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問1
(1)
ア:⑪ DP方式とPB方式
イ:⑤ 制御信号
ウ:⑫ 着信端末から交換機
エ:⑨ 400[Hz]の連続音

補足
・PSTN(公衆交換電話網)における信号方式の種類


・加入者線信号方式の主な基本的な信号の分類
・監視信号：呼の接続制御の過程を監視するための信号。呼接続の進行方向（発信側から着信側）に送信される順方向信号と、その逆方向（着信側から発信側）に送信される逆方向信号がある。順方向信号は、制御信号ともいわれ、逆方向信号は、表示信号ともいわれる。
・選択信号：接続すべき着信端末を識別するための信号
・可聴信号：発信者・着信者に呼接続の進行状況を知らせる音信号
・呼出信号：着信端末を呼び出す信号

具体的な信号の種類



・アナログ電話接続の流れ
監視信号のうち、発呼信号、切断信号は、順方向信号（発信端末から交換機に向けた信号）、応答信号、終話信号は、逆方向信号（着信端末から交換機に向けた信号）であることがわかる。


可聴信号の送出条件
事業用電気通信設備規則（https://elaws.e-gov.go.jp/document?lawid=360M50001000030）の「別表第五号　可聴音信号送出条件（第３３条関係）」に発信音、呼出音、話中音の送出条件の記載がある。以下より、発信音の信号送出形式が「400Hzの周波数の信号を連続送出」であることが分かる。




（参考）
・選択信号のDP方式とBP方式
・DP方式(Dial Plus方式):選択数字の数と同じ回数のパルスを作り出して数字情報を伝達する方式。昔のダイアル式黒電話では、ユーザがダイアルを数字の場所まで回し、ダイアルが戻る際にパルスを作り出していた。(オフフックでHighになるので、パルスはLowとして出る)


・PB方式(Push Button方式):低周波群4種類と高周波数群4種類から1波長ずつ選び、組み合わせて、数字情報および符号を構成し、伝達する方式。4×4=16種類の数字および符号を伝達できる

・PB方式の周波数の組み合わせマトリックス

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(2)
(ⅰ)
答え:③

解説
①②④正しい

③線形中継器を用いた多中継のWDM伝送システムにおいて伝送距離を制限する要因には光の信号対雑音比の劣化と波形劣化があり、信号対雑音比の劣化は、主に線形中継器の非線形光学効果 (正:AES雑音（自然放出光雑音）) に起因して発生する。

補足
WDM(波長分割多重:Wavelength Division Multiplexing):1心の光ファイバに複数の波長を多重・分離することにより複数の光信号や上りと下りの光信号を同時に送受信可能とする光通信方式。WDMは波長の密度によって、CWDM (Coarse WDM)とDWDM (Dense WDM)の2種類が存在する。



参照：波長多重の詳細（総務省）：
https://www.soumu.go.jp/main_sosiki/joho_tsusin/policyreports/joho_tsusin/catv_system/pdf/070315_1_sa1_4.pdf

・光ファイバ増幅器（線形中継器）で発生する雑音
下図は、光ファイバ増幅器（エルビウムドープ光ファイバ増幅器）の入力と出力の光パワーと光スペクトルを比較したものである。増幅後の出力を見ると、光信号である1550nmに加えて、広帯域なスペクトルが付加されている事がわかる。これは増幅時に副次的に発生する自然放出光に起因するものでAES雑音（自然放出光雑音）と呼ばれる。
AES雑音による雑音指数は、反転分布が完全に実現された理想的な場合、3dBになる。


※ASE(Amplified Spontaneous Emission：自然放射増幅光)：増幅器の中で発生した自然放出光が増幅されたもの。
※雑音指数:増幅回路等における、入力S/N(信号対雑音比)と、出力S/N(信号対雑音比)の比を表す値。
入力側をS_i/N_i、出力側をS_o/N_oとしたとき雑音指数Fは、
\( F=\frac{S_i/N_i}{S_o/N_o} \)
と表せる。
※信号対雑音比(SN比):信号（Signal）と雑音（Noise）の比率のこと。通信回線等の品質の指標となる値。
※エルビウムドープ光ファイバ増幅器：WDMシステムの線形中継器として使われる光ファイバ増幅器の1つ。

ASE(Amplified Spontaneous Emission：自然放射増幅光)：増幅器の中で発生した自然放出光が増幅されたもの。

・WDMシステムの構成
＜送信側＞
SDH/SONETの信号やイーサネット信号などのクライアント信号をトランスポンダで各波長の光信号に変換し、光合波器で多重化して伝送路に送出する
＜線路＞
WDM信号は、線形中継器で光増幅される
＜受信側＞
WDM信号を分波器で各波長の光信号に分け、トランスポンダを介して元のクライアント信号に復元する


トランスポンダ:SDH/SONET装置などのクライアント信号とWDM装置に入出力される各波長の光信号を相互変換する装置
光合分波器:WDMで利用させる装置。波長の違う光を合成させたり、分波させたりする装置

線形中継器:受信した光パルスを電子信号に変換せずに増幅を行う中継器。光信号をそのまま増幅するため、累積したひずみや雑音などを整形することはできない。3R機能のうち、等化増幅のみを行う。

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(ⅱ)
答え:②

解説
①OTNでは、光の波長単位で通信路が設定され、通信路の終端を行うOXC(正:WDM)、光のままクロスコネクトを行いメッシュ状ネットワークに適用するOADM(正:OXC)などの装置が用いられる。

②正しい

③OTNでは、OCh(正:OMS)といわれる論理的な通信路が設定される。OCh(正:OMS)は、光多重セクションとして定義されており、波長多重信号が合分波されるごとに終端される。

④OChのフレームは、OChのオーバヘッド、各種のクライアント信号を収容する可変長のペイロード、誤り訂正符号としてFCS(正:FEC)を挿入するフィールドから構成されている。

補足
OTN(Optical Transport Network: 光伝達網):バックボーンネットワーク（コアネットワーク、基幹ネットワーク）においてWDM技術を使って長距離・大容量の光通信を行うための通信規格。従来ポイントツーポイントの構成だったWDMを、網（多地点での通信）での利用に対応させる技術やIPやイーサネットなどの複数のクライアント信号を統一的に扱えるようにする技術が標準化されている。

・OTNで使用される光装置
従来の伝送装置では、光から電気信号に一度変換してから経路処理を行っていたが、OTNで使用される装置は、光信号のまま経路切り替えや分岐/挿入をすることが可能になっている
WDM（Wavelength Division Multiplexing：光多重装置）：波長の異なる複数の信号を1つに束ねて一本の光ファイバに送出したり、多重化された光をそれぞれの波長の信号に分離するための装置
OADM（Optical Add/Drop Multiplexer：光分岐挿入装置）：光信号の分岐/挿入を行う装置
OXC(Optical Cross Connect：光クロスコネクト装置)：光接続の切替を行う装置



・光スイッチの種類
MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）スイッチ
あるファイバから入力された光に対して、内部の微小な可動型ミラーを動かすことによって出力するファイバを変更できる。

平面光導波路型光スイッチ
光導波路上に光経路を切り替えることのできる回路をつくったスイッチ。電気光学効果、磁気光学効果、音響光学効果、熱光学効果など、様々な光学効果を応用した種類のものがある。

・OTNにおけるノード間のセッションについて
　OCh（Optical channel/光チャネル）：波長単位でノード間に割り当てられる信号の通路。
　OMS（Optical multiplex section/光多重セクション）：Ochが多重化装置に束ねられた通路。多重化装置で終端する
　OTS（Optical transmission section/光中継セクション）：中継装置ごとに確立されるセクション。線形中継装置が終端する



・OTNレイヤとフレーム構成について
　・OH（Over Head(オーバヘッド)）の役割
　OCh OH：光チャネルごとの保守機能をサポート
　OMS OH：多重セクションの保守や運用機能をサポート
　OTS OH：中継セクションの保守や運用機能をサポート
　OPUk（Optical channel Payload Unit/光チャネルペイロードユニット）：
　ODUk（Optical channel data unit/光チャネルデータユニット）：
　OTUk（Optical transport unit/光伝送ユニット）：

FEC(Forward Error Correction) ：OTNで使用される誤り訂正技術。OTUレイヤでFECの誤り訂正符号が付加される。

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(3)
(ⅰ)
答え:④
解説

①VoIPゲートウェイは、一般に、呼制御プロトコルによるシグナリング処理の機能はない(正:シグナリング処理機能はある)が、コーデック、IPパケット化の機能以外に、アナログ電話インタフェースに対する2線-4線変換、A/D変換などの機能を有している。

②VoIPゲートウェイでは、一般に、符号化された音声信号をIPパケット化する際にTCPヘッダ(正:RTPヘッダ、UDPヘッダ)とIPヘッダを付与する。IP網へ送信されるこのIPパケットは、一般に、音声パケットといわれる。

③送信側(正:受信側)のVoIPゲートウェイでは、一般に、IPパケットをバッファへ蓄積した後、揺らぎ吸収機能を用いることで、パケット間隔をそろえてから送信する(正:音声を途切れない形で再生させる)ことができる。

④正しい

補足
VoIPゲートウェイ：IPネットワークで扱われる音声IPパケットを従来の電話機用の音声に変換するための装置


・VoIPゲートウェイの主な機能

＜シグナリング処理機能＞
SIPなどのシグナリングプロトコルが実装されており、発信や着信の呼制御を行う
＜音声通話に関連する機能＞
・2線-4線変換
電話機のインタフェースである1対2線の回線を、2対4線（送話と受話）に変換する
・A/D変換
音声のアナログ値を、離散的なデジタル値に変換する（標本化/量子化）
・コーデック
量子化されたデジタル値を圧縮などを行い符号化する
・パケット変換
符号化された信号をIP網で転送できるようにパケット化する。音声パケットは、アプリケーション層ではRTP、トランスポート層ではUDPが使われる。

・VoIPゲートウェイの揺らぎ吸収機能について

受信したパケットをその都度、音声に変換した場合、IPパケットの揺らぎによって音声の途切れが発生してしまう。そこで、VoIPゲートウェイに揺らぎ吸収用のバッファを持たせて、受信したIPパケットをある程度蓄積した後に音声へと変換することで、音声の途切れを発生させないようにする。揺らぎを吸収したパケット分は、音声の遅延となるため、バッファを多く持ち過ぎると遅延が増えてしまうことになる。揺らぎ防止と遅延防止は、トレードオフの関係にある。

・VoIPゲートウェイのパケットロスによる波形補間
音声パケットが損失した場合、損失した部分の音声の情報がないため、音抜けが発生してしまうが、受信側のVoIPゲートウェイでは、損失した部分の波形を、その前の波形から予測し補間することで自然に音声をつなげることができる。音声波形は、同じような波形が連続するといった性質を有するため、このような補間が可能になる。

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(ⅱ)
答え: ①
解説
① 呼制御サーバは、一般に、電話番号とIPアドレスの変換などを行う機能を有しており、呼制御プロトコルとしてSIPを用いる環境ではVoIPゲートキーパー(正:SIPサーバ)が呼制御サーバに相当している。

補足
従来のPBX(Private Branch eXchange)とIP-PBX
PBXは構内交換機と呼ばれ、構内の電話機を収容する装置。内線電話同士の接続を行ったり、外線電話の発着信を内線電話へ割当てる機能を提供する。PBXには、アナログ電話機/デジタル電話機を収容する従来のPBXと、IP電話機を収容するIP-PBXに分けられる。

・従来のPBX
従来のPBXは、アナログ/デジタル電話機を収容し、それぞれの接続は電話線によって行われる。そのため、電話機のレイアウトを変更する場合は、電話線の配線を変更する工事が必要となってしまう。また、電話回線とPCやサーバを繋ぐIP回線を別々に構成する必要があるため、構築のコストも高くなってしまう。

・IP-PBX
IP-PBXでは、IP電話機を収容し、接続はLANケーブルで行われる。電話機のレイアウトを変更する場合は、スイッチやルータなどのIP通信を中継する装置により柔軟なレイアウトを構成することができる。また、PCやサーバと同じIP回線で通話音声を伝送するため、構内ネットワークをシンプルにすることができ、構築コストも安くなる。
（従来のPBXとIP-PBXのネットワーク構成）


・IP-PBXの機能
SIP基本機能：SIPサーバの機能を提供する。電話番号/IPアドレスの変換、呼制御、端末監理、内線同士の接続などを行う。
PBX機能：外線電話の発着信を内線電話へ割り当てる機能などを提供する。外線電話には、一般に従来のPSTN回線、ISDN回線に加え、IP回線（NGN網などVoIPサービスを提供する回線）を接続することができる。
アプリケーション連携機能：CTIサーバやアプリケーションサーバなどと連携して、ユーザに付加機能を提供する。
CTI（Computer Telephony Integration）サーバ：電話機とコンピュータを統合して音声通話をサポートする機能を提供するサーバ。機能の例として、コールアシスタントやユニファイドメッセージなどがある。
-コールアシスタント：、コールセンターにおいて、PBXで受けた着信番号をCTIサーバが受取り、着信番号から顧客情報を検索してパソコンに表示する機能
-ユニファイドメッセージ：電話、FAX、電子メールなどの異なる通信手段をパソコンで一元管理して、異なるメディアからも情報を取り出せるようにする技術。留守番電話を音声ファイルや文字データとしてパソコンに保存したり、FAXを画像データとしてパソコンに保存したりする機能などが挙げられる。

VoIPゲートキーパー:H.323の呼制御において、IPアドレスと内線電話番号の対応を管理し、変換する装置。SIPにおいては、SIPサーバがこの機能を担当する。
※H.323:ITU-Tで国際標準化されている呼制御プロトコル。ISDN網で使われていたH.320をベースにして作られている。
※SIP(Session Initiation Protocol):HTTPをベースにした呼制御プロトコル。HTTPと同様にテキストベースのメッセージのやり取りによって制御が行われる。

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