JP2728725B2 - 光受信機及び光通信網 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ノード間を光伝送路を介して接続したシス
テムにおいて、各ノードから出力された光信号の衝突を
検出するようにした光受信機及び光通信網に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第８図に、光スター型ネットワークの構成を示す、こ
の光スター型ネットワークは、光スターカプラ51をセン
タノードに配置し、光スターカプラ51と複数の通信制御
アダプタ52間を、光ファイバケーブルでスター状に接続
して構成されている。このネットワークにおける通信形
態はパケット通信であり、個々の通信制御アダプタ52間
でCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision
Detection）方式を用いた通信が行われる。

また、各通信制御アダプタ52は、光電気変換部送信機
（E/O）53,光電気変換部受信機（O/E）54,送受信制御部
（TRC）55及び複数の端末インターフェース部（TINF）5
6を備えている。

複数の端末装置57が各端末インタフェース56によって
収容されており、送受信制御部55は各端末装置57から送
られてきた情報を端末インタフェース部56を介して受け
取り、パケット化して光電気変換部送信機53に供給す
る。反対に、送受信制御部55は、光伝送路（光ファイ
バ）から光電気変換部受信機54を介して送られてくる通
信制御アダプタ52自身宛てのパケットを分解し、対応す
る端末インタフェース部56に供給する。

また、端末インタフェース部56は、呼設定，解放及び
端末装置57との間のデータ伝送制御等の機能を実現す
る。

光電気変換部受信機54は、送受信制御部55の制御に基
づいて光伝送路のキャリア（光信号）の検出を行う。こ
の光伝送路が空き状態であれば、光電気変換部送信機53
にパケットが供給され、光電気変換部送信機53ではその
パケットをダイパルス（マンチェスタ）符号に変換し、
更に光信号に変換した後光伝送路に送出する。反対に、
光電気変換部受信機54では、光伝送路から供給されたパ
ケットを電気信号に変換した後、デリミタの検出を行
い、CSMA/CD方式のパケットを通信を実現する。

第９図に、伝送路符号として強度変調（IM）ダイパル
ス信号を採用した場合の従来の光電気変換部受信機54の
構成を示す。

第９図において、61はアバランシェ・ホト・ダイオー
ド（APD）を、62はAPDバイアス回路を、63は交流（AC）
増幅器を、64はパーシャルレスポンス（1,−１）回路
を、65は主増幅器を、66は波形整形回路を、67は比較器
を、68,71は識別器を、69は符号則違反（CRV）検出回路
を、70はキャリア検出回路を、72はタイミング抽出回路
を、73は1/2分周回路をそれぞれ示している。

他の通信制御アダプタ52内の光電気変換部送信機53か
ら出力された光信号が光電気変換部受信部54に供給され
ると、APDバイアス回路62によってバイアス電圧が加わ
ったアバランシェ・ホト・ダイオード61によって電気信
号に変換され、交流増幅器63によって増幅された後、パ
ーシャルレスポンス（1,−１）回路64に供給される。

低レベルの光受信信号を識別可能なレベルに増幅ため
に、安定性の良い交流増幅器63が用いられている。一
方、この交流増幅器63に供給されるアバランシェ・ホト
・ダイオード61の出力信号は直流分を有しており、交流
増幅器63の出力信号には直流分のレベル変動が生じる。
このため、入力信号のパターンにより最適識別レベルが
変動してSN比の劣化が生じる。特に、入力バースト信号
の立ち上がり部分では、正しくデータを識別できるまで
に、一定の時間待つ必要がある。

この直流分レベル変動を取り除くには単極性信号を交
流化すればよい。第９図に示した従来の光電気変換部受
信部54えはパーシャルレスポンス（1,−１）回路64を用
いて、入力信号の直流分レベル変動を入力光バースト信
号のほぼ立ち上がり部分から抑圧している。また、光信
号に重畳されたクロック信号を抽出するタイミング抽出
回路72においては、負荷Ｑが20〜40のタンク回路を使用
することで、タイミング信号の高速な立ち上がりを図っ
ている。以上のような回路的な工夫により、バースト信
号受信時において10ビット以内にビット同期の確率を行
っている。

一般に、パーシャルレスポンス回路を用いるとその出
力信号は３値信号に変換され、識別回路の構成が複雑化
する。多くの伝送符号が知られているが、ダイパルス等
の1B2B符号は、回路構成の簡略化が図れ、またBSI（Bit
Sequence Independence）符号でもある。

ダイパルス変換及びパーシャルレスポンス変換を行っ
た信号の符号則（−Δ識別の場合の符号則）を第10図に
示す。ダイパルス変換では、伝送情報Ｄの２つの信号か
らなるＤに変換する。更に、パーシャルレスポンス
（1,−１）回路64では、タイミング抽出回路72で抽出し
た符号伝送速度2f₀に対する１タイムスロット（周期）
時間だけ入力信号を遅延し、その遅延の前後の信号に対
する差分をとる操作が行われる。従って、この操作は続
く符号に影響を与えることになり、第10図に示した符号
則では、連続する２つの情報（語）の伝送を考慮した。

１語における前半の符号（以後CDチャネルと称する）
の信号状態は“＋",“−”あるいは零の３状態に分離す
る。また、後半の符号（以後情報チャネルと称する）の
信号状態は“＋”あるいは“−”に分離する。

比較器67では、零レベル付近（±Δ）に識別レベルを
設定し（第10図に示した例では−Δに設定している）、
両チャネルに対して符号伝送速度2f₀に相当するクロッ
ク信号を用いて識別する。１語とその直前の情報チャネ
ルの３つの識別出力からなる符号列は、信号衝突のない
場合には第10図に示した「識別出力」欄の値のみを取り
得る。

ここで、符号則違反（CRV）を、「CDチャネルにおい
てのみ識別誤りが生じ、その前後に隣接する情報チャネ
ルの何れにおいても識別誤りを生じていない状況」であ
ると定義する。すなわち、CRVパターンは第10図に示し
た４つのパターンに限定される。CDチャネルにおける状
態零は、“01"あるいは“10"の２語を伝送する場合に生
じ、この結果生じるCRVをCRV検出回路69によって監視す
ることにより、信号衝突の検出が可能となる。原情報
は、第10図に示すように情報チャネルの識別結果から識
別器71によって再生される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述した従来方式にあっては、光信号を電
気信号に変換してからパーシャルレスポンス（1,−１）
回路64による処理を行っていたため、このパーシャルレ
スポンス（1,−１）回路64の駆動速度制限から、高速
（Gb/s程度）伝送の光領域での光パケット信号の衝突検
出が難しいという問題点があった。

また、衝突する２つのパケット信号の電界をE₁,E₂と
すると、それぞれの検波電流はE₁×E₁ ^＊,E₂×E₂ ^＊（Ｅ
^＊はＥの共役成分）に比例したものになり、レベル差が
大きい場合（|E₁|≫|E₂|）に、レベルの小さい方の影響
が無視されるため、レベルが異なる光パケット信号の衝
突検出が困難であるという問題点があった。

本発明は、このような点にかんがみて創作されたもの
であり、光領域でのレベル差の大きな光信号の衝突検出
を容易に行うことができる光受信機及び光通信網を提供
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の光受信機及び光通信網の構成を示
す図である。

（ｉ）請求項１の発明 請求項１の光受信機は、各ビットが多値パルスで構成
される冗長符号に対応した入力光信号を２分配し、それ
ぞれに異なる遅延時間を与えた後合成して合成光信号を
出力する光パーシャルレスポンス回路と、合成光信号を
電気信号に変換する光−電気変換回路と、光−電気変換
回路から出力される電気信号に基づいて伝送情報の識別
を行う信号識別回路と、光−電気変換回路から出力され
る電気信号に基づいて冗長符号の符号則監視を行って、
伝送路上での信号の衝突を検出する光信号衝突検出回路
とを備えるように構成されている。

（ii）請求項２の発明 請求項２の光通信網は、請求項１の光受信機と、伝送
情報の各ビットを多値パルスで構成される冗長符号に変
換する符号化回路とこの符号化回路から出力される符号
化出力を光信号に変換する電気−光変換回路とを有する
光送信機とを備えたノードを複数個光学的に結合するよ
うに構成されている。

〔作 用〕

（ｉ）請求項１の発明 光パーシャルレスポンス回路では、各ビットが多値パ
ルスで構成される冗長符号に対応した入力光信号を２分
配し、それぞれに異なる遅延時間を与えた後合成する。
この合成光信号は光−電気変換回路に供給されて電気信
号に変換され、この変換された電気信号が信号識別回路
と光信号衝突検出回路とに供給される。信号識別回路で
はこの電気信号に基づいて伝送情報の識別を行い、光信
号衝突検出回路ではこの電気信号に基づいて、冗長符号
の符号則監視を行って、信号の衝突を検出する。

本発明にあっては、入力光信号に対してパーシャルレ
スポンス回路による光領域での処理が行われると共に、
この処理において異なる遅延時間を与えた２つの光信号
を合成して干渉させることにより、レベル差が大きな信
号の衝突検出が容易になる。

（ii）請求項２の発明 請求項２の光通信網においては、複数のノードが光学
的に結合されており、各ノードは請求項１の光受信機と
光送信機とを備えている。

この光送信機は、符号化回路と電気−光変換回路とを
有しており、符号化回路によって伝送情報の各ビットを
多値パルスで構成される冗長符号に変換し、この変換出
力を電気−光変換回路によって光信号に変換して光伝送
路に送出する。

本発明にあっては、光学的に結合された各ノードから
同時に光信号が送出された場合に、各ノードの光受信機
では、伝送情報の受信及び信号衝突の検出を行う。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に
説明する。

本発明の実施例における通信ネットワークとして、第
８図に示した光スター型ネットワークを考えるものとす
る。

第２図に、本発明の一実施例における光電気変換部送
信機の構成を示す。第２図に示した光電気変換部送信機
10は、第８図に示した各通信制御アダプタ52内の光電気
変換部送信機53に対応するものである。

第２図において、11は符号化回路を、12は半導体レー
ザダイオードを、13はレーザダイオード駆動回路をそれ
ぞれ示している。

伝送路符号としてはCMI符号を用いる。CMI符号は、情
報信号１ビットを伝送路符号２ビットに変換する1B2B符
号の１つで、符号伝送速度は情報伝送速度の２倍とな
る。広帯域特性を有する光ファイバを伝送媒体として選
んだときに、平衡度が良くBSIを確保できるこれらの符
号は非常に有効である。第３図に、CMI符号の変換符号
則を示す。

光電気変換部送信機10に入力されたデータは、符号化
回路11でCMI符号に変換される。レーザダイオード駆動
回路13は、このCMI符号に対して直接FM変換を行って半
導体レーザダイオード12を駆動し、半導体レーザダイオ
ード12から光伝送路に光信号（FM信号光）が入射され
る。

第４図に、半導体レーザダイオード12から出力される
光信号のスペクトルを示す。横軸は光信号の周波数を、
縦軸は入射光強度をそれぞれ示している。スペクトルの
低周波数側のピーク（中心周波数f₁）に伝送路符号のス
ペース（“0"）を、高周波数側のピーク（中心周波数
f₂）にマーク（“1"）を割り当て、その際の周波数偏移
をf_m（＝f₂−f₁）とする。

第５図に、本発明の一実施例における光電気変換部受
信機の構成を示す。第５図に示した光電気変換部受信部
20は、第８図に示した各通信制御アダプタ52内の光電気
変換部受信機54に対応するものである。

第５図において、21は光パーシャルレスポンス回路
を、22は１対のアバランシェ・ホト・ダイオード等から
成る受光素子を、23は交流増幅器を、24はバンドパスフ
ィルタを、25は増幅器を、26は符号変換則監視用の識別
器を、27はタイミング抽出回路を、28は1/2分周回路
を、29は符号則誤り（CRV）検出回路を、30はキャリア
検出回路を、31は伝送情報用の識別器をそれぞれ示して
いる。

光パーシャルレスポンス回路21は、２つの方向性結合
器と、これらを結ぶ２つの導波路で構成されている。光
パーシャルレスポンス回路21では、入力される光信号を
２つに分割し、一方を符号伝送速度2f₀に対する１周期
時間だけ遅延した後他方の信号と再結合して受光素子22
に送る。もし、結合した２つの導波路の光波が同じ光周
波数を持っているなら、受光素子22の出力（光電流）は
直流成分のみとなる。しかし、もし２つの光周波数がf_m
だけずれていたら、受光素子22の出力には周波数f_mの中
間周波（IF）信号が存在する。伝送路符号“1",“0"の
２値の原データは、IF信号を中心周波数f_mのバンドパス
フィルタ24を介することで得られる。

第６図に、CMI変換及び光パーシャルレスポンス変換
を行った信号の符号則を示す。上述したように、光パー
シャルレスポンス回路21では、符号伝送速度2f₀に対す
る１周期時間だけ光入力信号を遅延し、その信号との搬
送周波数の差分をとる操作が行われる。従って、この操
作は引き続く符号に影響を及ぼすことになり、第６図に
示した符号則では連続する２つの情報（語）の伝送を考
慮した。

１語における前半の符号（CDチャネル）及び後半の符
号（情報チャネル）においては、バンドパスフィルタ24
によって抽出された信号の振幅は零あるい“＋”に分離
される。

識別器26における識別レベルを零レベル近く（±Δ）
に設定し、タイミング抽出回路27によって抽出した符号
伝送速度2f₀に相当するクロック信号を用いて、両チャ
ネルの識別を行う。１語とその直前の情報チャネルの３
つの識別出力からなる符号列は、信号衝突のない場合に
は第６図に示した「IF信号識別出力」の値を取り得る。
すなわち、CDチャネルにおける状態零（IF信号識別出力
のCDチャネルが零の場合）は、信号系列が“01",“10"
の２語を伝送する場合に生じ、対応するCRVパターンは
第６図に示したものに限られる。従って、このCRVを監
視することにより、信号衝突の検出が可能になる。

また、識別器31は、識別器26から出力される情報チャ
ネルを反転することにより原情報を得る（第６図の「再
生出力」参照）。

実施例において、例えばパケットの先頭に同期確立の
ためのプリアンブルパターン（“01"パターン）を送出
するようにする。タイミング抽出回路27はこのプリアン
プルパターンに基づいて符号伝送速度2f₀に等しいクロ
ック信号を抽出し、1/2分周回路28は更にこのクロック
信号を分周して情報伝送速度f₀に等しいクロック信号を
得る。ところで、この1/2分周回路28から出力されるク
ロック信号は180゜の位相不確定を有しており、同期外
れの場合にはCRVが発生する。このCRVをCRV検出回路29
で検出した場合には、1/2分周回路28から出力するクロ
ック信号の位相を反転し、同期引き込みを行ってビット
同期を確立している。

第８図に示した光スター型ネットワークにおいては、
複数の通信制御アダプタ52から同時に光パケット信号が
送出され、パケットの衝突が発生する可能性がある。本
実施例においては、光パーシャルレスポンス回路21を用
いた自己ホモダイン検波により、検波電流にはE₁×
E₁ ^＊,E₂×E₂ ^＊に比例した成分だけでなく、更にE₁×E₂
^＊やE₂×E₁ ^＊に比例した成分もあり、衝突するパケット
のレベル差が大きくても符号則誤りが容易に検出でき
る。

また、実施例では、パーシャルレスポンス変換を光パ
ーシャルレスポンス回路21によって光領域で処理してい
るため、光領域での信号衝突の検出を行うことが可能に
なる。

尚、上述した実施例においては、冗長符号としてCMI
符号を用いたが、第７図に符号則を示したDMI符号でも
同様な処理が可能である。

〔発明の効果〕

上述したように、請求項１及び請求項２の発明によれ
ば、入力光信号に対してパーシャルレスポンス回路によ
る処理を行うことにより、光領域での衝突検出が可能に
なる。

また、パーシャルレスポンス回路において、異なる遅
延時間を与えた２つの光信号を合成して干渉させている
ので、２つの信号が衝突した場合に、レベルが小さい方
の信号がレベルの大きい方に影響を与えるため、レベル
差が大きな信号の衝突検出が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光受信機及び光通信網の構成を示す
図、 第２図は一実施例の光電気変換部送信機の構成図、 第３図はCMI符号の説明図、 第４図は光信号のスペクトルの説明図、 第５図は一実施例の光電気変換部受信機の構成図、 第６図は一実施例の符号変換則の説明図、 第７図はDMI符号の説明図、 第８図は光スター型ネットワークの構成図、 第９図は従来の光電気変換部受信機の構成図、 第10図は従来の符号変換則の説明図である。 図において、 10は光電気変換部送信機、 11は符号化回路、 12は半導体レーザダイオード、 13はレーザダイオード駆動回路、 20は光電気変換部受信機、 21は光パーシャルレスポンス回路、 22は受光素子、 23は交流増幅器、 24はバンドパスフィルタ、 25は増幅器、 26,31は識別器、 27はタイミング抽出回路、 28は1/2分周回路、 29はCRV検出回路、 30はキャリア検出回路である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各ビットが多値パルスで構成される冗長符
   号に対応した入力光信号を２分配し、それぞれに異なる
   遅延時間を与えた後合成して合成光信号を出力する光パ
   ーシャルレスポンス回路と、 前記合成光信号を電気信号に変換する光−電気変換回路
   と、 前記光−電気変換回路から出力される電気信号に基づい
   て伝送情報の識別を行う信号識別回路と、 前記光−電気変換回路から出力される電気信号に基づい
   て冗長符号の符号則監視を行って、伝送路上での信号の
   衝突を検出する光信号衝突検出回路と、 を備えるように構成したことを特徴とする光受信機。
2. 【請求項２】請求項１の光受信機と、 伝送情報の各ビットを多値パルスで構成される冗長符号
   に変換する符号化回路とこの符号化回路から出力される
   符号化出力を光信号に変換する電気−光変換回路とを有
   する光送信機と、 を備えたノードを複数個光学的に結合したことを特徴と
   する光通信網。