无源光网络通信方法和无源光网络通信系统的制作方法

专利名称：无源光网络通信方法和无源光网络通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在无源光网络(PON: Passive Optical Network)中，用 于供服务提供商和用户利用时分复用(TDM: Time Division Multiplexing) 和码分复用(CDM: Code Division Multiplexing)方式进行通信的无源光 网络通信方法和无源光网络通信系统。
背景技术：
经由PON来连接服务提供商和多个用户而构成的光网络通信系统 受到关注。在以下的说明中，为了便于说明，设服务提供商数量为l，用 户数量为n (n为大于等于2的整数)进行说明。以下，有时也将该服务 提供商和用户之间的通信称为1对n通信。有时也将该1对n通信称为 无源光网络通信。并且，有时将服务提供商侧的装置称为站侧终端装置 OLT (Optical Line Terminal:光线路终端)，将用户侧的装置称为用户侧 终端装置ONU ( Optical Network Unit:光网络单元)。
PON是指如下的网络在光纤传输路径的中途连接作为无源元件的 光分合器，将一条光纤传输路径分支为多条光纤传输路径，以该光分合 器为中心星型连接多个ONU(例如参照非专利文献l)。下面，有时将光 纤传输路径简称为光传输路径，将通过光分合器分支的多条光纤传输路 径称为分支光传输路径。
通过在连接服务提供商和用户之间的网络中采用PON，能够在多个 用户中共享服务提供商和光分合器之间的光传输路径，能够抑制设备成 本。
在利用了 PON的现有光网络通信系统中，采用TDM方式，控制TDM 信号的时隙，由此来识别被分配到各个信道的用户(例如参照非专利文 献2)。这里，在从用户朝向服务提供商的通信(以下有时也称为"上行通信"。)、以及从服务提供商朝向用户的通信(以下有时也称为"下行通信"。) 中，使用波长互不相同的光信号。这是因为，上行通信中使用的上行信 号和下行通信中使用的下行信号共用一条光纤传输路径，所以根据波长 的差异来识别上行信号和下行信号。通过利用具有光带通滤波器功能的
光纤型光耦合器(例如参照非专利文献4)等对上行信号和下行信号进行
分离和合成，通过光分合器对各用户和服务提供商之间的信号进行合波 和分波。
另一方面，在利用了PON的光接入网络系统中，也研究了通过波分 复用(WDM: Wavelength Division Multiplexing)方式传输上行信号的方 法(例如参照非专利文献3)。但是，为了增加用户数以及因此而复用的 信道数量，由于能够利用的波段有限，所以，需要縮小分配给相邻的信 道的波长间隔。这样，为了縮小波长间隔，需要光源的波长稳定性，为 了确保该稳定性，需要较多的设备成本。
并且，作为增加复用的信道数量且实质增大传输容量的方法之一， 研究了通过CDM方式进行服务提供商和用户之间的收发的方法(例如参 照专利文献1和2)。通过在PON中采用CDM方式，能够增加复用的信 道数量(对应于用户数量。)，而不增加所利用的波长的数量。
非专利文献1田中貴之、井上美奈子、「GE-PON OLT/OUN — 芯光卜5 ^) — "、0開発」沖亍夕二力少k匕'二一、第197号、Vol. 71、 No. 1、 2004年1月
非专利文献2Ian M. McGregor, et al. "Implementation of a TDM Passive Optical Network for Subscriber Loop Application", J. Lightwave Technology, Vol.' 7， No. 11 、 November 1989
非专利文献3K. W. Lim， et al. "Fault Localization in WDM Passive Optical Network by Reusing Downstream Light Sources", IEEE Photonics Technology Letters Vol. 17， No. 12, December 200非专利文献4岩淵昌広、岩崎t ^子、今村哲夫、「7 7 < "、型 WDM光力7'，」沖亍夕二力少if -一、第19o号、Vol. 69、 No. 2、 2002年4月专利文献1日本特表2001-512919号公报专利文献2日本特开2004-282742号公报专利文献3日本特开平8-237239号公报
但是，在利用TDM方式实现经由现有的PON的1对n通信的情况 下，当OLT和ONU之间的距离很长时，为了对应于该距离生成光发送 信号，必须在OLT和ONU中使用大输出的发光元件。这是基于以下理 由。以从ONU向OLT发送信号的上行通信为例说明该理由。
OLT通过OLT所具有的受光元件接收从ONU向OLT以光脉冲信号 的形式发送来的信号。OLT必须将所接收的信号正确地识别为传输来的 发送信号。因此，在发送信号到达OLT所具有的受光元件的时刻，光脉 冲信号必须具有正确进行OLT中的信号处理所需要的最小限度的信号强 度、即最小受光强度。因此，这里所说的最小受光强度是指，正确进行 OLT中的信号处理所需要的光脉冲的最小强度。
以上，以上行通信为例进行了说明，但是，下行通信的情况也一样。 即，在下行通信的情况下，将上行信号中的ONU和OLT的部分分别替 换为OLT和ONU即可。
OLT和ONU之间的距离越长，光脉冲的强度越衰减，其强度越弱， 所以，必须增强OLT和ONU所具有的用于生成发送信号的发光元件的 发光强度。即，作为发光元件而使用的半导体激光器(LD: Semiconductor Laser Diode)必须采用额定输出大的元件。具体而言，现状为当OLT和 ONU之间的距离间隔20km以上时，需要利用价格非常高的高输出LD。
LD的额定输出值越高，其价格越昂贵。因此，若在n台ONU中分 别设置额定输出值大的昂贵的LD，则成本负担大，妨碍了经由PON的1 对n通信的普及。
另一方面，在利用CDM方式实现经由现有的PON的1对n通信的 情况下，需要与基于从OLT到各个ONU的距离的差异的延迟时间对应 地来调整对发送信号进行编码并发送的定时的、所谓的测距(ranging) 的操作。在该测距操作中，从被编码后发送来的编码发送信号中所提取 的时钟信号是必需的。但是，编码发送信号是强度不同的多种光脉冲在时间轴上排列的所
谓的多值信号。因此，在已生产的时钟信号提取(CDR: Clock data recovery)器中，无法从该信号中稳定地提取时钟信号。因此，为了从编 码发送信号中提取出稳定的时钟信号，也能够从多值信号中提取出时钟 信号的特殊的CDR装置是必需的(例如参照专利文献3)。也能够从多值 信号中提取出时钟信号的特殊的CDR装置的价格非常高，所以，用于该 特殊的CDR装置的成本负担大，妨碍了经由PON的l对n通信的普及。

发明内容
因此，本发明的目的在于，提供无源光网络通信方法和无源光网络 通信系统，在经由现有的PON的l对n通信中，即使OLT和ONU之间 的距离为20km以上，也能够以低成本实现l对n通信。
本发明的第1无源光网络通信方法是利用如下的通信系统的通信方 法，该通信系统经由具有光传输路径、光分合器、以及n条分支光传输 路径的无源光网络，将OLT连接在光传输路径的另一端，将n台ONU 在通过光分合器n分支而形成的n条分支光传输路径中的每一条路径上 分别连接一台，从而将OLT和n台ONU耦合来实现。即，是利用经由 PON进行连接而构成的无源光网络通信系统的通信方法。
为了达成上述目的，本发明的第1无源光网络通信方法在从OLT朝 向OMJ的下行通信步骤中包含时分复用信号生成步骤。时分复用信号生 成步骤是指在OLT中执行的、通过对在时间轴上进行分配而分别发送给 n台ONU的帧进行时分复用，来生成发送时分复用信号并输出的步骤。 并且，在从ONU朝向OLT的上行通信步骤中包含在ONU中执行的、生 成发送编码信号并输出的编码步骤。
在实施本发明的第1无源光网络通信方法时，利用上述经由PON进 行连接而构成的本发明的第1无源光网络通信系统。而且，构成本发明 的第1无源光网络通信系统的OLT具有执行时分复用信号生成步骤的时 分复用信号生成部，n台ONU分别具有执行编码步骤的编码部。
本发明的第2无源光网络通信方法可以按如下构成。g卩，在下行通信步骤中和上行通信步骤中分别包含以下各步骤。
在下行通信步骤中包含在OLT中执行的时分复用信号生成步骤和发 送时分复用信号转换步骤、以及在ONU中执行的光时分复用信号转换步 骤、时钟信号提取步骤和接收信号分离步骤。
时分复用信号生成歩骤是如下的步骤通过对在时间轴上进行分配 而分别发送给n台ONU的帧进行时分复用，来生成发送时分复用信号并 输出；发送时分复用信号转换步骤是如下的步骤将发送时分复用信号 转换为光时分复用信号并输出。
光时分复用信号转换步骤是如下的步骤将光时分复用信号转换为 接收时分复用信号并输出。时钟信号提取步骤是如下的步骤从接收时 分复用信号中提取时钟信号并输出。接收信号分离步骤是如下的步骤-
与时钟信号同步地从接收时分复用信号中将分配给该ONU的帧作为接
收信号分离并输出。
在上行通信步骤中包含在ONU中执行的编码步骤和发送编码信号 转换步骤、以及在OLT中执行的光编码信号转换步骤和解码步骤。
编码步骤是如下的步骤与从接收时分复用信号中提取的时钟信号 同步地生成发送编码信号并输出。发送编码信号转换步骤是如下的步骤 将发送编码信号转换为光编码信号并输出。光编码信号转换步骤是如下 的步骤将光编码信号转换为接收编码信号并输出。解码步骤是如下的 步骤从接收编码信号中分离接收信号并输出。
在实施本发明的第2无源光网络通信方法时，利用本发明的第2无 源光网络通信系统。
本发明的第2无源光网络通信系统构成为具有OLT和ONU。而且， OLT具有执行所述时分复用信号生成步骤的时分复用信号生成部；执 行所述发送时分复用信号转换步骤的第1发光元件；执行所述光编码信 号转换步骤的第1受光元件；以及执行所述解码步骤的解码部。
并且，ONU具有执行所述光时分复用信号转换步骤的第2受光元 件；执行所述时钟信号提取步骤的时钟信号提取部；执行所述接收信号 分离步骤的时分复用信号分离部；执行所述编码步骤的编码部；以及执
8行所述发送编码信号转换步骤的第2发光元件。
根据本发明的第1无源光网络通信方法，上行通信和下行通信分别 按如下执行。
在下行通信中，首先，作为从OLT分别向n台ONU发送的发送信 号的n种帧，在OLT中，通过时分复用信号生成步骤，在时间轴上被依 次分配而被时分复用，生成发送时分复用信号。然后，从OLT分别向n 台ONU发送发送时分复用信号，进行TDM方式的通信。
与此相对，在上行通信中，首先，作为从ONU向OLT发送的发送 信号的帧，在ONU中，通过编码步骤被编码并被生成为发送编码信号。 然后，从ONU向OLT发送发送编码信号，进行CDM方式的通信。
这样，根据本发明的第1无源光网络通信方法，在下行通信中进行 TDM方式的通信，在上行通信中进行CDM方式的通信。
在CDM方式的通信中，如后所述，即使在OLT中接收的信号强度 与接收时分复用信号的情况相比很小，也能够充分地接收。从ONU向 OLT发送的发送编码信号以光脉冲信号的形式发送。即使在OLT中接收 的信号强度与接收时分复用信号的情况相比很小，也能够充分地接收， 其具体意义如下所述。
对接收以光脉冲信号的形式发送来的时分复用信号的情况、和接收 同样以光脉冲信号的形式发送来的编码信号(发送编码信号)的情况进 行比较，能够使针对发送编码信号的最小受光强度小于发送时分复用信 号的最小受光强度。
因此，对于n台ONU中的每一台ONU所具有的用于生成发送编码 信号的发光元件即LD的输出，不要求其具有用于生成执行时分复用通信 的时分复用信号所需要的程度的高输出。即，在经由现有的PON的l对 n通信中，即使OLT和ONU之间的距离为20km以上，n台ONU中的 每一台ONU所具有的LD也不需要使用昂贵的高输出类型的LD。由此， 能够抑制LD的相关成本，所以，根据本发明的第1无源光网络通信方法， 能够以低成本实现1对n通信。
本发明的第2无源光网络通信方法能够通过本发明的第2无源光网络通信系统来实施。即，在本发明的第2无源光网络通信方法中需要的 编码步骤在n台ONU中的每一台ONU所具有的编码部中执行。
根据本发明的第2无源光网络通信系统，上行通信和下行通信分别 按如下执行。
首先，下行通信按如下执行。作为从OLT向n台ONU分别发送的 发送信号的n种帧，在OLT中，通过时分复用信号生成步骤，在时间轴 上被分配而被时分复用，从而生成发送时分复用信号。该发送时分复用 信号通过发送时分复用信号转换步骤转换为光时分复用信号，经由PON 分别向n台ONU发送。
在n台ONU中的每一台ONU中，通过光时分复用信号转换步骤将 该光时分复用信号转换为接收时分复用信号。通过时钟信号提取步骤从 该接收时分复用信号中提取时钟信号。然后，在接收信号分离步骤中利 用该时钟信号。即，在接收信号分离步骤中，与该时钟信号同步地，从 接收时分复用信号中将分配给该ONU的帧作为接收信号而分离出。该所 分离的接收信号是从OLT向该ONU发送的数据信号。
这样，从OLT分别朝向n台ONU的下行通信通过TDM方式实现， 而且，在n台ONU中的每一台ONU中，接收经由PON向n台ONU分 别发送的光时分复用信号，从对所接收的光时分复用信号进行转换而得 到的接收时分复用信号中提取时钟信号。
与此相对，上行通信按如下执行。作为从ONU向OLT发送的发送 信号的帧，在OMJ中，通过编码步骤，与在所述时钟信号提取步骤中提 取的时钟信号同步地生成发送编码信号。该发送编码信号通过发送编码 信号转换步骤转换为光编码信号。然后，从ONU向OLT发送光编码信 号。
该从ONU发送的光编码信号在OLT中被接收，通过光编码信号转 换歩骤转换为接收编码信号。然后，该接收编码信号通过解码步骤按每 个ONU进行识别并被解码，由此，被分离为接收信号。
这样，从ONU朝向OLT的上行通信通过CDM方式实现，而且， 在ONU中，与从作为下行信号的接收时分复用信号中提取的时钟信号同步地，生成发送编码信号并从ONU向OLT发送。因此，在基于CDM方 式的传送中进行的被称为测距的操作所需要的时钟信号，可以在ONU中 从作为下行信号的接收时分复用信号中提取。因此，不需要像从被编码 并发送的编码发送信号中提取时钟信号的情况那样，在CDR装置的前级 需要与波形整形和多值信号相对应的特殊的CDR装置。因此，不需要与 波形整形和多值信号相对应的特殊的CDR装置用的成本负担，根据使用 本发明的无源光网络通信系统的无源光网络通信方法，能够以低成本实 现l对n通信。


图1是基于PON的现有的光网络通信系统的概略方框结构图。
图2是本发明的无源光网络通信系统的概略方框结构图。
图3 (A)是用于说明比较用的基于TDM方式的复用的图，(B)是
用于说明基于CDM方式的复用的图。
图4是用于说明编码和解码的图，(A)是示出数据信号的时间波形
的图，(B)是示出对数据信号进行编码而得到的编码信号的时间波形的
图，(C)是对编码信号进行解码而得到的解码信号的时间波形。
图5是用于说明码增益和码长的图，(A)是示出通过码(+1， -1，
+1， +1， ...， -1， +1)对构成数据信号的脉冲之一进行编码的情况的图， (B)是示出对通过(A)所示的码进行编码并生成的编码信号进行解码
的情况的图。
图6是示出传输距离为20km时的基于TDM方式的上行信号的电平 图表的图。
图7是示出传输距离为50km时的基于TDM方式的下行信号的电平 图表的图。
图8是示出传输距离为50km时的基于CDM方式的上行信号的电平 图表的图。
图9是构成本发明的无源光网络通信系统的OLT的概略方框结构图。图10是构成本发明的无源光网络通信系统的ONU的概略方框结构图。
标号说明
10、 70:站侧终端装置(OLT); 12、 42、 72、 102、 200、 240:发 送部；14、 44、 74、 104、 220、 224:接收部；18、 46、 78、 106、 236、 238: WDM耦合器；20、 80:光分合器；22、 48、 82:调制部；24:复 用部；26、 50:发光元件；28、 52:受光元件；30、 54、 116:分离部； 32、 56、 118:解调部；40、 100:用户侧终端装置(ONU)组；60、 120: 光传输路径；62-1、 62-2、 62-3、 122-1、 122-2、 122-3:分支光传输路径； 76、 202:时分复用信号生成部；84、 210: TDM复用部；86、 212:第l 发光元件；88、 226:第1受光元件；卯、228:分配部；92:解码部； 108、 242:编码部；110、 250:第2发光元件；112、 254:第2受光元 件；114、 256:时钟信号提取部；130、 252:时分复用信号分离部；204-1: 第l信道的调制部；204-2:第2信道的调制部；206: TDM帧生成部； 208:复用定时调整部；216:时钟信号产生器；222-1:第1信道的解码 部；222-2:第2信道的解码部；230:解码器；232: CDM帧解除部；244: CDM帧生成部；246:编码器；248:发送定时调整部；258: TDM分离 部；260: TDM帧解除部。
具体实施例方式
下面，参照

本发明的实施方式。另外，各图示出本发明的 一个结构例，然而各图只不过以达到能够理解本发明的程度概略地示出 了各结构要素的配置关系等，本发明不限定于图示例子。并且，在以下 的说明中，有时使用特定的材料和条件等，但是，这些材料和条件只不 过是优选示例之一，因此，完全不限于此。并且，在各图中，对同样的 结构要素附加同一编号示出，有时也省略其重复的说明。并且，在以下 所示的概略方框结构图中，用粗线表示光纤等光信号的路径，用细线表 示电信号的路径。
<基于PON的光网络通信系统>为了明确本发明的无源光网络通信系统和现有的无源光网络通信系 统之间的不同点，首先，参照图1，说明无源光网络通信系统(以下有时 称为基于PON的光网络通信系统。)的概略结构及其动作。图l是基于
PON的现有的光网络通信系统的概略方框结构图。
基于PON的光网络通信系统经由无源光网络，在站侧终端装置(以 下有时也记为OLT IO)和由n台用户侧终端装置(以下有时也记为ONU) 构成的站侧终端装置组(以下有时也称为ONU组)40之间进行通信， 该无源光网络具有光传输路径60、光分合器20以及n条分支光传输路径 (62-1、 62-2、 62-3等)。将OLT 10连接或耦合设置在光传输路径的另一 端，将ONU-l ONU-N合计n台(在图1中仅示出ONU-l。) ONU在 通过光分合器20被n分支而形成的n条分支光传输路径62-l 62-n (在 图1中仅示出分支光传输路径62-l、 62-2以及62-3。)上分别连接或耦合 设置一台，由此，OLT和n台ONU耦合。
在以下的说明中，除了需要特别说明的情况以外，作为n条分支光 传输路径的代表，说明一个分支光传输路径62-l。并且，ONU-l ONU-n 这n台ONU的结构完全相同，所以，除了需要特别说明的情况以外，作 为ONU组40的代表，列举ONU-l进行说明。并且，在总称ONU-l ONU-n这n台ONU的情况下，记为ONU组40，在表示ONU-l ONU-n 中特定的ONU的情况下，记为ONU-l等。
OLT 10具有发送部12。发送部12具有调制部22、复用部24以及 发光元件26。调制部22生成从OLT 10向ONU组40发送的下行信号的 帧。下行信号的帧是在发送信号(应该发送的信息)的主体即数据信号 (有时也称为有效载荷)中组合了存储有控制信息等的报头的数据分组。
这里，以从OLT 10向ONU-l以TDM方式发送下行信号的情况为 例，说明下行通信。另外，从OLT10朝向ONU-2、 ONU-3、 ...、 ONU-n 中的任一个的下行通信的情况也一样。
以TDM方式执行下行通信的情况下，在调制部22生成应该组合到 发送信号中的报头，在该报头中附加发送信号的主体(数据信号)即有 效载荷，生成帧23并输出。在该报头中包含有用于表示该帧23应该发送的目的地、即表示该帧2是发送给ONU-l ONU-n中的哪个ONU的 帧23的信息等。
在图1中，OLT 10所具有的调制部22仅示出一个，但是，在实际 的基于PON的光网络通信系统中，并列具有与构成ONU组40的ONU 的数量相等的n台调制部22。而且，n台调制部22分别与ONU-l ONU-n 一对一地对应起来设定，生成并输出作为从OLT 10向ONU组40发送的 下行信号的帧23。即，n台调制部22分别分担生成被发送给ONU-l ONU-n的帧23并输出。
复用部24在时间轴上分配分别由n台调制部22生成的、应该向 ONU-l ONU-n发送的n种帧23进行复用，通过时分复用，生成发送时 分复用信号25并输出。这里，针对复用部24，主要对其作为以TDM方 式执行下行通信的要素是具有生成并输出发送时分复用信号25的功能的 结构要素进行了说明。当然，在以WDM方式或CDM方式执行下行通信 的情况下，作为复用部24示出的结构要素分别是具有生成并输出发送波 分复用信号或发送码分复用信号的功能的结构要素。
发光元件26将发送时分复用信号25转换为作为光信号的光时分复 用信号27并输出。在基于PON的光网络通信系统中，在上行信号和下 行信号中分配波长不同的光。例如，在上行信号中分配波长为1.30pm的 光，在下行信号中分配波长为1.48pm的光。因此，发光元件26 —般使 用振荡波长为1.48(jm的LD。在以下的说明中，原则上，以在上行信号 中分配波长为1.30,的光，在下行信号中分配波长为1.48(im的光的情 况进行说明。
光时分复用信号27经由WDM耦合器18被送入光传输路径60。 WDM耦合器18是具有光带通滤波器的功能、即WDM滤波器的功能的 光耦合器。从WDM耦合器18的输入端口 18a输入的波长为1.48(im的 光时分复用信号27从输入输出端口 18b输出，而被送入光传输路径60。
光时分复用信号27在光传输路径60中传播并输入光分合器20。在 光分合器20中，光时分复用信号27的强度被分割为n等分，光强度为 1/n的光时分复用信号分别被输入到ONU-l ONU-n。构成ONU组40的各个ONU-l ONU-n的结构相同，所以，这里， 以ONU-l为代表说明其结构和动作。被n等分后的一个光时分复用信号 在分支光传输路径62-1中传播，波长为1.48pm的光时分复用信号27-1 被输入到ONU-l。
光时分复用信号27-1被输入到ONU-l所具有的WDM耦合器46。 WDM耦合器46是具有WDM滤波器功能的光耦合器。从WDM耦合器 46的输入输出端口 46b输入的波长为1.48pm的光时分复用信号27-1从 输出端口46c被输出，并输入到接收部44。
ONU-l具有接收部44。接收部44构成为具有受光元件52、分离部 54以及解调部56。受光元件52将光时分复用信号27-1转换为作为电信 号的接收时分复用信号53并输出。受光元件52 —般使用受光灵敏度在 波长1.48pm处最大的光电二极管(PD: Photodoide)。分离部54针对接 收时分复用信号53进行如下处理，即分离从OLT 10向ONU-l发送来 的帧，作为分离信号55提取并输出。解调部56从分离信号55中解除帧， 将从OLT 10发送来的信号作为接收信号来输出。这里，所谓解除帧是指， 从组合报头和有效载荷而构成的帧中去除报头，分离并提取有效载荷即 接收信号主体。
以上，从OLT 10朝向ONU-l的下行通信结束。
接着，以从ONU-l向OLT 10以TDM方式发送上行信号的情况为 例，说明上行通信。从ONU-2、 ONU-3、 ...、 ONU-n中的任一个朝向 OLT 10的上行通信的情况也一样。
ONU-l具有发送部42。而且，发送部42构成为具有调制部48和发 光元件50。
在以TDM方式执行上行通信的情况下，在调制部48生成应该组合 到发送信号中的报头，在该报头中附加发送信号的主体(数据信号)即 有效载荷，生成帧49并输出。在该报头中包含有用于表示是发送源即 ONU-l的帧的信息等。
发光元件50将帧49转换为作为光信号的光时分信号51并输出。发 光元件50使用振荡波长为1.30pm的LD。光时分信号51被输入到WDM耦合器46的输入端口 46a。从WDM 耦合器46的输入端口 46a输入的波长为1.30p的光时分信号51从输入 输出端口46b输出，并输入到分支光波导路径62-l。输入到分支光波导 路径62-1的光时分信号51经由光分合器20在光传输路径60中传播，并 输入到OLTIO。
此时，光时分信号51与被输入到光分合器20的来自其他ONU的光 时分信号复用，成为光时分复用信号57，经由光传输路径60传输到OLT 10。在光分合器20中，为了使分别从ONU-l ONU-n发送的光时分信 号在时间轴上不重复，而分配到时间轴上的各个位置进行复用，以进行 时分复用，所以与基于从各ONU所具有的WDM耦合器的输入输出端口 到光分合器20的距离的差异的延迟时间对应地，来调整上行信号的发送 定时。
光时分复用信号57从OLT 10所具有的WDM耦合器18的输入输出 端口 18a被输入，通过WDM耦合器18所具有的WDM滤波器功能，被 输出到输出端口 18c。
从输出端口 18c输出的光时分复用信号57被输入到受光元件28，被 转换为作为电信号的接收时分复用信号29并输出。受光元件28将光时 分复用信号57转换为作为电信号的接收时分复用信号29并输出。受光 元件28 —般使用受光灵敏度在波长1.30nm处最大的PD。
接收时分复用信号29被输入到分离部30。分离部30对构成接收时 分复用信号29的从ONU-l ONU-n发送的帧，通过包含在帧中的报头， 按照每个ONU进行识别并进行分离，作为分离信号31提取并输出到每 个ONU。
在图1中，OLT 10所具有的解调部32仅示出一个，但是，在实际 的基于PON的光网络通信系统中，并列具有与构成ONU组40的ONU 的数量相等的n台。在图1中，仅代表性地示出n台解调部32中的一个， 省略了其他解调部32。分离信号31分别被输入到与ONU-l ONU-n — 对一对应地设定的解调部32，从分离信号31解除帧，将从ONU-l ONU-n发送来的各个信号作为接收信号来输出。以上，从0NU-1朝向OLT的上行通信结束。 <实施方式>
参照图2，说明本发明的第1和第2无源光网络通信系统及其动作。 图2是本发明的无源光网络通信系统的概略方框结构图。以下，在同时 表示本发明的第1和第2无源光网络系统的情况下，有时也简称为本发 明的无源光网络通信系统。如上所述，本发明的第l无源光网络通信系 统的特征在于，其构成为以TDM方式进行下行通信，以CDM方式进 行上行通信。并且，本发明的第2无源光网络通信系统的特征在于，除 了第1无源光网络通信系统的特征以外，还构成为，在ONU组中，从 下行信号中提取时钟信号，利用该时钟信号生成在上行通信中使用的 CDM方式的信号。
在图2所示的无源光网络通信系统中，从OLT 70经由PON朝向 ONU组100的下行通信以TDM方式进行，从ONU组100经由PON朝 向OLT 70的上行通信以CDM方式执行。PON与图1所示的PON同样 地构成，具有光传输路径120、光分合器80以及n条分支光传输路径 (122-1、 122-2等)。
艮口，本发明的无源光网络通信方法在从OLT 70朝向构成ONU组 100的ONU-l ONU-n的下行通信步骤中，包含有在OLT 70中执行的 时分复用信号生成步骤。该时分复用信号生成步骤分别向n台ONU-l ONU-n输出发送时分复用信号，该发送时分复用信号是通过在时间轴上 分配时隙来对发送的帧进行时分复用而生成的。并且，在从ONU组100 朝向OLT70的上行通信步骤中，包含有在ONU组100中执行的编码步 骤。该编码步骤分别输出在n台ONU-l ONU-n各自中生成的发送编 码信号。
这里，说明从OLT70向ONU-l以TDM方式执行的下行通信。从 OLT 70向构成ONU组100的ONU-2、 ONU-3、 ...、 ONU-n中的任一 个的下行通信的情况也一样。
OLT 70具有生成并输出TDM方式的发送信号即下行信号的发送部 72、以及接收CDM方式的信号即上行信号的接收部74。发送部72具有由调制部82和TDM复用部84构成的时分复用信号生成部76、以及 作为第1发光元件86的振荡波长为1.48pm的高输出LD。上述的本发 明的第1无源光网络通信系统与参照图1说明的现有的无源光网络通信 系统的不同点在于，作为第1发光元件86具有该高输出LD。由此，即 使传输距离(OLT 70到ONU组100的距离)超过20km，在构成ONU 组100的各个ONU中，也能够接收从OLT70发送的下行信号。这里， 所谓高输出LD是指与以现有的传输距离不到20km为前提设计的现有 的无源光网络通信系统中所使用的LD相比，能够保证高输出动作的 LD。
因为以TDM方式执行下行通信，所以，在调制部82中，生成应该 组合到发送信号中的报头，在该报头中附加发送信号的主体(数据信号) 即有效载荷，生成帧83并输出。在该报头中包含有用于表示帧83应该 发送的目的地、即表示该帧83是发送给ONU-l ONU-n中的哪个ONU 的帧83的信息等。
在图2中，与图1 一样，OLT 70所具有的调制部82仅示出一个， 但是，在本发明的无源光网络通信系统中，并列具有与构成ONU组100 的ONU的数量相等的n台调制部82。而且，n台调制部82分别与ONU-l ONU-n —对一地对应设定，生成并输出作为从OLT 70经由PON向ONU 组100发送的下行信号的帧83。 g卩，n台调制部82分别分担生成被发送 给ONU-l ONU-n的帧83并输出。
TDM复用部84通过在时间轴上分别分配时隙，来对分别由n台调 制部82生成的、应该向ONU-l ONU-n发送的n种帧83进行复用， 即通过时分复用，生成该发送时分复用信号85。该步骤是时分复用信号 生成步骤。艮P，在由调制部82和TDM复用部84构成的时分复用信号 生成部76中，执行时分复用信号生成步骤。
作为第1发光元件86的高输出LD将发送时分复用信号85转换为 作为光信号的光时分复用信号87并输出。在本发明的无源光网络通信 系统中，在上行信号和下行信号中分配波长不同的光。S卩，在上行信号 中分配波长为1.30jLim的光，在下行信号中分配波长为1.48pm的光。因此，第1发光元件86使用振荡波长为L48^im的高输出LD。
光时分复用信号87经由WDM耦合器78被送入光传输路径120。 WDM耦合器78是具有WDM滤波器功能的光耦合器。从WDM耦合器 78的输入端口 78a输入的波长为1.48^im的光时分复用信号87从输入输 出端口 78b输出，被送入光传输路径120。
光时分复用信号87在光传输路径120中传播并输入到光分合器80。 在光分合器80中，光时分复用信号87的强度被分割为n等分，光强度 为1/n的光时分复用信号分别被输入到ONU-l ONU-n。
构成ONU组100的各个ONU-l ONU-n的结构相同，所以，这里， 以ONU-l为代表说明其结构和动作。被n等分后的一个波长为1.48jam 的光时分复用信号87-1在分支光波导路径122-1中传播，并输入到 ONU-l。
光时分复用信号87-1被输入到ONU-l所具有的WDM耦合器106。 WDM耦合器106是具有WDM滤波器功能的光耦合器。从WDM耦合 器106的输入输出端口 106b输入的波长为1.48|_im的光时分复用信号87-1 从输出端口106c输出，并输入到接收部104。
ONU-l具有接收部104。接收部104构成为具有第2受光元件112、 以及由时钟信号提取部114、分离部116和解调部118构成的时分复用信 号分离部130。第2受光元件112将光时分复用信号87-1转换为作为电 信号的接收时分复用信号113并输出。第2受光元件112使用受光灵敏 度在波长1.48pm处最大的PD。时钟信号提取部U4从接收时分复用信 号113中提取时钟信号114c并输出，提供给后述的发送部102所具有的 编码部108、以及分离部116。并且，时钟信号提取部114接收接收时分 复用信号113，不改变接收时分复用信号113的时间波形，作为接收时分 复用信号115输出。时钟信号提取部114可以适当利用市场销售的时钟 信号提取装置。
本发明的第2无源光网络通信系统的特征在于，构成为具有时钟信 号提取部114，通过该时钟信号提取部114，从接收时分复用信号113中 提取时钟信号114c并输出，提供给后述的发送部102所具有的编码部108、以及分离部116。
分离部116进行如下处理，即针对接收时分复用信号115，分离从 OLT 70向0NU-1发送来的帧，作为分离信号117提取并输出。解调部 118从分离信号117解除帧，将从OLT 70发送来的信号作为接收信号来 输出。
以上，从OLT 70朝向ONU-l的下行通信结束。
接着，以从0NU-1向OLT 70以CDM方式发送上行信号的情况为 例，说明上行通信。从ONU-2、 ONU-3、 ...、 ONU-n中的任一个朝向 OLT70的上行通信的情况也一样。
ONU-l具有发送部102。而且，发送部102构成为具有编码部108 和第2发光元件110。
在以CDM方式执行上行通信的情况下，在编码部108中，生成应 该组合到发送信号中的报头，在该报头中附加发送信号的主体(数据信 号)即有效载荷而生成帧，且进行编码而生成为发送编码信号109并输 出。在基于CDM方式的通信中，也需要被称为测距的操作。在该报头中 包含有用于检测帧的开头位置的信息以及用于测距的信息。S卩，通过编 码部108执行生成并输出发送编码信号109的编码步骤。
在编码部108中执行的测距操作中，利用时钟信号提取部114提取 出的时钟信号114c，通过公知的测距方法来进行。
第2发光元件110将发送编码信号109转换为作为光信号的光编码 信号111并输出。第2发光元件110使用振荡波长为1.30,的LD。如 后所述，该LD不需要使用高输出类型的昂贵的LD。
光编码信号111被输入到WDM耦合器106的输入端口 106a。从 WDM耦合器106的输入端口 106a输入的波长为1.30|im的光编码信号 111，从输入输出端口 106b被输出，并被输入到分支光传输路径122-1。 被输入到分支光传输路径122-1的光编码信号111经由光分合器80在光 传输路径120中传播，并输入到OLT 70。
此时，光编码信号111与被输入到光分合器80的来自其他ONU的 光编码信号复用，成为光码复用信号(光编码信号)119，在光传输路径120中传播而传输到OLT 70。分别从ONU-l ONU-n发送的光编码信号 为了在光分合器80中进行复用，需要进行如下的公知的测距操作与基 于从各ONU所具有的WDM耦合器的输入输出端口到光分合器80的距 离的差异的延迟时间对应地，来调整上行信号的发送定时。
光码复用信号119从OLT 70所具有的WDM耦合器78的输入输出 端口78b被输入，通过WDM耦合器78所具有的WDM滤波器功能，被 输出到输出端口 78c。
从输出端口 78c输出的光码复用信号119被输入到第1受光元件88， 被转换为作为电信号的接收码复用信号(接收编码信号)89并输出。第 1受光元件88将光码复用信号119转换为作为电信号的接收码复用信号 89并输出。第1受光元件88使用受光灵敏度在波长1.30pm处最大的PD。
接收码复用信号89被输入到分配部90。分配部90按照附加在帧中 的报头信息对接收码复用信号89进行处理，选择从ONU-l ONU-n发 送来的帧，作为选择接收信号91，按照每个ONU提取并输出。
在图2中，OLT 70所具有的解码部92仅示出一个，但是，在实际 的本发明的无源光网络通信系统中，并列具有与ONU组100所具有的 ONU的数量相等的n台解码部92。而且，n台解码部92分别与ONU-l ONU-n—对一对应地设定，从选自从ONU组100向OLT70发送的上行 信号的选择接收信号91解除帧，将从ONU-l ONU-n发送来的各个信 号作为接收信号来输出。
以上，从ONU-l朝向OLT的上行通信结束。
<CDM方式>
参照图3 (A)和(B)说明CDM方式。图3 (A)是用于说明比较 用的基于TDM方式的复用的图。图3 (B)是用于说明基于CDM方式 的复用的图。两个图中横轴都是时间轴，以任意比例尺标了刻度而示出。 并且，两个图都假设了参照图2说明的具有n台ONU-l ONU-n的无源 光网络通信系统，示出n个信道的发送和接收信号的基于TDM方式和 CDM方式的复用的情况。这里，说明针对无源光网络所具有的n台ONU， 分别一对一对应地分配了 1 n的各信道的情况。如图3 (A)所示，关于TDM方式的发送和接收帧在时间轴上的排 列，在时间轴上，在0 t,范围的时隙配置第1信道的帧，在" t2范围 的时隙配置第2信道的帧，...，在t^ tn范围的时隙配置第n信道的帧。
另一方面，如图3 (B)所示，关于CDM方式的发送和接收帧在时 间轴上的排列，分别对第l 第n信道的帧进行编码，在时间轴上在相同 的范围内重叠配置。
参照图4 (A)、 (B)和(C)，说明构成CDM方式的发送和接收的 帧的结构的一部分的发送信号(应该发送的信息)的主体即数据信号的 部分的编码和解码。
图4 (A)是示出数据信号的时间波形的图。在图2所示的无源光网 络通信系统中，对应于输入到ONU-l所具有的编码部108的发送信号。 这里，数据信号是由"0"和"1"这两个值构成的二值数字信号串，示出由(1 ， 1， 0)表示的情况的例子。不限于该例子，对于任何的二值数字信号串， 以下的说明都成立。以下，有时将图2所示的无源光网络通信系统简称 为图2的系统。
图4 (B)是示出对图4 (A)所示的数据信号进行编码而得到的编
码信号的时间波形的图。这里，用于编码的码是由"-r和"+r这两个值构 成的码串。作为该码串，举例示出(-1, -1， +1， +1, +1， -1， -1， +1)。
这种编码例如可以使用在"异或"运算EXOR (exclusive or)门的输出上连 接了反相器的门电路即EXNOR (异或非，exclusive nor)电路，利用公 知的方法来实施。
图4 (C)是对图4 (B)所示的编码信号进行解码而得到的解码信 号的时间波形。在图2的系统中，编码信号对应于从OLT70所具有的分 配部90输出的选择接收信号91。并且，解码信号相当于从解码部92输 出的接收信号即数据信号。数据信号(1， 1， 0)被作为解码信号(+a， 十a， -a)而再生。这里，a是任意大小的实数。即，作为振幅大小为a的 数字脉冲信号串，再生数据信号。这种解码可以使用嵌入了与在编码时 使用的码串(-1， -1， +1， +1， +1， -1， -1， +1)相同的码串的匹配滤波 器电路，利用公知的方法来实施。参照图5 (A)和(B)，说明在以后的说明中需要的码增益和码长。 图5 (A)是示出通过码(+1， -1， +1， +1，…，-1， +1)对构成数据信 号的脉冲之一进行编码的情况的图。这里，有时也将规定码的由"-l"和 "+l"构成的数列的项数称为码长。在图4 (B)所示的例子中，规定码的 数列是(-1， -1， +1， +1， +1， -1， -1， +1)，该数列的项数是8，所以码 长是8。并且，有时也将提供码的数列称为码串，将码串的各项"-l"和"+l" 称为码片(cMp)。而且，有时也将-1和+1本身称为码值。
对数据信号的1个比特分配的时间宽度是数据信号的传输速度即比 特率的倒数。另一方面，有时也将对构成码串的1码片分配的时间宽度 的倒数称为码片率(chip rate)。这里，在图2的系统中，数据信号对应 于输入到ONU-l所具有的编码部108的发送信号。
如图5 (A)所示，通过码长为N的码对构成数据信号的脉冲之一进 行编码，由此，分割为N个码片，在时间轴上排列为码片串。g口，构成 数据信号的脉冲之一通过码长为N的码被进行编码，由此，对由其能量 为1/N的码片脉冲构成的编码信号在时间轴上进行平均化来排列。由此， 编码信号的码片率是数据信号的比特率的N倍。这里，在图2的系统中， 编码信号相当于从编码部108输出的发送编码信号109。在以下的说明中， 有时也将光脉冲形式的码片脉冲称为光码片脉冲。
在PON中传播的光时分复用信号或光码复用信号等传输信号都是 光脉冲在时间轴上以不等的间隔排列的光脉冲信号。在ONU或OLT相 对于PON以光脉冲的形式送入应该发送的信号的阶段，全部的光脉冲具 有表示作为信息中的1比特信息的"o"或"r的均等意义。艮卩，在构成光时 分复用信号的光脉冲和构成光码复用信号的光脉冲中没有区别。即，在 经由PON发送光编码信号的情况下，在光传输路径120中传播的、承担
构成光时分复用信号的1比特信息的光脉冲、和构成光码复用信号的光 码片脉冲，彼此的强度大小相等。这里，在图2的系统中，构成光时分 复用信号的光脉冲和构成光码复用信号的光码片脉冲，分别相当于构成 光时分复用信号87的光脉冲和构成光码复用信号119的光码片脉冲。 在构成数据信号的1比特的脉冲之一没有被编码即被发送的情况下，只不过发送了一个脉冲，但是，在以码长为N的码进行编码并发送 的情况下，该l比特被作为N个脉冲发送。g卩，像光时分复用信号或波 分复用信号那样，没有编码即经由PON发送的信号的相当于1比特的光 脉冲，在光码复用信号中，被作为N个光脉冲发送。
一个光脉冲分担没有编码即被收发的信号的相当于1比特的信息， 相对于此，在以码长为N的码进行编码并发送的情况下，由N个光脉冲 分担所收发的信号的相当于1比特的信息。因此，从发送所需要的能量 的观点来看，为了发送与同样的1比特相当的信息，与没有编码即发送 的情况相比，在进行编码后发送的情况下，意味着使用了N倍的能量。 其中，该N倍的能量在时间轴上被分散为N个脉冲。
图5 (B)是示出通过图5 (A)所示的码(+1， -1， +1， +1，…， -1， +1)进行编码而生成的编码信号(在图2的系统中对应于发送编码 信号109)，在发送侧被转换为光编码信号(在图2的系统中对应于光码 复用信号119)并被发送，在PON中传播，在接收侧被接收并被解码的 情况的图。构成所接收的光编码信号(在图2的系统中对应于光码复用 信号119)的光脉冲的每一个，其强度与构成光时分复用信号的光脉冲的 每一个的强度相等，所以，如图5 (B)的左侧所示，将构成所接收的光 编码信号的光脉冲的每一个的强度作为1示出。
如图5 (B)的右侧所示，图5 (B)的左侧所示的光编码信号被解 码，被再生为构成所发送的数据信号(在图2的系统中相当于从解码部 92输出的接收信号)的一个脉冲。该再生的脉冲是N个码片脉冲的总和， 所以，强度为一个码片脉冲的强度的N倍。g卩，在时间轴上被分散为N 个的码片脉冲，通过在时间轴上集成为一个脉冲来进行再生，所以，通 过该集成，再生的脉冲为一个码片脉冲的强度的N倍。
这样，发送时刻的构成发送数据信号的脉冲的强度通过在接收侧进 行解码，使得构成接收数据信号的脉冲强度成为其N倍，所以，获得实 质的放大效果。即，通过在接收侧进行解码，将发送时刻的构成发送数 据信号的脉冲的强度变成N倍的大小进行接收，所以，将该实质的放大 称为码增益。如以上说明的那样，可知在CDM方式的通信中，与接收时分复用 信号的情况相比，即使在OLT中接收的信号强度小，也能够被充分接收。 如果设构成以光脉冲信号的形式发送来的时分复用信号(发送时分复用 信号)的光脉冲的强度为1，则构成以码长为N的码进行编码、以光脉 冲信号的形式发送来的编码信号(发送编码信号)的光脉冲的强度为N, 即为N倍。因此，对接收发送时分复用信号的情况和接收发送编码信号 的情况进行比较，能够使针对发送编码信号的最小受光强度小于发送时 分复用信号的最小受光强度。可知，接收以码长为N的码进行编码的发 送编码信号时的最小受光强度可以是接收发送时分复用信号时的最小受 光强度的1/N。
换言之，从在发送侧生成并输出发送信号的LD的输出的观点来看， 本发明的无源光网络通信系统的各ONU所具有的LD (发光元件110) 的额定输出也可以比OLT所具有的LD (发光元件86)的额定输出低。 OLT所具有的LD生成并输出光时分复用信号，与此相对，各ONU所具 有的LD生成并输出光编码信号。这是因为，从各ONU所具有的LD输 出的光编码信号，在OLT中被接收时，可以获得上述的码增益。
<上行和下行信号的衰减>
参照图6，说明在具有16台ONU的本发明的光网络通信系统中， 传输距离为20km时基于TDM方式的上行信号的衰减情况。图6是示出 传输距离为20km时基于TDM方式的上行信号的电平图表的图，在附图 的上部示出作为上行信号的衰减根源的结构要素。从图6的上部的左侧 起依次与LD、 WDM耦合器并列示出的部分是图1所示的ONU-l的结 构要素。作为16分支耦合器示出的部分对应于光分合器20。作为传输距 离为20km示出的部分对应于光传输路径60。在图6的上部的右侧与 WDM耦合器、PD并列示出的部分是图1所示的OLT的结构要素。PON 传输路径由分支光传输路径62-l、光分合器20以及光传输路径60构成。 所谓传输距离是指光传输路径60的长度。
从发光元件50输出的光时分信号51经由WDM耦合器46被输入到 PON传输路径。光时分信号51从平均输出为-l +4dBm左右的额定输出小的便宜的LD被输出。这里，设该LD输出为+4犯m (约2.51mW)。 该LD的振荡波长为1.30(im。
如电平图表所示，光时分信号51由于WDM耦合器46而受到-ldB 的衰减，所以，其强度为+3dBm，从WDM耦合器46的输入输出端口 46b 被输出。从WDM耦合器46的输入输出端口 46b输出的光时分信号51 被输入到分支光传输路径62-1 ，并被输入到光分合器20。
在图6中，作为相当于该光分合器20的元件，使用16分支耦合器。 通过该16分支耦合器，光时分信号51受到12dB的损失，其强度成为 -9dBm，作为光时分复用信号57而输出，输入到传输距离为20km的光 传输路径60。光时分复用信号57的波长为1.30pm，所以，在光传输路 径60中，其强度以0.5dB/km的比例衰减。因此，光时分复用信号57在 光传输路径60中受到10dB的衰减，其强度成为-19dBm，输入到OLT的 WDM耦合器18的输入输出端口 18b。这里，光时分复用信号57受到ldB 的衰减，其强度成为-20dBm，由受光元件28即PD接收。
这里，假设光传输路径60的传输距离为50km，则在该光传输路径 60中，光时分复用信号57受到25dB的衰减。因此，如上所述，光时分 复用信号57在输入到光传输路径60中时，其强度为-9dBm，所以，在输 入到OLT的WDM耦合器18的输入输出端口 18b时，其光强度为-34dBm。 而且，在0LT的WDM耦合器18中，再次受到ldBm的衰减，光时分复 用信号57的强度成为-35dBm，由受光元件28即PD接收。
基于PON的光网络通信系统中的接收部的最小受光强度为-29dBm 左右，所以，这意味着如果传输距离为20km左右，则能够充分接收，但 是，如果传输距离为50km左右，则无法接收。
参照图7，说明在具有16台ONU的本发明的光网络通信系统中， 传输距离为50km时基于TDM方式的下行信号的衰减情况。图7是示出 传输距离为50km时基于TDM方式的下行信号的电平图表的图，在附图 的上部示出作为下行信号的衰减根源的结构要素。从图7的上部左侧开 始依次与高输出LD、 WDM耦合器并列示出的部分是图2所示的OLT 70 的结构要素。作为传输距离为50km示出的部分对应于光传输路径120。在图7的上部右侧作为16分支耦合器示出的部分对应于光分合器80。与 WDM耦合器、PD并列示出的部分是图2所示的ONU-l的结构要素。 PON传输路径由分支光传输路径87-1、光分合器80以及光传输路径120 构成。所谓传输距离是指光传输路径120的长度。
从第1发光元件86输出的光时分复用信号87经由WDM稱合器78 输入到PON传输路径。光时分复用信号87从平均输出为+6dBm (3.98mW)的额定输出大的昂贵的高输出LD被输出。即，这里，设第 1发光元件86即高输出LD的输出为+6dBm。该高输出LD的振荡波长 为1.48(im。
如电平图表所示，光时分复用信号87由于WDM耦合器78而受到 ldB的衰减，所以，其强度成为+5dBm，从WDM耦合器78的输入输出 端口 78b被输出。从WDM耦合器78的输入输出端口 78b输出的光时分 复用信号87被输入到光传输路径120。光时分复用信号87的波长为 1.48jim，所以，在光传输路径120中，其强度以0.4dB/km的比例衰减。 因此，光时分复用信号87在光传输路径120中受到20dB的衰减，其强 度成为-15dBm，输入到光分合器80。在图7中，作为相当于该光分合器 80的元件，使用16分支耦合器。通过该16分支耦合器，光时分复用信 号87受到12dB的损失，其强度成为-27dBm，作为光时分复用信号87-1 而输入到0NU-1的WDM耦合器106的输入输出端口 106b。光时分复 用信号87-1由于WDM耦合器106而受到ldB的衰减，其强度成为 -28犯m，由第2受光元件112即PD接收。
本发明的无源光网络通信系统中的接收部104的最小受光强度为 -29dBm左右，所以，这意味着如果通过平均输出为+6dBm的高输出LD 生成来自OLT的发送信号即光时分复用信号87，则当传输距离为50km 左右时，也能够接收。
因此，可以明白，根据特征在于通过平均输出为+6dBm的高输出LD 生成来自OLT的发送信号的本发明的无源光网络通信系统，能够通过 TDM方式的信号来充分地实现下行通信。在该系统中，昂贵的高输出LD 只要在0LT中设置1台即可，所以，作为系统整体，几乎不会提高其制
2造成本。
参照图8，说明在具有16台ONU的本发明的无源光网络通信系统 中，传输距离为50km时基于CDM方式的上行信号的衰减情况。图8是 示出传输距离为50km时基于CDM方式的上行信号的电平图表的图，在 附图的上部示出作为上行信号的衰减根源的结构要素。
从图8的上部左侧开始按依次与LD、 WDM耦合器并列示出的部分 是图2所示的ONU-l的结构要素。作为16分支耦合器示出的部分对应 于光分合器80。作为传输距离为50km示出的部分对应于光传输路径120。 在图8的上部右侧与WDM耦合器、PD、解码并列示出的部分是图2所 示的OLT的结构要素。PON传输路径由分支光传输路径122-1、光分合 器80.以及光传输路径120构成。所谓传输距离是指光传输路径120的长 度。
从第2发光元件110输出的光编码信号111经由WDM耦合器106 输入到PON传输路径。光编码信号111从平均输出为-l +4dBm左右的 额定输出小的便宜的LD被输出。这里，设该LD的输出为OdBm。该LD 的振荡波长为1.30pm。
在参照图6说明的现有的光网络通信系统中，作为生成并输出从 0NU-1向OLT发送的发送信号的LD，假设其输出为+4dBm，但是，这 里，采用输出更低的额定输出为OdBm (lmW)的LD。下面说明这样也 可以充分实现上行通信。
如电平图表所示，光编码信号lll由于WDM耦合器106而受到ldB 的衰减，所以，其强度成为-ldBm，从WDM耦合器106的输入输出端口 106b被输出。从WDM耦合器106的输入输出端口 106b输出的光编码信 号111输入到分支光传输路径122-1，并输入到光分合器80。
在图8中，作为相当于该光分合器80的元件，使用16分支耦合器。 通过该16分支耦合器，光编码信号111受到12dB的损失，其强度成为 -13dBm，作为光码复用信号119而被输出，并输入到传输距离为50km 的光传输路径120。光码复用信号119的波长为L3(Vm，所以，在光传 输路径120中，其强度以0.5dB/km的比例衰减。因此，光编码信号117
28在光传输路径120中受到25dB的衰减，其强度成为-38dBm，输入到OUT 的WDM耦合器78的输入输出端口 78b。这里，光码复用信号119受到 ldB的衰减，其强度成为-39dBm，由第1受光元件88即PD接收。
如上所述，光码复用信号119通过解码处理而获得码增益。这里， 当进行码长为16的CDM通信时，由于码增益，被解码而得到的光脉冲 的强度获得16倍、即12dB的增益，所以，光码分复用信号119的强度 从-39dBm增大12dB，成为-27dBm。如果增大码长，则所获得的码增益 也增大。
本发明的无源光网络通信系统中的接收部74的最小受光强度为 -29dBm左右，所以，这意味着通过使上行信号为CDM方式，即使传输 距离为50km左右，在OLT中也能够充分接收。
因此，可以明白，根据特征在于以CDM方式实现上行通信的本发 明的无源光网络通信系统，即使ONU所具有的生成上行信号的LD使用 输出为OdBm左右的额定输出小的便宜的LD，也能够充分实现上行通信。 生成上行信号的LD必须在所有的ONU中设置，所以，其数量很多。艮口， 能够对该大量需要的LD采用便宜的低输出LD，从而能够降低无源光网 络通信系统的制造成本。
<站侧终端装置>
参照图9，说明本发明的无源光网络通信系统的OLT的结构和其动 作。图9是构成本发明的无源光网络通信系统的OLT的概略方框结构图。 图9所示的OLT在图2所示的本发明的无源光网络通信系统的概略方框 结构图中，对应于OLT70。
图9所示的本发明的无源光网络通信系统的OLT具有WDM耦合器 236、发送部200以及接收部220。首先，说明发送部200的结构和动作。
发送部200具有作为调制部的第1信道的调制部204-1、第2信道的 调制部204-2等与设置在用户侧的ONU的台数相等的数量(这里为n台。) 的、在ONU中与各个信道对应而独立地设置的调制部。即，具有第l信 道的调制部204-1 、第2信道的调制部204-2、...、第n信道的调制部204國n。 下面，有时也将第1信道的调制部204-1、第2信道的调制部204-2.....第n信道的调制部204-n统称记载为调制部204-l 204-n。在图2中，将 这些调制部204-l 204-n的独立的调制部综合表示为调制部82。
第1信道的调制部204-1具有TDM帧生成部206和复用定时调整部 208。 TDM帧生成部206对第1信道的发送信号主体附加报头，生成并 输出可以生成为时分复用信号的状态的TDM帧207。复用定时调整部208 针对为了输入TDM帧207而生成时分复用信号所需要的每个信道，调整 固有的时间延迟量，输出TDM帧209。第2信道的调制部204-2的结构 也一样。
为了进行上述TDM帧生成部206中的TDM帧的生成、以及复用定 时调整部208中的复用的定时调整的动作，在各信道的调制部(调制部 204-l 204-n)中使用共同的时钟信号。该时钟信号由时钟信号产生器 216提供。即，如后所述，从时钟信号产生器216也向接收部220提供时 钟信号。
从调制部204-l 204-n输出的、分别向n台ONU发送的TDM帧被 输入到TDM复用部210，在时间轴上被分配而发送的帧被进行时分复用， 作为发送时分复用信号211而生成并输出。该动作是时分复用信号生成 步骤。即，利用由调制部204-l 204-n和TDM复用部210构成的时分 复用信号生成部202执行时分复用信号生成步骤。
发送时分复用信号211驱动第1发光元件212即高输出LD。然后， 从该高输出LD输出光时分复用信号213。即，该高输出LD执行将发送 时分复用信号211转换为光时分复用信号213并输出的发送时分复用信 号转换步骤。
光时分复用信号213经由WDM耦合器236输入到PON，作为下行 信号向ONU-l ONU-n发送。
接着，说明接收部220的结构和动作。接收部220具有第1受光元 件226、分配部228以及作为解码部的第l信道的解码部222-1、第2信 道的解码部222-2等与设置在用户侧的ONU的台数相等的数量的、在 ONU中与各个信道对应而独立设置的解码部。g卩，具有第l信道的解码
部222-1、第2信道的解码部222-2、...、第n信道的解码部222-n。下面，有时也将第1信道的解码部222-1、第2信道的解码部222-2.....第n
信道的解码部222-n统称记载为解码部222-1 222-n。在图2中，将这些 解码部222-l 222-n的独立的解码部综合地表示为解码部92。
分别来自ONU-l ONU-n的上行信号即光编码信号被复用，作为光 码复用信号225输入到接收部220，经由WDM耦合器236输入到第1 受光元件226即PD。
执行将输入到第1受光元件226即PD中的光码复用信号225转换 为作为电信号的接收码复用信号227并输出的光编码信号转换步骤。
接收码复用信号227被输入到分配部228进行n分割，成为选择接 收信号(接收编码信号)229，分别被输入到解码部222-1 222-n。下面， 列举第1信道的解码部222-1进行说明，但是，第2 第n信道的解码部 也一样。
第1信道的解码部222-1具有解码器230和CDM帧解除部232。选 择接收信号(接收编码信号)229首先被输入到解码器230中解码，被再 生为从ONU-l发送的以当前的第1信道为目的地的帧231。该动作以从 上述时钟信号产生器216提供的时钟信号为基准来执行。g卩，作为使构 成解码器的匹配滤波器动作的基准时钟信号进行利用。
帧231被输入到CDM帧解除部232，从报头和有效载荷组合而构成 的帧231中去除报头，分离有效载荷即接收信号主体并提取。在该帧的 解除动作中也利用从上述时钟信号产生器216提供的时钟信号。
如以上说明的那样，在解码部222-1 222-n中，执行从接收编码信 号中分离接收信号并输出的解码步骤。
<用户侧终端装置>
参照图10,说明本发明的无源光网络通信系统的ONU的结构和动 作。这里，列举ONU-l为代表，但是除此之外的ONU也一样。
图10是构成本发明的无源光网络通信系统的ONU-l的概略方框结 构图。其在图2所示的本发明的无源光网络通信系统的概略方框结构图 中，对应于ONU-l。
图10所示的本发明的无源光网络通信系统的ONU-l具有WDM耦合器238、发送部240以及接收部224。首先，说明接收部224的结构和 动作。接收部224具有第2受光元件254和时分复用信号分离部252。时 分复用信号分离部252具有时钟信号提取部256、 TDM分离部258以及 TDM帧解除部260。
从OLT发送的光时分复用信号253经由WDM耦合器238输入到作 为第2受光元件254的PD。通过作为第2受光元件254的PD，执行将 光时分复用信号253转换为接收时分复用信号255并输出的光时分复用 信号生成步骤。
接收时分复用信号255被输入到时钟信号提取部256。在时钟信号 提取部256中，执行时钟信号提取步骤，从接收时分复用信号255中提 取时钟信号256c。如图10所示，该时钟信号256c被提供给后述的TDM 分离部258、以及编码部242所具有的编码器246。
另一方面，接收时分复用信号255经过时钟信号提取部256，作为 接收时分复用信号257被输入到TDM分离部258。 TDM分离部258从 接收时分复用信号257中，与上述时钟信号256c同步地分离包含有发送 给ONU-l的第1信道的发送信号的帧259并输出。帧259输入到TDM 帧解除部260，从组合了报头和有效载荷而构成的帧259中去除报头，分 离并提取有效载荷即第1信道的接收信号主体。
艮P，通过由时钟信号提取部256、 TDM分离部258和TDM帧解除 部260构成的时分复用信号分离部252执行接收信号分离步骤，即时 分复用信号分离部252与时钟信号256c同步地从接收时分复用信号257 中将分配给ONU-l的帧259作为接收信号分离出并输出。
接着，说明发送部240的结构和动作。发送部240具有编码部242 和第2发光元件250。编码部242具有CDM帧生成部244、编码器246 以及发送定时调整部248。
CDM帧生成部244对从ONU-l发送的第1信道的发送信号主体附 加报头，生成处于可以生成码分复用信号的状态的CDM帧245并输出。 编码器246执行编码步骤，S卩编码器246根据CDM帧245，与时钟信 号同步地生成发送编码信号247并输出。发送编码信号247输入到发送定时调整部248，进行调整发送的定时的所谓的测距，作为发送编码信号 249被提供给作为第2发光元件250的LD。
发送编码信号249驱动作为第2发光元件250的LD。然后，从该 LD输出光编码信号251。艮卩，作为第2发光元件250的LD执行如下发 送编码信号转换步骤将发送编码信号249转换为光编码信号251并输 出。
光编码信号251经由WDM耦合器238输入到PON，作为上行信号 向OLT发送。
权利要求
1.一种无源光网络通信方法，其特征在于，当利用该无源光网络通信方法在具有无源光网络、站侧终端装置以及n台用户侧终端装置的无源光网络通信系统中进行通信时，从所述站侧终端装置朝向所述用户侧终端装置的下行通信步骤包含在所述站侧终端装置中执行的时分复用信号生成步骤，在该时分复用信号生成步骤中，通过对分别向n台所述用户侧终端装置发送的帧进行时分复用，来生成发送时分复用信号并输出，从所述用户侧终端装置朝向所述站侧终端装置的上行通信步骤包含在所述用户侧终端装置中执行的编码步骤，在该编码步骤中生成发送编码信号并输出，其中，所述无源光网络具有光传输路径、耦合在该光传输路径的一端的光分合器、以及通过该光分合器被n分支而形成的n条分支光传输路径，其中n为大于等于2的整数；所述站侧终端装置设置在所述光传输路径的另一端；所述n台用户侧终端装置在n条所述分支光传输路径中的每一条传输路径中分别设置一台。
2. —种无源光网络通信系统，该无源光网络通信系统实施权利要求 1所述的无源光网络通信方法，其特征在于，所述站侧终端装置具有执行所述时分复用信号生成步骤的时分复用 信号生成部，n台所述用户侧终端装置分别具有执行所述编码步骤的编码部。
3. —种无源光网络通信方法，其特征在于，当利用该无源光网络通 信方法在具有无源光网络、站侧终端装置、以及n台用户侧终端装置的 无源光网络通信系统中进行通信时，下行通信步骤包含在所述站侧终端装置中执行的如下步骤时分复用信号生成步骤， 通过对在时间轴上进行分配而分别发送给n台所述用户侧终端装置的帧 进行时分复用，来生成发送时分复用信号并输出；和发送时分复用信号转换步骤，将该发送时分复用信号转换为光时分复用信号并输出，以及在所述用户侧终端装置中执行的如下步骤光时分复用信号转 换步骤，将所述光时分复用信号转换为接收时分复用信号并输出；时钟 信号提取步骤，从该接收时分复用信号中提取时钟信号并输出；和接收 信号分离步骤，与该时钟信号同步地从所述接收时分复用信号中将分配 给该用户侧终端装置的所述帧作为接收信号分离出并输出，上行通信步骤包含在所述用户侧终端装置中执行的如下步骤编码步骤，与从所述接 收时分复用信号中提取的时钟信号同步地生成发送编码信号并输出；和 发送编码信号转换步骤，将该发送编码信号转换为光编码信号并输出，以及在所述站侧终端装置中执行的如下步骤光编码信号转换步骤， 将所述光编码信号转换为接收编码信号并输出；和解码步骤，从该接收 编码信号中分离接收信号并输出，其中，所述无源光网络具有光传输路径、耦合在该光传输路径的一 端的光分合器、以及通过该光分合器被n分支而形成的n条分支光传输 路径，其中n为大于等于2的整数；所述站侧终端装置设置在所述光传 输路径的另一端；所述n台用户侧终端装置在n条所述分支光传输路径 中的每一条传输路径中分别设置一台。
4. 一种无源光网络通信系统，该无源光网络通信系统实施权利要求 3所述的无源光网络通信方法，其特征在于，所述站侧终端装置具有执行所述时分复用信号生成步骤的时分复用信号生成部； 执行所述发送时分复用信号转换步骤的第1发光元件； 执行所述光编码信号转换步骤的第1受光元件；以及 执行所述解码步骤的解码部， 所述用户侧终端装置具有-执行所述光时分复用信号转换步骤的第2受光元件； 执行所述时钟信号提取步骤的时钟信号提取部； 执行所述接收信号分离步骤的时分复用信号分离部； 执行所述编码步骤的编码部；以及 执行所述发送编码信号转换步骤的第2发光元件。
全文摘要
本发明提供无源光网络通信方法和无源光网络通信系统，在经由现有PON的1对n通信中，即使站侧终端装置和用户侧终端装置之间的距离为20km以上，也能以低成本实现1对n通信。从站侧终端装置(70)朝用户侧终端装置(100)的下行通信以TDM方式进行，从用户侧终端装置朝站侧终端装置的上行通信以CDM方式执行。站侧终端装置具有的发送部(72)具有调制部(82)、时分信号复用部(84)及高输出半导体激光器即第1发光元件(86)。接收部(74)具有接收光码分复用信号(119)且将其转换为接收时分复用信号(89)输出的第1受光元件(88)、分配部(90)及解码部(92)。用户侧终端装置具有的发送部(102)具有编码部(108)和第2发光元件(110)。接收部(104)具有第2受光元件(112)、时钟信号提取部(114)、分离部(116)及解调部(118)。
文档编号H04J14/02GK101316449SQ200810092499
公开日2008年12月3日 申请日期2008年4月18日 优先权日2007年5月31日
发明者更科昌弘, 鹿嶋正幸 申请人:冲电气工业株式会社