JP2016015640A

JP2016015640A - 受信信号処理装置並びにそれを用いた光信号中継装置及び光信号中継方法

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Publication number: JP2016015640A
Application number: JP2014137048A
Authority: JP
Inventors: 大助梅田; Daisuke Umeda
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-02
Also published as: JP6504380B2

Abstract

【課題】上り光バースト信号の伝送レートを判別して受信器のプリアンプの帯域幅と利得を制御することができ、かつ分岐ロスが基本的に出ない光信号中継装置を提案する。
【解決手段】光バースト信号をモニタ光と信号光に分岐する光分岐器７１と、信号光を電気信号に変換する光電変換素子ＡＰＤと、電気信号を増幅するプリアンプ４１であって、利得及び帯域幅を少なくとも２種類切り換えることのできるプリアンプ４１と、モニタ光を入力して、該モニタ光の信号パターンを検出して、モニタ光の伝送レートが比較的低速の伝送レートか否かを判定するレート判定／信号検出部７２と、レート判定／信号検出部７２で判定されたレートが、比較的低速の伝送レートか否かに応じて、プリアンプ４１の利得及び帯域幅を切替える信号をプリアンプ４１に供給するレート／タイミング制御部７３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、時間的に分離された形で送られてくる少なくとも２種類の異なる伝送レート（デュアルレート）の光バースト信号を一括して受信し処理する受信信号処理装置に関するものである。また本発明は、それを用いた光信号中継装置及び中継方法に関するものである。

光加入者線局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal：以下「局側装置」という）と、複数の光加入者線終端装置ＯＮＵ（Optical Network Unit：以下「宅側装置」という）との間を、光ファイバ通信ネットワークを介して、双方向通信する光通信システムがある。
この光通信システムにおいて、局側装置ＯＬＴと各宅側装置ＯＮＵとの間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶ（Single Star）構成を有する光ファイバ通信ネットワークが構築、実用化されている。このネットワークの構成では、システムや通信機器などの構成は簡単になるが、１つの宅側装置ＯＮＵが、一本の光ファイバを占有しており、局側装置ＯＬＴにこの光ファイバを直接配線接続しなければならない。よって、宅側装置ＯＮＵがＮ局あれば、局側装置ＯＬＴから直接配線接続される光ファイバがＮ本必要となり、光通信システムの低価格化を図るのが困難である。

一方、局側装置ＯＬＴから配線接続される１本の光ファイバを、複数の宅側装置ＯＮＵで共有する光通信システムとしてのＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが実用化されている。このＰＯＮシステムは、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）やＦＴＴＢ（Fiber To The Building）などのＦＴＴｘに適用されている低価格の光加入者用アクセス方式の１つである。

このＰＯＮシステムでは、特に外部からの電源供給を必要とせずに受動的に入力された信号を分岐・多重する受動型光分岐器（以下、単に「光カプラ」ともいう）と、局側装置ＯＬＴとが、伝搬モードを単一とするシングルモードファイバ（Single Mode Fiber）などの光ファイバを介して接続されている。
ＰＯＮシステムには、宅側装置ＯＮＵは通常、複数あり、光カプラで分岐された光ファイバが、宅側装置ＯＮＵの数に合わせて備えられている。これにより、１つの局側装置ＯＬＴに対して、多くの宅側装置ＯＮＵを割り当てることができ、全体的な設備コストを抑えることができる。

このようなＰＯＮシステムでは、局側装置ＯＬＴから宅側装置ＯＮＵへの下り方向の通信はブロードキャスト方式で連続的な光信号が伝送され、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの上り方向の通信は光信号の衝突を避けるために時分割方式で間欠的な光信号（光バースト信号という）が伝送される。
局側装置ＯＬＴと光カプラとの距離が長い場合、光バースト信号を、光／電気モジュールで電気信号に変換し、再び電気／光モジュールで光変換して中継することが行われている。この中継装置を「光信号中継装置」という。

ところで、ＩＥＥＥ８０２．３標準には、ＰＯＮの規格として、比較的低速の伝送レート(1.25Gb/s)のＧＥ−ＰＯＮと、比較的高速の伝送レート(10.3125Gb/s)の１０Ｇ−ＥＰＯＮとがある。
一つのＰＯＮシステム内で、２種類の伝送レートの通信方式、ＧＥ−ＰＯＮと１０Ｇ−ＥＰＯＮとが混在する場合がある。この場合、宅側装置ＯＮＵは、ＧＥ−ＰＯＮに対応し比較的低速の伝送レート（１Ｇ）の光バースト信号を送出する宅側装置ＯＮＵと、１０Ｇ−ＥＰＯＮに対応し比較的高速の伝送レート（１０Ｇ）の光バースト信号を送出する宅側装置ＯＮＵとが混在している。局側装置ＯＬＴは、該２種類の伝送レートの光バースト信号をそれぞれ受信し処理することができるように設計されている。

このようなデュアルレートのＰＯＮシステムでは、光信号中継装置も２種類の伝送レートの通信方式に対応する必要がある。
特許文献１に開示される中継装置は、ＧＥ−ＰＯＮと１０Ｇ−ＥＰＯＮとが混在するＰＯＮシステムにおいて、宅側装置ＯＮＵから入力されてくる光信号を分岐器１１ｂで２つに分岐し、一方の信号について１Ｇ信号に対応する第一処理部１２ａが設けられ、他方の信号について１０Ｇ信号に対応する第二処理部１２−２が設けられている。第一処理部１２ａで１Ｇ信号に対応する処理が行われている場合には、第二処理部１２−２で１０Ｇ信号を強制ＯＦＦするようにしている。

特開2010-252044号公報特許第4761135 号公報特開平6−082651号公報

特許文献１に記載された技術では、第一処理部１２ａで１Ｇ信号に対応する処理が行われている場合には、第一処理部１２ａで処理された１Ｇ信号はそのまま第一処理部１２ａから出力される。第二処理部１２−２で１０Ｇ信号に対応する処理が行われている場合には、１０Ｇ信号は第二処理部１２−２から出力される。
この場合、分岐器１１ｂでの光パワーの分岐比が問題となる。１Ｇ，１０Ｇどちらの信号も極力損失の少ない状態で中継しようとすれば、分岐器１１ｂでの分岐比を１対１、すなわち分岐ロスを約３ｄＢに設定することが好ましい。もし、分岐比を９対１などに設定すれば、片方の信号はほとんどロスがないのに、他方の信号は大きなロスを受けてしまうからである。

したがって、１Ｇ信号も１０Ｇ信号も、中継装置を通過するときに、どちらも約３ｄＢの損失を受けてしまうという問題がある。
また、光信号を分岐するのではなく、光電変換素子で光信号をいったん電気信号に変換して、電気信号の形で分岐することも考えられる。この場合、光電変換素子の光検出電流を増幅する受信増幅器として、電流を入力して電圧に変換するトランスインピーダンス型の増幅器が使われるため、やはり電流を分岐する際に損失が出る。

１Ｇ信号も１０Ｇ信号も、そのまま単一の受信増幅器に通して増幅してから分岐すると言うことも考えられるが、この場合、単一の受信増幅器の利得及び帯域幅を１０Ｇ信号に合わせて固定しておくのが通常の使い方である。すなわち、受信増幅器の帯域幅を１０Ｇ信号用に広く設定しておく。このような受信増幅器に１Ｇ信号が入ってくれば、１Ｇ信号専用に設定された受信増幅器と比べて、帯域幅が広すぎてＳ／Ｎの点で不利となり、かつ利得が低くなる、という問題がある。

そこで、本発明者は、光バースト信号の伝送レートを判別して、受信増幅器の帯域幅と利得を制御することができ、かつ分岐ロスが基本的に出ない、受信信号処理装置並びにそれを用いた光信号中継装置及び中継方法を提案する。
すなわち本発明の受信信号処理装置は、光バースト信号をモニタ光と信号光に分岐する光分岐器と、信号光を電気信号に変換する光電変換素子と、電気信号を増幅する受信増幅器であって、利得及び帯域幅を少なくとも２種類切り換えることのできる受信増幅器と、モニタ光を入力して、該モニタ光の信号パターンを検出して、モニタ光の伝送レートが比較的低速の伝送レートか否かを判定するレート判定／信号検出部と、レート判定／信号検出部で判定されたレートが、比較的低速の伝送レートか否かに応じて、受信増幅器の利得及び帯域幅を切替える信号を受信増幅器に供給する制御部とを備えるものである。

この構成によれば、光分岐器によって光バースト信号をモニタ光と信号光に分岐する。レート判定／信号検出部は比較的低速の伝送レートか否かのみを判定する。したがってモニタ光はレート判定／信号検出部において、比較的低速の伝送レートか否かの判定にのみ用いられるため、その判定のための光強度は低くてもよく（比較的低速の伝送レートの信号のほうが受信器の感度を高く設定できるので）、その結果、光分岐器における分岐比は、信号光の側を大きく、モニタ光の側を小さく設定することができる。そしてこの判定結果に応じて、受信増幅器の利得及び帯域幅を切り換える。したがって、光バースト信号が比較的低速の伝送レートか否かに応じて、受信増幅器の利得及び帯域幅を最適に設定できる。

前記光分岐器と前記受信増幅器との間に前記信号光又は前記信号光に基づいて変換された電気信号（主信号）を遅延させる信号遅延部が挿入されており、前記信号遅延部の遅延時間が、前記比較的低速の伝送レートの光バースト信号のプリアンブル時間よりも長く設定されていれば、受信増幅器がバースト信号の受信を開始する前に、レート判定／信号検出部においてバースト信号が比較的低速の伝送レートか否かを判定できるため、バースト信号の受信開始にあわせて、受信増幅器を制御でき、好ましい。

前記光分岐器におけるモニタ光と信号光との分岐比は、具体的には、モニタ光に対しては０．４未満、信号光に対しては０．６以上とすることができ、主信号の分岐ロスを低減できる。
前記レート判定／信号検出部の具体的構成としては、前記モニタ光を受信する受信部と、比較的低速の伝送レートでクロックを再生するクロック・データ再生部と、前記クロック・データ再生部の出力に基づいて信号パターンを検出するパターン判定部とを有し、前記パターン判定部の出力に基づいて比較的低速の伝送レートか否かを判別するものであってもよい。伝送レート判定にクロック・データ再生部での信号同期の有無、特定パターンの検出を行うことで、低速の伝送レートを確実に判別することができる。

前記２種類の伝送レートの光バースト信号は、１０Ｇ−ＥＰＯＮで使用される１０Ｇ光バースト信号(10.3125Gb/s)と、ＧＥ−ＰＯＮで使用される１Ｇ光バースト信号(1.25Gb/s)であってもよい。この場合、前記１Ｇ光バースト信号は８Ｂ／１０Ｂで符号化されていて８Ｂ／１０Ｂのアイドルパターンを同期パターンに使用することができるため、パターン検出が容易にできる。

本発明の光信号中継装置は、宅側装置からの光バースト信号の受信部に、前記本発明の受信信号処理装置を採用したものである。
本発明の光信号中継方法は、前記本発明の光信号中継装置と同一の発明に係る中継方法である。

本発明によれば、受信している光バースト信号の伝送レートを判定して、受信増幅器の帯域幅と利得を制御することができる。したがって伝送レートに応じて、光受信器の受信感度特性を最適に保つことができる。

局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとを、光ファイバで接続した光通信システムの構成例を示す概略図である。光信号中継装置の一部を構成する、本発明の受信信号処理装置の構成を示すブロック図である。レート判定／信号検出部の詳細な構成例を示すブロック図である。１Ｇ／１０Ｇ受信器の内部構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとを、光ファイバで接続した光通信システム１の構成例を示す概略図である。
光通信システム１は、制御局側局舎に備えられる局側装置ＯＬＴ２（以下、「局側装置ＯＬＴ」という）と、複数の加入者宅に備えられる宅側装置ＯＮＵ３ａ，３ｂ，．．．（以下、総称するときは「宅側装置ＯＮＵ」という）と、局側装置ＯＬＴに接続された幹線光ファイバ４ａ及び各宅側装置ＯＮＵに接続された支線光ファイバ４ｂ（以下、総称するときは「光ファイバ４」という）と、幹線光ファイバ４ａと複数の支線光ファイバ４ｂとを接続するための光カプラ５と、幹線光ファイバ４ａの途中に挿入設置された光信号中継装置７を備えている。

局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵを含むこの光通信システム１は、ギガビットイーサネット（Gigabit Ethernet；イーサネットは登録商標である）の技術を取り込み、1.25bpsの通信速度のアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮと、10.3125Gbpsの通信速度のアクセス区間通信を実現する１０Ｇ−ＥＰＯＮとが混在したシステムを構築している。
局側装置ＯＬＴは、1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮの上り信号、10.3125Gbpsの通信速度の１０Ｇ−ＥＰＯＮの上り信号の何れにも対応しており、1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮの下り信号、10.3125Gbpsの通信速度の１０Ｇ−ＥＰＯＮの下り信号の何れにも対応している。

宅側装置ＯＮＵは、加入者が光ネットワークサービスを享受するための装置であり、各加入者宅内に設置されている。宅側装置ＯＮＵは、上り信号が1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮ、又は上り信号が10.3125Gbpsの通信速度の１０Ｇ−ＥＰＯＮの何れかに対応しており、下り信号が1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮ、又は下り信号が10.3125Gbpsの通信速度の１０Ｇ−ＥＰＯＮの何れかに対応している。したがって、４種類の組合せから選択され得る構成となっている。

例えば図１の実施の形態では、宅側装置ＯＮＵ３ａは、上り信号が1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮに対応し、下り信号が1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮに対応している。宅側装置ＯＮＵ３ｂは、上り信号が1.25bpsの通信速度のＧＥ−ＰＯＮに対応し、下り信号が10.3125Gbpsの通信速度の１０Ｇ−ＥＰＯＮに対応している。宅側装置ＯＮＵ３ｃは、上り信号、下り信号ともに10.3125Gbpsの通信速度の１０Ｇ−ＥＰＯＮに対応している。

光カプラ５は、外部からの電源供給を特に必要とせず、一方に接続された光ファイバ４から入力される信号を、受動的に分岐・多重化して、他方に接続された光ファイバ４に出力することができるスターカプラで形成されている。これにより、１つの局側装置ＯＬＴに対して、多くの宅側装置ＯＮＵを割り当てることができ、全体的な設備コストを抑えることができる。

このＰＯＮシステムに従えば、局側装置ＯＬＴと宅側装置ＯＮＵとは、可変長なフレームを単位として、相互の通信を行う。
以下、宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴとの信号の、下り方向と上り方向との信号の送受信手順を説明する。
まず、インターネット網などの上位のネットワークから局側装置ＯＬＴを経て宅側装置ＯＮＵへ向けて送られる下り方向の信号の流れを説明する。

上位から信号を受け取った局側装置ＯＬＴにおいて、中継されるべき論理リンクを特定するために、所定のブリッジ処理が行われる。このとき、局側装置ＯＬＴは、フレーム信号に、論理リンク識別子を含む同期ビットやＰＯＮヘッダなどの情報を付加し、光信号に変換して、幹線光ファイバ４ａに送る。下り信号の伝送レートは、送り先の宅側装置ＯＮＵの種類に応じて、ＧＥ−ＰＯＮ又は１０Ｇ−ＥＰＯＮの何れかに対応した信号となっている。

この下りの光信号は、特定の宅側装置ＯＮＵを指定した送信信号と、宅側装置ＯＮＵを指定しないアイドル信号との組み合わせで構成されており、途絶えることのない連続信号となっている。
幹線光ファイバ４ａに送られた光信号は、光信号中継装置７を通り、光カプラ５で分岐され、各支線光ファイバ４ｂを介して、各宅側装置ＯＮＵに送られる。このとき、当該論理リンクを含んでいる宅側装置ＯＮＵのみが、所定の光信号を取り込むことができる。そして、当該フレーム信号を取り込んだ宅側装置ＯＮＵは、宅内ネットワークインタフェースを中継し、端末装置にデータを送る。

次に、各宅側装置ＯＮＵからインターネット網などの上位のネットワークへ向けて送られる上り方向の信号の流れを説明する。
各端末装置からのデータは、各宅側装置ＯＮＵを介して、光バースト信号に変換される。光バースト信号を構成するビットの伝送レートは、宅側装置ＯＮＵの上りがＧＥ−ＰＯＮに対応した宅側装置ＯＮＵである場合1.25Gbps、１０Ｇ−ＥＰＯＮに対応した宅側装置ＯＮＵである場合、10.3125Gbpsである。

これらの光バースト信号は各支線光ファイバ４ｂを介して送信される。光バースト信号は、図１を参照して、宅側装置ＯＮＵ３ａからの光バースト信号６ａと、宅側装置ＯＮＵ３ｂからの光バースト信号６ｂと、宅側装置ＯＮＵ３ｃからの光バースト信号６ｃとで構成されている。本実施の形態の場合、光バースト信号６ａ，６ｂの伝送レートは、ＧＥ−ＰＯＮであるから1.25Gbps、光バースト信号６ｃの伝送レートは、１０Ｇ−ＥＰＯＮであるから10.3125Gbpsである。そして、光カプラ５を介して、幹線光ファイバ４ａ上をそれぞれの光バースト信号が多重化されて、光信号中継装置７を介して、局側装置ＯＬＴに送られる。光バースト信号は伝送距離や分岐数の違いにより、宅側装置ＯＮＵ毎に光強度と位相の異なる状態で局側装置ＯＬＴに届く。

なお図示しないが、各宅側装置ＯＮＵからの光バースト信号に含まれる信号は、プリアンブルを構成するプリアンブル部の信号、複数のフレームやセルが含まれたデータ部の信号等を含んでいる。局側装置ＯＬＴ内に備わる光受信部はプリアンブル部を利用して、光バースト信号毎に光強度を検出して０，１の判定閾値を決定すると同時に、位相を検出してビット同期を確立する。プリアンブル部のパターンは、ＧＥ−ＰＯＮでは８Ｂ１０Ｂのアイドル信号となっており、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは特定の同期パターンとなっている。そのマーク率（０，１の比率）は通常５０％、ビット数は固定となっている。

これらの光バースト信号は、互いに時間的に競合しないように制御を受ける。この制御は、局側装置ＯＬＴから各宅側装置ＯＮＵへデータを送信するとき、各宅側装置ＯＮＵに対して、上り光信号を送信してもよい期間ウインドウ（以下、単にウインドウともいう）を割り当てる制御フレームを通知することで行われる。したがって、同一の光通信システム１において、各宅側装置ＯＮＵから送られる上り光信号は、時間的競合を回避することができる。

このように局側装置ＯＬＴは、ウインドウを割り当てることにより、上り光信号が何れの宅側装置ＯＮＵから送られてくるかを把握しているので、受信する光バースト信号の伝送レートと受信タイミングを知っている。したがって、局側装置ＯＬＴは、局側装置ＯＬＴに設置されている上り光受信部の受信帯域幅と利得とを容易に制御することができる。
一方、光信号中継装置７は、光信号を電気信号に変換し、光信号に戻して中継する装置である。光信号は、光信号中継装置７を通ることにより、その信号波形が整形され、信号強度が増大され、一定化される（図１の信号６′ａ，６′ｂ，６′ｃ参照）。このようにして宅側装置ＯＮＵと局側装置ＯＬＴとの伝送距離を延ばすことができ、分岐数（宅側装置ＯＮＵの接続数）を増やすことができる。

ところが、光信号中継装置７は局側装置ＯＬＴと違って、各宅側装置ＯＮＵからの通信タイミングを管理していない。このため、光バースト信号を受信した後で、該光バースト信号に基づいて伝送レートを判別して、光受信部の帯域幅と利得を制御する必要がある。
光信号中継装置７は、本来、双方向の光信号中継装置７であって、一方が宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの上りの光バースト信号を中継し、他方が局側装置ＯＬＴから宅側装置ＯＮＵへの下りの光連続信号を中継するが、本実施の形態では、光信号中継装置７の、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの上りの光バースト信号を中継する部分（受信信号処理装置７０という）に注目する。

図２は、受信信号処理装置７０の内部構成を示すブロック図である。宅側装置ＯＮＵからの上り光バースト信号は、図２の左側から入力される。
受信信号処理装置７０は、光バースト信号を「モニタ光」と「信号光」に分岐する光カプラ７１と、遅延ファイバ７４と、信号光を受信する１Ｇ／１０Ｇ受信器７５と、モニタ光を入力して、該モニタ光の信号パターンを検出して、モニタ光の伝送レートが比較的低速の伝送レート（本実施の形態の場合、1.25Gb/s）か否かを判定するレート判定／信号検出部７２と、前記レート判定／信号検出部７２で判定された結果に応じて、１Ｇ／１０Ｇ受信器７５の中のプリアンプの利得及び帯域幅を切替えるための切替え信号を１Ｇ／１０Ｇ受信器７５に供給するレート／タイミング制御部７３と、１Ｇクロック・データ再生部７６ａと、１０Ｇクロック・データ再生部７６ｂと、１Ｇ同期部７７ａと、１０Ｇ同期部７７ｂと、１Ｇ／１０Ｇ切替部７８と、１Ｇ／１０Ｇ送信器７９とを備えている。

図３はレート判定／信号検出部７２の詳細な構成例を示すブロック図である。レート判定／信号検出部７２は光電変換素子ＡＰＤ、プリアンプ３１、ポストアンプ３２、１Ｇクロック・データ再生部３３、パターン判定部(８Ｂ／１０Ｂ)３４、及び強度モニタ回路３６、比較器３８を含んでいる。
光電変換素子ＡＰＤがモニタ光を受光すると、その光信号は電気信号に変換され、プリアンプ３１で増幅され、ポストアンプ３２に入力される。ポストアンプ３２は、該電気信号を増幅して０，１信号として出力する。

強度モニタ回路３６は、バースト信号を検出する。すなわち、バースト信号が入って来ると、強度モニタ回路３６が信号強度をモニタし、その信号強度が閾値を超えていれば、比較器３７は信号を出力するのでバースト信号を検出することができる。
この比較器３７の出力信号を、「信号有無検出信号」という。すなわち、信号有無検出信号が存在する期間は、１Ｇ信号であれ１０Ｇ信号であれ、信号を検出（光信号の強度検出）していると判定することができる。信号有無検出信号が存在しない期間は、信号がないと判定することができる。
なお、強度モニタ回路はピーク検出回路やローパスフィルタによる平均値回路で構成すことができる。

プリアンプ３１とポストアンプ３２の増幅帯域幅は、１Ｇ信号の帯域幅に合わせている。しかし、１０Ｇ信号が光電変換素子ＡＰＤに入ってきた場合、１０Ｇ信号の有無を検出することができる。この理由は、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは１０Ｇ信号のプリアンブル部に低周波成分を含む同期パターンが使用されているためである。
ポストアンプ３２から出力される増幅された電気信号は、１Ｇクロック・データ再生部３３によってクロック信号が抽出され、そのクロック信号でサンプリングされたデータ信号が、パターン判定部(８Ｂ／１０Ｂ)３４に入力される。パターン判定部(８Ｂ／１０Ｂ)３４は、１Ｇ信号のビットに基づいて８Ｂ／１０Ｂパターンを判定し、その出力を「レート判定信号」として出力する。なお、１Ｇクロック・データ再生部３３とパターン判定部（８Ｂ／１０Ｂ）３４は１Ｇ信号に対して動作できるが、１０Ｇ信号に対しては動作できない。

１Ｇクロック・データ再生部３３が受信信号に同期し、パターン判定部(８Ｂ／１０Ｂ)３４が８Ｂ／１０Ｂパターンを検出すれば、パターン判定部(８Ｂ／１０Ｂ)から出力信号が現れる。この出力信号を「レート判定信号」という。レート判定信号が出力されている間は１Ｇ信号を受信していると判定することができる。
このようにレート判定／信号検出部７２を１Ｇ信号を判定する構成としたことにより、光カプラ７１の分岐比を例えばα：（１−α）とすることができる。ただしαはモニタ光側の比率を表し、αは０を超え、０．５未満の実数、好ましくは０を超え、０．４未満の実数、である。

分岐比が設定された光カプラ７１の光学的構造は限定されないが、例えば、光ファイバを熔融接合し、光ファイバの一部を加熱して融着、延伸して形成することができる。このような光カプラは、一般的に「光ファイバカプラ」と呼ばれている。所望の分岐比を実現するために、入出力特性をモニタしながら製造する（特許文献３：「光ファイバカプラの製造方法」参照）。なお、光カプラの分岐比が、５０：５０の場合は「３ｄＢカプラ」、６０：４０の場合は「４ｄＢカプラ」、７０：３０の場合は「５ｄＢカプラ」などと呼ばれている。

なおレート判定／信号検出部７２のプリアンプ３１に、１０Ｇ信号に対応した帯域幅と利得を持つプリアンプを用いる構成も考えられるが、１Ｇ受信器のプリアンプの方が１０Ｇ受信器のプリアンプよりも感度特性が良く、弱い光レベルを検出することができるので、モニタ光の分岐比を下げることができ、光カプラ７１による信号光のレベル劣化を抑えることができる点で有利である。

レート／タイミング制御部７３は、レート判定／信号検出部７２からのレート判定信号と信号有無検出信号との組み合わせにより、信号が存在し、かつ、「レート判定信号」が検出されている場合は１Ｇ信号を受信していると判定する。信号が存在し、かつ、「レート判定信号」が検出されていない場合は１０Ｇ信号を受信していると判定する。信号が存在しない期間は、１Ｇ信号も１０Ｇ信号も受信していないと判定する。

レート／タイミング制御部７３は、これらの判定結果に基づいて、図２に示すように、１Ｇ信号を受信し始めた時点と１Ｇ信号が終了した時点とを示す「１Ｇ開始／終了信号」と、１０Ｇ信号を受信し始めた時点と１０Ｇ信号が終了した時点とを示す「１０Ｇ開始／終了信号」と、１Ｇ信号を受信しているか１０Ｇ信号を受信しているかを判別するための「１Ｇ／１０Ｇ切替信号」とを出力する。

図２を参照して、遅延ファイバ７４は、レート判定／信号検出部７２がモニタ光に基づいて１Ｇ／１０Ｇの判定をする時間的な余裕を確保するために、信号光を遅延させる素子である。遅延時間は例えば、μ秒のオーダーである。例えば、約２００ｍの遅延ファイバで１μ秒の遅延時間となる。
１Ｇ／１０Ｇ受信器７５は、図４に示すように、信号光を電気信号に変換する光電変換素子ＡＰＤと、電気信号を増幅するプリアンプ４１とポストアンプ４２とを含む。プリアンプ４１は、レート／タイミング制御部７３からの１Ｇ／１０Ｇ切替信号に応じて、利得及び帯域幅をそれぞれ少なくとも２種類切り換えることができる構成になっている。すなわち、１Ｇ信号を受信している場合には、プリアンプ４１の帯域幅を狭くし、利得を上げる。１０Ｇ信号を受信している場合には、プリアンプ４１の帯域幅を広くし、利得を下げる。このような切り替えは、例えば、プリアンプ４１の帰還ループに入っている抵抗の値を切り替えることにより行うことができる。

光電変換素子ＡＰＤが信号光を受光すると、その信号光は電気信号に変換され、プリアンプ４１で増幅される。プリアンプ４１には互いに並列に接続された帰還抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されていて、抵抗Ｒ２にはスイッチング素子であるＦＥＴが直列に入っている。ＦＥＴのゲートには、１Ｇ／１０Ｇ切替信号が印加される。
１Ｇ信号を受信しているときにはＦＥＴはオフになり、帰還抵抗値は、抵抗Ｒ１の抵抗になる。１０Ｇ信号を受信しているときにはＦＥＴはオンになり、帰還抵抗値は、抵抗Ｒ１とＲ２との並列抵抗値になる。抵抗Ｒ１とＲ２の抵抗値を設定することにより、１Ｇ信号を受信しているか１０Ｇ信号を受信しているかに応じて、プリアンプ４１のプリアンプの帯域幅と、利得とを切り替えることができる。１Ｇ信号の場合は帯域幅を狭くして利得を高くとり、１０Ｇ信号の場合は帯域幅を広くして利得を低くとる。

ポストアンプ４２は、プリアンプ４１から出力される電気信号を増幅して出力する。ポストアンプ４２は二段接続されていて、中間から二分岐して、一方を１Ｇデータの増幅用に、他方を１０Ｇデータの増幅用にすることができる。なお、２分岐する構成に代えて、１Ｇ／１０Ｇ切替信号に応じて動作する切替スイッチを設けてもよい。
１Ｇ／１０Ｇ受信器７５から出力される電気信号は、１Ｇ／１０Ｇクロック・データ再生部７６ａ，７６ｂに供給される。１Ｇ／１０Ｇクロック・データ再生部７６ａ，７６ｂは、１Ｇ／１０Ｇ受信器７５から出力される１Ｇ／１０Ｇデータから光バースト信号の各ビットに同期した再生クロックを抽出する。そして再生クロックによって受信信号の各ビットをサンプリングして１Ｇ／１０Ｇデータをパラレル信号に変換する。

１Ｇ／１０Ｇ同期部７７ａ，７７ｂには、１Ｇ／１０Ｇの再生クロックと、１Ｇ／１０Ｇのデータと、参照クロックが入力される。
前記参照クロックとは、光信号中継装置７内部で作られるクロックであり、前記再生クロックと同一周波数のクロックである。参照クロックは発振器を用いて作っても良く、局側装置ＯＬＴからの下り信号を抽出して作ってもよい。後者の場合、下り信号は、上り信号と違って常時信号が伝送されているので、下りの光連続信号から抽出することにより、時間的にとぎれることのない参照クロックを作ることができる。発振器を用いて作る場合も同様である。

１Ｇ／１０Ｇ同期部７７ａ，７７ｂは、１Ｇ／１０Ｇのデータと、参照クロックとに基づいて、同期のとれた、すなわち位相が完全にそろった１Ｇ／１０Ｇデータを復元する。なお１Ｇ／１０Ｇ同期部７７ａ，７７ｂの同期処理機能の詳細については、特許文献２に記載されている。
１Ｇ／１０Ｇ切替部７８は、レート／タイミング制御部７３からの１Ｇ／１０Ｇ切替信号に基づいて１Ｇ同期部７７ａの出力か、１０Ｇ同期部７７ｂの出力の何れかを選択する。

１Ｇ／１０Ｇ送信器７９は、電気信号を光信号に変換する。
なお、１Ｇ／１０Ｇ送信器７９は、無信号区間の発光を完全に停止しなければならない。そのために、１Ｇ／１０Ｇ同期部７７ａ，７７ｂは、光バースト信号区間のみ１Ｇ／１０Ｇ送信器７９が発光するように、バーストイネーブル信号をそれぞれ生成する。２つのバーストイネーブル信号は、論理和回路８０を通して、１Ｇ／１０Ｇ送信器７９に供給される。１Ｇ／１０Ｇ送信器７９はバーストイネーブル信号を取り込み、このバーストイネーブル信号に基づいて、バーストイネーブル信号が有効な時のみ発光するようにされる。

レート判定／信号検出部７２の１Ｇ受信器（１Ｇ信号の受信に最適な帯域幅、感度を持つプリアンプ３１、ポストアンプ３２、強度モニタ回路３６の組合せ）では、光電変換素子ＡＰＤに入るモニタ光のレベルが-40dBm でも、１Ｇ信号に対してBER=10^-4程度の受信感度を確保でき、クロック・データ再生部が同期して、パターン判定部で８Ｂ／１０Ｂ符号をパターン検出できることが分かっている。また、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは１０Ｇ信号のプリアンブルに低周波成分を含む同期パターンが使用されるため、１Ｇ受信器でも光バースト信号の有無の検出ができることが分かっている。

光カプラ７１に入力される入力光、光カプラ７１から１Ｇ／１０Ｇ受信器７５に供給される信号光、光カプラ７１からレート判定／信号検出部７２に供給されるモニタ光の各レベルを想定して、光カプラ７１の最適な分岐比を試算した。
上り中継の入力光のレベルを、１０Ｇ信号の場合、１０Ｇ−ＥＰＯＮ (IEEE802.3av)のBASE-PR-D3 (１０Ｇ)の受信レベル（-28.0dBm〜-6.0dBm, BER=10^-3）とし、１Ｇ信号の場合、10/１ＧBASE-PRX-D3 の受信レベル（-29.78dBm〜-9.38dBm, BER=10^-12）とした。

光カプラ７１の分岐比を1：9（モニタ光：信号光）に設定した。分岐後のモニタ光のレベルは、１Ｇ信号で、-39.78dBm〜-19.38dBmとなり、１０Ｇ信号で、-38.0dBm〜-16.0dBmとなる。したがって、１Ｇ信号で８Ｂ／１０Ｂ符号をパターン検出するために必要とされるモニタ光のレベル-40dBm を上回る。また、１０Ｇ信号の場合、パターン検出はできないが、光バースト信号の有無を検出できることがわかる。

このように、光カプラの分岐比を1：9（モニタ光：信号光）に設定することにより、信号光側の損失を0.46dB 程度に抑えることができる。
なお、光カプラ７１で分岐された信号光のレベルは、１０Ｇ信号で -28.46dBm〜-6.46dBm BER=10^-3となり、１Ｇ信号で-30.24dBm〜-9.83dBm BER=10^-12となる。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、光分岐器において、モニタ光と信号光に加えて第３の光に分岐させ、この第３の光を別の用途に使う場合にも本発明は適用可能である。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

１光通信システム
７光信号中継装置
３３１Ｇクロック・データ再生部
３４パターン判定部
４１プリアンプ（受信増幅器）
７０受信信号処理装置
７１光カプラ
７２レート判定／信号検出部（判定部）
７３レート／タイミング制御部（制御部）
７４遅延ファイバ
７５１Ｇ／１０Ｇ受信器

Claims

時間的に分離された形で送られてくる少なくとも２種類の異なる伝送レートの光バースト信号を受信し処理する受信信号処理装置であって、
前記光バースト信号をモニタ光と信号光に分岐する光分岐器と、
前記信号光を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記電気信号を増幅する受信増幅器であって、利得及び帯域幅を少なくとも２種類切り換えることのできる、受信増幅器と、
前記モニタ光を入力して、該モニタ光の信号パターンを検出して、前記モニタ光の伝送レートが比較的低速の伝送レートか否かを判定する判定部と、
前記判定部で判定されたレートが、比較的低速の伝送レートか否かに応じて、前記受信増幅器の利得及び帯域幅を切替える信号を前記受信増幅器に供給する制御部とを備える、受信信号処理装置。
前記光分岐器と前記受信増幅器との間に前記信号光又は前記信号光に基づいて変換された電気信号を遅延させる信号遅延部が挿入されており、前記信号遅延部の遅延時間が、前記比較的低速の伝送レートの光バースト信号のプリアンブル時間よりも長く設定されている、請求項１に記載の受信信号処理装置。
前記光分岐器におけるモニタ光と信号光との分岐比は、モニタ光に対しては０．４未満、信号光に対しては０．６以上である、請求項１又は請求項２に記載の受信信号処理装置。
前記判定部は、前記モニタ光を受信する受信部と、比較的低速の伝送レートでクロックを再生するクロック・データ再生部と、前記クロック・データ再生部の出力に基づいて信号パターンを検出するパターン判定部とを有し、前記パターン判定部の出力に基づいて比較的低速の伝送レートか否かを判別するものである、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の受信信号処理装置。
前記２種類の伝送レートの光バースト信号は１０Ｇ−ＥＰＯＮで使用される１０Ｇ光
バースト信号(10.3125Gb/s)と、ＧＥ−ＰＯＮで使用される１Ｇ光バースト信号(1.25Gb/s)であり、前記１Ｇ光バースト信号は８Ｂ／１０Ｂで符号化されている、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の受信信号処理装置。
ＰＯＮシステムの局側装置−宅側装置間に設置され、各宅側装置から送られてくる少なくとも２種類の異なる伝送レートの光バースト信号を中継する中継装置であって、前記宅側装置からの光バースト信号の受信部に、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の受信信号処理装置を採用した、中継装置。
光バースト信号をモニタ光と信号光に分岐し、前記信号光を電気信号に変換し、前記電気信号を受信増幅器によって増幅し、増幅された電気信号を光信号に変換する光信号中継方法であって、
前記光バースト信号が、時間的に分離された形で送られてくる少なくとも２種類の異なる伝送レートの光バースト信号であり、
前記モニタ光を入力して、該モニタ光の信号パターンを検出して、前記モニタ光の伝送レートが比較的低速の伝送レートか否かを判定し、
前記判定されたレートが比較的低速の伝送レートか否かに応じて、前記受信増幅器の利得及び帯域幅を切替える信号を前記受信増幅器に供給する、光信号中継方法。