JP2014072746A - 信号有無判定手段を用いて送信側情報を取得する通信システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＲを実施するのに必要な期間をプリアンブルとして信号に挿入せずとも、２値の論理情報の通信を可能とする通信システムを提供する。
【解決手段】本通信システムの送信装置は、ＣＤＲを実施するのに必要な時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信するフレーム送信手段と、クロック重畳信号の送信に必要な時間よりも短い送信期間を有するパルス信号を生成し送信するパルス送信手段と、受信装置から通知された送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、いずれか一方の送信手段の使用を選択する送信系統選択手段とを有する。一方、本通信システムの受信装置は、送信装置からの信号の有無を判定することによってパルス信号を受信することができる信号有無判定手段と、送信装置に通知した送信開始時刻及び送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、いずれか一方の受信（判定）手段の使用を選択する受信系統選択手段とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、クロック・データ再生（ＣＤＲ：Clock and Data Recovery）機能を備えた通信システムにおける通信技術に関する。

デジタル通信では、受信側でデジタル信号の各データビットを正しいタイミングで判定する必要がある。このため、従来、データを送信する伝送路とは別の伝送路を用いて、タイミング情報（クロック）を送信することが多く行われてきた。

これに対し、近年の高速シリアルデータ通信では、クロックを送信する伝送路を別に設けることなく、データ信号にクロックを重畳して送信する方法がよく利用されている。この場合、受信側には、データにクロックを重畳させた信号からクロックを抽出し、抽出したクロックを用いてデータをリタイミングして再生するクロック・データ再生（ＣＤＲ）回路が設けられる。また、ＣＤＲの実施には相当の時間が必要となるため、送信側では、ＣＤＲを実施するのに十分な期間をデータ信号の前にプリアンブルとして挿入する。

一方、データ内容の判別を必要としない用途では、ＣＤＲを実施せずに信号の判定を行う取り組みが行われている。例えば、特許文献１には、クロック抽出フィルタを通す前の信号を入力する位置に設けられ、入力信号の有無を検出して入力信号が無い場合にロス出力する信号断検出回路を具備するクロック・データ再生装置が開示されている。

また、特許文献２には、バースト光信号の無入力時に不要なノイズが後段のＣＤＲ回路へ送出されることを防止するために設けられた、バースト光信号の有無を判定する信号検出回路を具備するバースト光受信回路が開示されている。

さらに、特許文献３には、入力信号（光信号）の有無を的確に検出するために設けられた、ＣＤＲ回路の上段のリミッティングアンプと並列に接続される光信号断検出回路が開示されている。

特開２００１−２９２１７９号公報 特開２００６−２５４０６１号公報 特開２０１１−１６６６５９号公報

しかしながら、ＣＤＲ機能を備えた通信システムにおいては、特許文献１〜３に記載されたような従来技術を用いたとしても、送受信手段の間でやりとりされる信号には、必ずＣＤＲを実施するのに必要な期間がプリアンブルとして挿入されざるを得ない。即ち、２値の論理信号をやり取りして所定の情報を伝送するためには、必ず、長い期間のプリアンブルを伴った信号が送受信されることになる。

例えば、特許文献１〜３に開示された通信装置では、確かに、ＣＤＲを実施せずに信号の有無を判定する信号断検出手段がＣＤＲ回路と併設されている。しかしながら、これらの信号断検出手段は、通信の異常を検出したり、無信号時に後段のＣＤＲ回路へ不要なノイズが送出されることを防いだりするための手段である。即ち、特許文献１〜３では、開示された信号断検出手段を、通信用途に利用することは何ら想定していない。

また、それ故に、特許文献１〜３に開示された技術では、送信側からは、必ずＣＤＲ実施のための期間を設けた信号が送信され、受信側では、必ず受信した信号のＣＤＲを実施しデータの判別を行っている。

そこで、本発明は、ＣＤＲを実施するのに必要な期間をプリアンブルとして信号に挿入せずとも、２値の論理情報の通信を可能とする通信システム及び通信方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、クロック信号をデータ信号に重畳させたクロック重畳信号を送信する１つ以上の送信装置と、当該送信装置に送信開始時刻及び送信期間ΔＴ_ｓを通知する受信装置であって、クロック重畳信号を受信してクロック信号を抽出し、データ信号をリタイミングして再生するデータ再生手段を有する受信装置とを備えた通信システムであって、
送信装置は、
データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信するフレーム送信手段と、
当該データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間よりも短い送信期間を有しており送信側情報であるパルス信号を生成し送信するパルス送信手段と、
受信装置から通知された送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、フレーム送信手段及びパルス送信手段のうちのいずれか一方の使用を選択する送信系統選択手段と
を有し、
受信装置は、
送信装置からの信号の有無を判定することによってパルス信号を受信することができる信号有無判定手段と、
送信装置に通知した送信開始時刻及び送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、データ再生手段及び信号有無判定手段のうちのいずれか一方の使用を選択する受信系統選択手段と、
受信したパルス信号から送信側情報を取得する送信側情報取得手段と
を有する通信システムが提供される。

この本発明による通信システムの一実施形態として、
送信系統選択手段は、パルス送信手段の使用を選択した際、送信すべきデータを有する場合にパルス信号を送信させ、送信すべきデータを有しない場合にはパルス信号を送信させず、
送信側情報取得手段は、受信系統選択手段が信号有無判定手段の使用を選択した際、パルス信号を受信した場合に、送信装置は送信すべきデータを有していると判定し、パルス信号を受信しない場合、送信装置は送信すべきデータを有していないと判定することも好ましい。

また、本発明による通信システムの他の実施形態として、受信装置は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）を実行するＡＧＣ手段を更に有しており、フレーム送信手段は、ＡＧＣを実行するのに要する時間と、データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間とをプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信することも好ましい。

さらに、本発明による通信システムの他の実施形態として、送信系統選択手段は、受信装置から通知された送信期間ΔＴ_ｓが所定の閾値Ｔ_ｔｈよりも短い場合、パルス送信手段の使用を選択することも好ましい。

また、本発明による通信システムの他の実施形態として、受信系統選択手段は、送信装置に所定の閾値Ｔ_ｔｈよりも短い送信期間ΔＴ_ｓを通知した場合、送信装置に通知した送信開始時刻に伝送遅延時間を加算した時刻（受信開始時刻）から送信装置に通知した送信期間ΔＴ_ｓの間、信号有無判定手段の使用を選択することも好ましい。

本発明によれば、さらに、クロック信号をデータ信号に重畳させたクロック重畳信号を送信する１つ以上の送信装置と、当該送信装置に送信開始時刻及び送信期間ΔＴ_ｓを通知する受信装置であって、クロック重畳信号を受信してクロック信号を抽出し、データ信号をリタイミングして再生するデータ再生手段を有する受信装置とを備えた通信システムにおける通信方法であって、
受信装置から通知された送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、
データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信するステップと、
当該クロック重畳信号の送信に必要な時間よりも短い送信期間を有しており、送信側情報であるパルス信号を生成し送信するステップと
のうちのいずれか一方の実行を選択する第１のステップと、
第１のステップで選択されたステップを実行する第２のステップと、
送信装置に通知した送信開始時刻及び送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、送信装置からの信号の有無を判定することによってパルス信号を受信するステップと、データ再生手段を使用するステップとのうちのいずれか一方の実行を選択する第３のステップと、
第３のステップで選択されたステップを実行する第４のステップと、
パルス信号を受信するステップが実行された際、受信したパルス信号から送信側情報を取得する第５のステップと
を有する通信方法が提供される。

本発明の通信システム及び通信方法によれば、ＣＤＲを実施するのに必要な期間をプリアンブルとして信号に挿入せずとも、２値の論理情報の通信を行うことができる。これにより、シグナリングにおいてＣＤＲに要する時間を低減することができる。また、それ故に、データ信号を時間軸上でより密に配置することができるので、伝送効率の向上が可能となる。

従来のＰＯＮ（Passive Optical Network）における信号の送受信例を示す、比較例としての動作図、及び本発明による通信システムの一実施形態としてのＰＯＮにおける、信号の送受信例を示す動作図である。 １０Ｇ−ＥＰＯＮにおけるＲＥＰＯＲＴフレームのオーバヘッドを説明するための概略図、及び本発明に係るパルス信号のオーバヘッドを説明するための概略図である。 本発明による通信方法を１０Ｇ−ＥＰＯＮ（10 Gigabit-Ethernet Passive Optical Network）に適用した一実施形態を示すシーケンス図である。 本発明による通信システムの一実施形態を示す、送信装置及び受信装置の機能構成図である。 ＰＯＮシステムにおけるＯＮＵの台数変化を示す説明図、並びに、本発明に係るパルス信号を利用したＤＢＡ動作、及び従来のＲＥＰＯＲＴフレームを利用したＤＢＡ動作における使用帯域のＯＮＵ台数依存性を示すグラフである。

本発明の通信システムは、
（ａ）クロック信号をデータ信号に重畳させた「クロック重畳信号」を送信する１つの又は複数の送信装置と、
（ｂ）上記送信装置に「送信開始時刻」及び「送信期間」を通知し、所定のタイミングで信号を受信できるようにする受信装置であって、「クロック重畳信号」を受信してＣＤＲ（Clock and Data Recovery：クロック信号の抽出、データ信号のリタイミング・再生）を実施するデータ再生部を有する受信装置と
を備えている。即ち、本発明は、１つ以上の上記送信装置（ａ）が1つの上記受信装置（ｂ）に接続された通信システムに対してならば、以下に示す特徴的構成を設けることによって、広く適用可能となる。

このうち、送信装置（ａ）は、ＣＤＲを実施するのに必要な時間をプリアンブルに挿入した「クロック重畳信号」を生成し送信するフレーム送信手段に並列する形で、
（ａ１）「クロック重畳信号」の送信に必要な時間よりも短い送信期間を有しており、送信側情報である「パルス信号」を生成し送信するパルス送信手段を有しており、さらに、
（ａ２）受信装置から通知された「送信期間」に基づいて、フレーム送信手段及びパルス送信手段のうちのいずれか一方の使用を選択する送信系統選択手段
を有している。

一方、受信装置（ｂ）は、
（ｂ１）上記送信装置からの信号の有無を判定することによって「パルス信号」を受信することができる信号有無判定手段と、
（ｂ２）送信装置に通知した「送信開始時刻」及び「送信期間」に基づいて、データ再生手段及び信号有無判定手段のうちのいずれか一方の使用を選択する受信系統選択手段と、
（ｂ３）受信した「パルス信号」から送信側情報を取得する送信側情報取得手段と
を有している。

このように、本発明のＣＤＲ機能を備えた通信システムでは、ＣＤＲの実施に必要な時間をプリアンブルとして挿入されていない、送信側の論理情報である「パルス信号」を送信し、「信号有無判定手段」がＣＤＲを実施することなくこの「パルス信号」を受信し、判別する。

その結果、ＣＤＲを実施するのに必要な期間をプリアンブルとして信号に挿入せずとも、送受信装置の間で２値の論理情報の通信を行うことができる。これにより、送信装置でのシグナリングにおいてＣＤＲの実施に要する時間を低減することができる。また、それ故に、送信装置と受信装置とを接続する伝送路上において、データ信号を時間軸上でより密に配置することができるので、伝送効率の向上が可能となる。

以下、以上に説明した本発明による実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１（Ａ）は、従来のＰＯＮ（Passive Optical Network）における信号の送受信例を示す、比較例としての動作図であり、図１（Ｂ）は、本発明による通信システムの一実施形態としてのＰＯＮにおける、信号の送受信例を示す動作図である。尚、図１（Ｂ）の送受信例はあくまで本発明の一適用例であって、本発明を何ら制約するものではなく、特に、本発明の態様をＰＯＮに限定するものではない。

図１（Ａ）及び（Ｂ）の送受信例では、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖとして標準化が行われた１０Ｇ−ＥＰＯＮ（10 Gigabit-Ethernet Passive Optical Network）において、動的帯域割当（ＤＢＡ：Dynamic Bandwidth Allocation）を機能させることを前提にしている。

１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、１台の局側光終端装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）が、光伝送路を介して複数台の加入者側ユニット（ＯＮＵ：Optical Network Unit）と接続する。ここで、ＯＬＴを受信装置とし、ＯＮＵを送信装置として扱うことによって本発明を適用できる。

図１（Ａ）に示す従来のＤＢＡの動作においては、ＯＬＴから送信される制御フレームの１つであるＧＡＴＥフレームを受信したＯＮＵ＃１は、送信すべきデータのデータ量（送信要求量）を、制御フレームの１つであるＲＥＰＯＲＴフレームを用いてＯＬＴに通知する。ＯＬＴは、ＲＥＰＯＲＴフレームの形で受信した各ＯＮＵの送信要求量に基づいて、ＤＢＡ機能により各ＯＮＵに割り当てる送信許可量を演算する。次いで、送信開始時刻と送信許可量（送信期間）とを、ＧＡＴＥフレームを用いて各ＯＮＵへ通知する。

ＯＮＵ＃１は、ＧＡＴＥフレームによって通知された送信開始時刻と送信期間とをもって、ＯＬＴへデータを送信する。この際、ＯＮＵ＃１は、データフレームとＲＥＰＯＲＴフレームとを合わせてＯＬＴに送信する。当該フレームを受信したＯＬＴは、当該フレームの発信元であるＯＮＵ＃１に対して次に割り当てるべき送信期間の演算を完了させた後、ＧＡＴＥフレームの送信を行い、次のデータフレーム及びＲＥＰＯＲＴフレームの収集を行う。

一方、送信すべきデータを有しないＯＮＵ＃２は、ＲＥＰＯＲＴフレームのみをＯＬＴに送信する。当該ＲＥＰＯＲＴフレームは、ポーリング周期で規定される時間間隔で収集される。ポーリング周期を長くすれば、帯域利用率は向上するものの、送信すべきデータが生じた時の遅延は大きくなる。

このような従来のＤＢＡ動作に対し、図１（Ｂ）に示す本発明を適用したＤＢＡ動作においては、受信装置としてのＯＬＴは、送信装置としてのＯＮＵ毎に指定した時間帯、即ち、「ＯＮＵに指定した送信開始時刻」に「伝送遅延時間」を加算した時刻（受信開始時刻）から、「ＯＮＵに指定した送信期間」の間において、パルス信号の受信が有った場合は、当該ＯＮＵに送信すべきデータが有る、と判断し、パルス信号の受信が無かった場合は、当該ＯＮＵに送信すべきデータは無い、と判断する。

図１（Ｂ）において、ＯＬＴから送信される制御フレームの１つであるＧＡＴＥフレームを受信したＯＮＵ＃１は、送信すべきデータを有するため、データ有りとの送信側情報としてのパルス信号を送信する。ＯＬＴは、このパルス信号を受信して、ＯＮＵ＃１に送信すべきデータが有ることを認識し、送信開始時刻と送信期間とをＧＡＴＥフレームを用いてＯＮＵ＃１に通知する。このＧＡＴＥフレームを受信したＯＮＵ＃１は、ＧＡＴＥフレームによって通知された送信開始時刻と送信期間とをもって、データフレーム及びＲＥＰＯＲＴフレームをＯＬＴに送信する。

このように、本発明に係るパルス信号を利用したＤＢＡ動作では、図１（Ａ）の従来例とは異なり、各ＯＮＵは、最初、パルス信号のみを送信し、送信要求量を通知しない。従って、対象ＯＮＵからＲＥＰＯＲＴフレーム（送信要求量）を受信するまでの間、ＯＬＴがＧＡＴＥフレームで当該ＯＮＵに割り当てる送信期間は、予め規定された固定値となる。特に、この送信期間は、
（ａ）ＯＬＴがパルス信号を受信する前の段階では、所定閾値未満の短い固定値に設定され、
（ｂ）ＯＬＴがパルス信号を受信した直後の段階では、所定閾値以上の固定値に設定される
ことが好ましい。

次いで、ＯＬＴは、ＯＮＵ＃１から受信したＲＥＰＯＲＴフレームに含まれる送信要求量を考慮して、次の送信期間（及び送信開始時刻）を設定する。その後、設定された送信開始時刻と送信期間とを、ＧＡＴＥフレームを用いてＯＮＵ＃１に通知する。

ＯＮＵ＃１は、送信すべきデータを全て送り終えた後は、次に送信すべきデータが発生するまで、パルス信号や送信要求フレームをＯＬＴに送信することはない。一方、ＯＮＵ＃２は、当初から送信すべきデータを有しないため、パルス信号や送信要求フレームをＯＬＴに送信しない。

以上説明したように、従来のＤＢＡ動作と本発明による一実施形態としてのＤＢＡ動作とはそれぞれ、ＲＥＰＯＲＴフレーム及びパルス信号を利用する点で大きく相違する。そこで、次にＲＥＰＯＲＴフレーム及びパルス信号のオーバヘッドを考察する。

図２（Ａ）は、１０Ｇ−ＥＰＯＮにおけるＲＥＰＯＲＴフレームのオーバヘッドを説明するための概略図である。また、図２（Ｂ）は、本発明に係るパルス信号のオーバヘッドを説明するための概略図である。

図２（Ａ）に示した１０Ｇ−ＥＰＯＮのＲＥＰＯＲＴフレームは、本来６４バイトの固定長フレームである。しかしながら、一般に、ＲＥＰＯＲＴフレームを含めた上り方向のフレーム通信には、オーバヘッドが必要となる。

１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、前方誤り訂正（ＦＥＣ：Forward Error Correction）が必須機能となっており、上り方向の最小データ単位は、２１６バイトのＦＥＣペイロード（図２（Ａ）の５．）に３２バイトのＦＥＣパリティ（図２（Ａ）の６．）を付加した２４８バイトのＦＥＣコードワード単位である。このため、データ長の短いＲＥＰＯＲＴフレームのみを送信する場合には、非常に多くの無駄が生じる。

さらに、このＦＥＣコードワードには、先頭に、
１．レーザオン（Laser ON）、２．ＡＧＣ（Automatic Gain Control）、
３．ＣＤＲ（Clock and Data Recovery），４．ＢＤ（Burst Delimiter）
が付与され、末尾には、
７．ＥＯＢ（End of Burst Delimiter）、８．レーザオフ（Laser OFF）
が付与される。

このため、上り通信の帯域利用率は、ＦＥＣ符号化によるオーバヘッドの分、及びバースト信号によるオーバヘッド（レーザオン、ＡＧＣ、ＣＤＲ、ＢＤ、ＥＯＢ、レーザオフ）の分だけ低減することになる。ここで、上述した各オーバヘッドの基準値又は最大値（MAX）は、図２（Ａ）に示した通り、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖで規定されている。尚、レーザオフと次のフレームのレーザオンとは、図２（Ａ）に示したようにデッドゾーン（Dead Zone）以上の時間を設けておけば重畳させてもよい。

一方、図２（Ｂ）に示したように、本発明に係るパルス信号では、送信の際、パルス信号の送信期間Ｐ_ｗ及びデッドゾーンだけを設定すればよい。パルス信号の送信期間Ｐ_ｗは、ノイズと誤認識されない長さを有することが好ましく、例えば１６ｎｓ（ナノ秒）とすることができる。このように、パルス信号の送信期間Ｐ_ｗは、ＣＤＲ処理を実施するのに必要な時間よりも十分に短い時間に設定される。当然に、ＲＥＰＯＲＴフレームのオーバヘッドよりも大幅に短い時間となる。

従って、このようなパルス信号（図２（Ｂ））をＤＢＡ動作に利用することによって、ＲＥＰＯＲＴフレーム（図２（Ａ））よりもパルス信号のオーバヘッドが短い分、結果的に、伝送路上にデータフレームをより密に配置することができる。これにより、従来のＤＢＡ動作と比較して、より高い帯域利用率を実現することが可能となる。

図３は、本発明による通信方法を１０Ｇ−ＥＰＯＮに適用した一実施形態を示すシーケンス図である。

（Ｓ３００）受信装置としてのＯＬＴ２は、固定値をとる送信期間ΔＴ_ｓ１を含むＧＡＴＥフレームを、送信装置としてのＯＮＵ１に送信する。ここで、送信期間ΔＴ_ｓ１は、所定閾値Ｔ_ｔｈよりも小さい（短い）値に設定される。また、この所定閾値Ｔ_ｔｈは、予め設定される値であって、例えば、図２（Ａ）の１．〜８．の合計値である２４４１.６ｎｓに設定可能である。
（Ｓ３０１）ＯＮＵ１は、ＧＡＴＥフレームを受信し、このＧＡＴＥフレームにより通知された送信期間ΔＴ_ｓ１の長さを判定し、ΔＴ_ｓ１が次式
（１） ΔＴ_ｓ１＜Ｔ_ｔｈ
を満たすとの判定結果を得た際、送信系統として、フレーム送信部とパルス送信部とのうち、パルス送信部を選択する。

（Ｓ３０２）ＯＮＵ１は、送信すべきデータが有るか否かを判定する。これは、例えば、下位のユーザネットワークを介して上りデータがＯＮＵ１に受信され、ＯＮＵ１内のバッファに蓄積されているか否かを判定するものであってもよい。ここで、偽の判定、即ち送信すべきデータが無いとの判定が行われた場合、ＯＮＵ１は、パルス信号や送信要求フレームをＯＬＴに送信しない。

（Ｓ３０３）一方、ステップＳ３０２で真の判定、即ち送信すべきデータが有るとの判定、が行われた場合、ＯＮＵ１は、指定された送信開始時刻から送信期間ΔＴ_ｓ１の間で、送信すべきデータ有りとの送信側情報であるパルス信号をＯＬＴ２に送信する。

（Ｓ３０４）ＯＬＴ２は、所定閾値Ｔ_ｔｈよりも短い送信期間ΔＴ_ｓ１をＯＮＵ１に通知しているので、ＯＮＵ１に指定した送信開始時刻に予め算出された伝送遅延時間を加算した時刻（受信開始時刻）から、ＯＮＵ１に指定した送信期間ΔＴ_ｓ１の間、受信系統として（パルス信号を受信可能な）信号有無判定部を選択する。さらに、この送信期間ΔＴ_ｓ１の間にパルス信号を受信した場合、ＯＮＵ１が送信すべきデータを有していることを認識する。

（Ｓ３０５）ＯＬＴ２は、固定値をとる送信期間ΔＴ_ｓ２を含むＧＡＴＥフレームを、送信装置としてのＯＮＵ１に送信する。ここで、送信期間ΔＴ_ｓ２は、所定閾値Ｔ_ｔｈ以上の値に設定される。
（Ｓ３０６）ＯＮＵ１は、ＧＡＴＥフレームを受信し、このＧＡＴＥフレームにより通知された送信期間ΔＴ_ｓ２の長さを判定し、ΔＴ_ｓ２が次式
（２） ΔＴ_ｓ２≧Ｔ_ｔｈ
を満たすとの判定結果を得た際、送信系統として、フレーム送信部とパルス送信部とのうち、フレーム送信部を選択する。

（Ｓ３０７）ＯＮＵ１は、フレーム送信部を用いて、ＣＤＲ及びＡＧＣを実施するのに必要となる時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳データフレーム（クロックを重畳させたデータ信号）を、ＯＬＴ２に送信する。ここで、このクロック重畳データフレームは、データフレームと、送信要求量を含むＲＥＰＯＲＴフレームとを合わせた信号となっている。

（Ｓ３０８）ＯＬＴ２は、所定閾値Ｔ_ｔｈ以上の送信期間ΔＴ_ｓ２をＯＮＵ１に通知しているので、ＯＮＵ１に指定した送信開始時刻に予め算出された伝送遅延時間を加算した時刻（受信開始時刻）から、ＯＮＵ１に指定した送信期間ΔＴ_ｓ２の間、受信系統として（データフレームを受信可能な）ＣＤＲ部を選択する。次いで、この送信期間ΔＴ_ｓ２の間に、クロック重畳データフレームを受信する。

（Ｓ３０９）ＯＬＴ２は、受信したクロック重畳データフレームにＡＧＣ（自動利得制御）処理を実施する。ＡＧＣ処理は、受信した信号の振幅レベルを一定値に調整する処理である。特に、ＰＯＮの場合、入力可能な光信号のレベルの範囲が広く、受信系統には広ダイナミックレンジ特性を有することが求められるので、ＡＧＣ処理が必要となる。
（Ｓ３１０）ＯＬＴ２は、ＣＤＲ（クロック・データ再生）処理を実施する。

（Ｓ３１１）ＯＬＴ２は、再生されたデータフレームと、ＯＮＵ１の送信要求量とを取得し、この後、例えば、当該データ信号（フレーム）を上位のネットワークに転送する。
（Ｓ３１２）ＯＬＴ２は、ＯＮＵ１に割り当てられた送信期間ΔＴ_ｓ３を含むＧＡＴＥフレームをＯＮＵ１に送信する。ここで、送信期間ΔＴ_ｓ３は、ＯＮＵ１からの送信要求量に基づいて算出され、所定閾値Ｔ_ｔｈ以上の値に設定される。

ステップＳ３１２以降、ＧＡＴＥフレームを受信したＯＮＵ１は、上述したステップＳ３０６及びＳ３０７を繰り返して、データの続きをＯＬＴ２に送信することになる。また、データの送信が完了し、送信すべきデータを有さない場合、ＯＮＵ１は、受信したＧＡＴＥフレームによって指定された送信開始時刻となってもパルス信号や送信要求フレームをＯＬＴに送信しない。

ＯＬＴ２は、ＧＡＴＥフレームを用いて通知した送信開始時刻に伝送遅延時間を加算した時刻（受信開始時刻）から、通知した送信期間の間、ＯＮＵ１から何ら信号を受信しない場合、ＯＮＵ１は送信すべきデータの送信を完了した、又は送信すべきデータを有しない、との判断を行う。この場合、ＯＬＴ２は、ステップ３００に戻って、再び固定値をとる送信期間ΔＴ_ｓ１を含むＧＡＴＥフレームをＯＮＵ１に送信する。

図４は、本発明による通信システムの一実施形態を示す、送信装置１及び受信装置２の機能構成図である。

図４によれば、本発明の一実施形態としての通信システムは、１台の受信装置２と、これに接続された１台以上の送信装置１とで構成される。

送信装置１は、受信装置２との通信接続を仲介して信号を受信装置２に転送し、さらに受信装置２からの信号を送信装置１内に転送する通信インタフェース１００と、プロセッサ・メモリとを有する。ここで、プロセッサ・メモリは、プログラムを実行することによってその機能を実現させる。送信装置１は、さらに、下位のユーザネットワークとの通信接続を仲介する通信インタフェース１０１を有することも好ましい。

また、プロセッサ・メモリは、機能構成部として、送信系統選択部１１０と、フレーム送信部１１１と、パルス送信部１１２と、送信制御部１１３とを有する。さらに、通信インタフェース１０１が設置されている場合、下位のユーザネットワークから通信インタフェース１０１を介して転送された信号を、送信系統選択部１１０に出力するフレーム転送部１１４が設けられていることも好ましい。

送信系統選択部１１０は、受信装置２から通知された送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、フレーム送信部１１１及びパルス送信部１１２のうちのいずれか一方の使用を選択する。ここで、通知された送信期間ΔＴ_ｓが予め設定された閾値Ｔ_ｔｈよりも短い場合、パルス送信部１１２を送信手段として選択し、送信期間ΔＴ_ｓが閾値Ｔ_ｔｈ以上である場合、フレーム送信部１１１を送信手段として選択する。

送信系統選択部１１０は、さらに、パルス送信部１１２を送信手段として選択する場合に、送信装置１が保持する情報（例えばバッファに上りデータが蓄積されているか否か等）に基づいて、パルス信号を送信するか否かの送信要否判定を行う。具体的には、送信すべきデータを有する場合にパルス信号を送信させ、送信すべきデータを有しない場合にはパルス信号を送信させないことが好ましい。また、フレーム転送部１１４が設けられている場合、フレーム転送部１１４から入力したデータ信号をフレーム送信部１１１に出力することも好ましい。

フレーム送信部１１１は、データ信号にクロックを重畳させ、データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間（ＣＤＲ処理に必要な時間）及びＡＧＣ処理に必要な時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳データフレームを生成し、通信インタフェース１００を介して受信装置２に送信する。

パルス送信部１１２は、クロック重畳信号の送信に必要な時間よりも短い送信期間を有しており、送信側情報であるパルス信号を生成し、通信インタフェース１００を介して受信装置２に送信する。このパルス信号には、ＣＤＲ処理に必要な時間及びＡＧＣ処理に必要な時間がプリアンブルとして挿入されていない。尚、このパルス信号へのクロックの重畳は、実施されてもよく実施されなくともよい。

送信制御部１１３は、通信インタフェース１００を介して受信装置２から取得した送信開始時間及び送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、送信装置１の送信タイミング及び送信期間を調整する。

一方、受信装置２は、送信装置１との通信接続を仲介して送信装置１からの信号を受信装置２内に転送し、さらに信号を送信装置１に転送する通信インタフェース２００と、プロセッサ・メモリとを有する。ここで、プロセッサ・メモリは、プログラムを実行することによってその機能を実現させる。受信装置２は、さらに、上位のネットワークとの通信接続を仲介する通信インタフェース２０１を有することも好ましい。

また、プロセッサ・メモリは、機能構成部として、分離部２１０と、ＡＧＣ部２１１と、ＣＤＲ部２１２と、信号有無判定部２１３と、受信系統選択部２１４と、送信側情報取得部２１５と、帯域制御部２１６とを有する。さらに、通信インタフェース２０１が設置されている場合、受信系統選択部２１４から出力されたデータ信号を通信インタフェース２０１を介して上位のネットワークに転送するフレーム転送部２１７が設けられていることも好ましい。

分離部２１０は、通信インタフェースから入力した信号を常時ＡＧＣ部２１１と信号有無判定部２１３との双方に出力するスプリッタであってもよく、受信系統選択部２１４による制御の下、ＡＧＣ部２１１及び信号有無判定部２１３のいずれかに出力を切り替えるスイッチであってもよい。

ＡＧＣ部２１１は、通信インタフェース２００及び分離部２１０を介して、クロック重畳データフレームを入力（受信）し、ＡＧＣ処理を実施する。

ＣＤＲ部２１２は、入力したクロック重畳データフレームにＣＤＲ処理を実施するデータ再生部である。具体的には、通信インタフェース２００、分離部２１０及びＡＧＣ部２１１を介して、クロック重畳データフレームを入力（受信）し、当該信号から位相情報をクロック信号として抽出し、抽出したクロック信号と、受信装置２の（プロセッサ・メモリにおける）システムクロックとを同期させ、これによりデータ信号（フレーム）をリタイミングして再生する。

信号有無判定部２１３は、分離部２１０の出力信号に基づいて、信号の有無を判定する。また、このように送信装置１からの信号の有無を判定することによって、パルス信号を受信することができるパルス信号受信手段として機能する。

信号有無判定部２１３は、例えば、コンパレータとＤフリップフロップとで構成される。この場合、コンパレータは、分離部１０２の出力信号と、予め設定された閾値電圧とを比較して、閾値以上の振幅を持つ場合はＨレベル、当該閾値未満の場合はＬレベルの２値を出力する。Ｄフリップフロップは、受信装置２の（プロセッサ・メモリにおける）システムクロックのタイミングをもって、コンパレータからの入力値を出力する。

受信系統選択部２１４は、送信装置１に通知した送信開始時刻及び送信期間ΔＴ_ｓに基づいて、送信開始時刻に伝送遅延時間を加算した時刻（受信開始時刻）から、送信期間の間において利用する受信系統を決定する。具体的には、ＣＤＲ部２１２（及びＡＧＣ部２１１）と信号有無判定部２１３とのうちのいずれか一方の使用を選択する。また、受信系統選択部２１４は、フレーム転送部２１７が設けられている場合、ＣＤＲ部２１２で再生されたデータ信号（フレーム）をフレーム転送部２１７に出力することも好ましい。

送信側情報取得部２１５は、信号有無判定部２１３を介して入力（受信）したパルス信号から、送信装置１が送信すべきデータを有する等の、送信側情報を取得する。具体的には、受信系統選択部２１４が信号有無判定部２１３の使用を選択した際、パルス信号を受信した場合に、送信装置１は送信すべきデータを有していると判定し、パルス信号を受信しない場合、送信装置１は送信すべきデータを有していないと判定する。

送信側情報取得部２１５は、また、ＣＤＲ部２１２で処理された送信装置１からの制御フレーム、例えばＲＥＰＯＲＴフレーム、の内容を取得する。さらに、送信側情報取得部２１５は、受信装置２と送信装置１との間の伝送距離で決まる、送信装置１についての伝送遅延時間を把握することも好ましい。

帯域制御部２１６は、送信側情報取得部２１５から入力した送信側情報、即ち、
（ａ）信号有無判定部２１３から供給されたパルス信号の有無（送信装置１に送信すべきデータが有るか否か）の判定結果、
（ｂ）送信装置１からの制御フレームの内容（例えば送信要求量）、
（ｃ）送信装置１についての伝送遅延時間
等に基づいて、送信装置１に対する送信開始時刻及び送信期間を決定し管理する。また、決定した送信開始時刻及び送信期間を通信インタフェース２００に出力し、送信装置１に送信させる。

図５（Ａ）は、ＰＯＮシステムにおけるＯＮＵの台数変化を示す説明図である。また、図５（Ｂ）は、本発明に係るパルス信号を利用したＤＢＡ動作、及び従来のＲＥＰＯＲＴフレームを利用したＤＢＡ動作における使用帯域のＯＮＵ台数依存性を示すグラフである。

図５（Ａ）に示すように、ＰＯＮシステムでは、１台のＯＬＴ２が、光幹線路３、光カプラ４及び光分岐路５を介して複数のＯＮＵ１を収容する。現在のＰＯＮシステムは、一般に、上り方向（ＯＮＵ→ＯＬＴ）通信に、単一波長を用いて各ＯＮＵ１からの光信号を時間軸上で多重する時分割多元接続（TDMA：Time Division Multiple Access）方式を採用している。ここで、ＯＬＴ２は、ＯＮＵ１毎の発光タイミング（送信開始時間）及び発光時間（送信期間）を各ＯＮＵ１に指定することによって、共有される光幹線路３上で複数のＯＮＵ１からの上り信号が衝突する事態を回避している。

現在、このような特性を有するＰＯＮシステムにおいて、更なる性能向上の達成にとって大きなハードルとなっているのは、ＯＬＴ２の（ＯＮＵ１台当たりの）機器コストや、光ファイバの敷設コストである。そこで、これらのコストを低減させるために、次世代のＰＯＮシステムである１０ＧＥ-ＰＯＮ等において、ロスバジェットを拡大し、１つの光幹線路をできるだけ多くのＯＮＵ１で共有させて、1台のＯＬＴ２に接続可能なＯＮＵ１の台数を増加させるための研究開発が行われている。

因みに、現在普及しているＧＥ-ＰＯＮでは、１台のＯＬＴ２に接続可能なＯＮＵ１の最大数を６４台としているが、将来、1台のＯＬＴ２に数百台以上又は千台以上のＯＮＵ１が接続される可能性も高い。

このようにＯＮＵ１の台数を増加させた場合、以下図５（Ｂ）を用いて説明するように、本発明に係るパルス信号を利用したＤＢＡ動作を適用することによって、従来のＲＥＰＯＲＴフレームを利用したＤＢＡ動作において重大な問題となるデータ通信帯域の圧迫を解消することが可能となる。

図５（Ｂ）のグラフは、送信すべきデータを有しないＯＮＵ（データ無しＯＮＵ）の台数を、１６台から１０２４台まで変化させた際の、
（「○」印）本発明に係るパルス信号を利用したＤＢＡ動作における、パルス信号が占める帯域と、
（「△」印）従来のＲＥＰＯＲＴフレームを利用したＤＢＡ動作における、ＲＥＰＯＲＴフレームが占める帯域と
を示している。同グラフの横軸はデータ無しＯＮＵの台数を示し、縦軸は帯域を示す。また、ポーリング周期は２ｍｓ（ミリ秒）とした。また、パルス信号の送信期間は１６ｎｓとした。

図５（Ｂ）に示すように、従来のＲＥＰＯＲＴフレームを用いた場合では、ＯＮＵの台数が多い場合に、ＲＥＰＯＲＴフレームのみで占められる帯域が数〜１０Ｇｂｐｓ程度に達し、通信帯域がＲＥＰＯＲＴフレームによって相当に圧迫されることが分かる。その結果、ＯＮＵの台数が多くなると、データ通信に割り当てる帯域を確保し難くなり、帯域利用率が大幅に低下してしまう。

これに対して、本発明に係るパルス信号を用いた場合、パルス信号のみで占められる帯域は、データ無しＯＮＵが１０２４台と膨大な数であっても２Ｇｂｐｓ程度であり、通信帯域のパルス信号による圧迫は限定的となることが分かる。その結果、ＯＮＵの台数が多くなったとしても、データ通信に割り当てる帯域を十分に確保でき、従来に比べて帯域利用率を大幅に向上させることが可能となる。

このように、本発明による通信方法では、送信期間の短いパルス信号のみを送信して、送信すべきデータの有無の通知をするので、1台の受信装置に接続する送信装置の台数を増大させるほど、帯域利用率の向上等のメリットが、より顕著となる。

尚、図５（Ｂ）のグラフに示したような帯域を算出する際、ポーリング周期を変化させたり、既存発明を適用してレーザオン・ＡＧＣ・ＣＤＲ・レーザオフの時間を短縮したり、更にはパルス信号の送信期間を変化させたりした場合、占める帯域の絶対値は変化する。しかしながら、これらの場合でも、パルス信号及びＲＥＰＯＲＴフレームの占める帯域の相対関係は、概ね図５（Ｂ）のグラフと同傾向になる。

以上詳細に説明したように、本発明の通信システム及び通信方法によれば、ＣＤＲ処理に要する時間をプリアンブルとして挿入されていない、送信側の論理情報であるパルス信号を受信装置に送信する。次いで、受信装置の信号有無判定手段がＣＤＲを実施することなくこのパルス信号を受信し、判別する。その結果、ＣＤＲを実施するのに必要な期間をプリアンブルとして信号に挿入せずとも、送受信装置の間で２値の論理情報の通信を行うことができる。これにより、送信装置でのシグナリングにおいてＣＤＲに要する時間を低減することが可能となる。

さらに、送信装置と受信装置とを接続する伝送路上において、データ信号を時間軸上でより密に配置することができるので、伝送効率の向上が可能となる。

また、本発明を適用したＰＯＮにおけるＤＢＡ動作では、各ＯＮＵは、最初、パルス信号のみを送信し、送信要求量を通知しない。従って、ＲＥＰＯＲＴフレームよりもパルス信号のオーバヘッドが短い分、結果的に、伝送路上にデータフレームをより密に配置することができる。これにより、従来のＤＢＡ動作と比較して、より高い帯域利用率を実現することが可能となる。

特に、１０ＧＥ-ＰＯＮ等の次世代のＰＯＮシステムで想定される、ＯＬＴ1台当たりに数百台以上又は千台以上のＯＮＵが接続される状況においても、本発明に係るパルス信号を適用することによって、通信帯域のパルス信号による圧迫は限定的となる。その結果、データ通信に割り当てる帯域を十分に確保でき、従来に比べて帯域利用率を大幅に向上させることが可能となる。

前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１ 送信装置（ＯＮＵ）
１００、１０１、２００、２０１ 通信インタフェース
１１０ 送信系統選択部
１１１ フレーム送信部
１１２ パルス送信部
１１３ 送信制御部
１１４、２１７ フレーム転送部
２ 受信装置（ＯＬＴ）
２１０ 分離部
２１１ ＡＧＣ部
２１２ ＣＤＲ部
２１３ 信号有無判定部
２１４ 受信系統選択部
２１５ 送信側情報取得部
２１６ 帯域制御部
３ 光幹線路
４ 光カプラ
５ 光分岐路

Claims (6)

1. クロック信号をデータ信号に重畳させたクロック重畳信号を送信する１つ以上の送信装置と、当該送信装置に送信開始時刻及び送信期間を通知する受信装置であって、当該クロック重畳信号を受信して当該クロック信号を抽出し、当該データ信号をリタイミングして再生するデータ再生手段を有する受信装置とを備えた通信システムであって、
   当該送信装置は、
   当該データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信するフレーム送信手段と、
   当該データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間よりも短い送信期間を有しており送信側情報であるパルス信号を生成し送信するパルス送信手段と、
   前記受信装置から通知された当該送信期間に基づいて、前記フレーム送信手段及び前記パルス送信手段のうちのいずれか一方の使用を選択する送信系統選択手段と
   を有し、
   前記受信装置は、
   当該送信装置からの信号の有無を判定することによって当該パルス信号を受信することができる信号有無判定手段と、
   当該送信装置に通知した送信開始時刻及び送信期間に基づいて、前記データ再生手段及び前記信号有無判定手段のうちのいずれか一方の使用を選択する受信系統選択手段と、
   受信した当該パルス信号から当該送信側情報を取得する送信側情報取得手段と
   を有することを特徴とする通信システム。
2. 前記送信系統選択手段は、前記パルス送信手段の使用を選択した際、送信すべきデータを有する場合に当該パルス信号を送信させ、送信すべきデータを有しない場合には当該パルス信号を送信させず、
   前記送信側情報取得手段は、前記受信系統選択手段が前記信号有無判定手段の使用を選択した際、パルス信号を受信した場合に、当該送信装置は送信すべきデータを有していると判定し、パルス信号を受信しない場合、当該送信装置は送信すべきデータを有していないと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記受信装置は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）を実行するＡＧＣ手段を更に有しており、
   前記フレーム送信手段は、ＡＧＣを実行するのに要する時間と、当該データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間とをプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 前記送信系統選択手段は、前記受信装置から通知された当該送信期間が所定の閾値よりも短い場合、前記パルス送信手段の使用を選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記受信系統選択手段は、当該送信装置に所定の閾値よりも短い送信期間を通知した場合、当該送信装置に通知した送信開始時刻に伝送遅延時間を加算した時刻から当該送信装置に通知した送信期間の間、前記信号有無判定手段の使用を選択することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. クロック信号をデータ信号に重畳させたクロック重畳信号を送信する１つ以上の送信装置と、当該送信装置に送信開始時刻及び送信期間を通知する受信装置であって、当該クロック重畳信号を受信して当該クロック信号を抽出し、当該データ信号をリタイミングして再生するデータ再生手段を有する受信装置とを備えた通信システムにおける通信方法であって、
   前記受信装置から通知された当該送信期間に基づいて、
   当該データ信号をリタイミングして再生するのに必要な時間をプリアンブルに挿入したクロック重畳信号を生成し送信するステップと、
   当該クロック重畳信号の送信に必要な時間よりも短い送信期間を有しており、送信側情報であるパルス信号を生成し送信するステップと
   のうちのいずれか一方の実行を選択する第１のステップと、
   第１のステップで選択されたステップを実行する第２のステップと、
   当該送信装置に通知した送信開始時刻及び送信期間に基づいて、当該送信装置からの信号の有無を判定することによって当該パルス信号を受信するステップと、前記データ再生手段を使用するステップとのうちのいずれか一方の実行を選択する第３のステップと、
   第３のステップで選択されたステップを実行する第４のステップと、
   当該パルス信号を受信するステップが実行された際、受信した当該パルス信号から当該送信側情報を取得する第５のステップと
   を有することを特徴とする通信方法。

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