(57)【要約】【課題】  光アクセスネットワークにおいて、反射光による雑音を低減し、受信信号のＳＮＲを向上させることのできる光加入者装置を提供する。【解決手段】  本発明の光加入者装置は、収容局から伝送路を介して供給される連続光を、送信信号により強度変調して、収容局へ伝送する変調器を備えている。この変調器は、ＳＯＡによる雑音抑圧効果を得るために、送信信号がマーク側のときにＳＯＡの飽和領域で動作するように構成される。また、送信信号のマーク率をほぼ１／２とした場合、光加入者装置の利得をα＋Ｌ−１．５［ｄＢ］とすることで受信品質（Ｑ値）を最適化することができる（ここで、αはＳＯＡの雑音抑圧度、Ｌは伝送路の伝送損失）。また、所望の受信品質を得るために必要なＳＯＡによる雑音抑圧効果をβ［ｄＢ］（ただし０≦β≦α）とすると、光加入者装置の利得は、β＋Ｌ−１．５［ｄＢ］〜２α−β＋Ｌ−１．５［ｄＢ］に設定する。【選択図】  図９
2007006286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光アクセスネットワークにおいて、収容局から伝送路を介して供給される連続光を、送信信号により強度変調し、前記伝送路を介して前記収容局へ伝送する変調部を備えた光加入者装置であって、
前記変調部は変調器とＳＯＡ増幅器とを備え、前記ＳＯＡ増幅器は前記送信信号がマーク側のときに飽和領域で動作するように構成されたことを特徴とする光加入者装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光加入者装置であって、
前記変調部はＳＯＡ変調器として構成され、前記ＳＯＡ変調器は前記送信信号がマーク側のときに飽和領域で動作するように構成されたことを特徴とする光加入者装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光加入者装置であって、
前記ＳＯＡ増幅器またはＳＯＡ変調器は、前段に増幅器を備えたことを特徴とする光加入者装置。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の光加入者装置であって、
前記送信信号のマーク率は、実質的に１／２であることを特徴とする光加入者装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光加入者装置において、
前記伝送路の損失をＬ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度をα［ｄＢ］とし、前記光加入者装置の利得をβ＋Ｌ−１．５［ｄＢ］〜２α−β＋Ｌ−１．５［ｄＢ］（ただし０≦β≦α）の範囲に設定したことを特徴とする光加入者装置。
【請求項６】
請求項４に記載の光加入者装置において、
前記伝送路の損失をＬ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度をα［ｄＢ］とし、前記光加入者装置の利得をα＋Ｌ−１．５ｄＢに設定したことを特徴とする光加入者装置。
【請求項７】
請求項４に記載の光加入者装置の複数を、伝送路を介して１つの収容局に収容した光アクセスネットワークにおいて、
前記複数の光加入者装置について、前記伝送路における最大損失をＬｍａｘ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度の設計値をα［ｄＢ］とし、前記複数の光加入者装置の利得をβ＋Ｌｍａｘ−１．５［ｄＢ］〜２α−β＋Ｌｍａｘ−１．５［ｄＢ］（ただし０≦β≦α）の範囲に設定したことを特徴とする光アクセスネットワーク。
【請求項８】
請求項４に記載の光加入者装置の複数を、伝送路を介して１つの収容局に収容した光アクセスネットワークにおいて、
前記複数の光加入者装置について、前記伝送路における最大損失をＬｍａｘ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度の設計値をα［ｄＢ］とし、前記複数の光加入者装置の利得をα＋Ｌ−１．５ｄＢに設定したことを特徴とする光アクセスネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に光通信技術に関し、より詳細には、光アクセスネットワークにおける光加入者装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術は、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｘｉｎｇ）技術に比べて、１加入者あたりの信号帯域を増大することができる（非特許文献１参照）。図１に、従来のＷＤＭ技術による光アクセスネットワークの上り信号の構成例を示す。この光アクセスネットワークでは、複数の光加入者装置３０−１〜Ｎが光ファイバ２０および光合分波器４０を介して収容局１０に接続されている。
【０００３】
光加入者装置３０は、光源１４０からの連続光を、変調器１３０で上りの送信信号により強度変調して送信する。複数の光加入者装置３０−１〜Ｎはそれぞれ異なる波長の光源を備えており、強度変調された光信号は光合分波器４０で合波され、光ファイバを介して収容局１０に伝送される。収容局１０において、伝送された光信号は、光分波器１２０で波長に応じて分波され、波長ごとにそれぞれの受信機１１０−１〜Ｎで受信される。
【０００４】
しかしながら、この構成では、各光加入者装置に光源および変調器を搭載する必要があり、装置コストが嵩むことになる。また、各光加入者装置にはそれぞれ異なる波長の光源が必要となるので、量産化による装置コストの低減が期待しにくく、ネットワークの構築、保守、運用に係わるコストが増大するという問題がある。
【０００５】
そのため、光加入者装置に光源を設けずに光アクセスネットワークを構成する例を図２に示す。この光アクセスネットワークでは、収容局１０のＷＤＭ光源２６０から各加入者に割り当てる波長ごとに連続したＷＤＭ光が出力され、光サーキュレータ２７０を介して光ファイバ２０に出力される。この出力光は、光ファイバ２０を介して光合分波器４０に送られ、そこで波長に応じて分波されて、それぞれの光加入者装置３０−１〜Ｎに供給される。この連続光は、光加入者装置３０において、変調器２３０で上りの送信信号により強度変調され、変調光として出力される。各光加入者装置からの変調光は、波長合分波器４０において再び合波され、光ファイバ２０を介して収容局１０へ伝送される。収容局１０では、伝送された変調光は、光サーキュレータ２７０を介して光分波器２２０で波長に応じて分波され、波長ごとにそれぞれの受信機２１０−１〜Ｎで受信される。
【０００６】
この構成では、光加入者装置３０には、光源が必要なく、波長依存性の少ない光変調器のみを要するため、部品コストの削減ならびに量産化による装置コストの低減が期待できる。また、加入者側の温度などの使用環境のばらつき、ネットワークの拡張、保守、運用を考えると、収容局側から光源を供給するこの構成は波長管理の点で非常に望ましい。
【０００７】
しかしながら、この構成の問題の１つは、伝送路における反射の影響により信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が低下し、受信性能の劣化につながることである。一般に、光アクセスネットワークにおける光ファイバ伝送路は、収容局から光加入者装置までの間に複数の反射点（フレネル反射点）を持つ。また、光ファイバに光が入射すると、後方散乱（レイリー散乱）が生じる。例えば、非特許文献１には、光ファイバ伝送路に許容される反射減衰量（＜−３２ｄＢ）が規定されている。
【０００８】
図３（ａ）および（ｂ）に、このような反射の模式図を示す。図３（ａ）は、反射光によって収容局側で干渉が生じる場合を示している（以下、このような反射光を「第１の反射光」という）。すなわち、収容局１０から発せられた供給光の一部が伝送路２０上の反射点（例えば図２の光合分波器４０）で反射され、収容局側で光加入者装置３０からの変調光と干渉し、強度雑音を生じる。また、図３（ｂ）は、反射光によって光加入者装置側で干渉が生じる場合を示している（以下、このような反射光を「第２の反射光」という）。すなわち、光加入者装置３０で変調された変調光の一部が伝送路２０上の反射点（例えば図２の光合分波器４０）で反射され、光加入者装置側で収容局３０からの供給光と干渉し、強度雑音を生じる。
【０００９】
ここで、図４（ａ）および（ｂ）に、光加入者装置３０の構成例を示す。図４（ａ）は、変調器４３０の遠端に反射ミラーを備えた反射型の構成であり、図４（ｂ）は、透過型の変調器４３２を、光サーキュレータ４４０を用いてループ状に結合した構成である。反射型および透過型の変調器には、例えば、電界吸収型（ＥＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器がある。しかし、ＥＡ変調器は透過損失が大きく、収容局での受信信号のＳＮＲが悪いという問題がある。
【００１０】
そのため、光加入者装置３０の変調器として、反射型の光半導体増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）変調器を用いることが提案されている（非特許文献２）。図５（ａ）にその構成を示す。ＳＯＡ変調器５３０を用いると、送信信号に応じて注入電力を変化させることにより、強度変調と光増幅を同時に達成することができる。また、この構成と等化な機能を有する構成を図５（ｂ）に示す。この構成では、透過型のＥＡ変調器５３２と光増幅器５５０を、光サーキュレータ５４０を用いてループ状に結合している。
【００１１】
図６は、図５の構成により受信信号のＳＮＲが改善されることを説明するための図である。図に示すように、図３（ａ）に示す第１の反射光のパワーは、伝送距離にかかわらず一定と考えられる。それに対して、信号光のパワーは伝送距離に応じて減少する。また、光加入者装置が利得を持たない場合、信号光は光加入者装置で変調器の透過損失などの損失を被る。しかし、光加入者装置が利得を持つ場合、光加入者装置で光信号のパワーが増幅され、収容局での受信信号パワーが大きくなる。このように、光加入者装置に利得を持たせることで収容局での第１の反射光による受信信号のＳＮＲの劣化を改善することができる。
【００１２】
【非特許文献１】ITU-T Recommendation G.983.3 (03/01)
【非特許文献２】N. Buldawoo et al., “Transmission Experiment Using a Laser Amplifier-Reflector for DWDM Access Network,” ECOC'98, 20-24 September 1998, Madrid, Spain, pp.273-274
【非特許文献３】T. Yamamoto et al., “Noise Suppression and Intensity Modulation in Gain-Saturated Semiconductor Optical Amplifiers and Its Application to Spectrum-Sliced Light Sources,” Jpn. Appl. Phys. Vol.39 (2000) pp.L861-L863, Part 2, No.8B, 15 August 2000
【非特許文献４】J. L. Gimlett et al., “Effects of Phase-to-Intensity Noise Conversion by Multiple Reflections on Gigabit-per-Second DFB Laser Transmission Systems,” Journal of Lightwave Technology, Vol.7, No.6, June 1989, pp.888-895
【非特許文献５】H. Takahashi et al., “Impact of Crosstalk in an Arrayed-Waveguide Multiplexer on N x N Optical Interconnection,” Journal of Lightwave Technology, Vol.14, No.6, June 1996, pp.1097-1105
【非特許文献６】K. Sato et al., “Reduction of Mode Partition Noise by Using Semiconductor Optical Amplifiers,” IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol.7, No.2, March/April 2001, pp. 328-333
【非特許文献７】N. S. Bergano et al., “Margin Measurements in Optical Amplifier Systems,” IEEE Photonics Technology Letters, Vol.5, No.3, March 1993, pp. 304-306
【非特許文献８】H. C. Shin et al., “Reflective SOAs Optimized for 1.25Gbit/s WDM-PONs,” LEOS'2004, pp.308-309
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、光加入者装置が利得を持つ場合、図３（ｂ）の第２の反射光は、光加入者装置においてそのパワーが増幅されることになる。この第２の反射光は、光加入者装置で変調および増幅された変調光が収容局からの供給光と干渉し、さらに変調および増幅されて収容局に送られる。このように、第２の反射光は、光加入者装置において２度そのパワーが増幅され、光加入者装置の利得の２乗に比例して増大する。
【００１４】
図７は、光加入者装置の利得に対するそれぞれの光のパワーを対数スケールで表したものである。図に示すように、光加入者装置の利得が小さい場合は、第１の反射光の影響が支配的であり、ＳＮＲは光加入者装置の利得に比例して増加する。しかし、光加入者装置の利得がある点を越えると、第２の反射光の影響が支配的になり、ＳＮＲは光加入者装置の利得の増加に伴い劣化する。このように、従来の光アクセスネットワークでは、第２の反射光により光加入者装置の利得が制限されるという問題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光アクセスネットワークにおいて、反射光による雑音を低減し、受信信号のＳＮＲを向上させることのできる光加入者装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光アクセスネットワークにおいて、収容局から伝送路を介して供給される連続光を、送信信号により強度変調し、前記伝送路を介して前記収容局へ伝送する変調部を備えた光加入者装置であって、前記変調部は変調器とＳＯＡ増幅器とを備え、前記ＳＯＡ増幅器は前記送信信号がマーク側のときに飽和領域で動作するように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光加入者装置であって、前記変調部はＳＯＡ変調器として構成され、前記ＳＯＡ変調器は前記送信信号がマーク側のときに飽和領域で動作するように構成されたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光加入者装置であって、前記ＳＯＡ増幅器またはＳＯＡ変調器は、前段に増幅器を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３に記載の光加入者装置であって、前記送信信号のマーク率は、実質的に１／２であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光加入者装置において、前記伝送路の損失をＬ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度をα［ｄＢ］とし、前記光加入者装置の利得をβ＋Ｌ−１．５［ｄＢ］〜２α−β＋Ｌ−１．５［ｄＢ］（ただし０≦β≦α）の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の光加入者装置において、前記伝送路の損失をＬ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度をα［ｄＢ］とし、前記光加入者装置の利得をα＋Ｌ−１．５ｄＢに設定したことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の光加入者装置の複数を、伝送路を介して１つの収容局に収容した光アクセスネットワークにおいて、前記複数の光加入者装置について、前記伝送路における最大損失をＬｍａｘ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度の設計値をα［ｄＢ］とし、前記複数の光加入者装置の利得をβ＋Ｌｍａｘ−１．５［ｄＢ］〜２α−β＋Ｌｍａｘ−１．５［ｄＢ］（ただし０≦β≦α）の範囲に設定したことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項４に記載の光加入者装置の複数を、伝送路を介して１つの収容局に収容した光アクセスネットワークにおいて、前記複数の光加入者装置について、前記伝送路における最大損失をＬｍａｘ［ｄＢ］、前記ＳＯＡの飽和領域での動作による雑音抑圧度の設計値をα［ｄＢ］とし、前記複数の光加入者装置の利得をα＋Ｌ−１．５ｄＢに設定したことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（基本構成）
本発明に係る光加入者装置では、供給光と第２の反射光の干渉による雑音を低減するために、ＳＯＡの雑音抑圧効果を利用する。図８に、ＳＯＡの入出力パワー特性を示す。図に示すように、ＳＯＡは、入力パワーに比例して出力パワーが増加する利得の未飽和領域と、入力パワーが増加しても出力パワーが比例して増加しない利得の飽和領域とを有している。ＳＯＡの雑音抑圧効果は、利得の飽和領域で光パワーを入力したときに得ることができる（非特許文献３）。図８に示すように、標準偏差σinの雑音分布を有する干渉光をＳＯＡの利得飽和領域に入射することにより、雑音分布をσout（＜σin）に低減することができる。この雑音抑圧効果は、ＳＯＡへの入力パワーに依存し、より強いパワーを入力するのに従って増大する。
【００２５】
次に、図９（ａ）〜（ｄ）を参照して、ＳＯＡの雑音抑圧効果を用いた本発明による光加入者装置の構成例について説明する。
【００２６】
図９（ａ）に示す光加入者装置は、遠端に反射ミラーを備えた反射型のＳＯＡ変調器９３０と可変減衰器９６０とから構成されている。光ファイバを介して伝送された単一波長の連続光は、可変減衰器９６０を通過した後、ＳＯＡ変調器９３０で送信信号により強度変調されると同時に増幅され、再び可変減衰器９６０を通過し、光ファイバを介して収容局へ伝送される。この構成において、ＳＯＡ変調器９３０への入力パワーは、送信信号がマーク側のときに利得の飽和領域で動作するように設定される。
【００２７】
図９（ｂ）に示す光加入者装置は、透過型のＳＯＡ変調器９３２と、光サーキュレータ９４０と、可変減衰器９６０とから構成されている。光ファイバを介して伝送された単一波長の連続光は、可変減衰器９６０および光サーキュレータ９４０を通過し、ＳＯＡ変調器９３２で送信信号により強度変調される。この変調光は、再び光サーキュレータ９４０および可変減衰器９６０を通過し、光ファイバを介して収容局へ伝送される。この構成において、ＳＯＡ変調器９３２への入力パワーは、送信信号がマーク側のときに利得の飽和領域で動作するように設定される。
【００２８】
図９（ｃ）に示す光加入者装置は、透過型のＳＯＡ変調器９３２と、可変減衰器９６０と、光サーキュレータ９４０とから構成されている。この光加入者装置では、図９（ｂ）の構成において可変減衰器９６０をループ内に配置した構成となっている。この構成においても、ＳＯＡ変調器９３２への入力パワーは、送信信号がマーク側のときに利得の飽和領域で動作するように設定される。
【００２９】
図９（ｄ）に示す光加入者装置は、透過型のＳＯＡ変調器９３２と、光増幅器９５０と、可変減衰器９６０と、光サーキュレータ９４０とから構成されている。この光加入者装置は、図９（ｃ）の構成において光増幅器９５０をループ内に付加した構成となっている。この光増幅器９５０は、光ファイバ伝送路を経て減少した連続光のパワーを増大するために用いられる。これにより、ＳＯＡ変調器９３２に高いパワーで連続光を入力することができ、より良好な雑音抑圧効果を得ることができる。なお、可変減衰器９６０は、図９（ｂ）の構成のように、光サーキュレータ９４０で構成されるループの外に配置してもよい。
【００３０】
上記の構成例において、可変減衰器は、減衰値の異なる複数の固定減衰器を用意し、その中から所望の固定減衰器を選択するように構成してもよい。また、可変減衰器を配置する代わりに変調器への注入電力量により利得を調整するようにしてもよい。
【００３１】
次に、図１０（ａ）および（ｂ）を参照して、ＳＯＡとＥＡ変調器を併用した本発明による光加入者装置の構成例について説明する。これは、１０Ｇｂｐｓを超える高速の信号で変調可能なＳＯＡ変調器がまだ実現されていないので、このような高速変調のためには、ＥＡ変調器を用いる必要があるためである。
【００３２】
図１０（ａ）に示す光加入者装置は、透過型のＳＯＡ１０３０と、ＥＡ変調器１０３２と、光増幅器１０５０と、可変減衰器１０６０と、光サーキュレータ１０４０とから構成されている。光ファイバを介して伝送された単一波長の連続光は、光サーキュレータ１０４０を通過した後、ＳＯＡ１０３０によりそのパワーが増幅されると同時に雑音抑圧効果により干渉雑音が抑圧される。雑音が抑圧された連続光は、ＥＡ変調器１０３２で強度変調されると同時にＥＡ変調器の透過損失によりパワーが低下する。そのため、この変調光は、光増幅器１０５０にて再び増幅され、可変減衰器１０６０でパワーが調整された後、光サーキュレータ１０４０を介して収容局へ伝送される。なお、可変減衰器１０６０は、図９（ｂ）の構成のように、光サーキュレータ１０４０で構成されるループの外に配置してもよい。
【００３３】
図１０（ｂ）に示す光加入者装置は、透過型のＳＯＡ１０３０と、ＥＡ変調器１０３２と、第１の光増幅器１０５０と、可変減衰器１０６０と、光サーキュレータ１０４０と、第２の光増幅器１０５２とから構成されている。この光加入者装置は、図１０（ａ）の構成においてＳＯＡ１０３０の前段に第２の光増幅器１０５２を配置した構成となっている。これにより、ＳＯＡ１０３０に高いパワーで連続光を入力することができ、より良好な雑音抑圧効果を得ることができる。
【００３４】
なお、上記の構成例において、可変減衰器は、減衰値の異なる複数の固定減衰器を用意し、その中から所望の固定減衰器を選択するように構成してもよい。また、可変減衰器を配置する代わりに変調器への注入電力量により利得を調整するようにしてもよい。
【００３５】
（理論的検討）
本発明の光加入者装置を用いた光アクセスネットワークにおける利得について理論的に説明する。光アクセスネットワークにおいては、一般に、次のことを想定することができる。
−ある反射点で反射された光が、再び別の反射点で反射される多重反射光のパワーは、反射が一回だけの単反射光のパワーと比べて十分に小さい。
−送信信号のマーク率は１／２である（これは、送信信号にマークまたはスペースの一方が連続すると、信号を受信する際にクロック信号を抽出することが困難となるので、通常、ＳＤＨにおけるスクランブルやギガビットイーサネット（登録商標）における８Ｂ→１０Ｂ変換などのようにマーク率がほぼ１／２になるように構成されるためである）。
【００３６】
このような想定に基づいて、まずＳＯＡによる雑音抑圧がない場合について説明する。収容局の受信端において、信号光のマーク側光電界をＥ０ｅｘｐ［ｉ（ωｃｔ＋φ０）］、ある反射点における第１の反射光のマーク側電界をＥ１ｅｘｐ［ｉ（ωｃｔ＋φ１）］、ある反射点から反射される第２の反射光のマーク側電界をＥ２ｅｘｐ［ｉ（ωｃｔ＋φ２）］とすると、受信信号の光電界は、
【００３７】
【数１】
2007006286.tif 000003
【００３８】
として表される。収容局で受信された受信信号による光電流は、要する係数を一切無視すると、
【００３９】
【数２】
2007006286.tif 000004
【００４０】
となる。ここで、第一項が信号であり、第二項以下は雑音である。第一項ないし第六項は、それぞれ信号光、信号光と第１の反射光のビート（干渉）、信号光と第２の反射光のビート（干渉）、第１の反射光、第２の反射光、第１の反射光と第２の反射光のビート（干渉）によるパワーを表している。第四項ないし第六項は、反射光が信号光に比べて小さいため無視できる。本式において、第二項および第三項が問題となる干渉強度雑音である。信号光と第１の反射光の干渉強度雑音パワーの周波数分布は、信号光と第１の反射光の遅延時間τおよび周波数ｆの関数として、
【００４１】
【数３】
2007006286.tif 000005
【００４２】
として表される（非特許文献４）。ここで、Δνは光源の線幅（３ｄＢ幅）である。また、信号光と第２の反射光の干渉強度雑音は、式（４）において、Ｅ１２をＥ２２に置き換えたものに等しい。信号光と反射光の遅延時間τは、収容局の近傍で発生した第１の反射光に対して最大となる。また、遅延時間τは、光加入者装置の近傍で発生した第２の反射光に対して最小となる。
【００４３】
図１１は、長さ１０ｋｍの光ファイバにおいて、収容局から０ｍの地点で発生した第１の反射光により生じた干渉強度雑音と、加入者から１ｍ、２ｍ、３ｍの地点で発生した第２の反射光により生じた干渉強度雑音の周波数分布をそれぞれ式（４）から求めたものである。なお、図１１の干渉強度雑音のパワーは、収容局から０ｍの地点で発生した第１の反射光による干渉強度雑音のピーク値を１００％として規格化している。また、光源の線幅はΔν＝４ＭＨｚとした。図に示されているように、収容局から０ｍの地点で発生した第１の反射光による干渉強度雑音の３ｄＢ幅は４ＭＨｚであり、光源の線幅と同程度である。線幅Δν＝４ＭＨｚの光源のコヒーレンス長は５０ｍであることから、信号光と第１の反射光はコヒーレンス長に相当する時間遅延以上の時間差をもって干渉する。この場合、式（４）は、以下に表すローレンツ型の周波数分布により近似される。
【００４４】
【数４】
2007006286.tif 000006
【００４５】
図１１では、このローレンツ関数は、第１の反射光についての計算結果とほぼ一致している。一方、加入者から１ｍ、２ｍ、３ｍの地点で発生した第２の反射光による干渉強度雑音の周波数分布は、反射点の位置が加入者装置に近づくにつれて、そのピーク値が減少し、３ｄＢ幅も広がっている。ギガオーダの高速の信号伝送を考えた場合、信号帯域に含まれる干渉強度雑音の全パワーは、式（４）を直流成分から信号ビットレートに対応する成分まで積分することによって求めることができる。
【００４６】
図１２は、信号ビットレートを１．２５Ｇｂｐｓとして、横軸に示す周波数から１．２５ＧＨｚまでに存在する干渉強度雑音パワーの積分値（以下、「残留パワー」という）の計算結果である。なお、図１２の残留パワーは、収容局から０ｍの地点で発生した第１の反射光による干渉雑音パワーの積分値を１００％として規格化している。図に示されているように。１００ＭＨｚ以上の残留パワーは、いずれの場合でも３％程度と非常に小さい。そのため、干渉強度雑音パワーのほとんどは、信号帯域内に存在していると考えることができる。
【００４７】
式（３）の第二項および第三項の影響を定量的に示すため、規格化ビートノイズパワーとして以下を定義する。  
【００４８】
【数５】
2007006286.tif 000007
【００４９】
ここまでの議論では、第１の反射光および第２の反射光について、伝送路内の１つの反射点によるもののみを考慮したが、複数の反射点が関与する場合のビートノイズは、式（６）で示される値を分散値とするガウス分布として取り扱うことができる。これは、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）のコヒーレントクロストークの影響を定量的に見積もる手法（非特許文献５）の類推に基づいている。ただし、変調光のマーク時において、第２の反射光が同じくマークである確率を１／２とすると、式（６）は、
【００５０】
【数６】
2007006286.tif 000008
【００５１】
となる。信号光と反射光の偏波が一致する確率を１／２とすと、式（７）の値はさらに半分になる。
【００５２】
伝送路へ入射する連続光のパワーを１、片道の伝送路損失をｌ、光加入者装置へ入射する連続光のパワーに対する変調光の出力パワーの利得をｇ、片道の全伝送路での反射光パワーをｒとすると、収容局の受信端において、伝送路を往復した信号光のパワーはｌ２ｇ、第１の反射光のパワーはｒ、第２の反射光のパワーはｌ２ｇ２ｒで表される。いま問題となるのは、変調光（信号光）と反射光の干渉であるので、変調光マーク時の反射光の影響のみを考えればよい。そこで、送信信号のマーク率を１／２とすると、収容局の受信端において、伝送路を往復した信号光のマークレベルのパワーは２ｌ２ｇ、第１の反射光のパワーはｒ、第２の反射光のマークレベルパワーは４ｌ２ｇ２ｒとなる。これらの値を式（７）に代入し、変数ｇで微分すると、最適な光加入者装置の利得が次のように表される。
Ｇ＝Ｌ−１．５                                                    （８）
ここで、ＧおよびＬは、それぞれｇおよびｌを対数スケールで表したものである。また、このとき得られるＳＮＲは、式（７）および式（８）から、次のようになる。
ＳＮＲ＝Ｒ−Ｌ−４．５                                            （９）
ここで、Ｒは、ｒを対数スケールで表したものである。
【００５３】
次に、ＳＯＡによる雑音抑圧効果を利用した場合について説明する。ＳＯＡの雑音抑圧効果は、図１３に示す系により測定することができる（非特許文献６）。測定には、光コンポーネントアナライザ１３６０（例えばＡｇｉｌｅｎｔ８７０３Ａ）を使用する。光コンポーネントアナライザから出力される小信号の正弦波変調光は、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１３５０により増幅され、所定の光パワーでＳＯＡ１３３０に入力される。光コンポーネントアナライザ１３６０は、正弦波変調光の周波数を掃引する。これにより、ＳＯＡの出力を光コンポーネントアナライザに取り込み、掃引された周波数成分の強度をモニタすることにより、ＳＯＡの応答特性を知ることができる。
【００５４】
図１４は、ＳＯＡに０ｄＢｍの正弦波変調光を入力したときの測定結果を示している。図の横軸および縦軸は、それぞれ掃引周波数およびＳＯＡの相対利得である。図に示されるように、ＳＯＡは５ＧＨｚ以下の低周波成分を遮断するハイパスフィルタとして機能している。また、ＳＯＡの周波数応答特性は、数百ＭＨｚ以下（図では５００ＭＨｚ程度）でほぼ一定である。このことは、非特許文献６で導出されたＳＯＡの周波数特性の理論式によっても示されている。そこで、前述のように干渉強度雑音のうち１００ＭＨｚ以上に存在する残留パワーは非常に小さいので、ＳＯＡのこの領域で干渉強度雑音を効率的に抑圧することができる。このときの抑圧度を、干渉雑音の抑圧度（＝α［ｄＢ］）と定義する。図１４のＳＯＡの雑音抑圧度αは６ｄＢである。ＳＯＡによる雑音抑圧を用いると、式（３）は、
【００５５】
【数７】
2007006286.tif 000009
【００５６】
となり、式（７）で表される規格化ビートノイズは、
【００５７】
【数８】
2007006286.tif 000010
【００５８】
として表される。式（１１）に、伝送路を往復した信号光のマークレベルのパワー２ｌ２ｇ、第１の反射光のパワーｒ、第２の反射光のマークレベルのパワー４ｌ２ｇ２ｒを代入し、変数ｇで微分すると、ＳＯＡの雑音抑圧効果を利用したときの光加入者装置の最適な利得が次のように表される。  
Ｇ＝α＋Ｌ−１．５                                                （１２）
また、このとき得られるＳＮＲは、式（１１）および（１２）から、次のようになる。
ＳＮＲ＝Ｒ−Ｌ＋α−４．５                                        （１３）
このように、雑音抑圧度α［ｄＢ］のＳＯＡを用いると、α［ｄＢ］だけ受信信号のＳＮＲを改善することができる。
【００５９】
（実験的検討）
図１５は、光加入者装置の最適利得および信号光に及ぼす反射光の影響に関する上記議論を検証するための実験系を示している。この実験系は、収容局１０と、伝送路における反射の影響を模擬した伝送路２０と、光加入者装置３０とから構成されている。収容局１０は、光源１５６０および受信機１５１０から構成されている。また、伝送路２０は、信号光の伝搬を模擬する信号光経路と、第１の反射光の伝搬を模擬する第１の反射光経路と、第２の反射光の伝搬を模擬する第２の反射光経路とから構成されている。
【００６０】
伝送路２０の信号光経路では、光源１５６０からの連続光が、光分岐器１５４１で分岐され、可変減衰器１５６１でパワーが調節され、光分岐器１５４２を介して光加入者装置３０へ入射する。そして、光加入者装置３０で変調された変調光が、光分岐器１５４３を介して、可変減衰器１５６３でパワーが調節され、光分岐器１５４４を介して受信機１５１０で受信される。ここで、信号経路の伝送損失は、可変減衰器１５６１および１５６３により調節することができる。
【００６１】
第１の反射光経路では、光源１５６０からの連続光が、光分岐器１５４１で第１の反射光として分岐され、可変減衰器１５６２でパワーが調節され、１×８光分岐器１５３１で８つの経路に分岐される。分岐された第１の反射光は、それぞれ異なる反射点を模擬する８つの遅延線１５１１〜１５１８で遅延が与えられて、１×８光分岐器１５３２で合波され、光分岐器１５４４を介して受信機１５１０で受信される。ここで、第１の反射光のパワーは、可変減衰器１５６２により調節することができる。
【００６２】
第２の反射光経路では、光加入者装置３０からの変調光が、光分岐器１５４３で第２の反射光として分岐され、可変減衰器１５６４でパワーが調節され、１×８光分岐器１５３５で８つの経路に分岐される。分岐された第２の反射光は、それぞれ異なる反射点を模擬する８つの遅延線１５２１〜１５２８で遅延が与えられて、１×８光分岐器１５３４で合波され、光分岐器１５４２を介して光加入者装置３０に戻る。ここで、第２の反射光のパワーは、可変減衰器１５６４により調節することができる。
【００６３】
図１６は、図１５の光加入者装置３０の構成例を示している。光分岐器１５４２からの第２の反射光と干渉した信号光は、ＥＤＦＡ増幅器１６５０により増幅され、可変減衰器１６６０でパワーが０ｄＢｍに調節された後、ＳＯＡ増幅器１６３０で雑音抑圧効果が与えられる。使用するＳＯＡ増幅器は、図１４に示したものと同じものである。したがって、ＳＯＡ増幅器１６３０に入射した光は、上述したように、ＳＯＡを通過することによって干渉強度雑音が抑圧される。次に、雑音が抑圧された信号光は、ＥＡ変調器１６３２で１．２５Ｇｂｐｓで２７−１の擬似ランダムパターンにより強度変調され、ＥＤＦＡ増幅器１６５２で増幅された後、可変増幅器１６６２でパワーが調節されて、伝送路２０の光分岐器１５４３に出力される。
【００６４】
この実験系は、第１および第２の反射光に対してそれぞれ８つの異なる反射点を有する光ファイバ伝送路を模擬している。なお、この実験では、各反射点からの反射光強度はすべて同一に設定している。例えば、第１および第２の反射光の全反射量が光源の出力パワー（光ファイバ入力）に対して−３２ｄＢとすると、それぞれの反射点からの反射光パワーは−４１ｄＢに設定される。
【００６５】
図１７は、上述した理論式を用いた計算結果（実践および点線）と、図１５の実験系を用いた実験結果を示している。図１７では、光源の出力パワーを０ｄＢｍ、片道の伝送路損失を１０ｄＢ、反射減衰量を−３２ｄＢ（光源の出力パワーを考慮すると−３２ｄＢｍ）とした。計算結果については、ＳＯＡの雑音抑圧効果のある場合とない場合を示している。受信の際には、光プリアンプを用い、Ｑ値により受信信号の品質評価を行った（非特許文献７）。計算結果から、雑音抑圧効果を用いることにより、光加入者装置の最適利得を、雑音抑圧効果がない場合に比べて増加させることができ、それによって受信品質を改善できることがわかる。また、実験結果から、信号光と反射光の偏波状態は完全にランダムであると想定し、式（７）の値を半分とした場合、すなわち反射減衰量を−３５ｄＢとした場合の計算結果によく一致している。また、Ｑ値が最大となる光加入者装置の利得は、約１４．５ｄＢである。この値は、雑音抑圧度α＝６ｄＢ、伝送路損失ｌ＝１０ｄＢとした場合に式（１２）から求められる最適利得の値と一致する。以上より、上記の定量的分析の妥当性が示される。
【００６６】
次に、ＳＯＡの雑音抑圧効果を用いて、所望の値以上の受信品質（Ｑ値）を得るために必要な光加入者装置の利得の求め方について説明する。所望のＱ値を得るために必要なＳＯＡの雑音抑圧効果をβとすると（ただしα≧β）、光加入者装置の利得の下限Ｇｍｉｎは、式（１２）においてα＝βとした場合の光加入者装置の最適な利得β＋Ｌ−１．５に等しい。図１７のＱ値は、式（１２）で与えられる最適な利得Ｇ＝α＋Ｌ−１．５を中心に左右対称になると考えられるので、光加入者装置の利得が下限Ｇｍｉｎ＝β＋Ｌ−１．５のときに得られるＱ値と同等の値が得られる光加入者装置の利得の上限Ｇｍａｘは、Ｇ＋（Ｇ−Ｇｍｉｎ）となる。すなわち、Ｇｍａｘ＝２α−β＋Ｌ−１．５となる。これにより、ＳＯＡの雑音抑圧度がα［ｄＢ］の場合に、雑音抑圧効果をβ［ｄＢ］以上として所望の値以上の受信品質を得るためには、光加入者装置の利得を、次の範囲に設定すればよいことになる。  
Ｇ：  β＋Ｌ−１．５［ｄＢ］〜２α−β＋Ｌ−１．５［ｄＢ］
例えば、α＝６ｄＢおよびβ＝３ｄＢの場合、光加入者装置の利得を１１．５ｄＢ〜１７．５ｄＢに設定すればよいことになる。
【００６７】
次に、加入者ごとに伝送損失が異なる場合について検討する。図２に示す実際の光アクセスネットワークでは、通常、加入者ごとに伝送路損失の値が異なっている。図１８に、伝送路損失に対する受信Ｑ値の計算結果を示す。図８では、片道の伝送路損失を１０ｄＢ、片道の反射減衰量を−３２ｄＢ、ＳＯＡの雑音抑圧効果を６ｄＢとして、光加入者装置の利得を最適化した場合の結果である。また、最悪条件として、信号光と反射光の偏波が完全に一致する場合を示している。このように、光加入者装置の利得を上記の条件で最適化しても、それよりも伝送損失の小さい条件下では、Ｑ値が劣化しないことがわかる。したがって、光加入者装置の利得は、加入者ごとに設定する必要はなく、伝送路損失が最大となる光加入者装置に対して利得を最適化するだけでよい。これにより、量産効果による光加入者装置コストの低減が可能となり、ネットワークの構築、保守、運用に係わるコストを低減することが可能となる。
【００６８】
なお、図２の光アクセスネットワークの構成で、ＷＤＭ光源２６０の代わりに、広帯域な自然放出光の光源を用い、波長合分波器４０でスライスされた光信号を、反射型のＳＯＡ変調器で変調して、収容局１０へ送り返す手法が提案されている（非特許文献８）。このように自然放出光のスライス光を使用する場合、ＳＮＲは、
【００６９】
【数９】
2007006286.tif 000011
【００７０】
として表される。ここで、Ｂ０およびＢｅは、それぞれ波長合分波器のスライス幅および信号帯域である。また、ｍは偏波モードの数を表し、偏波無依存の自然放出光を用いる場合、ｍ＝２となる。このように、ＳＮＲは波長合分波器のスライス幅に比例する。
【００７１】
１００ＧＨｚ間隔のＷＤＭ伝送を考えて、Ｂ０＝５０ＧＨｚ、Ｂｅ＝２．５Ｇｂｐｓとすると、ｍ＝２の場合、ＳＮＲは１３ｄＢとなり、エラーフリーとして規定される１０−１２のビットエラーレートに相当するＳＮＲ＝１７ｄＢには及ばない。また、非特許文献８では、ＳＯＡの雑音抑圧効果を利用してスライス光の雑音を抑圧しているが、信号光と第２の反射光の干渉強度雑音を抑圧することについては何ら言及されていない。また、光加入者装置の利得を最適化することで受信信号のＳＮＲを最大化することについても言及されていない。
【００７２】
以上、本発明について、具体的にいくつかの実施形態について説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施形態は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施形態は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ＷＤＭ技術による光アクセスネットワークの構成例を示すブロック図である。
【図２】光加入者装置に光源を持たない光アクセスネットワークの構成例を示すブロック図である。
【図３】光アクセスネットワークにおける反射の様子を示す模式図であり、図３（ａ）は、第１の反射光により収容局側で干渉を生ずる場合を示し、図３（ｂ）は、第２の反射光により光加入者装置側で干渉を生ずる場合を示している。
【図４】光加入者装置の構成例を示すブロック図であり、図４（ａ）は、反射型のＥＡ変調器による構成例を示し、図４（ｂ）は、透過型のＥＡ変調器による構成例を示している。
【図５】光加入者装置の別の構成例を示すブロック図であり、図５（ａ）は、反射型のＳＯＡ変調器による構成例を示し、図５（ｂ）は、透過型のＥＡ変調器と光増幅器による構成例を示している。
【図６】光加入者装置の図４と図５の構成の違いによる受信信号のＳＮＲの差を説明するための図である。
【図７】光加入者装置の利得に対する信号光、第１の反射光および第２の反射光のパワーを対数スケールで表した図である。
【図８】ＳＯＡ増幅器の入出力パワー特性から雑音抑圧効果を説明するための図である。
【図９】本発明によるＳＯＡ増幅器の雑音抑圧効果を利用した光加入者装置の構成例を示すブロック図であり、図９（ａ）は、反射型のＳＯＡの変調器による構成例を示し、図９（ｂ）は、透過型のＳＯＡ変調器による構成例を示し、図９（ｃ）は、透過型のＳＯＡ変調器による別の構成例を示し、図９（ｄ）は、透過型のＳＯＡ変調器によるさらに別の構成例を示している。
【図１０】本発明によるＳＯＡ増幅器とＥＡ変調器を併用した光加入者装置の構成例を示すブロック図であり、図１０（ａ）は、ＳＯＡ増幅器と透過型のＥＡ変調器による構成例を示し、図１０（ｂ）は、ＳＯＡ増幅器の前段に光増幅器をさらに備える構成例を示している。
【図１１】論理式から求めた第１の反射光による干渉強度雑音と、第２の反射光による干渉強度雑音の周波数分布を示す図である。
【図１２】論理式から求めた第１の反射光による干渉強度雑音の残留パワーと、第２の反射光による干渉強度雑音の残留パワーの周波数分布を示す図である。
【図１３】ＳＯＡの雑音抑圧効果を測定するための構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１３の構成においてＳＯＡに正弦波変調光を入力したときの測定結果を示す図である。
【図１５】光加入者装置の最適利得および反射光の影響を検証するための実験系の構成例を示すブロック図である。
【図１６】図１５の光加入者装置の構成例を示すブロック図である。
【図１７】光加入者装置の利得に対するＱ値について、理論式を用いた計算結果と図１５の実験系を用いた実験結果とを示す図である。
【図１８】伝送路損失に対するＱ値の変化について、論理式を用いた計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  収容局
２０  光伝送路
３０−１〜Ｎ  光加入者装置
４０  光合分波器
１１０−１〜Ｎ  受信器
１２０  光分波器
１３０  変調器
１４０  光源
２１０−１〜Ｎ  受信器
２２０  光分波器
２３０  変調器
２６０  ＷＤＭ光源
２７０  光サーキュレータ
４３０  反射型ＥＡ変調器
４３２  透過型ＥＡ変調器
４４０  光サーキュレータ
５３０  反射型ＳＯＡ変調器
５３２  透過型ＥＡ変調器
５４０  光サーキュレータ
５５０  光増幅器
９３０  反射型ＳＯＡ変調器
９３２  透過型ＳＯＡ変調器
９４０  光サーキュレータ
９５０  光増幅器
９６０  可変減衰器
１０３０  ＳＯＡ増幅器
１０３２  透過型ＥＡ変調器
１０４０  光サーキュレータ
１０５０，１０５２  光増幅器
１０６０  可変減衰器
１３３０  ＳＯＡ増幅器
１３５０  ＥＤＦＡ増幅器
１３６０  光コンポーネントアナライザ
１５１０  受信器
１５１１〜１５１８  遅延線
１５２１〜１５２８  遅延線
１５３１〜１５３５  １×８光分岐器
１５４１〜１５４４  光分岐器
１５６１〜１５６４  可変減衰器
１６３０  ＳＯＡ増幅器
１６３２  ＥＡ変調器
１６５０，１６５２  ＥＤＦＡ増幅器
１６６０，１６６２  可変減衰器
【図１】
2007006286.tif 000012
【図２】
2007006286.tif 000013
【図３】
2007006286.tif 000014
【図４】
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【図５】
2007006286.tif 000016
【図６】
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【図７】
2007006286.tif 000018
【図８】
2007006286.tif 000019
【図９】
2007006286.tif 000020
【図１０】
2007006286.tif 000021
【図１１】
2007006286.tif 000022
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007006286.tif 000026
【図１６】
2007006286.tif 000027
【図１７】
2007006286.tif 000028
【図１８】
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