(57)【要約】  【課題】  高速な信号での１芯双方向光ループバック方式を実現するために、上り方向の信号受信における干渉クロストーク雑音を経済的に低減にする。  【解決手段】  親ノードＯＬＴのｎ番目の送受信器ＴＲnに上り通信用の直流光源ＣＷnと光フィルタＦnを具備させ、ｎ番目の子ノードＯＮＵnに該直流光源から直流光を供給するときにその光フィルタＦnを通過させ、子ノードＯＮＵnで直流光を変調して親ノード送り返すときにもその光フィルタＦnを通過させる。光フィルタＦnは、直流光源ＣＷnに接続される第１のポートａと、子ノードＯＮＵnに接続される第２のポートｂと、受信器Ｒnに接続される第３のポートｃとを有し、第１のポートａから第２のポートｂへ向かう光の波長通過減衰特性を第２のポートｂから前記第３のポートｃへ向かう光の波長通過減衰特性に対して反転させた特性とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流光源および受信器を有し、該直流光源から１芯光ファイバを介して子ノードに供給された直流光が前記子ノードで変調され前記１芯光ファイバを介して前記受信器に上り光信号として送り返される親ノードにおいて、
前記直流光源に接続される第１のポートと、前記子ノードに接続される第２のポートと、前記受信器に接続される第３のポートとを有し、且つ前記第１のポートから前記第２のポートへ向かう光の波長通過減衰特性が前記第２のポートから前記第３のポートへ向かう光の波長通過減衰特性に対して反転されている第１の光フィルタを設置したことを特徴とする親ノード。
【請求項２】
請求項１に記載の親ノードにおいて、
前記第１の光フィルタの前記第２のポートからの光信号出力を受信し、該受信した光信号の強度が最大となるように前記直流光源の発光波長を制御する制御手段を設けたことを特徴とする親ノード。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の親ノードにおいて、
前記直流光源の波長と異なる波長の光を用いて前記子ノード方向への下り光信号を送信する送信器と、該下り用光信号と前記直流光と前記子ノードからの上り光信号とを合分波する第２の光フィルタとを備えたことを特徴とする親ノード。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の前記親ノードの直流光源から供給される直流光を前記１芯光ファイバを介して受信し変調して前記親ノードに前記１芯光ファイバを介して上り光信号として送り返す子ノードであって、
前記親ノードからの直流光に対して送信すべき信号により強度変調を行う第１の光変調器と、該第１の光変調器で変調された光信号の周波数変換を行う第２の光変調器とを具備し、該第２の光変調器で変調された光信号を前記１芯光ファイバを介して前記親ノードに前記上り光信号として送り返すことを特徴とする子ノード。
【請求項５】
請求項４に記載の子ノードにおいて、
前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して位相変調により行うことを特徴とする子ノード。
【請求項６】
請求項５に記載の子ノードにおいて、
前記第２の光変調器における位相変調は、第１種０次ベッセル関数の値が０付近になる変調度の単一周波数を用いた位相変調であることを特徴とする子ノード。
【請求項７】
請求項４に記載の子ノードにおいて、
前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して強度変調により行うことを特徴とする子ノード。
【請求項８】
請求項７に記載の子ノードにおいて、
前記第２の光変調器における強度変調は、少なくとも前記親ノードで復号するために必要な周波数帯の１／２以上の単一周波数の正弦波を用いてマッハツェンダ型強度光変調器により変調特性の最も消光する位置を中心として行う強度変調であることを特徴とする子ノード。
【請求項９】
請求項４乃至８のいずれか１に記載の子ノードにおいて、
前記直流光源の波長と異なる波長の下り光信号を受信する受信器と、該下り光信号と前記直流光と前記第２の光変調器からの下り光信号とを合分波する第３の光フィルタとを備えることを特徴とする子ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１芯光ファイバを用いた波長分割多重（ＷＤＭ）光アクセス方式による双方向光アクセスネットワークに適用される親ノードおよび子ノードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いる波長を各ユーザ個別に割り当てることにより、光ファイバを共有しながらもユーザそれぞれが異なる伝送速度で通信が可能になる波長分割多重光アクセスサービスへの注目が高まっている。長距離中継ネットワークや都市間（メトロ）ネットワークについてはすでに波長分割多重技術の適用が進められているが、アクセス系への波長分割多重技術の適用においては、さらに徹底して装置コスト、運用コストを低減させる技術開発が求められる。特に、１芯光ファイバで双方向通信を実現することは、ファイバ敷設や運用コストを低減させることが可能であるため、光アクセスネットワークにおいて必須である。
【０００３】
ところが、図８に示すような従来の１芯双方向波長分割多重方式をＮ（Ｎは２以上の整数）ユーザ用に波長分割多重して構成した光アクセスネットワークにおいては、コストの低減が困難である。図８に示す光アクセスネットワーク構成では、Ｎ個のユーザからの光信号を集線し終端するよう局側に設置された親ノードＯＬＴ（optical line terminal）と、親ノードＯＬＴからの光信号を終端しユーザが送信した信号を親ノードＯＬＴへ転送するＮ個の子ノードＯＮＵ(optical netwerk unit)がそれぞれ設置されている。ＯＮＵｎはｎ（１≦ｎ≦Ｎ）番目のユーザの子ノードである。親ノードＯＬＴには、送信器Ｔと受信器Ｒを１組とするＮ個の送受信器と合分波用の光フィルタＷＦOLTが設置され、ｎ番目の子ノードＯＮＵnには送信器Ｔnと受信器Ｒnからなる送受信器と合分波用の光フィルタＷＦnが設置されている。WFLは１芯光ファイバＦに対する合分波用の光フィルタである。
【０００４】
親ノードＯＬＴと子ノードＯＮＵ間で送受信される光信号は、親ノードＯＬＴの光フィルタＷＦOLTから子ノードＯＮＵ側の光フィルタＷＦLまでは１芯の光ファイバＦを通過し、光フィルタＷＦＬと各子ノードＯＮＵにて上り方向（親ノードＯＬＴ方向）に合波、下り方向（子ノードＯＮＵ方向）に分波される。親ノードＯＬＴおよび各子ノードＯＮＵは、送信信号用の直流光源（図８では図示せす）を持ち、Ｎ個のユーザそれぞれに割り当てられた異なる波長の直流光（ＣＷ：continuous wave、別名非変調光)を発する。ここで、各子ノードＯＮＵを設置するユーザ側の環境は様々な条件や時間的変化が想定され、安定した動作を行うための対策が必要となる。例えば、直流光源としてよく用いられるレーザダイオード（ＬＤ）は、温度や経年劣化などによって波長が敏感に変動するために、波長を安定化させる機構を付加する必要があり、装置コスト、運用コスト上昇の要因となる。
【０００５】
そこで、子ノードＯＮＵの発光波長を安定化させるための厳しい動作条件を軽減してコスト低減を実現する方法として、例えば非特許文献１に示されるように、Ｎ個のユーザに対してそれぞれ割り当てられた波長を親ノードＯＬＴ側から直流光として供給し、子ノードＯＮＵにて変調して折り返す光ループバック方式が提案されている。
【０００６】
この光ループバック方式によれば、子ノードＯＮＵにおける上り方向光信号の発光波長の管理を、比較的環境条件を安定させやすいサービス事業者の収容局側に設置する親ノードＯＬＴ側で行うことが可能である。また、ユーザが使用する子ノードＯＮＵの波長などの設定作業を行うために、事業者が各ユーザを巡回する必要もなくなる。よって、装置コスト、運用コストを低減することが可能になり、波長分割多重光アクセスの実現に有望な方法のひとつである。しかし、上記光ループバック方式は通常下り方向と上り方向で別の光ファイバを通過させる、いわゆる２芯構成で実現される。
【０００７】
また、例えば非特許文献２で指摘しているように、１芯双方向光ファイバを用いた場合に問題が生じることが知られている。これは親ノードＯＬＴ側から発する上り光信号用としての光（直流光）と、子ノードＯＮＵからループバックされ変調されて親ノードＯＬＴへ送信される上り光信号は必然的に同じ波長となるためである。このとき、光ファイバ線路の接続点やレイリー後方散乱などにより、送信した直流光の一部が送信方向とは逆方向に反射、散乱し、上り受信光信号に加えられる。これらの反射散乱光成分は受信光信号に対しては雑音であり、受信光信号とビート干渉を引き起こし、深刻な受信品質劣化を引き起こすことが知られており、干渉クロストーク雑音と呼ばれる。非特許文献３は光ループバック方式においてこの干渉クロストーク雑音によって受信品質劣化が実際に生じることを実験によって示している。
【０００８】
そこで、この干渉クロストーク雑音を低減するために、これまでさまざまな方法が提案されている。第１の従来例は、非特許文献４などに示されるように、信号帯域よりも十分高い速度で直流光を変調することにより、親ノードＯＬＴ側から供給される直流光のスペクトル幅を広げる方法である。この方法によりビート雑音成分を親ノードＯＬＴ側の受信器の受信可能周波数帯域外に広げ、その受信器にて濾波することで、干渉クロストーク雑音成分を抑圧するものである。
【０００９】
図９に第１の従来例の構成を示す。ここでは、親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲnの光変調器Ｍn4において、直流光源ＣＷnの直流光を周波数発振器ＬＯnの発生する周波数で高速に位相変調することによって、親ノードＯＬＴから発せられる下り方向の直流光の周波数スペクトルを広げるとともに、親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲnの受信器Ｒnにおいて信号受信に必要な帯域を制限して通過させる。Ｃnは親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲnの光サーキュレータである。よって、親ノードＯＬＴにおけるｎ番目の送受信器ＴＲnの受信器Ｒnにおいて、子ノードＯＮＵnにて折り返してくる変調光と伝送路の途中で反射、散乱して戻ってくる光信号とによって発生するビート雑音の高調波成分が除去される。なお、ｎ番目の子ノードＯＮＵnの送信器は、光サーキュレータＣun、直流光を増幅する光増幅器Ａn、送信すべき信号で直流光を強度変調する光変調器Ｍn1から構成される。
【００１０】
第２の従来例は、例えば特許文献１などに示されるように、もともとからスペクトルの広い直流光源を使用する方法であり、スペクトルスライス法と呼ばれる。
【００１１】
図１０にその第２の従来例の構成を示す。ここでは、直流光源ＣＷは十分広い波長スペクトルを持つ光源であり、Ｎ個の子ノードＯＮＵに割り当てられたＮ個の波長帯にフィルタリングされる。ｎ番目の子ノードＯＮＵnでは、スライスされた直流光を光サーキュレータＣunを経由して光増幅器Ａnで増幅し、光変調器Ｍn1で送信すべき信号で強度変調し、再度光サーキュレータＣunを経由して親ノードＯＬＴへ送信する。親ノードＯＬＴは上り光信号用の波長フィルタＷＦRにてＮ個の子ノードＯＮＵに対応した波長に分波された光信号を受信する。波長フィルタＷＦRによってスライスされる光の波長スペクトルは電気信号の周波数スペクトルに比べて十分広く、よって発生する干渉クロストーク雑音成分のスペクトルも大きくなる。このため、親ノードＯＬＴの受信器Ｒ1〜ＲNの受信帯域制限によって、高周波の成分を濾波し、干渉クロストーク雑音成分を抑圧することが可能になる。
【００１２】
第３の従来例は、例えば特許文献２に示されるように、供給される直流光に対して子ノードＯＮＵ側で周波数変調を行い、親ノードＯＬＴに配置したアレイ導波路型回折格子ＡＷＧを用いたフィルタで隣接する波長帯へ周波数変換して受信する方法である。
【００１３】
図１１にその第３の従来例の構成を示す。ｎ番目の子ノードＯＮＵn側で光変調器Ｍn2で行う周波数変調用の周波数発振器ＬＯnの周波数は単一であり、ｆmとする。図１２に下り方向（変調前）および変調後の上り方向の光周波数スペクトルを示す。光変調器Ｍn5で行う周波数変調によって、下り方向の直流光の光周波数ｆnuの両側にも、変調周波数ｆm間隔ごとに信号成分が生じる。特許文献２においては下り方向の直流光の中心周波数ｆnu（＝ｆnu1）から＋ｆm、又は−ｆmだけ離調した周波数成分をアレイ導波路型回折格子ＡＷＧにて濾波し、上り方向の信号として受信する（図１１，１２では＋ｆmだけ離調した周波数成分（＝ｆnu2）を受信する場合を示した）。伝送路の途中で生じたレイリー反射やコネクタ反射の光周波数はｆnuであるため、干渉クロストーク雑音の影響を受けにくくなる。
【００１４】
【非特許文献１】N.J.Frigo 他,”A wavelength-division multiplexed passive optical network with cost-shared components,”IEEE Photonics Technology Letters,vol.6,no.11,pp.1365-1367,1994.
【非特許文献２】R.D.Feldman 他,”An evaluation of architectures incorporating wavelength division multiplexing for broad-band fiber access,”Journal of Lightwave Tchnology,vol.16,no.9,pp.1546-1559,1998.
【非特許文献３】M.D.Feuer 他，”Backrefrection and loss in single-fiber loopback networks,”IEEE Photonics Technology Letters,vol.12,no.8,pp.1106-1108,2000.
【非特許文献４】P.K.Pepeljugoski 他，“Interferometric noise reduction in fiber-optic links by superposition of high frequency moduation,”Journal of Lightwave Techno1ogy, vol.10,no.7,pp.957-963,1992.
【特許文献１】特開平１１−１６３７９４号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、前記第１の従来例は、反射光成分と上り光信号成分のビート雑音のスペクトル成分を受信器の受信可能周波数帯域外よりも広げることが必要である。それを実現するために変調度を大きくするか、信号速度よりも高い周波数で変調しなければならない。
【００１６】
また、前記第２の従来例は、ユーザを多重するために切り出す波長帯の幅は波長分割多重光フィルタの性能によって決まる。波長幅が大きいほど光ファイバ線路の分散の影響を受け、特に信号が高速になるに従って波形の劣化が著しく、そのために伝送可能な信号速度が制限される。その一方、波長幅を狭めると出力される信号強度が弱まり、光アクセスサービスに必要な出力を得ることができないという問題がある。
【００１７】
さらに、前記第３の従来例は、隣接するキャリアの片側の周波数成分のみを濾波するため、受信するパワーは少なくとも半分以下に減少してしまい効率が悪い。また、アレイ導波路型回折格子ＡＷＧの各チャネルの透過特性を、直流光の波長にあわせるだけでなく、変調された上り光信号の波長にもあわせる必要があるため、高い精度の製造技術が必要であり、子ノードＯＮＵ側の変調用周波数発振器やアレイ導波路型回折格子ＡＷＧの作製精度に大きな負担を強いることになるという問題がある。
【００１８】
本発明の目的は、上記した波長分割多重光アクセスネットワークにおいて、高速な信号での１芯双方向光ループバック方式を実現するために、上り方向の信号受信における干渉クロストーク雑音を経済的に低減にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１にかかる発明の親ノードは、直流光源および受信器を有し、該直流光源から１芯光ファイバを介して子ノードに供給された直流光が前記子ノードで変調され前記１芯光ファイバを介して前記受信器に上り光信号として送り返される親ノードにおいて、前記直流光源に接続される第１のポートと、前記子ノードに接続される第２のポートと、前記受信器に接続される第３のポートとを有し、且つ前記第１のポートから前記第２のポートへ向かう光の波長通過減衰特性が前記第２のポートから前記第３のポートへ向かう光の波長通過減衰特性に対して反転されている第１の光フィルタを設置したことを特徴とする。
【００２０】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の親ノードにおいて、前記第１の光フィルタの前記第２のポートからの光信号出力を受信し、該受信した光信号の強度が最大となるように前記直流光源の発光波長を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００２１】
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の親ノードにおいて、前記直流光源の波長と異なる波長の光を用いて前記子ノード方向への下り光信号を送信する送信器と、該下り用光信号と前記直流光と前記子ノードからの上り光信号とを合分波する第２の光フィルタとを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項４にかかる発明の子ノードは、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の前記親ノードの直流光源から供給される直流光を前記１芯光ファイバを介して受信し変調して前記親ノードに前記１芯光ファイバを介して上り光信号として送り返す子ノードであって、前記親ノードからの直流光に対して送信すべき信号により強度変調を行う第１の光変調器と、該第１の光変調器で変調された光信号の周波数変換を行う第２の光変調器とを具備し、該第２の光変調器で変調された光信号を前記１芯光ファイバを介して前記親ノードに前記上り光信号として送り返すことを特徴とする。
【００２３】
請求項５にかかる発明は、請求項４に記載の子ノードにおいて、前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して位相変調により行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載の子ノードにおいて、前記第２の光変調器における位相変調は、第１種０次ベッセル関数の値が０付近になる変調度の単一周波数を用いた位相変調であることを特徴とする。
【００２５】
請求項７にかかる発明は、請求項４に記載の子ノードにおいて、前記第２の光変調器における周波数変換は、前記第１の光変調器で変調された光信号に対して強度変調により行うことを特徴とする。
【００２６】
請求項８にかかる発明は、請求項７に記載の子ノードにおいて、前記第２の光変調器における強度変調は、少なくとも前記親ノードで復号するために必要な周波数帯の１／２以上の単一周波数の正弦波を用いてマッハツェンダ型強度光変調器により変調特性の最も消光する位置を中心として行う強度変調であることを特徴とする。
【００２７】
請求項９にかかる発明は、請求項４乃至８のいずれか１に記載の子ノードにおいて、前記直流光源の波長と異なる波長の下り光信号を受信する受信器と、該下り光信号と前記直流光と前記第２の光変調器からの下り光信号とを合分波する第３の光フィルタとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光ループバック方式を１芯双方向で構成する際に、伝送路中に発生する反射や散乱光による干渉クロストーク雑音を経済的に低減させることができる。すなわち、第１の従来例で用いられる光変調器Ｍn4の位相変調速度は、上り方向の光信号の所要周波数帯域よりも十分高いことが必要であるの対し、本発明によれば、親ノード側に設置される３ポートをもつ光フィルタが、反射や散乱光を遮断し、遮断波長以外の信号光を通過するに十分な特性を持つことにより、波長変換のための変調速度は信号受信帯域以下の速度でも干渉クロストーク雑音の抑圧が可能である。
【００２９】
また、第２の従来例では干渉クロストーク雑音を抑圧するためには広いスペクトル幅の直流光源が必要であり、その変調信号は分散の影響による信号品質の劣化が生じるのに対し、本発明によれば親ノードの３ポートをもつ光フィルタにおいて受信器方向へ遮断する波長帯域を十分狭めることで、必要とされる子ノードにて行う周波数変換の変調周波数を低くして信号のスペクトル広がりを抑制し、より多くのユーザを多重することが可能である。よって本発明により、親ノードから子ノードの上り方向の波長を指定する高速かつ低コストな波長分割多重ネットワークが実現可能となる。
【００３０】
また、第３の従来例では受信する上り方向の信号強度はアレイ導波路型回折格子ＡＷＧによって少なくとも半分以下になり、パワーの利用効率が悪く、また、アレイ導波路型回折格子ＡＷＧの各チャネルの精度は下り方向の直流光の波長だけでなく、上り方向の変調された光信号の波長にも合わせる必要があり、高い精度の作製精度が要求されるのに対し、本発明によれば、上り方向の変調された光信号のスペクトル成分はほぼそのまま受信器へ通過するため、信号パワーの利用効率が高い。また、親ノード側で用いる３ポートをもつ光フィルタは例えば誘電体多層膜本来の透過特性と反射特性を利用できるため、下り方向の直流光の中心スペクトルに合わせて作製すればよく、第３の従来例で用いるようなフィルタの製造における負担を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明では、親ノードに上り通信用の直流光源と光フィルタを具備させ、子ノードに該直流光源から直流光を供給するときにその光フィルタを通過させ、子ノードでその直流光を変調して親ノード送り返すときにもその光フィルタを通過させる。この光フィルタは、直流光源に接続される第１のポートと、子ノードに接続される第２のポートと、受信器に接続される第３のポートとを有し、第１のポートから第２のポートへ向かう光の波長通過減衰特性を第２のポートから前記第３のポートへ向かう光の波長通過減衰特性に対して反転させた特性とする。これにより、上り方向の直流光の反射や散乱光はその光フィルタによって遮断され、受信器には子ノード側で変調された信号成分が取り込まれる。また、子ノードでの変調には送信すべき信号によって直流光を強度変調した上に、さらに単一の周波数によって周波数変換を行う。よって、強度変調および周波数変換された上り光信号が光フィルタを通過して受信器に取り込まれる。以下、詳しく説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は本発明の実施例１の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す図である。本実施例１ではＮ個のユーザ毎に異なる波長の下り光信号と異なる波長の上り光信号が割り当てられている。ｎ番目については、下り光信号の波長は入nd、上り光信号の波長はλnuである。
【００３３】
まず、下り光信号について説明する。下り光信号は親ノードＯＬＴから光フィルタWFOLTを経由して１芯光ファイバＦに入力され、光フィルタWFLで分波され、さらにｎ番目の子ノードＯＮＵn内の光フィルタＷＦnで分波され、その子ノードＯＮＵn内の受信器Ｒnで受信される。ただし、本実施例１は下り光信号の波長については上り光信号に使用する波長と異なることが条件であり、その条件を満たす他の通信方式、分波合波方法は本発明を適用するに当たって本質的な制限とならない。また、ｎ番目の子ノードＯＮＵn内の光フィルタＷＦnについては必ずしもその子ノードＯＮＵn内にある必要はなく、ファイバ敷設コストや子ノードＯＮＵnの製造コストなどから、必要に応じて光フィルタＷＦLと統合し、その光フィルタＷＦLからｎ番目の子ノードＯＮＵnまでは２芯の光ファイバで構成することも可能である。
【００３４】
次に上り光信号について説明する。親ノードＯＬＴのｎ番目の送受信器ＴＲnについて、割り当てられた波長ｆnuの光信号を発する直流光源ＣＷnには、伝送線路での反射戻り光による撹乱によって発光レベルが不安定になることを防ぐために光アイソレータＩnが接続される。ただし、直流光源ＣＷnが想定する伝送路からの反射戻り光に十分耐えうる設計、製造がなされている場合は、光アイソレータＩnは省略可能である。直流光源ＣＷnから発せられる光信号は光フィルタＦnに入力される。
【００３５】
この光フィルタＦnは、図２に示すように第１〜第３のポートａ〜ｃを持つ。図３の上部には光フィルタＦnの通過特性と遮断特性が示されている。光フィルタＦnのポートａとポートｂ間においては割り当てられた波長ｆnuが通過するようにし、それ以外の波長については遮断特性とする。また、ポートｃとポートｂ間においては前記ポートａとポートｂ間の特性とは逆に、波長ｆnuを遮断し、それ以外の波長は通過特性とする。ポートｃにはポートｂから入力される上り信号が通過し、受信器Ｒnに入力される。この光フィルタＦnの相補的な特性は、通常よく用いられる誘電体多層膜による光フィルタの特性を利用することで、低コストで実現できる。一般に誘電体多層膜やエタロンでは透過する波長以外については、反射する特性を持っており、光フィルタを作製するときに、透過光を集光するポートに加えて、反射光を集光するポートを設置することで本発明の光フィルタＦnを実現することが出来る。
【００３６】
次に子ノードＯＮＵの機構について説明する。ｎ番目の子ノードＯＮＵnの光フィルタＷＦnと光サーキュレータＣnuを通過した上り用の直流光は、減衰した信号を親ノードＯＬＴ側で十分に受信可能となるレベルとするために光増幅器Ａnで増幅される。ただし、直流光源ＣＷnから発せられる光出力強度レベルが、伝送路や装置全体における減衰を受けても、親ノードＯＬＴ側のｎ番目の受信器Ｒnの最小受光感度以上になる場合は、光増幅器Ａnを省略することが可能である。
【００３７】
光増幅器Ａnで増幅された直流光は、送信すべき信号に応じて強度変調する光変調器Ｍn1によって、上り方向へ送信するＮＲＺまたはＲＺの光信号に変調される。光変調器Ｍn1で変調された光信号は後段の光変調器Ｍn2によってさらに変調（周波数変換）される。この光変調器Ｍn2においては、親ノードＯＬＴ側のｎ番目の光フィルタＦnにおいて、ポートｂからポートｃへ通過するように、信号スペクトルを単一周波数発振器ＬＯnに従って周波数変換を行う。そして光変調器Ｍn2の光出力は光サーキュレータＣnuに入力されて、上り光信号として親ノードＯＬＴに送信される。
【００３８】
ただし、ここに示したｎ番目のＯＮＵn側の機構については一例に過ぎず、上り用の直流光を光変調器Ｍn1によって上り信号として強度変調し、さらに親ノードＯＬＴ側のｎ番目の受信器ＴＲnの光フィルタＦnにおいてポートｂからポートｃへ通過するような周波数変換を施して折り返す処理を行う構成であることが、本発明における本質的な条件である。また、各子ノードＯＮＵに用いられる各部品は、何らかの設定を行うことなく使用するあらゆる波長に対応できるよう、広い波長幅で動作する部品で構成されることが望ましい。
【００３９】
親ノードＯＬＴ側のｎ番目の送受信器ＴＲnの光フィルタＦnにおいて、ポートｂからポートｃへと光信号を通過させるために、ｎ番目の子ノードＯＮＵn側の光変調器Ｍn2にて行う周波数変換の基本的な考え方は、直流光源ＣＷnから送信された光電界を特定の方式で変調することにより、そのスペクトルがλnuに対応する周波数成分ｆnuを十分抑圧し、ｆnu以外の周波数に変換されるように変調を行うことである。本実施例１では位相変調方式を使用する。
【００４０】
光変調器Mn2で位相変調を行う場合は、単一周波数発振器ＬＯnにより親ノードＯＬＴのｎ番目の送受信器ＲＴnの光フィルタＦnでポートｂからポートｃへ通過するに十分に高い単一周波数ｆmで位相変調する。このとき、位相変調の変調度は、０次ベッセル関数が０付近となる値とする。以下、直流光源ＣＷnから発せられる直流光の周波数ｆnuを周波数ｆmで位相変調することにより、直流光の波長λnuが抑圧されて、その両波側帯にスペクトルが生成されることを示す。
【００４１】
直流光源ＣＷnから発せられる光を単一周波数の直流光とし、その波長はλnuであるので、その光周波数ｆnuは、
【数１】
2005311708.tif 000003
で表される。ｃは光の速度である。この直流光の電界強度をＡとすると、電界は以下のように表される。
【数２】
2005311708.tif 000004
【００４２】
光変調器Ｍn2にて変調周波数ｆm、変調度βの単一周波数で位相変調された電界は以下のようになる。
【数３】
2005311708.tif 000005
この式をフーリエ級数展開すると、
【数４】
2005311708.tif 000006
となる。ただし、Ｊn(x)は第１種ｎ次ベッセル関数である。このとき、直流光源ＣＷnから発せられる光と同じ光周波数ｆnu成分を持つ項は、
【数５】
2005311708.tif 000007
となる。また、隣接するサブキャリアの周波数を持つ項は、
【数６】
2005311708.tif 000008
となり、ｆnuから±ｆmだけ離れた位置にサブキャリアが発生する。
【００４３】
ここで位相変調の変調度βを第１種０次ベッセル関数の値が０付近になるように選ぶ。第１種０次べッセル関数を図４に示す。例えばβを２．４付近に選べばｆnuの周波数成分が抑圧された信号光に変換できる。周波数変換を行うための単一周波数ｆmは図９で示した第１の従来例とは異なり、光フィルタＦnの帯域幅を十分小さくすることによって、信号速度に関わらない発振周波数を用いて干渉クロストーク雑音の抑圧が可能となる。本発明においては、例えば子ノードＯＮＵにて上り光信号をＮＲＺもしくはＲＺの信号に変調するためのクロック信号回路を利用することにより、より簡易に変調周波数ｆmを生成することが可能である。
【実施例２】
【００４４】
図５は本発明の実施例２の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す図である。この実施例２は、直流光源ＣＷnから送信された光電界を光変調器Mn3で強度変調することにより、その周波数成分ｆnuを十分抑圧し、ｆnu以外の周波数に変換する。ここでは、ｎ番目の子ノードＯＮＵnの単一周波数発振器ＬＯnにより、親ノードＯＬＴ側のｎ番目の送受信器ＴＲnの受信器Ｒnで復号可能に十分な帯域の１／２より高く、かつ光フィルタＦnでポートｂからポートｃへ通過するに十分に高い単一周波数ｆmで、光電界を正負対称に強度変調を行う。すなわち、この強度変調は、親ノードで復号するために必要な周波数帯の１／２以上の単一周波数の正弦波を用いて例えばマッハツェンダ型強度光変調器における変調特性の最も消光する位置を中心として行う。
【００４５】
ｎ番目の子ノードＯＮＵnでは、前述した位相変調方式と同様に、光変調器Ｍn3にて変調周波数ｆm、変調度αの単一周波数で正負均等に強度変調された電界は、以下のようになる。
【数７】
2005311708.tif 000009
従って、光変調器Ｍn3によって上り光信号は光周波数ｆnu±ｆm上に周波数変換され出力される。この変調方式は、光変調器としてよく用いられるニオブ酸リチウムを利用する、図６に示されるような強度光変調器の印加電圧−光出力強度曲線において、谷になる部分を中心に左右対称となる変調電圧値にて変調を行うことにより実現できる。
【００４６】
この強度変調においては、親ノードＯＬＴのｎ番目の受信器Ｒnから出力される信号には２ｆmのビート成分が含まれる。よって、このビート成分を受信器Ｒnにおいて復号に必要な帯域よりも大きくなるように選ぶ。すなわち、光変調器Mn3の変調周波数ｆmを親ノードＯＬＴの受信器Ｒnが復号に必要とする周波数帯域の１／２以上とし、受信器Ｒnに低域通過フィルタＬＰＦnを配置することにより、２ｆmのビート成分を簡易に除去可能となる。変調周波数ｆmは例えば子ノードＯＮＵにて上り信号をＮＲＺもしくはＲＺの信号に変調するためのクロック信号回路を利用することにより、より簡易に生成することが可能である。受信器Ｒnそのものが十分な遮断特性を持つ低域通過フィルタである場合は、ＬＰＦnは省略することが可能である。
【００４７】
以上の実施例１および実施例２で行った周波数変換と光フィルタＦnの透過帯域、遮断帯域の関係を図３上部に示す。ポートａからポートｂにおいては直流光源ＣＷnから発せられる波長λnuが伝送路方向へ通過する。このとき発光スペクトルは図３の下部の点線に示すスペクトルであり、上部の点線の透過スペクトルを持つポートａとポートｂ間を通過する。一方、ｎ番目の子ノードＯＮＵｎで位相変調又は強度変調された光信号は、図３下部の実線のようなスペクトルとなり、図３上部にあるポートｂとポートｃ間の通過帯域により光フィルタＦnを受信器Ｒn方向へ通過する。このとき、波長λnuをもつｎ番目の子ノードＯＮＵn方向に発せられる直流光は、伝送路中のコネクタやファイバ本来の持つレイリー散乱によって反射、散乱されて戻ってくるが、この反射光や散乱光についてはｎ番目の子ノードＯＮＵnにて変調する前のスペクトルと同じであり、ポートｂからポートａへと通過する。よって、親ノードＯＬＴのｎ番目の受信器Ｒnで受信される光信号は、伝送路中で発生する反射、散乱光の影響を受けない。
【実施例３】
【００４８】
図７は本発明の実施例３の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す図である。本発明において親ノードＯＬＴに配置する光フィルタＦnの通過波長帯域は狭く設定することが望ましい。なぜならば、ｎ番目の子ノードＯＮＵnにて行う位相変調又は強度変調の変調周波数を低くすることが可能となり、さらに、光フィルタＦnを通過する上り光信号の損失をより小さく抑えることが可能になるからである。しかし、下り方向のｎ番目の直流光源ＣＷnの発光波長と光フィルタＦnの透過波長を合わせることが難しくなる。
【００４９】
そこで、本実施例３では光フィルタＦnのポートｂからの出力光を光結合器（図示せず）で分波し、モニタＭＯNnでその光強度をモニタリングし、その光強度が最大になるよう制御部ＣＴＬnで直流光源ＣＷnの発光波長を制御する機構を付加している。これにより、親ノードＯＬＴより出力される下り方向の直流光の出力を常に最大化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。
【図２】実施例１における光フィルタＦnの説明図である。
【図３】実施例１における動作を説明するための光フィルタＦnの透過特性および遮断特性と、子ノードＯＮＵnで変調される前後の上り方向用の光信号のスペクトルの関係を示す説明図である。
【図４】第１種０次ベッセル関数Ｊｏ（β）の説明図である。
【図５】本発明の実施例２の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。
【図６】実施例２に用いる強度変調を行う際の変調電圧の選択方法の説明図である。
【図７】本発明の実施例３の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。
【図８】上り下りに異なる波長を用いる従来の１芯双方向波長分割多重光アクセスネットワークの概略構成を示す説明図である。
【図９】ループバック方式として提案されている第１の従来例を示す説明図である。
【図１０】ループバック方式として提案されている第２の従来例を示す説明図である。
【図１１】ループバック方式として提案されている第３の従来例を示す説明図である。
【図１２】第３の従来例における上り方向と下り方向の光周波数スペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｆ：１芯光ファイバ
ＯＬＴ：親ノード
ＯＮＵ1，ＯＮＵn，ＯＮＵN：子ノード
ＴＲ1，ＴＲn，ＴＲN：送受信器
Ｒ1，Ｒn，ＲN：受信器
Ｔ1，Ｔn，ＴN：送信器
ＷＦOLT，ＷＦL，ＷＦR，ＷＦn，ＷＦN，Fn：光フィルタ
ＣＷ，ＣＷn：直流光源
Ｍn1，Ｍn2，Ｍn3，Ｍn4：光変調器
ＣOLT，Ｃnu：Ｃn：光サーキュレータ
Ｉn：光アイソレータ
ＡＷＧ：アレイ導波路型回折格子
ＬＰＦn：低域通過フィルタ
ＣＴＬn：制御部
ＭＯＮn：モニタ
【図１】
2005311708.tif 000010
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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