JP4680702B2 - 光信号受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号受信装置に関するものであり、特に、親局と複数の子局とを結ぶＰＯＮ(Passive Optical Network)システムにおける光信号受信装置に関する。

従来より、光ケーブルを用いた光通信システムにおいて、受信したバースト信号の変化を見てクロック信号を再生するクロックデータリカバリ回路として、伝送されるバースト信号に含まれるクロックと特定比の関係を持った参照クロックを発信させ、この参照クロックを用いてＰＬＬ回路のＶＣＯを発信させることにより、ＰＬＬ回路を参照クロックに対して事前にロックさせ、その後にバースト信号に対してＰＬＬ回路をロックさせる構成がある。

特許文献１では、参照クロックにロックしたことを検出する第１ロック回路と、バースト信号に対して非ロック状態になったことを検出する第２ロック回路とを設け、これらのロック状態の検出によって、参照クロックに基づくＰＬＬ回路の制御と、バースト信号に基づくＰＬＬ回路の制御とを適宜切り替えるようにすることで、リカバーされたデータのエラーを検出しなくても、自律的にロック外れを検出できることが記載されている。
特開平１１−３１７７２９号公報

ところが、第１検出回路および第２検出回路の構成上、受信したバースト信号にノイズが載るなどして、位相ずれやビット落ちが起こったときには、すぐにＰＬＬ回路の制御切り替えが生じてしまうことがあった。つまり、ＰＬＬ回路の制御をバースト信号側に切り替えた後に、ちょっとしたノイズで再び参照クロック側に切り替えられ、誤動作が発生することがあった。

加えて、ＰＬＬ回路はその制御を切り替えた時点から所定時間の間は動作が不安定になって非ロック状態になり、これによって誤動作が発生する可能性もあった。そこで、特許文献１には、この誤動作を避けるために、ＰＬＬ回路が安定するまでの動作不安定時間（例えば５μｓ）だけマスクをかけることが行われている。ところが、このような構成では、ＰＬＬ回路は例えば５μｓ程度の以下の早い周期で切り替えることができないので、高速切り替えができないという問題があった。

また、引用文献１のような構成では、ロック・アンロックの検出を行う第１検出回路や第２検出回路を形成する必要があるので、回路構成が複雑になるという問題もあった。

本発明は、上述のような課題を考慮に入れてなされたものであって、その目的は簡単な回路構成でありながら高速切替を行うことができると共に、ノイズなどの影響を受けにくく安定した通信を行うことができる光信号受信装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に係る光信号受信装置は、一つの光ファイバーに複数の子機が接続された状態で、親機の指定した通信時間帯内に子機が親機に対して光によるバースト信号を送信することにより、親機が子機からのバースト信号を時分割で受信できるように構成された光通信システムにおいて、
参照クロック信号と受信したバースト信号を選択することができ、選択した信号にロックしたクロックを生成するＰＬＬ回路を備えたクロックデータリカバリ部と、
前記クロックデータリカバリ部に、参照クロック信号と受信したバースト信号の選択を切り替えさせる切替タイミング信号を出力する切替タイミング生成部とを設けたことを特徴とする光信号受信装置を提供している。

ＰＯＮシステムでは、親機が各子機に対してそれぞれの通信時間帯を割り当てるので、親機は子機からバースト信号を受信する通信時間帯を全て把握している。したがって、前記切替タイミング生成部は親機の指定した通信時間帯内において、クロックデータリカバリ部に、受信したバースト信号を選択するように切り替えさせる切替タイミング信号を出力することにより、子機からバースト信号を受信できるであろう通信時間帯において、このバースト信号にロックするようにＰＬＬ回路を切り替えることができる。逆にいうならば、通信時間帯外には参照クロックにロックするようにＰＬＬ回路を切り替えることができる。

ゆえに、親機が極めて高速に子機を切り替えるように各通信時間帯を設定したとしても、この高速切り替えに合わせてＰＬＬ回路の制御を切り替えることができる。しかも、従来のようにＰＬＬ回路のロック検出を行う必要がないので、回路構成が簡素になり、その製造コストを削減することができる。

さらに、子機からのバースト信号に幾らかのノイズが入ったとしても、これによってＰＬＬ回路の制御が切り替えられることはないので、動作の安定性を得ることができる。

前記切替タイミング生成部が、光信号を電気信号に変換する光トランシーバにおいて光信号を受信したときに出力されるデータ到達信号を用い、通信時間帯内でかつ実際に光信号を受信すると直ちに、受信したバースト信号を選択するように切り替えさせる切替タイミング信号を出力するものである場合（請求項２）には、前記通信時間帯内であっても実際に子機からバースト信号を受信を受信するまではバースト信号側にＰＬＬ回路が切り替えられることはないので、親機によって確保された通信時間帯に対して子機からのバースト信号の送信が遅れる場合には、実際にバースト信号が届くまでの間、ＰＬＬ回路が参照クロックにロックするので、無信号にロックさせようとしてＰＬＬ回路が不安定になることがない。

特に、親機はネットワークに対して新規に接続を開始する子機のために、ディスカバリーウィンドウと呼ばれる、子機が自由に送信できる通信時間帯を確保するが、このディスカバリーウィンドウに対応する通信時間帯内では子機からのバースト信号が受信できない場合も多い。ゆえに、通信時間帯内でかつ実際に光信号を受信すると直ちに、受信したバースト信号を選択するように切り替えさせる構成が望ましい。

前記クロックデータリカバリ回路の出力を用いて前記受信した信号に０データが所定個数以上連続するときに、０連続検出信号を出力する０連続判定部を設け、前記切替タイミング生成部が、前記０連続検出信号を受けて、クロックデータリカバリ部に、参照クロックを選択するように切り替えさせる切替タイミング信号を出力するものである場合（請求項３）には、親機によって確保された通信時間帯に対して子機からのバースト信号が早く終わる場合に、ＰＬＬ回路を速やかに参照クロック側に切り替えることができるので、無信号にロックさせようとしてＰＬＬ回路が不安定になることがない。

なお、８Ｂ１０Ｂの符号化を行ったバースト信号の場合は、０が少なくとも８回連続して検出することはあり得ないので、前記所定個数は８で十分である。そして、この０連続検出信号が出力されるときは、バースト信号が確実に終了したことを示しているので、たとえ親機によって定めた通信時間帯内であっても、確実に通信終了としてＰＬＬ回路を切り替えることができる。

上述したように本発明の光信号受信装置によれば、子機を高速に切り替えることができるので、各子機に対してより効率的に通信時間を割り当てることができる。また、ノイズなどの影響を受けにくく安定した通信を行うことができる。さらに、ＰＬＬ回路の動作を安定させるための切り換え行う回路の構成を可能な限り簡素にすることができる。

図１〜５は本発明の実施例にかかる図であり、図１は前記実施例にかかる光通信システムの全体を示す図、図２は光信号受信装置１の構成を示す図、図３は光信号受信装置１内のクロックデータリカバリ回路の構成を示す図、図４は各信号のタイミングを示す図、図５は光信号受信装置１の状態の動作を説明する状態遷移図である。
である。

図１において、２は通信回線として用いる光ファイバー３を用いた光通信システム、ＯＬＴはこの光通信システム１の親機、ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３は子機である。光ファイバー３は分岐点４において例えばスプリッターによって光信号を３本の光ファイバー３ａ〜３ｃに分配できるように構成されている。

親機ＯＬＴは周波数ｆ１によって変調された光信号を子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３に配信(下り通信）し、子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３は周波数ｆ２によって変調された光信号を親機ＯＬＴに送信（上り通信)できるように構成されている。つまり、一本の光ファイバ３を複数の子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３が接続されることを示している。

また、５は親機ＯＬＴから子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３に配信する信号の一例を示し、この信号は連続信号である。一方、Ｄａは子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３から親機ＯＬＴに送信されるバースト信号の例を示している。子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３は親機ＯＬＴによってそれぞれ割り振って指定された通信時間帯内に、親機ＯＬＴに各バースト信号Ｄａ１〜Ｄａ３を送信することにより、各子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３からのバースト信号Ｄａ１〜Ｄａ３が重ならないように制御されている。

図２は本発明の第１実施例にかかる光信号受信装置１の構成を示す図である。図１において、１０は光信号を受信し電気信号に変換した受信信号Ｄａ（バースト信号）を出力する光トランシーバ、１１は光トランシーバ１０から出力されるバースト信号Ｄａのクロックデータをリカバリしたリカバリ信号Ｄｂを出力するクロックデータリカバリ回路（クロックデータリカバリ部を構成する回路、その詳細な構成は図２を用いて詳述する）、１２はＰＯＮシステムの通信などを制御する制御部、１３は制御部１２に接続されたネットワークインターフェイス、１４は制御部から得られる信号Ｓ１，Ｓ２を用いてクロックデータリカバリ回路１１に切替タイミング信号Ｓ３を出力する切替タイミング生成回路（切替タイミング生成部を構成する回路）である。

前記光トランシーバ１０は、例えば光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１０ａと、この電気信号を増幅して前記バースト信号Ｄａを生成するアンプ１０ｂとを有し、Ｒはアンプ１０ｂの増幅率を定める抵抗である。また、１５はこの光トランシーバ１０内に組み込まれて、光信号を受信したときにデータ到来信号ＳＤを出力するデータ到来検出回路であり、本実施例におけるデータ到来検出回路１５は、例えば前記アンプ１０ｂに接続されたダイオード１５ａと、このダイオード１５ａの出力を接地するコンデンサ１５ｂと、コンパレータ１５ｃと、コンパレータ１５ｃに入力する閾値を供給する例えば可変電圧源１５ｄとからなる。

したがって、前記光トランシーバ１０は光信号を受信してこれを電気信号のバースト信号Ｄａを生成する。また、前記データ到来検出回路１５はダイオード１５ａの内部抵抗とコンデンサ１５ｂの容量によって定まる時定数および可変電圧源１５ｄによって定まる閾値に合わせたデータ到来信号ＳＤを得ることができ、前記データ到来検出回路１５は、実際に光信号を受信すると直ちに切り替えることができ、その切替時間は、その時定数の選択により２クロック以内にすることができる。
この切替時間は早ければ早いほうが好ましく、３クロック以内であれば到来した信号の本体に影響を与える懸念が全くなくなってより好ましい。

図２は、前記クロックデータリカバリ回路１１の構成を示す図である。図２に示すように、本実施例のクロックデータリカバリ回路１１は、内部クロックＣを生成するＶＣＯ２０と、このＶＣＯ２０によって生成した内部クロックＣをバースト信号Ｄａに含まれる子機側クロックＣ‘と比較する第１位相比較器２１と、所定の参照用クロックＣｆを生成する発振器２２と、前記ＶＣＯ２０によって生成した内部クロックＣを前記発振器１６によって生成した参照クロックＣｆと比較する第２位相比較器２３と、前記切替タイミング信号Ｓ３によって両位相比較器２１，２３からの出力信号Ｓａ，Ｓｂを択一的に切り替える切り替え器２４と、切り替えられた信号Ｓｃを用いてＶＣＯ２０に制御信号を与えるループフィルタ２５とを有する。

また、２６は分周器であり、前記内部クロックＣを参照クロックＣｆの周波数に合わせて分周するものである。すなわち、一点鎖線で囲んだ部分がクロックデータリカバリ回路１１のＰＬＬ回路２７であり、このＰＬＬ回路２７は前記切替タイミング信号Ｓ３によって参照クロックＣｆまたは受信したバースト信号Ｄａを択一的に選択して、これに位相ロックをかけるように切替可能に構成されている。２８はＰＬＬ回路２７からの出力Ｃおよびバースト信号Ｄａを用いてリカバリ信号Ｄｂを生成するリカバリ信号生成部である。

再び、図２に戻って前記制御部１２は少なくとも前記リカバリ信号Ｄｂを用いて前記子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３からデータを受信する通信時間帯を管理する機能を有するＰＯＮＭＡＣ１２ａと、前記リカバリ信号Ｄｂを監視して０が所定の個数以上連続するときに、０連続検出信号Ｓ１を出力する０連続判定部１２ｂとを備える。つまり、８Ｂ１０Ｂの符号化を行う場合、０が８回以上連続することはありえないので、０連続判定部１２ｂは確実にバーストの終了を検出することができる。また、前記ＰＯＮＭＡＣ１２ａは前記通信時間帯を示す通信タイミング信号Ｓ２を出力する。

前記切替タイミング生成回路１４は、基本的に制御部１２から得られる通信タイミング信号Ｓ２がアサート状態であるときに、クロックデータリカバリ回路１１をバースト信号Ｄａ側に切り替える切替タイミング信号Ｓ３を出力するものである。つまり、ＰＯＮＭＡＣ１２ａは新規にネットワークに接続される子機のためのディスカバリーウィンドウを含めて、各子機ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３にそれぞれ通信時間帯を割り当てるので、この割り当てた通信時間帯に合わせて通信タイミング信号Ｓ２を容易に生成することができる。

そして、基本的に通信タイミング信号Ｓ２がアサート状態であるときに、前記ＰＬＬ回路２７をバースト信号Ｄａ側に切り替え、通信タイミング信号Ｓ２がネゲート状態であるときには前記ＰＬＬ回路２７を参照クロックＣｆ側に切り替えるように構成しているので、バースト信号Ｄａにノイズなどが混入したとしても、この影響で通信時間帯内にＰＬＬ回路２７が切り替えられるようなことがない。つまり、安定した通信を行うことができる。

加えて、本実施例では、データ到来検出回路１５から得られるデータ到来信号ＳＤを用いることにより、通信タイミング信号Ｓ２がアサート状態であっても、データ到来信号ＳＤがネゲート状態であるときにはクロックデータリカバリ回路１１をバースト信号Ｄａ側に切り替える切替タイミング信号Ｓ３を出力しないように構成している。同様に、０連続検出信号Ｓ１を用いることにより、通信タイミング信号Ｓ２がアサート状態（すなわち、通信時間帯内）であっても、０連続検出信号Ｓ１がアサート状態になった場合には、クロックデータリカバリ回路１１を参照クロックＣｃ側に切り替える切替タイミング信号Ｓ３を出力する。

図４に示すタイミングチャートにおいて、時点ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３の間が、それぞれ子機ＯＮＵ１，ＯＮＵ２にそれぞれ割り当てられた通信時間帯Ｔａ１，Ｔａ２であり、時点ｔ４以降がネットワークに初めて接続された子機に対するディスカバリーウィンドウとなる通信時間帯Ｔａ３である。そして、ＰＯＮＭＡＣ１２ａではこれらの通信時間帯Ｔａ１〜Ｔａ３に合わせて、前記通信タイミング信号Ｓ２が生成される。一方、各子機ＯＮＵ１，ＯＮＵ２は自局に割り当てられた通信時間帯Ｔａ１，Ｔａ２においてバースト信号Ｄａ１，Ｄａ２を出力し、新たにネットワークに接続された子機ＯＮＵ３は、ディスカバリーウィンドウ内の通信時間帯Ｔａ３においてバースト信号Ｄａ３を出力する。

また、各バースト信号Ｄａ１〜Ｄａ３は、例えば、信号の同期を取るための同期部Ｓｙｎｃ、親機ＯＬＴと制御信号をやり取りする制御部Ｃｎｔ、送信データを記録するデータ部Ｄａｔおよびデータ送信終了を示すアイドル部Ａｄｌなどを備える。

図４の例では子機ＯＮＵ１は時点ｔ０からバースト信号Ｄａ１の送信を開始し、時点ｔ１より若干早い時点ｔ１’においてバースト信号Ｄａ１の送信を終了している。同様に、子機ＯＮＵ２は時点ｔ２より若干早い時点ｔ２’から時点ｔ３より若干早い時点ｔ３’までバースト信号Ｄａ２を送信する。また、時点ｔ４’は子機ＯＮＵ３が実際にバースト信号Ｄａ３の送信を開始した時点を示す。このような時間ｔ１’〜ｔ４’のずれは、子機ＯＮＵ１…毎にいくらか生じることは避けられないが、前記通信時間帯Ｔａ１〜Ｔａ３内に必要な制御部Ｃｎｔやデータ部Ｄａｔは確実に入る程度のずれである。

データ到来信号ＳＤは前記バースト信号Ｄａが到来したことによってアサート状態になるものであるから、時点ｔ０〜ｔ１’、ｔ２’〜ｔ３’、ｔ４’〜においてアサート状態となる。したがって、図５に示すように前記切替タイミング生成回路１４は通信タイミング信号Ｓ２が通信状態で、かつ、データ到来信号ＳＤがアサート状態であるときに、切替タイミング信号Ｓ３を立ち上げる（ハイレベルにする）。

したがって、図４に示すディスカバリ期間に対応する通信時間帯Ｔａ３のように、通信時間帯Ｔａ１〜Ｔａ３内であっても、子機ＯＮＵ３からバースト信号Ｄａ３が送信されていない間（時点ｔ４〜ｔ４’）は、切替タイミング信号Ｓ３がハイレベルにならないので、前記ＰＬＬ回路２７がバースト信号Ｄａ側に切り替えられることがない。つまり、無信号をＰＬＬ回路２７に入力させることによりＰＬＬ回路２７が不安定になることを防止できる。

再び図４に戻って、前記０連続信号Ｓ１はリカバリ信号Ｄｂに０データが所定個数以上連続するときにアサート状態になるので、時点ｔ０以前または時点ｔ１’〜ｔ２’，ｔ３’〜ｔ４’間においてアサート状態である。したがって、図５に示すように、記切替タイミング生成回路１４は通信タイミング信号Ｓ２が非通信状態になった時点、あるいは、０連続信号Ｓ１がアサート状態になった時点で、切替タイミング信号Ｓ３の状態をローレベルにする。

図４に示す例の場合、通信時間帯Ｔａ１，Ｔａ２内であっても、子機ＯＮＵ１，ＯＮＵ２からバースト信号Ｄａ１，Ｄａ２の送信が終了した後（時点ｔ１’〜ｔ１，ｔ３’〜ｔ３）は、切替タイミング信号Ｓ３がローレベルになるので、前記ＰＬＬ回路２７が速やかに参照クロックＣｆ側に切り替えられる。ゆえに、無信号をＰＬＬ回路２７に入力させることによりＰＬＬ回路２７が不安定になることを防止できる。

本発明の実施例にかかる光通信システムの全体を示す図である。 光信号受信装置の構成を示す図である。 光信号受信装置内のクロックデータリカバリ回路の構成を示す図である。 各信号のタイミングを示す図である。 光信号受信装置の状態の動作を説明する状態遷移図である。

符号の説明

１ 光信号受信装置
３ 光ファイバ
１０ 光トランシーバ
１１ クロックデータリカバリ部
１２ｂ ０連続判定部
１４ 切替タイミング生成部
２７ ＰＬＬ回路
Ｃ クロック
Ｃｆ 参照クロック
Ｄａ１〜Ｄａ３ バースト信号
ＯＮＵ１〜ＯＮＵ３ 子機
ＯＬＴ 親機
Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔａ３ 通信時間
ＳＤ データ到達信号
Ｓ１ ０連続信号
Ｓ２ 通信タイミング信号
Ｓ３ 切替タイミング信号

Claims (4)

1. 一つの光ファイバーに複数の子機が接続された状態で、親機の指定した通信時間帯内に子機が親機に対して光によるバースト信号を送信することにより、親機が子機からのバースト信号を時分割で受信できるように構成された光通信システムにおいて、
   参照クロック信号と受信したバースト信号を選択することができ、選択した信号にロックしたクロックを生成するＰＬＬ回路を備えたクロックデータリカバリ部と、
   前記クロックデータリカバリ部に、参照クロック信号と受信したバースト信号の選択を切り替えさせる切替タイミング信号を出力する切替タイミング生成部とを設けたことを特徴とする光信号受信装置。
2. 前記通信時間帯内に、前記切替タイミング生成部は参照クロック信号から受信したバースト信号を選択するように切替タイミング信号を前記クロックデータリカバリ部に出力し、
   前記通信時間帯外に、前記切替タイミング生成部は参照クロック信号をロックする切替タイミング信号を前記クロックデータリカバリ部に出力する請求項１に記載の光信号受信装置。
3. 前記切替タイミング生成部が、光信号を電気信号に変換する光トランシーバにおいて光信号を受信したときに出力されるデータ到達信号を用い、通信時間帯内でかつ実際に光信号を受信すると直ちに、受信したバースト信号を選択するように切り替えさせる切替タイミング信号を出力するものである請求項１または請求項２に記載の光信号受信装置。
4. 前記クロックデータリカバリ部の出力を用いて前記受信した信号に０データが所定個数以上連続するときに、０連続検出信号を出力する０連続判定部を設け、
   前記切替タイミング生成部が、前記０連続検出信号を受けて、クロックデータリカバリ部に、参照クロックを選択するように切り替えさせる切替タイミング信号を出力するものである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光信号受信装置。

Images