JP5649130B2 - 光通信システム及び光通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブロードバンド・無線アクセスネットワークが関わる光通信システム及び光通信方法に関する。

インターネットの爆発的な普及に伴い、高速通信サービスを提供するＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の加入者が急速に増加している。現行ＦＴＴＨシステムでは、通信速度１Ｇｂｉｔ／ｓの１Ｇ−ＥＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ−Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）が利用されているが、今後、更なるインターネット普及による加入者増大や、放送通信融合時代に向けたＨＤ映像の配信・利用サービスなどへの対応に向け、更なる高速化が求められている。現在、これら要求に対し、現行の１０倍のスループットを実現する１０Ｇｂｉｔ／ｓの高速通信が可能な１０Ｇ−ＥＰＯＮや、更なる高速化・広帯域化に向けた次世代ＰＯＮシステムに関する検討が、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）やＦＳＡＮ（Ｆｕｌｌ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の標準化団体で活発に議論されている。

一方、スマートフォン等のモバイル端末が爆発的な普及をしている移動体通信の分野では、無線技術の発展に伴いピーク伝送速度は２年でほぼ倍のペースで向上している。移動体通信は「どこからでも利用できる」という特徴を持っており、多くのベンダーや通信事業者が、新しい無線技術の開発に取り組んでいる。例えば、モバイルＷｉＭＡＸは、伝送距離１〜３キロメートル、最大伝送速度２０Ｍｂｉｔ／ｓで、１２０ｋｍ／ｈの移動体からでも利用できる。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎは、８０２．１１ａ／ｇとの下位互換性を保ちながら、実効速度１００Ｍｂｉｔ／ｓ以上を実現する高速無線ＬＡＮ規格で、大容量のデータ通信が可能である。更には、将来システムとして、国際電気通信連合無線通信部門（ＩＴＵ−Ｒ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ−Ｒａｄｉｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｃｔｏｒ）で検討されているＩＭＴ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）−Ａｄｖａｎｃｅｄにおいては、新周波数帯を利用した最高１Ｇｂｉｔ／ｓ伝送の実現が想定されており、次世代の無線アクセスにおいても、ギガビットクラスの高速サービス実現への期待が高まってきている。

無線アクセスサービスは、移動性やカバレッジにより、通信時は準静止状態での利用を想定する無線ＬＡＮ系から発展したＷｉＭＡＸと、場所を問わず広い範囲で、かつ高速移動中も含めて音声通信を提供するために最適化された携帯電話系システムの２種類に大別できる。特に現在、世界中で導入が検討されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、携帯電話系システムの特徴を踏襲しつつ、準静止時のデータ転送速度の飛躍的な増大が想定されている。このＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ等の移動体通信ネットワークでは、移動端末の追跡を行なうために、位置登録・ページング技術によるロケーション制御とハンドオーバ制御が必要となる。ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ以降の次世代無線アクセスネットワークでは、更なる高速化実現のため、高いキャリア周波数を利用することによりセルサイズの縮小化が予想されるため、これら制御には、これまで以上に短い処理時間（低遅延）が要求される。

また、今後リアルタイム性の高いアプリケーションの提供、シンクライアント環境での適用等を考慮して、データ伝送においても伝送遅延／接続遅延時間の短縮、遅延揺らぎの低減が求められることが予想される。更にＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは、これまで課題となっていたセル端問題を解決するために、セル間協調（ＣｏＭＰ：Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ）送受信技術が導入される。これは、ある移動端末に対して、複数のセクタ、あるいはセルと信号の送受信を行なう技術である。複数のセルが協調して送受信を行なうことにより所望の信号電力の増大が期待され、これまで課題であったセル端スループットの低下を防ぐことが可能となる。上記ＣｏＭＰ送受信技術を実現するためには、無線基地局／移動端末のＴＴＩ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）の間に、協調する無線基地局間でＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）の交換が必要となる。

従って、無線アクセスネットワークでは、「位置登録・ページング技術によるロケーション制御とハンドオーバ制御」、「主信号によるデータ伝送」、そして「ＣｏＭＰ送受信技術の実現」の３つの観点から、低遅延なネットワークの実現が期待されている。

Ｔｈａｓ Ａ Ｎｉｒｍａｌａｔｈａｓ，Ｃｈｒｉｓｔｉｎａ Ｌｉｍ，Ｙｉｚｈｕｏ Ｚｈａｎｇ，Ｐｒａｓａｎｎａ Ａ Ｇａｍａｇｅ，ＤａｌｍａＮｏｖａｋ，Ｒｏｄ Ｗａｔｅｒｈｏｕｓｅ，"Ｃｏｓｔ−ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｆｉｂｅｒ−Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"，ＯＳＡ／ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ ２０１１，ＯＴｕＯ４．

現在、無線通信のトラフィック量は、指数関数的な伸びを見せている一方で、フラットレート制の導入により通信収入は頭打ちが現状であり、収益確保のためには、ＣＡＰＥＸ（Ｃａｐｉｔａｌ Ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ）／ＯＰＥＸ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｅｘｐｅｎｓｅ）の削減が重要である。この課題を解決するために無線アクセスネットワークにおける世の中の動向は、図１に示すように既存ＰＯＮシステム（Ｅ−ＰＯＮ又はＧ−ＰＯＮ）にモバイル用波長をオーバーレイすることで、設備、媒体の共用化を図るＦｉｘｅｄ／Ｍｏｂｉｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋが注目を集めている（非特許文献１）。

具体的に、図１では、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）及びＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）が関わる固定アクセス用に波長λ１を割り当てて、ＢＢＵ（Ｂａｓｅ Ｂａｎｄ Ｕｎｉｔ）及びＲＲＵ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｒａｄｉｏ Ｕｎｉｔ）が関わる固定アクセス用以外に波長λ２〜λｎを割り当てる。そして、これらの波長についてＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を行ない、さらに、各ＷＤＭフィルタにより無線信号が重畳された光信号を分波し、ＲＲＵにて無線信号を出力し、各モバイル端末と通信を行なう。

また、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ及びそれ以降の無線アクセスネットワークでは、前述したように高速化によりセルサイズの縮小化が予想されるため、これまでと同様のカバレッジエリアを確保するためには、無線基地局を新たに敷設しなければならない。モバイル用アクセス網設備を新たに敷設することはＣＡＰＥＸの増加を招くため、光スプリッタを用いて１対多の接続を経済的に実現することが可能なＰＯＮにオーバーレイすることでＣＡＰＥＸの低減を図る。このように、既存ＰＯＮシステムとモバイルアクセスを統合し設備を共用化することで、経済的な無線アクセスネットワークを実現することができる。

しかしながら、上記Ｆｉｘｅｄ／Ｍｏｂｉｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋは、固定系アクセスネットワークと無線アクセスネットワークが波長スプリッタを介して同一媒体網上で経済的に運用することが可能であるが、以下２つの課題が存在する。

第１の課題は、主信号及び制御信号に関わる低遅延化である。上記Ｆｉｘｅｄ／Ｍｏｂｉｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋを既存ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄネットワークと同様の運用とした場合、「位置登録・ページング技術によるロケーション制御とハンドオーバ制御」は、コアネットワーク上に設置されるＭＭＥ（Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｅｎｔｉｔｙ）からこれら処理がなされ、「主信号によるデータ伝送」に関しても同様に、コアネットワーク上に設置されるＳ／Ｐ−ＧＷ（ＧａｔｅＷａｙ）を介して信号のやり取りを行なう。それぞれ、コアネットワークを介して信号の送受が行われるため、ネットワーク上遅延が課題となっている。

第２の課題は、制御信号のブロードキャスト化である。上記Ｆｉｘｅｄ／Ｍｏｂｉｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋでは、ＡＷＧを設置しているため、各ＲＲＵが移動端末の追跡を行なうために、位置登録・ページング技術によるロケーション制御信号、ハンドオーバ制御信号等の報知チャネルには、データ信号とは別に特定の波長を送信しなければならない。ＲＲＵはこのチャネルを使って、位置登録のための情報、チャネル構造に関する情報、システム情報などをセル内の全移動局へ転送するため、有限の波長資源を効率的に運用するためにも、当該チャネル信号はブロードキャストできることが望ましい。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、ロケーション制御、ハンドオーバ制御及び主信号によるデータ伝送をコアネットワークを介さず行なうとともに、ロケーション制御信号及びハンドオーバ制御信号を経済的にブロードキャストすることを目的とする。

上記目的を達成するために、複数の下位装置と上位装置の間に波長ルータ装置を配置し、波長ルータ装置の本願の配線を利用し、一の下位装置から他の下位装置にデータ信号を送信するときには、波長ルータ装置でデータ信号を下位装置側にループバックし、一の下位装置から上位装置にデータ信号を送信するときには、波長ルータ装置でデータ信号を上位装置側に出力することとした。

具体的には、本発明は、（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の下位装置と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置から上り信号を受信するとともに、前記（２ｎ＋１）個の下位装置に下り信号を送信する上位装置と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、各々が各下位装置に接続される下位端子と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、ｎ組の各ペアは相互に接続され、残りの１個は前記上位装置に接続される上位端子と、を有し、前記下位端子及び前記上位端子の入出力する光信号の有する波長が周回性を有する波長ルータ装置と、を備えることを特徴とする光通信システムである。

この構成によれば、一の下位装置から他の下位装置又は上位装置にデータ信号を送信するとき、複数の下位装置と上位装置の間に配置される波長ルータ装置を介するのみであり、コアネットワークを介する必要はなく、低遅延化を図ることができる。

また、本発明は、前記（２ｎ＋１）個の下位装置は、（２ｎ＋１）個のセルにそれぞれ配置される（２ｎ＋１）個の公衆移動通信システムの無線基地局であることを特徴とする光通信システムである。

この構成によれば、一の基地局から他の基地局又は上位装置にデータ信号を送信するとき、複数の基地局と上位装置の間に配置される波長ルータ装置を介するのみであり、コアネットワークを介する必要はなく、低遅延化を図ることができる。

また、本発明は、（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の下位装置と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置から上り信号を受信するとともに、前記（２ｎ＋１）個の下位装置に下り信号を送信する上位装置と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、各々が各下位装置に接続される下位端子と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、ｎ組の各ペアは相互に接続され、残りの１個は前記上位装置に接続される上位端子と、を有し、前記下位端子及び前記上位端子の入出力する光信号の有する波長が周回性を有する波長ルータ装置と、を用いて、前記（２ｎ＋１）個の下位装置のうちの一の下位装置から、前記一の下位装置に接続される下位端子に、前記（２ｎ＋１）個の下位装置のうちの他の下位装置又は前記上位装置のいずれかの送信先に対応する波長を有する上り光信号を送信する上り送信ステップと、前記上り光信号を前記ｎ組のペアのうちの１組のペアにおいてループバックさせて、前記他の下位装置に送信する下位装置上り送信ステップ、あるいは、前記上り光信号を前記残りの１個の上位端子から出力して、前記上位装置に送信する上位装置送信ステップと、を順に備えることを特徴とする光通信方法である。

この構成によれば、一の下位装置から他の下位装置又は上位装置にデータ信号を送信するとき、複数の下位装置と上位装置の間に配置される波長ルータ装置を介するのみであり、コアネットワークを介する必要はなく、低遅延化を図ることができる。

また、本発明は、前記上位装置から、前記上位装置に接続される上位端子に、前記（２ｎ＋１）個の下位装置のいずれかの送信先に対応する波長を有する下り光信号を送信する下り送信ステップと、前記下り光信号を前記いずれかの下位装置に接続される下位端子から出力して、前記いずれかの下位装置に送信する下位装置下り送信ステップと、を前記上り送信ステップ、前記下位装置上り送信ステップ及び前記上位装置送信ステップと並行して順に備えることを特徴とする光通信方法である。

この構成によれば、上位装置から一の下位装置にデータ信号を送信するとき、複数の下位装置と上位装置の間に配置される波長ルータ装置を介するのみであり、コアネットワークを介する必要はなく、低遅延化を図ることができる。

上記発明で複数の下位装置と上位装置の間に波長ルータ装置を配置することから、複数の下位装置に制御信号をブロードキャストするためには、制御信号の生成装置で下位装置と同一の個数の使用波長を必要とする。上記目的を達成するために、制御信号の生成装置において、下位装置と同一の個数の使用波長を発振するのではなく、以下のように光反射器、光変調器又は広帯域光源を利用することとした。そして、波長ルータ装置において、制御信号を複数の下位装置に振り分けることとした。

具体的には、本発明は、前記残りの１個の上位端子と前記上位装置の間に配置される光カプラと、前記光カプラに接続され、前記残りの１個の上位端子から入力された光信号を、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報信号のタイミングで、前記残りの１個の上位端子へ反射することで、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報光信号を送信する光反射器と、をさらに備えることを特徴とする光通信システムである。

この構成によれば、光反射器において、下位装置と同一の個数の使用波長を発振するのではなく、下位装置からの光信号を使い回すため、制御信号を経済的にブロードキャストすることができるとともに、ロケーション制御及びハンドオーバ制御を行なうとき、コアネットワークを介することなく、低遅延化を図ることができる。

また、本発明は、前記残りの１個の上位端子と前記上位装置の間に配置され、前記上位装置がデータ信号のタイミングで第１変調を施した光信号に対して、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報信号のタイミングで前記第１変調と異なる第２変調を施す光変調器、をさらに備え、前記（２ｎ＋１）個の下位装置は、前記上位装置及び前記光変調器がそれぞれ前記第１変調及び前記第２変調を施した光信号に対して、前記第１変調に対応する復調を施すことで前記データ信号を抽出し、前記第２変調に対応する復調を施すことで前記同報信号を抽出することを特徴とする光通信システムである。

この構成によれば、光変調器において、下位装置と同一の個数の使用波長を発振するのではなく、上位装置からの光信号を使い回すため、制御信号を経済的にブロードキャストすることができるとともに、ロケーション制御及びハンドオーバ制御を行なうとき、コアネットワークを介することなく、低遅延化を図ることができる。

また、本発明は、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と前記上位装置の間の光通信に利用されない前記波長ルータ装置のフリースペクトラルレンジを光波長帯に含む、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報光信号を生成する広帯域光源と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と前記上位装置の間の光通信に利用される前記波長ルータ装置のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする、前記上位装置に接続される上位側端子と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と前記上位装置の間の光通信に利用されない前記波長ルータ装置のフリースペクトラルレンジを通過帯域とする、前記広帯域光源に接続される広帯域端子と、前記上位側端子及び前記広帯域端子からの光信号を合波する、前記残りの１個の上位端子に接続される端子と、を有する光フィルタと、をさらに備えることを特徴とする光通信システムである。

この構成によれば、広帯域光源において、下位装置と同一の個数の使用波長を発振するのではなく、これらの使用波長を光波長帯に含むため、制御信号を経済的にブロードキャストすることができるとともに、ロケーション制御及びハンドオーバ制御を行なうとき、コアネットワークを介することなく、低遅延化を図ることができる。

本発明は、ロケーション制御、ハンドオーバ制御及び主信号によるデータ伝送をコアネットワークを介さず行なうとともに、ロケーション制御信号及びハンドオーバ制御信号を経済的にブロードキャストすることができる。

従来技術のＦｉｘｅｄ／Ｍｏｂｉｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋである。 実施形態１のセル構成を示す図である。 実施形態１の光通信システムを示す図である。 実施形態１の光通信システムを示す図である。 実施形態２−４のセル構成を示す図である。 実施形態２の光通信システムを示す図である。 実施形態３の光通信システムを示す図である。 実施形態４の光通信システムを示す図である。 実施形態４のＡＷＧの波長配置及びＷＤＭフィルタの透過特性を示す図である。

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の例であり、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）
実施形態１のセル構成を図２に示す。実施形態１の光通信システムを図３及び図４に示す。ページングエリアＰＡは、セルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを有しており、セルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇは、それぞれ基地局ＢＳ−Ａ、ＢＳ−Ｂ、ＢＳ−Ｃ、ＢＳ−Ｄ、ＢＳ−Ｅ、ＢＳ−Ｆ、ＢＳ−Ｇを有している。ここで、基地局を中心として、その基地局がカバーするエリアとなる六角形のセルが形成されている。また、中央のセルＡに隣接するように、６個のセルＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇが配置されている。そして、基地局とは、公衆移動通信システムの無線基地局であり、例えば、携帯電話やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等の無線基地局である。

波長周回性を有する波長ルータ装置として、アレイ導波路回折格子ＡＷＧを用いる。７×７の周回性を有するアレイ導波路回折格子ＡＷＧと各基地局ＢＳは、例えば以下のように接続される。セルＡに配置される基地局ＢＳ−Ａとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ１が接続される。セルＢに配置される基地局ＢＳ−Ｂとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ２が接続される。セルＣに配置される基地局ＢＳ−Ｃとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ３が接続される。セルＤに配置される基地局ＢＳ−Dとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ４が接続される。セルＥに配置される基地局ＢＳ−Ｅとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ５が接続される。セルＦに配置される基地局ＢＳ−Ｆとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ６が接続される。セルＧに配置される基地局ＢＳ−Ｇとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの下位端子Ｂ７が接続される。

アレイ導波路回折格子ＡＷＧの上位端子Ｕ側では、例えば上位端子Ｕ１と上位端子Ｕ７が接続され、上位端子Ｕ２と上位端子Ｕ６が接続され、上位端子Ｕ３と上位端子Ｕ５が接続される。上位端子Ｕ４は、送信機Ｔ、受信機Ｒ、送受信機ＴＲ（例えばＯＬＴ）に接続される。各基地局ＢＳは、自分以外の６個の基地局ＢＳとアレイ導波路回折格子ＡＷＧの波長ルーティングによる直接接続を可能にし、かつ受信機Ｒ又は送受信機ＴＲに上り信号を送信するために、合計７波長の信号を出力可能な光源を搭載する。複数の基地局ＢＳは、どのような複数の下位装置に置き換えられてもよく、送信機Ｔ、受信機Ｒ、送受信機ＴＲは、どのような上位装置に置き換えられてもよい。

以下、図３及び図４に示すセル構成及び接続形態において、アレイ導波路回折格子ＡＷＧの波長ルーティングによるフルメッシュ型の論理接続が可能であることを説明する。

セルＡ〜Ｇから出力された光信号の波長を、λ１＋λ２＋λ３＋λ４＋λ５＋λ６＋λ７と記述する。いずれのセルからも同じ波長が出力され区別するため、例えばセルＡから出力された光信号の波長を、Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＋Ａ５＋Ａ６＋Ａ７と記述する。アレイ導波路回折格子ＡＷＧへの入力信号は、マトリクスで記述すると数１のようになる。

アレイ導波路回折格子ＡＷＧのＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ）を１とした場合、アレイ導波路回折格子ＡＷＧからの出力信号は、数２のようになる。

数２は、例えば、上位端子Ｕ１からは、セルＡからの波長λ１、セルＢからの波長λ２、セルＣからのλ３、セルＤからのλ４、セルＥからのλ５、セルＦからのλ６、セルＧからのλ７の信号が出力されることを意味している。

アレイ導波路回折格子ＡＷＧへの再入力信号は、数３のようになる。

アレイ導波路回折格子ＡＷＧからの再出力信号は、数４のようになる。

数４は、例えば、下位端子Ｂ１からは、セルＢからの波長λ１、セルＤからの波長λ２、セルＦからのλ３、セルＣからのλ５、セルＥからのλ６、セルＧからのλ７の信号が出力されることを意味している。

数４より、７個のセルＡ〜Ｇが波長λ１〜λ７により、論理的にフルメッシュで接続されていることがわかる。数２より、上位端子Ｕ４からは、セルＡからの波長λ４、セルＢからの波長λ５、セルＣからの波長λ６、セルＤからの波長λ７、セルＥからの波長λ１、セルＦからの波長λ２、セルＧからの波長λ３の７波長が出力される。

図３においては、ＷＤＭフィルタＷは、上り信号と下り信号を分波／合波して、受信機Ｒでは、波長毎に分割して受信を行ない、送信機Ｔでは、波長ごとに多重して送信を行なう。上り信号の波長と下り信号の波長が、アレイ導波路回折格子ＡＷＧのＦＳＲ分ずれていれば、各基地局ＢＳと送信機Ｔ、受信機Ｒは、一芯双方向の通信が可能である。

図４においては、送受信機ＴＲでは、波長ごとに分割・多重して、送受信を行なう。送受信機ＴＲが備えるアレイ導波路回折格子が有する周回性を利用すれば、各基地局ＢＳと送受信機ＴＲは、一芯双方向の通信が可能である。

下り信号の光通信方法を説明する。まず、一の基地局ＢＳから、一の基地局ＢＳに接続される下位端子Ｂに、他の基地局ＢＳ又は受信機Ｒ、送受信機ＴＲのいずれかの送信先に対応する波長を有する上り光信号を送信する。次に、上り光信号を上位端子Ｕ４以外においてループバックさせて、他の基地局ＢＳに送信する。又は、上り光信号を上位端子Ｕ４から出力して、受信機Ｒ、送受信機ＴＲに送信する。例えば、基地局ＢＳ−Ａは、波長λ１、λ４を有する光信号を、下位端子Ｂ１に出力する。波長λ１を有する光信号については、上位端子Ｕ１、Ｕ７においてループバックされ、下位端子Ｂ２に出力され、基地局ＢＳ−Ｂに送信される（数２−４を参照）。波長λ４を有する光信号については、上位端子Ｕ４に出力され、受信機Ｒ、送受信機ＴＲに送信される（数２を参照）。

上り信号の光通信方法を説明する。まず、送信機Ｔ、送受信機ＴＲから、送信機Ｔ、送受信機ＴＲに接続される上位端子Ｕ４に、基地局ＢＳのいずれかの送信先に対応する波長を有する下り光信号を送信する。次に、下り光信号をいずれかの基地局ＢＳに接続される下位端子Ｂから出力して、いずれかの基地局ＢＳに送信する。例えば、送信機Ｔ、送受信機ＴＲは、波長λ４を有する光信号を、上位端子Ｕ４に出力する。波長λ４を有する光信号は、下位端子Ｂ１に出力され、基地局ＢＳ−Ａに送信される（数１、２を参照）。

以上に説明したように、一の基地局ＢＳから他の基地局ＢＳ又は上位装置にデータ信号を送信するとき、又は、上位装置から一の基地局ＢＳにデータ信号を送信するとき、複数の基地局ＢＳと上位装置の間に配置されるアレイ導波路回折格子ＡＷＧを介するのみであり、コアネットワークＣＮＷを介する必要はなく、低遅延化を図ることができる。

（実施形態２）
実施形態２のセル構成を図５に示す。３つのページングエリアＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３が配置されている。一般的に携帯電話の着信では、モバイル端末が存在する特定のセルに呼び出しを行なうのではなく、複数のセルで構成されるページングエリアＰＡに一斉に呼び出しを行なう仕組みである。モバイル端末の位置は、複数のセルで構成されるページングエリアＰＡという単位で、コアネットワークＣＮＷに設置されるＨＬＲ（Ｈｏｍｅ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）内に記録される。

実施形態２の光通信システムを図６に示す。図６では、図５のページングエリアＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３のうち、１つのページングエリアＰＡについて説明する。実施形態２では、実施形態１に加えて、光カプラＣＰ及び光反射器ＲＤが配置されている。

光カプラＣＰは、上位端子Ｕ４と送受信機ＴＲの間に配置される。光反射器ＲＤは、光カプラＣＰに接続され、上位端子Ｕ４から入力された光信号を、７個の基地局ＢＳへの同報信号のタイミングで、上位端子Ｕ４へ反射することで、７個の基地局ＢＳへの同報光信号を送信する。つまり、基地局ＢＳ−Ａ、ＢＳ−Ｂ、ＢＳ−Ｃ、ＢＳ−Ｄ、ＢＳ−Ｅ、ＢＳ−Ｆ、ＢＳ−Ｇは、それぞれ数１における波長Ａ４、Ｂ５、Ｃ６、Ｄ７、Ｅ１、Ｆ２、Ｇ３を有する光信号を出力する。そして、光反射器ＲＤは、数２における波長Ｅ１＋Ｆ２＋Ｇ３＋Ａ４＋Ｂ５＋Ｃ６＋Ｄ７を有する光信号を入力され、同報信号のタイミングでスイッチのオン／オフを制御して、数２における波長Ｅ１＋Ｆ２＋Ｇ３＋Ａ４＋Ｂ５＋Ｃ６＋Ｄ７を有する同報光信号を反射する。そして、基地局ＢＳ−Ａ、ＢＳ−Ｂ、ＢＳ−Ｃ、ＢＳ−Ｄ、ＢＳ−Ｅ、ＢＳ−Ｆ、ＢＳ−Ｇは、それぞれ数１における波長Ａ４、Ｂ５、Ｃ６、Ｄ７、Ｅ１、Ｆ２、Ｇ３を有する同報光信号を入力される。

光反射器ＲＤには、例えばＲＳＯＡ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）や反射型ＥＡＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Mｏｄｕｌａｔｏｒ）等が挙げられる。図６では、図４での上位端子Ｕ４から送受信機ＴＲへの経路から光を分岐させているが、図３でのＷＤＭフィルタＷから受信機Ｒへの経路から光を分岐させてもよい。

以上に説明したように、光反射器ＲＤにおいて、基地局ＢＳと同一の個数の使用波長を発振するのではなく、基地局ＢＳからの光信号を使い回すため、制御信号を経済的にブロードキャストすることができるとともに、ロケーション制御及びハンドオーバ制御を行なうとき、コアネットワークＣＮＷを介することなく、低遅延化を図ることができる。

（実施形態３）
実施形態３の光通信システムを図７に示す。図７では、図５のページングエリアＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３のうち、１つのページングエリアＰＡについて説明する。実施形態３では、実施形態１に加えて、光変調器Ｍが配置されている。

光変調器Ｍは、上位端子Ｕ４と送信機Ｔの間に配置され、送信機Ｔがデータ信号のタイミングで第１変調を施した光信号に対して、各基地局ＢＳへの同報信号のタイミングで第１変調と異なる第２変調を施す。各基地局ＢＳは、送信機Ｔ及び光変調器Ｍがそれぞれ第１変調及び第２変調を施した光信号に対して、第１変調に対応する復調を施すことでデータ信号を抽出し、第２変調に対応する復調を施すことで同報信号を抽出する。

送信機Ｔが周波数変調を施し、光変調器Ｍが強度変調を施すとき、光変調器Ｍは、強度変調の消光比を低く設定し、基地局ＢＳは、コヒーレント検波に基づきデータ信号を復調し、直接検波を行なうことで同報信号を復調する。データ信号及び同報信号を独立に抽出することができるならば、第１変調と第２変調は上述以外の如何なる変調であってもよく、基地局ＢＳにおける復調方法は如何なる復調方法であってもよい。

以上に説明したように、光変調器Ｍにおいて、基地局ＢＳと同一の個数の使用波長を発振するのではなく、送信機Ｔからの光信号を使い回すため、制御信号を経済的にブロードキャストすることができるとともに、ロケーション制御及びハンドオーバ制御を行なうとき、コアネットワークＣＮＷを介することなく、低遅延化を図ることができる。

（実施形態４）
実施形態４の光通信システムを図８に示す。実施形態４のアレイ導波路回折格子ＡＷＧの波長配置及びＷＤＭフィルタＭの透過特性を図９に示す。図８では、図５のページングエリアＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３のうち、１つのページングエリアＰＡについて説明する。実施形態４では、実施形態１に加えて、広帯域光源ＡＳＥ及び実施形態１とは異なる透過特性を有するＷＤＭフィルタＷが配置されている。

広帯域光源ＡＳＥは、各基地局ＢＳと送受信機ＴＲの間の光通信に利用されないアレイ導波路回折格子ＡＷＧのＦＳＲ（図９のＦＳＲ＝３）を光波長帯に含む、各基地局ＢＳへの同報光信号を生成する。ＷＤＭフィルタＷは、上位側端子Ｐ２、広帯域端子Ｐ１及び上位端子Ｕ４に接続される端子を有する。上位側端子Ｐ２は、送受信機ＴＲに接続され、各基地局ＢＳと送受信機ＴＲの間の光通信に利用されるアレイ導波路回折格子ＡＷＧのＦＳＲ（図９のＦＳＲ＝１、２）を通過帯域とする。広帯域端子Ｐ１は、広帯域光源ＡＳＥに接続され、各基地局ＢＳと送受信機ＴＲの間の光通信に利用されないアレイ導波路回折格子ＡＷＧのＦＳＲ（図９のＦＳＲ＝３）を通過帯域とする。上位端子Ｕ４に接続される端子は、上位側端子Ｐ２及び広帯域端子Ｐ１からの光信号を合波する。

広帯域光源ＡＳＥは、スペクトル幅の広い光を発生する。アレイ導波路回折格子ＡＷＧにおいて、基地局ＢＳと送受信機ＴＲの間のデータ信号及び広帯域光源ＡＳＥから基地局ＢＳへの同報光信号が、干渉を発生させてＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を劣化させないように、ＷＤＭフィルタＭにおいて、データ信号の帯域を図９のＦＳＲ＝１、２に制限して、同報光信号の帯域を図９のＦＳＲ＝３に制限する。

広帯域光源ＡＳＥから基地局ＢＳへの同報光信号は、ＷＤＭフィルタＭの通過後では、帯域は図９のＦＳＲ＝３に制限されるところ、波長分布は非離散的であるが、アレイ導波路回折格子ＡＷＧの通過後では、帯域は図９のＦＳＲ＝３に制限されるうえに、波長分布はスペクトラルスライスによって７個の離散値に制限される。

以上に説明したように、広帯域光源ＡＳＥにおいて、基地局ＢＳと同一の個数の使用波長を発振するのではなく、これらの使用波長を光波長帯に含むため、制御信号を経済的にブロードキャストすることができるとともに、ロケーション制御及びハンドオーバ制御を行なうとき、コアネットワークＣＮＷを介することなく、低遅延化を図ることができる。

（変形例）
下位端子Ｂの個数及び上位端子Ｕの個数を、７個から（２ｎ＋１）個（ｎは自然数）に変化させても、本発明を実施することができる。下位端子Ｂの個数及び上位端子Ｕの個数を、７個から（２ｎ＋１）個（ｎは４以上の自然数）に増加させれば、図１で説明したように、無線アクセスネットワーク及び固定アクセスネットワークを、アレイ導波路回折格子ＡＷＧを介して、同一媒体網上で運用することができる。

本発明に係る光通信システム及び光通信方法は、無線アクセスネットワークに対して適用でき、固定アクセスネットワークに対して適用でき、同一媒体網上での無線アクセスネットワーク及び固定アクセスネットワークに対して適用できる。

ＰＡ：ページングエリア
Ａ−Ｆ：セル
ＢＳ：基地局
ＡＷＧ：アレイ導波路回折格子
Ｂ：下位端子
Ｕ：上位端子
Ｗ：ＷＤＭフィルタ
Ｔ：送信機
Ｒ：受信機
ＴＲ：送受信機
ＣＮＷ：コアネットワーク
ＣＰ：光カプラ
ＲＤ：光反射器
Ｍ：光変調器
ＡＳＥ：広帯域光源
Ｐ１：広帯域端子
Ｐ２：上位側端子

Claims (5)

1. （２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の下位装置と、
   前記（２ｎ＋１）個の下位装置から上り信号を受信するとともに、前記（２ｎ＋１）個の下位装置に下り信号を送信する上位装置と、
   前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、各々が各下位装置に接続される下位端子と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、ｎ組の各ペアは相互に接続され、残りの１個は前記上位装置に接続される上位端子と、を有し、前記下位端子及び前記上位端子の入出力する光信号の有する波長が周回性を有する波長ルータ装置と、
   前記残りの１個の上位端子と前記上位装置の間に配置される光カプラと、
   前記光カプラに接続され、前記残りの１個の上位端子から入力された光信号を、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報信号のタイミングで、前記残りの１個の上位端子へ反射することで、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報光信号を送信する光反射器と、
   を備えることを特徴とする光通信システム。
2. 前記（２ｎ＋１）個の下位装置は、（２ｎ＋１）個のセルにそれぞれ配置される（２ｎ＋１）個の公衆移動通信システムの無線基地局であることを特徴とする、請求項１に記載の光通信システム。
3. （２ｎ＋１）個（ｎは自然数）の下位装置と、
   前記（２ｎ＋１）個の下位装置から上り信号を受信するとともに、前記（２ｎ＋１）個の下位装置に下り信号を送信する上位装置と、
   前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、各々が各下位装置に接続される下位端子と、前記（２ｎ＋１）個の下位装置と同数配置され、ｎ組の各ペアは相互に接続され、残りの１個は前記上位装置に接続される上位端子と、を有し、前記下位端子及び前記上位端子の入出力する光信号の有する波長が周回性を有する波長ルータ装置と、
   前記残りの１個の上位端子と前記上位装置の間に配置される光カプラと、
   前記光カプラに接続され、前記残りの１個の上位端子から入力された光信号を、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報信号のタイミングで、前記残りの１個の上位端子へ反射することで、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報光信号を送信する光反射器と、
   を用いて、
   前記（２ｎ＋１）個の下位装置のうちの一の下位装置から、前記一の下位装置に接続される下位端子に、前記上位装置に対応する波長を有する前記上位装置への上り光信号を送信する上り送信ステップと、
   前記上位装置への上り光信号を前記残りの１個の上位端子から出力して、前記上位装置に送信する上位装置送信ステップと、
   前記上位装置への上り光信号を、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報信号のタイミングで、前記光反射器から前記残りの１個の上位端子へと反射することで、前記（２ｎ＋１）個の下位装置への同報光信号を送信する同報送信ステップと、
   を順に備えることを特徴とする光通信方法。
4. 前記上り送信ステップでは、前記（２ｎ＋１）個の下位装置のうちの一の下位装置から、前記一の下位装置に接続される下位端子に、前記（２ｎ＋１）個の下位装置のうち他の下位装置に対応する波長を有する他の下位装置への上り光信号を送信し、
   前記他の下位装置への上り光信号を前記ｎ組のペアのうちの１組のペアにおいてループバックさせて、前記他の下位装置に送信する下位装置上り送信ステップ、
   を前記上位装置送信ステップと並行して備えることを特徴とする、請求項３に記載の光通信方法。
5. 前記上位装置から、前記上位装置に接続される上位端子に、前記（２ｎ＋１）個の下位装置のいずれかの送信先に対応する波長を有する下り光信号を送信する下り送信ステップと、
   前記下り光信号を前記いずれかの下位装置に接続される下位端子から出力して、前記いずれかの下位装置に送信する下位装置下り送信ステップと、
   を前記上り送信ステップ、前記上位装置送信ステップ及び前記同報送信ステップと並行して順に備えることを特徴とする、請求項３又は４に記載の光通信方法。

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