(57)【要約】  【課題】子局側に波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザを用いても長距離伝送に耐え得る局側装置を提供し、必要部材を統一できることで、システム全体を管理しやすく、経済的に安価な伝送システムを提供することである。  【解決手段】波長の異なる発光スペクトル特性を有する半導体レーザと、局側装置ＯＬＴと複数の加入者端末ＯＮＵとを光カプラＯＣを介して接続し、半導体レーザからの信号を伝搬する光ファイバＳＭＦと、光ファイバＳＭＦ通過時に波長分散によって歪んだ信号を元の信号波形に近づける適応制御等化器ＡＥとを備えている。半導体レーザは、ファブリペロー型半導体レーザＦＰ型ＬＤが好ましい。光ファイバは、シングル・モード・ファイバＳＭＦが好ましい。【選択図】        図２
2006345284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの信号を伝搬する光ファイバと、
前記光ファイバを通過する際に波長分散によって歪んだ信号を、前記光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づける適応制御等化器と、を備える伝送システム。
【請求項２】
前記半導体レーザは、ファブリペロー型半導体レーザであり、
前記光ファイバは、局側装置と複数の加入者端末とを接続し、前記複数の加入者端末からの複数の信号の合波する光カプラを介して接続されているシングル・モード・ファイバである、請求項１に記載の伝送システム。
【請求項３】
前記シングル・モード・ファイバは、
加入者端末と局側装置とを接続している距離が１０ｋｍを超えており、前記シングル・モード・ファイバを通過する信号は１．２５Ｇｂｐｓ以上のベースバンド信号である、請求項１または請求項２に記載の伝送システム。
【請求項４】
前記適応制御等化器は、
伝送系のメモリを複数もち、上り送信する加入者端末の切換えに呼応して、前記加入者端末に対応したメモリに切換えを行う、請求項１から請求項３のいずれかに記載の伝送システム。
【請求項５】
前記適応制御等化器は、
投機的なディスカバリを行うメモリ制御手段を有する、請求項４に記載の伝送システム。
【請求項６】
波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザと、
前記半導体レーザからの信号を伝搬する光ファイバを通過する際に波長分散によって歪んだ信号を、前記光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づける適応制御等化器と、を有する局側装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファブリペロー型半導体レーザおよびシングルモードファイバを用いた伝送システムにおいて、１０ｋｍ超の長距離の伝送に対応でき、波長分散により歪んだ信号を光電気変換後補償することのできる伝送システム、および局側装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
局側装置としての親局ＯＬＴ（Optical Line Terminal：光加入者線端局装置）と、複数の加入者端末としての子局ＯＮＵ（Optical Network Unit：光加入者線終端装置）との間を、光データ通信ネットワークを使って双方向通信するシステムがある。そして、親局ＯＬＴと各子局ＯＮＵとの間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶ（Single Star）ネットワーク構成が実用化されている。このネットワーク構成では、システムおよび機器構成は簡単になるが、１つの子局ＯＮＵが一本の光ファイバを占有し、子局ＯＮＵ数がＮ局あれば、親局ＯＬＴから直接接続される光ファイバがＮ本必要となり、システムの低価格化を図るのが困難である。
【０００３】
そこで、親局ＯＬＴから引かれる１本の光ファイバを、複数の子局ＯＮＵで共有するＰＯＮ（Passive Optical Network）システム（ＰＤＳ（Passive Double Star）ともいう。）が実用化されている。また、ＰＯＮシステムは、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）やＦＴＴＢ（Fiber To The Building）などのＦＴＴｘに適用されてきた低価格の光加入者用アクセス方式の１つである。
【０００４】
ＰＯＮシステムは、親局ＯＬＴと、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（Passive）に信号を分岐・多重する受動型光分岐器（以下、単に光カプラ（Optical Coupler）という。）ＯＣとが、伝搬モードが単一であるシングルモードファイバ（Single Mode Fiber：以下、単に光ファイバという。）ＳＭＦで接続されている。子局ＯＮＵは通常、複数あり、子局ＯＮＵの数に応じた光ファイバＳＭＦで接続されている。親局ＯＬＴとＮ局の子局ＯＮＵとは、光ファイバＳＭＦおよび光カプラＯＣを介して接続された１対Ｎの伝送を基本としている。これにより、１つの親局ＯＬＴに対して、多くの子局ＯＮＵを割り当てることができ、全体的な設備コストを抑えることができる。
【０００５】
なお、光カプラＯＣと複数の子局ＯＮＵとの間に、さらに他の光カプラＯＣを挿入する構成を用いてもよい。
そして、ＰＯＮシステムでは、親局ＯＬＴから子局ＯＮＵに送信される下り光信号は、全子局ＯＮＵに配信されるが、論理リンクの識別子が付加されており、当該論理リンクを構成する子局ＯＮＵのみが光信号を取り込むことができる。そして、子局ＯＮＵから送信される上り光信号は、子局ＯＮＵどうしで衝突しないように、各子局ＯＮＵの送信時間が割り当てされている。
【０００６】
さらに、ＰＯＮシステムにおいて、イーサネット（Ethernet）（登録商標）技術を取り込み、数多くの機器との接続親和性を向上させ、光ファイバのアクセス区間通信を実現する技術であるＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）システムが実用化されている。（例えば、非特許文献１参照）。
また、データ伝送システムにおいて、符号間干渉すなわちＩＳＩ（Inter Symbol Interference）を補正する適応制御等化器の構成が示されている（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】沖テクニカルレビュー2004年1月／第１９７号  Vol.71  No.1  p.100〜p.105
【非特許文献２】デジタルフィルタの設計  東海大学出版会  ISBN4-486-00894-4  p.237〜p.250
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記非特許文献１に開示されているような、いわゆるＧＥ−ＰＯＮシステムでは、１０ｋｍ未満の通信には、安価なファブリペロー型半導体レーザ（Fabry Perot Laser Diode：以下、単にＦＰ型ＬＤという。）を用いるが、１０ｋｍを超える通信には、高価な分布帰還型半導体レーザ（Distributed FeedBack Laser Diode：以下、単にＤＦＢ型ＬＤという。）が用いられる。
【０００８】
１０ｋｍを超える通信でＦＰ型ＬＤを用いない理由は、ＦＰ型ＬＤでは、僅かに波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有するため、光ファイバの分散特性により、波長によって伝搬遅延のずれが生じる。そして、親局ＯＬＴに近い場所に設置された子局ＯＮＵからの光信号と、親局ＯＬＴから遠い場所に接地された子局ＯＮＵからの光信号とでは、親局ＯＬＴにおける光信号波形が大きく異なる。光信号波形が異なる理由は、光信号が光ファイバを伝搬するときに波長による伝搬遅延のずれによって、光信号波形がなまることになるが、この作用は伝搬距離が長いほど大きくなるからである。これにより、ＦＰ型ＬＤで変調した信号を光ファイバで１０ｋｍを超える長距離伝送させると、波形が歪み隣接シンボルと干渉し、正確な復号ができないためである。
【０００９】
従って、ＧＥ−ＰＯＮでは、ＦＰ型ＬＤを用いた子局ＯＮＵは、ほぼ１０ｋｍ以内の光通信に制限されているのが現状である。
よって、１０ｋｍを超える長距離伝送を実現するためには、発光スペクトル幅が狭いＤＦＢ型ＬＤを使用しなければならない。
しかし、ＤＦＢ型ＬＤは、高価なため、経費が多大にかかってしまう。
【００１０】
また、非特許文献２はいわゆる適応制御等化器を開示しているが、多モードの発光スペクトル特性の光を長距離伝送させる場合の取扱や、複数の子局ＯＮＵから受信する場合の取扱について開示していない。
そこで、本発明の目的は、子局側に波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザを用いても長距離伝送に耐え得る局側装置を提供することである。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、必要部材を統一できることで、システム全体を管理しやすく、経済的に安価な伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための伝送システムは、波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザと、前記半導体レーザからの信号を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバを通過する際に波長分散によって歪んだ信号を、前記光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づける適応制御等化器とを備える（請求項１）。
本発明によれば、適応制御等化器は、長距離の伝送により方形信号が歪んだ光信号を、光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づけることができる。これにより、波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザ（例えば、ファブリペロー型半導体レーザ）を使用した、長距離の光通信が可能となる伝送システムを構成することができる。
【００１３】
また、前記半導体レーザは、ファブリペロー型半導体レーザであり、前記光ファイバは、局側装置と複数の加入者端末とを接続し、前記複数の加入者端末からの複数の信号の合波する光カプラを介して接続されているシングル・モード・ファイバであることが好ましい（請求項２）。
この構成によれば、前記波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザを安価なファブリペロー型半導体レーザとすることができる。また、前記伝搬モードが単一である光ファイバを、複数の加入者端末からの複数の信号を合波する光カプラを介して接続されているシングル・モード・ファイバとすることができる。これにより、普及している部材を利用することによって、システムを経済的かつ容易に実現することができる。
【００１４】
また、前記シングル・モード・ファイバは、加入者端末と局側装置とを接続している距離が１０ｋｍを超えており、前記シングル・モード・ファイバを通過する信号は１．２５Ｇｂｐｓ以上のベースバンド信号である（請求項３）。
本発明によれば、適応制御等化器は、ファブリペロー型半導体レーザのように、波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザを１０ｋｍを超える長距離の伝送に使用したときに起こる、方形信号の歪みを補償することができる。これにより、従来では、高価な分布帰還型半導体レーザを使用せざるをえなかった１０ｋｍを超える長距離の光通信において、安価なファブリペロー型半導体レーザを使用することができる。
【００１５】
また、前記適応制御等化器は、伝送系のメモリを複数もち、上り送信する加入者端末の切換えに呼応して、前記加入者端末に対応したメモリに切換えを行うことができる（請求項４）。
本発明によれば、適応制御等化器は、方形信号の歪みを補償するためのそれぞれの加入者端末に適した係数であるタップ係数を記憶することができる。これにより、上り送信する加入者端末の切換えに呼応して、適応制御等化器は、前記加入者端末に対応した係数に瞬時に切り替えを行い、前記加入者端末とネットワークの通信を良好に行うことができる。
【００１６】
また、前記適応制御等化器は、投機的なディスカバリを行うメモリ制御手段を有することができる（請求項５）。
本発明によれば、適応制御等化器は、投機的なディスカバリを行うメモリ制御手段を有することができる。この投機的なディスカバリとは、適応制御の初期値を予め複数用意しておき、これらの初期値を複数のディスカバリ手順において網羅することにより、初期段階においても必要最低限の等化を確率的に行い、ディスカバリ手順を成功させることを言う。一旦ディスカバリ手順が成功すれば、前述のタップ係数を記憶する手段によって、継続的な適応制御が行えるので、より良好な等化を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の局側装置は、波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有する半導体レーザと、前記半導体レーザからの信号を伝搬する光ファイバと、前記光ファイバを通過する際に波長分散によって歪んだ信号を、前記光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づける適応制御等化器とを有する（請求項６）。
本発明によれば、局側装置は、ＦＰ型ＬＤなどの半導体レーザから出力され、光ファイバを伝搬する際に波長分散によって歪んだ光信号を、光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づけることができる。そして、この局側装置は、上述の伝送システムに備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、親局と複数の子局との間を光カプラを介して光ファイバで接続したＰＯＮシステムの構成例を示す概略図である。
ＰＯＮシステムは、局舎が備える親局ＯＬＴと複数の加入者宅が備える子局ＯＮＵとが、光ファイバーＳＭＦおよび光カプラＯＣを介して接続されている。
【００１９】
子局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、光ネットワークサービスを享受する端末を接続するためのネットワークインタフェースを備えている。
光カプラ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。
親局ＯＬＴおよび光カプラＯＣ、光カプラＯＣおよび子局ＯＮＵに接続されている光ファイバは、１本の光ファイバＳＭＦからなるシングルモードファイバを用いている。つまり、１台の親局ＯＬＴは、１台の光カプラＯＣに１本の幹線光ファイバＳＭＦで接続されている。そして、１台の光カプラＯＣは、Ｍ台の第２の光カプラＯＣ（Ｍは、この例では４の数）と光ファイバＳＭＦで接続している。そして、第２の光カプラＯＣは、Ｎ台（Ｎは、この例では８以下の数）の子局ＯＮＵと、支線光ファイバＳＭＦで接続されている。よって、１局の親局ＯＬＴが送受する信号は、１＋Ｍ台の光カプラＯＣによって、最大３２台の子局ＯＮＵに分配されている。
【００２０】
本発明の通信システムは、上記ＰＯＮ（Passive Optical Network）技術に、ギガビットイーサネット（Gigabit Ethernet）（イーサネット（Ethernet）は、登録商標である。）技術を取り込み、１．２５Ｇｂｐｓのベースバンド速度で光ファイバのアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）方式を採用している。
【００２１】
ＧＥ−ＰＯＮ方式に従えば、親局ＯＬＴおよび子局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。フレームの構成は、論理リンク識別子を含むＧＥ−ＰＯＮヘッダと、６４バイト以上のデータからなっている。データの最大サイズは一般に１５３０バイト程度である。
まず、上位のネットワークから親局ＯＬＴに入ってくる下りフレームは、親局ＯＬＴにおいて所定のブリッジ処理が行われ、中継されるべき論理リンクが特定される。そして、親局ＯＬＴを通して、光信号として光ファイバＳＭＦに送信される。このとき、親局ＯＬＴは論理リンク識別子を含むＧＥ−ＰＯＮヘッダをフレームに付加している。光ファイバＳＭＦに送信させた光信号は、光カプラＯＣで分岐され、光カプラＯＣにつながる子局ＯＮＵに送信されるが、当該論理リンクを構成する子局ＯＮＵのみが所定の光信号を取り込み、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。
【００２２】
一方、上り光信号には、それぞれの子局ＯＮＵからの上りフレームが含まれている。上り光信号は、それぞれの子局ＯＮＵから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、親局ＯＬＴは、各子局ＯＮＵに対して上り光信号を送信してもよい期間ウインドウ（以下、単にウインドウという）を割り当て、制御フレームとして通知する。ウインドウを割り当てられた子局ＯＮＵは、その割り当てられたウインドウに上り光信号を送信する。したがって、各子局ＯＮＵ間の上り光信号の競合は回避される。各子局ＯＮＵは、あるウインドウが与えられたとき、そのウインドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。このとき、親局ＯＬＴと子局ＯＮＵとの間で時計を共有している必要があるが、この時計の時刻合わせは、制御フレームの通信を行うときに、時刻情報を制御フレームの中に含ませることによって行うことができる。そして、親局ＯＬＴは、各子局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。バースト光信号とは、１．２５Ｇｂｐｓのベースパ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り、有意なフレーム列の前には発光状態や受光状態を安定させ、さらに受信側においてベースバンド信号を回復するための同期時間を有し（これらを合わせて同期調整期間（Sync Time）ＳＴという）、この期間には固有の信号列を送信する。また、有意なフレーム列の後には、消光するための調整時間を有する。
【００２３】
また、親局ＯＬＴが受信する光信号波形は、例えば、子局ＯＮＵの発光素子の特性や、光ファイバＳＭＦの長さなどの、光伝送路の特性によって異なる。そこで、親局ＯＬＴは、上りバースト光信号に後述の処理を行った後、復元した有意なフレーム列を上位のネットワークに送信する。
図２は、ＧＥ−ＰＯＮシステムにおける基本構成を示す概略図である。
【００２４】
子局ＯＮＵは、ＦＰ型ＬＤを発光素子とする光トランシーバ（Optical Transceiver）ＯＴと、ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩとを備えている。
ＦＰ型ＬＤは半導体レーザの一つであって、二つの光出射面（光取り出し側と、モニタフォトダイオードＰＤ側の出射面）に結晶の劈開（ヘキカイ）面を利用し、その間での光の反射によりレーザ発振を実現するものである。このＦＰ型ＬＤは、波長の選択機構がなく複数の発振モードのレーザ光がそのまま出力されるため、子局ＯＮＵが送信する光信号は１３００ｎｍ帯に比較的広がったスペクトルを有する。
【００２５】
親局ＯＬＴは、子局ＯＮＵとの信号の送受を行う光トランシーバＯＴと、上位のネットワークとの信号の送受が行われるＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩと、光トランシーバＯＴおよびＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩを接続し、シリアル信号およびパラレル信号の相互の変換を行うシリアライザ/デシリアライザＳｅｒＤｅｓ（以下、単にＳｅｒＤｅｓという。）とを備える。
【００２６】
また、光トランシーバＯＴは、子局ＯＮＵから送信された信号を等化するための適応制御等化器（Adaptive Equalizer）ＡＥを有する。
そして、子局ＯＮＵおよび親局ＯＬＴの光トランシーバＯＴは、送りたい情報を表す電気信号であるベースバンド信号の１に対応する期間強く発光し、０に対応する期間弱く発光する。これにより、子局ＯＮＵおよび親局ＯＬＴそれぞれの光トランシーバＯＴを挟んだ両端において、ＮＲＺ（Non Return to Zero：非ゼロ復帰記録方式）の方形信号を伝送することができる。
【００２７】
以下では、子局ＯＮＵと親局ＯＬＴとにおいて、相互にやりとりされる光信号の一連の流れを説明する。
親局ＯＬＴのＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重方式）フィルタ（以下、単にＷＤＭという。）は、子局ＯＮＵから発せられ光ファイバＳＭＦを介して到達する１３００ｎｍ帯の光信号を分離してフォトダイオードＰＤに導く。フォトダイオードＰＤで検出された微弱電流信号は、トランスインピーダンスアンプＴＩＡによって微弱電圧信号に変換され、さらに微弱電圧信号はポストアンプＰＡにて増幅される。
【００２８】
ポストアンプＰＡにより増幅された子局ＯＮＵからの信号は、適応制御等化器ＡＥに入力され、後述する機構により子局ＯＮＵから送信された元の信号に等化され、ＳｅｒＤｅｓに送られる。
ちなみに、従来の光トランシーバは、ポストアンプＰＡの出力をそのまま二値化しＳｅｒＤｅｓに送っており、本発明とは、この点に相違がある。
【００２９】
ＳｅｒＤｅｓは、等化された入力信号をクロックデータリカバリ（Clock Data Recovery）とコード単位でシリアル信号からパラレル信号への変換を行い、コードストリームをＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩに送る。ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩは、送られてきたコードストリームが表すフレームを上位のネットワーク（例えば、インターネット）に送る。
ＧＥ−ＰＯＮのＰＣＳ層（Physical Coding Sublayer：物理符号化副層）以上の処理は、ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩで行われる。ＳｅｒＤｅｓおよびＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩ間のコードストリームは、Gigabit Ethernet規格のひとつである1000BASE-Xの１０bit信号であり、シリアル化された１．２５Ｇｂｐｓの信号は、０と１とが頻繁に交番するベースバンド信号となる。
【００３０】
一方、ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩは、子局ＯＮＵに送るための上位のネットワークから受信したフレームにＧＥ−ＰＯＮヘッダを付加した上でコードストリームに変換し、コードストリームをＳｅｒＤｅｓに送る。ＳｅｒＤｅｓは、コードストリームをパラレル信号からシリアル信号へ変換し、光トランシーバ内のＬＤドライバに送る。そして、ＬＤドライバでＤＦＢ型ＬＤの駆動電流に変換され、ＤＦＢ型ＬＤの発光を制御する。
【００３１】
また、モニタフォトダイオードＰＤは、ＤＦＢ型ＬＤの発光を安定化させるため、レーザ光の一部を検出し、ＬＤドライバにフィードバックさせる機構をとる。そして、ＷＤＭは、ＤＦＢ型ＬＤが発光する１４８０ｎｍ帯の光信号を光ファイバＳＭＦに導き、光信号は光ファイバＳＭＦおよび光カプラＯＣを介して子局ＯＮＵに到達する。
このように、親局ＯＬＴにおいて送信に用いる光波長帯と、子局ＯＮＵにおいて送信に用いる光波長帯は異なるので、子局ＯＮＵと親局ＯＬＴとを１本の光ファイバＳＭＦで接続することが可能である。
【００３２】
ところで、光ファイバを使った1Ｇｂｐｓの仕様であるIEEE802.3ah（IEEE：Institute of Electrical and Electronics Engineers：米国電気電子技術者協会）標準において、ＧＥ−ＰＯＮで使用されるスペクトル幅の仕様を含む、１０ｋｍまでの伝送を対象とした1000BASE-PX10規格（以下、ＰＸ１０という。）と、２０ｋｍまでの伝送を対象とした1000BASE-PX20規格（以下、ＰＸ２０という。）とが定められている。光ファイバＳＭＦの波長分散によって生じる波形歪みを考慮して、ＰＸ２０のスペクトル幅はＰＸ１０のものより狭く規定されている。
【００３３】
歪んだ信号は、送信元の状態と異なる状態に二値化される場合がある。一般に、ＰＸ１０の子局ＯＮＵと親局ＯＬＴとの通信が１０ｋｍを超える光ファイバＳＭＦで接続した場合は、IEEE802.3ahが要求するビット誤り率ＢＥＲ（Bit Error Rate）は、10^(-12)以下（^は、べき乗数を表す。以下、同じ。）の品質を達成できない。また、通常は、ＦＰ型ＬＤがＰＸ２０のスペクトル幅仕様を満たすことは難しく、従来技術のＦＰ型ＬＤを使用した１０ｋｍを超える光通信における光トランシーバは、ＰＸ１０のスペクトル分布を満たすことがあっても、ＰＸ２０のスペクトル分布は満たさない場合が多い。
【００３４】
以下、ＦＰ型ＬＤが発する１３００ｎｍ帯の波長における、長距離伝送時のスペクトル幅と送信波長との関係を説明する。
図３は、１２６０ｎｍから１３６０ｎｍまでの送信波長とスペクトル幅の許容範囲との関係を示す図である。この図の（ａ）は、１０ｋｍ伝送用であるＰＸ１０の上り伝送（1000BASE-PX10-Upsteam）での送信波長とスペクトル幅の許容範囲との関係を示す図である。また、この図の（ｂ）は、２０ｋｍ伝送用であるＰＸ２０の上り伝送（1000BASE-PX20-Upsteam）でのスペクトル幅の許容範囲と送信波長との関係を示す図である。そして、これらの図は、縦軸に許容されるスペクトル幅（ｒｍｓ値）を示し、横軸に送信波長（単位：ｎｍ）を示している。
【００３５】
しかし、本発明にかかる親局ＯＬＴを用いれば、後述する適応制御等化器ＡＥにより、きれいな方形信号に再形成されるので、子局ＯＮＵと親局ＯＬＴとの距離（光ファイバＳＭＦの長さの総和）は、容易に１０ｋｍを超えて接続することができる。
以下では、本発明の適応制御等化器ＡＥについて、詳細に説明する。
図２において、親局ＯＬＴの光トランシーバＯＴ内の適応制御等化器ＡＥは、ポストアンプＰＡとＳｅｒＤｅｓとの間に、スライサと一体化した適応トランスバーサルフィルタ（Transversal Filter）ＴＦを備えている。
【００３６】
図４は、図２に示す適応制御等化器の構成図である。図５は、図４に示すタップ係数適応制御部の構成図である。
この適応制御等化器ＡＥの適応トランスバーサルフィルタＴＦは、公知の遅延素子Ｚ-1、乗算器Ｘ、加算器Σおよび適応制御手段としてのタップ係数制御部Ｔを備えている。
また、この適応トランスバーサルフィルタＴＦは、周知のＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムに基づいて動作がなされるものである。ここでの定数μは、乗算器Ｘに掛けられるシステム定数であり、収束の速さと安定性とを左右する。そして、この適応制御等化器ＡＥは、長距離の光ファイバＳＭＦを通して送られ波長分散によって歪んだ信号を整形し、子局ＯＮＵで送信された状態の方形信号に近づける。
【００３７】
まず、適応制御等化器ＡＥに入力された信号は、それぞれの遅延素子Ｚ-1により時間的にずらされる。時間的にずらされた入力信号は、それぞれ、タップ係数Ｃiが掛けられ（i=-2,-1,0,+1,+2）、加算器Σ+で合波される。合波信号は、スライサにより、方形信号に置き換わり、適応制御等化器ＡＥから出力されてＳｅｒＤｅｓに送られる。
また、加算器Σ+から出力された信号とスライサから出力された信号とで、加算器Σ-により誤差ｅが求められ、乗算器Ｘによりμが掛けられμｅが出力される。そして、それぞれのタップ係数制御部Ｔiは、μｅおよびｘiから最小２乗法により、最適なタップ係数Ｃiを算出することができる。
【００３８】
例えば、図５に示すように、タップ係数制御部Ｔiでは、乗算器Ｘで掛け合わされたμｅと乗算器Ｘiで算出されたｘiとを乗算器ＸTで掛け合わせる。そして、乗算器ＸTによって算出されたμｅ・ｘiと遅延素子Ｚ-1により算出されたものとを加算器Σ+により加算することで、新しいタップ係数Ｃiが求まる。
ＧＥ−ＰＯＮにおいて、上り信号は、親局ＯＬＴの指示に基づき時分割多重（Time Division Multiplex：TDM）される。すなわち、子局ＯＮＵは親局ＯＬＴが指示したウインドウにバースト光信号を送出する。バースト光信号は、数μsからｍｓオーダーの持続時間をもち、先頭ビット群の数100ｎｓ〜1μｓは同期調整期間ＳＴに充てられる。子局ＯＮＵは、この同期調整期間ＳＴの間に２０ｂｉｔの固定パターン（IDLEシーケンス）の信号を送信する。同期調整期間ＳＴ内に適応制御が収束するよう、μの値が予め決められる。適応制御の状態はバースト毎に初期化され、次のバースト光信号に持ち越さない。
【００３９】
ここでは、タップ係数の初期値は、Ｃ0＝１、Ｃ-2＝Ｃ-1＝Ｃ+1＝Ｃ+2＝０とする。
なお、タップ係数Ｃ0、Ｃ-2、Ｃ-1、Ｃ+1およびＣ+2は、他の初期値であってもよい。これらも、設置状況、環境にあわせ、初期値を設定してもよい。
ところで、収束を速くするためにμを大きくすると、収束の安定性を損なう場合がある。逆に、μを小さくすると、概ね収束時間が長くなるが、収束の安定性が高まる。しかし、その場合、同期調整期間ＳＴ内にタップ係数が収束しないおそれがある。よって、μの値は、調整できることが好ましい。
【００４０】
図６は、タップ係数制御部の別形態の構成図である。
タップ係数制御部Ｔiは、タップ係数の記憶手段をＣi1、Ｃi2、・・・、Ｃij、・・・およびＣiJ（j=1,2,・・・,J）のJ個有しており、スイッチＳＷによって特定の記憶手段に保存したり取出したりする。これにより、複数の子局ＯＮＵに対しての長い収束時間を要する適応制御が、１つの適応制御等化器によって行われることができる。
【００４１】
スイッチＳＷの制御は、スイッチ制御部ＳＣで行われる。タップ係数Ｃi0は、図５の初期値に対応する。スイッチ制御部ＳＣは、各子局ＯＮＵが発する離散的なバースト光信号を複数紡いで連続的な適応制御がなされるようスイッチＳＷを切り替える。すなわち、タップ係数Ｃi1、Ｃi2、・・・、Ｃij、・・・およびＣiJのjは子局ＯＮＵj（j=1,2,・・・,J）に対応させる。また、スイッチ制御部ＳＣは、ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩからウインドウ情報（どの子局ＯＮＵからいつからいつまでバースト光信号が到着するか）を予め知らされている。ここでは、子局ＯＮＵjからのバースト光信号が時刻ＴsからＴeまで到着することとする。
【００４２】
スイッチ制御部ＳＣは、時刻がＴsになったとき、タップ係数Ｃijを取出し、タップ係数Ｃiに反映させる。さらに、時刻がＴeになったとき、タップ係数Ｃiをタップ係数Ｃijに保存させる。このような処理をウインドウ毎に行う。ここでは記憶手段を子局ＯＮＵ毎に有するとしたが、子局ＯＮＵの発光素子の特性および伝送路の特性が似たものをグループ化し、グループ毎に記憶手段を割当ててもよい。
【００４３】
なお、スイッチ制御部ＳＣの反応時間は、時刻ＴsおよびＴｅちょうどに始める必要はなく、時刻ＴsおよびＴｅから少しずらした時刻から始めてもよい。
ところで、ＧＥ−ＰＯＮにおける子局ＯＮＵの加入手順は、自動ディスカバリとして、プラグアンドプレイな方式も定められている。自動ディスカバリとは、子局ＯＮＵの求めに応じて親局ＯＬＴが当該子局ＯＮＵとの論理リンクを開設することを言い、親局ＯＬＴは新規に加入を求める子局ＯＮＵを認識するため、定期的にポーリングを行っている。
【００４４】
まず、自動ディスカバリの仕組みを説明する。親局ＯＬＴは、ディスカバリウインドウ（送信許可の一種）をすべての子局ＯＮＵに通知する。新規に加入したい子局ＯＮＵは、ディスカバリウインドウ内のランダムな期間に登録要求を送信する。そして、親局ＯＬＴがこの登録要求を受け取り、加入条件を満たしていれば、登録許可を与える。登録許可を受けると子局ＯＮＵは登録確認を返し、登録手続きが完了する。ただし、複数の子局ＯＮＵが同時期に加入しようとした場合は、登録要求が衝突し、親局ＯＬＴが登録要求を受け取れないことがある。ディスカバリシーケンスのリトライと送信期間のランダムな遅れにより、いずれ衝突なく登録要求を受け取ることができることが統計的に保証される。
【００４５】
親局ＯＬＴは新規に加入させようとしている子局ＯＮＵに対して登録許可を与えた段階で、子局ＯＮＵが登録確認を含んだバースト光信号を送ることができるよう、通常のウインドウを割当て、ウインドウ情報を前もって送っておく。通常のウインドウは特定の子局ＯＮＵに対するものであるが、ディスカバリウインドウは一般に不特定の子局ＯＮＵに対するものである。これらのウインドウ情報は、スイッチ制御部ＳＣにも与えられる。スイッチ制御部ＳＣは、対応するウインドウにおいて前述の処理を行うが、ディスカバリウインドウにおいては子局ＯＮＵが特定されないので、タップ係数Ｃijの代わりにタップ係数Ｃi0を取り出す。または、タップ係数Ｃijにタップ係数Ｃi0の値をプリセットしておいてもよい。このことは、ディスカパリウインドウにおいて継続的な適応制御が行われないことを意味するが、子局ＯＮＵから見ればディスカバリウインドウにおいて最初の送信を行うことから当然のことでもある。この自動ディスカバリ手順において、子局ＯＮＵから親局ＯＬＴに通信しなければならない情報は、１２８バイト（約１ｋｂｉｔ）である。ビット誤り率ＢＥＲが10^(-3)以下であれば、ディスカバリ手順の成功は期待できる。したがって、波長分散による歪みがよほどひどくない場合は、ディスカバリウインドウ内の等化を無効にしておくような措置で、図６の構成でも自動ディスカバリが可能となる。
【００４６】
しかし、歪みが著しい場合は、自動ディスカバリが困難である。よって、投機的なディスカバリを行うことが望ましい。この投機的なディスカバリとは、適応制御の初期値を予め複数用意しておき、これらの初期値を複数のディスカバリ手順において網羅することにより、初期段階においても必要最低限の等化を確率的に行い、ディスカバリ手順を成功させることを言う。一旦ディスカバリ手順が成功すれば、前述のタップ係数を記憶する手段によって、継続的な適応制御が行えるので、より良好な等化を行うことができる。
【００４７】
以下は、投機的なディスカバリの手順を説明する。
図７は、投機的なディスカバリに対応したスイッチの構成図である。
ここでは、ＦＰ型ＬＤのモデルや伝送路のモデルなどを数通りのパターンを仮定し、等化するタップ係数をＣsk（k=1,2,・・・,K）として予め計算しておく。そして、図に示すようにＣi0と横並びに設け、スイッチＳＷが選択できるようにする。
【００４８】
ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩは、ウインドウ情報に、ディスカバリウインドウか通常ウインドウかの種別情報を含める。
スイッチ制御部ＳＣには、制御すべきバースト光信号がディスカバリウインドウであった場合、タップ係数Ｃsk（k=1,2,・・・,K）の中から一つ選択し、ディスカバリウインドウの開始時点にはタップ係数Ｃiに反映させておく。タップ係数Ｃskの選択は、とりうるｋの値を統計的に網羅すればよく、最も簡単には順番に選択する。そうすれば、自動ディスカバリに失敗してもリトライされるので、このような方法でも有限回のリトライの内に等化することができ、自動ディスカバリが成功する。よって、最適なタップ係数Ｃiを求めることができる。
【００４９】
ここで、μを０にすることを前提とした形態は、回路構成が単純になりコスト低減をもたらす特有の効果がある。このような形態の等化器はもはや適用制御を行わないが、ここでは適応制御等化器の一種として扱う。
図８はμを０にすることを前提として簡略化した適応制御等化器ＡＥの構成図である。図９は、図８に示すタップ係数制御部Ｔiの構成図である。
【００５０】
ここでは、例えば伝送路の距離をJ通りに区分けし、各距離の伝送による波形歪みを補償するタップ係数をＣij（i=-2,-1,0,+1,+2とし、j=1,2,・・・,Jとする）として与えておく。ＧＥ−ＰＯＮ ＬＳＩは、ウインドウ情報に親局ＯＬＴと子局ＯＮＵとの距離情報を加えるものとする。スイッチ制御部ＳＣは、距離情報をもとに該当するｊを決定し、当該ウインドウに対応する期間、スイッチＳＷに選択信号Ｓを与え、スイッチＳＷが対応するタップ係数Ｃiを選択する。
【００５１】
投機的なディスカバリにおいては、スイッチ制御部ＳＣはディスカバリウインドウの場合、jを1,2,・・・,Jの範囲で統計的に網羅するよう決定する。
以上のように、本発明にかかる伝送システムは、ＦＰ型ＬＤから出力され長距離の光ファイバの伝送により歪んだ光信号を、光ファイバ通過前の出力された信号波形に近づけることができる。これにより、長距離の光伝送において、波長の異なる多モードの発光スペクトル特性を有するＦＰ型ＬＤを使用することができ、経済的な伝送システムを構築することができる。また、広範囲にわたって、ＦＰ型ＬＤとシングル・モード・ファイバとを使用できることで、この伝送システムは、伝送距離にかかわらずＰＸ１０の子局ＯＮＵを使用することができるので、ＰＸ１０の子局ＯＮＵで統一することもできる。これにより、この伝送システムは、普及している部材を統一して利用できるので、システムを経済的かつ容易に実現することができる。
【００５２】
ＧＥ−ＰＯＮのベースバンド信号は１．２５Ｇｂｐｓと高速なので、アナログ処理が現状のデバイス能力、コスト低減に適っている。図６および図７では、タップ係数は電圧、その記憶手段はキャパシタを想定したものとなっている。しかし、構成要素の一部またはすべてをデジタル処理することもでき、そのような構成に対しても本発明は有効である。
なお、通信方式に関して、上記ではＧＥ−ＰＯＮを用い説明したが、他の方式を使ってもよい。
【００５３】
また、上述のとおり、ＦＰ型ＬＤを用いたシステムを説明したが、他のＬＤを使うことで、システムのコストダウンが図られるのであれば、他のＬＤを含む光発信器を使ってもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】親局と複数の子局との間を光カプラを介して光ファイバで接続したＰＯＮシステムの構成例を示す概略図である。
【図２】ＧＥ−ＰＯＮシステムにおける基本構成を示す概略図である。
【図３】１２６０ｎｍから１３６０ｎｍまでの送信波長とスペクトル幅の許容範囲との関係を示す図である。
【図４】図２に示す適応制御等化器の構成図である。
【図５】図４に示すタップ係数制御部の構成図である。
【図６】タップ係数制御部の別形態の構成図である。
【図７】投機的なディスカバリに対応したスイッチの構成図である。
【図８】μが０を前提に、簡略化された等化器の構成図である。
【図９】図８に示すタップ係数制御部の構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
ＯＮＵ    子局（加入者端末）
ＯＬＴ    親局（局側装置）
ＯＣ    光カプラ
ＳＭＦ    光ファイバ（シングルモードファイバ）
ＰＤ    フォトダイオード
ＦＰ型ＬＤ    ファブリペロー型レーザダイオード
ＤＦＢ型ＬＤ    分布帰還型半導体レーザ
ＴＩＡ    トランスインピーダンスアンプ
ＰＡ    ポストアンプ
ＰＤ    フォトダイオード
ＴＦ    適応トランスバーサルフィルター
Ｔ    タップ係数制御部
ＡＥ    適応制御等化器
ＯＴ    光トランシーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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