JP4839266B2 - 光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに関し、更に詳しくは、光ファイバ区間で波長分割多重アクセス（ＷＤＭＡ：Wavelength Division Multiple Access）と、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）を併用した光通信システムに関する。

ネットワーク上でのサービスが多様化し、ネットワークの利点を活かす新規サービスが拡大している。その代表例として、放送と通信の融合サービス、すなわちトリプルプレイサービスと呼ばれる放送・インターネット・電話（音声通信）サービスの統合がある。これは、既存の情報サービスの代表的なアプリケーションであり、トリプルプレイは、多様な情報通信サービスを収容する次世代ネットワーク構想を表すキーワードとなっている。

こうした状況の中で、アクセス網では、ＰＯＮ（Passive Optical Network）によるＦＴＴＨの構築が主流となっている。ＰＯＮシステムは、通信キャリアの局舎に配置される局側装置ＯＬＴ（Optical Line Unit）と、それぞれユーザ宅に配置される複数の加入者接続装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）とからなり、ＯＬＴからサービス区域まで単一の光ファイバ（集線光ファイバ）を敷設しておき、この集線光ファイバをスプリッタで複数の分岐光ファイバに分岐し、各分岐光ファイバにＯＮＵを接続することによって、ポイント・ツー・マルチポイント形式で各ユーザ宅に信号を分配する。

ＰＯＮシステムは、光分岐による信号マルチキャスト機能を備えているため、例えば、高精細画像のような大容量データを配信するためのインフラストラクチャとして有効である。また、集線光ファイバを複数のＯＮＵで共用できるため、局舎と各ユーザ宅とをポイント・ツー・ポイントで接続するスター型接続に比較して、光ファイバの敷設コストと、ＯＬＴ側の送受信デバイスの個数を削減できる点で有利である。現行のＰＯＮシステムには、ＩＴＵ−Ｔ規格のＧ（Gigabit-capable）−ＰＯＮ（非特許文献１〜３）と、ＩＥＥＥ標準のＧＥ（Gigabit-Ethernet）−ＰＯＮ（非特許文献４）がある。

放送と通信との融合サービスの展開が注目される中で、ＰＯＮシステムには、例えば、ハイビジョンなどの高精細画像をより多数のユーザへ配信するために、通信密度の更なる向上（高多重化）、通信速度の向上（高ビットレート化）、ファイバ敷設地域の拡大が求められる。ＰＯＮ関連の標準化団体（ＩＵＴ−ＴとＩＥＥＥ）では、現行のＰＯＮシステムの後継となる次世代ＰＯＮの検討が開始されている。

現在のところ、これらの標準化会議では、次世代ＰＯＮとして、１０ＧＥ−ＰＯＮとＷＤＭ−ＰＯＮが提唱されている。次世代ＰＯＮの多重化方式としては、現行ＰＯＮと同様、時分割多重（ＴＤＭＡ）方式が主流であり、別の多重化方式として、符号分割多重（ＣＤＭＡ）の適用が検討されている。ＣＤＭＡは、同一の搬送波で複数のフローを同時に送受信でき、ＯＮＵ間での通信タイミングの調整と、フレーム間のガードタイムの確保が不要となるため、ＴＤＭＡに比較して、送信帯域幅に対する情報伝送効率が高いという利点がある。また、ＣＤＭＡは、直交拡散符号によるスペクトル拡散によって送信データが保護されているため、同一の光ファイバ上に多数のユーザが収容されるＰＯＮシステムにおいては、情報の秘匿性を高める効果も期待できる。

ITU-T G.984.1 「Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): General characteristics」 ITU-T G.984.2 「Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Physical Media Dependent (PMD) layer specification」 ITU-T G.984.3 「Gigabit-capable Passive Optical Networks (GPON): Transmission convergence layer specification」 IEEE 802.3ah 「CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Media Access CＯＮＵrol Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for Subscriber Access Networks」

光ＣＤＭＡでは、複数の通信装置から同一の光ファイバに同一波長の搬送波（レーザ光）でＣＤＭＡ信号を送信すると、伝送信号間に相互干渉が発生する。もし、光ファイバ上に二つの光伝送信号が完全に逆位相で存在した場合、互いの干渉によって光信号が打ち消され、受信側での信号強度がゼロとなって、送信情報が完全に失われた状態（ホモダイン干渉）となる。また、波長の異なる搬送波が使用された場合でも、搬送波間の波長差が不十分であれば、伝送信号間に相互干渉が生じる。この相互干渉は、ビート雑音（ヘテロダイン干渉）と呼ばれている。

ホモダイン干渉やヘテロダイン干渉は、ＣＤＭＡ方式の移動無線通信においても発生する。但し、移動無線通信の場合、基地局と移動端末との位置関係が時間的に変化するために、仮に伝送信号間に上述した相互干渉が発生したとしても、その影響は一瞬であり、媒体のノイズレベルやマルチパスの影響に比較して大きな問題にはならない。

しかしながら、ＰＯＮのような光アクセス網においては、ＯＬＴとＯＮＵとの位置関係が固定的であり、送信側装置が安定したレーザ光で信号を送信するようになっているため、光ファイバ上で上述した干渉が発生すると、その影響が長時間に渡って継続する可能性がある。

本発明の目的は、光ファイバ上での伝送信号の相互干渉を避け、高多重の信号伝送を可能にした光通信システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、符号分割多重を適用して高多重の信号伝送を可能にしたＰＯＮ構成の光通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の光通信システムは、複数のＯＮＵから送信されるＣＤＭＡ信号を光ファイバ上にＷＤＭＡで多重化し、レーザ光の相互干渉による信号劣化を抑止するため、ＯＮＵ毎に異なった搬送波長（レーザ波長）を使用する。また、各ＯＮＵには、ＯＬＴから搬送波長と使用すべき拡散符号を割当てる。搬送波長の割り当ては、ＯＬＴ側で単一の光受信デバイスによる受信可能な光周波数帯（波長域）内で行い、隣接する搬送波長の間隔をＣＤＭＡ信号の周波数帯域幅よりも大きくとることによって、受信側で干渉成分が検出されるのを回避する。

更に詳述すると、本発明による光通信システムは、集線光ファイバから分岐した支線光ファイバに接続される複数の第１装置と、上記集線光ファイバに接続される第２装置とからなり、
上記各第１装置が、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、上記各符号拡散器で符号拡散されたＣＤＭＡ信号を他の第１装置とは異なる搬送波長をもつＣＤＭＡ光信号として上記支線光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器と、第１制御部とを備え、
上記第２装置が、上記集線光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器と、上記第１装置毎の使用波長と拡散符号とを管理する第２制御部とを備え、
上記第２制御部が、上記各第１制御部からの要求に応答して、送信タイミングと、他の第１装置とは異なる波長および拡散符号とを指定し、上記各第１装置が、送信データを上記指定された拡散符号をもつ符号拡散器で拡散し、上記光送信器で上記指定された波長の光信号に変換し、上記指定された送信タイミングで上記支線光ファイバに送信することを特徴とする。

本発明のＰＯＮシステムは、集線光ファイバに接続された局側装置（ＯＬＴ）と、上記集線光ファイバから分岐した分岐光ファイバに接続された複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）とからなり、
上記各ＯＮＵが、上記集線光ファイバに接続されたＯＮＵ上り方向インタフェースおよびＯＮＵ下り方向インタフェースと、これらのインタフェースに接続されたＯＮＵ制御部とを有し、
上記ＯＮＵ上り方向インタフェースが、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、上記符号拡散器から出力されたＣＤＭＡ信号を上記ＯＬＴから指定された搬送波長の光ＣＤＭＡ信号として上記分岐光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器とを備え、
上記ＯＮＵ下り方向インタフェースが、上記支線光ファイバからＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
上記ＯＬＴが、上記集線光ファイバに接続されたＯＬＴ上り方向インタフェースおよびＯＬＴ下り方向インタフェースと、これらのインタフェースに接続されたＯＬＴ制御部と有し、
上記ＯＬＴ上り方向インタフェースが、上記集線光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
上記ＯＬＴ下り方向インタフェースが、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、上記符号拡散器から出力されたＣＤＭＡ信号を光ＣＤＭＡ信号として上記集線光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器とを備え、
上記ＯＬＴ制御部が、第１の拡散符号をもつ符号拡散器が適用される下り方向の第１のチャネルで、搬送波長と拡散符号を指定したチャネル情報ブロックを周期的に送信し、
上記何れかのＯＮＵ制御部が、上記第１の拡散符号をもつ逆拡散器で上記チャネル情報ブロックを受信し、該チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、上記ＯＬＴに接続要求を送信し、
上記ＯＬＴ制御部が、上記チャネル情報ブロックで指定した拡散符号をもつ逆拡散器で上記接続要求を受信し、上りデータチャネル用の搬送波長と拡散符号を指定する新たなチャネル情報ブロックを上記第１のチャネルで上記要求元ＯＮＵ宛に送信し、
上記要求元のＯＮＵ制御部が、上記第１の拡散符号をもつ逆拡散器で受信した自ＯＮＵ宛の新たなチャネル情報ブロックが示す拡散符号と搬送波長を使用して、データ送信するようにしたことを特徴とする。

本発明のＰＯＮシステムでは、上記ＯＬＴ制御部が、先頭部に第２の拡散符号と対応する固定パターン（同期検出パターン）をもつ同期フレームを周期的に送信し、
上記ＯＮＵ制御部が、上記第２の拡散符号をもつ逆拡散器で上記同期フレームを受信することによって、該逆拡散器に適用される第２の拡散符号のチップパターンが上記固定パターンと同期する拡散符号発生タイミングを検出し、上記ＯＮＵ下りインタフェースの各逆拡散器に適用される拡散符号を上記拡散符号発生タイミングに合わせた状態で、上記チャネル情報ブロックを受信する。

本発明の実施例では、上記ＯＬＴ制御部が、下り方向の第１のチャネルで、搬送波長と拡散符号と送信タイミングを指定したチャネル情報ブロックを周期的に送信し、上記ＯＮＵ制御部が、上記チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、上記チャネル情報ブロックが示す送信タイミングで、ＯＬＴに接続要求を送信する。

本発明の他の実施例では、上記ＯＬＴ制御部が、上記下り方向の第１のチャネルで、搬送波長と拡散符号と複数の送信タイミングを指定したチャネル情報ブロックを周期的に送信し、上記ＯＮＵ制御部が、上記チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、上記複数の送信タイミングからランダムに選択した送信タイミングで、ＯＬＴに接続要求を送信する。

本発明の更に他の実施例では、上記ＯＬＴ制御部が、下り方向の第１のチャネルで、それぞれ搬送波長と拡散符号と送信タイミングを指定した複数のチャネル情報ブロックを周期的に送信し、上記ＯＮＵ制御部が、上記チャネル情報ブロックのうちの１つを選択し、該チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、該チャネル情報ブロックで指定された送信タイミングで、ＯＬＴに接続要求を送信する。

また、本発明の実施例では、上記ＯＮＵ制御部が、上記接続要求で所望帯域を指定し、
上記ＯＬＴ制御部が、上記要求元ＯＮＵ宛に、搬送波長と拡散符号と割当て帯域とを指定したチャネル情報ブロックを送信する。

本発明によれば、光ＣＤＭＡにＷＤＭの原理を併用することにより、光ＣＤＭＡの実用化において障害となっていた光波の干渉（ビート雑音の影響）を回避できる。また、ＣＤＭＡを適用することにより、各ＯＮＵが光ファイバの伝送容量を有効に利用して、データを送信できる。

図１は、本発明の光ＣＤＭＡを適用したＰＯＮシステムの構成と、光ファイバ区間における搬送波長（搬送周波数）を示す。
ＰＯＮシステムは、局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）１と、ＯＬＴ１に光ファイバ網で接続された複数の加入者接続装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）２（２−１〜２−ｋ）とからなる。光ファイバ網は、ＯＬＴ１に接続された集線光ファイバ７００（７００−１〜７００−ｍ）と、集線光ファイバ７００に光スプリッタ（光カプラ）８００（８００−１〜８００−ｍ）で結合された複数の分岐光ファイバ７１０（７１０−１〜７１０−ｋ）とからなる。各ＯＮＵ２は、分岐光ファイバ７１０に接続され、複数のＯＮＵが集線光ファイバ７００を共用してＯＬＴ１と通信する。

各ＯＮＵ２には、１台または複数のユーザ端末５００が接続される。ユーザ端末５００は、例えば、５００−２のように個別の加入者回線でＯＮＵに接続される場合もあれば、ＯＮＵに対して、５００−１Ａ、５００−１Ｎのように、宅内スイッチまたは宅内ルータ３００を介して接続される場合、あるいは、５００−ｋのように、ホームネットワーク（ＬＡＮ）４００を介して接続される場合がある。以下の説明では、一般家庭で個人が使用するＰＣ以外に、企業サイトに設置される業務用のＰＣ、サーバも含めて、ユーザ端末５００と言う。

各ＯＮＵ２は、例えば、ＯＮＵ２−ｋが示すように、ユーザ端末との接続回線を収容するスイッチ２１と、分岐光ファイバ７１０に結合された光インタフェース２２と、それぞれスイッチ２１と光インタフェース２２との間に接続されたＯＮＵ上りインタフェースボード（以下、ＯＮＵ−ＵＩＦと言う）２０Ｕと、ＯＮＵ下りインタフェースボード（以下、ＯＮＵ−ＤＩＦと言う）２０Ｄからなる。

ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕは、ユーザ端末から送信され、ＯＬＴ１を介して広域網に向かう上り方向のデータを扱うインタフェースボードであり、ＯＮＵ−ＤＩＦ：２０Ｄは、広域網からＯＬＴ１を介してユーザ端末に向かう下り方向のデータを扱うインタフェースボードである。図１では省略されているが、各ＯＮＵ２は、ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕと、ＯＮＵ−ＤＩＦ：２０Ｄに接続されたＯＮＵ制御部を備えている。

ＯＬＴ１は、それぞれ集線光ファイバ７００（７００−１〜７００−ｍ）を収容する複数のＰＯＮインタフェースボード（以下、ＰＯＮ−ＩＦＢと言う）１０（１０−１〜１０−ｍ）と、これらのＰＯＮ−ＩＦＢ１０に接続されたスイッチ（またはルータ）１２とからなる。

ＰＯＮ−ＩＦＢ：１０は、集線光ファイバ７００に接続された光インタフェース１１と、それぞれ光インタフェース１１とスイッチ１２との間に接続されたＯＬＴ上りインタフェースボード（以下、ＯＬＴ−ＵＩＦと言う）１０Ｕと、ＯＬＴ下りインタフェースボード（以下、ＯＬＴ−ＤＩＦと言う）１０Ｄとからなっている。図１では省略されているが、各ＯＬＴ１は、ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕと、ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄに接続されたＯＬＴ制御部を備えている。

スイッチ（またはルータ）１２には、ＩＳＰ（Internet Service Provider）ネットワークや広域網に向かうアクセス網（地域ＩＰ網）が接続される。但し、スイッチ１２には、企業などの個別サイトに接続される中継網を収容してもよい。ここでは、スイッチ１２が、レイヤ２スイッチからなるものとする。この場合、スイッチ１２の機能は、ＰＯＮシステムの規格と伝送されるデータの種別によって異なる。例えば、非特許文献４のＰＯＮシステムのように、上り受信フレームがEthernetフレームの場合、スイッチ１２は、受信フレームのヘッダ情報処理と、受信フレームの送出方路への転送制御を行う。非特許文献１〜３に記載されたＧ−ＰＯＮのように、上り受信フレームがＴＤＭ（Time Division Multiplexing）フレームの場合、スイッチ１２は、受信フレームのEthernetフレームへのカプセリング処理と、受信フレームの送出方路への転送処理を行う。

尚、スイッチ１１には、下りフレームおよび上りフレームについて、フロー毎の帯域制御機能を持たせることも可能である。また、スイッチ１１の位置で、ＯＳＩのレイヤ３のプロトコル処理、更には、ファームウエアと連携するＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol）プロキシ、ＭＬＤ（Multicast Listener Discovery）プロキシを含む高位レイヤの処理を導入することも可能である。但し、本発明は、ＯＮＵとＯＬＴを接続する光ファイバ上における信号多重化に関するものであり、ＳＷ１２の機能に関する詳細な説明は省略する。以下の実施例では、ＯＮＵ２の加入者回線側（ＵＮＩ：User Network Interface側）の物理層〜伝送層のプロトコルとして、例えば、イーサネット（Ethernet：登録商標）が適用された場合を想定する。

図１は、ＯＮＵ２−１から分岐光ファイバ７１０−１に、波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎ１−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの上り信号が送信され、ＯＮＵ２０−２から分岐ファイバ７１０−２に、波長λ（ｎ２−ｓ）〜λ（ｎ２−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの上り信号が送信され、ＯＮＵ２−ｋから分岐光ファイバ７１０−ｋに、波長λ（ｎｋ−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの上り信号が送信され、これらの搬送波が、集線光ファイバ７００上で波長多重化されてＯＬＴ１に到着することを示している。また、ＯＬＴ１からは、λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の搬送波でＣＤＭＡの下り信号が送信され、これらの下り信号が、集線光ファイバ７００から各分岐光ファイバ７１０にブロードキャストされることを示している。但し、下り方向の光ＣＤＭＡ信号は、送信元が１つ（ＯＬＴ１）であり、上り方向の信号のように混信するおそれがないため、１つの搬送波長で送信してもよい。

ここで、波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎ１−ｅ）、λ（ｎ２−ｓ）〜λ（ｎ２−ｅ）、λ（ｎｋ−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）は、分岐ファイバ毎に異なった搬送波長が適用されていることを模式的に示したに過ぎない。各ＯＮＵ２は、ＯＬＴ１から指定された搬送波長と拡散符号を使用して、上りデータを送信する。各ＯＮＵ２が使用する搬送波長（搬送周波数）は、複数波長の場合もあれば、１波長の場合もある。

図２は、ＯＮＵ２（２−１〜２−ｋ）における上りインタフェースボード（ＯＮＵ−ＵＩＦ）２０Ｕの構成例を示す。
ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕは、符号拡散部２１０と、多重部２２０と、光送信部２３０と、ＯＮＵ制御部２５０とを含む。ＯＮＵ制御部２５０は、図４（Ａ）に示すように、フロー識別子（フローＩＤ）２５１１と、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）２５１２との対応関係を示すフローＩＤテーブル２５１と、図４（Ｂ）に示すように、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）２５２１と、搬送波長（光送信器ＩＤ）２５２２との対応関係を示す波長割当てテーブル２５２とを備えている。但し、メモリ容量を節約するために、フローＩＤテーブル２５１と波長割当てテーブル２５２とを統合し、１つのテーブルで、フロー識別子２５１１と、拡散符号番号２５１２（２５２１）と、搬送波長２５２２との対応関係を示すようにしてもよい。

光送信部２３０は、波長割当てテーブル２５２の光送信器ＩＤ２５２２で特定される搬送波長（レーザ波長）の異なる複数の光送信器２３１（２３１−１〜２３１−ｙ）からなっている。以下の実施例では、フローＩＤテーブル２５１によって、送信フレームに適用すべき拡散符号の番号２５２１が特定されると、波長割当てテーブル２５２によって、上記送信フレームの搬送波長が決まり、ＣＤＭＡの拡散信号を光信号に変換するための光送信器が特定される。

符号拡散部２１０は、ＳＷ２１に接続された受信処理部２１１と、受信処理部２１１に接続された複数の符号拡散器２１２（２１２−１〜２１２−ｘ）とからなる。受信処理部２１１は、バッファメモリ２１１０と、Ｒ／Ｗ制御部２１１１とを有し、Ｒ／Ｗ制御部２１１１は、ＳＷ２１を介して、各端末から送信されたEthernetフレームを受信すると、受信フレームをバッファメモリ２１１０に一時的に蓄積した後、受信フレームのヘッダからＶＬＡＮ−ＩＤ（以下、ＶＩＤと言う）を抽出し、フローＩＤテーブル２５１から、ＶＩＤと対応した拡散符合番号ｊを検索して、この拡散符号番号ｊと対応した符号拡散器２１２−ｊに受信フレームを振り分ける。尚、ＶＩＤは、フレームの送出元ユーザＩＤ、あるいはフレームが属するサービスＩＤ等の値であってもよい。

Ｒ／Ｗ制御部２１１１は、制御部２５０に接続されており、ＯＬＴ１から指定された所定のタイミングで、受信フレームを符号拡散器２１２−ｊに送出する。符号拡散器２１２−ｊは、シンボルレートをもつ受信フレーム（Ethernetフレーム）を拡散符号で拡散することによって、受信フレームを拡散符号のチップレートをもつ高速のスペクトラム拡散信号に変換して、多重化部２２０に出力する。尚、符号拡散器２１２−１〜２１２−ｘは、互いに同期しており、受信フレームをそれぞれ固有の拡散符号でスペクトラム拡散信号に変換する。

多重部２２０は、波長割当てテーブル２５２に従って、符号拡散器２１２−１〜２１２−ｘから出力された各拡散信号を光送信器２３１−１〜２３１−ｙの何れかに選択的に供給する。但し、光送信部２３０が備える有効状態の光送信器が１個の場合、符号拡散器２１２−１〜２１２−ｘから出力される全ての拡散信号が１つの搬送波で送信される。

光送信部２３０が複数の光送信器２３１−１〜２３１−ｙを備える場合、これらの光送信器には、発振波長の異なるレーザが使用される。特定の搬送波に複数の拡散信号を多重化する場合、これらの複数の拡散信号を線形加算し、多値の矩形波に変換してから光送信器に供給する。この場合、線形加算された信号を正確に伝送できるように、各符号拡散器で使用する拡散符号は互いにクロック同期させておく。

図１では、ＯＮＵ毎に異なった範囲の搬送波が割当てられており、ＯＮＵ２−１は、搬送波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎ１−ｅ）、ＯＮＵ２０−２は、搬送波長λ（ｎ２−ｓ）〜λ（ｎ２−ｅ）、ＯＮＵ２−ｋは、搬送波長λ（ｎｋ−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の範囲で、ＣＤＭＡの拡散信号を波長分割多重するようになっている。拡散符号も、ＯＮＵ毎に異なった範囲の符号が割当てられる。尚、ＯＮＵに波長可変の光送信器を適用した場合、ＯＬＴ１は、各ＯＮＵに任意の波長を割り当てることができる。

図３は、ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕの構成例を示す。
ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕは、光受信器（Ｏ／Ｅ変換器）１１０と、逆拡散部１２０と、送信処理部１３０とからなる。集線光ファイバ７００上に波長分割多重されたＣＤＭＡの拡散信号は、光インタフェース１１を介して光受信器１００に入力される。光受信器１００は、受信光信号を電気信号に変換し、受信光信号に含まれる全ての拡散信号が線形加算された状態の多値矩形波信号を逆拡散部１２０に出力する。ここでは、光受信器１００は、搬送周波数λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の範囲でＣＤＭＡ光信号を電気信号に変換可能な１つの光受信デバイスからなっている。

逆拡散処理部１２０は、適用する拡散符号の異なった複数の逆拡散器１２１（１２１−１〜１２１−ｘ）からなる。各逆拡散器１２１は、それぞれ固有の拡散符号（Code 1〜Code x）を適用して、光受信器１００から出力された多値矩形波を逆拡散処理する。ここで、逆拡散処理は、受信信号と拡散符号との相関検出を指す。例えば、逆拡散器１２１−１は、入力信号と符号「Code 1」とのマッチドフィルタからなり、送信側で符号「Code 1」で拡散された信号成分については高い相関を示し、その他の符号で拡散された信号成分に対しては、逆拡散によって信号強度を更に弱める。従って、マッチドフィルタの出力をチップレートの符号期間にわたって積分することによって、送信側が符号「Code 1」で拡散したシンボルレートのデータを再生することができる。

送信処理部１３０は、逆拡散部１２０からシンボルレートで出力された各受信フレームについて、必要に応じてヘッダ処理を行った後、ユーザフレームはスイッチ１２に、ＯＮＵからの制御フレームは図７に示すＯＬＴ制御部１５０に転送する。この場合のヘッダ処理には、例えば、ＶＬＡＮタグまたはＭＰＬＳラベルの付与、ヘッダ変換、ヘッダ情報の一部削除等を含む。送信処理部１３０に帯域制御機能をもたせ、受信フレームをフロー毎に帯域制御して、スイッチ１２に出力させるようにしてもよい。

図５は、ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕの多重化部２２０に入力される拡散信号（図Ａ、Ｂ）と、これらの線形加算処理によって生成される多値矩形波（図Ｃ）を示す。
図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ異なる拡散符号で拡散されたチップレートの信号Ｓ１、Ｓ２を示している。信号Ｓ１、Ｓ２を出力する２つの符号拡散器のクロックタイミングを互いに同期させた状態で、信号Ｓ１、Ｓ２を線形加算すると、図（Ｃ）に示すように、多値矩形波の信号Ｓ３が得られる。信号Ｓ１、Ｓ２を同一の搬送波で送信する場合、信号Ｓ１、Ｓ２を信号Ｓ３に変換した後、光送信器に供給し、レーザの出力信号強度の線形性を利用して、所定搬送波長の光信号に変換する。

ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕの光受信器１１０は、複数のＯＮＵ２−１〜２−ｋから波長分割多重で送信されたのＣＤＭＡ光信号を電気信号に変換する。このとき、チップレートで送られてきた光信号にクロック同期し、複数搬送波の光信号を同時に電気信号に変換すると、光受信デバイスの出力信号波形は、図５（Ｃ）と同様、多値矩形波となる。この多値信号に対して、逆拡散器１２１−１〜１２１−ｘで拡散符号Code 1〜Code xを乗算することによって、拡散符号と対応したシンボルレートのデータを復元できる。

本実施例では、フローＩＤテーブル２５１と波長割当てテーブル２５２によって、ＯＮＵ毎に異なった範囲で、使用可能な搬送波長と拡散符号を割当てている。但し、搬送波長と拡散符号との対応付けは、各ＯＮＵで自由であり、全ての拡散符号（拡散信号）を異なった搬送波に対応付けてもよいし、同一の搬送波に複数の拡散符号を対応付けてもよい。

ＯＮＵ毎に異なった拡散符号を適用することによって、光ファイバ区間に論理的に複数のキャリアを形成し、受信側（ＯＬＴ側）でのフロー識別が可能となる。また、ＯＮＵ毎に異なった搬送波長で拡散信号を送信することによって、光ファイバ区間での物理的な信号干渉を抑えることが可能となる。

図６は、ＯＮＵおよびフローＩＤに対する搬送波長（搬送周波数）の割当てを示す。
本実施例では、ＯＬＴ−ＵＩＦ：１０Ｕが備える光受信器１１０で受信可能な光帯域幅５００の中に、それぞれ異なる周波数５１１−１〜５１１−Ｎでピークを持つ複数の搬送波（レーザ光）５０１−１〜５０１−Ｎを定義する。レーザ周波数（波長）の制御については、後で詳述する。ここで、周波数５１１−１〜５１１−Ｎは、一定の周波数間隔Δfで配列されている。

互いに隣接するレーザ光の周波数間隔Δｆは、レーザ光が、分岐光ファイバと集線光ファイバ上で干渉せず、また、干渉成分（ビート雑音）が受信器で検出されないように、十分な値としておく。周波数間隔（波長間隔）Δｆは、具体的には、光受信器１１０の受信可能なＣＤＭＡ拡散信号の帯域幅以上であればよく、例えば、チップレートが１０ＧｂｐｓのＣＤＭＡ光信号伝送では、波長が隣接するレーザ間で１０ＧＨｚ以上の周波数間隔を確保すればよい。

図６の下部に、ＯＮＵに割り当てられた搬送波（レーザ周波数）と拡散符号との関係を示す。ここでは、搬送波となる周波数５１１−１と５１１−２（レーザ光５０１−１と５０１−２）をＯＮＵ♯１に割当て、周波数５１１−３（レーザ光５０１−３）をＯＮＵ♯２に割当て、周波数５１１−４から始まる複数の周波数（レーザ光５０１−４、・・・）をＯＮＵ♯３に割当てている。また、ＯＮＵ♯１で使用する拡散符号♯１と♯３を周波数５１１−１に、拡散符号♯２を周波数５１１−２に割当てている。ＯＮＵ♯２で使用する拡散符号♯５〜♯７は、単一の周波数５１１−３に割当てている。各ＯＮＵにおいて、拡散符号と周波数との対応関係は、図４に示した波長割り当てテーブル２５２に保持されている。

図７は、ＯＬＴ下りインタフェースボード（ＯＬＴ−ＤＩＦ）１０Ｄの構成例を示す。
ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄは、符号拡散部１６０と、多重化部１７０と、光送信部１８０とからなり、符号拡散部１６０と多重化部１７０はＯＬＴ制御部１５０に接続されている。

ＯＬＴ制御部１５０は、フローＩＤテーブル１５１と、波長割当てテーブル１５２を備えている。フローＩＤテーブル１５１は、例えば、図９に示すように、フロー識別子（フローＩＤ）１５１１と、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）１５１２と、ＯＮＵ識別子（ＯＮＵ−ＩＤ）１５１３との対応関係を示し、波長割当てテーブル１５２は、図４の（Ｂ）に示したＯＮＵの波長割当てテーブル２５２と同様、拡散符号番号（符号拡散器ＩＤ）と搬送波長（光送信器ＩＤ）との対応関係を示している。ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕで説明したように、上記フローＩＤテーブル１５１と波長割当てテーブル１５２は、１つのテーブルに統合してもよい。

光送信部１８０は、発振周波数（レーザ波長λ）の異なる複数の光送信器（レーザ素子）１８１（１８１−１〜１８１−ｙ）からなり、各光送信器の波長は、光ファイバ上で複数のレーザ光が干渉しないように、隣接する波長間に十分な波長間隔が確保されている。

符号拡散部１６０は、スイッチ１２に接続された受信処理部１６１と、複数の符号拡散器１６２（１６２−１〜１６２−ｊ）とからなる。受信処理部１６１は、スイッチ１１から下りフレーム（Ethernetフレーム）を受信すると、フローＩＤテーブル１５１を参照して、受信フレームにＯＮＵ識別子を含むヘッダを付加した後、これを適切な符号拡散器に振り分ける。

具体的には、受信処理部１６１は、受信フレームのヘッダから送出元のユーザＩＤあるいはサービスＩＤ等、データフローの識別子（フローＩＤ）を抽出し、フローＩＤテーブル１５１から上記フローＩＤと対応する拡散符号番号ｉとＯＮＵ識別子を検索し、受信フレームを上記ＯＮＵ識別子をもつパケットに変換した後、拡散符号番号ｘで特定された符号拡散器部１６２−ｘに転送する。受信フレームへのＯＮＵ識別子の付与は、例えば、受信フレームのヘッダ情報と、このフレームを転送先となるＯＮＵの識別子との対応関係を示す専用の経路テーブルを参照して行うようにしてもよい。但し、ＰＯＮ区間では、複数のパケットデータが、所定周期で生成されるＰＯＮフレームのペイロードで送信されるため、受信処理部１６１は、ＰＯＮフレームのフォーマットに従ったタイミングで、上述した符号拡散器部１６２−ｘへの下りフレームの転送を実行する。

符号拡散器部１６２−ｘは、受信フレームのシンボルレートに比較して高速なレート（チップレート）をもつ拡散符号で受信フレームの各シンボルを拡散し、広帯域のスペクトラム拡散信号に変換する。符号拡散器１６２−ｘから出力された拡散信号は、多重部１７０に転送される。多重部１７０は、符号拡散器１６２−ｘから供給された拡散信号を拡散符号番号ｉと対応する光送信器に振り分ける。

具体的には、多重部１７０は、波長割当てテーブル１５２を参照して、拡散符号番号ｘと対応する搬送周波数（波長λ）を特定し、この周波数で発振する光送信器（レーザ素子）１８１−ｋに拡散信号を供給する。波長割当てテーブル１５２が、１つの搬送周波数に対して複数の拡散符号を対応づけていた場合、多重化部１７０は、同一の搬送波に重畳すべき複数の符号拡散器出力を線形加算し、多値矩形波に変換された拡散信号を上記搬送周波数をもつ光送信器に供給する。但し、受信処理部１６１が、ＳＷ１２から順次に下りフレームを受信した場合、下りフレームは、フローＩＤと対応する符号拡散器に順次に振り分けられるため、多重化部１７０の出力は２値の矩形波となる。

ＯＬＴ制御部１５０から、ＯＮＵ２（２−１〜２−ｋ）に制御メッセージを送信する場合、特定の符号拡散器、例えば、符号拡散器１６２−ｊを制御チャネル用として使用し、制御メッセージを符号拡散器１６２−ｊで拡散し、多重化部１７０を介して特定の光送信器に供給すればよい。以下の説明では、ＯＬＴ制御部１５０は、符号拡散器１６２−ｉを後述するリソース情報チャネル用として使用する。リソース情報チャネルは、同期確立後のＯＮＵに、通信開始要求の送信用チャネルに関するリソース情報を通知すると共に、通信開始要求を送信してきたＯＮＵに対して、データチャネルに関する割当てリソース情報を通知するために使用される。

ＯＬＴ制御部１５０は、上述した制御チャネルおよびリソースチャネルで送信される制御情報とは別に、起動直後のＯＮＵの逆拡散部２７０をＰＯＮ区間の下りフレームに同期させるための同期フレームＳＹＣを周期的に生成し、多重化部１７０に供給している。同期フレームＳＹＣの先頭部には、同期用の拡散符号（Code hとする）の１周期分のチップパターンを固定パターンとして含んでいる。制御チャネルとリソース情報チャネルは、全てのＯＮＵに共用されるチャネルであり、符号拡散器１６２−ｉと１６２−ｊで使用される拡散符号の識別番号は、ＯＬＴ１に接続される全てのＯＮＵ２−１〜２−ｋで予め既知となっている。また、同期用の拡散符号Code hも、全てのＯＮＵ２−１〜２−ｋで予め既知となっている。

上記構成によって、ＯＬＴ１のＰＯＮ−ＩＦＢ：１０−１から集線光ファイバ７００−１に、波長λ（ｎ１−ｓ）〜λ（ｎｋ−ｅ）の搬送波で、ユーザデータ、制御情報、同期情報、リソース情報等の情報を含む波長分割多重されたＣＤＭＡ信号が送出される。これらのＣＤＭＡ信号は、光スプリッタ８００−１で分岐ファイバ７１０−１〜７１０−ｋに分岐され、全てのＯＮＵ２−１〜２−ｋに到達する。但し、前述したように、ＯＬＴ１からＯＮＵ２−１〜２−ｋへの下り方向のフレーム送信は、１つの搬送波長で行ってもよいため、光送信部１８０は、少なくとも１つの光送信器を備えていればよい。

図８は、ＯＮＵ下りインタフェースボード（ＯＮＵ−ＤＩＦ）２０Ｄの構成を示す。
ＯＮＵ−ＤＩＦ：２０Ｄは、光受信器２６０と、逆拡散部２７０と、送信処理部２８０とからなる。逆拡散部２７０は、それぞれが異なった拡散符号で受信信号を逆拡散する複数の逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊを含んでいる。但し、各ＯＮＵでは、これら複数の逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊのうち、ＯＬＴ１から割当てられた特定の拡散符号をもつ特定個数の逆拡散器と、同期検出用の逆拡散器２７１−ｈ、リソース情報チャネル用の逆拡散器２７１−ｉ、制御情報チャネル用の逆拡散器２７１−ｊが有効（現用系）となり、その他の逆拡散器は予備となる。

光受信器２６０は、分岐ファイバ７１０と光インタフェース２２を介して、ＯＬＴ１が送信したＣＤＭＡの拡散信号を受信し、全ての拡散信号を線形加算して、多値矩形波の電気的信号に変換する。本実施例では、光受信器２６０は、１つの光受信デバイス（フォトダイオード：ＤＡ）で構成されている。

光受信器２６０から出力された多値矩形波の電気的信号は、逆拡散処理部２７０の複数の逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊに並列的に入力される。これらの逆拡散器には、互いに異なる拡散符号Code 1〜Code jが割り当てられており、各逆拡散器は、光受信器２６０から供給された多値矩形波信号に対して、それぞれに固有の拡散符号を乗算し、シンボルレートに相当する期間の積分値の２値判定結果を該拡散符号に対応するデータフローのシンボル値として出力する。

逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊのうち、同期フレームの固定パターン用の拡散符号Code hをもつ逆拡散器２７１−ｈの出力と、リソース情報チャネル用の拡散符号Code iをもつ逆拡散器２７１−ｈで再生されたフレームと、制御チャネル用の拡散符号Code jをもつ逆拡散器２７１−ｊで再生されたフレームは、ＯＮＵ制御部２５０に入力される。ＯＮＵ制御部２５０、同期検出用の逆拡散器２７１−ｈでタイミングサーチを実行することにより、逆拡散器２７１−ｈの拡散符号の生成タイミングを最適化し、逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊの全てを下りフレームに同期させる。

送信処理部２８０は、逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊで再生されたシンボル列からなるＰＯＮフレームのヘッダ情報を判定し、他局宛のＰＯＮフレームは廃棄する。送信処理部２８０は、自局宛またはブロードキャストアドレスをもつＰＯＮフレームを受信すると、ヘッダ処理した後、制御フレームは制御部２５０に転送し、ユーザフレームはスイッチ部２１に転送する。フレームのヘッダ処理には、例えば、ＰＯＮ用ヘッダの除去、ＶＬＡＮタグまたはＭＰＬＳラベルの付与／変換／削除等を含む。スイッチ部２１は、送信処理部２８０から受信した各フレームをヘッダ情報に従って特定された何れかの加入者回線（スイッチ接続回線、ＬＡＮ接続回線を含む）に転送する。

ＯＮＵ制御部２５０は、ＯＬＴ１から割り当てられた搬送波長（レーザ波長）、拡散符号、フレーム送信タイミングを記憶しておく。ＯＬＴ１の各ＰＯＮインタフェースボード１０が備えるＯＬＴ制御部１５０は、同一のＯＮＵに対して、必要に応じて複数の搬送周波数（レーザ波長）を割当て、且つ、同一のＯＮＵに複数の拡散符号を割当てることができる。但し、ＯＬＴ制御部１５０は、同一の搬送周波数を複数のＯＮＵに重複して割当てないように、空き波長と割り当て済み波長を管理しておく。拡散符号についても同様であり、何れかのＯＮＵに割当て済みの拡散符号が他のＯＮＵに割当てられないように管理する。管理テーブル１５３は、こうした波長および拡散符号の管理と、各ＯＮＵに割当てた波長および拡散符号を記憶するために利用される。

各ＯＮＵに割当てた搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号は、例えば、管理テーブル１５３に、ＯＮＵ識別子と対応付けて記憶しておく。上記管理テーブル１５３は、各ＯＮＵに対して、搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号を固定的に割当てる場合、ＯＮＵの起動時に搬送周波数（レーザ波長）と拡散符号を動的に割当てる場合の何れであっても、システムの稼動状況を把握する上で有効となる。

図１０は、ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕの他の実施例を示す。
本実施例では、光送信器２３１（２３１−１〜２３１−ｙ）の搬送波長をレーザ光の温度依存性を利用して制御する。但し、レーザ素子の発振波長は、温度以外の他のパラメータで制御してもよい。

本実施例の光送信器２３１は、レーザ２３２と、変調回路２３３と、レーザ２３２に接続された温度制御部２３４と、制御情報レジスタ２３５とからなっている。温度制御部２３４は、レジスタ２３５から目標温度を取得し、レーザが目標温度で動作するように自動制御する。これによって、レーザ２３２は、目標温度で決まる所定の波長（搬送周波数）で、光ＣＤＭＡ信号（拡散信号の変調光）を発生する。レーザ２３２からの出力光は、光インタフェース２２を介して、分岐ファイバ７１０に送出される。

各レジスタ２３４への制御情報の設定は、ＯＮＵ制御部２５０によって行われる。この構成は、ＯＬＴ１から各ＯＮＵ２に、光送信部２３０で使用可能なレーザ波長（搬送周波数）を指定する場合に有効になる。光送信部２３０で使用可能な波長は、ＯＬＴ制御部１５０から通知され、波長が指定されれば、レーザの目標温度は一義的に決まる。

各ＯＮＵ制御部２５０は、ＯＬＴ制御部１５０から指定された波長を光送信器の識別子（ＩＤ）と対応付けて波長管理テーブル２５３に記憶しておき、波長によって決まる目標温度を光送信器のレジスタ２３５に設定する。

図１１は、波長管理テーブル２５３の１例を示す。
波長管理テーブル２５３は、光送信器ＩＤ２５３１をもつ複数のエントリからなり、各エントリに、ＯＬＴ制御部１５０から指定された波長２５３２が記憶される。波長２５３２に代わりに周波数の値を記憶してもよい。ＯＮＵ制御部２５０は、波長を指定されれば、レーザの目標温度を一義的に決定できる。従って、各エントリに、波長２５３２と対応する目標温度２５３３を記憶しておき、ＯＮＵ制御部２５０が、光送信器ＩＤ２５３１が示す光送信器の制御情報レジスタ２３５に、この目標温度２５３３を次々と設定するようにしてもよい。

図１２は、本発明のＰＯＮシステムにおいて、ＯＮＵ起動時にＯＮＵ２とＯＬＴ１との間で実行される通信シーケンスの１実施例を示す。

ＯＬＴ１は、下りデータチャネルにおけるデータフレームの送信と並行して、拡散符号Code hが適用される同期チャネルで、定期的に同期フレームを送信している。

下りデータチャネルでフレーム周期Ｔで送信されるデータフレームは、例えば、図１３の（Ａ）に示すように、フレームヘッダ３００とフレームペイロード３１０からなり、フレームペイロード３１０に、それぞれヘッダ部３１１とデータ部３１２とからなる複数のパケットを含む。

同期フレームは、例えば、図１３の（Ｂ）に示すように、フレーム周期Ｔ毎に、先頭部に送信データ１ビット期間分のチップレートで変化する固定パターン３２０をもち、固定パターン区間以外ではデータ無しの状態が続いている。固定パターン３２０は、拡散符号Code hの１周期分のチップパターンに相当している。

今、何れかのＯＮＵ２が起動され（電源オン）、ＯＬＴ１との間での通信を開始する場合を想定する。ＯＮＵ２の制御部２５０は、同期検出用の拡散符号Code hをもつ逆拡散器２７１−ｈで下り同期フレームを受信して（Ｓ１０１）、フレーム同期を試みる。逆拡散器２７１−ｈで生成される逆拡散符号のチップパターンと同期フレームで送信される固定パターン３２０とが非同期状態にある間は、マッチドフィルタに入力される固定パターン３２０と逆拡散符号との間に相関がないため、固定パターン３２０の受信期間に得られるマッチドフィルタ出力の積分値が閾値以下となる。この状態で、例えば、期間Ｔ毎に逆拡散符号を１チップずつシフトし、同期フレーム先頭部での固定パターン３２０の逆拡散を繰り返すことによって、逆拡散符号のチップパターンと固定パターン３２０とが同期した瞬間を検出できる。

ＯＮＵ２の制御部２５０は、同期フレームと逆拡散符号Code hとの同期を検出すると、Code hのシフト操作を停止し、逆拡散符号Code hの現在の生成周期を維持する。逆拡散部２７０に含まれる全ての逆拡散器２７１−１〜２７１−ｊにおける逆拡散符号の生成タイミングを上記逆拡散器２７１−ｈに同期させ（同期確立：Ｓ１０２）、リソース情報チャネルの拡散符号と同一の逆拡散符号をもつ逆拡散器２７１−ｉの出力を選択して、通信開始要求の送信チャネル情報（波長、拡散符号番号、タイミング情報）を取得する（Ｓ１０３）。

リソース情報チャネルでは、図１３（Ｃ）に示すように、フレームヘッダ３００とフレームペイロード３１０とからなるリソース情報フレームが送信される。フレームヘッダ３００は、メッセージ種別３０１と、宛先３０２と、その他の情報３０３とを含み、フレームペイロード３１０は、通信開始要求送信チャネルの波長３３１と、拡散符号番号３３２と、送信タイミング情報３３３と、その他の情報３３４とからなるチャネル情報ブロックを含む。メッセージ種別３０１は、このフレームが通信開始要求送信チャネルを指定するリソース情報フレームであることを示し、宛先３０２は、宛先ＯＮＵを特定しないブロードキャストアドレスとなっている。

ＯＮＵ２の制御部２５０は、リソース情報フレームのチャネル情報ブロックが指定する拡散符号番号３３２をもつ符号拡散器と、波長３３１をもつ光送信器を使用して、タイミング情報３３３で指定されたタイミングで、ＯＬＴ１に通信開始要求を送信し（Ｓ１０４）、ＯＬＴからの割当てチャネル通知を待つ。

ＯＬＴ１の制御部１５０は、上記通信開始要求を受信すると、波長・符合管理テーブルから空き状態にあるキャリア波長と拡散符号番号を検索し、通信開始要求の送信元となったＯＮＵの識別子（ＯＮＵ−ＩＤ）とキャリア波長と拡散符号番号との対応関係を管理テーブル１５３に記憶し（通信チャネル割当て：Ｓ１０５）、ＯＮＵ−ＩＤを宛先として、割当てチャネルのキャリア波長λxと拡散符号番号Code xと送信タイミングを指定したチャネル情報ブロックを含むリソース情報フレーム（割当てチャネル通知フレーム）を生成し、リソース情報チャネルに送信する（Ｓ１０６）。尚、通信開始要求でＯＮＵが必要帯域を指定し、ＯＬＴ１が、ＯＮＵからの要求帯域に応じた送信時間帯（タイムスロット）を割当て、状況によっては、複数のキャリア波長と拡散符号番号を割り当てるようにしてもよい。

ＯＮＵ２の制御部２５０は、リソース情報チャネルで、自分宛のリソース情報フレーム（割当てチャネル通知フレーム）を受信すると、割り当てられたキャリア波長λxと拡散符号番号Code xを波長割当てテーブル２５２に記憶し（Ｓ１０７）、今回割り当てられたチャネルを使用して、指定された送信タイミングで、リンク確立の確認応答（ＡＣＫ）を送信する（Ｓ１０８）。

ＯＬＴ１は、ＯＮＵ２からＡＣＫを受信すると、受信光強度をチェックし（Ｓ１０９）、制御チャネルを使用して、ＯＮＵ２に送信パワー制御メッセージを送信する（Ｓ１１０）。もし、送信パワーが不足していた場合、上記送信パワー制御メッセージによって、ＯＮＵ２に送信パワーの変更が指示される。ＯＮＵ２は、上記送信パワー制御メッセージで送信パワーの変更を指示された場合、キャリア波長λxをもつ光送信器のパワーを調整する（Ｓ１１１）。

図１４は、ＯＮＵ起動時に制御部２５０が実行する起動処理ルーチン４００のフローチャートを示す。

制御部２５０は、予め既知となっている同期用の逆拡散器を選択し（Ｓ４０１）、逆拡散符号の同期タイミングをサーチする（Ｓ４０２）。同期フレームの先頭で受信される固定パターンと逆拡散符号のチップパターンとが非同期状態にある間は（Ｓ４０３）、制御部２５０は、フレーム周期毎に逆拡散符号をチップ単位でシフトして（Ｓ４０４）、同期タイミングサーチを繰り返す。

固定パターンと逆拡散符号との同期化に成功し、逆拡散部２７０の符号生成タイミングの調整が完了（同期確立）すると、制御部２５０は、受信チャネルを拡散符号が既知となっているリソース情報チャネルに切替え（Ｓ４０５）、図１３（Ｂ）で説明したリソース情報フレームから通信開始要求の送信チャネル情報ブロックを取得する（Ｓ４０６）。制御部２５０は、上記要求送信チャネル情報ブロックが示す波長、拡散符号番号をもつ光送信器と拡散符号器を使用して、指定された送信タイミングで、ＯＬＴ１に通信開始要求を送信し（Ｓ４０７）、リソース情報チャネルで割当てチャネル通知の受信を待つ（Ｓ４０８）。

制御部２５０は、ＯＬＴ１から自分宛のリソース情報フレーム（割当てチャネル通知フレーム）を受信すると、割り当てられたキャリア波長λxと拡散符号番号Code xを波長割当てテーブル２５２に記憶し（Ｓ４０９）、割り当てられたチャネルを使用して、指定された送信タイミングで、リンク確立の確認応答（ＡＣＫ）を送信する（Ｓ４１０）。この後、制御部２５０は、拡散符号Code jが既知となっている制御チャネルで、送信パワー制御メッセージが受信されるのを待ち、送信パワー制御メッセージを受信すると、送信パワー変更の要否を判定し（Ｓ４１１）、送信パワーの変更を指示された場合、割り当てチャネルの光送信器のパワーを調整して（Ｓ１１１）、このルーチンを終了する。

図１５は、ＯＮＵ２から通信開始要求を受信した時、ＯＬＴ１の制御部１５０が実行するチャネル割当て処理ルーチン４５０のフローチャートを示す。

制御部１５０は、リソース情報フレームで指定したチャネルで通信開始要求を受信すると、要求送信元のＯＮＵに割当てるチャネル情報（波長、拡散符号番号、送信タイミング）を選択し、これを管理テーブル１５３に記憶する（Ｓ４５１）。この後、制御部１５０は、リソース情報チャネルで、上記要求送信元のＯＮＵを宛先とするリソース情報フレーム（割当てチャネル通知フレーム）を送信し（Ｓ４５２）、割当てチャネルでＡＣＫが受信されるのを待つ。

ＯＮＵからＡＣＫを受信すると（Ｓ４５３）、制御部１５０は、受信パワーを判定し（Ｓ４５４）、判定結果を示す送信パワー制御フレームをＯＮＵに送信する（Ｓ４５５）。
送信パワー制御フレームは、拡散符号Code jを使用する制御チャネルに送出される。また、送信パワーが適切な範囲内でなければ、送信パワー制御フレームによって、ＯＮＵ２に送信パワーの変更が指示される。

上述した実施例によれば、ＰＯＮに新たに追加されたＯＮＵ、または停止状態から復帰したＯＮＵに対して、ＯＬＴ１から、該ＯＮＵが上りデータの送信に使用すべきデータチャネルの情報（波長、拡散符号、送信タイミング）を適切に割当てることが可能となる。

図１２のシーケンスでは、フレーム同期に成功したＯＮＵが、宛先がブロードキャストアドレスとなっているリソース情報フレームを受信し、該フレームで指定されたチャネルを使用してＯＬＴ１に通信開始要求を送信し、通信開始要求を受信したＯＬＴ１が、要求送信元ＯＮＵを宛先とするリソース情報フレームで、ＯＮＵへの割当てチャネルを通知している。

例えば、最初にＯＮＵ２−１が起動され、ＯＮＵ２−１が通信開始要求を送信した後で、別のＯＮＵ２−２が起動されたと仮定する。もし、ＯＮＵ２−２が、リソース情報チャネルでＯＮＵ２−１宛のリソース情報フレームを受信した場合、ＯＮＵ２−２は、宛先がブロードキャストアドレスのリソース情報フレームが受信されるのを待てばよい。ＯＬＴが、ＯＮＵ２−１へのチャネル割り当てを実行中であっても、ＯＮＵ２−２は、ブロードキャストされたリソース情報フレームが示すチャネルで、新たな通信開始要求を送信できる。ＯＮＵ２−１から通信開始要求を受信した時、ＯＬＴ１は、次の周期でブロードキャストされるリソース情報フレームに、前のフレームとは異なるチャネル情報を設定するようにしてもよい。この場合、ＯＮＵ２−１とＯＮＵ２−２は、異なったチャネルでＯＬＴに通信開始要求を送信することになる。

もし、２つのＯＮＵが、同一のリソース情報フレームを受信して、同一のチャネルで略同時に通信開始要求を送信した場合、使用波長と拡散符号が一致するため、２つの通信開始要求が光ファイバ上で混信し、ＯＬＴでは正常受信できなくなる可能性が高い。図１４に示したフローチャートでは、通信開始要求の送信後に、所定時間内に割当てチャネル通知を受信できなかった場合、ＯＮＵが、リソース情報チャネルで要求送信チャネル情報を再取得し、通信開始要求を再送するようになっている。複数のＯＮＵから再送された通信開始要求が、ＰＯＮ区間で衝突するのを回避するためには、例えば、各ＯＮＵが、フレーム周期Ｔを単位として互いに異なった待ち時間をおいて、通信開始要求を再送するようにするとよい。

図１３（Ｃ）では、フレームペイロード３１０に１つのチャネル情報ブロックを含むリソース情報フレームを示したが、異なる複数のチャネル情報ブロックを含むリソース情報フレームをブロードキャストしておき、ＯＮＵ側で使用チャネルをランダムに選択できるようにしてもよい。このようにしておけば、同一のリソース情報フレームを受信した２つのＯＮＵが、略同時に通信開始要求を送信した場合でも、ＯＮＵ毎に使用チャネルが異なれば、通信開始要求の混信を防止できる。

本発明の別の変形例として、各チャネル情報ブロックで複数の送信タイミングを指定しておき、ＯＮＵ側で送信タイミングをランダムに選択できるようにしてもよい。このようにしておけば、同一のリソース情報フレームを受信した２つのＯＮＵが、互いに異なった送信タイミングで通信開始要求を送信できるため、同一のチャネルで送信された通信開始要求の混信を防止できる。

図１６は、使用チャネルの割当てを終えたＯＮＵ２とＯＬＴ１との間で実行されるレンジング（ranging）のための通信シーケンスを示す。

ＰＯＮシステムでは、支線光ファイバ７１０の長さがＯＮＵ毎に異なっているため、仮に複数のＯＮＵが同時に信号を送信した場合でも、これらの信号は、経由する光ファイバ長によって異なった遅延時間を経て、ＯＬＴ１に到着する。ＴＤＭＡでは、各ＯＮＵが、ＯＬＴから指定されたタイムスロットでデータを送信する。ＴＤＭＡ方式のＰＯＮシステムでは、レンジングは、各ＯＮＵからの送信フレームが、集線光ファイバ７００上で他のＯＮＵの送信フレームと重なるのを防止する目的で行なわれている。すなわち、レンジングによって、ＯＬＴとＯＮＵとの間の光ファイバ区間での信号遅延時間を計測し、信号遅延時間に応じて、ＯＮＵ毎に割当てタイムスロットでの送信開始タイミングを調整することにより、ＯＮＵから送信された上りフレームが、ＯＬＴに所定のタイムスロットで到着できるようにしている。

本発明が対象としているＣＤＭＡ／ＷＤＭＡ方式のＰＯＮシステムでは、各ＯＮＵが、他のＯＮＵとは異なった波長と拡散符号を適用して上りデータを送信できるため、複数の送信フレームが光ファイバ上で時間的に重なっても問題はない。但し、ＣＤＭＡ／ＷＤＭＡ方式のＰＯＮシステムでは、ＯＬＴ側の逆拡散部１２０で再生された複数ＯＮＵからの受信信号列が、互いにビット同期して並列出力されるように、各ＯＮＵから送信されるＣＤＭＡ信号をビット単位、可能ならば拡散符合のチップ単位でタイミング調整することが望まれる。

図１６において、ＯＬＴ１（制御部１５０）からＯＮＵ２に、応答すべきタイミングを指定してレンジング要求を送信すると（Ｓ１２１）、ＯＮＵ２（制御部２５０）は、指定されたタイミングで、ＯＬＴ１にレンジング応答を返送する（Ｓ１２２）。ＯＬＴ１は、ＯＮＵ２から応答を受信すると、指定タイミングからの応答受信時刻のずれ量（ＥｑＤ）を算出し（Ｓ１２３）、ＯＮＵ２に対して、ＥｑＤ値に応じた遅延時間修正（送信タイミングの調整）を指示する（Ｓ１２４）。ＯＮＵ制御部２５０は、遅延時間修正指示を受信すると、指定されたＥｑＤ値を記憶しておき（Ｓ１２５）、ＯＬＴ１にＡＣＫを返送する（Ｓ１２６）。以後、ＯＮＵ制御部２５０は、ＯＬＴ１に上りデータを送信するとき、送信タイミングをＥｑＤに応じて修正し、Ｒ／Ｗ制御部２１１１から拡散部２１２へのデータ転送を制御する。

尚、ＯＬＴ1は、レンジング要求を送信してから所定時間内に応答を受信できなかった場合、あるいは、遅延時間修正指示を送信してから所定時間内にＡＣＫを受信できなかった場合、例えば、レンジングを再実行して、再度、異常が発生した場合は、ＯＮＵが切断されたものと看做して、レンジングを異常終了し、管理テーブル１５３に登録された制御パラメータを消去する。

各ＯＮＵは、レンジングを実行すべき状態になっても、所定時間内にＯＬＴからのレンジング要求を受信できなかった場合、あるいは、レンジング応答を返送してから所定時間内に遅延時間修正指示を受信できなかった場合、レンジングを異常終了し、初期状態に戻って、例えば、図１２に示した同期確立Ｓ１０２からの動作を再実行する。

図１７は、ＯＬＴ１が周期的に実行するフレーム同期チェックルーチン４７０のフローチャートを示す。このルーチンは、ＯＮＵが運用状態にある間に、符号拡散部２１０で生成される拡散符号の周期が、許容範囲を超えてずれたことを検出するためのものである。

ＯＬＴ制御部１５０は、各ＯＮＵと通信中に、逆拡散部１２０におけるフレーム同期状態をチェックし（Ｓ４７１）、ＯＮＵからの送信フレームが正常に受信されているか否かを判定している（Ｓ４７２）。ＯＮＵ側の拡散符号とＯＬＴ側の逆拡散符号の位相が変化し、フレーム同期が劣化し始めた時、ＯＮＵ側の拡散符号周期の変化が修正可能な
範囲内のものか否かを判定する（Ｓ４７３）。ＯＬＴ制御部１５０は、ＯＮＵ側の拡散符号周期の変化が修正可能な範囲内のものであれば、ＯＮＵ２に対して拡散符号周期の修正を指示し（Ｓ４７４）、修正不可能な場合は、この拡散符号が適用されるチャネルを初期状態にする（Ｓ４７５）。ＯＮＵ制御部２５０は、ＯＬＴから拡散符号周期の修正指示を受信すると、符号拡散部２１０における拡散符号の生成タイミングを微調整する。

本発明が適用されるＰＯＮシステムの構成と光ファイバ区間における搬送波周波数を示す図。 図１のＯＮＵ２が備える上りインタフェースボード（ＯＮＵ−ＵＩＦ）２０Ｕの構成例を示す図。 図１のＯＬＴ１が備える上りインタフェースボード（ＯＬＴ−ＵＩＦ）１０Ｕの構成例を示す図。 ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕの制御部２５０が備えるフローＩＤテーブル２５１（図Ａ）と波長割当てテーブル２５２（図Ｂ）を示す図。 ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕの多重化部２２０に入力される拡散信号（図Ａ、Ｂ）と、これらの線形加算処理によって生成される多値矩形波（図Ｃ）を示す図。 ＯＮＵおよびフローＩＤに対する搬送周波数の割当を示す図。 ＯＬＴ１が備える下りインタフェースボード（ＯＬＴ−ＤＩＦ）１０Ｄの構成例を示す図。 ＯＮＵ２が備える下りインタフェースボード（ＯＮＵ−ＤＩＦ）２０Ｄの構成例を示す図。 ＯＬＴ−ＤＩＦ：１０Ｄの制御部１５０が備えるフローＩＤテーブル１５１の内容を示す図。 ＯＮＵ−ＵＩＦ：２０Ｕの他の実施例を示す図。 図１０の制御部２５０が備える波長管理テーブル２５３の内容を示す図。 ＯＮＵ起動時にＯＮＵとＯＬＴとの間で実行される通信シーケンスの１例を示す図。 ＯＬＴからＯＮＵに送信されるデータフレーム（Ａ）、同期フレーム（Ｂ）、リソース情報フレーム（Ｃ）のフォーマット例を示す図。 ＯＮＵ起動時に制御部２５０が実行する起動処理ルーチン４００のフローチャート。 ＯＮＵから通信開始要求を受信した時、ＯＬＴの制御部１５０が実行するチャネル割当て処理ルーチン４５０のフローチャート。 ＯＮＵ２とＯＬＴ１との間で実行されるレンジングのための通信シーケンス図。 ＯＬＴ１が周期的に実行するフレーム同期チェックルーチン４７０のフローチャート。

符号の説明

１：ＯＬＴ、２：ＯＮＵ、１０：ＰＯＮインタフェースボード、１１：光インタフェース、１０Ｕ：ＯＬＴ−ＵＩＦ、１０Ｄ：ＯＬＴ−ＤＩＦ、１２：スイッチ、２０Ｕ：ＯＮＵ−ＵＩＦ、２０Ｄ：ＯＮＵ−ＤＩＦ、２１：スイッチ、２２：光インタフェース、
１１０：光受信器、１２０：逆拡散部、１２１：逆拡散器、１３０：送信処理部、
１６０：符号拡散部、１６１：受信処理部、１６２：符号拡散器、１７０：多重化部、
１８０：光送信部、１８１：光送信器、１５０：制御部、１５１：フローＩＤテーブル、１５２：波長割当てテーブル、１５３：管理テーブル、
２１０：符号拡散部、２１１：受信処理部、２１２：符号拡散器、２２０：多重化部、
２３０：光送信部、２３１：光送信器、２５０：制御部、２５１：フローＩＤテーブル、２５２：波長割当てテーブル、２６０：光受信器、２７０：逆拡散部、２７１：逆拡散器、２８０：送信処理部、３００：スイッチ、５００：端末。

Claims (13)

1. 集線光ファイバから分岐した支線光ファイバに接続される複数の第１装置と、上記集線光ファイバに接続される第２装置とからなり、
   上記各第１装置が、
   拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、
   上記各符号拡散器で符号拡散されたＣＤＭＡ信号を他の第１装置とは異なる搬送波長をもつＣＤＭＡ光信号として上記支線光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器と、
   第１制御部とを備え、
   上記第２装置が、
   上記集線光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、
   上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器と、
   上記第１装置毎の使用波長と拡散符号とを管理する第２制御部とを備え、
   上記第２制御部が、上記各第１制御部からの要求に応答して、送信タイミングと、他の第１装置とは異なる波長および拡散符号とを指定し、
   上記各第１装置が、送信データを上記指定された拡散符号をもつ符号拡散器で拡散し、上記光送信器で上記指定された波長の光信号に変換し、上記指定された送信タイミングで上記支線光ファイバに送信することを特徴とする光通信システム。
2. 集線光ファイバに接続された局側装置（ＯＬＴ）と、上記集線光ファイバから分岐した分岐光ファイバに接続された複数の加入者接続装置（ＯＮＵ）とからなり、
   上記各ＯＮＵが、上記集線光ファイバに接続されたＯＮＵ上り方向インタフェースおよびＯＮＵ下り方向インタフェースと、これらのインタフェースに接続されたＯＮＵ制御部とを有し、
   上記ＯＮＵ上り方向インタフェースが、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、上記符号拡散器から出力されたＣＤＭＡ信号を上記ＯＬＴから指定された搬送波長の光ＣＤＭＡ信号として上記分岐光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器とを備え、
   上記ＯＮＵ下り方向インタフェースが、上記支線光ファイバからＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
   上記ＯＬＴが、上記集線光ファイバに接続されたＯＬＴ上り方向インタフェースおよびＯＬＴ下り方向インタフェースと、これらのインタフェースに接続されたＯＬＴ制御部と有し、
   上記ＯＬＴ上り方向インタフェースが、上記集線光ファイバから波長分割多重されたＣＤＭＡ光信号を受信する光受信器と、上記光受信器に接続された拡散符号の異なる複数の逆拡散器とを備え、
   上記ＯＬＴ下り方向インタフェースが、拡散符号の異なる複数の符号拡散器と、上記符号拡散器から出力されたＣＤＭＡ信号を光ＣＤＭＡ信号として上記集線光ファイバに送信する少なくとも１つの光送信器とを備え、
   上記ＯＬＴ制御部が、第１の拡散符号をもつ符号拡散器が適用される下り方向の第１のチャネルで、搬送波長と拡散符号を指定したチャネル情報ブロックを周期的に送信し、
   上記何れかのＯＮＵ制御部が、上記第１の拡散符号をもつ逆拡散器で上記チャネル情報ブロックを受信し、該チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、上記ＯＬＴに接続要求を送信し、
   上記ＯＬＴ制御部が、上記チャネル情報ブロックで指定した拡散符号をもつ逆拡散器で上記接続要求を受信し、上りデータチャネル用の搬送波長と拡散符号を指定する新たなチャネル情報ブロックを上記第１のチャネルで上記要求元ＯＮＵ宛に送信し、
   上記要求元のＯＮＵ制御部が、上記第１の拡散符号をもつ逆拡散器で受信した自ＯＮＵ宛の新たなチャネル情報ブロックが示す拡散符号と搬送波長を使用して、データを送信することを特徴とする光通信システム。
3. 前記ＯＬＴ制御部が、先頭部に第２の拡散符号と対応する固定パターンをもつ同期フレームを周期的に送信し、
   前記ＯＮＵ制御部が、上記第２の拡散符号をもつ逆拡散器で上記同期フレームを受信することによって、該逆拡散器に適用される第２の拡散符号のチップパターンが上記固定パターンと同期する拡散符号発生タイミングを検出し、前記ＯＮＵ下りインタフェースの各逆拡散器に適用される拡散符号を上記拡散符号発生タイミングに合わせた状態で、前記チャネル情報ブロックを受信することを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
4. 前記ＯＬＴ制御部が、前記下り方向の第１のチャネルで、搬送波長と拡散符号と送信タイミングを指定したチャネル情報ブロックを周期的に送信し、
   前記ＯＮＵ制御部が、上記チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、上記チャネル情報ブロックが示す送信タイミングで、前記ＯＬＴに接続要求を送信することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光通信システム。
5. 前記ＯＬＴ制御部が、前記下り方向の第１のチャネルで、搬送波長と拡散符号と複数の送信タイミングを指定したチャネル情報ブロックを周期的に送信し、
   前記ＯＮＵ制御部が、上記チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、上記複数の送信タイミングからランダムに選択した送信タイミングで、前記ＯＬＴに接続要求を送信することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光通信システム。
6. 前記ＯＬＴ制御部が、前記下り方向の第１のチャネルで、それぞれ搬送波長と拡散符号と送信タイミングを指定した複数のチャネル情報ブロックを周期的に送信し、
   前記ＯＮＵ制御部が、上記チャネル情報ブロックのうちの１つを選択し、該チャネル情報ブロックが示す搬送波長と拡散符号を使用して、該チャネル情報ブロックで指定された送信タイミングで、前記ＯＬＴに接続要求を送信することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光通信システム。
7. 前記ＯＮＵ制御部が、前記接続要求で所望帯域を指定し、
   前記ＯＬＴ制御部が、上記要求元ＯＮＵ宛に、搬送波長と拡散符号と割当て帯域とを指定したチャネル情報ブロックを送信することを特徴とする請求項２〜請求項６の何れかに記載の光通信システム。
8. 前記ＯＮＵ制御部が、前記接続要求で所望帯域を指定し、
   前記ＯＬＴ制御部が、上記要求元ＯＮＵ宛に、搬送波長と複数の拡散符号を指定したチャネル情報ブロックを送信することを特徴とする請求項２〜請求項６の何れかに記載の光通信システム。
9. 前記ＯＮＵ制御部が、前記接続要求で所望帯域を指定し、
   前記ＯＬＴ制御部が、上記要求元ＯＮＵ宛に、複数の搬送波長と複数の拡散符号を指定したチャネル情報ブロックを送信することを特徴とする請求項２〜請求項６の何れかに記載の光通信システム。
10. 前記ＯＮＵの上り方向インタフェースが、搬送波長の異なる複数の光送信器と、前記複数の符号拡散器の出力を上記複数の光送信器に選択的に供給する信号多重部とを備え、
    上記信号多重部が、前記チャネル情報ブロックが示す拡散符号をもつ符号拡散器から出力されるＣＤＭＡ信号を、前記チャネル情報ブロックが示す搬送波長をもつ光送信器に供給することを特徴とする請求項２〜請求項９の何れかに記載の光通信システム。
11. 前記ＯＬＴ制御部が、前記各ＯＮＵの識別子と対応して、各ＯＮＵに割り当てた搬送波長と拡散符号を記憶するための管理テーブルを備えたことを特徴とする請求項２〜請求項１０の何れかに記載の光通信システム。
12. 前記ＯＮＵ上り方向インタフェースが、前記光送信器として、発振波長を調整可能なレーザ素子を備え、
    前記ＯＮＵ制御部が、発振波長が前記リソース情報で指定された搬送波長となるように、上記レーザ素子を制御することを特徴とする請求項２〜請求項１１の何れかに記載の光通信システム。
13. 前記ＯＮＵ制御部が、拡散符号と搬送波長との対応関係を示す波長割り当てテーブルを有し、前記信号多重部が、上記波長割り当てテーブルに従って、前記符号拡散器と前記光送信器とを対応付けることを特徴とする請求項１１に記載の光通信システム。

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