JP4892287B2 - Ｐｏｎ通信用光パワーモニタ - Google Patents

Description

本発明は、高速ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムについて、OLT(Optical Line Terminal)の受信部に用いられる光パワーモニタに関する。

図６は、ＰＯＮ通信システムを説明する図である。
ＰＯＮ通信システムにおいては、各クライアントＯＮＵ＃１〜３からの光信号を光スターカプラ１０で合波し、ＯＬＴ１１に送信するシステムである。各クライアントＯＮＵ＃１〜３からの光信号は、パケット形式となっている。クライアントＯＮＵ＃１〜３とＯＬＴ１１の間には、光スターカプラ１０が設けられるだけであり、光増幅器のような能動装置は設けられていない。各クライアントＯＮＵ＃１〜３は、ＯＬＴ１１との間で取り決めたタイミングで光パケット信号を送出する。

ここで、各クライアントＯＮＵ＃１〜３と光スターカプラ１０を結合する光伝送路の特性や長さが、それぞれ異なるために、各クライアントＯＮＵ＃１〜３から送られてくる光パケット信号は、伝送路毎に異なった損失を受けて光スターカプラ１０に入力される。すなわち、低損失な伝送路を伝搬してきた光パケット信号は、光パワーが大きいまま、光スターカプラ１０で、他の光パケット信号と合波され、高損失な伝送路を伝搬してきた光パケット信号は、光パワーが小さいまま、光スターカプラ１０で、他の光パケット信号と合波される。したがって、光スターカプラ１０からＯＬＴ１１に送られる光信号は、光パケット信号毎に光パワーが異なるバースト信号となっている。

このようなバースト通信においては、各クライアントＯＮＵ＃１〜３からの光パケット信号の光パワーが異なるので、各光パケット信号の光パワーをパケットごとにモニタできれば、各クライアントからの経路の情報をリアルタイムで取得することができる。各経路の情報をリアルタイムで取得することができれば、障害発生等において迅速に対応することができる。したがって、上記のようなＰＯＮ通信システムにおいては、パケットごとに光パワーを測定することが望まれている。

従来の光パワーモニタは主に、光信号の所定時間にわたった平均的な光パワーを常時モニタし出力する機能であり、パケットごとに光パワーをモニタするのは従来にない技術である。

ＰＯＮシステムにおいて、バースト信号に先立つプリアンブルビットを受信して、増幅器の制御を行う技術が特許文献１に記載されている。
特開２０００−１５１２９０号公報

強度変調された光信号は、０と１の符号で光パワーが異なるため、入力光パワーは０と１の中間の光パワーで規定する。しかし、光パケットのデータ部に長ビットの同符号が含まれる場合は、平均光パワーが０もしくは１の光パワーに偏ってしまい、その間は正しい評価ができなくなってしまう。

本発明の課題は、パケットごとに光パワーが異なるような光通信システムにおいて、パケットごとに光パワーを、正しく測定することのできる光パワーモニタを提供することである。

本発明の光パワーモニタは、光信号がパケットフォーマットで送受信され、パケット毎の光強度が異なるような光通信システムにおける光パワーモニタであって、パケットの始まりからヘッダ部の終わりの前までを計数する計数手段と、パケットの始まりからヘッダ部の終わりまでの時間より短い時定数で、光信号の強度に対応する電気信号を積分する積分手段と、該計数手段の指示に従って、積分手段の積分値を取得し、計測対象のパケットの光強度とする取得手段とからなることを特徴とする。

本発明によれば、ＰＯＮ通信システムのＯＬＴにおいて、パケットごとの光パワーを高精度でモニタすることができ、パケットの送信元である各クライアントとＯＬＴを結ぶ経路のリアルタイムでの情報の取得が可能となる。

図１は、本発明の実施形態を説明する図である。
パケットの先頭部分には、「preamble」「delimiter」と呼ばれる固定長、かつ１と０の符号がほぼ均等に現れる時間領域がある。「preamble」とは、パケットの先頭において、データの同期（信号値１／０が正しく検出できるように閾値を調整する）やクロック抽出のためのフィールドであり、「delimiter」とは、フレームの開始を示すフィールドである。delimiterの後には、ペイロード部が続くが、ペイロード部では、１／０の符号の現れ方は、データの内容によって異なる。そして、preambleやdelimiterのような１と０の符号がほぼ均等に現れるフィールドにおいては、このフィールドに渡って平均的な光パワーを測定すると、光パケット信号の１／０の中間程度の測定値が得られる。そこで、このpreambleとdelimiterからなるヘッダ部の時間内でのみ光パワーのモニタを行い、ペイロード部では光パワーを保持することで、ペイロード部で起きる光パワーの測定値の偏り（誤差）を回避する。これにより、パケット毎の光パワーを、１／０の符号の中間値として、正しく測定することができる。

図２は、本発明の実施形態に従った光受信部の構成ブロック図を示す。
光パケット信号は、光/電気変換回路１５に入力され、電気信号に変換される。光/電気変換回路１５は、電気信号に変換したパケットをパワーモニタ回路１６に送る。Reset信号発出部１９はReset信号をパワーモニタ回路１６およびクロックカウンタ２０に送る。Reset信号により、パワーモニタ回路１６及びクロックカウンタ２０はリセットされる。Reset信号は、システム側で、パケットの間に必ず挿入する信号であり、パケットの終了を示す信号である。Reset信号は、パケットが終わるごとに受信機をリセットして、待ちうけ状態にするための信号である。クロックカウンタ２０は、パワーモニタ回路１６にモニタホールド信号を送る。モニタホールド信号は、delimiterが終了するあたりで出力される。クロックカウンタ２０は、Reset信号を受け取ると、カウントをはじめ、delimiterの終了位置をカウント値により検出し、モニタホールド信号を生成する。パワーモニタ回路１６は、その時点におけるモニタ値をパワー演算回路１７に出力し、パワー演算回路１７はパワーモニタ回路１６の出力より、光パワー値を計算して外部出力メモリ１８に格納する。

図３は、本発明の実施形態におけるパワーモニタ周辺のみの構成を抽出して示した図である。
パケットの間に必ず入るReset信号をトリガとして、パワーモニタ回路１６のリセット及びクロックのカウントを開始する。クロックカウンタ２０は、Reset信号を検出してから一定時間後にホールド信号を出力する。すなわち、Reset信号からdelimiterの最後までのクロックカウント値は予め決められているので、このクロックカウント値が、delimiterの最後を経過する前にホールド信号を出力するようにする。パワーモニタ回路１６は、preamble領域とdelimiter領域の時間帯で立ち上がり、preambleとdelimiterの平均パワーを得られるような時定数を持つように設定する。たとえば、preambleとdelimiterをあわせた領域の時間をｔとすれば、時定数は、０．８ｔなどとする。

図４は、本発明の実施形態の全体の動作の流れを示すフローチャートである。
まずパケット信号入力前にはReset信号発出部１９からReset信号が発出される。したがって、ステップＳ１０において、Reset信号が発出されるのを待つ。次に、ステップＳ１１において、Reset信号をトリガとして、パワーモニタ回路１６のホールド出力値はリセットされ、クロックカウンタ２０がカウントを開始する。パワーモニタ回路１６はパケットヘッダ部の間で出力が安定するよう時定数が設計されており、クロックカウンタはパワーが安定し、かつヘッダ部が終了する前にホールド信号を発出し、光パワーモニタ回路１６の出力をホールドする。すなわち、ステップＳ１２において、クロックカウンタ２０が、所定のカウント値までカウントし終わるまで待ち、カウントし終わると、ステップＳ１３において、パワーモニタ回路１６がパワーモニタ値を保持する。以上の動作は、通信システムが稼動している間はずっと実行される。

図５は、パワーモニタ回路の回路構成例である。
電源電圧Ｖｄｄには、カレントミラー２５が接続され、カレントミラー２５の一方の端子には、フォトダイオードＰＤ２７が接続される。フォトダイオードＰＤ２７は、受信した光信号を電気信号に変換する。光信号は、強度変調されており、フォトダイオードＰＤ２７へ入力する光強度にしたがった電流Ｉｐｄが、フォトダイオードＰＤ２７を流れる。フォトダイオードＰＤ２７に流れた電流Ｉｐｄは、グランドに接続されることになるが、この図では、その記載は省略している。この電流Ｉｐｄが光信号を電気信号に変換したものとなる。フォトダイオードＰＤ２７で電気信号に変換された信号は、トランスインピーダンスアンプ（プリアンプ）２６によって増幅され、後段の信号処理回路に送られる。一方、フォトダイオードＰＤ２７に流れた電流は、カレントミラー２５によって複製され、別の端子に現れる。この端子は、積分器２８に接続されている。積分器２８は、時定数が前述したように、Reset信号の時間から、delimiterが終わる前までの時間の所定の値を持っており、この時定数で、カレントミラー２５から送られてくる、光の強度に対応した電気信号を成分する。サンプルホールド回路２９は、delimiterが終了する前のタイミングで、積分器２８の積分値をサンプリングし、ホールドする。これにより、光信号の０と１の間の平均的な光強度に対応した積分値が得られる。サンプルホールド回路２９がホールドした信号値は、アナログ値なので、アナログ−デジタル変換器３０によって、このアナログ値をデジタル値に変換し、出力する。

本発明の実施形態を説明する図である。 本発明の実施形態に従った光受信部の構成ブロック図を示す。 本発明の実施形態におけるパワーモニタ周辺のみの構成を抽出して示した図である。 本発明の実施形態の全体の動作の流れを示すフローチャートである。 パワーモニタ回路の回路構成例である。 ＰＯＮ通信システムを説明する図である。

符号の説明

１０ 光スターカプラ
１１ ＯＬＴ（Optical Line Terminal）
１５ 光／電気変換回路
１６ パワーモニタ回路
１７ パワー演算回路
１８ 外部出力メモリ
１９ Reset信号発出部
２０ クロックカウンタ
２５ カレントミラー
２６ トランスインピーダンスアンプ（プリアンプ）
２７ フォトダイオード
２８ 積分器
２９ サンプルホールド回路
３０ アナログ−デジタル変換器

Claims (7)

1. 光信号がパケットフォーマットで送受信され、パケットの先頭部分にヘッダ領域を有し、パケットごとの光強度が異なりうるような光通信システムの光受信機における光パワーモニタであって、
   受信する光信号パケットの間に、リセット信号を発生する発生手段と、
   前記リセット信号を検出すると計数を開始し、ヘッダ領域の最後を経過前に、ホールド信号を出力する計数手段と、
   前記リセット信号を検出してから前記ホールド信号を出力するまでの時間より短く、かつ、前記パケットのヘッダ領域の光パワーが安定するような時定数で、前記光信号パケットの光信号の強度に対応する電気信号を積分する積分手段と、
   前記ホールド信号に従って、前記積分手段の積分値を取得し、計測対象のパケットの光強度とする取得手段と、を有し、
   前記積分手段は、
   光信号を第１の電気信号に変換する光電気変換手段と、
   該第１の電気信号に対応した第２の電気信号を複製するカレントミラー手段と、
   該カレントミラー手段からの第２の電気信号を積分する積分器とを備え、
   前記取得手段は、
   前記ホールド信号に従って、前記積分器の積分値をサンプリングし、計測対象パケットの光強度として出力するサンプルホールド手段と、
   を備えることを特徴とする光パワーモニタ。
2. 前記光通信システムは、受動光ネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ。
3. 前記受動光ネットワークは、光バースト通信方式を用いたものであることを特徴とする請求項２に記載の光パワーモニタ。
4. 前記計測手段は、クロックカウンタであり、前記リセット信号の受信をトリガとして一定数のカウントが終了した際に前記取得手段に積分値の取得トリガ信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ。
5. 前記光パワーモニタは、前記光通信システムの終端装置に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ。
6. 前記光通信システムは、光強度変調方式を使用しており、
   前記光信号パケットのプリアンブル及びデリミタは、０と１の符号がほぼ同じ割合で発生することを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ。
7. 前記取得手段は、各光信号パケットの光強度を取得することにより、前記光信号パケットが伝搬した伝送路の損失の状態を取得することを特徴とする請求項１に記載の光パワーモニタ。