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表5-4 日本の対内・対外投資：平成12年度末累計額（2001年3月末時点）

A. 產業別對內投資累計額

産業	対内投資累計額
製造業計	5,324
食品	110
繊維	24
ゴム・皮革製品	82
化学	1,272
石油	443
ガラス・土石製品	30
金属	220
機械	2,978
その他	165
非製造業計	7,880
建設業	21
不動産業	339
商事・貿易業	2,028
サービス業	1,526
運輸業	48
通信業	1,155
金融・保険業	2,595
その他	168
合計	13,203

B. 產業別对外投資累計額

(单位：10億円)

業種	対外投資累計額
製造業計	34.187
食糧	3,181
繊維	1,508
木材・パルプ	994
化学	4,478
鉄・非鉄	3,419
機械	2,858
電機	9,126
輸送機	4,751
その他	3,873
非製造業計	71.665
農・林業	424
漁・水業	257
鉱業	5,193
建設業	821
商業	11,016
金融・保険	20,347
サービス業	11,398
運輸業	7,862
不動産業	12,524
その他	1,824
支店	1,656
合計	107,669

注：直接投資累計額は、1950年から2001年3月までの毎年の直接投資届出金額を足し合わせて算出した。

出所： 大蔵省(1999). 財務省ホームページ .
表5-5 対日直接投資に関する既存統計の比較

『事業所・企業統計調査』集計結果	通産省『外資系企業動向調査』	東洋経済新報社『外資系企業総覧』
調査対象時点	1996年10月1日	毎年3月末	毎年10月
対象企業・事業所	各種統計調査の母集団情報を提供するためのに作成されたカバー率は高い（海外の企業によって直接所有された事業所を含む）	外為法に基づき届け出た企業（海外の企業による直接所有された事業所は含まれない）、金融・保険・不動産業を除く	独自の調査・取材（銀行、証券等では海外の企業の支店を含む）
業種分類	事業所レベル	企業レベル	企業レベル
外資系の定義	外資比率10%超	外資比率33.4%超	外資比率50%以上	外資比率3分の1以上	上場企業や主要企業は20%以上、その他は49%
回答率	指定統計のため高い	承認統計であり、低い。96年3月末対象調査の場合、52.1%	不明
<参考データ>調査時点	1996年10月1日	1996年3月末	1998年10月
一次産業	2,338	407	248	N. A.	268
従業者数	7	4	4	N. A.	3
企業数	66	10	6	N. A.	N. A.
事業所数	1,025,450	176,186	102,155	163,135	286,933
従業者数	600	370	311	480	828
企業数	2,714	986	857	N. A.	N. A.
事業所数	2,714	986	857	N. A.	N. A.
一次産業以外の非製造業	1,132,702	308,245	279,844	金融・保険・不動産業を除く、鉱業を含む	203,940
従業者数	2,499	2,065	1,887	61,961	2,456
企業数	32,190	12,082	10,699	641	N. A.
事業所数	32,190	12,082	10,699	N. A.	N. A.
利用できる情報	従業者数（常用・臨時・男子等の内訳別）経営組織・開設時期・立地場所など。業績関連データはない。	業績関連データ豊富ただし、非回答項目も多い。	業績関連データを収録しているものは少ない。
表5-14 深尾・袁部門コードとJIP部門コードの対応表

JIP部門コード	深尾・袁部門コード	深尾・袁部門名
11	1	食品業
12	1	食品業
13	1	食品業
14	1	食品業
15	1	食品業
16	1	食品業
17	2	製糸・紡績
19	3	織物・服装
20	3	織物・服装
21	4	製材・木製品
22	5	家具・装備品製造業
23	6	パルプ
23	7	紙・加工紙
24	8	出版・印刷
27	9	化学肥料
27	10	無機化学基礎製品
28	11	石油化学基礎製品
28	12	合成樹脂
18	13	化学繊維
29	14	石鹸・界面活性剤・化粧品
29	15	医薬品
29	16	塗料・印刷インク
29	17	その他の化学最終製品
30	18	石油製品
31	19	その他石油製品・石炭製品製造業
26	20	タイヤ・チューブ
26	21	ゴム・プラスチック性覆物・同付属品
45	22	プラスチック製品
25	23	なめし革・同製品・毛皮製造業
32	24	ガラス・同製品
32	25	セメント・同製品
32	26	その他窯業・土石製品製造業
33	27	製鉄業
34	28	銅材（非製銅）
34	29	表面処理鋼材
34	30	鍛鋼・鍛工品・鋳鋼
34	31	その他の鉄鋼製品（鉄鋼シャーストリット他）
35	32	非鉄金属鍊・精製
35	33	非鉄金属・同合金圧延業
35	34	その他非鉄金属製造業
36	35	金属製品製造業
37	36	農業機械
37	37	鉱山・土木建築機械
37	38	金属加工機械
37	39	産業用機械・装置
37	40	事務用・サービス用・民生用機械器具
37	41	その他一般機械器具製造業
39	42	民生用電気機械器具
40	43	通信機械器具・同関連機械器具
40	44	電子計算機・同付属装置
40	45	電子機器用・通信機器用部分品
38	46	その他電気機械器具製造業
41	47	自動車・同付属品
42	48	その他の輸送機械（鉄道車両、航空機、自転車など）
43	48	その他の輸送機械（鉄道車両、航空機、自転車など）
44	49	その他の精密機械（医療用機械、理化学機械器具など）
44	50	光学機械器具・レンズ
44	51	時計・同部分品
45	52	その他の製造工業製品（玩具、運動用品、楽器文具）
表5-21 鉱工業生産指数稼働率と日銀短観設備D.Iに関する回帰分析結果：FGLS推定

被説明変数:鉱工業生産指数稼働率
残差について全産業に共通の AR(1)過程を仮定	残差について産業個別のAR(1)過程を仮定	残差について産業個別のAR(1)過程を過程不均一分散を仮定	残差について産業個別のAR(1)過程を過程残差間にクロスセクションの相関を仮定
(1)	(2)	(3)	(4)
当期設備D.I.	-0.00171(15.2)***	-0.00174(15.8)***	-0.00159(18.4)***	-0.00142(15.5)***
前期設備D.I.	-0.00073(6.62)***	-0.00072(6.75)***	-0.00075(8.89)***	-0.00076(8.52)***
タイムトレンド	0.00024(1.72)*	0.00028(2.42)**	0.00005(0.62)	0.00005(0.65)*
No. of obs	1342	1342	1342	1243
No. of groups	12	12	12	11

備考：1) カッコ内は z- 統計量。

2)全ての推計において説明変数には産業ダミーを含むが推定係数は表から略した。

3）$\star P=.10,\star\star P=.05,\star\star\star P=.01$ （两侧検定）
図 5-1 設備稼働率が変動しないと仮定した全要素生産性の算出例

図 5-1-1 全産業、製造業、非製造業の全要素生産性の伸びの推移

（備考）1. 経済企画庁「国民経済計算」、「民間企業資本ストック統計」、通商産業省「通産統計」、労働省「毎月勤労統計調査」により作成。

2. TFP伸び率＝実質GDP伸び率－資本分配率×資本投入(資本ストック×稼働率（製造業のみ））伸び率－労働分配率×労働投入（就業者数×総実労働時間（農林水産業を除く））伸び率

3. 後方 5 年移動平均。

図 5-1-2 非製造業と建設業、金融・保険業の全要素生産性の伸びの推移

出所：経済企画庁編『平成10年度版経済白書』
## ○Management of disasters, accidents and terrorism

Japan shares some of the natural conditions with many of East Asian countries/regions. Based on the lessons learned from experience in natural disasters, MLIT should provide assistance in reinforcing disaster preparedness of other East Asian countries/regions, in both structural and non-structural measures, including observation and warning systems and evacuation procedures.

MLIT should also provide cooperation and assistance in transport security with respect to maritime accidents, post-accident rehabilitation, terrorism and piracy.

## ○ Responses to environmental and energy problems

MLIT should make good use of its expertise to support environmental conservation efforts in East Asia. MLIT should also support the development of cooperative frameworks, including Partnerships in Environmental Management for the Seas of East Asia (PEMSEA) and the Northwest Pacific Action Plan (NOWPAP).

Measures for energy saving contribute to lessening the tight supply-demand situation. In this context, MLIT should support the development and promote environmentally-friendly vehicles.

It is also important for Japan to ensure reliable transport of natural resources. So MLIT should continue to study what it can do to ensure navigation safety in the strategically-important Straits of Malacca and Singapore with the countries concerned.

## ○Solving urban and other related problems

Solving urban problems holds a key to maintaining the vitality of East Asian countries/regions. Banking on its experience, MLIT should continue to cooperate for systematic urban development and support the formation of urban transport networks.

Other fields where MLIT is expected to provide assistance include poverty reduction and community development. Community development can alleviate excessive urbanization, and MLIT has considerable experience in this field, including the establishment of roadside stations.

## ☐Integrated approach to water resources management

There are growing concerns about deteriorating water-related problems in East Asia. MLIT should provide its technologies and systems associated with integrated water resources management while promoting the sharing of related information among the countries concerned.

## ○Utilization of tourism resources

Tourism promotion, among other things, may serve as a engine for further economic development of East Asia. MLIT should offer support in the development of tourism development plans and the utilization of tourism resources in the region.
## 海洋資源調査のための次世代衛星通信技術に関する研究開発

## 1 概要

現在、資源の大半を海外からの輸入に依存している我が国にとって、資源の安定的・効率的な確保は重要な課題となっている。我が国近海の海底資源の開発を促進するため、衛星通信技術を活用し、海底資源の調査の飛躍的な高度化・効率化の実現を目指す。

また、本件成果を応用し、船舶の運航管理、船舶におけるブロードバンドサービス等の更なる高度化、海上の遠隔監視等に貢献する。

## 2 具体的内容

海洋資源の調査を効率化するため、通信衛星を活用した洋上のブロードバンド環境（10Mbps級）を構築するための次世代通信衛星技術を確立する（送信性能増強、衛星補足・追尾性能向上、省電力化等）。

## 3 イメージ図
# 超高速・低消費電力光ネットワーク技術の研究開発

# (課題 I (a) 加入者ネットワーク多分岐化・長延化技術)

# Research and Development for ultra high speed/low power consumption optical network technology

(Task I(a) Technology for multi-forking, long-reach subscriber networks)

代表研究責任者 木村 俊二 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

研究開発期間 平成 24 年度～平成 26 年度

## 【Abstract】

This research and development project is aimed for ultra high speed/low power consumption optical network technology especially focusing on multi-forking, long-reach subscriber networks. The objective of this task is realizing 40 Gbps optical access systems which can accommodate 16 times (512 users) more than the existing number of subscribers, cover twice (40km) longer than current distance and decrease 30% lower than existing power consumption in the central offices. To realize this objective, we developed a WDM/TDM-PON system which consists of 4 wavelengths-multiplexed 10Gbps TDM-PONs. The WDM/TDM-PON system consists of the burst-mode optical amplifier which is developed to be small and have wider dynamic range and the burst-mode optical transceivers that have ultra-fast wavelength tuning capability and economical small size. We also fabricated a new upper-layer DBA algorithm which realizes low power consumption of aggregation part and wavelength tuning protocol and DWBA algorithm. With the newly developed components, a world's first field demonstration has been conducted. The studies and the demonstration successfully performed system's favorable 40Gbps speed, 512 subscribers, 40km transmission and 30% lower power consumption. Some of these accomplishments were adopted into the ITU-T G.multi and G.989 (commonly known as NG-PON2) standardization.

## 1 研究開発体制

○ 代表研究責任者 木村 俊二（日本電信電話株式会社）

研究分担者 向島 俊明†（沖電気工業株式会社†）

研究開発期間 平成24年度～平成26年度

研究開発予算 総額 704 百万円

(内訳)

平成24年度	平成25年度(平成24年度補正分)	平成25年度	平成26年度(平成25年度補正分)
370百万円	220百万円	40百万円	74百万円
## 2 研究開発課題の目的および意義

我が国のインターネット通信量は大幅な伸びを続けており、今後も大幅な増加が予想されている。同時に、これまでの通信機器を単純に高速化した場合、伝送する情報量の増加に比例して通信機器の消費電力も大幅に増加することとなる。そのため、大量の情報を高速かつ低消費電力で伝送できる通信方式や通信機器が求められている。また、災害時等におけるネットワークの途絶といった通信環境の激変に対しても、必要な通信を維持できるネットワークの構築が必要である。これらの課題を解消するため、伝送方式の高性能化等により、ネットワーク全体の超高速化、低消費電力化、耐災害性の強化を同時に実現する技術を平成26年頃までに確立し、国民生活の利便向上と地球温暖化対策に貢献することが目的である。

その中で本研究開発は、アクセスネットワーク（加入者・局舎ネットワーク）高速大容量化・低消費電力化における加入者ネットワーク多分岐化・長延化技術の研究開発を行う。加入者ネットワークにおける収容局に収容する加入者数の16倍（512ユーザ）以上の拡大、また、伝送距離の2倍（40km）以上の拡張により高速大容量化を実現する技術の確立を目指す。これにより、収容局に大規模障害が起きた場合でも他局の設備で代替できるため、大規模災害時においてもネットワークの迅速な復旧が可能となり、耐災害性向上が期待される。また、多分岐長延化によって収容エリアを広域化すれば、装置を配置する局数を減らすことが可能になる。これによりネットワーク全体としての消費電力量を現状よりも3割以上の削減が期待される。

## 3 研究開発成果

本研究課題は、収容可能ユーザ数 512 以上を有し、総伝送距離 40km 以上、局内装置の消費電力 30% 以上削減（対 10Gbps 級装置比）の 40Gbps 級超高速・低消費電力光アクセスネットワークシステムを実証することが目標である。目標を実現するためにまず、システム全体を各小課題に分解し、各課題の検討を進めた後に、各装置を連携させ最終的な総合検証を行うとした。システム全体図と各小課題を図 3-1 に示す。各小課題の具体的な内容と達成目標は以下のとおりである。
## ・課題ア）広域光アクセスシステム構成技術

まず伝送システム全体の方式について、技術的実現性、経済性、既存システムとのマイグレーションの観点から比較検討を行い、伝送システム構成及び基本仕様を明確化する。特に、分岐数の増大によって加入者側装置(ONU)数が増加するため、従来の PON 分岐毎に行っていた動的帯域割当(DBA)機能を上位集線部と連携させることにより所要バッファ量を低減する方法と、複数波長を用いてユーザ数を分散する動的波長帯域割当（DWBA）の機能について最適な方式の検討を行い、課題ウに反映する。また、課題ウの試作設計情報から、収容局集約によって目標である対 10Gbps 級装置比で 30%以上の消費電力削減効果があることを定量的に算出する。また、考案した ONU への波長割当のためのアルゴリズムおよび波長変更プロトコル等を、国際標準化に寄与する。最後に、各課題にて試作したシステムを結合し、総合システム実証実験を行う。

## ・課題イ）光機能部品技術

分岐数の増大に伴い、光ファイバ伝送路の損失増加が懸念される。光合分波器などの受動部品と、光増幅器などの能動部品の高度化により、多分岐化、長延化を実現できるシステムについて検討し、試作検証を行う。また、複数波長を用いたシステムにおける上り下りの光信号経路を切り替える光ルータや波長可変デバイス（レーザやフィルタ等）についても経済性実現に向けて試作検証を行う。以上の検討により、課題エの送受信器との組合せて、収容可能ユーザ数512以上、総伝送距離40km以上を実現する。

## ・課題ウ）大規模メディアアクセス制御技術

分岐数の増大に対応するため、帯域割当機能の大規模化・高度化について検討する。まず、従来の動的帯域割当機能に加えて、課題アにて検討した複数のOSU間の帯域割当を決定する上位集線機能を、複数チャネル化(大容量化)に加えて実現するための試作検証を行う。また複数波長を用いるシステムでは、各ONUに波長と帯域をどのように割当するかを高速に演算してその情報を伝達し、ONUや場合によってはOSUの有する波長可変デバイスを制御する必要があり、課題アの成果である演算アルゴリズムや波長可変デバイスの制御方式、情報伝達のためのプロトコル等を、試作を通じて検証する。

## ・課題エ）高機能バースト送受信技術

長延化・多分岐化を実現するためには、ロスバジェットの拡大が重要である。そのために、収容可能ユーザ数512以上を有し、総伝送距離40km以上のロスバジェットを想定したトランシーバの高出力化・高感度化、光受信レベルの高ダイナミックレンジ化について検討を行い、試作検証を行う。同時に光増幅中継器使用下での特性改善や最適構成の検討も行い、試作に反映する。さらに、10Gbps/波長かつ4波長程度の波長可変性を有する小型で経済的な波長可変バースト送受信器の実現について明らかにし、試作を通じて検証する。

## 次に成果の概要を以下に示す。

まず、課題アにおいて、長延化・多分岐化に有利な光増幅器の導入も含めた伝送システム構成及び基本仕様を明確化した。既存網との親和性や標準化議論状況を勘案し、パワースプリッタを用いた上り下り10Gbit/sを200GHz間隔の4波長多重したWDM/TDM-PONシステムをターゲットにし、目標パワーバジェットを31dB（光アンプ20dB増幅目標）と策定した。次に、収容ユーザ数を拡大する観点から、課題アにおける上位集線DBA技術の検討を行った。集線機能部のバッファ量と帯域利用効率を最適化する方法として、オーバーラップ手法、追加割当手法等を検討した。また、上位集線DBAの実装に必要な計算能力等を洗い出し、測定項目の精査を行う等、課題ウにおける試作ボードの仕様を明確化した。また、ONU内の波長可変デバイスに対する波長設定、変更技術として、IEEE802.3規格におけるGATE,REPORTフレームを活用した波長
切替プロトコルと、ONU 毎のトラフィックをモニタリングし、上り帯域が1波長の上限帯域を超えた場合に、自動的に別の波長へ切替えるDWBA技術を検討し、課題ウのMACボードに実装威して実証した。波長帯域割当、設定プロトコルはITUにおける国際標準化会合において提案し、G.989.3、G.multiに採択された。また、当初課題ウにおいて低消費電力の効果の算出する予定であったが、課題ウにおいてONUエミュレーター試作、実証等のタスクが増えたことから、低消費電力効果の検討は課題アにタスクを変更して実施した。試作システムの構成をベースに、将来商用レベルの部品構成を想定して各構成品の消費電力を算出し、20km半径の4エリアで均一に分布するユーザを10G-EPONシステムで収容した場合と、40kmに長延化した最大512のユーザを収容するWDM/TDM-PONシステムで収容した場合の消費電力を算出し比較した。その結果、集約効果による局内装置の消費電力を最大39%減、スリープ機能を実装したONUも含めるとアクセスNW全体の電力も35%減を達成する見込みであることがわかった。

次に、課題イにおいて、WDM/TDM-PON で用いる波長帯に対応した光機能部品の構成技術を開発した。高速自動レベル制御(ALC)回路を具備し、所外中継および所内中継の双方に対応可能な小型かつ広ダイナミックレンジのバースト信号対応光増幅器を開発し、所外中継、所内中継ともに、40km、512 分岐が達成し得ることを確認した。

また、課題ウにおいて、上位集線 DBA を実装した機能ボードと、WDM/TDM-PON における DWBA 技術および波長設定プロトコルを実装した MAC(FPGA)ボードを開発した。上位集線 DBA 機能ボードは、CONT 盤、上位 DBA 盤、L2SW 盤、OSU 盤から構成される OLT と 16 台の ONU で構成され、それらを接続して PON 伝送基本動作を確認した。また、上位 DBA 盤に課題アで検討した一括して全 ONU に割当する一括 DBA 方式を実装し、従来 L2SW に配備されていた所要バッファ量を 10 分の 1 以下にできることを確認した。WDM/TDM-PON 用 MAC ボードについては、10G-Ethernet フレームを使う 10G-EPON ベースの MAC 機能を 4ch 搭載し、各チャネルに課題エで開発する各種波長可変バースト送受信器が搭載でき、課題アにおいて検討した波長切替プロトコル、ディスカバリ方式、DWBA が搭載可能な OLT および 4 台の ONU と、512 台の ONU が同時にディスカバリを行う動作を模擬する ONU エミュレータを試作し、それらを接続して PON 伝送基本動作およびディスカバリ動作、0～40km にある 512ONU の初期接続、管理が可能であることを確認した。実装したディスカバリ方式は、ITU における国際標準化会合において提案し、G.989.3 に採択された。また、波長切替機能による省電力動作により、あるトラフィックモデルにおいて平均 16% の消費電力削減が可能であることが確認できた。更に波長切替機能を利用することでプロテクション動作の検証により、故障時の自動救济が可能であることが確認でき、ネットワークの耐障害性を向上させることを確認した。

また、課題エにおいては、バースト信号の高いダイナミックレンジを達成しつつ ONU の柔軟な波長とタイムスリット割り当てを実現するための高速性を追求する技術（高速波長可変バースト送受信技術）と、高いダイナミックレンジを満たしつつ小型、経済的に実現することを追求する技術（小型波長可変バースト送受信技術）に分けて検討を行った。高速波長可変バースト送受信技術では、高速イーサネットワーク向けトランシーバに用いられているアレイ集積デバイス技術を導入することにより、収容可能ユーザ数 512 以上を有し、総伝送距離 40km 以上、10Gbps/波長かつ 4 波長の波長可変性を有し、200 ns 以下での高速波長切替時間を有する高速波長可変バースト送受信器を実現した。さらに、光送信器の高出力化により当初目標の倍となる収容可能ユーザ数 1024 を達成することができた。また、小型波長可変バースト送受信技術では光増幅器によるバースト対応光プリアンプ/ブースター及び波形整形処理の開発を行うことにより、42dB 以上の高バジェット化を実現し、512 分岐/40 km の PON システムが実現できることを示した。また、国際標準 G.989.2 で規定している波長切替速度（クラス 2）を満たすことを目的とし、経済的な波長可変フィルタ内蔵の小型波長可変バースト送受信器の試作・評価を行い、システム仕様及び課題整理を行った。検討した光伝
送仕様を ITU における国際標準化会合において提案し、G.989.2 に採択された。

最後に、光増幅器、DWBAを実装したMACボード、波長可変バーストトランシーバを結合した総合システム実証実験を、札幌の複数のNTT東日本ビルを光ファイバで結んだ40kmの模擬テストベッドを構築して行った。システム容量40Gbps(10Gbps×4波)、収容ユーザ数512、総伝送距離40kmの伝送が可能であること、さらに光増幅器局置による1024分岐のファイバ構成でも、ONUの接続動作が可能であることを世界で初めて確認し、当初を上回る成果も達成した。

以上の結果により、収容可能ユーザ数 512 以上を有し、総伝送距離 40km 以上、局内装置の消費電力 30% 以上削減（対 10Gbps 級装置比）の 40Gbps 級超高速・低消費電力光アクセスネットワークシステムを実証し目標を達成することができた。

最後に、研究開発マネジメントの観点から、工夫した点を述べる。研究開発のスケジュール管理に関しては、受託者間横通しの検討体制とその階層化を図り、各小課題別の分科会活動（原則隔週で開催）に加え、合同分科会（月例開催）、全体会合（四半期毎開催）などの上位会合を設定することで、細かい技術の専門的な議論から課題間で共有すべき課題、さらには大綱的な方向性の議論までを包括的に行える体制とし、情報共有・管理の適正化に努めた。また、四囲の状況、進捗状況に応じ、柔軟に計画変更や追加を行った。特に課題ウにおいては、実際に512台ものONUを試作して多分岐化を実証することは、作業量やコスト効率の観点で適当ではないことから、平成25年度において512台分のONU初期接続動作を模擬するONUエミュレータの試作を追加した。また、WDM/TDM-PONにはOLTの省電力動作や波長プロテクションによって効率的な運用や信頼性の向上が実現できるが、標準化においてマルチサービス化に向けてそれらの機能が議論されつつあったことから、平成25年度において省電力、プロテクション機能の試作、検証を追加した。また、上記のとおり、ONUエミュレータ、省電力、プロテクション動作の検討、実証のタスクが増えたことから、省電力効果の検討は課題アにタスクを変更して実施した。以上の取り組みにより、3年間の実施計画は、個々の小課題で若干の遅延や内容の追加変更があったものの、最終的には全課題を実施完了することができた。

### 3.1 課題(ア) 広域光アクセスシステム構成技術

収容可能ユーザ数 512 以上を有し、総伝送距離 40km 以上、局内装置の消費電力 30% 以上削減（対 10Gbps 級装置比）の 40Gbps 級超高速・低消費電力光アクセスネットワークシステムの構成および基本仕様を明確化する。複数波長を用いるシステムでは、ONU への波長割当のためのアルゴリズムおよび波長変更プロトコル等を考案し、国際標準化に寄与する。最後に、各課題にて試作したシステムを結合し、総合システム実証実験を行う。

本検討課題は、検討対象とする光アクセスシステムの方式や小課題間に跨る検討を行った。まず、システム構成及び基本仕様の設計、動的波長帯域割当アルゴリズムの策定を行って各課題に展開し、各課題の成果を集約した後に、消費電力削減効果の検討、総合システム実証実験の実施を行った。

#### 3.1.1 システム構成及び基本仕様の設計

まず、システム容量 40Gbps、収容ユーザ数 512 以上、総伝送距離 40km 以上を実現する次世代加入者ネットワークシステムのシステム構成および基本仕様を明確化した。これにより、各構成技術の達成目標へ展開した。

システム構成としては、従来経済的な光アクセスシステムとして用いられている TDM-PON を波長多重技術によって大容量化する WDM/TDM-PON システムを前提とし、ODN 構成のバリエーションを標
準化検討状況も加味して整理した。その結果、光分岐モジュールとしてパワースプリッタ、N×M周回性AWG、パワースプリッタと1×MAWGを用いる3種類の網構成を導出した。そのうち、標準化において既存パワースプリッタを用いた構成を採用したため、ODNにパワースプリッタを用いることを前提として、図3.1.1-1に示すような、システム容量40Gbps（10Gbps×4波長）、収容ユーザ数512以上、総伝送距離40km以上を実現するシステム構成と、表3.1.1-1に示すようなOSU-ONU間の目標物理インタフェース条件を策定した。

表3.1.1-1 OSU-ONU間の目標物理インタフェース仕様

図 3.1.1-1 WDM/TDM-PON システム構成

上り信号	下り信号
速度[Gbit/s]	10
波長数	4
波長帯[nm]	1530-1540	1575-1580/1585-1625
波長間隔[GHz]	200

分岐数/距離	線路損失[dB]	目標パワーバジェット
64分岐・20km	29.5	31dB(光アンプなし)
64分岐・40km	35	37dB(光アンプなし)31dB+光アンプ
512分岐・40km	45.5	31dB+光アンプ20dB

#### 3.1.2 上位集線 DBA の方式検討

上位集線 DBA の方式には、図 3.1.2-1 に示す(i)複数 OSU の全 ONU に上位集線部が一括して帯域制御する一括 DBA 方式と、(ii) OSU に上位集線部が帯域制御する連携 DBA 方式とがある。それぞれの方式で、ハードウェアの見積りと、上位集線部の所要バッファ量および帯域利用効率を最適化するアルゴリズムを検討した。

図 3.1.2-1 上位集線 DBA による OSU－集線部の帯域制御

一括 DBA 方式では、16OSU の ONU に一括して帯域割当することから、従来の OSU と比較して 16～29 倍の計算能力を持つハードウェアが上位集線部に必要となることを明らかにした。次に、一括 DBA 方式の最適化を検討した。一括 DBA 方式では、PON 区間のオーバーベーヘッドと実データの送信時間とを重畳する手法として、MPCP(Multi Point Control Protocol) フレームと BOH(Burst Overhead) のオーバーラップ手法を検討し、約 100% の帯域利用効率を達成できることを明らかにした。

連携 DBA 方式では、OSU が 32 ONU にすると同様に、上位集線部が 16 OSU に帯域割当することから、従来の OSU 以下の計算能力を持つハードウェアが上位集線部に必要となることを明らかにした。連携 DBA 方式の上位集線部に必要な計算能力は一括 DBA 方式と比較して小さい。そのため、一括 DBA 方式を実装可能な計算能力が上位集線部にあれば、連携 DBA 方式の実装は可能である。連携 DBA 方式では、PON 区間のオーバーヘッド分の帯域利用効率向上の手法として、上位集線部から OSU への追加
割当手法と OSU から ONU への追加割当手法を検討し、約 100% の帯域利用効率を達成できることを明らかにした。

最後に、一括 DBA 方式と連携 DBA 方式を実装可能とする上位集線 DBA 評価ボードの仕様を明確化した。具体的には、図 3.1.2-2 に示すハードウェア全体構成を検討し、必要な処理と要求性能を策定した。また、上位集線 DBA の最適化のために必要な測定項目として、評価ボードを用いた所要バッファ量削減効果と帯域利用効率の評価手法を整理した。

図 3.1.2-2 上位集線 DBA 評価ボードのハードウェアの構成

#### 3.1.3 動的波長帯域割当アルゴリズムの策定

WDM/TDM-PON システムでは、ONU は、送受信波長を変更することにより、運用中に、論理接続する OLT ポートを変更できる。この動的波長運用においては、ONU が OLT からの指示に従って送受信波長を変更する「波長変更プロトコル」と、OLT がトラフィック状況等に応じて各 ONU へ割り当てる波長と帯域を決定する「動的波長帯域割当(DWBA)アルゴリズム」が必要となる。

##### 3.1.3.1 波長変更プロトコルの検討、実証および標準化提案

本課題における検討は、課題ウ-2の研究開発スケジュールや試作システム仕様と整合するように、課題ウ-2における検討と密に連携して進めた。

まず、策定した EPON ベースの波長変更プロトコルを図 3.1.3-1 に示す。策定した波長変更プロトコルの第一の特徴は、ONU 内の波長可変トランシーバの波長切替時間として、マイクロ秒以下から数十ミリ秒程度までの広範囲な波長切替時間を、帯域割当周期を拡大することなく許容することである。この特徴により、製造ベンダやONUタイプなどの違いにより波長切替時間が異なるONUを同一PON内に収容し、同時制御することが可能となる。策定した波長変更プロトコルの第二の特徴は、波長切替に起因するデータフレーム損失が発生しない無瞬断波長切替を実現できることである。この特徴により、動的波長運用に起因して通信品質が劣化することを回避できる。

図 3.1.3-1 に示す波長変更プロトコルを課題ウ-2での試作システムへ実装し、上りデータと下りデータをともに入力した場合において、動的波長運用に起因するデータ損失が発生しない双方向無瞬断波長切替が実現できるパラメータ範囲を測定し、図 3.1.3-2 に示す結果を得た。ONUへの割当波長は1秒ごとに変更し、帯域割当周期は1ミリ秒に固定した。図 3.1.3-2 より、帯域割当周期1ミリ秒を超える25ミリ秒までの広範囲の波長切替時間に対して、OLTからの指示通りにONUの送受信波長が変更され、8Gbpsデータ入力に対して、双方向無瞬断波長切替を実現できることをシステム実証した。