JP7473848B2 - 光給電システム、光給電方法及び受電光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光給電システム、光給電方法及び受電光通信装置に関する。

従来、特許文献１に示す光給電システムが提案されている。特許文献１に示す光給電システムでは、ＯＬＴ（Optical Line Terminal：加入者線端局装置)から送信される給電用の光信号（以下「給電光」という。）をＯＮＵ（Optical Network Unit：加入者線終端装置）が受信することでＯＬＴから電力の供給がなされる。特許文献１に示す光給電システムでは、給電に用いる光信号と、通信用の光信号とで同じ波長を用いることで、給電用と通信用とで波長を分離するために用いていた高価な光合波器及び光分波器を不要としている。これにより、光給電システムの構築コストを抑制することができる。

特開２０１０－１９３３７４号公報

上記のようなＯＮＵでは、供給された電力の消費量を低減するために、一部の機能をスリープ状態にしている。特許文献１に示す構成では、タイマーを用いて周期的に動作トリガーを生成することで動作を制御している。しかしながら、光給電により蓄えた電力では、十分な充電ができるまで通信が行えない。そのため、通信機器としての利便性を損なってしまう可能性がある。そこで、充電効率の向上による通信可能時間の増大が望まれている。

上記事情に鑑み、本発明は、光給電による充電効率を向上させることができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、給電用の光信号を用いて給電を行う給電光通信装置と、前記給電光通信装置から送信される前記給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置とを備える光給電システムであって、前記給電光通信装置は、前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信する光給電部と、前記受電光通信装置に送信すべきデータが無い場合に前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信するデータ送受信部と、を備え、前記受電光通信装置は、前記光給電部が送信する前記給電用の光信号及び前記データ送受信部が送信する前記給電用の光信号に基づいて得られる電力を蓄電する蓄電部と、を備える光給電システムである。

本発明の一態様は、給電用の光信号を用いて給電を行う給電光通信装置と、前記給電光通信装置から送信される前記給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置とが行う光給電方法であって、前記給電光通信装置が、前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信し、前記受電光通信装置に送信すべきデータが無い場合に前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信し、前記受電光通信装置が、前記給電光通信装置から複数の経路で送信される前記給電用の光信号に基づいて得られる電力を蓄電する光給電方法である。

本発明の一態様は、給電用の光信号を用いて給電を行う給電光通信装置と、前記給電光通信装置から送信される前記給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置とを備える光給電システムにおける前記受電光通信装置であって、前記給電光通信装置から複数の経路で送信される前記給電用の光信号に基づいて得られる電力を蓄電する蓄電部、を備える受電光通信装置である。

本発明により、光給電による充電効率を向上させることが可能となる。

第１の実施形態における光給電システムの構成例を示す図である。 第１の実施形態における光給電システムの第１の処理の流れを示すシーケンス図である。 第１の実施形態における光給電システムの第２の処理の流れを示すシーケンス図である。 第１の実施形態における受電光通信装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態における光給電システムの構成例を示す図である。 第２の実施形態における光給電システムの第１の処理の流れを示すシーケンス図である。 第２の実施形態における光給電システムの第２の処理の流れを示すシーケンス図である。 第２の実施形態における受電光通信装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（概略）
まず本発明における光給電システムの概略について説明する。
光給電を行う光通信システムにおいて、給電光通信装置が、受電光通信装置に対して送信すべきデータ（以下「送信データ」という。）が無い場合に、給電光を送信する回線（以下「給電用回線」という。）を介して給電光を受電光通信装置に送信するとともに、受電光通信装置との間でデータの送受信を行う回線（以下「通信用回線」という。）を介して給電光を受電光通信装置に送信する。受電光通信装置は、複数の回線それぞれで給電光通信装置から送信された給電光に基づいて充電する。
上記のような構成により、充電用の回線が１回線から複数の回線に増えるため、単位時間当たりの充電効率を向上させることが可能となる。
以下、具体的な構成について複数の実施形態を例に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における光給電システム１００の構成例を示す図である。
光給電システム１００は、給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０とを備える。給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０とは、光伝送路３０を介して接続される。給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０とが光伝送路３０を介して接続されることにより、給電光通信装置１０と受電光通信装置２０との間で通信が可能になる。例えば、給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０とは、給電用回線及び通信用回線それぞれを介して接続される。

給電用回線及び通信用回線は、物理的に同じファイバ内に設けられてもよいし、独立した別のファイバ内にそれぞれ設けられてもよい。すなわち、通信用の光信号と給電用の光信号で物理的に同じファイバを共用してもよいし、独立した別のファイバを使用してもよい。通信用の光信号と給電用の光信号で同じファイバを共用する場合、通信用の光と給電用の光は異なる周波数帯を使用して波長多重する方法などが考えられる。図１では、給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０とは、ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｒ型のトポロジー構成をとる。以下、給電光通信装置１０から受電光通信装置２０に向かう方向を下り方向、受電光通信装置２０から給電光通信装置１０に向かう方向を上り方向とする。

なお、図１では、受電光通信装置２０を１台示しているが、光給電システム１００は複数の受電光通信装置２０を備えてもよい。光給電システム１００に複数台の受電光通信装置２０が備えられる場合、給電光通信装置１０と、複数の受電光通信装置２０との間には、光スプリッタが備えられる。光スプリッタは、給電光通信装置１０から送信された光信号を分岐して各受電光通信装置２０に送信する。光スプリッタは、各受電光通信装置２０から送信された光信号を多重して給電光通信装置１０に送信する。

給電光通信装置１０は、例えばＯＬＴである。給電光通信装置１０は、データ送受信部１１と、光給電部１２と、制御部１３とを備える。

データ送受信部１１は、受電光通信装置２０との間でデータの送受信又は給電光の送信を行う。データ送受信部１１は、例えば光トランシーバであり、内部に特定の波長の光を出射する光源を備える。データ送受信部１１は、送信データがある場合には、内部に備える光源が出射する光を制御部１３から与えられる送信データの電気信号に基づいて変調することにより、送信データの光信号（以下「通信光」という。）に変換し、変換した通信光を光伝送路３０に送出する。データ送受信部１１は、送信データがない場合には、内部に備える光源により給電光を生成して光伝送路３０に送出する。給電光としては、例えば一定電圧で時間的な変化がない光信号が用いられる。

上記のように、本実施形態におけるデータ送受信部１１は、送信データがある場合には通信光を、光伝送路３０を介して受電光通信装置２０に送信する。データ送受信部１１は、送信データがない場合には給電光を、光伝送路３０を介して受電光通信装置２０に送信する。

データ送受信部１１は、例えば、内部にフォトディテクタ等のＯ／Ｅ（Optical/Electrical）変換器を備える。データ送受信部１１は、光伝送路３０を介して受信するデータの光信号を受信し、受信したデータの光信号をＯ／Ｅ変換器により電気信号に変換して制御部１３に出力する。

光給電部１２は、内部に給電光を出射する光源を備えており、光源により給電光を生成して光伝送路３０に送出する。これにより、光給電部１２は、給電光を受電光通信装置２０に送信する。

制御部１３は、データ送受信部１１及び光給電部１２の動作を制御する。例えば、制御部１３は、送信データを外部から取り込む。制御部１３は、取り込んだ送信データから電気信号のデータを生成し、生成した電気信号のデータをデータ送受信部１１に出力する。制御部１３は、データ送受信部１１が出力する電気信号のデータを取り込み、取り込んだデータを外部に出力する。制御部１３は、送信データが無い場合には、データ送受信部１１から給電光を出力させる。制御部１３は、光給電部１２から給電光を出力させる。

受電光通信装置２０は、給電光通信装置１０から給電される電力で駆動する。受電光通信装置２０は、例えばＯＮＵである。受電光通信装置２０は、光電変換部２１と、光電変換部２２と、加算器２３と、蓄電部２４と、信号識別部２５と、経路切替部２６と、外部送受信部２７とを備える。

光電変換部２１は、データ送受信部１１から送信された光信号（例えば、給電光又は通信光）を、光伝送路３０を介して受信し、受信した光信号を電気信号に変換して信号識別部２５及び経路切替部２６に出力する。光電変換部２１は、例えばフォトディテクタ等のＯ／Ｅ変換器である。

光電変換部２２は、光給電部１２から送信された光信号（例えば、給電光）を、光伝送路３０を介して受信し、受信した光信号を電気信号に変換して加算器２３に出力する。光電変換部２２は、例えばフォトディテクタ等のＯ／Ｅ変換器である。

加算器２３は、光電変換部２２から出力される電気信号と、経路切替部２６を介して入力される電気信号とを加算する。加算器２３は、加算後の電気信号を蓄電部２４に出力する。なお、経路切替部２６を介して入力される電気信号が無い場合には、加算器２３は、光電変換部２２から出力される電気信号をそのまま蓄電部２４に出力することになる。

蓄電部２４は、内部にバッテリーを備える。蓄電部２４は、電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する。このように、蓄電部２４は、光給電部１２が送信する給電光及びデータ送受信部１１が送信する給電光に基づいて得られる電力を蓄電する。蓄電部２４は、信号識別部２５からの指示に応じて、蓄電している電力を用いて発生させた電源電圧を外部送受信部２７に対して供給する。これにより、外部送受信部２７は、スリープ状態から動作可能な状態になる。

信号識別部２５は、光電変換部２１によって変換された電気信号を常時モニタリングして、データ送受信部１１から送信された光信号が給電光であるか通信光であるかを識別する。具体的には、信号識別部２５は、電気信号の波形において時間的な変化を検出した場合にデータ送受信部１１から送信された光信号が通信光であると識別する。一方で、信号識別部２５は、電気信号の波形において時間的な変化を検出していない場合にデータ送受信部１１から送信された光信号が給電光であると識別する。

上記のように、給電光としては一定電圧で時間的な変化がない光信号が用いられている。そのため、時間的な変化を検出していない場合には、データ送受信部１１から送信された光信号が給電光と識別できる。一方で、通信光は、送信データで変調されているため時間的な変化を有する光信号となる。そのため、時間的な変化を検出した場合には、データ送受信部１１から送信された光信号が通信光と識別できる。

信号識別部２５は、識別結果に応じて、経路切替部２６の出力経路を切り替える。具体的には、信号識別部２５は、データ送受信部１１から送信された光信号が通信光である場合には経路切替部２６の出力経路を第１の経路となるように制御するとともに、蓄電部２４から外部送受信部２７に対して電力を供給させる。信号識別部２５は、データ送受信部１１から送信された光信号が給電光である場合には経路切替部２６の出力経路を第２の経路となるように制御するとともに、必要に応じて蓄電部２４から外部送受信部２７に対する電力の供給を停止させる。第１の経路は、経路切替部２６から出力される信号が外部送受信部２７に出力される経路である。第２の経路は、経路切替部２６から出力される信号が加算器２３に出力される経路である。

経路切替部２６は、信号識別部２５の制御に従って、出力経路を切り替え可能なスイッチである。経路切替部２６は、入力された信号を、信号識別部２５の制御に従って第１の経路又は第２の経路のいずれかに出力可能であればよく、電気的なスイッチであってもよいし、機械的なスイッチであってもよいし、電気的なスイッチと機械的なスイッチの組み合わせであってもよい。以下の説明では、一例として、経路切替部２６を機械的なスイッチとして説明する。

外部送受信部２７は、蓄電部２４から供給される電力で動作可能な機能部である。そのため、外部送受信部２７は、蓄電部２４から電力の供給がなされていない場合にはスリープ状態となる。外部送受信部２７は、蓄電部２４から電力の供給がなされた場合にはスリープ状態から起動状態となり通信可能になる。外部送受信部２７は、無線により外部装置との間で通信を行う。

外部送受信部２７が無線の通信手段により外部装置に接続する場合、例えば、外部送受信部２７としてＷｉ－Ｆｉモジュール（Ｗｉ－Ｆｉは登録商標）などが適用される。外部送受信部２７は、外部装置が予め定められる一定の周期で送信するデータを受信し、受信したデータを不図示の記憶部に書き込んで記憶させる。外部送受信部２７は、経路切替部２６から出力されたデータを取り込み、取り込んだデータを外部装置に送信する。外部送受信部２７は、不図示の記憶部が外部装置に送信するデータを記憶している場合、当該データを記憶部から読み出し、読み出したデータを外部装置に送信する。

外部装置は、例えばＩｏＴ（Internet of Things）センサなどのセンサノードである。外部装置は、無線により受電光通信装置２０に接続する。外部装置は、例えば、内部に備えるセンサによって計測したデータを予め定められる一定の周期で受電光通信装置２０に送信する。外部装置は、受電光通信装置２０が送信するデータを受信する。なお、外部装置は、複数台存在していてもよく、この場合、複数の外部装置が、無線により受電光通信装置２０に接続する。

外部送受信部２７は、変復調部２７１と、発振器２７２と、ミキサ２７３と、アンテナ２７４とを備える。外部送受信部２７が備える変復調部２７１及び発振器２７２が、蓄電部２４から供給される電力で動作する機能部である。
変復調部２７１は、入力された信号に対して変調又は復調を行う。例えば、変復調部２７１は、経路切替部２６から出力されたデータを変調する。

発振器２７２は、ＣＷ（Continuous Wave）波を生成してミキサ２７３に出力する。
ミキサ２７３は、発振器２７２から出力されるＣＷ波と、変復調部２７１から出力された変調信号とを乗算して変調信号をアップコンバートする。
アンテナ２７４は、ミキサ２７３によってアップコンバートされた変調信号を無線により外部装置に送信する。

図２は、第１の実施形態における光給電システム１００の第１の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図２に示す処理では、給電光通信装置１０に送信データがある場合の処理の流れについて説明する。

給電光通信装置１０の光給電部１２は、内部に備える光源により給電光を生成して光伝送路３０に送出する（ステップＳ１０１）。給電光通信装置１０から送出された給電光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０で受信される。具体的には、光給電部１２から送出された給電光は、給電用回線を介して受電光通信装置２０の光電変換部２２で受信される。光電変換部２２は、受信した光信号を電気信号に変換して加算器２３に出力する（ステップＳ１０２）。

この時点では、加算器２３には、光電変換部２２から出力された電気信号のみが入力される。そのため、光電変換部２２から出力された電気信号が、加算器２３を介して蓄電部２４に入力される。蓄電部２４は、加算器２３から出力される電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ１０３）。なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理は、ステップＳ１０４以降の処理が実行されている間も継続される。

給電光通信装置１０の制御部１３は、送信データの有無を判定する（ステップＳ１０４）。例えば、制御部１３は、送信データを外部から取り込んだ場合又は内部の記憶部に送信データがある場合に送信データがあると判定する。一方、制御部１３は、送信データを外部から取り込んでいない場合及び内部の記憶部に送信データがない場合に送信データがないと判定する。ここでは、送信データがあるとする。この場合、制御部１３は、送信データから電気信号のデータを生成し、生成した電気信号のデータをデータ送受信部１１に出力する。

データ送受信部１１は、制御部１３から出力された送信データの電気信号に基づいて通信光を生成する。データ送受信部１１は、生成した通信光を光伝送路３０に送出する（ステップＳ１０５）。給電光通信装置１０から送出された通信光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０で受信される。具体的には、データ送受信部１１から送出された通信光は、通信用回線を介して受電光通信装置２０の光電変換部２１で受信される。光電変換部２１は、受信した光信号を電気信号に変換して信号識別部２５及び経路切替部２６に出力する（ステップＳ１０６）。

信号識別部２５は、光電変換部２１から出力された電気信号を入力する。信号識別部２５は、入力した電気信号を常時モニタリングして信号を識別する（ステップＳ１０７）。信号識別部２５は、電気信号の波形において時間的な変化を検出したとする。この場合、信号識別部２５は、経路切替部２６の出力経路を第１の経路とするように制御するとともに、蓄電部２４から外部送受信部２７に電力を供給させる（ステップＳ１０８）。

例えば、信号識別部２５は、経路切替部２６の出力経路が第２の経路となっている場合には、経路切替部２６の出力経路が第１の経路となるように経路を切り替える。一方で、信号識別部２５は、経路切替部２６の出力経路が第１の経路となっている場合には、経路切替部２６の出力経路の切り替えを行わない。経路切替部２６の出力経路が第１の経路となるように制御されることによって、経路切替部２６に入力された光信号が外部送受信部２７に出力される。

さらに、信号識別部２５は、蓄電部２４から外部送受信部２７に電力を供給させるように指示する。蓄電部２４は、信号識別部２５からの指示に応じて外部送受信部２７に電力を供給する。より具体的には、蓄電部２４は、外部送受信部２７の変復調部２７１及び発振器２７２に電力を供給する。これにより、変復調部２７１及び発振器２７２がスリープ状態から起動状態となる。外部送受信部２７は、入力された電気信号をアップコンバートして無線信号として外部装置に送信する（ステップＳ１０９）。

図３は、第１の実施形態における光給電システム１００の第２の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図３に示す処理では、給電光通信装置１０に送信データがない場合の処理の流れについて説明する。図３において、図２と同様の処理については図２と同様の符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０１からステップＳ１０３までの処理と同時又は後に、給電光通信装置１０の制御部１３は、送信データの有無を判定する（ステップＳ２０１）。ここでは、送信データがないとする。この場合、制御部１３は、データ送受信部１１から給電光を出力させる。データ送受信部１１は、給電光を、光伝送路３０を介して受電光通信装置２０に送信する（ステップＳ２０２）。このように、データ送受信部１１は、送信データがない間、給電光を、光伝送路３０を介して受電光通信装置２０に送出する。

給電光通信装置１０から送出された給電光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０で受信される。具体的には、データ送受信部１１から送出された給電光は、通信用回線を介して受電光通信装置２０の光電変換部２１で受信される。光電変換部２１は、受信した光信号を電気信号に変換して信号識別部２５及び経路切替部２６に出力する（ステップＳ２０３）。

信号識別部２５は、光電変換部２１から出力された電気信号を入力する。信号識別部２５は、入力した電気信号を常時モニタリングして信号を識別する（ステップＳ２０４）。信号識別部２５は、電気信号の波形において時間的な変化を検出していないとする。この場合、信号識別部２５は、経路切替部２６の出力経路を第２の経路とするように制御するとともに、蓄電部２４から外部送受信部２７への電力の供給を停止させる（ステップＳ２０５）。

例えば、信号識別部２５は、経路切替部２６の出力経路が第１の経路となっている場合には、経路切替部２６の出力経路が第２の経路となるように経路を切り替える。一方で、信号識別部２５は、経路切替部２６の出力経路が第２の経路となっている場合には、経路切替部２６の出力経路の切り替えを行わない。経路切替部２６の出力経路が第２の経路となるように制御されることによって、経路切替部２６に入力された電気信号が加算器２３に出力される。

さらに、信号識別部２５は、蓄電部２４から外部送受信部２７への電力の供給を停止するように指示する。蓄電部２４は、信号識別部２５からの指示に応じて外部送受信部２７への電力の供給を停止する。これにより、変復調部２７１及び発振器２７２が起動状態からスリープ状態となる。

加算器２３には、光電変換部２２から出力された電気信号と、経路切替部２６から出力された電気信号とが入力される。加算器２３に入力された各電気信号は、加算器２３で加算されて蓄電部２４に出力される。蓄電部２４は、加算後の電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ２０６）。

図４は、第１の実施形態における受電光通信装置２０の処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートでは、光電変換部２１で受信した光信号の処理をメインに説明する。
光電変換部２１は、受信した光信号を電気信号に変換して信号識別部２５及び経路切替部２６に出力する（ステップＳ３０１）。信号識別部２５は、入力した電気信号を常時モニタリングして、電気信号の時間的な変化を検出したか否かを判定する（ステップＳ３０２）。電気信号の時間的な変化を検出した場合（ステップＳ３０２－ＹＥＳ）、信号識別部２５は経路切替部２６の出力経路を第１の経路とするように制御する（ステップＳ３０３）。

さらに、信号識別部２５は、蓄電部２４に対して、外部送受信部２７に電力を供給させるように指示する。蓄電部２４は、信号識別部２５からの指示に応じて外部送受信部２７に電力を供給する（ステップＳ３０４）。外部送受信部２７は、入力された電気信号をアップコンバートして無線信号として外部装置に送信する（ステップＳ３０５）。その後、ステップＳ３０１の処理に戻る。

ステップＳ３０２の処理において、電気信号の時間的な変化を検出していない場合（ステップＳ３０２－ＮＯ）、信号識別部２５は経路切替部２６の出力経路を第２の経路とするように制御する（ステップＳ３０６）。さらに、信号識別部２５は、蓄電部２４に対して、外部送受信部２７への電力の供給を停止させるように指示する。蓄電部２４は、信号識別部２５からの指示を受け取ると、指示を受け取った時点で外部送受信部２７に電力を供給しているか否かを判定する（ステップＳ３０７）。

外部送受信部２７に電力を供給している場合（ステップＳ３０７－ＹＥＳ）、蓄電部２４は信号識別部２５からの指示に応じて外部送受信部２７への電力の供給を停止する（ステップＳ３０８）。
一方、外部送受信部２７に電力を供給していない場合（ステップＳ３０７－ＮＯ）、蓄電部２４は信号識別部２５からの指示を破棄する。

ステップＳ３０８の処理後、又は、外部送受信部２７に電力を供給していない場合、蓄電部２４は加算器２３により加算された電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ３０９）。

以上のように構成された光給電システム１００によれば、給電光通信装置１０が、受電光通信装置２０に対する送信データが無い場合に、データ送受信部からも給電光を受電光通信装置２０に送信する。これにより、受電光通信装置２０には、２回線から給電光が送信される。受電光通信装置２０は、給電光通信装置１０から２回線で送信された給電光に基づいて得られる電力を蓄電する。このように、従来では、１回線で得られた給電光に基づいて得られる電力を蓄電していたのに対して、本実施形態では、複数の回線それぞれから得られた給電光に基づいて得られる電力を蓄電する。したがって、複数の回線で充電を行うことができる。そのため、単位時間当たりの充電効率を向上させることが可能となる。

さらに、受電光通信装置２０では、通信用回線を介して入力された光信号が、給電光であるか通信光であるかを電気信号の波形の時間変化に応じて識別している。これにより、給電光通信装置１０から追加で制御信号の伝送を必要とせず、受電光通信装置２０において必要なタイミングで、スリープ状態を解除することができる。そのため、無駄な電力消費を抑制することが可能になる。

さらに、受電光通信装置２０は、通信用回線を介して入力された光信号が、給電光である場合に、通信用回線を介して入力された光信号に基づく電気信号を蓄電部２４に向かう経路へ出力させる経路切替部２６を備える。これにより、簡易な構成で、通信用回線を介して入力された光信号に基づく電気信号を蓄電部２４に出力させることができる。その結果、通信用回線を介して入力された光信号に基づく電気信号から得られる電力も蓄電部２４に蓄電することが可能になる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、信号識別部が、電気信号を用いて、時間的な変化があるか否かを識別する構成を示した。第２の実施形態では、信号識別部が、光信号を用いて、時間的な変化があるか否かを識別する構成について説明する。

図５は、第２の実施形態における光給電システム１００ａの構成例を示す図である。
光給電システム１００ａは、給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０ａとを備える。給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０ａとは、光伝送路３０を介して接続される。給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０ａとが光伝送路３０を介して接続されることにより、給電光通信装置１０と受電光通信装置２０ａとの間で通信が可能になる。例えば、給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０ａとは、給電用回線及び通信用回線それぞれを介して接続される。図５では、給電光通信装置１０と、受電光通信装置２０ａとは、ｓｉｎｇｌｅ－ｓｔａｒ型のトポロジー構成をとる。

なお、図５では、受電光通信装置２０ａを１台示しているが、光給電システム１００ａは複数の受電光通信装置２０ａを備えてもよい。光給電システム１００ａに複数台の受電光通信装置２０ａが備えられる場合、給電光通信装置１０と、複数の受電光通信装置２０ａとの間には、光スプリッタが備えられる。光スプリッタは、給電光通信装置１０から送信された光信号を分岐して各受電光通信装置２０ａに送信する。光スプリッタは、各受電光通信装置２０ａから送信された光信号を多重して給電光通信装置１０に送信する。

第２の実施形態では、受電光通信装置２０ａの構成が第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態との相違点について説明する。
受電光通信装置２０ａは、給電光通信装置１０から給電される電力で駆動する。受電光通信装置２０ａは、光電変換部２１ａと、光電変換部２２ａと、加算器２３ａと、蓄電部２４と、信号識別部２５ａと、経路切替部２６と、外部送受信部２７とを備える。

受電光通信装置２０ａは、光電変換部２１、光電変換部２２、加算器２３及び信号識別部２５に代えて光電変換部２１ａ、光電変換部２２ａ、加算器２３ａ及び信号識別部２５ａを備える点で受電光通信装置２０と構成が異なる。受電光通信装置２０ａは、他の構成については受電光通信装置２０と同様である。そのため、受電光通信装置２０ａ全体の説明は省略し、光電変換部２１ａ、光電変換部２２ａ、加算器２３ａ及び信号識別部２５ａについて説明する。

光電変換部２１ａは、経路切替部２６と外部送受信部２７との間に設けられる。光電変換部２１ａは、経路切替部２６から出力された光信号を電気信号に変換して外部送受信部２７に出力する。光電変換部２１ａは、例えばフォトディテクタ等のＯ／Ｅ変換器である。

光電変換部２２ａは、加算器２３ａと蓄電部２４との間に設けられる。光電変換部２２ａは、加算器２３ａを介して出力された光信号を電気信号に変換して蓄電部２４に出力する。光電変換部２２ａは、例えばフォトディテクタ等のＯ／Ｅ変換器である。

加算器２３ａは、光給電部１２から送信された光信号と、経路切替部２６を介して入力される光信号とを加算する。このように、第２の実施形態における加算器２３ａでは、電気信号ではなく、光信号を加算する。加算器２３ａは、加算後の光信号を光電変換部２２ａに出力する。なお、経路切替部２６を介して入力される光信号が無い場合には、加算器２３ａは、光給電部１２から送信された光信号をそのまま光電変換部２２ａに出力することになる。

信号識別部２５ａは、データ送受信部１１から送信された光信号を常時モニタリングして、データ送受信部１１から送信された光信号が給電光であるか通信光であるかを識別する。具体的には、信号識別部２５ａは、光信号の波形において時間的な変化を検出した場合にデータ送受信部１１から送信された光信号が通信光であると識別する。一方で、信号識別部２５ａは、光信号の波形において時間的な変化を検出していない場合にデータ送受信部１１から送信された光信号が給電光であると識別する。信号識別部２５ａは、識別結果に応じて、経路切替部２６の出力経路を切り替える。

図６は、第２の実施形態における光給電システム１００ａの第１の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図６に示す処理では、給電光通信装置１０に送信データがある場合の処理の流れについて説明する。図６において、図２と同様の処理については図２と同様の符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０１の処理により給電光通信装置１０から送出された給電光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０ａで受信される。具体的には、光給電部１２から送出された給電光は、給電用回線を介して受電光通信装置２０ａの加算器２３ａに入力される。この時点では、加算器２３ａには、光給電部１２から送出された給電光の光信号のみが入力される。そのため、光給電部１２から送出された給電光の光信号が、加算器２３ａを介して光電変換部２２ａに入力される。

光電変換部２２ａは、入力された光信号を電気信号に変換して蓄電部２４に出力する（ステップＳ４０１）。蓄電部２４は、光電変換部２２ａから出力される電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ４０２）。なお、ステップＳ１０１、ステップＳ４０１及びステップＳ４０２までの処理は、ステップＳ１０４以降の処理が実行されている間も継続される。

ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理により給電光通信装置１０から送出された通信光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０ａで受信される。具体的には、データ送受信部１１から送出された通信光は、通信用回線を介して受電光通信装置２０ａの信号識別部２５ａ及び経路切替部２６で受信される。信号識別部２５ａは、受信した光信号を常時モニタリングして信号を識別する（ステップＳ４０３）。信号識別部２５ａは、光信号の波形において時間的な変化を検出したとする。この場合、信号識別部２５ａは、経路切替部２６の出力経路を第１の経路とするように制御するとともに、蓄電部２４から外部送受信部２７に電力を供給させる（ステップＳ４０４）。

蓄電部２４は、信号識別部２５ａからの指示に応じて外部送受信部２７に電力を供給する。より具体的には、蓄電部２４は、外部送受信部２７の変復調部２７１及び発振器２７２に電力を供給する。これにより、変復調部２７１及び発振器２７２がスリープ状態から起動状態となる。経路切替部２６に入力された光信号は、光電変換部２１ａに出力される。光電変換部２１ａは、入力した光信号を電気信号に変換して外部送受信部２７に出力する（ステップＳ４０５）。外部送受信部２７は、入力された電気信号をアップコンバートして無線信号として外部装置に送信する（ステップＳ１０９）。

図７は、第２の実施形態における光給電システム１００ａの第２の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図７に示す処理では、給電光通信装置１０に送信データがない場合の処理の流れについて説明する。図７において、図２と同様の処理については図２と同様の符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０１の処理により給電光通信装置１０から送出された給電光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０ａで受信される。具体的には、光給電部１２から送出された給電光は、給電用回線を介して受電光通信装置２０ａの加算器２３ａに入力される。この時点では、加算器２３ａには、光給電部１２から送出された給電光の光信号のみが入力される。そのため、光給電部１２から送出された給電光の光信号が、加算器２３ａを介して光電変換部２２ａに入力される。

光電変換部２２ａは、入力された光信号を電気信号に変換して蓄電部２４に出力する（ステップＳ５０１）。蓄電部２４は、光電変換部２２ａから出力される電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ５０２）。なお、ステップＳ１０１、ステップＳ５０１及びステップＳ５０２までの処理は、ステップＳ２０１以降の処理が実行されている間も継続される。

ステップＳ２０１及びステップＳ２０２の処理により給電光通信装置１０から送出された通信光は、光伝送路３０を介して接続される受電光通信装置２０ａで受信される。具体的には、データ送受信部１１から送出された通信光は、通信用回線を介して受電光通信装置２０ａの信号識別部２５ａ及び経路切替部２６で受信される。信号識別部２５ａは、受信した光信号を常時モニタリングして信号を識別する（ステップＳ５０３）。信号識別部２５ａは、光信号の波形において時間的な変化を検出していないとする。この場合、信号識別部２５ａは、経路切替部２６の出力経路を第２の経路とするように制御するとともに、蓄電部２４から外部送受信部２７への電力の供給を停止させる（ステップＳ５０４）。経路切替部２６の出力経路が第２の経路となるように制御されることによって、経路切替部２６に入力された光信号が加算器２３ａに出力される。

加算器２３ａには、光給電部１２から送出された給電光の光信号と、経路切替部２６から出力された光信号とが入力される。加算器２３ａに入力された各光信号は、加算器２３ａで加算されて光電変換部２２ａに出力される。光電変換部２２ａは、加算後の光信号を電気信号に変換して蓄電部２４に出力する（ステップＳ５０５）。蓄電部２４は、電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ２０６）。

図８は、第２の実施形態における受電光通信装置２０ａの処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すフローチャートでは、信号識別部２５ａで受信した光信号の処理をメインに説明する。
信号識別部２５ａは、受信した光信号を常時モニタリングして、光信号の時間的な変化を検出したか否かを判定する（ステップＳ６０１）。光信号の時間的な変化を検出した場合（ステップＳ６０１－ＹＥＳ）、信号識別部２５ａは経路切替部２６の出力経路を第１の経路とするように制御する（ステップＳ６０２）。

さらに、信号識別部２５ａは、蓄電部２４に対して、外部送受信部２７に電力を供給させるように指示する。蓄電部２４は、信号識別部２５ａからの指示に応じて外部送受信部２７に電力を供給する（ステップＳ６０３）。経路切替部２６に入力された光信号は、第１の経路を介して光電変換部２１ａに入力される。光電変換部２１ａは、入力した光信号を電気信号に変換して外部送受信部２７に出力する（ステップＳ６０４）。外部送受信部２７は、入力された電気信号をアップコンバートして無線信号として外部装置に送信する（ステップＳ６０５）。その後、ステップＳ６０１の処理に戻る。

ステップＳ６０１の処理において、光信号の時間的な変化を検出していない場合（ステップＳ６０１－ＮＯ）、信号識別部２５ａは経路切替部２６の出力経路を第２の経路とするように制御する（ステップＳ６０６）。さらに、信号識別部２５ａは、蓄電部２４に対して、外部送受信部２７への電力の供給を停止させるように指示する。蓄電部２４は、信号識別部２５ａからの指示を受け取ると、指示を受け取った時点で外部送受信部２７に電力を供給しているか否かを判定する（ステップＳ６０７）。

外部送受信部２７に電力を供給している場合（ステップＳ６０７－ＹＥＳ）、蓄電部２４は信号識別部２５ａからの指示に応じて外部送受信部２７への電力の供給を停止する（ステップＳ６０８）。
一方、外部送受信部２７に電力を供給していない場合（ステップＳ６０７－ＮＯ）、蓄電部２４は信号識別部２５ａからの指示を破棄する。

ステップＳ６０８の処理後、又は、外部送受信部２７に電力を供給していない場合、光電変換部２２ａは加算器２３により加算された光信号を電気信号に変換して蓄電部２４に出力する。蓄電部２４は、電気信号に基づいて充電処理を行うことによって電気信号の電力をバッテリーに蓄電する（ステップＳ６０９）。

以上のように構成された第２の実施形態における光給電システム１００ａによれば、給電光通信装置１０が、受電光通信装置２０ａに対する送信データが無い場合に、データ送受信部からも給電光を受電光通信装置２０ａに送信する。これにより、受電光通信装置２０ａには、２回線から給電光が送信される。受電光通信装置２０ａは、給電光通信装置１０から２回線で送信された給電光に基づいて得られる電力を蓄電する。このように、従来では、１回線で得られた給電光に基づいて得られる電力を蓄電していたのに対して、本実施形態では、複数の回線それぞれから得られた給電光に基づいて得られる電力を蓄電する。したがって、複数の回線で充電を行うことができる。そのため、単位時間当たりの充電効率を向上させることが可能となる。

さらに、受電光通信装置２０ａでは、通信用回線を介して入力された光信号が、給電光であるか通信光であるかを光信号の波形の時間変化に応じて識別している。これにより、給電光通信装置１０から追加で制御信号の伝送を必要とせず、受電光通信装置２０ａにおいて必要なタイミングで、スリープ状態を解除することができる。そのため、無駄な電力消費を抑制することが可能になる。

さらに、受電光通信装置２０ａは、通信用回線を介して入力された光信号が、給電光である場合に、通信用回線を介して入力された光信号を蓄電部２４に向かう経路へ出力させる経路切替部２６を備える。これにより、簡易な構成で、通信用回線を介して入力された光信号を蓄電部２４に向けて出力することができる。そして、蓄電部２４に入力する前に光信号を電気信号に変換する。その結果、通信用回線を介して入力された光信号に基づく電気信号から得られる電力も蓄電部２４に蓄電することが可能になる。

第１の実施形態及び第２の実施形態における光給電システム１００，１００ａは、ＰＯＮ（Passive Optical Network）に限らず、光給電を行う光通信システムであればどのようなシステムに適用されてもよい。

第１の実施形態及び第２の実施形態における光給電システム１００，１００ａでは、光信号の時間的な変化の検出有無に応じて、通信光と給電光の信号を識別する構成を示した。光給電システム１００，１００ａにおける信号識別の方法は、上記限定される必要はない。例えば、光給電システム１００，１００ａおける信号識別の方法は、周波数領域の特徴を確認する方法で行われてもよい。以下、詳細に説明する。

通信光は、変調されているため周波数領域では帯域幅を持つ。通信光の帯域幅をＢｓとする。これに対し、給電光は、常時点灯なため周波数領域で帯域幅を持たないとみなせる(ＤＣ成分として見える)。そこで、光給電システム１００，１００ａにおける信号識別部２５，２５ａは、通信光と給電光の周波数領域における違いを利用し、通信用回線を介して受信された信号の帯域幅が所定の幅Ｂｘ以上であるか否かに応じて、受信された信号が給電光であるか通信光であるかを識別する。伝送路３０等の外的な要因により給電光においてもわずかに帯域幅Ｂｑを持つ場合が想定されるため、Ｂｘは、Ｂｑ＜Ｂｘ≦Ｂｓの範囲で設定するものとする。

具体的な処理としては以下の通りである。信号識別部２５は、通信用回線を介して受信された光信号に基づく電気信号の帯域幅が所定の幅Ｂｘ以上である場合に、データ送受信部１１から送信された光信号が通信光であると識別し、受信された光信号に基づく電気信号の帯域幅が所定の幅Ｂｘ未満である場合に、データ送受信部１１から送信された光信号が給電光であると識別する。第２の実施形態における信号識別部２５ａは、通信用回線を介して受信された光信号の帯域幅が所定の幅Ｂｘ以上である場合に、データ送受信部１１から送信された光信号が通信光であると識別し、受信された光信号の帯域幅が所定の幅Ｂｘ未満である場合に、データ送受信部１１から送信された光信号が給電光であると識別する。
以上のように構成されることで、到来信号がＢｘよりも帯域が広いか狭いかで到来波の種別を判別できる。

上述した実施形態における受電光通信装置２０，２０ａが備える一部の機能部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、光給電を行う光通信システムに適用できる。

１０…給電光通信装置， ２０、２０ａ…受電光通信装置， １１…データ送受信部， １２…光給電部， １３…制御部， ２１、２１ａ…光電変換部， ２２、２２ａ…光電変換部， ２３、２３ａ…加算器， ２４…蓄電部， ２５、２５ａ…信号識別部， ２６…経路切替部， ２７…外部送受信部， ２７１…変復調部， ２７２…発振器， ２７３…ミキサ， ２７４…アンテナ

Claims (8)

1. 給電用の光信号を用いて給電を行う給電光通信装置と、前記給電光通信装置から送信される前記給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置とを備える光給電システムであって、
   前記給電光通信装置は、
   前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信する光給電部と、
   前記受電光通信装置に送信すべきデータが無い場合には、前記光給電部が前記給電用の光信号を送信する経路とは異なる経路である通信用回線を介して前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信するデータ送受信部と、
   を備え、
   前記受電光通信装置は、
   前記光給電部が送信する前記給電用の光信号及び前記データ送受信部が送信する前記給電用の光信号に基づいて得られる電力を蓄電する蓄電部と、
   を備える光給電システム。
2. 前記データ送受信部は、前記受電光通信装置に送信すべきデータがある場合には前記データの光信号を前記受電光通信装置に送信し、
   前記受電光通信装置は、
   前記データ送受信部から送信された光信号に応じて出力経路を切り替え可能な経路切替部をさらに備え、
   前記経路切替部は、
   前記データ送受信部から送信された光信号が前記データの光信号である場合には、前記経路切替部の出力経路が、外部装置と通信を行う外部送受信部に向かう第１の経路となるように制御され、
   前記データ送受信部から送信された光信号が前記給電用の光信号である場合には、前記経路切替部の出力経路が、前記蓄電部に向かう第２の経路となるように制御される、請求項１に記載の光給電システム。
3. 前記受電光通信装置は、
   前記データ送受信部から送信された光信号に基づいて、前記データ送受信部から送信された光信号が前記給電用の光信号であるか前記データの光信号であるかを識別する信号識別部をさらに備え、
   前記信号識別部は、識別結果に応じて前記経路切替部の出力経路を切り替える、請求項２に記載の光給電システム。
4. 前記受電光通信装置は、
   前記データ送受信部から送信された光信号を電気信号に変換する光電変換部をさらに備え、
   前記信号識別部は、前記電気信号の波形において時間的な変化を検出した場合に前記データ送受信部から送信された光信号を前記データの光信号と識別し、前記電気信号の波形において時間的な変化を検出していない場合に前記データ送受信部から送信された光信号を前記給電用の光信号と識別する、請求項３に記載の光給電システム。
5. 前記信号識別部は、前記データ送受信部から送信された光信号の波形において時間的な変化を検出した場合に前記データ送受信部から送信された光信号を前記データの光信号と識別し、前記データ送受信部から送信された光信号の波形において時間的な変化を検出していない場合に前記データ送受信部から送信された光信号を前記給電用の光信号と識別する、請求項３に記載の光給電システム。
6. 前記信号識別部は、前記データ送受信部から送信された光信号又は前記光信号に基づく電気信号の帯域幅が所定の閾値以上である場合に前記データ送受信部から送信された光信号を前記データの光信号と識別し、前記帯域幅が所定の閾値未満である場合に前記データ送受信部から送信された光信号を前記給電用の光信号と識別する、請求項３に記載の光給電システム。
7. 給電用の光信号を用いて給電を行う給電光通信装置と、前記給電光通信装置から送信される前記給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置とが行う光給電方法であって、
   前記給電光通信装置が、
   前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信し、
   前記受電光通信装置に送信すべきデータが無い場合には、前記給電用の光信号を送信する経路とは異なる経路である通信用回線を介して前記給電用の光信号を前記受電光通信装置に送信し、
   前記受電光通信装置が、
   前記給電光通信装置から複数の経路で送信される前記給電用の光信号に基づいて得られる電力を蓄電する光給電方法。
8. 給電用の光信号を用いて給電を行う給電光通信装置と、前記給電光通信装置から送信される前記給電用の光信号より得られる電力で駆動する受電光通信装置とを備える光給電システムにおける前記受電光通信装置であって、
   前記給電光通信装置から、前記給電用の光信号を送信する第１経路と、前記給電光通信装置において送信すべきデータがある場合には前記データの送受信に利用される第２経路それぞれで送信される前記給電用の光信号に基づいて得られる電力を蓄電する蓄電部、
   を備える受電光通信装置。

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