(57)【要約】      （修正有）【課題】  端末装置との伝送レートが複数種類に渡るマルチレートＰＯＮシステムにおいて、端末装置がどのような伝送レートに対応しているかを局側装置が把握していなくても、自動登録を含む端末装置との制御通信を可能にする。【解決手段】  局側装置１と各端末装置２，３，４の間の下り方向又は上り方向若しくは双方向の通信が基準レートを含む複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、局側装置１に、基準レートと異なる他の伝送レートでの通信能力を有する端末装置３，４について、その端末装置３，４を登録させるとともにその端末装置３，４の能力を認識するための管理系通信を当該基準レートで行わせ、当該端末装置３，４との下り方向又は上り方向若しくは双方向の主信号通信を基準レートと異なる他の伝送レートで行わせる。【選択図】      図１
2007288655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した各光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の端末装置とを含み、前記局側装置と前記各端末装置の間の下り方向又は上り方向若しくは双方向の通信が基準レートを含む複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、
前記局側装置が、基準レートと異なる他の伝送レートでの通信能力を有する前記端末装置について、その端末装置を登録させるとともにその端末装置の能力を認識するための管理系通信を当該基準レートで行う第一のステップと、当該端末装置との下り方向又は上り方向若しくは双方向の主信号通信を基準レートと異なる他の伝送レートで行う第二のステップを有することを特徴とするマルチレートＰＯＮシステム。
【請求項２】
前記局側装置と端末装置は、第二のステップの主信号通信を制御するための送信許可と送信要求を基準レートで通信するとともに、前記局側装置は、すべての前記端末装置からの送信要求を集中的に収集し、動的に帯域割当を行ってその各端末装置に送信許可を集中的に送信する集中型の動的帯域割当を行う請求項１に記載のマルチレートＰＯＮシステム。
【請求項３】
複数の端末装置と光ファイバを介してＰ２ＭＰ形態で接続され、その複数の端末装置との間で基準レートを含む複数の伝送レートで下り方向又は上り方向若しくはこれら双方向の通信を行うマルチレートＰＯＮシステムの局側装置において、
基準レートと異なる他の伝送レートでの通信能力を有する前記端末装置について、その端末装置を登録させるとともにその端末装置の能力を認識するための管理系通信を当該基準レートで行うとともに、当該端末装置との下り方向又は上り方向若しくは双方向の主信号通信を基準レートと異なる他の伝送レートで行うことを特徴とするマルチレートＰＯＮシステムの局側装置。
【請求項４】
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した各光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の端末装置とを含み、前記局側装置から前記各端末装置へ向かう下り方向通信が複数の伝送レートで行われ、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り方向通信が単一の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、
前記局側装置が、前記各端末装置に対する登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系の下り方向通信を当該伝送レートで行う第一のステップと、登録後の当該端末装置に対する送信許可と同端末装置からの送信要求を含む管理系通信と主信号通信を含むすべての下り方向通信を当該伝送レートで行う第二のステップを有することを特徴とするマルチレートＰＯＮシステム。
【請求項５】
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した各光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の端末装置とを含み、前記局側装置と前記各端末装置の間の双方向通信が複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、
前記局側装置が、前記各端末装置に対する登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系通信を当該伝送レートで行う第一のステップと、登録後の当該端末装置に対する送信許可と同端末装置からの送信要求を含む管理系通信と主信号通信を含むすべての通信を当該伝送レートで行う第二のステップを有することを特徴とするマルチレートＰＯＮシステム。
【請求項６】
前記局側装置と端末装置は、第二のステップの主信号通信を制御するための送信許可と送信要求を個々の伝送レートで通信するととともに、前記局側装置は、個々の前記端末装置からの送信要求が到達した時点で個別に帯域割当を行い、当該端末装置に送信許可を個々の伝送レートで送信する分散型の動的帯域割当を行う請求項５に記載のマルチレートＰＯＮシステム。
【請求項７】
複数の端末装置と光ファイバを介してＰ２ＭＰ形態で接続され、その複数の端末装置へ向かう下り方向通信が複数の伝送レートで行われ、その複数の端末装置からの上り方向通信が単一の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムの局側装置において、
前記各端末装置に対する登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系の下り方向通信を始め、すべての下り方向通信を当該伝送レートで行うことを特徴とするマルチレートＰＯＮシステムの局側装置。
【請求項８】
複数の端末装置と光ファイバを介してＰ２ＭＰ形態で接続され、その複数の端末装置との間で基準レートを含む複数の伝送レートで双方向通信を行うマルチレートＰＯＮシステムの局側装置において、
前記各端末装置に対する登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系通信を始め、すべての通信を当該伝送レートで行うことを特徴とするマルチレートＰＯＮシステムの局側装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局側装置と複数の端末装置の間の通信が時分割多重方式でかつ複数の伝送レートで行われることが可能なマルチレートＰＯＮシステムと、このシステムに用いる局側装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＯＮシステム（Passive Optical Network System）は、一つの局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と複数のユーザ端末装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）を光カプラ等のパッシブ素子を介して接続されたＰ２ＭＰ（Point To Multipoint）形態の光ファイバネットワークシステムである。このＰＯＮシステムのうち、ＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-ＰＯＮ）は、イーサネット（Ethernet：登録商標）技術をベースとしたギガビットクラスの伝送システムを経済的に実現するもので、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈＴＭとして２００４年６月に標準化された高速光アクセス方式の一つである。
上記ＰＯＮシステムでは、局側装置から各端末装置に送信される下り信号については、各端末装置向けの信号を整列させて伝送するＴＤＭ（Time Division Multiplexing）方式が採用され、各端末装置から局側装置に送信される上り信号については、互いの信号が衝突しないような正しいタイミングで光信号を送出するＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式が採用されている。このＴＤＭＡ方式での信号送出のタイミングを正確に行うには、端末装置の時計と局側装置の時計が正確に同期している必要がある。
【０００３】
このため、例えば上記ＩＥＥＥ８０２．３ａｈＴＭによる標準規格では、局側装置はローカルクロックをカウントして局側装置の時計（以下、ＰＯＮカウンタという。）を生成すること、ＰＯＮ下り信号の伝送クロックをローカルクロックに同期させること、及び、端末装置に送信するＰＯＮ制御フレームには送信時点のＰＯＮカウンタの値をタイムスタンプとして記すことが規定されている。
また、端末装置としては、ローカルクロックをＰＯＮ受信信号に内包されるクロックに同期させること、ローカルクロックをカウントして端末装置のＰＯＮカウンタを生成するとともに、ＰＯＮ制御フレームを受信したときはそのフレームに記されているタイムスタンプの値でＰＯＮカウンタを更新すること、送信許可はＰＯＮカウンタの値で指示され、端末装置は自身のＰＯＮカウンタが指示された範囲にあるときＰＯＮに送信すること、このときの伝送クロックをローカルクロックに同期させることが規定されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
上記標準規格では、端末装置の自動登録に関して、局側装置が端末装置に登録要求をポーリング（具体的には、送信許可の一種であるディスカバリゲートをブロードキャストする。）し、端末装置が登録要求を送信することでこれに応答し、更に局側装置の登録許可と端末装置の確認応答で登録がなされることも規定されている。しかし、当該標準規格では、伝送レートは上りも下りも共に１．２５Ｇｂｐｓに固定された場合に限られているので、端末装置が送受信する伝送レートが複数種類あるマルチレート化されたネットワークの場合については、端末装置の自動登録やＯＡＭ（Operation Administration and Maintenance）といった、局側装置と各端末装置との制御通信に関する規定はない。
【０００５】
【非特許文献１】IEEE Std 802.3ah（登録商標）-2004 (64. Multipoint MAC Control ; 57.Operation Administration and Maintenance)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＯＮシステムにおいては今後さらに伝送速度の高速化が予想されるが、更に高速化されても、既存のサービスを維持したまま新たな高速サービスを導入できるようにして、複数の伝送レートを共存させる必要がある。この場合、局側装置と各端末装置との通信が複数の伝送レートで行われることになる（以下、マルチレートＰＯＮという。）。
このように、当初想定していなかった高速の伝送レートの端末装置が新たに既設のＰＯＮシステムに新設される場合、かかる高速の端末装置については如何なる伝送レートが受信可能であるか、及びまたは、如何なる伝送レートでリクエストが送信されてくるか不明であるから、伝送レートが固定であることを前提とする上記標準規格に基づいては、端末装置の自動登録を含む制御通信を採用できない。従って、この場合には、局側装置と後発の高速な端末装置との間の登録手続を人手で行わざるを得ず、高速伝送レートに対応する端末装置の導入作業に非常に手間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑み、端末装置がどのような伝送レートに対応しているかを局側装置が把握していなくても、自動登録を含む端末装置との制御通信を可能にして、ＰＯＮシステムの高速サービス化を容易に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための第一の発明は、局側装置と各端末装置の間の下り方向又は上り方向若しくは双方向の通信が基準レートを含む複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、前記局側装置が、基準レートと異なる他の伝送レートでの通信能力を有する前記端末装置について、その端末装置登録させるとともにその端末装置の能力を認識するための管理系通信を当該基準レートで行う第一のステップと、当該端末装置との下り方向又は上り方向若しくは双方向の主信号通信を基準レートと異なる他の伝送レートで行う第二のステップを有することを特徴とする。
【０００９】
上記したＰＯＮシステムでは、当該システムを構成する各端末装置が少なくとも基準レートの受信能力を有することを前提としている。第一の発明によれば、その場合において、局側装置が、基準レートと異なる他の伝送レートでの通信能力を有する端末装置についても、その端末装置を登録させるとともにその端末装置の能力を認識するための管理系通信を当該基準レートで行うようにしたので、端末装置がどのような伝送レートに対応しているかを局側装置が把握していなくても、端末装置の自動登録を行うことができ、当該端末装置の送受信能力を知ることができる。
【００１０】
端末装置から見ると、局側装置との通信は、後述の実施形態でも述べる通り、登録フェーズ、ＯＡＭ初期設定フェーズおよび主信号通信フェーズの順を追って進む。上記第一の発明によれば、当該端末装置の送受信能力の相違に関係なく、登録フェーズ及びＯＡＭ初期設定フェーズの通信は基準レートで行われる。このため、伝送レートが基準レートと異なる端末装置が幾つあっても、基準レートに基づいた自動登録が可能になる。
もっとも、主信号通信フェーズの主信号通信については、局側装置が各端末装置の送受信能力に応じて、より速い伝送レートで行うことが望ましい。そこで、この場合にはＯＡＭ初期設定フェーズにおいて、各端末装置との伝送レートのネゴシエーションを局側装置に行わせることにより、その後の主信号通信フェーズにおいて、各端末装置の通信能力に応じたマルチレートの通信が可能となる。
主信号通信フェーズにおいては、主信号通信と、主信号通信を制御するための送信許可（ＧＡＴＥ）と送信要求（ＲＥＰＯＲＴ）の管理系通信が行われる。これらの主信号通信及び管理系通信の伝送レートは個別に、また上り下り別に、前記ＯＡＭ初期設定フェーズにおいてネゴシエーションすることができる。
【００１１】
上記第一の発明では、送信許可（ＧＡＴＥ）と送信要求（ＲＥＰＯＲＴ）のやり取りを基準レートで統一的に行うとともに、局側装置はすべての端末装置からの送信要求を集中的に収集し、動的に帯域割当を行ってその各端末装置に送信許可を集中的に送信する集中型の動的帯域割当を行うようになっている。
この場合、下り方向に関して、すべての送信許可が基準レートで局側装置から端末装置へ送信されるので、送信許可ごとに送信レートを切り替える必要がなく、この点でレート切り替え時のオーバーヘッドを削減できるという利点がある。また、上り方向に関しても、すべての送信要求が基準レートで端末装置から局側装置に送信されるので、局側装置は送信要求ごとに受信レートを切り替える必要がなく、レート切り替え時のオーバーヘッドを削減できるという利点がある。
【００１２】
上記目的を達成するための第二の発明は、局側装置から前記各端末装置へ向かう下り方向通信が複数の伝送レートで行われ、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り方向通信が単一のレートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、前記局側装置が、前記各端末装置に対する登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系の下り方向通信を当該伝送レートで行う第一のステップと、登録後の当該端末装置に対する送信許可と同端末装置からの送信要求を含む管理系通信と主信号通信を含むすべての下り方向通信を当該伝送レートで行う第二のステップを有することを特徴とする。
または、前記局側装置と前記各端末装置の間の双方向通信が複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、前記局側装置が、前記各端末装置に対する登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系通信を当該伝送レートで行う第一のステップと、登録後の当該端末装置に対する送信許可と同端末装置からの送信要求を含む管理系通信と主信号通信を含むすべての通信を当該伝送レートで行う第二のステップを有することを特徴とする。
【００１３】
上記したＰＯＮシステムでは、各端末装置は一つの伝送レートのみを送受信可能であることを前提としている。さらに、送信可能レートはすべての端末装置に渡って等しい単一のレート（例えば基準レート）である場合と、受信可能レートと等しいレートである場合を前提としている。
一つのＰＯＮシステムにおいては、上り方向の伝送レートが前記いずれの場合であるか統一されており、あらかじめ決められていることを前提としている。すなわち、局側装置は、端末装置に与えた送信許可に対し、上り方向の通信がどのレートで行われるか判っているので、受信に備えることができる。第二の発明によれば、その場合において、局側装置が、登録要求の送信許可を伝送レート毎に送信し、応答があった端末装置を登録させるための管理系通信を当該伝送レートで行うようにしたので、端末装置がどのような伝送レートに対応しているかを局側装置が把握していなくても、端末装置の受信能力の認知と自動登録を同時に行うことができる。
端末装置から見ると、局側装置との通信は、後述の実施形態でも述べる通り、登録フェーズ、ＯＡＭ初期設定フェーズおよび主信号通信フェーズの順を追って進む。上記第二の発明によれば、フェーズに拘わらずすべての通信は端末装置が能力を有する個々の伝送レートで行われる。そのため、前記したような、ＯＡＭ初期設定フェーズにおいて各端末装置との伝送レートのネゴシエーションを局側装置に行わせる必要はない。
【００１４】
更に、第二の発明では、送信許可（ＧＡＴＥ）と送信要求（ＲＥＰＯＲＴ）のやり取りを個々の伝送レートで行うので、個々の前記端末装置からの送信要求が到達した時点で伝送レートごとに個別に帯域割当を行い、その伝送レートに対応する当該端末装置に送信許可を送信する分散型の動的帯域割当を、局側装置に行わせることが好ましい。
この場合、送信要求を上りの主信号と一連のものとして局側装置に送信し、送信許可を下りの主信号と一連のものとして各端末装置に送信することにより、それら送信許可および送信要求を全体的に管理する必要のある前記集中型に比べて、オーバーヘッドを削減できるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の通り、本発明によれば、端末装置の伝送レートが複数種類に渡っているマルチレートＰＯＮシステムにおいて、端末装置がどのような伝送レートに対応しているかを局側装置が予め把握していなくても、自動登録を含む端末装置との制御通信が可能となるので、ＰＯＮシステムの高速サービス化を容易に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
〔ＰＯＮシステムの全体構成〕
図１は、本発明が想定するマルチレートＰＯＮシステムの概略構成図である。
図１において、局側装置１は、複数の端末装置２，３，４に対する集約局として電話局等に設置されており、各端末装置２，３，４は、それぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。局側装置１には１本の光ファイバ（幹線）５が接続されている。この光ファイバ５は光カプラ６を介して複数の光ファイバ（支線）７，８，９に分岐した構成になっており、これによって光ファイバ網１０が構成されている。分岐した各光ファイバ７，８，９の終端にはそれぞれ前記端末装置２，３，４が接続されて、これによってＰ２ＭＰ形態のＰＯＮシステムが構成されている。また、局側装置１は上位ネットワーク１１と接続され、各端末装置２，３，４はそれぞれのユーザネットワーク１２，１３，１４と接続されている。
【００１７】
図１では、簡単のために３個の端末装置２，３，４が接続されたＰ２ＭＰ形態を例示しているが、実際には、一つの光カプラ６から３２分岐して３２個の端末装置を接続することが可能である。また、図１では光カプラ６が一つだけのトポロジーを例示しているが、分岐数の少ない光カプラ６を縦列に複数段配置することにより、広い地域に分散している端末装置を短い光ファイバで局側装置１と接続することもできる。
このＰＯＮシステムでは、下りの光波長と上りの光波長を分けて波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）している。すなわち、局側装置１と端末装置２，３，４間の上り方向通信には単一の波長λ１のレーザ光が使用され、下り方向通信にはその波長λ１とは異なる単一の波長λ２のレーザ光が使用されている。
【００１８】
従って、ＰＯＮメディア（光ファイバ５，７，８，９）と局側装置１及び各端末装置２，３，４の送受信器の間にはＷＤＭフィルタが備えられており、受信すべき波長成分のみ受信器に送られ、かつ、送信器が出力する光信号はＷＤＭフィルタを介して受信光と多重されて光ファイバ５，７，８，９に送られる。なお、上記各波長λ１，λ２は、IEEE Std 802.3ahTM -2004のClause60に従う場合には、１２６０ｎｍ≦λ１≦１３６０、及び、１４８０ｎｍ≦λ２≦１５００の範囲で選択することができる。
このＰＯＮシステムは下り方向又は上り方向若しくはこれら双方向にマルチレートで送信が行われるマルチレートＰＯＮシステムであって、各端末装置２，３，４の受信能力又は送信能力若しくは送受信の双方の能力が互いに異なっていてもよい。図１の例では、各端末装置２，３，４の送受信可能な最大の情報通信レートはそれぞれ１Ｇ、２Ｇ及び１０Ｇｂｐｓであり、１Ｇｂｐｓの信号、２Ｇｂｐｓの信号及び１０Ｇｂｐｓの信号が時分割多重化され、局側装置１と各端末装置２，３，４との間で送受信されるようになっている。
しかし、下りと上り方向の伝送レートは必ずしも同じでなくてもよく、またいずれかの方向については、マルチレートである必要もない。例えば、下りはマルチレートで、上りはすべて１ＧｂｐｓとしたＰＯＮシステムであってもよい。
【００１９】
〔局側装置の構成例〕
図２は、本発明に係る局側装置１の一例を示している。
この局側装置１では、上位ネットワーク１１から送られたフレームは受信部６０を経由して、一旦バッファ６４に保存された後、ＰＯＮ送信部６３を経由し、光信号としてＷＤＭフィルタ６５を通過してＰＯＮの光ファイバ５に送信される。ＰＯＮの光ファイバ５では１心双方向波長多重されており、ＰＯＮの光ファイバ５から送られてきた光信号はＷＤＭフィルタ６５で送信光と分離され、ＰＯＮ受信部６１に送られる。
ＰＯＮ受信部６１において復元されたフレームは、フレーム種別判定部６５によって主信号フレームＦ１と管理系フレームＦ２とに識別され、それぞれ一旦バッファ６２に分別保存される。その後、主信号フレームＦ１はユーザのためのデータとして送信部６６を経由して上位ネットワーク１１に送信される。
【００２０】
一方、管理系フレームＦ２は管理系通信処理部６７に送られる。管理系フレームＦ２には、ＰＯＮ制御フレームやＯＡＭフレームが含まれる。管理系通信処理部６７はＰＯＮ制御フレームを端末装置２，３，４との間でやりとりすることによって、端末装置２，３，４の登録や上りアクセス制御を主管する。ここで、上りアクセス制御において端末装置２，３，４に与える送信許可は、端末装置２，３，４からの要求と網運用ポリシーを勘案して、動的帯域割当部６８が決定する。
ＯＡＭフレームのやりとりは、ＯＡＭ処理部６９が主管する。端末装置２，３，４に送信すべきＰＯＮ制御フレームやＯＡＭフレームは、バッファ６４、ＰＯＮ送信部６３、ＷＤＭフィルタ６５を経由して、主信号フレームＦ１列の間に割り込む形で端末装置２，３，４に送信される。
【００２１】
前記ＰＯＮ送信部６３は、１Ｇまたは２Ｇのレートで８Ｂ／１０Ｂ変換を行う符号化部７１と、１０Ｇのレートで６４Ｂ／６６Ｂ変換を行う１０Ｇ符号化部７２と、符号化部７１と１０Ｇ符号化部７２のいずれかの出力の電気的な２値信号を光のオンオフ信号に変換するＥ／Ｏ変換部７３と、送信スケジューラ７４とから構成されている。
バッファ６４の状態は送信スケジューラ７４が管理しており、この送信スケジューラ７４はバッファ６４内に格納されているフレームのＰＯＮへの送信順序を決定する。この送信スケジューラ７４は、管理系通信処理部６７からの通知により、端末装置２，３，４との接続状態と端末装置２，３，４ごとの送信レートを認識している。
【００２２】
また、この送信スケジューラ７４は、自ら決定した送信順序に従い、１０Ｇ符号化部７２と符号化部７１にいずれを有効にするかを指示し、さらに、符号化部７１を有効にする場合は、１Ｇと２Ｇのいずれで動作するかを指示する。そのうえで、送信スケジューラ７４はバッファ６４にフレームの取り出しを指示する。
前記ＰＯＮ受信部６１は、光のオンオフ信号を電気的な２値信号に変換するＯ／Ｅ変換部７５と、１Ｇまたは２Ｇのレートに同期して２値情報を復元するデータリカバリ７６と、その２値情報から８Ｂ／１０Ｂ符号に同期しつつ１０Ｂ／８Ｂ変換してフレームを復元する符号同期部７７と、１０Ｇのレートに同期して２値情報を復元する１０Ｇ−ＣＤＲ７８と、その２値情報から６６Ｂ／６４Ｂ変換しつつフレームを復元する１０Ｇ符号同期部７９と、受信スケジューラ８０とから構成されている。
【００２３】
受信スケジューラ８０には、管理系通信処理部６７から、上り信号が到着する期間と信号のレートが予告されている。受信スケジューラ６７は、上り信号が到着する前に、データリカバリ７６と符号同期部７７の復元系統と、１０Ｇ−ＣＤＲ７８と１０Ｇ−符号同期部７９の復元系統のいずれを有効にするか指示する。なお、前者を有効にする場合は、受信スケジューラ８０は、更に１Ｇか２Ｇのいずれのレートで情報を復元するかを指示する。
【００２４】
〔第一の通信方法〕
以下、図３と図４を参照しつつ、上記構成に係る局側装置１を有するマルチレートＰＯＮシステムで行われる、端末装置２，３，４の自動登録を含む第一実施形態の通信方法を説明する。
本実施形態では、基準レート（ここでは１Ｇ）でＰＯＮ制御通信を行い、マルチレートの各端末装置の自動登録等が行われる。すなわち、本実施形態は、基準レートと異なる他の伝送レート（ここでは２Ｇおよび１０Ｇ）の端末装置３，４に対しても、すべて基準レートに統一してＰＯＮ制御通信を行うことにより、マルチレートの各端末装置２，３，４との間で自動登録を含むアクセス制御を行うことを特徴とする。
【００２５】
なお、図３及び図４では、局側装置をＯＬＴと記載している。また、図３では、新たに登録したい端末装置をＯＮＵ−Ｘと記載し、図４では、レートが１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇの端末装置を、それぞれ、ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃと記載している。
図３は、複数あるマルチレートの端末装置（ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃ）のうちの一つの端末装置に着目して、登録から主信号通信に至るまでのステップを示したものである。
【００２６】
図３に示すように、まず、登録フェーズにおいて、ＯＬＴは、登録要求をポーリングするための送信許可フレームＤＧＡＴＥ（ＰＯＮ制御フレームの一種）をブロードキャストする。
新たに登録したい端末装置であるＯＮＵ−Ｘは、ＤＧＡＴＥを受信すると、そのＤＧＡＴＥに記されている送信許可期間内に、登録要求フレームＲＥＧＲＥＱ（ＰＯＮ制御フレームの一種）をＯＬＴに対して送出する。ＯＬＴはＯＮＵ−Ｘの登録要求を受理する場合は、登録フレームＲＥＧＩＳＴＥＲ（ＰＯＮ制御フレームの一種）をＯＮＵ−Ｘに送信する。
【００２７】
さらに、ＯＬＴはＯＮＵ−Ｘから登録確認フレームＲＥＧＡＣＫ（ＰＯＮ制御フレームの一種）を送出させるために、通常の送信許可フレームＧＡＴＥ（ＰＯＮ制御フレームの一種）をＯＮＵ−Ｘに送信する。ＲＥＧＩＳＴＥＲの応答として、ＯＮＵ−ＸはＧＡＴＥに記された送信許可期間にＲＥＧＡＣＫを送出する。ＯＬＴはＲＥＧＡＣＫを受信して、ＯＮＵ−Ｘの登録手続きを終了する。
【００２８】
登録フェーズに引き続くＯＡＭ初期設定フェーズでは、通常の初期設定や状態確認に加えて、レートのレゴーシエーションをＯＡＭフレームのやりとりによって行う。ここで、図２に記載の本実施形態の局側装置１では、１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇの送受信能力を有しているので、ＯＮＵ−Ｘが１Ｇおよび２Ｇの送受信能力を有するとすれば、主信号の通信については２Ｇで行うのが、帯域効率の点で合理的である。
そこで、かかるネゴシエーションの終了後、しかるべき時点以降のデータ通信は２Ｇのレートで行う。ただし、ＧＡＴＥおよびＲＥＰＯＲＴ等のＰＯＮ制御フレームの通信は基準レート（１Ｇ）で行う。
【００２９】
図４は、レートの異なるＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃが動作しているときの通信方法の例を示している。
図４に示すように、この場合、伝送レートがそれぞれ異なる複数の端末装置（図例では、１Ｇの送受信能力を有するＯＮＵ−Ａ、１Ｇと２Ｇの送受信能力を有するＯＮＵ−Ｂ及び１Ｇと１０Ｇの送受信能力を有するＯＮＵ−Ｃ）と、ＯＬＴとの間で通信が行われている。
【００３０】
ＯＬＴにおける上り帯域割当方式は、すべての端末装置から集中的にＲＥＰＯＲＴを収集し、すべての端末装置の状態を勘案して動的に帯域割当を行う集中型ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation）に従っている。すなわち、ＯＬＴは、ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−Ｂ及びＯＮＵ−ＣへのＧＡＴＥを連続して送信し、ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−Ｂ及びＯＮＵ−ＣからＲＥＰＯＲＴを連続的に送信させる。このように、ＧＡＴＥ群が１Ｇの基準レートに統一して送信されるので、６４バイトのフレーム長をもつＧＡＴＥ単位に送信レートを切り替える必要がなく、レート切換え時のオーバーヘッドを削減することができる。
同様に、本実施形態では、上り帯域割当においても、レート切換えのオーバーヘッドを勘案して、各端末装置への送信許可を配置している。すなわち、前記ＲＥＰＯＲＴ群は１ＧのレートでＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−Ｂ及びＯＮＵ−Ｃから送信されるので、ＯＬＴにおいて、６４バイトのフレーム長であるＲＥＰＯＲＴ単位に受信レートを切り替える必要がなく、レート切換え時のオーバーヘッドを削減することができる。
【００３１】
〔第二の通信方法〕
次に、図５と図６を参照しつつ、上記構成に係る局側装置１を有するマルチレートＰＯＮシステムで行われる、端末装置２，３，４の自動登録を含む第二実施形態の通信方法を説明する。
本実施形態では、端末装置２，３，４それぞれの送受信能力は一つのレートに固定されており、主信号もＰＯＮ制御通信も区別なく、そのレートで通信される。すなわち、本実施形態は、各端末装置２，３，４に対する送信許可とその端末装置からの送信要求を含む管理系通信とその管理系通信以外の主信号通信の双方を、各端末装置２，３，４が有する個々の伝送レート（ここでは１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇ）で行うことを特徴とする。
なお、図５及び図６においても、局側装置をＯＬＴと記載している。また、図５においても、新たに登録したい端末装置をＯＮＵ−Ｘと記載し、図６においても、レートが１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇの端末装置を、それぞれ、ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃと記載している。
【００３２】
図５は、複数あるマルチレートの端末装置（ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃ）のうちの一つの端末装置に着目して、登録から主信号通信に至るまでのステップを示したものである。
この場合のシーケンスは、それ自体は図３に示す通信方法と同様である。もっとも、本実施形態では、下り通信と上り通信の双方が端末装置ごとに所定のレートで行われる。すなわち、ＯＮＵ−Ａでは１Ｇの双方向通信、ＯＮＵ−Ｂでは２Ｇの双方向通信、および、ＯＮＵ−Ｃでは１０Ｇの双方向通信が行われる。
【００３３】
このため、本実施形態では、ＯＡＭ初期設定フェーズにおいてレートのネゴシエーションを行う必要がないので、その制御を行っていない点で図３の通信方法と異なる。
また、図５に示す通信方法では、下り通信と上り通信の双方が端末装置ごとに一定のレートで行われるので、ある一つの端末装置（図５に示すＯＮＵ−Ｘ）に着目した場合、登録フェーズ、ＯＡＭ初期設定フェーズおよび主信号通信フェーズに関係なく、ＰＯＮ制御通信等の管理系通信とデータの送受信である主信号通信の双方が、当該端末装置固有の同じレートで行われる。
【００３４】
図６はＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃが動作しているときの通信方法の例を示している。
図６に示すように、この場合も、伝送レートがそれぞれ異なる複数の端末装置（図例では、１Ｇの送受信能力を有するＯＮＵ−Ａ、２Ｇの送受信能力を有するＯＮＵ−Ｂ及び１０Ｇの送受信能力を有するＯＮＵ−Ｃ）と、ＯＬＴとの間で通信が行われているが、ＯＬＴにおける上り帯域割当方式が図４の場合と異なる。
【００３５】
すなわち、本実施形態におけるＯＬＴの上り帯域割当方式は、個々のＲＥＰＯＲＴが到着した時点で個別に帯域割当を行ってＧＡＴＥを送信する分散型ＤＢＡに従っている。
本実施形態では、オーバーヘッドを出来るだけ少なくするため、ＲＥＰＯＲＴは、上り主信号と一連のものとして（すなわち、上り主信号と同じバーストで）ＯＬＴに送信されている。このことは、ＯＬＴが主信号とＲＥＰＯＲＴを併せて送信できるような送信許可を与えることを意味する。同様に、ＧＡＴＥはＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃへの下り主信号と一連のものとして（すなわち、短いフレーム間ギャップをもって下り主信号の前後あるいは主信号フレーム列の間に）送信されている。
【００３６】
図６に示す例では、初期状態として、ＯＮＵ−Ａ、ＯＮＵ−ＢおよびＯＮＵ−Ｃがすべて未登録の場合を示している。
この場合、まず、１Ｇのレートで登録フェーズが実行され、これにはＯＮＵ−Ａだけが応答でき、その結果としてＯＮＵ−Ａが登録される。引き続き、１ＧレートでＯＮＵ−Ａとの通信（ＯＡＭ、ＰＯＮ制御および主信号通信を含む）が継続する。
しかる後に、２Ｇのレートで登録フェーズが実行され、これにはＯＮＵ−Ｂだけが応答でき、その結果としてＯＮＵ−Ｂが登録される。その後は、ＯＬＴとＯＮＵ−Ａ間の１Ｇでの通信と、ＯＬＴとＯＮＵ―Ｂ間の２Ｇでの通信が切り替わりつつ継続する。
【００３７】
しかる後に、１０Ｇのレートで登録フェーズが実行され、これにはＯＮＵ−Ｃだけが応答でき、結果としてＯＮＵ−Ｃが登録される。その後は、ＯＬＴとＯＮＵ−Ａ間の１Ｇでの通信と、ＯＬＴとＯＮＵ−Ｂ間の２Ｇでの通信と、ＯＬＴとＯＮＵ−Ｃ間の１０Ｇでの通信が切り替わりつつ継続する。
このように、端末装置の送受信可能なレートが限定された場合でも、各端末装置の自動登録を含めた運用が可能である。この場合には、端末装置を安価にすることができる。
【００３８】
〔下り信号フレーム〕
図７は、基準レートに統一してＰＯＮ制御通信等の管理系通信を行う場合（図３および図４の場合）における、マルチレートＰＯＮの下り信号フレームの一例を示したものである。
図７に示すように、このマルチレートＰＯＮでは、情報通信レート１Ｇｂｐｓ／伝送レート１．２５ＧｂｐｓのＧＥ-ＰＯＮをベース（基準レート）とし、これに情報通信レート２Ｇｂｐｓの信号および情報通信レート１０Ｇｂｐｓの信号がＴＤＭされている。情報通信レート１Ｇｂｐｓの期間（以下、これを「１Ｇ期間」と表記する。２Ｇ、１０Ｇについても同様。）においては、基本的にＧＥ-ＰＯＮの伝送方式に則る。すなわち、通信情報１オクテットが８Ｂ／１０Ｂ変換によって１０ビットの伝送情報に変換され、さらにシリアル化された１０ビット列が１．２５ＧｂｐｓのＮＲＺ信号およびそれに対応した光のオンオフ信号として伝送される。
【００３９】
かかるマルチレートＰＯＮにおいて、ＰＯＮ上り方向のアクセス制御を行うための制御用通信はＧＥ-ＰＯＮ方式に則って行われる。すなわち、端末装置２，３，４に対する送信許可はＰＯＮカウンタの値で指示される。このとき、ＰＯＮカウンタの同期は、１Ｇ期間内に間欠的に送られる制御フレーム（ゲートフレーム）に記されているタイムスタンプＴＳで端末装置２，３，４自身のＰＯＮカウンタを更新することによって行われる。
ＰＯＮにおいては、下り信号はすべての端末装置２，３，４が受信するが、受信回路の構成によっては想定外のレート（この場合は２Ｇや１０Ｇ）から想定内のレート（この場合は１Ｇ）に切り替わった場合、改めて行われる同期に時間がかかる。そこで、図７に示す下り信号フレームでは、予め規定できないような超高速信号をマルチレートＰＯＮに将来共存させることを担保するために、局側装置１が端末装置２，３，４にレートの変更を予告するようになっている。
【００４０】
この場合、端末装置２，３，４は、想定外のレート期間の受信信号をマスクしたり（図８のマスク回路１７参照）、受信対象レートのデータを素早く再生できるよう準備することができる。図７に示すように、レート変更の予告は１Ｇ期間の特殊シーケンス（Ｃａ／Ｃｂ／Ｌｈ／Ｌｌ）で各端末装置２，３，４に通知することによって行うことができる。
Ｃａ／Ｃｂはレート予告の特殊シーケンスが始まることと、レートの種別を表す特殊符合である。Ｌｈ／Ｌｌはレートが変更される期間を表す。この通信手順においては、１Ｇ期間を基本として、１Ｇ以外のレート期間の後は一旦１Ｇ期間に戻すものとしている。すなわち、すべての端末装置２，３，４が少なくとも１Ｇ信号の受信能力を有することを前提としている。
【００４１】
端末装置２，３，４の加入手順においては、まず１Ｇ期間の信号を復元し、レート変更予告をトレースしつつ１Ｇ期間はもれなく受信できる状態にしてＰＯＮカウンタを同期する。その後、ＧＥ-ＰＯＮの登録手順と同様に、ディスカバリゲートに応じて、登録要求を送ることを契機として、端末装置２，３，４の登録とリンク確立がなされる。さらにＯＡＭ情報の交換によって、局側装置１は端末装置２，３，４が受信可能なレートを認識する。ここまでに必要な通信はすべて１Ｇ期間に行われる。その後、局側装置１が端末装置２，３，４に下りユーザフレームを送信するときは、最適な送信レートを選択する。
【００４２】
〔端末装置の構成例（その１）〕
図８は、本発明のマルチレートＰＯＮシステム（図１）を構成しうる端末装置１００のＰＯＮインターフェース部の一例を示している。
この図８に示す端末装置１００は、図１に示す本発明のマルチレートＰＯＮシステムに加入できるものであるが、下り信号について基準レート（情報通信レートで１Ｇ）でしか受信できない端末装置（１Ｇ用）２として使用される。
ＰＯＮから受信した光信号は受信器１６によって電気信号に変換され、マスク回路１７に入力される。マスク回路１７は、当該端末装置１００が受信対象としないレートの信号（この場合は、２Ｇ及び１０Ｇの信号）をマスクする。マスク回路２の出力は、その後段のＣＤＲ（Clock Data Recovery）１８に入力され、クロックとデータが復元される。
【００４３】
上記ＣＤＲ１８の後段には符号同期回路１９が接続されている。この回路１９は、復元されたクロックとデータから８Ｂ／１０Ｂ符号の境界を検出するとともに、その８Ｂ／１０Ｂ符号を切り出して１０Ｂ／８Ｂ変換し、フレームを復元する。このとき、８Ｂ／１０Ｂ符号の特殊記号で表現されているレート変更予告を解釈し、受信対象としないレートの信号をマスクする指示を前記マスク回路１７に送る。
このマスクはＣＤＲ１８が想定外の信号を受けて誤動作することを防ぐためのものである。すなわち、マスク回路１７は想定外の超高速信号によりＣＤＲ１８の内部状態が異常になり、想定内の信号に切り替わった後の再同期時間が長くなることを防ぐためのものである。
【００４４】
切り出されたフレームは、符号同期回路１９の後段のフレーム種別分別回路２０に入力され、ＰＯＮ制御フレームとそれ以外のフレームが分別される。このうち、ＰＯＮ制御フレームはタイムスタンプ抽出回路２１を経て制御フレーム処理回路２２に送られる。タイムスタンプ抽出回路２１は、タイムスタンプＴＳを読み取ってそのスタンプＴＳをＰＯＮ時刻制御回路２３とドリフト判定回路２６に送る。
この第一実施形態に係るＰＯＮインターフェースの送信部の基本となるクロックは、例えばＶＣＸＯよりなる電圧制御型水晶発振器２５によって生成される。ＧＥ-ＰＯＮにおいては、ＰＯＮカウンタは１６ビット時間（＝１６ｎｓ）の分解能をもつ３２ビットの情報であることから、本実施形態においては、ＶＣＸＯ２５は１２５ＭＨｚを中心周波数としている。
【００４５】
前記ＰＯＮ時刻制御回路２３は、ＶＣＸＯ２５で生成された基本クロックに基づいてＰＯＮカウンタをインクリメントするとともに、前記抽出回路２１からタイムスタンプＴＳが送られてきたときにＰＯＮカウンタの値を更新する。すなわち、ＰＯＮ時刻制御回路２３は、基本クロックでインクリメントされる３３ビットのカウンタを有し、上位３２ビットをＰＯＮカウンタとして出力する。
更新されたＰＯＮカウンタの情報は、それぞれドリフト判定回路２６と送信制御回路２７に送られる。ドリフト判定回路２６は、タイプスタンプＴＳが送られてきた時点で、タイプスタンプＴＳと更新前のＰＯＮカウンタのずれを判定し、想定外のずれはＰＯＮシステムの異常としてアラームを出力する。また、ドリフト判定回路２６は、想定内のずれに対しては、そのずれが小さくなる方向に前記ＶＣＸＯ２５の可変周波数を補正し、ＶＣＸＯ２５によって生成される基本クロックを調整する。なお、一般的なＶＣＸＯ２５の周波数制御は、制御入力のアナログ電圧レベルを変更することによって行う。
【００４６】
一方、上りフレームは、上りバッファ２８に一旦バッファリングされたあと、前記送信制御回路２７の指示に基づいて順次取り出され、符号化回路２９に送られる。この符号化回路２９は、送信フレームを８Ｂ／１０Ｂ符号化したあとシリアル化し、１ビットのＮＲＺ信号として送信器３０に送る。本実施形態では、基準となる伝送レートが１．２５ＧＨｚになっているから、上記シリアル化は１．２５ＧＨｚの伝送クロックに同期して行われる。また、伝送クロックはクロック逓倍回路３１で基本クロックを元に生成される。
送信器３０は送信制御回路２７からの発光指示信号に基づき、入力されるＮＲＺ信号を光のオンオフ信号に変換する。本実施形態における上り伝送信号はＧＥ−ＰＯＮに基づく１．２５Ｇｂｐｓの信号のみである。
【００４７】
制御フレーム処理回路２２は受信したＰＯＮ制御フレームを解釈して、所定の処理を行う。特に通常のゲートフレームに対しては、そのフレームに含まれている送信開始時刻と送信持続時間（図２参照）を取り出し、送信制御回路２７に送る。送信制御回路２７はＰＯＮカウンタが送信開始時刻に到達した時点で送信器３０に発光を指示し、送信持続時間が経過するまでは発光指示を持続する。このとき、発光指示に先立って上りバッファ２８に送信フレームの取り出しが指示される。
【００４８】
上記した図８に示すＰＯＮインターフェース部を有する端末装置１００によれば、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプＴＳが送られてきた時点で当該タイムスタンプＴＳとＰＯＮカウンタとの時間的ずれが小さくなるように、ＰＯＮカウンタを駆動する基本クロックの周波数を調整し、その調整が行われたＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定しているので、局側装置１と端末装置２，３，４との通信が時分割多重される図１のＰＯＮシステムに使用すれば、当該端末装置１のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができる。このため、各端末装置２，３，４からの上り信号を衝突することなく効率的に伝送することできる。
【００４９】
一方、ＰＯＮ制御フレームに記されているタイムスタンプＴＳは、局側装置１の実装に依存して若干のぶれが生じ易く、また、規約上においても所定範囲のぶれ（例えばＧＥ−ＰＯＮのＯＮＵにおいては、分解能１６ｎｓに対して１２単位のぶれ）が認められている。従って、そのようなぶれが想定されているタイムスタンプＴＳに依拠して基本クロックを調整しても、タイムスタンプＴＳの精度以上に基本クロックを高精度化することができない。
そこで、基本クロックを逓倍させて伝送クロックを生成するのではなく、図８に破線で示すように、基本クロックの発生器であるＶＣＸＯ２５とは個別に設けた伝送クロック発生器３２により、基本クロックとは無関係に生成した端末装置１００固有の伝送クロックを採用することにしてもよい。
【００５０】
この場合、送信開始タイミングが正確になることは同様である上、伝送クロックがタイムスタンプＴＳを参照しない個別の伝送クロック発生器３２によって生成されることから、タイムスタンプＴＳのジッタに影響されない綺麗な伝送クロックが得られ、より受信エラーが生じにくい上り信号を送信することができる。
また、同様の理由から、ドリフト判定回路２６に、過去のタイムスタンプＴＳのぶれの履歴に基づいて基準とすべきタイムスタンプＴＳを決定する機能を付加することが好ましい。
【００５１】
例えば、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を、タイムスタンプＴＳのずれに即応させる他に、タイムスタンプＴＳとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるのでもよい。具体的には、過去のずれを平均化するフィルタによって個々のタイムスタンプＴＳに含まれるぶれの影響を軽減し、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を行う。
同様にＰＯＮカウンタの更新においても、そのときのタイムスタンプＴＳをそのまま用いるのではなく、タイムスタンプＴＳとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるのでもよい。或いは、ＰＯＮカウンタの更新やＶＣＸＯ２５の周波数制御において、一定範囲のずれや特異なずれを無視してもよい。
【００５２】
前記ドリフト判定回路２６はデジタル的なものでもアナログ的なものでもよいが、タイムスタンプＰＳとＰＯＮカウンタのずれはデジタル量なので、ずれ量にもとづいて適切な電圧レベルを求める回路はデジタル回路（プロセッサ及びプログラムに基づくものを含む。）とすることが好ましい。この場合、デジタルな電圧レベルをＤＡコンバータによってアナログ信号に変換し、ＶＣＸＯ２５に与えればよい。
また、伝送レートの切り替えシーケンスにおいて必要な同期時間を設ける場合や、ＣＤＲ１８の構成によってはマスク回路１７はなくてもよい（例えば、後述のオーバーサンプリング方式によるもの。この場合、ＣＤＲ１８はクロックを出力せず、データリカバリだけを行うことになる。）。
【００５３】
また、１Ｇ以外のレートの情報を回復するために、マスク回路１７、ＣＤＲ１８及び符号同期回路１９のうち、必要なものを別個専用に設けてもよい。図８の端末装置１００では発振器としてＶＣＸＯ２５を用いているが、これを電圧制御型発振器（ＶＣＯ）に代替させることもできる。
更に、本実施形態において、１．２５Ｇｂｐｓの伝送方式はＧＥ−ＰＯＮの伝送方式に基づき、２．５Ｇｂｐｓの伝送レートはＧＥ−ＰＯＮを倍速にしたものである。１０Ｇｂｐｓの伝送レートは１０Ｇビットイーサネットの伝送方式に基づく。
【００５４】
〔端末装置の構成例（その２）〕  
図９は、本発明のマルチレートＰＯＮシステム（図１）を構成しうる他の端末装置２００のＰＯＮインターフェース部の一例を示している。
この図９に示す端末装置２００は、下り方向について、１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇのレートを受信可能な端末装置である。従って、この端末装置２００は、図１に示す本発明のマルチレートＰＯＮシステムに加入できることは勿論のこと、１Ｇ用、２Ｇ用及び１０Ｇ用のすべての端末装置２，３，４として使用されうる。また、すべてのレートを受信可能であるから、図８の端末装置１００で採用していたマスク回路１７は設けられていない。
【００５５】
なお、図９の端末装置２００に関する以下の説明においては、上記複数のレート中の特定されたある一つの特定レート信号を、情報通信レートが１０Ｇｂｐｓのハイレート信号であると想定し、情報通信レートが１Ｇ及び２Ｇｂｐｓのローレート信号をその特定レート信号以外の他レート信号と想定している。
また、情報通信レートが１Ｇ及び２Ｇｂｐｓの場合は８Ｂ／１０Ｂ符号の符号化が行われるので、この場合のボーレートは１．２５Ｇｂｐｓ及び２．５ｂｐｓとなり、情報通信レートが１０Ｇの場合は６４ｂ／６６ｂ符号の符号化が行われるので、この場合のボーレートは１０．３１２５Ｇｂｐｓとなる。もっとも、本明細書では、１０．３１２５Ｇｂｐｓのボーレートの場合にも、小数点以下の記載を省略して１０Ｇと記載する。
図９に示す端末装置２００は、基本的な構成が図８に示す端末装置１００とほぼ同様であるから、同じ部分については説明を繰り返さない。
【００５６】
光ファイバから受信した下りの光信号は、受信器１６によって電気信号に変換される。この受信器１６の後段には、ローレート用のデータリカバリ３５とハイレート用のクロックデータリカバリである１０Ｇ−ＣＤＲ３６が接続されている。
このうち、１０Ｇ−ＣＤＲ３６は入力信号から１０Ｇｂｐｓのクロックとデータを復元するものであり、データリカバリ３５は入力信号から１．２５Ｇｂｐｓあるいは２．５Ｇｂｐｓのデータを復元するものである。
【００５７】
図１０は、図９の端末装置２００が採用する、ローレート用（他レート信号用）のデータリカバリ３５の具体例を示している。
このデータリカバリ３５は、相数との積がハイレート相当（従って、この場合は１０ＧＨｚ相当）になる多相クロックで下り信号よりなる入力信号を並列にサンプリングすることにより、その入力信号からローレート信号のデータを復元するオーバーサンプリング方式のデータリカバリよりなり、上記多相クロックによって並列的にサンプリングされた値の変化点の数によって伝送レートを判断するようになっている。
【００５８】
すなわち、図１０において、入力信号は合計八個のフリップフロップ（以下、ＦＦと略記する。）３７でパラレルにサンプリングされた後、そのなかの一つを位相選択回路３８で選択し、出力される。八個のＦＦ３７のサンプリングクロックは２．５ＧＨｚの４相クロックをもとに、位相が９０度ずつ順にずれる配置で与えられる。なお、一つの位相で二つのＦＦ３７が駆動される。
サンプリングされた八本の信号は、レート判定部３９に入力され、同値が連続する頻度から入力信号のレートを「１Ｇ」、「２Ｇ」または「１０Ｇ」の選択肢から判定し、その種別を出力する。
【００５９】
当該端末装置２００において、上記レート判定部３９で行われるレート判定は、サンプリングされた１．６ｎｓ区間に現れる値の変化点の数を調べることによって行われる。このとき、直前のサンプリング区間最終位相のサンプリング結果と、現在のサンプリング区間の最初の位相のサンプリング結果で構成される変化点もカウントされる。
すなわち、変化点がほとんど１以下である区間が続く場合は１Ｇ、殆ど２以下であってかなりの頻度で２の場合が発生する区間が続く場合は２Ｇ、かなりの頻度で連続した変化（例えば、隣接する３位相のサンプリング結果が１０１または０１０となることを意味する。）が発生する区間が続く場合は１０Ｇと判断する。もっとも、いずれにも判定できない区間があってもよい。
【００６０】
レート判定部３９では、これと並行して、変化点の中間に位置する位相（最適位相）が判定され、位相選択回路３８に通知される。レートが１Ｇである場合は八個の位相のうち最適なものは一つしかないが、レートが２Ｇである場合は、二つありうる。
このようにして、いずれかの位相を選択するとともに、以後の区間においてもその位相を選択する（位相ずれに応じて近い位相に移動することは望ましいが、他方の最適位相には移動しない。）。あるいは、レートが２Ｇである場合、特定の隣接する四つの位相を選択範囲とし、その中から最適位相を判断してもよい。
【００６１】
位相選択回路３８は、多相クロック生成器４０からクロックの供給を得て、選択したサンプリング結果を次段の回路と同期がとれるよう、予め決められた位相のクロックでサンプリングし直して出力する。
図２に戻り、上記データリカバリ３５の後段にはローレート用の符号同期回路４１が配置されている。この回路４１は、レート種別が２Ｇである場合、データリカバリ結果のビットシーケンスから８Ｂ／１０Ｂ符号の境界を検出するとともに８Ｂ／１０Ｂ符号を切り出して１０Ｂ／８Ｂ変換し、フレームを切り出す。レート種別が１Ｇである場合は、２Ｇの場合に比べて２分周したクロックで符号同期処理を行う。
【００６２】
前記１０Ｇ−ＣＤＲ３６は１０Ｇ期間の入力信号から、１０Ｇｂｐｓのデータとクロックを復元するものである。図１１は、本実施形態の端末装置ＯＮＵ１が採用する、ハイレート用（特定レート信号用）のクロックデータリカバリである１０Ｇ−ＣＤＲ３６の具体例を示している。
図１１に示すように、本実施形態の１０Ｇ−ＣＤＲ３６は公知のＰＬＬ方式に基づいたＣＤＲであって、下り信号である入力信号と発振器出力との位相を比較する第一位相比較器４２と、発振器出力を所定の分周比の周波数に低下させる分周器４７の出力と参照クロック信号との位相を比較する第二位相比較器４３とを備えている。これらの比較器４２，４３のうちのいずれかの出力が選択され、その選択された位相比較器４２，４３とループフィルタ４４及びＶＣＯ（発振器）４５がＰＬＬを構成する。
【００６３】
すなわち、第一位相比較器４２はＶＣＯ出力と入力信号との位相を比較するのに対して、第二位相比較器４３は参照クロック発生器４６からの参照クロックと、このクロックの周波数に一致するようにＶＣＯ出力を分周器４７によって分周した信号との位相を比較する。この分周した信号は周波数比較回路４８にも入力され、周波数差が定められた範囲内にあるか否か判定される（範囲内でない場合は不一致）。また、参照クロック発生器４７は、ハイレート信号（１０Ｇ）に対して分周器４７の分周比に相当する周波数で参照クロック信号を生成する。
周波数比較回路４８の出力と前記レート判定部３９のレート種別出力はＯＲゲートよりなる切り替えスイッチ（切り替え手段）５２に接続されている。この切り替えスイッチ５２は、周波数比較回路４８における周波数が不一致の場合か、或いは、レート判定部３９におけるレート判定結果が１０Ｇ期間以外の場合に、ＰＬＬのループに第二位相比較器４３を選択する。
【００６４】
すなわち、レート種別が１０Ｇである場合には、切り替えスイッチ５２の外部リセットが解除されて♯１が選択され、１０Ｇ−ＣＤＲ３６が１０Ｇ用のものとして機能する。他方、レート種別が１Ｇまたは２Ｇである場合には、切り替えスイッチ５２の外部リセットがオンになって♯２が選択され、第二位相比較器４３が選択される。第二位相比較器４３が選択されると、予め設定された範囲内の周波数差が認められた参照周波数がＶＣＯ４５に入力されるので、その周波数が大きくずれることがない。
このため、本実施形態の１０Ｇ−ＣＤＲ３６によれば、１０Ｇ以外のローレート信号や、その信号以外に不正な信号が下り信号に含まれていた場合にも、ＶＣＯ４５の周波数が大きくずれるのを防止することができる。
なお、図１１に示す１０Ｇ−ＣＤＲ３６において、分周器４７を省略して、ＶＣＯ４５の出力を第二位相比較器４３と周波数比較回路４８に直接入力することにしてもよく、この場合の参照クロックの周波数はハイレート（１０Ｇ）相当の周波数となる。
【００６５】
図９に戻り、上記１０Ｇ−ＣＤＲ３６の後段にはハイレート用の符号同期回路４９が配置されている。１０Ｇ符号同期回路４９は１０Ｇ−ＣＤＲ３６で復元されたクロックとデータから６４ｂ／６６ｂ符号の境界を検出するとともに６４ｂ／６６ｂ符号を切り出してデスクランブルし、フレームを復元する。
本実施形態では、二つのフレーム種別分別回路５０，５１が設けられ、その一方には符号同期回路（１Ｇ及び２Ｇ用）４１からの信号が入力され、他方には１０Ｇ符号同期回路４９からの信号が入力される。
【００６６】
このうち、符号同期回路４１からの信号を受ける第一フレーム種別分別回路５０は１Ｇあるいは２Ｇレートで送られるＰＯＮ制御フレームを分別し、１０Ｇ−符号同期回路４９からの信号を受ける第二フレーム種別分別回路５１は１０Ｇレートで送られるＰＯＮ制御フレームを分別する。これらのＰＯＮ制御フレームはタイムスタンプ抽出回路２１に送られ、以下の通り処理される。もっとも、本実施形態のタイムスタンプ抽出回路２１では、タイムスタンプを取り出す対象として、１Ｇ、２Ｇ及び１０Ｇのうちの特定のレートで送られたＰＯＮ制御フレームのみに限定してもよいし、それらのすべてのレートで送られたＰＯＮ制御フレームとしてもよい。
【００６７】
図９の端末装置２００は、各自の能力に応じたレートでＰＯＮ上り信号を伝送することができる。そこで、上り信号の伝送レートを１０Ｇｂｐｓとする場合について説明すると、符号化回路２９は、送信フレームを６４ｂ／６６ｂ符号化したあとでシリアル化し、１０ＧｂｐｓのＮＲＺ信号列として送信器３０に送る。このシリアル化は、基準レートを生成するＶＣＸＯ２５とは別に設けた伝送クロック生成器３２が出力する１０ＧＨｚのクロックに同期して行われる。従って、図９の端末装置２００では、上り伝送レートはＶＣＸＯ２５が出力する基本クロックとは無関係である。
一方、上り信号の伝送レートを１．２５Ｇｂｐｓとする場合には、符号化回路２９は、送信フレームを８Ｂ／１０Ｂ符号化したあとシリアル化し、１ビットのＮＲＺ信号として送信器３０に送る。
【００６８】
なお、図８に示す端末装置１００と同様に、この場合の伝送クロックはクロック逓倍回路３１で基本クロックを元に生成することにしてもよい。
制御フレーム処理回路２２は受信したＰＯＮ制御フレームを解釈して、所定の処理を行う。特に通常のゲートフレームに対しては、そのフレームに含まれている送信開始時刻と送信持続時間を取り出し、送信制御回路２７に送る。送信制御回路２７はＰＯＮカウンタが送信開始時刻に到達した時点で送信器３０に発光を指示し、送信持続時間が経過するまでは発光指示を持続する。このとき、発光指示に先立って上りバッファ２８に送信フレームの取り出しが指示される。
【００６９】
上記したＰＯＮインターフェース部を有する図９の端末装置２００によれば、下り信号が１０Ｇｂｐｓのハイレート信号か否かをレート判定部３９が判断し、下り信号がそのハイレート信号のときだけ１０Ｇ−ＣＤＲ３６が復元動作を行い、下り信号に１Ｇｂｐｓや２Ｇｂｐｓのローレート信号が含まれていても１０Ｇ−ＣＤＲ３６は復元動作を行わない。このため、図７に示すレート変更予告のような特殊な通信手順の変更を行わなくても、ハイレートである１０Ｇｂｐｓの信号のデータとクロックを安定して復元することができる。
【００７０】
また、図９の端末装置２００では、下り信号から１Ｇｂｐｓや２Ｇｂｐｓのローレート信号のデータを復元するデータリカバリ３５が設けられ、１０Ｇｂｐｓの信号だけでなく１Ｇｂｐｓや２Ｇｂｐｓの信号のデータも復元できるので、汎用性の高い端末装置となっている。すなわち、この場合の端末装置２００は、レート判定部３９を有するデータリカバリ３５によって伝送レートを自動認識できるので、図７に例示したレート変更予告や切り替え順の制約は必要なく、フレーム間のギャップ時間にレートを切り替えることができる。
【００７１】
そして、上記したローレート用のデータリカバリ３５として、相数との積がハイレート相当（１０Ｇｂｐｓ相当）になる多相クロックで下り信号を並列にサンプリングすることにより、その下り信号から１．２５Ｇｂｐｓまたは２．５Ｇｂｐｓのデータを復元するオーバーサンプリング方式のデータリカバリを採用し、その上で、データリカバリ３５の多相クロックで並列的にサンプリングされた値の変化点の数で伝送レートを判断する回路構成を採用することにより、レート判定部３９を構成している。従って、ローレート用のデータリカバリ３５とレート判定部３９とで回路構成を部分的に共用できるため、端末装置２００の製作コストをより低減することができる。
【００７２】
更に、図９の端末装置ＯＮＵ１によれば、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように、基本クロックに基づく自身のＰＯＮカウンタの調整を行い、その調整が行われた基本クロックに基づくＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定しているので、局側装置１と端末装置２，３，４との通信が時分割多重される図１のＰＯＮシステムに使用すれば、当該端末装置２００のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができる。このため、各端末装置２，３，４からの上り信号を衝突することなく効率的に伝送することができる。
【００７３】
一方、ＰＯＮ制御フレームに記されているタイムスタンプは、局側装置１の実装に依存して若干のぶれが生じ易く、また、規約上においても所定範囲のぶれ（例えばＧＥ−ＰＯＮのＯＮＵにおいては、分解能１６ｎｓに対して１２単位のぶれ）が認められている。従って、そのようなぶれが想定されているタイムスタンプに依拠して基本クロックを調整しても、タイムスタンプＴＳの精度以上に基本クロックを高精度化することができない。
そこで、図９に示す端末装置２００では、基本クロックの発生器であるＶＣＸＯ２５とは個別に設けた伝送クロック発生器３２により、基本クロックとは無関係に生成した端末装置固有の伝送クロックを採用することにしている。
【００７４】
この場合、送信開始タイミングが正確になることは同様である上、伝送クロックがタイムスタンプを参照しない個別の伝送クロック発生器３２によって生成されることから、タイムスタンプのジッタに影響されない綺麗な伝送クロックが得られ、より受信エラーが生じにくい上り信号を送信することができる。
また、同様の理由から、ドリフト判定回路２６に、過去のタイムスタンプのずれの履歴に基づいて基準とすべきタイムスタンプを決定する機能を付加することが好ましい。
【００７５】
例えば、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を、タイムスタンプのずれに即応させる他に、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるものでもよい。具体的には、過去のずれを平均化するフィルタによって個々のタイムスタンプに含まれるぶれの影響を軽減し、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を行う。
同様にＰＯＮカウンタの更新においても、そのときのタイムスタンプをそのまま用いるのではなく、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるものでもよい。或いは、ＰＯＮカウンタの更新やＶＣＸＯ２５の周波数制御において、一定範囲のずれや特異なずれを無視してもよい。
【００７６】
前記ドリフト判定回路２６（図８の端末装置１００の場合も同様）はデジタル的なものでもアナログ的なものでもよいが、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれはデジタル量なので、ずれ量にもとづいて適切な電圧レベルを求める回路はデジタル回路（プロセッサ及びプログラムに基づくものを含む。）とすることが好ましい。この場合、デジタルな電圧レベルをＤＡコンバータによってアナログ信号に変換し、ＶＣＸＯ２５に与えればよい。
なお、図９の端末装置２００でも発振器としてＶＣＸＯ２５を用いているが、これを電圧制御型発振器（ＶＣＯ）に代替させることもできる。
【００７７】
図９に示す端末装置２００において、上り伝送レートは１０Ｇｂｐｓのみに固定してもよいが、１．２５Ｇｂｐｓまたは２．５Ｇｂｐｓ若しくはこれらの双方の能力を備えてもよい。その理由は、接続される局側装置１の能力が限定されている場合に対応範囲が広くなるからである。
また、通信内容に応じて伝送レートを変えてもよい。例えば、前記した通り、登録に際しての通信については基準レート（１Ｇ）で行うようにすれば、登録手順が単純になる。この場合、１Ｇ用又は２Ｇ用の符号化回路若しくはこれらの双方の符号化回路、及び、１．２５ＧＨｚ／２．５ＧＨｚの伝送クロック生成器を１０Ｇｂｐｓのものと並列に設け、送信器３０に与える入力を両符号化回路の出力のうち一方を選択するようにすればよい。
【００７８】
１Ｇと２Ｇの能力を備える場合、共通の符号化回路は８Ｂ／１０Ｂ変換とシリアル化をそれぞれのレートで行う。伝送クロック生成器３２は２．５ＧＨｚとし、１．２５ＧＨｚの信号を送信する場合は、同じ値が２ビット続く２．５Ｇｂｐｓの信号として送信するようにすればよい。
なお、上りマルチレートに対応した局側装置１のＰＯＮ受信部は、図２に示す通り、図１０の端末装置２００のＰＯＮ受信部と同様の構成が可能である。ただし、バースト単位でレートが切り替わる場合でかつレートが予め決まっている場合は、データリカバリ３５におけるレート判定は不要であり、局側装置１がレート種別を指示する。
【００７９】
図９に示す端末装置２００において、データリカバリ３５は、レートを判定する部分のみに限定してよい。レート判定には多相クロックの相数は限定的なものでよく、１０ＧＨｚの２相クロックでサンプリングし、いずれかの位相において、３回連続して値が変化する場合が頻繁にあるか否かを調べるようなものでよい。
登録やＰＯＮアクセス制御のためのＰＯＮ制御通信やマルチキャスト通信に際して、どのレートを使うかは、端末装置２，３，４の能力に関する前提に関連して、多くのバリエーションが考えられる。
【００８０】
すべての端末装置２，３，４が基準レート（例えば１Ｇｂｐｓ）の送受信能力を備えることを前提にすれば、図３及び図４に示す通信方法の説明で既述した通り、ＰＯＮ制御通信やマルチキャスト通信には基準レートで行うのが簡便である。登録後、局側装置１と端末装置２，３，４の能力をネゴシエーションすることによって、以後の１対１通信はより高速なレートを使うように移行できる。
【００８１】
一方、端末装置２，３，４の送受信能力を特定のレートに限定してもよいことを前提にすれば、図５及び図６に示す通信方法の説明で記述した通り、登録手続きをレート毎に独立して行うこともできる。この場合、登録要求のポーリングはレート毎に行われる。マルチキャストフレームであって、受け手が複数のレートに渡る場合、そのマルチキャストフレームは受け手のレート毎に繰り返し送信されるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明が想定するマルチレートＰＯＮシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る局側装置の回路図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るマルチレートＰＯＮシステムの、自動登録から主信号通信までに至る通信手順を示す図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るマルチレートＰＯＮシステムの、各端末装置が動作した場合の通信手順を示す図である。
【図５】第二実施形態に係るマルチレートＰＯＮシステムの、自動登録から主信号通信までに至る通信手順を示す図である。
【図６】第二実施形態に係るマルチレートＰＯＮシステムの、各端末装置が動作した場合の通信手順を示す図である。
【図７】マルチレートＰＯＮシステムの下り信号フレームの一例を示す図である。
【図８】本発明で採用し得る端末装置のＰＯＮインターフェース部を示す回路図である。
【図９】本発明で採用し得る他の端末装置のＰＯＮインターフェース部を示す回路図である。
【図１０】図９に示す端末装置のデータリカバリの具体例を示す回路図である。
【図１１】図９に示す端末装置の１０Ｇ−ＣＤＲの具体例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８３】
１      局側装置
２      端末装置（１Ｇ用）
３      端末装置（２Ｇ用）
４      端末装置（１０Ｇ用）
５      光ファイバ
６      光カプラ
７      光ファイバ
８      光ファイバ
９      光ファイバ
１０      光ファイバ網
１００      端末装置
２００      端末装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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