JP2014212481A - Optical signal reception device and reception method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to implement an RSSI function in a reception device in the case where an optical signal is received while improving bias voltage of an APD on the basis of frequency of correction of a data signal.SOLUTION: A reception device, which receives an optical signal encoded through FEC, includes: an APD 212 that photoelectrically converts the optical signal; an FEC decoding section 223 for FEC decoding an electric signal after the photoelectric conversion; a temperature sensor 221 that monitors temperature of the APD 212; and a control section (bias control section 226) that operates in an error control mode when the number of errors contained in the optical signal is relatively large, and operates in a coarse control mode when the number of the errors is relatively small, wherein the error control mode is a control mode, in which an improvement value of bias voltage Vb applied to a photoelectric conversion element is determined on the basis of frequency of correction at the FEC decoding section 223, and the coarse control mode is a control mode, in which a voltage value of the bias voltage Vb at a predetermined multiplication factor applied to the photoelectric conversion element is determined on the basis of temperature of the photoelectric conversion element.

Description

本発明は、例えば、ＰＯＮ（Passive Optical Network ）システムを構成する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。   The present invention relates to an optical signal receiving apparatus and a receiving method which are preferably used in, for example, a home apparatus constituting a PON (Passive Optical Network) system.

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。 The PON system uses an optical fiber network that branches a station side device as an aggregation station and a home side device installed in a plurality of subscriber homes into a plurality of optical fibers via an optical coupler from a single optical fiber. They are connected (for example, see Patent Document 1).
In such a PON system, in the case of downlink communication from the station side device to the home side device, a continuous optical signal is transmitted by the broadcast method, and in the case of uplink communication from the home side device to the station side device, the optical signal is transmitted. In order to avoid signal collision, intermittent optical signals (optical burst signals) are transmitted by a time division method.

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いる。例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮ（IEEE 802.3av）のＰＲ３０では、宅側装置にも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。）の使用が想定され、下り信号の高受信感度化が図られている。
また、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、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。 In the optical receiver circuit used in the PON system, high reception sensitivity is required as the transmission speed increases. For example, in PR30 of 10G-EPON (IEEE 802.3av), it is assumed that an avalanche photodiode (hereinafter sometimes abbreviated as “APD”) is also used in a home-side device, and high reception sensitivity of downstream signals is assumed. It is planned.
Further, in 10G-EPON, a transmission signal is encoded by forward error correction (hereinafter referred to as “FEC”), and FEC decoding corresponding to the encoding is performed on the reception side. This compensates for the power budget that is deficient as the transmission speed increases.

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。しかし、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。 In an APD for optical communication, the highest S / N ratio can be obtained by setting a bias voltage at which the multiplication factor is approximately 10. However, if the multiplication factor is too small, the multiplication effect becomes insufficient. Conversely, if the multiplication factor is too large, shot noise and dark current increase and the SN ratio deteriorates. Therefore, in order to realize an optimum SN ratio, it is necessary to appropriately control the bias voltage of the APD.
In addition, since the bias voltage of the APD has a large temperature dependence and has a large variation in its characteristics, it is necessary to set an optimum bias voltage while inspecting the APD characteristics for each receiver.

従来、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バイアス電圧を予め設定している。
しかし、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。 Conventionally, a bit error ratio (BER) is measured while receiving a known signal such as a pseudo-random bit sequence (PRBS) at the time of manufacturing a receiving device, and the value is minimized. A bias voltage is set in advance.
However, the setting operation of the bias voltage at the time of manufacturing has the disadvantages that it is troublesome in the first place and cannot cope with the case where the reception characteristics change due to environmental changes or aging changes.

また、従来では、ＡＰＤのバイアス回路に温度センサを設けて、ＡＰＤの温度をモニタし、その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、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。
そこで、本出願人は、ＡＰＤのバイアス電圧を誤り訂正符号の訂正頻度に基づいて最適化することにより、運用時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することができる、光信号の受信装置を既に提案している（特許文献２参照）。 Conventionally, a temperature sensor is provided in the APD bias circuit, the temperature of the APD is monitored, and the bias voltage is controlled to an optimum value according to the temperature. However, when the temperature change inside the receiving apparatus is large, such as at startup, the temperature sensor cannot correctly detect the temperature of the APD, and it is difficult to control the bias voltage to an optimum value.
Therefore, the present applicant can automatically improve the bias voltage applied to the photoelectric conversion element even during operation by optimizing the bias voltage of the APD based on the correction frequency of the error correction code. A signal receiving apparatus has already been proposed (see Patent Document 2).

特開２００４−６４７４９号公報（図４）Japanese Patent Laying-Open No. 2004-64749 (FIG. 4) 特開２０１１−２９８０３号公報JP 2011-29803 A

ところで、ＰＯＮの宅側装置等に用いる光送受信器では、自己診断機能（Digital Diagnostic Monitoring：ＤＤＭ）の１つとして、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）機能の実装が要求される。
かかるＲＳＳＩ機能は、カレントミラー回路などを用いてモニタしたＡＰＤの電流からＡＰＤの光受信強度（受光パワー）を算出し、算出した光受信強度から光通信回線の状態やＡＰＤの劣化などを診断する機能である。 By the way, in an optical transceiver used for a PON home-side apparatus or the like, it is required to implement an RSSI (Received Signal Strength Indicator) function as one of self-diagnosis functions (Digital Diagnostic Monitoring: DDM).
The RSSI function calculates the optical reception intensity (light reception power) of the APD from the current of the APD monitored using a current mirror circuit or the like, and diagnoses the state of the optical communication line or the deterioration of the APD from the calculated optical reception intensity. It is a function.

ここで、特許文献２に記載の受信装置では、訂正頻度が比較的多い（１０−４〜１０−2程度）場合は、訂正頻度が最低（ＢＥＲが最小）となるＡＰＤバイアスに制御され、ＡＰＤの増倍率がＭ＝８〜１２ぐらいに収束する安定した制御が行われる。
しかし、訂正頻度が比較的少ない（１０−１２〜１０−１０程度）場合には、所望の受信感度が得られていることから、現時点のバイアス電圧を維持又は低下させて、ＡＰＤのバイアス電圧を適当に調整するようになっている。 Here, in the receiving apparatus described in Patent Document 2, when the correction frequency is relatively high (about 10 −4 to 10 −2 ), the APD bias is controlled so that the correction frequency is lowest (BER is minimum). Stable control is performed so that the multiplication factor of M converges to about M = 8-12.
However, when the correction frequency is relatively low (about 10 −12 to 10 −10 ), the desired reception sensitivity is obtained. Therefore, the current bias voltage is maintained or lowered, and the APD bias voltage is set to be lower. It adjusts appropriately.

この場合、訂正頻度が少ないことから光信号は十分に強いと考えられ、例えば、Ｍ＝５程度であっても、エラーフリーでの光信号の受信が可能ではある。
しかし、現時点のバイアス電圧を維持又は低下させるだけでは、ＡＰＤの増倍率の値が不定のままであるから、光信号の強度とＡＰＤ電流の相関を取ることができず、ＲＳＳＩ機能を実装できないという問題がある。 In this case, it is considered that the optical signal is sufficiently strong because the correction frequency is low. For example, even when M = 5, it is possible to receive an error-free optical signal.
However, if the current bias voltage is maintained or decreased, the value of the APD multiplication factor remains indefinite. Therefore, the correlation between the intensity of the optical signal and the APD current cannot be obtained, and the RSSI function cannot be implemented. There's a problem.

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、データ信号の訂正頻度からＡＰＤのバイアス電圧を改善させつつ光信号を受信する場合において、ＲＳＳＩ機能を受信装置に実装できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to enable an RSSI function to be implemented in a receiving apparatus when receiving an optical signal while improving the bias voltage of an APD from the correction frequency of a data signal. .

（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、前記光電変換素子の温度をモニタする温度センサと、所定の条件に応じて切り替えられる動作モードとして、前記光信号に含まれるエラーが相対的に多い場合に下記のエラー制御モードで動作し、そのエラーが相対的に少ない場合に下記の粗制御モードで動作する制御部と、を備える。   (1) A receiving device according to the present invention is a receiving device for an optical signal encoded by FEC, and a photoelectric conversion element for photoelectrically converting the optical signal, wherein a multiplication factor of a photocurrent is changed by a reverse bias voltage. And an FEC decoding unit that FEC-decodes a data signal obtained by binarizing the electrical signal after photoelectric conversion, a temperature sensor that monitors the temperature of the photoelectric conversion element, and an operation mode that can be switched according to a predetermined condition. A controller that operates in the following error control mode when the errors included in the optical signal are relatively large, and operates in the coarse control mode described below when the errors are relatively small.

エラー制御モード：光電変換素子に印加するバイアス電圧の改善値を、データ信号の訂正頻度に基づいて決定する制御モード
粗制御モード：光電変換素子に印加する所定の増倍率におけるバイアス電圧の電圧値を、当該光電変換素子の温度に基づいて決定する制御モード Error control mode: A control mode in which an improved value of the bias voltage applied to the photoelectric conversion element is determined based on the correction frequency of the data signal. Coarse control mode: A voltage value of the bias voltage at a predetermined multiplication factor applied to the photoelectric conversion element. , Control mode determined based on the temperature of the photoelectric conversion element

なお、本発明の受信装置は、エラー制御モードと粗制御モードとを互いに切り替える場合が含まれることは勿論のこと、それらのモードの間に他の第三のモードが行われるものであっても良い。
また、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特定の条件（例えば、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、エラー制御モードにおいて、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。 Note that the receiving apparatus of the present invention includes a case where the error control mode and the coarse control mode are switched to each other, and even if another third mode is performed between these modes. good.
In this specification, the “improvement value” of the bias voltage means that the bias voltage is adapted to a specific condition (for example, the correction frequency is lower) than that at the present time. The voltage value with improved voltage.
Therefore, as in the embodiment described later, in the error control mode, when determining the optimal value of the bias voltage that minimizes the correction frequency, the only optimal value of the bias voltage obtained by the optimization process is also It is included in the above improvement value.

本発明の受信装置によれば、制御部が、光信号に含まれるエラーが相対的に少ない場合に上記の粗制御モードで動作する。
そして、制御部は、かかる粗制御モードにおいて、ＡＰＤに印加する所定の増倍率におけるバイアス電圧の電圧値を決定するので、ＡＰＤの増倍率の値が定まった電圧制御が可能となる。このため、光信号の強度とＡＰＤ電流の相関を取ることができ、ＲＳＳＩ機能を実装することができる。 According to the receiving apparatus of the present invention, the control unit operates in the coarse control mode when there are relatively few errors included in the optical signal.
In the coarse control mode, the control unit determines the voltage value of the bias voltage at a predetermined multiplication factor applied to the APD, so that voltage control with a fixed value of the multiplication factor of the APD is possible. For this reason, the correlation between the intensity of the optical signal and the APD current can be obtained, and the RSSI function can be implemented.

また、本発明の受信装置によれば、光信号に含まれるエラーが相対的に少ない場合に行われる制御モードが、例えば、１つの温度における調整値を用いる比較的粗い温度制御モード（粗制御モード）でよく、この場合には、複数の温度における調整値を用いる温度制御モードの場合に比べて、ＡＰＤにバイアス電圧を印加するバイアス回路の調整が容易であり、より簡便に実装できるという利点もある。   Further, according to the receiving apparatus of the present invention, the control mode performed when there are relatively few errors included in the optical signal is, for example, a relatively coarse temperature control mode (coarse control mode using an adjustment value at one temperature). In this case, the bias circuit for applying a bias voltage to the APD can be easily adjusted and can be mounted more easily than in the temperature control mode using adjustment values at a plurality of temperatures. is there.

なお、本発明の受信装置において、ＡＰＤの１つの温度における調整値を用いる粗制御モードで足りる理由は、次の通りである。
すなわち、ＲＳＳＩ機能において要求されるＲＳＳＩの精度は、±３ｄＢ（５０〜２００％）であり、この場合、増倍率の精度は±２０％程度で足りるが、１つの温度における調整値のみでバイアス電圧を決定する粗い制御を行っても、増倍率の精度をその範囲内に収めることができ、特に問題は生じないからである。
また、粗制御モードはエラーが相対的に少ない場合に行われるため、増倍率の精度が±２０％程度であれば、ＦＥＣ復号化部で訂正できるエラーレート（１０−３以下）に保つことができる。 In the receiving apparatus of the present invention, the reason why the coarse control mode using the adjustment value at one temperature of the APD is sufficient is as follows.
In other words, the RSSI accuracy required for the RSSI function is ± 3 dB (50 to 200%). In this case, the accuracy of the multiplication factor is about ± 20%, but the bias voltage can be obtained only with the adjustment value at one temperature. This is because even if the rough control for determining is performed, the accuracy of the multiplication factor can be kept within the range, and no particular problem occurs.
In addition, since the coarse control mode is performed when there are relatively few errors, if the accuracy of the multiplication factor is about ± 20%, the error rate (10 −3 or less) that can be corrected by the FEC decoding unit can be maintained. it can.

（２） 本発明の受信装置において、光信号に含まれるエラーの多寡は、例えば、ＦＥＣ復号化部によるデータ信号に対する訂正頻度の多寡で判定することができる。
この場合、前記制御部は、前記データ信号の訂正頻度が所定の閾値（例えば、１０−７）よりも多い場合には、前記エラー制御モードで動作し、前記データ信号の訂正頻度が所定の閾値よりも少ない場合には、前記粗制御モードで動作するようにすればよい。 (2) In the receiving apparatus of the present invention, the number of errors included in the optical signal can be determined, for example, based on the number of correction frequencies for the data signal by the FEC decoding unit.
In this case, when the correction frequency of the data signal is higher than a predetermined threshold (for example, 10 −7 ), the control unit operates in the error control mode, and the correction frequency of the data signal is a predetermined threshold value. If there are fewer, the operation may be performed in the coarse control mode.

（３） また、本発明の受信装置において、前記光電変換素子のバイアス電流をモニタする電流モニタ部を更に備える場合には、光信号に含まれるエラーの多寡を、当該光電変換素子のバイアス電流の値で判定することにしてもよい。
この場合、前記制御部は、モニタされた前記バイアス電流が所定の閾値よりも少ない場合は、前記エラー制御モードで動作し、モニタされた前記バイアス電流が所定の閾値よりも多い場合は、前記粗制御モードで動作するようにすればよい。 (3) Further, in the receiving device of the present invention, when the current monitoring unit that monitors the bias current of the photoelectric conversion element is further provided, the number of errors included in the optical signal is determined based on the bias current of the photoelectric conversion element. You may decide by a value.
In this case, the control unit operates in the error control mode when the monitored bias current is smaller than a predetermined threshold, and when the monitored bias current is larger than the predetermined threshold, the controller The operation may be performed in the control mode.

（４） 本発明の受信装置において、前記制御部は、前記光電変換素子が特定温度において所定の増倍率となる前記バイアス電圧の基準値と、前記特定温度からの温度の差分を前記バイアス電圧に調整する温度係数とを保持するとともに、この温度係数が前記光電変換素子の代表値よりなることが好ましい。
この場合、前記粗制御モードは、保持された前記基準値及び前記温度係数の代表値と、前記温度センサがモニタした温度と基づいて、前記バイアス電圧を決定する処理となる。 (4) In the receiving device of the present invention, the control unit uses a difference between a reference value of the bias voltage at which the photoelectric conversion element has a predetermined multiplication factor at a specific temperature and a temperature from the specific temperature as the bias voltage. It is preferable that the temperature coefficient to be adjusted is maintained and the temperature coefficient is made of a representative value of the photoelectric conversion element.
In this case, the coarse control mode is a process of determining the bias voltage based on the held reference value and the representative value of the temperature coefficient and the temperature monitored by the temperature sensor.

本発明の受信装置によれば、特定温度からの温度の差分をバイアス電圧の差分に変換する温度係数が、ＡＰＤの代表値よりなるので、雰囲気温度を複数に設定してバイアス回路を調整しつつ温度係数を求める必要がない。
このため、エラー制御モードの他に粗制御モードを行う本発明の受信装置を、簡便に実装できるという利点がある。 According to the receiving apparatus of the present invention, the temperature coefficient for converting the temperature difference from the specific temperature into the bias voltage difference is a representative value of the APD, so that the bias circuit is adjusted by setting the ambient temperature to a plurality of values. There is no need to determine the temperature coefficient.
For this reason, there exists an advantage that the receiver of this invention which performs coarse control mode other than error control mode can be mounted simply.

（５） 本発明の受信方法は、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を用いて、ＦＥＣによって符号化された光信号を受信する方法であって、本発明の受信装置が実行する受信方法に関する。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。   (5) The reception method of the present invention is a method of receiving an optical signal encoded by FEC using a photoelectric conversion element whose photocurrent multiplication factor is changed by a reverse bias voltage. The present invention relates to a receiving method executed by a receiving apparatus. For this reason, the receiving method of the present invention has the same effects as the receiving apparatus of the present invention.

以上の通り、本発明によれば、ＡＰＤに印加する所定の増倍率におけるバイアス電圧の電圧値を、当該ＡＰＤの温度に基づいて決定する粗制御モードを実行するので、光信号の強度とＡＰＤ電流の相関を取ることができる。
このため、データ信号の訂正頻度からＡＰＤのバイアス電圧を改善させつつ光信号を受信する場合でも、ＲＳＳＩ機能を受信装置に実装できる。また、温度制御モードのみの場合に比べて、温度制御モードの精度を粗くでき、光電変換素子にバイアス電圧を印加するバイアス回路の調整が容易になり、簡便に実装することができる。 As described above, according to the present invention, the coarse control mode for determining the voltage value of the bias voltage at a predetermined multiplication factor applied to the APD based on the temperature of the APD is executed. Can be correlated.
Therefore, even when an optical signal is received while improving the APD bias voltage from the correction frequency of the data signal, the RSSI function can be implemented in the receiving device. Further, compared with the case of only the temperature control mode, the accuracy of the temperature control mode can be coarsened, the adjustment of the bias circuit for applying the bias voltage to the photoelectric conversion element is facilitated, and the mounting can be easily performed.

本発明の実施形態に係るＰＯＮシステムの接続図である。1 is a connection diagram of a PON system according to an embodiment of the present invention. 宅側装置の内部構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of an internal structure of a home side apparatus. 宅側装置における光受信部とＰＯＮ側受信部の内部構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of an internal structure of the optical receiver in a home side apparatus, and a PON side receiver. 局側装置の内部構成の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of an internal structure of a station side apparatus. ＡＰＤの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。It is a graph which shows the relationship between the bias voltage of APD and photocurrent (PD current). ＡＰＤのバイアス電圧と受信誤り率（訂正頻度）との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the bias voltage of APD and a reception error rate (correction frequency). 制御フレームのやり取りを示すシーケンス図である。It is a sequence diagram which shows exchange of a control frame. 上り方向の通信制御を示すシーケンス図である。FIG. 6 is a sequence diagram showing uplink communication control.

〔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。 [Overall system configuration]
FIG. 1 is a connection diagram of a PON system according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a station-side device 1 is installed as a central station for a plurality of home-side devices 2A to 2C, and each home-side device 2A to 2C is installed in a subscriber home of a PON system.
In the present embodiment, reference numeral 2 is used to describe common items of each home-side device, and reference numerals 2A to 2C are used to describe individual items of each home-side device.

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。 One optical fiber (main line) 5 connected to the station side device 1 is branched into a plurality of optical fibers (branch lines) 7 through a passive optical branching node composed of an optical coupler 6 and the like. The net is configured. Each home apparatus 2 is connected to the end of each optical fiber 7 branched from the optical coupler 6.
Further, the station side device 1 is connected to the host network 8, and each home side device 2 is connected to the respective user network 9.

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。 1 shows a total of three home-side devices 2A to 2C, but it is possible to connect 32 home-side devices by branching, for example, 32 from one optical coupler 6.
In FIG. 1, only one optical coupler 6 is used. However, more home-side devices can be connected to the station-side device 1 by providing a plurality of optical couplers in a column.

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 In FIG. 1, data based on an optical signal having a wavelength λ <b> 1 is transmitted in the upstream direction from the home apparatus 2 to the station apparatus 1. Conversely, in the downstream direction from the station-side device 1 to the home-side device 2, data using an optical signal having a wavelength λ2 is transmitted.
These wavelengths λ1 and λ2 are assumed to have values in the following range, for example, in an IEEE 802.3av 10.3125 Gbps signal.
1260nm ≦ λ1 ≦ 1280nm
1575 nm ≦ λ2 ≦ 1580 nm

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。   In this embodiment, the downstream continuous optical signal C1 and the upstream intermittent optical burst signals B1 to B3 are both predetermined forward error correction (FEC) codes such as Reed-Solomon codes and turbo codes. It is assumed that the data is encoded randomly.

〔制御フレームのやり取り〕
図７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７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。 [Control frame exchange]
FIG. 7 is a sequence diagram showing exchange of control frames between the station-side device 1 and the home-side device 2A (the same applies to the home-side devices 2B and 2C).
As shown in FIG. 7, first, the station side apparatus 1 has already calculated an RTT (Round Trip Time) related to the home side apparatus 2A at the time of the operation time start time T0.
At time Ta1, the station apparatus 1 transmits a gate frame G1 including a report transmission start time Tb2 to notify the home apparatus 2A of the transmission request amount.

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。 This report transmission start time Tb2 is calculated so as not to collide with reports transmitted from the other home side apparatuses 2B and 2C.
When the home device 2A receives the gate G1 for itself at time Tb1, the home device 2A calculates the transmission request amount by referring to the data amount stored in the buffer memory of the data relay processing unit 207 (see FIG. 2), and sends it to the gate G1. At the included report transmission start time Tb2, a report frame (also referred to as a request) R1 including a transmission request amount is transmitted to the station apparatus 1.

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。 Upon receiving the report R1 at time Ta2, the station-side device 1 calculates a value that is less than the fixed or variable maximum transmission permission amount and that can send as much data as possible in the buffer memory included in the report R1. (Bandwidth allocation), and the calculation result is inserted into the gate frame (grant) G2 as a transmission permission amount.
When the transmission request amount included in the report R1 is zero, the calculation result by the station side device 1 is zero, so no band is allocated, but the home side device 2A needs to send the report R2, so the station R The side device 1 always sends out the gate G2 to the home device 2A.

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。 The transmission start time Tb4 included in the gate G2 is the previously calculated data reception time of the previous home side device 2A, the previous allowed transmission amount of the home side device 2, the RTT related to the current home side device 2A, and the fixed time. Is calculated so that the data and report do not collide with data or reports from other home-side devices 2B and 2C.
The station side device 1 calculates the time Ta3 at which it sends the gate G2 so that the gate G2 arrives at the home side device 2A by the transmission start time Tb4.

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。 When home-side apparatus 2A receives gate G2 for itself at time Tb3, home-side apparatus 2A reports data D for the granted amount of allowed transmission at transmission start time Tb4 included in gate G2, and includes the next transmission request amount. It is sent to the station side device 1 together with R2.
The report R2 is sent immediately before or after the data D. When the report R2 is sent immediately before the data D, the value to be reported to the station side device 1 as the send request amount is stored in the buffer memory. This is the difference between the amount of data and the amount of data D.

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。 When receiving the data D and the report R2 at the time Ta4, the station-side device 1 sends the data D to the upper network 8, and the report R2 performs the same processing as that for the report R1.
The above sequence is performed independently for all the home-side devices 2A to 2C, and the processing from time Ta3 to time Ta4 is repeated until the operation time ends.

〔上り方向通信のシーケンス〕
図８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８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。 [Uplink communication sequence]
FIG. 8 is a sequence diagram showing uplink communication in the PON system, and shows an example of a distributed allocation method.
Hereinafter, the operation of the PON system mainly including the station side apparatus 1 will be described on the assumption that time advances from the left side to the right side in FIG.

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。 First, the station side device 1 sequentially sends out the gates Gc1, Gb1, and Ga1 to the home side devices 2C, 2B, and 2A, respectively.
Next, when the station side device 1 receives the reports Rc1, Rb1, and Ra1 from the home side devices 2C, 2B, and 2A, respectively, the station side device 1 first sends out the gate Gc2 to the home side device 2C that permits transmission of data. When receiving the data Dc1 and the next report Rc2 sent from the home side device 2C, the station side device 1 sends the gate Gb2 to the home side device 2B in parallel therewith.

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。 Upon receiving the data Db1 sent from the home device 2B and the next report Rb2, the station device 1 sends the grant Ga2 to the home device 2A in parallel with this. Subsequently, the grant Gc3 for the home device 2C is also sent. Thereafter, the station side apparatus 1 receives the data Da1 and the next report Ra2 transmitted from the home side apparatus 2A.
Further, the station side device 1 receives the data Dc2 sent from the home side device 2C and the next report Rc3, and at the same time, sends the grant Gb3 to the home side device 2B.

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。 Further, the station side device 1 receives the data Db2 sent from the home side device 2B and the next report Rb3, and at the same time, sends the grant Ga3 to the home side device 2A. Here, for example, if there is no data transmitted from the home apparatus 2A, the station apparatus 1 receives only the next report Ra3 from the home apparatus 2A as shown in the figure.
Thereafter, the same processing is repeated, and the station side apparatus 1 dynamically allocates a band to each of the home side apparatuses 2A to 2C sequentially and repeats data reception.

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。   As the above sequence, the station-side device 1 of the PON system distributes the gate G for permitting transmission to each of the home-side devices 2A to 2C managed by itself for the time division control of the uplink communication. The station side device 1 knows in advance the reception timing of the optical burst signals B1 to B3 that each of the home side devices 2A to 2C transmits next before actual reception.

〔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。 [Configuration of home-side equipment]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an outline of the internal configuration of the home-side apparatus 2.
As shown in FIG. 2, the home-side device 2 includes a multiplexing / demultiplexing unit 201, an optical receiving unit 202, an optical transmitting unit 203, and a PON side receiving unit in order from the PON side (left side in FIG. 2) toward the user network 9 side. 204, a PON side transmission unit 205, a home side signal processing unit 206, a data relay processing unit 207, a user network side transmission unit 208, and a user network side reception unit 209.

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。 In FIG. 2, the downstream optical signal having the wavelength λ 2 transmitted by the station side device 1 passes through the multiplexing / demultiplexing unit 201 and is converted into an electrical signal by the optical receiving unit 202, and this electrical signal is further received by the PON side. Received by the unit 204.
The PON side receiving unit 204 reads the header portion of the received frame to determine whether or not the frame is addressed to itself (in this case, it means addressed to itself or a device in the user network 9 under its control). Determine.

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。 As a result of this determination, if it is addressed to itself, the PON-side receiving unit 204 takes in the frame, and if not, discards the frame. For example, as an example of header information for performing the above destination determination, a logical link identifier (LLID) assumed in IEEE 802.3av can be cited.
Furthermore, the PON-side receiving unit 204 determines whether the received frame is a data frame or a gate frame by reading the header portion of the frame.

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。 If the result of this determination is that the frame is a data frame, the PON side receiving unit 204 sends it to the data relay processing unit 207. The data relay processing unit 207 performs predetermined relay processing such as transmission control for the user network side transmission unit 208, and the processed frame is transmitted from the user network side transmission unit 208 to the user network 9.
As a result of the determination, if the frame is a gate frame, the PON side receiving unit 204 transfers it to the home side signal processing unit 206. The home-side signal processing unit 206 instructs the data relay processing unit 207 to perform uplink transmission based on the gate frame.

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。 On the other hand, a frame from the user network 9 is received by the user network side receiving unit 209 and transferred to the data relay processing unit 207. The transferred frame is temporarily stored in the buffer memory in the data relay processing unit 207, and the data amount is notified to the home signal processing unit 206.
The home-side signal processing unit 206 performs transmission control on the PON-side transmission unit 205, causes the PON-side transmission unit 205 to output frames stored in the buffer memory at a predetermined timing, and notifies the notified buffer memory A report frame is created based on the amount of data stored therein and output to the PON side transmission unit 205.

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。 The output signal of the PON side transmission unit 205 is converted into an optical signal by the optical transmission unit 203, and is transmitted in the upstream direction via the multiplexing / demultiplexing unit 201 as an optical signal having a wavelength λ1 and a predetermined transmission rate (10.3125 Gbps). Sent.
As shown in FIG. 2, the PON side transmission unit 205 includes a physical layer encoding unit 210 and an FEC encoding unit 211 inside.
The physical layer encoding unit 210 performs 64B / 66B encoding on the data sent from the data relay processing unit 207, and the FEC encoding unit 211 adds redundant bits to the encoded data. Thus, a predetermined error correction code is generated.

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。   The physical layer encoding unit 210 adds a preamble including a predetermined pattern (repetition of a 66-bit synchronization pattern in IEEE802.3av) to data simultaneously with 64B / 66B encoding. The preamble length can be changed according to the notification from the home-side signal processing unit 206.

〔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。 [Configuration of station side equipment]
FIG. 4 is a block diagram illustrating an outline of the internal configuration of the station-side device 1.
As illustrated in FIG. 4, the station side device 1 sequentially includes a multiplexing / demultiplexing unit 101, an optical reception unit 102, an optical transmission unit 103, and a PON side reception from the PON side (right side in FIG. 4) toward the upper network 8 side. Unit 104, PON side transmission unit 105, station side signal processing unit 106, data relay processing unit 107, upper network side transmission unit 108, and upper network side reception unit 109.

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。 In FIG. 4, an optical signal (optical burst signal) having a wavelength λ 1 transmitted by the home-side apparatus 2 in the upstream direction passes through the multiplexing / demultiplexing unit 101 and is converted into an electrical signal by the optical receiving unit 102. The signal is received by the PON side receiving unit 104.
The PON side receiving unit 104 determines whether the frame is a data frame or a report frame by reading the header portion of the received frame.

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。 If the result of this determination is that the frame is a data frame, the PON side receiving unit 104 sends it to the data relay processing unit 107. The data relay processing unit 107 performs predetermined relay processing such as transmission control for the upper network side transmission unit 108, and the processed frame is transmitted from the upper network side transmission unit 108 to the upper network 8.
As a result of the determination, if the frame is a report frame, the PON side receiving unit 104 transfers this to the station side signal processing unit 106. The station-side signal processing unit 106 generates a gate frame as control information based on this report, and causes the PON-side transmission unit 105 and the optical transmission unit 103 to transmit the gate frame in the downlink direction.

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に通知する。   Further, when generating the gate frame to be distributed to the home-side devices 2A to 2C, the station-side signal processing unit 106 receives the next upstream optical burst signals B1 to B3 from the home-side devices 2A to 2C (reception) (Timing) Tr is notified to the PON side receiving unit 104.

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。 On the other hand, the downstream frame from the upper network 8 is received by the upper network side reception unit 109 and sent to the data relay processing unit 107. The data relay processing unit 107 passes the downstream frame to the PON side transmission unit 105.
The downstream frame is converted into an optical signal having a wavelength λ2 and a predetermined transmission rate (10.3125 Gbps) in the optical transmission unit 103 and transmitted in the downstream direction via the multiplexing / demultiplexing unit 101.

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。 Further, as shown in FIG. 4, the PON side transmission unit 105 includes a physical layer encoding unit 110 and an FEC encoding unit 111 inside.
The physical layer encoding unit 110 performs 64B / 66B encoding on the data sent from the data relay processing unit 107, and the FEC encoding unit 111 further adds redundant bits to the encoded data. Thus, a predetermined error correction code is generated.

〔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、バイアス部２１６、カレントミラー回路２１７、電流モニタ部２１８、及び温度センサ２２１を備えている。 [Optical receiver and PON receiver of home device]
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of the internal configuration of the optical receiver 202 and the PON receiver 204 of the home device 2.
As shown in FIG. 3, the optical receiving unit 202 of the home-side apparatus 2 includes a photoelectric conversion element 212, an amplifier 213, a comparator 214, a clock / data recovery unit 215, a bias unit 216, a current mirror circuit 217, a current A monitor unit 218 and a temperature sensor 221 are provided.

上記電流モニタ部２１８には、ＩＶ変換部２１９と、アナログデジタル変換部２２０とが含まれる。
また、宅側装置２のＰＯＮ側受信部２０４は、内部に、ＦＥＣ復号化部２２３、物理層復号化部２２４、フレーム再生部２２５、及びバイアス制御部２２６を備えている。
上記バイアス制御部２２６には、最適制御部２２７と、粗制御部２２８と、モード切替部２２９とが含まれる。 The current monitor unit 218 includes an IV conversion unit 219 and an analog / digital conversion unit 220.
The PON side receiving unit 204 of the home side apparatus 2 includes an FEC decoding unit 223, a physical layer decoding unit 224, a frame reproduction unit 225, and a bias control unit 226 therein.
The bias control unit 226 includes an optimal control unit 227, a coarse control unit 228, and a mode switching unit 229.

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）よりなる。ＡＰＤ２１２は、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。 The photoelectric conversion element 212 of the light receiving unit 202 is composed of an avalanche photodiode (APD) which is a kind of semiconductor light receiving element. The APD 212 outputs an electrical signal at a level corresponding to the amount of light received in the downstream optical signal C1, and the amplifier 213 amplifies the electrical signal after photoelectric conversion.
The comparator 214 compares the output signal of the amplifier 213 with a predetermined threshold value and binarizes it. The clock / data recovery unit 215 recovers the timing component (clock signal) and the data signal in synchronization with the binary signal received from the comparator 214.

バイアス部２１６は、カレントミラー回路２１７を介して、ＡＰＤ２１２に逆方向のバイアス電圧Ｖｂを付与するバイアス回路よりなる。バイアス部２１６は、後述するバイアス制御部２２６からの制御信号Ｓｂ（具体的には、最適制御部２２７が生成した制御信号Ｓ１又は粗制御部２２８が生成した制御信号Ｓ２）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Ｖｂを生成する。   The bias unit 216 includes a bias circuit that applies a reverse bias voltage Vb to the APD 212 via the current mirror circuit 217. The bias unit 216 corresponds to a control signal Sb (specifically, a control signal S1 generated by the optimal control unit 227 or a control signal S2 generated by the coarse control unit 228) from a bias control unit 226 described later. A bias voltage Vb for generating an appropriate multiplication factor is generated.

カレントミラー回路２１７は、ＡＰＤ２１２のカソードに抵抗Ｒを介して直列に接続され、ＡＰＤ２１２からバイアス部２１６に向かうＡＰＤ２１２の出力電流に対応するミラー電流を生成し、そのミラー電流を電流モニタ部２１８のＩＶ変換部２１９に供給する。
電流モニタ部２１８は、カレントミラー回路２１７から供給された電流レベルから、デジタル値であるＲＳＳＩデータを生成し、生成したＲＳＳＩデータを外部に出力する。 The current mirror circuit 217 is connected in series to the cathode of the APD 212 via the resistor R, generates a mirror current corresponding to the output current of the APD 212 from the APD 212 toward the bias unit 216, and uses the mirror current as the IV of the current monitor unit 218. This is supplied to the conversion unit 219.
The current monitor unit 218 generates RSSI data, which is a digital value, from the current level supplied from the current mirror circuit 217, and outputs the generated RSSI data to the outside.

すなわち、電流モニタ部２１８のＩＶ変換部（電流電圧変換部）２１９は、供給されたミラー電流を電圧に変換し、その後段のアナログデジタル変換部２２０は、変換された電圧レベルをデジタル値に変換し、ＲＳＳＩデータを出力する。
電流モニタ部２１８のＲＳＳＩデータは、宅側装置２に設けられたＲＳＳＩ機能を含む自己診断機能（ＤＤＭ）を担うＣＰＵ（図示せず）に入力される。このＣＰＵは、入力されたＲＳＳＩデータから光通信回線の状態やＡＰＤ２１２の劣化などを診断する。 That is, the IV conversion unit (current / voltage conversion unit) 219 of the current monitoring unit 218 converts the supplied mirror current into a voltage, and the subsequent analog-digital conversion unit 220 converts the converted voltage level into a digital value. The RSSI data is output.
The RSSI data of the current monitor unit 218 is input to a CPU (not shown) responsible for a self-diagnosis function (DDM) including an RSSI function provided in the home device 2. This CPU diagnoses the state of the optical communication line, the deterioration of the APD 212, and the like from the input RSSI data.

温度センサ２２１は、ＡＰＤ２１２の実温度を常にモニタしている。温度センサ２２１は、測定した温度の測定値Ｔｓを、後述するバイアス制御部２２６の粗制御部２２８に供給する。   The temperature sensor 221 constantly monitors the actual temperature of the APD 212. The temperature sensor 221 supplies the measured value Ts of the measured temperature to the coarse control unit 228 of the bias control unit 226 described later.

ＰＯＮ側受信部２０４のＦＥＣ復号化部２２３は、クロック・データ再生部２１５が再生し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２２４は、再生されたデータ信号に対して６４Ｂ／６６Ｂ復号化を行う。
ＦＥＣ復号化部２２３が行う誤り訂正復号は、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。 The FEC decoding unit 223 of the PON side receiving unit 204 performs predetermined error correction decoding (FEC decoding) on the data signal reproduced by the clock and data reproduction unit 215, and the physical layer decoding unit 224 64B / 66B decoding is performed on the reproduced data signal.
The error correction decoding performed by the FEC decoding unit 223 is a decoding process corresponding to the error correction code generated by the FEC encoding unit 111 (see FIG. 4) of the station apparatus 1.

また、ＦＥＣ復号化部２２３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いる。ＦＥＣ復号化部２２３がカウントした誤り訂正数は、後述するバイアス制御部２２６の最適制御部２２７とモード切替部２２９にそれぞれ通知される。   The FEC decoding unit 223 has a function of counting the number of error corrections in error correction decoding. The number of error corrections counted by the FEC decoding unit 223 is notified to the optimum control unit 227 and the mode switching unit 229 of the bias control unit 226 described later.

フレーム再生部２２５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。フレーム再生部２２５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２２５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。 The frame reproduction unit 225 detects a frame boundary from the decoded data and restores, for example, an Ethernet (registered trademark) frame. The frame playback unit 225 reads the header portion of the frame and determines whether the received frame is a data frame or a gate frame that is control information for media access control.
As a result of the determination, if the frame is a data frame, the frame reproduction unit 225 sends it to the data relay processing unit 207, and if the frame is a gate frame, the PON side receiving unit 204 sends it to the home side signal processing unit 206. Forward to.

〔モード切替部による切り替え処理〕
前記した通り、ＦＥＣ復号化部２２３は、誤り訂正復号化の処理と同時に、誤り訂正数を最適制御部２２７とモード切替部２２９にそれぞれ通知する。
モード切替部２２９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、算出した訂正頻度の多寡に応じて、制御モードとして次のいずれを採用するかを決定する。 [Switching process by mode switching unit]
As described above, the FEC decoding unit 223 notifies the optimum control unit 227 and the mode switching unit 229 of the number of error corrections simultaneously with the error correction decoding process.
The mode switching unit 229 calculates the correction frequency (= number of error corrections / number of data signal symbols) by counting the notified number of error corrections every predetermined time, and performs control according to the calculated correction frequency. Decide which of the following modes to use.

エラー制御モード：ＡＰＤ２１２に印加するバイアス電圧Ｖｂの改善値を、ＦＥＣ復号化部２２３における訂正頻度に基づいて決定する制御モード。すなわち、最適制御部２２７が行う制御モード。
粗制御モード：ＡＰＤ２１２に印加する所定の増倍率におけるバイアス電圧Ｖｂの電圧値を、当該ＡＰＤ２１２の温度Ｔｓに基づいて決定する制御モード。すなわち、粗制御部２２８が行う制御モード。 Error control mode: A control mode in which an improved value of the bias voltage Vb applied to the APD 212 is determined based on the correction frequency in the FEC decoding unit 223. That is, the control mode performed by the optimum control unit 227.
Coarse control mode: A control mode in which the voltage value of the bias voltage Vb at a predetermined multiplication factor applied to the APD 212 is determined based on the temperature Ts of the APD 212. That is, a control mode performed by the coarse control unit 228.

具体的には、モード切替部２２９は、算出した訂正頻度が所定の閾値（例えば、１０−７）より多い場合には、最適制御部２２７による「エラー制御モード」を選択し、最適制御部２２７が生成する制御信号Ｓ１を、バイアス部２１６に通知する制御信号Ｓｂとして採用する。
逆に、モード切替部２２９は、算出した訂正頻度が上記閾値より少ない場合には、粗制御部２２８による「粗制御モード」を選択し、粗制御部２２８が生成する制御信号Ｓ２を、バイアス部２１６に通知する制御信号Ｓｂとして採用する。 Specifically, when the calculated correction frequency is higher than a predetermined threshold (for example, 10 −7 ), the mode switching unit 229 selects the “error control mode” by the optimal control unit 227, and the optimal control unit 227 Is used as the control signal Sb to notify the bias unit 216.
Conversely, when the calculated correction frequency is less than the threshold, the mode switching unit 229 selects the “coarse control mode” by the coarse control unit 228, and the control signal S2 generated by the coarse control unit 228 is transmitted to the bias unit. This is adopted as the control signal Sb notified to H.216.

なお、算出した訂正頻度が所定の閾値と同数である場合には、エラー制御モードと粗制御モードのいずれを選択することにしてもよい。
また、上記の「訂正頻度」の算出は、最適制御部２２７とモード切替部２２９のいずれか一方が行い、その算出結果を他方に通知することにしてもよいし、ＦＥＣ復号化部２２３が「訂正頻度」の算出までを自身で行い、その算出結果を最適制御部２２７とモード切替部２２９にそれずれ通知することにしてもよい。 When the calculated correction frequency is the same as the predetermined threshold value, either the error control mode or the coarse control mode may be selected.
Further, the calculation of the “correction frequency” may be performed by either the optimal control unit 227 or the mode switching unit 229, and the calculation result may be notified to the other, or the FEC decoding unit 223 may select “ The calculation up to "correction frequency" may be performed by itself, and the calculation result may be notified to the optimum control unit 227 and the mode switching unit 229.

〔最適制御部によるエラー制御モード〕
最適制御部２２７は、自身が算出した又は通知された訂正頻度に基づいて、バイアス部２１６が出力するバイアス電圧Ｖｂを最適化するための制御信号Ｓ１を生成する。以下、最適制御部２２７による最適化処理（エラー制御モード）の内容を説明する。 [Error control mode by optimal control unit]
The optimal control unit 227 generates a control signal S1 for optimizing the bias voltage Vb output from the bias unit 216 based on the correction frequency calculated or notified by the optimal control unit 227. Hereinafter, the contents of the optimization process (error control mode) by the optimal control unit 227 will be described.

図５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５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５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。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the bias voltage and the photocurrent (PD current), which is one of the output characteristics of the APD 212.
As shown in FIG. 5, in the APD 212 for optical communication, when the bias voltage is increased, the PD current (an example in which an optical signal of −30 dBm on average is received in FIG. 5) also increases. Although the reception sensitivity is improved, the dark current also increases. Therefore, when the multiplication factor M is approximately 10, the reception sensitivity shows an optimum value.

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６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。 For this reason, even if the bias voltage of the APD 212 is increased from a voltage value (near 30 V) corresponding to the optimum multiplication factor (near M = 10), it is considered that shot noise and dark current increase and the SN ratio deteriorates. Also, even if the voltage value is lowered, the reception sensitivity becomes insufficient.
Therefore, when the relationship between the bias voltage of the APD 212 and the reception error rate BER (≈correction frequency) of the output signal is obtained, the BER has a convex function relationship with respect to the bias voltage of the APD 212 as shown in FIG. Become.

なお、図６（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６（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）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。 FIG. 6A shows a graph when the BER is relatively high (10 −4 to 10 −2 ) because the received signal level of the APD 212 is small, and FIG. Since the received signal level of the APD 212 is large, a graph in the case where the BER is a relatively low level (10 −12 to 10 −10 ) is shown.
Thus, the bias voltage of the APD 212 has an optimum value that minimizes the BER regardless of the BER level of the received signal, and has a relationship between the BER and the convex function.

本実施形態の最適化処理は、上記知見に基づき、ＦＥＣ復号化部２２３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Ｖｂを改善することを本旨としている。   Based on the above knowledge, the optimization processing of the present embodiment monitors the number of error corrections in the FEC decoding unit 223 during operation of the home-side apparatus 2 and sets the correction frequency (≈BER) obtained from the number of error corrections. Based on this, the main idea is to improve the bias voltage Vb generated by the bias unit 216 in a direction in which the correction frequency is smaller than the current frequency.

より具体的には、最適制御部２２７は、制御信号Ｓ１（＝Ｓｂ）によりバイアス電圧Ｖｂを前後に変化させて、その変化後の訂正頻度を取得する。
そして、最適制御部２２７は、バイアス電圧Ｖｂの変化後の訂正頻度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Ｖｂを変化させ、その値を改善する。 More specifically, the optimum control unit 227 changes the bias voltage Vb back and forth by the control signal S1 (= Sb), and acquires the correction frequency after the change.
Then, the optimum control unit 227 compares the correction frequency after the change of the bias voltage Vb with the current correction frequency, changes the bias voltage Vb in a direction in which the correction frequency decreases, for example, by a logic such as a hill-climbing method, and the value To improve.

例えば、図６（ａ）のｄ２が現時点とすると、バイアス電圧Ｖｂ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Ｖｂを変化させる。現時点がｄ３に移ると、バイアス電圧Ｖｂ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Ｖｂ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Ｖｂが訂正頻度を最小にする最適値に収束する。 For example, if d2 in FIG. 6A is the current time, the bias voltage Vb is changed back and forth, the correction frequencies of d1 and d3 are acquired, and the bias voltage Vb is changed in the direction of d3 where the correction frequency decreases. When the current time shifts to d3, both d2 and d4, which have changed the bias voltage Vb back and forth, are in a direction in which the correction frequency becomes worse, so the current bias voltage may be maintained.
Since the correction frequency forms a convex function in the adjustment range of the bias voltage Vb, the bias voltage Vb converges to an optimum value that minimizes the correction frequency by performing the above processing.

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、最適制御部２２７が、ＦＥＣ復号化部２２３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Ｖｂの最適値を決定するので、宅側装置２の運用状態であっても、ＡＰＤ２１２に印加するバイアス電圧Ｖｂが自動的に最適化される。
このため、最適制御部２２７によるエラー制御モードにおいては、ＡＰＤ２１２の温度等を取得しなくても、バイアス電圧Ｖｂを自動的に最適化することができる。 As described above, according to the home-side device 2 of the present embodiment that functions as a receiving device for the optical signal C1 in the downlink direction, the bias that the optimal control unit 227 applies to the APD 212 based on the correction frequency in the FEC decoding unit 223. Since the optimum value of the voltage Vb is determined, the bias voltage Vb applied to the APD 212 is automatically optimized even in the operation state of the home device 2.
Therefore, in the error control mode by the optimum control unit 227, the bias voltage Vb can be automatically optimized without acquiring the temperature of the APD 212 or the like.

なお、ＡＰＤ２１２のバイアス電圧Ｖｂ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Ｖｂ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２２７は、起動時におけるバイアス電圧Ｖｂの初期値を、当該バイアス電圧Ｖｂの最適値よりも低い値に設定することが好ましい。 When the bias voltage Vb of the APD 212 exceeds the breakdown voltage, the APD 212, the preamplifier, or the like may be destroyed due to overcurrent. Therefore, when the value of the bias voltage Vb is adjusted in order to perform the optimization process, it is preferable to shift from the smallest value to the largest value.
Therefore, the control unit 227 of the present embodiment preferably sets the initial value of the bias voltage Vb at startup to a value lower than the optimum value of the bias voltage Vb.

具体的には、例えば、図６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、最適制御部２２７は、起動時のバイアス電圧Ｖｂの初期値をｄ２のバイアス電圧値或いはそれ未満に設定する。
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Ｖｂ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。
なお、エラー制御モードにおけるバイアス電圧Ｖｂの初期値として、次の粗制御モードにおけるバイアス電圧の決定値を用いても良い。 Specifically, for example, in d1 to d5 shown in FIG. 6, assuming that the bias voltage value of d3 is the optimum value, the optimum control unit 227 sets the initial value of the bias voltage Vb at the time of activation as the bias voltage value of d2. Or set it to less than that.
For this reason, when performing the optimization process, the value of the bias voltage Vb is not excessively increased, and the APD 212 and other circuit elements can be prevented from being damaged.
Note that the determined value of the bias voltage in the next coarse control mode may be used as the initial value of the bias voltage Vb in the error control mode.

〔粗制御部による粗制御モード〕
ところで、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Ｖｂの最適値を決定できない。
すなわち、図６（ｂ）において、１０１２ビットの信号を受信するごとに訂正頻度を更新して取得するとすれば、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。 [Coarse control mode by coarse control unit]
By the way, when the current correction frequency is small and the correction frequency cannot be obtained with high accuracy, the optimum value of the bias voltage Vb cannot be determined.
That is, in FIG. 6B, if the correction frequency is updated and acquired every time a 10 12- bit signal is received, the correction frequency is updated within the time interval when the BER is 10 −11 or less (dotted line portion). The number of errors that occur is small, and the correction frequency cannot be obtained accurately.

また、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と、ともに訂正頻度が０となり、バイアス電圧Ｖｂの最適値を決定できない。
そこで、従来の受信装置（特許文献２の受信装置）では、バイアス電圧Ｖｂ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Ｖｂの値をそのまま維持するか、現時点のバイアス電圧Ｖｂの値を更に低下させるようにしている。 If no error occurs in the time interval at d2 and d3, the correction frequency is 0 and the optimum value of the bias voltage Vb cannot be determined.
Therefore, the conventional receiving device (the receiving device of Patent Document 2) has a correction frequency that is lower than a predetermined value (for example, a correction frequency value of 10 −11 or less) that is low in frequency so that the optimum value of the bias voltage Vb cannot be specified. If it is smaller, the current value of the bias voltage Vb is maintained as it is, or the current value of the bias voltage Vb is further reduced.

しかし、上記のように、現時点の訂正頻度が小さいためにその訂正頻度を正確に取得できない場合に、現時点のバイアス電圧を維持又は低下させるだけで、ＡＰＤ２１２の増倍率の値をそのまま放置すると、光信号の強度（受光パワー）とＡＰＤ電流との相関を取ることができず、ＲＳＳＩ機能を実装できなくなる。   However, as described above, when the correction frequency cannot be accurately obtained because the current correction frequency is small, if the current multiplication value of the APD 212 is left as it is by simply maintaining or reducing the current bias voltage, The correlation between the signal intensity (light receiving power) and the APD current cannot be obtained, and the RSSI function cannot be implemented.

すなわち、ＡＰＤ２１２の受光感度をＲ（Ａ／Ｗ）とし、増倍率をＭとし、受光パワーをＰin（Ｗ）とすると、ＡＰＤ２１２の出力電流Ｉapdは、次の式で表される。
Ｉapd＝Ｐin×Ｍ×Ｒ
従って、ＡＰＤ２１２の増倍率Ｍの値が不正確であると、ＲＳＳＩデータから出力電流Ｉapdが判明しても、そのＩapdに対応するＰinの値が不正確になり、ＲＳＳＩデータを用いた自己診断機能を適切に運用できなくなる。 That is, assuming that the light receiving sensitivity of the APD 212 is R (A / W), the multiplication factor is M, and the light receiving power is Pin (W), the output current Iapd of the APD 212 is expressed by the following equation.
Iapd = Pin × M × R
Therefore, if the multiplication factor M of the APD 212 is inaccurate, even if the output current Iapd is found from the RSSI data, the Pin value corresponding to the Iapd is inaccurate, and the self-diagnosis function using the RSSI data. Cannot be operated properly.

そこで、本実施形態では、モード切替部２２９が、ＦＥＣ復号化部２２３での訂正頻度が所定の閾値（＝１０−７）未満の場合には、粗制御部２２８がＡＰＤ２１２の１つの温度Ｔｓに基づいて決定したバイアス電圧の電圧値を含む制御信号Ｓ２を、バイアス部２１６に入力する制御信号Ｓｂとして選択する。
以下、ＡＰＤ２１２の温度を用いた粗制御部２２８による電圧制御（粗制御モード）の内容を説明する。 Therefore, in the present embodiment, when the mode switching unit 229 determines that the correction frequency in the FEC decoding unit 223 is less than a predetermined threshold (= 10 −7 ), the coarse control unit 228 sets the temperature Ts of the APD 212 to one temperature Ts. The control signal S2 including the voltage value of the bias voltage determined based on the selection is selected as the control signal Sb input to the bias unit 216.
The contents of voltage control (coarse control mode) by the coarse control unit 228 using the temperature of the APD 212 will be described below.

粗制御部２２８は、ある１つの特定温度（例えば、常温の２５°Ｃ）において、ＡＰＤ２１２が所定の増倍率Ｍ（例えば、Ｍ＝１０）となるように調整されたバイアス電圧Ｖｂの基準値Ｖ２５と、特定温度からの温度の差分をバイアス電圧Ｖｂの差分に変換するための温度係数αを、予めメモリに保持している。
なお、後述の通り、訂正頻度が相対的に少ない場合（光信号のエラーが相対的に少ない場合）には、ＡＰＤ２１２の増倍率Ｍはさほど正確である必要がないので、上記温度係数αは、ＡＰＤ２１２の品番等から特定可能な代表値で足りる。 The coarse control unit 228 uses the reference value V of the bias voltage Vb adjusted so that the APD 212 has a predetermined multiplication factor M (for example, M = 10) at a certain specific temperature (for example, 25 ° C. at normal temperature). 25, and a temperature coefficient α for converting a difference in temperature from a specific temperature into a difference in bias voltage Vb is held in advance in a memory.
As will be described later, when the correction frequency is relatively low (when the error of the optical signal is relatively small), the multiplication factor M of the APD 212 does not need to be very accurate. A representative value that can be specified from the product number of the APD 212 is sufficient.

粗制御部２２８は、温度センサ２２１から取得したモニタ温度Ｔｓを、次式に代入し、バイアス部２１６に出力させる電圧値Ｖoutを演算する。
Ｖout＝Ｖ２５＋α×（Ｔｓ−２５）
すなわち、粗制御部２２８は、保持された基準値Ｖ２５及び温度係数αと、温度センサ２２１のモニタ温度Ｔｓと基づいて、バイアス部２１６に出力させるバイアス電圧を決定する。 The coarse control unit 228 substitutes the monitor temperature Ts acquired from the temperature sensor 221 into the following equation, and calculates a voltage value Vout to be output to the bias unit 216.
Vout = V 25 + α × (Ts−25)
That is, the rough control unit 228 determines a bias voltage to be output to the bias unit 216 based on the held reference value V 25 and temperature coefficient α and the monitor temperature Ts of the temperature sensor 221.

そして、粗制御部２２８は、演算した電圧値Ｖoutを含む制御信号Ｓ２を、モード切替部２２９に通知する。
このため、ＦＥＣ復号化部２２３での訂正頻度が所定の閾値（＝１０−７）より少ない場合には、モード切替部２２９は、粗制御部２２８から通知された電圧値Ｖoutを含む制御信号Ｓ２（＝Ｓｂ）をバイアス部２１６に通知し、バイアス部２１６は、ＡＰＤ２１２に印加するバイアス電圧Ｖｂを通知された電圧値Ｖoutに設定する。 Then, the coarse control unit 228 notifies the mode switching unit 229 of the control signal S2 including the calculated voltage value Vout.
For this reason, when the correction frequency in the FEC decoding unit 223 is less than a predetermined threshold value (= 10 −7 ), the mode switching unit 229 includes the control signal S2 including the voltage value Vout notified from the coarse control unit 228. (= Sb) is notified to the bias unit 216, and the bias unit 216 sets the bias voltage Vb applied to the APD 212 to the notified voltage value Vout.

上記の粗制御モードでは、予め定めた１つの代表温度（＝２５°Ｃ）でのバイアス部２１６の調整が必要になるが、常温での調整であれば、恒温槽などの設備は不要である。
また、本実施形態では、温度係数αにＡＰＤ２１２の代表値を用いるため、雰囲気温度を種々に変化させた上で、温度係数αを機器ごとに個別に求める必要はない。
もっとも、本実施形態において、粗制御モードに用いる温度係数αは、必ずしもＡＰＤ２１２の代表値を採用する必要はなく、機器ごとに個別に設定してもよい。 In the above rough control mode, adjustment of the bias unit 216 at one predetermined representative temperature (= 25 ° C.) is necessary, but if it is adjustment at room temperature, equipment such as a thermostatic bath is unnecessary. .
In the present embodiment, since the representative value of the APD 212 is used for the temperature coefficient α, it is not necessary to individually determine the temperature coefficient α for each device after variously changing the ambient temperature.
However, in the present embodiment, the temperature coefficient α used in the coarse control mode does not necessarily adopt the representative value of the APD 212, and may be set individually for each device.

本実施形態のように、温度係数αにＡＰＤ２１２の代表値を用いる場合には、ＡＰＤ２１２の個体差によって、増倍率Ｍの誤差が生じ得る。
しかし、一般にＲＳＳＩ機能に要求される精度は±３ｄＢ（５０〜２００％）であり、増倍率Ｍの精度が±２０％であれば問題とならず、バイアス部２１６の出力をＭ＝８〜１２の範囲に設定できる。 When the representative value of the APD 212 is used for the temperature coefficient α as in this embodiment, an error in the multiplication factor M may occur due to individual differences in the APD 212.
However, the accuracy required for the RSSI function is generally ± 3 dB (50 to 200%), and if the accuracy of the multiplication factor M is ± 20%, there is no problem, and the output of the bias unit 216 is M = 8 to 12 Can be set within the range.

〔宅側装置の効果〕
以上の通り、本実施形態の宅側装置２によれば、バイアス制御部２２６が、訂正頻度が所定の閾値（＝１０−７）より多い場合は、ＡＰＤ２１２に印加するバイアス電圧Ｖｂの改善値を、光信号の訂正頻度に基づいて決定する「エラー制御モード」を実行し、訂正頻度が所定の閾値より少ない場合は、ＡＰＤ２１２に印加する所定の増倍率（例えば、１０）におけるバイアス電圧Ｖｂの電圧値を、当該ＡＰＤ２１２の１つの温度Ｔｓに基づいて決定する「粗制御モード」を実行する。 [Effect of home device]
As described above, according to the home-side device 2 of the present embodiment, when the bias control unit 226 has a correction frequency greater than the predetermined threshold (= 10 −7 ), the improvement value of the bias voltage Vb applied to the APD 212 is set. When the “error control mode” determined based on the correction frequency of the optical signal is executed and the correction frequency is less than a predetermined threshold, the voltage of the bias voltage Vb at a predetermined multiplication factor (for example, 10) applied to the APD 212 A “coarse control mode” in which a value is determined based on one temperature Ts of the APD 212 is executed.

従って、訂正頻度が相対的に少ない場合（１０−７未満の場合）においても、ＡＰＤ２１２の増倍率の値が定まった温度に基づく電圧制御が行われ、ＡＰＤ２１２の光受信強度（受光パワー）とＡＰＤ電流（ＲＳＳＩデータ）との相関を取ることができる。
このため、ＦＥＣ復号化部２２３における訂正頻度に基づいてＡＰＤ２１２のバイアス電圧Ｖｂを改善させつつ、光信号を受信する宅側装置２に対して、ＲＳＳＩ機能を実装することができる。 Therefore, even when the correction frequency is relatively low (less than 10 −7 ), voltage control is performed based on the temperature at which the value of the multiplication factor of the APD 212 is determined, and the light reception intensity (light reception power) of the APD 212 and the APD Correlation with current (RSSI data) can be taken.
Therefore, the RSSI function can be implemented in the home apparatus 2 that receives the optical signal while improving the bias voltage Vb of the APD 212 based on the correction frequency in the FEC decoding unit 223.

また、本実施形態の宅側装置２によれば、訂正頻度が相対的に少ない場合に行われる制御モードが、ＡＰＤ２１２の１つの温度を用いる比較的粗い温度制御モード（粗制御モード）よりなる。
このため、例えば、複数の温度を用いる温度制御モードの場合に比べて、ＡＰＤ２１２にバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス回路（バイアス部２１６）に対して予め行う調整が容易になり、より簡便に実装できるという利点もある。 Moreover, according to the home side apparatus 2 of this embodiment, the control mode performed when the correction frequency is relatively low is a relatively coarse temperature control mode (coarse control mode) using one temperature of the APD 212.
For this reason, for example, compared to the temperature control mode using a plurality of temperatures, adjustments made in advance to the bias circuit (bias unit 216) that applies the bias voltage Vb to the APD 212 are facilitated, and can be more easily implemented. There is also an advantage.

〔その他の変形例〕
上述の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、上述の実施形態では、「エラー制御モード」と「粗制御モード」のいずれで動作するかを、データ信号に対する訂正頻度の多寡によって決定しているが、ＡＰＤ２１２のバイアス電流（ＲＳＳＩデータ）の多寡によってそれを決定してもよい。 [Other variations]
The above-described embodiments are illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the claims, and all modifications within the scope equivalent to the configurations described therein are included in the scope of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, whether to operate in the “error control mode” or the “coarse control mode” is determined based on the correction frequency of the data signal, but the bias current (RSSI data) of the APD 212 You may decide that by your choice.

すなわち、バイアス電流が小さいほど、光信号が弱くエラーが多くなり、バイアス電流が大きいほど、光信号が強くエラーが少なくなるので、光信号に含まれるエラーの多寡は、必ずしも訂正頻度で判定する必要はなく、バイアス電流（ＲＳＳＩデータ）に基づいて判定することもできる。
この場合、モード切替部２２９は、電流モニタ部２１８からＲＳＳＩデータを取得し、そのデータ値が所定の閾値（例えば、１５μＡ）より小さい場合は、最適制御部２２７による「エラー制御モード」を採用し、そのデータ値が所定の閾値より大きい場合は、粗制御部２２８による「粗制御モード」を採用することにすればよい。 In other words, the smaller the bias current, the weaker the optical signal and the more errors, and the larger the bias current, the stronger the optical signal and the fewer errors. Therefore, the number of errors contained in the optical signal must always be determined by the correction frequency. It is also possible to determine based on bias current (RSSI data).
In this case, the mode switching unit 229 acquires RSSI data from the current monitoring unit 218, and adopts the “error control mode” by the optimal control unit 227 when the data value is smaller than a predetermined threshold (for example, 15 μA). When the data value is larger than the predetermined threshold, the “rough control mode” by the rough control unit 228 may be adopted.

また、上述の実施形態では、最適制御部２２７によるエラー制御モードにおいて、訂正頻度を最小にするバイアス電圧Ｖｂの「最適値」を求める処理（最適化処理）が実行されるが、かかる「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Ｖｂの「改善値」を求めることにしてもよい。   In the above-described embodiment, in the error control mode by the optimum control unit 227, a process (optimization process) for obtaining the “optimum value” of the bias voltage Vb that minimizes the correction frequency is executed. ”As well as the“ improved value ”of the bias voltage Vb that makes the correction frequency lower than the current time.

すなわち、最適制御部２２７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Ｖｂを改善させることにより、運用可能なバイアス電圧Ｖｂの「改善値」を求めるようにしてもよく、バイアス電圧Ｖｂ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、上述の実施形態では、宅側装置２に本発明の受信装置を適用した場合を例示したが、局側装置１に本発明の受信装置を適用してもよい。 In other words, the optimum control unit 227 improves the bias voltage Vb so that the correction frequency becomes small until reaching a preset threshold value as well as the minimum value of the correction frequency. The “improved value” may be obtained, and it is not always necessary to perform a process in which the bias voltage Vb reaches the only optimum value.
Further, in the above-described embodiment, the case where the receiving device of the present invention is applied to the home side device 2 is illustrated, but the receiving device of the present invention may be applied to the station side device 1.

１ 局側装置
２ 宅側装置（受信装置）
５ 光ファイバ（幹線）
６ 光カプラ
７ 光ファイバ（支線）
２１２ 光電変換素子（ＡＰＤ）
２１７ カレントミラー回路
２１８ 電流モニタ部
２２１ 温度センサ
２２６ バイアス制御部（制御部）
２２７ 最適制御部
２２８ 粗制御部
２２９ モード切替部
Ｃ１ 光信号（下り方向） 1 Station side device 2 Home side device (receiving device)
5 Optical fiber (main line)
6 Optical coupler 7 Optical fiber (branch line)
212 Photoelectric Conversion Element (APD)
217 Current mirror circuit 218 Current monitor unit 221 Temperature sensor 226 Bias control unit (control unit)
227 Optimal control unit 228 Coarse control unit 229 Mode switching unit C1 Optical signal (downward)

Claims (5)

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、
前記光電変換素子の温度をモニタする温度センサと、
前記光信号に含まれるエラーが相対的に多い場合に下記のエラー制御モードで動作し、そのエラーが相対的に少ない場合に下記の粗制御モードで動作する制御部と、を備える光信号の受信装置。
エラー制御モード：光電変換素子に印加するバイアス電圧の改善値を、データ信号の訂正頻度に基づいて決定する制御モード
粗制御モード：光電変換素子に印加する所定の増倍率におけるバイアス電圧の電圧値を、当該光電変換素子の温度に基づいて決定する制御モード A device for receiving an optical signal encoded by forward error correction (hereinafter referred to as “FEC”),
A photoelectric conversion element that photoelectrically converts the optical signal, wherein a multiplication factor of a photocurrent is changed by a reverse bias voltage;
An FEC decoding unit for FEC decoding a data signal obtained by binarizing the electric signal after photoelectric conversion;
A temperature sensor for monitoring the temperature of the photoelectric conversion element;
A control unit that operates in the following error control mode when the errors included in the optical signal are relatively large, and operates in the following coarse control mode when the errors are relatively small, and receives an optical signal apparatus.
Error control mode: A control mode in which an improved value of the bias voltage applied to the photoelectric conversion element is determined based on the correction frequency of the data signal. Coarse control mode: A voltage value of the bias voltage at a predetermined multiplication factor applied to the photoelectric conversion element. , Control mode determined based on the temperature of the photoelectric conversion element 前記制御部は、前記データ信号の訂正頻度が所定の閾値よりも多い場合には、前記エラー制御モードで動作し、前記データ信号の訂正頻度が所定の閾値よりも少ない場合には、前記粗制御モードで動作する請求項１に記載の光信号の受信装置。   The control unit operates in the error control mode when the correction frequency of the data signal is higher than a predetermined threshold, and when the correction frequency of the data signal is lower than the predetermined threshold, the coarse control The optical signal receiving device according to claim 1, which operates in a mode. 前記光電変換素子のバイアス電流をモニタする電流モニタ部を更に備え、
前記制御部は、モニタされた前記バイアス電流が所定の閾値よりも小さい場合は、前記エラー制御モードで動作し、モニタされた前記バイアス電流が所定の閾値よりも大きい場合は、前記粗制御モードで動作する請求項１に記載の光信号の受信装置。 A current monitor for monitoring a bias current of the photoelectric conversion element;
The controller operates in the error control mode when the monitored bias current is smaller than a predetermined threshold value, and operates in the coarse control mode when the monitored bias current is larger than a predetermined threshold value. 2. The optical signal receiving apparatus according to claim 1, wherein the optical signal receiving apparatus operates. 前記制御部は、前記光電変換素子が特定温度において所定の増倍率となる前記バイアス電圧の基準値と、前記特定温度からの温度の差分を前記バイアス電圧の差分に変換する温度係数とを保持するとともに、この温度係数が前記光電変換素子の代表値よりなり、
前記粗制御モードは、保持された前記基準値及び前記温度係数の代表値と、前記温度センサがモニタした温度と基づいて、前記バイアス電圧を決定する処理である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光信号の受信装置。 The control unit holds a reference value of the bias voltage at which the photoelectric conversion element has a predetermined multiplication factor at a specific temperature, and a temperature coefficient for converting a temperature difference from the specific temperature into the bias voltage difference. In addition, this temperature coefficient is a representative value of the photoelectric conversion element,
The rough control mode is a process of determining the bias voltage based on the held reference value and the representative value of the temperature coefficient and the temperature monitored by the temperature sensor. The optical signal receiving apparatus according to the item. 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を用いて、ＦＥＣによって符号化された光信号を受信する方法であって、
前記光信号に含まれるエラーが相対的に多い場合には、バイアス電圧の制御モードを下記のエラー制御モードとし、前記光信号に含まれる相対的にエラーが多い場合には、バイアス電圧の制御モードを下記の粗制御モードとする光信号の受信方法。
エラー制御モード：光電変換素子に印加するバイアス電圧の改善値を、データ信号の訂正頻度に基づいて決定する制御モード
粗制御モード：光電変換素子に印加する所定の増倍率におけるバイアス電圧の電圧値を、当該光電変換素子の温度に基づいて決定する制御モード A method of receiving an optical signal encoded by FEC using a photoelectric conversion element in which a multiplication factor of a photocurrent is changed by a reverse bias voltage,
When the error included in the optical signal is relatively large, the bias voltage control mode is set to the following error control mode. When the error included in the optical signal is relatively large, the bias voltage control mode is set. Is a method for receiving an optical signal in the following coarse control mode.
Error control mode: A control mode in which an improved value of the bias voltage applied to the photoelectric conversion element is determined based on the correction frequency of the data signal. Coarse control mode: A voltage value of the bias voltage at a predetermined multiplication factor applied to the photoelectric conversion element. , Control mode determined based on the temperature of the photoelectric conversion element
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