JP4698576B2

JP4698576B2 - バーストデータ受信装置

Info

Publication number: JP4698576B2
Application number: JP2006355174A
Authority: JP
Inventors: 隆中西; 謙一鈴木; 陽一深田; 泰彦中西
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008167221A

Description

本発明は、光伝送システム、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）システムのような強度の異なるバースト光信号を受信するバースト光受信装置に関するものである。

光ファイバを用いたアクセスシステムの高速／大容量化が進んでいる。特に、光ファイバ伝送路や局舎内に設置される加入者収容装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）を多数のユーザで共有でき１ユーザ当たりのコストを抑制したＰＯＮシステムが国内外で注目されている。

ＰＯＮシステムは、図６に示すように、ＯＬＴ１１から、ユーザ宅に設置される光加入者終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）１２へ、光ファイバ伝送路１３やスプリッタ１４を経由して送信される信号（下り）は連続光信号であるが、ＯＮＵ１２からＯＬＴ１１へ送信される信号（上り）は各ＯＮＵ１２から送られる信号の衝突を防ぐため、ＯＬＴ１１で送信制御が行われているので、バースト光信号となる。また、ＯＬＴ１１と各ＯＮＵ１２との間の伝送距離は一般的に異なるため、ＯＬＴ１１の光受信装置は異なる強度のバースト光信号を受信しなければならない。

従って、このようなバースト光信号を受信する光受信装置では、高受信感度性が求められると同時に広いダイナミックレンジを有すること、そして続いて受信するバースト光信号に対する悪影響を防ぐための瞬時応答性が求められる。

受信感度の改善方法として、増倍効果を持つＡＰＤ（アバランシェフオトダイオード）を用いる方法が広く用いられている。しかし、ＡＰＤを用いたバースト光受信装置では、過度に強い強度の光信号が入力された場合、ＡＰＤの増倍率が不安定となる問題や、バースト光信号を受信した際に生じる過渡応答信号が後に続いて受信するバースト光信号に干渉して正確な信号受信を妨げるという問題、また、ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプがＡＰＤで発生した大きな光電流により飽和し、結果的にダイナミックレンジが狭くなるといった問題を抱える。

図７は強バースト光信号受信時の過渡応答の波形図であり、強バースト光信号の後に続く弱バースト光信号の閾値設定の際に、“０”レベル値（弱バースト光信号の“０”レベル値は強バースト光信号の“０”レベル値より低くなる）と弱バースト信号の先頭部分のピーク値とにより設定されるべき閾値（真閾値）ではなく、強バースト光信号のテール信号の影響を受けた閾値（誤閾値）が誤設定される。

このため、一般的にＡＰＤを用いたバースト光受信装置では、ダイナミックレンジを維持するため、比較的低い増倍率（例えば３〜４）で用いられることが多く、ＡＰＤの性能を十分に活用できていなかった。

これらの問題に対して、特許文献１では、受信するバースト光信号毎にＡＰＤの増倍率を制御し、強バースト光信号受信時に発生する大きな過渡応答信号の影響を、切替器を用いてバイパス回路に接続し、過度に大きい光電流を除去する方法が示されている。

また、特許文献２では、ＡＰＤで発生する光電流量を調節するため、可変光減衰器をＡＰＤ前に設置する方法が提案されている。この方法によれば、連続光信号の強度を測定し、その強度に応じて可変光減衰器の減衰量を調整し、ＡＰＤに入射する光強度を適正値に制御、もしくはＡＰＤの増倍率を制御するフィードバック構成が示されている。
特開平１１−３５５２１８号公報特開平６−１６７４２２号公報

上述した従来の技術は、ＡＰＤに入射する光強度を測定することで、ＡＰＤの増倍率、もしくは可変光減衰器の減衰量を制御し、大きな光電流がプリアンプに入力されるのを防いでいた。

しかし、特許文献１では、切替スイッチやバイパス回路を新たに必要とし、その構成や切替制御が複雑になるといった課題があり、また切替スイッチの駆動方法やレベル検出をどのように行うかといった課題があった。

また、特許文献２では、ＡＰＤの後段に接続するプリアンプの出力レベルから入射光強度を判定し制御を行う構成となっているが、具体的にどのような制御回路を用いてどのように制御するのかが課題として残っていた。

また、ここで示されている方法は、連続光信号の強度を測定しＡＰＤの増倍率、もしくは可変光減衰器を制御する構成となっており、ＰＯＮシステムのような強度の異なるバースト光信号を受信するバースト光受信装置には直接適用することは不可能である。

本発明の目的は、ＡＰＤを用いたバース卜光受信装置に過度に強い光が入力された時に問題となる、大きな過渡応答信号の発生及び大きな光電流によるプリアンプの飽和を抑制し、高感度かつ広ダイナミックレンジを有し、過渡応答信号をガードタイム内に瞬時に収束させることが可能な、バースト光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にかかる発明は、異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、前記ＡＰＤの光入力側に設置される可変光減衰器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記ＡＰＤへの前記バースト光信号の入射時に、前記レベル検出回路の出力信号のレベルが所定値を超えるとき、前記可変光減衰器の減衰量を低減衰量から高減衰量に切り替え、その後、前記バースト光信号が終了するとき、前記可変光減衰器の減衰量を高減衰量から低減衰量に切り替えることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、前記ＡＰＤの光入力側に設置される光増幅器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記光増幅器の利得又は出力レベルを制御する制御回路とを備え、該制御回路は、前記ＡＰＤへの前記バースト光信号の入射時に、前記レベル検出回路の出力信号のレベルが所定値を超えるとき、前記光増幅器の利得又は出力レベルを高い値から低い値に切り替え、その後、前記バースト光信号が終了するとき、前記光増幅器の利得又は出力レベルを低い値から高い値に切り替えることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、前記ＡＰＤの光入力側に設置される可変光減衰器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記レベル検出回路の出力信号の立上りに応じて正パルスを発生し、立下りに応じて負パルスを発生するハイパスフィルタと、前記正パルスが第１の閾値を超えるときセットパルスを出力する第１の検出回路と、前記負パルスが第２の閾値を下回るときリセットパルスを出力する第２の検出回路と、前記セットパルスの入力でセットされ前記リセットパルスの入力でリセットされるラッチ回路と、該ラッチ回路の出力に応じて高電圧又は低電圧を制御信号として前記可変光減衰器に出力する出力回路と、から構成されることを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、前記ＡＰＤの光入力側に設置される光増幅器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記光増幅器の利得又は出力レベルを制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記レベル検出回路の出力信号の立上りに応じて正パルスを発生し、立下りに応じて負パルスを発生するハイパスフィルタと、前記正パルスが第１の閾値を超えるときセットパルスを出力する第１の検出回路と、前記負パルスが第２の閾値を下回るときリセットパルスを出力する第２の検出回路と、前記セットパルスの入力でセットされ前記リセットパルスの入力でリセットされるラッチ回路と、該ラッチ回路の出力に応じて高電圧又は低電圧を制御信号として前記光増幅器に出力する出力回路と、から構成されることを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１又は３に記載したバースト光信号受信装置において、前記可変光減衰器の光入力側に光増幅器を設置したことを特徴とする。

本発明によれば、ＡＰＤに過度に強いバースト光信号が入射した際に、ＡＰＤに入力する光強度を瞬時に低下させ、また過渡応答信号をガードタイム内に瞬時に収束させることができるので、過度に大きい光電流の影響でＡＰＤ後段に接続するプリアンプが飽和する問題を防ぐことができる。従って、ＡＰＤの増倍率を変化させるのに必要であった数１０Ｖのバイアス電圧の切替制御部を除去可能となり、常時高値の増倍率を提供可能となり、高受信感度および広ダイナミックレンジを同時に実現することができる。

＜第１の実施例＞
図１は本発明の第１の実施例のバースト光信号受信装置の全体構成を示すブロック図である。本バースト光信号受信装置は、バースト光信号を光電流信号に変換するＡＰＤ１と、ＡＰＤ１にバイアスを印加するＡＰＤバイアス電源２と、ＡＰＤ１が出力する光電流信号を増幅・電圧変換するプリアンプ３と、プリアンプ３の出力信号のレベルに応じたレベルのレベル検出パルス信号を出力するレベル検出回路４と、ＡＰＤ１に入射するバースト光信号の強度を調節する可変光減衰器５と、レベル検出回路４のレベル検出パルス信号の出力を受けて可変光減衰器５の減衰量を設定する減衰量制御回路６とを備える。

図２は減衰量制御回路６の詳細構成を示したものである。この減衰量制御回路６は、レベル検出回路４から出力されるレベル検出パルス信号の直流成分を除去して正、負の微分パルスを生成するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６１と、低減衰量を設定する低電圧ＶＬを与えるＶＬ出力回路６２と、高減衰量を設定する高電圧ＶＨを与えるＶＨ出力回路６３と、ＨＰＦ６１の出力パルスにより動作する低減衰量設定検出回路６４および高減衰量設定検出回路６５と、それらの検出回路６４，６５の出力信号によりセット／リセットが行われるラッチ回路６６と、ラッチ回路６６のＱポートの出力によってＶＬ出力回路６２又はＶＨ出力回路６３の電圧を切り替えて出力するＰＭＯＳトランジスタＭ１およびＮＭＯＳトランジスタＭ２とを備える。

ＨＰＦ６１はキャパシタＣ１と抵抗Ｒ１，Ｒ２で構成されている。また、低減衰量設定検出回路６４は閾値電圧Ｖｂが印加される比較器ＣＰ２（反転出力）で構成され、高減衰量設定検出回路６５は閾値電圧Ｖａが印加される比較器ＣＰ１（正転出力）で構成されている。なお、減衰量制御回路６は請求項の制御回路の一例であり、高減衰量設定検出回路６５は請求項の第１の検出回路の一例であり、低減衰量設定検出回路６４は請求項の第２の検出回路の一例であり、トランジスタＭ１，Ｍ２は請求項の出力回路の一例である。

レベル検出回路４は、前記のようにプリアンプ３の出力信号のレベルに応じてレベル検出パルス信号を減衰量制御回路６へ出力する。このレベル検出パルス信号はバースト光信号の入力時に立上り、バースト光信号終了時（バースト光信号継続時間は既知である）に立ち下がる。ＨＰＦ６１では、図２右上に示すように、レベル検出パルス信号が入力されると、その信号の開始部分と終了部分に大きなピーク値をもつ微分パルスが出力され、低減衰量設定検出回路６４と高減衰量設定検出回路６５に入力される。

この低減衰量設定検出回路６４と高減衰量設定検出回路６５は、ＨＰＦ６１の出力パルス信号が、予め設定された閾値以上のレベルに達するとパルス信号を出力する回路であり、高減衰量設定検出回路６５は閾値電圧Ｖａを上回るレベルのパルス信号が入力されるとパルス信号“１”を出力し、低減衰量設定検出回路６４は閾値電圧Ｖｂを下回るレベルの信号が入力されるとパルス信号“１”を出力する。

低減衰量設定回路６４の出力はラッチ回路６６のＲポートに、高減衰量設定回路６５の出力はＳポートに入力される。ラッチ回路６６は図３(a)に示すように２個のノアゲートＮＯＲ１，ＮＯＲ２から構成される回路であり、図３(b)に示すような真理値表に基づいて動作する。すなわち、Ｓポート入力の値が“１”に変化した場合Ｑポート出力が“１”となり、Ｒポート入力が“１”に変化した場合やＳポート入力が“１”に変化しない場合、Ｑポート出力が“０”となる回路であり、このＱポート出力がトランジスタＭ１及びＭ２のゲート入力となる。

ラッチ回路６６のＱポートが“１”（＝“Ｈ”）のとき、トランジスタＭ１がオフ、Ｍ２オンとなり、可変光減衰器５に対して高減衰量を与える電圧ＶＨが印加される。逆に、ラッチ回路出力６６のＱポートが“０”（＝“Ｌ”）のとき、トランジスタＭ１がオン、トランジスタＭ２がオフとなり、可変光減衰器５に対して低減衰量を与える電圧ＶＬが印加される。

さて、本回路は初期状態では、減衰量制御回路６のラッチ回路６６のＱポートが“０”（＝“Ｌ”）に設定され、これによりトランジスタＭ１がオン、Ｍ２がオフとなり、ＶＬ出力回路６２から低電圧ＶＨが出力する。よって、可変光減衰器５が低減衰量に設定されている。ラッチ回路６６は新たな入力があるまで以前の状態を記憶するため、２つの減衰量設定回路６４，６５の閾値電圧Ｖａ，Ｖｂの範囲を超えた値が入力されなければ、可変光減衰器５の減衰量は、低減衰量から変化しない。

この後、ＡＰＤ１に過度に強いバースト光信号が入力されると、レベル検出回路４から高いレベルのレベル検出パルス信号が出力し、減衰量制御回路６のＨＰＦ６１から出力する正パルスが閾値電圧Ｖａを上回るため、高減衰量設定検出回路６５の出力が“１”となり、ラッチ回路６６のＱポートが“１”（＝“Ｈ”）にセットされ、トランジスタＭ１がオフ、Ｍ２がオンとなり、ＶＨ出力回路６３から高電圧ＶＨが出力する。よって、可変光減衰器５は高減衰量に設定される。

そして、その強いバースト光信号が終了するとき、同様にレベル検出パルス信号が立ち下り、ＨＰＦ６１から出力する負パルスが閾値電圧Ｖｂを下回るため、低減衰量設定検出回路６４の出力が“１”となり、ラッチ回路６６のＱポートが“０”にリセットされ、トランジスタＭ１がオン、Ｍ２がオフとなり、ＶＬ出力回路６３から低電圧ＶＬが出力する。よって、可変光減衰器５が低減衰量に再設定されて、次のバースト光信号の到来に備える。

以上のように、本実施例によれば、可変光減衰器５は、強いバースト光信号が到来すると瞬時に高減衰量に切り替えが行われるので、ＡＰＤを用いたバースト光信号受信装置において、後に続く弱バースト光信号の処理時に直前の強バースト光信号のテール信号の影響を受けることが無くなり、高感度化および広ダイナミックレンジ化を実現でき、過渡応答信号の影響を除去した出力信号を得ることが可能となる。

＜第２の実施例＞
図４は、本発明の第２の実施例のバースト光信号受信装置の全体構成を示すブロック図である。本実施例では、更なる高感度化を達成するために、ＡＰＤ１の光入力側に、可変光減衰器５に代えて、光増幅器７を設置したものである。そして、その光増幅器７の出力光が、過度な光強度でＡＰＤ１に入射されるのを防ぐために、減衰量制御回路６と同様な構成を持つ回路で切替えられた電圧ＶＬ，ＶＨを用いて、その光増幅器７の利得あるいは出力レベルを制御する構成となっている。

例えば、強い強度で光増幅器７に入力されるバースト光信号に対しては、減衰量制御回路６から高電圧ＶＨが入力して、小さな利得、あるいは過度に強くならないように制御されたレベルの光信号を光増幅器７から出力し、弱い強度で光増幅器７に入力される光信号に対しては、減衰量制御回路６から低電圧ＶＬが入力して、大きな利得、あるいは十分な出力強度で出力するように制御を行う。本構成においても第１の実施例と同様の効果が得られる。

＜第３の実施例＞
図５は、本発明の第３の実施例のバースト光信号受信装置の全体構成を示すブロック図である。本実施例では、可変光減衰器６の光入力側に光増幅器７を設置し、可変光減衰器６の減衰量を制御することでＡＰＤ１に入射される光強度を調節するものである。本実施例によれば、光増幅器７で十分増幅して強バースト光信号になった場合でも、可変光減衰器５により、ＡＰＤ１に入力する光強度を適正強度に減衰させることができる。

＜その他の実施例＞
なお、第１および第３の実施例において、前記した可変光減衰器５が、高電圧ＶＨの印加時に低減衰量を与え、低電圧印ＶＬの加時に高減衰量を与える媒質で構成される場合は、図２のＶＨ出力回路６３とＶＬ出力回路６２を入れ替えれば良い。また、第２の実施例において、光増幅器７が、高電圧ＶＨの印加時に高利得又は高出力レベルとなり、低電圧印ＶＬの加時に低利得又は低出力レベルとなる場合も、図２のＶＨ出力回路６３とＶＬ出力回路６２を入れ替えれば良い。

本発明の第１の実施例のバースト光信号受信装置のブロック図である。本発明の第１の実施例のバースト光信号受信装置の減衰量制御回路部分を詳細に示したブロック図である。 (a)はラッチ回路の回路図、(b)は真理値の説明図である。本発明の第２の実施例のバースト光信号受信装置のブロック図である。本発明の第３の実施例のバースト光信号受信装置のブロック図である。ＰＯＮシステムの概略図である。バースト光信号受信時の過渡応答信号の一例を示す波形図である。

符号の説明

１：ＡＰＤ
２：ＡＰＤバイアス電源
３：プリアンプ
４：レベル検出回路
５：可変光減衰器
６：減衰量制御回路、６１：ＨＰＦ、６２：ＶＨ出力回路、６３：ＶＬ出力回路、６４：低減衰設定検出回路、６５：高減衰設定検出回路、６６：ラッチ回路
７：光増幅器

Claims

異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、
前記ＡＰＤの光入力側に設置される可変光減衰器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御回路とを備え、
該制御回路は、前記ＡＰＤへの前記バースト光信号の入射時に、前記レベル検出回路の出力信号のレベルが所定値を超えるとき、前記可変光減衰器の減衰量を低減衰量から高減衰量に切り替え、その後、前記バースト光信号が終了するとき、前記可変光減衰器の減衰量を高減衰量から低減衰量に切り替えることを特徴とするバースト光信号受信装置。
異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、
前記ＡＰＤの光入力側に設置される光増幅器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記光増幅器の利得又は出力レベルを制御する制御回路とを備え、
該制御回路は、前記ＡＰＤへの前記バースト光信号の入射時に、前記レベル検出回路の出力信号のレベルが所定値を超えるとき、前記光増幅器の利得又は出力レベルを高い値から低い値に切り替え、その後、前記バースト光信号が終了するとき、前記光増幅器の利得又は出力レベルを低い値から高い値に切り替えることを特徴とするバースト光信号受信装置。
異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、
前記ＡＰＤの光入力側に設置される可変光減衰器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記可変光減衰器の減衰量を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記レベル検出回路の出力信号の立上りに応じて正パルスを発生し、立下りに応じて負パルスを発生するハイパスフィルタと、前記正パルスが第１の閾値を超えるときセットパルスを出力する第１の検出回路と、前記負パルスが第２の閾値を下回るときリセットパルスを出力する第２の検出回路と、前記セットパルスの入力でセットされ前記リセットパルスの入力でリセットされるラッチ回路と、該ラッチ回路の出力に応じて高電圧又は低電圧を制御信号として前記可変光減衰器に出力する出力回路と、から構成されることを特徴とするバースト光信号受信装置。
異なる強度のバースト光信号をＡＰＤで受信するバースト光信号受信装置であって、
前記ＡＰＤの光入力側に設置される光増幅器と、前記ＡＰＤの出力光電流を増幅・電圧変換するプリアンプと、該プリアンプの出力信号を取り込み前記ＡＰＤへの入射光強度を検出するレベル検出回路と、該レベル検出回路の出力信号のレベルに基づいて前記光増幅器の利得又は出力レベルを制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記レベル検出回路の出力信号の立上りに応じて正パルスを発生し、立下りに応じて負パルスを発生するハイパスフィルタと、前記正パルスが第１の閾値を超えるときセットパルスを出力する第１の検出回路と、前記負パルスが第２の閾値を下回るときリセットパルスを出力する第２の検出回路と、前記セットパルスの入力でセットされ前記リセットパルスの入力でリセットされるラッチ回路と、該ラッチ回路の出力に応じて高電圧又は低電圧を制御信号として前記光増幅器に出力する出力回路と、から構成されることを特徴とするバースト光信号受信装置。
請求項１又は３に記載したバースト光信号受信装置において、
前記可変光減衰器の光入力側に光増幅器を設置したことを特徴とするバースト光信号受信装置。