博 士 （ 情 報 科 学 ） 吉 野 學
学 位 論 文 題 名
スベクトル強度符号のPON システムへの適用の研究 学位論文内容の要旨
日 本 の ブ □ − ド バ ン ド サ ― ビ ス の 提 供 シ ス テ ム は 、 メ タ ル の ア ク セ ス シ ス テ ム か ら 光 アク セス シ ス テム が主 流 とな りつ つ ある 。ブ □ 一ド ノく ン ドサ ―ピ ス を提 供す る 光ア クセ ス シス テム は、経 済 性 の 観 点 か ら 通 信 事 業 者 ピ ル 内 に 設 置 するOLT(Optical Line Terminal)とユ ― ザ宅 内に 設 置さ れる 複 数 のONU(Optical Network Unit)を 、 光 ス プ リ ッ タ を 介 し て 光 フ ァ イ バ で 接 続 す るPON(Passive Optical Network)シ ス テ ム が 主 に 用 い られ る 。キ ャリ ア ネッ トワ ― クで は、 ト ラフ イッ ク を監 視・
制 御 す るUPC． シ ェ ― パ ― を 経 由 し た 後 に 、 ユ ― ザ 信 号 同 士 を 多 重 す る こ と で 、 定 め ら れ た 条 件 に 合 致 し な い ト ラ フ ィ ッ ク に よ る 他 の ト ラ フ ィ ッ ク ヘ の 影 響 を 抑 止 す る 。PONシ ス テ ム は 、 こ の UPC． シ ェ ― パ 一 機 能 をOLTの 制 御 に 従 うONUが 担 い 、 光 伝 送 路 中 に 時 分 割 多 重 の た め の タ イ ム グ ー ト や 波 長 分 割 多 重 の た め の 波 長 フィ ル タ等 を合 ま ない 。こ の よう な光 伝 送路 とす る こと で、
シ ス テ ム 変 更 の 柔 軟 性 等 の 利 点 が あ る 。 し か し 、OLTの 制 御 に 従 わ な いLAN機 器 等 が 誤 接 続 さ れ る と 誤 接 続 機 器 か ら の 信 号 光 （ 妨 害 光 ） に よ り 通 信 が 途 絶 す る。 この 問 題は 、設 置 工事 のDIY化や ONU自 由 化 に よ り 頻 発 す る 恐 れ が 高 ま る 。 従 っ て 、PONシ ス テ ム に お け る 妨 害 光 耐 性 の 向 上 が 必 要 で ある 。
妨 害 光 に よ る 通 信 途 絶 を 防 止 す る 方 法 と し て 、3つ の ア プ □ − チ が あ る 。 第1は 光 フ ァ イバ と接 続 可 能 な 全 て の 機 器 をOLTの 制 御 に 従 わ せ る こ と で あ る 。 第2は 妨 害 光 が な い 波 長 でONUが 通 信 を 行 う よ う にOLTが 制 御 す る こ と で あ る 。 第3はOL'I￣ 側 の 処 理 で 妨 害 光 の 存 在 下 で 通 信が 可能 と す る こ と で あ る 。 既 にOLTに 制 御 を 受 け な い 機 器 が 多 数 流 通 し て い る こ と 、 簡 易 なONU構 成 が 望 ま し い こ と か ら 、 第3の ア プ □ ― チ を 選 択 し た 。 具 体 的 に は 、PONシ ス テ ム の 妨 害 光 耐 性 向 上 を 目 的 と し て 、 耐 干 渉 性 と ス ベ クN蟒u用 効 率 の 観 点 か ら 無 線 及 び 有 線 メ ク リ ッ ク に お いて 広く 用 い られ てい る 符号 分割 多 重技 術の 適 用を 検討 す る。
向 上 す べ き 耐 性 と し て 、PONシ ス テ ム に 接 続 す るONUとOLTの 距 離 が 最 大20 km異 な る 遠 近 問 題 を 考 慮 し 、 妨 害 光 強 度 が 、 受 信 対 象 の 信 号 光 よ り も10 dB大 き い場 合に も 通信 が途 絶 しな いこ と を 目標 とす る 。
上 記 目 的 の た め に 、 以 下 の 流 れ で 研 究 を 進 め た 。 ま ず 、PONシ ス テ ム のONUか らOLTへ の 上 り 信 号 へ の 光 符 号 分 割 多 重 符 号 、 特 にONU側 が 簡 易 な 構 成 と な る ス ベ ク ト ル 強 度 符 号 の 適 用 を 検 討 し た 。 適 用 に 際 し て 、 消 費 電 カ の 増 大 を 招 く 温 度 調 整 機 構 のONU配 備 とOLTの 復 号 器 か ら ONUの 符 号 器 に 対 す る フ ィ ― ド バ ッ ク 制 御 の 両 方 を 不 要 と す る 温 度 無 依 存 化 が 可 能 な 周 期 性 の あ る 直 交 符 号 を 提 案 し 、 温 度 変 化 に よ る 受信 感 度劣 化が な く、 符号 間 の直 交性 が 保持 でき る こと を確 認 し た 。 ま た 、ONUの 在 庫 コ ス 卜 圧 縮 と サ ー ビ ス 即 応 化 に 寄 与 す るONUの 単 一 品 種 化 の た め の 符 号 可 変 のFBG符 号 器 を 検 討 し 、 そ の 符 号 器 に 適 し た 巡 回 性 を 有 す る 符 号 を 考 案 し た 。 考 案 し た 符 号 で は 、 ス ベ ク ト ル チ ッ プ 同 士 を 近 接し た 場合 に発 生 する ク口 ス トー クに よ る直 交性 の 崩れ を相 殺 で きる こと を 確認 した 。
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更 に 、 光 符 号 分 割 多 重 の 課 題 で あ る 信号 光間 ビ ―ト 雑音 に 起因 する 多 重数 制限 を 緩和 する た めの コ ヒ ― レ ン ト 検 波 の 適 用 を 検 討 し た 。 コヒ ―レ ン ト検 波適 用 のた めに は 、信 号光 を 構成 する ス ベク ト ル チ ッ プ と そ れ ら に 対 応 す る 局 発 光 を構 成す る スベ クト ル チッ プの 位 相差 が全 ス ベク トル チ ップ で 同 期 す る 必 要 性 が あ る こ と を 示 し た 。 ま た 、 コ ヒ ― レ ン ト 検 波 を 用 い る 場 合 に 必 要 と な るONU 側 に 配 備 す る 簡 易 な 多 波 長 光 源 を 直 接 変 調LDと 電 気 回 路 の み で 構 成 で き る こ と を 提案 し、 実 証し た 。 更 に 、OLT側 に 配 備 し 、 ス ペ ク ト ル チ ッ プ 間 の 位 相 差 の 同期 を不 要 とす る位 相 無依 存同 期 検波 方 法 を 提 案 し 、 原 理 確 認 し た 。
そ の 上 で 、 ス ペ ク ト ル 強 度 符 号 を 用 い た 妨 害 光 耐 性 の 向 上 に つ い て 検 討 し た 。 第1の 方 法 と し て 、3種 類 の 光 符 号 分 割 多 重 の 信 号光 の特 性 を利 用し た 妨害 光除 去 器に よる 耐1生 向 上を 考案 し 、実 験 に よ り 実 証 し た 。 第2の 方 法 と し て 、 妨 害 光 の 混 入 し た ス ベク トル チ ップ の受 信 を停 止し て も符 号 間 直 交 性 を 保 つ 選 択 受 信 停 止 に よ る 耐性 向上 を 検討 し、 複 数の スベ ク トル チッ プ に妨 害光 が 混入 し て も 、 直 交 性 を 保 持 で き る こ と を 明 ら か に し た 。 第3に 光 の 符 号 器 を 不 要 と し てONU側 の 構 成 を 簡 易 化 で き る チ ャ ― プ 同 期 受 信 に よ る耐 性向 上 を提 案し た 。チ ャ― プ 同期 受信 で は、 妨害 光 の影 響 を 信 号 光 の 受 信 帯 域 を チ ャ ー プ 幅 で 除し た値 に 低減 でき る こと を明 ら かに した 。 この チャ ― プ同 期 受 信 に ス ベ ク ト ル 強 度 符 号 の 受 信 技 術を 適用 す るこ とを 提 案し 、チ ャ ―プ 同期 受 信の 課題 で あっ た チ ャ ー プ 幅 依 存 性 を 解 消 す る こ と が 可 能 で あ り 、 妨 害 光 耐性 の30 dB向上 が期 待 でき るこ と を明 ら か に し た 。
ま た 、 ス ペ ク ト ル 強 度 符 号 の 応 用 に つ い て も 検 討 し た 。 第1に 、WDM信 号 と パ ラ レ ル 伝 送 す る こ と に よ る 光 レ イ ヤ で の 通 信 秘 匿 化 を 検 討 し 、 ニ つ の 妨 害 光 除 去 機 を 利 用 す る こ と で 、2つ の WDM信 号 の 下 で 光 符 号 分 割 多 重 光 を 隠 蔽 で き る こ と を 明 ら か に し た 。 第2に 、 ス ベ ク ト ル ス ラ イ スWDM‑PONの ス ベ ク ト ル 利 用 効 率 の 向 上 す るspectrumlnterleaVedduplexを 提 案 し た 。 本 方 式 を 適 用 す る こ と で ガ ― ド イ ン タ ― パ ル の削 減も 考 慮し てス ベ クト ル利 用 効率 が倍 増 する こと を 明ら か に し た 。
以 上 に よ り 、 ス ペ ク ト ル 強 度 符 号 がPONシ ス テ ム の 高 度 化 に 有 効 で あ り 、 特 に 誤 接 続 機 器 か ら の 妨 害 光 耐 性 向 上 に よ る 高 信 頼 化 が 可 能 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。
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学位論文審査の要旨 主査客員教授吉本直人 副 査 教 授 小 柴 正 則 副 査 教 授 野 島 俊 雄 副 査 教 授 山 本 強
学 位 論 文 題 名
ス ベ ク ト ル強 度符 号の PON シス テム ヘの 適用 の研 究
ブ ロ ー ド バ ン ド サ ー ピ ス を 提 供す る 光 ア ク セス シ ス テ ム は、 経 済 性 の 観点 か ら 通 信 事 業者 ピ ル 内 に 設 置 す るOLT(Optical Line Terminal)と ユ ー ザ 宅 内 に 設置 さ れ る 複 数のONU(Optical Network Unit)を 、 光 ス プ リッ タ を 介 し て光 フ ァ イ ′ ヾで 接 続 す るPON(Passive Optical Network)シス テムが 主 に 用 い ら れ る 。 本 論 文 は こ の 社 会 的 ニ ー ズ を 踏 ま え てPONシ ス テ ムに 対 し て ス ペク ト ル 強 度 符 号 を 適 用 す る方 式 に つ い て成 果 を 上 げ てい る 。
第1章 で は 研 究 の 背 景 お よ びPONシ ス テ ム の 基 本 方 式 に つ い て 論 じ て い る 。 キ ャリ ア ネ ッ ト ワー ク では 、 ト ラ フ ィ ック を 監 視 ・ 制御 す るUPC． シ ェ ー パ ーを 経 由 し た 後に 、 ユ ー ザ 信号 同 士 を 多 重 す る こ と で 、定 め ら れ た 条件 に 合 致 し ない ト ラ フ イ ック に よ る 他 の トラ フ ィ ック ヘの影 響を抑 止す る 。PONシ ス テ ム は 、 こ のUPC． シ ェ ー パ ー 機 能 をOLTの 制 御 に 従 うONUが 担 い 、 光 伝 送 路 中 に 時 分 割 多 重の た め の タ イム ゲ ー ト や 波長 分 割 多 重 のた め の 波 長 フ アル タ 等 を含 まない 。この よう を 光伝 送 路 と す る こと で 、 シ ス テム 変 更 の 柔 軟性 等 の 利 点 があ る 。 し か し 、OLTの 制御 に 従 わ を い LAN機 器 等 が 誤接 続 さ れ る と誤 接 続 機 器 から の 信 号 光 （ 妨害 光 ） に よ り通 信 が 途 絶 する 。 こ の 問 題 は 、 設 置 工 事 のDIY化 やONU自 由 化 に よ り 頻 発 す る 恐 れ が 高 ま る 。 従 っ て 、PONシ ス テ ム に お け る 妨 害 光 耐性 の 向 上 が 必要 で あ る こ とを 述 べ て い る。
第2章 で は ス ベ ク ト ル 高 度 符 号 のPONシ ス テ ム へ の 適 用 に つ い て 述 べ て い る 。 妨 害 光 によ る 通 信 途 絶 を 防 止す る 方 法 と して 、3つ の アプ ロ ー チ が ある 。1． 光 フん イ バ と 接 続可能 を全て の機 器を OLTの 制 御 に 従 わ せ る 。2． 妨 害 光 が を い 波 長 でONUが 通 信 を 行 う よ う にOLTが 制 御 す る 。3． OLT側 の 処 理 で 妨 害 光 の 存 在 下 で 通 信 が 可 能 と す る 。 本 論 文 で は 、 既 にOLTに 制 御 を 受 けな い 機 器 が 多 数 流 通 し て い る こ と 、 簡 易 なONU構 成 が 望 ま し い こ と か ら 、3の ア プ ロ ーチ を 選 択 し てい る 。 具 体 的 に は 、PONシ ス テ ム の 妨 害 光 耐 性 向 上 を 目 的と し て 、 耐 干渉 性 と ス ベ クト ル 利 用 効 率 の 観 点 か ら 無線 及 び 有 線 メタ リ ッ ク に おい て 広 く 用 いら れ て い る 符 号分 割 多 重技 術の適 用を検 討し て い る 。
本 章 で は 向 上 す べ き 耐 性 と し て 、PONシ ス テ ム に 接 続 す るONUとOLTの 距 離 が 最 大20 km異 を る 遠近 問 題 を 考 慮 し、 妨 害 光 強 度が 、 受 信 対 象の 信 号 光 よ りも10 dB大 き い 場 合 にも 通 信 が 途 絶し な い こ と を 目 標 と し て い る 。 そ の 実 現 の た め に 、PONシ ス テ ム のONUか らOLTへ の 上 り 信 号 へ の 光 符 号 分 割 符 号 、 特 にONU側 が 簡 易 を 構 成 と を る ス ベク ト ル 強 度 符号 の 適 用 を 検討 し 、 消 費 電 カ の 増 大 を 招 く 温 度 調 整 機 構 のONU配 備 とOLTの 復 号 器 か らONUの 符 号 器 に 対 す る フ ィ ー ド
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バ ッ ク 制御 の 両 方 を 不要 と す る 温 度 無依 存 化 が 可 能を 周 朗 性 の ある 直交 符号を 提案し 、温度 による 受 信 感 度 劣 化 が な く 、 符 号 間 の 直 交 性 の 保 持 で きる こ と を 確 認 して い る 。 ま た、ONUの在 庫 コ ス ト 圧 縮 と サ ー ビ ス 即 応 化 に 寄 与 す るONUの 単 一 品 種 化 の た め の 符 号 可 変のFBG符号 器 を 検 討 し 、 そ の 符 号器 に 適 し た 巡回 性 を 有 す る 符号 を 考 案 し た。 考 案 し た 符号 では 、スベ クトル チップ 同士を 近 接 し た 場 合 に 発 生 す る ク ロ ス ト ー ク に よ り 直 交 性 の 崩 れ を 相 殺 で き る こ とを 確 認 し て いる 。 第3章 では 光 符 号 分 割多 重 の 課 題 であ る 信 号 光 間 ピー ト 雑 音 に 起因 す る 多 重 数制 限 を 緩 和す るため の コ ヒ ーレ ン ト 検 波 の適 用 を 検 討 し てい る 。 コ ヒ ーレ ン ト 検 波 適用 のた めには 、信号 光を構 成する ス ベ ク トル チ ッ プ と それ ら に 対 応 す る局 発 光 を 構 成す る ス ベ ク トル チッ プの位 相差が 全スベ クトル チ ッ プ で同 期 す る 必 要性 が あ る こ と を示 し て い る 。ま た 、 コ ヒ ーレ ント 検波を 用いる 場合に 必要と を るONU側 に 配 備 す る 簡 易 極 多 波 長 光 源 を 直 接 変 調LDと 電 気 回 路 の み で 構 成 で き る こ と を 提 案 し 、 実 証し て い る 。
第4章 で は ス ベ ク ト ル 強 度 符 号 を 用 い た 妨 害 光 耐 性 の 向 上 に つ い て 検 討 して い る 。 第1の 方 法 と し て 、3種 類 の 符 号 光の 特 性 を 利 用し た 妨 害 光 除 去器 に よ る 耐 性向 上 を 考 案 し、 実 験 に より 実証し て い る 。第2の 方 法 とし て 、 妨 害 光の 混 入 し た ス ベク ト ル チ ッ プの 受 信 を 停 止し て も 符 号問 直交性 を 保 つ 選択 受 信 停 止 によ る 耐 性 向 上 を検 討 し 、 複 数の ス ペ ク ト ルチ ップ に妨害 光が混 入して も、直 交 性 を 保 持 で き る こ と を 明 ら か に し て い る 。 第3に 光 の 符 号 器 を 不 要 と してONU側 の構 成 を 簡 易 化 で き るチ ャ ー プ 同 期受 信 に よ る 耐 性向 上 を 提 案 して い る 。
第5章 で は ス ベ ク ト ル 強 度 符 号 の 応 用 に つ い て 検 討 し て い る 。 第1に 、WDM信 号 と パ ラ レ ル 伝 送 す る こ と に よ る 光 レ イヤ で の 通 信 秘匿 化 を 検 討 して い る 。 そ の結 果 二 つ の 妨 害光 除 去 機 を 利用 す る こ と で 、2つ のWDM信 号 の 下 で 光 符 号 分 割 多 重 光 を 隠 蔽 で き る こ と を 明 ら か に し て い る 。 第2 に 、 ス ベ ク ト ル ス ラ イスWDMーPONの ス ベク ト ル 利 用 効率 の 向 上 す るspetrum interleaved duplex を 提 案 した 。
第6章 は 本 論 文 全 体 の ま と め で あ り 、 提 案 方 式 の 今 後 の 展 望 に つ い て 述 べ て い る 。 こ れ を 要 す る に ， 著 者は ， ブ ロ ー ドバ ン ド ネ ッ トワ ー ク の 普 及に 寄 与 す る ス ベク ト ル 強 度 符号 の PONシ ス テ ム へ の 適用 に 関 し て 有益 を 新 知 見 を得 た も の で あり ， 情 報 通 信 工学 分 野 の 発 展に 貢献す る と こ ろ大 な る も の があ る，よ って著 者は， 北海 道大学 博士（ 情報科 学） の学位 を授与 される 資格あ る も の と認 め る ．
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