JP2012010176A - 受信装置、ｐｏｎシステム、及び、受信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バースト信号を確実に受信しつつも伝送帯域の有効活用に資する受信装置、ＰＯＮシステム及び受信方法を提供する。
【解決手段】暗号化処理にレベル差のある複数種類の上りバースト信号を時分割で受信可能なＰＯＮシステムであって、局側装置１は、プリアンブル長を含むバースト信号に時定数をもって追従するバースト受信が可能である場合において、暗号化に依存する送信信号のランダム性の相対的な高低に基づいて決定されるプリアンブル長で宅側装置２〜４から送信されてくるバースト信号の受信時期に合わせて、当該バースト信号のプリアンブル長に対応する時定数にてバースト受信を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、時分割で送信されるバースト信号を受信する受信装置及び受信方法、並びに、かかる受信装置及び受信方法を適用したＰＯＮ（Passive Optical Network）システムに関する。

ＰＯＮシステムは、集約局としての局側装置と、複数の加入者宅に設置された宅側装置とを、１本の光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐する光ファイバ網によって、接続したものである（例えば、特許文献１参照。）。複数の宅側装置から同時に局側装置へ送信が行われると、送信データが衝突するため、局側装置は、宅側装置に対して送信時期及び送信データ量に関する許可を与える。この許可を受けて、宅側装置は、局側装置から許可されたタイミングで、かつ、許可された量の送信を、局側装置に対して行う。

宅側装置から送信されて来る信号（光信号）は、０又は１の２値信号で構成されたバースト信号である。局側装置と宅側装置との距離や経路は、宅側装置の設置場所によって異なるので、宅側装置から局側装置に届く上りバースト信号の強度は一定ではない。すなわち、局側装置には、複数の宅側装置からバースト信号が種々の強度（振幅）で間欠的に届く、ということになる。局側装置内には、光のバースト信号を受信して電気信号のバースト信号に変換するフォトダイオード、このフォトダイオードの出力するバースト信号を増幅する増幅器、及び、増幅されたバースト信号を閾値と比較して２値信号（ディジタル信号）を出力する比較器を備えた受信装置が設けられる（例えば、特許文献２参照。）。バースト信号は、先頭のプリアンブルと、それに続くデータとを含む形で構成されている。

バースト信号は、前述のように０又は１の２値信号によって構成されているので、上記受信装置は、例えば、宅側装置ごとに送信されて来るバースト信号における信号振幅の中央（平均値）を探索し、これを閾値として、バースト信号内での信号変化に応じて逐次、０又は１の判定を行う。信号振幅の中央を求めるには、時定数回路を使用することができる。また、受信装置は、次々と異なる信号振幅で送信されてくるバースト信号に合わせて、閾値を変化させる。

特開２００４−６４７４９号公報（図４） 特開２０１０−４２２８号公報（図３）

上記のような従来の受信装置において、閾値すなわちベースラインは、一旦信号振幅の中央に収束した後は動かないのが理想的であるが、実際には、バースト信号内の０又は１の符号が連続すると中央の値からずれ動く。これが、ベースラインワンダ（Baseline Wander）という現象である。特に、バースト信号内で０又は１が長く続くと、連続する符号に引きずられて、閾値が０／１の中央の値から大きくずれることがあり、この場合は、０／１判定を誤る可能性が大きくなる。このようなベースラインワンダは、時定数を長く（言い換えれば低域カットオフ周波数を低く）することによって抑制可能である。

しかしながら、時定数を長くするとバースト信号に対する応答が遅くなるので、確実な受信のためにはプリアンブル長（プリアンブル区間）を長くする必要がある。プリアンブル長が長くなると、その分、限られた伝送帯域が使用されるため、データ伝送のための帯域有効活用という観点からは好ましくない。

なお、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈに基づくＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet PON（Ethernetは登録商標））では、８Ｂ／１０Ｂ符号が用いられている。具体的には、８ビット信号に対して２ビットを付加した符号化信号（１０ビット信号）を生成するが、このとき、２種類の符号化信号が割り当てられるようになっていて、使用する符号化信号を選択することにより、０／１のバランスを保つことができる。従って、時定数を比較的短く設定しても、大きなベースラインワンダは発生しない。ところが、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖに基づく１０Ｇ−ＥＰＯＮ（10 Gigabit Ethernet PON）では、符号化の方式が異なり、８Ｂ／１０Ｂ符号のように符号化信号の選択により０／１のバランスを得ることはできない。従って、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、新たなベースラインワンダ対策が必要となる。

かかる課題に鑑み、本発明は、バースト信号を確実に受信しつつも伝送帯域の有効活用に資する受信装置、ＰＯＮシステム及び受信方法を提供することを目的とする。

（１）本発明は、複数の送信装置から暗号化の有無を含む暗号化処理にレベル差のあるバースト信号を時分割で受信可能な受信装置であって、前記バースト信号は前記暗号化処理のレベル差に応じてプリアンブル長が異なるものであり、
各送信装置の暗号化処理に関する情報を記憶する記憶部と、所定のプリアンブル長を含むバースト信号に、所定の時定数をもって追従するバースト受信部と、各送信装置からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該バースト信号のプリアンブル長に対応する時定数にて前記バースト受信部を動作させる制御部とを備えたものである。

上記のように構成された受信装置では、暗号化に依存する送信信号のランダム性に着眼し、ランダム性の相対的な高低に基づいて、それに適した時定数及びプリアンブル長とすることができる。すなわち、ランダム性が低い場合は０又は１が連続する可能性があるので、時定数を相対的に長くすることによって、大きなベースラインワンダの発生を抑制すればよい。一方、ランダム性が高ければ０又は１のいずれかに片寄ることはないので、大きなベースラインワンダは発生せず、従って、時定数を相対的に短くすればよい。時定数を短くすればプリアンブル長も短くすることができる。時定数を短くすることはバースト信号に対する応答性の確保に寄与し、また、プリアンブル長を短くすることは帯域の有効活用に寄与する。

（２）また、上記（１）の受信装置において、制御部は、ランダム性が高いほど時定数及びプリアンブル長を短く、逆に、ランダム性が低いほど時定数及びプリアンブル長を長くするよう決定するようにしてもよい。
この場合、暗号化の処理が施されていれば時定数及びプリアンブル長を相対的に短くすることができ、逆に、暗号化の処理が施されていなければ時定数及びプリアンブル長を相対的に長くすることができる。またさらに、暗号化の処理が施されている場合を段階的に分けて、暗号化処理が高暗号化であれば時定数及びプリアンブル長を相対的に特に短く、また、暗号化処理が低暗号化であれば時定数及びプリアンブル長を少し短く、というような多様な設定が可能となる。

（３）一方、本発明は、複数の宅側装置と光ファイバを介して接続された局側装置が、複数の宅側装置から暗号化の有無を含む暗号化処理にレベル差のある複数種類の上りバースト信号を時分割で受信可能なＰＯＮシステムであって、前記宅側装置は、暗号化に依存する送信信号のランダム性の相対的な高低に基づいて決定されたプリアンブル長のプリアンブルを付与してバースト信号を送信する送信部を有し、前記局側装置は、各宅側装置の暗号化処理に関する情報を記憶する記憶部と、所定のプリアンブル長を含むバースト信号に、所定の時定数をもって追従するバースト受信部と、各宅側装置からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該バースト信号のプリアンブル長に対応する時定数にて前記バースト受信部を動作させる制御部とを備えたものである。

上記のように構成されたＰＯＮシステムでは、暗号化に依存する送信信号のランダム性に着眼し、ランダム性の相対的な高低に基づいて、それに適した時定数及びプリアンブル長とすることができる。すなわち、ランダム性が低い場合は０又は１が連続する可能性があるので、時定数を相対的に長くすることによって、大きなベースラインワンダの発生を抑制すればよい。一方、ランダム性が高ければ０又は１のいずれかに片寄ることはないので、大きなベースラインワンダは発生せず、従って、時定数を相対的に短くすればよい。時定数を短くすればプリアンブル長も短くすることができる。時定数を短くすることはバースト信号に対する応答性の確保に寄与し、また、プリアンブル長を短くすることは帯域の有効活用に寄与する。

（４）また、上記ＰＯＮシステムにおいて、制御部は、ランダム性が高いほど時定数及びプリアンブル長を短く、逆に、ランダム性が低いほど時定数及びプリアンブル長を長くするよう決定するようにしてもよい。
この場合、暗号化の処理が施されていれば時定数及びプリアンブル長を相対的に短くすることができ、逆に、暗号化の処理が施されていなければ時定数及びプリアンブル長を相対的に長くすることができる。またさらに、暗号化の処理が施されている場合を段階的に分けて、暗号化処理が高暗号化であれば時定数及びプリアンブル長を相対的に特に短く、また、暗号化処理が低暗号化であれば時定数及びプリアンブル長を少し短く、というような多様な設定が可能となる。

（５）また、上記（３）又は（４）のＰＯＮシステムにおいて、宅側装置は、線形帰還シフトレジスタの帰還信号と入力信号との排他的論理和の演算を含む６４Ｂ／６６Ｂの符号化を行う符号化部を有するものであってもよい。
この場合、入力信号に０が長く連続すると出力信号も０が固まって出力されやすくなり、大きなベースラインワンダを発生しやすい。しかしながら、暗号化された入力信号であればそのような問題は生じず、局側装置では時定数を短くした受信が可能である。このように、暗号化に応じた時定数の決定をすることによって、この問題すなわち、６４Ｂ／６６Ｂの符号化に起因する問題を緩和することができる。

（６）一方、本発明は、複数の送信装置から暗号化の有無を含む暗号化処理にレベル差のあるバースト信号を時分割で受信可能であり、所定のプリアンブル長を含むバースト信号に、所定の時定数をもって追従する受信方法であって、予め各送信装置の暗号化に依存する送信信号のランダム性の相対的な高低に基づいて、前記所定のプリアンブル長及び、前記時定数を定めておくステップと、各送信装置は、前記所定のプリアンブル長を付与してバースト信号を送信するステップと、受信装置は、各送信装置からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該時定数にて当該バースト信号に追従し、受信するステップとを有することを特徴とする。

上記のような受信方法では、暗号化に依存する送信信号のランダム性に着眼し、ランダム性の相対的な高低に基づいて、それに適した時定数及びプリアンブル長を決定することができる。すなわち、ランダム性が低い場合は０又は１が連続する可能性があるので、時定数を相対的に長くすることによって、大きなベースラインワンダの発生を抑制すればよい。一方、ランダム性が高ければ０又は１のいずれかに片寄ることはないので、大きなベースラインワンダは発生せず、従って、時定数を相対的に短くすればよい。時定数を短くすればプリアンブル長も短くすることができる。時定数を短くすることはバースト信号に対する応答性の確保に寄与し、また、プリアンブル長を短くすることは帯域の有効活用に寄与する。

（７）また、上記（６）の受信方法において、所定のプリアンブル長は受信装置が定めるものであり、これを各送信装置に指示するステップをさらに有するようにしてもよい。
この場合の受信装置は、各送信装置から送信されるプリアンブル長を自主的に管理することができる。

本発明の受信装置、ＰＯＮシステム及び受信方法によれば、バースト信号を確実に受信しつつも伝送帯域の有効活用を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るＰＯＮシステムの接続図である。 図１における局側装置の内部構成の概略を示すブロック図である。 図２における光受信部の回路構成の一例を示す回路図である。 図２における光受信部の回路構成の他の例を示す回路図である。 図１における宅側装置の内部構成の概略を示すブロック図である。 局側装置と宅側装置との間の制御フレームのやり取りを示すシーケンス図である。 ＰＯＮシステムでの上り方向通信を示すシーケンス図であり、分散割当方式の一例を示している。 局側装置と未登録宅側装置との間で行われる一般的なディスカバリプロセスを示すシーケンス図である。 暗号化に関して図１とは若干異なるＰＯＮシステムの接続図である。 初めて登録された宅側装置について暗号化に関する情報を記憶する処理の手順（人の処理を含む。）を示すフローチャートである。 ６４Ｂ／６６Ｂ符号化に用いられるスクランブラ及びデスクランブラの論理図である。 ベースラインワンダに関するシミュレーションのための構成を示す図である。 シミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力が全て０の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示し、（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示している。 シミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力が全て０の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示し、（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示している。 シミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力が全て０の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示し、（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示している。 シミュレーション結果を示すグラフであり、（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力が全て０の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示し、（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示している。

以下、本発明の一実施形態に係る受信装置（又は受信方法）を含む典型例としてのＰＯＮシステムに関して、図面を参照して説明する。

《１０Ｇ−ＥＰＯＮにおけるベースラインワンダ》
本実施形態のＰＯＮシステムは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖに基づく１０Ｇ−ＥＰＯＮに適用されるものである。１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、６４Ｂ／６６Ｂ符号が使用される。この６４Ｂ／６６Ｂ符号のために、（１＋Ｘ^３９＋Ｘ^５８）の生成多項式からなる５８段の線形帰還シフトレジスタ（ＬＦＳＲ：Linear Feedback Shift Register）が使用される。ここで、線形帰還シフトレジスタとは、その値を構成するビット列の一部の排他的論理和を入力ビットとするシフトレジスタである。

図１１の（ａ）は、６４Ｂ／６６Ｂ符号化に用いられるスクランブラの論理図である。このスクランブラＳｃは、５８段のフリップフロップＳ０〜Ｓ５７によるシフトレジスタと、Ｓ３８及びＳ５７の各出力の排他的論理和（ＸＯＲとも表記する。）をとる演算子Ｓｃ１とによって構成される線形帰還シフトレジスタＳｃ２を基本構成として有している。また、このスクランブラＳｃは、さらに、入力信号と線形帰還シフトレジスタＳｃ２の帰還信号との排他的論和をとる演算子Ｓｃ３を有している。

一方、図１１の（ｂ）は、６４Ｂ／６６Ｂ復号化に用いられるデスクランブラＤｅの論理図である。このデスクランブラＤｅは、５８段のフリップフロップＳ０〜Ｓ５７によるシフトレジスタと、Ｓ３８及びＳ５７の各出力の排他的論理和をとる演算子Ｄｅ１とによって構成される線形帰還シフトレジスタＤｅ２を基本構成として有している。また、このデスクランブラＤｅは、さらに、入力信号と線形帰還シフトレジスタＤｅ２の帰還信号との排他的論和をとる演算子Ｄｅ３を有している。

図１１の（ａ）において、入力信号（シリアルデータ）は、送信装置（宅側装置）に搭載されるスクランブラＳｃによってスクランブルされ、スクランブルデータとなって出力される。受信装置（局側装置）に搭載されるデスクランブラＤｅは、スクランブルデータ入力を元に戻すデスクランブルを行い、元の信号（シリアルデータ）を出力することができる。

図１１の（ａ）に示すスクランブラＳｃは、Ｓ５７及びＳ３８の各出力の排他的論理和についてさらに、入力信号（Ｉｎｐｕｔ）との排他的論理和をとる。すなわち、スクランブルデータ出力は、ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８，Ｉｎｐｕｔ）と表される。このようなスクランブラＳｃは、基本的に、入力信号自身がスクランブルに寄与し、０／１信号のバランス（マーク率）を均一化して出力する効果をもたらす。

しかしながら、Ｉｎｐｕｔが０に固定される（連続して０）と、
ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８，Ｉｎｐｕｔ）＝ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８） ・・・（１）
となる。また、Ｉｎｐｕｔが１に固定される（連続して１）と、
ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８，Ｉｎｐｕｔ）＝〜ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８） ・・・（２）
となる（「〜」は反転値を表す。）。
上記式（１）、（２）に示すように、各式の右辺には「Ｉｎｐｕｔ」の項が無い。すなわち、Ｉｎｐｕｔが０又は１に固定されると、Ｉｎｐｕｔはスクランブルに寄与しなくなり、スクランブラＳｃの出力は５８段のフリップフロップＳ０〜Ｓ５７によるシフトレジスタの状態によって決まることがわかる。

実際の入力信号であるEthernetフレーム（Ethernetは登録商標）では、ヘッダ部分等に０／１信号がバランスよく配置されており、０又は１に固定されることはない。これによって、ある程度のスクランブルを行うことができる。しかし、データペイロードを０又は１に固定したロングフレーム（例えば、１５１８バイトフレーム）の場合、入力信号の大半はこのロングフレームとなるため、入力信号の大半が０又は１に固定されることになる。データペイロードが０又は１に固定される状態とは、例えば、真っ黒又は真っ白な画像データであり、十分にあり得ることである。

次にＩｎｐｕｔを０又は１に固定した場合のベースラインワンダの発生について考察する。５８段のフリップフロップＳ０〜Ｓ５７から構成される線形帰還シフトレジスタはその周期（２＾５８−１ビット）において０／１のバランスが保たれているが、一時的に０／１のバランスが悪くなる区間が存在しており、ベースラインワンダが発生する。
まず、Ｉｎｐｕｔ＝０に固定した場合を考える。表１は、排他的論理和の真理値表を示す。

上記表１より、５８段のフリップフロップＳ０〜Ｓ５７に０が多い状態になると、スクランブルデータ出力は、ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８，Ｉｎｐｕｔ）＝ＸＯＲ（０，０）＝０となる確率が高くなる。すなわち、スクランブラＳｃから０が多く出力され始めると、帰還信号は反転されず０となるため、０が出力されやすい状態が継続する。この場合、一時的に大きなベースランワンダが発生する。一方で、Ｓ０〜Ｓ５７に１が多くなると、スクランブルデータ出力は、ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８，Ｉｎｐｕｔ）＝ＸＯＲ（１，１）＝０となる確率が高くなる。この場合、スクランブラＳｃから１が多く出力され始めても、帰還信号は反転され０となるため、１が出力されやすい状態は継続しない。

次にＩｎｐｕｔを１に固定した場合を考える。この場合、Ｓ０〜Ｓ５７に０が多くなると、スクランブルデータ出力は、ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８）＝〜ＸＯＲ（０，０）＝１となる確率が高くなる。このため、スクランブラＳｃから０が多く出力され始めても、帰還信号は反転され１となるため、０が出力されやすい状態は継続しない。Ｓ０〜Ｓ５７に１が多くなると、スクランブルデータ出力は、ＸＯＲ（Ｓ５７，Ｓ３８）＝〜ＸＯＲ（１，１）＝１となる確率が高くなる。このため、スクランブラＳｃから１が多く出力され始めると、帰還信号は反転されず１となるため、一時的に１が出力されやすい状態が継続する。この場合、大きなベースランワンダが発生する。

《ベースラインワンダのシミュレーション》
次に、６４Ｂ／６６Ｂ符号において、入力信号が０に固定されることによりベースラインワンダがどのように現れるかを、シミュレーションによって検証する。
図１２は、シミュレーションのための構成を示す図である。入力信号（シリアルデータ）は、６４Ｂ／６６Ｂエンコーダ（上記スクランブラＳｃを含む。）を通過すると、振幅１のＮＲＺ（Non Return Zero）信号となる。この場合、符号１は＋０．５に、符号０は−０．５に、それぞれ対応する。このＮＲＺ信号は、カットオフ周波数ｆｃ＝２ＭＨｚのローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通過する。

ローパスフィルタの出力すなわちベースラインの検出値は、理想的には、ＮＲＺ信号の振幅の中間値である０となる。
シミュレーションの条件は、まず、５８ビットのシフトレジスタの初期状態（Seed）として、
「Ｓｅｅｄ＝Ａ」：ビット０が１で、それ以外は全て０という最悪のケース、及び、
「Ｓｅｅｄ＝Ｂ」：全ビットが１
の２種類を用意する。

また、入力信号（シリアルデータ）としては、全て０（０固定）と、ＰＲＢＳ２^７−１とを用意する。ＰＲＢＳ２^７−１は、７段相当の擬似ランダムビットシーケンス（Pseudo Random Bit Sequence）である。擬似ランダムビットシーケンスとは、特定のランダム性および自己相関性を示すテストシーケンスである。これは、ランダムなデータ条件下でのシステムの性能評価に使用できる。このように、入力信号は、ランダム性の低い（無い）全て０の信号、及び、０／１のバランスがとれたランダム性の高い信号の２種類である。

図１３〜１６は、シミュレーション結果を示すグラフであり、横軸が時間（ビット）、縦軸が図１２における検出値に相当するベースラインワンダ（ＢＬＷ）をそれぞれ示している。
図１３の（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力が全て０の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合、符号０側（マイナス側）に大きなベースラインワンダ（約０．３）が発生している。図１３の（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合は、大きなベースラインワンダは発生しない。

図１４は、図１３の場合よりもさらに時間のスケールを大きくした（３０倍）ときのベースラインワンダを示している。すなわち、図１４の（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力が全て０の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合、図１３の（ａ）にも示した最初の大きなベースラインワンダの他、後続の２つの矢印に示す箇所で、符号０側に、約０．１のベースラインワンダが現れている。図１４の（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ａで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合は、大きなベースラインワンダは発生しない。

次に、図１５の（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力が全て０の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合、Ｓｅｅｄ＝Ａの場合（図１３の（ａ））ほどではないが、符号０側に０．１を超えるベースラインワンダが発生している。図１５の（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜１０万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合は、大きなベースラインワンダは発生しない。

図１６は、図１５の場合よりもさらに時間のスケールを大きくした（３０倍）ときのベースラインワンダを示している。すなわち、図１６の（ａ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力が全て０の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合、図１５の（ａ）にも示した最初のベースラインワンダの他、後続の複数箇所で、符号０側に、やや目立つベースラインワンダが現れている。図１６の（ｂ）は、Ｓｅｅｄ＝Ｂで、入力がＰＲＢＳ２^７−１の条件における、時間０〜３００万ビットまでのベースラインワンダを示している。この場合は、大きなベースラインワンダは発生しない。

以上のことから、入力信号が、ランダム性の高いＰＲＢＳ２^７−１であれば、大きなベースラインワンダは発生しないが、入力信号が０に固定されると、比較的大きなベースラインワンダが発生することが検証できた。

ここで、入力信号が、ランダム性の高いＰＲＢＳ２^７−１であるという状況に類似する現実のＰＯＮシステムの運用状況として、暗号化に着目することができる。すなわち、暗号化された入力信号は、ランダム性が高く、０又は１が長く連続することはあり得ない。従って、宅側装置から暗号化された上りバースト信号が送られてくる場合には、大きなベースラインワンダが発生することはなく、逆に、暗号化されない上りバースト信号が送られてくる場合には、大きなベースラインワンダが発生する可能性がある。そこで、暗号化処理に応じて局側装置の受信の仕方等を変えることが考えられる。以下、このような受信装置（受信方法）を含むＰＯＮシステムの実施形態について説明する。

《システムの全体構成》
図１は、本発明の一実施形態に係るＰＯＮシステムの接続図である。
図１において、局側装置１は、複数の宅側装置２，３，４に対する集約局として設置され、各宅側装置２，３，４は、それぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置１に接続された１本の光ファイバ（幹線）５は、光カプラ６を介して複数の光ファイバ（支線）７に分岐しており、これによって光ファイバ網が構成されている。その光カプラ６から分岐した各光ファイバ７の終端に、それぞれ宅側装置２，３，４が接続されている。

局側装置１は、上位ネットワーク８と接続され、各宅側装置２，３，４はそれぞれのユーザネットワーク９と接続されている。
なお、図１では、合計３個の宅側装置２，３，４を示しているが、１つの光カプラ６から例えば３２分岐して３２個の宅側装置を接続することが可能である。また、図１では、光カプラ６を１個だけ使用しているが、光カプラを縦列に複数段設けることにより、更に多くの宅側装置を局側装置１と接続することができる。

図１において、各宅側装置２，３，４から局側装置１への上り方向には、波長λ１の光信号によるデータが送信される。逆に、局側装置１から各宅側装置２，３，４への下り方向には、波長λ２の光信号によるデータが送信される。
これらの波長λ１及びλ２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖの１０Ｇｂｐｓ信号では以下の範囲の値が想定されている。
１２６０ｎｍ≦λ１≦１２８０ｎｍ
１５７５ｎｍ≦λ２≦１５８０ｎｍ

また、本実施形態では、宅側装置２，３，４からの上りバースト信号Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４のうち、宅側装置３，４からの上りバースト信号Ｂ３，Ｂ４が暗号化されており、宅側装置２からの上りバースト信号Ｂ２は暗号化されていない、という状況を想定している。このような、暗号化の有無という暗号化処理のレベル差の他、さらに、暗号化されている宅側装置３，４からの上りバースト信号Ｂ３，Ｂ４についても、その暗号化処理にレベル差がある。すなわち、宅側装置４は、宅側装置３よりもランダム性が高い高暗号化処理を行っており、逆に、宅側装置３は、宅側装置４との比較ではランダム性が若干低い（但し、暗号化なしよりは明らかに高い。）低暗号化処理を行っている。

また、局側装置１から見た宅側装置２〜４までの距離（光ファイバ５＋７の長さ）は互いに異なり、そのため、上りバースト信号の強度も互いに異なる。図示の例では、宅側装置２，３，４の順に距離が遠くなっている。
なお、距離に応じて必要により、誤り訂正（ＦＥＣ）の能力（ＦＥＣ符号化／復号化）を持たせることができる。

なお、図示の例では、宅側装置２，３，４が３台あり、この３台がそれぞれ異なる３種類の暗号化処理（暗号化無しも含む。）を行うものとしたが、宅側装置の台数と暗号化処理のレベル差には、他に種々のパターンがあり得る。
局側装置１は、前述のように各宅側装置２，３，４に対する集約局として機能するので、宅側装置２，３，４における暗号化処理に関する情報（暗号化する／しない、暗号化の内容や解読の仕方、暗号化のレベル等）を把握している。すなわち、局側装置１は、自身が管理するすべての宅側装置２，３，４の暗号化処理に関する情報を把握している。

また、図１に示すように、局側装置１は、宅側装置２，３，４の暗号化処理のレベル（暗号化無しも含む。）と、それに適した自身の受信回路の時定数、及び、上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４のプリアンブル長に関する情報とを規定した参照テーブルＴａを、自身の記憶部１０（図２参照）に記憶している。
この参照テーブルＴａから明らかなように、本実施形態では、上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４の暗号化処理のレベル（ランダム性）が高いほど、時定数とプリアンブル長がともに短くなるように規定されている。

《局側装置の構成》
図２は、局側装置１の内部構成の概略を示すブロック図である。本実施形態の局側装置１の各部は、図２に示すように接続されている。
図２において、上位ネットワーク８からのフレームは上位ネットワーク側受信部１０１により受信され、データ中継処理部１０３に送られる。データ中継処理部１０３は、ＰＯＮ側送信部１０５へフレームを渡す。このフレームは、光送信部１０８において、波長λ２でかつ所定の伝送レート（１０．３１２５Ｇｂｐｓ）の光信号に変換され、合分波部１１０を通じて各宅側装置２〜４に送信される。

一方、宅側装置２，３，４から上り方向に送信された波長λ１の光信号は、合分波部１１０を通過して光受信部（バースト受信部）１０９により受信される。
この光受信部１０９は、内部に、光電変換素子１１１、増幅器１１２、時定数回路１１３及び比較器１１４を備えている。
光電変換素子１１１は、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等の半導体受光素子であり、上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４の受光量に対応するレベルのバースト電気信号を出力し、増幅器１１２はその電気信号を増幅して出力する。

時定数回路１１３は、増幅器１１２の増幅信号の振幅に可変の時定数をもって追従するものであり、比較器１１４は、時定数回路１１３の出力信号との比較結果を出力する。この比較器１１４の出力信号は、ＰＯＮ側受信部１０７に入力される。
なお、光受信部１０９の、より詳細な回路構成については後述する。

前記ＰＯＮ側受信部１０７は、クロック・データ再生部１１５、ＦＥＣ復号化部１１６、物理層復号化部１１７、暗号復号化部１１８、及び、フレーム再生部１１９を内部に備えている。
クロック・データ再生部１１５は、光受信部１０９の比較器１１４から受けた２値の出力信号に同期してタイミング成分（クロック）とデータとを再生する。
ＦＥＣ復号化部１１６は、再生されたデータに対して所定の誤り訂正復号を行い、物理層復号化部１１７は、再生されたデータに施されている所定の符号を復号する。

なお、ＦＥＣ復号化部１１６が行う誤り訂正復号は、後述する宅側装置２，３，４のＦＥＣ符号化部２１２が生成した誤り訂正符号に対する復号化処理である。
また、物理層復号化部１１７が行う復号は、後述する宅側装置２，３，４の物理層符号化部２１１が生成した符号に対する復号化処理すなわち、６４Ｂ／６６Ｂ復号化処理（デスクランブル処理を含む。）である。

暗号復号化部１１８は、物理層復号化部１１７から入力されるデータに対して、宅側装置３，４の暗号化にそれぞれ対応した暗号解読の処理を行う。なお、暗号化されていないデータに対しては、この処理を省略することができる。また、宅側装置３，４における暗号化処理については後述する。

フレーム再生部１１９は、復号等がなされたデータからフレームの境界を検出し、例えば、イーサネット（登録商標）フレームを復元する。また、フレーム再生部１１９は、フレームのヘッダ部分を読み取り、受信フレームがデータフレームであるか、或いは、メディアアクセス制御のための制御情報のフレームであるかを判定する。
上記制御情報の例としては、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖで想定されているＭＰＣＰ（Multi-point Control Protocol）ＰＤＵ（Protocol Data Unit）を挙げることができる。

局側装置１が宅側装置２，３，４に対して上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４の送出開始時刻及び送出許可量を指示する制御情報である「グラント」や、宅側装置２，３，４が局側装置１に対して上り方向データの蓄積量に関する値を通知する制御情報である「レポート」は、上記ＭＰＣＰ ＰＤＵの一種である。
フレーム種別の判定の結果、フレームがデータフレームであれば、フレーム再生部１１９は、これをデータ中継処理部１０３に送る。

データ中継処理部１０３は、データフレームのヘッダ情報の変更や、上位ネットワーク側送信部１０２に対する送信制御等の所定の中継処理を行い、処理後のフレームは、上位ネットワーク側送信部１０２から上位ネットワーク８へ送出される。
一方、フレーム種別の判定の結果、フレームがレポートフレームであれば、フレーム再生部１１９はこれを局側信号処理部１０４に送る。局側信号処理部１０４は、このレポートに基づいて制御情報としてのグラントフレームを生成し、このグラントフレームを、ＰＯＮ側送信部１０５及び光送信部１０８によって下り方向へ送信させる。

また、局側信号処理部（局側制御部）１０４は、各宅側装置２，３，４の暗号化処理のレベル、及び、このレベルに適した時定数回路１１３の時定数と上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４のプリアンブル長に関する情報として記憶部１０に記憶されている前記参照テーブルＴａに基づいて、暗号化処理のレベルに対応したプリアンブル長を決定することができる。決定されたプリアンブル長の情報は、前記グラントフレームに含めて、局側信号処理部１０４から宅側装置２〜４へ通知される。

一方、局側信号処理部１０４は、宅側装置２，３，４に配付するグラントに基づいて、その宅側装置２，３，４から次に上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４を受信する時期を特定し、その宅側装置２，３，４に対応する暗号化処理と、この暗号化処理のレベルに適した時定数を、前記参照テーブルＴａを参照して決定する。
そして、局側信号処理部１０４は、次に上りバースト信号を受信する宅側装置の暗号化処理に対応した暗号復号化処理をＰＯＮ側受信部１０７に通知し、また、時定数を光受信部１０９に通知する。

光受信部１０９とＰＯＮ側受信部１０７は、宅側装置２，３，４から受ける上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４の受信時期に合わせて、自身の受信機能を適応させる。
具体的には、光受信部１０９は、局側信号処理部１０４から通知される時定数に時定数回路１１３の内部パラメータを切り替え、同グラントで宅側装置２，３，４に通知したプリアンブル長の時間内で増幅器１１２のゲイン等を所定値に切り替え、時定数回路１１３を収束させる。

また、ＰＯＮ側受信部１０７の暗号復号化部１１８は、局側信号処理部１０４からの通知に基づいて暗号復号化の処理を行う。なお、暗号化なしの上りバースト信号Ｂ２の場合（図１の宅側装置２の場合）には、暗号復号化部１１８は、暗号復号化処理を行わない。
なお、ＦＥＣ復号化についても、記憶部１０に情報が記憶され、上りバースト信号を送ってくる宅側装置のＦＥＣ符号化に合わせて復号を行うが、これについては詳細な説明は省略する。

《光受信部の構成》
図３は、光受信部１０９の回路構成の一例を示す回路図である。
図３において、受光素子であるフォトダイオード１１１は、２値信号（デジタル信号）に基づく光信号よりなる上りバースト信号Ｂ２〜Ｂ４を受光し、これを電気信号の上りバースト信号に変換して出力する。
フォトダイオード１１１の出力信号は、フィードバック抵抗１２４が入出力間に接続された前記増幅器１１２によって増幅される。

増幅器１１２が出力する増幅されたバースト信号（増幅信号）は、そのまま信号電圧として比較器１１４の一方の入力端子（−）に入力される。また、当該バースト信号が時定数回路１１３を介して出力される電圧が、閾値電圧として比較器１１４の他方の入力端子（＋）に入力される。
図３に示す時定数回路１１３は、外部からの制御信号により抵抗値が可変な抵抗器１２０と、この可変抵抗器１２０に一端が接続され、他端が接地電位であるコンデンサ１２１とによって構成されるローパスフィルタよりなる。すなわち、これは、前述のシミュレーションにおけるローパスフィルタ（ＬＰＦ／図１２）に相当する実機である。

この場合、可変抵抗器１２０の抵抗値をＲ、コンデンサ１２１のキャパシタンスをＣとすると、当該時定数回路１１３の時定数τは、τ＝Ｒ・Ｃ となる。
比較器１１４は、信号電圧と閾値電圧とを比較して、その比較結果を０又は１の２値信号（デジタル信号）であるＤout とその論理反転信号とを出力する。
可変抵抗器１２０の抵抗値Ｒは、局側信号処理部１０４からの制御信号で変化し、これにより、時定数回路１１３の時定数τを、τ１〜τ３（τ１＜τ２＜τ３）の３段階で切り替えることができる。なお、３段階というのは、時定数が３種類必要な場合の例であり、必要な時定数の種類に応じて段階数を設けることができることは言うまでもない。

図４は、光受信部１０９の回路構成の他の例を示す回路図である。
図４に示すように、この場合の時定数回路１１３は、増幅器１１２の出力端子と接地電位との間に設けられた、抵抗Ｒ０（抵抗値Ｒ０）及びコンデンサ１２１の直列体と、抵抗Ｒ０に対して並列接続された抵抗Ｒ１（抵抗値Ｒ１）及びスイッチング素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴ）１２２の直列体と、同様に抵抗Ｒ０に対して並列接続された抵抗Ｒ２（抵抗値Ｒ２）及びスイッチング素子１２３の直列体とを備えている。

スイッチング素子１２２，１２３の各制御端子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴのゲート）には前記局側信号処理部（局側制御部）１０４が接続され、この処理部１０４によってスイッチング素子１２２，１２３がオン・オフ制御される。
ここで、スイッチング素子１２２のオン抵抗をＲｓ１、スイッチング素子１２３のオン抵抗をＲｓ２とし、（Ｒ２＋Ｒｓ２）＜（Ｒ１＋Ｒｓ１）の関係を満たすと仮定すると、各スイッチング素子１２２，１２３のオン・オフ切り替えにより、次の３通りの時定数τ１〜τ３を得ることができる。

（１）素子１２２→オフ、素子１２３→オンの場合
τ１＝｛Ｒ０・（Ｒ２＋Ｒｓ２）／（Ｒ０＋Ｒ２＋Ｒｓ２）｝・Ｃ
（２）素子１２２→オン、素子１２３→オフの場合
τ２＝｛Ｒ０・（Ｒ１＋Ｒｓ１）／（Ｒ０＋Ｒ１＋Ｒｓ１）｝・Ｃ
（３）素子１２２→オフ、素子１２３→オフの場合
τ３＝ Ｒ０・Ｃ

この場合、（Ｒ２＋Ｒｓ２）＜（Ｒ１＋Ｒｓ１）の関係があるので、τ１＜τ２＜τ３となる。
従って、図４に示す光受信部１０９の場合も、局側信号処理部（局側制御部）１０４からのグラントに基づいて生成された制御信号により、時定数回路１１３の時定数τを、τ１〜τ３（τ１＜τ２＜τ３）の３段階で切り替えることができる。

《宅側装置の構成》
次に、宅側装置の構成について説明する。
図５は、宅側装置３の内部構成の概略を示すブロック図である。
本実施形態の宅側装置３の各部は、図５に示すように接続されている。なお、宅側装置４の場合も同様の構成である。宅側装置２に関しては、暗号化部３１０が設けられていない点のみ異なるが、その他は同様である。
図５において、局側装置１から下り方向に送信されて来る光信号は、合分波部３０１を通過して、光受信部３０２により電気信号に変換され、更に、この電気信号はＰＯＮ側受信部３０４により受信される。

光受信部３０２は、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）機能を有し、下り受信信号の強度をモニタして、その検出情報を、ＰＯＮ側受信部３０４から後述する宅側信号処理部（宅側制御部）３０６に送る。
ＰＯＮ側受信部３０４は、受信したフレームのヘッダ部分（プリアンブル部分を含む。）を読み取ることにより、当該フレームが自己宛（ここでは、自己又は自己の配下のユーザネットワーク９内の装置宛を意味する。）であるか否かを判定する。

判定の結果、自己宛であれば、当該フレームを取り込み、そうでなければ、当該フレームを廃棄する。例えば、上記の宛先判定を行うためのヘッダ情報の例として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖで想定されている論理リンク識別子（ＬＬＩＤ）を挙げることができる。
更に、ＰＯＮ側受信部３０４は、フレームのヘッダ部分を読み取ることにより、受信したフレームがデータフレームであるか、又は、グラントフレームであるかを判定する。

判定の結果、データフレームであれば、ＰＯＮ側受信部３０４はこれをデータ中継処理部３０７に送る。データ中継処理部３０７は、ユーザネットワーク側送信部３０８に対する送信制御等の所定の中継処理を行い、処理後のフレームはユーザネットワーク側送信部３０８からユーザネットワーク９へ送出される。
また、上記判定の結果、フレームがグラントフレームであれば、ＰＯＮ側受信部３０４はこれを宅側信号処理部３０６に転送する。宅側信号処理部３０６は、グラントフレームに基づいて上り方向の送出をデータ中継処理部３０７に指示する。

一方、ユーザネットワーク９からのフレームは、ユーザネットワーク側受信部３０９によって受信され、データ中継処理部３０７に転送される。転送されたフレームはデータ中継処理部３０７内のバッファメモリに一旦蓄積され、また、そのデータ量が宅側信号処理部３０６に通知される。
宅側信号処理部３０６は、ＰＯＮ側送信部３０５に対して送信制御を行い、所定のタイミングで、バッファメモリに蓄積されているフレームをＰＯＮ側送信部３０５に出力させるとともに、通知されたバッファメモリ内のデータ蓄積量に基づいてレポートフレームを作成してＰＯＮ側送信部３０５に出力させる。

ＰＯＮ側送信部３０３の出力は、光送信部３０３で光信号に変換され、波長λ１でかつ所定の伝送レート（１０．３１２５Ｇｂｐｓ）の光信号として、合分波部３０１を介して上り方向に送信される。また、ＰＯＮ側送信部３０３は、内部に、暗号化部３１０と、物理層符号化部３１１と、ＦＥＣ符号化部３１２とを備えている。

暗号化部３１０は、データ中継処理部３０７から送られてくる送信データに暗号化処理を施す。１０Ｇ−ＥＰＯＮの暗号化は、イーサネット（登録商標）のセキュリティを規定したＩＥＥＥ８０２．１ＡＥに準拠して行われ、ＧＣＭ−ＡＥＳ−１２８がデフォルトアルゴリズムとして規定されている。ＧＣＭ−ＡＥＳ−１２８は、ＮＩＳＴ（The National Institute of Standards and Technology：米国標準技術局）が規定するＡＥＳ（Advanced Encryption Standard：高度暗号標準）の１動作モードで、ハードウェア化に適しており、高速な暗号化が可能とされている。なお、１２８は鍵の長さが１２８ビットという意味である。

物理層符号化部３１１は、データ中継処理部３０７から送られてくるデータに対して所定の符号化すなわち、６４Ｂ／６６Ｂ符号化の処理（スクランブルを含む。）を行う。また、ＦＥＣ符号化部３１２は、符号化されたデータに対して更に冗長ビットを付加して所定の誤り訂正符号を生成する。

また、物理層符号化部３１１は、符号化と同時に、データに所定のパターン（ＩＥＥＥ８０２．３ａｖでは６６ビットの同期パターンの繰り返し）からなるプリアンブル長を付加する。このプリアンブル長は、宅側信号処理部３０６からの通知に応じて変更可能となっている。
宅側信号処理部３０６は、プリアンブル長に関する情報がグラントフレームに記載されている場合には、その情報に基づいて、物理層符号化部３１１が生成する符号のプリアンブル長を設定する。

《制御フレームのやり取り》
図６は、局側装置１と例えば宅側装置３（宅側装置２，４についても同様）との間の制御フレームのやり取りを示すシーケンス図である。図示のように、まず、局側装置１は、運用時間開始時刻Ｔ０の時点で宅側装置３に関するＲＴＴ（Round Trip Time）を既に計算している。時刻Ｔａ１において、局側装置１は送出要求量を通知させるために、宅側装置３に対してレポート送出開始時刻Ｔｂ２を含んだグラント（グラントフレーム）Ｇ１を送信する。

このレポート送出開始時刻Ｔｂ２は、他の宅側装置２，４から送信されるレポートと衝突しないように計算される。宅側装置３は、自身に対するグラントＧ１を受信すると、データ中継処理部３０７のバッファメモリに蓄積されたデータ量を参照して送出要求量を算出し、グラントＧ１に含まれるレポート送出開始時刻Ｔｂ２に、局側装置１に対して送出要求量を含んだレポート（レポートフレーム）Ｒ１を送出する。

局側装置１はレポートＲ１を受信すると、固定または可変の最大送出許可量以下となり、かつ、レポートＲ１に含まれるバッファメモリ内データ量のデータをなるべく多く送れるような値を演算し、演算結果を送出許可量としてグラントＧ２に挿入する。
レポートＲ１に含まれる送出要求量がゼロの場合には、局側装置１による演算結果がゼロとなるため帯域が割当てられないが、宅側装置３にレポートＲ２を送出させる必要があるので、局側装置１は宅側装置３に対して必ずグラントＧ２を送出する。

グラントＧ２に含まれる送出開始時刻Ｔｂ４は、演算済みである前回の宅側装置データの受信予定時刻、前回の宅側装置３の送出許可量、現在の宅側装置３に関するＲＴＴ及び固定時間であるガードタイムを用い、データ及びレポートが他の宅側装置２，４からのデータまたはレポートと衝突しないように計算される。
なお、局側装置１は、送出許可量及び送出開始時刻Ｔｂ４を含むグラントＧ２を送出する時刻Ｔａ３を、送出開始時刻Ｔｂ４までにグラントＧ２が宅側装置３に到着するように計算する。

宅側装置３は、自身に対するグラントＧ２を受信すると、グラントＧ２に含まれる送出開始時刻Ｔｂ４に、送出許可量分のデータＤを、次回の送出要求量を含んだレポートＲ２とともに局側装置１に送出する。
このレポートＲ２はデータＤの直前または直後に送出されるが、データＤの直前に送出される場合には、送出要求量として局側装置１に報告する値は、バッファメモリに蓄積されているデータ量とデータＤのデータ量との差分である。

局側装置１は、データＤ及びレポートＲ２を受信すると、データＤを上位ネットワーク８に送出し、レポートＲ２についてはレポートＲ１に対する処理と同様の処理を行なう。以上説明したシーケンス処理は、全ての宅側装置２〜４に対して独立に行なわれ、運用時間が終了するまで時刻Ｔａ３〜時刻Ｔａ４の処理が繰り返される。

《上り方向通信のシーケンス》
図７は、上記ＰＯＮシステムでの上り方向通信を示すシーケンス図であり、分散割当方式の一例を示している。以下、図７の左側から右側に向かって時間が進行するとして、局側装置１を主体としたＰＯＮシステムの動作について説明する。
まず、局側装置１は、各宅側装置４，３，２に対して、それぞれ、グラントＧ４１，Ｇ３１，Ｇ２１を順次送出する。

次に、局側装置１は、各宅側装置４，３，２からそれぞれレポートＲ４１，Ｒ３１，Ｒ２１を受信すると、最初にデータの送出を許可する宅側装置４に対するグラントＧ４２を送出する。
そして、局側装置１は、宅側装置４から送出されるデータＤ４１及び次のレポートＲ４２を受信すると、これと並行して宅側装置３に対するグラントＧ３２を送出する。

局側装置１は、宅側装置３から送出されるデータＤ３１及び次のレポートＲ３２を受信すると、これと並行して宅側装置２に対するグラントＧ２２を送出する。また、続いて、宅側装置４に対するグラントＧ４３も送出する。
局側装置１は、宅側装置２から送出されるデータＤ２１及び次のレポートＲ２２を受信する。

また、局側装置１は、宅側装置４から送出されるデータＤ４２及び次のレポートＲ４３を受信するとともに、これと並行して宅側装置３に対するグラントＧ３３を送出する。
更に、局側装置１は、宅側装置３から送出されるデータＤ３２及び次のレポートＲ３３を受信するとともに、これと並行して宅側装置２に対するグラントＧ２３を送出する。
ここで、宅側装置２から送出されるデータがなければ、局側装置１は、次のレポートＲ２３のみを受信する。

これ以降、同様の処理が繰返され、局側装置１は、順次宅側装置２，３，４に対して帯域を動的に割当てて、データの受信を繰り返す。

《暗号化と受信との関係》
以上のようなシーケンスにより、局側装置１は、宅側装置２〜４からの上りバースト信号を時分割で受信することができる。局側装置１は、どの時刻に、どの宅側装置から信号を受信するかのスケジュールを全て管理し、把握している。また、局側装置１は、宅側装置２〜４の暗号化処理に関する情報を記憶部１０に記憶している。そこで、局側装置１は、暗号化に依存する送信信号のランダム性の相対的な高低に基づいて時定数及びプリアンブル長を決定する。

前述のように、送信信号のランダム性は暗号化に依存し、暗号化なしの場合は大きなベースラインワンダが発生する可能性があるので、時定数τは相対的に長く設定する必要がある。また、これに対応して送信信号のプリアンブル長も相対的に長くする必要がある。一方、暗号化ありの場合でも、その暗号化処理のレベル差によりランダム性にも差が出る。従って、高暗号化の場合は時定数を相対的に短く、かつ、プリアンブル長も相対的に短くする。また、低暗号化の場合は、高暗号化と暗号化なしとの中間的設定として、時定数、プリアンブル長ともに、中に設定する（図１の参照テーブルＴａ）。

そこで、局側装置１の制御部（局側信号処理部１０４）は、図１の参照テーブルＴａに示すように、暗号化に応じて時定数、プリアンブル長の「長」、「中」、「短」を決定し、グラントの送信時に、相手方の宅側装置にプリアンブル長を通知する。また、各宅側装置２，３，４からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該バースト信号のプリアンブル長に対応する時定数（τ_３，τ_２，τ_１）にて光受信部１０９の時定数回路１１３を動作させる。なお、プリアンブル長の「長」、「中」、「短」が実際にどの程度のものであるかは、時定数によって異なる。すなわち、プリアンブル長は、設定された時定数に対して、その時定数でプリアンブル区間内に閾値が振幅の中間値に収束して入力信号の０／１を確実に読み取ることができるようになるための必要十分な長さである。

以上のように構成されたＰＯＮシステムでは、暗号化に依存する送信信号のランダム性に着眼し、ランダム性の相対的な高低に基づいて、それに適した時定数及びプリアンブル長を決定することができる。すなわち、ランダム性が低い場合は０又は１が連続する可能性があるので、時定数を相対的に長くすることによって、大きなベースラインワンダの発生を抑制することができる。一方、ランダム性が高ければ０又は１のいずれかに片寄ることはないので、大きなベースラインワンダは発生せず、従って、時定数を相対的に短くすればよい。時定数を短くすればプリアンブル長も短くすることができる。時定数を短くすることは、バースト信号に対する応答性の確保に寄与し、また、プリアンブル長を短くすることは帯域の有効活用に寄与する。従って、バースト信号を確実に受信しつつも伝送帯域の有効活用を実現することができる。

また、暗号化の有無のみならず、暗号化の処理が施されている場合を段階的に分けて、暗号化処理が高暗号化であれば時定数及びプリアンブル長を相対的に特に短く、また、暗号化処理が低暗号化であれば時定数及びプリアンブル長を少し短く、というような多様な設定が可能である。

また、入力信号と帰還信号との排他的論理和の演算を含む線形帰還シフトレジスタを用いて６４Ｂ／６６Ｂの符号化を行う場合、入力信号に０が長く連続すると出力信号も０が固まって出力されやすくなり、大きなベースラインワンダを発生しやすい。しかしながら、暗号化された入力信号であればそのような問題は生じず、局側装置１では時定数を短くした受信が可能である。このように、暗号化に応じた時定数の決定をすることによって、この問題すなわち、６４Ｂ／６６Ｂの符号化に起因する問題を緩和することができる。

《ディスカバリプロセス》
なお、以上の説明では、宅側装置２，３，４がいずれもＰＯＮシステムに既に加入済みであると仮定している。
しかし、実際には、例えば電源オフの状態から電源オンにより宅側装置２，３，４が局側装置１に認識され、ＰＯＮシステムに加入する手順が存在し、この手順はディスカバリプロセスと呼ばれる。

局側装置１に認識される前の未登録の宅側装置は、グラントを与えられる機会がないので、すべての宅側装置２，３，４は、局側装置１から明示的にグラントが与えられない限り、上り方向通信を行うことができない。
そこで、局側装置１は、電源オフ（未接続も含む。）から電源オンになり、ＰＯＮシステムに加入しようとする宅側装置２，３，４（以下、未登録宅側装置という。）を検出するためのディスカバリプロセスを周期的に実行し、未登録宅側装置に応答機会を与える。

図８は、局側装置と未登録宅側装置との間で行われる一般的なディスカバリプロセスを示すシーケンス図である。
図８において、局側装置は時刻Ｔ１においてディスカバリプロセスを開始し、下り方向にディスカバリゲートをブロードキャストする。
このディスカバリゲートには、これに対する応答が許されるディスカバリ期間の開始時刻と期間の長さの情報が含まれている。このディスカバリ期間は、ディスカバリウインドウと呼ばれ、例えば時刻Ｔ２からＴ４までの時間ΔＴｄとなる。

ディスカバリゲートを受け取った未登録宅側装置は、時刻Ｔ２（局側装置と同期している。）からランダム長の時間をもつランダム待ち時間ΔＴｗだけ待ち、時刻Ｔ３に、登録要求メッセージを局側装置に送信する。
このランダム待ち時間ΔＴｗは、登録要求メッセージがディスカバリウインドウに収まる範囲内で、ランダムな値となる。従って、仮に、ＰＯＮシステムに加入しようとする未登録宅側装置が複数あった場合でも、複数の未登録宅側装置からの登録要求メッセージが相互に衝突する確率を低下させることができる。

登録要求メッセージには、その未登録宅側装置の個体識別番号としてのＭＡＣアドレスが含まれている。登録要求メッセージの受信に成功した局側装置は、ＰＯＮシステム上の論理的なリンク番号（ＬＬＩＤ）を当該未登録宅側装置に割り当て、ＭＡＣアドレスとＬＬＩＤとを相互に関連付けて、ＰＯＮシステムに登録する。
次に、局側装置は、新たに登録した宅側装置に対して、時刻Ｔ５において、登録メッセージを送信する。登録メッセージには、当該宅側装置のＬＬＩＤと、局側装置が上り方向のバースト通信を受信する際に必要な同期時間の情報とが含まれている。

その後、時刻Ｔ６において局側装置は、当該宅側装置に対して上り方向通信を許可するグラント（グラントゲート）を送信する。
グラントゲートを受信した未登録宅側装置は、そのグラントを用いて時刻Ｔ７に登録アクノレッジを局側装置に送信し、これを局側装置が受信してディスカバリプロセスが終了する。その後は、通常のＰＯＮシステムの通信が開始される。

《暗号化の他の例》
図９は、暗号化に関して図１とは若干異なるＰＯＮシステムの接続図である。図１との違いは、暗号化処理のレベル差が単に、暗号化なし、暗号化あり、の２種類となり、時定数やプリアンブル長も、長・短の２種類とした点である。すなわち、時定数は、相対的に長いτ_Ｌと、相対的に短いτ_Ｓのみである。また、宅側装置３，４の上りバースト信号におけるプリアンブル長は、互いに同じで、「短」である。
このように、暗号化の有無のみで扱いを変えることも可能であり、時定数も２種類で済むので、簡素である。帯域の有効利用という点ではむしろ、図１よりもこの方がよい場合もある。

《暗号化に関する初期の情報取得》
なお、初めて登録された宅側装置については、暗号化に関する情報が局側装置１に記憶されていないので、これを記憶する処理が必要である。
図１０は、このような処理の手順（人の処理を含む。）を示すフローチャートであり、対象のＰＯＮシステムとしては、暗号化の有無のみを考慮する図９を想定している。

図１０において、局側装置をＯＬＴ、宅側装置をＯＮＵと表記する。まず、ステップＳ１において、「暗号＝なし、時定数＝長、プリアンブル＝長」のディフォルト設定で、ＯＬＴ―ＯＮＵ間の接続（ディスカバリ）を確立する。次に、オペレーターが新規なＯＮＵ＿ｎの上り信号を「暗号＝あり」に設定する（ステップＳ２）。次に、ＯＬＴがＯＮＵ＿ｎに対して送信設定変更を通知する（ステップＳ３）。通知内容は例えば「暗号＝あり、プリアンブル＝短」に変更して下さい、というものである。

次に、ステップＳ４において、ＯＮＵ＿ｎが、暗号化に対応している場合はステップＳ５へ、対応していない場合はステップＳ８へ、それぞれ進む。
ステップＳ５においては、ＯＮＵ＿ｎは、送信設定を変更し、ＯＬＴに対して「暗号＝あり、プリアンブル＝短」に変更しました、という応答をする。これを受けてＯＬＴは、ＯＮＵ＿ｎの受信設定を変更し、「暗号＝あり、時定数＝短、プリアンブル＝短」とする（ステップＳ６）。そして、これ以降は、ＯＮＵ＿ｎからＯＬＴへの上り送受信を「暗号＝あり、時定数＝短、プリアンブル＝短」で実施する。

一方、ステップＳ８へ進んだ場合は、ＯＮＵ＿ｎからＯＬＴに対して、「変更できません」という応答がなされる。これを受けてＯＬＴは、オペレーターに対して、変更失敗として「ＯＮＵ＿ｎは暗号化に対応していません」と通知する（ステップＳ９）。以後、ＯＮＵ＿ｎからＯＬＴへの上り送受信は、「暗号＝なし、時定数＝長、プリアンブル＝長」のディフォルトのままで実施される（ステップＳ１０）。

《その他》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施形態では、バースト信号を時分割で受信する受信装置が、ＰＯＮシステムの局側装置である場合を例示したが、本発明の受信装置は、他のシステム例えば無線通信システムに採用することもできる。

１ 局側装置（受信装置）
２〜４ 宅側装置（送信装置）
５，７ 光ファイバ
１０ 記憶部
１０４ 局側信号処理部（制御部）
１０９ 光受信部（バースト受信部）
３１１ 物理層符号化部
Ｓｃ２ 線形帰還シフトレジスタ

Claims (7)

1. 複数の送信装置から暗号化の有無を含む暗号化処理にレベル差のあるバースト信号を時分割で受信可能な受信装置であって、前記バースト信号は前記暗号化処理のレベル差に応じてプリアンブル長が異なるものであり、
   各送信装置の暗号化処理に関する情報を記憶する記憶部と、
   所定のプリアンブル長を含むバースト信号に、所定の時定数をもって追従するバースト受信部と、
   各送信装置からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該バースト信号のプリアンブル長に対応する時定数にて前記バースト受信部を動作させる制御部と
   を備えていることを特徴とする受信装置。
2. 前記制御部は、前記ランダム性が高いほど前記時定数及びプリアンブル長を短く、逆に、前記ランダム性が低いほど前記時定数及びプリアンブル長を長くするよう決定する請求項１記載の受信装置。
3. 複数の宅側装置と光ファイバを介して接続された局側装置が、複数の宅側装置から暗号化の有無を含む暗号化処理にレベル差のある複数種類の上りバースト信号を時分割で受信可能なＰＯＮシステムであって、
   前記宅側装置は、暗号化に依存する送信信号のランダム性の相対的な高低に基づいて決定されたプリアンブル長のプリアンブルを付与してバースト信号を送信する送信部を有し、
   前記局側装置は、
   各宅側装置の暗号化処理に関する情報を記憶する記憶部と、
   所定のプリアンブル長を含むバースト信号に、所定の時定数をもって追従するバースト受信部と、
   各宅側装置からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該バースト信号のプリアンブル長に対応する時定数にて前記バースト受信部を動作させる制御部と
   を備えていることを特徴とするＰＯＮシステム。
4. 前記制御部は、前記ランダム性が高いほど前記時定数及びプリアンブル長を短く、逆に、前記ランダム性が低いほど前記時定数及びプリアンブル長を長くするよう決定する請求項３記載のＰＯＮシステム。
5. 前記宅側装置は、線形帰還シフトレジスタの帰還信号と入力信号との排他的論理和の演算を含む６４Ｂ／６６Ｂの符号化を行う符号化部を有する請求項３又は４に記載のＰＯＮシステム。
6. 複数の送信装置から暗号化の有無を含む暗号化処理にレベル差のあるバースト信号を時分割で受信可能であり、所定のプリアンブル長を含むバースト信号に、所定の時定数をもって追従する受信方法であって、
   予め各送信装置の暗号化に依存する送信信号のランダム性の相対的な高低に基づいて、前記所定のプリアンブル長及び、前記時定数を定めておくステップと、
   各送信装置は、前記所定のプリアンブル長を付与してバースト信号を送信するステップと、
   受信装置は、各送信装置からのバースト信号の受信時期に合わせて、当該時定数にて当該バースト信号に追従し、受信するステップと
   を有することを特徴とする受信方法。
7. 前記所定のプリアンブル長は受信装置が定めるものであり、これを各送信装置に指示するステップをさらに有することを特徴とする請求項６記載の受信方法。