JP2008311916A - 加入者側終端装置および加入者側給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間の停電の発生においても二次電池の完全な消耗を回避する。
【解決手段】加入者側終端装置は、商用電源からの電力を自装置内に供給する電源回路１１と、局側終端装置から送信される光信号を光ファイバ１４を介して受光するアレイ受光素子であるフォトボル素子１０と、商用電源の停電時に自装置内に電力を供給する二次電池１２と、商用電源から電力が供給されている場合は電源回路１１の出力に二次電池１２を接続し、商用電源が停電した場合は二次電池１２を電源回路１１の出力から切り離してフォトボル素子１０の出力を二次電池１２に接続する電源切り替えスイッチ１３とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、加入者ネットワークの局側終端装置と光ファイバを介して通信を行う加入者側終端装置に係り、特に停電時の給電、緊急通話、障害検出を実現する加入者側終端装置および加入者側給電方法に関するものである。

ＰＯＮ（Passive Optical Network）に代表される光アクセスネットワークは、伝送路に光ファイバを使用している。このネットワークでは、局と加入者側の終端装置（Optical Network Terminal、以下、ＯＮＴとする）との間が銅線で接続されていないために、従来の電話交換機ネットワークのように、局から加入者への信号伝送路を利用したＯＮＴへの給電が不可能となっている。このため、ＯＮＴ側の電源は、加入者側にて商用電力から給電するのが一般的な形態である。このことは、商用電源の停電時にアクセス光ネットワークのＯＮＴが使用不能となること、すなわち異なるオペレータ間でサービスの障害が波及することを意味している。

このような光アクセスネットワークへの停電の影響を回避するために、二次電池などの充電手段を用いて、商用電源の停電をバックアップするシステムが実用化されている。このシステムは、商用電源の通電時にＯＮＴ内の二次電池に充電を行い、停電時にはＯＮＴの給電回路を切り替えて、二次電池からＯＮＴに給電するようにして通信サービスを継続可能とするものである。

また、特許文献１には、停電時にバックアップ用電池で動作する場合に、低速通信へのモード切り替えを行うことで、通信中の消費電力を低減する技術が開示されている。
また、特許文献２には、交換機から直流成分を有する光を光ファイバを介して端末に送り、この光を端末側で電気量に変換して端末の二次電池を充電する端末給電方式が開示されている。

特許文献２の端末給電方式は、端末が空状態のときに交換機から端末への給電を行うものである。これに対して、特許文献３には、電話局において電力用直流成分に信号成分を重畳させて光源を駆動し、光源が発光した信号光と電力光を光ファイバを介して電話機に伝送し、電話機において電力光を電力に変換することにより、通信と同時に電話機への給電を行う技術が開示されている。

停電時の課題は、緊急通話のみならず、光アクセスネットワークの保守機能にも同様に存在する。ここでの保守機能とは、局とＯＮＴを接続する光ファイバが正常であるか否かを確認する機能、およびＯＮＴが正常動作可能であるか否かを確認する機能のことを言う。ＰＯＮ型の光アクセスネットワークにおいて、正常動作時の局側の終端装置（Optical Line Terminal、以下、ＯＬＴとする）とＯＮＴとの間では、定期的に送受信されるメンテナンスフレームによるキープアライブ機能がある。このキープアライブ機能により、光ファイバ切断やＯＮＴの故障発生あるいは電源断などの障害イベント発生の検出が可能である（例えば非特許文献１、非特許文献２参照）。

以上の保守機能は、ＯＮＴが正常に動作している状態を前提としている。それに対して、ＯＮＴの電源が切れている場合には、局側からのＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflect-mater）により光ファイバ障害の検出を行う必要がある。ＰＯＮ型の光アクセスネットワークでは、伝送路の一部を複数の加入者が共有する構成のために、加入者側の個別の伝送路を局側から物理的に識別することはできない。このため、例えばＯＴＤＲを用いて光ファイバ伝送路の破断点の検知を局側から行う場合に、ＰＯＮの分岐先に光ファイバの破断による反射点が検出されたとしても、分岐された複数のファイバから破断点を持つ光ファイバを一意に決定することは困難であった。

破断した光ファイバを局側から識別できないという問題を解決する手法として、ＰＯＮの分岐後の光ファイバに波長選択性を持たせ、この波長選択性を光ファイバの識別子として利用することにより、ＯＴＤＲの反射波の波長と分岐後の光ファイバとを１対１に対応付ける手法が提案されている（例えば非特許文献３参照）。

特公平０７−０３８６６６号公報 特開昭５９−２０２７６４号公報 特開平０８−１０７３８６号公報 IEEE Std 802.3ah-2004，57. Operations,Administration,and Maintenance(OAM)，57.4.3 OAMPDU descriptions 藤本幸洋，「ＦＴＴＨ教科書」，ＩＤＧジャパン，２００３年，ｐ．１２６−１２８ Daisuke Iida et al.，「Identification fibers with individually assigned brillouin frequency shifts for fault location in passive optical networks」，The 11th OptoElectronics and Communication Conference (OECC 2006)，4E1-2，2006

以上の従来技術を適用したとしても、光アクセスネットワークでは、加入者側商用電源の停電時に次の問題が残る。
第１の問題は、停電期間が長期に及んだ場合に通信が途絶してしまうことである。長時間の停電継続により、電源バックアップ用の二次電池が放電してしまうことが懸念される。例えば大規模な災害や送電システムの大規模障害により停電が継続することが考えられる。停電が長時間継続した場合には、二次電池への充電が不可能となり、二次電池の放電が進行した時点でＯＮＴの機能が停止するために、通信が不可能となる。特許文献１に開示された技術のように停電時に通信速度を低下させて低消費電力モードにした場合、停電中に使用可能な時間を延長できる効果はあるが、第１の問題が発生することに変わりは無い。

第２の問題は、特許文献２に開示された技術のように光ファイバを介してＯＮＴの二次電池を充電する場合に、電力損失が発生することである。継続的な停電に備えて、局側から光ファイバを介して給電を行う場合には、ＯＮＴの受光素子の出力電力により二次電池の充電を行う必要がある。二次電池の出力がＯＮＴの電気回路の駆動に十分な電圧を有しているのに比べて、受光素子の出力電圧は非常に小さい。そのため、受光素子の出力電圧を昇圧して二次電池を充電する必要がある。しかし、受光素子の出力電圧を昇圧するためには、出力電圧をスイッチングして、昇圧後の電圧を整流平滑する必要があるため、電力損失の発生は不可避である。

第３の問題は、受光素子の受信周波数帯域が不足することである。特許文献３に開示された技術では、無バイアス状態のアレイフォトダイオードで光受信を行うために、キャリアの移動速度が受信帯域を制限している。このため、特許文献３に開示された技術では、高速な信号受信が不可能である。例えば６４分岐のＰＯＮにおいて局側のＯＬＴから６４台のＯＮＴに対して、時分割多重（Time Division Multiplexing）信号により音声情報を転送する場合を考える。ここでは、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．７２３．１に準拠したＶｏＩＰ（Voice over IP）を利用して音声情報を送るものとし、圧縮した音声帯域を１加入者当たり５．３ｋｂｐｓとすると、６４加入者への音声情報を多重化するためには、少なくとも３００ｋＨｚ程度の受信帯域が必要となる。しかしながら、無バイアス状態のフォトダイオードの応答帯域は、一般に数１０ｋＨｚであるため、時分割多重化された音声情報を受信することは不可能である。

第４の問題は、上り通信のタイムスロット管理に要する消費電力が大きく、二次電池の充電量を消耗することである。ＰＯＮシステムの場合、ＯＬＴの送受信器と伝送路の一部を複数加入者で共有するため、ＯＮＴからＯＬＴへの上り方向の信号伝送には、伝送路上での信号の帯域制御が必要である。すなわち、タイムスロットの確保などのアクセス制御が必要となる。しかし、アクセス制御には、複雑なプロトコル処理が必要となり、そのためにはＰＯＮ全体の時刻同期が前提となる。この時刻同期を含むプロトコル処理回路の消費電力が大きく、ＯＮＴの電源バックアップ用の二次電池の消耗を早める。ＯＮＴの消費電力を低減するために、このアクセス制御機能を停止させる場合を考える。ＰＯＮシステムでは、上り方向の送信用の光源はコヒーレント性の高いレーザダイオード（Laser Diode、以下、ＬＤとする）であることと、複数の加入者からの合流部が光ファイバ伝送路に存在することから、上り信号の衝突が発生した場合にはＬＤ光同士の干渉によるビート雑音が発生するために、上り信号を識別することは不可能である。

第５の問題は、非特許文献１、非特許文献２に開示された技術を適用したとしても、停電中にＯＮＴの障害確認ができないことである。長時間の停電によりＯＮＴの二次電池が消耗すると、通信不可能となるため、ＯＮＴとＯＬＴとの間の保守情報の交換ができなくなる。その結果、大規模な停電や停電を伴う自然災害によって加入者を含むネットワークが受けた障害を、局側で把握することが困難となる。

この第５の問題は、停電のみならず、空き家に残されたＯＮＴに関しても同様に発生する。加入者の転居などにより、家屋にＯＮＴが残され、商用電源の給電が停止した状態においては、ＯＮＴの保守情報収集ができない。ここで、新たな入居者が決まった場合、空き家への入居の前に、ＯＬＴからＯＮＴまでの通信経路の導通確認を行い、障害の補修を済ませておくことが理想である。しかし、現状ではＯＮＴの起動に商用電力の通電を必要とするため、入居後に通信経路の導通確認を行い、異常が検出された場合には、保守工事を行うことになる。したがって、通信経路やＯＮＴに異常があった場合には工事の時間が発生し、入居者の利便性を損ねる結果となる。

第６の問題は、ＰＯＮの分岐後の伝送路に対して識別子を付与することがコスト上昇の原因となることである。ＰＯＮのスプリッタ以降の光ファイバあるいはＯＮＴに対して、局側から読み取り可能な物理的アドレス情報を与えるには、非特許文献１、非特許文献２に開示されたように保守情報を交換するか、あるいは非特許文献３に開示された技術のように光ファイバに波長選択性を付与する必要がある。特に非特許文献３に開示された技術の場合には、異なる波長選択性を持つ光ファイバを分岐後の光ファイバに接続する必要があるために、部品の種類が増加し、結果的にコスト増を招く。

本発明の第１の目的は、前記第１の問題および第２の問題を解決することであり、長時間の停電の発生においても、電源バックアップ用の二次電池の完全な消耗を回避することである。具体的には、商用電源の送電障害や大規模な自然災害などにより長時間の停電が発生した場合においても、ＯＮＴのバックアップ電源である二次電池の充電を継続し、電池が完全に放電して通話不能となることを回避することである。

本発明の第２の目的は、前記第３の問題および第４の問題を解決することであり、長時間の停電の発生においても、緊急通話を確保することである。具体的には、商用電源の送電障害や大規模な自然災害などにより長時間の停電が発生した場合においても、緊急通話ができる程度に必要十分な通信帯域を実現することと、バックアップ用の二次電池の消耗を少なくするためにＯＮＴを低消費電力で制御することである。より具体的には、下り方向の通信に関して数１００Ｍｂｐｓ程度の通信帯域を確保し、上り方向の通信に関してはタイムスロットの管理を簡易化することである。

本発明の第３の目的は、前記第５の問題および第６の問題を解決することであり、ＯＮＴに対して商用電源が供給されない状態においても、ＯＮＴの故障や光ファイバ伝送路の障害を検出可能にすることである。具体的には、ＯＮＴへの商用電源の給電が無い状態が継続しても、二次電池からの給電で、ＯＮＴとＯＬＴ間での保守情報の転送を可能にすることである。

本発明は、加入者ネットワークの局側終端装置と光ファイバを介して通信を行う加入者側終端装置において、商用電源からの電力を自装置内に供給する電源回路と、局側終端装置から送信される光信号を光ファイバを介して受光するアレイ受光素子と、前記商用電源の停電時に自装置内に電力を供給する二次電池と、前記商用電源から電力が供給されている場合は前記電源回路の出力に前記二次電池を接続し、前記商用電源が停電した場合は前記二次電池を前記電源回路の出力から切り離して前記アレイ受光素子の出力を前記二次電池に接続する切替手段とを有するものである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例は、さらに、信号受信用の受光素子と、前記商用電源が停電した場合に前記二次電池の出力電圧をバイアス電圧として前記信号受信用の受光素子に印加するバイアス電圧印加手段とを有するものである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例は、さらに、信号送信用のインコヒーレント光源と、前記商用電源が停電した場合に前記インコヒーレント光源の光をサブキャリア変調して、前記局側終端装置に信号を送信する送信手段とを有するものである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例において、前記送信手段は、前記局側終端装置に送信する信号が発生した場合のみ前記インコヒーレント光源を発光させるものである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例において、前記局側終端装置に送信する信号は、保守情報パケットである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例は、さらに、前記局側終端装置に接続された光ファイバからの光信号を分岐させ、分岐させた一方の光信号を前記アレイ受光素子に入射させ、分岐させた他方の光信号を前記信号受信用の受光素子に入射させる光スプリッタを有するものである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例において、前記アレイ受光素子は、前記局側終端装置からの電力供給用光信号を伝送する第１の光ファイバから受光し、前記信号受信用の受光素子は、前記局側終端装置からの信号送受用光信号を伝送する第２の光ファイバから受光するものである。
また、本発明の加入者側終端装置の１構成例において、前記信号受信用の受光素子は、互いに並列に接続された複数の受光素子からなるものである。

また、本発明は、加入者ネットワークの局側終端装置と光ファイバを介して通信を行う加入者側終端装置に給電する加入者側給電方法において、前記商用電源から電力が供給されている場合に、前記商用電源からの電力を加入者側終端装置内に供給する電源回路の出力を二次電池を接続する通常動作ステップと、前記商用電源が停電した場合に、前記二次電池を前記電源回路の出力から切り離し、局側終端装置から送信される光信号を光ファイバを介して受光するアレイ受光素子の出力を、前記二次電池に接続する緊急動作ステップとを備えるものである。
また、本発明の加入者側給電方法の１構成例は、前記商用電源が停電した場合に前記二次電池の出力電圧をバイアス電圧として信号受信用の受光素子に印加することを特徴とするものである。
また、本発明の加入者側給電方法の１構成例は、さらに、前記商用電源が停電した場合にインコヒーレント光源の光をサブキャリア変調して、前記局側終端装置に信号を送信する送信ステップを備えるものである。
また、本発明の加入者側給電方法の１構成例において、前記送信ステップは、前記局側終端装置に送信する信号が発生した場合のみ前記インコヒーレント光源を発光させるステップを含むものである。

本発明によれば、局側終端装置から送信される光信号をアレイ受光素子で受光して電力に変換し、この電力で二次電池を充電するので、商用電源の停電が長時間継続した場合でも、通信機能を限定的に継続使用することが可能となる。また、本発明では、アレイ受光素子を用いることにより、受光素子の出力電圧を昇圧する昇圧回路が不要となるので、昇圧回路による電力損失を回避することができる。

また、本発明では、商用電源が停電した場合に二次電池の出力電圧をバイアス電圧として信号受信用の受光素子に印加することにより、高速信号の受信が可能となる。

また、本発明では、商用電源が停電した場合にインコヒーレント光源の光をサブキャリア変調して、局側終端装置に信号を送信することにより、１台の加入者側終端装置当たり平均数ｋｂｐｓ程度の送信信号帯域を確保することができる。また、本発明では、上り方向の信号のパケット送信タイムスロット管理が不要となるので、加入者側終端装置の消費電力を削減することができる。

また、本発明では、局側終端装置に送信する信号が発生した場合のみインコヒーレント光源を発光させることにより、加入者側終端装置の消費電力を削減することができる。

また、本発明では、商用電源が停電した場合に、送信手段から局側終端装置に対して保守情報パケットを送信するようにしたので、局側終端装置は、加入者側終端装置や光ファイバ伝送路の状態を、加入者側終端装置の電源状態の如何に関わらず検出することが可能となる。

また、本発明では、光スプリッタを用いることにより、局側終端装置からの電力供給用光信号と信号送受用光信号を１本の光ファイバで伝送することができる。

また、本発明では、アレイ受光素子が、局側終端装置からの電力供給用光信号を伝送する第１の光ファイバから受光し、信号受信用の受光素子が、局側終端装置からの信号送受用光信号を伝送する第２の光ファイバから受光することにより、光変調によるアレイ受光素子の起電力低下を回避することができる。

また、本発明では、信号受信用の受光素子として、互いに並列に接続された複数の受光素子を用いることにより、受信Ｓ／Ｎ比を改善することができる。

［第１実施例］
本発明の第１実施例は、前記第１の目的を実現するものであり、加入者側の終端装置（ＯＮＴ）の内部に複数の受光素子と二次電池とを持ち、光ファイバを介して局側の終端装置（ＯＬＴ）から送信される光信号を受光素子で受光して電力に変換し、この電力で二次電池を充電する。このとき、本実施例では、二次電池を充電するのに十分な電圧を生成するために、複数の受光素子を直列に接続し、受光素子の起電力を素子の接続数に相当する倍数の電圧として取り出す。

光ファイバ通信波長帯を用いて単一の受光素子から得られる電圧は、光源波長と受光素子のバンドギャップで決定され、おおよそ０．８〜０．９Ｖ程度である。これに対して、二次電池の起電力は、１．２Ｖ〜３．７Ｖ程度であり、単一の受光素子が生成する電圧では電気回路の駆動には電圧が足りず、二次電池の充電も不可能である。本実施例では、昇圧を電子回路で行う場合の電力損失を回避するために、複数の受光素子を直列に接続することにより、受光素子の接続数倍の電圧を生成する。例えば５個の受光素子を直列に接続することで、４Ｖ程度の電圧出力を期待することができる。この電圧は、３．７Ｖの起電力を持つ二次電池の充電が可能な値である。

さらに、受光素子から出力される電圧は、受光波長のエネルギー（ｅＶ）以上にはならないため、二次電池の起電力に対して最適な波長を選ぶことにより、二次電池への過大な電圧印加を防ぐことができ、二次電池の保護回路が不要となる。
本実施例に適用できる受光素子としては、フォトボル素子がある。フォトボル素子は、受光面に対して垂直な方向に沿って複数の受光素子が積み上げられた構造と等価な構造、すなわち複数の受光素子を直列に接続したアレイ受光素子と等価な構造を有する。したがって、１本の光ファイバからの光信号をフォトボル素子に入射させることにより、複数の受光素子が同時に受光することになり、受光素子の接続数倍の電圧を生成することができる。

以下、本実施例について図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施例に係るＯＮＴの構成を示すブロック図である。ＯＮＴの電源部は、アレイ受光素子であるフォトボル素子１０と、電源回路１１と、二次電池１２と、切替手段である電源切り替えスイッチ１３とからなる。フォトボル素子１０には、局側のＯＬＴ（不図示）から光ファイバ１４を介して送られた光信号が入射する。

電源回路１１の商用電源端子１５には、商用電源（不図示）から交流電源電圧が供給される。電源回路１１は、商用電源からの交流電源電圧をＯＮＴ用の直流電源電圧に変換する。フォトボル素子１０の出力と電源回路１１の出力は、電源切り替えスイッチ１３の入力に接続される。二次電池１２は、電源切り替えスイッチ１３の出力に接続される。電源回路１１の出力は、通常電源端子１７を介して通常動作用回路１８に供給される。二次電池１２の出力は、バックアップ電源端子１６を介して緊急動作用回路１９に供給される。

次に、図１のＯＮＴの動作を説明する。通常の状態、すなわち商用電源から交流電源電圧が供給されている状態では、電源回路１１から直流電源電圧の出力があるので、この直流電源電圧が通常電源端子１７を介してＯＮＴの通常動作用回路１８に供給される。
通常動作用回路１８は、ＯＮＴの通常の動作を行う。すなわち、通常動作用回路１８は、フォトボル素子１０の出力を復号してＯＬＴからの情報を取り出したり、ＯＬＴに送信する情報を符号化して送信用の光源（不図示）を発光させ、上り方向の送信を行ったりする。このとき、上り方向の光信号は、光ファイバ１４とは別の上り方向の光ファイバでＯＬＴに送信してもよいし、図示しない結合器により光ファイバ１４に結合させて光ファイバ１４でＯＬＴに送信するようにしてもよい。

また、電源切り替えスイッチ１３は、電源回路１１から直流電源電圧が出力されているため、この電源回路１１の出力を二次電池１２に接続する。これにより、二次電池１２が充電される。なお、通常の状態で、電源回路１１の出力電圧が二次電池１２の起電力よりも大幅に高い場合は、電源回路１１の出力電圧を落とす電圧変換機能を電源切り替えスイッチ１３に持たせてもよい。

バックアップ電源端子１６は二次電池１２に接続されているため、通常の状態では電源回路１１からの直流電源電圧が電源切り替えスイッチ１３を介してバックアップ電源端子１６に供給される。電源切り替えスイッチ１３は、電源回路１１から直流電源電圧が出力されている場合、フォトボル素子１０からの出力を開放状態にしておけばよい。

次に、商用電源が停電した場合のＯＮＴの動作を説明する。商用電源が停電すると、電源回路１１の出力が停止する。電源切り替えスイッチ１３は、電源回路１１の出力停止を検出すると、二次電池１２を電源回路１１の出力から切り離して、フォトボル素子１０の出力を二次電池１２に接続する。このとき、光ファイバ１４からフォトボル素子１０へは、電力供給に関して十分な光信号強度が入射しているものとする。フォトボル素子１０では、入射光信号の波長と素子内部の単位素子の積層数により、最高出力電圧が決定される。一例として、１．５５μｍ帯の光信号を使用し、フォトボル素子１０内部の単位素子の積層数を５層としたときに、約４Ｖ程度の電圧がフォトボル素子１０から出力されると期待できる。

商用電源が停電した場合、通常電源端子１７からの電力供給が無くなるので、ＯＮＴの通常動作用回路１８は動作を停止する。これに対して、バックアップ電源端子１６には二次電池１２からの電力が供給されるので、このバックアップ電源端子１６に接続された緊急動作用回路１９のみが動作可能となる。

この緊急動作用回路１９の機能として、ＰＯＮシステムにおいては、緊急通話などの極めて機能制約された電話通信が考えられる。バックアップ電源端子１６から電力供給して電話通信のみの機能を働かせることは、ＰＯＮの全ての機能を動作させることに比べて、はるかに少ない電力で運用することが可能である。このため、二次電池１２が放電してしまうまでの時間は、ＰＯＮの全ての機能を動作させる場合に比べて長くなると期待される。さらに、緊急通話などの制約された電話通信であれば、通話時間は短いと考えられる。

通話中は音声の符号化／復号化処理に比較的大きな電力を要するため、二次電池１２を充電することよりも、二次電池１２から緊急用動作用の回路に電力供給することが主体となる。一方、通話していない状態では、緊急用動作用の回路の電力消費が非常に小さいと考えられるので、その間にフォトボル素子１０によって生成される電力により二次電池１２を充電することができる。

商用電源のみで二次電池を充電していた従来のシステムでは、停電が長期に及んだ場合、二次電池の充電量が枯渇してしまい、その後は商用電源の供給が復帰するまで、通信機能の全てが停止してしまう。これに対して、本実施例では、局側のＯＬＴから送信される光信号を受光素子で受光して電力に変換し、この電力で二次電池１２を充電するので、商用電源の停電が長時間継続した場合でも、通信機能を限定的に継続使用することが可能となる。

また、本実施例では、複数の受光素子を直列に接続したアレイ受光素子を用いることにより、二次電池１２を充電するのに十分な電圧を生成するようにしたので、受光素子の出力電圧を昇圧する昇圧回路が不要となる。その結果、昇圧回路による電力損失を回避することができる。

［第２実施例］
次に、本発明の第２実施例について説明する。図２は本発明の第２実施例に係るＯＮＴの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例は、第１実施例のフォトボル素子１０の代わりに、受光素子として汎用のＰＩＮフォトダイオード（以下、ＰＩＮ−ＰＤとする）を用いたものである。図２において、１０ａ−１〜１０ａ−５はＰＩＮ−ＰＤ、１４ａ−１〜１４ａ−５はそれぞれＰＩＮ−ＰＤ１０ａ−１〜１０ａ−５に対応する光ファイバ、２０は光スプリッタである。

本実施例では、ＰＩＮ−ＰＤの数を５個とした。光スプリッタ２０は、光ファイバ１４からの光信号をＰＩＮ−ＰＤの数に対応した本数に分岐させて、分岐させた各光信号を光ファイバ１４ａ−１〜１４ａ−５に出力する。光ファイバ１４ａ−１〜１４ａ−５からの光信号は、それぞれ対応するＰＩＮ−ＰＤ１０ａ−１〜１０ａ−５に入射する。

本実施例においても、通常の状態の動作は第１実施例と同様であるので、説明は省略する。
次に、商用電源が停電した場合のＯＮＴの動作を説明する。光ファイバ１４からの光信号は光スプリッタ２０で分岐され、分岐された光信号が光ファイバ１４ａ−１〜１４ａ−５からそれぞれＰＩＮ−ＰＤ１０ａ−１〜１０ａ−５に入射すると、ＰＩＮ−ＰＤ１０ａ−１〜１０ａ−５は入射光波長に対応した電圧を生成する。入射光波長が１．５５μｍの場合には、１個のＰＩＮ−ＰＤが生成する電圧はおおよそ０．８Ｖである。本実施例では、ＰＩＮ−ＰＤが５個直列に接続されているので、４Ｖ程度の電圧出力を期待することができる。

第１実施例と同様に、商用電源が停電して電源回路１１の出力が停止すると、電源切り替えスイッチ１３は、二次電池１２を電源回路１１の出力から切り離して、ＰＩＮ−ＰＤ１０ａ−１〜１０ａ−５の出力を二次電池１２に接続する。商用電源が停電した場合、通常電源端子１７からの電力供給が無くなるので、ＯＮＴの通常動作用回路１８は動作を停止する。これに対して、バックアップ電源端子１６には二次電池１２からの電力が供給されるので、このバックアップ電源端子１６に接続された緊急動作用回路１９のみが動作可能となる。

こうして、本実施例においても第１実施例と同様の効果を得ることができる。なお、分岐後の各光ファイバ１４ａ−１〜１４ａ−５を伝搬する光の強度は、光ファイバ１４を伝搬する光の強度の１／５となる。そのため、各ＰＩＮ−ＰＤ１０ａ−１〜１０ａ−５が発生する電流は、光を分岐しない場合の１／５となる。

［第３実施例］
次に、本発明の第３実施例について説明する。本実施例は、前記第１の目的、第２の目的、および第３の目的を実現するものであり、ＯＮＴへの下り方向の信号受信に関して、ＯＮＴ内のアレイ受光素子のうち１つ以上の受光素子にバイアス電圧を印加するようにしたものである。受光素子にバイアス電圧を印加することにより、光信号が入射したときに受光素子で生成されるキャリアが、空乏層に留まらず電界に沿って高速に移動するため、高速信号の受信が可能となる。

ＯＮＴからの上り方向の信号送信に対しては、ＯＮＴに送信用の光源としてＬＥＤに代表されるインコヒーレント光源を設け、その光源光をサブキャリア変調する。局側のＯＬＴには、インコヒーレント光源を受信するサブキャリア受信器を装備する。ＯＮＴの消費電力を抑制するために、ＯＮＴからの送信は、データパケットの発生時のみ光パケットを送信する。同一ＰＯＮ内のＯＮＴのサブキャリア周波数は、全て異なっていることが理想であることから、サブキャリアの周波数設定シーケンスをあらかじめ実行した上で、周波数設定を行う。あるいは、製造段階においてＯＮＴに固定的にランダムなサブキャリア周波数を割り当ててもよい。

第１実施例のように、電力供給用のアレイ受光素子のみを用いて変調信号の受信を行う場合には、光入力に応じてアレイ受光素子で生成された電子−ホール対の再結合の時定数により、信号受信帯域が制限される。この場合の信号受信帯域はおおよそ数１０ｋＨｚ程度である。しかしながら、前記第３の問題で説明したように、ＰＯＮシステムにおいて、ＶｏＩＰ程度の信号帯域の信号をＯＬＴからＯＮＴに対して配信するには、３００ｋｂｐｓ以上の帯域が必要となる。

このような要求を満足するために、電力供給用のアレイ受光素子とは別に信号受信用の１つあるいは複数の受光素子を設ける。電力供給用のアレイ受光素子は、信号受信用の受光素子よりも多い素子数で構成される。電力供給用のアレイ受光素子で生成された電圧を信号受信用の受光素子にバイアス電圧として印加することにより、光信号が入射したときに信号受信用の受光素子で生成されるキャリアが、空乏層に留まらず電界に沿って高速に移動するため、高速信号の受信が可能となる。さらに、信号受信用の受光素子を１つの受光素子ではなく、互いに並列に接続された複数の受光素子にすれば、光信号受信による光電流を受光素子の並列数倍だけ増加させることができるので、受信Ｓ／Ｎ比の改善が期待できる。

ＯＮＴからの上り信号の送信については、ＶｏＩＰで必要とされる帯域、すなわち１台のＯＮＴ当たり平均数ｋｂｐｓ程度の信号帯域の確保を目標として、低速のサブキャリア変調による送信を行う。前記のとおり、送信用の光源には、コヒーレンス性の低い光源を用いる。インコヒーレント光源の一例としてＬＥＤを用いて１ＭＨｚ程度のキャリアを用いて、数ｋｂｐｓの信号伝送を行うことは可能である。インコヒーレント光をサブキャリア変調することで、ＰＯＮシステムの光ファイバ伝送路の合流部で信号の衝突が発生したとしても、ビートノイズの発生が無いため、単純なサブキャリア多重された信号としてＯＬＴでの受信が可能となる。

さらに、常にインコヒーレント光源が発光していることによるＯＮＴの二次電池の消耗を回避するために、ＯＮＴからの上り信号の送信をバースト状の送信とする。ＶｏＩＰパケットの送信ビットレートを高速化し、断続的なパケットとする。例えば１Ｍｂｐｓのパケットを生成することで、パケットを送信する時間は平均ビットレートで変調した場合の数十分の１となる。このパケットを数１０ＭＨｚのキャリア周波数に重畳し、インコヒーレント光源光を変調して送信する。その結果、ＬＥＤが発光することによる消費電力は、送信時間の低減に比例して低下し、常に発光している場合の数十分の１に削減が可能となる。

また、インコヒーレント光源を用いることで、光パケットの衝突を許容できるため、上り信号のパケット送信タイムスロット管理が不要となる。したがって、パケット送信タイムスロット管理のためのＯＮＴの制御回路が不要となることから、ＯＮＴの消費電力の削減が可能となる。

本実施例の方式では、同一のＰＯＮにおいてＯＮＴ毎のサブキャリア周波数が全て異なっていることが前提である。なぜならば、同一周波数のキャリアによって変調されたインコヒーレント光が合流すると、ＯＬＴではキャリアの分離が不可能なために、受信することができないからである。

ただし、本実施例のようにバースト状の送信を行う場合には、キャリア周波数が同一のＯＮＴが複数存在しても、キャリア周波数が同一のＯＮＴからのパケット同士が衝突する可能性は非常に小さくなる。キャリア周波数が同一のＯＮＴが複数存在する場合にバースト状の送信を行う状態は、イーサネット（登録商標）のＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）のメカニズムと同様であり、ＶｏＩＰの音声品質劣化に対しては許容可能な程度と見なすことができる。また、前記のように、同一ＰＯＮ内のＯＮＴのキャリア周波数を全て異なる周波数に設定することも可能である。

また、本実施例では、前記第３の目的を達成するために、商用電源が停電した場合には、各ＯＮＴがＯＮＴ固有の任意の時間間隔で、ＯＬＴに対して保守情報を送信する。このとき、ＯＮＴは、第１実施例又は第２実施例で説明した構成と、前記のサブキャリア変調したインコヒーレント光による信号伝送を用いる。ＯＮＴからの保守情報は、ＯＮＴからＯＬＴに対して一方的に送信してもよいし、ＯＬＴからのポーリングに対する応答として送信してもよい。

本実施例では、第１実施例又は第２実施例で説明したアレイ受光素子とサブキャリア変調したインコヒーレント光による信号伝送とを併用することで、ＯＮＴに対する商用電源の供給状態に依らず、ＯＮＴとの狭帯域通信が可能となる。したがって、ＯＬＴは、ＯＮＴや光ファイバ伝送路の状態を、ＯＮＴの電源状態の如何に関わらず知ることが可能となる。さらに、ＯＮＴから送信される保守情報パケットには、ＯＮＴの固有アドレス情報が含まれるため、ＯＮＴからの信号が途絶したことが検出されたときには、ＯＮＴの障害あるいは伝送路の障害が発生した加入者を一意に特定することが可能となる。

以下、本実施例について図面を参照して詳細に説明する。図３は本実施例に係るＯＮＴの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の緊急動作用回路１９ａは、信号受信用の受光素子であるＰＩＮ−ＰＤ２２と、受信アンプ回路２３と、信号処理回路２４と、ノイズフィルタ及びスイッチとしての機能を有し、バイアス電圧印加手段となる電源制御スイッチ２５と、ノイズフィルタ及びスイッチとしての機能を有する電源制御スイッチ２６と、送信用の光源であるＬＥＤ２７と、送信回路２８とを有する。

光スプリッタ２１は、光ファイバ１４からの光信号を２分岐させて、分岐させた光信号を第１の光ファイバ１４ｃと第２の光ファイバ１４ｄに出力する。光ファイバ１４ｃからの光信号はフォトボル素子１０に入射する。一方、光ファイバ１４ｄからの光信号はＰＩＮ−ＰＤ２２に入射する。なお、光スプリッタ２１の分岐比は、フォトボル素子１０で生成する電力量と、ＰＩＮ−ＰＤ２２で信号受信する際の受信Ｓ／Ｎ比から適宜決定すればよい。

本実施例においても、通常の状態の動作は第１実施例と同様であるので、説明は省略する。なお、第１実施例で説明したように、商用電源から交流電源電圧が供給されている状態では、電源回路１１からの直流電源電圧が電源切り替えスイッチ１３を介してバックアップ電源端子１６に供給されるが、通常の状態では緊急動作用回路１９ａを動作させる必要はない。

次に、商用電源が停電した場合のＯＮＴの動作を説明する。第１実施例と同様に、商用電源が停電して電源回路１１の出力が停止すると、電源切り替えスイッチ１３は、二次電池１２を電源回路１１の出力から切り離して、フォトボル素子１０の出力を二次電池１２に接続する。
光スプリッタ２１によって分岐された一方の光信号が光ファイバ１４ｃからフォトボル素子１０に入射するため、フォトボル素子１０によって電力が生成され、この電力によって二次電池１２が充電される。

また、光スプリッタ２１によって分岐された他方の光信号が光ファイバ１４ｄからＰＩＮ−ＰＤ２２に入射すると、ＰＩＮ−ＰＤ２２は光信号を電気信号に変換する。受信アンプ回路２３は、ＰＩＮ−ＰＤ２２の出力を増幅して信号処理回路２４に送る。信号処理回路２４は、受信アンプ回路２３の出力を復号してＯＬＴからの情報を取り出す。

前記第３の問題で説明したように、高速の信号をＰＩＮ−ＰＤ２２で受信するためには、ＰＩＮ−ＰＤ２２内部の電荷移動速度を加速させる必要があり、そのためにバイアス電圧が必要となる。そこで、本実施例では、ＰＩＮ−ＰＤ２２のバイアス電圧として、二次電池１２からバックアップ電源端子１６を介して供給される電源バックアップ用の電圧を用いる。

ＰＩＮ−ＰＤ２２のバイアス電圧には、ＰＩＮ−ＰＤ２２の起電力よりも充分に高い電圧が必要である。一例として、１．５５μｍの信号波長を用いる場合には、ＰＩＮ−ＰＤのバンドギャップは０．８Ｖ程度であり、バイアス電圧としては、一般に最低でも３Ｖ程度が必要となる。このバイアス電圧の条件を満足するために、１個のＰＩＮ−ＰＤ２２に対してフォトボル素子１０内部の受光素子の積層数は５層以上必要であると見積もられる。

また、本実施例では、二次電池１２の放電時間を延長するために、電源制御スイッチ２５をＰＩＮ−ＰＤ２２のカソードとバックアップ電源端子１６との間に挿入し、電源制御スイッチ２６を受信アンプ回路２３の電源端子とバックアップ電源端子１６との間に挿入している。電源制御スイッチ２５，２６は、ノイズフィルタとしての機能を有する。さらに、電源制御スイッチ２５，２６は、通話中を示す制御信号ＣＴＬが入力された場合のみ、バックアップ電源端子１６からの電圧をＰＩＮ−ＰＤ２２と受信アンプ回路２３に供給する。これにより、通話中のみＰＩＮ−ＰＤ２２と受信アンプ回路２３に電力供給を行うので、受信回路の消費電力を削減することができ、二次電池１２の消耗を回避することができる。

一方、商用電源が停電した場合に動作する送信回路２８は、上り方向の信号送信を行う。すなわち、送信回路２８は、送信信号（データパケット）が発生した場合、キャリア（搬送波）を送信信号に応じて変調し、変調後のキャリアに応じてＬＥＤ２７を駆動する。こうして、送信用の光源光がサブキャリア変調される。前記のとおり、送信回路２８は、データパケットの発生時のみＬＥＤ２７を発光させる。ＬＥＤ２７からの光信号は、図示しない結合器により光ファイバ１４に結合させて光ファイバ１４から局側のＯＬＴに送信してもよいし、光ファイバ１４とは別の上り方向の光ファイバでＯＬＴに送信してもよい。

こうして、商用電源が停電した場合においても、ＯＮＴからＯＬＴにデータパケットを送信することができる。送信するデータパケットとしては、例えば保守情報パケットがある。送信回路２８は、ＯＮＴ固有の任意の時間間隔で保守情報パケットを送信する。あるいは、送信回路２８は、ＯＬＴからのポーリングに対する応答として保守情報パケットを送信する。

同一ＰＯＮ内の各ＯＮＴのサブキャリア周波数は全て異なっていることが理想である。そこで、予め局側のＯＬＴから各ＯＮＴのサブキャリア周波数を指定する情報を送信し、この情報に基づいて各ＯＮＴの送信回路２８のサブキャリア周波数を設定するようにしてもよい。あるいは、製造段階において各ＯＮＴに固定的にランダムなサブキャリア周波数を割り当ててもよい。

なお、光ファイバ１４を伝搬する光信号は、ＯＬＴから送られる緊急通報の音声信号により変調されている。このときの光変調が強度変調の場合には、フォトボル素子１０に入射する光信号の強度の実効値が低下するため、フォトボル素子１０から出力される電力が低下することが懸念される。このような電力低下の影響を改善するために、図４に示すように光の変調度を緩和し、光ファイバ１４を伝搬する光信号の強度の実効値を上昇させるようにしてもよい。あるいは、図５に示すように浅いサブキャリア変調を行うことで、信号伝送を行ってもよい。

以上のように、本実施例では、ＯＬＴから送信される光信号をアレイ受光素子であるフォトボル素子１０で受光して電力に変換し、この電力で二次電池１２を充電するので、商用電源の停電が長時間継続した場合でも、通信機能を限定的に継続使用することが可能となる。また、本実施例では、アレイ受光素子を用いることにより、受光素子の出力電圧を昇圧する昇圧回路が不要となる。

また、本実施例では、信号受信用の受光素子であるＰＩＮ−ＰＤ２２をアレイ受光素子から分離して、ＰＩＮ−ＰＤ２２にバイアス電圧を印加することにより、高速信号の受信が可能となる。また、本実施例では、ＯＮＴに送信用の光源としてインコヒーレント光源であるＬＥＤ２７を設け、その光源光をサブキャリア変調して、ＯＬＴから信号伝送するようにしたので、１台のＯＮＴ当たり平均数ｋｂｐｓ程度の送信信号帯域を確保することができる。本実施例では、インコヒーレント光をサブキャリア変調することで、ＰＯＮシステムの光ファイバ伝送路の合流部で信号の衝突が発生したとしても、ビートノイズの発生が無く、光信号の衝突を許容できるため、上り方向の信号のパケット送信タイムスロット管理が不要となる。この結果、ＯＮＴの消費電力の削減が可能となる。

また、本実施例では、上り方向の信号発生時のみＬＥＤ２７を発光させるようにしたので、ＯＮＴの消費電力を削減することができる。
さらに、本実施例では、商用電源が停電した場合には、緊急動作用回路１９ａからＯＬＴに対して保守情報パケットを送信するようにしたので、局側のＯＬＴは、ＯＮＴや光ファイバ伝送路の状態を、ＯＮＴの電源状態の如何に関わらず検出することが可能となる。また、本実施例では、非特許文献３に開示された技術のように光ファイバに波長選択性を付与する必要がない。

［第４実施例］
次に、本発明の第４実施例について説明する。図６は本発明の第４実施例に係るＯＮＴの構成を示すブロック図であり、図１、図３と同一の構成には同一の符号を付してある。第３実施例では、光スプリッタで分岐した光信号を光ファイバ１４ｃと１４ｄに出力していたが、本実施例では、ＯＬＴからＯＮＴへの下り方向の光ファイバを２本設けている。すなわち、ＯＬＴからの電力光は光ファイバ１４ｃに伝送されてフォトボル素子１０に入射し、ＯＬＴからの信号光は光ファイバ１４ｄによって伝送されてＰＩＮ−ＰＤ２２に入射する。これにより、本実施例では、変調されていない電力光をフォトボル素子１０に入射させることができるので、第３実施例で説明した光変調によるフォトボル素子１０の起電力低下を回避することができる。

なお、第３実施例及び第４実施例では、緊急動作用回路１９ａの構成を第１実施例に適用した場合について説明したが、第２実施例に適用してもよい。この場合には、ＰＩＮ−ＰＤ２２のバイアス電圧の条件を満足するために、フォトボル素子１０の代わりに、ＰＩＮ−ＰＤを５個程度直列に接続したものが必要であると見積もられる。

また、第３実施例及び第４実施例では、信号受信用の受光素子として１個のＰＩＮ−ＰＤ２２を用いているが、図７に示すようにＰＩＮ−ＰＤ２２を複数並列に接続してもよい。

本発明は、光アクセスネットワーク、特にＰＯＮ型のネットワークにおいて、停電時の加入者側終端装置への給電、緊急通話、障害検出を実現する技術に適用することができる。

本発明の第１実施例に係る加入者側終端装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施例に係る加入者側終端装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施例に係る加入者側終端装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施例において光ファイバを伝搬する光信号の１例を模式的に示す波形図である。 本発明の第３実施例において光ファイバを伝搬する光信号の他の例を模式的に示す波形図である。 本発明の第４実施例に係る加入者側終端装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施例及び第４実施例において信号受信用の受光素子を複数設ける場合の構成を示す図である。

符号の説明

１０…フォトボル素子、１０ａ−１〜１０ａ−５，２２…ＰＩＮフォトダイオード、１１…電源回路、１２…二次電池、１３…電源切り替えスイッチ、１４，１４ａ−１〜１４ａ−５，１４ｃ，１４ｄ…光ファイバ、１５…商用電源端子、１６…バックアップ電源端子、１７…通常電源端子、１８…通常動作用回路、１９，１９ａ…緊急動作用回路、２０，２１…光スプリッタ、２３…受信アンプ回路、２４…信号処理回路、２５，２６…電源制御スイッチ、２７…ＬＥＤ、２８…送信回路。

Claims (12)

1. 加入者ネットワークの局側終端装置と光ファイバを介して通信を行う加入者側終端装置において、
   商用電源からの電力を自装置内に供給する電源回路と、
   局側終端装置から送信される光信号を光ファイバを介して受光するアレイ受光素子と、
   前記商用電源の停電時に自装置内に電力を供給する二次電池と、
   前記商用電源から電力が供給されている場合は前記電源回路の出力に前記二次電池を接続し、前記商用電源が停電した場合は前記二次電池を前記電源回路の出力から切り離して前記アレイ受光素子の出力を前記二次電池に接続する切替手段とを有することを特徴とする加入者側終端装置。
2. 請求項１記載の加入者側終端装置において、
   さらに、信号受信用の受光素子と、
   前記商用電源が停電した場合に前記二次電池の出力電圧をバイアス電圧として前記信号受信用の受光素子に印加するバイアス電圧印加手段とを有することを特徴とする加入者側終端装置。
3. 請求項１又は２記載の加入者側終端装置において、
   さらに、信号送信用のインコヒーレント光源と、
   前記商用電源が停電した場合に前記インコヒーレント光源の光をサブキャリア変調して、前記局側終端装置に信号を送信する送信手段とを有することを特徴とする加入者側終端装置。
4. 請求項３記載の加入者側終端装置において、
   前記送信手段は、前記局側終端装置に送信する信号が発生した場合のみ前記インコヒーレント光源を発光させることを特徴とする加入者側終端装置。
5. 請求項３又は４記載の加入者側終端装置において、
   前記局側終端装置に送信する信号は、保守情報パケットであることを特徴とする加入者側終端装置。
6. 請求項２記載の加入者側終端装置において、
   さらに、前記局側終端装置に接続された光ファイバからの光信号を分岐させ、分岐させた一方の光信号を前記アレイ受光素子に入射させ、分岐させた他方の光信号を前記信号受信用の受光素子に入射させる光スプリッタを有することを特徴とする加入者側終端装置。
7. 請求項２記載の加入者側終端装置において、
   前記アレイ受光素子は、前記局側終端装置からの電力供給用光信号を伝送する第１の光ファイバから受光し、
   前記信号受信用の受光素子は、前記局側終端装置からの信号送受用光信号を伝送する第２の光ファイバから受光することを特徴とする加入者側終端装置。
8. 請求項２記載の加入者側終端装置において、
   前記信号受信用の受光素子は、互いに並列に接続された複数の受光素子からなることを特徴とする加入者側終端装置。
9. 加入者ネットワークの局側終端装置と光ファイバを介して通信を行う加入者側終端装置に給電する加入者側給電方法において、
   前記商用電源から電力が供給されている場合に、前記商用電源からの電力を加入者側終端装置内に供給する電源回路の出力を二次電池を接続する通常動作ステップと、
   前記商用電源が停電した場合に、前記二次電池を前記電源回路の出力から切り離し、局側終端装置から送信される光信号を光ファイバを介して受光するアレイ受光素子の出力を、前記二次電池に接続する緊急動作ステップとを備えることを特徴とする加入者側給電方法。
10. 請求項９記載の加入者側給電方法において、
    前記商用電源が停電した場合に前記二次電池の出力電圧をバイアス電圧として信号受信用の受光素子に印加することを特徴とする加入者側給電方法。
11. 請求項９又は１０記載の加入者側給電方法において、
    さらに、前記商用電源が停電した場合にインコヒーレント光源の光をサブキャリア変調して、前記局側終端装置に信号を送信する送信ステップを備えることを特徴とする加入者側給電方法。
12. 請求項１１記載の加入者側給電方法において、
    前記送信ステップは、前記局側終端装置に送信する信号が発生した場合のみ前記インコヒーレント光源を発光させるステップを含むことを特徴とする加入者側給電方法。

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