特許 6186445 光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークでのレンジング用プリアンブルの設計及び検波

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6186445

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークでのレンジング用プリアンブルの設計及び検波

(51)【国際特許分類】

   H04L 27/26 20060101AFI20170814BHJP

   H04L 7/04 20060101ALI20170814BHJP

   H04L 12/44 20060101ALI20170814BHJP

   H04B 10/272 20130101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H04L27/26 110

   H04L7/04 200

   H04L12/44 200

   H04B10/272

【請求項の数】18

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-544366(P2015-544366)

(86)(22)【出願日】2012年11月30日

(65)【公表番号】特表2016-506643(P2016-506643A)

(43)【公表日】2016年3月3日

(86)【国際出願番号】EP2012074085

(87)【国際公開番号】WO2014082679

(87)【国際公開日】20140605

【審査請求日】2015年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】507210281

【氏名又は名称】フラウンホファー‐ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100144082

【弁理士】

【氏名又は名称】林田 久美子

(72)【発明者】

【氏名】ラツムトウツ・エム．エスシー・アリ

【審査官】 大野 友輝

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１３６７４５（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２００８−３０６４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７５８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１０８２９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１０−５３１５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Han Wang et al.，A Novel Synchronization Algorithm for OFDM Systems with Weighted CAZAC Sequence，Journal of Computational Information Systems，Binarry Information Press，２０１２年 ３月，Vol.8, 6，2275-2283，ＵＲＬ，http://www.jofcis.com/publishedpapers/2012_8_6_2275_2283.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ ２７／２６

Ｈ０４Ｂ １０／２７２

Ｈ０４Ｌ ７／０４

Ｈ０４Ｌ １２／４４

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

−複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）（２ａ〜２ｎ）であって、それぞれが、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の上り同期のためのレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を生成する、複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）（２ａ〜２ｎ）と、
−複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の信号を受信する受信装置（５）であって、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を受信する、受信装置（５）と、
を備えた、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークであって、
前記受信装置（５）は、複数のレンジング系列（６１１）が記憶された相関部（６１）を有し、
前記受信装置（５）は、前記記憶されたレンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の相関処理を実行することを含む、レンジング検出処理を実行し、さらに、当該相関処理の結果に応じたレンジング応答を、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に送信する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項2】

請求項１に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、当該光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク（１）が、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）である、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項3】

請求項１または２に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、局側終端装置（ＯＬＴ）である、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記相関処理が、前記記憶されたレンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて、複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の自己相関と相互相関のいずれか一方または両方を実行することを含む、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項5】

請求項４に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、前記自己相関および前記相互相関を実行することによってそれぞれ生成された信号のピークを検出するピーク検出部（６３）を有する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項6】

請求項４または５に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記自己相関と前記相互相関のいずれか一方または両方が、時間領域で実行される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項7】

請求項４から６のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、前記複数のレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の前記自己相関または相互相関を順次実行する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項8】

請求項４から７のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、前記複数のレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の前記自己相関または相互相関を並列に実行する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のうちの少なくとも１つが、定振幅零自己相関（ＣＡＺＡＣ）系列を含むレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を生成する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれにより生成される前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）は、前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を前記受信装置（５）が前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に対応付けるように、当該ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれに特有な疑似雑音（ＰＮ）系列を含む、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項11】

請求項９に従属する請求項１０に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれにより生成される前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）が、前記特有なＰＮ系列によって乗算されたＣＡＺＡＣ系列を含む、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記相関部（６１）に記憶された前記レンジング系列（６１１）のそれぞれが、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれに対応付けられ、かつ、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれに特有な疑似雑音（ＰＮ）系列を含み、前記相関処理が、前記対応付けられたレンジング系列（６１１）を用いて、前記受信したレンジング系列それぞれに対して実行される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）が、開始系列のスペクトル補間を実行することによって生成される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項14】

請求項１３に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記スペクトル補間の補間次数が、前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の送信用に設けられたサブキャリアの数と当該光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク（１）により設けられたサブキャリアの総数との比に依存する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項15】

請求項１から１４のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）が、開始系列に指数関数を乗算することによって生成される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記レンジング応答が、時間、周波数および出力のいずれか１または複数について必要な変更に関する情報を含み、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）は、当該レンジング応答を受け取ると、データ送信を開始する前に、そのレンジング応答に含まれる前記情報に応じて、タイミング、周波数および出力のいずれか１つまたは複数の設定を変更する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。

【請求項17】

光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを動作させる方法であって、
−複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）（２ａ〜２ｎ）により、複数のレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を生成する過程と、
−受信装置（５）により、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を受信する過程であって、当該受信装置（５）が、複数のレンジング系列（６１１）が記憶された相関部（６１）を有する、過程と、
−レンジング検出処理を実行する過程であって、前記記憶されたレンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて、複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の相関処理を実行することを含む過程と、
−前記相関処理の結果に応じたレンジング応答を、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に送信する過程と、
を含む、方法。

【請求項18】

請求項１から１６のいずれか一項に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを動作させる方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク、および請求項１７に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを動作させる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来技術から、複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）を局側終端装置（ＯＬＴ）等の受信装置に接続してなる、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）のような光通信ネットワークが知られている。具体的には、このような光通信ネットワークでのデータ送信には、非特許文献１（「次世代光アクセスネットワーク用のＯＦＤＭ」という論文）に記載されているように直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式を採用することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】"OFDM for Next-Generation Optical Access Networks（次世代光アクセスネットワークのためのＯＦＤＭ）", N. Cvijetic, J. of Lightwave Technology, vol. 30, No. 4, p. 384-398, Feb. 2012

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、上り性能の優れた光通信ネットワークを提供することである。また、そのような光通信ネットワークを動作させる方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

これらの課題は、請求項１に記載の光通信ネットワークおよび請求項１７に記載の方法によって解決される。本発明の各実施形態は、従属請求項に記載されている。

【0006】

すなわち、
−複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）であって、それぞれが、複数の前記ＯＮＵの上り同期のためのレンジング系列を生成する、複数の加入者接続装置と、
−複数の前記ＯＮＵの信号を受信する受信装置であって、複数の前記ＯＮＵの前記レンジング系列を受信する受信装置と、
を備える、光通信ネットワークであって、
前記受信装置は、複数のレンジング系列が記憶された相関部を有し、
前記受信装置（５）は、前記記憶された前記レンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の相関処理を実行することを含む、レンジング検出処理を実行し、さらに、当該相関処理の結果に応じたレンジング応答を、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に送信する、光通信ネットワークを提供する。

【0007】

本発明にかかる光通信ネットワークで実行可能なレンジング手順により、上り信号（すなわち、複数のＯＮＵから前記受信装置に送信される信号）を、その受信装置のローカルな時間基準および／または周波数基準に同期させることができる。その結果、各ＯＮＵと受信装置との間の通信リンクの特性（例えば、各ＯＮＵと前記受信装置との間の距離など）を考慮することになる。具体的には、上り信号を同期させることにより、多元接続干渉（ＭＡＩ）および／またはシンボルタイミングオフセット（ＳＴＯ）および／またはキャリア周波数オフセット（ＣＦＯ）および／またはシンボル間干渉（ＩＳＩ）等による上り信号の品質低下を防止、あるいは、少なくとも軽減することができる。

【0008】

本発明にかかる光通信ネットワークは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式に従って動作する。ＯＦＤＭＡネットワークは、高速のデータレートおよび高いスペクトル効率を提供可能なネットワークであり、例えば多値変調方式などを利用することができる。また、サイクリックプリフィックス（ＣＰ）を用いることにより、光ファイバ中での波長分散（ＣＤ）や偏波モード分散（ＰＭＤ）に対するネットワーク耐性を高めることができる。

【0009】

また、ＯＦＤＭＡネットワークでは、波長分割多重（ＷＤＭ）ネットワークと異なり、ユーザのその時々の要件に応じて、例えば割り当てるサブキャリア数を調整し、かつ／または、異なる変調方式を利用する等により、各ユーザ（例えば、ＯＮＵなど）に対して帯域幅を動的かつ柔軟に割り当てることができる。例えば、各ユーザに割り当てられるサブキャリア数を、ＯＦＤＭＡシンボルごとに異らせることが可能である。

【0010】

ただし、ＯＦＤＭネットワークでは、ＯＦＤＭ信号の正確な検波・復調を確実に行えるように、データ送信に用いられる異なるサブキャリア間の直交性を出来る限り良好に維持する必要がある。そのため、ＯＦＤＭネットワーク／ＯＦＤＭＡネットワークでは、特にそのレンジング手順により、異なるサブキャリア間の、データ送信に用いられる直交性が、ＯＮＵから受信装置への伝送中確実に維持されるようにする。

【0011】

本発明にかかる光通信ネットワークは、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）であってもよい。また、前記受信装置は、局側終端装置（ＯＬＴ）であってもよい。前記ＯＮＵにより生成・送信されたレンジング系列は、前記受信装置のレンジング手段によって受信されてもよい。このレンジング手段は、自己相関および相互相関を実行してもよい。このレンジング手段は、前記受信装置のコンピュータ装置内に含まれたコンピュータコードによって実現可能である。また、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の特定のハードウェアデバイスによっても実現可能である。

【0012】

前記受信装置により実行される前記相関処理は、例えば、前記記憶されたレンジング系列のうちの少なくとも１つを用いて、複数の前記受信したレンジング系列の自己相関および／または相互相関を実行することを含む。具体的には、前記受信装置は、前記ＯＮＵのそれぞれに特有な記憶されたレンジング系列を用いて、前記受信したレンジング系列の自己相関および相互相関を実行する。

【0013】

例えば、前記加入者接続装置のうちの少なくとも１つは、定振幅零自己相関（ＣＡＺＡＣ）系列を含むレンジング系列を生成する。後述するが、具体例として、前記加入者接続装置のうちの少なくとも１つは、ＣＡＺＡＣ系列を疑似雑音（ＰＮ）系列と組み合わせる。ＣＡＺＡＣ系列は振幅が一定なので、ピーク対平均出力比が０ｄＢになる。また、ＣＡＺＡＣ系列の自己相関値は、中央値以外の数値が僅かな数値にしかならない。さらに、ＣＡＺＡＣ系列を（離散）フーリエ変換しても再びＣＡＺＡＣ系列になる。つまり、ＣＡＺＡＣ系列は、時間領域および周波数領域のいずれにも使うことができる。ＣＡＺＡＣ系列を同期アルゴリズムに用いることの一般原理は、H. Wang達による“A Novel Synchronization Algorithm for OFDM Systems with Weighted CASAC Sequence（重み付きＣＡＺＡＣ系列を用いる、ＯＦＤＭシステム用の新規の同期アルゴリズム）”（J. of Computational Information Systems 8, p. 2275-2283, March 2012）という論文に記載されている。なお、この論文については、参照をもって本明細書に取り入れたものとする。

【0014】

ＣＡＺＡＣ系列を用いると構成には、無線通信ネットワークにおける従来のレンジング手順よりも短いレンジング系列を使用することができるので、検波の複雑度合が低いという利点がある。また、ＣＡＺＡＣ系列を用いることにより、検出が容易な相関信号を生成することができる。さらに、ＣＡＺＡＣ系列は、望ましくない信号対雑音比に対してロバスト（頑健）である。

【0015】

前記レンジング系列のそれぞれは、ＣＡＺＡＣ系列の一種であるＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を含んでもよい。例えば、下記の式で表されるＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列が使われる：

【0016】

【数1】

【0017】

（式中、Ｌは長さであり、ｒは系列番号である。）

【0018】

前記レンジング系列は、データ信号のプリアンブルであってもよい。一例として、前記レンジング系列は、ＯＦＤＭシンボル、例えば４種類の部分で構成されるＯＦＤＭシンボルであるとする。

【0019】

前記レンジング系列は、開始系列（starting sequence）Ｚ（例えば、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列）を繰り返すことで形成されたものであってもよい。これにより、急峻な相関信号を得ることができる。一例として、前記開始系列Ｚを４回繰り返すことにより、系列：Ｔ＝｛Ｚ Ｚ Ｚ Ｚ｝が形成される。

【0020】

また、前記加入者接続装置のそれぞれにより生成される前記レンジング系列は、受信したレンジング系列を、当該レンジング系列を生成した加入者接続装置に前記受信装置が対応付けるように、当該加入者接続装置のそれぞれに特有な疑似雑音（ＰＮ）系列を含んでもよい。詳細には、そのＰＮ系列は、ＣＡＺＡＣ系列と組み合わせられる。具体例として、ＣＡＺＡＣ系列をその特有なＰＮ系列によって乗算することにより、これらＰＮ系列とＣＡＺＡＣ系列とが組み合わされる。例えば、前記相関部に記憶された前記レンジング系列のそれぞれが、前記ＯＮＵのそれぞれに対応付けられ、かつ、前記ＯＮＵのそれぞれに特有なＰＮ系列を含む。前記相関処理は、前記対応付けられたレンジング系列を用いて、前記受信したレンジング系列それぞれに対して実行される。

【0021】

一具体例として、前述した開始系列（例えば、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ開始系列）のうちの１番目の要素と３番目の要素を、ＰＮ系列（長さＬ）によって乗算することにより、（変更後の）開始系列：Ｓ＝｛Ｚ^＊ＰＮ Ｚ Ｚ^＊ＰＮ Ｚ｝が得られる。

【0022】

また、前記レンジング系列が、開始系列（例えば、サンプリングされた開始系列）のスペクトル補間を実行することによって生成されてもよい。前記スペクトル補間の補間次数（degree）は、前記レンジング系列の送信用に（具体的には、前記ＯＬＴによって）設けられた（割り当てられた）サブキャリアの数（サブキャリア数）と前記光通信ネットワークによって設けられたサブキャリアの総数（総サブキャリア数）との比に依存する。

【0023】

また、前記レンジング系列が、前記開始系列に指数関数を乗算することによって生成されてもよい。これにより、当該系列を、周波数領域において（例えば、前記ＯＬＴによりレンジング目的で規定される）所定の周波数範囲にシフトさせることができる。したがって、高効率なレンジング手順を確立することができる。このようなレンジング手順は、ＯＮＵが定期的に省出力モードに切り替わるため、レンジング手順を繰り返す必要があるＰＯＮにおいて極めて望ましい。例えば、前記光通信ネットワークは、１つまたはいくつかの同期済みＯＮＵを備えている。

【0024】

一具体例では、前記開始系列：Ｓ＝｛Ｚ^＊ＰＮ Ｚ Ｚ^＊ＰＮ Ｚ｝を用いて、以下のレンジング系列が生成される：

【0025】

【数2】

【0026】

（式中、Ｅは、前記レンジング系列の送信用に設けられたサブキャリアの数と前記光通信ネットワークにより設けられたサブキャリアの総数との比に依存する、前述の補間次数である。）

【0027】

上記の補間は、前記受信装置によって実行されてもよい。あるいは上記の補間が、類似の要素によって実行されてもよい。

【0028】

留意すべきは、無線通信ネットワークに用いられる従来のレンジング手順は、ＰＯＮに採用できないという点である。その理由として、ＰＯＮのクロックレートが、通常極めて高いことが挙げられる。具体的には、従来のレンジング手順は、サイクリックプレフィックスの長さを最大遅延時間よりも長く設定するという同期概念に基づいている。しかし、ＰＯＮでは、ＯＦＤＭシンボルが短く、ラウンドトリップ遅延が長いことから、そのような同期概念を採用することができない。

【0029】

前記受信装置は、前記自己相関および前記相互相関を実行することによってそれぞれ生成された信号（相関信号）のピークを検出するピーク検出部を有してもよい。このピーク検出部は、相関信号の強度が所定の閾値を超えた場合にピークを検出してもよい。このピーク検出部により検出された（時間スケール上のまたは周波数スケール上の）少なくとも１つのピークの位置に応じて、レンジング応答信号が、対応する１つまたは複数のＯＮＵに送信されてもよい。具体的には、その相関信号のうちの、時間軸上で検出されるピークの位置（または周波数軸上で検出されるピークの位置）は、ＯＮＵから受信装置へと伝送される間所信号に生じる遅延時間（または周波数シフト）に比例する。

【0030】

したがって、前記１つまたは複数のＯＮＵに送信される前記レンジング応答は、時間および／または周波数および／または出力について必要なシフトに関する情報を含み得る。そして、前記加入者接続装置は、当該レンジング応答を受け取ると、データ送信を開始する前に、そのレンジング応答に含まれる前記情報に応じて、タイミングおよび／または周波数および／または出力の設定を変更する。

【0031】

他の例において、前記受信装置は、（前記ＯＮＵにより生成・送信された）前記複数のレンジング系列の前記自己相関または相互相関を順次実行する。さらに、または代わりに、前記受信装置は、（２つの異なる前記ＯＮＵにより生成・送信された）少なくとも２つの異なるレンジング系列の前記自己相関または相互相関を並列に実行してもよい。例えば、前記レンジング手段は、複数の相関部（それぞれが個別のＯＮＵに対応付けられてもよい）を有する。

【0032】

本発明は、さらに、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを動作させる方法、特に、請求項１から１６に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを使用する方法であって、
−複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）により、複数のレンジング系列を生成する過程と、
−受信装置により、前記加入者接続装置の前記レンジング系列を受信する過程であって、当該受信装置が、複数のレンジング系列が記憶された相関部を有する、過程と、
−レンジング検出処理を実行する過程であって、前記記憶されたレンジング系列のうちの少なくとも１つを用いて、複数の前記受信したレンジング系列の相関処理を実行することを含む過程と、
−前記レンジング検出処理の結果に応じたレンジング応答を、前記加入者接続装置に送信する過程と、
を含む、方法に関する。

【0033】

これまでに説明した光通信ネットワークに関する本発明の実施形態は、本発明にかかる方法に対しても同様に適用可能である。

【0034】

以下では図面を参照しながら、実施形態を用いて本発明を詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明の一実施形態にかかる通信ネットワークの概略図である。

【図2】本発明にかかる動作方法を示す図である。

【図3】本発明にかかる通信ネットワークに用いられるレンジング手段の概略図である。

【図4】複数のレンジング系列を受信した受信装置による相関処理の結果を示す図である。

【図5】１フレーム内のレンジング対象ＯＮＵの数に対する、同期済みＯＮＵのＥＶＭ（誤差ベクトルの大きさ）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図１に、本発明にかかる光通信ネットワークである受動光ネットワーク（ＰＯＮ）１を示す。この受動光ネットワーク１は、複数（３つ）の加入者接続装置（ＯＮＵ）２ａ〜２ｃを備える。一例として、ＯＮＵ２ａは、プライベートユーザによって使用されるＯＮＵ（例えば、データレートが１〜２５ＧｂｐｓであるＯＮＵ）とされ、ＯＮＵ２ｂは、ビジネスユーザによって使用されるＯＮＵ（例えば、データレートが１〜５０ＧｂｐｓであるＯＮＵ）とされ、ＯＮＵ２ｃは、モバイルバックホールによって使用されるＯＮＵ（例えば、データレートが１〜１００ＧｂｐｓであるＯＮＵ）とされる。つまり、ＯＮＵ２ａ〜２ｃは、互いに異なり且つ変動する帯域幅要件を有する。当然ながら、図２に示すように、４つ以上のＯＮＵが設けられてもよい。

【0037】

通信ネットワーク１は、直交周波数分割多元接続（OFDMA）方式の下で動作するものであり、ＯＮＵ２ａ〜２ｃのそれぞれに複数のサブキャリアが割り当てられる。異なるサブキャリアに、異なる変調方式を適用することも可能である。例えば、ＯＮＵ２ａは四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）方式を利用し、ＯＮＵ２ｂ及びＯＮＵ２ｃは直交振幅変調（ＱＡＭ）を利用してもよい。

【0038】

ＯＮＵ２ａ〜２ｃは、グラスファイバケーブル３ａ〜３ｃおよび光スプリッタ４を介して、局側終端装置（ＯＬＴ）５（例えば、１〜１００Ｇｂｐｓのデータレートを実現可能なＯＬＴ）の形態の受信装置に接続されている。ＯＮＵ２ａ〜２ｃとＯＬＴ５との間の各グラスファイバリンクは、特性が互いに異なるために、ＯＮＵ２ａ〜２ｃからファイバリンク３０を経てＯＬＴ５へと送信される（光）上り信号（ＵＳ（upstream signal））は、互いに異なる遅延時間でＯＬＴ５に到達する。

【0039】

具体的には、これらＯＮＵ２ａ〜２ｃは、（ロード）データ送信の開始を許可される前に、当該ＯＮＵ２ａ〜２ｃにより送信される信号間の直交性が当該ＯＮＵ２ａ〜２ｃからＯＬＴ５へと伝送される間維持されるように、上り方向において同期される必要がある。この目的のために、レンジング手順が実行される。具体的には、同期されるべきＯＮＵが、レンジング系列の形態のレンジング信号を生成し、当該レンジング信号をＯＬＴ５に送信する。このように上り方向で同期されるべきＯＮＵのうちの少なくとも１つが、前記レンジング系列を生成する前に、例えば専用の制御チャネル等を介して下り同期（ＤＳ）が完了していてもよい。この下り同期の結果に応じて、前記レンジング系列が基礎とする開始系列が規定されてもよい。

【0040】

一例として、前記レンジング系列は、図２に示すようにデータ信号のレンジング用プリアンブル２０ａ〜２０ｎとして送信される。例えば、ＯＮＵ２ｂ〜２ｎ間の互いに異なる距離により、プリアンブル２０ｂ〜２０ｎが互いに異なる遅延時間でＯＬＴ５に到達する。

【0041】

図２の例では、光通信ネットワーク１のＯＮＵ２ａ〜２ｎのうちの１つ（ＯＮＵ２ａ）が同期済みであり、上りデータ送信（データ系列２０）を既に開始している。したがって、同期されるべきＯＮＵはＯＮＵ２ｂ〜２ｎのみであり、これらＯＮＵ２ｂ〜２ｎがレンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎを送信する。レンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎは、同期済みＯＮＵ２ａのデータ信号と共にＯＬＴ５によって受信される。ＯＬＴ５は、レンジング用プリアンブル２０ａ〜２０ｎを処理するレンジング手段６を含む。図３に、レンジング手段６の詳細を示す。

【0042】

図３に示すように、レンジング手段６は、バンドパスフィルタ６２１と間引き部６２２とを含むフィルタ手段６２を有する。バンドパスフィルタ６２１は、受信装置５に到達するデータサブキャリアＤＳＣから、前記レンジング系列の送信用に設けられた、（図２のレンジングサブキャリアＲＳＣ）を抽出する。間引き部６２２は、前記レンジング系列の補間の逆を行う。すなわち、間引き部６２２は、その系列を維持したまま、そのサンプル数を減らす。このようにして抽出された、レンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎを搬送するレンジングサブキャリアＲＳＣは、レンジング手段６の相関バンク（correlator bank）６１の形態の相関部に受け取られる。

【0043】

相関バンク６１は、疑似雑音（ＰＮ）系列６１１の形態の複数のレンジング系列を記憶して、かつ、その記憶されたＰＮ系列６１１のうちの少なくとも１つを用いて、レンジング手段６が受信したレンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎの自己相関および／または相互相関を実行する。相関バンク６１が自己相関または相互相関を実行することによって生成された相関信号は、ピーク検出部６３に送信される。ピーク検出部６３は、所定の閾値６１２に応じて前記相関信号のピークを検出する。

【0044】

前記相関信号内の検出されたピークの位置（時間位置）は、対応するＯＮＵにより送信される信号がＯＬＴ５へと伝送される間に当該信号に生じる時間遅延量に正比例する（前記ピークの位置は、その時間遅延量に対して一意的関係を有する）。さらに、前記相関信号内の検出されたピークの大きさ（振幅）は、対応するＯＮＵの送信出力に対応する。したがって、検出されたピークの前記位置及び前記大きさを用いることにより、ＯＮＵのデータ送信を同期するために各ＯＮＵが実行すべきタイミング設定（タイミングオフセット）についての変更および／または出力についての変更に関する情報を含む補正信号（レンジング応答）を生成し、当該補正信号を各ＯＮＵに送信することができる。自己相関および相互相関による相関信号から周波数シフトを導き出し、当該周波数シフトを用いることで、必要な周波数シフトに関する情報を含むレンジング応答を生成してもよい。図４に、相関信号の一例を示す。

【0045】

ＯＮＵ２ｂ〜２ｃにより生成されるレンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎは、それぞれ、定振幅零自己相関（ＣＡＺＡＣ）系列と、無作為に選ばれ得る疑似雑音（ＰＮ）系列との前述したような組合せを含んでもよい。このＰＮ系列は、対応するレンジング用プリアンブルを生成・送信したＯＮＵをレンジング手段６が識別するために使用される。異なるレンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎ同士の衝突は、これらレンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎの直交性により許容可能である。一具体例として、レンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎは、ＣＡＺＡＣ系列とＰＮ系列とを含む開始系列から生成され、かつ、その開始系列は、スペクトル補間される。これにより、特に、それらレンジング用プリアンブルを送信するのに必要な周波数帯域幅、つまり、レンジングサブキャリアＲＳＣが占める周波数帯域幅（図２）を抑制する（小さくする）ことができる。また、ＣＡＺＡＣ系列とＰＮ系列とを含む前記開始系列は、前記レンジング系列を所望の周波数にシフトするための周波数シフトｆ_Ｒに応じた、つまり、レンジングサブキャリアに応じた指数関数によって乗算されてもよい。具体的には、その所望の周波数は、前記レンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎがデータサブキャリアＤＳＣに干渉しないように、（ロード）データ送信に用いられるサブキャリア（図２の同期済みＯＮＵ２ａのサブキャリアＤＳＣ）から十分な周波数間隔を置いた周波数とされてもよい。

【0046】

一具体例として、相関バンク６１は、レンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎのそれぞれについて、タイミングメトリックＧ_ｍ（ｄ）を算出する。ここで、タイミングメトリックＧ_ｍ（ｄ）は、下記の式で表される：

【0047】

【数3】

【0048】

（式中、ｄは時間遅延量（又は周波数シフト）であり、Ｗ_ｍ（ｄ）とＲ（ｄ）は下記の式で表される。）

【0049】

【数4】

【0050】

（式中、ＰＮ_ｍはｍ個目のＯＮＵのレンジング用プリアンブルのＰＮ系列であり、Ｓはそのレンジング用プリアンブルのＣＡＺＡＣ系列であり、Ｎはプリアンブルのサンプル数であり、Ｎ_１＝Ｎ／４は使用されたＰＮ系列の長さ（サンプル数）に相当する。）

【0051】

ピーク検出部６３は、相関信号（すなわち、前記タイミングメトリック）のピークを、それが閾値６１２を超えた場合に検出する。すなわち、レンジング用プリアンブルが検波されて、下記の式を満たす時間遅延位置（タイミングオフセット）^＾ｄ_ｍが特定される。

【0052】

【数5】

【0053】

レンジング手段６は、このように算出された時間遅延量^＾ｄ_ｍおよび大きさＧ_ｍ（^＾ｄ_ｍ）に応じて、必要なタイミングオフセット^＾τ_ｍおよび出力についての変更^＾ρ_ｍを含むレンジング応答信号を生成する。同様に、必要な周波数シフトΔ^＾ｆ_ｍを算出することも可能である。対応するＯＮＵに前記レンジング応答信号が送られると、この対応するＯＮＵは、同期データ送信を開始する前に、タイミングおよび／または出力および／または周波数の設定を変更する。

【0054】

あるＯＮＵのレンジング用プリアンブルが検波されない場合（すなわち、このＯＮＵがレンジング応答を受信していない場合）、そのＯＮＵは、同じレンジング用プリアンブルを（例えば、一定のバックオフ時間後に）より高い出力で再送信してもよい。

【0055】

図４に、レンジング手段６の相関バンク６１からの出力のシミュレーションを示す。このシミュレーションでは、レンジング手段６が、（上り方向で同期されるべき６つのＯＮＵに対応する）６つのレンジング用プリアンブルを受信・処理する場合を想定した。また、このシミュレーションでは、（レンジング手段６の）各種信号処理部、さらには、ＯＦＤＭ通信ネットワーク内の各種光学構成要素も考慮に入れた。また、このシミュレーションに用いた通信ネットワークは、同期されるべき６つのＯＮＵ（すなわち、「レンジング対象ＯＮＵ」）に加えて、１つの同期済みＯＮＵをさらに備えている。

【0056】

また、１フレームあたり１０個のＯＦＤＭシンボルを、１２ギガサンプル／秒のサンプリングレートおよび１ＧＨｚの帯域幅で、スタンダードモードファイバにより２０キロメートルの距離にわたって送信した。前記同期済みＯＮＵは、データ送信用に２５０個のサブキャリアを用いる。このシミュレーションでのサブキャリアの総数（つまり、ＦＦＴ長さ）は１０２４である。さらに、１フレーム内のレンジング用プリアンブルの数を様々に変えてシミュレーションを行った。

【0057】

このシミュレーションにおけるタイミングメトリック（ｙ軸：前述したタイミングメトリックＧ_ｍ（ｄ）に相当）のピークＰ１〜Ｐ６は、異なるレンジング対象ＯＮＵの各レンジング用プリアンブルに対応付けできる。時間軸（ｘ軸）上のピークＰ１〜Ｐ６の位置は、それらレンジング用プリアンブル（例えば、図２のレンジング用プリアンブル２０ｂ〜２０ｎ）の送信時間、すなわち、それらレンジング用プリアンブルが対応するＯＮＵから受信装置５へと伝送されるのに必要な時間に比例し得る。前述したように、ピークは、その大きさが所与の閾値を超えた場合に検出される。したがって、レンジング対象ＯＮＵにより送信されるレンジング用プリアンブルは、その大きさを、相関信号（タイミングメトリック）の対応するピークが閾値を超えるように十分に大きく設定されなければならない。その一方、同期済みＯＮＵにより用いられるデータサブキャリアに干渉しないように過度に大きく設定されるべきでもない。

【0058】

図５に、レンジング対象ＯＮＵの数に対する、同期済みＯＮＵの誤差ベクトルの大きさ（ＥＶＭ）（ｙ軸）を示す。図中のＥＶＭは、レンジング対象ＯＮＵの数（ｘ軸）が増えるにつれて上昇しているが、レンジング対象ＯＮＵを１２個設けたことによるＥＶＭの上昇率は約１％とごく僅かである。この結果は、本発明にかかる光ネットワークで実行可能なレンジング手順が、データサブキャリアにごく僅かしか干渉しないことを示唆している。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
〔態様１〕
−複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）（２ａ〜２ｎ）であって、それぞれが、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の上り同期のためのレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を生成する、複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）（２ａ〜２ｎ）と、
−複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の信号を受信する受信装置（５）であって、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を受信する、受信装置（５）と、
を備えた、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークであって、
前記受信装置（５）は、複数のレンジング系列（６１１）が記憶された相関部（６１）を有し、
前記受信装置（５）は、前記記憶されたレンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の相関処理を実行することを含む、レンジング検出処理を実行し、さらに、当該相関処理の結果に応じたレンジング応答を、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に送信する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様２〕
態様１に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、当該ＯＦＤＭＡ光通信ネットワーク（１）が、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）である、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様３〕
態様１または２に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、局側終端装置（ＯＬＴ）である、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様４〕
態様１から３のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記相関処理が、前記記憶されたレンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて、複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の自己相関と相互相関のいずれか一方または両方を実行することを含む、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様５〕
態様１から４のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のうちの少なくとも１つが、定振幅零自己相関（ＣＡＺＡＣ）系列を含むレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を生成する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様６〕
態様１から５のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれにより生成される前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）は、前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を前記受信装置（５）が前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に対応付けるように、当該ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれに特有な疑似雑音（ＰＮ）系列を含む、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様７〕
態様５に従属する態様６に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれにより生成される前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）が、前記特有なＰＮ系列によって乗算されたＣＡＺＡＣ系列を含む、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様８〕
態様１から７のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記相関部（６１）に記憶された前記レンジング系列（６１１）のそれぞれが、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれに対応付けられ、かつ、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）のそれぞれに特有な疑似雑音（ＰＮ）系列を含み、前記相関処理が、前記対応付けられたレンジング系列（６１１）を用いて、前記受信したレンジング系列それぞれに対して実行される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様９〕
態様１から８のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）が、開始系列のスペクトル補間を実行することによって生成される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１０〕
態様９に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記スペクトル補間の補間次数が、前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の送信用に設けられたサブキャリアの数と当該光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク（１）により設けられたサブキャリアの総数との比に依存する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１１〕
態様１から１０のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）が、開始系列に指数関数を乗算することによって生成される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１２〕
態様１から１１のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、前記自己相関および前記相互相関を実行することによってそれぞれ生成された信号のピークを検出するピーク検出部（６３）を有する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１３〕
態様１から１２のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記レンジング応答が、時間、周波数および出力のいずれか１または複数について必要な変更に関する情報を含み、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）は、当該レンジング応答を受け取ると、データ送信を開始する前に、そのレンジング応答に含まれる前記情報に応じて、タイミング、周波数および出力のいずれか１つまたは複数の設定を変更する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１４〕
態様１から１３のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記自己相関と前記相互相関のいずれか一方または両方が、時間領域で実行される、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１５〕
態様１から１４のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、前記複数のレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の前記自己相関または相互相関を順次実行する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１６〕
態様１から１５のいずれか一態様に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークにおいて、前記受信装置（５）が、前記複数のレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の前記自己相関または相互相関を並列に実行する、光ＯＦＤＭＡ通信ネットワーク。
〔態様１７〕
光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを動作させる方法（、特に、態様１から１６）に記載の光ＯＦＤＭＡ通信ネットワークを使用する方法）であって、
−複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）（２ａ〜２ｎ）により、複数のレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を生成する過程と、
−受信装置（５）により、複数の前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）の前記レンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）を受信する過程であって、当該受信装置（５）が、複数のレンジング系列（６１１）が記憶された相関部（６１）を有する、過程と、
−レンジング検出処理を実行する過程であって、前記記憶されたレンジング系列（６１１）のうちの少なくとも１つを用いて、複数の前記受信したレンジング系列（２０ｂ〜２０ｎ）の相関処理を実行することを含む過程と、
−前記相関処理の結果に応じたレンジング応答を、前記ＯＮＵ（２ａ〜２ｎ）に送信する過程と、
を含む、方法。

【符号の説明】

【0059】

１ 通信ネットワーク
２ａ〜２ｎ ＯＮＵ
３ａ〜３ｎ 光ファイバ
４ スプリッタ
５ ＯＬＴ
６ レンジング手段
２０ データ
２０ａ〜２０ｎ レンジング用プリアンブル
３０ ファイバリンク
６１ 相関バンク
６２ フィルタ手段
６３ ピーク検出部
６１１ 記憶されたレンジング系列
６１２ 閾値
６２１ バンドパスフィルタ
６２２ 間引き部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】