JP2009152706A - Ｐｏｎシステム、光信号受信方法及びｏｌｔ - Google Patents

Abstract

【課題】 光強度の強い信号の直後に光強度の弱い信号を受信するとき、光強度の強い信号が入力されると容易に飽和してしまい、その影響が光強度の弱い信号に干渉し、受信感度を劣化させる。また、APDの逆バイアス電圧を変化させるとき、その電圧差が大きいと、ＡＰＤの受信感度が安定化するまでに、次の光信号を受信してしまい、受信感度が劣化する。
【解決手段】 逆バイアス電圧の差が小さくなるようにＤＢＡ順序を決定し、ＯＮＵからの受信タイミングに合わせて逆バイアス電圧を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光伝送路終端装置、及び受動光ネットワークシステムに関するものであり、具体的には光ファイバを介して光信号を受信するＡＰＤ（Avalanche Photo Diode：アバランシェフォトダイオード）で電気信号に変換する光伝送路終端装置、及び受動光ネットワークシステム（ＰＯＮ）に関する。

受動型光ネットワーク（ＰＯＮ：Passive Optical Network）システムは、光ファイバアクセス技術である。低コストで高速な通信速度を提供できる高速広帯域アクセス技術である。通常、受動型ネットワーク（ＰＯＮ）システムは、光伝送路終端装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）、光回線終端装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）および光分配ネットワーク（ＯＤＮ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を含み、エンドユーザにブロードバンドアクセス方法を提供しており、現在のその他のブロードバンドアクセス技術に比べ、多くの利点がある。最も顕著な利点は、受動光ネットワークシステム、例えば、ＧＥ−ＰＯＮシステムがエンドユーザにギガビットレベルのアクセス速度を提供することが可能であり、エンドユーザのブロードバンドネットワーク応用によりよく対応できる点にある。

ＯＬＴとＯＮＵとの間の伝送路は1芯の光ファイバが利用され、下り方向（ＯＬＴから各ＯＮＵへの通信方向）の信号は波長１４９０nmで、上りの方向（ＯＮＵからＯＬＴへの通信方向）の信号は波長１３１０nmで送受信される。

ＯＬＴから各々のＯＮＵへの下り方向の信号は宛先ＯＮＵを指定して光ブロードキャスト方式で送信され、ＯＮＵが自身宛の信号を選択して受信する。逆に各々のＯＮＵからＯＬＴへの上り方向の信号は、信号の衝突を防ぐため、ＯＬＴから送信許可されたＯＮＵが時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ方式：Time Division Multiple Access）で送信タイミングを調整して送信する。

なお、送信タイミングを調整する方法として、動的帯域割当制御方式（ＤＢＡ：Dynamic Bandwidth Allocation）が知られており、全ＯＮＵからの送信要求に基づき、各々のＯＮＵの上りの許可帯域と各々のＯＮＵからの送信タイミングを決定する。

ところで、ＯＬＴは、ＯＮＵから送信された光信号を受信する場合、光増倍作用をもつアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）が用いられている。このＡＰＤは逆バイアスされたＰＮ接合部による増倍効果により、光強度の弱い信号でも高感度で受信できる。一般に、ＡＰＤの電流増倍率を弱い信号に対しては大きく、強い信号に対しては小さく設定することで、ＡＰＤの逆バイアス電圧の調整が行われている。言い換えれば、ＡＰＤの電流増倍率（Ｍ値）を大きくするには、逆バイアス電圧を大きく、また、ＡＰＤの電流増倍率を小さくするには、逆バイアス電圧を小さく設定する。 通常，逆バイアス電圧は装置の導入時に調整して設定しておくものである．しかし、ＰＯＮシステムにおいては、各々のＯＮＵからの光強度信号が異なるため、ＯＬＴの光電変換素子の受光感度のダイナミックレンジを広くとることが要求される。ＡＰＤは逆バイアスされたＰＮ接合部による増倍効果により、光強度の弱い信号でも高感度で受信できるが、
逆バイアス電圧を印加することによって増倍率を一度設定すると、ＡＰＤの受光感度の範囲が決定される。高速光信号を受信する際、受光感度の範囲が狭くなること知られており、高速ＰＯＮシステムにおいて、光強度の強い信号と弱い信号を同時に受信できないという問題があった。以下具体的に説明する。

図８は従来技術においてのＰＯＮシステムの概略図である。ＯＬＴ１０と複数のＯＮＵ２０が光スプリッタ３０ａと３０ｂを介して光ファイバ３０で接続されている。通常、ＯＬＴはキャリアの局舎に設置され、ＯＮＵは家庭に設置される。
ＰＯＮシステムの動作を簡単に説明する。上位のネットワークからＯＬＴ１０に入ってくる区下りパケットは、ＯＬＴ１０において、ＰＯＮフレームに変換され、光信号は光ファイバ３０を介してＯＮＵ２０に一斉に送信される。この光信号は、光分岐３０ａと３０ｂで分岐され、ＯＮＵ２０に送信されるが、送信先アドレスの合致したＯＮＵがその光信号を取り込み、パケットを処理して復号する。

一方、ＯＮＵ２０から送信される上りパケットは、光分岐３０ａを経由してＯＬＴ１０に送信される。ＯＬＴ１０では、ＡＰＤ１５で受信した上り光信号は電流信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ１６を通して電圧信号に変換され、ポストアンプ１７に入力される。入力された信号は、ＰＨＹ１８でＰＯＮフレームが復号さ、ＭＡＣフレーム処理部１９で所定の処理が行われ、上位ネットワークへ出力される。また、ＯＬＴ１０には、ＡＰＤに逆バイアス電圧を印加する電圧可変型の直流電流源１４が設けられている。通常導入時に、逆バイアス電圧を印加することで、良好な受信感度に設定する。

ＯＮＵ２０から送信される上りパケットは、お互いに時間的に競合しないようにする必要がある。そのため、ＯＬＴ１０に設けられたＣＰＵ１１は、動的帯域割当制御方式（ＤＢＡ）によって、上り送信タイミングを決定する。送信タイミングを決定されたＯＮＵ２０は、その割り当てられた時間に上りパケットを送出する。したがって、ＯＮＵ間の上りパケットの衝突は回避される。なお、ＯＬＴとＯＮＵは時間を共有する必要があるが、時刻情報を下りパケットの中に含ませることによって行うことができる。

ＯＬＴがＯＮＵから送信された光信号を受信する場合、各々のＯＮＵ毎に、ＯＬＴとの間に介在する分岐装置の数、光ファイバの距離が異なるため受信信号の光強度が異なる。つまり、分岐装置の損失、光ファイバの距離に依存した損失により受信信号の光強度が異なる。

図１０（ａ）は、ＯＮＵから上りパケットの光強度の違いを説明するための図であり、縦軸に光強度、横軸に時間をとっている。ＯＮＵ２０ａからのパケット８０１を、ＯＮＵ２０ｂからのパケット８０３、ＯＮＵ２０ｃからのパケット８０２を受信しており、受信光強度が様々に異なっている。なお、各パケットの信号の周期は、１ナノ秒程度となっている。

図９はＰＯＮシステムにおけるレベルダイヤと受光感度の一例を示している。ＰＯＮシステムおいては、伝送距離や分岐数の違いを吸収するために、受光感度の広いダイナミックレンジが要求されている。たとえば、ＩＥＥＥ８０２。３規格では２０ｄＢ程度である。しかし、高速な光信号を受信する場合には、例えば１０Ｇｂ／ｓのような高速伝送時には、逆バイアス電圧を印加して増倍率を設定した場合のＡＰＤの受光範囲は、２０ｄＢよりも小さくなってしまう。図９に示したように、ＡＰＤの逆バイアス電圧Ｖａを、光強度の強い信号に対して設定してしまうと、光強度の弱い光信号を受信できないという問題があった。

図１０（ｂ）と図１０（ｃ）は、逆バイアス電圧とＡＰＤの出力電流を示しており、横軸に時間をとっている。図１０（ｂ）に示すように、ＰＯＮシステムでは、逆バイアス電圧８１１が時間的に一定に設定されている。このとき、図１０（ｃ）に示すように、ＡＰＤの出力電流８２１と８２２は、トランスインピーダンスアンプ１６以降の回路が正常に動作する電流範囲を満たしている。しかし、ＡＰＤの出力電流８２３は、正常に動作する電流範囲に収まっていない。即ち、ＯＬＴ１０は、光強度の強い信号８２１と８２２を受信可能であるが、光強度の弱い信号８２３を受信できないことになる。上述したように、現在ＰＯＮの高速化技術の進展は速いものの、超高速光電気変換素子の受光感度のダイナミックレンジが小さいため、ＰＯＮシステムの要求条件を満たすような、光強度の異なる信号を同時受信することができない。このような問題に対する対応策として、ＯＮＵから送信された光信号を受信する際に、ＯＮＵに許可した信号の受信タイミングに合わせて、各々のＯＮＵに対応した逆バイアス電圧をAPDに設定する技術が開示されている（たとえば、特許文献２００５−４５５６０号公報）。

また、受光信号のレベルを判定するためのしきい値の設定を容易にするため、光信号の受光強度に基づいて、隣り合ったタイムスロットにおける受光強度の変化が小さくなるように、タイムスロットの順番を制御する技術が開示されている（たとえば、特許文献２００４−15243号公報）。

特開２００５−４５５６０号公報 特開２００４−１５２４３号公報

しかし、光強度の強い信号の直後に光強度の弱い信号を 受信するとき、光強度の強い信号が入力されると容易に飽和してしまい、その影響が光強度の弱い信号に干渉し、受信感度を劣化させるという問題が発生する。また、APDの逆バイアス電圧を変化させるとき、その電圧差が大きいと、ＡＰＤの受信感度が安定化するまでに、次の光信号を受信してしまい、受信感度が劣化するという問題が発生する。つまり、たとえば１０Ｇｂ/ｓのような超高速ＰＯＮにおいては、特許文献１のように上り信号のパケットの送信情報のみを用いて逆バイアス電圧を変化させＡＰＤの増倍率を制御すると、ＡＰＤの受信感度が安定化するまでに、次の光信号を受信してしまい、光信号を受信できない場合がある。言い換えれば、光強度の異なる光信号を受信できない問題点が解決されていない。

また、１０Ｇｂ/ｓのような超高速PONでは、上記で述べた様にAPDの受光特性により光を受信できず、光強度を測定できない問題が発生するため、高速通信時のAPDの受信可能範囲は逆バイアス電圧により制御しなければならない。たとえは、APDの受光可能範囲外の光強度の信号を受信すると、APDは正常に動作しない。つまり、１０Ｇｂ/ｓのような超高速PONでは、光強度はONUに対応させて逆バイアス電圧を変更する時には特許文献２のように光強度のみに基づいて、タイムスロットの順番を制御できることはできない。

そこで、本発明では、ＯＮＵに対応して逆バイアス電圧を変化させる場合に、APDのダイナミックレンジ広域化を図りながら、APDで信号を正しく受信することを目的とする。

また、ＡＰＤの逆バイアス電圧を変更する場合に、安定化してから次の信号を受信しなければならないため、ガートタイムを広くすることが必要となり、帯域を有効に使用することができない。
そこで本発明では、ガートタイムを広くとらなくともＡＰＤにおいて信号を正しく受信することを目的とする。

光伝送路終端装置（ＯＬＴ:Optical Line Terminal）と複数の光回線終端装置（ＯＮＵ:Optical Network Unit）とが光ファイバを介して接続された受動光ネットワーク（ＰＯＮ）システムにおいて、前記ＯＬＴは、印加させる逆バイアス電圧に応じて電流増倍率が変化する光電変換素子を備え、前記複数のＯＮＵに上り信号の送信帯域を割り当てる際に、直前に送信帯域を割り当てたＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧との逆バイアス電圧の電圧差が小さくなるように前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とする。

本発明により、光伝送路終端装置の受信感度のダイナミックレンジを広くすることが可能となるため、受信信号の光強度が異なる場合にでも、高速ＰＯＮシステムを実現することが可能である。また、ガードタイムを短くすることができるため、帯域を有効に使用することができる。

以下、本発明の実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。ＰＯＮシステムとしてＩＥＥＥ規格ＥＰＯＮを使用した場合の壱例として、本発明の実施形態について説明する。但し、必ずしもこのＰＯＮに限定されない。

以下、図１を参照して、本発明装置の基本構成をついて説明する。図１は、本発明の実施形態１のＰＯＮシステムの構成ブロック図である。

図１に示しているように、システム全体は、光伝送路終端装置（ＯＬＴ）１０と、光回線終端装置（ＯＮＵ）２０と、それらの間に設置された光ファイバ３０と光分岐器３１を含む。

まず、ＯＬＴ１０の内部構成は大きくは、上り光信号受信に係る部分、即ち各々のＯＮＵ２０から送信された光信号を受信する部分と、フレームを処理する部分と、ＯＬＴの制御部分からなる。

上り光信号受信する部分は、逆バイアス電圧制御部１３、ＡＰＤに逆バイアス電圧を与える電圧可変型の直流電流源１４、ＡＰＤ素子１５、電流信号を電圧信号に変換するためのトランスインピーダンスアンプ１６、ポストアンプ１７から構成される。上り光信号受信する部分は、光信号を電気信号に変換し、フレーム処理する部分へ送信する。

フレームを処理する部分は、ＰＨＹ１８とＭＡＣフレーム処理部１９から構成される。ＰＨＹ１８はＰＯＮフレームを符号復号する。ＭＡＣフレーム処理部はＭＡＣフレームを処理して、外部のネットワークと接続される。

ＯＬＴの制御部分として、ＣＰＵ１１とメモリ１２からなる。メモリ１２には、本発明に係るＯＮＵに対応する逆バイアス電圧の対応付けたデータ（ＯＮＵ−逆バイアス電圧対応情報）が保存されている。ＣＰＵ１１は、本発明に係る帯域割当制御アルゴリズムを保持している。また、ＣＰＵ１１は、例えば、逆バイアス電圧制御１３、ランダムアクセスメモリ１２、ＰＨＹ１８、ＭＡＣフレーム処理部１９などの、各ユニットモジュールを協動させるように、光伝送路終端装置の各ユニットモジュールの動作制御に用いられる。

各々のＯＮＵからの上り方向の光信号は光ファイバ３０を介してＡＰＤ１５で電流信号に変換され、トランスインピーダンスアンプ１６を通して電圧信号に変換される。トランスインピーダンスアンプ１６から出力される電圧信号はＡＧＣ（自動ゲイン制御）機能を有するポストアンプ１７で増幅されてＰＨＹ１８で復号される。復号化された信号はＭＡＣフレーム処理部で所定の処理が行われ上位のネットワークへ出力される。

ところで、ＡＰＤ１５には電流増倍率（Ｍ値）を設定するための逆バイアス電圧を印加する必要があるが、逆バイアス電圧制御部１３で制御された直流電流１４によりＡＰＤに対して逆バイアス電圧として印加される。この逆バイアス電圧制御部１３は後述するようにＣＰＵ１１により、逆バイアス電圧値とタイミングが制御される。この逆バイアス電圧の制御方法に関しても後述する。

逆バイアス電圧とタイミングを制御する方法について説明する。ＯＬＴ１０に設けられたＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶された逆バイアス電圧情報を参照して、動的帯域割当制御方式（ＤＢＡ）によって、ＯＮＵ２０の上り光信号の送信タイミングを決定し、逆バイアス電圧制御１３を制御する。送信タイミングを割り当てられたＯＮＵ２０は、その決定された時間に上りパケットを送出する。したがって、ＯＮＵ間の上りパケットの衝突は回避される。なお、ＯＬＴとＯＮＵは時間を共有する必要があるが、時刻情報を下りパケットの中に含ませることによって行うことができる。

逆バイアス電圧制御１３は、決定されたＯＮＵの上り送信タイミングに基づき、ＯＬＴに受信時間より前の時間に、メモリ１２に記憶された逆バイアス電圧値を設定するように、電圧可変型の直流電流源１４に指示し、ＡＰＤ１５に対して逆バイアス電圧を印加する。これにより、ＯＮＵからの信号の受信タイミングに合わせてＡＰＤの逆バイアス電圧を変更することができるため、光強度の異なるそれぞれのＯＮＵからの信号を受信することができる。

以下、図２を参照して、第１の実施形態について、ＰＯＮシステム全体の動作手順を説明する。ここでは、送信タイミングの決定方法と逆バイアス電圧の制御方法について説明する。

ＯＬＴは、ＯＮＵに帯域要求を問い合わせするための信号を全ＯＮＵへブロードキャストする（ステップ１０１）。ただし、ＯＮＵが自動的に帯域要求信号を送信する場合はなくてもよい。その後、ＯＮＵはＯＮＵのバッファに蓄積されたデータ量をＲＥＰＯＲＴフレームとよばれる帯域要求信号をＯＬＴへ送信し（ステップ１０２）、ＯＬＴはその帯域要求信号を受信する（ステップ１０３）。
次に、ＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶されたＯＮＵ−逆バイアス電圧対応情報を検索し（ステップ１０４）、各ＯＮＵの帯域要求条件と逆バイアス電圧情報に基づき、時間的に連続するＯＮＵの逆バイアス電圧の変化差が小さくなるように、送信すべきＯＮＵ順序を決定し、送信許可タイミングを決定する（ステップ１０５）。

これにより、ＡＰＤが光強度の強い信号の直後に光強度の弱い信号を受信するとき、その影響が光強度の弱い信号に干渉してしまうので、干渉の影響が十分小さいように、送信すべきＯＮＵの順序を決定することができる。ＯＬＴが受信する光強度の強い光信号から弱い信号に変化するとき、即ち、低い逆バイアス電圧から高い逆バイアス電圧に変化するときに干渉が発生しやすいので、電圧の変化値を考慮して、送信すべきＯＮＵの順序を決定する。ここで、光信号の入力強度を参照して、送信すべきＯＮＵの順序を決定してもかまわない。

また、逆バイアス電圧を設定するとき、ＡＰＤ受光回路の安定化するまで時間が必要であるが、本ステップを適用することにより、のガードバンド時間よりも十分短くなるように、送信すべきＯＮＴの順序を決定することができる。ここで、ガードバンド時間とは前のＯＮＵの光信号の送信を終了するタイミングと次のＯＮＵの光信号の送信を開始するタイミングとの時間差と定義する。例えば、時間的に連続するＯＮＵ間で逆バイアス電圧の変化差がない場合、既にＡＰＤ受光回路は安定化しており、光信号はそのまま受信される。また、逆バイアス電圧差が十分小さい場合、ＡＰＤの安定化時間も十分小さいので、ガードバンド時間以内にＡＰＤ受光素子は安定化できる。このようにして、逆バイアスの電圧情報やＯＬＴが受信する光強度を参照して、ＯＮＴの送信タイミングを決定することで、光の強度が異なっても、効率よく光を受信できる。

なお、この第１の実施の形態では、メモリ１２に予めＯＮＵ−逆バイアス電圧対応情報が記憶されているものとしているが、ＡＰＤ１５で光信号の強度を検出して、逆バイアス電圧を導出して、メモリに格納することも可能である。最後に、ＯＬＴは全ＯＮＵに上りの送信タイミングを含む信号をブロードキャストする（ステップ１０６）。ＯＬＴは、送信許可タイミングに基づき、逆バイアス電圧を制御する（ステップ１０７）。これにより、ＯＮＵからの信号の受信タイミングに合わせてＡＰＤの逆バイアス電圧を変更することができるため、光強度の異なるそれぞれのＯＮＵからの信号を受信することができる。

次に、図３を参照して、第1の実施形態について、本発明の実施形態の逆バイアス電圧を設定する方法について説明する。ここでは、ＤＢＡ方式により各々ＯＮＵへの送信タイミング割当と通知は既に行っているものとする。

ＯＮＵ（＃３）２０ｃは、所定の送信タイミングに上り信号４０１をＯＬＴ１０へ送信する。上り信号は、例えば、長距離伝送によるファイバ損失のため光強度が劣化し、ＯＬＴ１０により受信される（４０４）。このとき、ＯＬＴ１０は、ＤＢＡ計算結果、受信時間スロット（４０７）にＯＮＵ（＃３）の上り光信号を受信することを知っており、上り信号４０４を受信する直前に、上述した手法により、逆バイアス電圧を設定し（４０７）、ＡＰＤの増倍率を設定して、ＡＰＤの受信感度を良好な状態に設定する。次に、ＯＮＵ（＃１）２０ａは、所定の送信タイミングに上り信号４０３をＯＬＴ１０へ送信する。前述同様な手順に基づき、逆バイアス電圧を設定し（４１１）、ＡＰＤの増倍率を設定して、ＡＰＤの受信感度を良好な状態に設定する。

次に、図４を参照して、第1の実施形態について、本発明の実施形態の逆バイアス電圧の差を考慮して、帯域割当と逆バイアス電圧設定する方法について説明する。

図４（ａ）はＯＬＴで受信した光信号の光強度の一例を示しており、縦軸に光強度、横軸に時間をとっている。光信号３０１、３０２、３０３は、それぞれＯＮＵ（＃１）２０ａ、ＯＮＵ（＃２）２０ｂ、ＯＮＵ（＃３）２０ｃからの信号を示している。光信号の強度はＯＬＴでの受信強度を示している。つまり、光信号３０１は光信号３０３より光強度は強い状態を示している。

図４（ｂ）はＡＰＤの逆バイアス電圧の一例を示しており、縦軸に逆バイアス電圧、横軸に時間をとっている。逆バイアス電圧Ｖ１（３１１）、Ｖ２（３１２）、Ｖ３（３１３）は、それぞれＯＮＵ（＃１）２０ａ、ＯＮＵ（＃２）２０ｂ、ＯＮＵ（＃３）２０ｃからの信号を受信するときの逆バイアス電圧の値を示している。光信号の強度が強い場合、逆バイアス電圧を小さく設定しており、光信号の強度が弱い場合、逆バイアス電圧を大きく設定している。
逆バイアスを調整する理由は、逆バイアス電圧が高くなると、ＡＰＤの電流増倍率（Ｍ値）も高くなり、結果的に光強度の弱い信号も受信することができる。しかし、光強度が強すぎると、増倍効果によりＡＰＤが飽和してしまい、信号を受信できない。また、逆に逆バイアス電圧を小さくすると、ＡＰＤの電流増倍率（Ｍ値）も低くなり、光強度の弱い信号を受信できない。そのため、10Ｇｂ／ｓのような高速光伝送においては、ＡＰＤの受信感度を良好に保つためには、逆バイアス電圧を調整する必要がある。

また、ＤＢＡは前のタイミングに送信するＯＮＵに対する逆バイアス電圧と次のタイミングに送信するＯＮＵに対する逆バイアス電圧との電圧差を小さくするように、ＯＮＵの各々の送信すべきタイミングを決定する。たとえば、電圧差Ｖ３−Ｖ２とＶ２−Ｖ１を比較すると、Ｖ２−Ｖ１の方が小さいため、逆バイアス電圧の順序をＶ１、Ｖ２、Ｖとなるように、ＤＢＡ方式でＯＮＵの送信タイミングを決定する。これにより、逆バイアス電圧を設定するときに必要なＡＰＤ受光回路が安定化するまで時間を短くすることができるためガードバンド時間を十分短くすることができる。

図４（ｃ）はＯＬＴで受信したＡＰＤ電流を示しており、縦軸にＡＰＤの電流、横軸に時間をとっている。ＡＰＤ電流３２１、３２２、３１３は、それぞれＯＮＵ（＃１）２０ａ、ＯＮＵ（＃２）２０ｂ、ＯＮＵ（＃３）２０ｃからの光信号が光電気変換されたＡＰＤ電流の値を示している。逆バイアス電圧を調整した結果、トランスインピーダンスアンプ１６以降の回路が正常に動作する電流範囲に収まっていることを示している。

このような状態において、ＯＬＴは光強度の強い信号と弱い信号を同時に受信でき、光信号受信装置のダイナミックレンジを広くすることが可能となる。結果的に受信信号の光強度が異なる場合にでも、高速ＰＯＮシステムを実現することが可能である。

次に、図５を参照して、第1の実施形態について、本発明の実施形態におけるＯＮＵ ＩＤ 逆バイアス電圧対応テーブルの構成について説明する。図５は、本発明の実施形態の、ランダムアクセスメモリ１２に記憶された、ＯＮＵ ＩＤ 逆バイアス電圧対応テーブルを示した図である。ＯＮＵ ＩＤ 逆バイアス電圧対応テーブルには、「ＯＮＵ ＩＤ」５０１、「ＯＮＵ−ＯＬＴレベル差」５０２、「ＯＬＴ入力パワー」５０３、「逆バイアス電圧」５０４の４項目が含まれている。これにより、図５に示しているように、ＯＮＵ ＩＤが「１」の光信号を受信する場合、設定する逆バイアス電圧は「１５Ｖ」と決まる。
逆バイアス電圧値を計算してメモリに格納する一例を説明する。全ＯＮＵの送信パワーが既知である場合、「ＯＮＵ−ＯＬＴレベル差」とＯＮＵ送信パワーを参照して、「ＯＬＴ入力パワー」を計算して求めることができる。そして、ＯＬＴ入力パワー、即ち各ＯＮＵから受信する光信号の強度の値、とＡＰＤデバイスの特性データを参照にして、ＡＰＤの最適な増倍率が決定され、逆バイアス電圧が計算される。もしくは、ＯＬＴに入力された光信号の強度を検出して、メモリ１２に格納してもかまわない。

以下、図６を参照して、第２の実施形態について、ＰＯＮシステム全体の動作手順を説明する。またここでは、送信タイミングの決定方法と逆バイアス電圧の制御方法について説明する。尚、ＰＯＮシステムの基本構成は、図１と同様である。

ＯＬＴは、ＯＮＵの帯域要求を問い合わせする信号を全ＯＮＵへブロードキャストする（ステップ２０１）。ただし、ＯＮＵが自動的に帯域要求信号を送信する場合はなくてもよい。その後、ＯＮＵはＯＮＵのバッファに蓄積されたデータ量をＲＥＰＯＲＴフレームとよばれる帯域要求信号をＯＬＴへ送信し（ステップ２０２）、ＯＬＴはその帯域要求信号を受信する（ステップ２０３）。

次に、ＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶されたＯＮＵ−逆バイアス電圧対応情報を検索し（ステップ２０４）、各ＯＮＵの帯域要求条件と逆バイアス電圧に基づき実施例１で述べたように逆バイアス電圧差が小さくなるように送信すべきＯＮＵ順序を決定し、時間的に連続するＯＮＵの逆バイアス電圧情報から、ガードバンド時間を計算し、送信許可タイミングを決定する。（ステップ２０５）。

これにより、前のタイミングに送信するＯＮＵに対する逆バイアス電圧と次のタイミングに送信するＯＮＵに対する逆バイアス電圧との情報から、逆バイアス電圧の調整によるＡＰＤ受光素子の安定化時間を計算できるので、設定すべきガードバンド時間決定ことができる。なお、ここでは、予めＡＰＤ特性データに基づき、安定化時間を導出しているものとする。

ＤＢＡは、設定すべきガードバンド時間を参照して、各々のＯＮＵの送信すべきタイミングを決定する。よって、ガードバンド時間以内にＡＰＤ受光素子は安定化できる。

なお、この第２の実施の形態では、メモリ１２に予めＯＮＵ−逆バイアス電圧対応情報が記憶されているものとしているが、ＡＰＤ１５で光信号の強度を検出して、逆バイアス電圧を導出して、メモリに格納することも可能である。

最後に、ＯＬＴは全ＯＮＵに上りの送信タイミングを含む信号をブロードキャストする（ステップ２０６）。ＯＬＴは、送信許可タイミングに基づき、逆バイアス電圧を制御する（ステップ２０７）。これにより、逆バイアス電圧を変更することによってＡＰＤのダイナミックレンジの広域化を図りながら、ガートタイムを短くすることができるため、帯域を有効に使用することができる。

次に、図７を参照して、第２の実施形態について、本発明の実施形態の逆バイアス電圧の差を考慮して、帯域割当と逆バイアス電圧を設定する方法について説明する。

図７（ａ）はＯＬＴで受信した光信号の光強度の一例を示しており、縦軸に光強度、横軸に時間をとっている。光信号３０１、３０２、３０３は、それぞれＯＮＵ（＃１）２０ａ、ＯＮＵ（＃２）２０ｂ、ＯＮＵ（＃３）２０ｃからの信号を示している。光信号の強度はＯＬＴでの受信強度を示している。つまり、光信号３０１は光信号３０３より光強度は強い状態を示している。

図７（ｂ）はＡＰＤの逆バイアス電圧の一例を示しており、縦軸に逆バイアス電圧、横軸に時間をとっている。逆バイアス電圧Ｖ１（３１１）、Ｖ２（３１２）、Ｖ３（３１３）は、それぞれＯＮＵ（＃１）２０ａ、ＯＮＵ（＃２）２０ｂ、ＯＮＵ（＃３）２０ｃからの信号を受信するときの逆バイアス電圧の値を示している。光信号の強度が強い場合、逆バイアス電圧を小さく設定しており、光信号の強度が弱い場合、逆バイアス電圧を大きく設定している。
また、ＤＢＡは、前のタイミングに送信するＯＮＵに対する逆バイアス電圧と次のタイミングに送信するＯＮＵに対する逆バイアス電圧との情報に基づき、前のＯＮＵの光信号の送信を終了するタイミングと次のＯＮＵの光信号の送信を開始するタイミングとの時間差を所定の閾値以上にするように、 ＯＮＵの各々の送信すべきタイミングを決定する。

たとえば、逆バイアス電圧がＶ３からＶ１へ変化する場合、光の強度が強い光信号３０１から光の強度の弱い光信号３０３へ変化するため、ＡＰＤ素子内で干渉と安定化時間の影響が心配される。よって、ＡＰＤ素子の安定化時間よりも大きいガードバンド時間３１５を設定し、ＤＢＡ方式でＯＮＵの送信タイミングを決定している。

図７（ｃ）はＯＬＴで受信したＡＰＤ電流を示しており、縦軸にＡＰＤの電流、横軸に時間をとっている。ＡＰＤ電流３２１、３２２、３１３は、それぞれＯＮＵ（＃１）２０ａ、ＯＮＵ（＃２）２０ｂ、ＯＮＵ（＃３）２０ｃからの光信号が光電気変換されたＡＰＤ電流の値を示している。逆バイアス電圧を調整した結果、トランスインピーダンスアンプ１６以降の回路が正常に動作する電流範囲に収まっていることを示している。

このような状態において、光強度の強い信号の直後に光強度の弱い信号を受信することで起因する問題を十分低減できる。このため、ＯＬＴは光強度の強い信号と弱い信号を同時に受信でき、光信号受信装置のダイナミックレンジを広くすることが可能となる。結果的に受信信号の光強度が異なる場合にでも、高速ＰＯＮシステムを実現することが可能である。

以上、本発明の実施形態１〜２を詳しく説明したが、本発明はこれに限らず、当業者は具体的な状況によって変更を行うことができる。

例えば、本発明の実施形態１〜２についてはすべてＥＰＯＮを例に説明したが、本発明はもちろん、ＡＴＭに基づく受動光ネットワーク（ＡＰＯＮ）およびギガビット受動光ネットワーク（ＧＰＯＮ）など、その他の受動光ネットワーク（ＰＯＮ）に適用することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、超高速ＰＯＮシステムにおいて、逆バイアス電圧情報に応じて動的帯域割当を行い、送信タイミングとＡＰＤの逆バイアス電圧制御により、ＯＬＴの受光感度のダイナミックレンジの広域化が可能となる。

本発明の実施形態1のPONシステムの構成ブロック図である。 本発明の実施形態１の動作を説明するフロー図である。 本発明の実施形態の逆バイアス電圧を設定するタイミングを説明する図である。 本発明の実施形態１の帯域割当と逆バイアス電圧の設定方法を説明する図である。 本発明の実施形態におけるＯＮＵ逆バイアス電圧対応テーブルを示した図である。 本発明の実施形態２の動作を説明するフロー図である 本発明の実施形態２の帯域割当と逆バイアス電圧の設定方法を説明する図である。 従来のPONシステムの構成ブロック図である。 従来の受光感度のダイナミックレンジを説明する図である。 従来の逆バイアス電圧の設定方法を説明する図である。

符号の説明

１０ 光伝送路終端装置（ＯＬＴ）
２０ 光回線終端装置（ＯＮＵ）
３０ 光ファイバ、３１光分岐装置
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ 逆バイアス電圧制御部
１４ 電圧可変型の直流電流
１５ ＡＰＤ受光素子
１６ トランスインピーダンスアンプ１６
１７ ポストアンプ
１８ ＰＨＹ
１９ ＭＡＣフレーム処理部。

Claims (12)

1. 光伝送路終端装置（ＯＬＴ:Optical Line Terminal）と複数の光回線終端装置（ＯＮＵ:Optical Network Unit）とが光ファイバを介して接続された受動光ネットワーク（ＰＯＮ）システムにおいて、
   前記ＯＬＴは、印加させる逆バイアス電圧に応じて電流増倍率が変化する光電変換素子を備え、前記複数のＯＮＵに上り信号の送信帯域を割り当てる際に、前記複数のＯＮＵのうちの一のＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧と、該一のＯＮＵの直前に送信帯域を割り当てた他のＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧との電圧差が小さくなるように前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とするＰＯＮシステム。
2. 請求項１に記載のＰＯＮシステムおいて、
   前記ＯＬＴは、前記複数のＯＮＵのそれぞれの必要な逆バイアス電圧の情報を保持し、該情報を参照して前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とするＰＯＮシステム。
3. 請求項１に記載のＰＯＮシステムにおいて、
   前記ＯＬＴは、前記複数のＯＮＵに前記上り信号の送信タイミングを指示する際に、直前のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵに対応する逆バイアス電圧と次のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵに対応する逆バイアス電圧の電圧差に基づいて、前記次のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵの前記上り信号の送信タイミングを決定することを特徴とするＰＯＮシステム。
4. 請求項１に記載のＰＯＮシステムにおいて、
   前記決定された送信帯域の割当順序に応じて前記逆バイアス電圧を制御することを特徴とするＰＯＮシステム。
5. 光伝送路終端装置（ＯＬＴ:Optical Line Terminal）と複数の光回線終端装置（ＯＮＵ:Optical Network Unit）とが光ファイバを介して接続された受動光ネットワーク（ＰＯＮ）システムにおける光信号受信方法であって、
   前記ＯＬＴは、印加させる逆バイアス電圧に応じて電流増倍率が変化する光電変換素子を備え、
   前記ＯＬＴは前記複数のＯＮＵに上り信号の送信帯域を割り当てる際に、前記複数のＯＮＵのうちの一のＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧と、該一のＯＮＵの直前に送信帯域を割り当てた他のＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧との電圧差が小さくなるように前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とする光信号受信方法。
6. 請求項５に記載の光信号受信方法であって、
   前記ＯＬＴは、前記複数のＯＮＵのそれぞれの必要な逆バイアス電圧の情報を保持し、
   該情報を参照して前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とする光信号受信方法。
7. 請求項５に記載の光信号受信方法であって、
   前記ＯＬＴは、前記複数のＯＮＵに前記上り信号の送信タイミングを指示する際に、直前のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵに対応する逆バイアス電圧と次のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵに対応する逆バイアス電圧の電圧差に基づいて、前記次のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵの前記上り信号の送信タイミングを決定することを特徴とする光信号受信方法。
8. 請求項５に記載の光信号受信方法であって、
   前記決定された送信帯域の割当順序に応じて前記逆バイアス電圧を制御することを特徴とする光信号受信方法。
9. 光ファイバを介して複数の光回線終端装置（ＯＮＵ:Optical Network Unit）に接続された光伝送路終端装置（ＯＬＴ:Optical Line Terminal）であって、
   印加させる逆バイアス電圧に応じて電流増倍率が変化する光電変換素子を備え、
   前記複数のＯＮＵに上り信号の送信帯域を割り当てる際に、前記複数のＯＮＵのうちの一のＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧と、該一のＯＮＵの直前に送信帯域を割り当てた他のＯＮＵからの上り信号を受信する際に必要な逆バイアス電圧との電圧差が小さくなるように前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とするＯＬＴ。
10. 前記複数のＯＮＵのそれぞれの必要な逆バイアス電圧の情報を保持し、該情報を参照して前記送信帯域の割当順序を決定することを特徴とする請求項９に記載のＯＬＴ。
11. 前記複数のＯＮＵに前記上り信号の送信タイミングを指示する際に、直前のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵに対応する逆バイアス電圧と次のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵに対応する逆バイアス電圧の電圧差に基づいて、前記次のタイミングに上り信号を送信するＯＮＵの前記上り信号の送信タイミングを決定することを特徴とする請求項９に記載のＯＬＴ。
12. 前記決定された送信帯域の割当順序に応じて前記逆バイアス電圧を制御することを特徴とする請求項９に記載のＯＬＴ。

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