(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号と受信信号の物理速度が等しいユーザ側双方向通信インタフェースと、ユーザ側光送信器と、ユーザ側光受信器と、前記ユーザ側双方向通信インタフェースから入力される送信信号をメモリに書き込み、書き込み速度より低速で読み出すことによって前記送信信号の物理速度を下降させて前記ユーザ側光送信器に出力するユーザ側物理速度下降手段とをそれぞれが有する複数のユーザ側光通信装置と、
送信信号と受信信号の物理速度が等しいセンタ側双方向通信インタフェースと、前記複数のユーザ側光通信装置にそれぞれ対応する複数のセンタ側光送信器および複数のセンタ側光受信器と、前記複数のセンタ側光送信器から出力される光信号を波長多重して下り波長多重光信号として送信するとともに、入力される上り波長多重光信号を各波長に分波して前記複数のセンタ側光受信器に受信させる波長合分波手段と、前記センタ側光受信器で受信された受信信号をメモリに書き込み、書き込み速度より高速で読み出すことによって前記受信信号の物理速度を上昇させて前記センタ側双方向通信インタフェースに出力するセンタ側物理速度上昇手段とを有するセンタ側光通信装置と、
前記センタ側光通信装置と前記複数のユーザ側光通信装置のそれぞれとが少なくとも１本の光ファイバを介して接続され、前記複数のユーザ側光通信装置からの光信号を合波して前記上り波長多重光信号として前記センタ側光通信装置に送信するとともに、前記センタ側光通信装置からの前記下り波長多重光信号を波長ごとに分波して前記複数のユーザ側光通信装置に送信する光分岐装置と、
を具備し、
前記センタ側光通信装置は互いに異なる波長の光キャリアを出力する多波長光一括発生手段を備え、前記ユーザ側光通信装置及び前記センタ側光通信装置は前記光キャリアが入力される入力ポートを備え、前記ユーザ側光送信器及び前記センタ側光送信器はそれぞれユーザ側光変調器及びセンタ側光変調器を備え、前記ユーザ側光変調器及び前記センタ側光変調器の各々は、前記多波長光一括発生手段から前記入力ポートを介して入力される前記光キャリアの供給を受けた場合、前記光キャリアを変調して光信号を送信し、前記光キャリアの供給が途絶えた場合、前記ユーザ側光変調器及び前記センタ側光変調器自身が発光して光信号を送信することを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光アクセスネットワーク、特に波長多重アクセスネットワークを構成する光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、イーサネット（登録商標）アクセスシステムの構成例を示す。図１６において、複数のユーザ装置１０５１とセンタ装置１０５２に配置されたスイッチまたはルータ１０５３は、それぞれ１本または２本の光ファイバ１０３１を介して接続され、双方向通信が行われる構成である。ここでは、物理速度125 Ｍbps 、データ転送速度最大100 Ｍbps のファストイーサネットや、物理速度1.25Ｇbps 、データ転送速度最大１Ｇbps のギガビットイーサネット等を想定する。なお、物理速度とは、実際のデータ転送速度に関わらず、物理的に電気信号または光信号がオンオフされる速度を意味する。
【０００３】
図１７は、波長多重アクセスネットワークの構成例を示す。図１７において、複数のユーザ装置１０５１とセンタ装置１０５２が、光ファイバ１０３１、光分岐装置１０５６、光ファイバ１０３２を介して接続される。光分岐装置１０５６の波長合分波フィルタ（ＡＷＧ）１０５７は、各ユーザ装置１０５１からの上り光信号を合波してセンタ装置１０５２へ送出するとともに、センタ装置１０５２から送信された下り波長多重光信号を波長ごとに分波して各ユーザ装置１０５１へ送出する構成である。センタ装置１０５２の波長合分波フィルタ（ＡＷＧ）１０５４は、光分岐装置１０５６で合波された上り波長多重光信号を波長ごとに分波してスイッチまたはルータ１０５３に送出するとともに、スイッチまたはルータ１０５３からの各ユーザ装置１０５１宛の下り光信号を波長多重して光分岐装置１０５６に送出する構成である。
【０００４】
なお、図１７の構成は一例であり、光伝送路の上りと下りを分離して２本の光ファイバを用い、上り信号と下り信号は別々の波長合分波フィルタによって合分波される構成としてもよい。
【０００５】
ところで、波長多重アクセスネットワークでは、各ユーザ装置が異なる波長の光信号を送信することを前提に検討が進められているが、最近、各ユーザ装置が広帯域変調光を送信し、光分岐装置で各ユーザ装置に割り当てた波長にスペクトルをスライスし、各波長のスペクトルスライス光を波長多重してセンタ装置に伝送する方式が検討されている（文献１（K. Akimoto, et al., ”Spectrum-sliced, 25-GHz spaced, 155Mbps×32 channel WDM access”, Proc. CLEO/Pacific Rim 2001, ThB1-5, pp.II-556〜II-557, Chiba(Japan), July, 2001））。これにより、各ユーザ装置が同一の仕様（波長特性）の光送信器を用いて波長多重アクセスが可能になり、光送信器の生産コストや波長制御にかかるコストの削減が可能になる。
【０００６】
図１８は、スペクトルスライス光を用いる波長多重アクセスネットワークの構成例を示す。基本的な構成は図１７に示すものと同様であるが、ここでは上り方向の機能について示す。
【０００７】
各ユーザ装置１０５１には、広帯域な自然放出光（ＡＳＥ）を発生させる広帯域光源（図示省略）が配置される。なお、ユーザ装置はＯＮＵ(Optical Network Unit)とも呼ばれる。広帯域光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）、半導体光増幅器（ＳＯＡ）、光ファイバ増幅器などがある。ＬＥＤ、ＳＬＤおよびＳＯＡは半導体素子であり直接変調可能であるので、送信器として用いる場合には単体で自然放出光を変調して出力することができるが、光ファイバ増幅器の場合には外部変調器を用いて自然放出光の変調を行う必要がある。この変調された自然放出光を「広帯域変調光」という。各ユーザ装置１０５１が出力する広帯域変調光を図１９中の(a) に示す。
【０００８】
光分岐装置１０５６の波長合分波フィルタ１０５７は、各光ファイバ１０３１を介して各ユーザ装置１０５１から送信された広帯域変調光を入力し、それぞれ所定の波長をスペクトルスライスした信号光（スペクトルスライス光）を波長多重し、光ファイバ１０３２を介してセンタ装置１０５２へ送信する。ユーザ装置１０５１が６４台の場合について、波長多重されたスペクトルスライス光を図１９中の(b) に示す。センタ装置１０５２の波長合分波フィルタ１０５４は、光ファイバ１０３２を介して伝送された波長多重光信号を各ユーザ装置に割り当てた波長ごとに分波する。
【０００９】
しかし、スペクトルスライス技術を用いて伝送可能な信号速度は、上記文献１にも記載のように、光分岐装置１０５６の波長合分波フィルタ１０５７のフィルタ特性（透過スペクトル幅）によって制限される。これは、信号の搬送波としてレーザ光ではなく自然放出光を用いているためである。
【００１０】
自然放出光を用いて伝送を行う場合、自然放出光の各々のスペクトル成分が干渉しあうことにより生じるビート雑音が信号対雑音比を低下させる。図２０（ａ）〜２０（ｄ）は、スペクトルスライスを用いる場合におけるビート雑音の影響を説明するために数値計算を行った結果を示す。図２０（ａ） は、波長に対して平坦なスペクトルをもつ自然放出光を計算機上で模擬した場合の光スペクトルを示し、図２０（ｂ） は帯域 200ＧHzの光受信器で自然放出光を受信した後の時間波形を示す。図２０（ｃ） は、波長に対して平坦なスペクトルをもつ自然放出光を半値全幅25ＧHzの波長合分波フィルタでスライスした場合の光スペクトルを示し、図２０（ｄ） は帯域 200ＧHzの光受信器でスペクトルスライス光を受信した後の時間波形を示す。
【００１１】
波長に対して平坦なスペクトルをもつ自然放出光（図２０（ａ））により発生されるビート雑音は、低周波数から光スペクトル幅（帯域）と同程度の高周波数まで広く分布したような周波数特性を示す。しかし光受信器の電気帯域は、一般に光スペクトル帯域に対して非常に小さい帯域をもつので、ビート雑音のほとんどはこの光受信器で除去され、その結果、図２０（ｂ） のように比較的低雑音な時間波形が得られる。
【００１２】
一方、波長に対して平坦なスペクトルをもつ自然放出光を波長合分波フィルタでスライスした光（図２０（ｃ））により発生されるビート雑音は、低周波数から波長合分波フィルタの帯域幅と同程度の周波数まで分布したような周波数特性を示す。波長合分波フィルタの帯域が光受信器の帯域と同程度またはそれ以下である場合には、ビート雑音はこの光受信器でほとんど除去されず、その結果、図２０（ｄ） のように強度雑音成分の多い時間波形が得られる。
【００１３】
波長多重アクセスシステムにおいて、同時に多重できるユーザ装置数を増やすためには、波長多重された各光信号（あるいはスペクトルスライス光）の波長間隔（これをチャネル間隔と呼ぶ）を狭くする必要がある。そのためには各チャネルが占有するスペクトル幅を狭くしなければならず、この結果、各ユーザが伝送可能な速度が遅くなる。
【００１４】
以上の特性の定量的な解析は、文献２（J.S.Lee,他,"Spectrum-sliced fiber amplifier light source for multichannel WDM applications", IEEE Photonics Technologies Letters, vol.5, pp.1458-1461, 1993）に記されており、信号対雑音比は波長合分波フィルタの半値全幅Ｂo と光受信器の電気帯域幅Ｂe を用いて、およそＢo ／Ｂe で決めることができる。信号対雑音比がおよそ144 以上であることは、伝送品質の目安である符号誤り率10-9以下に相当する。また、光受信器の帯域は伝送したい速度の 0.7倍程度は必要であるので、例えば25ＧHz間隔の波長多重システムにおいてスペクトルスライスで伝送できる速度は、波長合分波フィルタの半値全幅が波長間隔の 0.7倍程度になることとして、170 Ｍbps 程度以下に制限される。さらに、波長合分波フィルタにおける他チャネルからの漏れ光も考慮すると、25ＧHz間隔の波長多重システムにおいてスペクトルスライスで伝送できる速度は、 125〜155 Ｍbps 程度であることが上記文献１に記載されている。
【００１５】
ここで、25ＧHz間隔のスペクトルスライス波長多重システムで1.25Ｇbps の信号を伝送しようとすると、波長合分波フィルタ１０５７の半値全幅が波長間隔の 0.7倍程度になることとして、信号対雑音比が16程度となる。その結果、符号誤り率は0.01以上となり、例えば16バイト以上のパケット信号がほぼ 100％損失してしまい、全く伝送できないことになる。
【００１６】
一方、下り光信号伝送については、センタ装置１０５２において、多波長（多チャネル）の一括波長管理や、多波長一括発生光源（特開２００２−８２３２３号、文献３（M. Fujiwara et al., “Flattened optical multicarrier generation of 12.5 GHz spaced 256 channels based on sinusoidal amplitude and phase hybrid modulation”, Electronics Letters, Vol.37, No.15, pp.967-968, July, 2001）などを用いて低コスト化が可能であり、スペクトルスライス適用の必要性は上り光信号伝送に比べると高くない。ここで、特開２００２−８２３２３号、文献３の多波長光源は、それぞれ異なる単一の中心波長の光を発生する２ｎ個の光源からの入力光を２分割して２系統の合波、変調処理を行い、各変調結果を偏波合成し、これを波長の異なる複数のキャリアに分離して最終的な出力を得る構成である。また、特開２００２−８２３２３号、文献３の多波長一括発生光源は、単一の中心波長を有する光を特定の繰り返し周期を有する電気信号（例えば正弦波）を用いて位相変調および振幅変調を行い、側帯波を発生させることにより複数の中心波長を有する多波長光を一括して発生させる構成である。
【００１７】
なお、伝送速度に関しては、特開２００２−８２３２３号、文献３の多波長光源を用いて少なくともチャネル（波長）当たり1.25Ｇbps 程度の速度の信号を伝達できることが、文献４（N.Takachio, 他、"Wide area gigabit access network based on 12.5GHz spaced 256 channel super-dense WDM technologies", エレクトロニクスレターズ, vol.37, pp.309-310, March, 2001） で報告されている。
【００１８】
したがって、例えば25ＧHz間隔の波長多重アクセスネットワークを低コストに構成する方法として、上り信号伝送にスペクトルスライス技術を利用し、下り信号発生に多波長一括発生光源を適用すれば、上りの伝送速度は155 Ｍbps 程度以下に制限されるのに対して、下りの伝送速度はギガビットクラスの速度の提供が可能であり、様々なコンテンツファイル等のダウンロードに適したシステムの実現が可能となる。
【００１９】
このほか、上り光信号伝送のコスト低減化技術における別のアプローチとして、上り光信号用の光搬送波をセンタ装置から各ユーザ装置へ供給し、各ユーザ装置が与えられた光搬送波を変調して伝送する、キャリア供給型の波長多重アクセスネットワークが提案されている（特開2000-196536号公報、文献５（中村卓也,他、「反射型WDM-PON伝送方式の光送受信レベルにおける伝送特性の検討」，信学技報 OCS2000-50，pp.13-18, ２０００年９月））。図２１は、キャリア供給型波長多重アクセスネットワークの構成例を示す。
【００２０】
図２１において、センタ装置１１５２は、送信部１１６０および受信部１１６１より構成される。送信部１１６０は、下り光信号を発生させる多波長一括発生／変調部１１６２と、上り光信号の光搬送波を発生させる多波長一括発生部１１６３と、これら多波長一括発生／変調部１１６２及び多波長一括発生部１１６３から出力される多波長光を合波する波長多重分離フィルタ（WDMフィルタ）１１６４よりなる。
【００２１】
センタ装置１１５２からの下り光信号は、光ファイバ１１３２を介して接続された光分岐装置１１５６に送られ、光分岐装置１１５６内のAWG１１５７で下り光信号が波長ごとに分波され、光ファイバ１１３１を介して各ユーザ装置１１５１に送出され、ユーザ装置１１５１内の受信器１１７０で受信される。
【００２２】
多波長一括発生部１１６３が発生した上り光信号用の光搬送波は、センタ装置１１５２からユーザ装置１１５１へ送られる下り光信号と同じ経路を通り、光分岐装置１１５６のAWG１１５７に送られる。AWG１１５７は下り光信号と光搬送波のそれぞれを波長ごとに分波してユーザ装置１１５１へ送る。ユーザ装置１１５１では、WDMフィルタ１１７１により下り光信号と光搬送波とが分離され、光搬送波は光変調器１１７２に入力される。光変調器１１７２は光搬送波を変調して上り光信号を発生し、光ファイバ１１４１を介して接続されたAWG１１５７へ送出する。AWG１１５７は各ユーザ装置１１５１からの上り光信号を波長多重して光ファイバ１１４２を介してセンタ装置１１５２へ送出し、センタ装置１１５２の受信部１１６１にて上り光信号が受信される。
【００２３】
ここで、下り光信号の波長λ1, λ2, ・・・, λN（下り変調光）と、上り光信号用の光搬送波の波長λ1’, λ2’, ・・・, λN’（無変調光，上り変調光）（Nはユーザ装置１１５１の台数）とは異なる波長帯域を利用する波長配置となっている。
【００２４】
このようなキャリア供給型波長多重アクセスネットワークの利点としては、ユーザ装置内にはレーザ光源をもつ必要がなく、ユーザ装置での波長制御の必要がないため、ユーザ装置の送信器構成は簡易なものになり、波長多重アクセスシステムの低廉化が期待できる点にある。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
現在広く利用されている双方向光通信のインタフェースである上記のファストイーサネットやギガビットイーサネットでは、上り／下りの物理速度は等速度になっている。
【００２６】
したがって、上り信号伝送に低コストのスペクトルスライス技術を利用して伝送速度を155 Ｍbps 程度以下に制限するとともに、下りはユーザの要求に応えるべくギガビットクラスの速度を提供できる波長多重アクセスネットワークでは、上記のファストイーサネットやギガビットイーサネットの信号をそのまま伝送させることができない。それは、ファストイーサネットを用いると下りの速度をギガビットクラスにすることができず、ギガビットイーサネットを用いると上りの信号速度が速く帯域が広いためにスペクトルスライス光を全く伝送できないからである。
【００２７】
一方、上り光信号および下り光信号の光源に多波長一括発生光源を用いた場合には、光源装置の故障時には全波長の光搬送波が停止してしまう可能性が高い。その場合、波長多重アクセスネットワークに接続されているすべてのユーザ装置との通信が途絶えてしまい、被害が甚大となるという問題点があった。
【００２８】
本発明は、広く利用されている双方向光通信のインタフェースとして、上り／下りの物理速度が等速度のギガビットイーサネット等を用い、上り信号伝送に広帯域変調光またはスペクトルスライス技術を利用して光通信装置の低コスト化を図り、下り信号伝送はユーザの要求に応えるべくギガビットクラスの速度を提供するための光通信システム，光通信装置および光送受信器を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明は、広く利用されている双方向光通信のインタフェースとして、上り／下りの物理速度が等速度のギガビットイーサネット等を用い、上り信号伝送および下り信号伝送の光源として、センタ装置に集中配備された多波長一括発生光源を用いることにより、ギガビットクラスの高速な通信サービスを提供できる光通信装置の低コスト化を図り、かつ光源装置の故障等により光搬送波の供給が絶たれた場合にも低速で通信可能となる光通信システム，光通信装置および光送受信器を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の光通信システムは、送信信号と受信信号の物理速度が等しいユーザ側双方向通信インタフェースと、ユーザ側光送信器と、ユーザ側光受信器と、前記ユーザ側双方向通信インタフェースから入力される送信信号をメモリに書き込み、書き込み速度より低速で読み出すことによって前記送信信号の物理速度を下降させて前記ユーザ側光送信器に出力するユーザ側物理速度下降手段とをそれぞれが有する複数のユーザ側光通信装置と、送信信号と受信信号の物理速度が等しいセンタ側双方向通信インタフェースと、前記複数のユーザ側光通信装置にそれぞれ対応する複数のセンタ側光送信器および複数のセンタ側光受信器と、前記複数のセンタ側光送信器から出力される光信号を波長多重して下り波長多重光信号として送信するとともに、入力される上り波長多重光信号を各波長に分波して前記複数のセンタ側光受信器に受信させる波長合分波手段と、前記センタ側光受信器で受信された受信信号をメモリに書き込み、書き込み速度より高速で読み出すことによって前記受信信号の物理速度を上昇させて前記センタ側双方向通信インタフェースに出力するセンタ側物理速度上昇手段とを有するセンタ側光通信装置と、前記センタ側光通信装置と前記複数のユーザ側光通信装置のそれぞれとが少なくとも１本の光ファイバを介して接続され、前記複数のユーザ側光通信装置からの光信号を合波して前記上り波長多重光信号として前記センタ側光通信装置に送信するとともに、前記センタ側光通信装置からの前記下り波長多重光信号を波長ごとに分波して前記複数のユーザ側光通信装置に送信する光分岐装置とを具備し、前記センタ側光通信装置は互いに異なる波長の光キャリアを出力する多波長光一括発生手段を備え、前記ユーザ側光通信装置及び前記センタ側光通信装置は前記光キャリアが入力される入力ポートを備え、前記ユーザ側光送信器及び前記センタ側光送信器はそれぞれユーザ側光変調器及びセンタ側光変調器を備え、前記ユーザ側光変調器及び前記センタ側光変調器の各々は、前記多波長光一括発生手段から前記入力ポートを介して入力される前記光キャリアの供給を受けた場合、前記光キャリアを変調して光信号を送信し、前記光キャリアの供給が途絶えた場合、前記ユーザ側光変調器及び前記センタ側光変調器自身が発光して光信号を送信することを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
＜本発明の光通信システムの第１の実施形態＞
図１は、本発明の光通信システムの第１の実施形態を示す。図１に示すように、本実施形態の光通信システムは、１対の光通信装置１０，２０が２本の光ファイバ３１を介して接続され、双方向通信を行う構成である。各光通信装置１０，２０は、それぞれ送信信号と受信信号の物理速度（ここでは1.25Ｇbps ）が等しい双方向通信インタフェース１１，２１と、光送信器１２，２２と、光受信器１３，２３を備え、一方の光通信装置１０には双方向通信インタフェース１１と光送信器１２との間に物理速度を1.25Ｇbps から低速の物理速度（ここでは 125Ｍbps ）に下げる物理速度下降手段１４を備え、他方の光通信装置２０には光受信器２３と双方向通信インタフェース２１との間に物理速度を 125Ｍbps から1.25Ｇbps に上げる物理速度上昇手段２４を備える。
【００４７】
ここで、光通信装置１０から光通信装置２０への伝送においては、双方向通信インタフェース１１からの送信信号（物理速度1.25Ｇbps ）を物理速度下降手段１４で物理速度 125Ｍbps の送信信号に変換し、光送信器１２で物理速度 125Ｍbps の送信信号を光信号に変換して送信する。光通信装置２０の光受信器２３では、受信光信号を電気信号（物理速度 125Ｍbps）に変換し、さらに物理速度上昇手段２４で物理速度 125Ｍbpsの信号を物理速度1.25Ｇbps の信号に変換して双方向通信インタフェース２１の受信信号とする。
【００４８】
一方、光通信装置２０から光通信装置１０への伝送においては、双方向通信インタフェース２１からの送信信号（物理速度1.25Ｇbps ）を光送信器２２でそのまま光信号に変換して送信する。光通信装置１０の光受信器１３では、受信光信号を電気信号に変換して双方向通信インタフェース１１の受信信号とする。
【００４９】
このように、光通信装置１０から光通信装置２０へ伝送される光信号（物理速度 125Ｍbps ）は、逆方向を伝送される光信号（物理速度1.25Ｇbps ）に比べて、その物理速度が減少したものとなる。これにより、なんらかの原因により、一方の伝送容量が他方と同程度に確保できない場合でも、光通信装置間の双方向通信が可能となる。
【００５０】
＜本発明の光通信システムの第２の実施形態＞
第１の実施形態では２本の光ファイバを用いて双方向通信を行う構成を示したが、光信号の波長を方向別に異なるように設定し、各光通信装置１０，２０に各波長の光信号を多重分離する波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）を備えることにより、１本の光ファイバで双方向通信が可能となる。その構成を図２に示す。図２において、光通信装置１０の波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）１５および光通信装置２０の波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）２５は、ともに各方向別の光信号を分離するフィルタ特性を有する。
【００５１】
＜物理速度下降手段１４および物理速度上昇手段２４の構成例＞
上述した第１の実施形態および第２の実施形態における物理速度下降手段１４および物理速度上昇手段２４は、例えば図３（ａ）に示すような書込手段４１、メモリ４２、読出手段４３を用いて、書込手段４１により入力信号をメモリ４２に書き込んで一時的にメモリ４２に保持し、読出手段４３により異なる速度でメモリ４２に保持された入力信号を読み出す構成により実現される。
【００５２】
ここで、図３（ｂ）及び３（ｃ）を参照して物理速度下降手段１４の動作例について説明する。物理速度下降手段１４は、伝送する情報をビット単位でみると、図３（ｂ）に示すように、入力された連続するビット列のビット幅がそれぞれ等倍されたデータ列を出力する。ただし、このままでは入力された情報のすべてを出力することができなくなるので、バッファとしてメモリ４２を配備し、メモリ４２の容量の範囲までは情報が欠落しないようにする。
【００５３】
図３（ｃ）は伝送する情報をパケット単位で見た場合の動作例である。入力データパケットはメモリ４２に書き込まれ、物理速度下降手段１４は、バッファされたパケットのビット幅がそれぞれ等倍されるのに比例して等倍されたパケットを出力する。メモリ４２が埋まってしまった場合には、図３（ｃ）中のデータパケット４，５のように廃棄される。ただし、上位プロトコルとして、広く利用されているＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)を用いる場合には、ＴＣＰ層においてパケット損失が生じないように送り出すデータのスループットを調整するのでこのような構成を用いても通信に問題はない。
【００５４】
物理速度上昇手段２４は、上記と逆の動作を行うものであり、出力の方の速度が速いので、最大長のパケットを１パケット保持できるメモリがあれば、パケット損失は生じない。
【００５５】
＜本発明の光通信システムの第３の実施形態＞
図４は、本発明の光通信システムの第３の実施形態を示す。ここでは、複数のユーザ装置１００とセンタ装置２００を光分岐装置５６を介して接続する波長多重アクセスネットワークにおいて、各ユーザ装置１００からセンタ装置２００への上り信号伝送にスペクトルスライス技術を利用し、センタ装置２００から各ユーザ装置１００への下り信号を発生させるのに多波長一括発生光源を利用する構成例を示す。
【００５６】
図４において、複数のユーザ装置１００とセンタ装置２００は、光ファイバ３１、光分岐装置５６、光ファイバ３２を介して接続される。各ユーザ装置１００は、送信信号と受信信号の物理速度（ここでは1.25Ｇbps ）が等しい双方向通信インタフェース１１と、光送信器１２と、光受信器１３を備え、さらに双方向通信インタフェース１１と光送信器１２との間に物理速度を1.25Ｇbps から 125Ｍbps に下げる物理速度下降手段１４を備える。光送信器１２は、物理速度を 125Ｍbps に低下させた送信信号で自然放出光を変調した広帯域変調光を出力する。
【００５７】
センタ装置２００は、送信信号と受信信号の物理速度（ここでは1.25Ｇbps ）が等しい双方向通信インタフェース２１と、光受信器２３と、光変調器（Ｍ）２６と、波長合分波フィルタ（ＡＷＧ）２７−１，２７−２，２７−３と、多波長一括発生光源２８を備え、さらに光受信器２３と双方向通信インタフェース２１との間に物理速度を 125Ｍbps から1.25Ｇbps に上げる物理速度上昇手段２４を備える。波長合分波フィルタ２７−１は、各ユーザ装置１００から送信された広帯域変調光が光分岐装置５６でスペクトルスライスされた後に波長多重された上り波長多重光信号を入力し、この波長多重光信号を各ユーザ装置１００に対応する光受信器２３に分波する。波長合分波フィルタ２７−２は、多波長一括発生光源２８から出力される多波長光を各波長の連続光に分波し、各ユーザ装置１００に対応する光変調器２６に与える。波長合分波フィルタ２７−３は、光変調器２６で変調された各ユーザ装置１００宛の光信号を合波し、下り波長多重光信号として光分岐装置５６に送出する。
【００５８】
光分岐装置５６は波長合分波フィルタ（ＡＷＧ）５７−１，５７−２を備える。波長合分波フィルタ５７−１は、各ユーザ装置１００から送信された広帯域変調光を各ユーザ装置１００に割り当てた波長でスペクトルスライスし、各波長のスペクトルスライス光を波長多重してセンタ装置２００に送出する。波長合分波フィルタ５７−２は、センタ装置２００からの下り波長多重光信号を波長ごとに分波して各ユーザ装置１００へ送出する。
【００５９】
ここで、ユーザ装置１００からセンタ装置２００への伝送においては、双方向通信インタフェース１１からの送信信号（物理速度1.25Ｇbps ）を物理速度下降手段１４で物理速度 125Ｍbps の送信信号に変換し、光送信器１２で光信号に変換して送信する。例えば、ユーザ装置１００においてギガビットイーサネットインタフェースからの送信信号（物理速度1.25Ｇbps ）は、物理速度下降手段１４によりファストイーサネットの物理速度である 125Ｍbps の信号に変換され、光送信器１２から 125Ｍbps の上り光信号（広帯域変調光）として送出される。センタ装置２００では、光受信器２３で受信光信号を電気信号（物理速度 125Ｍbps）に変換し、さらに物理速度上昇手段２４で物理速度1.25Ｇbps の信号に変換して双方向通信インタフェース（ギガビットイーサネットインタフェース）２１の受信信号とする。
【００６０】
一方、センタ装置２００からユーザ装置１００への伝送においては、双方向通信インタフェース２１からの送信信号（物理速度1.25Ｇbps ）を光変調器２６に入力し、多波長一括発生光源２８から出力されて波長合分波フィルタ２７−２で分波された各波長光（光キャリア）を変調して送信する。ユーザ装置１００の光受信器１３では、受信光信号を電気信号に変換して双方向通信インタフェース１１の受信信号とする。
【００６１】
このように、ユーザ装置１００からセンタ装置２００へ送信される上り光信号（物理速度 125Ｍbps ）は、逆方向に伝送される下り光信号（物理速度1.25Ｇbps ）に比べてその物理速度を減少させることができるので、上り光信号として広帯域変調光をスライスしたスペクトルスライス光伝送が可能となる。
【００６２】
なお、本実施形態のユーザ装置１００では、双方向通信インタフェース１１が電気信号接続を前提としたものであるが、光インタフェースを用いてもよい。この場合には、別途光電気変換器を備えるか、下り光信号については光受信器１３を介さずに直接双方向通信インタフェースと接続する構成としてもよい。
【００６３】
ここで例えば、センタ装置２００がHiPAS架で構成されているとすると、光送受信器やAWGといった各構成要素はパッケージにまとめられて装置（架）に収容される。また、ユーザ装置１００では、筐体の小型化のために、各構成要素はボード上に集積されて実装されることもある。そこで、センタ装置２００における双方向通信インタフェース２１、光受信器２３、物理速度上昇手段２４、光変調器２６、あるいは、ユーザ装置１００における双方向通信インタフェース１１、光送信器１２、光受信器１３、物理速度下降手段１４をそれぞれ１つのパッケージあるいはボードとして扱い、これらをそれぞれ光送受信パッケージ６１および光送受信パッケージ６０と呼ぶことにより、図４を図５のようにも描くことができる。なお、各構成要素をまとめた構造は上記のようなパッケージあるいはボードに限られるものではなく、これらと等価なもの（例えば、カードやモジュール等と呼んでも良い）を全て包む。また機能名称として、トランシーバや光送受信器と呼んでもよい。
【００６４】
＜本発明の光通信システムの第４の実施形態＞
第３の実施形態では、上り方向と下り方向にそれぞれ光ファイバを配置して双方向通信を行う構成を示したが、光信号の波長を方向別に異なるように設定し、各波長の光信号を多重分離する波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）を用いることにより、１本の光ファイバで双方向通信が可能となる。この場合の構成例を図６に示す。ここでは、上り光信号と下り光信号の利用帯域を２分割し、長波長側を下り光信号に用い、短波長側を上り光信号に用いる。
【００６５】
図６において、ユーザ装置１００ｂに備えられた波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）１５は、上り光信号として送信される広帯域変調光と、各ユーザ装置１００に割り当てた波長の下り光信号を分離するフィルタ特性（図８（ａ））を有する。光送信器１２から送信された広帯域変調光（λu ）は、波長多重分離フィルタ１５を介して光ファイバ３１に送信され、また、光ファイバ３１からの下り光信号（λdi（ｉ＝１〜ｎ））は波長多重分離フィルタ１５を介して光受信器１３に受信される（広帯域変調光と下り信号光の波長配置を図８（ｂ）に示す）。
【００６６】
光分岐装置５６ｂに備えられた波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）５８と、センタ装置２００ｂに備えられた波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）２５は、上り光信号として伝送される短波長側の波長多重光信号（λu1〜λun）と、下り光信号として伝送される長波長側の波長多重光信号（λd1〜λdn） を多重分離するフィルタ特性（図８（ｃ））を有する。光分岐装置５６ｂからセンタ装置２００ｂへの上り波長多重光信号は、波長多重分離フィルタ５８および光ファイバ３２を介して伝送され、波長多重分離フィルタ２５で下り波長多重光信号と分離される（上り信号光と下り信号光の波長配置を図８（ｄ）に示す）。センタ装置２００ｂから光分岐装置５６ｂへの下り波長多重光信号は、波長多重分離フィルタ２５および光ファイバ３２を介して伝送され、波長多重分離フィルタ５８で上り波長多重光信号と分離される。
【００６７】
また、第３の実施形態の光分岐装置５６では、上り信号と下り信号が別々の波長合分波フィルタ５７−１，５７−２によって合分波される構成であったが、本実施形態では波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）５８と組み合わせられた１つの波長合分波フィルタ５７により対応することができる。波長合分波フィルタ５７の上り方向と下り方向のフィルタ特性を図７（ａ）及び７（ｂ）に示す。
【００６８】
なお、第３の実施形態および第４の実施形態のセンタ装置では、上り信号と下り信号が別々の波長合分波フィルタによって合分波される構成であったが、波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）と組み合わせて、１つの波長合分波フィルタにより対応してもよい。
【００６９】
また、図６は、センタ装置２００ｂおよびユーザ装置１００ｂにおける光変調器２６、光送信器１２、光受信器２３および１３、双方向通信インタフェース２１および１１、物理速度上昇手段２４および物理速度下降手段１４を１つの光送受信パッケージとして扱うことにより、図９のようにも描くことができる。ここで、図９では上り信号と下り信号を別々の波長合分波フィルタ５７−１，５７−２によって合分波する構成としているため、各方向別の光信号を分離するフィルタ特性を有するｎ個の波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）６２を波長合分波フィルタ５７−１，５７−２と各ユーザ装置１００ｃとの間に設けている。
【００７０】
＜本発明の光通信システムの第５の実施形態＞
図１０は、本発明の光通信システムの第５の実施形態を示す。
【００７１】
図１０において、本実施形態の光通信システムは、1つのセンタ装置２００ｄと複数のユーザ装置１００ｄが、光分岐装置５６ｃを介してそれぞれ１本の光ファイバ３１，３２で接続され、双方向通信を行う構成である。なお、下り光信号および上り光信号を伝送させるネットワークの基本的な構成は、第４の実施形態の説明で用いた図９と同じである。ただし本実施形態では、図９におけるセンタ装置２００ｃの物理速度上昇手段２４、およびユーザ装置１００ｃの物理速度下降手段１４に加えて、物理速度下降手段１４と伝送速度コントローラ７０をセンタ装置２００ｄ内に備えるとともに、物理速度上昇手段２４と伝送速度コントローラ７０をユーザ装置１００ｄ内に備えた構成となっている。また、センタ装置２００ｄおよびユーザ装置１００ｄそれぞれの光送信器７１には、光変調器として半導体光増幅器を備えた構成となっている。
【００７２】
各光通信装置（センタ装置２００ｄ又はユーザ装置１００ｄ）内部での信号の流れは、以下のとおりになっている。双方向通信インタフェース１１または２１を介して各光通信装置に取り込まれた信号（物理速度1.25Gbps）は、物理速度下降手段１４により1.25Gbpsのまま、あるいは125Mbpsに速度下降されて光送信器７１に送られ、光送信器７１で光信号に変換されて他方の光通信装置へ送信される。このとき、光送信器７１に送られる信号の伝送速度は、光送信器７１においてモニタされる物理量に基づいて、伝送速度コントローラ７０により決定される。なお、ここで言う物理量とは、例えば光送信器７１における光搬送波のパワーである。
【００７３】
一方、各光通信装置に入力された光信号は、幅広いビットレートの信号を受信することができる広帯域光受信器７２により電気信号として受信される。このときの物理速度は1.25Gbpsあるいは125Mbpsであるが、物理速度上昇手段２４により1.25Gbpsに変換されて双方向通信インタフェース１１または２１の受信信号とする。
【００７４】
このように、光通信装置間で伝送される光信号は、物理速度下降手段１４または物理速度上昇手段２４により高速(1.25Gbps)あるいは低速(125Mbps)の物理速度で伝送することができる。これにより、なんらかの原因により、高速の光信号帯域が確保できない場合でも、光通信装置間の双方向通信が可能となる。
【００７５】
なお、ここでは１本の光ファイバを用いて双方向通信を行う構成を示したが、上り光信号と下り光信号を分離して、2本の光ファイバで双方向通信を行ってもよい。
【００７６】
図１０におけるセンタ装置２００ｄ、およびユーザ装置１００ｄの光送受信パッケージ６０ｄ，６１ｄは同一構成にすることができ、例えば図１１に示す構成にすることにより実現できる。
【００７７】
光送信器７１は、レーザ光源８０と、自発光可能な光変調器８１と、光変調器８１を駆動するドライバ回路８２より構成される。自発光可能な光変調器を実現するには、例えば半導体光増幅器を用いればよい。伝送速度コントローラ７０は、光送信器７１内のレーザ光源８０の出力パワーを測定するパワーモニタ８３と、パワーモニタ８３から出力パワーの測定信号を受け取って伝送速度を決定する伝送速度決定回路８４より構成される。物理速度下降手段１４および物理速度上昇手段２４は、第１の実施形態の説明で述べたものと同じ構成（図３（ａ））により実現できる。
【００７８】
なお、図１１ではレーザ光源８０を光送受信パッケージ６０ｄ（６１ｄ）内に組み込んでいるが、光送受信パッケージの外部にレーザ光源８０を配置してもよい。
【００７９】
＜半導体光増幅器を光変調器として用いた場合の動作特性＞
ここで、半導体光増幅器を光変調器として用いた場合の動作特性を説明する。半導体光増幅器を光変調器として用いる場合、他の光変調器とは異なる特性を示す。それは、半導体光増幅器は光増幅器であるため、１．増幅作用があること、および、２．自然放出光による雑音が発生すること、である。このような理由により、半導体光増幅器への入力光パワーがある程度大きい場合は、自然放出光による雑音が信号の伝送特性に与える影響は小さいが、入力光パワーが小さくなると、この雑音により信号対雑音比（ＳＮＲ）が劣化する。この特性の詳細を、図１２（ａ）および１２（ｂ）を用いて定量的に説明する。なお、半導体光増幅器を変調器として用いる場合、以下ではSOA変調器と呼ぶ。
【００８０】
SOA変調器を用いた伝送系として、図１２（ａ）のようなレーザ９０，半導体光増幅器（SOA変調器）９１，光フィルタ９２，伝送路９３，光受信器９４からなるモデルを想定する。SOA変調器９１の利得をG、自然放出光係数をnsp、偏波の係数をmpとする。なお、偏波の係数とは、導波される横モードの総数であり、TE偏光成分のみ増幅するような偏波依存型のSOA変調器ではmp =1、偏波無依存型のものではmp =2となる。今、このようなSOA変調器９１をビットレートB [bps]、消光比εで駆動しているとする。ここに、光の周波数ν[Hz]、光パワーPin [W]なる単一波長の連続光が光搬送波としてレーザ９０からSOA変調器９１に入射されるとする。このとき、SOA変調器９１から出力される平均光子数<nout>は、符号がマークおよびスペースの場合、それぞれ
【数１】
0003808413.tif 000002
で表される。なお、hはプランク定数である。ここで、(1)式右辺の第１項はそれぞれ増幅された信号光を表し、第２項はSOA変調器で発生する自然放出光を表している。光受信器９４で受信される自然放出光は位相がランダムであるため、信号光と自然放出光が干渉しあい、あるいは自然放出光同士が干渉しあい、ビート雑音として検出される。一般的にビート雑音の影響を抑えるためには、光受信器９４に入射する前に光フィルタ９２を用いて自然放出光を減らせばよい。光受信器９４の帯域をBe [Hz]、光フィルタ９２の透過スペクトル半値全幅をΔf [Hz]、伝送路９３の区間損失をＬとすると、光受信器９４に入力される平均光子数<norin>は、符号がマークおよびスペースの場合、それぞれ
【数２】
0003808413.tif 000003
と表される。
【００８１】
このような信号光が量子効率ηの光受信器９４に入力された場合、マークおよびスペースにおける光電流の直流成分ImおよびIsは、
【数３】
0003808413.tif 000004
と表される。なお、ｅは電気素量を表す。また、受信された光電流は、各種の雑音によりその強度が揺らいでいる。図１２（ａ）のモデルでは、雑音成分としては(I)ショット雑音、(II)光受信器９４の熱雑音、さらに(III)SOA変調器９１が発生する自然放出光が単一波長の連続光と干渉して発生するビート雑音、(IV)自然放出光自身で干渉して発生するビート雑音が考えられる。これらの雑音電力は、受信された光電流強度の分散として表され、マークおよびスペースにおける分散σm2およびσs2は、
【数４】
0003808413.tif 000005
と表される。なお、Be [Hz]は光受信器９４の帯域、R [ohm]は光受信器９４の負荷抵抗、kはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。(4-a)および(4-b)式の右辺第１項はショット雑音、第２項は熱雑音、第３項は単一波長光と自然放出光との干渉によるビート雑音、第４項は自然放出光同士のビート雑音を表している。
【００８２】
上記の式を用いて受信された信号の信号対雑音比SNRを導出する。今、雑音電力は等価的に、(4-a)および(4-b)式で表される雑音の標準偏差σmおよびσsの平均で表されるとすると、SNRは、
【数５】
0003808413.tif 000006
と導かれる。
【００８３】
(5)式によると、SOA変調器９１への入力光パワーPinが小さいときは、自然放出光同士のビート雑音がSNR劣化の支配要因であることが分かる。SNRの劣化を抑えるには、光受信器９４の帯域Beを小さくしてやればよいことが分かる。これはすなわち、信号が受信可能なビットレートを小さくすることに相当する。そこで、SOA変調器９１への入力光パワーに対する、出力光信号のＳＮＲから類推される伝送可能なビットレートを解析的に計算する。計算の簡略化のため、光受信器９４で発生する雑音（(4-a)および(4-b)式におけるショット雑音、熱雑音）は無視し、かつ量子効率は1、消光比は0として計算した。光受信器９４の帯域Beは、ビットレートBの0.7倍相当であるとし、SNR=200（ビット誤り率換算で10-12）を得るために必要なSOA変調器９１の入力光パワーをPinとすると、(5)式を用いて、
【数６】
0003808413.tif 000007
と表される。上記計算式の計算例として、利得G=15 [dB]、自然放出光係数nsp=15、偏波の係数mp=2、光フィルタ９２の透過スペクトル半値全幅Δf=15 [GHz]、光の周波数ν=200 [THz]として計算した結果を図１２（ｂ）に示す。
【００８４】
入力光パワーが-35 [dBm]以上の場合、ＳＮＲ劣化要因は信号光と自然放出光との干渉によるビート雑音が支配的となるため、入力光パワーにほぼ比例して伝送可能なビットレートは増加する。一方、入力光パワーが-35 [dBm]以下の場合、ＳＮＲ劣化要因は自然放出光同士の干渉によるビート雑音が支配的となり、入力光パワーが-50 [dBm] 以下では伝送可能なビットレートはある一定の値に落ち着く。このようなSOA変調器９１への入力光パワーの低い状態（ここでは-50 [dBm] 以下）では、光信号はスペクトルスライス技術により伝送されていると考えることができる。
【００８５】
なお、(6)式、あるいは図１２（ｂ）で与えられる伝送可能なビットレートは、SOA変調器９１、光受信器９４ならびに入力の光搬送波がすべて理想的な場合であるため、実際にはすべてのＳＮＲ劣化要因を勘案して(4-a)および(4-b)式のような雑音を求め、(6)式の関係を導けばよい。また、光信号の伝送に際して光アンプを用いて信号を増幅した場合は、光アンプによる雑音を別途(4-a)および(4-b)式に加えて計算すればよい。
【００８６】
以上述べてきたとおり、ＳＯＡ変調器による伝送特性は、その入力光レベルに依存することが分かる。すなわち、ＳＯＡ変調器への入力光レベルをモニタすれば、伝送可能なビットレートを類推することができるため、入力光レベルに応じてＳＯＡ変調器のビットレートを変換すればよい、という事実が分かる。
【００８７】
光送受信パッケージ６０ｄ又は６１ｄについて図１１を用いて詳細に説明すると、サーバやクライアント端末等の図示しない通信端末からの信号(例えば1.25Gbps)は、双方向通信インタフェース１１又は２１（例えばギガビットイーサネット）を介して光通信装置に取り込まれ、物理速度下降手段１４における送出光信号用の書込み手段４１を介してメモリ４２に送られる。同時に、伝送速度コントローラ７０は、パワーモニタ８３にて光変調器（ＳＯＡ変調器）８１の入力光レベルPinをモニタしており、伝送速度決定回路８４にて、入力光レベルPinに対する伝送可能な送出光信号の物理速度（ビットレート）を(6)式を用いて算出し、その物理速度でメモリ４２から信号を読み出すように、物理速度下降手段１４内にある読出し手段４３に制御信号を与える。あるいは、あらかじめ(6)式を用いて入力光レベルPinに対する伝送可能な送出光信号の物理速度（ビットレート）を伝送速度決定回路８４に記憶しておき、パワーモニタ８３から入力される光変調器８１への入力光レベルPinに対応する送出光信号の物理速度（ビットレート）を示す制御信号を、物理速度下降手段１４内にある読出し手段４３に与えるようにしても良い。この制御信号は、例えば、クロック信号である。物理速度下降手段１４内にある読出し手段４３は、伝送速度コントローラ７０から供給されるクロック信号に同期してメモリ４２から信号を読み出す。メモリ４２から読出された信号は光変調器８１を駆動するドライバ回路８２に送られ、光変調器８１にてメモリ４２から読み出された信号が光信号に変換され、光ファイバによって接続されている対向の光通信装置（図示省略）へ送出信号として送出される。
【００８８】
ここで、伝送速度コントローラ７０で決定される送出光信号の物理速度は、以下のような２値のどちらかを取るように設定してもよい。例えばSOA変調器の特性が図１２（ｂ）であった場合、入力光レベルが-35 dBm 以上であれば、ギガビットイーサネットの物理速度である1.25 GbpsでSOA変調器を駆動し、入力光パワーが-35 dBm以下であれば、430Mbpsより低い固定的な伝送速度、例えばファストイーサネットの物理速度である125 Mbps でSOA変調器を駆動してもよい。
【００８９】
一方、光ファイバを介して対向する光通信装置（図示省略）から図１１に示す光送受信パッケージへ入力される受信信号を受信するためには、以下のような構成にすればよい。光受信器７２としては、例えばマルチビットレート対応の３R光受信器（すなわち、Re-shaping，Re-timing，Re-generating機能を有する光受信器）を用いればよい。上記光受信器７２により光信号は電気信号に変換され、かつクロック信号も再生される。このクロック信号は物理速度上昇手段２４内の書込み手段４１に送られ、前記書込み手段４１はクロック信号に同期して光受信器７２から出力された電気信号をメモリ４２に書き込む。物理速度上昇手段２４のメモリ４２からは、読出し手段４３により双方向通信インタフェース１１又は２１の物理速度(1.25Gbps)で信号が読み出され、この双方向通信インタフェースを介して通信端末へ送られる。
【００９０】
本実施形態を用いた光通信システムを構成することにより、光送信器の光源、あるいは光送信器へ光搬送波を供給する光源が故障した場合でも、各光通信装置間で低速で通信を続けることができる。
【００９１】
＜本発明の光通信システムの第６の実施形態＞
図１３は、本発明の光通信システムの第６の実施形態を示す。
【００９２】
下り光信号および上り光信号を伝送させるネットワークの基本的な構成は、第５の実施形態の説明で用いられた図１０と同じである。ただし本実施形態では、センタ装置２００ｅにおいて、センタ装置２００ｅ内およびユーザ装置１００ｅ内の光送受信パッケージ６１ｅ，６０ｅに光搬送波を供給する多波長一括発生光源２８，２１０が配置されており、センタ装置２００ｅと光分岐装置５６ｅの間には、下り光信号および上り光信号が伝送する光ファイバ３２とは異なる光ファイバ２１１が設けられている。また光分岐装置５６ｅには、光搬送波を分波するAWG２１２を備えている。さらに光分岐装置５６ｅと各ユーザ装置１００ｅの間には、下り光信号および上り光信号が伝送する光ファイバ３１とは異なる光搬送波供給用の光ファイバ２１３がそれぞれ備えられている。
【００９３】
このような光通信システムに用いるセンタ装置２００ｅおよびユーザ装置１００ｅにおける光送受信パッケージ６１ｅ，６０ｅとしては、図１４に示す構成にすればよい。図１４の光送受信パッケージは、図１１のそれにほぼ等しいが、光搬送波は該光送受信パッケージの外部に設けられた光源より供給されるため、光搬送波入力ポート２２０を持つ点、光送信器７１は、自発光可能な光変調器２２１と、光変調器２２１を駆動するドライバ回路８２のみにより構成される点、光搬送波を２方向に分岐して光変調器２２１およびパワーモニタ８３に出力する光カプラ２２２を追加した点が図１１の構成と異なる。また、光送受信パッケージ内の信号の流れについては、第５の実施形態で述べたとおりである。
【００９４】
図１３に話しを戻すと、下り信号用の多波長一括発生光源２８から送出された多波長光搬送波は、AWG２７−２により分波された後、センタ装置２００ｅ内にある複数の光送受信パッケージ６１ｅの各光搬送波入力ポート２２０及び光カプラ２２２（図１４）を介して、光変調器２２１に導かれる。一方、上り信号用の多波長一括発生光源２１０から送出された多波長光搬送波は、下り光信号および上り光信号が伝送する光ファイバ３２とは異なる光ファイバ２１１を伝送して光分岐装置５６ｅに到達した後、光分岐装置５６ｅに配備されたAWG２１２にて各波長の光搬送波に分波された後、下り光信号および上り光信号が伝送する光ファイバ３１とは異なる光ファイバ２１３を介して各ユーザ装置１００ｅに送られ、各ユーザ装置１００ｅの光送受信パッケージ６０ｅの光搬送波入力ポート２２０（図１４）を介して光変調器２２１に導かれる。
【００９５】
なお、図１３では、光分岐装置５６ｅに３つのAWGを備えた構成を示したが、光搬送波を分波するAWG２１２は、他のAWGと兼用して２つ、あるいは１つのAWGを備える構成でもよい。
【００９６】
また、図１３では、下り光信号および上り光信号が伝送するセンタ装置２００ｅ−光分岐装置５６ｅ間、ならびに光分岐装置５６ｅ−ユーザ装置１００ｅ間の光ファイバ３２，３１は、波長多重分離フィルタ（WDMフィルタ）２５，５８，６２，１５を用いてそれぞれ1本の光ファイバとしているが、図５と同様に、下り光信号、上り光信号それぞれ1本ずつの光ファイバを用いてもよい。さらに、信号光の光ファイバを上り光信号、下り光信号それぞれ1本ずつ用いた場合、上り光信号用の光搬送波を下り信号が伝送する光ファイバに多重して伝送してもよい。その場合、センタ装置２００ｅ−光分岐装置５６ｅ間の光ファイバ数は2本でよく、光分岐装置５６ｅ−各ユーザ装置１００ｅ間の光ファイバ数は、それぞれ2本でよい。
【００９７】
本実施形態を用いた光通信システムを構成することにより、光送信器の光源、あるいは多波長一括発生光源が故障した場合でも、低速で通信を続けることができる。また、光送信器の光源、あるいは多波長一括発生光源の波長がずれた場合でも、センタ装置２００ｅ−各ユーザ装置１００ｅ間で低速で通信を続けることができる。
【００９８】
＜本発明の光通信システムの第７の実施形態＞
図１５は、光通信の光送信システムの第７の実施形態を示す。
【００９９】
本実施形態では、第６の実施形態の説明で用いられた図１３に比べて、多波長一括発生光源の代わりに、以下で説明する波長可変多波長光源を用いた点が異なっている。センタ装置２００ｆ、およびユーザ装置１００ｅにおける光送受信パッケージおよびAWG、光ファイバは、第６の実施形態で用いた構成と同じ構成（図１３）にすればよい。
【０１００】
センタ装置２００ｆには、下り信号用の波長可変多波長光源２３０および上り信号用の波長可変多波長光源２３１が備えられる。波長可変多波長光源２３０，２３１の各々は、本実施形態の光通信システムに接続されているユーザ装置１００の数よりも少ない、１つないし複数の波長可変レーザ光源２３２と、それらの波長可変レーザ光源２３２より出力されるレーザ光を合波して出力する合波器２３３により構成される。合波器２３３は、例えば光カプラなどを用いればよい。
【０１０１】
波長可変多波長光源２３０，２３１に内蔵されている波長可変レーザ光源２３２は、制御装置２３４によりそれぞれ光出力の入／断が制御されると共に、光出力が“入”のときには発振波長が制御される。また発振波長は動的に変化させることもできる。すべての波長可変レーザ光源２３２の光出力を“入”にすることにより、波長可変多波長光源２３０，２３１は、最大で内蔵している波長可変レーザ光源２３２と同じ数の光キャリアを発生させることができる。
【０１０２】
下り信号用の波長可変多波長光源２３０から出力される多波長光搬送波は、センタ装置２００ｆに備えられたAWG２７−２により各波長に分波され、その波長に応じた出力ポートを介して、センタ装置２００内の光送受信パッケージ６１ｅの光搬送波入力ポート２２０（図１４）より光変調器２２１へ導かれ、光変調器２２１で変調されて、合波用のAWG２７−３へ送出される。ただし、光送受信パッケージ６１ｅへ分配される光キャリアの数は、センタ装置２００ｆにインストールされた光送受信パッケージ６１ｅの数より少ないため、すべての光送受信パッケージ６１ｅに光キャリアが分配されるわけではない。また、波長可変多波長光源２３２から送出される光キャリアの波長は時々刻々と変化する場合もあるため、ある光送受信パッケージ６１ｅへの光キャリアの供給が途絶えることもある。このような光キャリアが供給されていない光送受信パッケージ６１ｅでは、光送受信パッケージ６１ｅに備えられた伝送速度コントローラ７０が伝送速度を下降させ、広帯域変調光を出力する。このように各光送受信パッケージ６１ｅからは、単一波長の光キャリアを高速で変調した下り信号、あるいは広帯域光を低速で変調した下り信号が、センタ装置２００ｆに備えられた合波用のAWG２７−３に送られ、該AWG２７−３により波長多重され、光ファイバ３２を介して光分岐装置５６ｅへ送られる。光分岐装置５６ｅでは、波長多重された下りの光信号を分波し、光ファイバ３１を介して各ユーザ装置１００ｅへ下り光信号を送出し、この下り光信号がユーザ装置１００ｅの光受信器７２にて受信される。受信された電気信号は、ユーザ装置１００ｅの物理速度上昇手段２４を介して双方向通信インタフェース１１へ送られる。
【０１０３】
一方、上り信号用の波長可変多波長光源２３１から出力される多波長光搬送波は、変調信号が伝送する光ファイバ３２および３１とは異なる光ファイバ２１１および２１３を伝搬して、センタ装置１００ｆから光分岐装置５６ｅを介して各ユーザ装置１００ｅへ分配される。ただし下り信号と同様、すべてのユーザ装置１００ｅの光送受信パッケージ６０ｅに光キャリアが分配されるわけではないので、光キャリアが供給されている光送受信パッケージ６０ｅでは、該光キャリアを光送信器７１ｅ内の光変調器２２１（図１４）が変調し、光キャリアが供給されていない光送受信パッケージ６０ｅでは、光送受信パッケージ６０ｅに備えられた伝送速度コントローラ７０が伝送速度を下降させ、広帯域変調光を出力する。このように各光送受信パッケージからは、単一波長の光キャリアを高速で変調した上り信号、あるいは広帯域光を低速で変調した上り信号が送出され、光ファイバ３１を介して光分岐装置５６ｅに備えられた合波用のAWG５７−１に送られ、該AWG５７−１にて各ユーザ装置１００ｅからの上り信号が波長多重された後、光ファイバ３２を介してセンタ装置２００ｆへ送られ、センタ装置２００ｆに備えられた分波用のAWG２７−１により各波長に分波された後、光送受信パッケージ６１ｅの光受信器７２にて受信される。受信された電気信号は、各光送受信パッケージ６１ｅの物理速度上昇手段２４を介して双方向通信インタフェース２１に送られる。
【０１０４】
なお、図１５では、光分岐装置５６ｅに３つのAWGを備えた構成を示したが、光搬送波を分波するAWG２１２は、他のAWGと兼用して２つ、あるいは１つのＡＷＧを備える構成でもよい。
【０１０５】
また、図１５においては、下り光信号および上り光信号が伝送するセンタ装置２００ｆ−光分岐装置５６ｅ間、ならびに光分岐装置５６ｅ−ユーザ装置１００ｅ間の光ファイバは、波長多重分離フィルタ（WDMフィルタ）２５，５８，６２，１５を用いてそれぞれ1本の光ファイバとしているが、図５のように、下り光信号、上り光信号それぞれ1本ずつの光ファイバを用いてもよい。さらに、信号光の光ファイバを上り光信号、下り光信号それぞれ1本ずつ用いた場合、上り光信号用の光搬送波を下り信号が伝送する光ファイバに多重して伝送してもよい。その場合、センタ装置２００ｆ−光分岐装置５６ｅ間の光ファイバ数は2本でよく、光分岐装置５６ｅ−各ユーザ装置１００ｅ間の光ファイバ数は、それぞれ2本でよい。
【０１０６】
また、下り信号用，上り信号用のそれぞれの波長可変多波長光源２３０，２３１に用いられる波長可変レーザ光源２３２の数は同一である必要はない（すなわち、図１５に示すｊの値とｋの値は異なっていても良い）。また、図１５ではセンタ装置２００ｆ内に下り光信号用および上り光信号用の２つの波長可変多波長光源２３０，２３１を備えたが、どちらか一方のみが波長可変多波長光源であってもよい。
【０１０７】
ここで、波長可変多波長光源２３０，２３１は、例えば以下のような手順により光搬送波の波長を動的に変化させられる構成にすればよい。
【０１０８】
波長可変多波長光源２３０，２３１と制御装置２３４は、ケーブルを用いて直接、あるいはネットワークを介して接続されている。制御装置２３４は、波長可変多波長光源２３０，２３１に内蔵されている個々の波長可変レーザ光源２３２の状態（光出力の入／断、および光出力が入の場合は発振波長）を示す監視信号を波長可変多波長光源２３０，２３１から受け取ることにより、波長可変多波長光源２３０，２３１が送出している光搬送波の波長を知ることができる。また、制御装置２３４は、各波長可変レーザ光源２３２の光出力の入／断および発振波長を個別に、かつ遠隔で制御しうる制御信号を送出することにより、波長可変多波長光源２３０，２３１の発振波長を遠隔で制御することができる。
【０１０９】
制御装置２３４からの制御信号は、例えば以下のような手順により送出される。
【０１１０】
制御装置２３４にはオペレータ端末（図示されていない）が接続されており、オペレータ端末を介して制御装置２３４に「あるユーザに、通信に用いる光搬送波を与えなさい」というような命令が入力されると、制御装置２３４は波長可変多波長光源２３０，２３１からの監視信号を取り寄せ、光出力が断となっている波長可変レーザ光源２３２を探す。次に、制御装置２３４に記憶されている各ユーザ装置１００ｅと、そのユーザ装置１００ｅが用いる光搬送波の波長の対応表から、該当するユーザ装置１００ｅが通信に用いる光搬送波の波長を決定し、先の波長可変レーザ光源２３２にその波長で発振するよう、制御信号を送出する。
【０１１１】
上記の例で、もし光出力が断となっている波長可変レーザ光源２３２がない場合、内蔵されている波長可変レーザ光源２３２からランダムに１つの波長可変レーザ光源を選んで、波長を切り替えてもよい。また、通信サービスを提供するときに、あらかじめ各ユーザ装置１００ｅに優先順位をつけておき、優先順位の低いユーザのユーザ装置１００ｅが通信に用いている波長可変レーザ光源２３２の波長を切り替えてもよい。また、各ユーザ装置１００ｅが通信しているデータトラヒックを双方向通信インタフェース２１においてモニタしておき、データトラヒックが低いユーザ装置１００ｅが通信に用いている波長可変レーザ光源２３２の波長を切り替えてもよい。
【０１１２】
上記のような制御信号の送出手順は、例えば、現在低速な通信サービスを使っているユーザから、通信キャリアに対してより高速な通信サービス開通の要求があった場合などが該当する。この場合、該当ユーザのユーザ装置１００ｅの通信速度を、光通信装置の構成を変えることなく、また通信が途絶えることなく切り換えて、ユーザにサービスを提供することができる。
【０１１３】
制御装置２３４からの制御信号は、例えば以下のような別の手順により送出されるようにしても良い。
【０１１４】
制御装置２３４にはあらかじめ、各ユーザ装置１００ｅが光搬送波を必要とする時間が記憶されており、その時間がくると、制御装置２３４は自動的に波長可変多波長光源２３０，２３１からの監視信号を取り寄せ、光出力が断となっている波長可変レーザ光源２３２を探す。次に、制御装置２３４に記憶されている各ユーザ装置１００ｅと、そのユーザ装置１００ｅが用いる光搬送波の波長の対応表から、該当するユーザ装置１００ｅが通信に用いる光搬送波の波長を決定し、探し出した波長可変レーザ光源２３２にその波長で発振するよう、制御信号を送出する。
【０１１５】
上記の例で、もし光出力が断となっている波長可変レーザ光源２３２がない場合は、先の例と同様の手順で、使われている波長可変レーザ光源２３２の波長を強制的に切り替えてもよい。
【０１１６】
上記のような制御信号の送出手順を用いれば、ユーザごとに時間限定で高速な通信サービスを提供することができる。例えばあるユーザには、1日のうち9時から17時までは高速な通信サービスを使い、それ以外の時間では低速なサービスに切り替える場合などである。
【０１１７】
さらに別の例として、制御装置２３４からの制御信号を例えば以下のような手順により送出されるようにしても良い。
【０１１８】
各ユーザ装置１００ｅの通信トラヒックは、双方向通信インタフェース２１にて、あるいは双方向通信インタフェース２１に接続された通信ノード（スイッチングハブ等）にてモニタし、その情報を制御装置２３４へ送出できるように構成する（図示されていない）。なお、こうした構成は既存の技術を用いて容易に実現することができる。制御装置２３４にはあらかじめ、各ユーザ装置１００ｅが光搬送波を必要とする通信トラヒックの閾値が記憶されており、その閾値を越えると、制御装置２３４は自動的に波長可変多波長光源２３０，２３１からの監視信号を取り寄せ、光出力が断となっている波長可変レーザ光源２３２を探す。次に、制御装置２３４に記憶されている各ユーザ装置１００ｅと、そのユーザ装置１００ｅが用いる光搬送波の波長の対応表から、該当するユーザ装置１００ｅが通信に用いる光搬送波の波長を決定し、探し出した波長可変レーザ光源にその波長で発振するよう、制御信号を送出する。
【０１１９】
上記の例で、もし光出力が断となっている波長可変レーザ光源がない場合は、先の例と同様の手順で、使われている波長可変レーザ光源２３２の波長を強制的に切り替えてもよい。なお、上記とは逆に、通信トラヒックが閾値以下となった場合には、上記波長の割り当てを解除して、通信トラヒックが閾値を超えた別のユーザ装置１００ｅに対してこの波長を割り当てれば良い。
【０１２０】
上記のような制御信号の送出手順を用いれば、帯域オンデマンドと呼ばれる、通信トラヒックに応じた高速な通信サービスを提供できる。
【０１２１】
以上のように本実施形態を用いた光通信システムを構成することにより、ユーザ装置と同じ台数の光源をセンタ装置に用意する必要がなくなるため、システム全体が所有するレーザ光源の数を減らしつつ、ユーザや通信キャリアの要求に応じて高速のビットレートでの通信を提供することができるとともに、安価に高速なアクセスネットワークを提供することができる。また、波長可変多波長光源が故障した場合でも、低速で通信を続けることができる。
【０１２２】
なお、以上示した各実施形態では、通信インタフェースをギガビットイーサネットとし、下降させた物理速度をファストイーサネットの物理速度とした例を示したが、通信インタフェースとして例えば10ギガビットイーサネットを用い、下降させた物理速度として例えばギガビットイーサネットや10メガビットイーサネットを用いてもよい。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信信号と受信信号の物理速度が等しい双方向通信インタフェースを備えた光通信装置間で、一方向の光信号の物理速度を他方向に比べて減少させることができるので、一方の伝送帯域が他方と同程度に確保できない場合でも光通信装置間の双方向通信が可能となる。
【０１２４】
また、本発明を波長多重アクセスネットワークに用いた場合に、広く利用されている双方向通信インタフェースであるギガビットイーサネット等、送出信号／受信信号の物理速度が等速度のインタフェースを用いて、上り信号伝送にスペクトルスライス技術を利用して光通信装置のコスト低減を可能にするとともに、下り信号伝送はユーザの要求に応えるべくギガビットクラスの速度を提供する波長多重アクセスネットワークを実現することができる。
【０１２６】
また、本発明によれば、波長多重アクセスネットワークに用いた場合、広く利用されている双方向通信インタフェースであるギガビットイーサネット等、上り／下りの物理速度が等速度のインタフェースを用いて、上り／下りの物理速度がギガビットクラスの速度を安価に提供できる波長多重アクセスネットワークを実現することができるとともに、光源装置の故障時にも低速で通信ができるため、信頼性の高い波長多重アクセスネットワークを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光通信システムの第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】  本発明の光通信システムの第２の実施形態を示すブロック図である。
【図３】  （ａ）は物理速度下降手段１４および物理速度上昇手段２４の構成例を示すブロック図、（ｂ）は伝送する情報をビット単位で見た場合における物理速度下降手段１４の動作例を示す図、（ｃ）は伝送する情報をパケット単位で見た場合における物理速度下降手段１４の動作例を示す図である。
【図４】  本発明の光通信システムの第３の実施形態を示すブロック図である。
【図５】  本発明の光通信システムの第３の実施形態において光送受信パッケージを採用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図６】  本発明の光通信システムの第４の実施形態を示すブロック図である。
【図７】  本発明の光通信システムの第４の実施形態における波長合分波フィルタ（ＡＷＧ）のフィルタ特性を示す図である。
【図８】  （ａ）及び（ｂ）は本発明の光通信システムの第４の実施形態における波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）１５のフィルタ特性を示す図、（ｃ）及び（ｄ）は本発明の光通信システムの第４の実施形態における波長多重分離フィルタ（ＷＤＭフィルタ）２５，５８のフィルタ特性を示す図である。
【図９】  本発明の光通信システムの第４の実施形態において光送受信パッケージを採用した場合の構成例を示すブロック図である。
【図１０】  本発明の光通信システムの第５の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】  第５の実施形態における光送受信パッケージの構成例を示すブロック図である。
【図１２】  （ａ）は半導体光増幅器を変調器として用いた場合における伝送系の一モデルを示すブロック図、（ｂ）は半導体光増幅器における入力光パワーと伝送可能な最大ビットレートとの関係を示す図である。
【図１３】  本発明の光通信システムの第６の実施形態を示すブロック図である。
【図１４】  第６の実施形態における光送受信パッケージの構成例を示す図である。
【図１５】  本発明の光通信システムの第７の実施形態を示すブロック図である。
【図１６】  イーサネットアクセスシステムの構成例を示すブロック図である。
【図１７】  波長多重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１８】  スペクトルスライス光を用いる波長多重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１９】  広帯域変調光と波長多重されたスペクトルスライス光の関係を示す図である。
【図２０】  スペクトルスライスを用いる場合におけるビート雑音の影響を説明する図である。
【図２１】  キャリア供給型波長多重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。
【符号の説明】
１０  光通信装置
１１  双方向通信インタフェース
１２，２２  光送信器
１３，２３  光受信器
１４  物理速度下降手段
１５  波長多重分離フィルタ
２０  光通信装置
２１  双方向通信インタフェース
２４  物理速度上昇手段
２５  波長多重分離フィルタ
２６  光変調器
２７−１〜２７−３  波長合分波フィルタ
２８  多波長一括発生光源
３１，３２  光ファイバ
５６，５６ｂ〜５６ｃ，５６ｅ  光分岐装置
５７，５７−１〜５７−２  波長合分波フィルタ
５８  波長多重分離フィルタ
６０，６０ｄ，６０ｅ，６１，６１ｄ，６１ｅ  光送受信パッケージ
６２  波長多重分離フィルタ
７０  伝送速度コントローラ
７１，７１ｅ  光送信器
７２  光受信器
８０  レーザ光源
８１  光変調器
８２  ドライバ回路
８３  パワーモニタ
８４  伝送速度決定回路
９０  レーザ
９１  半導体光増幅器
９２  光フィルタ
９３  伝送路
９４  光受信器
１００，１００ａ〜１００ｅ  ユーザ装置
２００，２００ａ〜２００ｆ  センタ装置
２１０  多波長一括発生光源
２１１  光ファイバ
２１２  ＡＷＧ
２１３  光ファイバ
２２０  光搬送波入力ポート
２２１  光変調器
２２２  光カプラ
２３０，２３１  波長可変多波長光源
２３２  波長可変レーザ光源
２３３  合波器
２３４  制御装置
【図１】
0003808413.tif 000008
【図２】
0003808413.tif 000009
【図３】
0003808413.tif 000010
【図４】
0003808413.tif 000011
【図５】
0003808413.tif 000012
【図６】
0003808413.tif 000013
【図７】
0003808413.tif 000014
【図８】
0003808413.tif 000015
【図９】
0003808413.tif 000016
【図１０】
0003808413.tif 000017
【図１１】
0003808413.tif 000018
【図１２】
0003808413.tif 000019
【図１３】
0003808413.tif 000020
【図１４】
0003808413.tif 000021
【図１５】
0003808413.tif 000022
【図１６】
0003808413.tif 000023
【図１７】
0003808413.tif 000024
【図１８】
0003808413.tif 000025
【図１９】
0003808413.tif 000026
【図２０】
0003808413.tif 000027
【図２１】
0003808413.tif 000028