(57)【要約】  受動光波長分割多重ネットワーク用のＯＬＴが提案される。ネットワークは、Ｌ−Ｂａｎｄの下り信号を生成するための光送信機と、Ｃ−Ｂａｎｄの上り信号を受信するための光受信機とを含む。さらに、ＯＬＴは、双方向ＳＯＡと光インターフェースとを含む。光インターフェース、ＳＯＡ、送信機および受信機は、光インターフェースにおいて受信された上り信号が、まず双方向ＳＯＡに、続いてＳＯＡから受信機のうちの１つに提供され、送信機のうちの１つにより生成された下り信号が、まず双方向ＳＯＡに、続いて光インターフェースに提供されるように光学的に接続される。双方向ＳＯＡは、増幅される光信号の波長に対して一定ではないゲイン関数を有する。さらに、ゲイン関数は、Ｃ−ｂａｎｄ内に位置する波長に対して最大となる。
2016533661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動光波長分割多重ネットワーク用の光回線終端装置であって、
−  Ｌ−Ｂａｎｄ内に位置するそれぞれの異なる下り波長を有するそれぞれの下り信号（ＤＳＳ）を生成するように動作可能な複数の光送信機（ＴＸ）と、
−  Ｃ−Ｂａｎｄ内に少なくとも部分的に位置するそれぞれの異なる上り波長を有するそれぞれの上り信号（ＵＳＳ）を受信するように動作可能な複数の光受信機（ＲＸ）と、
−  双方向光増幅器（ＢＳＯＡ）と、
−  光インターフェース（ＯＩ）と
を備え、前記光インターフェース（ＯＩ）、前記双方向光増幅器（ＢＳＯＡ）、前記送信機（ＴＸ）および前記受信機（ＲＸ）が、
−  前記光インターフェース（ＯＩ）において受信された上り信号が、まず前記双方向光増幅器（ＢＳＯＡ）に、続いて前記双方向光増幅器（ＢＳＯＡ）から前記受信機（ＲＸ）のうちの１つに提供され、
−  前記送信機（ＴＸ）のうちの１つにより生成された下り信号が、まず前記双方向光増幅器（ＢＳＯＡ）に、続いて前記光インターフェース（ＯＩ）に提供される
ように光学的に接続され、
接続が、１つまたは複数の光フィルタリングデバイス（ＭＤＭ１、ＭＤＭ２、ＭＤＭ３）により行われ、
前記双方向光増幅器（ＢＳＯＡ）が、一定ではない波長依存ゲイン関数（ＧＦ）を有し、前記ゲイン関数（ＧＦ）が、前記Ｃ−ｂａｎｄ内に位置する波長に対して最大ゲイン値（Ｐ）を有し、
前記ゲイン関数（ＧＦ）が、前記Ｌ−ｂａｎｄ内に位置する波長に対して減少したゲイン値を有する、受動光波長分割多重ネットワーク用の光回線終端装置。
【請求項２】
前記増幅器（ＢＳＯＡ）が半導体光増幅器である、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項３】
前記受動光波長分割多重ネットワークが、受動光時間波長分割多重（ＴＷＤＭ）ネットワークである、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項４】
前記受動光波長分割多重ネットワークが、ＮＧ−ＰＯＮ２型の受動光時間波長分割多重（ＴＷＤＭ）ネットワークである、請求項３に記載の光回線終端装置。
【請求項５】
前記下り波長が、１５９６−１６０３ｎｍの波長範囲を有する下り帯域内に位置する、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項６】
前記下り帯域の帯域幅が７ｎｍである、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項７】
異なる下り信号の波長分離が、最大で７ｎｍの波長差で行われる、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項８】
前記上り波長が、１５２４−１５４４ｎｍの上り波長範囲に位置する、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項９】
前記上り帯域の帯域幅が２０ｎｍである、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項１０】
前記上り帯域および下り帯域が、少なくとも５０ｎｍだけ離れている、請求項１に記載の光回線終端装置。
【請求項１１】
最低上り波長が、最高下り波長から最大で８０ｎｍだけ離れている、請求項１に記載の光回線終端装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動光波長分割多重（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）ネットワーク用の光回線終端装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）は光アクセスネットワークの一種であり、これにより複数のユーザを、たとえばメトロポリタンエリアネットワークなどのコアネットワークのノードに接続することができる。
【０００３】
ＰＯＮは、典型的には、受動光ネットワークおよびコアネットワークの相互接続部において光回線終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）を備える。ＯＬＴは、ＰＯＮの一部と見なされる。ＯＬＴは光分配ネットワーク（ＯＤＮ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）に接続され、これもまたＰＯＮの一部である。ＯＤＮは、ルート（ｒｏｏｔ）がＯＬＴに接続された一対多構造を形成するように構成された複数の光リンクおよび受動光学部品を備える。
【０００４】
ＯＬＴは、典型的には、サービスプロバイダのいわゆる中央局（ＣＯ：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｏｆｆｉｃｅ）に配置される。ＯＬＴの各光リンクは、その遠端においてそれぞれの光ネットワークユニット（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）により終端され得る。
【０００５】
ＷＤＭ  ＰＯＮにおいて、各ＯＮＵは、ＯＮＵがＯＮＵからＯＬＴへのデータ伝送に使用する上り波長と、ＯＬＴがＯＬＴからＯＮＵへの伝送に使用する下り波長とを含むそれぞれの波長セットを用いてＯＬＴと通信することができる。
【０００６】
ＷＤＭ  ＰＯＮにおいて、ＯＤＮは、典型的には、いわゆるリモートノードと、リモートノードをＯＬＴに接続するフィーダ光ファイバ（ｆｅｅｄｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）と、リモートノードから放射状に広がるいくつかの分配光ファイバとを備える。各分配ファイバはその遠端においてＯＮＵにより、または分配ファイバを複数のＯＮＵへそれぞれの光ドロップファイバを介して接続するパワー分岐器（ｐｏｗｅｒ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）により終端され得る。
【０００７】
下り方向において、ＯＬＴは、ＯＮＵに関連付けられた下り波長の下り光信号をそれぞれの送信機を用いて生成する。ＯＬＴは、異なる下り信号を知られているＷＤＭ技法に従って多重化し、リモートノードへフィーダファイバに沿って送信する。リモートノードにおいて、下り信号を、光多重分離デバイスにより分配ファイバへ多重分離して、それぞれのＯＮＵへそれぞれの分配ファイバに沿って送信することができる。あるいは、下り信号は、リモートノードにおいて光分岐デバイスを用いて分配ファイバへパワーを分岐し、したがって、ＯＮＵへ分配ファイバを介して送信することができる。
【０００８】
上り方向において、各ＯＮＵは、自身に関連付けられたそれぞれの上り波長のそれぞれの上り信号を生成し、この信号をそれぞれの分配ファイバに沿ってリモートノードへ送信する。リモートノードは、種々のＯＮＵから異なる分配ファイバを介して受信された上り信号を、知られているＷＤＭ技法に従って多重化し、ＯＬＴへフィーダファイバを介して転送する。ＯＬＴにおいて、上り信号は多重分離され、それぞれの受信機に提供される。
【０００９】
リモートノードは受動ノードである場合があり、このことはそのリモート機が、下り信号を多重分離または分岐し、上り信号を多重化するための受動光学部品のみを備えることを意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ＰＯＮ内で伝送される異なる光信号は、ＰＯＮの光ファイバにより生じる減衰の影響を受け、場合によってはパワー分岐によるパワー低減の影響も受けるので、これらの影響を抑制する必要がある。従来から知られている一解決方法は、ＰＯＮ内に増幅デバイスを設けることであり、この増幅デバイスは好ましくはリーチエクステンダ（ｒｅａｃｈ  ｅｘｔｅｎｄｅｒ）と呼ばれる。そのような増幅デバイスを、光フィーダファイバに沿って、リモートノードの近くに配置することができる。リーチエクステンダ内で、上り信号および下り信号は互いに分離される。そして、上り信号はリーチエクステンダ内の第１の光増幅器により増幅され、一方下り信号はリーチエクステンダ内の異なる第２の光増幅器により増幅される。通常、第１の光増幅器は、第２の増幅器による下り信号の増幅のゲイン値と同程度のゲイン値により上り信号を増幅する。増幅に続いて、上りおよび下り信号は、それぞれの伝送方向における光伝送に提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
受動光波長分割多重ネットワーク用の光回線終端装置が提案される。ネットワークは、
−  Ｌ−Ｂａｎｄ内に位置するそれぞれの異なる波長を有するそれぞれの下り信号を生成するように動作可能な複数の光送信機と、
−  Ｃ−Ｂａｎｄ内に少なくとも部分的に位置するそれぞれの異なる波長を有するそれぞれの上り信号を受信するように動作可能な複数の光受信機と、
−  双方向光増幅器と、
−  光インターフェースと
を含む。
【００１２】
光インターフェース、双方向光増幅器、送信機および受信機は、
−  光インターフェースにおいて受信された上り信号が、まず双方向光増幅器に、続いて双方向光増幅器から受信機のうちの１つに提供され、
−  送信機のうちの１つにより生成された下り信号が、まず双方向光増幅器に、続いて光インターフェースに提供される
ように光学的に接続される。
【００１３】
双方向光増幅器は、双方向光増幅器により増幅される光信号の波長に対して一定ではないゲイン関数を有する。さらに、ゲイン関数は放物線状であり、したがって光波長に応じて一定ではなく、ゲイン関数はＣ−ｂａｎｄ内に位置する波長に対して実質的に最大ゲイン値を有する。ゲイン関数は、Ｌ−ｂａｎｄ内に位置する波長に対して減少したゲイン値を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】受動光ネットワークの全体構造の図である。
【図２】リーチエクステンダの図である。
【図３】提案された光回線終端装置の図である。
【図４】双方向増幅器のゲイン関数の図である。
【図５】上り信号についての測定結果の図である。
【図６】下り信号についての測定結果の図である。
【図７】上りおよび下り波長の割り当ての図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に受動光ネットワークＰＯＮを示し、受動光ネットワークＰＯＮは中央局ＣＯにおいて光回線終端装置（ＯＬＴ）を介してコアネットワークＣＮに接続される。
【００１６】
ＯＬＴは、光フィーダファイバＯＦを介してリモートノードＲＮに接続される。下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３は、それぞれの下り波長でリモートノードＲＮへ下り方向ＤＳに伝送される。
【００１７】
分配ネットワークの分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、自らが、下り信号をさらに分岐させるためのさらなる分岐ユニットＯＳＣ１、ＯＳＣ２、ＯＳＣ３を含むことができる。光分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の端部において、光ネットワークユニットＯＮＵの形態の顧客側アクセスネットワーク終端ユニットが接続され、顧客側アクセスネットワーク終端ユニットは代替的には光加入者線終端装置（ＯＮＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）である。
【００１８】
下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３の分配は光分岐ユニットＯＳＣにより行われ、光分岐ユニットＯＳＣは下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３を分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に分岐させる。光分岐ユニットＯＳＣ１，．．．，ＯＳＣ３は、下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３の各々が分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の各々に分岐されるように、パワー分岐によって下り信号を分岐することができる。特定の波長の各下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３は、１つまたは複数のＯＮＵに割り当てられた１つまたは複数のデータ信号を搬送する。各ＯＮＵは、特定の下り波長が割り当てられている。リモートノードＲＮは下り信号を受信し、これをリモートノードＲＮに接続された光分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３へ分配する。
【００１９】
図１に示された第１の解決方法によれば、リモートノードＲＮは光パワー分岐器を含み、光パワー分岐器は下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３のパワーをリモートノードＲＮに接続された分岐Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に分岐させる。この第１の解決方法によれば、全てのＯＮＵは全ての下り信号を受信する。図１には明示されていない第２の解決方法によれば、リモートノードは光波長多重化器／多重分離器を含み、光波長多重化器／多重分離器は１つまたは複数の特定のＯＮＵに割り当てられたデータ信号を搬送する特定の波長を有する特定の下り信号が、これらの特定のＯＮＵの特定の分岐のみに提供されるように、下り信号ＤＳ１、ＤＳ２、ＤＳ３を多重化する。光波長多重分離器は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）であることが好ましい。この第２の解決方法によれば、ＯＮＵは、このＯＮＵに割り当てられた下り波長のみの下り信号を受信する。
【００２０】
ＯＮＵは、ＯＮＵに割り当てられたそれぞれの上り波長のそれぞれの上り信号ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３を上り方向ＵＳに送信する。上り信号ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３は、光分岐ユニットＯＳＣ１、ＯＳＣ２、ＯＳＣ３により結合される。ＷＤＭ  ＰＯＮの場合、リモートノードＲＮにおいて、上り信号ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３はフィーダファイバＯＦへ光多重化デバイスにより多重化され、光多重化デバイスは前述のＡＷＧであることが好ましい。ＰＯＮが時間波長分割多重（ＴＷＤＭ：Ｔｉｍｅ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）ＰＯＮである場合、リモートノードＲＮは、上り信号ＵＳ１、ＵＳ２、ＵＳ３を結合するパワー分岐器を含む。上り信号および下り信号はＰＯＮの光ファイバに沿って信号減衰の影響を受けるので、これらの信号のパワーレベルがそれぞれの受信側で減少する。さらに、下り信号はパワー分岐を施されることがあり、このことによっても、下り信号のパワーレベルがそれぞれの受信側で減少する。ＯＬＴおよびＯＮＵ内で、光信号は通常、光−電気変換用のフォトダイオードを含む光受信機により検出される。そのようなフォトダイオードは、感度が限られている。受信された光信号のパワーレベルが特定の閾値を下回る場合、検出された信号は誤っている場合がある。したがって、上りおよび下り信号は、ＰＯＮ内の特定の光伝送距離でしか伝送できない。さらに、下り信号は特定回数しかパワー分岐できない。
【００２１】
送信機の光出力パワーと受信機の最大感度との差は、バジェット（ｂｕｄｇｅｔ）と呼ばれることが好ましい。ＰＯＮを効率的に動作させるためには、このバジェットは高くなければならない。
【００２２】
より長い光学距離にわたって、ＰＯＮ内のより多数のパワー分岐デバイスを介して光信号を伝送できるようにするための有力な解決方法は、増幅デバイスＲＥであり、増幅デバイスＲＥはリーチエクステンダと呼ばれることが好ましい。リーチエクステンダＲＥは、光フィーダファイバに沿って、好ましくはリモートノードの近くに配置される。リーチエクステンダＲＥは、上りおよび下り信号を増幅する。
【００２３】
図２に、リーチエクステンダＲＥの一例を示す。光インターフェースＯＩ１にて、下り信号が下り方向ＤＳにおいて光フィーダファイバの一部分から受信される。下り信号は、光サーキュレータＯＣ１を用いて第１の半導体光増幅器ＳＯＡ１に提供される。増幅器ＳＯＡ１は、下り信号を増幅する。光インターフェースＯＩ２にて、上り信号が上り方向ＵＳにおいて光フィーダファイバの他の部分から受信される。上り信号は、光サーキュレータＯＣ２を用いて第２の半導体光増幅器ＳＯＡ２に提供される。増幅器ＳＯＡ２は、上り信号を増幅する。増幅された下り信号は、光インターフェースＯＩ２へ下り方向ＤＳにサーキュレータＯＣ２を用いて提供される。増幅された上り信号は、光インターフェースＯＩ１へ上り方向ＤＳにサーキュレータＯＣ１を用いて提供される。通常、増幅器ＳＯＡ２は、増幅器ＳＯＡ１による下り信号の増幅のゲイン値と同程度のゲイン値により上り信号を増幅する。上記をまとめると、リーチエクステンダを用いた解決方法は、それぞれの増幅された信号について実質的に等しいゲイン値を有する２つの別々の増幅器を用いる。
【００２４】
図３に、好ましくはＮＧ−ＰＯＮ２型の時間波長分割多重（ＴＷＤＭ）ネットワークである受動光ＷＤＭネットワーク用の、提案された光回線終端装置ＯＬＴを示す。
【００２５】
ＯＬＴは、Ｌ−Ｂａｎｄのスペクトル領域に位置するそれぞれの異なる波長を有するそれぞれの下り信号を生成するように動作可能な複数の光送信機ＴＸを含む。Ｌ−Ｂａｎｄは、１５６５から１６２５ナノメートル（ｎｍ）の波長範囲を有する。下り波長は、１５９６−１６０３ｎｍの波長範囲を有するＬ−Ｂａｎｄのサブバンドに位置することが好ましく、この波長範囲は下り帯域と呼ばれることが好ましい。送信機ＴＸは、下り信号を生成するためのそれぞれのレーザダイオードを含むことが好ましい。異なる下り信号の波長分離は、最大７ｎｍの波長差で行われる。
【００２６】
さらに、ＯＬＴは、Ｃ−Ｂａｎｄに少なくとも部分的に位置するそれぞれの異なる波長を有するそれぞれの上り信号を受信するように動作可能な光受信機を含む。言い換えれば、ＯＬＴは、Ｃ−Ｂａｎｄに実質的に位置するそれぞれの異なる波長を有するそれぞれの上り信号を受信するように動作可能な光受信機を含む。Ｃ−Ｂａｎｄは、１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでの波長範囲を有する。上り波長は、１５２４−１５４４ｎｍの波長範囲に位置することが好ましく、この波長範囲は上り帯域と呼ばれることが好ましい。異なる隣接した上り波長を有する異なる上り信号の波長分離は、最大２０ｎｍの波長差で行われる。
【００２７】
図７に、波長帯ＰＢ１に含まれる上り波長λｕ１、λｕ２、．．．、λｕｎを示し、下り波長λｄ１、λｄ２、．．．、λｄｎは波長帯ＰＢ２に含まれる。波長帯ＰＢ１および第２の波長帯ＰＢ２は重ならない。波長帯ＰＢ１は上り帯域であり、波長帯ＰＢ２は下り帯域である。隣接する下り波長λｄ１、λｄ２、．．．、λｄｎおよび隣接する上り波長λｕ１、λｕ２、．．．、λｕｎは、以下でより詳細に説明されるように、離間していることが好ましい。
【００２８】
上り帯域の波長は、下り帯域の波長から最大で８０ｎｍ、好ましくは７９ｎｍだけ離れている。上り帯域の波長は、下り帯域の波長から最小で５０ｎｍ、好ましくは５２ｎｍだけ離れている。
【００２９】
図３に戻ると、ＯＬＴは双方向増幅器ＢＳＯＡを含み、双方向増幅器ＢＳＯＡは双方向半導体光増幅器（ＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）であることが好ましい。増幅器ＢＳＯＡは、２つの光インターフェースＩＦ１、ＩＦ２を有する。
【００３０】
送信機ＴＸにより生成された下り信号は、下り方向ＤＳにおいて、双方向半導体光増幅器ＢＳＯＡのインターフェースＩＦ１に提供される。詳細には、異なる波長の異なる下り信号は、ＡＷＧであることが好ましい光多重化器ＭＤＭ３を用いて、また、下り帯域から上り帯域を分離するための誘電体光学フィルタであることが好ましい多重化器／多重分離器ＭＤＭ１をさらに用いて、増幅器ＢＳＯＡのインターフェースＩＦ１に多重化される。多重化器ＭＤＭ３は、異なる下り波長に対して異なる通過帯域を有し、たとえば、図７に示された下り波長λｄ２に対して通過帯域ＰＢ２２を有する。
【００３１】
そして、インターフェースＩＦ２にて増幅器ＢＳＯＡを出発した増幅された下り信号は、ＯＬＴの光インターフェースＯＩへ下り方向ＤＳに提供される。インターフェースＯＩは、光ファイバ、たとえば光フィーダファイバに光学的に接続することができる。
【００３２】
インターフェースＯＩにおいて受信された上り信号は、上り方向ＵＳに、ＯＬＴの光インターフェースＯＩから増幅器ＢＳＯＡのインターフェースＩＦ２へ提供される。そして、増幅された上り信号が、インターフェースＩＦ１から多重化器／多重分離器ＭＤＭ１に提供される。
【００３３】
多重化器／多重分離器ＭＤＭ１は、下り帯域内の下り信号から上り帯域内の上り信号を分離する。多重化器／多重分離器ＭＤＭ１は、増幅された上り信号を多重分離器ＭＤＭ２に提供し、多重分離器ＭＤＭ２は周回性ＡＷＧ（ｃｙｃｌｉｃ  ＡＷＧ）であることが好ましい。多重分離器ＭＤＭ２は、異なる上り信号をそれぞれの光受信機ＲＸに多重分離する。受信機は、それぞれの上り信号を検出するためのそれぞれのアバランシェフォトダイオード（ＡＰＮ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）を含む。多重分離器ＭＤＭ２は、異なる上り波長に対して異なる通過帯域を有し、たとえば、図７に示された上り波長λｕ２に対して通過帯域ＰＢ１２を有する。
【００３４】
上記を換言してまとめると、光インターフェースＯＩ、増幅器ＳＯＡ、送信機ＴＸおよび受信機ＲＸは、光インターフェースＯＩで受信された上り信号が、まず双方向増幅器ＢＳＯＡに提供され、続いて増幅器ＢＳ  ＳＯＡから受信機ＲＸのうちの１つに提供されるように、１つまたは複数の光学フィルタリングデバイスＭＤＭ１、ＭＤＭ２、ＭＤＭ３により光学的に接続される。さらに、光インターフェースＯＩ、増幅器ＳＯＡ、送信機ＴＸおよび受信機ＲＸは、送信機ＴＸのうちの１つにより生成された下り信号が、まず双方向増幅器ＢＳＯＡに提供され、続いて光インターフェースＯＩに提供されるように光学的に接続される。
【００３５】
図４に、図３で前述の双方向半導体光増幅器ＢＳＯＡの、ゲインスペクトルとも呼ばれる、波長依存ゲイン関数ＧＦを示す。ゲイン関数ＧＦは、増幅器により増幅される光信号の波長ＷＬにわたってプロットされている。双方向ＳＯＡは、増幅される光信号の波長に対して一定ではないゲイン関数を有する。ゲイン関数ＧＦは、上り帯域内に位置する上り信号の上り波長で最大となり、したがってピークＰを有する。上り帯域が１５２４ｎｍから１５４４ｎｍまでに至り、Ｃ−Ｂａｎｄが１５３０ｎｍから１５６５ｎｍまでに至るので、ゲイン関数ＧＦは、Ｃ−ｂａｎｄ内に位置する上り信号の上り波長で実質的に最大となり、したがって実質的にピークＰを有する。ゲインピークＰは、上り帯域の低波長端を中心とするのが好ましい。この低波長端は図４には明示されていない。ゲイン関数は、上り帯域の波長に対するゲイン値より少なくとも３ｄＢだけ低い、上り帯域の波長に対するゲイン値を有する。ゲイン関数は、Ｃ−Ｂａｎｄの波長に対するゲイン値より５ｄＢ以下だけ低い、上り帯域の波長に対するゲイン値を有する。
【００３６】
前述のように、異なる隣接した上り波長を有する異なる上り信号の波長分離は、最大２０ｎｍの波長差で行われることが好ましく、これによりＳＯＡのゲイン関数が、ピークＰ周辺のゲインの傾きに起因して上り帯域内で大幅に変化しないことが保証される。
【００３７】
前述のように、異なる隣接した上り波長を有する異なる下り信号の波長分離は、最大７ｎｍの波長差で行われ、これによりＳＯＡのゲイン関数が、上り帯域内で大幅に変化しないことが保証される。
【００３８】
ゲイン関数ＧＦは、１５から２０ｄＢの範囲の上り帯域に対するゲイン値を有することが好ましい。
【００３９】
提案された解決方法により実現可能な様々な利点が、以下詳細に説明される。
【００４０】
図３に戻って、双方向増幅器ＢＳＯＡの機能を考察しなければならない。増幅器ＢＳＯＡはＯＬＴ内に配置されているので、増幅器は、下り波長に対してはブースター増幅器として機能し、同時に上り波長に対しては前置増幅器として機能する。下り波長は、受信された上り波長のパワーレベルより著しく大きいパワーレベルを有する。たとえば、上り波長は−３０ｄＢｍのパワーレベルを有することがあり、一方下り波長は０ｄＢｍまたは１ｄＢｍのパワーレベルを有する。図１および図２に関して先に述べた上りおよび下り波長を増幅するためのリーチエクステンダを用いた解決方法では、上りおよび下り波長は、パワーレベルがほぼ同程度であるか、または少なくとも本明細書で提案された解決方法と同程度のパワーレベル差だけ相違することはない。
【００４１】
上り波長のパワーレベルが非常に低いので、受信機ＲＸの感度は、上り帯域に位置する上り信号に対する増幅器ＢＳＯＡにより達成されるゲイン値に強く依存する。したがって、ゲイン関数が、上り帯域内で最大値を持つピークを有すると有利である。上り帯域に対する１５から２０ｄＢのゲインと、異なる上り信号に対するＳＯＡの適度なノイズ指数（ｎｏｉｓｅ  ｆｉｇｕｒｅ）とを選択することで、受信機感度が確保される。
【００４２】
前述のように、上り信号は、増幅器ＢＳＯＡに入る際に、上り信号よりも著しく高いパワーレベルを有する。したがって、下り信号に必要な増幅器ＢＳＯＡによる増幅は、上り信号に必要な増幅ほど高くない。したがって、上り信号よりも下り信号に対してゲイン値が低い一定でないゲイン曲線を有する双方向ＳＯＡを選択することは、ここでは現実的な解決方法であり、この解決方法により図２に示されたように２つのＳＯＡを双方向増幅器として用いるよりもコストが低い解決方法が可能となる。２つのＳＯＡを双方向増幅器として使用する既存の解決方法では、ＳＯＡは、上り信号および下り信号に対して同程度のゲイン値を有する。
【００４３】
前述のように、提案された双方向増幅器ＢＳＯＡは、上り波長に対してよりも５ｄＢ以下だけ低い下り波長に対するゲイン値を達成する波長依存ゲイン関数を有する。このゲイン差がより大きく、上り波長に対してよりも５ｄＢを超えて低い下り波長に対するゲイン値を達成する波長依存ゲイン関数を増幅器ＢＳＯＡが有していたならば、そのようなより大きいゲイン差は、送信機ＴＸがより高いパワーレベルの下り信号を生成することで補償されなければならず、このことは、よりコストが高い解決法となる。さらに、下り信号が高すぎるパワーレベルで生成されたならば、受信機ＲＸを用いて上り信号を検出する際に多すぎる誤りを引き起こし得る程度で、下りおよび上り信号の間にクロストークが発生することがある。
【００４４】
下り信号に対するゲイン値は上り信号に対するゲイン値より小さい必要がある。というのは、そうでなければ、下りおよび上り信号の間のクロストークがあまりに激しくなり得るからである。このことは、双方向ＳＯＡがほぼ放物線状の波長依存ゲイン関数を有することにより保証される。
【００４５】
さらに、下り信号は他の理由で、パワーレベルが高すぎてはならない。双方向増幅器ＢＳＯＡに到達した下り信号のパワーレベルが高いほど、増幅器ＢＳＯＡがさらに飽和状態に向かって駆動される。この飽和状態へ向けて増幅器を駆動することは、図４に示された波長依存ゲイン曲線ＧＦが平坦化しやすく、さらにピーク値Ｐが減少するという弊害がある。これにより、上り信号の増幅が減少し、このことによって、さらに、受信機ＲＣを用いて上り信号を検出する際に多すぎる誤りを引き起こし得る。
【００４６】
ポンプレーザを１つしか有さないエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の代わりに半導体光増幅器（ＳＯＡ）を双方向増幅器ＢＳＯＡとして用いることは、上り帯域および下り帯域に対するゲイン値の差が、そのようなＥＤＦＡよりもＳＯＡの方が小さいので、下り信号をより大きく増幅できるようになるという利点がある。
【００４７】
異なる選択されたパラメータを有する提案されたＯＬＴは、ＮＧ−ＰＯＮ２型のＴＷＤＭ  ＰＯＮ内での使用に適している。このことは、図５および図６に関して以下詳細に説明される。
【００４８】
図５に、２つの例示的な上り信号と２つの例示的な下り信号とを同時に用いて双方向ＳＯＡを動作させた場合に得られる測定結果を示す。このセットアップは、それぞれ１５２０．７７ｎｍおよび１５２９．５５ｎｍにおける２つの上り信号を、それぞれ１５６０．６１ｎｍおよび１５６１．４２ｎｍにおける２つの下り信号と共に含む。全ての信号は、１０Ｇｂｉｔ／ｓのオンオフキーイングおよび非ゼロ復帰変調で動作する。ＯＬＴ受信機用のフォトダイオードはＡＰＤダイオードであり、一方ＯＮＵ受信機用のフォトダイオードはＰＩＮダイオードである。
【００４９】
図５に、異なる信号レベルに対する受信された上り信号のビット誤り率ＢＥＲを示す。双方向増幅器の入力に到達した受信された上り信号の異なる入力信号パワーレベルＵＳＰＬが、ｘ軸に沿って追跡記録されている。異なる曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、双方向増幅器による増幅後の、下り信号の異なるパワーレベルについての結果を示す。
【００５０】
典型的には、前方誤り訂正（ＦＥＣ：ｆｏｒｗａｒｄ  ｅｒｒｏｒ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）符号化データを搬送する上りまたは下り信号について、１０−３のビット誤り率を超えてはならない。
【００５１】
曲線Ｃ１は、下り信号のパワーレベルが存在しない場合に、１０−３のビット誤り率に、約−３５ｄＢｍの上りパワーレベルで達していることを示す。曲線Ｃ２は、下り信号が増幅後に８．７ｄＢｍのパワーレベルを有する場合に、大きく変化していないことを示す。
【００５２】
曲線Ｃ３は、下り信号が増幅後に１０．６ｄＢｍのパワーレベルを有する場合に、１０−３のビット誤り率に、約−３４ｄＢｍの上りパワーレベルで達していることを示す。曲線Ｃ４は、下り信号が増幅後に１２．２ｄＢｍのパワーレベルを有する場合に、１０−３のビット誤り率に、約−３３．８ｄＢｍの上りパワーレベルで達していることを示す。曲線Ｃ５は、下り信号が増幅後に１３．８ｄＢｍのパワーレベルを有する場合に、１０−３のビット誤り率に、約−３１．８ｄＢｍの上りパワーレベルで達していることを示す。
【００５３】
これらの結果は、１２．２ｄＢｍ以下の下りパワーレベルについて、１．２ｄＢ以下のパワーペナルティが達成可能であることを示す。
【００５４】
図６に、生成、増幅および送信された下り信号を遠端側でＰＩＮダイオードを用いて受信した場合のビット誤り率ＢＥＲ２を示す。ＰＩＮダイオードに到達した受信された下り信号の異なる入力信号パワーレベルＲＸＰＬが、ｘ軸に沿って追跡記録されている。異なる曲線Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４は、双方向増幅器による増幅後の下り信号の異なるパワーレベルについての結果を示す。上り信号は、ＯＬＴの双方向増幅器の入力において−３２ｄＢｍパワーレベルの曲線Ｃ１２、Ｃ１３およびＣ１４についてのこの測定例では、遠端側へのこの生成、増幅および送信された下り信号を同時に有する。
【００５５】
曲線Ｃ１１は、下り信号のパワーレベルが存在しない場合に、双方向増幅器による増幅後に２ｄＢｍの下りパワーレベルで１０−３のビット誤り率に達していることを示す。受信された下り信号が受信遠端側において約−２２ｄＢｍの残存パワーレベルを有する場合に、１０−３のビット誤り率に達している。曲線Ｃ１２およびＣ１３は、増幅後の下りパワーレベルが８．７ｄＢｍ、さらには１１．４ｄＢｍの値を取る場合に、大きく変化しないことを示す。曲線Ｃ１４は、１０−３のビット誤り率に達するための必要な残存パワーレベルが、増幅後の下りパワーレベルが１３．８ｄＢｍの値を取る場合に、約−２２ｄＢｍから約−２１．８ｄＢｍまでわずかに上昇したことを示す。したがって、大幅なパワーペナルティは測定されない。
【００５６】
上記をまとめると、図５および図６の測定結果が明らかに示しているのは、提案されたＯＬＴがＮＧ−ＰＯＮ２型のＰＯＮ内での動作に適しており、これにより上りおよび下り信号を増幅するための増幅器を含むＯＬＴの経済的に効率的な解決方法が可能になることである。言い換えれば、ＳＯＡパラメータおよび特定の波長設定の提案された選択により、ＳＯＡをＮＧ−ＰＯＮ２ネットワークで用いて、上り信号を前置増幅として、下り信号をブースター増幅として双方向に増幅できるようになる。
【００５７】
下り信号についての約１０ｄＢのゲインによって、約１５ｄＢｍの飽和出力パワーが達成可能であり、このことにより、ＮＧ−ＰＯＮ２規格における低バジェットのクラスに対して十分な出力パワーが提供される。上り動作は、上りおよび下りチャネルの間の波長オフセットにより主に与えられる低クロストークによって、依然として可能である。
【００５８】
提案された解決方法は、以下で既存のものと比較される。
【００５９】
既存のロングリーチＰＯＮの解決方法では、たとえばＧ−ＰＯＮでは下り中心波長として１４９０ｎｍ、上り中心波長として１３１０ｎｍを選択し、またはたとえばＸＧ−ＰＯＮでは下り中心波長として１５７７ｎｍ、上り中心波長として１２７０ｎｍを選択するので、下りおよび上り波長の分離は、典型的には１７０ｎｍより大きい。上りおよび下り波長チャネルの分離が大きいので、そのようなシステムにおいて単一の双方向ＳＯＡを用いて下りおよび上り信号の両方を同時に増幅することは実用的ではない。その理由は、下り波長が双方向ＳＯＡにおいて、上り波長が受けるゲイン値より明らかに５ｄＢを超えて低いゲイン値を受けることになり、これによりＯＬＴの送信機がより高いエネルギー消費でのはるかに高いパワーレベルの下り信号を提供することが必要となるので、レーザの安定性の問題が生じ、レーザのコストがより高くなることである。
【００６０】
提案された解決方法では、上り信号および下り信号の割り当ては、上り信号がＣ−Ｂａｎｄに配置され、下り信号がＬ−Ｂａｎｄに配置されるように行われる。上りおよび下り信号が交互に現れる仕組みで同一の波長帯に沿って割り当てられる別の解決方法では、上りおよび下り信号の両方を増幅する双方向増幅デバイスは、上りおよび下り信号に対して同程度のゲイン値を有する線形増幅器でなければならない。一定の波長依存ゲイン関数を有するそのような双方向線形増幅器は、図３について説明され本明細書で提案されたＯＬＴにおける使用に適していない。
【００６１】
提案された双方向ＳＯＡがＣ−Ｂａｎｄに配置された上り信号およびＬ−Ｂａｎｄに配置された下り信号に対して使用されるので、異なる上りおよび下り信号に対する異なる達成ゲイン値が実現され、前述の可能な利点をもたらす。単一の双方向ＳＯＡが、１２６０ｎｍから１３６０ｎｍまでのおおよその帯域幅を有するＯ−Ｂａｎｄ内にゲインピークがある状態で使用される場合、このことは、Ｏ−Ｂａｎｄ内にゲインピークを有するように設計されたＳＯＡが、典型的には約４０ｎｍしかない非常に狭いスペクトルの３ｄＢの帯域幅を提供するので、不利となる。これが意味するのは、そのような双方向ＳＯＡを用いてＯＬＴ内のＯ−Ｂａｎｄの上り信号を増幅できるが、１４６０−１５３０ｎｍのＳ−Ｂａｎｄ内の約１４９０ｎｍの下り波長における残留ゲインが低すぎるかまたはゼロにさえなるということである。
【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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【国際調査報告】
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