JP4215031B2

JP4215031B2 - 光通信システム

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Publication number: JP4215031B2
Application number: JP2005173736A
Authority: JP
Inventors: 剛入江
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: US20070160371A1; US7672596B2; JP2006352329A

Description

本発明は、光通信で使用される光通信システムに関する。

光通信では、通信規格によって光信号の様々な伝送レートが規定されている。近年では、可変の伝送レートを有する光信号を受信可能な光通信システム、すなわちマルチレート通信に対応した光通信システムが求められている。

無線通信の分野では、複数の伝送レートに対応可能な受信機が公開されている（特許文献１を参照）。この受信機は、無線信号を受けるフィルタ及びアンプの組を伝送レートごとに複数備えている。フィルタ及びアンプの前段には、無線信号の供給先を定めるスイッチが設置されている。このスイッチの動作を伝送レートに応じて制御することにより、無線信号がその伝送レートに合致したフィルタ及びアンプに供給される。
米国特許第６，５８４，３０４号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の技術を光通信システムに応用すると、伝送レートを判別する間、及びスイッチの状態を変更する間に受信データの欠落が生じてしまう。

そこで、本発明は、可変の伝送レートを有する光信号を、データの欠落を生じさせることなく受信できる光通信システムを提供することを目的としている。

本発明の光通信システムは、複数の所定の伝送レートのいずれかを有する光信号を受信する。この光通信システムは、光信号を電気信号に変換する受光部と、伝送レートに対応した互いに異なる複数の周波数範囲内で、電気信号から各クロック信号を抽出するクロック抽出部と、クロック信号を用いて電気信号から複数のデータ信号を再生するデータ再生部と、複数のデータ信号を個別に記憶する複数の記憶部と、複数の記憶部から複数のデータ信号を読み取って、光信号の伝送レートを判別する伝送レート判別部と、伝送レート判別部の判別結果に応じたデータ信号を読み出して出力するデータ読出部とを備えている。

光信号がとりうる伝送レートに対応した第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の周波数範囲内でクロック信号が抽出されるので、光信号がいずれの伝送レートを有していても、いずれかの周波数範囲内でクロック信号が正しく抽出され、そのクロック信号を用いてデータ信号が正しく再生される。このデータ信号は、第１〜第Ｎの記憶部のいずれかに記憶される。データ読出部は、伝送レート判別部によって判別された伝送レートに対応する記憶部からデータ信号を読み出して出力する。したがって、光受信システムは、可変の伝送レートを有する光信号を適切に電気信号に変換することができる。伝送レートを判別する間も記憶部がデータ信号を記憶するので、データの欠落を防止することができる。

伝送レート判別部は、複数のデータ信号の周波数成分を計算することにより光信号の伝送レートを判別してもよい。

光信号の伝送レートは、その光信号から変換される電気信号、及びその電気信号から再生されたデータ信号の周波数分布に反映される。これらの周波数分布は、伝送レートごとに固有の特徴を有している。現在の伝送レートに対応する周波数範囲内で抽出されたクロック信号のみがデータ信号を正しく再生できるので、第１〜第Ｎのデータ信号のうち伝送レートに固有の特徴を有するデータ信号は一つに限られる。第１〜第Ｎのデータ信号は、第１〜第Ｎの伝送レートに対応しているので、伝送レートに固有の特徴を有するデータ信号が第ｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数）のデータ信号であれば、現在の伝送レートは第ｉの伝送レートであると判別される。

光信号は、現在の伝送レートを示す判別用データを含んでいてもよい。伝送レート判別部は、複数のデータ信号のうち判別用データを含むデータ信号を特定してもよい。データ読出部は、この特定されたデータ信号を記憶する記憶部から当該データ信号を読み出してもよい。

現在の伝送レートに対応する周波数範囲内で抽出されたクロック信号のみがデータ信号を正しく再生できるので、第１〜第Ｎのデータ信号のうち判別用データを含むデータ信号は一つに限られる。第１〜第Ｎのデータ信号は、第１〜第Ｎの伝送レートに対応しているので、判別用データを含むデータ信号が第ｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数）のデータ信号であれば、現在の伝送レートは第ｉの伝送レートであると判別される。

本発明に係る光通信システムは、受光部が出力する電気信号が分岐されて供給され、これらの分岐された電気信号を独立して増幅する複数の増幅部を更に備えていてもよい。各増幅部は、所定の各伝送レートに対応する周波数帯域を有していてもよい。各増幅部と受光部とは光通信システムに脱着可能な一つのパッケージに収納されていてもよい。各増幅部がパッケージの外部に出力信号を出力するために、それぞれに対応する複数の出力端子を更に備えていてもよい。

この構成では、伝送レートごとに個別に増幅部が用意されているので、光信号から変換される電気信号を、その光信号の伝送レートに応じて異なる周波数帯域及び利得で増幅することが可能である。したがって、伝送レートに応じて要求される受信感度が異なる場合でも、各増幅部の利得を適切に設定することで、伝送レートごとに受信感度を最適化することができる。また、増幅部と受光部とは光通信システムに脱着可能であるので、容易に交換することができ、伝送レートごとに受信感度を最適化することが容易である。

本発明の光通信システムは、伝送レートのうち最も高い伝送レートに対応する周波数帯域を有する一の増幅部と受光部との間に接続され、電気信号を伝送する伝送線路と、伝送線路の一端に接続された第１の終端抵抗と、伝送線路の他端と前記一の増幅部との間に接続され、第１の終端抵抗と等しい抵抗値を有する第２の終端抵抗と、他の増幅部と伝送線路の他端との間に直列接続され、第１及び第２の終端抵抗よりも高い抵抗値を有する抵抗とを備えていてもよい。

最も高い伝送レート用の増幅部と受光部とが伝送線路を介して接続されており、この伝送線路は第１及び第２の終端抵抗によって終端されているので、この増幅部と受光部との間の反射による信号波形の劣化が低減される。また、より低い伝送レート用の増幅部と伝送線路との間には、終端抵抗より高い抵抗値を有する抵抗が接続されている。これにより、低い伝送レート用の増幅部を伝送線路に接続することによるインピーダンスのミスマッチが抑えられる。その結果、最も高い伝送レートを有する光信号のパワー損失が低減される。

本発明の光通信システムは、光信号がとりうる伝送レートに応じて再生されたデータ信号を複数の記憶部に格納しておき、伝送レートを判別した後、その伝送レートに対応した記憶部からデータ信号を読み出す。したがって、本発明の光通信システムは、可変の伝送レートを有する光信号を、データの欠落を生じさせることなく受信することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光通信システムを示す回路ブロック図である。この光通信システム１０は、マルチレート通信に対応しており、可変の伝送レートを有する光信号を受信して電気信号に変換することが可能である。本実施形態では、光信号はディジタル変調されている。光通信における伝送レートは、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨなどの通信規格で定められている。これらの通信規格では、最低でも４倍の違いを有する複数の伝送レートが規定されている。本実施形態では、光信号の伝送レートが２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ、及び１５６Ｍｂｐｓの間で切り替えられるものとする。伝送レートの切り替えの際、光通信システム１０の動作を停止する必要はない。すなわち、光通信システム１０は、伝送レートの動的な変動に対応して光信号を適切に受信することができる。

光通信システム１０は、光受信モジュール１１、クロックデータ再生（Clock and Data Recovery：ＣＤＲ）部２００、記憶部２２０、スイッチ部２４０及び伝送レート判別部２６０を備えている。光通信システム１０は、スイッチ部２４０の出力端子２５０に接続された図示しない後段回路を更に備えている。この後段回路は、光信号から変換された電気信号を出力端子２５０から受けて、所定の信号処理を実行する。クロックデータ再生部２００、記憶部２２０、スイッチ部２４０、伝送レート判別部２６０及び後段回路は、回路基板（図示せず）上に実装されている。光受信モジュール１１は信号ピン１７１〜１７３を有しており、これらの信号ピンを介して回路基板に接続されている。

光受信モジュール１１は、光信号を受けて電圧信号に変換し、その電圧信号をフィルタリング及び増幅して出力する。光受信モジュール１１は、受光素子１２、フロントエンドアンプ１４、及び増幅部１９１〜１９３を有している。本実施形態では、光受信モジュール１１は光通信システム１０に脱着可能な一つのパッケージに収納されている。このパッケージは信号ピン１７１〜１７３を出力端子としている。

受光素子１２は、光信号に応じた電流信号を生成し、この電流信号をフロントエンドアンプ１４へ出力する。本実施形態では、受光素子１２はフォトダイオードである。受光素子１２のカソードは基準電位１３に接続され、アノードはフロントエンドアンプ１４の入力端子に接続されている。

フロントエンドアンプ１４は、受光素子１２からの電流信号を電圧信号に変換する。この電圧信号は、光信号と同じ伝送レートを有しており、また、その伝送レートに応じた周波数分布を有している。フロントエンドアンプ１４の出力端子は、共通のノード１９５を介して増幅部１９１〜１９３に接続されている。したがって、フロントエンドアンプ１４の出力信号は、三つに分岐されて増幅部１９１〜１９３に送られる。

増幅部１９１〜１９３は、ローパスフィルタ１６１〜１６３とポストアンプ１８１〜１８３とを含んでいる。ローパスフィルタ１６１〜１６３の各入力端子は、ノード１９５を介してフロントエンドアンプ１４の出力端子に接続されている。

ローパスフィルタ１６１〜１６３は、フロントエンドアンプ１４の出力電圧信号の周波数帯域を制限し、高周波ノイズを除去するために使用される。ローパスフィルタ１６１、１６２及び１６３は、光信号がとりうる三つの伝送レート、すなわち２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ及び１５６Ｍｂｐｓにそれぞれ対応している。光信号は、これらの伝送レートのいずれをも有する可能性がある。フロントエンドアンプ１４の出力信号は、現在の伝送レートに応じた周波数分布を有する。このため、ローパスフィルタ１６１〜１６３は、すべての伝送レートに適応できるように、光信号のとりうる伝送レートに対応した互いに異なるカットオフ周波数及び通過帯域を有している。具体的には、高い伝送レート用のフィルタほど、カットオフ周波数が高く、通過帯域が広い。

このように、ローパスフィルタ１６１〜１６３は、フロントエンドアンプ１４の出力信号のうち伝送レートに応じた周波数帯域の成分を通過させる。したがって、ローパスフィルタ１６１〜１６３は、対応する伝送レートの光信号から変換された電圧信号については、信号成分を除去することなくノイズ成分を除去することができる。

ローパスフィルタ１６１、１６２及び１６３の出力端子は、それぞれポストアンプ１８１、１８２及び１８３の入力端子に接続されている。ポストアンプ１８１〜１８３は、光信号がとりうる伝送レート、すなわち２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ及び１５６Ｍｂｐｓにそれぞれ対応した互いに異なる周波数帯域を有しており、ローパスフィルタ１６１〜１６３を通過した電圧信号を増幅する。

ポストアンプ１８１〜１８３によって増幅された三つの電圧信号は、光受信モジュール１１の信号ピン１７１〜１７３からそれぞれ出力される。これらの信号ピンは、クロックデータ再生部２００に接続されている。クロックデータ再生部２００は、三つのクロックデータ再生回路（以下、「ＣＤＲ」と表記する）２０１〜２０３を有している。信号ピン１７１、１７２及び１７３は、ＣＤＲ２０１、２０２及び２０３の入力端子にそれぞれ接続されている。

ＣＤＲ２０１〜２０３は、ポストアンプ１８１〜１８３の出力電圧信号をそれぞれ受け、それらの電圧信号からクロック信号を抽出する。ＣＤＲ２０１〜２０３は、光信号がとりうる三つの伝送レート、すなわち２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ、１５６Ｍｂｐｓに対応しており、各伝送レートに応じた周波数範囲内でクロック信号を抽出する。本実施形態では、ＣＤＲ２０１、２０２及び２０３が抽出可能なクロック信号の周波数範囲は、それぞれ２４８８ＭＨｚ、６２２ＭＨｚ、１５６ＭＨｚを中心として定められている。

更に、ＣＤＲ２０１〜２０３は、抽出したクロック信号を用いて、ポストアンプ１８１〜１８３の出力電圧信号からデータ信号を再生する。したがって、ＣＤＲ２０１、２０２及び２０３は、光信号の伝送レートがそれぞれ２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ、１５６Ｍｂｐｓのときにデータ信号を正しく再生することができる。

このように、ＣＤＲ２０１〜２０３が抽出可能なクロック信号の周波数は、光信号がとりうる複数の伝送レートに応じた互いに異なる周波数範囲に制限されている。ＣＤＲに入力される電圧信号の伝送レートがこの周波数範囲外である場合には、ＣＤＲ内のＰＬＬ（Phase Locked Loops）がロックせず、ＣＤＲが抽出するクロック信号の周波数が不安定になる。これに応じて、ＣＤＲが再生するデータ信号の周波数も不安定になる。

ＣＤＲ２０１〜２０３によって再生されたクロック信号及びデータ信号は、記憶部２２０に供給される。記憶部２２０は、三つのバッファメモリ２２１〜２２３を有している。バッファメモリ２２１、２２２及び２２３は、ＣＤＲ２０１、２０２及び２０３からのクロック信号及びデータ信号をそれぞれ記憶する。本実施形態では、各バッファメモリは、シフトレジスタやデュアルアクセスメモリなどのＦＩＦＯ（First In First Out）メモリである。

バッファメモリ２２１〜２２３の出力端子は、スイッチ部２４０に接続されている。スイッチ部２４０は、三つのスイッチ２４１〜２４３を有している。バッファメモリ２２１、２２２及び２２３の出力端子は、スイッチ２４１、２４２及び２４３の第１の端子にそれぞれ接続されている。スイッチ２４１、２４２及び２４３の第２の端子は、出力端子２５０に接続されている。スイッチ２４１〜２４３がオン状態のときは、それぞれバッファメモリ２２１〜２２３からクロック信号及びデータ信号が読み出され、出力端子２５０を通じて後段回路へ出力される。

バッファメモリ２２１〜２２３の出力端子は、伝送レート判別部２６０の入力端子にも接続されている。伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２１〜２２３からデータ信号を読み出し、それらのデータ信号に基づいて光信号の伝送レートを判別する。また、伝送レート判別部２６０は、この判別結果に従って制御信号を生成し、スイッチ部２４０へ出力する。この制御信号は、スイッチ２４１〜２４３のオンオフ状態を制御する。

以下では、伝送レート判別部２６０をより詳細に説明する。図２は、伝送レート判別部２６０の構成を示すブロック図である。伝送レート判別部２６０は、フーリエ変換部２８１〜２８３、規格化部３００、比較部３２１〜３２３、及び制御信号生成部３４０を備える。

フーリエ変換部２８１〜２８３は、バッファメモリ２２１〜２２３に記憶されたデータ信号のうち所定の時間分を順次に読み込み、データ信号の周波数分布を解析する。より具体的に述べると、フーリエ変換部２８１〜２８３は、まず、バッファメモリ２２１に記憶されたデータ信号の先頭から所定の長さにわたる部分、すなわち図２のＡ部分を読み込む。このＡ部分は、フーリエ変換部２８１、２８２及び２８３に同時に入力される。

フーリエ変換部２８１〜２８３は、データ信号のＡ部分をフーリエ変換して、ｎ個の周波数におけるフーリエ係数を求める。対象とする周波数はフーリエ変換部２８１〜２８３の間で互いに異なっており、光信号がとりうる伝送レートに応じた周波数帯域から選択される。例えば、フーリエ変換部２８１は、伝送レート２４８８Ｍｂｐｓに応じた周波数（＝１２４４ＭＨｚ）近傍の成分（ａ_１、…、ａ_ｎ）を求める。これは、伝送レート６２２Ｍｂｐｓおよび１５６Ｍｂｐｓの信号には含まれない成分である。同様に、フーリエ変換部２８２は、伝送レート６２２Ｍｂｐｓに応じた周波数（＝３１１ＭＨｚ）近傍の成分（ｂ_１、…、ｂ_ｎ）を求める。これは、伝送レート１５６Ｍｂｐｓの信号には含まれない成分である。また、フーリエ変換部２８３は、伝送レート１５６Ｍｂｐｓに応じた周波数（＝７７ＭＨｚ）近傍の成分（ｃ_１、…、ｃ_ｎ）を求める。

更に具体的には、自乗和（ａ_１ ^２＋…＋ａ_ｎ ^２）が１２４４ＭＨｚ成分の出力に相当し、（ｂ_１ ^２＋…＋ｂ_ｎ ^２）、（ｃ_１ ^２＋…＋ｃ_ｎ ^２）がそれぞれ３１１ＭＨｚ成分の出力、７７ＭＨｚ成分の出力に相当する。フーリエ変換部２８１の出力（ａ_１ ^２＋…＋ａ_ｎ ^２）を第１の信号とし、フーリエ変換部２８２の出力（ｂ_１ ^２＋…＋ｂ_ｎ ^２）を第２の信号とし、フーリエ変換部２８３の出力（ｃ_１ ^２＋…＋ｃ_ｎ ^２）を第３の信号とする。

この後、フーリエ変換部２８１〜２８３は、バッファメモリ２２２からデータ信号のＡ部分を読み込んで第１〜第３の信号を生成し、続いて、バッファメモリ２２３からもデータ信号のＡ部分を読み込んで第１〜第３の信号を生成する。

規格化部３００は、フーリエ変換部２８１〜２８３から第１〜第３の出力信号を受けると、所定の周波数成分（例えば、１０ＭＨｚ成分）が１となるように各信号を規格化する。規格化された第１、第２及び第３の信号は、それぞれ比較部３２１、３２２及び３２３に入力される。比較部３２１〜３２３は、それぞれ第１〜第３の信号を所定の基準電圧と比較し、これらの信号が基準電圧より高い場合はハイレベルの信号を出力し、基準電圧より低い場合にはローレベルの信号を出力する。

比較部３２１〜３２３の出力信号は、制御信号生成部３４０に送られる。制御信号生成部３４０は、比較部３２１〜３２３の出力信号のうち、いずれか一つの信号がハイレベルの場合は、ハイレベルの制御信号を出力する。一方、比較部３２１〜３２３からの信号がすべてローレベルの場合には、制御信号生成部３４０は、ローレベルの制御信号を出力する。この制御信号は、スイッチ２４１〜２４３の一つに供給され、そのスイッチのオンオフ状態を制御する。各スイッチは、ハイレベルの制御信号を受けるとオン状態となり、ローレベルの制御信号を受けるとオフ状態になる。制御信号の供給先は、制御信号の生成に使用されたデータ信号がどのバッファメモリから読み出されたものであるかに応じて決定される。すなわち、バッファメモリ２２１内のデータ信号から制御信号が生成される場合は、スイッチ２４１に制御信号が供給される。同様に、バッファメモリ２２２又は２２３内のデータ信号から制御信号が生成される場合は、スイッチ２４２又は２４３に制御信号が供給される。

なお、バッファメモリ２２１〜２２３は、伝送レートの判別及びスイッチの制御中もデータ信号の記憶を継続して行っている。各バッファメモリは、伝送レートの判別に必要な長さのデータ信号（図２のＡ部分）に加えて、伝送レートの判別およびスイッチの制御中に入力されるデータ信号（図２のＢ部分）を記憶するのに十分な記憶容量を有している。バッファメモリ２２１〜２２３の記憶容量は均一である必要はなく、伝送レート、あるいは伝送レートを定める通信規格に応じて異なる記憶容量をバッファメモリ２２１〜２２３に与えてもよい。

以下では、光信号の伝送レートが２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ及び１５６Ｍｂｐｓの各々の場合について光通信システム１０の動作を詳細に説明する。光通信システム１０に光信号が入射すると、光信号に応じた電流信号が受光素子１２によって生成され、この電流信号に応じた電圧信号がフロントエンドアンプ１４によって生成される。この電圧信号は三つに分岐され、ローパスフィルタ１６１〜１６３によってフィルタリングされた後、ポストアンプ１８１〜１８３によって増幅される。増幅された三つの電圧信号は、それぞれＣＤＲ２０１〜２０３に入力される。

光信号の伝送レートが２４８８Ｍｂｐｓの場合、ＣＤＲ２０１内のＰＬＬがロックするので、２４８８ＭＨｚのクロック信号と、そのクロック信号を用いて電圧信号から再生された２４８８Ｍｂｐｓのデータ信号がバッファメモリ２２１に記憶される。一方、ＣＤＲ２０２及び２０３内のＰＬＬはロックしないので、バッファメモリ２２２及び２２３には、周波数が不安定で時間的に変動するクロック信号及びデータ信号が記憶される。

伝送レート判別部２６０は、まず、バッファメモリ２２１から２４８８Ｍｂｐｓのデータ信号を読み込む。このデータ信号は、１２４４ＭＨｚ、３１１ＭＨｚ、及び７７ＭＨｚの周波数成分を多く含んでいるので、フーリエ変換部２８１〜２８３から出力される第１〜第３の信号は上述した基準電圧以上となる。したがって、比較部３２１〜３２３はすべてハイレベルの信号を出力し、それに応じて制御信号生成部３４０は、ハイレベルの制御信号をスイッチ２４１へ出力する。

次いで、伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２２からデータ信号を読み込む。上述のように、このデータ信号は周波数が不安定なため、１２４４ＭＨｚ以下の周波数帯域において平坦化された周波数スペクトラムを有する。このため、１２４４ＭＨｚ、３１１ＭＨｚ及び７７ＭＨｚの各周波数成分が低くなり、その結果、フーリエ変換部２８１〜２８３から出力される第１〜第３の信号が基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１〜３２３はすべてローレベルの信号を出力し、制御信号生成部３４０はローレベルの制御信号をスイッチ２４２へ出力する。

続いて、伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２３からデータ信号を読み込む。このデータ信号も周波数が不安定なため、フーリエ変換部２８１〜２８３から出力される第１〜第３の信号が基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１〜３２３はすべてローレベルの信号を出力し、制御信号生成部３４０はローレベルの制御信号をスイッチ２４３へ出力する。

このように、光信号の伝送レートが２４８８Ｍｂｐｓの場合、バッファメモリ２２１に接続されたスイッチ２４１のみがオン状態にされ、他のスイッチ２４２及び２４３はオフ状態にされる。この結果、２４８８ＭＨｚのクロック信号と２４８８Ｍｂｐｓのデータ信号がバッファメモリ２２１から読み出され、出力端子２５０から出力される。

次に、光信号の伝送レートが６２２Ｍｂｐｓの場合を説明する。この場合、ＣＤＲ２０２内のＰＬＬがロックし、バッファメモリ２２２には６２２ＭＨｚのクロック信号と６２２Ｍｂｐｓのデータ信号が記憶される。一方、ＣＤＲ２０１及び２０３内のＰＬＬはロックしないので、バッファメモリ２２１及び２２３に記憶されるクロック信号及びデータ信号は、不安定で時間的に変動する周波数を持つことになる。

伝送レート判別部２６０は、まず、バッファメモリ２２１からデータ信号を読み込む。このデータ信号は、伝送レートが６２２ＭＨｚの光信号から生成されたものなので、６２２ＭＨｚ以上の周波数成分は、ほとんど含まない。したがって、フーリエ変換部２８１から出力される第１の信号は基準電圧未満となる。また、このデータ信号は周波数が不安定なため、３１１ＭＨｚ以下の周波数帯域において平坦化された周波数スペクトラムを有する。このため、３１１ＭＨｚ及び７７ＭＨｚの各周波数成分が低く、フーリエ変換部２８２及び２８３から出力される第２及び第３の信号が基準電圧未満となる。この結果、比較部３２１〜３２３はすべてローレベルの信号を出力し、制御信号生成部３４０はローレベルの制御信号をスイッチ２４１へ出力する。

次いで、伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２２から６２２Ｍｂｐｓのデータ信号を読み込む。このデータ信号は、３１１ＭＨｚ及び７７ＭＨｚの周波数成分を特に多く含んでいるので、フーリエ変換部２８２及び２８３から出力される第２及び第３の信号が基準電圧以上となる。また、このデータ信号には、３１１ＭＨｚより高い周波数成分はほとんど含まれないので、フーリエ変換部２８１から出力される第１の信号は基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１、３２２及び３２３は、それぞれ、ローレベル、ハイレベル及びハイレベルの信号を出力する。これに応じて、制御信号生成部３４０は、ハイレベルの制御信号をスイッチ２４２へ出力する。

続いて、伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２３からデータ信号を読み込む。このデータ信号は周波数が不安定なため、３１１ＭＨｚ及び７７ＭＨｚの各周波数成分が低く、したがって、フーリエ変換部２８２及び２８３から出力される第２及び第３の信号が基準電圧未満となる。また、このデータ信号には、３１１ＭＨｚより高い周波数成分はほとんど含まれないので、フーリエ変換部２８１から出力される第１の信号も基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１〜３２３はすべてローレベルの信号を出力し、制御信号生成部３４０はローレベルの制御信号をスイッチ２４３へ出力する。

このように、光信号の伝送レートが６２２Ｍｂｐｓの場合、バッファメモリ２２２に接続されたスイッチ２４２のみがオン状態にされ、他のスイッチ２４１及び２４３はオフ状態にされる。この結果、６２２ＭＨｚのクロック信号と６２２Ｍｂｐｓのデータ信号がバッファメモリ２２２から読み出され、出力端子２５０から出力される。

次に、光信号の伝送レートが１５６Ｍｂｐｓの場合を説明する。この場合、ＣＤＲ２０３内のＰＬＬがロックし、バッファメモリ２２３には１５６ＭＨｚのクロック信号と１５６Ｍｂｐｓのデータ信号が記憶される。一方、ＣＤＲ２０１及び２０２内のＰＬＬはロックせず、したがって、バッファメモリ２２１及び２２２に記憶されるクロック信号及びデータ信号は、不安定で時間的に変動する周波数を持つことになる。

伝送レート判別部２６０は、まず、バッファメモリ２２１からデータ信号を読み込む。このデータ信号は、伝送レートが１５６ＭＨｚの光信号から生成されたものなので、１５６ＭＨｚ以上の周波数成分は、ほとんど含まない。したがって、フーリエ変換部２８１及び２８２から出力される第１及び第２の信号は基準電圧未満となる。また、このデータ信号は周波数が不安定なため、７７ＭＨｚ以下の周波数帯域において平坦化された周波数スペクトラムを有する。このため、７７ＭＨｚの周波数成分が低く、フーリエ変換部２８３から出力される第３の信号が基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１〜３２３はすべてローレベルの信号を出力し、制御信号生成部３４０はローレベルの制御信号をスイッチ２４１へ出力する。

次いで、伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２２からデータ信号を読み込む。このデータ信号は周波数が不安定なため、７７ＭＨｚ以下の周波数成分が低く、したがって、フーリエ変換部２８３から出力される第３の信号が基準電圧未満となる。また、このデータ信号には、７７ＭＨｚより高い周波数成分はほとんど含まれないので、フーリエ変換部２８１及び２８２から出力される第１及び第２の信号も基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１〜３２３はすべてローレベルの信号を出力し、制御信号生成部３４０はローレベルの制御信号をスイッチ２４２へ出力する。

続いて、伝送レート判別部２６０は、バッファメモリ２２３から１５６Ｍｂｐｓのデータ信号を読み込む。このデータ信号は、７７ＭＨｚの周波数成分を特に多く含んでいるので、フーリエ変換部２８３から出力される第３の信号が基準電圧以上となる。また、このデータ信号には、７７ＭＨｚより高い周波数成分はほとんど含まれないので、フーリエ変換部２８１及び２８２から出力される第１及び第２の信号は基準電圧未満となる。したがって、比較部３２１、３２２及び３２３は、それぞれローレベル、ローレベル及びハイレベルの信号を出力する。これに応じて、制御信号生成部３４０は、ハイレベルの制御信号をスイッチ２４３へ出力する。

このように、光信号の伝送レートが１５６Ｍｂｐｓの場合、バッファメモリ２２３に接続されたスイッチ２４３のみがオン状態にされ、他のスイッチ２４１及び２４２はオフ状態にされる。この結果、１５６ＭＨｚのクロック信号と１５６Ｍｂｐｓのデータ信号がバッファメモリ２２３から読み出され、出力端子２５０から出力される。

上述のように、バッファメモリ２２１〜２２３は、伝送レート判別部２６０が伝送レートの判別を開始してからスイッチ２４１〜２４３のオンオフを設定するまでの間、データ信号の記憶を継続している。したがって、伝送レートの判定に使用されるデータ信号のＡ部分に加えて、伝送レートの判別及びスイッチの制御中に記憶されたＢ部分もバッファメモリ２２１〜２２３から読み出される。

以下では、本実施形態の利点を説明する。光通信システム１０は、光信号がとりうる伝送レートの各々に対応したＣＤＲ２０１〜２０３を有するので、光信号がいずれの伝送レートを有していても、いずれかのＣＤＲ２０１〜２０３によってデータ信号が正しく再生される。ＣＤＲ２０１〜２０３によって再生されたデータ信号は、対応するバッファメモリ２２１〜２２３に記憶される。伝送レート判別部２６０は、光信号の伝送レートを判別し、その伝送レートに対応するＣＤＲに接続されたバッファメモリからクロック信号及びデータ信号が読み出されるようにスイッチ２４１〜２４３の状態を制御する。したがって、光通信システム１０は、可変の伝送レートを有する光信号を適切に電気信号に変換し、スイッチ部２４０の後段に配置された回路に供給することができる。伝送レートを判別してスイッチ２４１〜２４３を制御する間もバッファメモリ２２１〜２２３がデータ信号を記憶するので、データの欠落を防止することができる。

また、光通信システム１０は、伝送レートごとに個別にポストアンプ１８１〜１８３を有しているので、光信号から変換される電圧信号を、その光信号の伝送レートに応じて異なる周波数帯域及び利得で増幅することが可能である。したがって、伝送レートに応じて要求される受信感度が異なる場合でも、各ポストアンプの利得を適切に設定することで、伝送レートごとに受信感度を最適化することができる。また、ポストアンプ１８１〜１８３を搭載する光受信モジュール１１は光通信システム１０に脱着可能であるので、容易に交換することができ、伝送レートごとに受信感度を最適化することが容易である。

更に、本実施形態では、上述した特許文献１のようにフロントエンドアンプ１４の出力端子に複数のスイッチを接続する必要はない。これにより、フロントエンドアンプ１４のスイッチによって生じる出力負荷が抑えられるので、フロントエンドアンプ１４に要求される電力増幅率が低くなる。この結果、フロントエンドアンプ１４の発振を防止して、光通信システム１０を安定化することができる。

なお、特許文献１の技術を応用した場合でも、スイッチごとにアンプを用意してフロントエンドアンプの出力端子に接続すれば、フロントエンドアンプの電力増幅率を抑えることはできる。しかし、この手法（スイッチとアンプを各出力端子に接続すること）は、消費電力が顕著に増大するとともに、光受信モジュール１１が大型化するので好ましくない。

第２実施形態
以下では、本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態では、光信号の取りうる伝送レートが２４８８Ｍｂｐｓ及び６２２Ｍｂｐｓの二つである。したがって、本実施形態の光通信システムは、１５６Ｍｂｐｓの伝送レートに対応した増幅部１９３、ＣＤＲ２０３、バッファメモリ２２３、スイッチ２４３、フーリエ変換部２８３、及び比較部３２３を第１実施形態の光通信システム１０から取り除いた構成を有している。

図３は、本実施形態における光受信モジュール１１ａの構成を示すブロック図である。光受信モジュール１１ａは、フロントエンドアンプ１４とポストアンプ１８１及び１８２との間に伝送線路４０が設けられている点で、第１実施形態における光受信モジュール１１と異なっている。伝送線路４０は、高周波の電気信号を自身に沿って伝搬させる構造であり、その例としては、ストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレナー線路などが挙げられる。

伝送線路４０の両端には、終端抵抗４２ａ及び４２ｂが並列に接続されている。終端抵抗４２ａの一端は伝送線路４０に接続され、他端は所定の基準電位（例えば、接地電位）４５に接続されている。終端抵抗４２ｂの一端は伝送線路４０とポストアンプ１８１の入力端子との間に接続され、他端は基準電位４５に接続されている。本実施形態では、終端抵抗４２ａは、フロントエンドアンプ１４の出力抵抗を兼ねている。伝送線路４０の特性インピーダンスは、終端抵抗４２ａ及び４２ｂの抵抗値に整合されている。本実施形態では、終端抵抗４２ａ及び４２ｂの抵抗値は５０Ωである。

伝送線路４０とポストアンプ１８１の入力端子との間にはノード４８が設けられており、このノード４８にポストアンプ１８２の入力端子が接続されている。ポストアンプ１８２の入力端子とノード４８との間には、抵抗４４が直列に接続されている。また、抵抗４４とポストアンプ１８２の入力端子との間には、容量素子４６及び抵抗４７ｂが並列に接続されている。抵抗４４と容量素子４６は、ローパスフィルタを構成する。抵抗４４は、終端抵抗４２ａ及び４２ｂよりも十分に高い抵抗値を有している。伝送線路４０が５０Ω系で、低速信号が１００Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓ程度ならば、抵抗４４の抵抗値は、好ましくは７５Ω〜５ｋΩ程度である。本実施形態では、抵抗４４及び４７の抵抗値は１ｋΩであり、容量素子４６の容量値は０．８ｐＦである。

この構成では、光信号から生成された電圧信号は、ノード４８で分岐され、ポストアンプ１８１及び１８２に送られる。本実施形態では、パッシブ部品だけを用いて信号の分岐を実現するため、高速信号（２４８８Ｍｂｐｓ）用のラインは直列抵抗を介さずに伝送線路４０に接続され、低速信号（６２２Ｍｂｐｓ）用のラインは直列抵抗４４を介して伝送線路４０に接続されている。

一般に、高周波信号の分岐を行う場合には、反射やパワーの損失が問題となる。しかし、本実施形態では、終端抵抗４２ａ及び４２ｂによって終端された伝送線路４０を用いて信号を伝送するので、反射を抑え、信号波形の歪みを抑えることができる。低速信号用のポストアンプ１８２を比較的大きな抵抗４４を介して伝送線路４０に接続することで、信号ラインを分岐させることによる高速信号ラインのインピーダンスミスマッチを低減し、高速信号のパワー損失を抑えることができる。また、低速信号は高速信号に比べて反射の影響を受けにくいので、抵抗４４を設置しても、低速信号の波形歪みを十分に抑えることが可能である。

更に、第１実施形態と同様に、伝送レートごとに個別にポストアンプ１８１及び１８２が用意されているので、光信号から変換される電圧信号を、その光信号の伝送レートに応じて異なる帯域及び利得で増幅し、伝送レートごとに受信感度を最適化することができる。例えば、本実施形態の光通信システムは、２４８８Ｍｂｐｓの信号に対して受信感度−２０ｄＢｍ、６２２Ｍｂｐｓの信号に対して受信感度−３０ｄＢｍを有している。

第３実施形態
以下では、本発明の第３の実施形態を説明する。この実施形態でも、光信号の取りうる伝送レートが２４８８Ｍｂｐｓ及び６２２Ｍｂｐｓの二つである。図４は、本実施形態における光受信モジュール１１ｂの構成を示すブロック図である。光受信モジュール１１ｂは、１５６Ｍｂｐｓのデータ信号用のポストアンプ１８３の代わりに、アナログ映像信号用のＡＧＣ（Automatic Gain Control）ポストアンプ４００を有している。これらのポストアンプとフロントエンドアンプ１４との間には、必要に応じて帯域制限用のフィルタを設けても良い。

この構成によれば、光信号がディジタル信号だけでなくアナログ信号に切り替えられる可能性がある場合でも、アナログ信号を適切に受信することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

例えば、光信号がとりうる伝送レートは、２４８８Ｍｂｐｓ、６２２Ｍｂｐｓ及び１５６Ｍｂｐｓに限られず、他の任意の伝送レートをとってもよい。また、光信号がとりうる伝送レートの数も任意である。光信号がＮ個（Ｎは２以上の整数）の伝送レートを有する場合、光通信システムは、ローパスフィルタ、ポストアンプ、ＣＤＲ、バッファメモリ、スイッチ、フーリエ変換部、及び比較部をそれぞれＮ個ずつ有していてもよい。

上記実施形態では、バッファメモリ２２１〜２２３は別個の記憶装置であるが、この代わりに、単一の記憶装置内の複数の記憶領域をバッファメモリとして使用してもよい。また、ＣＤＲ２０１〜２０３に代えて、単一のクロックデータ再生部が複数の周波数範囲でクロック信号を順次に抽出し、それらのクロック信号を用いてデータ信号を再生してもよい。

上記の実施形態では、ＣＤＲによって再生されたデータ信号の周波数分布を解析することにより伝送レートを判別するが、他の任意の方法によって伝送レートを判別してもよい。例えば、伝送レートや通信規格を示す所定の識別データ（文字列など）を光信号が含んでいる場合、各ＣＤＲによって再生されたデータ信号のうち当該識別データを含むものを特定することにより伝送レートを判別できる。これは、伝送レートに対応するＣＤＲしか識別データを正しく再生できないためである。

再生されたデータ信号が識別データを含むか否かは、相関器を用いて判定することができる。この場合、伝送レート判別部２６０は、フーリエ変換部２８１〜２８３及び規格化部３００の代わりに、単一の相関器を有することになる。相関器には、再生されたデータ信号と上記の識別データとが入力される。相関器から出力される相関度は、比較部３２１〜３２３に代えて設けられた単一の比較部によって所定の基準値と比較される。相関度が基準値以上の場合、光信号が識別データを含んでいると判断され、データ信号が読み出されたバッファメモリに対応するスイッチがオン状態にされる。一方、相関度が基準値未満の場合、光信号が識別データを含んでいないと判断され、データ信号が読み出されたバッファメモリに対応するスイッチがオフ状態にされる。これにより、判別された伝送レートを有するデータ信号と、その伝送レートと同じ周波数を有するクロック信号とがバッファメモリから読み出され、出力端子１５０から出力される。

第１実施形態に係る光通信システムを示す回路ブロック図である。伝送レート判別部の構成を示すブロック図である。第２実施形態における光受信モジュールの構成を示すブロック図である。第３実施形態における光受信モジュールの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０…光通信システム、１１…光受信モジュール、１２…受光素子、１４…フロントエンドアンプ、１６１〜１６３…ローパスフィルタ、１８１〜１８３…ポストアンプ、１９１〜１９３…増幅部、２００…クロックデータ再生部、２０１〜２０３…クロックデータ再生回路、２２０…記憶部、２２１〜２２３…バッファメモリ、２４０…スイッチ部、２４１〜２４３…スイッチ、２５０…出力端子、２６０…伝送レート判別部。

Claims

複数の所定の伝送レートのいずれかを有する光信号を受信する光通信システムであって、
前記光信号を電気信号に変換する受光部と、
前記伝送レートに対応した互いに異なる複数の周波数範囲内で、前記電気信号から各クロック信号を抽出するクロック抽出部と、
前記クロック信号を用いて前記電気信号から複数のデータ信号を再生するデータ再生部と、
前記複数のデータ信号を個別に記憶する複数の記憶部と、
前記複数の記憶部から前記複数のデータ信号を読み取って、前記光信号の伝送レートを判別する伝送レート判別部と、
前記伝送レート判別部の判別結果に応じたデータ信号を読み出して出力するデータ読出部と、
を備える光通信システム。
前記伝送レート判別部は、前記複数のデータ信号の周波数成分を計算することにより前記光信号の伝送レートを判別する、請求項１に記載の光通信システム。
前記光信号は、現在の伝送レートを示す判別用データを含んでおり、
前記伝送レート判別部は、前記複数のデータ信号のうち前記判別用データを含むデータ信号を特定し、
前記データ読出部は、この特定されたデータ信号を記憶する前記記憶部から当該データ信号を読み出す
請求項１に記載の光通信システム。
前記受光部が出力する前記電気信号が分岐されて供給され、これらの分岐された電気信号を独立して増幅する複数の増幅部を更に備え、
前記の各増幅部は、前記の所定の各伝送レートに対応する周波数帯域を有しており、
前記の各増幅部と前記受光部とは前記光通信システムに脱着可能な一つのパッケージに収納され、
前記の各増幅部が、前記のパッケージの外部に出力信号を出力するために、それぞれに対応する複数の出力端子を更に備える、
請求項１〜３のいずれかに記載の光通信システム。
前記伝送レートのうち最も高い伝送レートに対応する周波数帯域を有する一の前記増幅部と前記受光部との間に接続され、前記電気信号を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路の一端に接続された第１の終端抵抗と、
前記伝送線路の他端と前記一の増幅部との間に接続され、前記第１の終端抵抗と等しい抵抗値を有する第２の終端抵抗と、
他の前記増幅部と前記伝送線路の前記他端との間に直列接続され、前記第１及び第２の終端抵抗よりも高い抵抗値を有する抵抗と、
を備える請求項４に記載の光通信システム。