JP2010193374A - 光伝送方法、光受信装置及びこれを用いたponシステム及び光通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 同一波長の光信号を給電用と制御用の双方に使用できるようにして、システムの構築コストを低減できる光伝送方法を提供する。
【解決手段】 光伝送路3,5に変調された光信号Sを送出し、この光信号Sを受光した受光素子20が出力する電気信号を受信側において給電用と制御用の双方に用いる光伝送方法であって、光伝送路3,5に送出される光信号Sを、給電用の第1光信号S1と、これと同じ波長λ1の制御用の第2光信号S2とを含む時分割多重された光信号とする。
【選択図】 図3
【解決手段】 光伝送路3,5に変調された光信号Sを送出し、この光信号Sを受光した受光素子20が出力する電気信号を受信側において給電用と制御用の双方に用いる光伝送方法であって、光伝送路3,5に送出される光信号Sを、給電用の第1光信号S1と、これと同じ波長λ1の制御用の第2光信号S2とを含む時分割多重された光信号とする。
【選択図】 図3
Description
本発明は、光伝送路に送出されたパルス光を給電と制御信号の双方に利用することができる光伝送方法及び光受信装置と、その応用技術としてのPONシステム及び光通信システムに関する。
電力線が敷設されていない遠隔地や、電力線を使用できない場所に給電するための給電システムとして、光ファイバ等よりなる光伝送路を介して給電を行う光給電システムが既に知られている。
この光給電システムは、給電側で発生させた光信号(光パルス)を光伝送路に送出し、被給電側のフォトダイオードや太陽電池等の受光素子で光信号を光電変換し、これによって得られた電気信号(電気パルス)から電源回路を通じて電力を取り出すように構成されている。
この光給電システムは、給電側で発生させた光信号(光パルス)を光伝送路に送出し、被給電側のフォトダイオードや太陽電池等の受光素子で光信号を光電変換し、これによって得られた電気信号(電気パルス)から電源回路を通じて電力を取り出すように構成されている。
上記光給電システムの一つとして、給電用のパルス光だけでなく制御信号の伝送を光伝送路に送出する、情報伝送機能を付加した光給電システムがある。
かかる光給電システムでは、例えば、特許文献1のように、給電用の光伝送と制御用の光伝送を別波長で行う波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)や、特許文献2のように、給電用の光伝送と制御用の光伝送を別系統の光ファイバで行うのが一般的である。
かかる光給電システムでは、例えば、特許文献1のように、給電用の光伝送と制御用の光伝送を別波長で行う波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)や、特許文献2のように、給電用の光伝送と制御用の光伝送を別系統の光ファイバで行うのが一般的である。
一方、光強度が周期的に変化する給電光を光伝送路に送出する給電装置と、この給電装置から送出された給電光の光エネルギーを受けて電力を出力するとともに、当該給電光の周期成分からクロック信号を出力する受電装置とを備えた光給電システムも知られている(特許文献3の請求項1)。
この光給電システムによれば、給電光の周期成分からクロック信号を取り出すので、被給電側の計測装置等の駆動に必要なクロック信号の発生手段が不要になるという利点があるとされている。
この光給電システムによれば、給電光の周期成分からクロック信号を取り出すので、被給電側の計測装置等の駆動に必要なクロック信号の発生手段が不要になるという利点があるとされている。
なお、かかる光給電システムにおいては、被給電側の受光素子の出力電圧が比較的低いため、その出力電圧を所望の回路動作に必要な電圧にまで昇圧するために、複数個の受光素子を直列に接続する回路構成にしたり(特許文献4の図6)、受光素子の後段にトランス(インダクタ)を接続したりすることも(特許文献4の図7)、被給電側の光受信部の回路構成として一般的に知られている。
特許文献1に記載のWDMによる光給電システムでは、給電用と制御用とで波長を分離するために高価な光合波器及び光分波器が必要となるので、情報伝達機能を有する光給電システムの構築コストが高騰化するという欠点がある。
また、特許文献2に記載の2系統の光ファイバを敷設する光給電システムでは、光ファイバを給電用と制御用の2系統に分離して敷設するので、この場合には、情報伝達機能を有する光給電システムの構築コストが更に高騰化する。
また、特許文献2に記載の2系統の光ファイバを敷設する光給電システムでは、光ファイバを給電用と制御用の2系統に分離して敷設するので、この場合には、情報伝達機能を有する光給電システムの構築コストが更に高騰化する。
なお、特許文献3の光給電システムでは、給電光(光パルス)の周期成分からクロック信号を取り出すために、受光素子で変換された電気信号からクロック信号に整形する帯域通過フィルタよりなる波形整形部を設けているが(特許文献1の請求項2及び図2)、かかる回路構成では、クロック信号のような単純な信号は抽出できるが、それ以外の複雑な制御信号を再生することができない。
本発明は、このような実情に鑑み、同一波長の光信号を給電用と制御用の双方に使用できるようにして、システムの構築コストを低減できる光伝送方法を提供することを第1の目的とする。
ところで、図10(a)及び(b)は、光給電システムに一般的に用いられる被給電側における光受信回路の回路構成図である。
このうち、図10(a)の光受信回路は、光ファイバG1よりなる光伝送路に送出された光信号を受光するフォトダイオードPD1と、このフォトダイオードPD1のカソード側の電気信号を昇圧するインダクタL1と、昇圧された電気信号を整流するショットキーダイオードD1と、整流された電気信号を蓄電するキャパシタC1とを備えている。
このうち、図10(a)の光受信回路は、光ファイバG1よりなる光伝送路に送出された光信号を受光するフォトダイオードPD1と、このフォトダイオードPD1のカソード側の電気信号を昇圧するインダクタL1と、昇圧された電気信号を整流するショットキーダイオードD1と、整流された電気信号を蓄電するキャパシタC1とを備えている。
図10(a)に示す光受光回路によれば、光ファイバG1に伝送されたパルス光(光信号)がパルス電流に変換され、このパルス電流によるエネルギーがインダクタL1に磁束として蓄えられて昇圧され、その後、整流されてキャパシタC1に電荷を蓄えることで必要な電圧を得ることができる。
しかし、この場合、パルス光の消光時におけるフォトダイオードPD1のカソード側の端子電圧が、インダクタL1の昇圧動作とキャパシタC1の充電動作によってリンギング波形となるので、同一波長のパルス光に制御信号が含まれていても、その制御信号を適切に抽出することができない。
しかし、この場合、パルス光の消光時におけるフォトダイオードPD1のカソード側の端子電圧が、インダクタL1の昇圧動作とキャパシタC1の充電動作によってリンギング波形となるので、同一波長のパルス光に制御信号が含まれていても、その制御信号を適切に抽出することができない。
そこで、同一波長のパルス光を給電用と制御用の双方の用途に使用する光受信回路として、例えば、図10(b)に示す回路構成が考えられる。
この光受信回路では、光分岐器によって2つの光ファイバG1,G2に分岐させ、そのうちの一方のファイバG1を給電用回路に供給し、他方を制御信号用回路に供給する構成になっている。給電用回路は、図10(a)の光受信回路と同じ回路構成であり、制御用回路は、給電用とは別個のフォトダイオードPD2と、このフォトダイオードPD2が出力する電気信号をそのまま増幅する増幅器とを有する。
この光受信回路では、光分岐器によって2つの光ファイバG1,G2に分岐させ、そのうちの一方のファイバG1を給電用回路に供給し、他方を制御信号用回路に供給する構成になっている。給電用回路は、図10(a)の光受信回路と同じ回路構成であり、制御用回路は、給電用とは別個のフォトダイオードPD2と、このフォトダイオードPD2が出力する電気信号をそのまま増幅する増幅器とを有する。
しかし、この図10(b)の光受信回路では、制御用回路を構成するフォトダイオードPD2と、光ファイバを分岐させる光分岐器が別途必要であり、部品点数が増加して製作コストが高くなるとともに、光分岐器におけるエネルギー損失のために、給電用回路におけるキャパシタC1の充電時間が増加するという欠点がある。
本発明は、このような実情に鑑み、同一波長の光信号を給電用と制御用の双方に使用可能な光受信装置において、受光素子が給電用と制御信号用の双方の機能を兼ね備えるようにして、光受信装置の製作コストを低減することを第2の目的とする。
本発明の光伝送方法(請求項1)は、光伝送路に変調された光信号を送出し、この光信号を受光した受光素子が出力する電気信号を受信側において給電用と制御用の双方に用いる光伝送方法であって、前記光伝送路に送出される前記光信号の変調期間が、給電用の第1光信号を送出する変調期間と制御用の第2光信号を送出する変調期間とを含むことを特徴とする。
本発明の光伝送方法によれば、光伝送路に送出される光信号の変調期間が、給電用の第1光信号を送出する変調期間と制御用の第2光信号を送出する変調期間とを含むので、それらの各光信号を1つの光伝送路に対して波長分割せずに時分割で送出することができ、同一波長の光信号を給電用と制御用の双方に使用することができる。
このため、波長分割多重の場合に必要となる光合波器及び光分波器や、波長ごとに光電変換を行う受光素子が不要であり、また、光伝送路も1系統で足りるので、システムの構築コストを低減することができる。これにより、前記第1の目的が達成される。
このため、波長分割多重の場合に必要となる光合波器及び光分波器や、波長ごとに光電変換を行う受光素子が不要であり、また、光伝送路も1系統で足りるので、システムの構築コストを低減することができる。これにより、前記第1の目的が達成される。
本発明の光伝送方法において、前記第2光信号は、2つの値の出現頻度がほぼ同じになるようにバランスさせたバランス符号よりなることが好ましい(請求項2)。
この場合、受信側において制御信号を増幅する増幅器の入力バイアスを安定化させることができるので、制御信号の1ビット目から安定した受信動作が期待できる。
また、この場合、上記バランス符号としてビット遷移数の多いマンチェスタ符号を採用すれば(請求項3)、第2光信号によっても充電効果を期待できるようになる。
この場合、受信側において制御信号を増幅する増幅器の入力バイアスを安定化させることができるので、制御信号の1ビット目から安定した受信動作が期待できる。
また、この場合、上記バランス符号としてビット遷移数の多いマンチェスタ符号を採用すれば(請求項3)、第2光信号によっても充電効果を期待できるようになる。
本発明の光伝送方法において、給電用の第1光信号に対する受光素子の出力電流については、充電をできるだけ早期に行うためには動きが激しい方が好ましいが、その一方で、制御用の第2信号に対応する受光素子の出力電流については、そこから制御信号を抽出するためにできるだけ安定化した出力であることが好ましい。
そこで、本発明の光伝送方法において、前記第2光信号に対する前記受光素子の出力電流がビット判定可能な程度に安定化するように、当該第2光信号のボーレートが前記第1光信号の繰り返し周波数よりも高く設定されていることが好ましく、例えば、その周波数に対して2以上の整数倍に設定されていることが好ましい(請求項4)。
そこで、本発明の光伝送方法において、前記第2光信号に対する前記受光素子の出力電流がビット判定可能な程度に安定化するように、当該第2光信号のボーレートが前記第1光信号の繰り返し周波数よりも高く設定されていることが好ましく、例えば、その周波数に対して2以上の整数倍に設定されていることが好ましい(請求項4)。
本発明の光受信装置(請求項5)は、光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる光受信装置であって、前記光信号を受光して電気信号を出力する2端子の受光素子と、前記受光素子の一方の端子の電気信号から電力を取り出す電源回路と、前記受光素子の他方の端子の電気信号から制御信号を取り出す抽出回路と、を備えていることを特徴とする。
本発明の光受信装置によれば、電源回路が、2端子の受光素子の一方の端子の電気信号が電力を取り出すとともに、抽出回路が、受光素子の他方の端子の電気信号から制御信号を取り出すので、受光素子の一方の端子から電力を取り出しつつ、制御信号については、リンギング波形の生じない受光素子の他方の端子から確実に取り出すことができる。
このように、本発明の光受信装置によれば、受光素子が給電用と制御信号用の双方の機能を兼ね備えるので、その用途ごとに受光素子を設ける場合に比べて、光受信装置の製作コストを低減することができる。これにより、前記第2の目的が達成される。
このように、本発明の光受信装置によれば、受光素子が給電用と制御信号用の双方の機能を兼ね備えるので、その用途ごとに受光素子を設ける場合に比べて、光受信装置の製作コストを低減することができる。これにより、前記第2の目的が達成される。
本発明の光受信装置において、前記電源回路は、具体的には、前記受光素子の一方の端子の電気信号を昇圧する昇圧素子と、昇圧された前記電気信号を整流する整流素子と、整流された前記電気信号を蓄電する蓄電素子とから構成することができる(請求項6)。
また、前記電源回路は、前記蓄電素子と負荷との間に介在された直流安定化電源と、前記蓄電素子の電圧が前記直流安定化電源を動作させるに足る所定値に達しているか否かを監視する監視部と、を備えているものを採用できる(請求項7)。
また、前記電源回路は、前記蓄電素子と負荷との間に介在された直流安定化電源と、前記蓄電素子の電圧が前記直流安定化電源を動作させるに足る所定値に達しているか否かを監視する監視部と、を備えているものを採用できる(請求項7)。
この場合、上記監視部により、蓄電素子の電圧が所定値に達している場合にのみ直流安定化電源が動作するので、その閾値を適切に設定することで、低電圧領域において生じ易い直流安定化電源による無駄な消費電力を抑えることができ、電源回路の電力効率を向上させることができる。
もっとも、直流安定化電源の動作タイミングを蓄電素子の電圧値のみで判定すると、受光素子の受光レベル、温度及び劣化状態等の原因により、直流安定化電源の動作間隔が安定しないことも考えられる。
そこで、本発明の光受信回路において、前記電源回路は、所定時間おきに動作トリガーを生成するタイマーを更に備えていてもよく、この場合、前記直流安定化電源は、前記蓄電素子の電圧が所定値に達したことに加えて、前記タイマーが前記動作トリガーを生成したことを条件として動作することが好ましい(請求項8)。
そこで、本発明の光受信回路において、前記電源回路は、所定時間おきに動作トリガーを生成するタイマーを更に備えていてもよく、この場合、前記直流安定化電源は、前記蓄電素子の電圧が所定値に達したことに加えて、前記タイマーが前記動作トリガーを生成したことを条件として動作することが好ましい(請求項8)。
また、本発明の光受信装置において、前記負荷が実施する所定動作の完了後に前記直流安定化電源の動作を停止させる制御部を更に設けることが好ましい(請求項9)。
この場合、上記制御部が、負荷が実施する所定動作の完了後に直流安定化電源の動作を停止させるので、次回に所定動作に必要な充電時間を短縮することができる。
この場合、上記制御部が、負荷が実施する所定動作の完了後に直流安定化電源の動作を停止させるので、次回に所定動作に必要な充電時間を短縮することができる。
本発明の光受信装置において、前記受光素子はフォトダイオードで構成することができる。この場合において、前記電源回路が、前記フォトダイオードの一方の端子の電気信号を直流結合で受け取る整流素子を有するものであり、前記抽出回路が、前記フォトダイオードの他方の端子の電気信号を交流結合で受け取る回路構成(図9(a)及び(c)参照)とすることが好ましい(請求項10)。
上記の回路構成によれば、フォトダイオードにインダクタを直接接続した場合の、電流を蓄積する当該インダクタによる電圧の極性と電源回路の極性とが同じになり、電源回路への入力の部品点数を最小限にすることができる。
このため、回路構成が簡便で安価に製作でき、しかも、昇圧素子に対するエネルギーの蓄積や開放時に電流経路となる素子も最小限に抑えられるため、電源効率の低下を抑制できる。
このため、回路構成が簡便で安価に製作でき、しかも、昇圧素子に対するエネルギーの蓄積や開放時に電流経路となる素子も最小限に抑えられるため、電源効率の低下を抑制できる。
本発明の光受信装置は、局側装置と、この局側装置と光スプリッタを介してP2MP形態で接続された複数の宅側装置とを備えたPONシステムに応用することができる。
具体的には、上記PONシステムにおいて、複数の前記宅側装置に、前記光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる前記光受信装置を搭載すれば(請求項11)、局側装置が送出した光信号(下り信号)を各宅側装置が自装置の給電用と制御用の双方で使用できるようになる。
具体的には、上記PONシステムにおいて、複数の前記宅側装置に、前記光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる前記光受信装置を搭載すれば(請求項11)、局側装置が送出した光信号(下り信号)を各宅側装置が自装置の給電用と制御用の双方で使用できるようになる。
本発明のPONシステムにおいて、前記光受信装置は、複数の前記宅側装置のうちで前記局側装置から最も遠い前記宅側装置に合わせて、前記電源回路を構成する直流安定化電源の動作周期を安定化させるためのタイマーを有することが好ましい(請求項12)。
この場合、局側装置から宅側装置までの伝送距離の大小に関係なく、各宅側装置の蓄電素子に対する充電時間を揃えることができるので、局側装置が送出する光信号により、すべての宅側装置に同じ処理動作を実行させることができる。
この場合、局側装置から宅側装置までの伝送距離の大小に関係なく、各宅側装置の蓄電素子に対する充電時間を揃えることができるので、局側装置が送出する光信号により、すべての宅側装置に同じ処理動作を実行させることができる。
本発明の光受信装置は、局側装置と、光スプリッタの分岐後に光信号の通過・遮断を制御する光スイッチ部を備える光スイッチ装置と、この光スイッチ装置を介して前記局側装置とP2MP形態で接続された複数の宅側装置(PON通信のサービス部)とを備えた光通信システムに応用することもできる。
具体的には、上記光通信システムにおいて、前記光スイッチ装置に、前記光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる前記光受信装置を搭載すれば(請求項13)、局側装置が送出した光信号(下り信号)を、光スイッチ装置に対する給電と方路選択の制御用の双方で使用できるようになる。
具体的には、上記光通信システムにおいて、前記光スイッチ装置に、前記光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる前記光受信装置を搭載すれば(請求項13)、局側装置が送出した光信号(下り信号)を、光スイッチ装置に対する給電と方路選択の制御用の双方で使用できるようになる。
以上の通り、本発明の光伝送方法によれば、同一波長の光信号を給電用と制御用の双方に使用することができるので、その各用途の光信号を波長分割多重や別系統で伝送する場合に比べて、システムの構築コストを低減することができる。
また、本発明の光受信装置によれば、同一波長を受光する受光素子が給電用及び制御用の両機能を兼ね備えるので、当該光受信装置の製作コストを低減することができる。
また、本発明の光受信装置によれば、同一波長を受光する受光素子が給電用及び制御用の両機能を兼ね備えるので、当該光受信装置の製作コストを低減することができる。
〔第1実施形態〕
〔システムの全体構成〕
図1は、本発明に係る光伝送方法及び光受信装置を用いたPONシステムの概略構成図である。
図1に示すように、PONシステムは、局側装置1と、この局側装置1と光スプリッタ4を介してP2MP(Point To Multipoint)形態で接続された複数の宅側装置2,2……とを備えたものであり、局側装置(OLT:Optical Line Terminal)1は、複数の宅側装置(ONU:Optical Network Unit)2に対する集約局として設置され、各宅側装置2はそれぞれPONシステムの加入者宅に設置されている。
〔システムの全体構成〕
図1は、本発明に係る光伝送方法及び光受信装置を用いたPONシステムの概略構成図である。
図1に示すように、PONシステムは、局側装置1と、この局側装置1と光スプリッタ4を介してP2MP(Point To Multipoint)形態で接続された複数の宅側装置2,2……とを備えたものであり、局側装置(OLT:Optical Line Terminal)1は、複数の宅側装置(ONU:Optical Network Unit)2に対する集約局として設置され、各宅側装置2はそれぞれPONシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置1に接続された1本の光ファイバ(幹線)3は、光スプリッタ4を介して複数の光ファイバ(支線)5に分岐しており、これによって光ファイバ網が構成されている。その光スプリッタ4から分岐した各光ファイバ5の終端にそれぞれ宅側装置2が接続されている。
局側装置1は、図示しない上位ネットワークと接続され、各宅側装置2はそれぞれのユーザネットワークと接続されている。
局側装置1は、図示しない上位ネットワークと接続され、各宅側装置2はそれぞれのユーザネットワークと接続されている。
なお、図1のPONシステムでは、合計4個の宅側装置2を示しているが、1つの光スプリッタ4から例えば32分岐して32個の宅側装置を接続することが可能である。また、図1では、光スプリッタ4を1個だけ使用しているが、光スプリッタを縦列に複数段設けることにより、更に多くの宅側装置2を局側装置1と接続することができる。
図1においては、インターネット、映像配信及び光電話等の本来的な通信サービスを、例えば波長λ3(上り波長λ3u、下り波長λ3d)の光信号によって提供するPONシステムを示しており、局側装置1と各宅側装置2には、例えばGE−PONに準拠して当該通信サービスを実行するサービス部9,12がそれぞれ設けられている。
もっとも、各サービス部9,12で実行するPON通信では、上り光信号の波長λ3uと下り光信号の波長λ3dは相違している。
もっとも、各サービス部9,12で実行するPON通信では、上り光信号の波長λ3uと下り光信号の波長λ3dは相違している。
局側装置1は、PON通信用の波長λ3とは異なる波長λ1の光信号によって給電及び制御信号(図例では、センサ設定及び光ATT設定)を各宅側装置2に供給する給電制御部7と、上記各波長λ1,λ3とは異なる波長λ2の光信号によって局側装置からの制御信号に対する応答信号や、センサ計測の結果等の内部状態を各宅側装置2から受信する計測受信部8とを備えている。
局側装置1の給電制御部7、計測受信部8及びサービス部9は、異なる波長λ1〜λ3の光信号を合波及び分波する合波分波器13を介して光ファイバ3に接続されている。
局側装置1の給電制御部7、計測受信部8及びサービス部9は、異なる波長λ1〜λ3の光信号を合波及び分波する合波分波器13を介して光ファイバ3に接続されている。
また、宅側装置2は、局側装置1の給電制御部7が送出した波長λ1の光信号を、給電用及び制御用の双方の用途で受信する給電受信部10と、波長λ2の光信号によって応答信号やセンサ計測の結果等の内部状態を局側装置1に送出する計測送信部11とを備えている。また、宅側装置2のサービス部12のPON側には光アッテネータ(光ATT)14が接続されている。
宅側装置2の給電受信部10、計測送信部11及び光アッテネータ14は、異なる波長λ1〜λ3の光信号を合波及び分波する合波分波器15を介して光ファイバ5に接続されている。
宅側装置2の給電受信部10、計測送信部11及び光アッテネータ14は、異なる波長λ1〜λ3の光信号を合波及び分波する合波分波器15を介して光ファイバ5に接続されている。
そして、宅側装置2の給電受信部10は、波長λ1の光信号を利用して、自装置内の制御機器(図3の制御部23)等に対する給電と制御を実行するものであり、局側装置1からの給電制御用の光信号S(波長λ1)に基づいて当該給電受信部10が生成した制御信号により、計測送信部11と光アッテネータ14の動作制御が行われる。
〔給電制御用の光信号の信号パターン〕
図2は、給電制御用の光信号S(波長λ1)の信号パターンを示している。
図2に示すように、光ファイバ3に送出される光信号Sの変調期間は、給電用の第1光信号S1を送出する変調期間である給電期間T1と、制御用の第2光信号S2を送出する変調期間である制御期間T2とを含んでいる。
より具体的には、図2の信号パターンでは、局側装置1の給電制御部7が光伝送路である光ファイバ3に送出する変調された光信号Sは、給電用の第1光信号S1と、これと同じ波長λ1である制御用の第2光信号S2とを時分割多重された光信号よりなり、局側装置1の給電制御部7は、これらの第1及び第2光信号S1,S2を所定周期で繰り返して光ファイバ3に送出している。もっとも、光信号Sには、第1及び第2光信号S1,S2以外の第3の光信号が時分割で含まれていてもよい。
図2は、給電制御用の光信号S(波長λ1)の信号パターンを示している。
図2に示すように、光ファイバ3に送出される光信号Sの変調期間は、給電用の第1光信号S1を送出する変調期間である給電期間T1と、制御用の第2光信号S2を送出する変調期間である制御期間T2とを含んでいる。
より具体的には、図2の信号パターンでは、局側装置1の給電制御部7が光伝送路である光ファイバ3に送出する変調された光信号Sは、給電用の第1光信号S1と、これと同じ波長λ1である制御用の第2光信号S2とを時分割多重された光信号よりなり、局側装置1の給電制御部7は、これらの第1及び第2光信号S1,S2を所定周期で繰り返して光ファイバ3に送出している。もっとも、光信号Sには、第1及び第2光信号S1,S2以外の第3の光信号が時分割で含まれていてもよい。
給電用のパルス光である上記各光信号S1,S2の消光比は、後述するフォトダイオード20における電流のオンオフ比を大きくして高い充電電流を得られるように、例えば6db以上の高い値に設定されている。
また、給電用の第1光信号S1のタイムスロット(給電期間)T1は、宅側装置2側での充電を早期に完了させるためにできるだけ長くすることが好ましい。そこで、本実施形態では、上記タイムスロット(給電期間)T1と制御用の第2光信号S2のタイムスロット(制御期間)T2との比が、9:1以上となるように設定されている。
また、給電用の第1光信号S1のタイムスロット(給電期間)T1は、宅側装置2側での充電を早期に完了させるためにできるだけ長くすることが好ましい。そこで、本実施形態では、上記タイムスロット(給電期間)T1と制御用の第2光信号S2のタイムスロット(制御期間)T2との比が、9:1以上となるように設定されている。
第2光信号S2は、2つの値の出現頻度がほぼ同じになるようにバランスさせたバランス符号よりなり、これにより、宅側装置2の給電受信部10において、制御信号を増幅する増幅器(図3のAC増幅器34)の入力バイアスを安定化させるようにしている。このため、制御信号の1ビット目から安定した受信動作が期待できる。
また、本実施形態では、バランス符号としてビット遷移数の多いマンチェスタ符号を採用しており、第2光信号S2によっても充電効果を得られるようにしている。
また、本実施形態では、バランス符号としてビット遷移数の多いマンチェスタ符号を採用しており、第2光信号S2によっても充電効果を得られるようにしている。
第2光信号S2のボーレートは、この第2光信号S2に対する受光素子(図3のフォトダイオード20)の出力電流がビット判定可能な程度に安定化するように、第1光信号S1の繰り返し周波数の整数倍(例えば、2倍又は4倍)に設定されている。
その理由は、給電用の第1光信号S1に対する受光素子の出力電流については、充電を早期に行うためにでるだけ動きが激しい方が好ましいが、その一方で、制御用の第2信号S2に対応する受光素子の出力電流については、そこから制御信号を抽出するためにできるだけ安定化させる必要があるからである。
その理由は、給電用の第1光信号S1に対する受光素子の出力電流については、充電を早期に行うためにでるだけ動きが激しい方が好ましいが、その一方で、制御用の第2信号S2に対応する受光素子の出力電流については、そこから制御信号を抽出するためにできるだけ安定化させる必要があるからである。
〔給電受信部(光受信装置)の回路構成〕
図3は、宅側装置2に搭載された給電受信部10の回路図である。
宅側装置2の給電受信部10は、光ファイバ5に伝送された光信号S(波長λ1)を給電用と制御用の双方の用途で受信する光受信装置として機能するものである。
図3に示すように、本実施形態の給電受信部10は、光信号を受光して電気信号を出力するフォトダイオード20よりなる受光素子と、この受光素子のカソード側の電気信号から電力を取り出す電源回路21と、受光素子のアノード側の電気信号から制御信号を取り出す抽出回路22と、電源回路21によって駆動されかつ抽出回路22で取り出された制御信号に基づいて各部を制御する制御部23とを備えている。
図3は、宅側装置2に搭載された給電受信部10の回路図である。
宅側装置2の給電受信部10は、光ファイバ5に伝送された光信号S(波長λ1)を給電用と制御用の双方の用途で受信する光受信装置として機能するものである。
図3に示すように、本実施形態の給電受信部10は、光信号を受光して電気信号を出力するフォトダイオード20よりなる受光素子と、この受光素子のカソード側の電気信号から電力を取り出す電源回路21と、受光素子のアノード側の電気信号から制御信号を取り出す抽出回路22と、電源回路21によって駆動されかつ抽出回路22で取り出された制御信号に基づいて各部を制御する制御部23とを備えている。
〔電源回路〕
本実施形態の電源回路21は、フォトダイオード20のカソード側の電気信号を昇圧する昇圧素子であるインダクタ24と、昇圧された電気信号を整流する整流素子であるショットキーダイオード25と、整流された電気信号を蓄電する蓄電素子であるキャパシタ26とを備えている。
より具体的な回路構成としては、フォトダイオード20は、カソード側端子が電力抽出点(図3のA点)でかつアノード側端子が信号抽出点(図3のB点)になっており、電源回路21を構成するインダクタ24は、一端がフォトダイオード20のカソード側端子に接続され、かつ、他端が接地されている。
本実施形態の電源回路21は、フォトダイオード20のカソード側の電気信号を昇圧する昇圧素子であるインダクタ24と、昇圧された電気信号を整流する整流素子であるショットキーダイオード25と、整流された電気信号を蓄電する蓄電素子であるキャパシタ26とを備えている。
より具体的な回路構成としては、フォトダイオード20は、カソード側端子が電力抽出点(図3のA点)でかつアノード側端子が信号抽出点(図3のB点)になっており、電源回路21を構成するインダクタ24は、一端がフォトダイオード20のカソード側端子に接続され、かつ、他端が接地されている。
一方、電源回路21を構成するショットキーダイオード25は、アノード側端子がフォトダイオード20のカソード側端子に接続され、かつ、カソード側端子がキャパシタ26の充電側に接続されている。
このように、電源回路21は、フォトダイオード20の一方の端子(図3ではカソード側端子)の電気信号を直流結合で受け取る整流素子として上記ショットキーダイオード25を有しており、抽出回路22は、フォトダイオード20の他方の端子(図3ではアノード側端子)に接続されたコンデンサ36を介して、当該端子の電気信号を交流結合で受け取るようになっている。
また、電源回路21は、上記キャパシタ26と負荷の一部である制御部23との間に介在された、IC化されたDC−DCコンバータ27よりなる直流安定化電源と、キャパシタ26の電圧がコンバータ27を動作させるに足る所定値に達しているか否かを監視するIC化された監視部28とを備えている。
このように、電源回路21は、フォトダイオード20の一方の端子(図3ではカソード側端子)の電気信号を直流結合で受け取る整流素子として上記ショットキーダイオード25を有しており、抽出回路22は、フォトダイオード20の他方の端子(図3ではアノード側端子)に接続されたコンデンサ36を介して、当該端子の電気信号を交流結合で受け取るようになっている。
また、電源回路21は、上記キャパシタ26と負荷の一部である制御部23との間に介在された、IC化されたDC−DCコンバータ27よりなる直流安定化電源と、キャパシタ26の電圧がコンバータ27を動作させるに足る所定値に達しているか否かを監視するIC化された監視部28とを備えている。
なお、本実施形態のキャパシタ26は、負荷回路の動作に十分な電力を蓄えられるように、リーク電流が小さく、かつ、1mF以上の大容量である電気二重層コンデンサが採用されている。
図3に示すように、フォトダイオード20とその後段のショットキーダイオード25とは直列に接続され、このダイオード25のカソード側端子にキャパシタ26の充電端子が接続されている。
図3に示すように、フォトダイオード20とその後段のショットキーダイオード25とは直列に接続され、このダイオード25のカソード側端子にキャパシタ26の充電端子が接続されている。
キャパシタ26の充電端子には、その後段のコンバータ27の入力端子と監視部28の入力端子とが接続されており、監視部28の出力側は、ショットキーダイオード29を介してDC−DCコンバータ27のイネーブル端子に接続されている。
コンバータ27の出力端子とイネーブル端子との間は抵抗30を介して導通しており、これにより、いったんDC−DCコンバータ27が起動すると、外部からシャットダウン信号をイネーブル端子に入力するまで動作を維持するようになっている。
コンバータ27の出力端子とイネーブル端子との間は抵抗30を介して導通しており、これにより、いったんDC−DCコンバータ27が起動すると、外部からシャットダウン信号をイネーブル端子に入力するまで動作を維持するようになっている。
DC−DCコンバータ27の出力端子には、このコンバータ27の出力電圧を安定化させるためのコンデンサ31が接続されており、当該コンデンサ31の出力電圧は、制御部23や抽出回路22を構成する各IC34,35の電源端子にそれぞれ入力される。
ところで、電気二重層コンデンンサよりなるキャパシタ26の充電電圧(図3の〔c〕点の電圧)は、時間の経過とともに上昇し、電力が消費されるごとに低下するので安定しない。このため、本実施形態では、キャパシタ26の後段に前記DC−DCコンバータ27を設けることによって消費電力を安定化している。
ところで、電気二重層コンデンンサよりなるキャパシタ26の充電電圧(図3の〔c〕点の電圧)は、時間の経過とともに上昇し、電力が消費されるごとに低下するので安定しない。このため、本実施形態では、キャパシタ26の後段に前記DC−DCコンバータ27を設けることによって消費電力を安定化している。
しかし、一般に入手可能なDC−DCコンバータ27のICは、内部制御回路の電源供給のために、比較的効率の悪い専用の昇圧回路を内部に設けており、自身の出力電圧が得られない状態では比較的大きな電流を消費する。
従って、DC−DCコンバータ27を常に動作状態に保ったままでキャパシタ26を充電しても、コンバータ27の消費電力が大きい低電圧の領域に長く留まり、これを超えてキャパシタ26の電圧が上昇しない恐れがある。
従って、DC−DCコンバータ27を常に動作状態に保ったままでキャパシタ26を充電しても、コンバータ27の消費電力が大きい低電圧の領域に長く留まり、これを超えてキャパシタ26の電圧が上昇しない恐れがある。
そこで、本実施形態では、IC化されたDC−DCコンバータ27の上記特性に鑑み、監視部28によってキャパシタ26の充電端子の電圧を監視しておき、キャパシタ26の充電電圧が低い領域ではコンバータ27の動作を停止し、コンバータ27の効率が良い電圧に上昇したところで動作を開始するようにしている。
図4は、それぞれ、図3に示す電源回路21における、キャパシタ26の充電電圧とDC−DCコンバータ27の出力電圧の各波形の一例を示すグラフである。
図4は、それぞれ、図3に示す電源回路21における、キャパシタ26の充電電圧とDC−DCコンバータ27の出力電圧の各波形の一例を示すグラフである。
すなわち、図4上段のグラフは、図3の〔C〕点の電圧の時間的変化を示し、図4下段のグラフは、図3の〔D〕点の電圧の時間的変化を示している。
このうち、〔C〕点電圧のグラフから明らかなように、キャパシタ26の充電電圧は、監視部28に設定した閾値Vthになるまで上昇し続け、その充電電圧が閾値Vthに到達した時点で監視部28がDC−DCコンバータ27のイネーブル端子にオン信号を出力する。これにより、〔D〕点電圧のグラフに示すように、DC−DCコンバータ27が間欠的な動作を開始する。
このうち、〔C〕点電圧のグラフから明らかなように、キャパシタ26の充電電圧は、監視部28に設定した閾値Vthになるまで上昇し続け、その充電電圧が閾値Vthに到達した時点で監視部28がDC−DCコンバータ27のイネーブル端子にオン信号を出力する。これにより、〔D〕点電圧のグラフに示すように、DC−DCコンバータ27が間欠的な動作を開始する。
なお、市販のDC−DCコンバータ27のICには、ステップアップ及びステップダウンの双方の機能を持つものがあるが、このようなICでは、一般にステップアップ動作の方が効率がよい。
従って、例えば、回路動作が3.3V電源で賄われる場合には、DC−DCコンバータ27として3.3Vのものを選択し、キャパシタ26の充電電圧が約3.3Vになった時点でDC−DCコンバータ27の動作を開始するのが好ましい。
従って、例えば、回路動作が3.3V電源で賄われる場合には、DC−DCコンバータ27として3.3Vのものを選択し、キャパシタ26の充電電圧が約3.3Vになった時点でDC−DCコンバータ27の動作を開始するのが好ましい。
図4に示すように、キャパシタ26の充電期間をT3とし、DC−DCコンバータ27の動作期間をT4とすると、コンバータ27が動作しない充電期間T3の間に制御用の第2光信号S2を受光しても、制御部23や抽出回路22に電源供給されないため、当該第2光信号S2に含まれる制御信号を受信できない。
そこで、本実施形態では、少なくとも、T4>T1+2×T2の不等式が成立する程度にDC−DCコンバータ27の動作期間T4を設定しており、これにより、コンバータ27の動作期間T4内に制御期間T2が必ず含まれるようにしている。
そこで、本実施形態では、少なくとも、T4>T1+2×T2の不等式が成立する程度にDC−DCコンバータ27の動作期間T4を設定しており、これにより、コンバータ27の動作期間T4内に制御期間T2が必ず含まれるようにしている。
〔抽出回路〕
図5(a)〜(d)は、それぞれ、上段から順に、フォトダイオード20に対する光信号入力、フォトダイオード20での発生電流、図3における〔A〕点及び〔C〕点での電圧の各波形を示すグラフである。
なお、図5の(a)〜(d)のグラフのうち、(a)〜(c)は、給電用の第1光信号S1を受光した場合を示し、(d)は制御用の第2光信号S2を受光した場合を示す。また、図5の(a)〜(d)において、〔A〕点の電圧が〔C〕点の電圧を超えているのは、ショットキーダイオード25による電圧降下のためである。
図5(a)〜(d)は、それぞれ、上段から順に、フォトダイオード20に対する光信号入力、フォトダイオード20での発生電流、図3における〔A〕点及び〔C〕点での電圧の各波形を示すグラフである。
なお、図5の(a)〜(d)のグラフのうち、(a)〜(c)は、給電用の第1光信号S1を受光した場合を示し、(d)は制御用の第2光信号S2を受光した場合を示す。また、図5の(a)〜(d)において、〔A〕点の電圧が〔C〕点の電圧を超えているのは、ショットキーダイオード25による電圧降下のためである。
図5(a)〜(d)に示すように、フォトダイオード20のカソード側端子に接続されたインダクタ24の誘導作用により、PD電流の立ち上がりはランプ波形となる。また、昇圧用インダクタの影響によりフォトダイオード20のカソード側端子(図3の〔A〕点)にリンギング電圧が現れてしまい、制御信号をカソード側端子から取り出すのは非常に困難である。
そこで、本実施形態では、そのようなリンギングの影響を受けないように、高インピーダンス素子でもあるフォトダイオード20を挟んで、反対側のアノード側端子に前記抵抗32を接続し、光電変換で生じる電流をその抵抗32で電圧信号に変換し、電圧信号をアノード側から取り出すようにしている。
そこで、本実施形態では、そのようなリンギングの影響を受けないように、高インピーダンス素子でもあるフォトダイオード20を挟んで、反対側のアノード側端子に前記抵抗32を接続し、光電変換で生じる電流をその抵抗32で電圧信号に変換し、電圧信号をアノード側から取り出すようにしている。
すなわち、図3に示すように、フォトダイオード20のアノード側は上記抵抗32を介してアースされており、このフォトダイオード20のアノード側端子と抵抗32の間(図3の〔B〕点)に前記抽出回路22の入力端子が接続されている。
本実施形態の抽出回路22は、オペアンプ等よりなるAC増幅器34と、この増幅器34の後段に接続されたコンパレータ35とを備えており、フォトダイオード20のアノード側端子は、コンデンサ36を介してAC増幅器34の入力端子に接続されている。
本実施形態の抽出回路22は、オペアンプ等よりなるAC増幅器34と、この増幅器34の後段に接続されたコンパレータ35とを備えており、フォトダイオード20のアノード側端子は、コンデンサ36を介してAC増幅器34の入力端子に接続されている。
AC増幅器34の出力端子は並列に分岐しており、抵抗37を介してコンパレータ35の各入力端子に接続されている。このコンパレータ35は、入力端子に入力された電気信号の電圧を所定値と比較することによって最上位のビット判定を行い、この判定結果を前記制御部23の信号入力端子に入力する。
なお、コンパレータ35の負側の入力端子は、コンデンサ38を介してアースされている。
なお、コンパレータ35の負側の入力端子は、コンデンサ38を介してアースされている。
〔制御部の構成と機能等〕
図3に示すように、本実施形態の制御部23は、プログラマブルなマイクロプロセッサ(MPU)よりなり、電源回路21の駆動電圧が入力される電源端子(Vcc)と、抽出回路22の信号電圧が入力される信号入力端子(SIN)と、センサ(温度センサ等)40の出力が入力されるセンサ入力端子とを備えている。
また、制御部23は、DC−DCコンバータ27に対するシャットダウン信号を出力する出力端子t1と、光アッテネータ14に対する制御信号を出力する制御端子t2と、発光素子41を発光させるための送信用端子t3とを備えている。
図3に示すように、本実施形態の制御部23は、プログラマブルなマイクロプロセッサ(MPU)よりなり、電源回路21の駆動電圧が入力される電源端子(Vcc)と、抽出回路22の信号電圧が入力される信号入力端子(SIN)と、センサ(温度センサ等)40の出力が入力されるセンサ入力端子とを備えている。
また、制御部23は、DC−DCコンバータ27に対するシャットダウン信号を出力する出力端子t1と、光アッテネータ14に対する制御信号を出力する制御端子t2と、発光素子41を発光させるための送信用端子t3とを備えている。
前記した通り、電源回路21(DC−DCコンバータ27)の出力端子は、制御部23の電源端子と抽出回路22のAC増幅器34及びコンパレータ35の電源端子にそれぞれ接続されており、このコンバータ27が供給する電力によって抽出回路22と制御部23が同じ動作タイミングで駆動される。
一方、第2光信号S2に基づいて抽出回路22が取り出した制御信号には、光アッテネータ14、センサ40及び発光素子41の動作に関する制御情報などが含まれており、制御部23は、この制御情報に従ってそれら各部14,40,41の動作を制御する。
一方、第2光信号S2に基づいて抽出回路22が取り出した制御信号には、光アッテネータ14、センサ40及び発光素子41の動作に関する制御情報などが含まれており、制御部23は、この制御情報に従ってそれら各部14,40,41の動作を制御する。
例えば、ある宅側装置2が故障あるいは悪意により局側装置1の送信許可に従わず、波長λ3の上り光信号を継続して送出し続けることにより、他の宅側装置2の通信を阻害することがある。このような場合には、局側装置1の給電制御部7は、宅側装置2の光アッテネータ14を作動させる情報を第2光信号S2に含めて送出する。
この第2光信号S2を宅側装置2が受信すると、当該宅側装置2の制御部23が自身の光アッテネータ14を作動し、波長λ3による光信号を遮断して他の宅側装置2への通信妨害を回避する。
この第2光信号S2を宅側装置2が受信すると、当該宅側装置2の制御部23が自身の光アッテネータ14を作動し、波長λ3による光信号を遮断して他の宅側装置2への通信妨害を回避する。
また、局側装置1の給電制御部7が送出する第2光信号S2に含まれる制御情報に、センサ40での測定値を要求する情報が含まれている場合には、制御部23は、センサ40での測定結果(温度センサの場合は温度情報)を含む送信データを生成し、この送信データを、波長λ2の上り光信号を発光する発光素子41によって局側装置1に送出する。このように、制御部23は、センサ40と発光素子41とからなる計測送信部11を制御する機能も有する。
従って、局側装置1は、自身が統括するすべての宅側装置2から、センサ40での測定結果を収集することができる。
従って、局側装置1は、自身が統括するすべての宅側装置2から、センサ40での測定結果を収集することができる。
一方、本実施形態の制御部23は、上記光アッテネータ14や発光素子41の駆動を含む所定の動作を終えた後は、電源回路21のDC−DCコンバータ27のイネーブル端子にシャットダウン信号を送信するようにプログラミングされている。
このように、間欠的な動作を行う制御部23の場合には、所定の動作を終了した後にDC−DCコンバータ27の動作を停止させるようにすれば、キャパシタ26の放電を必要最小限に留め、次回の動作に必要な電力の蓄積に要する時間を短縮することができる。
このように、間欠的な動作を行う制御部23の場合には、所定の動作を終了した後にDC−DCコンバータ27の動作を停止させるようにすれば、キャパシタ26の放電を必要最小限に留め、次回の動作に必要な電力の蓄積に要する時間を短縮することができる。
以上の通り、本実施形態のPONシステムによれば、局側装置1が光ファイバ3,5に送出する光信号Sを、給電用の第1光信号S1と制御用の第2光信号S2とを含む時分割多重の信号パターンにしたので、1つのファイバ経路3,5に対して、給電用の第1光信号S1と制御用の第2光信号S2とを同じ波長λ1で送出することができ、同一波長λ1の光信号Sを給電用と制御用の双方に使用することができる。
このため、波長分割多重の場合に必要となる光合波器及び光分波器や、波長ごとに光電変換を行う受光素子が不要となり、また、光ファイバ3,5も1系統で足りるので、システムの構築コストを低減することができる。
このため、波長分割多重の場合に必要となる光合波器及び光分波器や、波長ごとに光電変換を行う受光素子が不要となり、また、光ファイバ3,5も1系統で足りるので、システムの構築コストを低減することができる。
また、本実施形態の宅側装置2に搭載した給電受信部(光受信装置)10によれば、電源回路21がフォトダイオード20のカソード側の電気信号から電力を取り出し、抽出回路22がリンギング波形の生じないフォトダイオード20のアノード側の電気信号から制御信号を取り出すようになっているので、同じフォトダイオード20から電力と制御信号を確実に取り出すことができる。
従って、フォトダイオード20が給電用と制御信号用の双方の機能を兼ね備えることができ、これらの用途ごとに別個にフォトダイオードを設ける場合に比べて、光受信装置の製作コストを低減することができる。
従って、フォトダイオード20が給電用と制御信号用の双方の機能を兼ね備えることができ、これらの用途ごとに別個にフォトダイオードを設ける場合に比べて、光受信装置の製作コストを低減することができる。
〔第2実施形態〕
図6は、第2実施形態の宅側装置2に搭載された給電受信部10の回路図である。
第2実施形態の給電受信部10が第1実施形態のそれと異なる点は、DC−DCコンバータ27の動作トリガーを所定時間おきに生成するタイマー42が電源回路21に設けられている点にあり、その他の構成は第1実施形態の場合と同様である。
そこで、以下、このタイマー42に関する技術的事項を重点的に説明する。
図6は、第2実施形態の宅側装置2に搭載された給電受信部10の回路図である。
第2実施形態の給電受信部10が第1実施形態のそれと異なる点は、DC−DCコンバータ27の動作トリガーを所定時間おきに生成するタイマー42が電源回路21に設けられている点にあり、その他の構成は第1実施形態の場合と同様である。
そこで、以下、このタイマー42に関する技術的事項を重点的に説明する。
図6に示すように、タイマー42の後段にはAND素子43が設けられている。このAND素子43の入力端子には、タイマー42と監視部28の出力端子がそれぞれ接続されており、AND素子43の出力端子は、ショットキーダイオード29を介してDC−DCコンバータ27のイネーブル端子に接続されている。
このため、第2実施形態の電源回路21では、例えば図7の各波形に示すように、キャパシタ26の電圧が所定値Vthに達したことに加えて、タイマー42が動作トリガーを生成したことを条件として、DC−DCコンバータ27が動作するようになっている。
なお、タイマー42は、別途用意された蓄電池により動作させても構わない。これにより、光信号Sが供給されない状態でもタイマー42が正常に動作を継続する。また、複数の宅側装置2内のタイマー42に対して、時間合わせを行う信号を第2光信号S2に含めるようにしても良い。
このため、第2実施形態の電源回路21では、例えば図7の各波形に示すように、キャパシタ26の電圧が所定値Vthに達したことに加えて、タイマー42が動作トリガーを生成したことを条件として、DC−DCコンバータ27が動作するようになっている。
なお、タイマー42は、別途用意された蓄電池により動作させても構わない。これにより、光信号Sが供給されない状態でもタイマー42が正常に動作を継続する。また、複数の宅側装置2内のタイマー42に対して、時間合わせを行う信号を第2光信号S2に含めるようにしても良い。
本実施形態の給電受信部10の作用効果は次の通りである。
すなわち、第1実施形態(図3)の場合にように、DC−DCコンバータ27の動作タイミングをキャパシタ26の電圧値のみで判定しても、フォトダイオード20の受光レベル、温度及び劣化等の原因により、DC−DCコンバータ27の動作間隔が予想通りには安定しないことがある。
これに対して、本実施形態(図6)の場合には、タイマー42が動作トリガーを生成したことも動作条件となるので、動作トリガーの生成周期を、キャパシタ26の充電電圧が閾値Vthに達する時間よりも十分に長い時間に設定することにより、DC−DCコンバータ27の動作間隔を所望通りに安定化させることができる。
すなわち、第1実施形態(図3)の場合にように、DC−DCコンバータ27の動作タイミングをキャパシタ26の電圧値のみで判定しても、フォトダイオード20の受光レベル、温度及び劣化等の原因により、DC−DCコンバータ27の動作間隔が予想通りには安定しないことがある。
これに対して、本実施形態(図6)の場合には、タイマー42が動作トリガーを生成したことも動作条件となるので、動作トリガーの生成周期を、キャパシタ26の充電電圧が閾値Vthに達する時間よりも十分に長い時間に設定することにより、DC−DCコンバータ27の動作間隔を所望通りに安定化させることができる。
一方、図1に示すPONシステムにおいては、局側装置1から宅側装置2までの伝送距離によって、宅側装置2に届く下り光信号の強度が変化するので、キャパシタ26を十分に充電するために要する時間もまちまちになる。
そこで、図1に示すPONシステムを構成する各宅側装置2に、上記タイマー42を有する給電受信部10(図6)を搭載し、DC−DCコンバータ27の動作周期を安定化するためのタイマー42が生成する動作トリガーの生成周期を、複数の宅側装置2のうちで局側装置1から最も遠い宅側装置2に合わせるようにすればよい。
そこで、図1に示すPONシステムを構成する各宅側装置2に、上記タイマー42を有する給電受信部10(図6)を搭載し、DC−DCコンバータ27の動作周期を安定化するためのタイマー42が生成する動作トリガーの生成周期を、複数の宅側装置2のうちで局側装置1から最も遠い宅側装置2に合わせるようにすればよい。
この場合、局側装置1から宅側装置2までの伝送距離の大小に関係なく、すべての宅側装置2のキャパシタ26に対して十分な充電時間が確保され、各宅側装置2での充電時間を揃えることができる。
このため、局側装置1が送出する給電及び制御用の光信号Sによって、伝送距離の相違に関係なくすべての宅側装置2に同じ処理動作を実行させることができ、局側装置1が各宅側装置2を統一的に制御できるようになる。
このため、局側装置1が送出する給電及び制御用の光信号Sによって、伝送距離の相違に関係なくすべての宅側装置2に同じ処理動作を実行させることができ、局側装置1が各宅側装置2を統一的に制御できるようになる。
〔ダイオードの方向違い等による回路バリエーション〕
図3及び図6に示す給電受信部10の回路構成において、フォトダイオード20とショットキーダイオード25の向きおよび接続方法を変更することにより、図9(a)〜(d)に示すように、4種類の回路構成を採用し得る。
図9(a)〜図9(d)に示す回路のうち、図9(a)は、図3及び図6の給電受信部10のフォトダイオード20周辺の回路部分を示す図であり、図9(b)の回路は、図9(a)の回路に対してショットキーダイオード25の接続方法を変更し、コンデンサC11を追加し、さらにインダクタ(L2)を追加することにより、C点電圧の極性を入れ替えたものである。
なお、図9(b)の回路はCukコンバータの回路を応用したものであり、L1、L2を磁気的結合させていても構わない。
図3及び図6に示す給電受信部10の回路構成において、フォトダイオード20とショットキーダイオード25の向きおよび接続方法を変更することにより、図9(a)〜(d)に示すように、4種類の回路構成を採用し得る。
図9(a)〜図9(d)に示す回路のうち、図9(a)は、図3及び図6の給電受信部10のフォトダイオード20周辺の回路部分を示す図であり、図9(b)の回路は、図9(a)の回路に対してショットキーダイオード25の接続方法を変更し、コンデンサC11を追加し、さらにインダクタ(L2)を追加することにより、C点電圧の極性を入れ替えたものである。
なお、図9(b)の回路はCukコンバータの回路を応用したものであり、L1、L2を磁気的結合させていても構わない。
また、図9(c)の回路は、図9(a)の回路に対してフォトダイオード20とショットキーダイオード25の向きを入れ替えることにより、B点及びC点電圧の極性を入れ替えたものであり、図9(d)の回路は、図9(a)の回路に対してフォトダイオード20の向きを入れ替え、ショットキーダイオード25の接続方法を変更し、コンデンサC11を追加しさらにインダクタ(L2)を追加することにより、C点電圧の極性を入れ替えたものである。
この図9(c)及び図9(d)に示すように、フォトダイオード20のアノード側の電気信号から電力を取り出し、カソード側の電気信号から制御信号を取り出す回路構成にすることも可能である。
この図9(c)及び図9(d)に示すように、フォトダイオード20のアノード側の電気信号から電力を取り出し、カソード側の電気信号から制御信号を取り出す回路構成にすることも可能である。
図9(e)は、図9(a)〜(d)に示す回路における、電力抽出点であるC点電圧と信号抽出点であるB点電圧の極性を示す表である。この表に示すように、ダイオード20,25の向きを入れ替えると電力や信号の極性が逆転するが、この場合でも、各回路は問題なく作動する。
すなわち、ショットキーダイオード25の接続方法を変更すると、C点電圧の極性を変更することができ、フォトダイオード20の向きを入れ替えると、B点電圧の極性が入れ替わるが、いずれの場合でも、フォトダイオード20の各端子側から電力の取り出しと信号抽出とをそれぞれ行うことができる。
すなわち、ショットキーダイオード25の接続方法を変更すると、C点電圧の極性を変更することができ、フォトダイオード20の向きを入れ替えると、B点電圧の極性が入れ替わるが、いずれの場合でも、フォトダイオード20の各端子側から電力の取り出しと信号抽出とをそれぞれ行うことができる。
もっとも、図9に示す4種類の回路のうち、図9(a)又は(c)の回路を採用することが好ましい。その理由は次の通りである。
すなわち、図9(b)及び(d)の回路では、インダクタに蓄積された電流による電圧の極性を反転させるためC11やL2を追加する必要があり部品点数が増加するだけでなく、追加された部品がそれぞれ電流の経路の一部となってしまい、これによってエネルギー損失が生じて電源効率を低下させるという欠点がある。
すなわち、図9(b)及び(d)の回路では、インダクタに蓄積された電流による電圧の極性を反転させるためC11やL2を追加する必要があり部品点数が増加するだけでなく、追加された部品がそれぞれ電流の経路の一部となってしまい、これによってエネルギー損失が生じて電源効率を低下させるという欠点がある。
これに対して、図9(a)及び(c)の回路では、フォトダイオード20に直接接続され発生させた電流を蓄積するインダクタL1による電圧の極性と電源回路21の極性とが同じになるように、フォトダイオード20を電源回路21及び抽出回路22に接続する回路構成になっているから、C11のコンデンサ及びL2のインダクタが不要である。
従って、電源回路21の回路構成がより簡便になって安価に製作できるとともに、追加された部品が電流の経路になることに伴うエネルギー損失がなく、電源効率の低下を抑制できるという利点がある。
従って、電源回路21の回路構成がより簡便になって安価に製作できるとともに、追加された部品が電流の経路になることに伴うエネルギー損失がなく、電源効率の低下を抑制できるという利点がある。
なお、図9(e)の表において、C点電圧(電源)の極性は、C点の電位がグランドよりも高い場合を「正」、低い場合を「負」と定義している。
また、B点電圧(制御信号)の極性は、フォトダイオード20への入力光レベルが高い時において、B点に高電圧が発生する場合を「正」、B点に低電圧が発生する場合を「負」と定義している。
上記各実施形態では、スイッチング電源として機能する電源回路21の効率を上げるため、整流素子として、順方向の電圧降下が低くスイッチング速度が速い特長を有するショットキーダイオード(ショットキーバリアダイオードともいう。)を採用しているが、その他にも、通常のPN接合のダイオードを用いてもよいことは勿論である。
また、B点電圧(制御信号)の極性は、フォトダイオード20への入力光レベルが高い時において、B点に高電圧が発生する場合を「正」、B点に低電圧が発生する場合を「負」と定義している。
上記各実施形態では、スイッチング電源として機能する電源回路21の効率を上げるため、整流素子として、順方向の電圧降下が低くスイッチング速度が速い特長を有するショットキーダイオード(ショットキーバリアダイオードともいう。)を採用しているが、その他にも、通常のPN接合のダイオードを用いてもよいことは勿論である。
〔第3実施形態〕
図8は、本発明を採用した別の光通信システム(第3実施形態)の概略構成図である。
図8に示す第3実施形態の光通信システムは、P2MP形態の光アクセスネットワークにおいて、受動的な光スプリッタ4の分岐後に光信号の通過・遮断を制御する光スイッチ部46を備える光スイッチ装置45を設けたシステム構成になっている。
図8は、本発明を採用した別の光通信システム(第3実施形態)の概略構成図である。
図8に示す第3実施形態の光通信システムは、P2MP形態の光アクセスネットワークにおいて、受動的な光スプリッタ4の分岐後に光信号の通過・遮断を制御する光スイッチ部46を備える光スイッチ装置45を設けたシステム構成になっている。
すなわち、本実施形態の光通信システムは、光スイッチ装置45と、この光スイッチ装置45を介して局側装置1とP2MP形態で接続された複数の宅側装置2,2……とを備えている。なお、この場合の宅側装置2は、局側装置1とPON通信を行うサービス部12としての機能のみを有する。
図8に示すように、本実施形態の光スイッチ装置45は、外部からの制御信号(電気信号)によって光信号の通過・遮断を制御する光スイッチ部46と、局側装置1の給電制御部7からの光信号S(波長λ1)に基づいて光スイッチ部46を制御する給電受信部47とを備えている。
図8に示すように、本実施形態の光スイッチ装置45は、外部からの制御信号(電気信号)によって光信号の通過・遮断を制御する光スイッチ部46と、局側装置1の給電制御部7からの光信号S(波長λ1)に基づいて光スイッチ部46を制御する給電受信部47とを備えている。
光スイッチ部46は、光スプリッタで分岐させた支線毎に設けられた複数のMEMSミラーあるいは液晶スイッチなどの、透過・遮断の状態切り替え動作以外には殆ど電力を消費しない光スイッチ46aを内部に有しており、任意の支線に対する光信号を透過又は遮断できるようになっている。
一方、光スイッチ装置46の給電受信部47は、第1実施形態の給電受信部10と同様に、波長λ1の光信号を利用して、自装置内の制御機器(図3の制御部23)等に対する給電と制御を実行する。
一方、光スイッチ装置46の給電受信部47は、第1実施形態の給電受信部10と同様に、波長λ1の光信号を利用して、自装置内の制御機器(図3の制御部23)等に対する給電と制御を実行する。
すなわち、光スイッチ装置45の給電受信部47は、第1実施形態の給電受信部(図3)10とほぼ同様の回路構成になっており、局側装置1からの給電制御用の光信号Sに基づいて生成した制御信号により、光スイッチ部46に対する動作制御を行う。
このため、本実施形態の光通信システムによれば、局側装置1が送出した光信号(波長λ1)を、光スイッチ装置45に対する給電と光信号の透過・遮断/経路選択の制御用の双方の用途で使用することができる。また、光スイッチ部46を集約することにより、図1の構成に比べて部品の集積化による低コスト化が可能となるとともに、設置が容易になって保守コストの低減も可能となる。
なお、上記実施形態はすべて例示であり本発明の範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での変更が含まれる。
なお、上記実施形態はすべて例示であり本発明の範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での変更が含まれる。
以下、図3に示す給電受信部(光受信装置)10に使用可能な回路部品の諸元及び動作パラメータの一例を示し、その場合の動作の有効性について検討する。
〔回路部品〕
L1,L2:560μH
D1:順方向電圧0.3V ショットキーダイオード
C1:15mF 電気二重層コンデンサ
C2:10μF セラミックコンデンサ
C3,C4,C11:1μF セラミックコンデンサ
〔回路部品〕
L1,L2:560μH
D1:順方向電圧0.3V ショットキーダイオード
C1:15mF 電気二重層コンデンサ
C2:10μF セラミックコンデンサ
C3,C4,C11:1μF セラミックコンデンサ
IC1:電源監視(3.3V)
IC2:DC-DCコンバータIC 待機電流1μA以下、シャットダウン時出力OFF)
IC3:オペアンプ等
IC4:コンパレータ等
R1:100Ω
R2:100kΩ
R3,R4:10kΩ
IC2:DC-DCコンバータIC 待機電流1μA以下、シャットダウン時出力OFF)
IC3:オペアンプ等
IC4:コンパレータ等
R1:100Ω
R2:100kΩ
R3,R4:10kΩ
G1,G2:光ファイバまたは光導波路
PD1:フォトダイオード
LD1:レーザダイオード
WDM1:WDMカプラ
SENS1:センサ(サーミスタ)
ATT1:光減衰器
PD1:フォトダイオード
LD1:レーザダイオード
WDM1:WDMカプラ
SENS1:センサ(サーミスタ)
ATT1:光減衰器
〔動作パラメータ〕
λ1:光給電用波長 1625nm
λ2:送信用波長 1600nm
λ3:各種サービス用波長 1260〜1580nm
T1:給電期間 0.09秒
T2:制御期間 0.01秒(繰り返し周期:0.1秒)
λ1:光給電用波長 1625nm
λ2:送信用波長 1600nm
λ3:各種サービス用波長 1260〜1580nm
T1:給電期間 0.09秒
T2:制御期間 0.01秒(繰り返し周期:0.1秒)
制御信号バースト長:500bit
Vth:電源監視の閾値 3.3V
Vcc:3.3V
回路電源:3.3V
回路電流:100mA以下
回路の動作時間:0.2秒以内
充電時間:約30分
Vth:電源監視の閾値 3.3V
Vcc:3.3V
回路電源:3.3V
回路電流:100mA以下
回路の動作時間:0.2秒以内
充電時間:約30分
〔動作の検証〕
以上の諸元の下で、キャパシタC1(15mF)が閾値Vth(=3.3V)まで充電された時点で蓄積されるエネルギーをE1とすると、E1は次のように計算される。
E1=0.5×C1×Vth2=0.0817(J)
以上の諸元の下で、キャパシタC1(15mF)が閾値Vth(=3.3V)まで充電された時点で蓄積されるエネルギーをE1とすると、E1は次のように計算される。
E1=0.5×C1×Vth2=0.0817(J)
一方、上記動作パラメータの回路動作(Vcc=3.3V、回路電流I:100mA以下、動作時間Δt:0.2秒)を行うのに必要な電力をE2とすると、E2は次のように計算される。
E2=Vcc×I×Δt=0.06(J)
従って、この場合、充電による電気エネルギーE1が、回路動作に必要な消費電力E2より大きくなるので、光給電による回路動作が可能である。
E2=Vcc×I×Δt=0.06(J)
従って、この場合、充電による電気エネルギーE1が、回路動作に必要な消費電力E2より大きくなるので、光給電による回路動作が可能である。
本発明は、光ファイバを用いて機器を接続するシステムであって、電力線等による通常の給電が困難なシステムに有用であり、光ファイバを経由して供給された光信号により、電気・電子回路の動作に必要な電力を得る場合に適用可能である。
また、本発明は、間欠的に動作するために定常的には大きな電力の消費がない場合や、電力供給と合わせて何らかの制御信号を供給する必要がある場合に特に有効であり、部品点数を増加させることなく、経済的に目的を達成することを可能にする。
また、本発明は、間欠的に動作するために定常的には大きな電力の消費がない場合や、電力供給と合わせて何らかの制御信号を供給する必要がある場合に特に有効であり、部品点数を増加させることなく、経済的に目的を達成することを可能にする。
具体的には、遠隔地に置かれたセンサの測定値を収集するシステムや、遠隔地に設置された光スイッチをオンオフ制御するシステム等に有効である。
1 局側装置
2 宅側装置
3 光ファイバ(幹線)
4 光スプリッタ
5 光ファイバ(支線)
7 給電制御部
8 計測受信部
9 サービス部
10 給電受信部(光受信装置)
11 計測送信部
12 サービス部
13 合波分波器
14 光アッテネータ
15 合波分波器
20 フォトダイオード(受光素子)
21 電源回路
22 抽出回路
23 制御部
24 インダクタ(昇圧素子)
25 ショットキーダイオード(整流素子)
26 キャパシタ(蓄電素子)
27 DC−DCコンバータ(直流安定化電源)
28 監視部
40 センサ
41 発光素子
42 タイマー
43 AND素子
45 光スイッチ装置
46 光スイッチ部
47 給電受信部(光受信装置)
S 光信号
S1 第1光信号(給電用)
S2 第2光信号(制御用)
2 宅側装置
3 光ファイバ(幹線)
4 光スプリッタ
5 光ファイバ(支線)
7 給電制御部
8 計測受信部
9 サービス部
10 給電受信部(光受信装置)
11 計測送信部
12 サービス部
13 合波分波器
14 光アッテネータ
15 合波分波器
20 フォトダイオード(受光素子)
21 電源回路
22 抽出回路
23 制御部
24 インダクタ(昇圧素子)
25 ショットキーダイオード(整流素子)
26 キャパシタ(蓄電素子)
27 DC−DCコンバータ(直流安定化電源)
28 監視部
40 センサ
41 発光素子
42 タイマー
43 AND素子
45 光スイッチ装置
46 光スイッチ部
47 給電受信部(光受信装置)
S 光信号
S1 第1光信号(給電用)
S2 第2光信号(制御用)
Claims (13)
- 光伝送路に変調された光信号を送出し、この光信号を受光した受光素子が出力する電気信号を受信側において給電用と制御用の双方に用いる光伝送方法であって、
前記光伝送路に送出される前記光信号の変調期間が、給電用の第1光信号を送出する変調期間と制御用の第2光信号を送出する変調期間とを含むことを特徴とする光伝送方法。 - 前記第2光信号が、2つの値の出現頻度がほぼ同じになるようにバランスさせたバランス符号よりなる請求項1に記載の光伝送方法。
- 前記バランス符号がマンチェスタ符号よりなる請求項2に記載の光伝送方法。
- 前記第2光信号のボーレートが前記第1光信号の繰り返し周波数に対して2以上の整数倍に設定されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の光伝送方法。
- 光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる光受信装置であって、
前記光信号を受光して電気信号を出力する2端子の受光素子と、
前記受光素子の一方の端子の電気信号から電力を取り出す電源回路と、
前記受光素子の他方の端子の電気信号から制御信号を取り出す抽出回路と、
を備えていることを特徴とする光受信装置。 - 前記電源回路は、前記受光素子の一方の端子の電気信号を昇圧する昇圧素子と、昇圧された前記電気信号を整流する整流素子と、整流された前記電気信号を蓄電する蓄電素子と、を備えている請求項5に記載の光受信装置。
- 前記電源回路は、前記蓄電素子と負荷との間に介在された直流安定化電源と、前記蓄電素子の電圧が前記直流安定化電源を動作させるに足る所定値に達しているか否かを監視する監視部と、を備えている請求項6に記載の光受信装置。
- 前記電源回路は、所定時間おきに動作トリガーを生成するタイマーを更に備え、
前記直流安定化電源は、前記蓄電素子の電圧が所定値に達したことに加えて、前記タイマーが前記動作トリガーを生成したことを条件として動作する請求項7に記載の光受信装置。 - 前記負荷が実施する所定動作の完了後に前記直流安定化電源の動作を停止させる制御部を備えている請求項7又は8に記載の光受信装置。
- 前記受光素子がフォトダイオードであり、
前記電源回路は、前記フォトダイオードの一方の端子の電気信号を直流結合で受け取る整流素子を有するものであり、前記抽出回路は、前記フォトダイオードの他方の端子の電気信号を交流結合で受け取る請求項5〜9のいずれか1項に記載の光受信装置。 - 局側装置と、この局側装置と光スプリッタを介してP2MP形態で接続された複数の宅側装置とを備えたPONシステムであって、
複数の前記宅側装置が、前記光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる光受信装置を備えており、
前記光受信装置が、前記光信号を受光して電気信号を出力する受光素子と、前記受光素子の一方の端子から電力を取り出す電源回路と、前記受光素子の他方の端子から制御信号を取り出す抽出回路と、を有することを特徴とするPONシステム。 - 前記光受信装置は、複数の前記宅側装置のうちで前記局側装置から最も遠い前記宅側装置に合わせて、前記電源回路を構成する直流安定化電源の動作周期を安定化させるためのタイマーを有する請求項10に記載のPONシステム。
- 局側装置と、光スプリッタの分岐後に光信号の通過・遮断を制御する光スイッチ部を備える光スイッチ装置と、この光スイッチ装置を介して前記局側装置とP2MP形態で接続された複数の宅側装置とを備えた光通信システムであって、
前記光スイッチ装置が、前記光伝送路に送出された光信号を給電用と制御用の双方の用途で受信することができる光受信装置を備えており、
前記光受信装置が、前記光信号を受光して電気信号を出力する2端子の受光素子と、前記受光素子の一方の端子から電力を取り出す電源回路と、前記受光素子の他方の端子から制御信号を取り出す抽出回路と、を有することを特徴とする光通信システム。
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JP2009038035A JP2010193374A (ja) | 2009-02-20 | 2009-02-20 | 光伝送方法、光受信装置及びこれを用いたponシステム及び光通信システム |
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- 2009-02-20 JP JP2009038035A patent/JP2010193374A/ja active Pending
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