JP5466321B2

JP5466321B2 - 光通信システム及び光通信方法

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Publication number: JP5466321B2
Application number: JP2013079930A
Authority: JP
Inventors: 學吉野; 一貴原; 浩崇中村; 俊二木村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2013179611A

Description

本発明は、複数の光送信機を複数のグループに振り分けて収容する光通信システム、特に波長分割多重技術又は芯線多重技術を用いた光通信システム及び光通信方法に関する。

経済的な高速アクセスネットワークを実現するための光ネットワークとしてＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）が知られている。高速アクセスネットワークで従来用いられている安価なＳｉＧｅ−ＢｉＣＭＯＳプロセスを利用して強度変調−直接検波方式で時分割多重（ＴＤＭ：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術をＰＯＮに適用することを想定すると、電子デバイスの制約によってその総帯域は１０Ｇｂｐｓが上限と考えられている。

そこで、更なる高速化を図るため、ユーザ毎の信号を多重するために波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）や芯線多重を適用することも考えられている。しかし、ＷＤＭを適用すると、ユーザ毎に異なる波長を用いるため、光加入者側装置であるＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）の数に応じた波長の割当と波長制御が必要となり、さらには、局側装置であるＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）には光加入者側装置ＯＮＵの数に応じた光送光受信機も必要となる。これらは既存の光加入者側装置ＯＮＵや局側装置ＯＬＴの更改を要する。また、芯線多重を適用すると、芯線とそれに応じた数だけ光送受信機が必要となり、いずれもコスト上昇を避けられない。

この課題に対しては、光加入者側装置ＯＮＵ全体に割当しうる総帯域を拡張する総帯域拡張方式として、光加入者側装置ＯＮＵを複数のグループにグルーピングし、グループ間でＷＤＭとグループ内でＴＤＭを適用するＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式（例えば、非特許文献１を参照。）がある。これは、波長を複数の光加入者側装置ＯＮＵで共用することで、総帯域拡張に伴うコスト上昇を最小限に抑えている。また、冗長構成のための予備芯線を現用芯線としても利用する方式（例えば、非特許文献２を参照。）がある。これは、予備芯線を活用することで総帯域拡張に伴うコスト上昇を最小限に抑えている。

「総帯域拡張型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮと動的波長帯域割当の一提案」、吉野學、原一貴、中村浩崇、木村俊二、吉本直人、雲崎清美（日本電信電話株式会社、アクセスサービスシステム研究所）、２００９年電子情報通信学会総合大会、通信講演論文集２、４２６ページ

「ＡＴＭ−ＰＯＮのプロテクション方式及び動的帯域割当との連携動作の検討」、吉田俊和、向井宏明、岩崎充佳、浅芝慶弘、一番ケ瀬広、横谷哲也、２００１年５月ＣＳ方式研究会電子情報通信学会技術研究報告ｖｏｌ．１０１（５３），ＣＳ２００１−２１，ｐｐ．２５−３０

従来、複数の波長又は複数の芯線から一つ選択して送信する光送信機に帯域を割当する場合、波長又は芯線を切り替えるに際して、光送信機自体の切り替えに要する時間しか考慮されていない。この考慮は、送信許可を与える時間が常に一定の場合は適切である。しかし、光送信機ごとにある時間では単一の波長のみで信号光を送信し、送信許可を与える時間が様々な値をとる場合は不適切になることがある。

例えば、各光送信機からの信号光が互いに衝突せずに光受信機側に到着するように、各光送信機に送信許可を割当する場合を考える。この場合、波長間で時間調整を行わないと、ある波長で送信許可が割当されている光送信機にその波長以外の波長でも送信許可が時間的に重複して割当される恐れがある。このとき、光送信機は同時に一つの波長でしか送信できないために、いずれかの波長は割当されたにも関わらず使用できずに無駄となる。即ち、送信許可の終了時刻が早い波長に、その時刻よりも送信許可の終了時刻が遅い光送信機が割当されたときに、その波長で通信すべき光送信機は切り替え前の波長で通信をしているために、その波長で通信できず、帯域が無駄となる課題があった。

さらに、送信許可の時間の中に、実際には通信できない時間があるために、送信許可を与える側で想定しないフラグメントが発生する課題もある。このような波長切り替えは、割当周期内で光送信機の波長を切り替える場合に発生する。また、割当周期内では、光送信機ごとに使用する波長は同一であっても、フラグメント発生防止や帯域の有効利用の観点から割当周期を跨ぐ割当を許可する場合に発生する。

そこで、本発明の目的は、送信許可を与える時間が複数の波長又は芯線によって異なる場合に、帯域の無駄を回避する光通信システム又は光通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光通信システムでは、加入者側装置の光送信機に対して、送信許可の開始時刻を所定の余裕をもって割当することを特徴とする。

具体的には、本発明の光通信システムは、複数の加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の波長を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の波長を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも波長の切り替えに要する時間が経過以降に、波長の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする。

本発明によれば、送信許可を与える時間が複数の波長によって異なる場合に、帯域の無駄を回避することができる。

また、本発明の光通信システムの前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の波長を使用する光送信機と切り替え元の波長を使用する光送信機とが、それぞれ異なる波長における新たな送信許可を受ける際に、前記新たな送信許可の開始時刻が前記局側装置の光受信機端で一致するように、さらに、切り替え先の波長を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の波長を使用している光送信機の波長の切り替えに要する時間が経過以降に、波長の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする。

本発明によれば、複数の波長の信号光の送信開始時刻について、局側装置ＯＬＴ側で揃うように送信可能の開始時刻が割当されても、送信許可を与える時間が複数の波長によって異なる場合に、帯域の無駄を回避することができる。

また、本発明の光通信システムの前記波長の切り替えに要する時間は、切り替え元の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間に対して切り替え先の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間を差し引いた差分を前記波長の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えたことを特徴とする。

本発明によれば、信号光の伝達時間に差がある場合にも、帯域の無駄を回避しつつ、信号光が衝突することなく帯域を割当することができる。

また、本発明の光通信システムは、複数の加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信可能の開始時刻が割当されることを特徴とする。

本発明によれば、送信許可を与える時間が複数の芯線によって異なる場合に、帯域の無駄を回避することができる。

また、本発明の光通信システムの前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用する光送信機と切り替え元の芯線を使用する光送信機とが、それぞれ異なる芯線における新たな送信許可を受ける際に、前記新たな送信許可の開始時刻が前記局側装置の光受信機端で一致するように、さらに、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の芯線を使用している光送信機の芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする。

本発明によれば、複数の芯線の信号光の送信開始時刻について、局側装置ＯＬＴ側で揃うように送信許可の開始時刻が割当されても、送信許可を与える時間が複数の芯線によって異なる場合に、帯域の無駄を回避することができる。

また、本発明の光通信システムの前記芯線の切り替えに要する時間は、切り替え元の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間に対して切り替え先の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間を差し引いた差分を前記芯線の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明の光通信方法では、加入者側装置の光送信機に対して、送信可能の開始時刻を所定の余裕をもって割当することを特徴とする。

具体的には、本発明の光通信方法は、複数の加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の波長領域を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の波長を使用している光送信機に割当された送信可能の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の波長を使用している光送信機に割当された送信可能の終了時刻から少なくとも波長の切り替えに要する時間が経過以降に、波長の切り替え先の送信可能の開始時刻が割当されることを特徴とする。

また、本発明の光通信方法の前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の波長を使用する光送信機と切り替え元の波長を使用する光送信機とが、それぞれ異なる波長における新たな送信許可を受ける際に、前記新たな送信許可の開始時刻が前記局側装置の光受信機端で一致するように、さらに、切り替え先の波長を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の波長を使用している光送信機の波長の切り替えに要する時間が経過以降に、波長の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする。

本発明によれば、複数の波長の信号光の送信開始時刻について、局側装置ＯＬＴ側で揃うように送信許可の開始時刻が割当されても、帯域の無駄を回避することができる。

また、本発明の光通信方法の前記波長の切り替えに要する時間は、切り替え元の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間に対して切り替え先の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間を差し引いた差分を前記波長の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えたことを特徴とする。

また、本発明の光通信方法の複数の加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする。

また、本発明の光通信方法の前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用する光送信機と切り替え元の芯線を使用する光送信機とが、それぞれ異なる芯線における新たな送信許可を受ける際に、前記新たな送信許可の開始時刻が前記局側装置の光受信機端で一致するように、さらに、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の芯線を使用している光送信機の芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする。

本発明によれば、複数の芯線の信号光の送信開始時間について、局側装置ＯＬＴ側で揃うように送信許可の開始時刻が割当されても、帯域の無駄を回避することができる。

また、本発明の光通信方法の前記芯線の切り替えに要する時間は、切り替え元の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間に対して切り替え先の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間を差し引いた差分を前記芯線の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えたことを特徴とする。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、送信許可を与える時間が複数の波長又は芯線によって異なる場合に、帯域の無駄を回避する光通信システム又は光通信方法を提供することができる。

実施形態１に係るＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式を示す構成概略図である。光送信機の波長を切り替える送信許可の割当を説明する図である。光送信機の波長を切り替える送信許可の割当を説明する図である。実施形態２に係る芯線多重／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式を示す構成概略図である。光送信機の芯線を切り替える送信許可の割当を説明する図である。光送信機の芯線を切り替える送信許可の割当を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施形態であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係るＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係るＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）、光加入者側装置ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）、光スプリッタ（１２）、光受信機（２０−１）、局側装置ＯＬＴ（２１−１）、受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）、光合分波器（２５）、制御器（不図示）を備える。

ここでは、光加入者側装置ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）に搭載される光受信機、局側装置ＯＬＴ（２１−１）に搭載される光送信機は省略している。

加入者宅に光加入者側装置ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−１−Ａ〜Ｃ）が設置されている。光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）は割当された波長の信号光を出力する。出力された信号光は、光ファイバを伝達し、光スプリッタ（１２）で結合される。光受信機（２０−１）は、複数の光送信機Ａ〜Ｃ（１０−１−Ａ〜Ｃ）からの信号光を受信する。光合分波器（２５）は、波長ごとの信号光に分離し、受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）が分離された信号光を受光する。

制御器（不図示）は、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に対して、波長ごとに時分割多重する帯域を割り振る。光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）は２波長（λ_１，λ_２）の中から割当された所定の１波長で信号光を出力する。例えば、光送信機Ａ（１０―１−Ａ）は波長λ_１の信号光を割当時間領域で送信する。光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）は波長λ_１の信号光を割当時間領域で送信する。光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）は波長λ_２の信号光を割当時間領域で送信する。

光伝送路は、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）からの信号光を合波して光受信機に結合する。ここで、光受信機（２０−１）は、異なる波長の信号光は同時に受信できるが、同一波長の信号光を同時に受信することはできない。そこで、制御器（不図示）は同一波長の信号光が同時に光受信機（２０−１）に到着しないように、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に対して通信可能時間を割当する。

光受信機（２０−１）は、光伝送路からの光を波長毎に分波して分波長信号光を出力する光合分波器（２５）と、光合分波器（２５）からの分波信号光をそれぞれ受光する複数の受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）とを有する。光分波器は、例えば、波長フィルタである。受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）は、例えば、フォトダイオードである。光合分波器（２５）は、図１のような混合信号光を波長λ_１と波長λ_２に分波し、それぞれ受光器ａ，ｂ（２２−１−ａ，ｂ）に結合する。受光器（２２−１−ａ，ｂ）は、それぞれ受光した信号光を電気信号として出力する。

なお、図１では、３つの光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）と２波長で例示しているが、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の数は増減してもよいし、波長分割多重する波長の数も３以上であってもよい。また、図１では、１つの光受信機（２０−１）側が波長分割多重した信号光を受信しているが、光受信機（２０−１）は複数であってもよい。さらに、本光通信システムは双方向通信システムであってもよい。図２及び図３は、図１のＸ点における光送信機からの信号光のタイムチャートを表す。図２及び図３において送信割当は、縦方向が光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に与えられた送信波長領域であり、横方向が光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に与えられた送信割当時間を示す。

上述のように本光通信システム及び光通信方法は、制御器（不図示）が光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に対して信号光を送信できる波長と時間を割当されている。このように制御器（不図示）が光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された波長と時間で送信可能な通信量が割当帯域である。制御器（不図示）は、切り替えに際して、送信許可の割当を行う。

（１）複数の波長で送信許可の開始時刻を、Ｘ点において揃うように割当しない場合。
加入者側装置の光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）は、切り替え先の波長を使用している光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の波長を使用している光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも波長の切り替えに要する時間が経過以降に、波長の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当される。

図２に示すように、制御器（不図示）は、時刻ｔ_１で光送信機Ａ（１０―１−Ａ）に波長λ_１の信号光を出力するように指示し、光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ_２の信号光を送信するように指示し、光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）に信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_２で光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ_２の信号光を送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_３で光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に波長λ_１の信号光の送信を止めるように指示し、前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ_１の信号光を出力するように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_４で前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に波長λ_２の信号光を出力するよう指示する。

（２）複数の波長で送信許可の開始時刻を、Ｘ点において揃うように割当する場合。
加入者側装置の光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）は、切り替え先の波長を使用する光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）と切り替え元の波長を使用する光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）とが、それぞれ異なる波長における新たな送信許可を受ける際に、前記新たな送信許可の開始時刻が局側装置の光受信機（２０−１）端で一致するように、さらに、切り替え先の波長を使用している光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の波長を使用している光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の波長の切り替えに要する時間が経過以降に、波長の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当される。

図３に示すように、制御器（不図示）は、時刻ｔ_１で光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に波長λ_１の信号光を出力するように指示し光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ_２の信号光の送信を出力するように指示し、光送信機Ｃ（１０−１−Ｃ）に信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_２で光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ_２の信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_３で光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に波長λ_１の信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_４で前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ａ（１０−１−Ａ）に波長λ_２の信号光を出力するように指示し、前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ｂ（１０−１−Ｂ）に波長λ_１の信号光の送信を出力するように指示する。

また、制御器（不図示）は、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の開始時刻ｔ_１が、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）毎に同一で、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）毎に異なる場合は、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）毎に割当された送信許可の終了時刻（ｔ_２又はｔ_３）から、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が経過した時点を、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）毎に比較し、遅い時刻を次の送信許可の開始時刻ｔ_４とする。

さらに、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の開始時刻ｔ_１が、波長毎に同一で、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が全光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）で同一である場合は、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻のうち遅い方の時刻（図３においてはｔ_３）から、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が経過した時点を、次の送信許可の開始時刻ｔ_４とすることができる。なお、複数の波長で送信許可の開始時刻を、Ｘ点において揃うように割当される場合であっても、切り替え先の波長を使用する光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が、切り替え元の波長を使用する光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）と同時に新たな波長で送信許可を受けない場合は、（１）と同様となる。

（１）及び（２）において、波長の切り替えに要する時間は、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）の切り替え元の波長での送信を終了してから切り替え先の波長での送信を開始するまでの時間をいう。また、切り替え元の光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）から局側装置ＯＬＴ（２１−１）側の光受信機（２０−１）への信号光の伝達時間に対して、切り替え先の光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）から局側装置ＯＬＴ（２１−１）側の光受信機（２０−１）への信号光の伝達時間を差し引いた差分を、波長の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えてもよい。

ここで、信号光の伝達時間の差分を、波長の切り替えに要する時間に加算したものとは、以下のように算出される。まず、信号光の伝達時間が長い方から、信号光の伝達時間が短い方へ切り替える場合は、正の加算となり、波長の切り替えに要する時間に、信号光の伝達時間が長い方と信号光の伝達時間が短い方との伝達時間差を加える。波長の切り替えに要する時間をＳＷ、信号光の伝達時間が長い方と波長の伝達時間が短い方との伝達時間差をΔＴとし、波長の切り替えに要する新たな時間をＳＷ’とすると、次の数式（１）で示される。

また、信号光の伝達時間が短い方から、信号光の伝達時間が長い方へ切り替える場合は、負の加算となり、波長の切り替えに要する時間に、信号光の伝達時間が短い方と信号光の伝達時間が長い方との伝達時間差を加える。切り替えに要する時間をＳＷ、信号光の伝達時間が短い方と波長の伝達時間が長い方との伝達時間差をΔＴとし、波長の切り替えに要する新たな時間をＳＷ’とすると、次の数式（２）で示される。

このように信号光の伝達時間差を考慮することで、信号光の伝達時間が長い方から、信号光の伝達時間が短い方へ切り替える際、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が、他の波長を使用中で新たな波長を使用できない時刻に、送信許可を割当することを防止する。つまり、他の波長を使用中である光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が使えない送信許可の分だけ割当不足が発生する問題を防止することができる。逆に、信号光の伝達時間が短い方から、信号光の伝達時間が長い方へ切り替える際、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が送信可能であるのに送信許可しないことで発生する波長の利用効率の低下を防止することもできる。

つまり、信号光の伝達時間に差がある場合にも、帯域の無駄を回避しつつ、信号光が衝突することなく帯域を割当することができる。また、切り替えに要する時間について、制御器（不図示）が光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）と離れた場所にある場合は、制御器（不図示）から、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）と光受信機（２０−１）との間の波長を変更する装置への指示を伝達するまでの時間を含めてもよい。なお、本光通信システムの適用例として、ＰＯＮが例示できる。また、ＰＯＮ以外にもパッシブツリー等にも適用できる。これは、以降に示す本発明の実施形態であっても同様である。

以上のように、本実施形態の光通信システム及び光通信方法は、波長切り替えに伴い発生する信号光同士の衝突や、切り替え後の波長で信号光を送信できない無効な割当時間を抑止しつつ、複数の光送信機に波長領域及び時間領域を割当して収容して総帯域を拡張する光通信システム及び光通信方法を提供することができる。

（実施形態２）
図４は、本実施形態に係る芯線多重／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係る芯線多重／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式は、光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）、光加入者側装置ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−２−Ａ〜Ｃ）、光スプリッタ（１２）、光受信機（２０−２）、局側装置ＯＬＴ（２１−２）、受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）、制御器（不図示）、複数の光伝送路である芯線Ｈ_１（２３）及び芯線Ｈ_２（２４）を備える。

ここでは、光加入者側装置ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−２−Ａ〜Ｃ）に搭載される光受信機（２０−２）、局側装置ＯＬＴ（２１−２）に搭載される光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）は省略している。

加入者宅に光加入者側装置ＯＮＵ−Ａ〜Ｃ（１１−２−Ａ〜Ｃ）が設置されている。光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）は割当された芯線から信号光を出力する。出力された信号光は、光ファイバを伝達し、光スプリッタ（１２）で結合される。光受信機（２０−２）は、複数の光送信機Ａ〜Ｃ（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光を受信する。

制御器（不図示）は、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に対して、芯線毎に時分割多重で帯域を割当する。光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、２芯線（２３，２４）の中から割当された所定の１芯線で信号光を出力する。光送信機Ａ（１０―２−Ａ）は、芯線Ｈ_１（２３）で信号光を割当時間領域で送信する。光送信機Ｂ（１０−２−Ａ）は、芯線Ｈ_１（２３）の信号光を割当時間領域で送信する。光送信機Ｃ（１０−２−Ｃ）は、芯線Ｈ_２（２４）の信号光を割当時間領域で送信する。

光伝送路である芯線Ｈ_１（２３）及び芯線Ｈ_２（２４）は、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光を合波して光受信機（２０−２）に結合する。ここで、光受信機（２０−２）は、異なる複数の芯線の信号光は同時に受信できるが、同一芯線の信号光を同時に受信することはできない。そこで、制御器（不図示）は同一芯線の信号光が同時に光受信機（２０−２）に到着しないように、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に対して通信可能時間を割当する。光受信機（２０−２）は、芯線Ｈ_１（２３）又は芯線Ｈ_２（２４）からの光を芯線毎にそれぞれ受光する複数の受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）を有する。受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）は、例えば、フォトダイオードである。受光器ａ，ｂ（２２−２−ａ，ｂ）は、それぞれ受光した信号光を電気信号として出力する。

なお、図４では、３つの光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）と芯線Ｈ_１（２３）及び芯線Ｈ_２（２４）で例示しているが、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の数は増減してもよいし、芯線の数も３以上であってもよい。また、図４では、１つの光受信機（２０−２）側が信号光を受信しているが、光受信機（２０−２）は複数であってもよい。さらに、本光通信システム又は光通信方法は、双方向通信のシステム又は双方向通信方法であってもよい。図５及び図６は、図４のＸ点における光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）からの信号光のタイムチャートを表す。図５及び図６において送信割当は、縦方向が光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に与えられた送信波長領域であり、横方向が光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に与えられた送信割当時間を示す。

上述のように本光通信システム又は光通信方法は、制御器（不図示）が光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に対して信号光を送信できる芯線Ｈ_１（２３）又は芯線Ｈ_２（２４）と時間を割当されている。このように制御器（不図示）が光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当されてた芯線Ｈ_１（２３）又は芯線Ｈ_２（２４）と時間で送信可能な通信量が割当帯域である。制御器（不図示）は、切り替えに際して、送信許可の開始時刻の割当を行う。

（１）複数の芯線で送信許可の開始時刻を、Ｘ点において揃うように割当しない場合。
加入者側装置の光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、切り替え先の芯線を使用している光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元のを使用している光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当される。

図５に示すように、制御器（不図示）は、時刻ｔ_１で光送信機Ａ（１０−２−Ａ）に芯線Ｈ_１（２３）の信号光を出力するように指示し、光送信機Ｂ（１０−２−Ｂ）に芯線Ｈ_２（２４）の信号光を送信するように指示し、光送信機Ｃ（１０−２−Ｃ）に信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_２で光送信機Ｂ（１０−２−Ｂ）に芯線Ｈ_２（２４）の信号光を送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_３で光送信機Ａ（１０−２−Ａ）に芯線Ｈ_１（２３）の信号光を送信を止めるように指示し、前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ｂ（１０−２−Ｂ）に芯線Ｈ_１（２３）の信号光を出力するように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_４で前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ａ（１０−２−Ａ）に芯線Ｈ_２（２４）の信号光を出力するよう指示する。

（２）複数の芯線で送信許可の開始時刻を、Ｘ点において揃うように割当される場合。
加入者側装置の光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）は、切り替え先の芯線を使用する光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）と切り替え元の芯線を使用する光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）とが、それぞれ異なる芯線における新たな送信許可を受ける際に、前記新たな送信許可の開始時刻が局側装置の光受信機（２０−２）端で一致するように、さらに、切り替え先の芯線を使用している光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の芯線を使用している光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当される。

図６に示すように、制御器（不図示）は、時刻ｔ_１で光送信機Ａ（１０−２−Ａ）に芯線Ｈ_１（２３）の信号光を出力するように指示し光送信機Ｂ（１０−２−Ｂ）に芯線Ｈ_２（２４）の信号光の送信を出力するように指示し、光送信機Ｃ（１０−２−Ｃ）に信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_２で光送信機Ｂ（１０−２−Ｂ）に芯線Ｈ_２（２４）の信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_３で光送信機Ａ（１０−２−Ａ）に芯線Ｈ_１（２３）の信号光の送信を止めるように指示する。制御器（不図示）は、時刻ｔ_４で前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ａ（１０−２−Ａ）に芯線Ｈ_２（２４）の信号光を出力するように指示し、前回送信した時刻より切り替えに要する時間以上経過した光送信機Ｂ（１０−２−Ｂ）に芯線Ｈ_１（２３）の信号光の送信を出力するように指示する。

また、制御器（不図示）は、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の開始時刻ｔ_１が、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）毎に同一で、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）毎に異なる場合は、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）毎に割当された送信許可の終了時刻（ｔ_２又はｔ_３）から、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が経過した時点を、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）毎に比較し、遅い時刻を次の送信許可の開始時刻ｔ_４とする。

さらに、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の開始時刻ｔ_１が、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）毎に同一で、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が全光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）で同一である場合は、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）に割当された送信許可の終了時刻のうち遅い方の時刻（図６においてはｔ_３）から、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の切り替えに要する時間が経過した時点を、次の送信許可の開始時刻ｔ_４とすることができる。なお、複数の芯線間で送信許可の開始時刻を、Ｘ点において揃うように割当される場合であっても、切り替え先の芯線を使用する光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）が、切り替え元の芯線を使用する光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）と同時に新たな芯線で送信許可を受けない場合は、（１）と同様となる。

（１）及び（２）において、芯線の切り替えに要する時間は、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）の切り替え元の芯線での送信を終了してから切り替え先の芯線での送信を開始するまでの時間をいう。また、切り替え元の光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）から局側装置ＯＬＴ（２１−２）側の光受信機（２０−２）への信号光の伝達時間に対して、切り替え先の光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）から局側装置ＯＬＴ（２１−２）側の光受信機（２０−２）への信号光の伝達時間を差し引いた差分を、芯線の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えてもよい。

ここで、信号光の伝達時間の差分を、芯線の切り替えに要する時間に加算したものとは、以下のように算出される。まず、信号光の伝達時間が長い方から、信号光の伝達時間が短い方へ切り替える場合は、正の加算となり、芯線の切り替えに要する時間に、信号光の伝達時間が長い方と信号光の伝達時間が短い方との伝達時間差を加える。芯線の切り替えに要する時間をＳＷ、信号光の伝達時間が長い方と波長の伝達時間が短い方との伝達時間差をΔＴとし、芯線の切り替えに要する新たな時間をＳＷ’とすると、次の数式（３）で示される。

また、信号光の伝達時間が短い方から、信号光の伝達時間が長い方へ切り替える場合は、負の加算となり、切り替えに要する時間に、信号光の伝達時間が短い方と信号光の伝達時間が長い方との伝達時間差を加える。切り替えに要する時間をＳＷ、信号光の伝達時間が短い方と波長の伝達時間が長い方との伝達時間差をΔＴとし、芯線の切り替えに要する新たな時間をＳＷ’とすると、次の数式（４）で示される。

このように信号光の伝達時間差を考慮することで、信号光の伝達時間が長い方から、信号光の伝達時間が短い方へ切り替える際、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が、他の芯線を使用中で新たな芯線を使用できない時刻に、送信許可を割当することを防止する。つまり、他の芯線を使用中である光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が使えない送信許可の分だけ割当不足が発生する問題を防止することができる。逆に、信号光の伝達時間が短い方から、信号光の伝達時間が長い方へ切り替える際、光送信機（１０−１−Ａ〜Ｃ）が送信可能であるのに送信許可しないことで発生する芯線の利用効率の低下を防止することもできる。

つまり、信号光の伝達時間に差がある場合にも、帯域の無駄を回避しつつ、信号光が衝突することなく帯域を割当することができる。また、切り替えに要する時間について、制御器（不図示）が光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）と離れた場所にある場合は、制御器（不図示）から、光送信機（１０−２−Ａ〜Ｃ）と光受信機（２０−２）との間の波長を変更する装置への指示を伝達するまでの時間を含めてもよい。

以上のように、本実施形態の光通信システム及び光通信方法は、芯線切り替えに伴い発生する信号光同士の衝突や、切り替え後の芯線で信号光を送信できない無効な割当時間を抑止しつつ、複数の光送信機に芯線及び時間領域を割当して収容して総帯域を拡張する光通信システム又は光通信方法を提供することができる。

本発明の光通信システム又は光通信方法は、例えば、複数の光送信機を複数のグループに振り分けて収容する光通信システム、特に波長分割多重技術又は芯線多重技術を用いた光通信システム及び光通信方法に適用することができる。

１０−１−Ａ〜Ｃ，１０−２−Ａ〜Ｃ：光送信機
１１−１−Ａ〜Ｃ，１１−２−Ａ〜Ｃ：光加入者側装置ＯＮＵ
１２：光スプリッタ
２０−１−１，２０−１−２：光受信機
２１−１−１，２１−１−２：局側装置ＯＬＴ
２２−１−ａ，２２−２−ａ：受光器ａ
２２―１−ｂ，２２−２−ｂ：受光器ｂ
２３：芯線Ｈ_１
２４：芯線Ｈ_２
２５：光合分波器

Claims

複数の加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信システムであって、
前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当される光通信システム。
前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用する光送信機と切り替え元の芯線を使用する光送信機とがそれぞれ異なる芯線で新たに送信許可を受ける際に、それぞれの新たな芯線での送信許可の開始時刻同士が前記局側装置の光受信機端で一致するように、さらに、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の芯線を使用している光送信機の芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
前記芯線の切り替えに要する時間は、切り替え元の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間に対して切り替え先の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間を差し引いた差分を前記芯線の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信システム。
複数の加入者側装置と一つの局側装置間で時間領域及び複数の芯線を共用し、受動光分岐回路を利用して信号光を送受信する光通信方法であって、
前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻以降で、且つ、切り替え元の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から少なくとも芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当される光通信方法。
前記加入者側装置の光送信機は、切り替え先の芯線を使用する光送信機と切り替え元の芯線を使用する光送信機とがそれぞれ異なる芯線で新たに送信許可を受ける際に、それぞれ新たな芯線での送信許可の開始時刻同士が前記局側装置の光受信機端で一致するように、さらに、切り替え先の芯線を使用している光送信機に割当された送信許可の終了時刻から切り替え先の芯線を使用している光送信機の芯線の切り替えに要する時間が経過以降に、芯線の切り替え先の送信許可の開始時刻が割当されることを特徴とする請求項４に記載の光通信方法。
前記芯線の切り替えに要する時間は、切り替え元の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間に対して切り替え先の光送信機から前記局側装置の光受信機への信号光の伝達時間を差し引いた差分を前記芯線の切り替えに要する時間に加算したものに置き換えたことを特徴とする請求項４又は５に記載の光通信方法。