JP4876016B2 - 光バースト信号受信装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ネットワークにおける局において加入者から送信された光バースト信号を受信するための光バースト信号受信装置及び方法に関し、更に詳しくは、複数の加入者からそれぞれ受信されたバースト信号の信号レベルを略一定に調整するための技術に関する。

従来、光通信ネットワークの一形態として、局側の通信装置と複数の加入者側の通信装置とをそれぞれ１本の光ファイバを介して接続する形態（Ｓｉｎｇｌｅ ｓｔａｒ）が知られている。この形態のネットワーク構成によれば、加入者ごとに光ファイバの敷設を必要とする。これに対し、１本の基幹光ファイバを複数の加入者が共有する光通信ネットワークの形態としてＰＯＮ(Passive Optical Network)が知られており、ＦＴＴＨ(Fiber To The Home)、ＦＴＴＢ／Ｃ(Fiber To The Building/Curb)、ＦＴＴＣａｂ(Fiber To The Cabinet)等に代表される光通信サービスで広く利用されている。

図９に、ＰＯＮ通信システムの概念図を示す。同図に示すように、局側の通信装置８１０と加入者Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｎとの間には、光通信路として、基幹光ファイバ８２０と、光スプリッタ（光カプラともいう）８３０により基幹光ファイバから分岐された支線光ファイバ８４０とが敷設され、一本の基幹光ファイバ８２０が複数の加入者で共有されている。

基幹光ファイバ８２０及び支線光ファイバ８４０からなる光通信路の終端装置として、局側の通信装置８１０にはＯＬＴ(Optical Line Terminal)８１３が備えられ、加入者側にはＯＮＵ(Optical Network Unit)８５０が設置される。局側の通信装置８１０は、ＯＬＴ ８１３のほかに、ルータ８１１およびスイッチ８１２を備え、ＯＬＴ ８１３は、スイッチ８１２を介してルータ８１１に接続され、このルータ８１１はインターネット８００に接続されている。これにより、各加入者Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｎは、基幹光ファイバ８２０を共有した光通信路を介して局側の通信装置８１０と接続され、この通信装置８１０を介してインターネット８００にアクセスすることが可能となっている。

ＰＯＮ通信システムには、ＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)−ＰＯＮ方式、Ｂ(Broadband)−ＰＯＮ方式、Ｅ(Ethernet(登録商標))−ＰＯＮ方式などの種々の方式が存在するが、加入者側のＯＮＵ ８５０から局側のＯＬＴ ８１３が受信する光信号は、多くの場合、光パルス列からなる光バースト信号であり、ＯＬＴ ８１３は、この光バースト信号を受信して電気信号として出力する光バースト信号受信装置としての機能を備えている。以下では、ＯＬＴを光バースト信号受信装置として説明する。

一般に、各加入者宅に引き込まれる支線光ファイバ８４０を含む光通信路には個体差が存在するので、局側の光バースト信号受信装置（ＯＬＴ）８１３が受信する光バースト信号の信号レベル（信号強度）は加入者ごとに異なり、幅広いダイナミックレンジがバースト信号再生機能に必要となる。このため、光バースト信号受信装置（ＯＬＴ）８１３は、各加入者から受信した光バースト信号から得られる電気信号のバースト信号の信号レベルを略一定に調整するための機能を備えている。以下では、単に「バースト信号」と表現するときは、電気信号（電流信号または電圧信号）のバースト信号を意味するものとする。

従来、局側においてバースト信号の信号レベルを略一定に調整するための手法として、バーストｂｙバーストＡＧＣ(Auto Gain Control)法が用いられている。
図１０を参照して、バーストｂｙバーストＡＧＣ法の概念を説明する。図１０（ａ）は、一本の基幹光ファイバ８２０を介して各加入者Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｎから時間間隔をおいて順次的に受信する光バースト信号の信号レベルを模式的に表わしており、同図に示すように、各加入者から受信する信号レベルは異なっている。バーストｂｙバーストＡＧＣ法では、図１０（ｂ）に示すように、バースト信号をＡＧＣ回路９２０に入力して増幅すると共に、信号レベル検出回路９１０により各バースト信号に含まれるバーストセルの信号レベルを検出し、その検出結果に基づきＡＧＣ回路９２０のゲインを最適な値に制御し、これにより、各加入者からのバースト信号の信号レベルを略一定に調整している。

ところで、光通信システムの送信側において、光バースト信号を出力するための素子としてフォトダイオードが一般に用いられるが、フォトダイオードから出力される光バースト信号の波形歪みを防止するために、一般にはフォトダイオードに起動用のバイアス電流を印加している。このバイアス電流は、図１１に示すように、伝送すべき情報を含むバーストセルを出力するタイミングから任意の時間だけ早いタイミングで印加される。このバイアス電流の印加時からバーストセルの先頭までの区間はプリバイアス部と呼ばれ、バーストセルは、プリアンブル部とスクランブルＮＲＺ部を含んで構成される。

図１２（ａ）〜（ｃ）に、プリバイアス部の波形例を示す。図１２（ａ）に示す例は、一定のバイアス電流を印加する場合の波形例である。図１２（ｂ）に示す例は、鋸歯状のバイアス電流を印加する場合の波形例である。図１２（ｃ）に示す例は、パルス状のバイアス電流を印加する場合の波形例である。
プリバイアス部は、フォトダイオードに上述の起動用のバイアス電流を供給するためのものであり、バーストセルのような伝送されるべき情報を含んでいないため、再生の必要がなく、プリバイアス部の波形（バイアス分）を除外してバースト信号を再生することが望ましい。

この点について、加入者ごとに局側と１本の光ファイバで接続する前述の形態（Ｓｉｎｇｌｅ ｓｔａｒ）では、１本の光ファイバは１人の加入者によって占有されるので、この光バースト信号に含まれるプリバイアス部の波形は固定的である。従って、局側の光バースト信号受信装置では、予め各加入者のプリバイアス部の信号波形を把握しておけば、バースト信号に重畳されたバイアス電流に相当する信号レベルを除去することは容易であり、プリバイアス部とバーストセルを区別する必要がなかった。

しかし、プリバイアス部の信号波形については標準化されておらず、上述の例に示すように任意であり、その区間長も任意であるため、ＰＯＮ通信システムのように、１本の基幹光ファイバを介して複数の加入者から多様な光バースト信号を受信する場合、局側で加入者ごとに、バースト信号に含まれるプリバイアス部とバーストセルを区別することは容易ではない。

また、バーストｂｙバーストＡＧＣ法において、バースト信号を再生する際に、プリバイアス部をバーストセルの一部として取り扱うと、バーストセルの信号レベルを正しく検出することができなくなり、バースト信号の再生に支障をきたす場合がある。具体的には、図１１に示すプリバイアス部をバーストセルの一部として取り扱うと、プリバイアス部の開始位置が実際のバーストセルの開始位置として誤認識され、プリバイアス部の信号レベルがバーストセルの信号レベルとして誤検出される。

この結果、バーストセルの信号レベルが実際の信号レベルよりも低く認識され、バーストセルの信号レベルの検出値に誤差が生じる。この誤差を含む低い信号レベルに対して図１０（ｂ）に示すＡＧＣ回路９２０のゲインが最適化されるため、プリバイアス部の後に続く高い信号レベルのバーストセルを正常に再生できなくなる。
従って、ＰＯＮ通信システムの場合、バーストセルの信号レベルを正しく検出することに対する要請があり、そのための手法として次のような手法が考えられる。

（第１の手法）
プリバイアス部の区間を予め予測しておき、バースト信号の先頭部（プリバイアス部の先頭部）から、上記予測したプリバイアス部の区間の後の信号レベルを検出することで、プリバイアス部を除いてバーストセルの信号レベルを検出する。
（第２の手法）
プリバイアス部の信号レベルを検出し、バースト信号からプリバイアス部の信号レベルを差し引くことで、プリバイアス部の信号レベルをキャンセルする。
特開２００５−２０４１７号公報 特開２００５−１９７８８１号公報

しかしながら、上述の第１及び第２の手法には、次のような問題がある。
まず、第１の手法によれば、プリバイアス部の区間長が変化すると、バーストセルの信号レベルを正しく検出することができないという問題がある。

詳細に説明すると、ＩＴＵ−Ｔなどの国際標準でプリバイアス部の最長区間が規定されてはいるが、この最長区間以下であれば、プリバイアス部の区間長を任意に設定することが許されている。従って、プリバイアス部の影響を確実に排除するためには、プリバイアス部の最長区間を考慮して予測区間を決定しなければならない。

即ち、仮に、図１３（ａ）に示すように、プリバイアス部の予測区間を表す予測区間信号のパルス幅が実際のプリバイアス部の区間長よりも短ければ、予測区間の終了点がプリバイアス部の区間内に位置することになるため、プリバイアス部の信号レベルを誤って検出する結果となり、上述のように、バーストｂｙバーストＡＧＣ法におけるＡＧＣ回路の誤動作を招き、バーストセルを正常に再生できなくなる。従って、プリアンブル部（バーストセル）の信号レベルを正しく検出するためには、予測区間信号のパルス幅をプリバイアス部の最長区間以上に設定する必要がある。

一方、仮に、図１３（ｂ）に示すように、予測区間信号のパルス幅をプリバイアス部の最長区間以上に設定すると、同図最下段に示すように、予測区間信号のパルスはバーストセル内のプリアンブル部の信号区間の一部と重複することになる。このため、予測区間信号が立ち下がるまでのプリアンブル部の信号区間がプリバイアス部と見なされ、その信号区間のプリアンブル部が欠損する結果となる。この現象は、プリバイアス部の区間長が予測区間よりも短い場合、またはプリバイアス部の信号レベルが検出できない程度に低い場合に発生する。

このようなプリアンブル部の欠損は極力避けなければならない。その理由は、伝送効率の低下を防ぐためにバースト信号の再生過程において許容されるプリアンブル部の消失ビット数に制限が設けられており、その制限を越えてプリアンブル部のビット数が消失すると、バースト信号の受信しきい値検出及びビット同期を行う際に必要とされるプリアンブル信号パターンが得られなくなり、バースト信号を正常に再生できなくなるからである。

このように、第１の手法によれば、予測区間が実際のプリバイアス部の区間と異なると、バースト信号を正常に再生できなくなり、プリバイアス部の区間長の変化に柔軟に対応することができないという問題がある。

次に、第２の手法の問題を説明する。第２の手法によれば、プリバイアス部の信号波形によっては、その信号レベルをキャンセルすることができず、プリバイアス部の影響を排除することができないという問題がある。
具体的に説明すると、前述の図１２（ａ）に示すようなプリバイアス部の信号波形に対してはプリバイアス部の信号レベルをキャンセルすることは可能であるが、図１２（ｂ），（ｃ）に示すような信号波形に対してはプリバイアス部の信号レベルをキャンセルすることができない。

例えば、図１２（ｃ）に示す信号波形の場合、図１４に示すように、プリバイアス部の信号レベルの検出値として得られた一定のバイアスレベル（図１４の中段に示す波形）をバースト信号（図１４の上段に示す波形）から差し引いたとしても、プリバイアス部の信号レベルは一様に低下するだけであるから、そのプリバイアス部の信号波形は依然として存在し（図１４の最下段の波形参照）、キャンセルされない。従って、プリバイアス部の影響が残り、バーストセルの信号レベルを正しく検出することができない。図１２（ｂ）に示す波形例に適用した場合も同様である。

上述のように、従来の光バースト信号受信装置によれば、プリバイアス部の区間長や信号波形が変化すると、バースト信号に含まれるバーストセルの位置を正しく検出することが困難となり、従ってバースト信号を正しく再生することが困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、プリバイアス部の区間長や信号波形が変化しても、バースト信号のバーストセルに含まれるプリアンブル部の開始位置（バーストセルの開始位置）を正しく検出し、プリバイアス部の影響を有効に排除しながらバースト信号を正しく再生することが可能な光バースト信号受信装置および方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光バースト信号受信装置は、ＰＯＮ通信システム用の光バースト信号受信装置において、入射された光バースト信号を光電変換して得られる電気信号のピークホールド値を表す信号の微分波形の立ち上がりから、前記光バースト信号に含まれるプリバイアス部とプリアンブル部の各開始位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。

前記光バースト信号受信装置において、例えば、前記検出手段は、前記電気信号のピークレベルを検出して前記ピークホールド値を出力すると共に、所定のリセット信号に基づき前記ピークホールド値をリセットするように構成されたピークホールド回路と、前記ピークホールド回路の出力信号を微分する微分回路とを備えたことを特徴とする。

前記光バースト信号受信装置において、例えば、前記光バースト信号を光電変換して得られる電気信号の信号レベルを調整するための増幅手段を備え、前記増幅手段は、前記電気信号として前記光バースト信号を光電変換して得られる電流信号を、該電流信号とは逆相の電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号と所定のリファレンス電圧との差分を増幅して、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号とは逆相の電圧信号を出力する差動アンプと、から構成されたこ とを特徴とする。

本発明に係る光バースト信号受信方法は、ＰＯＮ通信システムにおける光バースト信号受信方法であって、光バースト信号を電流信号に光電変換し、前記電流信号を第１の電圧信号に電流／電圧変換し、前記第１の電圧信号を第２の電圧信号に増幅し、前記第２の電圧信号のピークレベルを検出して該第２の電圧信号のピークホールド値を表す波形信号を生成し、前記波形信号を微分し、前記波形信号の微分波形の立ち上がりから前記光バースト信号に含まれるプリバイアス部とプリアンブル部の各開始位置を特定し、前記特定された前記プリアンブル部の開始位置に基づき前記プリアンブル部の信号レベルを検出し、前記検出された前記プリアンブル部の信号レベルに基づき、前記第２の電圧信号の信号レベルを略一定とするように前記増幅のゲインを制御することを特徴とする。

この構成によれば、検出手段がプリアンブル部の開始位置を検出し、この検出手段が検出したプリアンブル部の開始位置を起点とした所定のタイミングでの信号レベルに基づいて増幅器のゲインを制御するので、プリアンブル部の信号レベルに基づいて増幅器のゲインを正しく制御することが可能になる。従って、プリバイアス部の区間長や信号波形が変化しても、プリバイアス部の影響を有効に排除しながらバースト信号の信号レベルを調整することが可能になる。

本発明によれば、バースト信号のピークホールド値を表す信号を微分するようにしたので、プリバイアス部の区間長や信号波形が変化しても、バースト信号に含まれるプリアンブル部の開始位置（バーストセルの開始位置）を正しく検出することが可能になる。従って、プリアンブル部（バーストセル）の信号レベルを正しく把握することができ、プリバイアス部の影響を有効に排除しながらバースト信号を正しく再生することが可能になる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
本実施形態に係る光バースト信号受信装置は、ＰＯＮ通信システム用の光バースト信号受信装置であって、受信された光バースト信号を光電変換して得られる電気信号のピークホールド値を表す信号の微分波形から、光バースト信号に含まれるプリアンブル部の位置を検出する検出手段を備えたことを特徴としている。

図１に、本発明の実施形態による光バースト信号受信装置１００の全体構成を示す。本光バースト信号受信装置１００は、前述の図９に示すＯＬＴ ８１３に相当するものであって、光バースト信号Ａを受信し、該光バースト信号を光電変換して得られる電気信号の信号レベルを調整して出力するように構成され、図１に示すように、受光素子１０１、トランスインピーダンスアンプ１０２、レベル検出部１０３、プリアンブル位置検出回路１０４、ゲイン制御部１０５、しきい値検出部１０６、増幅器１０７から構成される。

受光素子１０１は、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）から構成され、前述の図９に示す基幹光ファイバ８２０を介して加入者側のＯＮＵ ８５０から伝送された光バースト信号Ａを受光して光電変換するものである。ただし、この例に限定されることなく、受光素子１０１は光電変換機能を有する素子であればよく、例えばフォトダイオードであってもよい。トランスインピーダンスアンプ１０２は、受光素子１０１から出力される電流信号Ｂを電圧信号Ｃに変換するものである。このトランスインピーダンスアンプ１０２は、ゲインが可変となっており、レベル検出部１０３およびゲイン制御部１０５と共にＡＧＣ(Automatic Gain Control)回路を構成する。
レベル検出部１０３は、トランスインピーダンスアンプ１０２から出力される電圧信号Ｃの信号レベルを検出するものであり、その検出結果として電圧信号Ｆを出力する。

プリアンブル位置検出回路１０４は、本光バースト信号受信装置１００の主要な特徴部であり、バースト信号（電圧信号Ｃ）に含まれるプリアンブル部の開始位置を検出するものであり、その検出結果として電圧信号Ｇを出力する。ゲイン制御部１０５は、レベル検出部１０３とプリアンブル位置検出回路１０４の各検出結果に基づいて、バースト信号（電圧信号Ｃ）の信号レベルを略一定とするようにトランスインピーダンスアンプ１０２のゲインを制御するものである。しきい値検出部１０６は、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号（電圧信号Ｃ）から、後段の増幅器１０７でバースト信号を再生する際の基準となるしきい値を検出するものであり、その検出結果として電圧信号Ｄを出力する。増幅器１０７は、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号（電圧信号Ｃ）と、しきい値検出部１０６で検出されたしきい値との差分を抽出（増幅）することにより、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号（電圧信号Ｃ）からバースト信号（電圧信号Ｅ）を再生するものである。この増幅器１０７を使用することで、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号（電圧信号Ｃ）を論理信号（２値信号）に論理変換すると共に、増幅器１０７の出力信号（電圧信号Ｅ）として得られるバースト信号に含まれるバイアスレベルを自由に変更することが可能となっている。

図２に、プリアンブル位置検出回路１０４の詳細な構成を示す。説明の便宜上、図２には、上述の図１に示す受光素子１０１とトランスインピーダンスアンプ１０２が併記されている。
同図に示すように、プリアンブル位置検出回路１０４は、差動アンプ１０４Ａ、ピークホールド回路１０４Ｂ、微分回路１０４Ｃ、ゲインアンプ１０４Ｄ、リファレンス電圧発生回路１０４Ｅ及び１０４Ｆから構成される。

ここで、差動アンプ１０４Ａの非反転入力端子（＋）には、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力が与えられ、その反転入力端子（−）には、リファレンス電圧発生回路１０４Ｅからリファレンス電圧Ｖｔ１が印加されている。リファレンス電圧Ｖｔ１は、光バースト信号Ａがない時（無信号時）のトランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号レベルと同じ値に設定され、これにより、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力オフセット分を補償するようになっている。差動アンプ１０４Ａの反転出力端子はピークホールド回路１０４Ｂの入力部に接続され、このピークホールド回路１０４Ｂは、そのピークホールド値がリセット信号ＲＳＴによりリセットされるように構成されている。ここで、「ピークホールド値」とは、ピークホールド回路１０４Ｂがリセットされてから現在までにおける差動アンプ１０４Ａの出力信号（電圧信号Ｈ）のピーク値（最大値）を表す値である。このピークホールド値は、その値を上回る新たなピーク値が検出されるまで保持される。

ピークホールド回路１０４Ｂの出力部は、微分回路１０４Ｃの入力部に接続され、この微分回路１０４Ｃの出力部はゲインアンプ１０４Ｄの非反転入力端子（＋）に接続されている。ゲインアンプ１０４Ｄの反転入力端子（−）には、リファレンス電圧発生回路１０４Ｆからしきい値電圧Ｖｔ２が印加されている。しきい値電圧Ｖｔ２は、電圧信号Ｃに含まれる微分波形からパルスを生成する際の比較の基準となる電圧である。

次に、図３に示す波形図を参照しながら、図１に示す全体構成の動作を説明する。
光バースト信号Ａが受光素子１０１に入射されると、受光素子１０１は光バースト信号Ａを電流信号Ｂに光電変換し、この電流信号Ｂをトランスインピーダンスアンプ１０２が電圧信号Ｃに変換する。このとき、トランスインピーダンスアンプ１０２の構成上、電圧信号Ｃの位相は、電流信号Ｂ（または光バースト信号Ａ）の位相に対して逆相になる。

レベル検出部１０３は、トランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号（電圧信号Ｃ）の信号レベルを検出し、プリアンブル位置検出回路１０４は、トランスインピーダンスアンプ１０２から電圧信号Ｃとして出力されるバースト信号に含まれるプリアンブル部の開始位置を検出する。これらの検出結果に基づき、ゲイン制御部１０５は、電圧信号Ｃに含まれるバーストセルの信号レベルが略一定になるように、トランスインピーダンスアンプ１０２のゲインを最適に制御する。プリアンブル位置検出回路１０４及びゲイン制御部１０５の各動作の詳細については、後述する。

しきい値検出部１０６は、後述するプリアンブル位置検出回路１０４の検出結果を表す電圧信号Ｇ（図４のプリバイアス部の開始位置を示すパルスＰ１）に基づき、電圧信号Ｃから、プリバイアス部のバイアスレベルに相当するしきい値を検出し、そのしきい値を表す電圧信号Ｄを増幅器１０７の非反転入力端子（＋）に出力する。また、しきい値検出部１０６の出力信号レベル（電圧信号Ｄの信号レベル）は、光バースト信号Ａがない時（無信号時）のトランスインピーダンスアンプ１０２の出力信号レベルに設定してもよい。この場合には、プリアンブル位置検出回路１０４の検出結果を用いることなく、しきい値検出部１０６の出力信号レベルが設定される。増幅器１０７は、反転入力端子（−）でトランスインピーダンスアンプ１０２から出力された電圧信号Ｃを入力し、電圧信号Ｃが電圧信号Ｄより小さい場合に電圧信号Ｅとしてハイレベルを出力し、逆に電圧信号Ｃが電圧信号Ｄよりも大きい場合に電圧信号Ｅとしてローレベルを出力する。
以上により、光バースト信号受信装置１００は、光バースト信号Ａを受信し、この光バースト信号に対応する電気信号のバースト信号として、信号レベルが略一定に調整された電圧信号Ｅを出力する。

次に、図２及び図４を参照して、プリアンブル位置検出回路１０４の動作の詳細を説明する。
光バースト信号Ａのバーストセルの受信に先立って、本光バースト信号受信装置の全体を制御する図示しない制御ユニットは、リセット信号ＲＳＴによりピークホールド回路１０４Ｂをリセットし、そのピークホールド値を表す電圧信号Ｊを初期化する。このピークホールド回路１０４Ｂがリセットされた状態から、光バースト信号Ａのバーストセルを受信すると、上述のように、受光素子１０１が光バースト信号Ａを電流信号Ｂに光電変換し、トランスインピーダンスアンプ１０２が、電流信号Ｂとは逆相の電圧信号Ｃを出力する。

電圧信号Ｃを非反転入力端子（＋）に入力する差動アンプ１０４Ａは、その反転出力端子から、電圧信号Ｃとは逆相の電圧信号Ｈを出力する。即ち、差動アンプ１０４Ａは、光バースト信号Ａに対して同相の関係にある正相の電圧信号Ｈを出力する。

ピークホールド回路１０４Ｂは、電圧信号Ｈを入力し、そのピーク電圧を検出してピークホールド値として保持し、このピークホールド値を表す電圧信号Ｊを出力する。電圧信号Ｊの信号波形は、図４の上から３段目の波形として示すように、プリバイアス部の開始位置とプリアンブルの開始位置（プリバイアス部の終了位置）で階段状に変化する。ピークホールド回路１０４Ｂによる電圧信号Ｈのピーク値の検出は、バーストセルごとに行う必要があるので、上述のように、バーストセルごとにリセット信号ＲＳＴによりピークホールド回路１０４Ｂをリセットし、その検出値である電圧信号Ｊを初期化する。

微分回路１０４Ｃは、ピークホールド回路１０４Ｂから出力される電圧信号Ｊの波形を微分し、その微分結果である微分波形を含む電圧信号Ｋを出力する。図４の上から４段目の波形として示すように、電圧信号Ｋは、プリバイアス部の開始位置とプリアンブル部の開始位置（即ちプリバイアス部の終了位置）で急峻な立ち上がりを示した後になだらかに減衰するパルス状の微分波形を含んでいる。

上述の微分波形を含む電圧信号Ｋを非反転入力端子（＋）に入力するゲインアンプ１０４Ｄは、電圧信号Ｋとしきい値電圧Ｖｔ２を比較し、電圧信号Ｈがしきい値電圧Ｖｔ２を上回った期間でハイレベルとなるパルスＰ１，Ｐ２を含む電圧信号Ｌを出力する。即ち、電圧信号Ｌは、プリバイアス部の開始位置で発生されるパルスＰ１と、プリアンブルの開始位置で発生されるパルスＰ２を含み、このようなパルスＰ１，Ｐ２により、プリバイアス部とプリアンブル部の各開始位置を検出し、これらを区別することができる。

次に、ゲイン制御部１０５の動作の詳細を説明する。
ゲイン制御部１０５は、以下に説明するように、レベル検出部１０３の検出結果である電圧信号Ｃの信号レベルと、プリアンブル位置検出回路１０４の検出結果であるプリアンブル部の開始位置を表す電圧信号Ｇとに基づき、電圧信号Ｃの信号レベルが略一定となるように、トランスインピーダンスアンプ１０２のゲインを制御する。

詳しくは、ゲイン制御部１０５は、プリアンブル位置検出回路１０４から出力される電圧信号Ｌに含まれるパルスＰ２のタイミングを基点として所定時間（例えば１０ｎｓｅｃ）をカウントし、このカウントが終了したタイミングで、レベル検出部１０３の出力信号Ｆを取り込む。このときの信号Ｆは、バースト信号に含まれるバーストセルのプリアンブル部の信号レベルを示す。

即ち、上述の「所定時間」は、レベル検出部１０３から出力される信号Ｆが、プリアンブル部に含まれるパルスのピーク値、即ち、プリアンブル部（バーストセル）の信号レベルを示すように適切に設定される。ただし、「所定時間」は、上述の例に限らず、信号Ｆが、プリアンブル部（バーストセル）の信号レベルを示す限度において、どのような値に設定してもよく、ゼロとしてもよい。ゼロに設定した場合には、プリアンブル部の開始位置での電圧信号Ｃの信号振幅がレベル検出部１０３によって検出されることになるが、この検出動作はプリアンブル部の開始位置が検出されたことを原因としているので、レベル検出部１０３の検出動作と、プリアンブル位置検出回路１０４の検出動作に大きな差がなければ、誤ってプリバイアス部の信号レベルが検出されることはない。

ゲイン制御部１０５は、上述のようにして得られたプリアンブル部の信号レベルに基づき、電圧信号Ｃに含まれるバーストセルの信号レベルを略一定とするように、トランスインピーダンスアンプ１０２のゲインを最適に制御する。

上述の例では、光バースト信号Ａのプリバイアス部の波形として、一定のバイアス電流の波形を説明したが、この例に限らず、前述の図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すような信号波形のプリバイアス部を含むバースト信号に対しても本光バースト信号受信装置は有効に機能する。即ち、図１２（ｂ）に示すプリアンブル部を有する光バースト信号を本光バースト信号受信装置で受信した場合であっても、図５（ａ）に示すように、この場合の電圧信号Ｊも図４に示す波形と同様になる。また、図１２（ｃ）に示すプリアンブル部を有する光バースト信号を本光バースト信号受信装置で受信した場合にも、図５（ｂ）に示すように、この場合の電圧信号Ｊも図４に示す波形と同様になる。従って、何れの場合にも、プリバイアス部とプリアンブル部の各開始位置を正しく把握してトランスインピーダンスアンプ１０２のゲインを適切に制御することが可能になる。

上述したように、本実施形態によれば、プリアンブル部の開始位置を正しく検出することが可能になり、プリバイアス部とプリアンブルを区別してトランスインピーダンスアンプ１０２のゲインを適切に制御することができる。従って、プリアンブル部の区間長や信号波形が変化しても、プリアンブル部の影響を有効に排除しながらバースト信号の信号レベルを調整することが可能になり、バースト信号を正常に再生することが可能になる。

（第１の変形例）
図６に第１の変形例を示す。前述の図１に示す構成では、トランスインピーダンスアンプ１０２として、入力電流信号に対して逆相の出力電圧信号を出力するものを採用したが、図６に示すように、入力電流信号に対して同相の出力電圧信号を出力するトランスインピーダンスアンプ１０２Ａを採用してもよい。この場合、図２に示す差動アンプ１０４Ａに相当する構成は不要となり、構成を簡略化することができる。

（第２の変形例）
図７に第２の変形例を示す。前述の図２に示す構成では、ゲインアンプ１０４Ｄを設けたが、図７に示すように、ゲインアンプ１０４Ｄを省略し、微分回路１０４Ｃの出力信号Ｋをゲイン制御部１０５に与えてもよい。この場合も、電圧信号Ｋに含まれる微分波形のパルス信号（上述のパルスＰ１，Ｐ２の元になる微分波形パルス）により、プリバイアス部及びプリアンブル部の開始位置を正しく把握することができる。

（第３の変形例）
図８に第３の変形例を示す。図８に示すように、プリバイアス部をマスクするためのマスク回路として、前述の図１に示す構成において、プリアンブル位置検出回路１０４の後段にＲＳフリップフロップ回路１４２を設け、増幅器１０７の後段にＡＮＤ回路１４４を設けても良い。ただし、図８では、図１に示すレベル検出部１０３、ゲイン制御部１０５、しきい値検出部１０６の表記が省略されている。
図８に示す構成によれば、プリアンブル位置検出回路１０４の後段に接続されたＲＳフリップフロップ回路１４２は、プリアンブル開始位置を検出した際に、プリアンブル位置検出回路１０４から出力される電圧信号Ｇ（パルスＰ２）をセット端子（Ｓ）に入力し、バースト信号入力前に外部から印加されるリセット信号ＲＳＴをリセット端子（Ｒ）に入力し、セット信号（Ｓ）が入力されてからリセット信号ＲＳＴ（Ｒ）が入力されるまでの間は、論理レベルとしてハイレベルを出力する。

これにより、ＲＳフリップフロップ回路１４２の出力信号は、プリアンブル開始位置の検出点（パルスＰ２）から次のバースト信号リセット信号までの区間は、ハイレベルを保つ。このハイレベルの信号とトランスインピーダンスアンプ１０２からの電圧信号ＣをＡＮＤ回路１４４に入力することで、電圧信号Ｃ（電圧信号Ｅ）は、プリアンブル開始位置から次のバーストリセット信号の入力までの区間しかＡＮＤ回路１４４から出力されない。即ち、ＡＮＤ回路１４４から出力される電圧信号Ｅｍには、電圧信号Ｃ（電圧信号Ｅ）に含まれているプリバイアス部の信号部分は含まれない。従って、プリバイアス部は、再生されずに、プリアンブル部からの信号をＡＮＤ回路１４４から出力することが可能になる。従って、プリバイアス部をマスクすることが可能になり、このプリバイアス部の影響を排除することが可能になる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、差動アンプ１０４Ａから出力される電圧信号Ｈのピーク値をピークホールド回路１０４Ｂで検出するものとしたが、電圧信号Ｈの位相によっては、ボトムホールド回路を採用し、ボトム値を検出してもよい。この場合、図４に示す電圧信号Ｊは、その信号レベルが階段状に低下する波形となるが、この波形を微分することにより、同様にプリバイアス部の開始位置とバーストセルの開始位置を検出することが可能である。

本発明の実施形態に係る光バースト信号受信装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るプリアンブル位置検出回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る光バースト信号受信装置の動作を説明するための波形図である。 本発明の実施形態に係るプリアンブル位置検出回路の動作を説明するための波形図である。 本発明の実施形態に係るプリアンブル位置検出回路が入力の対象とする他のバースト信号のプリアンブル部の波形を説明するための波形図である。 本発明の実施形態の第１の変形例を示すブロック図である。 本発明の実施形態の第２の変形例を示すブロック図である。 本発明の実施形態の第３の変形例を示すブロック図である。 ＰＯＮ通信システムの概念を説明するための図である。 ＰＯＮ通信システムにおけるバーストｂｙバーストＡＧＣ法を説明するための図である。 ＰＯＮ通信システムにおけるバースト信号を説明する波形図である。 バースト信号のプリアンブル部の波形例を説明するための波形図である。 従来技術の第１の手法による問題点を説明するための図である。 従来技術の第２の手法による問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０１；受光素子
１０２；トランスインピーダンスアンプ
１０３；レベル検出部
１０４；プリアンブル位置検出回路
１０５；ゲイン制御部
１０６；しきい値検出部
１０７；増幅器
１０４Ａ；差動アンプ
１０４Ｂ；ピークホールド回路
１０４Ｃ；微分回路
１０４Ｄ；ゲインアンプ

Claims (4)

1. ＰＯＮ通信システム用の光バースト信号受信装置において、
   入射された光バースト信号を光電変換して得られる電気信号のピークホールド値を表す信号の微分波形の立ち上がりから、前記光バースト信号に含まれるプリバイアス部とプリアンブル部の各開始位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする光バースト信号受信装置。
2. 前記検出手段は、
   前記電気信号のピークレベルを検出して前記ピークホールド値を出力すると共に、所定のリセット信号に基づき前記ピークホールド値をリセットするように構成されたピークホールド回路と、
   前記ピークホールド回路の出力信号を微分する微分回路と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の光バースト信号受信装置。
3. 前記光バースト信号を光電変換して得られる電気信号の信号レベルを調整するための増幅手段を備え、
   前記増幅手段は、
   前記電気信号として前記光バースト信号を光電変換して得られる電流信号を、該電流信号とは逆相の電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプと、
   前記トランスインピーダンスアンプの出力信号と所定のリファレンス電圧との差分を増幅して、前記トランスインピーダンスアンプの出力信号とは逆相の電圧信号を出力する差動アンプと、
   から構成されたことを特徴とする請求項１または２の何れか１項記載の光バースト信号受信装置。
4. ＰＯＮ通信システムにおける光バースト信号受信方法であって、
   光バースト信号を電流信号に光電変換し、
   前記電流信号を第１の電圧信号に電流／電圧変換し、
   前記第１の電圧信号を第２の電圧信号に増幅し、
   前記第２の電圧信号のピークレベルを検出して該第２の電圧信号のピークホールド値を表す波形信号を生成し、
   前記波形信号を微分し、
   前記波形信号の微分波形の立ち上がりから前記光バースト信号に含まれるプリバイアス部とプリアンブル部の各開始位置を特定し、
   前記特定された前記プリアンブル部の開始位置に基づき前記プリアンブル部の信号レベルを検出し、
   前記検出された前記プリアンブル部の信号レベルに基づき、前記第２の電圧信号の信号レベルを略一定とするように前記増幅のゲインを制御することを特徴とする光バースト信号受信方法。

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