(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の送受信装置が、第１の信号を送信するステップと、
第２の送受信装置が、前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信するステップと、
前記第１の送受信装置が、前記第２の信号を受信するステップと、
前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節するステップと
を有し、
前記第１の信号として、複数チャンネルを順次切替えて信号を送信する場合に、前記エネルギーを調節するステップは、送信すべきデータ列を送信するチャンネルの直前のチャンネルのデータ列の内の、最初の所定範囲のデータ列を値０のビットとし、前記最初の所定範囲のデータ列の次の最後の所定数ビットのデータ列のマーク率を０．５として、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にすることで、前記第１の送受信装置が、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行うステップを含む
ことを特徴とする省電力通信方法。
【請求項２】
第１の送受信装置が、第１の信号を送信するステップと、
第２の送受信装置が、前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信するステップと、
前記第１の送受信装置が、前記第２の信号を受信するステップと、
前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節するステップと
を有し、
前記第１の信号として、多重信号を送信する場合、前記エネルギーを調節するステップは、使用していないチャンネルのペイロード部分をマーク率が低い信号として、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にすることで、前記第１の送受信装置が、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行うステップを含む
ことを特徴とする省電力通信方法。
【請求項３】
前記品質を示す値は、誤り率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の省電力通信方法。
【請求項４】
前記第１の送受信装置が、前記第１の信号を、誤り訂正符号を含む信号として生成するとともに、該誤り訂正符号の誤り訂正性能に応じたレベルに前記目標品質レベルを低下させるステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の省電力通信方法。
【請求項５】
前記第１の信号がスクランブルされた信号列であるときに、前記エネルギーを調節するステップは、前記スクランブルされたデータ列をマーク率０．５未満の信号にすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の省電力通信方法。
【請求項６】
前記第１の信号を送信するステップは、前記第１の送受信装置と前記第２の送受信装置を含むシステムを２系統有する１＋１プロテクションシステムの両方の系統で信号を送信するステップであり、
前記エネルギーを調節するステップは、前記１＋１プロテクションシステムの一方の系統と他方の系統とで独立に送信のエネルギーを調節するステップであり、
前記１＋１プロテクションシステムの一方の系統又は他方の系統のいずれかに切替えるステップを有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の省電力通信方法。
【請求項７】
前記系統を切替えるステップにおいて、前記一方の系統において誤り率の低い系統を選択し、選択した系統の誤り率を目標誤り率以下になるように調節することを特徴とする請求項６に記載の省電力通信方法。
【請求項８】
前記第１の信号を送信するステップは、波長多重された信号を送信するステップであり、
前記エネルギーを調節するステップは、伝送による光損失が最も少ない光波長を選択して前記第１の信号の送信に用いるステップを含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の省電力通信方法。
【請求項９】
前記第１の信号を送信するステップは送受信を行う経路が複数存在する、光パス網を経由して送信するステップであり、
前記エネルギーを調節するステップは、要求される通信トラヒックを伝送するのに、必要なエネルギーが最も少なくなる経路を選択するステップを含む
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の省電力通信方法。
【請求項１０】
前記第１の信号が誤り訂正符号により符号化された信号であり、前記誤り訂正符号の冗長度を変更するステップを含む
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の省電力通信方法。
【請求項１１】
第１の信号を送信する第１の送受信装置と、
前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信する第２の送受信装置と、
前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節する調節手段と
を有し、
前記調節手段は、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にするマーク率変更手段を含み、
前記第１の送受信装置は、前記第１の信号を順次送信チャンネルを切替えて送信する手段を有し、
前記マーク率変更手段は、送信すべきデータ列を送信するチャンネルの直前のチャンネルのデータ列の内の、最初の所定範囲のデータ列を値０のビットとし、前記最初の所定範囲のデータ列の次の最後の所定数ビットのデータ列のマーク率を０．５として、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行う手段である
ことを特徴とする省電力通信システム。
【請求項１２】
第１の信号を送信する第１の送受信装置と、
前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信する第２の送受信装置と、
前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節する調節手段と
を有し、
前記調節手段は、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にするマーク率変更手段を含み、
前記第１の信号として多重信号を送信する場合、前記マーク率変更手段は、使用していないチャンネルのペイロード部分をマーク率が低い信号として、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行う手段である
ことを特徴とする省電力通信システム。
【請求項１３】
前記品質を示す値は、誤り率であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の省電力通信システム。
【請求項１４】
前記第１の送受信装置は、
前記第１の信号を、誤り訂正符号を含む信号として生成する符号化手段と
該誤り訂正符号の誤り訂正性能に応じたレベルに前記目標品質レベルを低下させる送信制御手段と
を有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の省電力通信システム。
【請求項１５】
前記第１の信号がスクランブルされた信号列であるときに、前記マーク率変更手段は、前記スクランブルされたデータ列をマーク率０．５未満の信号にすることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の省電力通信システム。
【請求項１６】
前記省電力通信システムは、前記第１の送受信装置と前記第２の送受信装置を含むシステムを２系統有する１＋１プロテクションシステムであり、
前記調節手段は、
前記１＋１プロテクションシステムの一方の系統と他方の系統とで独立に送信のエネルギーを調節する手段と、
前記１＋１プロテクションシステムの一方の系統又は他方の系統のいずれかに切替える手段とを有する
ことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の省電力通信システム。
【請求項１７】
前記系統を切替える手段は、選択した系統の誤り率を目標誤り率以下になるように調節することを特徴とする請求項１６に記載の省電力通信システム。
【請求項１８】
前記第１の送受信手段は、前記第１の信号として、波長多重された信号を送信する手段を有し、
前記調節手段は、伝送による光損失が最も少ない光波長を選択して前記第１の信号の送信に用いる手段を含む
ことを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の省電力通信システム。
【請求項１９】
前記第１の送受信手段は、送受信を行う経路が複数存在する光パス網を経由して第１の信号を送信し、
前記調節手段は、要求される通信トラヒックを伝送するのに、必要なエネルギーが最も少なくなる経路を選択する管理制御手段を含む
ことを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれか１項に記載の省電力通信システム。
【請求項２０】
前記第１の信号が誤り訂正符号により符号化された信号であり、前記調節手段が前記誤り訂正符号の冗長度を変更する
ことを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の省電力通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号伝送における省電力化を実現する省電力通信方法及び省電力通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光ファイバを用いて光信号を伝送する光通信システムにおいては、送信装置から送信すべきデータ（伝送したい情報）を光信号として送信するデータ伝送期間（第１の期間）だけでなく、第１の期間以外の期間（第２の期間）にも、マーク率が０．５となるように符号化した光信号を送信装置から送信する。ここで、マーク率Ｒｍは、送信装置の発光部が発光している期間（光信号レベルが‘１’の期間）ｔ１と送信装置の発光部が発光していない期間（光信号レベルが‘０’の期間）ｔ０を用いて次式で定義される。
Ｒｍ＝ｔ１／（ｔ０＋ｔ１）
【０００３】
データ伝送期間（第１の期間）以外の第２の期間に、符号化した光信号を伝送しないようにすれば、光通信システムの電力消費を削減できるので、第２の期間にマーク率０．５で光信号を伝送することは電力の無駄遣いであるようにも思える。しかし、第２の期間に光信号を伝送し続けることは、以下の理由１〜３により必要である。
【０００４】
〔理由１〕一般に、光通信システムを構成する受信装置及び中継器は、光信号を受信できない場合に、伝送線路の不具合（例えば、光ファイバの切断）又は送信装置の故障が発生したと判断して、警報を出力したり又は伝送線路を予備系統に切り替えたりする手段を備えている。
【０００５】
〔理由２〕光通信システムの受信装置は、通信開始前に、（動作１）受信する光信号のレベル（‘１’又は‘０’）を判定するために用いる閾値レベルの決定、（動作２）クロック同期、（動作３）フレーム同期、（動作４）通信方式の確認、（動作５）フレームレベルでの通信品質（ビット誤り率）の確認、（動作６）接続相手先機器の確認及び認証、（動作７）伝送フレームのパスＩＤの確認というような一連の動作を実行するので、受信する光信号がない状態において光信号が入力されたときに、即座に通信を再開できない。
【０００６】
〔理由３〕光通信システムの中継器などで用いられる光励起型光増幅器（例えば、ＥＤＦＡ（エルビウム添加ファイバ増幅器）など）は、入力される光信号がない状態において光信号が急に入力されると、光励起型光増幅器に蓄積された励起状態の光子が、外部からの光子の瞬間的な増幅に使用され、極めて強い光を出力する特性があるので、光信号が急に入力されたときに光ファイバや光部品を損傷するおそれがある。
【０００７】
また、例えば、特開平６−２９９２７号公報（特許文献１）には、光信号を停止する前に、送信装置が停止予告通知を送信し、次に、受信装置が確認信号（Ａｃｋ）を送信し、送信装置が確認信号を受信した後に、光信号を停止する光伝送方式が開示されている。このような手順を踏むことで、受信装置は、光入力断（光信号の停止）が障害によるものではないと判断できるので、警報の発報を回避でき、且つ、マーク率０．５で光信号を伝送し続けることによる電力消費を削減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２９９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、上記理由２で説明した状況、すなわち、受信する光信号がない状態において光信号が入力され始めたときに、即座に通信を再開できないという課題を解決できない。
【００１０】
また、特許文献１に開示された技術では、上記理由３で説明した状況、すなわち、中継器などで用いられる光励起型光増幅器が瞬間的に極めて強い光を出力し、光ファイバや光部品を損傷するおそれがあるという課題を解決できない。
【００１１】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、信号伝送に際して必要とされる品質を維持しつつ省電力化を実現できると共に、部品の損傷を引き起こすことなく信号伝送を即座に開始できる省電力通信方法及び省電力通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る省電力通信方法は、第１の送受信装置が、第１の信号を送信するステップと、第２の送受信装置が、前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信するステップと、前記第１の送受信装置が、前記第２の信号を受信するステップと、前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節するステップとを有し、前記第１の信号として、複数チャンネルを順次切替えて信号を送信する場合に、前記エネルギーを調節するステップは、送信すべきデータ列を送信するチャンネルの直前のチャンネルのデータ列の内の、最初の所定範囲のデータ列を値０のビットとし、前記最初の所定範囲のデータ列の次の最後の所定数ビットのデータ列のマーク率を０．５として、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にすることで、前記第１の送受信装置が、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行うステップを含むことを特徴としている。
また、本発明に係る省電力通信方法は、第１の送受信装置が、第１の信号を送信するステップと、第２の送受信装置が、前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信するステップと、前記第１の送受信装置が、前記第２の信号を受信するステップと、前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節するステップとを有し、前記第１の信号として、多重信号を送信する場合、前記エネルギーを調節するステップは、使用していないチャンネルのペイロード部分をマーク率が低い信号として、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にすることで、前記第１の送受信装置が、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行うステップを含むことを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る省電力通信システムは、第１の信号を送信する第１の送受信装置と、前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信する第２の送受信装置と、前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節する調節手段とを有し、前記調節手段は、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にするマーク率変更手段を含み、前記第１の送受信装置は、前記第１の信号を順次送信チャンネルを切替えて送信する手段を有し、前記マーク率変更手段は、送信すべきデータ列を送信するチャンネルの直前のチャンネルのデータ列の内の、最初の所定範囲のデータ列を値０のビットとし、前記最初の所定範囲のデータ列の次の最後の所定数ビットのデータ列のマーク率を０．５として、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行う手段であることを特徴としている。
また、本発明に係る省電力通信システムは、第１の信号を送信する第１の送受信装置と、前記第１の信号を受信し、該第１の信号の品質を示す値を計測し、該品質を示す値に対応する情報を含む第２の信号を送信する第２の送受信装置と、前記第２の信号に基づいて、前記第１の信号のエネルギーを調節する調節手段とを有し、前記調節手段は、前記第１の信号をマーク率０．５未満の信号にするマーク率変更手段を含み、前記第１の信号として多重信号を送信する場合、前記マーク率変更手段は、使用していないチャンネルのペイロード部分をマーク率が低い信号として、前記第２の信号に基づいて、前記第２の送受信装置によって計測される前記品質を示す値が所定の目標品質レベルを満たす範囲内で、前記第１の信号のエネルギーを最小化する調節を行う手段であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、信号伝送に際して必要とされる品質を維持しつつ省電力化を実現できると共に、信号伝送を即座に開始でき、部品の損傷を引き起こすおそれが少ないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る省電力通信システムの一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る省電力通信システムの一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る省電力通信システムの他の例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図４】多重フレームフォーマットの一例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る省電力通信システムの一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る省電力通信システムの一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る省電力通信システムの一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る省電力通信システム（第１の実施形態に係る省電力通信方法を実施することができるシステム）の一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。なお、第１の実施形態に係る省電力通信方法は、光通信システム以外の無線又は有線の通信システムにも適用可能である。
【００１７】
図１に示されるように、第１の実施形態に係る光通信システムは、少なくとも、第１の送受信装置１００と、第２の送受信装置２００とを有するシステムである。第１の送受信装置１００と第２の送受信装置２００は、伝送線路３１１及び中継増幅手段３１２を経由して、又は、伝送線路３２１及び中継増幅手段３２２を経由して、通信を行う。ただし、伝送線路３２１が十分短い場合には、中継増幅手段３１２及び中継増幅手段３２２を備える必要はない。
【００１８】
第１の送受信装置１００は、第１の送信部１１０と、第１の受信部１２０と、伝送信号入力手段１１１とを有している。第１の送信部１１０は、送信制御手段１１２と、符号化手段１１３と、光信号送信手段１１４とを有している。符号化手段１１３は、伝送するデータの入力元である伝送信号入力手段１１１と、使用すべき符号情報の入力元である送信制御手段１１２と、符号化された信号の出力先である光信号送信手段１１４とに接続される。ここで、送信制御手段１１２と符号化手段１１３とは、信号線１１５で接続される。ただし、第１の送受部１１０に符号化された信号が入力される場合には、符号化手段１１３を備える必要はない。光信号送信手段１１４は、符号化手段１１３と、出力する光信号の波形（強度や変調方法など）に関する制御情報の入力元である送信制御手段１１２と、変調した光信号を出力する伝送線路３１１とに接続される。ここで、送信制御手段１１２と光信号送信手段１１４とは、信号線１１６で接続される。
【００１９】
第２の送受信装置２００は、第２の送信部２１０と、第２の受信部２２０と、伝送信号出力手段２２１とを有している。第２の受信部２２０は、受信制御手段２２２と、復号化手段２２３と、光信号受信手段２２４とを有している。また、受信制御手段２２２は、受信した信号の品質を示す値を計測する品質計測手段の一例である誤り率計測手段２２５を有している。誤り率計測手段２２５は、受信制御手段２２２の一部でもよいが、受信制御手段２２２とは別個の構成であってもよい。また、誤り率計測手段２２５は、第２の受信部２２０が受信する信号の品質を示す値を計測できる他の手段に置き替え可能である。
【００２０】
第２の受信部２２０は、光信号の入力元である伝送線路３１１と、受信に必要な変調方法などの制御情報の入力元である受信制御手段２２２と、受信したデータを出力する復号化手段２２３とに接続される。復号化手段２２３は、光信号受信手段２２４と、符号情報などのような復号に必要な情報の入力元であり、復号した伝送情報の一部又は全部を出力する受信制御手段２２２と、復号した伝送情報を出力する伝送信号出力手段２２１とに接続される。受信制御手段２２２は、光信号受信手段２２４と、復号化手段２２３と、伝送情報の誤り率を計測し、計測した誤り率に関する情報（誤り率に対応する情報であり、以下「誤り率情報」ともいう。）を出力する第２の送信部２１０とに接続される。
【００２１】
第２の送信部２１０は、伝送線路３２１を介して第１の受信部１２０に接続される。第１の受信部１２０は、第２の送信部２１０から、光信号送信手段１１４から光信号受信手段２２４までの伝送区間の品質情報として、例えば、誤り率情報を受信して、送信制御手段１１２に出力する。なお、伝送線路３２１の途中には、中継増幅手段３２２を備えてもよい。第１の受信部１２０及び第２の送信部２１０はそれぞれ、第２の受信部２２０及び第１の送信部１１０と同様の構成を有してもよい。ただし、第１の受信部１２０及び第２の送信部２１０は、第２の受信部２１０で計測された誤り率情報を、第１の送信部１１０に伝達できる構成であれば、異なる構成であってもよい。なお、第１の送信部１１０及び第２の受信部２２０を構成する各手段は、図示の構成に限定されず、種々の変形が可能である。
【００２２】
従来の光通信システムは、誤り率を最小にすることを、目標関数とする制御や符号化を行い、送信手段からの光信号の出力強度を調節し、中継増幅手段による光信号増幅率を調節していた。第１の実施形態に係る光通信システムは、誤り率などの品質に関する目標値（以下「目標誤り率」とも言う）を満たす品質で入力された信号を伝送して出力することを条件とするが、従来とは異なり、誤り率を最小化する制御ではなく、許容される誤り率の範囲で消費電力を最小化する制御を行う。したがって、第１の実施形態に係る光通信システムは、許容される誤り率の範囲で消費電力最小化を目標とする動作を実現するのに必要な構成を有している。なお、光通信システムにおいて指定される目標誤り率は、マージンを含めて設定された値であってもよい。
【００２３】
次に、第１の実施形態に係る光通信システムの動作と、そのような動作によって省電力化が実現できる理由を説明する。図１において、伝送信号入力手段１１１から入力された信号は、符号化手段１１３により符号化処理される。符号化手段１１３の符号化処理によって生成された信号列は、受信側（図１においては、第２の受信部２２０）で誤り率を評価できる符号となっていることが必要である。入力時に、何らかの符号化が既に行われている場合、符号化手段１１３は省略可能である。ただし、その場合であっても、既に行われている符号化によって、受信側（図１における第２の受信部２２０）で誤り率を評価できる符号となっていることが必要である。
【００２４】
符号化手段１１３による符号化としては、例えば、ＳＤＨ（同期デジタルハイアラーキー）など、既存のフレーミングを用いた符号化を用いることができる。なお、本願において、「符号化処理」という用語は、フレーミングをも含む処理を意味する。また、第１の実施形態に係る光通信システムは、第１の送受信装置１００として、伝送信号入力手段１１１を複数備え、複数の伝送信号を多重化する手段を備え、多重化された信号を符号化（フレーミングを含む）するＳＤＨ多重装置を用いてもよい。符号化手段１１３からの信号は、光信号送信手段１１４で光信号に変調されて出力され、光ファイバ及び光素子などからなる伝送線路３１１を通って第２の受信部２２０に送られる。伝送距離が送受信可能な距離を越える場合には、中継増幅装置３１１で光信号の信号強度が増幅される。
【００２５】
第２の受信部２２０においては、光信号受信手段２２４で光信号を受信し、復号化手段２２３で復号化を行った後、復号化された信号が伝送信号出力手段２２１から出力される。なお、光信号受信手段２２４が受信する光信号が多重化された信号である場合には、第２の受信部２２０には、多重化された信号を分離する手段を備える必要がある。復号された信号の全部又は制御に必要な情報は、受信制御手段２２２に送られる。受信制御手段２２２内に備えられた誤り率計測手段２２５は、品質指標の１つである誤り率を計測する。誤り率は、光信号受信手段２２４で受信されたすべての信号についての誤り率、又は、受信された信号の一部についての誤り率であってもよい。受信制御手段２２２は、計測された誤り率に関する情報である誤り率情報を第２の送信部２１０に送る。第２の送信部２１０は、誤り率情報を伝送線路３２１を介して第１の受信部１２０に送り、第１の受信部１２０は、受信した誤り率情報を第１の送信部１１０の送信制御手段１１２に送る。送信制御手段１１２は、誤り率情報に基づいて光信号送信手段１１４などを制御する。
【００２６】
送信制御手段１１２は、例えば、受信側（第２の送受信装置２００）から通知された誤り率情報を参照し、目標品質レベルを満たす（目標誤り率を超えない）範囲内で、消費電力を最小にするように光信号送信手段１１４を制御する。具体的な制御方法としては、送信制御手段１１２は、第２の受信部２２０で計測された誤り率が、目標誤り率より低い場合、光信号送信手段１１４の発光部（図示せず）からの発光出力の強度を僅かに（例えば、所定値だけ）低下させ、このような調節動作を繰り返し行い、計測された目標品質レベルから外れた（誤り率が目標誤り率を超えた）場合、光信号送信手段１１４の発光部（図示せず）からの発光出力の強度を上げる。光送信出力強度を調節する上記制御は、光信号送信手段１１４が、光送信信号に周波数チャープを与えて送信するプリチャープ送信を実行する場合にも、適用できる。
【００２７】
また、入力トラヒックが少ない場合には、本来定められた帯域以外の空いた帯域を用いることができるので、符号化手段１１３で誤り訂正符号における冗長度を上げることによって誤り訂正性能を高めた上で、光信号を冗長度を上げる前に比べてより低い強度（出力光パワー）で、本来定められた帯域及び空いていた帯域の両方を用いて送信し、受信側で誤り訂正符号を用いて誤り訂正を施すことで所望の品質を得るようにしてもよい。この制御では、例えば、伝送信号入力手段１１１にてトラヒック量を計測し、その情報を送信制御手段１１２に転送する。そして、送信制御手段１１２で利用可能な帯域に応じた適切な冗長度を求められ、それに従った誤り訂正符号で符号化を行うように、誤り訂正符号の冗長度を変更する制御信号が、信号線１１５を経由して符号化手段１１３に送られる。同時に、送信制御手段１１２から、送信光強度を調整する（冗長度を上げた場合、光強度を下げる）制御信号が、信号線１１６を経由して光信号送信手段１１４の光信号送信手段１１４に送られる。復号化方法や冗長度に関する制御情報は、送信制御手段１１２と受信制御手段２２２の間で直接的に通信を行う方法をとっても良いし、誤り訂正符号の中にそれらの情報を埋め込んでも構わない。なお、使用する空き帯域に関して、伝送する信号と同一のペイロードを用いるだけでなく、例えば、後述する図４及び図４に関する説明文のように、複数のチャネルの信号を多重して送信する場合、他のチャネルに空き帯域があれば、これを用いても良い。また、このような制御の実現に当たっては、第１の送信部１１０だけでなく、第２の受信部２２０に含まれる前置型光増幅手段（図示せず）や、光信号受信手段における電気的増幅手段、復号化手段の誤り訂正制御、中継増幅手段３１２の制御手段は光信号受信手段における出力を制御し、これらの消費電力も含めたトータルの消費電力を最小化することが望ましい。すなわち、光信号送信手段１１４及び中継増幅手段３１２の出力光パワーを下げる組合せと、出力光パワーを下げた各場合における誤り率との関係を示す情報を、例えば、マトリクスとして予め作成してシステム内に記憶しておき、誤り率が目標誤り率以下となる範囲で合計の消費電力を最小とする組合せで動作させる。消費電力を最小とする組合せは、実験結果に基づいて、及び／又は、シミュレーションに基づいて求めることができる。
【００２８】
また、受信制御手段２２２が計測する品質を示す値は、誤り率に限らず、波形モニタなどで測定される光信号のＳ／Ｎ比やアイ開口比、誤り訂正符号による誤り訂正を行う前の誤り率などの、別の指標であってもよい。このように、誤り率を上昇させている原因を把握して、制御の最適化を図ることが、省電力の最大化を実現する上で望ましい。
【００２９】
誤り率が、目標誤り率を僅かに下回る値である場合、例えば、波形モニタで計測して、光信号のパワーが不足してＳ／Ｎが劣化していることが原因で送信側の強度を上げるべきなのか、出力光パワーを下げたことによって非線形効果が弱まったため、設計時の予測波形よりも波形が崩れたことが原因でプリチャープ波形を修正すべきであるのかに応じて、誤り率を向上させるための制御方法を切替えてもよい。また、受信制御手段２２２の計測データを、第１の送信部１１０に誤り率情報として送る代わりに、他の品質情報（例えば、誤り率情報に基づく指令信号など）を送信してもよい。
【００３０】
また、送信制御手段１１２が信号線１１５を介して行う符号化手段１１３の制御は、使用する符号を指示する制御だけでなく、第１の送信部１１０から第２の受信部２２０に各種制御情報を転送するための制御をも含む。さらに、第１の実施形態における省電力化のための制御方法は、単独で利用することができるが、従来の省電力化のための制御方法と組み合わせて利用することもできる。
【００３１】
以上に説明したように、第１の実施形態に係る省電力通信方法及び省電力通信システムを用いれば、信号伝送に際して必要とされる品質を維持しつつ省電力化を実現できる。
【００３２】
第２の実施形態．
図２は、本発明の第２の実施形態に係る省電力通信システム（第２の実施形態に係る省電力通信方法を実施することができるシステム）の一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。図２において、図１に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。第２の実施形態に係る光通信システムは、第１の送受信装置１００ａの第１の送信部１１０ａの符号化手段１１３ａが、省電力を実現する手段として送信制御手段１１２からの制御でマーク率を変更可能なマーク率変更手段１１７を有している点が、第１の実施形態に係る光通信システムと相違する。なお、第２の実施形態に係る省電力通信方法は、光通信システム以外の無線又は有線の通信システムにも適用可能である。
【００３３】
光ファイバを用いて光信号を伝送する多くの光通信システムにおいては、第１の送受信装置１００ａから送信すべきデータ（伝送したい情報）を光信号として送信するデータ伝送期間（第１の期間）だけでなく、第１の期間以外の期間（第２の期間）にも、マーク率が０．５となるように符号化した光信号を送信装置から送信する。第１の実施形態においては、第２の受信部２２０が受信信号の品質を示す値である誤り率を計測し、目標誤り率を満たす範囲で、第１の送信部１１０ａ、中継増幅手段３１２、第２の受信部２２０における前置増幅手段（図示せず）のいずれか１つ以上の消費電力を下げる方法、例えば、第１の送信部１１０が出力する光信号強度を下げる方法を説明した。これに対し、第２の実施形態においては、第１の送信部１１０ａの消費電力（エネルギー）を低下させる方法として、送信する光信号のマーク率を０．５未満とする方法を採用する。
【００３４】
多くの光通信用符号は、ビット同期の安定性、閾値電圧の一定化、雑音帯域をローパスフィルタで削除する、直流成分の力ツトなどを目的として、目標マーク率を０．５とする伝送が行われている。入力データがなく、符号化データとして‘１’又は‘０’が続く場合であっても、マーク率が０．５となるように、スクランブルが行われている。
【００３５】
しかし、マーク率が０．５よりも小さい符号で送信できるならば、より少ないエネルギーで送信可能となる。そこで、第２の実施形態に係る光通信システムの第１の送受信装置１００ａは、マーク率が０．５未満となる符号を用いて送信する、又は、入力がないときにスクランブルをかけずにデータ‘０’を送信する。この場合の課題は、一般にマーク率が０．５未満では、伝送時の誤り率がマーク率０．５の場合より高くなるということである。
【００３６】
そこで、第２の実施形態においては、受信側（第２の受信装置２２０）で誤り率を計測し、計測された誤り率情報を送信側（第１の送信装置１１０ａ）に通知して、必要な品質（例えば、目標誤り率）を満たす範囲でマーク率を調整し、消費電力を下げた通信を行う。具体的には、第１の送信装置１１０ａは、誤り率が目標誤り率を超えない範囲内で、マーク率変更手段１１７において、マーク率を少しずつ下げる。マーク率を下げることによって消費電力を下げることができるが、マーク率の減少量に応じて、第２の受信部２２０の誤り率計測手段２２５で計測される誤り率が上昇（悪化）すると考えられる。誤り率計測手段２２５で計測された誤り率に関する情報は、伝送線路３２１及び第１の受信部１２０経由で第１の送信部１１０ａに伝えられ、第１の送信部１１０ａは、受信側で計測される誤り率が、要求品質を下回らないように（目標誤り率を超えないように）でマーク率を下げる。第１の送信部１１０ａに伝えられる情報は、誤り率そのものではなく、マーク率を操作するのに必要な情報であれば、マーク率そのもの以外の情報（例えば、制御命令）であってもよい。
【００３７】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る省電力通信システムの他の例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。図３において、図２に示される構成と同一又は対応する構成には、同じ符号を付す。市販されている既存の多重伝送装置などにおいては、スクランブル機能を外すことができないものがある。図３においては、既存の送受信装置に、既存の符号化機能手段が内蔵されており、自動的にスクランブルされている。そこで、図３に示す構成の符号化手段１１３ａにおいては、既存符号化機能による符号化が行われると、マーク率が０．５より小さくなるような変換の符号化を行い、マーク率を０．５未満としている。
【００３８】
図４は、多重フレームフォーマットの一例を示す図である。図４に示されるように、市販されている既存のＳＤＨ多重伝送装置（例えば、図４の符号４０１）においては、例えば、２．５Ｇｂｉｔ／ｓｅｃの信号４入力（ＣＨ１〜ＣＨ４）を、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃの信号１出力となるように多重して出力する構成を採用している。このような多重伝送装置においては、ＣＨ１〜ＣＨ４の４ｃｈ中の１ｃｈが未使用となる場合が頻繁に発生する。そのような場合、未使用ＣＨ成分のマーク率を０．５よりも小さくして送信することで、消費電力を下げることができる。具体的には、図４に示されるように、８ビット毎にＣＨ１〜ＣＨ４の信号を多重して伝送するが、ＣＨ３とＣＨ４の入力がない場合、ＣＨ３の全ビットとＣＨ４の前半４ビットを‘００００’として、ＣＨ４の後半４ビットを‘１０１０’の固定パターンとしている。最後の４ビットを‘１０１０’としているのは、送信すべきデータが存在するＣＨ１のデータ列の直前のビット列（ＣＨ４の後半４ビット）のマーク率を０．５とすることで、ＣＨ４の後半４ビットに続くＣＨ１のデータ列の信号を安定的に受信できる。詳細に言えば、送信すべきデータが存在するＣＨ１のデータ列の直前のビット列（ＣＨ４の後半４ビット）のマーク率を０．５とすることで、受信する光信号がない状態において光信号が入力され始めたときに、即座に通信を再開できないという従来の課題、及び、中継器などで用いられる光励起型光増幅器が瞬間的に極めて強い光を出力し、光ファイバや光部品を損傷するおそれがあるという課題を解決できる。
【００３９】
また、ＳＴＭ（同期転送モジュール）１信号を６４多重するＳＴＭ６４信号を用いるシステムの場合には、マーク率を０．５未満にする方法として、使用していないＳＴＭ１信号のペイロード部分をマーク率が低い信号とする方法を用いてもよい。
【００４０】
以上に説明したように、第２の実施形態に係る省電力通信方法及び省電力通信システムを用いれば、マーク率を下げても誤り率などの要求品質を満たす通信が可能であり、必要とされる品質の通信を行いながら消費電力を最小化することが可能となる。また、第２の実施形態に係る省電力通信方法及び省電力通信システムを用いれば、信号伝送を即座に開始でき、部品の損傷を引き起こすおそれが少ないという効果もある。
【００４１】
第３の実施形態．
図５は、本発明の第３の実施形態に係る省電力通信システム（第３の実施形態に係る省電力通信方法を実施することができるシステム）の一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。図５に示されるように、第３の実施形態に係る光通信システムは、第１又は第２の実施形態に係る光通信システムと同様のシステムを２系統（５０１及び５０２）用意し、その前段に複製機能手段５０３を配置し、後段に制御手段５０４と選択手段５０５を配置した構成を有している。なお、第３の実施形態に係る省電力通信方法は、光通信システム以外の無線又は有線の通信システムにも適用可能である。
【００４２】
第３の実施形態に係る光通信システムは、１＋１プロテクション伝送方式を採用する１＋１プロテクションシステムと呼ばれる高信頼伝送方式のシステムである。１＋１プロテクションシステムにおいては、送信元から、受信先への伝送線路と送受信装置を２系統用意し、通常は２系統で情報を伝送する。また、１＋１プロテクションシステムの一方の系統と他方の系統とは、独立に送信のエネルギーを調節する手段（図示せず）を有する。そのため、伝送線路又は送受信装置の１個に障害（故障）が発生した場合であっても、制御手段５０４で障害を検出し次第、正常に動作している他の系統を使用するように選択手段５０５を切り替えることで、あたかも障害が発生しなかったかのように動作させることができる。また、このとき、選択した系統の誤り率を目標誤り率以下になるように調節することもできる。第３の実施形態においては、１＋１プロテクションシステムにおいて、例えば、以下の２種類の方法１及び２を用いることで、信号伝送における省電力化を実現することもできる。
【００４３】
（方法１）図５に示されるように、システム５０１のＡ１系をデータ送信に使用する系統としているとき（すなわち、Ａ１系が運用系統であるとき）に、予備系統であるシステム５０２のＡ２系においてはマーク率や光信号強度を下げてデータを送信し、運用系統であるシステム５０１のＡ１系における障害を制御手段５０４が検出し次第、運用系統をシステム５０２のＡ２系に切り替えて、運用系統になったシステム５０２のＡ２系におけるマーク率や光信号強度を上げる。なお、システム５０１のＡ１系及びシステム５０２のＡ２系の品質として、システム５０１のＡ１系が運用系統として信号送信をしているときに、
・システム５０１のＡ１系における送信信号を最高品質とし、システム５０２のＡ２系における送信信号は要求品質を僅かに超える品質（目標誤り率を僅かに下回る誤り率）とする方法と、
・システム５０１のＡ１系における送信信号が要求品質を僅かに超える品質（目標誤り率を僅かに下回る誤り率）とし、システム５０２のＡ２系における送信信号を要求品質を下回る品質（目標誤り率を僅かに超える）とする方法とがある。
【００４４】
（方法２）図５に示されるように、システム５０１のＡ１系における送信信号及びシステム５０２のＡ２系における送信信号のいずれも、目標誤り率を僅かに上回る、又は、目標誤り率を僅かに下回る目標誤り率を僅かに下回る誤り率とし、システム５０１のＡ１系で誤りがあった場合、システム５０２のＡ２系の情報を転送することで、送信を実現できるようにする方法がある。
【００４５】
以上に説明したように、第３の実施形態に係る省電力通信方法及び省電力通信システムを用いれば、１＋１プロテクションシステムにおいて、必要とされる品質の通信を行いながら消費電力を最小化することが可能となる。
【００４６】
第４の実施形態．
図６は、本発明の第４の実施形態に係る省電力通信システム（第４の実施形態に係る省電力通信方法を実施することができるシステム）の一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。図６に示されるように、第４の実施形態に係る光通信システムは、第１の実施形態に係る光通信システムに示される第１の送信部１１０及び第２の受信部２１０の組を１波長の光信号の送受信に使用し、この組をＮ組（Ｎは正の整数）並べて各々異なる光波長の信号で送受信する波長多重伝送システムである。なお、第４の実施形態に係る省電力通信方法は、光通信システム以外の無線又は有線の通信システムにも適用可能である。
【００４７】
第４の実施形態に係る省電力通信システムの基本的な動作は第１の実施形態に係る省電力通信システムの動作と同様である。第４の実施形態においては、波長多重伝送を実現するため、各送信部Ａ１〜ＡＮに内蔵される光送信デバイス（図示せず）が出力する光信号の波長は互いに異なる波長とする。また、各送信部Ａ１〜ＡＮに内蔵される送信デバイス（図示せず）が出力波長可変式のデバイスである場合には、互いに異なる波長となるように設定する。出力された光信号は光合波手段８０１で合波し、１本の光ファイバ８０２，８０４で伝送する。ただし、プロテクションシステムを構成する場合には、光ファイバを２系統以上使用してもよい。また、必要に応じて、中継増幅手段８０３を備えてもよい。受信側においては、光分離手段８０５を用いて、多重された光信号を波長毎に分離し、分離された各波長の光信号を第２の受信部Ｂ１〜ＢＮに導く。第２の受信部Ｂ１〜ＢＮにおいては信号の品質を示す値である誤り率を計測し、計測結果を誤り率情報として、第２の送信部２１０から伝送線路３２１を経由して、第１の受信部１２０に送信する。この情報は、第１の送信部Ａ１〜ＡＮに送られ、要求品質を下回らない（すなわち、目標誤り率を超えない）範囲で、出力光強度を下げる制御、及び／又は、マーク率を下げる制御を行い消費電力を最小化する。
【００４８】
また、光波長によって、光ファイバでの吸収特性や、増幅器における増幅特性が異なるので、同一の品質（誤り率）を達成する消費電力は異なる。そこで、データを送信する際には、消費電力を最も少なくできる波長の送信部及び受信部の組を優先的に使用し、消費電力を２番目に少なくできる波長の送信部及び受信部の組を次に使用し、以下同様に、消費電力をより少なくできる波長の送信部及び受信部の組を優先的に使用する。この制御は、送信部及び受信部の各組ごとの消費電力を計測する手段（図示せず）と、この計測結果に基づいて、優先的に使用する送信部及び受信部の組を選択する手段（図示せず）とによって実行される。
【００４９】
図６の構成においては、第２の受信部Ｂ１〜ＢＮで受信されたすべての誤り率情報を集約して、第２の送信部２１０と第１の受信部１２０の１つの組で送受信しているが、第２の送信部と第１の受信部の複数の組を用いて伝送するように構成してもよい。また、第２の受信部Ｂ１〜ＢＮ側から第１の送信部Ａ１〜ＡＮ側に送信する情報は、誤り率情報そのものではなく、光強度やマーク率を上げる／下げるというような制御情報であってもよい。なお、このことは、すべての実施形態について当てはまる。また、第４の実施形態は、光波長多重ではなく、光符号多重（ＯＣＤＭＡ）伝送でもよく、その場合には、送信部Ａ１〜ＡＮ、受信部Ｂ１〜ＢＮ、光合波手段８０１や光分波手段８０５を光符号多重用のものに置き換える必要がある。
【００５０】
以上に説明したように、第４の実施形態に係る省電力通信方法及び省電力通信システムを用いれば、光波長多重伝送系において、必要とされる品質の通信を行いながら消費電力を最小化することが可能となる。
【００５１】
第５の実施形態．
図７は、本発明の第５の実施形態に係る省電力通信システム（第５の実施形態に係る省電力通信方法を実施することができるシステム）の一例としての光通信システムの構成を概略的に示す図である。図７に示されるように、第５の実施形態に係る省電力通信システムは、複数の送受信装置９０１〜９０５（送信部及び受信部の両方を含む装置であって、第１〜第４の実施形態における送受信装置に対応する。）と、複数のクロスコネクト手段（ＸＣ）９１１〜９１５と、これらの構成を制御及び管理するネットワークエレメント制御管理手段（例えば、ＮＥ−ＯｐＳ：Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ手段）９２０とを有している。なお、図７には、光中継増幅手段を図示していないが、必要に応じて各手段を結ぶ光ファイバ上、及び／又は、クロスコネクト手段や送受信装置の前後に、光中継増幅手段を実装してもよい。また、図７には、複数の送受信装置９０１〜９０５の伝送信号入力手段（図１における符号１１１）及び伝送信号出力手段（図１における符号２２１）を図示していないが、実際には、送受信装置の前後、又は、送受信装置内に備えられている。
【００５２】
また、図７には、第５の実施形態に係る省電力通信システムの理解を助けるため、伝送信号入出力手段の先に接続される装置であるルータ手段９３１〜９３５と、ルータ手段９３１〜９３５の先に接続される装置である家庭用のＰＣ端末９４１〜９４４及び企業ＬＡＮ９５１〜９５４と、通販サーバ９６１や動画配信サーバ９６２とが図示されている。これらのサーバ、ＰＣ、ＬＡＮは、専用線、ＡＤＳＬ回線、光アクセス回線などで接続される。
【００５３】
第５の実施形態に係る光通信システムは、基本的には第１〜第４の実施形態と同様の動作をさせるが、送受信装置間を接続する経路が複数存在する点が異なる。例えば、送受信装置９０１と送受信装置９０４とが通信する際には、途中の経路として、クロスコネクト手段であるＸＣ９１１とＸＣ９１４とＸＣ９１３を結ぶ径路や、ＸＣ９１１とＸＣ９１５とＸＣ９１４とＸＣ９１２とＸＣ９１３とを結ぶ径路など、多数の経路が存在する。また、送受信装置９０１内に複数の送受信部が存在し、一方の送受信部は送受信装置９０２と通信し、他方の送受信部は送受信装置９０３と通信することも可能である。また、送受信装置９０１と送受信装置９０４の間では直接的な通信が行われておらず、送受信装置９０１と送受信装置９０３との間、送受信装置９０３と送受信装置９０５との間で通信が行われている場合、送受信装置９０１と送受信装置９０５との間の通信を、送受信装置９０３に接続されているルータ手段９３３経由で通信することも可能である。このような網においては、通信する送受信装置の組、及び、通信経路によって、通過するＸＣ９１１〜９１５や中継増幅手段（図７には図示せず）の段数が異なり、消費電力が異なる。そこで、実際にユーザ信号を送信する前に、各送受信装置間で通信すべきトラヒック量を計算したり、シミュレーションによって予測したり、実測したりして、それらの結果に基づいて、必要なトラヒックを転送するために予備系統に必要な資源も含めて、どの送受信ノード間で、どの経路で通信するのが、消費電力最小となるかを判断する。そして、制御管理手段９２０は、これらの判断結果に基づいて、通信に使用する径路を決定して、決定された径路で通信を行う。通信トラヒックは常に変動しているため、制御管理手段９２０は、通信トラヒックは、常に変動しているため、トラヒック量に応じて送受信装置の組と通信経路を変更（あるいは、削除又は追加）し、省電力に最適な資源割当を行う。また、使用する送受信装置に第１〜第４の実施形態のものが含まれる場合には、各送受信装置による省電力化の能力を生かすように、制御管理手段９２０は、各送受信装置の情報を蓄積し、計算に使用することが望ましい。
【００５４】
具体的な運用方法の例としては、制御管理手段９２０が、ルータ手段９３１〜９３５で観測したトラヒック量のデータを収集・集計し、最適な利用資源を算出する。算出結果に基づいて、ルータ手段９３１〜９３５、送受信装置９０１〜９０５、ＸＣ９１１〜９１５の設定を変更する、という方法を用いることができる。第５の実施形態は、消費電力が最小となる資源を使用するだけでなく、使用する送受信装置９０１〜９０５を第１〜第４の実施形態のいずれかに示された装置とすることによって、消費電力をさらに低下させることができる。
【００５５】
以上に説明したように、第５の実施形態に係る省電力通信方法及び省電力通信システムを用いれば、必要なトラヒックを収容して通信することが可能で、かつ、必要な通信品質を満たし（目標誤り率を超えず）、より少ない消費電力で運用可能な光ネットワークを実現することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１００，１００ａ  第１の送受信装置、  １１０，１１０ａ  第１の送信部、  １１１  伝送信号入力手段、  １１２  送信制御手段、  １１３，１１３ａ  符号化手段、  １１４  光信号送信手段、  １１７  マーク率変更手段、  １２０  第１の受信部、  ２００  第２の送受信装置、  ２１０  第２の送信部、  ２２０  第２の受信部、  ２２１  伝送信号出力手段、  ２２２  受信制御手段、  ２２３  復号化手段、  ２２４  光信号受信手段、  ２２５  誤り率計測手段、  ３１１，３２１  伝送線路、  ３１２，３２２  中継増幅手段、  ５０１，５０２  光通信システム、  ５０３  複製機能手段、  ５０４  制御手段、  ５０５  選択手段、  ９０１〜９０５  送受信装置、  ９１１〜９１５  クロスコネクト手段（ＸＣ）、  ９２０  制御管理手段、  ９３１〜９３５  ルータ手段、  ９４１〜９４４  ＰＣ端末、  ９５１〜９５４  企業ＬＡＮ、  ９６１  通販サーバ、  ９６２  動画配信サーバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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