Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
(a) Upstream

(b) Downstream

図3.1.3-1 E-PON ベースの波長変更プロトコル 図3.1.3-2 双方向無瞬断波長切替のパラメータ範囲

次に、実証した波長切替プロトコルの標準化提案を行った。当時 IEEE では 10G-EPON の次の規格に対する方針が定まっておらず、本研究開発の技術的成果を IEEE 標準化へ働きかけるタイミングとして適切ではなかった。そこで、G.989 シリーズの上位概念として多波長 PON を勧告化する G.multi に、図 3.1.3-1 に示す EPON の波長変更プロトコルに関する記述を Annex B へ盛り込むこと、および Annex A に記載予定の G.989.3 との共通した考え方を本文に記載することを提案し、合意された。また、システム実証に成功した EPON ペースの波長変更プロトコルを、NG-PON2 の TC 層仕様(G.989.3)の PLOAM フレーム形式の波長変更プロトコルに変換した波長変更プロトコルを ITU-T へ提案し、大筋合意された。最後に DWBA アルゴリズムについて述べる。OLT がモニタリングした OLT ポートあたりのトラフィック負荷が閾値を超えることをトリガーとして、自動的に ONU への割当波長を変更する負荷分散アルゴリズムを策定した。この負荷分散アルゴリズムおよび図 3.1.3-1 の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、フレーム損失無しでの DWBA 動作を実証した。

#### 3.1.4 消費電力削減効果の検討

局内装置の消費電力 30%以上削減（対 10Gbps 級装置比）を達成するために、試作システムの実消費電力を測定し、商用レベルとなっている現行システムと単純に比較することは妥当とは言えない。そこで、本課題の達成目標に掲げている消費電力削減効果は、試作システム構成を将来商用レベルの部品構成を想定して電力を算出し、同条件の現行システムと比較した。

本研究における局内装置の低消費電力化は、多分岐長延化による収容局集約によって主に得られる。図3.1.4-1に示す通り、既存システムとして20km半径の4エリアで均一に分布する32768ユーザを収容するGE-PONシステム及び10G-EPONシステムを想定し、WDM/TDM-PONシステムは光アンプによって40kmに長延化し、最大512のユーザを半径40kmの1エリアで、均一に分布する同数ユーザを収容する場合と比較した。結果、図3.1.4-2に示した1OSU盤に4波長分のトランシーバを実装してMAC部を集約してさらに低消費電力としたWDM/TDM-PON構成では、約39%減を達成する見込みとなり、収容局を統合する収容局集約効果だけでも消費電力削減目標を達成できることがわかった。さらには、課題ウによってOLTの省電力効果が16%減と示されたことを勘案すると、局内の省電力効果はさらに高まり約49%となる。また、アクセスNW全体としては、ONUに対してスリープ技術を用いることで30%削減が可能であるとし、アクセスNW全体の消費電力配分をONU75%、局装置25%の割合であるとす
れば、アクセス NW 全体では約 35% の消費電力が削減できることがわかる。

図3.1.4-1 消費電力削減効果の比較モデル

図3.1.4-2前提とするシステム構成

#### 3.1.5 総合システム実証実験の実施

##### 3.1.5.1 総合システム実証実験の概要

本研究課題において検討を行ってきた高速波長切替ONUトランシーバおよびOLTトランシーバ（課題エ）、長延化・多分岐化を実現する光増幅器（課題イ）、波長切替機能を実装したONU/OLT用MACボード（課題ア）など各種要素部品を組み合わせ、最終目標であるシステム伝送容量40Gbps(10Gbps×4波)、収容ユーザ数512分岐以上、総伝送距離40km以上の性能を有するWDM/TDM-PONシステムの総合システム実証実験を北海道に敷設されたファイバ伝送路を用いて実施した。

##### 3.1.5.2 総合システム実証実験の構成

図 3.1.5-1 に総合システム実証実験の構成を示す。敷設された光ファイバ伝送路は札幌市内の複数のNTTビルを経由して、40 kmの総伝送距離を有する。拠点ビルであるNTTビルAには、加入者収容装置であるOLT、局置分岐スプリッタを模擬した16分岐スプリッタ、長延化・多分岐化用局置光増幅器、外置分岐スプリッタを模擬した64分岐スプリッタ、および伝送距離が0kmである近距離に収容されるONUを配置した。一方、最も遠い距離の加入者宅を模擬したNTTビルBには加入者宅内装置であるONUを配置した。図3.1.5-1においては、所内分岐および所外分岐を模擬したスプリッタの分岐比は、それぞれ64分岐および16分岐であるため、本構成では総伝送距離および総分岐数が40 kmおよび1024分岐のWDM/TDM-PONシステムとなる。本構成は、局置光増幅器1台で0 kmから40kmのONUを64台収容可能となる。このため、局内16分岐スプリッタ下部に設置される局置光増幅器を16台用いることで、拠点ビルを中心に0kmから40kmのエリアに点在する1024台（64ONU x 16分岐）のONUを収容することが可能となる。総合システム実証実験では光増幅器の使用方式を、設置場所などの運用課題を克服できる局置構成と、長円化・多分岐化効果が効率的に得られる中継構成については、所外および所内スプリッタの分岐比を変えながら、システム特性評価を実施した。一方、標準化で勧告されているシステム構成についても検証を行い、光増幅器を用いずに20km64分岐、および40km32分岐の構成におけるシステム特性評価も実施した。

##### 3.1.5.3 総合システム実証実験の結果

総合システム実証実験の結果を表3.1.5-1にまとめる。光増幅器を用いない標準化に準拠した構成にお
いては、20km 64 分岐構成および 40km 32 分岐構成共に、良好な伝送特性が得られた。また、光増幅器を使用する中継構成においては、敷設ファイバ伝送路が 40km の構成において外置スプリッタ 128 分岐、局置スプリッタ 4 分岐の合計 512 分岐まで分岐数を拡大することに成功した。本構成は光増幅器 1 台で 128 台の ONU を収容可能であるため、4 台の光増幅器を用いることで 512 台の ONU を収容できる。一方、光増幅器の局置構成においては、外置スプリッタの最大分岐数は 64 分岐、局置スプリッタの最大分岐数は 16 分岐まで拡大することに成功した。このため、局置構成においては 16 台の光増幅器を用いることで、1024 台の ONU を収容可能となる。

表3.1.5-1 総合システム実証実験結果

図3.1.5-1 総合システム実証実験の構成

### 3.2 課題(イ) 光機能部品技術

システム実現に必要となる、経済的な光部品の試作および特性評価とシステム上での動作検証を行う。課題エの送受信器との組合せで、収容可能ユーザ数512以上、総伝送距離40km以上を実現する。

本課題では、WDM/TDM-PON システムを対象として、旧 NICT の委託研究よりも更なる装置の小型経済化を成し得ると同時に、光増幅器へ入力可能な光レベル範囲拡大を達成することのできるバースト対応光増幅器の研究開発を行う。

#### 3.2.1 バースト対応光増幅器

PON の上りバースト信号に対応した増幅を行うためには、入力バースト信号毎に出力光レベル制御を行う必要があるため、WDM/TDM-PON における複数波長の上りバースト信号を一括して増幅することは困難である。従って、下り連続信号は複数波長を一括して増幅する一方、上り信号は波長ごとに個別増幅する中継器構成を採用した。

まず、光増幅器を所外中継器として用いる場合を想定し(図3.2.1-1参照)、光増幅器の出力光レベルを入力光レベルに応じて高速に変化させることにより、広入力ダイナミックレンジ化を実現するフィードフォワード制御方式を提案した。図3.2.1-2に、高速自動レベル制御(ALC)回路を具備した光増幅器の構成を示す。図3.2.1-2(a)は、旧NICT委託研究において採用した構成である。高出力化を図るため、SOAを2段接続した構成である。また、高速ALC機能は、可変減衰器(VOA)の減衰量をバースト信号ごとに高速駆動することにより実現する。本ALC回路により、入力光信号レベルに係わらず、VOA出力光レベルを一定値に制御し、後段SOAにおける波形歪みの発生を防ぐ。一方、図3.2.1-2(b)は、本委託研究において提案する光増幅器の構成である。高出力化を図るため、図3.2.1-2(a)と同様、SOAを2段接続するが、装置の小型化・経済化を狙いとし、VOAを用いず、
増幅媒体である SOA 自体の駆動電流を変化させることにより ALC 機能を実現する。広入力光レンジに対する出力光レベルの平坦化を図るため、両 SOA の駆動電流を制御する構成とする。また、両 SOA の駆動電流を制御することにより、パターン効果による波形歪みの影響を緩和する効果を同時に達成することができる。本提案構成による上り光増幅器を試作し、実験により 19.0dB の広入力ダイナミックを達成可能であることを確認した。

次に、光増幅器への電源供給の容易化を目的とし、提案制御方式を拡張し、所内中継への適用を図った(図3.2.1-1参照)。所内中継器として使用する場合、光増幅器に入力される光レベルが低減し、光増幅器が放出する自然放出光(ASE)雑音の影響が相対的に大きくなると同時に、収容局内のスプリッタにおけるASE雑音の合流により(図3.2.1-1参照)、上り信号の性能劣化が大きく劣化する。この影響を緩和するため、光増幅器に信号が入力されない時間に放出されるASE雑音を遮断する機能を制御機構に追加し、小型化を目指した装置試作行った。図3.2.1-3に、小型化した試作装置の外観を示す。本試作装置を用いた実験により、20dB以上のASE雑音の遮断特性が得られ、またASE雑音の合流による上り信号の性能劣化が生じないことを確認した。

最後に、フィールドトライアルに先駆けて、全4波長分の試作装置を、各々、課題ウ)の最終成果物、課題エ)のH24年度成果物により構成される伝送装置(OLT,ONU)と接続した、実験室環境下におけるシステム動作検証を行い、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。

図 3.2-1 上り光増幅器の構成. (a) 旧 NICT 委託研究で採用. (b) 本研究で提案.

図 3.2-2 中継光増幅器の配置

図 3.2-3 上り 4 波長に対応した光増幅器の試作装置

### 3.3 課題(ウ) 大規模メディアアクセス制御技術

OLT で必要となる機能の洗い出しおよび大規模集線化に伴うメディアアクセス制御回路の機能分担、連携制御方式、高速演算アルゴリズムなどについて FPGA 等を用いた機能ボードを試作し、実装・検証する。消費電力に関しては、将来 ASIC 化を行った際に、10Gbps 級 OLT+L2SW 構成に対し 30% 以上の低消費電力化が実現可能な見通しを得る。ONU も同様に必要となる機能の洗い出しを行い、
FPGA 等を用いたボードに実装・検証する。個々のボードの動作検証だけでなく、OLT と複数 ONU 間の接続連携動作による検証を実施し、基本動作を確認する。複数波長を用いるシステムでは、波長可変部品の制御機能を上記試作ボードへ実装し、基本動作を確認することで動的波長割当技術を確立する。

#### 3.3.1 上位集線 DBA 技術

本小課題では、課題アにおいてH24年度に明確化した上位集線DBA装置の仕様を平成24年度に設計・製造し（図3.3-1）、平成25年度に上位集線DBAを実装し、平成26年度に評価を行った。

上位集線 DBA 装置には、上位集線 DBA として(i)上位 DBA 盤が一括して全 ONU に割当する一括 DBA 方式、(ii)上位 DBA 盤が OSU に割当し、割当された範囲内で各 OSU が ONU に割当する連携 DBA 方式の 2 方式に加えて、比較のための(iii)他の OSU とは独立に各 OSU が ONU に割当する従来 DBA 方式の 3 方式を実装した。

まずバッファ削減効果を評価するため、バッファ最大蓄積量を16ONU接続構成で測定し、(i)一括DBA方式と(ii)連携DBA方式のいずれの上位集線DBAでも、(iii)従来方式に対してバッファ削減効果(図3.3-2)が同等であることを明らかにした。ここで、従来DBA方式のバッファ最大蓄積量は、上位集線DBA装置のバッファ容量が不足するため、フレーム導通量及びフレーム廃棄量から算出した。

次に、データ以外とデータの伝送時間を重畳すること(図 3.3-3)で上位ネットワークの出力レートを保持した上で、バッファ削減効果を最適化するために、3つのオーバーラップ手法(MPCP 重畳、BOH 重畳、MPCP+BOH 重畳)を、それぞれ(i)一括 DBA 方式に追加実装して評価した。バッファ最大蓄積量は図 3.3-2 に示すように、3 手法とも従来 DBA 方式の 1/10 以下であり、ASIC 化の際に ASIC に内蔵が期待できる所要バッファ量である。出力レートは ONU512 台接続を模擬した系でも、MPCP+BOH 重畳で出力レートが 9.9Gbps 超であり、従来 DBA 方式と同等であった。したがって ONU 接続台数に依らず、上位ネットワークの出力レートを保持した約 100% の帯域利用効率で、バッファ容量 1/10 を実現する MPCP+BOH 重畳手法が最適な上位集線 DBA であることを明らかにした。試作では、バッファ長 1/10 以下とすることで、外付けバッファを不要とし、バッファ消費電力 1/100 以下にできた。

図 3.3-1 上位集線 DBA 装置外観
図3.3-2 バッファ蓄積量

図 3.3-3 重畳方式の模式図

#### 3.3.2 動的波長帶域制御技術

H24 年度より WDM/TDM-PON を実現するため、4 波長と時間スロットの帯域を制御する 4ch マルチチャネル OLT 及び ONU の MAC ボードの具体設計及び試作を実施した。

##### 3.3.2.1 OLT/ONU MAC ボードの開発

OLTMAC ボードには、4つの OSU を搭載し、各 OSU には PON 制御を実施する FPGA を搭載した。また 4 つの OSU（10G×4）と 40G の多重分離／振分けを行う FPGA（AGS）を搭載した。ONUMAC ボードには、1 つの ONU と波長選択機能を有するトランシーバを搭載し、OLT からのインチャネル制御により波長を変更できる。512 以上の ONU において、時間毎に OLT が収容する ONU グループが変動してもデータ通信にできるだけ影響を与えない管理機能を実現するため、ディスカバリ機能、レンジング機能、OLT スリープ機能等の管理機能の方式検討を実施した。OLT/ONU MAC ボードに WDM/TDM-PON 基本機能搭載し、10Gbps×4ch の導通確認完了し、波長切替制御機能 (API) を使用した波長切替検証完了した。

図 3.3.2.1-1 MAC ボード機能ブロック図 図 3.3.2.1-2 OLTCMAC ボード (左) ONUMAC ボード (右)

##### 3. 3. 2. 2 ONU エミュレータ

H25 年度、512ONU の機能検証を効果的に行うために、512 台擬似 ONU（ONU エミュレーター）を追加で開発した。本 ONU エミュレーターは、1 台で 128ONU のディスカバリ機能を有しており、4 台使用することで、512 台のディスカバリエミュレーターが実現できる。
※1280NUエミュレーション対応0NUを4台使用し, 5120NUのエミュレーション動作を行う.

図 3.3.2.2-1 ONU エミュレータ構成および諸元

##### 3.3.2.3 検証

OLT 装置、ONU 装置、波長可変バースト送受信器及びONU エミュレータを用いて、WDM/TDM-PON システムの多分岐化・長延化の総合評価、OLT 省電力動作機能、プロテクション機能の実装により省電力化及び障害復旧の検証を実施した。

## 1 ）512ONU の接続検証

1 台の ONU で最大 128 台分の疑似 ONU 動作を実施可能な ONU エミュレーターを試作した。ONU エミュレーターを 4 台接続して疑似 ONU のリンクアップ動作を検証する OLT との距離を①0～40 km、②0～20 km、③0～10 km の範囲でランダムに設定した疑似 ONU を、それぞれの ONU エミュレーターで 8/16/32/64/96/128 台分有効に設定し、全疑似 ONU のリンクアップ時間を測定した。図 3.3.2.3-1、3.3.2.3-2 に結果を示す。

図 3.3.2.3-1 試験構成

図 3.3.2.3-2 距離に対するリンクアップ時間

## 2 ）OLT 省電力動作

今回検証を行った省電力システム構成を図3-4-6に示す。

検証結果：図3.3.2.3-3に示すように、1日のトラフィックパタンをモデル化し、OLT側の省電力効果を確認した。トラフィック量に応じ、OSUの起動・停止が繰返し実施され、それに連動した省電力効果が確認できた。この省電力動作によるOSU増減においてもパケットロスの発生は無かった。

以上の結果、OSU 起動閾値と OSU 停止閾値を設定して、図 3.3.2.3-4 に示すように、下りトラフィック変動に連動した OSU の起動・停止動作が確認できた。今回モデル化したトラフィックパタン及び、設定閾値の条件において、省電力動作をしない 4OSU 稼働モデルと比較して、最大 33%、平均 16% の省電力効果が確認できた。
図 3.3.2.3-3 省電力システム構成

図 3.3.2.3-4 消費電力推移

## 3 ）OLTプロテクション

WDM/TDM-PON システムでは、Discovery 時、ONU が送受信波長を周期的に変更（波長スイープ）し、Discovery Gate を受信できた波長にて Discovery シーケンスを行っている。このため、リンクアップしている波長に障害が発生した場合に、一旦リンクダウンした後、波長スイープにより別波長へ再リンクアップすることが可能であり、プロテクション機能としての利用が可能である。

### 3.4 課題(工) 高機能バースト送受信技術

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バースト送受信器の設計・試作を行う。課題イの光部品との組合せで上記目標を達成する。また、複数波長のシステムでは、10Gbps/波長かつ4波長程度の波長可変性を有する波長可変バースト送受信器の方式設計を行い、経済的な実現に向けた構成方法を明確化するとともに、試作を通じて基本動作を確認する。

上記の目標を達成するための 10Gbps/波長かつ4波長程度の波長可変性を実現する当たり、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に分け、研究開発を効率的に行うこととした。

#### 3.4.1 高速波長可変バースト送受信技術

##### 3.4.1.1 高速波長可変バースト送受信技術の概要

高速波長可変バースト送受信技術を開発するにあたり、送信器のバースト制御法および高速波長可変制御法と、受信器の高速波長可変制御法について、候補技術の選定と要素技術検討を行った。送信器のバースト制御法の要求条件とは、ITU-T G.989.2（NG-PON2標準）に規定される上り信号波長帯において1波長あたり10 Gbpsのバースト信号を、分散補償技術を用いずに伝送可能で、かつ高いダイナミックレンジを実現するための高出力化との両立が必須となる。そこで、我々はこれらの要求条件を満たす半導体光増幅器（SOA）と外部変調器を集積したレーザのSOA部を発光・消光する手法を立案した。また、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高速波長可変制御技術として、数100nsオーダの極めて高速な高速波長切替が期待される4波長アレイ型光部品とセレクタスイッチとの組み合わせによる手法を立案した。

##### 3.4.1.2 高速波長可変バースト送受器の方式設計
図 3.4.1.2-1 高速波長バースト送受信器のブロック構成図

図 3.4.1.2-1 に高速波長可変バースト送受信器のブロック構成図を示す。送信器モジュールは異なる 4 つの波長（ $ \lambda_{1} $ , $ \lambda_{2} $ , $ \lambda_{3} $ , $ \lambda_{4} $ ）と各波長 10Gbps の伝送容量を有する SOA 集積 EADFB（Electro-absorption distributed feedback）レーザアレイと光合波器（MUX）及びセレクタ SW や各種ドライバ回路（EA 変調器ドライバ（EAD）、レーザドライバ（LDD）、SOA ドライバ（SOAD））から構成される。ONU 装置から供給される送信波長制御信号はコントローラを経て、セレクタ SW にて SOA 集積 EADFB レーザアレイの内、一つのレーザを選択して送信波長を決定する。また、バースト制御信号は、コントローラを経て SOAD にて、SOA の発光・非発光を制御することで、高速な波長選択機能とバースト信号生成機能を実現する。このようにして生成された上りバースト信号光は、MUX および C/L-band filter（上り・下り信号分波器）を経て入出力ポートより送出される。一方、受信器モジュールは、APD-TIA（Avalanche Photodiode-Transimpedance amplifier）アレイと光アレイ型導波路（AWG）タイプの光分波器及びセレクタ SW や等価增幅器（LA）から構成される。入出力ポートより入力された各波長 10Gbps の下り信号（ $ \lambda_{d1} $ , $ \lambda_{d2} $ , $ \lambda_{d3} $ , $ \lambda_{d4} $ ）は、C/L-band filter を経て、AWG にて波長毎に分波される。各波長は各 APD-TIA にて光電変換および LA による等価增幅を経てセレクタ SW に入力する。ONU 装置から供給される受信波長制御信号に応じて、セレクタ SW が 4 つの受信信号から一つを選択して、受信波長（信号）を決定する。このような構成により、送信器、受信器共に波長可変速度はセレクタ SW の駆動速度と同レベルとなり数百 ns 以下の高速な波長切替時間を実現可能となる。

##### 3.4.1.3 高速波長可変バースト送受器の試作

図3.4.1.3-1に、試作したONU用高速波長可変バースト送受器の外観写真と高速波長切替特性を示す。本試作器は、高速イーサネットワーク向けトランシーバで用いられている集積アレイデバイス技術を適用することで、課題ウの成果物（ONU装置）に実装可能な程度にまで小型化を実現した（実装面積123×200 mm²）。送信器側は、4chアレイ10Gbps-SOA集積EADFB(EML)とMUXを集積した光送信器サブアセンブリ（TOSA）の開発により、送信器部の小型化（5.3×6.3×19.6 mm³）を実現した。集積アレイデバイス技術を適用しない場合と比較すると、約1/3の小型化を達成した。また、受信器側は4ch10Gbps APD-TIAアレイとAWGを集積した光受信器サブアセンブリ（ROSA）の開発により、受信器部についても同様に小型化（6.8×5.8×17.3 mm³）を実現した。集積アレイデバイス技術を適用しない場合と比較すると、送信器と同様に約1/3の小型化を達成した。このように、大きな市場を有する高速イーサネットワーク向け光部品技術を本試作に活用することにより、構成部品の一部共有化などにより将来的な経済化が期待できる。さらに、当初目標を上回る成果として、上り・下り信号共にITU-T G.989.2で規定される波長グリッド（または範囲）に準拠した。ITU-T G.989.2においては、上り信号波長範囲として1524-1544 nmまた光周波数間隔を100 GHzと規定しているため、本試作におけるTOSAにおいて
は、 $ \lambda_{1}=1532.68\ nm $ (195.6 THz), $ \lambda_{2}=1533.47\ nm $ (195.5 THz), $ \lambda_{3}=1534.25\ nm $ (195.4 THz), $ \lambda_{4}=1535.04\ nm $ (195.3 THz)の各送信波長を採用し、標準に準拠した。また、ROSAにおいては、ITU-T G.989.2で規定されている下り信号の各波長グリッド（光周波数間隔100GHz） $ \lambda_{d1}=1596.34\ nm $ (187.8 THz), $ \lambda_{d2}=1597.19\ nm $ (187.7 THz), $ \lambda_{d3}=1598.04\ nm $ (187.6 THz), $ \lambda_{d4}=1598.89\ nm $ (187.5 THz)に準拠した受信波長グリッドを有する波長可変受信器を開発した。

試作した高速波長可変バースト送受信器の高速波長可変動作を検証した結果を、図3.4.1.3-1(b)及び(c)に示す。図3.4.1.3-1(b)は波長可変バースト送信器において、送信波長をλu1からλu2に切り替えた際の信号波形の測定結果を示しており、同図より200 ns以下での高速波長切替時間を確認した（他の送信波長の切替時間も200 ns以下であることを確認した）。さらに、波長可変バースト送信器の各送信波長における光出力強度は、ITU-T G.989.2で規定される最低出力強度+4 dBmの倍以上の強度となる+7.8 dBm以上であることを確認し、高ダイナミックレンジ化につながる高出力化を達成した。また、SOA部をバースト制御信号に基づき発光状態を制御することにより、バースト信号光の生成されていることも確認した。図3.4.1.3-1(c)は波長可変受信器において、受信波長をλd1からλd2に切り替えた際の信号波形の測定結果を示しており、同図より20 ns以下での高速波長切替時間を確認した（他の受信波長の切替時間も20 ns以下であることを確認した）。以上、アレイ型集積デバイスと高速駆動可能なセレクタSWによる波長選択を行うことで、数100 ns以下の極めて高速な波長可変動作を達成した。

(a)

(b)

図 3.4.1.3-1(a) 高速波長可変バースト送受信器の外観写真, (b) 高速波長可変バースト送信器の波長切替 ( $ \lambda_{1} $ → $ \lambda_{2} $ ) 時の送信波形, (c) 高速波長可変受信器の波長切替 ( $ \lambda_{1} $ → $ \lambda_{2} $ ) 時の送信波形

#### 3.4.2 小型波長可変バースト送受信技術

##### 3.4.2.1 小型波長可変バースト送受信技術の概要

小型波長可変バースト送受信器の開発にあたり、高ダイナミックレンジ送受信技術の開発および波長可変バーストトランシーバの試作を行った。高ダイナミックレンジ送受信技術では、OLT-ONU間の距離がONU毎に異なる状況においても伝送劣化を補償するために、波形整形処理を開発することにより実現した。また、高バジェット化を実現するために、光増幅器（SOAおよびEDFA）によるバースト対応の光プリアンプを開発することで比較検証を行った。波長可変バーストトランシーバの開発では、高速に波長が切替えられるDBRレーザと波長切替速度は遅いが低価格が実現できるDFBレーザアレイとを用いて、小型波長可変バースト送受信器を開発し、実用性を検証した。また、送受信の波長が可変できる小型波長可変バースト送受信器の開発を行った。以下に、それぞれの詳細を述べる。

##### 3.4.2.2 高ダイナミックレンジ送受信器の開発
高バジェット化を実現するために、SOAとEDFAを用いて光プリアンプで受光感度の改善及びブースターによる出力パワーの改善を行った。EDFAはバースト応答を行うためにクラップ光を入力することで実現している。図3.4.2.2-1はSOA及びEDFAの光プリアンプ性能を比較した結果である。EDFAはSOAに比べNFが小さいので、受光感度-40dBmを達成できた。送信側で+2dBm以上の出力ができれば、42dB以上のバジェットが実現ということである。上りプリアンプにおいては、システムダイナミックレンジの観点から、AGC機能によりバースト増幅対応可能なSOAが妥当であり、下りブースタアンプにおいては、現状ではコスト、および消費電力の観点から、EDFAを用いた一括増幅が妥当である。ただし、今後SOAを集積化した高出力TRxの低価格化が期待できる。しかしながら、EDFAは小型化の問題がある。

(1) SOA

(2) EDFA

図 3.4.2.2-1 光プリアンプによる最小受光感度改善効果

##### 3.4.2.3 波長可変バーストランシーバの開発

本開発では、切替速度が低速で制御が簡易な温度制御による L-band DFB レーザアレイと、切替速度が中速で制御が複雑な電流制御による C-band DBR レーザを用いて、国際標準の基本仕様を満たし、バースト動作が実現できるトランシーバを試作した。実用性を考慮し、市販品を用いて、XFP サイズを目標に試作を行った。図3.4.2.3-1にそれぞれの試作したモジュールを示す。試作したOLT用(L-band DFB)トランシーバはXFP-E サイズ、ONU用（C-band DBR）は目標であるXFP サイズでの小型化を実現した。当初はN×MのAWGを使ったスプリッタ網を想定していたため、OLT側も波長可変タイプを試作した。その後、国際標準ITU-T/G.989.2でパワースプリッタが主流となったため、G.989.2に準拠した波長に設定し固定波長として検証を実施した。また、チューナブルフィルタ内蔵の受信器を用いて、送受信で波長可変が可能な小型波長可変バースト送受信器の試作を行った。図3.4.2.3-2に試作結果を示す。このトランシーバを用いて、基本特性の評価を整理し、国際標準G.989.2で規定されている切替速度クラス2（100μs～25ms）が実現できることを明らかにした。将来的には、BOSAなどに集積すれば、XFP サイズの実現が可能である。
(1) ONU 用 : C-band DBR タイプ (2) OLT 用 : L-band DFB アレイタイプ

図 3.4.2.3-1 小型波長可変バースト送受信器の試作（送信可変）

図 3.4.2.3-2 小型波長可変バースト送受信器の試作（送受信可変）

## 4 研究開発成果の社会展開のための活動実績

本研究開発成果の社会展開のための活動としては、FSAN（Full Service Access Network：世界各国の通信事業者及び装置ベンダから構成される光アクセス分野の業界団体）及びITU-T（国際電気通信連合電気通信標準化部門）において国際標準化活動を積極的に推進した。各標準化会合では、表4－1に示す各種提案を行い（提案寄書数約50件）、提案した内容の多くについては勧告文書に採択された（審議中の文書については大筋で合意した）。特に、課題アー3の研究開発成果であるWDM/TDM-PONにおける波長切替アルゴリズムについては、共同受託者を含む複数の国内装置ベンダのみならず、北米通信事業者や複数の中国装置ベンダを巻き込んで提案当初から技術議論を主導したことにより大筋合意に導くなど、国産技術の国際標準化に大きく貢献した。

また、本研究開発の成果については、表4－2に示す社内展示会（つくばフォーラム、OKIプレミアムフェア）や外部展示会（FOE）で積極的に動態展示を行うなど普及活動に努めるとともに、実証実験として、札幌市内でフィールドトライアルを敢行するなど、成果の実用化展開に向けて積極的に活動した。また、国際会議のポストデッドラインペーパの発表日に合わせて報道発表を行うなど、効果的な宣伝活動を展開した。

表4－1 本研究開発成果の ITU-T 国際標準への提案内容と審議結果

勧告番号	提案内容および【審議結果】	勧告化状況
G.989.1改正第一版	(1) 波長切替による OSU スリープ機能【大筋合意】(2) 波長切替による OSU プロテクション機能【大筋合意】	審議中（2015 年 7 月コンセント予定）
G.989.2	(3) 波長可変時間クラス【採択】(4) 上り信号周波数間隔(200GHz)とグリッド【採択】	2014 年 12 月勧告化完了
G.989.3	(5) 波長切替プロトコル及びONU状態遷移図【大筋合意】(6) 波長スイープによるディスカバリ方式【大筋合意】	審議中（2015年7月コンセント予定）
G.9802(G.multi)	(7) 多波長PONアーキテクチャ【採択】(8) 10G·EPON拡張オプション向け波長切替プロトコル【採択】	2015年4月勧告化完了

表 4－2 本研究開発成果の普及活動実績

展示会名称	展示	活動時期／場所
FOE2013 (光通信技術展)	静態	2013年4月／東京ビックサイト
つくばフォーラム 2013	動態	2013年10月／NTT アクセスサービスシステム研究所（つくば）
OKI プレミアムフェア 2013	動態	2013年11月／ウェスティンホテル東京（恵比寿）
FOE2014 (光通信技術展)	動態	2014年4月／東京ビックサイト
つくばフォーラム 2014	動態	2014年10月／NTT アクセスサービスシステム研究所（つくば）
OKI プレミアムフェア 2014	動態	2014年11月／ウェスティンホテル東京（恵比寿）
FOE2015 (光通信技術展)	動態	2015年4月／東京ビックサイト

## 5 研究開発成果の社会展開のための計画

本委託研究終了後も、本研究開発成果のタイムリーなアピールのため、主要な光通信関連の国際会議に積極的に投稿を行うとともに、4章で述べたITU-T国際標準(G.989シリーズ)の完成に向けて引き続き貢献を行っていく予定である。具体的には、PtP WDMオーバレイの詳細仕様、波長切替によるプロテクションや省電力機能について、今後審議が本格化する見込みであるG.989シリーズのAmendmentへ継続して提案を行う予定である。また、NG-PON2におけるONU管理・制御仕様についても、今後審議予定のG.988のAmendmentに対して必要に応じて各種仕様の寄書提案を行う（今後の寄書提案予定数5件）。

また、NG-PON2 については、北米や欧州の一部のオペレータが、近年積極的に標準化会合にて発言し、各国の装置ベンダによるプロトタイプの学会発表も活発化しているため、OKI を中心に本研究開発終了後も海外市場のマーケティング活動を継続すると共に、年間2回程度の社会展開に向けた普及活動を実施予定である。国内市場においては、2020年東京五輪での新サービス提供、5Gモバイル、多チャネル4K/8K、Wi-Fiアクセスポイント高速化等の将来ネットワークへの適用等、社会展開の市場機会があると考えている。なお、今後さらなるサービス多重の柔軟性向上を目指した「エラスティック光アグリゲーションネットワークの研究開発」（NICT課題160）には受託者として継続して携わり、技術を継承し発展させる予定である。
## 6 査読付き誌上発表論文リスト

[1]吉田智晓（NTT）、“Recent research progress in $ \lambda $ -tunable WDM/TDM-POM”、ACTA PHOTONICA SINICA Vol.43 Issue.3 0306001-1-030601-8 :

[2]田口勝久、浅香航太、木村俊二、吉本直人（NTT）、“High Output Power and Burst Extinction Ratio $ \lambda $ -TunableONU Transmitter Using Burst-Mode Booster SOA for WDM/TDM-PON”、Journal of Optical Communications and Networking Vol.7 No.1 pp1-7 :

[3]金子慎（NTT）、吉田智晓（NTT）、古沢聪（沖電気）、更科昌弘（沖電気）、玉井秀明（沖電気）、鈴木祥也（沖電気）、向島俊明（沖電気）、木村俊二（NTT）、吉本直人（NTT）、“Demonstration of Load-Balancing Operation Based on Hitless Dynamic Wavelength Allocation on Symmetric 40-Gbit/s l-Tunable WDM/TDM-PON”、Journal of Lightwave Technology Vol.33 No.3 pp645-652 :

[4]金子慎（NTT）、吉田智晓（NTT）、古沢聪（沖電気）、更科昌弘（沖電気）、玉井秀明（沖電気）、鈴木祥也（沖電気）、向島俊明（沖電気）、木村俊二（NTT）、吉本直人（NTT）、“Scalability of a Hitless λ-Tuning Sequence to Upstream Transmission at Dynamic Wavelength Allocation in WDM/TDM-PON”、Journal of Optical Communications and Networking Vol.7 No.3 ppA492-A497

[5]浅香航太（NTT）、“Consideration of Tunable Components for Next-Generation Passive Optical Network Stage 2 (NG-PON2)”、Journal of Lightwave Technology Vol.33 Issue.5 pp1072-1076 :

[6]金子慎、吉田智晓、木村俊二、吉本直人（NTT）、“Reliable λ-Tuning OLT-Protection Method Based on Backup-Wavelength Pre-assignment and Discovery Process for Resilient WDM/TDM-PONs”、Journal of Lightwave Technology Vol.33 Issue.8 pp1617-1622 :

（予定） $$ 7 $$ 王寛、酒井慈仁、堤卓也、藤原稔久、木村康隆、坂本健、鈴木裕生、寺田純、大高明浩（NTT）、“First experimental demonstration of dynamic bandwidth allocation for multiple 10G-EPON systems”、Electronics Letters :

## 7 査読付き口頭発表論文（印刷物を含む）リスト

[1] 金子慎、吉田智晓、玉置真也、木村俊二、吉本直人（NTT）、“Ranging Method for λ-Tunable WDM/TDM-PON Achieving Efficient Bandwidth Allocation”、2013 18th OptoElectronics and Communications Conference, paper WP1_1 :

[2]王寛、酒井慈仁、鈴木謙一、吉本直人（NTT）、“Integrated Dynamic Bandwidth Allocation Considering Overhead in Passive Optical Network”、2013 19th Asia-Pacific Conference on Communications (APCC), pp351–355 :

[3]吉田智晓、金子慎、玉置信也、木村俊二、吉本直人（NTT）、“An automatic load-balancing DWBA algorithm considering long-time tuning devices for λ-tunable WDM/TDM-POM”、39th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2013), Paper We.2.F.5 :

[4]田口勝久、中村浩崇、浅香航太、中野慎介、木村俊二、吉本直人（NTT）、“100-ns λ-selective Burst-Mode Transceiver for 40-km Reach Symmetric 40-Gbit/s WDM/TDM-PON”、39th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2013), Paper Mo.4.F.5 :
[5]藤原正満、胡間遼、吉本直人（NTT）、“Burst Frame Power Equalizer by Controlling Gains of Cascaded SOAs for Long−Reach WDM/TDM PON Systems”、39th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2013), Paper Tu.3.F.2 :

[6]吉田智晓（NTT）、“Recent research progress in $ \lambda $ -tunable WDM/TDM-POM”、The 11th International Conference on Optical Internet（COIN2013），Invited Talk 10：

[7]金子慎（NTT）、吉田智晓（NTT）、古沢聪（沖電気）、更科昌弘（沖電気）、玉井秀明（沖電気）、鈴木祥也（沖電気）、向島俊明（沖電気）、木村俊二（NTT）、吉本直人（NTT）、“First System Demonstration of Hitless λ-Tuning Sequence for Dynamic Wavelength Allocation in WDM/TDM-PON”、Optical Fiber Communication Conference and Exposition（OFC）2014, paper W3G.6 :

[8]田口勝久、浅香航太、木村俊二、吉本直人（NTT）、“High Output Power and Burst Extinction Ratio ONU Using a simple Configuration Booster SOA with Gain Peak Detuning for WDM/TDM-PON”、Optical Fiber Communication and Exposition(OFC)2014, paper W3G.7 :

[9]金子慎（NTT）、吉田智晓（NTT）、古沢聡（沖電気）、更科昌弘（沖電気）、玉井秀明（沖電気）、鈴木祥也（沖電気）、向島俊明（沖電気）、木村俊二（NTT）、吉本直人（NTT）、“First λ-tunable Dynamic Load-Balancing Operation Enhanced by 3-msec Bidirectional Hitless Tuning on Symmetric 40-Gbit/s WDM/TDM-PON”、Optical Fiber Communication Conference and Exposition（OFC）2014, paper Th5A.4 :

[10]金子慎（NTT）、吉田智晓（NTT）、古沢聪（沖電気）、更科昌弘（沖電気）、玉井秀明（沖電気）、向島俊明（沖電気）、木村俊二（NTT）、吉本直人（NTT）、“Hitless λ-tuning demonstration using downstream buffer management in WDM/TDM-PON”、19th Optoelectronics and Communications Conference (OECC), TU3A-1 pp141-143:

[11]金子慎、吉田智晓、木村俊二、吉本直人、木村秀明（NTT）、“Agile OLT—Protection Method Based on Backup Wavelength And Discovery Process for Resilient WDM/TDM-PON”、European Conference on Optical Communications（ECOC）2014, Paper Tu.1.2.4 :

[12] 浅香航太（NTT）、“What Will Be Killer Devices and Components for NG−PON2？”、European Conference on Optical Communications（ECOC）2014, Paper Tu.3.2.1 :

[13]田口勝久、浅香航太、木村俊二、鈴木謙一、大高明浩（NTT）、“Burst-Off-Level Power Reduction in $ \lambda $ -Tunable Transmitter Using a Reverse Bias Voltage Controlled Burst-Mode Booster SOA for 256-Split WDM.TDM-PON”、Optical Fiber Communication Conference and Exposition (OFC) 2015, paper Tu3E.8 :

[14]藤原正満、胡間遼、田口勝久（NTT）、“High-Splitting-Ratio WDM/TDM-PONs Using Automatic Gain Controlled SOAs Designed for Central Office Use”、Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2015, paper Tu3E.4 :

[15]田口勝久（NTT）、浅香航太（NTT）、藤原正満（NTT）、金子慎（NTT）、吉田智暁（NTT）、藤田典一（沖電気）、岩村英志（沖電気）、鹿嶋正幸（沖電気）、古沢聡（沖電気）、更科昌弘（沖電気）、玉井秀明（沖電気）、鈴木祥也（沖電気）、向島俊明（沖電気）、木村俊二（NTT）、鈴木謙一（NTT）、大高明浩（NTT）、“First Field Trial of 40-km Reach and 1024-Split Symmetric-Rate 40-Gbit/s λ-tunable WDM/TDM-PON”、Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2015 Post Deadline Papers, Paper Th5A.6. :
[16] H. Iwamura, et al, “A Proposal of the Compact Transceiver with High Extinction Capability for WDM/TDM-PON”, OECC2013 in Kyoto, Jul. 1, 2013

[17] H.Iwamura, et al, “Demonstration of WDM/TDM-PON Prototype Transceiver Improving Extinction Capability using SOA”, ECOC2013 in London, Sep.22, 2013

[18] M. Sarashina, et al, “First demonstration of a wavelength swept discovery process for l-tunable WDM/TDM-PON system”, OFC2014 in San Francisco, Mar. 10, 2014

[19] H.Iwamura, et al, "Power Budget Enhancement of WDM/TDM-PON System Utilizing Compact EDFA and Equalization Technology", ECOC2014, Tu.1.2.1, Sep.2014

## 8 その他の誌上発表リスト

[1] 向島俊明、「次世代光アクセス動向と OKI の取り組み」、OKI テクニカルレビュー第 221 号 Vol.80, No.1、2013 年 5 月

[2] 鹿嶋正幸、他、「高品質・低消費電力光アクセスネットワークを実現する WDM/TDM-PON 用高機能送受信器技術の開発」、OKI テクニカルレビュー第 224 号 Vol.81, No.2、2014 年 10 月

## 9 口頭発表リスト

[1]田口勝久、中村浩崇、浅香航太、木村俊二、吉本直人（NTT）、“40-Gbit/s 旧波長可変型 WDM/TDM-PON の実現に向けた 1.5μm 帯波長可変バース卜送信方式の一検討”、電子情報通信学会（CS）研究会（松山市）

[2]中村浩崇、田口勝久、浅香航太、木村俊二、吉本直人（NTT）、“波長可変型 WDM/TDM-PON における BLDD 内蔵光モジュールを用いた低消費電力高速波長選択型バースト送信器”、電子情報通信学会 総合大会 （岐阜市）

[3]浅香航太、中村浩崇、田口勝久、木村俊二、吉本直人（NTT）、“波長可変型 WDM/TDM-PON における隣接波長チャネル間クロストークに関する検討”、電子情報通信学会 総合大会 （岐阜市）

[4]吉田智暁、金子慎、玉置真也、木村俊二、吉本直人（NTT）、“波長可変型 WDM/TDM-PON における動的波長切替方式の提案”、電子情報通信学会 総合大会 （岐阜市）

[5]金子慎、吉田智暁、玉置真也、木村俊二、吉本直人（NTT）、“広域光集線に向けた波長可変型 WDM/TDM-PON におけるレンジング方式の検討”、電子情報通信学会 総合大会 （岐阜市）

[6]氏川裕隆、王寛、木村康隆、吉本直人（NTT）、“PON 区間特有のオーバーヘッドを考慮した多段帯域割当の提案”、電子情報通信学会 総合大会 （岐阜市）

[7]浅香航太、田口勝久、木村俊二、吉本直人（NTT）、“WDM／TDM－PONにおける高速波長選択型バースト受信器の検討”、電子情報通信学会 ソサイエティ大会 （福岡市）

[8]田口勝久、浅香航太、木村俊二、吉本直人（NTT）、“WDM／TDM－PONにおける高速波長選択型バースト送信器の検討”、電子情報通信学会ソサイエティ大会（福岡市）

[9]王寛、酒井慈仁、鈴木謙一、吉本直人（NTT）、“EPONの上位集線におけるMPCPオーバーラップ手法”、電子情報通信学会ソサイエティ大会（福岡市）

[10]吉田智暁、金子慎、木村俊二、吉本直人（NTT）、“波長可変型 WDM／TDM－PON の上り負荷分散動作における DBA パラメータを利用した波長切替判定条件の検討”、電子情報通信学会 ソサイエティ大会（福岡市）

[11]金子慎、吉田智暁、木村俊二、吉本直人（NTT）、“波長可変型 WDM/TDM−PON における波長切替開始時刻に関する検討”、電子情報通信学会 ソサイエティ大会 （福岡市）
[12]胡間遼、藤原正満、木村俊二、吉本直人（NTT）、“長延化 WDM／TDM－PON における光増幅器の配置に関する一検討”、電子情報通信学会 ソサイエティ大会 （福岡市）

[13]田口勝久、浅香航太、木村俊二、吉本直人（NTT）、“WDM/TDM-PON用高速波長選択型バース卜送受信器の提案と動作検証”、電子情報通信学会 光通信システム（OCS）研究会 （長岡市）

[14]王寛、酒井慈仁、鈴木謙一、吉本直人（NTT）、“EPON 上位集線におけるオーバーヘッド重畳手法の提案”、電子情報通信学会 通信方式（CS）研究会 （八丈島）

[15]田口勝久、浅香航太、木村英明、木村俊二、吉本直人（NTT）、“バースト制御 SOA を用いた WDM/TDM-PON 用 OUN 送信器”、電子情報通信学会 総合大会 （新潟市）

[16]王寛、酒井慈仁、鈴木謙一、吉本直人（NTT）、“EPON 上位集線において帯域利用効率を改善するオーバーラップ手法”、電子情報通信学会 総合大会 （新潟市）

[17]吉田智暁、金子慎、木村俊二、吉本直人（NTT）、“NG-PON2 における運用中の波長切替シーケンスの提案”、電子情報通信学会 総合大会 （新潟市）

[18]金子慎、吉田智暁、木村俊二、吉本直人（NTT）、“波長可変型 WDM/TDM-PON における上り無瞬断波長切替に関する検討”、電子情報通信学会 総合大会 （新潟市）

[19]田口勝久、浅香航太、木村俊二、吉本直人、木村秀明 (NTT)、“ブースタ SOA を用いた WDM/TDM-PON 用高出力光バース 卜送信器の設計と特性評価”、電子情報通信学会 通信方式(CS)研究会 （種子島）

[20]吉田智暁、妹尾由美子、金子慎、木村俊二、木村秀明、“波長可変型 WDM/TDM−PON の波長切替とトラフィックモニタによる双方向動的負荷分散方法”、電子情報通信学会 ソサイエティ大会 （徳島市）：

[21]田口勝久、浅香航太、木村俊二、木村秀明、“逆バイアス制御ブースタ SOA を用いた WDM／TDM-PON 用 ONU 送信器のバーストオフレベル特性評価”、電子情報通信学会 ソサイエティ大会 （徳島市）

[22]王寛、酒井慈仁、鈴木謙一、木村秀明、“EPONの上位集線におけるオーバーラップ手法の特性評価”、電子情報通信学会ソサイエティ大会（徳島市）

[23]木村俊二、吉田智暁、“マルチサービス時代に向けた光アクセスネットワークの展望”、フォトニックネットワークシンポジウム 2013 （横須賀市）（2015年3月12日）：

[24]田口勝久、浅香航太、木村俊二、鈴木謙一、大高明浩、“バースト CDR を用いた WDM/TDM-PON 用高速波長選択型 ONU の受信特性評価”、電子情報通信学会 総合大会 （草津市）

[25] 更科昌弘、他、「波長掃引方式を用いた波長可変型 WDM/TDM-PON におけるリンクアップ時間の検討」、電子情報通信学会 2013 年総合大会 B-8-35、2013 年 3 月

[26] 岩村英志、他、「波長可変型 WDM/TDM-PON における上りバースト信号の消光特性についての検討」、電子情報通信学会 2013 年総合大会 B-8-41、2013 年 3 月

[27] 鹿嶋正幸、他、“光プリアンプによる WDM/TDM-PON 用高バジェット送受信器の一検討”，電子情報通信学会 2013 年ソサイエティ大会、2013 年 9 月

[28] 藤田典一、他、“WDM/TDM-PON ONU 用波長可変型光トランシーバ”, 電子情報通信学会 2013 年ソサイエティ大会、2013 年 9 月

[29] 岩村英志、他、“WDM/TDM-PON プロトタイプトランシーバの上りバースト信号評価”，電子情報通信学会 2013 年ソサイエティ大会、2013 年 9 月

[30] 古沢聡、他、“波長可変型 WDM/TDM-PON における無瞬断波長切替方式の検討”、電子情報通信学会 2013 年ソサイエティ大会、2013 年 9 月