインド音源分離処理が行われる。例えば図２２の構成に対応して説明すれば、各音声信号Ｓ₁〜Ｓ_Nが、Ｍ個の波長λ毎に観測される状況に相当するので、波長分散量の差を特徴量とすることにより、ブラインド音源分離技術を適用することができる。

即ち式（１）で表される観測信号ｘ_jのａ_ijとτ_ijは、音声信号Ｓ_iの受信部３２−ｊでの減衰及び波長分散量の差による遅延差となる。

また、例えば、波長λを２種類とした場合の式（２）で表される特徴量（即ち、波長分散量の差）が全ての時間周波数f，tで計算され（ここで、x_j（f、t）は観測信号x_j（t）に短時間フーリエ変換を施したもの）、次にこの特徴量がクラスタリングされる。

それぞれのクラスタＣ_iがそれぞれの音声信号Ｓ_iに対応する。このクラスタリング結果をもとに、時間周波数マスクが、式（３）により計算され、その時間周波数マスクを利用して、時間周波数領域における分離信号は、例えば、式（４）により得られる。

なおこの例の場合、加入者装置１２の数Ｎと波長λの種類の数Ｍにおいて、Ｍ≦Ｎの関係が成り立っている。またＮ個の音声発生部１１は統計的に互いに独立であり、それぞれの信号は十分スパースであると仮定される。即ちブラインド音源分離技術を利用するのに必要な前提は成立している。

以上のように、各加入者装置１２が、２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号によって変調して、光ファイバ１３に送信し、局内装置１５が、パワースプリッタ１４により混合された、複数の加入者装置１２により音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を波長毎に分波し、波長分散量の差による遅延差を特徴量としてブラインド音源分離処理を施すようにしたので、異なる空間にある音声発生装置１１（即ち音源）からの音声信号を、例えばブラインド音源分離処理により加入者装置１２の音声信号を分離することができる。

なお以上においては、音声／光変調部２３（即ち外部変調器）により上り信号光に変調をかけたが、それぞれのレーザ送信部２１を直接変調してもよい（直接光変調方式）。

また上り信号で生じるビート雑音を抑圧するために、レーザ送信部２１として、線幅が数ｎｍ程度有するものを利用することができる。例えばＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源やＳＬＤ(Super
Luminescent Diode)を利用することができる。

図２は、レーザ送信部２１を、ＡＳＥ光源やＳＬＤで構成した場合の加入者装置１２の構成例を示すブロック図である。

レーザ送信部２１をＡＳＥ光源やＳＬＤで構成すると、広帯域な光信号を発振することができるので、図２に示すように、レーザ送信部２１を１つにすることができる。なおこの場合分波部４１が、合波部２２と音声／光変調部２３の間に設けられ、分波部４１によって、数ｎｍ程度の線幅を有する２つ以上の複数の異なる波長λが取り出される。

なお波長分散量の差と時間遅延量の検出に必要なビット分解能の関係により、波長分散量を多く取れる方が好ましい。波長分散量を多く取るためには、波長間隔を広い方がよい。例えば約1300nm近辺と1580nm近辺の光が、3nm幅程度で２波必要となる。しかしながら、現実の広波長帯域光源では、これらの波長を全部カバーすることができない。例えば、1300nm、1550nm、又は1575nm中心に数十nm幅や、別光源を用いても100nm幅程度が限界である。そこで図３に示すように、ＡＳＥ光源やＳＬＤから構成されるレーザ送信部２１を２つ（又はそれ以上）用意することにより、波長間隔を広くとることができる。

また図４に示すように、図２の例における合波部２２及び分波部４１を設けないようにすることができる。合波部２２及び分波部４１が設けないようにすることにより、ユーザ装置２１の部材をさらに減らすことができる。

なお、図１〜図４、並びに後述する図における加入者装置１２及び局内装置１５には、上り通信に必要な構成のみが示されているが、実際には、下り通信に必要な構成も設けられている。例えば、一般の光アクセスシステムと同様に、局内装置１５側には、下り通信用のレーザ送信部が、そして加入者装置１２側に受信部が設けられ、局内装置１５及び加入者装置１２の両方に、上り信号光と下り信号光を合分波する合分波部が設けられている。

［第２の実施形態］
図５は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。ここでも上り通信に必要な構成のみが示されている。なお後述する光アクセスシステムの他の構成例を示す図でも、上り通信に必要な構成のみが示されている。

この光アクセスシステムでは、図１に示す各加入者装置１２とパワースプリッタ１４の間に遅延線５１−１〜５１−Ｎが設けられている。他の構成は図１の例の場合と同様である。

図１の例（即ち第１の実施形態）では、遅延差をそれぞれの加入者装置１２とパワースプリッタ１４間の距離のみに依存しているが、このように加入者装置１２とパワースプリッタ１４間に加入者によって異なる遅延線５１を設置し、遅延差をより大きなものとすることもできる。

それぞれの加入者装置１２とパワースプリッタ１４間の距離差が小さく微小な遅延差しかとれない場合においても、このように遅延線５１を配置することで、大きな遅延差を有することが可能となる。

また加入者装置１２とパワースプリッ夕１４間の距離が全く同じ場合においても遅延線５１を用いて異なる遅延差となるようにすることが可能となる。

また遅延線５１は、加入者装置１２内に設置することもできる。

［第３の実施形態］
図６は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１に示す加入者装置１２から、レーザ送信部２１及び合波部２２が削除され、局内装置１５に、Ｍ個のレーザ送信部６１及び合波部６２、及び方向性分波部６３が設けられている。他の構成は、図１における場合と同様である。

図１及び図２の例（第１の実施形態）、並びに図５の例（第２の実施形態）では、上り信号光は加入者装置１２で生成されていたが、この実施の形態では、上り信号は、局内装置１５において、Ｍ個のレーザ送信部６１及び合波部６２で生成され、その上り信号光（無変調の信号光）が、方向性分波部６３を介して各加入者装置１２に送信され、加入者装置１２がその上り信号を音声信号で変調して局内装置１５に戻すループバック構成が採用されている。

具体的には、局内装置１５から送信された上り信号光は、パワースプリッタ１４を経て各加入者装置１２に到達する。各加入者装置１２に到達した上り信号光は、それぞれの加入者装置１２の音声／光変調部２３において音声信号Ｓによって変調される。いまの場合の音声／光変調部２３を反射型構造とすることで、変調がかかった上り信号光がパワースプリッタ１４を経て局内装置１５側に伝送される。局内装置１５に到達した上り信号光は、方向性分波部６３及び分波部３１を介して、受信部３２に受信される。

このようにレーザ送信部６１等を局内装置１５に置くようにしたので、加入者装置１２の部材（レーザ送信部２１及び合波部２２）を削減することができ、加入者装置１２の低コスト化を図ることができる。

なおここでは加入者装置１２の音声／光変調部２３を反射型構造としたが、図７に示すように方向性分波部７１を使ったループ型構造とすることができる。

また上り信号で生じるビート雑音を抑圧するために、局内装置１５のレーザ送信部６１として、線幅が数ｎｍ程度有するものを利用することができる。例えばＡＳＥ光源やＳＬＤを利用することができる。

図８は、レーザ送信部６１を、ＡＳＥ光源やＳＬＤで構成した場合の局内装置１５の構成例を示すブロック図である。

レーザ送信部６１をＡＳＥ光源やＳＬＤで構成すると、広帯域な光信号を発振することができるので、図２の場合と同様に、レーザ送信部６１を１つにすることができる。なおこの場合分波部８１がレーザ送信部６１と合波部６２との間に設けられ、分波部８１によって数ｎｍ程度の線幅を有する２つ以上の複数の異なる波長λが取り出される。

また図３及び図４に示した場合と同様に、図９及び図１０に示すように、ＡＳＥ光源やＳＬＤから構成されるレーザ送信部２１を２つ（又はそれ以上）設けることもでき、図８の例における合波部２２及び分波部４１を設けないようにすることができる。合波部２２及び分波部４１が設けないようにすることにより、ユーザ装置２１の部材をさらに減らすことができる。

［第４の実施形態］
図１１は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１に示す各加入者装置１２内に、変調信号発生部９１が設けられ、局内装置１５に、Ｍ個の復調部１０１−１〜１０１−Ｍが設けられている。他の構成は図５の例の場合と同様である。

図５の例（第２の実施形態）では、遅延線５１を設置することで遅延差の拡大を図りブラインド音源分離技術の適用を図っていたが、この実施の形態は、高周波変調することで微小な遅延差を直接観測できるようにして、音声信号の分離を行うようにしたものである。

加入者装置１２側において、上り信号光が音声信号Ｓで強度変調された後にさらに高周波信号で強度変調される。又はその逆の順番で強度変調される。その結果、上り信号光は音声信号と高周波信号との積信号で強度変調されることになる。

図１１の例では、変調信号発生部９１から音声信号より高周波な信号が音声／光変調部２３に供給される。即ち音声発生部１１から加入者装置１２に供給された音声信号Ｓによって変調されたＭ種類の波長を有する上り信号光が、さらに高周波に変調される。

このようにして生成された各加入者装置１２の上り信号光はパワースプリッタ１４によって混合され、局内装置１５に到達する。局内装置１５に到達した上り信号光は、分波部３１によって波長λ毎に分波され受信部３２によって受信され、その後ＡＤ変換部３３でデジタル信号化され、信号処理部３４に送られる。

信号処理部３４では、ブラインド音源分離処理によって、高周波に変調された状態の音声信号に分離され、復調部１０１で、復調されて、音声信号Ｓ₁〜Ｓ_Nとして、音声信号ｙ₁〜ｙ_Nが抽出される。

ここで高周波変調による効果について説明する。例えば時間的にずれた同一周波数の２つの信号をそれぞれsin(２πft)，sin{２πf(t＋Δt)}とすると、この２信号間の振幅差は、式（５）で表される。
f（t）＝sin（２πft）−sin{２πf(t＋Δt)}・・・（５）

この式（５）の最大値は、式（６）に示すようになる。

よって、時間差Δｔが一定ならば周波数ｆが高いほど２信号間の振幅差の最大値が大きくなり、２信号の違いを判別するためのＡＤ変換の量子化ビット数が小さくて済む。ＡＤ変換において２信号間の位相差を求めるために必要な最低限の量子化ビット数をｎとすると、式（７）に示す関係が成り立つ。

従って、音声信号を高周波変調し、信号周波数を高周波に変換することによって、式（７）の左辺の値が大きくなり、量子化ビット数ｎをより小さな値にすることができ、微小な遅延差を、少ない量子化ビット数のＡＤ変換により直接観測することが可能となる。

図１２は、距離分解能をＡＤ変換に求められるビット分解能との関係を示す図である。横軸は遅延時間から変換された距離分解能、縦軸はＡＤ変換に求められるビット分解能を表している。図１２には、サンプリングレー卜１０ｋＨｚとサンプリングレート１０ＭＨｚの市販されているＡＤ変換器の能力の限界ＬＬ１，ＬＬ２も併せて示されている。

線Ｌ1は高周波変調をかけない場合、線Ｌ2は高周波変調（この例の場合、４ＭＨzの高周波変調）をかけた場合における距離分解能とＡＤ変換に求められるビット分解能との関係を示している。

ＰＯＮシステムを用いた光アクセスサービスにおいては、加入者宅が隣接している場合も想定されるので、距離分解能はメートルオーダーが要求される。図１２から、線Ｌ1によれば、高周波変調をかけない場合、メートルオーダーの距離分解能を得るために必要なビット分解能は約２６ｂｉtである。しかしながら、サンプリングレート１０ｋＨzのＡＤ変換については現在、２４ｂｉt程度のＡＤ変換器しか市販されていないため（ＬＬ１）、高周波変調しない場合には、市販のＡＤ変換器を利用することができない。一方、線Ｌ2によれば、高周波変調をかけた場合、メートルオーダーの距離分解能を得るために必要なビット分解能は約１４ｂｉｔとなり、高周波変調しない場合に比べ求められるビット分解能が約１２ｂｉｔ低下する。サンプリングレート１０ＭＨｚのＡＤ変換については現在、１６ｂｉｔ程度のＡＤ変換器が市販されているため（ＬＬ２）、高周波変調をかけることにより、市販のＡＤ変換器を利用してメートルオーダーの分解能を実現することが可能となる。

高周波変調を行う周波数については、その周波数を、異なる２つの上り信号光間で発生する波長分散量の差によって生じる時間遅延量の差の逆数の１／２以下とすると、空間的折り返し現象が発生せず、光アクセスシステムの最大距離においても正確にブラインド音源分離技術を適用することができる。なお空間的折り返し現象については、”音響システムとディジタル処理”（大賀寿朗，山崎芳男，金田豊共作，社団法人電子情報通信学会，１９９５年出版）のp180等に記載されている。

高周波変調を行うことにより、以上のような効果を得ることができる。

なお以上においては、音声／光変調部２３（即ち外部変調器）で音声変調及び高周波変調をかけているが、それぞれのレーザ送信部２１を直接変調してもよい（直接光変調方式）。

［第５の実施形態］
図１３は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１１に示す加入者装置１２の音声／光変調部２３に接続されていた変調信号発生部９１が、各レーザ送信部２１の前段にそれぞれ接続されている。他の構成は図１１の例の場合と同様である。

図１１の例（即ち第４の実施形態）では、光段で高周波変調を行っていたが、この実施の形態では、レーザ送信部２１の前段の電気段において高周波変調が行われている。

［第６の実施形態］
図１４は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１１及び図１３の加入者装置１２内に設けられていた変調信号発生部９１が、変調信号発生部１１１として局内装置１５内に設けられている。局内装置１５内にはまた、Ｍ個の変調部１１２−１〜１１２−Ｍが設けられている。他の構成は図１１及び図１３の例の場合と同様である。

図１１の例（即ち第４の実施形態）、及び図１３の例（即ち第５の実施形態）では、加入者装置１２側において高周波変調を行っていたが、この実施の形態では、局内装置１５側において高周波変調が行われている。

このように変調信号発生部１１１等を局内装置１５に設けるようにしたので、加入者装置１２の部材を削減でき低コスト化を図ることができる。

［第７の実施形態］
図１５は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１４に示す局内装置１５の受信部３２の前段に設置されていた変調信号発生部１１１及び変調部１１２が、受信部３２の後段に設けられている。他の構成は図１４の例の場合と同様である。

図１４の例（即ち第６の実施形態）では、受信部３２の前段の光段で高周波変調が行われていたが、この実施の形態では、受信部３２の後段の電気段において高周波変調が行われている。

［第８の実施形態］
図１６は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１１に示す加入者装置１２から、Ｍ個のレーザ送信部２１及び合波部２２が削除され、局内装置１５に、Ｍ個のレーザ送信部６１及び合波部６２、及び方向性分波部６３が設けられている。

図１１の例（即ち第４の実施形態）では、上り信号光は加入者装置１２において生成されていたが、この実施の形態では、上り信号は、局内装置１５において、Ｍ個のレーザ送信部６１及び合波部６２で生成され、その上り信号光（無変調の信号光）が、方向性分波部６３を介して加入者装置１２に送信され、加入者装置１２がその上り信号を音声信号で変調して局内装置１５に戻すループバック構成が採用されている。

［第９の実施形態］
図１７は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１６に示す加入者装置１２の、音声／光変調部２３に接続されていた変調信号発生部９１が、変調部１１２とともに、音声／光変調部２３の前段に設けられている。他の構成は図１６の例の場合と同様である。

図１６の例（即ち第８の実施形態）では、変調信号発生部９１を音声／光変調部２３に接続し、光段で高周波変調を行っていたが、この実施の形態では、音声／光変調部２３の前段の電気段において高周波変調が行われている。

［第１０の実施形態］
図１８は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１６に示す加入者装置１２から、変調信号発生部９１が削除され、又は図１７に示す加入者装置１２から、変調信号発生部９１及び変調部１１２が削除され、図１６及び図１７の局内装置１５に、Ｍ個の変調信号発生部１１１とＭ個の変調部１１２が設けられている。

図１６の例（即ち第８の実施形態）及び図１７の例（即ち第９の実施形態）では、加入者装置１２側において高周波変調を行っていたが、この実施の形態では、局内装置１５側において高周波変調が行われている。

［第１１の実施形態］
図１９は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１８に示す局内装置１５の受信部３２の前段に設置されていた変調信号発生部１１１及び変調部１１２が、受信部３２の後段に設けられている。他の構成は図１８の例の場合と同様である。

図１８の例（即ち第１０の実施形態）では、変調信号発生部１１１及び変調部１１２を局内装置１５の受信部３２の前段に設置し、光段で高周波変調を行っていたが、この実施の形態では、受信部３２の後段の電気段において高周波変調が行われている。

［第１２の実施形態］
図２０は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図１８に示す局内装置１５の受信部３２の前段に設置されていた変調信号発生部１１１及び変調部１１２、又は図１９に示す局内装置１５の受信部３２の後段に設置されていた変調信号発生部１１１及び変調部１１２が、レーザ送信部６１の前段に設置され、送信時に高周波変調が行われている。他の構成は図１８及び図１９の例の場合と同様である。

図１８の例（第１０の実施形態）及び図１９の例（第１１の実施形態）では、局内装置１５の受信側で高周波変調していたが、この実施の形態では、上り信号の送信時に高周波変調が行われている。

［第１３の実施形態］
図２１は、本発明の実施の形態に係る光アクセスシステムの他の構成例を示すブロック図である。

この光アクセスシステムでは、図２０に示す局内装置１５のレーザ送信部６１の後段に設置されていた変調信号発生部１１１が、レーザ送信部６１の前段に設けられ、変調部１１２が削除されている。他の構成は図２０の例の場合と同様である。

図２０の例（即ち第１２の実施形態）では、レーザ送信部６１の後段に設置された変調信号発生部１１１及び変調部１１２によって（即ち光段で）、高周波変調されていたが、この実施の形態では、レーザ送信部６１の前段に設置された変調信号発生部１１１によって（即ち電気段において）、高周波変調が行われている。

なお上述した図１１、図１３から図２１に示す局内装置１５には復調部１０１が設けられていたが、復調部１０１を設けずに、高周波によって変調された音声信号がそのまま出力されるように局内装置１５を構成することもできる。

本発明を適用した光アクセスシステムの第１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第３の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第３の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第３の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第３の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第３の実施の形態の他の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第４の実施の形態の構成例を示すブロック図である。距離分解能をＡＤ変換に求められるビット分解能との関係を示す図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第５の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第６の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第７の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第８の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第９の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１０の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１１の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１２の実施の形態の構成例を示すブロック図である。本発明を適用した光アクセスシステムの第１３の実施の形態の構成例を示すブロック図である。ブラインド音源分離技術を概念的に示す図である。ＰＯＮシステムの構成例を示す図である。

符号の説明

１１音声発生部，１２加入者装置，１３光ファイバ，１４パワースプリッタ，１５局内装置，２１レーザ送信部，２２合波部，２３音声／光変調部，３１分波部，３２受信部，３３ＡＤ変換部，３４信号処理部，４１分波部，５１遅延線，６１レーザ送信部，６２合波部，６３方向性分波部，７１方向性分波部，８１分波部，９１変調信号発生部，１０１復調部，１１１変調信号発生部，１１２変調部，１２１変調部

Claims

光伝送路及びパワースプリッタを介して接続される局内装置と加入者装置とからなる光アクセスシステムにおいて、
前記加入者装置は、
２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号によって変調する変調手段を有し、
前記局内装置は、
信号の分離にブラインド音源分離を行う分離手段を有し、
前記分離手段は、
前記パワースプリッタにより混合された、複数の前記加入者装置の前記変調手段により音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を波長毎に分波し、波長分散量の差によって生じる波長毎の信号間の遅延差をブラインド音源分離技術における特徴量として用いることにより、前記ブラインド音源分離によって前記加入者装置毎の信号に分離する
ことを特徴とする光アクセスシステム。
光伝送路及びパワースプリッタを介して接続される局内装置と加入者装置とからなる光アクセスシステムにおいて、
前記加入者装置は、
２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号によって変調する変調手段と、
前記音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、高周波変調する高周波変調手段と
を有し、
前記高周波変調手段により高周波変調された前記音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号は、前記局内装置に送信され、
前記局内装置は、
信号の分離にブラインド音源分離を行う分離手段を有し、
前記局内装置の前記分離手段は、
前記パワースプリッタにより混合された、複数の前記加入者装置から送信されてきた、前記高周波変調された前記音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、前記ブラインド音源分離によって前記加入者装置毎の信号に分離する
ことを特徴とする光アクセスシステム。
光伝送路及びパワースプリッタを介して接続される局内装置と加入者装置とからなる光アクセスシステムにおいて、
前記加入者装置は、
２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号によって変調する変調手段を有し、
前記局内装置は、
前記パワースプリッタにより混合された、複数の前記加入者装置から送信されてきた、前記音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を高周波変調する高周波変調手段と、
信号の分離にブラインド音源分離を行う分離手段と
を有し、
前記局内装置の前記分離手段は、
前記高周波変調手段により高周波変調された前記音声信号によって変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、前記ブラインド音源分離によって前記加入者装置毎の信号に分離する
ことを特徴とする光アクセスシステム。
光伝送路及びパワースプリッタを介して接続される局内装置と加入者装置とからなる光アクセスシステムにおいて、
前記加入者装置は、
前記局内装置から送信されてきた２個以上の異なる波長を有する上り信号を音声信号によって変調する変調手段を有し、
前記局内装置は、
前記２個以上の異なる波長を有する上り信号を生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記２個以上の異なる波長を有する上り信号を高周波変調する高周波変調手段と、
信号の分離にブラインド音源分離を行う分離手段と
を有し、
前記高周波変調手段により高周波変調された前記２個以上の異なる波長を有する上り信号は、前記加入者装置に送信され、
前記局内装置の前記分離手段は、
前記パワースプリッタにより混合された、複数の前記加入者装置から送信されてきた、前記音声信号によって変調された前記高周波変調された２個以上の異なる波長を有する上り信号を、前記ブラインド音源分離によって前記加入者装置毎の信号に分離する
ことを特徴とする光アクセスシステム。
前記局内装置は、前記分離手段による前記ブラインド音源分離によって分離された前記加入者装置毎の信号を復調して、前記音声信号を抽出する復調手段
をさらに有することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の光アクセスシステム。
前記高周波変調を行う周波数は、前記複数の加入者装置からの上り信号光間で発生する波長分散量の差によって生じる時間遅延量の差の逆数の１／２以下である
ことを特徴する請求項２から５のいずれかに記載の光アクセスシステム。
前記加入者装置は、前記２個以上の異なる波長を有する上り信号を生成する生成手段をさらに有し、
前記加入者装置の前記変調手段は、前記生成手段により生成された前記２個以上の異なる波長を有する上り信号を前記音声信号で変調する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
前記局内装置は、前記２個以上の異なる波長を有する上り信号を生成する生成手段をさらに有し、
前記生成手段により生成された前記２個以上の異なる波長を有する上り信号は、前記加入者装置に送信され、
前記加入者装置の前記変調手段は、前記局内装置から送信されてきた前記２個以上の異なる波長を有する上り信号を前記音声信号で変調する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
前記加入者装置と前記パワースプリッタ間に、遅延線が設置されている
ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の光アクセスシステム。