JP2011029803A - 光信号の受信装置及び受信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 受信装置の運用状態においても、光電変換素子に印加するバイアス電圧を自動的に改善できるようにする。
【解決手段】 本発明の受信装置は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）によって符号化された光信号の受信装置に関する。この受信装置は、逆方向のバイアス電圧Ｖｉによって光電流の増倍率が変化する、光信号を光電変換する光電変換素子２１２と、光電変換後の電気信号を二値化したデータ信号をＦＥＣ復号化するＦＥＣ復号化部２１７と、ＦＥＣ復号化部２１７における訂正頻度に基づいて光電変換素子２１２に印加するバイアス電圧Ｖｉの改善値を決定する制御部２２０と、を備える。
【選択図】 図３
【解決手段】 本発明の受信装置は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）によって符号化された光信号の受信装置に関する。この受信装置は、逆方向のバイアス電圧Ｖｉによって光電流の増倍率が変化する、光信号を光電変換する光電変換素子２１２と、光電変換後の電気信号を二値化したデータ信号をＦＥＣ復号化するＦＥＣ復号化部２１７と、ＦＥＣ復号化部２１７における訂正頻度に基づいて光電変換素子２１２に印加するバイアス電圧Ｖｉの改善値を決定する制御部２２０と、を備える。
【選択図】 図３
Description
本発明は、例えば、ＰＯＮ（Passive Optical Network ）システムを構成する局側装置ないし宅側装置に好適に使用される、光信号の受信装置及び受信方法に関する。
ＰＯＮシステムは、集約局としての局側装置と、複数の加入者宅に設置された宅側装置とを、１本の光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐する光ファイバ網によって接続したものである（例えば、特許文献１参照）。
かかるＰＯＮシステムでは、局側装置から宅側装置への下り方向通信の場合は、ブロードキャスト方式によって連続的な光信号が伝送され、宅側装置から局側装置への上り方向通信の場合は、光信号の衝突を避けるために、時分割方式によって間欠的な光信号（光バースト信号）が伝送される。
かかるＰＯＮシステムでは、局側装置から宅側装置への下り方向通信の場合は、ブロードキャスト方式によって連続的な光信号が伝送され、宅側装置から局側装置への上り方向通信の場合は、光信号の衝突を避けるために、時分割方式によって間欠的な光信号（光バースト信号）が伝送される。
このため、各宅側装置は、局側装置から同じ下り方向の光信号を受信するようになっており、下り信号のフレームが自己宛であればこれを取り込み、そうでなければフレームを廃棄する。
また、局側装置は、上り方向の送信時期及び送信データ量に関する許可（グラント）を予め宅側装置ごとに通知するようになっており、このグラントに従って各宅側装置が送信した上り方向の光信号を時分割で受信する。従って、局側装置には、種々の強度の光バースト信号が間欠的に届くことになる。
また、局側装置は、上り方向の送信時期及び送信データ量に関する許可（グラント）を予め宅側装置ごとに通知するようになっており、このグラントに従って各宅側装置が送信した上り方向の光信号を時分割で受信する。従って、局側装置には、種々の強度の光バースト信号が間欠的に届くことになる。
一方、局側装置の光受信回路は、光信号を光電変換するアバランシェフォトダイオード（Avalanche Photodiode：以下、「ＡＰＤ」と略記することがある。）と、この素子が出力する電気信号を増幅する増幅器と、増幅された電気信号を閾値と比較して二値信号（デジタル信号）を出力する比較器とを備えている（例えば、特許文献２参照）。
上記ＡＰＤは、高い逆方向のバイアス電圧（以下、単に「バイアス電圧」ということがある。）を印加することで光電流が増倍される高感度のフォトダイオードである。このため、上記光受信回路には、ＡＰＤが最適な増倍率になるようにバイアス電圧を制御するためのバイアス回路が設けられる（例えば、特許文献３参照）。
上記ＰＯＮシステムで使用される光受信回路では、伝送速度の高速化に伴って高受信感度が要求されており、例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮ（IEEE 802.3av）のＰＲ３０においては、宅側装置にもＡＰＤの使用が想定されており、下り信号の高受信感度化が図られている。
また、１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいては、送信信号に前方誤り訂正（Forward Error Correction：以下、「ＦＥＣ」ということがある。）によって符号化を行い、受信側においてその符号化に対応するＦＥＣ復号化を行うことにより、伝送速度の高速化に伴って不足するパワーバジェットを補うようになっている。
また、１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいては、送信信号に前方誤り訂正（Forward Error Correction：以下、「ＦＥＣ」ということがある。）によって符号化を行い、受信側においてその符号化に対応するＦＥＣ復号化を行うことにより、伝送速度の高速化に伴って不足するパワーバジェットを補うようになっている。
ところで、光通信用のＡＰＤでは、増倍率がほぼ１０付近となるバイアス電圧に設定すると最も高いＳＮ比が得られるが、増倍率が小さ過ぎると増倍効果が不十分になり、逆に増倍率が大き過ぎると、ショットノイズや暗電流が増加してＳＮ比が劣化する。従って、最適なＳＮ比を実現するためには、ＡＰＤのバイアス電圧を適切に制御する必要がある。
また、ＡＰＤのバイアス電圧は、大きな温度依存性を持つとともに、その特性のばらつきが大きいので、受信装置ごとにＡＰＤの特性を検査しつつ最適なバイアス電圧を設定する必要がある。
また、ＡＰＤのバイアス電圧は、大きな温度依存性を持つとともに、その特性のばらつきが大きいので、受信装置ごとにＡＰＤの特性を検査しつつ最適なバイアス電圧を設定する必要がある。
そこで、従来では、受信装置の製造時に擬似ランダムビットシーケンス（Pseudo-random bit sequence：ＰＲＢＳ)等、既知の信号を受信しながらビットエラーレート（Bit Error Ratio：ＢＥＲ）を測定し、その値が最小となるようにバイアス電圧を予め設定している。
しかしながら、かかる製造時におけるバイアス電圧の設定作業は、そもそも手間がかかるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化した場合には、これに対応できないという欠点がある。
また、従来では、ＡＰＤのバイアス回路に温度センサを設けて、温度に応じてバイアス電圧を最適値に制御している。しかしながら、起動時など受信装置内部の温度変化が大きい場合には、温度センサが正しくＡＰＤの温度を検出できず、バイアス電圧を最適値に制御することが難しい。
しかしながら、かかる製造時におけるバイアス電圧の設定作業は、そもそも手間がかかるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化した場合には、これに対応できないという欠点がある。
また、従来では、ＡＰＤのバイアス回路に温度センサを設けて、温度に応じてバイアス電圧を最適値に制御している。しかしながら、起動時など受信装置内部の温度変化が大きい場合には、温度センサが正しくＡＰＤの温度を検出できず、バイアス電圧を最適値に制御することが難しい。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、受信装置の運用状態においても、光電変換素子に印加するバイアス電圧を自動的に改善（最適化を含む。）することができる光信号の受信装置等を提供することを目的とする。
（１） 本発明の受信装置は、ＦＥＣによって符号化された光信号の受信装置であって、逆方向のバイアス電圧によって光電流の増倍率が変化する、前記光信号を光電変換する光電変換素子と、光電変換後の電気信号を二値化したデータ信号をＦＥＣ復号化するＦＥＣ復号化部と、前記ＦＥＣ復号化部における訂正頻度に基づいて前記光電変換素子に印加する前記バイアス電圧の改善値を決定する制御部と、を備えていることを特徴とする。
なお、本明細書において、バイアス電圧の「改善値」とは、バイアス電圧が現時点のものよりも所定条件（本発明では、訂正頻度がより低いこと。）に適合することとなるように、当該バイアス電圧を改善した電圧値のことをいう。
従って、後述の実施形態のように、訂正頻度を最小にするバイアス電圧の最適値を決定する場合には、その最適化処理によって得られた唯一のバイアス電圧の最適値も、上記改善値に含まれる。
従って、後述の実施形態のように、訂正頻度を最小にするバイアス電圧の最適値を決定する場合には、その最適化処理によって得られた唯一のバイアス電圧の最適値も、上記改善値に含まれる。
本発明の受信装置によれば、上記制御部が、ＦＥＣ復号化部における訂正頻度に基づいて前記光電変換素子に印加する前記バイアス電圧の改善値を決定するので、受信装置の運用状態においても、光電変換素子に印加するバイアス電圧が自動的に改善される。
このため、運用前におけるバイアス電圧の設定作業が不要となり、事業者の作業手間を低減できるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化しても、バイアス電圧を改善することができる。
このため、運用前におけるバイアス電圧の設定作業が不要となり、事業者の作業手間を低減できるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化しても、バイアス電圧を改善することができる。
（２） ところで、光電変換素子がＡＰＤである場合には、バイアス電圧の増加に伴って増倍率も単調増加するが、それと同時に暗電流も増加するため（図６参照）、所定のバイアス電圧の調整範囲においては、ＢＥＲ（≒訂正頻度）がバイアス電圧に対して凸関数を形成することが判明している（図７参照）。
そこで、本発明の受信装置において、前記バイアス電圧の調整範囲における前記訂正頻度を参照データとして記憶する記憶部を、更に備えていることが好ましい。
この場合、前記制御部が、前記参照データに基づいて、前記訂正頻度が小さくなる方向に前記バイアス電圧を調整するようにすれば、例えば山登り法等による簡便な局所探索法を用いて、バイアス電圧の改善値を高速に求めることができる。
この場合、前記制御部が、前記参照データに基づいて、前記訂正頻度が小さくなる方向に前記バイアス電圧を調整するようにすれば、例えば山登り法等による簡便な局所探索法を用いて、バイアス電圧の改善値を高速に求めることができる。
（３） また、この場合、前記制御部は、起動時における前記バイアス電圧の初期値を当該バイアス電圧の最適値よりも低い値に設定することが好ましい。
その理由は、光電変換素子のバイアス電圧が降伏電圧を超える値になると、過電流によって光電変換素子やプリアンプを破壊する恐れがあることから、バイアス電圧の調整の際には、なるべく小さい値から大きい値に移行させるのが好ましいからである。
その理由は、光電変換素子のバイアス電圧が降伏電圧を超える値になると、過電流によって光電変換素子やプリアンプを破壊する恐れがあることから、バイアス電圧の調整の際には、なるべく小さい値から大きい値に移行させるのが好ましいからである。
（４） 更に、前記制御部は、起動時における前記光電変換素子の温度に基づいて、起動時における前記バイアス電圧の初期値を設定することが好ましい。
この場合、光電変換素子の温度変化がバイアス電圧の変化に及ぼす影響を補償した初期値を設定できるので、光電変換素子の温度変化によって初期値が改善値から大きく外れるのを防止することができる。従って、初期値から改善値への収束時間を速めることができる。
この場合、光電変換素子の温度変化がバイアス電圧の変化に及ぼす影響を補償した初期値を設定できるので、光電変換素子の温度変化によって初期値が改善値から大きく外れるのを防止することができる。従って、初期値から改善値への収束時間を速めることができる。
（５） 一方、訂正頻度が小さ過ぎるために、バイアス電圧の改善値を決定できない場合には、そもそも所望の受信感度が既に実現されているので、バイアス電圧の改善値を求める必要がない。
そこで、前記制御部は、上記のような場合、すなわち、前記バイアス電圧の改善値を特定不能な程度に低頻度の所定値よりも前記訂正頻度が小さい場合には、現時点の前記バイアス電圧の値を維持させることが好ましい。また、この場合、現時点の前記バイアス電圧の値を更に低下させるようにすれば、バイアス電圧を生成するためのバイアス回路の消費電力を低減することができる。
そこで、前記制御部は、上記のような場合、すなわち、前記バイアス電圧の改善値を特定不能な程度に低頻度の所定値よりも前記訂正頻度が小さい場合には、現時点の前記バイアス電圧の値を維持させることが好ましい。また、この場合、現時点の前記バイアス電圧の値を更に低下させるようにすれば、バイアス電圧を生成するためのバイアス回路の消費電力を低減することができる。
（６） また、前記制御部は、前記訂正頻度を更新する時間間隔が変更可能であることが好ましい。
この場合、訂正頻度が比較的高い場合には、その時間間隔を出来るだけ短くすることにより、バイアス電圧の改善値を可及的速やかに算出することができる。逆に、訂正頻度が比較的低い場合には、その時間間隔を長くすることにより、訂正頻度が０になるバイアス電圧の範囲を狭くすることができ、バイアス電圧の改善値の調整精度を向上することができる。
この場合、訂正頻度が比較的高い場合には、その時間間隔を出来るだけ短くすることにより、バイアス電圧の改善値を可及的速やかに算出することができる。逆に、訂正頻度が比較的低い場合には、その時間間隔を長くすることにより、訂正頻度が０になるバイアス電圧の範囲を狭くすることができ、バイアス電圧の改善値の調整精度を向上することができる。
（７） 本発明の受信装置は、ＰＯＮシステムの局側装置と宅側装置のいずれにも適用可能であるが、局側装置に搭載する場合には、前記制御部は、前記訂正頻度に基づいて前記バイアス電圧の改善値を決定する処理を前記宅側装置ごとに個別に実行すればよい。
この場合、宅側装置ごとに正確なバイアス電圧の改善値を求めることができ、その改善値を求める処理を高精度に行うことができる。
この場合、宅側装置ごとに正確なバイアス電圧の改善値を求めることができ、その改善値を求める処理を高精度に行うことができる。
（８） もっとも、バイアス電圧の改善値を宅側装置ごとに決定すると、光バースト信号の受信時期に合わせてバイアス電圧を切り替える必要があるので、光バースト信号の送信時間が短い場合には、光電変換素子の増倍率が追従できないこともあり得る。
そこで、局側装置に搭載する受信装置において、前記制御部は、前記訂正頻度が最も高い前記宅側装置が送信する前記光バースト信号について、その訂正頻度に基づいて前記バイアス電圧の改善値を決定し、他の前記宅側装置が送信する前記光バースト信号についても前記改善値を採用することにしてもよい。
そこで、局側装置に搭載する受信装置において、前記制御部は、前記訂正頻度が最も高い前記宅側装置が送信する前記光バースト信号について、その訂正頻度に基づいて前記バイアス電圧の改善値を決定し、他の前記宅側装置が送信する前記光バースト信号についても前記改善値を採用することにしてもよい。
この場合、制御部は、訂正頻度が最も高い宅側装置（従って、受信特性が最も悪い。）が送信する光バースト信号について、その訂正頻度に基づいて前記バイアス電圧の改善値を決定するので、このバイアス電圧の改善値をそれより訂正頻度が低い他の宅側装置と共通の改善値としても、特に差し支えない。
このため、上記改善値を決定した後の運用時において、光バースト信号ごとにバイアス電圧を切り替える処理が不要となり、光電変換素子の増倍率の変化が追従しないという問題を回避できる。
このため、上記改善値を決定した後の運用時において、光バースト信号ごとにバイアス電圧を切り替える処理が不要となり、光電変換素子の増倍率の変化が追従しないという問題を回避できる。
（９） 本発明の受信方法は、ＦＥＣによって符号化された光信号の受信方法であって、本発明の受信装置が実行する受信方法である。このため、本発明の受信方法は、本発明の受信装置と同様の作用効果を奏する。
以上の通り、本発明によれば、受信装置の運用状態において、光電変換素子に印加するバイアス電圧を自動的に改善できるので、運用前におけるバイアス電圧の設定作業が不要となり、事業者の作業手間を低減できるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化しても、バイアス電圧を改善することができる。
〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係るＰＯＮシステムの接続図である。
図１において、局側装置１は、複数の宅側装置２Ａ〜２Ｃに対する集約局として設置され、各宅側装置２Ａ〜２Ｃは、それぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
なお、本実施形態では、各宅側装置の共通事項を説明する場合には符号２を使用し、各宅側装置の個別事項を説明する場合には、符号２Ａ〜２Ｃを使用する。
図１は、本発明の実施形態に係るＰＯＮシステムの接続図である。
図１において、局側装置１は、複数の宅側装置２Ａ〜２Ｃに対する集約局として設置され、各宅側装置２Ａ〜２Ｃは、それぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
なお、本実施形態では、各宅側装置の共通事項を説明する場合には符号２を使用し、各宅側装置の個別事項を説明する場合には、符号２Ａ〜２Ｃを使用する。
局側装置１に接続された１本の光ファイバ（幹線）５は、光カプラ６等よりなる受動光分岐ノードを介して複数の光ファイバ（支線）７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。その光カプラ６から分岐した各光ファイバ７の終端に、それぞれ各宅側装置２が接続されている。
また、局側装置１は、上位ネットワーク８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９と接続されている。
また、局側装置１は、上位ネットワーク８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９と接続されている。
なお、図１では、合計３個の宅側装置２Ａ〜２Ｃを示しているが、１つの光カプラ６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、光カプラ６を１個だけ使用しているが、光カプラを縦列に複数段設けることにより、更に多くの宅側装置を局側装置１と接続することができる。
また、図１では、光カプラ６を１個だけ使用しているが、光カプラを縦列に複数段設けることにより、更に多くの宅側装置を局側装置１と接続することができる。
図１において、宅側装置２から局側装置１への上り方向には、波長λ１の光信号によるデータが送信される。逆に、局側装置１から宅側装置２への下り方向には、波長λ２の光信号によるデータが送信される。
これらの波長λ１及びλ２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖの１０．３１２５Ｇｂｐｓ信号では、以下の範囲の値が想定されている。
１２６０ｎｍ≦λ１≦１２８０ｎｍ
１５７５ｎｍ≦λ２≦１５８０ｎｍ
これらの波長λ１及びλ２は、例えば、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖの１０．３１２５Ｇｂｐｓ信号では、以下の範囲の値が想定されている。
１２６０ｎｍ≦λ１≦１２８０ｎｍ
１５７５ｎｍ≦λ２≦１５８０ｎｍ
本実施形態では、下り方向の連続的な光信号Ｃ１と、上り方向の間欠的な光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３が、いずれも、リードソロモン符号やターボ符号等の所定の前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号によってランダムに符号化されることを想定している。
〔制御フレームのやり取り〕
図８は、局側装置１と宅側装置２Ａ（宅側装置２Ｂ，２Ｃについても同様）との間の制御フレームのやり取りを示すシーケンス図である。
図８に示すように、まず、局側装置１は、運用時間開始時刻Ｔ０の時点で宅側装置２Ａに関するＲＴＴ（Round Trip Time）を既に計算している。
時刻Ｔａ１において、局側装置１は、宅側装置２Ａに対して、送出要求量を通知させるために、レポート送出開始時刻Ｔｂ２を含んだゲートフレームＧ１を送信する。
図８は、局側装置１と宅側装置２Ａ（宅側装置２Ｂ，２Ｃについても同様）との間の制御フレームのやり取りを示すシーケンス図である。
図８に示すように、まず、局側装置１は、運用時間開始時刻Ｔ０の時点で宅側装置２Ａに関するＲＴＴ（Round Trip Time）を既に計算している。
時刻Ｔａ１において、局側装置１は、宅側装置２Ａに対して、送出要求量を通知させるために、レポート送出開始時刻Ｔｂ２を含んだゲートフレームＧ１を送信する。
このレポート送出開始時刻Ｔｂ２は、他の宅側装置２Ｂ，２Ｃから送信されるレポートと衝突しないように計算される。
宅側装置２Ａは、時刻Ｔｂ１に自身に対するゲートＧ１を受信すると、データ中継処理部２０７（図２参照）のバッファメモリに蓄積されたデータ量を参照して送出要求量を算出し、ゲートトＧ１に含まれるレポート送出開始時刻Ｔｂ２に、局側装置１に対して送出要求量を含んだレポートフレーム（リクエストともいう。）Ｒ１を送出する。
宅側装置２Ａは、時刻Ｔｂ１に自身に対するゲートＧ１を受信すると、データ中継処理部２０７（図２参照）のバッファメモリに蓄積されたデータ量を参照して送出要求量を算出し、ゲートトＧ１に含まれるレポート送出開始時刻Ｔｂ２に、局側装置１に対して送出要求量を含んだレポートフレーム（リクエストともいう。）Ｒ１を送出する。
局側装置１は、時刻Ｔａ２に上記レポートＲ１を受信すると、固定または可変の最大送出許可量以下となり、かつ、レポートＲ１に含まれるバッファメモリ内データ量のデータをなるべく多く送れるような値を演算し（帯域割当）、演算結果を送出許可量としてゲートフレーム（グラント）Ｇ２に挿入する。
レポートＲ１に含まれる送出要求量がゼロの場合には、局側装置１による演算結果がゼロとなるため帯域が割当てられないが、宅側装置２ＡにレポートＲ２を送出させる必要があるので、局側装置１は宅側装置２Ａに対して必ずゲートＧ２を送出する。
レポートＲ１に含まれる送出要求量がゼロの場合には、局側装置１による演算結果がゼロとなるため帯域が割当てられないが、宅側装置２ＡにレポートＲ２を送出させる必要があるので、局側装置１は宅側装置２Ａに対して必ずゲートＧ２を送出する。
ゲートＧ２に含まれる送出開始時刻Ｔｂ４は、演算済みである前回の宅側装置２Ａのデータの受信予定時刻、前回の宅側装置２の送出許可量、現在の宅側装置２Ａに関するＲＴＴ及び固定時間であるガードタイムを用い、データ及びレポートが他の宅側装置２Ｂ，２Ｃからのデータ又はレポートと衝突しないように計算される。
なお、局側装置１は、自身がゲートＧ２を送出する時刻Ｔａ３を、送出開始時刻Ｔｂ４までにゲートＧ２が宅側装置２Ａに到着するように計算する。
なお、局側装置１は、自身がゲートＧ２を送出する時刻Ｔａ３を、送出開始時刻Ｔｂ４までにゲートＧ２が宅側装置２Ａに到着するように計算する。
宅側装置２Ａは、時刻Ｔｂ３に自身に対するゲートＧ２を受信すると、そのゲートＧ２に含まれる送出開始時刻Ｔｂ４に、グラントされた送出許可量分のデータＤを、次回の送出要求量を含んだレポートＲ２とともに局側装置１に送出する。
このレポートＲ２は、データＤの直前または直後に送出されるが、データＤの直前に送出される場合には、送出要求量として局側装置１に報告する値は、バッファメモリに蓄積されているデータ量とデータＤのデータ量との差分である。
このレポートＲ２は、データＤの直前または直後に送出されるが、データＤの直前に送出される場合には、送出要求量として局側装置１に報告する値は、バッファメモリに蓄積されているデータ量とデータＤのデータ量との差分である。
局側装置１は、時刻Ｔａ４にデータＤ及びレポートＲ２を受信すると、データＤを上位ネットワーク８に送出し、レポートＲ２についてはレポートＲ１の場合と同様の処理を行なう。
以上のシーケンスは、すべての宅側装置２Ａ〜２Ｃに対して独立に行なわれ、運用時間が終了するまで、時刻Ｔａ３〜時刻Ｔａ４の処理が繰り返される。
以上のシーケンスは、すべての宅側装置２Ａ〜２Ｃに対して独立に行なわれ、運用時間が終了するまで、時刻Ｔａ３〜時刻Ｔａ４の処理が繰り返される。
〔上り方向通信のシーケンス〕
図９は、ＰＯＮシステムでの上り方向通信を示すシーケンス図であり、分散割当方式の一例を示している。
以下、図９の左側から右側に向かって時間が進行するとして、局側装置１を主体としたＰＯＮシステムの動作について説明する。
図９は、ＰＯＮシステムでの上り方向通信を示すシーケンス図であり、分散割当方式の一例を示している。
以下、図９の左側から右側に向かって時間が進行するとして、局側装置１を主体としたＰＯＮシステムの動作について説明する。
まず、局側装置１は、各宅側装置２Ｃ，２Ｂ，２Ａに対して、それぞれゲートＧｃ１，Ｇｂ１，Ｇａ１を順次送出する。
次に、局側装置１は、各宅側装置２Ｃ，２Ｂ，２ＡからそれぞれレポートＲｃ１，Ｒｂ１，Ｒａ１を受信すると、最初にデータの送出を許可する宅側装置２Ｃに対するゲートＧｃ２を送出する。そして、局側装置１は、宅側装置２Ｃから送出されるデータＤｃ１及び次のレポートＲｃ２を受信すると、これと並行して、宅側装置２Ｂに対するゲートＧｂ２を送出する。
次に、局側装置１は、各宅側装置２Ｃ，２Ｂ，２ＡからそれぞれレポートＲｃ１，Ｒｂ１，Ｒａ１を受信すると、最初にデータの送出を許可する宅側装置２Ｃに対するゲートＧｃ２を送出する。そして、局側装置１は、宅側装置２Ｃから送出されるデータＤｃ１及び次のレポートＲｃ２を受信すると、これと並行して、宅側装置２Ｂに対するゲートＧｂ２を送出する。
局側装置１は、宅側装置２Ｂから送出されるデータＤｂ１及び次のレポートＲｂ２を受信すると、これと並行して、宅側装置２Ａに対するグラントＧａ２を送出する。また、続いて、宅側装置２Ｃに対するグラントＧｃ３も送出する。その後、局側装置１は、宅側装置２Ａから送出されるデータＤａ１及び次のレポートＲａ２を受信する。
また、局側装置１は、宅側装置２Ｃから送出されるデータＤｃ２及び次のレポートＲｃ３を受信するとともに、これと並行して、宅側装置２Ｂに対するグラントＧｂ３を送出する。
また、局側装置１は、宅側装置２Ｃから送出されるデータＤｃ２及び次のレポートＲｃ３を受信するとともに、これと並行して、宅側装置２Ｂに対するグラントＧｂ３を送出する。
更に、局側装置１は、宅側装置２Ｂから送出されるデータＤｂ２及び次のレポートＲｂ３を受信するとともに、これと並行して、宅側装置２Ａに対するグラントＧａ３を送出する。ここで、例えば宅側装置２Ａから送出されるデータがなければ、図示のように、局側装置１は宅側装置２Ａから次のレポートＲａ３のみを受信する。
これ以降、同様の処理が繰り返され、局側装置１は、順次各宅側装置２Ａ〜２Ｃに対して帯域を動的に割り当てて、データの受信を繰り返す。
これ以降、同様の処理が繰り返され、局側装置１は、順次各宅側装置２Ａ〜２Ｃに対して帯域を動的に割り当てて、データの受信を繰り返す。
上記シーケンスの通り、ＰＯＮシステムの局側装置１は、上り方向通信の時分割制御のために、自身が管理する各宅側装置２Ａ〜２Ｃに送信許可を行うためのゲートＧを配布するので、当該局側装置１は、各宅側装置２Ａ〜２Ｃが次に送信する光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信時期を、実際の受信前に予め把握している。
〔宅側装置の構成〕
図２は、宅側装置２の内部構成の概略を示すブロック図である。
図２に示すように、宅側装置２は、ＰＯＮ側（図２左側）からユーザネットワーク９側に向かって順に、合分波部２０１、光受信部２０２、光送信部２０３、ＰＯＮ側受信部２０４、ＰＯＮ側送信部２０５、宅側信号処理部２０６、データ中継処理部２０７、ユーザネットワーク側送信部２０８、及びユーザネットワーク側受信部２０９を備えている。
図２は、宅側装置２の内部構成の概略を示すブロック図である。
図２に示すように、宅側装置２は、ＰＯＮ側（図２左側）からユーザネットワーク９側に向かって順に、合分波部２０１、光受信部２０２、光送信部２０３、ＰＯＮ側受信部２０４、ＰＯＮ側送信部２０５、宅側信号処理部２０６、データ中継処理部２０７、ユーザネットワーク側送信部２０８、及びユーザネットワーク側受信部２０９を備えている。
図２において、局側装置１が送信した波長λ２の下り方向の光信号は、合分波部２０１を通過して光受信部２０２により電気信号に変換され、更に、この電気信号はＰＯＮ側受信部２０４により受信される。
ＰＯＮ側受信部２０４は、受信したフレームのヘッダ部分を読み取ることにより、当該フレームが自己宛（ここでは、自己又は自己の配下のユーザネットワーク９内の装置宛を意味する。）であるか否かを判定する。
ＰＯＮ側受信部２０４は、受信したフレームのヘッダ部分を読み取ることにより、当該フレームが自己宛（ここでは、自己又は自己の配下のユーザネットワーク９内の装置宛を意味する。）であるか否かを判定する。
この判定の結果、自己宛であれば、ＰＯＮ側受信部２０４は当該フレームを取り込み、そうでなければ、当該フレームを廃棄する。例えば、上記の宛先判定を行うためのヘッダ情報の例として、ＩＥＥＥ８０２．３ａｖで想定されている論理リンク識別子（ＬＬＩＤ）を挙げることができる。
更に、ＰＯＮ側受信部２０４は、フレームのヘッダ部分を読み取ることにより、受信したフレームがデータフレームであるか、又は、ゲートフレームであるかを判定する。
更に、ＰＯＮ側受信部２０４は、フレームのヘッダ部分を読み取ることにより、受信したフレームがデータフレームであるか、又は、ゲートフレームであるかを判定する。
この判定の結果、フレームがデータフレームであれば、ＰＯＮ側受信部２０４はこれをデータ中継処理部２０７に送る。データ中継処理部２０７は、ユーザネットワーク側送信部２０８に対する送信制御等の所定の中継処理を行い、処理後のフレームはユーザネットワーク側送信部２０８からユーザネットワーク９へ送出される。
また、上記判定の結果、フレームがゲートフレームであれば、ＰＯＮ側受信部２０４はこれを宅側信号処理部２０６に転送する。宅側信号処理部２０６は、ゲートフレームに基づいて上り方向の送出をデータ中継処理部２０７に指示する。
また、上記判定の結果、フレームがゲートフレームであれば、ＰＯＮ側受信部２０４はこれを宅側信号処理部２０６に転送する。宅側信号処理部２０６は、ゲートフレームに基づいて上り方向の送出をデータ中継処理部２０７に指示する。
一方、ユーザネットワーク９からのフレームは、ユーザネットワーク側受信部２０９によって受信され、データ中継処理部２０７に転送される。転送されたフレームは、データ中継処理部２０７内のバッファメモリに一旦蓄積され、また、そのデータ量が宅側信号処理部２０６に通知される。
宅側信号処理部２０６は、ＰＯＮ側送信部２０５に対して送信制御を行い、所定のタイミングで、バッファメモリに蓄積されているフレームをＰＯＮ側送信部２０５に出力させるとともに、通知されたバッファメモリ内のデータ蓄積量に基づいてレポートフレームを作成して、ＰＯＮ側送信部２０５に出力させる。
宅側信号処理部２０６は、ＰＯＮ側送信部２０５に対して送信制御を行い、所定のタイミングで、バッファメモリに蓄積されているフレームをＰＯＮ側送信部２０５に出力させるとともに、通知されたバッファメモリ内のデータ蓄積量に基づいてレポートフレームを作成して、ＰＯＮ側送信部２０５に出力させる。
ＰＯＮ側送信部２０５の出力信号は、光送信部２０３で光信号に変換され、波長λ１でかつ所定の伝送レート（１０．３１２５Ｇｂｐｓ）の光信号として、合分波部２０１を介して上り方向に送信される。
また、図２に示すように、ＰＯＮ側送信部２０５は、内部に物理層符号化部２１０とＦＥＣ符号化部２１１とを備えている。
物理層符号化部２１０は、データ中継処理部２０７から送られてくるデータに対して６４Ｂ／６６Ｂ符号化を行い、ＦＥＣ符号化部２１１は、符号化されたデータに対して更に冗長ビットを付加して所定の誤り訂正符号を生成する。
また、図２に示すように、ＰＯＮ側送信部２０５は、内部に物理層符号化部２１０とＦＥＣ符号化部２１１とを備えている。
物理層符号化部２１０は、データ中継処理部２０７から送られてくるデータに対して６４Ｂ／６６Ｂ符号化を行い、ＦＥＣ符号化部２１１は、符号化されたデータに対して更に冗長ビットを付加して所定の誤り訂正符号を生成する。
なお、物理層符号化部２１０は、６４Ｂ／６６Ｂ符号化と同時に、所定のパターン（ＩＥＥＥ８０２．３ａｖでは６６ビットの同期パターンの繰り返し）からなるプリアンブルをデータに付加する。プリアンブル長は、宅側信号処理部２０６からの通知に応じて変更可能となっている。
〔宅側装置の光受信部及びＰＯＮ側受信部〕
図３は、宅側装置２の光受信部２０２とＰＯＮ側受信部２０４の内部構成の一例を示すブロック図である。
図３に示すように、宅側装置２の光受信部２０２は、内部に、光電変換素子２１２、増幅器２１３、比較器２１４、クロック・データ再生部２１５、及びバイアス部２１６を備えている。また、宅側装置２のＰＯＮ側受信部２０４は、内部に、ＦＥＣ復号化部２１７、物理層復号化部２１８、フレーム再生部２１９、制御部２２０、及び記憶部２２１を備えている。
図３は、宅側装置２の光受信部２０２とＰＯＮ側受信部２０４の内部構成の一例を示すブロック図である。
図３に示すように、宅側装置２の光受信部２０２は、内部に、光電変換素子２１２、増幅器２１３、比較器２１４、クロック・データ再生部２１５、及びバイアス部２１６を備えている。また、宅側装置２のＰＯＮ側受信部２０４は、内部に、ＦＥＣ復号化部２１７、物理層復号化部２１８、フレーム再生部２１９、制御部２２０、及び記憶部２２１を備えている。
光受信部２０２の光電変換素子２１２は、半導体受光素子の一種であるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）よりなり、下り方向の光信号Ｃ１の受光量に対応するレベルの電気信号を出力し、増幅器２１３は光電変換後の電気信号を増幅する。
比較器２１４は、増幅器２１３の出力信号を所定の閾値と比較して二値化する。クロック・データ再生部２１５は、比較器２１４から受けた二値信号に同期して、タイミング成分（クロック信号）とデータ信号とを再生する。
比較器２１４は、増幅器２１３の出力信号を所定の閾値と比較して二値化する。クロック・データ再生部２１５は、比較器２１４から受けた二値信号に同期して、タイミング成分（クロック信号）とデータ信号とを再生する。
バイアス部２１６は、ＡＰＤ２１２に逆方向のバイアス電圧Ｖｉを付与するバイアス回路よりなり、後述する制御部２２０からの制御信号Ｓｉに対応して、ＡＰＤ２１２を適正な増倍率とするためのバイアス電圧Ｖｉを生成する。
一方、ＰＯＮ側受信部２０４のＦＥＣ復号化部２１７は、再生されたデータ信号に対して所定の誤り訂正復号化（ＦＥＣ復号化）を行い、物理層復号化部２１８は、再生されたデータ信号に対して６４Ｂ／６６Ｂ復号化を行う。
一方、ＰＯＮ側受信部２０４のＦＥＣ復号化部２１７は、再生されたデータ信号に対して所定の誤り訂正復号化（ＦＥＣ復号化）を行い、物理層復号化部２１８は、再生されたデータ信号に対して６４Ｂ／６６Ｂ復号化を行う。
上記ＦＥＣ復号化部２１７が行う誤り訂正復号は、後述する局側装置１のＦＥＣ符号化部１１１（図４参照）が生成した誤り訂正符号に対応する復号化処理である。
また、ＦＥＣ復号化部２１７は、誤り訂正復号の際の誤り訂正数のカウント機能を有しており、ＦＥＣ復号化部２１７がカウントした誤り訂正数は、後述する制御部２２０に入力される。
また、ＦＥＣ復号化部２１７は、誤り訂正復号の際の誤り訂正数のカウント機能を有しており、ＦＥＣ復号化部２１７がカウントした誤り訂正数は、後述する制御部２２０に入力される。
フレーム再生部２１９は、復号化されたデータからフレームの境界を検出し、例えば、イーサネット（登録商標）フレームを復元する。また、フレーム再生部２１９は、フレームのヘッダ部分を読み取り、受信フレームがデータフレームであるか、或いは、メディアアクセス制御のための制御情報であるゲートフレームであるかを判定する。
上記判定の結果、フレームがデータフレームであれば、フレーム再生部２１９はそれをデータ中継処理部２０７に送り、フレームがゲートフレームであれば、ＰＯＮ側受信部２０４はそれを宅側信号処理部２０６に転送する。
上記判定の結果、フレームがデータフレームであれば、フレーム再生部２１９はそれをデータ中継処理部２０７に送り、フレームがゲートフレームであれば、ＰＯＮ側受信部２０４はそれを宅側信号処理部２０６に転送する。
〔制御部によるバイアス電圧の最適化処理（宅側装置の場合）〕
前記した通り、ＦＥＣ復号化部２１７は、誤り訂正復号化の処理と同時に、誤り訂正数を制御部２２０に通知する。
そこで、制御部２２０は、通知された誤り訂正数を所定時間ごとにカウントすることによって訂正頻度（＝誤り訂正数／データ信号のシンボル数）を算出し、それに基づいて、バイアス部２１６が出力するバイアス電圧Ｖｉを最適化するための制御信号Ｓｉを生成する。以下、この制御部による最適化処理を説明する。
前記した通り、ＦＥＣ復号化部２１７は、誤り訂正復号化の処理と同時に、誤り訂正数を制御部２２０に通知する。
そこで、制御部２２０は、通知された誤り訂正数を所定時間ごとにカウントすることによって訂正頻度（＝誤り訂正数／データ信号のシンボル数）を算出し、それに基づいて、バイアス部２１６が出力するバイアス電圧Ｖｉを最適化するための制御信号Ｓｉを生成する。以下、この制御部による最適化処理を説明する。
図６は、ＡＰＤ２１２の出力特性の１つである、バイアス電圧と光電流（ＰＤ電流）の関係を示すグラフである。
この図６に示すように、光通信用のＡＰＤ２１２では、バイアス電圧を高くすると、ＰＤ電流（図６では、平均で−３０ｄＢｍの光信号を受信している例）も増加し、増倍効果により受信感度が改善されるが、暗電流も増加するため、増倍率Ｍがほぼ１０程度で受信感度が最適値を示すようになっている。
この図６に示すように、光通信用のＡＰＤ２１２では、バイアス電圧を高くすると、ＰＤ電流（図６では、平均で−３０ｄＢｍの光信号を受信している例）も増加し、増倍効果により受信感度が改善されるが、暗電流も増加するため、増倍率Ｍがほぼ１０程度で受信感度が最適値を示すようになっている。
このため、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧を、最適な増倍率（Ｍ＝１０付近）に対応する電圧値（３０Ｖ付近）から高くしても、ショットノイズや暗電流が増加してＳＮ比が劣化すると考えられ、また、その電圧値から低くしても受信感度は不十分になる。
そこで、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧と出力信号の受信誤り率ＢＥＲ（≒訂正頻度）との関係を求めると、例えば図７に示すように、そのＢＥＲは、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧に対して凸関数の関係になることが判明した。
そこで、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧と出力信号の受信誤り率ＢＥＲ（≒訂正頻度）との関係を求めると、例えば図７に示すように、そのＢＥＲは、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧に対して凸関数の関係になることが判明した。
なお、図７（ａ）は、ＡＰＤ２１２の受信信号レベルが小さいために、ＢＥＲが比較的高いレベル（１０-4〜１０-2）の場合のグラフを示しており、図７（ｂ）は、ＡＰＤ２１２の受信信号レベルが大きいために、ＢＥＲが比較的低いレベル（１０-12〜１０-10後）の場合のグラフを示している。
このように、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧は、受信信号のＢＥＲのレベルに拘わらず当該ＢＥＲを最小にする最適値が存在し、ＢＥＲと凸関数の関係になる。
このように、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧は、受信信号のＢＥＲのレベルに拘わらず当該ＢＥＲを最小にする最適値が存在し、ＢＥＲと凸関数の関係になる。
本実施形態の宅側装置２は、上記知見に基づき、ＦＥＣ復号化部２１７での誤り訂正数を宅側装置２の運用中に監視し、その誤り訂正数から求めた訂正頻度（≒ＢＥＲ）に基づいて、訂正頻度が現状よりも小さくなる方向に、バイアス部２１６が生成するバイアス電圧Ｖｉを改善することを本旨としている。
〔制御部の最適化処理の具体例〕
より具体的には、ＰＯＮ側受信部２０４の制御部２２０は、制御信号Ｓｉによりバイアス電圧Ｖｉを前後に変化させ、その際の訂正頻度をＦＥＣ復号化部２１７から通知される誤り訂正数を所定時間ごとにカウントすることによって算出し、それを現時点の訂正頻度と比較し、例えば山登り法等のロジックにより、訂正頻度が小さくなる方向にバイアス電圧Ｖｉを変化させ、その値を改善する。
より具体的には、ＰＯＮ側受信部２０４の制御部２２０は、制御信号Ｓｉによりバイアス電圧Ｖｉを前後に変化させ、その際の訂正頻度をＦＥＣ復号化部２１７から通知される誤り訂正数を所定時間ごとにカウントすることによって算出し、それを現時点の訂正頻度と比較し、例えば山登り法等のロジックにより、訂正頻度が小さくなる方向にバイアス電圧Ｖｉを変化させ、その値を改善する。
例えば、図７（ａ）のｄ２が現時点とすると、バイアス電圧Ｖｉを前後に変化させ、ｄ１とｄ３の訂正頻度を取得し、訂正頻度が小さくなるｄ３の方向にバイアス電圧Ｖｉを変化させる。現時点がｄ３に移ると、バイアス電圧Ｖｉを前後に変化させたｄ２、ｄ４はともに訂正頻度が悪くなる方向にあるため、現時点のバイアス電圧を維持すればよい。
バイアス電圧Ｖｉの調整範囲において、訂正頻度が凸関数を形成しているので、上記処理を行うことにより、バイアス電圧Ｖｉが訂正頻度を最小にする最適値に収束する。
バイアス電圧Ｖｉの調整範囲において、訂正頻度が凸関数を形成しているので、上記処理を行うことにより、バイアス電圧Ｖｉが訂正頻度を最小にする最適値に収束する。
このように、下り方向の光信号Ｃ１の受信装置として機能する本実施形態の宅側装置２によれば、制御部２２０が、ＦＥＣ復号化部２１７における訂正頻度に基づいてＡＰＤ２１２に印加するバイアス電圧Ｖｉの最適値を決定するので、宅側装置２の運用状態においても、ＡＰＤ２１２に印加するバイアス電圧Ｖｉを自動的に最適化することができる。
このため、製造時におけるバイアス電圧Ｖｉの設定作業が不要となり、作業手間を低減できるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化しても、バイアス電圧Ｖｉを最適化することができる。
また、バイアス電圧Ｖｉを変化させた際の訂正頻度を参照データとして記憶部２２１に記憶すれば、参照データをもとにバイアス電圧Ｖｉの最適値を推定することができ、より速くバイアス電圧Ｖｉが訂正頻度を最小にする最適値に収束させることができる。
このため、製造時におけるバイアス電圧Ｖｉの設定作業が不要となり、作業手間を低減できるとともに、環境変化や経年変化によって受信特性が変化しても、バイアス電圧Ｖｉを最適化することができる。
また、バイアス電圧Ｖｉを変化させた際の訂正頻度を参照データとして記憶部２２１に記憶すれば、参照データをもとにバイアス電圧Ｖｉの最適値を推定することができ、より速くバイアス電圧Ｖｉが訂正頻度を最小にする最適値に収束させることができる。
〔制御部の最適化処理のその他の特徴〕
ところで、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧Ｖｉが降伏電圧を超える値になると、過電流によってＡＰＤ２１２やプリアンプ等を破壊する恐れがある。従って、上記最適化処理を行うためにバイアス電圧Ｖｉの値を調整する場合には、なるべく小さい値から大きい値に移行させることが好ましい。
そこで、本実施形態の制御部２２０は、起動時におけるバイアス電圧Ｖｉの初期値を、当該バイアス電圧Ｖｉの最適値よりも低い値に設定するようになっている。
ところで、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧Ｖｉが降伏電圧を超える値になると、過電流によってＡＰＤ２１２やプリアンプ等を破壊する恐れがある。従って、上記最適化処理を行うためにバイアス電圧Ｖｉの値を調整する場合には、なるべく小さい値から大きい値に移行させることが好ましい。
そこで、本実施形態の制御部２２０は、起動時におけるバイアス電圧Ｖｉの初期値を、当該バイアス電圧Ｖｉの最適値よりも低い値に設定するようになっている。
具体的には、例えば、図７に示すｄ１〜ｄ５において、ｄ３のバイアス電圧値が最適値であるとすると、制御部２２０は、起動時のバイアス電圧Ｖｉの初期値をｄ２のバイアス電圧値或いはそれ未満に設定している。
このため、上記最適化処理を行うに当たって、バイアス電圧Ｖｉの値の調整の際にその値が大きくなり過ぎることがなく、ＡＰＤ２１２やその他の回路素子の破損を未然に防止することができる。
このため、上記最適化処理を行うに当たって、バイアス電圧Ｖｉの値の調整の際にその値が大きくなり過ぎることがなく、ＡＰＤ２１２やその他の回路素子の破損を未然に防止することができる。
また、本実施形態の制御部２２０では、例えば、バイアス部２１６に設けられた温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて、ＡＰＤ２１２の温度を測定しており、起動時におけるＡＰＤ２１２の温度に基づいて、起動時におけるバイアス電圧Ｖｉの初期値を設定するようになっている。
この場合、ＡＰＤ２１２の温度変化がバイアス電圧Ｖｉの変化に及ぼす影響を補償した初期値を設定することができ、ＡＰＤ２１２の温度変化によって初期値が最適値から大きく外れるのを防止することができる。従って、初期値から最適値への収束時間を速めることができる。
この場合、ＡＰＤ２１２の温度変化がバイアス電圧Ｖｉの変化に及ぼす影響を補償した初期値を設定することができ、ＡＰＤ２１２の温度変化によって初期値が最適値から大きく外れるのを防止することができる。従って、初期値から最適値への収束時間を速めることができる。
一方、現時点の訂正頻度が小さく、訂正頻度を精度よく取得できない場合には、バイアス電圧Ｖｉの最適値を決定できない。この場合には、そもそも所望の受信感度が既に実現されているので、バイアス電圧の最適値を求める必要がない。
図７（ｂ）において、例えば、１０12ビットの信号を受信する毎に訂正頻度を更新して取得するとする。この場合、ＢＥＲが１０-11以下（点線部分）では訂正頻度を更新する時間間隔内に発生するエラー数が小さく、訂正頻度を精度よく取得できない。例えば、ｄ２とｄ３において時間間隔内にエラーが発生しなかったとする。この場合には、ともに訂正頻度が０となり、バイアス電圧Ｖｉの最適値を決定できない。しかし、所望の受信感度が１０-11より大きい場合には、所望の受信感度が実現されているため、それ以上にバイアス電圧の最適値を求める必要がない。
そこで、本実施形態の制御部２２０は、バイアス電圧Ｖｉの最適値を特定不能な程度に低頻度の所定値（例えば、１０-11以下の訂正頻度値）よりも訂正頻度が小さい場合には、現時点のバイアス電圧Ｖｉの値をそのまま維持するようになっている。
当然ながら、所望のＢＥＲよりも小さい訂正頻度を測定できる必要があり、訂正頻度を更新する時間間隔は１／ＢＥＲビットの受信時間以上である必要があり、その１０倍程度以上に設定しておくことが望ましい。
図７（ｂ）において、例えば、１０12ビットの信号を受信する毎に訂正頻度を更新して取得するとする。この場合、ＢＥＲが１０-11以下（点線部分）では訂正頻度を更新する時間間隔内に発生するエラー数が小さく、訂正頻度を精度よく取得できない。例えば、ｄ２とｄ３において時間間隔内にエラーが発生しなかったとする。この場合には、ともに訂正頻度が０となり、バイアス電圧Ｖｉの最適値を決定できない。しかし、所望の受信感度が１０-11より大きい場合には、所望の受信感度が実現されているため、それ以上にバイアス電圧の最適値を求める必要がない。
そこで、本実施形態の制御部２２０は、バイアス電圧Ｖｉの最適値を特定不能な程度に低頻度の所定値（例えば、１０-11以下の訂正頻度値）よりも訂正頻度が小さい場合には、現時点のバイアス電圧Ｖｉの値をそのまま維持するようになっている。
当然ながら、所望のＢＥＲよりも小さい訂正頻度を測定できる必要があり、訂正頻度を更新する時間間隔は１／ＢＥＲビットの受信時間以上である必要があり、その１０倍程度以上に設定しておくことが望ましい。
もっとも、この場合に、現時点のバイアス電圧Ｖｉの値を更に低下させるようにしてもよく、この場合には、バイアス電圧Ｖｉを生成するためのバイアス部２１６の消費電力を低減できるという付加的な効果が得られる。
また、本実施形態の制御部２２０は、訂正頻度を更新する時間間隔が変更可能になっている。この場合、訂正頻度が比較的高い宅側装置２（例えば、図７（ａ）のｄ１〜ｄ５の特性を有する宅側装置２）の場合には、上記時間間隔を出来るだけ短く設定することにより、バイアス電圧の最適値を可及的速やかに算出することができる。
また、本実施形態の制御部２２０は、訂正頻度を更新する時間間隔が変更可能になっている。この場合、訂正頻度が比較的高い宅側装置２（例えば、図７（ａ）のｄ１〜ｄ５の特性を有する宅側装置２）の場合には、上記時間間隔を出来るだけ短く設定することにより、バイアス電圧の最適値を可及的速やかに算出することができる。
逆に、訂正頻度が比較的低い宅側装置２（例えば、図７（ｂ）のｄ１〜ｄ５の特性を有する宅側装置２）の場合には、上記時間間隔を長く設定することにより、訂正頻度が精度よく取得できないバイアス電圧Ｖｉの範囲（図７（ｂ）の破線の範囲）を出来るだけ狭くすることができ、バイアス電圧Ｖｉの最適値の調整精度を向上することができる。
〔局側装置の構成〕
図４は、局側装置１の内部構成の概略を示すブロック図である。
図４に示すように、局側装置１は、ＰＯＮ側（図４の右側）から上位ネットワーク８側に向かって順に、合分波部１０１、光受信部１０２、光送信部１０３、ＰＯＮ側受信部１０４、ＰＯＮ側送信部１０５、局側信号処理部１０６、データ中継処理部１０７、上位ネットワーク側送信部１０８、及び上位ネットワーク側受信部１０９を備えている。
図４は、局側装置１の内部構成の概略を示すブロック図である。
図４に示すように、局側装置１は、ＰＯＮ側（図４の右側）から上位ネットワーク８側に向かって順に、合分波部１０１、光受信部１０２、光送信部１０３、ＰＯＮ側受信部１０４、ＰＯＮ側送信部１０５、局側信号処理部１０６、データ中継処理部１０７、上位ネットワーク側送信部１０８、及び上位ネットワーク側受信部１０９を備えている。
図４において、宅側装置２が上り方向に送信した波長λ１の光信号（光バースト信号）は、合分波部１０１を通過して光受信部１０２により電気信号に変換され、更に、この電気信号はＰＯＮ側受信部１０４により受信される。
ＰＯＮ側受信部１０４は、受信したフレームのヘッダ部分を読み取ることにより、当該フレームがデータフレームであるか、又は、レポートフレームであるかを判定する。
ＰＯＮ側受信部１０４は、受信したフレームのヘッダ部分を読み取ることにより、当該フレームがデータフレームであるか、又は、レポートフレームであるかを判定する。
この判定の結果、フレームがデータフレームであれば、ＰＯＮ側受信部１０４はこれをデータ中継処理部１０７に送る。データ中継処理部１０７は、上位ネットワーク側送信部１０８に対する送信制御等の所定の中継処理を行い、処理後のフレームは上位ネットワーク側送信部１０８から上位ネットワーク８へ送出される。
また、上記判定の結果、フレームがレポートフレームであれば、ＰＯＮ側受信部１０４はこれを局側信号処理部１０６に転送する。局側信号処理部１０６は、このレポートに基づいて制御情報としてのゲートフレームを生成し、このゲートフレームを、ＰＯＮ側送信部１０５及び光送信部１０３によって下り方向へ送信させる。
また、上記判定の結果、フレームがレポートフレームであれば、ＰＯＮ側受信部１０４はこれを局側信号処理部１０６に転送する。局側信号処理部１０６は、このレポートに基づいて制御情報としてのゲートフレームを生成し、このゲートフレームを、ＰＯＮ側送信部１０５及び光送信部１０３によって下り方向へ送信させる。
また、局側信号処理部１０６は、宅側装置２Ａ〜２Ｃに配付するゲートフレームの生成に際して、その宅側装置２Ａ〜２Ｃから次に上り方向の光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３を受信する時期（受信タイミング）Ｔｒを、ＰＯＮ側受信部１０４の制御部１２０（図５参照）に通知する。
一方、上位ネットワーク８からの下りフレームは、上位ネットワーク側受信部１０９により受信されて、データ中継処理部１０７に送られる。データ中継処理部１０７は、その下りフレームをＰＯＮ側送信部１０５に渡す。
また、その下りフレームは、光送信部１０３において、波長λ２でかつ所定の伝送レート（１０．３１２５Ｇｂｐｓ）の光信号に変換され、合分波部１０１を介して下り方向に送信される。
また、その下りフレームは、光送信部１０３において、波長λ２でかつ所定の伝送レート（１０．３１２５Ｇｂｐｓ）の光信号に変換され、合分波部１０１を介して下り方向に送信される。
また、図４に示すように、ＰＯＮ側送信部１０５は、内部に物理層符号化部１１０とＦＥＣ符号化部１１１とを備えている。
物理層符号化部１１０は、データ中継処理部１０７から送られてくるデータに対して６４Ｂ／６６Ｂ符号化を行い、ＦＥＣ符号化部１１１は、符号化されたデータに対して更に冗長ビットを付加して所定の誤り訂正符号を生成する。
物理層符号化部１１０は、データ中継処理部１０７から送られてくるデータに対して６４Ｂ／６６Ｂ符号化を行い、ＦＥＣ符号化部１１１は、符号化されたデータに対して更に冗長ビットを付加して所定の誤り訂正符号を生成する。
〔局側装置の光受信部及びＰＯＮ側受信部〕
図５は、局側装置１の光受信部１０２とＰＯＮ側受信部１０４の内部構成の一例を示すブロック図である。
図５に示すように、局側装置１の光受信部１０２は、内部に、光電変換素子１１２、増幅器１１３、比較器１１４、クロック・データ再生部１１５、及びバイアス部１１６を備えている。また、局側装置１のＰＯＮ側受信部１０４は、内部に、ＦＥＣ復号化部１１７、物理層復号化部１１８、フレーム再生部１１９、制御部１２０、及び記憶部１２１を備えている。
図５は、局側装置１の光受信部１０２とＰＯＮ側受信部１０４の内部構成の一例を示すブロック図である。
図５に示すように、局側装置１の光受信部１０２は、内部に、光電変換素子１１２、増幅器１１３、比較器１１４、クロック・データ再生部１１５、及びバイアス部１１６を備えている。また、局側装置１のＰＯＮ側受信部１０４は、内部に、ＦＥＣ復号化部１１７、物理層復号化部１１８、フレーム再生部１１９、制御部１２０、及び記憶部１２１を備えている。
なお、図５に示す局側装置１のＰＯＮ側受信部１０４においても、ＦＥＣ復号化部１１７は、再生されたデータ信号に対して所定の誤り訂正復号化（ＦＥＣ復号化）を行うが、この場合の誤り訂正復号は、宅側装置２のＦＥＣ符号化部２１１（図２参照）が生成した誤り訂正符号に対応する復号化処理である。
一方、図５と図３とを対比すれば明らかな通り、局側装置１における光受信部１０２とＰＯＮ側受信部１０４の内部構成（図５）は、宅側装置２の場合（図３）と回路構成としては等価であり、主として制御部１２０が行う最適化処理の点おいて、宅側装置２の場合（図３）と相違する。
そこで、以下においては、宅側装置２の場合と共通する構成及び機能については説明を省略し、宅側装置２の場合と相違する制御部１２０の最適化処理について説明する。
そこで、以下においては、宅側装置２の場合と共通する構成及び機能については説明を省略し、宅側装置２の場合と相違する制御部１２０の最適化処理について説明する。
〔制御部によるバイアス電圧の最適化処理（局側装置の場合）〕
局側装置１の制御部１２０は、基本的に宅側装置２の制御部２２０と同様のバイアス電圧Ｖｉの最適化処理を実行可能である。
しかし、局側装置１の場合には、各宅側装置２から種々の受信タイミングで、異なる強度の光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３を間欠的に受信することから、ＡＰＤ１１２のバイアス電圧Ｖｉの最適化処理の手法としては、次の２種類を採用し得る。
局側装置１の制御部１２０は、基本的に宅側装置２の制御部２２０と同様のバイアス電圧Ｖｉの最適化処理を実行可能である。
しかし、局側装置１の場合には、各宅側装置２から種々の受信タイミングで、異なる強度の光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３を間欠的に受信することから、ＡＰＤ１１２のバイアス電圧Ｖｉの最適化処理の手法としては、次の２種類を採用し得る。
（１） 訂正頻度に基づいてバイアス電圧Ｖｉの最適値を決定する処理（最適化処理）を、宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに個別に実行する。
（２） 訂正頻度が最も高い宅側装置（例えば、宅側装置２Ｃとする）が送信する光バースト信号Ｂ３についてのみ、その訂正頻度に基づいてバイアス電圧Ｖｉの最適値を決定する。従って、他の宅側装置２Ａ，２Ｂについては宅側装置２Ｃのバイアス電圧Ｖｉを代用する。
（２） 訂正頻度が最も高い宅側装置（例えば、宅側装置２Ｃとする）が送信する光バースト信号Ｂ３についてのみ、その訂正頻度に基づいてバイアス電圧Ｖｉの最適値を決定する。従って、他の宅側装置２Ａ，２Ｂについては宅側装置２Ｃのバイアス電圧Ｖｉを代用する。
このうち、上記処理（１）を行う場合には、制御部１２０は、これから宅側装置２Ａ〜２Ｃが送信してくる光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信タイミングＴｒを局側信号処理部１０４から取得する。
そこで、制御部１２０は、各光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信時期に合わせて、前記宅側装置２の制御部２２０の場合と同様の最適化処理を実行することにより、バイアス電圧Ｖｉの最適値を宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに求める。
そこで、制御部１２０は、各光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信時期に合わせて、前記宅側装置２の制御部２２０の場合と同様の最適化処理を実行することにより、バイアス電圧Ｖｉの最適値を宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに求める。
このように、処理（１）の場合には、制御部１２０が、訂正頻度に基づいてバイアス電圧Ｖｉの最適値を決定する最適化処理を宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに個別に実行するので、宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに正確なバイアス電圧の最適値を求めることができ、高精度の最適化処理を行うことができる。
もっとも、バイアス電圧Ｖｉの最適値を宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに決定すると、その後の運用時において、光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信時期に合わせてバイアス電圧Ｖｉを切り替える必要が生じるため、光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の送信時間が短い場合には、バイアス電圧Ｖｉの切り替えが追従できないこともあり得る。
もっとも、バイアス電圧Ｖｉの最適値を宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに決定すると、その後の運用時において、光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信時期に合わせてバイアス電圧Ｖｉを切り替える必要が生じるため、光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の送信時間が短い場合には、バイアス電圧Ｖｉの切り替えが追従できないこともあり得る。
一方、前記処理（２）を行う場合には、制御部１２０は各光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３の受信時期に合せて、宅側装置２Ａ〜２Ｃごとに訂正頻度を取得して記憶部１２１に保持し、訂正頻度が最も高くなる宅側装置を特定（ここでは宅側装置２Ｃ）することができる。
そこで、制御部１２０は、宅側装置２の制御部２２０の場合と同様の最適化処理を実行することにより、バイアス電圧Ｖｉの最適値を宅側装置２Ｃについてのみ求める。
そこで、制御部１２０は、宅側装置２の制御部２２０の場合と同様の最適化処理を実行することにより、バイアス電圧Ｖｉの最適値を宅側装置２Ｃについてのみ求める。
このように、処理（２）場合には、制御部１２０が、宅側装置２Ｃが送信する光バースト信号Ｂ３についてのみ、その訂正頻度に基づいてバイアス電圧Ｖｉの最適値を決定するが、宅側装置２Ｃは訂正頻度が最も高い（従って受信特性が最も悪い）ので、このバイアス電圧Ｖｉの最適値を、それより訂正頻度が低い他の宅側装置２Ａ，２Ｂと共通の最適値としても、特に差し支えない。
このため、光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３ごとにバイアス電圧Ｖｉを切り替える処理が不要となり、ＡＰＤ１１２の増倍率が追従しないという問題を回避することができる。
このため、光バースト信号Ｂ１〜Ｂ３ごとにバイアス電圧Ｖｉを切り替える処理が不要となり、ＡＰＤ１１２の増倍率が追従しないという問題を回避することができる。
なお、上記実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更は、本発明の権利範囲に包含される。
例えば、上記実施形態では、制御部１２０，２２０が、訂正頻度を最小にするバイアス電圧Ｖｉの「最適値」を求める処理（最適化処理）を実行するが、その「最適値」を求める場合だけでなく、訂正頻度を現時点よりも低くするバイアス電圧Ｖｉの「改善値」を求める場合も、本発明の範囲に含まれる。
例えば、上記実施形態では、制御部１２０，２２０が、訂正頻度を最小にするバイアス電圧Ｖｉの「最適値」を求める処理（最適化処理）を実行するが、その「最適値」を求める場合だけでなく、訂正頻度を現時点よりも低くするバイアス電圧Ｖｉの「改善値」を求める場合も、本発明の範囲に含まれる。
すなわち、制御部１２０，２２０は、訂正頻度の最小値だけでなく、予め設定された閾値に到達するまで訂正頻度が小さくなるように、バイアス電圧Ｖｉを改善させることにより、運用可能なバイアス電圧Ｖｉの「改善値」を求めるようにしてもよく、バイアス電圧Ｖｉが必ずしも唯一の最適値に到達する処理を行う必要はない。
また、上記実施形態では、局側装置１と宅側装置２の双方に本発明の受信装置を適用した場合を例示したが、それらのうちのいずれか一方のみに、本発明の受信装置を適用してもよい。
また、上記実施形態では、局側装置１と宅側装置２の双方に本発明の受信装置を適用した場合を例示したが、それらのうちのいずれか一方のみに、本発明の受信装置を適用してもよい。
１ 局側装置（受信装置）
２ 宅側装置（受信装置）
２Ａ 宅側装置
２Ｂ 宅側装置
２Ｃ 宅側装置
５ 光ファイバ（幹線）
６ 光カプラ
７ 光ファイバ（支線）
１１２ 光電変換素子（ＡＰＤ）
１１７ ＦＥＣ復号化部
１２０ 制御部
１２１ 記憶部
２１２ 光電変換素子（ＡＰＤ）
２１７ ＦＥＣ復号化部
２２０ 制御部
２２１ 記憶部
Ｃ１ 光信号（下り方向）
Ｂ１ 光バースト信号（上り方向）
Ｂ２ 光バースト信号（上り方向）
Ｂ３ 光バースト信号（上り方向）
２ 宅側装置（受信装置）
２Ａ 宅側装置
２Ｂ 宅側装置
２Ｃ 宅側装置
５ 光ファイバ（幹線）
６ 光カプラ
７ 光ファイバ（支線）
１１２ 光電変換素子（ＡＰＤ）
１１７ ＦＥＣ復号化部
１２０ 制御部
１２１ 記憶部
２１２ 光電変換素子（ＡＰＤ）
２１７ ＦＥＣ復号化部
２２０ 制御部
２２１ 記憶部
Ｃ１ 光信号（下り方向）
Ｂ１ 光バースト信号（上り方向）
Ｂ２ 光バースト信号（上り方向）
Ｂ３ 光バースト信号（上り方向）
Claims (9)
- 前方誤り訂正（Forward Error Correction：以下、「ＦＥＣ」という。）によって符号化された光信号の受信装置であって、
逆方向のバイアス電圧によって光電流の増倍率が変化する、前記光信号を光電変換する光電変換素子と、
光電変換後の電気信号を二値化したデータ信号をＦＥＣ復号化するＦＥＣ復号化部と、
前記ＦＥＣ復号化部における訂正頻度に基づいて前記光電変換素子に印加する前記バイアス電圧の改善値を決定する制御部と、
を備えていることを特徴とする光信号の受信装置。 - 前記バイアス電圧の調整範囲において前記訂正頻度を参照データとして保持するための記憶部を、更に備えており、
前記制御部は、前記参照データに基づいて、前記訂正頻度が小さくなる方向に前記バイアス電圧を調整する請求項１に記載の光信号の受信装置。 - 前記制御部は、起動時における前記バイアス電圧の初期値を当該バイアス電圧の最適値よりも低い値に設定する請求項２に記載の光信号の受信装置。
- 前記制御部は、前記光電変換素子の温度に基づいて、起動時における前記バイアス電圧の初期値を設定する請求項２又は３に記載の光信号の受信装置。
- 前記制御部は、前記バイアス電圧の改善値を特定不能な程度に低頻度の所定値よりも前記訂正頻度が小さい場合には、現時点の前記バイアス電圧の値を維持又は更に低下させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の光信号の受信装置。
- 前記制御部は、前記訂正頻度を更新する時間間隔が変更可能である請求項１〜５のいずれか１項に記載の光信号の受信装置。
- 複数の宅側装置が送信する上り方向の光バースト信号を時分割で受信する、ＰＯＮシステムの局側装置に搭載される請求項１〜６のいずれか１項に記載の光信号の受信装置であって、
前記制御部は、前記訂正頻度に基づいて前記バイアス電圧の改善値を決定する処理を前記宅側装置ごとに個別に実行することを特徴とする光信号の受信装置。 - 複数の宅側装置が送信する上り方向の光バースト信号を時分割で受信する、ＰＯＮシステムの局側装置に搭載される請求項１〜６のいずれか１項に記載の光信号の受信装置であって、
前記制御部は、前記訂正頻度が最も高い前記宅側装置が送信する前記光バースト信号について、その訂正頻度に基づいて前記バイアス電圧の改善値を決定し、他の前記宅側装置が送信する前記光バースト信号についても前記改善値を採用することを特徴とする光信号の受信装置。 - ＦＥＣによって符号化された光信号の受信方法であって、
逆方向のバイアス電圧によって光電流の増倍率が変化する光電変換素子により、前記光バースト信号を光電変換するステップと、
光電変化後の電気信号を二値化したデータ信号をＦＥＣ復号化するステップと、
前記データ信号に対するＦＥＣ復号化における訂正頻度に基づいて前記光電変換素子に印加するバイアス電圧の改善値を決定するステップと、
を含むことを特徴とする光信号の受信方法。
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| JP2009171878A JP5321312B2 (ja) | 2009-07-23 | 2009-07-23 | 光信号の受信装置及び受信方法 |
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