JP2006229541A - バースト信号受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光入力信号の持つ消光比に対する信号再生能力を向上させるバースト信号再生方法を提供する。
【解決手段】 光モジュール１０において光電気変換された出力信号をＡＴＣ−ＩＣ２０に入力し、インプットバッファ２２でレベル調整され、ゲインバッファ（ローゲイン）２４で正相に変換された信号を２分岐して、一方はピーク検出回路２５に入力してそのピーク値を閾値としてゲインバッファ（ハイゲイン）２６に入力し、２分岐したもう一方の信号をゲインバッファ（ハイゲイン）２６に入力させて増幅させ、ゲインバッファ（ハイゲイン）２６の正相出力と逆相出力をＡＴＣ回路２７にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レベルの異なる信号列がある区間ごとに並んでいるバースト状データ信号を再生するバースト信号受信装置に関する。

現在、FTTH(Fiber To The Home)、FTTB/C(Fiber To The Building/Curb)、FTTCab(Fiber To The Cabinet)サービスのネットワーク構成とアクセス回路の方式にPON(Passive Optical Network)方式が採用されることが多い。PON方式は局側終端装置のOLT(Optical Line Terminal)とユーザ側終端装置のONU(Optical Network Unit)で光通信網を設ける。ここで、ONUからOLTへの光伝送信号の形式はバースト信号であり、OLTは光バースト信号受信装置としての機能を持たなければならない。PON方式にはATM(Asynchronous Transfer Mode)-PON方式、B(Broadband)-PON方式、E(Ethernet(登録商標))-PON方式等の様々な方式があるが、OLTの受信信号は全てにおいてバースト信号である。

従来、この光バースト信号受信装置において、主に光信号を電気信号に変換して増幅する光モジュールと、バースト信号等価増幅用ＩＣ（集積回路）（以下、ＡＴＣ−ＩＣという）は図３に示すように構成されている。
光モジュール１０は光信号が入力されると、これを電気信号に変換して増幅し出力端子１３から出力する。すなわち、フォトダイオード１１に光信号が入力されたときに生じる電流の変化がプリアンプ１２で大きな電圧の信号に変換される。プリアンプ１２においてはクランプ方式で入力信号が増幅されて、光入力信号とは逆相の電気バースト信号が出力端子１３から出力される。通常、光モジュール１０を構成するプリアンプ１２を含むＯＥ変換器（光電気変換器）は、クランプ方式を用いて光バースト信号を電気バースト信号に変換する。

ここでクランプ方式とは、図５、図６に示すように、入力パワーのレベルによって増幅率が変化し、入力パワーのレベルが低いときは増幅率が高く、一方、入力パワーのレベルが高いと増幅率が低くなる増幅の方式である。図５、図６は光モジュール１０の入力信号と出力信号の一例を示す。例えば、前述のＡＴＭ−ＰＯＮ方式のシステムにおいては、信号の入力前及び入力中にこのバイアス成分が入力される。入力信号にバイアス成分がない、あるいは、入力信号の消光比が大きくバイアス成分がほとんど影響しない場合は、出力信号は図５に示すように入力信号を反転した波形となるが、一般に消光比が小さいと言われる１５ｄB以下の信号が入力された場合は、例えば、図６に示すような大きさのバイアス成分を持って入力される。これを入力としてクランプ方式による増幅が行われると、図６に示す通り入力パワーがあるレベル以上になると増幅率が変化するため、図６の入力信号のバイアス成分が大きく増幅された逆相信号となる。

なお、クランプ方式により高い倍率で増幅を行う場合、例えば、０Ｖから１Ｖの範囲の信号を３倍に増幅する場合には、信号全体を３倍に増幅すると信号のスイングが大きくなり過ぎるため、７００ｍＶから１Ｖの間の３００ｍＶの領域を３倍し、０ｖから７００ｍＶの間の７００ｍＶの領域を残りの領域に収めた上で全体を３倍する手法がよく用いられる。すなわち、増幅の倍率が高いほど増幅された信号のバイアス成分は大きな比率を占めるようになる。
このような出力信号が光モジュール１０の出力端子１３から出力され、ＡＴＣ−ＩＣ・１２０の入力端子１２１に入力される。

出力端子１３からの出力はＡＴＣ−ＩＣ・１２０の入力端子１２１に入力され、インプットバッファ２２において、ゲインバッファ２４を介してＡＴＣ回路２７への入力に適した電圧に調整して出力される。ゲインバッファ（ローゲイン）２４は、内部リファレンス２３の出力電圧を閾値としてインプットバッファ２２の出力電圧との差分を増幅して、正相出力と逆相出力をＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ：自動識別レベル制御）回路２７に入力する。

ここで、内部リファレンス２３は、図３においては固定電圧として書かれているが、通常はインプットバッファ２２の出力信号を分岐させた信号を用いてリファレンス電圧を生成する。より具体的には、光モジュールへの光入力信号と逆相である分岐させた信号をピーク検出回路に入力することで、無信号のレベルであるピーク値を検出し、このレベルをリファレンス電圧として生成する。ゲインバッファ（ローゲイン）２４における増幅は後述するように高いゲインを持たせることはできないため、基本的に増幅率を１倍とする。従って、信号レベルは変わらず負論理の信号を正論理の信号に変換するだけとなる。
ＡＴＣ回路２７は、異なった信号振幅に追従して自動的に最適な識別レベルを設定し、バーストパケット間でレベルが異なっていても正しく再生する回路である。

この回路の各点における信号の波形は図４のようになる。図４（ａ）は光入力のパワーを表し、このような光入力信号に対してフォトダイオード１１に光信号の強さに比例した電流が流れ、図３のＡ点において図４（ｂ）のような電圧の波形が生じる。このような波形の信号がプリアンプ１２に入力されると、前述の通りバイアス成分が大きく増幅され、Ｂ点において図４（ｃ）のような波形となる。ゲインバッファ（ローゲイン）２４は前述の通り内部リファレンス２３の電圧を閾値としてインプットバッファ２２の出力電圧との差分を増幅率１倍で増幅するため、信号レベルは変わらず負論理の信号を正論理の信号に変換するだけとなり、Ｃ点での波形は図４（ｄ）となる。
なお、従来技術として特許文献１が知られている。
特開平１０−１６３８２８号公報

消光比の小さい光入力信号をＡＴＣ回路２７で再生するには、光入力信号をできるだけ大きく増幅してＡＴＣ回路２７に入力させることが必要となる。これは、ＡＴＣ回路２７は入力信号が大きいほど設計が容易となり、信号処理の精度も向上するためである。
しかし、上記の技術によれば、消光比の小さい光入力信号を受けた場合、光入力信号には図４（ａ）に示すようなバイアス成分を持って入力され、クランプ方式により信号を増幅するプリアンプ１２によってこの成分が大きく増幅されるため、光モジュールからの出力はバイアス成分の影響を大きく受けることとなる。
また、図４（ａ）に示す光入力信号がアンダーシュートを持つ場合、すなわち、波形がバイアス成分のレベルを一時的に下回っている部分が存在する場合は、この部分が上記と同様に大きく増幅されることが原因でＡＴＣ−ＩＣ・１２０において正常な信号処理ができない場合もある。

また、ＡＴＣ回路２７の前に設けられているゲインバッファ（ローゲイン）２４にゲインを持たせると、プリアンプ１２と同様に信号があるレベル以上の部分が大きく増幅されるため信号部が再生されずに飽和してしまう。すなわち、図３のゲインバッファ（ローゲイン）２４に高ゲインを持たせる場合、前述の信号を３倍に増幅する例のようにバイアス成分が大きく増幅され信号が小さく潰れて波形の最大値に張り付いたような波形となってしまう。このため、ゲインを持たせることができず、それがバースト受信装置としてのダイナミックレンジを下げる原因にもなっていた。
本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、光入力信号の持つ消光比に対する信号再生能力を向上させるバースト信号受信装置を提供することである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、本発明は、光バースト信号よりクランプ方式を用いて生成された電気バースト信号を入力し、該電気バースト信号レベルのピーク値を維持して出力するピーク検出回路と、前記電気バースト信号と前記ピーク検出回路の出力を入力し、該２つの入力信号の差分を増幅し、該増幅信号を自動識別レベル制御回路への入力信号として出力するゲインバッファと、を含むバースト信号受信装置である。
消光比の小さいバイアス成分を持つ光バースト信号に対して同相の電気バースト信号がピーク検出回路とゲインバッファへの入力信号となる場合において、光バースト信号受信装置の高ダイナミックレンジ化を図ることができる。

バースト信号受信装置は、好ましくは、信号レベルを調整するインプットバッファをさらに含み、前記電気バースト信号は、前記インプットバッファを介した後、前記ピーク検出回路および前記ゲインバッファに入力される。
インプットバッファを介すことにより、ゲインバッファへの入力に適した電圧に調整して出力することができる。

また、本発明は、光バースト信号よりクランプ方式を用いて生成された電気バースト信号であって、前記光バースト信号に対し逆相の電気バースト信号を入力し、該入力信号に対して逆相の信号を出力する第１のゲインバッファと、前記第１のゲインバッファの出力を入力し、該入力信号レベルのピーク値を維持して出力するピーク検出回路と、前記第１のゲインバッファの出力と前記ピーク検出回路の出力を入力し、該２つの入力信号の差分を増幅し、該増幅信号を自動識別レベル制御回路への入力信号として出力する第２のゲインバッファと、を含むバースト信号受信装置である。
光電気変換を行う光モジュールが、光バースト信号に対して逆相の電気バースト信号を出力する場合、第１のゲインバッファにより光バースト信号と同相の電気バースト信号とした後、ピーク検出回路および第２のゲインバッファへの入力とすることができる。

バースト信号受信装置は、好ましくは、信号レベルを調整するインプットバッファをさらに含み、前記電気バースト信号は、前記インプットバッファを介した後、前記第１のゲインバッファに入力される。
インプットバッファを介すことにより、各ゲインバッファへの入力に適した電圧に調整して出力することができる。

また、本発明は、光バースト信号よりクランプ方式を用いて生成された電気バースト信号をピーク検出回路に入力し、該ピーク検出回路より該電気バースト信号レベルのピーク値を維持して出力する過程と、前記電気バースト信号と前記ピーク検出回路の出力をゲインバッファに入力し、該ゲインバッファより該２つの入力信号の差分を増幅し、該増幅信号を自動識別レベル制御回路への入力信号として出力する過程と、を含むバースト信号受信方法である。

本発明によれば、光入力信号の持つ消光比に対する信号再生能力を向上させることができるので、光バースト信号受信装置の消光比耐力を向上させることができる。また、信号を増幅させるゲインバッファ（オペアンプ）に高ゲインを設けることが可能なので、光バースト信号受信装置の高ダイナミックレンジ化に効果がある。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。以下の実施例は本発明を限定するものではなく、また、実施例中で説明されている特徴のすべての組み合わせが発明の解決手段に必須のものとは限らない。図１はこの実施の形態における光バースト信号受信装置における光モジュール１０とＡＴＣ−ＩＣ・２０の構成を示すブロック図である。
図１に示すＡＴＣ−ＩＣ・２０は、図３に示す従来のＡＴＣ−ＩＣ・１２０におけるゲインバッファ（ローゲイン）２４とＡＴＣ回路２７の間にピーク検出回路２５とゲインバッファ（ハイゲイン）２６を設けた点が異なる。ピーク検出回路２５は、信号レベルのピーク値を維持して出力する。ゲインバッファ（ハイゲイン）２６は、ピーク検出回路２５の出力電圧を閾値としてゲインバッファ（ローゲイン）２４の出力電圧との差分を増幅して出力する。ゲインバッファ（ハイゲイン）２６は、ゲインバッファ（ローゲイン）２４と異なり、高いゲインを持たせる。すなわち、高い増幅率、例えば、５０倍から１００倍の範囲のいずれかの増幅率で増幅する。ここで、ゲインバッファ（ローゲイン）２４の正相出力を２分岐して、一方はピーク検出回路２５に入力してそのピーク値を出力する。そのピーク値を閾値としてゲインバッファ（ハイゲイン）２６に入力し、２分岐したもう一方の信号をゲインバッファ（ハイゲイン）２６に入力させて増幅させる。ゲインバッファ（ハイゲイン）２６の正相出力と逆相出力をＡＴＣ回路２７に入力する点は図３と同様である。なお、図１の光モジュール１０は図３に示したものと同様である。

次に上述したＡＴＣ−ＩＣ・２０における信号の波形を説明する。図１のＣ点までの構成は図３で説明した構成と同様であるので、図２（ａ）のＣ点の波形は図４（ｄ）のＣ点での波形と同様となる。図２（ｂ）の太い点線はピーク検出回路２５の出力を表す。ゲインバッファ（ハイゲイン）２６において、この太い点線が示す波形を閾値としてＣ点での波形との差分が高い増幅率で増幅される。これにより図４（ａ）の光入力の信号部分に対応する領域が大きく増幅され、図４（ａ）のバイアス成分に対応する領域が小さく増幅され信号レベルの最大値付近に張り付く状態となるため、Ｄ点での波形は図２（ｃ）のようになり、Ｅ点での波形は図２（ｄ）のように、図２（ｃ）に示す出力の反転出力となる。

これにより、バイアス成分の影響を受けていない信号をＡＴＣ回路に入力することができる。また、ゲインバッファ（ハイゲイン）２６に高ゲインを設けることも可能であり、ＡＴＣ回路２７へ理想的な信号を入力することができ、光バースト信号受信装置の高ダイナミックレンジ化に効果がある。

本発明は、バースト信号受信装置に用いられる。

本発明の実施形態による光バースト信号受信装置における光モジュール１０とＡＴＣ−ＩＣ・２０の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による光バースト信号受信装置における各部の波形を示す図である。 従来の光バースト信号受信装置における光モジュール１０とＡＴＣ−ＩＣ・１２０の構成を示すブロック図である。 従来の光バースト信号受信装置における各部の波形を示す図である。 光モジュール入力信号にバイアス成分がない場合の光モジュール出力信号の例である。 光モジュール入力信号にバイアス成分がある場合の光モジュール出力信号の例である。

符号の説明

１０…光モジュール
１１…フォトダイオード
１２…プリアンプ
１３…出力端子
２０、１２０…ＡＴＣ−ＩＣ
２１…入力端子
２２…インプットバッファ
２３…内部リファレンス
２４…ゲインバッファ（ローゲイン）
２５…ピーク検出回路
２６…ゲインバッファ（ハイゲイン）
２７…ＡＴＣ回路

Claims (5)

1. 光バースト信号よりクランプ方式を用いて生成された電気バースト信号を入力し、該電気バースト信号レベルのピーク値を維持して出力するピーク検出回路と、
   前記電気バースト信号と前記ピーク検出回路の出力を入力し、該２つの入力信号の差分を増幅し、該増幅信号を自動識別レベル制御回路への入力信号として出力するゲインバッファと、
   を含むバースト信号受信装置。
2. 信号レベルを調整するインプットバッファをさらに含み、
   前記電気バースト信号は、前記インプットバッファを介した後、前記ピーク検出回路および前記ゲインバッファに入力される
   請求項１に記載のバースト信号受信装置。
3. 光バースト信号よりクランプ方式を用いて生成された電気バースト信号であって、前記光バースト信号に対し逆相の電気バースト信号を入力し、該入力信号に対して逆相の信号を出力する第１のゲインバッファと、
   前記第１のゲインバッファの出力を入力し、該入力信号レベルのピーク値を維持して出力するピーク検出回路と、
   前記第１のゲインバッファの出力と前記ピーク検出回路の出力を入力し、該２つの入力信号の差分を増幅し、該増幅信号を自動識別レベル制御回路への入力信号として出力する第２のゲインバッファと、
   を含むバースト信号受信装置。
4. 信号レベルを調整するインプットバッファをさらに含み、
   前記電気バースト信号は、前記インプットバッファを介した後、前記第１のゲインバッファに入力される
   請求項３に記載のバースト信号受信装置。
5. 光バースト信号よりクランプ方式を用いて生成された電気バースト信号をピーク検出回路に入力し、該ピーク検出回路より該電気バースト信号レベルのピーク値を維持して出力する過程と、
   前記電気バースト信号と前記ピーク検出回路の出力をゲインバッファに入力し、該ゲインバッファより該２つの入力信号の差分を増幅し、該増幅信号を自動識別レベル制御回路への入力信号として出力する過程と、
   を含むバースト信号受信方法。
   
   

Images