光アクセスシステム
【課題】ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】光アクセスシステム３０１は、シングルモードファイバ５１と、所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるようにシングルモードファイバ５１の波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザ１１を有する光送信器１００と、シングルモードファイバ５１を介して直接変調型レーザ１１からの光パルスを受信する光受信器２００と、を備える。
【解決手段】光アクセスシステム３０１は、シングルモードファイバ５１と、所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるようにシングルモードファイバ５１の波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザ１１を有する光送信器１００と、シングルモードファイバ５１を介して直接変調型レーザ１１からの光パルスを受信する光受信器２００と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接変調型レーザを利用して下り送信を行う光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＰＯＮ）を用いたＦｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ（ＦＴＴＨ）サービスが本格的に普及し、回線加入者数が増加しており、今後も増加傾向にある。さらに、光通信のトラヒック量も年率１．５〜２倍のペースで増加しており、光通信の高速・大容量化が求められている。また、ユーザ数が増加することで高速・大容量化だけでなく、サービスの多様化がますます進むと考えられる。このような高速・大容量化や多種多様なサービスの実現を見据えて、Ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＴＤＭ）技術のように時間軸上で多重化する技術だけではなくＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＷＤＭ）技術のように波長軸を積極的に利用する技術が必要になると予想される。
【０００３】
現在、光アクセス区間で使用されている波長は、Ｇ−ＰＯＮ（ＩＴＵ Ｇ．９８４）やＧＥ−ＰＯＮ（ＩＥＥＥ ８０２．３ａｈ）で規定されており、次世代の１０Ｇ級回線の一つである１０Ｇ−ＥＰＯＮ（ＩＥＥＥ ８０２．３ａｖ）の波長と合わせても、光アクセスにおける波長数は数波程度である。今後は、更なる大容量化やサービスの多様化を見据えて、ＷＤＭ技術を活用して波長軸を積極的に利用し、低コストかつ既存システムと共存可能なシステムによる光アクセスシステムのアップグレード技術が求められている。
【０００４】
しかしながら、従来の光アクセスシステムでは経済性を重視し、光源の半導体レーザ（ＬＤ）を安価にする目的で、一つのサービスで使用する波長帯を広くしたり、サービス間を切り分ける波長フィルタを安価にするためにサービス間の波長間隔を広くしたりしたため、現在の光通信波長域（１２６０〜１６５０ｎｍ）での空き領域が非常に狭くなり新たなサービスのための波長資源が不足することが懸念される。それを受け、昨今、光アクセスにおける新たな波長資源の創出に関する様々な検討が行われている。
【０００５】
新たな波長資源創出のための技術として、大きく分けて二つの方法がある。その一つが、高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）技術である。ＤＷＤＭ技術とは、各信号光の波長間隔を１ｎｍ以下という非常に狭い波長間隔にすることで光通信における波長数を格段に向上させる技術である。例えば、非特許文献１のようにすでに導入されているＧＥ−ＰＯＮにおいて、使用されていない波長帯（１５６５〜１６２５ｎｍ：Ｌ−ｂａｎｄ帯）を用いたＤＷＤＭ技術により既存システムのアップグレードを行うという検討も報告されている。しかしながら、上記の技術では非常に狭く限られた波長帯を用いるため、高い波長安定性を有する光源や、超狭帯域な波長フィルタが必要になってしまい、光学部品が既存のものに比べて非常に高価になってしまうため、光アクセスには適していない。
【０００６】
もう一方の波長資源創出の技術は、新規波長帯の開拓である。新規波長帯の開拓とは、現在、光アクセスでは使用されていない新たな波長域を、光通信に適用するという技術である。既存システムとの共存を考えた場合、新規波長帯としては既設シングルモードファイバ（ＳＭＦ）において低損失領域（１ｄＢ／ｋｍ以下）であり、現有の光デバイスが適用可能である短波長帯（特に１１００〜１２００ｎｍ帯）が有効とされている（例えば、非特許文献５を参照。）。
【０００７】
このため、非特許文献２にあるように、経済的な短波長帯の面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の研究開発が進んでいる。
【０００８】
一方で、短波長帯は、既設ＳＭＦにおいて実効遮断波長を下回るため、モード分散による受信特性の劣化が懸念される。この懸念に対しては、非特許文献３のように、モードフィルタを用いることでモード分散の影響を抑制できる。モードフィルタとしては、遮断波長を短波長側にシフトさせた短波長帯用ＳＭＦ、高次モードの曲げ損失が大きいことを利用した光ファイバコイルや、非常に広い波長域でシングルモード伝送が可能なフォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）などを用いたものがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ， Ｍ．Ｆｕｊｉｗａｒａ， Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ， Ｎ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ， Ｈ．Ｋｉｍｕｒａ ａｎｄ Ｍ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ， “Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｔｕｎａｂｌｅ ＤＷＤＭ−ＳＦＰ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｗｉｔｈ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ ＷＤＭ−ＰＯＮ”， ＥＣＯＣ ２００７， ＰＤ ３．４ （２００７）．
【非特許文献２】Ｔ．Ｋｏｎｄｏ， Ｍ．Ａｒａｉ， Ａ．Ｍａｔｓｕｔａｎｉ， Ｔ．Ｍｉｙａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｆ．Ｋｏｙａｍａ， “Ｉｓｏｌａｔｏｒ−ｆｒｅｅ １０Ｇｂｉｔ／ｓ ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ １．１μｍ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ”， ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．４０， Ｎｏ．１， ｐｐ．６５−６６ （２００４）．
【非特許文献３】Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ， Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ， Ｋ．Ｓｈｉｒａｋｉ， Ｎ．Ｈａｎｚａｗａ ａｎｄ Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ， “Ｍｕｌｔｉ−Ｂａｎｄ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｈｏｒｔｅｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｇｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＳＭＦ”， ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ ２００８， ＯＭＨ７ （２００８）．
【非特許文献４】Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ， “Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ”， Ｗｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒ−Ｓｃｉｅｎｃｅ， ｐｐ．４７−４８， （２００２）．
【非特許文献５】Ｔ．Ｋａｎａｉ， Ｔ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ， Ｔ．Ｋｕｂｏ， Ｈ．Ｋｉｍｕｒａ ａｎｄ Ｈ．Ｈａｄａｍａ， “Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｇｉｏｎ （１．１〜１．２μｍ） ａｎｄ ＲＺ−Ｆｏｒｍａｔ Ｄｉｒｅｃｔ Ｌａｓｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ”， ＯＥＣＣ２０１０， ８Ａ４−４， （２０１０）．
【非特許文献６】Ｋ．Ｔｓｕｊｉｋａｗａ， Ｋ．Ｋｕｒｏｋａｗａ， Ｋ．Ｔａｊｉｍａ， Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ， Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ， Ｉ．Ｓａｎｋａｗａ， ａｎｄ Ｋ．Ｓｈｉｒａｋｉ， “Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｐｒｅｃｈｉｒｐ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ １０−Ｇｂ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ １０６４ ｎｍ Ｔｈｒｏｕｇｈ ２４ ｋｍ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．１８， Ｎｏ．１９， ｐｐ．２０２６−２０２８， （２００６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、非特許文献２の短波長帯のＶＣＳＥＬは、経済的であるが、横マルチモード発振であり、かつ構造的に光強度を大きくすることが困難である。このため、光アクセスで必要とされるのに十分な光強度を達成できず、既存光アクセスシステムのうち送信側から離れている受信側において当該波長帯で一定の受信感度を得ることが困難という課題がある。一方、一定レーザ光を外部変調する構成も検討されているが、装置構成が複雑になるのと低コスト化が難しいために光アクセスには適していない（例えば、非特許文献６を参照。）。
【００１１】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目標を達成するため、本発明は、ＳＭＦの既存光アクセスシステムにおける波長資源創出のため、送信側の光源として強度変調方式を用いた短波長帯の直接変調型レーザを備え、新規波長帯を追加することとした。
【００１３】
具体的には、本発明に係る光アクセスシステムは、ＳＭＦと、所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるように前記ＳＭＦの波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザを有する光送信器と、前記ＳＭＦを介して前記直接変調型レーザからの前記光パルスを受信する光受信器と、を備える。
【００１４】
本光アクセスシステムは、直接変調型レーザで新規波長帯を追加する。直接変調型レーザの採用は、レーザ光を外部変調する構成より簡易であるから経済的であり、光アクセスに必要とされるのに十分な光強度の光パルスを出力することができ、送信側から離れた受信器においても光パルスを受信できる。さらに、短波長帯はＳＭＦにおいて波長分散が正常分散領域となるため、直接変調型レーザの周波数チャープ特性（ダウンチャープ）とＳＭＦの波長分散特性（正常分散領域）によって、当該波長帯の光パルスのパルス幅はＳＭＦの伝送距離に応じて時間的に圧縮される。そのパルス圧縮効果により、受信側での光パルスのピークパワーが向上し、受信特性が改善する。すなわち、直接変調型レーザの周波数チャープ特性とＳＭＦの波長分散特性を利用して光パルスを圧縮し受信感度を高めることができる。
【００１５】
従って、本発明は、ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することができる。
【００１６】
本発明に係る光アクセスシステムの前記光受信器は、モード分散の影響を低減するモードフィルタを有し、前記モードフィルタを介して前記光パルスを受信することを特徴とする。モード分散による受信特性の劣化を防止できる。
【００１７】
本発明に係る光アクセスシステムの前記ＳＭＦは、１２６０〜１６５０ｎｍの波長域用であり、前記直接変調型レーザは、１１００〜１２００ｎｍの波長域の前記光パルスを出力する。
【００１８】
本発明に係る光アクセスシステムは、前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となる波長を前記光送信器に割り当てる設定手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る光アクセスシステムは、前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となるように前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする。パルス圧縮は距離依存性があるため波長及び距離によってパルス圧縮の効果が異なる。そのため、距離や伝送速度に応じて使用波長を切り替えることで、受信感度を最適にすることができる。
【００２０】
本発明に係る光アクセスシステムは、前記光送信器と前記光受信器との間の総帯域が最大となるように、前記光受信器に送信する前記光パルスの波長、及び前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする。受信器までの距離や受信器が要求する伝送速度を考慮することで光アクセスシステム全体の総帯域を最大にすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図２】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図３】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図４】波長とパルス圧縮の関係を説明する図である。
【図５】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図６】伝送速度（ビットレート）とパルス圧縮の関係を説明する図である。
【図７】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図８】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。また、枝番号を付さずに説明している場合は、当該符号の全ての枝番号に共通する説明である。
【００２４】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る光アクセスシステム３０１を説明する図である。光アクセスシステム３０１は、ＳＭＦ５１と、所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるようにＳＭＦ５１の波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザ１１を有する光送信器１００と、ＳＭＦ５１を介して直接変調型レーザ１１からの光パルスを受信する光受信器２００と、を備える。ＳＭＦ５１とパワースプリッタ５２で光アクセス区間５０が形成されている。
【００２５】
例えば、ＳＭＦ５１は、１２６０〜１６５０ｎｍの波長域用であり、直接変調型レーザ１１は、１１００〜１２００ｎｍの波長域の光パルスを出力する。すなわち、直接変調型レーザ１１は、ＳＭＦ５１で構成される光アクセス区間５０の波長域より短波長帯の光信号を出力する。
【００２６】
光受信器２００は、モード分散の影響を低減するモードフィルタ２２を有し、モードフィルタを介して光パルスを光受信部２１で受信する。
【００２７】
光送信器１００から出力された光パルスは、直接変調型レーザ１１で超高速（例えば、１０Ｇｂｐｓ以上）に強度変調されており、ＳＭＦ５１中を伝送し、パワースプリッタ５２により均等に分岐された後に、それぞれ光受信器２００で受信される。その際、モード分散による受信特性の劣化を防ぐために、光受信部２１の前段にモードフィルタ２２を設置する。なお、伝送距離が短い場合はモード分散の影響が無視できるので、モードフィルタ２２を省略することも可能である。
【００２８】
通常、光アクセスで使用されているＳＭＦ５１はゼロ分散波長が１３１０ｎｍとなっており、光源に１３１０ｎｍよりも長波長の波長域の直接変調レーザを用いた場合、ＳＭＦ５１中を伝送させると直接変調レーザ１１の周波数チャープ特性（ダウンチャープ）とＳＭＦ５１の波長分散特性（異常分散領域）により、光パルスは伝送距離に応じて波形が歪む。
【００２９】
当該短波長帯（１１００〜１２００ｎｍ）では、ＳＭＦ５１における波長分散が正常分散領域となる。そして直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性（ダウンチャープ）により、光パルスのパルス幅は伝送距離に応じて時間的に圧縮される。このパルス圧縮効果により、当該短波長帯の光パルスはピークパワーが向上し、光受信器２００での受信特性が改善する。すなわち、光アクセスシステム３０１は、直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出される、光アクセス区間５０の伝送距離に応じたパルス圧縮効果で受信特性を改善する。
【００３０】
以上のように、光アクセスシステム３０１は、既設ＳＭＦ５１において低損失領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を光送信器１００の光源に用いることで、直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出されるパルス圧縮効果を得ることができ、光受信器２００側での受信感度を改善することができる。
【００３１】
（実施形態２）
図２は、実施形態２の光アクセスシステム３０２を説明する図である。図２では、伝送速度がそれぞれ、波長λ１の１Ｇｂｐｓのシステム、波長λ２の１０Ｇｂｐｓのシステム、及び波長λ３の短波長帯光アクセスシステムを同一の光ファイバ網上で共存させる場合を想定している。ここでは、１Ｇｂｐｓのシステム及び１０Ｇｂｐｓのシステムが既存の光アクセスシステムであり、短波長帯が波長資源創出として追加される新規波長帯である。
【００３２】
図２において、局舎装置１６０は、それぞれ波長が違う１Ｇｂｐｓ光送信器１０１、１０Ｇｂｐｓ光送信器１０２及び短波長帯光送信器１００の３種類の光送信器と、それらから出力された光信号を複合する光合波器１５０から構成される。合波された信号光はＳＭＦ５１中を伝送しパワースプリッタ５２によって均等に分岐される。分岐された信号光は、さらにＳＭＦ５１中を伝送し、それぞれの変調速度に応じたユーザ（２００、２０１、２０２）によって受信される。このとき、ユーザ（２００、２０１、２０２）は、所望の波長の信号光のみを受信するために、波長フィルタ（２３、２１３、２２３）を用いて所望の波長の光信号のみを受信する。また、短波長帯のユーザ２００に関してはモード分散による受信特性の劣化を防ぐために、波長フィルタ２３と光受信部２１の間にモードフィルタ２２を設置し高次モードを除去してから受信する。なお、ユーザ２００は、光アクセス区間５０が短距離の場合、モード分散の影響が無視できるので、モードフィルタ２２を省略することができる。
【００３３】
このようにして、既存の光通信波長域（λ１、λ２）とは別の波長帯（λ３）の追加システムを構築することで、既存システムと追加システムを同じ既存の光アクセス区間５０に共存することが可能となり、既存のシステムを安価にアップグレードすることが可能となる。
【００３４】
以上のように、光アクセスシステム３０２は、新たに追加する短波長帯として、既設ＳＭＦ５１において低損失領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を光送信器１００の光源に用いることで、既存システムと共存可能且つ安価なシステムアップグレードを可能にする。さらに、光アクセスシステム３０２は、短波長帯直接変調型レーザ１１のチャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出されるパルス圧縮効果で光受信器２００側で受信感度を改善することができる。
【００３５】
（実施形態１、２の効果）
以上のように、短波長帯の光アクセスシステム（３０１〜３０２）は、既設ＳＭＦにおいて低損失な領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を用いて、既存の光アクセスシステムと共存可能な光アクセスシステムを構築することで、既存の光アクセス区間５０をそのまま使用することができるので、安価にシステムアップグレードを行うことができる。さらに、光アクセスシステム（３０１〜３０２）は、短波長帯の直接変調型レーザ１１を光源に用いて強度変調し、既設ＳＭＦ５１中を伝送することで、直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性（ダウンチャープ）とＳＭＦ５１の波長分散特性（正常分散領域）で生み出されるパルス圧縮効果が得られる。このため、光アクセスシステム（３０１〜３０２）は、ＳＭＦ５１を伝送させることで生じる光パルスの損失による受信特性の劣化を改善することができる。
【００３６】
（実施形態３）
図３は、実施形態３の光アクセスシステム３０３を説明する図である。短波長帯の光アクセスシステム３０３は、局舎装置１６０、ユーザ（２００−１，２００−２，２００−３）、ＳＭＦ５１、及びパワースプリッタ５２を備える。局舎装置１６０は、短波長帯の直接変調型レーザ１１を光源とする短波長帯光送信器（１００−１，１００−２，１００−３）及び設定手段１５を備える。また、ユーザ２００はそれぞれモードフィルタ（２２−１、２２−２、２２−３）、短波長帯光受信部（２１−１、２１−２，２１−３）を備える。
【００３７】
光アクセスシステム３０３は、図２の光アクセスシステム３０２に対し、光送信器１００と光受信器２００との距離からパルス圧縮効果が最大となる波長を光送信器１００に割り当てる設定手段１５をさらに備える。
【００３８】
伝送速度が一定の場合、パルス圧縮効果はＳＭＦ５１の伝送距離に依存していてある決まった距離でピークを持ち、その距離は波長によって異なる。設定手段１５は、その特性を活用し、光送信器１００からユーザ２００までの距離に応じて伝送する光パルスの波長（λ１、λ２、λ３）を選択し、各光送信器１００に設定する。これにより、光アクセスシステム３０３は、各光受信器２００の位置で最大のパルス圧縮効果を得ることができる。
【００３９】
非特許文献４より、パルス圧縮効果における波長とパルス幅が最短となる伝送距離の関係として次式を得る。
【数１】
ここで、Ｃはチャープパラメータ、ＬＤは分散長をそれぞれ表わす。また、Ｔ０は初期パルス幅、β２は伝搬定数を表わす。このβ２は波長依存性があり、その値が波長によって変化する。（１）式における波長とＳＭＦ伝送距離の関係を図４に示す。今回、チャープパラメータＣを−４、変調速度を１０Ｇｂｐｓ、初期パルス幅Ｔ０を５０ｐｓとした。また、変調形式についてはＲｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ（ＲＺ）形式を採用することを想定した。
【００４０】
図４の横軸は光パルスの波長であり、縦軸はパルス圧縮効果によりパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離である。図４のように、伝送速度が等しい場合、上記パルス圧縮効果によってパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離は、波長が短くなると短距離化する傾向がある。この特性を活かし、波長ごとにＳＭＦ伝送距離を最適化することで、パルス圧縮効果による受信感度の改善を最大限に得ることができる。
【００４１】
例えば、ある局舎装置からユーザ（もしくはユーザ群）までの距離が１０ｋｍ、１５ｋｍ、２０ｋｍだとした場合、それぞれの距離でパルス圧縮効果が最大となる波長はそれぞれ、１０２０ｎｍ、１１２０ｎｍ、１１６５ｎｍである。これらの波長を、局舎装置（ＯＬＴ）から各距離にいるユーザ（もしくはユーザ群）に対して割り当てることで、パルス圧縮効果を最大限に活用することができる。
【００４２】
従来の１サービスに１波長を用いる方式では、局舎装置からの距離に関係なく、全てのユーザに対して最も遠く（この場合２０ｋｍ）まで伝送できる波長を使う必要があるため、使用可能な波長領域が限られてしまうか、伝送速度を落とさざるを得ない。一方、光アクセスシステム３０３は、一つの光アクセス区間５０上で複数の波長を使用することができるため、局舎装置１６０から光受信器２００までの距離に合わせて波長を選択することで、伝送速度を落とすことなく同一もしくはそれ以上のサービスを提供することができる。上記の短波長帯を新規波長資源とした光アクセスシステムを既存光アクセス区間で使用することで、経済的なシステムアップグレードが可能となる。
【００４３】
以上のように、光アクセスシステム３０３は、光送信器の光源に既設ＳＭＦ５１において低損失領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を用いることで、既存システムと共存可能且つ安価なシステムアップグレードを可能にする。さらには、短波長帯直接変調型レーザのチャープ特性とＳＭＦの波長分散で生み出されるパルス圧縮効果を得ることができ、光受信器２００側で受信感度が改善する。そして、設定手段１５は、パルス圧縮効果の波長依存性を活用し、光受信器２００のＳＭＦ伝送距離と波長との組み合わせを最適化して各光送信器１００に設定する。これにより、光アクセスシステム３０３は、各地点において最大限のパルス圧縮効果を得ることができる。
【００４４】
（実施形態４）
図５は、実施形態４の光アクセスシステム３０４を説明する図である。光アクセスシステム３０４は、短波長帯の直接変調型レーザ１１を光源とする局舎装置１６０、ＳＭＦ５１、パワースプリッタ５２、及びユーザ２００を備える。局舎装置１６０は、直接変調型レーザ１１及び設定手段１５を備える。また、ユーザ２００は、モードフィルタ２２及び短波長帯光受信部２１を備える。
【００４５】
短波長帯光送信器１００の直接変調型レーザ１１が強度変調した光パルスは、ＳＭＦ５１中を伝送しパワースプリッタ５２により均等に分岐された後に、それぞれ短波長帯光受信部２１により受信される。その際、モード分散による受信特性の劣化を防ぐために、短波長帯光受信部２１の前段にモードフィルタ２２を設置する。なお、伝送距離が短い場合はモード分散の影響が無視できるので、モードフィルタ２２を省略することができる。
【００４６】
光アクセスシステム３０４は、図１の光アクセスシステム３０１に対して、光送信器１００と光受信器２００との距離からパルス圧縮効果が最大となるように光受信器２００に対する伝送速度を光送信器１００に設定する設定手段１５をさらに備える。
【００４７】
パルス圧縮効果は、ＳＭＦ５１の伝送距離に応じて変化し、ある決まった距離でピークを持つ。その距離というのは、波長が単一であれば直接変調型レーザ１１を変調する速度、つまり伝送速度に依存する。設定手段１５は、光送信器１００の直接変調型レーザ１１を変調する速度を可変にする。具体的には、設定手段１５は、その特性を活用し、各ユーザ２００のＳＭＦ伝送距離に応じてパルス圧縮効果が最大になるように当該波長における伝送速度を設定する。
【００４８】
次式に、ＲＺ形式を採用した際の伝送速度Ｂと初期パルス幅の関係を示す。
【数２】
伝送速度とパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離の関係を図６に示す。図６の横軸は、伝送速度（ビットレート）、縦軸はパルス圧縮効果によりパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離である。
【００４９】
ここでは波長が１１００及び１２００ｎｍについての関係を示す。このように、伝送速度が上がるとパルス幅が最短となる伝送距離は短くなる。また、その距離は波長に依存しており、波長が短いほどその距離も短くなる。そのため光アクセスシステム３０４は、波長と伝送速度を制御することで光アクセス区間（例えば局舎装置から２０ｋｍ以内）全体に亘ってパルス圧縮効果を得る。例えば直接変調型レーザの波長が１１００ｎｍ、１２００ｎｍの場合、光アクセス区間の最長距離（この例では２０ｋｍ）において、パルス圧縮効果が最大となる伝送速度は図６に示すようにそれぞれ８．５Ｇｂｐｓ、１１．５Ｇｂｐｓである。
【００５０】
図５の光アクセスシステム３０４は、３人のユーザ２００で１つの波長を用いて下りの通信を行っている。ユーザは局舎装置１６０からの距離が異なっているので、その波長での最大伝送速度もユーザ毎に違った値となっている。光アクセスシステム３０４はユーザ毎に伝送速度を変えることで、特定波長、当該ユーザ距離における最大の伝送速度で伝送する。これにより、光アクセスシステム３０４は、光アクセス区間５０における波長の伝送帯域を最大限に活用することができる。ユーザ毎に伝送速度（帯域）が異なるため、例えば時分割多重（ＴＤＭ）を用いてユーザの割り当て時間を制御することで単位時間あたりの割り当て帯域を公平にすることや、帯域を考慮した利用料金にするといった方式が考えられる。
【００５１】
（実施形態５）
図７は、実施形態５の光アクセスシステム３０５を説明する図である。光アクセスシステム３０５は、図１の光アクセスシステム３０１に対して、光送信器１００と光受信器２００との間の総帯域が最大となるように、光受信器２００に送信する光パルスの波長、及び光受信器２００に対する伝送速度を光送信器１００に設定する設定手段１５をさらに備える。
【００５２】
光アクセスシステム３０５は複数のユーザが１つの光アクセス区間５０を共有し、複数の波長を用いる方式である。図６に示すように局舎装置１６０からの距離の遠いユーザ２００−３は速い伝送速度で伝送するための波長が限られているが、距離が近いユーザ２００−１の場合にはより短い波長でも伝送可能であり、距離の近いユーザ２００−１は波長の選択肢が多いと言える。そのため遠いユーザ２００−３にはより長い波長を、近いユーザ２００−１には短い波長を割り当てることにより光アクセスシステム３０５の総帯域をあげることができる。図７の光アクセスシステム３０５ではユーザ毎に違う波長を用いているが、互いに距離の近いユーザ毎にグループを作りグループ内では同じ波長を使うことも考えられる。
【００５３】
また、局舎装置１６０からの距離とユーザ分布の関係は一様ではなく、ある程度の距離に多くのユーザが分布している場合もある。この場合、同じ距離に分布しているユーザが多いときに同じ波長を用いて通信を行うとユーザ当たりの利用帯域が減少してしまう。そのため、光アクセス区間５０内のユーザの中で利用帯域が公平になるよう同等距離にいるユーザが多いときには、その距離に対し複数の波長を用いる事も考えられる。上記とは異なる割り当て方式として、ユーザ数の多い距離において、より速い伝送速度で伝送できる長波長（例えば１２００ｎｍ）を割り当て、同じ距離のユーザで帯域を分けた時に、他のユーザとの利用帯域が同等となるよう制御することも可能である。
【００５４】
（実施形態６）
図８は、実施形態６の光アクセスシステム３０６を説明する図である。光アクセスシステム３０６は図７の光アクセスシステム３０５において、あるユーザが複数の波長を同時に使う方式である。それぞれの波長でパルス圧縮効果が最大となるように各波長の伝送速度を制御する。このようにあるユーザ２００が複数のサービスを使用する際に、ユーザ２００の局舎装置１６０からの距離と使用するサービス（伝送速度）に合わせた波長を選択することで、より高速なサービスを提供することができる。
【００５５】
（実施形態３〜６の効果）
以上のように、短波長帯の光アクセスシステム（３０３〜３０６）は、光送信器１００の光源に既設ＳＭＦ５１において低損失領域であり現有の光デバイスが適用可能な短波長帯の直接変調型レーザ１１を用いることで、既存システムと共存可能且つ安価なシステムアップグレードを可能にする。さらには、短波長帯直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出されるパルス圧縮効果を得られ、光受信器２００側で受信感度が改善する。そのパルス圧縮効果の伝送速度（初期パルス幅）依存性を活用し、光送信器における伝送速度を制御することで、光アクセス区間５０全体に亘ってパルス圧縮効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１：直接変調型レーザ
１５：設定手段
２１、２１−１、２１−２、２１−３、２１１、２２１：光受信部
２２、２２−１、２２−２、２２−３：モードフィルタ
２３、２１３、２２３：波長フィルタ
５０、５０−１、５０−２、５０−３：光アクセス区間
５１；ＳＭＦ
５２：パワースプリッタ
１００、１００−１、１００−２、１０１、１０２：光送信器
１５０：光合波器
１６０：局舎装置
２００、２００−１、２００−２、２００−３、２０１、２０２：光受信器、ユーザ
３０１〜３０６：光アクセスシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接変調型レーザを利用して下り送信を行う光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＰＯＮ）を用いたＦｉｂｅｒ ｔｏ ｔｈｅ ｈｏｍｅ（ＦＴＴＨ）サービスが本格的に普及し、回線加入者数が増加しており、今後も増加傾向にある。さらに、光通信のトラヒック量も年率１．５〜２倍のペースで増加しており、光通信の高速・大容量化が求められている。また、ユーザ数が増加することで高速・大容量化だけでなく、サービスの多様化がますます進むと考えられる。このような高速・大容量化や多種多様なサービスの実現を見据えて、Ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＴＤＭ）技術のように時間軸上で多重化する技術だけではなくＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ（ＷＤＭ）技術のように波長軸を積極的に利用する技術が必要になると予想される。
【０００３】
現在、光アクセス区間で使用されている波長は、Ｇ−ＰＯＮ（ＩＴＵ Ｇ．９８４）やＧＥ−ＰＯＮ（ＩＥＥＥ ８０２．３ａｈ）で規定されており、次世代の１０Ｇ級回線の一つである１０Ｇ−ＥＰＯＮ（ＩＥＥＥ ８０２．３ａｖ）の波長と合わせても、光アクセスにおける波長数は数波程度である。今後は、更なる大容量化やサービスの多様化を見据えて、ＷＤＭ技術を活用して波長軸を積極的に利用し、低コストかつ既存システムと共存可能なシステムによる光アクセスシステムのアップグレード技術が求められている。
【０００４】
しかしながら、従来の光アクセスシステムでは経済性を重視し、光源の半導体レーザ（ＬＤ）を安価にする目的で、一つのサービスで使用する波長帯を広くしたり、サービス間を切り分ける波長フィルタを安価にするためにサービス間の波長間隔を広くしたりしたため、現在の光通信波長域（１２６０〜１６５０ｎｍ）での空き領域が非常に狭くなり新たなサービスのための波長資源が不足することが懸念される。それを受け、昨今、光アクセスにおける新たな波長資源の創出に関する様々な検討が行われている。
【０００５】
新たな波長資源創出のための技術として、大きく分けて二つの方法がある。その一つが、高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ）技術である。ＤＷＤＭ技術とは、各信号光の波長間隔を１ｎｍ以下という非常に狭い波長間隔にすることで光通信における波長数を格段に向上させる技術である。例えば、非特許文献１のようにすでに導入されているＧＥ−ＰＯＮにおいて、使用されていない波長帯（１５６５〜１６２５ｎｍ：Ｌ−ｂａｎｄ帯）を用いたＤＷＤＭ技術により既存システムのアップグレードを行うという検討も報告されている。しかしながら、上記の技術では非常に狭く限られた波長帯を用いるため、高い波長安定性を有する光源や、超狭帯域な波長フィルタが必要になってしまい、光学部品が既存のものに比べて非常に高価になってしまうため、光アクセスには適していない。
【０００６】
もう一方の波長資源創出の技術は、新規波長帯の開拓である。新規波長帯の開拓とは、現在、光アクセスでは使用されていない新たな波長域を、光通信に適用するという技術である。既存システムとの共存を考えた場合、新規波長帯としては既設シングルモードファイバ（ＳＭＦ）において低損失領域（１ｄＢ／ｋｍ以下）であり、現有の光デバイスが適用可能である短波長帯（特に１１００〜１２００ｎｍ帯）が有効とされている（例えば、非特許文献５を参照。）。
【０００７】
このため、非特許文献２にあるように、経済的な短波長帯の面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の研究開発が進んでいる。
【０００８】
一方で、短波長帯は、既設ＳＭＦにおいて実効遮断波長を下回るため、モード分散による受信特性の劣化が懸念される。この懸念に対しては、非特許文献３のように、モードフィルタを用いることでモード分散の影響を抑制できる。モードフィルタとしては、遮断波長を短波長側にシフトさせた短波長帯用ＳＭＦ、高次モードの曲げ損失が大きいことを利用した光ファイバコイルや、非常に広い波長域でシングルモード伝送が可能なフォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）などを用いたものがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｈ．Ｓｕｚｕｋｉ， Ｍ．Ｆｕｊｉｗａｒａ， Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ， Ｎ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ， Ｈ．Ｋｉｍｕｒａ ａｎｄ Ｍ．Ｔｓｕｂｏｋａｗａ， “Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｔｕｎａｂｌｅ ＤＷＤＭ−ＳＦＰ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｗｉｔｈ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ−Ｔｙｐｅ Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ ＷＤＭ−ＰＯＮ”， ＥＣＯＣ ２００７， ＰＤ ３．４ （２００７）．
【非特許文献２】Ｔ．Ｋｏｎｄｏ， Ｍ．Ａｒａｉ， Ａ．Ｍａｔｓｕｔａｎｉ， Ｔ．Ｍｉｙａｍｏｔｏ ａｎｄ Ｆ．Ｋｏｙａｍａ， “Ｉｓｏｌａｔｏｒ−ｆｒｅｅ １０Ｇｂｉｔ／ｓ ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ １．１μｍ ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ”， ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．４０， Ｎｏ．１， ｐｐ．６５−６６ （２００４）．
【非特許文献３】Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ， Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ， Ｋ．Ｓｈｉｒａｋｉ， Ｎ．Ｈａｎｚａｗａ ａｎｄ Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ， “Ｍｕｌｔｉ−Ｂａｎｄ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ Ｓｈｏｒｔｅｒ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｇｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ＳＭＦ”， ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ ２００８， ＯＭＨ７ （２００８）．
【非特許文献４】Ｇ．Ｐ．Ａｇｒａｗａｌ， “Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ”， Ｗｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒ−Ｓｃｉｅｎｃｅ， ｐｐ．４７−４８， （２００２）．
【非特許文献５】Ｔ．Ｋａｎａｉ， Ｔ．Ｔａｎｉｇｕｃｈｉ， Ｔ．Ｋｕｂｏ， Ｈ．Ｋｉｍｕｒａ ａｎｄ Ｈ．Ｈａｄａｍａ， “Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｒｅｇｉｏｎ （１．１〜１．２μｍ） ａｎｄ ＲＺ−Ｆｏｒｍａｔ Ｄｉｒｅｃｔ Ｌａｓｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ”， ＯＥＣＣ２０１０， ８Ａ４−４， （２０１０）．
【非特許文献６】Ｋ．Ｔｓｕｊｉｋａｗａ， Ｋ．Ｋｕｒｏｋａｗａ， Ｋ．Ｔａｊｉｍａ， Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ， Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ， Ｉ．Ｓａｎｋａｗａ， ａｎｄ Ｋ．Ｓｈｉｒａｋｉ， “Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｐｒｅｃｈｉｒｐ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ １０−Ｇｂ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ １０６４ ｎｍ Ｔｈｒｏｕｇｈ ２４ ｋｍ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ”，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．１８， Ｎｏ．１９， ｐｐ．２０２６−２０２８， （２００６）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、非特許文献２の短波長帯のＶＣＳＥＬは、経済的であるが、横マルチモード発振であり、かつ構造的に光強度を大きくすることが困難である。このため、光アクセスで必要とされるのに十分な光強度を達成できず、既存光アクセスシステムのうち送信側から離れている受信側において当該波長帯で一定の受信感度を得ることが困難という課題がある。一方、一定レーザ光を外部変調する構成も検討されているが、装置構成が複雑になるのと低コスト化が難しいために光アクセスには適していない（例えば、非特許文献６を参照。）。
【００１１】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目標を達成するため、本発明は、ＳＭＦの既存光アクセスシステムにおける波長資源創出のため、送信側の光源として強度変調方式を用いた短波長帯の直接変調型レーザを備え、新規波長帯を追加することとした。
【００１３】
具体的には、本発明に係る光アクセスシステムは、ＳＭＦと、所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるように前記ＳＭＦの波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザを有する光送信器と、前記ＳＭＦを介して前記直接変調型レーザからの前記光パルスを受信する光受信器と、を備える。
【００１４】
本光アクセスシステムは、直接変調型レーザで新規波長帯を追加する。直接変調型レーザの採用は、レーザ光を外部変調する構成より簡易であるから経済的であり、光アクセスに必要とされるのに十分な光強度の光パルスを出力することができ、送信側から離れた受信器においても光パルスを受信できる。さらに、短波長帯はＳＭＦにおいて波長分散が正常分散領域となるため、直接変調型レーザの周波数チャープ特性（ダウンチャープ）とＳＭＦの波長分散特性（正常分散領域）によって、当該波長帯の光パルスのパルス幅はＳＭＦの伝送距離に応じて時間的に圧縮される。そのパルス圧縮効果により、受信側での光パルスのピークパワーが向上し、受信特性が改善する。すなわち、直接変調型レーザの周波数チャープ特性とＳＭＦの波長分散特性を利用して光パルスを圧縮し受信感度を高めることができる。
【００１５】
従って、本発明は、ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することができる。
【００１６】
本発明に係る光アクセスシステムの前記光受信器は、モード分散の影響を低減するモードフィルタを有し、前記モードフィルタを介して前記光パルスを受信することを特徴とする。モード分散による受信特性の劣化を防止できる。
【００１７】
本発明に係る光アクセスシステムの前記ＳＭＦは、１２６０〜１６５０ｎｍの波長域用であり、前記直接変調型レーザは、１１００〜１２００ｎｍの波長域の前記光パルスを出力する。
【００１８】
本発明に係る光アクセスシステムは、前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となる波長を前記光送信器に割り当てる設定手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る光アクセスシステムは、前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となるように前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする。パルス圧縮は距離依存性があるため波長及び距離によってパルス圧縮の効果が異なる。そのため、距離や伝送速度に応じて使用波長を切り替えることで、受信感度を最適にすることができる。
【００２０】
本発明に係る光アクセスシステムは、前記光送信器と前記光受信器との間の総帯域が最大となるように、前記光受信器に送信する前記光パルスの波長、及び前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする。受信器までの距離や受信器が要求する伝送速度を考慮することで光アクセスシステム全体の総帯域を最大にすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、ＳＭＦの既存光通信システムにおける波長資源創出の際に、経済的に新規波長帯を加えることができ、且つ送信側から離れていても当該波長帯の光信号を受信できる光アクセスシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図２】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図３】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図４】波長とパルス圧縮の関係を説明する図である。
【図５】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図６】伝送速度（ビットレート）とパルス圧縮の関係を説明する図である。
【図７】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【図８】本発明に係る光アクセスシステムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。また、枝番号を付さずに説明している場合は、当該符号の全ての枝番号に共通する説明である。
【００２４】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る光アクセスシステム３０１を説明する図である。光アクセスシステム３０１は、ＳＭＦ５１と、所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるようにＳＭＦ５１の波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザ１１を有する光送信器１００と、ＳＭＦ５１を介して直接変調型レーザ１１からの光パルスを受信する光受信器２００と、を備える。ＳＭＦ５１とパワースプリッタ５２で光アクセス区間５０が形成されている。
【００２５】
例えば、ＳＭＦ５１は、１２６０〜１６５０ｎｍの波長域用であり、直接変調型レーザ１１は、１１００〜１２００ｎｍの波長域の光パルスを出力する。すなわち、直接変調型レーザ１１は、ＳＭＦ５１で構成される光アクセス区間５０の波長域より短波長帯の光信号を出力する。
【００２６】
光受信器２００は、モード分散の影響を低減するモードフィルタ２２を有し、モードフィルタを介して光パルスを光受信部２１で受信する。
【００２７】
光送信器１００から出力された光パルスは、直接変調型レーザ１１で超高速（例えば、１０Ｇｂｐｓ以上）に強度変調されており、ＳＭＦ５１中を伝送し、パワースプリッタ５２により均等に分岐された後に、それぞれ光受信器２００で受信される。その際、モード分散による受信特性の劣化を防ぐために、光受信部２１の前段にモードフィルタ２２を設置する。なお、伝送距離が短い場合はモード分散の影響が無視できるので、モードフィルタ２２を省略することも可能である。
【００２８】
通常、光アクセスで使用されているＳＭＦ５１はゼロ分散波長が１３１０ｎｍとなっており、光源に１３１０ｎｍよりも長波長の波長域の直接変調レーザを用いた場合、ＳＭＦ５１中を伝送させると直接変調レーザ１１の周波数チャープ特性（ダウンチャープ）とＳＭＦ５１の波長分散特性（異常分散領域）により、光パルスは伝送距離に応じて波形が歪む。
【００２９】
当該短波長帯（１１００〜１２００ｎｍ）では、ＳＭＦ５１における波長分散が正常分散領域となる。そして直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性（ダウンチャープ）により、光パルスのパルス幅は伝送距離に応じて時間的に圧縮される。このパルス圧縮効果により、当該短波長帯の光パルスはピークパワーが向上し、光受信器２００での受信特性が改善する。すなわち、光アクセスシステム３０１は、直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出される、光アクセス区間５０の伝送距離に応じたパルス圧縮効果で受信特性を改善する。
【００３０】
以上のように、光アクセスシステム３０１は、既設ＳＭＦ５１において低損失領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を光送信器１００の光源に用いることで、直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出されるパルス圧縮効果を得ることができ、光受信器２００側での受信感度を改善することができる。
【００３１】
（実施形態２）
図２は、実施形態２の光アクセスシステム３０２を説明する図である。図２では、伝送速度がそれぞれ、波長λ１の１Ｇｂｐｓのシステム、波長λ２の１０Ｇｂｐｓのシステム、及び波長λ３の短波長帯光アクセスシステムを同一の光ファイバ網上で共存させる場合を想定している。ここでは、１Ｇｂｐｓのシステム及び１０Ｇｂｐｓのシステムが既存の光アクセスシステムであり、短波長帯が波長資源創出として追加される新規波長帯である。
【００３２】
図２において、局舎装置１６０は、それぞれ波長が違う１Ｇｂｐｓ光送信器１０１、１０Ｇｂｐｓ光送信器１０２及び短波長帯光送信器１００の３種類の光送信器と、それらから出力された光信号を複合する光合波器１５０から構成される。合波された信号光はＳＭＦ５１中を伝送しパワースプリッタ５２によって均等に分岐される。分岐された信号光は、さらにＳＭＦ５１中を伝送し、それぞれの変調速度に応じたユーザ（２００、２０１、２０２）によって受信される。このとき、ユーザ（２００、２０１、２０２）は、所望の波長の信号光のみを受信するために、波長フィルタ（２３、２１３、２２３）を用いて所望の波長の光信号のみを受信する。また、短波長帯のユーザ２００に関してはモード分散による受信特性の劣化を防ぐために、波長フィルタ２３と光受信部２１の間にモードフィルタ２２を設置し高次モードを除去してから受信する。なお、ユーザ２００は、光アクセス区間５０が短距離の場合、モード分散の影響が無視できるので、モードフィルタ２２を省略することができる。
【００３３】
このようにして、既存の光通信波長域（λ１、λ２）とは別の波長帯（λ３）の追加システムを構築することで、既存システムと追加システムを同じ既存の光アクセス区間５０に共存することが可能となり、既存のシステムを安価にアップグレードすることが可能となる。
【００３４】
以上のように、光アクセスシステム３０２は、新たに追加する短波長帯として、既設ＳＭＦ５１において低損失領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を光送信器１００の光源に用いることで、既存システムと共存可能且つ安価なシステムアップグレードを可能にする。さらに、光アクセスシステム３０２は、短波長帯直接変調型レーザ１１のチャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出されるパルス圧縮効果で光受信器２００側で受信感度を改善することができる。
【００３５】
（実施形態１、２の効果）
以上のように、短波長帯の光アクセスシステム（３０１〜３０２）は、既設ＳＭＦにおいて低損失な領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を用いて、既存の光アクセスシステムと共存可能な光アクセスシステムを構築することで、既存の光アクセス区間５０をそのまま使用することができるので、安価にシステムアップグレードを行うことができる。さらに、光アクセスシステム（３０１〜３０２）は、短波長帯の直接変調型レーザ１１を光源に用いて強度変調し、既設ＳＭＦ５１中を伝送することで、直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性（ダウンチャープ）とＳＭＦ５１の波長分散特性（正常分散領域）で生み出されるパルス圧縮効果が得られる。このため、光アクセスシステム（３０１〜３０２）は、ＳＭＦ５１を伝送させることで生じる光パルスの損失による受信特性の劣化を改善することができる。
【００３６】
（実施形態３）
図３は、実施形態３の光アクセスシステム３０３を説明する図である。短波長帯の光アクセスシステム３０３は、局舎装置１６０、ユーザ（２００−１，２００−２，２００−３）、ＳＭＦ５１、及びパワースプリッタ５２を備える。局舎装置１６０は、短波長帯の直接変調型レーザ１１を光源とする短波長帯光送信器（１００−１，１００−２，１００−３）及び設定手段１５を備える。また、ユーザ２００はそれぞれモードフィルタ（２２−１、２２−２、２２−３）、短波長帯光受信部（２１−１、２１−２，２１−３）を備える。
【００３７】
光アクセスシステム３０３は、図２の光アクセスシステム３０２に対し、光送信器１００と光受信器２００との距離からパルス圧縮効果が最大となる波長を光送信器１００に割り当てる設定手段１５をさらに備える。
【００３８】
伝送速度が一定の場合、パルス圧縮効果はＳＭＦ５１の伝送距離に依存していてある決まった距離でピークを持ち、その距離は波長によって異なる。設定手段１５は、その特性を活用し、光送信器１００からユーザ２００までの距離に応じて伝送する光パルスの波長（λ１、λ２、λ３）を選択し、各光送信器１００に設定する。これにより、光アクセスシステム３０３は、各光受信器２００の位置で最大のパルス圧縮効果を得ることができる。
【００３９】
非特許文献４より、パルス圧縮効果における波長とパルス幅が最短となる伝送距離の関係として次式を得る。
【数１】
ここで、Ｃはチャープパラメータ、ＬＤは分散長をそれぞれ表わす。また、Ｔ０は初期パルス幅、β２は伝搬定数を表わす。このβ２は波長依存性があり、その値が波長によって変化する。（１）式における波長とＳＭＦ伝送距離の関係を図４に示す。今回、チャープパラメータＣを−４、変調速度を１０Ｇｂｐｓ、初期パルス幅Ｔ０を５０ｐｓとした。また、変調形式についてはＲｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ（ＲＺ）形式を採用することを想定した。
【００４０】
図４の横軸は光パルスの波長であり、縦軸はパルス圧縮効果によりパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離である。図４のように、伝送速度が等しい場合、上記パルス圧縮効果によってパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離は、波長が短くなると短距離化する傾向がある。この特性を活かし、波長ごとにＳＭＦ伝送距離を最適化することで、パルス圧縮効果による受信感度の改善を最大限に得ることができる。
【００４１】
例えば、ある局舎装置からユーザ（もしくはユーザ群）までの距離が１０ｋｍ、１５ｋｍ、２０ｋｍだとした場合、それぞれの距離でパルス圧縮効果が最大となる波長はそれぞれ、１０２０ｎｍ、１１２０ｎｍ、１１６５ｎｍである。これらの波長を、局舎装置（ＯＬＴ）から各距離にいるユーザ（もしくはユーザ群）に対して割り当てることで、パルス圧縮効果を最大限に活用することができる。
【００４２】
従来の１サービスに１波長を用いる方式では、局舎装置からの距離に関係なく、全てのユーザに対して最も遠く（この場合２０ｋｍ）まで伝送できる波長を使う必要があるため、使用可能な波長領域が限られてしまうか、伝送速度を落とさざるを得ない。一方、光アクセスシステム３０３は、一つの光アクセス区間５０上で複数の波長を使用することができるため、局舎装置１６０から光受信器２００までの距離に合わせて波長を選択することで、伝送速度を落とすことなく同一もしくはそれ以上のサービスを提供することができる。上記の短波長帯を新規波長資源とした光アクセスシステムを既存光アクセス区間で使用することで、経済的なシステムアップグレードが可能となる。
【００４３】
以上のように、光アクセスシステム３０３は、光送信器の光源に既設ＳＭＦ５１において低損失領域である短波長帯の直接変調型レーザ１１を用いることで、既存システムと共存可能且つ安価なシステムアップグレードを可能にする。さらには、短波長帯直接変調型レーザのチャープ特性とＳＭＦの波長分散で生み出されるパルス圧縮効果を得ることができ、光受信器２００側で受信感度が改善する。そして、設定手段１５は、パルス圧縮効果の波長依存性を活用し、光受信器２００のＳＭＦ伝送距離と波長との組み合わせを最適化して各光送信器１００に設定する。これにより、光アクセスシステム３０３は、各地点において最大限のパルス圧縮効果を得ることができる。
【００４４】
（実施形態４）
図５は、実施形態４の光アクセスシステム３０４を説明する図である。光アクセスシステム３０４は、短波長帯の直接変調型レーザ１１を光源とする局舎装置１６０、ＳＭＦ５１、パワースプリッタ５２、及びユーザ２００を備える。局舎装置１６０は、直接変調型レーザ１１及び設定手段１５を備える。また、ユーザ２００は、モードフィルタ２２及び短波長帯光受信部２１を備える。
【００４５】
短波長帯光送信器１００の直接変調型レーザ１１が強度変調した光パルスは、ＳＭＦ５１中を伝送しパワースプリッタ５２により均等に分岐された後に、それぞれ短波長帯光受信部２１により受信される。その際、モード分散による受信特性の劣化を防ぐために、短波長帯光受信部２１の前段にモードフィルタ２２を設置する。なお、伝送距離が短い場合はモード分散の影響が無視できるので、モードフィルタ２２を省略することができる。
【００４６】
光アクセスシステム３０４は、図１の光アクセスシステム３０１に対して、光送信器１００と光受信器２００との距離からパルス圧縮効果が最大となるように光受信器２００に対する伝送速度を光送信器１００に設定する設定手段１５をさらに備える。
【００４７】
パルス圧縮効果は、ＳＭＦ５１の伝送距離に応じて変化し、ある決まった距離でピークを持つ。その距離というのは、波長が単一であれば直接変調型レーザ１１を変調する速度、つまり伝送速度に依存する。設定手段１５は、光送信器１００の直接変調型レーザ１１を変調する速度を可変にする。具体的には、設定手段１５は、その特性を活用し、各ユーザ２００のＳＭＦ伝送距離に応じてパルス圧縮効果が最大になるように当該波長における伝送速度を設定する。
【００４８】
次式に、ＲＺ形式を採用した際の伝送速度Ｂと初期パルス幅の関係を示す。
【数２】
伝送速度とパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離の関係を図６に示す。図６の横軸は、伝送速度（ビットレート）、縦軸はパルス圧縮効果によりパルス幅が最短となるＳＭＦ伝送距離である。
【００４９】
ここでは波長が１１００及び１２００ｎｍについての関係を示す。このように、伝送速度が上がるとパルス幅が最短となる伝送距離は短くなる。また、その距離は波長に依存しており、波長が短いほどその距離も短くなる。そのため光アクセスシステム３０４は、波長と伝送速度を制御することで光アクセス区間（例えば局舎装置から２０ｋｍ以内）全体に亘ってパルス圧縮効果を得る。例えば直接変調型レーザの波長が１１００ｎｍ、１２００ｎｍの場合、光アクセス区間の最長距離（この例では２０ｋｍ）において、パルス圧縮効果が最大となる伝送速度は図６に示すようにそれぞれ８．５Ｇｂｐｓ、１１．５Ｇｂｐｓである。
【００５０】
図５の光アクセスシステム３０４は、３人のユーザ２００で１つの波長を用いて下りの通信を行っている。ユーザは局舎装置１６０からの距離が異なっているので、その波長での最大伝送速度もユーザ毎に違った値となっている。光アクセスシステム３０４はユーザ毎に伝送速度を変えることで、特定波長、当該ユーザ距離における最大の伝送速度で伝送する。これにより、光アクセスシステム３０４は、光アクセス区間５０における波長の伝送帯域を最大限に活用することができる。ユーザ毎に伝送速度（帯域）が異なるため、例えば時分割多重（ＴＤＭ）を用いてユーザの割り当て時間を制御することで単位時間あたりの割り当て帯域を公平にすることや、帯域を考慮した利用料金にするといった方式が考えられる。
【００５１】
（実施形態５）
図７は、実施形態５の光アクセスシステム３０５を説明する図である。光アクセスシステム３０５は、図１の光アクセスシステム３０１に対して、光送信器１００と光受信器２００との間の総帯域が最大となるように、光受信器２００に送信する光パルスの波長、及び光受信器２００に対する伝送速度を光送信器１００に設定する設定手段１５をさらに備える。
【００５２】
光アクセスシステム３０５は複数のユーザが１つの光アクセス区間５０を共有し、複数の波長を用いる方式である。図６に示すように局舎装置１６０からの距離の遠いユーザ２００−３は速い伝送速度で伝送するための波長が限られているが、距離が近いユーザ２００−１の場合にはより短い波長でも伝送可能であり、距離の近いユーザ２００−１は波長の選択肢が多いと言える。そのため遠いユーザ２００−３にはより長い波長を、近いユーザ２００−１には短い波長を割り当てることにより光アクセスシステム３０５の総帯域をあげることができる。図７の光アクセスシステム３０５ではユーザ毎に違う波長を用いているが、互いに距離の近いユーザ毎にグループを作りグループ内では同じ波長を使うことも考えられる。
【００５３】
また、局舎装置１６０からの距離とユーザ分布の関係は一様ではなく、ある程度の距離に多くのユーザが分布している場合もある。この場合、同じ距離に分布しているユーザが多いときに同じ波長を用いて通信を行うとユーザ当たりの利用帯域が減少してしまう。そのため、光アクセス区間５０内のユーザの中で利用帯域が公平になるよう同等距離にいるユーザが多いときには、その距離に対し複数の波長を用いる事も考えられる。上記とは異なる割り当て方式として、ユーザ数の多い距離において、より速い伝送速度で伝送できる長波長（例えば１２００ｎｍ）を割り当て、同じ距離のユーザで帯域を分けた時に、他のユーザとの利用帯域が同等となるよう制御することも可能である。
【００５４】
（実施形態６）
図８は、実施形態６の光アクセスシステム３０６を説明する図である。光アクセスシステム３０６は図７の光アクセスシステム３０５において、あるユーザが複数の波長を同時に使う方式である。それぞれの波長でパルス圧縮効果が最大となるように各波長の伝送速度を制御する。このようにあるユーザ２００が複数のサービスを使用する際に、ユーザ２００の局舎装置１６０からの距離と使用するサービス（伝送速度）に合わせた波長を選択することで、より高速なサービスを提供することができる。
【００５５】
（実施形態３〜６の効果）
以上のように、短波長帯の光アクセスシステム（３０３〜３０６）は、光送信器１００の光源に既設ＳＭＦ５１において低損失領域であり現有の光デバイスが適用可能な短波長帯の直接変調型レーザ１１を用いることで、既存システムと共存可能且つ安価なシステムアップグレードを可能にする。さらには、短波長帯直接変調型レーザ１１の周波数チャープ特性とＳＭＦ５１の波長分散で生み出されるパルス圧縮効果を得られ、光受信器２００側で受信感度が改善する。そのパルス圧縮効果の伝送速度（初期パルス幅）依存性を活用し、光送信器における伝送速度を制御することで、光アクセス区間５０全体に亘ってパルス圧縮効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１：直接変調型レーザ
１５：設定手段
２１、２１−１、２１−２、２１−３、２１１、２２１：光受信部
２２、２２−１、２２−２、２２−３：モードフィルタ
２３、２１３、２２３：波長フィルタ
５０、５０−１、５０−２、５０−３：光アクセス区間
５１；ＳＭＦ
５２：パワースプリッタ
１００、１００−１、１００−２、１０１、１０２：光送信器
１５０：光合波器
１６０：局舎装置
２００、２００−１、２００−２、２００−３、２０１、２０２：光受信器、ユーザ
３０１〜３０６：光アクセスシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモードファイバと、
所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるように前記シングルモードファイバの波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザを有する光送信器と、
前記シングルモードファイバを介して前記直接変調型レーザからの前記光パルスを受信する光受信器と、
を備える光アクセスシステム。
【請求項２】
前記光受信器は、モード分散の影響を低減するモードフィルタを有し、前記モードフィルタを介して前記光パルスを受信することを特徴とする請求項１に記載の光アクセスシステム。
【請求項３】
前記シングルモードファイバは、１２６０〜１６５０ｎｍの波長域用であり、
前記直接変調型レーザは、１１００〜１２００ｎｍの波長域の前記光パルスを出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の光アクセスシステム。
【請求項４】
前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となる波長を前記光送信器に割り当てる設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
【請求項５】
前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となるように前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
【請求項６】
前記光送信器と前記光受信器との間の総帯域が最大となるように、前記光受信器に送信する前記光パルスの波長、及び前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
【請求項１】
シングルモードファイバと、
所望の波長域においてパルス圧縮効果が得られるように前記シングルモードファイバの波長分散特性に応じた周波数チャープ特性の光パルスを出力する直接変調型レーザを有する光送信器と、
前記シングルモードファイバを介して前記直接変調型レーザからの前記光パルスを受信する光受信器と、
を備える光アクセスシステム。
【請求項２】
前記光受信器は、モード分散の影響を低減するモードフィルタを有し、前記モードフィルタを介して前記光パルスを受信することを特徴とする請求項１に記載の光アクセスシステム。
【請求項３】
前記シングルモードファイバは、１２６０〜１６５０ｎｍの波長域用であり、
前記直接変調型レーザは、１１００〜１２００ｎｍの波長域の前記光パルスを出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の光アクセスシステム。
【請求項４】
前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となる波長を前記光送信器に割り当てる設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
【請求項５】
前記光送信器と前記光受信器との距離から前記パルス圧縮効果が最大となるように前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
【請求項６】
前記光送信器と前記光受信器との間の総帯域が最大となるように、前記光受信器に送信する前記光パルスの波長、及び前記光受信器に対する伝送速度を前記光送信器に設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光アクセスシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３４１３４（Ｐ２０１３−３４１３４Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９６６４（Ｐ２０１１−１６９６６４）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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