JP2005229488A - 光送受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の伝送速度に応じて光レベル出力を変化させ、かつ光出力の安定性を保ち、光出力規定を緩和させる。
【解決手段】 光信号を電気信号に変換して受信する光受信部（２，３，４）と、異なる伝送速度の電気信号をそれぞれの伝送速度の光出力規定で光信号に変換して送信するよう外部から指示可能な光送信部（６，７，８，９，１０，１１）と、光受信部で受信して変換された電気信号から受信信号の伝送速度を検出する伝送速度検出回路１２とを具備する。伝送速度検出回路１２によって検出した伝送速度を光送信部に指示することによって、光送信部を受信信号の伝送速度に応じた内容に切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は光通信における自動光出力制御型の光送受信モジュールに関するものである。

光アクセスサービスの発展に伴い、ユーザの様々な要求に対して、異なる伝送速度（ビットレートともいう）でのサービス提供がなされている。従来のＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ伝送方式を用いたサービスのみならず、Ethernet技術をベースとした光アクセスサービスも提供され、ビットレートの多様性は年々増加している。一方、光アクセスサービスを効率的に提供するためには、光アクセス用装置のコスト低減は必須である。

ユーザに提供する光アクセス用の装置に搭載される光送受信モジュールは、装置全体のコストの主要な部分を占めるが、これまでその光送受信モジュールは単一のビットレートのみの提供を目的として製造されているため、様々なビットレートを提供するためにはその光送受信モジュールを変更、交換しなくてはならなかった。そこで、様々なユーザの要求に単一の光送受信モジュールでサービスが提供可能となれば、光アクセス装置の更なるコスト低減が可能になる。

図４に従来の光送受信モジュールの構成（例えば、非特許文献１参照）を示す。光受信部は光ファイバ２１からの信号光を受信して電気信号に変換する受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）２２、変換した電気信号を増幅するプリアンプ２３、増幅した受信電気信号をさらに増幅、波形整形して受信電気信号として出力するリミッタアンプ２４によって構成される。一方、光送信部は電気信号を光信号に変換して光ファイバ２５に出射する発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）２６、その発光素子２６の発光状態を監視するため発光素子出力光の一部を受光するモニタ用受光素子（モニタＰＤ：ＭＰＤ）２７、送信電気信号を適切に発光素子２６を駆動する電気信号に変換するドライバ２８からなる。このドライバ２８は発光素子２６の閾値を設定するバイアス回路２９、変調信号（送信電気信号）を適切なレベルに増幅する発光素子駆動回路３０、温度依存性や経年劣化による性能劣化を防ぐための安定化回路３１からなる。

光アクセス線路ではユーザと収容局間の光減衰量は距離に大きく依存する。そのため、光送受信モジュールの受信可能な光入力レベルは、ある一定のダイナミックレンジを持つ。また、一般に光送受信モジュールの最小受光感度は伝送速度に応じて変化し、伝送速度が高いほど最小受光感度は大きくなる。

沖和重 外５名著、「２．５Ｇｂ／ｓ動作ＳＦＰ光トランシーバの開発」、２００１年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−２５、４８５頁。

光送受信モジュールが異なる伝送速度に自動的に対応する、すなわちマルチレート化した場合、光送出レベルはすべての伝送速度の送信光出力レベルをみたすよう調整されなければならない。たとえば、１２５Ｍｂｉｔ／ｓと１．２５Ｇｂｉｔ／ｓの両伝送速度に対応した光送受信モジュールの場合を考える。光アクセス線路損失のダイナミックレンジを仮に１５ｄＢとし、１２５Ｍｂｉｔ／ｓの最小受光感度を−３０ｄＢｍ、最大受光感度を−８ｄＢｍとし、１．２５Ｇｂｉｔ／ｓの最小受光感度を−２４ｄＢｍ、最大受光感度を−２ｄＢｍとする。この両速度に対応した光送受信モジュールの光出力は、１２５Ｍｂｉｔ／ｓにおいて最小距離でも通信可能とするために−８ｄＢｍ以下にする必要がある。また、１５ｄＢの最大伝送損失を考慮すれば、１．２５Ｇｂｉｔ／ｓにおいては少なくとも−９ｄＢｍ以上の光出力が必要となる。その結果、最大−８ｄＢｍ、最小−９ｄＢｍという非常に狭い光出力規定となり、その狭い規定に適合する光送信部品の識別を行う観点から、光送信モジュールのコスト上昇要因になる。

また、発光素子２６に加えるバイアスレベルや変調電流値は伝送速度によって適切に設定する必要がある。発光素子２６には周波数性があり、その周波数特性を考慮しつつそれぞれの伝送速度に規定された消光比や波形デューティ比を満たす必要がある。すなわち、複数の伝送速度の規定に沿った光信号を送信するためには、それぞれの伝送速度に応じたバイアスレベルや変調電流値を与えなくてはならない。

本発明の目的は、複数の伝送速度に応じて光レベル出力を変化させることが可能で、かつ光出力の安定性を保ち、送信時の光出力規定を緩和できるマルチレート対応の光送受信モジュールを実現することにある。

請求項１にかかる発明の光送受信モジュールは、光信号を電気信号に変換して受信する光受信部と、異なる伝送速度の電気信号をそれぞれの伝送速度の光出力規定で光信号に変換して送信するよう外部から指示可能な光送信部と、前記光受信部で受信して変換された電気信号から受信信号の伝送速度を検出する伝送速度検出回路とを具備し、該伝送速度検出回路によって検出した伝送速度を前記光送信部に指示することによって、前記光送信部の光出力規定を前記受信信号の伝送速度に応じた内容に切り替えるようにしたことを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の光送受信モジュールにおいて、前記光受信部は、受光素子と、該受光素子で受信した光信号を増幅する増幅回路からなり、前記光送信部は、発光素子と、該発光素子の発光状態を検出するモニタ用受光素子と、前記発光素子を駆動するレベルを外部から調整できる発光素子駆動回路と、前記発光素子の発光閾値を外部から調整できるバイアス回路と、前記モニタ用受光素子の受光信号に基づき前記発光素子駆動回路と前記バイアス回路を制御して前記発光素子の光出力を安定化させ、かつ異なる伝送速度の光出力規定に各々最適化された各回路定数を持ち、外部からの指示によって前記異なる伝送速度の光出力規定の内の特定の光出力規定に対応する回路定数を選択可能な安定化回路とからなり、前記増幅回路で増幅された受信信号の伝送速度を前記伝送速度検出回路によって検出し、該検出結果に応じて前記安定化回路の回路定数を選択することにより、異なる伝送速度の内の特定の伝送速度の光出力規定に適合した光送信信号を出力するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、異なる伝送速度に応じた光出力パワーを受信信号速度に応じて最適に変化させつつ、安定した出力パワー、バイアスレベル、消光比、波形、デユーティ比をもつマルチレート対応の光送受信モジュールを実現でき、また従来の課題であった複数の伝送速度に対応するための非常に狭い光出力規定にすることが不要でその光出力規定を緩和でき、低コスト化が可能となる。

本発明の光送受信モジュールの原理構成を図１に示す。この図１は２芯双方向用であるが、１芯双方向用に適用しても同様な構成となる。光受信部は、光ファイバ１からの信号光を受信して電気信号に変換する受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）２、変換した電気信号を増幅するプリアンプ３、増幅した受信電気信号をさらに増幅、波形整形して受信電気信号として出力するリミッタアンプ４によって構成される。一方、光送信部は、電気信号を光信号に変換して光ファイバ５に入射させる発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）６、その発光素子６の発光状態を監視するため発光素子出力光の一部を受光するモニタ用受光素子（モニタＰＤ：ＭＰＤ）７、送信電気信号を適切にＬＤを駆動する電気信号に変換するドライバ８からなる。

このドライバ８は発光素子６の閾値を設定するバイアス回路９、変調信号（送信電気信号）を適切なレベルに増幅する発光素子駆動回路１０、温度依存性や経年劣化による性能劣化を防ぐための安定化回路１１からなる。この安定化回路１１は、発光素子６のバイアス電流や駆動電流を適切なレベルに安定化させるための基準値を各伝送速度に合わせて複数持ち、その複数の基準値を外部から指定できる機能を持っている。また、リミッタアンプ４から出力される信号から受信信号の伝送速度を判定し、判定結果を出力する伝送速度検出回路１２を配置し、その出力が安定化回路１１に接続されている。図１においてはリミッタアンプ４からの出力を伝送速度検出回路１２に接続しているが、プリアンプ３からの出力を接続して伝送速度を検出しても本質的な機能は変わらない。

従来技術においては、安定化回路３１に与えられる回路定数は一つの固定値であり、発光素子２６に対して一つの出力パワー、閾値、波形、デューティ比の安定化がなされていた。これに対し、本発明によれば、安定化回路１１に与えられる回路定数を複数持たせることにより、発光素子６に対して出力パワー、閾値、波形、デューティ比を異なる信号速度の光出力規定にあわせて選択変更することが可能になる。

図２に本発明における実施例１の光送受信モジュールの構成を示す。光受信部は光ファイバ１からの信号光を受信して電気信号に変換する受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）２、変換した電気信号を増幅するプリアンプ３、増幅した受信電気信号をさらに増幅、波形整形して受信電気信号として出力するリミッタアンプ４によって構成される。一方、光送信部は電気信号を光信号に変換して光ファイバ５に入力する発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）６、その発光素子６の発光状態を監視するため発光素子出力光の一部を受光するモニタ用受光素子（モニタＰＤ：ＭＰＤ）７、送信電気信号を適切に発光素子６を駆動する電気信号に変換するドライバ８からなる。

このドライバ８は発光素子６の閾値を設定するバイアス回路９、変調信号（送信電気信号）を適切なレベルに増幅する発光素子駆動回路１０、モニタ用受光素子７からのモニタ信号から適切なバイアス値を検出してバイアス回路９に適切な制御信号を与えるＡＣＣ（Auto Current Control)回路１３、モニタ用受光素子７からのモニタ信号から駆動信号レベルを検出して適切な制御信号を発光素子駆動回路１０に与えるＡＰＣ(Auto Power Control)回路１４から構成される。

さらに、リミッタアンプ４から出力される信号から受信信号の伝送速度を検出して出力する伝送速度検出回路１２、それぞれの伝送速度に応じてＡＣＣ回路１３、ＡＰＣ回路１４の動作基準電圧を与えるための抵抗分割回路１５、伝送速度検出回路１２の検出結果によって抵抗分割回路１５の抵抗分割比を切り替えるスイッチ１６からなる。なお、ＡＣＣ回路１３とＡＰＣ回路１４と抵抗分割回路１５とスイッチ１６は、図１の安定化回路１１を構成する。

ＡＣＣ回路１３とＡＰＣ回路１４は、モニタ用受光素子７の性能のばらつきや発光素子６の性能のばらつきなどのために、出力を調整する端子にモニタ用受光素子７と発光素子６にあわせた基準電圧を与えるなどして、ドライブ回路１０の出力パワー、バイアス回路９のバイアスレベルを調整する。図２では電源電圧とグランド間に接続される抵抗分割回路１５によって基準電圧を与える。抵抗分割回路１５の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は可変抵抗を実装するなどして、実装された光送受信モジュールのそれぞれの伝送速度に応じたバイアス回路９のバイアスレベル、ドライブ回路１０の出力パワーになるよう調整した回路定数に設定する。バイアス回路９のバイアスレベルをＡＣＣ回路１３で、ドライブ回路１０の出力パワーをＡＰＣ回路１４でそれぞれ調整することで、他の光出力規定である消光比、波形、デューティ比も調整可能となる。この基準電圧を与える際に、それぞれの伝送速度の光出力規定にあわせた基準電圧が与えれるよう、スイッチ１６により切り替える。スイッチ１６は伝送速度検出回路１２から出力される受信信号速度に応じた検出結果出力によって切り替える。

図３に本発明における一例として低速信号（１２５Ｍｂｉｔ／ｓ）から高速信号（１．２５Ｇｂｉｔ／ｓ）へ伝送速度を切り替える場合の信号シーケンス図を示す。受信信号が１２５Ｍｂｉｔ／ｓから１．２５Ｇｂｉｔ／ｓに切り替わった場合、伝送速度検出回路１２の出力が１２５Ｍｂｉｔ／ｓを示すＬｏｗレベルから１．２５Ｇｂｉｔ／ｓを示すＨｉｇｈレベルに切り替わる。そして、伝送速度検出回路１２の検出結果が装置内部（図示せず）に通知されることによって送信電気信号が１．２５Ｇｂｉｔ／ｓに変更される。

つぎに、この伝送速度検出回路１２の出力を受けてスイッチ１６の接続先がＡＣＣ回路１３に対しては抵抗Ｒ１から抵抗Ｒ２へ、ＡＰＣ回路１４に対しては抵抗Ｒ３から抵抗Ｒ４へと切り替わる。これにより、ＡＣＣ回路１３、ＡＰＣ回路１４に与える基準電圧値が変更され、ＡＣＣ回路１３、ＡＰＣ回路１４の回路定数が変更される。よって、１２５Ｍｂｉｔ／ｓ時に発光素子６がＰ１の光出力パワーで、かつバイアスレベル、消光比、波形、デューティ比が適切に設定されていた光出力が、１．２５Ｇｂｉｔ／ｓでは発光素子６の光出力パワーがＰ２となり、かつ印加されるバイアスレベル、消光比、波形、デューティ比が１．２５Ｇｂｉｔ／ｓに合致するよう適切に設定される。

本発明の光送受信モジュールの原理構成のブロック図である。 実施例１の光送受信モジュールの構成のブロック図である。 図２の光送受信モジュールの動作波形図である。 従来の光送受信モジュールの構成のブロック図である。

符号の説明

１：光ファイバ
２：受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）
３：プリアンプ
４：リミッタアンプ
５：光ファイバ
６：発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）
７：モニタ用受光素子（ＭＰＤ）
８：ドライバ
９：バイアス回路
１０：発光素子駆動回路
１１：安定化回路
１２：伝送速度検出回路
１３：ＡＣＣ回路
１４：ＡＰＣ回路
１５：抵抗分割回路
１６：スイッチ

Claims (2)

1. 光信号を電気信号に変換して受信する光受信部と、異なる伝送速度の電気信号をそれぞれの伝送速度の光出力規定で光信号に変換して送信するよう外部から指示可能な光送信部と、前記光受信部で受信して変換された電気信号から受信信号の伝送速度を検出する伝送速度検出回路とを具備し、該伝送速度検出回路によって検出した伝送速度を前記光送信部に指示することによって、前記光送信部の光出力規定を前記受信信号の伝送速度に応じた内容に切り替えるようにしたことを特徴とする光送受信モジュール。
2. 請求項１に記載の光送受信モジュールにおいて、
   前記光受信部は、受光素子と、該受光素子で受信した光信号を増幅する増幅回路からなり、
   前記光送信部は、発光素子と、該発光素子の発光状態を検出するモニタ用受光素子と、前記発光素子を駆動するレベルを外部から調整できる発光素子駆動回路と、前記発光素子の発光閾値を外部から調整できるバイアス回路と、前記モニタ用受光素子の受光信号に基づき前記発光素子駆動回路と前記バイアス回路を制御して前記発光素子の光出力を安定化させ、かつ異なる伝送速度の光出力規定に各々最適化された各回路定数を持ち、外部からの指示によって前記異なる伝送速度の光出力規定の内の特定の光出力規定に対応する回路定数を選択可能な安定化回路とからなり、
   前記増幅回路で増幅された受信信号の伝送速度を前記伝送速度検出回路によって検出し、該検出結果に応じて前記安定化回路の回路定数を選択することにより、異なる伝送速度の内の特定の伝送速度の光出力規定に適合した光送信信号を出力するようにしたことを特徴とする光送受信モジュール。

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