JP4911358B2 - 光バースト信号中継装置及び光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）システムにおいて局側装置ＯＬＴと宅側装置ＯＮＵとの間の光信号を、光／電気変換器で光／電気変換した後に、再び電気／光変換器で光信号に変換して中継する光バースト信号中継装置及び光通信システムに関し、特に、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの上り光バースト信号の中継装置及び光通信システムに関するものである。

この光バースト信号中継装置及び光通信システムは、特に、ＧＥ−ＰＯＮなどの光通信システムで好適に使用される。

光加入者線局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal：以下「局側装置」という）と、複数の光加入者線終端装置ＯＮＵ（Optical Network Unit：以下「宅側装置」という）との間を、光ファイバ通信ネットワークを介して、双方向通信する光通信システムがある。
この光通信システムにおいて、局側装置ＯＬＴと各宅側装置ＯＮＵとの間を、それぞれ１本の光ファイバで放射状に結ぶ（Single Star）構成を有する光ファイバ通信ネットワークが構築，実用化されている。このネットワークの構成では、システムや通信機器などの構成は簡単になるが、１つの宅側装置ＯＮＵが、一本の光ファイバを占有しており、局側装置ＯＬＴにこの光ファイバを直接配線接続しなければならない。よって、宅側装置ＯＮＵがＮ局あれば、局側装置ＯＬＴから直接配線接続される光ファイバがＮ本必要となり、光通信システムの低価格化を図るのが困難である。

一方、局側装置ＯＬＴから配線接続される１本の光ファイバを、複数の宅側装置ＯＮＵで共有する光通信システムとしてのＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが実用化されている。このＰＯＮシステムは、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）やＦＴＴＢ（Fiber To The Building）などのＦＴＴｘに適用されている低価格の光加入者用アクセス方式の１つである。

このＰＯＮシステムでは、特に外部からの電源供給を必要とせずに受動的に入力された信号を分岐・多重する受動型光分岐器（以下、単に「光カプラ」ともいう）と、局側装置ＯＬＴとが、伝搬モードを単一とするシングルモードファイバ（Single Mode Fiber）などの光ファイバを介して接続されている。
１つの光通信システムには、宅側装置ＯＮＵは通常、複数あり、光カプラで分岐された光ファイバが、宅側装置ＯＮＵの数に合わせて備えられている。

局側装置ＯＬＴとＮ局の宅側装置ＯＮＵとは、光ファイバ及び光カプラを介して接続された１対Ｎの伝送を基本としている。これにより、１つの局側装置ＯＬＴに対して、多くの宅側装置ＯＮＵを割り当てることができ、全体的な設備コストを抑えることができる。
このようなＰＯＮシステムではＮ局の宅側装置ＯＮＵが１つの局側装置ＯＬＴを共有するため、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへは時分割多重によって信号が衝突しないようにデータ伝送を行う。宅側装置ＯＮＵは局側装置ＯＬＴによって割り当てられた期間でのみ光信号を発光してデータ伝送を行うため、局側装置ＯＬＴにはＮ局の宅側装置ＯＮＵから間欠的な信号（多数の０と１とを含むひとかたまりの信号；光バースト信号という）が伝送される。

局側装置ＯＬＴと光カプラとの距離が長い場合、光バースト信号を、光／電気変換器で電気信号に変換し、再び電気／光変換器で光変換して中継することが行われている。この中継装置を「光バースト信号中継装置」という。
特開平11-275178号公報

光バースト信号中継装置では、中継装置の監視情報を局側に提供する場合、当該中継装置と局側装置ＯＬＴとの間の電話回線、インターネット回線などを用いている。しかしこの監視情報をもっと迅速に局側装置ＯＬＴに提供することのできる通信手段が望まれている。
またこの光バースト信号中継装置によれば、１バーストごとに光強度や周波数／位相が変化する光バースト信号に追随して電気信号を復元する。復元された電気信号を光信号に変換する際に、レーザダイオードなどの発光素子の発光消光が頻繁に行われる。発光の有無で発光素子に流れる電流量が変化するため、温度が不安定になる。発光素子の発光波長は温度依存性を持つため、発光素子の温度管理が必要になってくる。温度管理をしなければ、発光素子の発振波長の精度が下がるという問題がある。

そこで本発明は、中継装置の監視情報を局側に迅速に提供できるとともに、発光素子の温度管理が容易となる光バースト信号中継装置及び光通信システムを提供することを目的とする。

本発明の光バースト信号中継装置は、光バースト信号を受信信号に変換する光／電気変換器と、前記受信信号に基づいて、受信された光バースト信号の光バースト区間を検出し、隣り合う当該光バースト区間の間の無信号区間に監視情報信号を含む信号を挿入して連続信号を作成するためのタイミング制御部と、当該連続信号を、光信号に変換する電気／光変換器とを備え、前記中継装置の監視情報信号を含む信号と、前記受信信号とは位相が揃っているものである。
この光バースト信号中継装置によれば、無信号区間に中継装置の監視情報を挿入して中継することで、中継装置の監視情報を局側に提供することができる。 さらにこの光バースト信号中継装置によれば、光バースト信号を光連続信号に変換して中継するので、中継装置の発光素子の温度が安定し、波長の精度が向上する。

また、光連続信号に変換することで、受信側において、連続信号用の受信回路を利用することができる。連続信号受信では、受信光パワーが基本的に一定であり、信号への高速な追随性を必要としないため、通常のバースト信号受信よりも回路構成が単純になり、低コスト化に有利となる。また、時定数の長いローパスフィルタが使用でき、ノイズ耐性も良好な受信回路を構成することができる。

前記光バースト信号中継装置の具体的構成としては、前記受信信号を取り込んで蓄積し、当該蓄積された受信信号を出力するためのバッファ部と、監視情報パターンを保持し、当該監視情報パターンに相当する監視情報信号を出力するための監視情報パターン保持部と、前記バッファ部から出力される受信信号と、前記監視情報パターン保持部からの監視情報信号との切替を行う切替部と、受信された光バースト信号の光バースト区間を検出し、前記切替部に対して切替制御を行うことにより、前記光バースト区間の間の無信号区間に前記監視情報信号を挿入して、連続信号を作成するためのタイミング制御部とをあげることができる。

この構成によれば、光バースト信号を電気の受信信号に変換してバッファ部に蓄積し、当該蓄積された受信信号を出力する。一方、監視情報パターンを保持しておき、当該監視情報パターンの信号を出力し、前記バッファ部から出力される受信信号との切替を行うことにより、当該監視情報パターンの信号を無信号区間に挿入する。このようにして、本発明では、光バースト区間を検出して、無信号区間に監視情報パターンを含む信号を挿入するというシンプルな構成で、光連続信号を得ることができる。

また、本発明の光バースト信号中継装置は、アイドルパターンを保持し、当該アイドルパターンに相当するアイドル信号を出力するためのアイドルパターン保持部をさらに備え、前記タイミング制御部は、無信号区間の前記監視情報信号を除く部分に前記アイドル信号を挿入して、連続信号を作成するものであってもよい。前記監視情報信号だけでは、無信号区間を埋めることができない場合に、無信号区間の前記監視情報信号を除く部分にアイドル信号を挿入して、連続信号を作成することができる。

また、前記タイミング制御部は、前記無信号区間であって監視情報信号の前後に、無信号区間の開始を示す開始信号及び無信号区間の終了を示す終了信号を挿入して連続信号を作成するものであることが好ましい。この光バースト信号中継装置では、光バースト信号を光連続信号に変換して中継する際に、無信号区間の開始を示す開始信号及び無信号区間の終了を示す終了信号を挿入しているので、局側装置などにおいて光連続信号から従来の光バースト区間と無信号区間を判別し、監視情報を抽出するのが容易となる。

また、前記タイミング制御部は、前記無信号区間に監視情報挿入の有無を示すコードを挿入するものであることが好ましい。これは中継装置同士を接続した多重中継光通信システムにおいて、後続の中継装置又は局側装置が、上流の中継装置により挿入された監視情報パターンが存在しているかどうかを検出し監視情報挿入の有無を検出しやすいようにするためである。

前記監視情報挿入の有無を示すコードは、前記開始信号に含まれるものであってもよい。
前記タイミング制御部は、監視情報信号を挿入する前に、前記バッファ部に記憶された上り信号の無信号区間に、他の光バースト信号中継装置により挿入された監視情報パターンが存在しているかどうかを検出する機能を持っていることが好ましい。中継装置同士を接続した多重中継光通信システムにおいては、上流の中継装置により挿入された監視情報パターンとの競合を回避する必要があるので、このような検出機能が必要となる。これにより、中継されてきた監視情報（多段中継の場合は複数になる）と自身の監視情報をまとめて、通信ポートから局側に出力することができる。

前記タイミング制御部は、監視情報パターンが存在していることを確認すれば、他の無信号区間に監視情報信号を挿入し、監視情報パターンが存在していないことを確認すれば、当該無信号区間に監視情報信号を挿入する。
前記監視情報パターン保持部の保持する監視情報の例として、中継装置の電源に関する情報、受信信号のフレームエラーに関する情報があげられる。

本発明の光通信システムは、前記光カプラと前記局側装置との間に光バースト信号の中継をする光バースト信号中継装置が介在され、前記光バースト信号中継装置は、宅側装置から伝送される光バースト信号を受信信号に変換する光／電気変換器と、前記受信信号に基づいて受信された光バースト信号の光バースト区間を検出し、隣り合う当該光バースト区間の間の無信号区間に中継装置の監視情報信号を含む信号を挿入して連続信号を作成するためのタイミング制御部と、当該連続信号を、光信号に変換する電気／光変換器とを備え、前記中継装置の監視情報信号を含む信号と、前記受信信号とは位相が揃っているものである。

この光通信システムによれば、中継装置の監視情報を局側装置に提供することができるとともに、光バースト信号中継装置と局側装置との間を光連続信号で中継することが出来る。したがって、光バースト信号中継装置の発光素子の温度が安定し、波長の精度が向上する。また、局側装置において、連続信号用の受信回路を利用することができるとともに、連続信号受信では信号への高速な追随性を必要としないため、通常のバースト信号受信よりも回路構成が単純になり、低コスト化に有利となる。また、時定数の長いローパスフィルタが使用でき、ノイズ耐性も良好な受信回路を構成することができるという利点もある。

以上のように本発明によれば、光バースト信号の受信終了時点からつぎの光バースト信号の受信開始までの無信号区間を、監視情報信号を含む信号で埋めて、光連続信号を得、この光連続信号によって光中継することができる。したがって、局側に中継装置の監視情報を伝えることができるとともに、監視情報を伝えるのにバースト信号の無信号区間を利用することで、通信帯域を有効に利用することができる。また中継装置の発光素子の温度が安定し、波長の精度が向上するので、波長多重（ＷＤＭ）を利用した光通信システムなどに特に有効である。

また、無信号区間の開始／終了と監視情報の挿入の有無を示すコードを埋め込むことで、中継装置同士を接続した多重中継光通信システムにおいても、局側に近い中継装置において、監視情報が挿入されていない無信号区間を判断して、自身の監視情報を挿入することができる。さらに、波長の精度が向上することにより、中継装置同士を接続して波長多重伝送する場合、発光素子の温度管理／波長管理が容易となり、多重数を増やすことができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとを、光ファイバで接続した光通信システム１の構成例を示す概略図である。
光通信システム１は、制御局側局舎に備えられる局側装置ＯＬＴ２と、複数の加入者宅に備えられる宅側装置ＯＮＵ３ａ，３ｂ，．．．（以下、総称するときは「宅側装置ＯＮＵ３」という）と、局側装置ＯＬＴ２に接続された幹線光ファイバ４ａ及び各宅側装置ＯＮＵ３に接続された支線光ファイバ４ｂ（以下、総称するときは「光ファイバ４」という）と、幹線光ファイバ４ａと複数の支線光ファイバ４ｂとを接続するための光カプラ５と、幹線光ファイバ４ａの途中に挿入された光信号中継装置７を備えている。

宅側装置ＯＮＵ３は、光ネットワークサービスを享受するための装置であり、加入者宅内に設置されている。宅側装置ＯＮＵ３は、パーソナルコンピュータ（以下、単にＰＣという）９などの端末装置に接続される。
光カプラ５は、外部からの電源供給を特に必要とせず、一方に接続された光ファイバ４から入力される信号を、受動的に分岐又は多重化して、他方に接続された光ファイバ４に出力することができるスターカプラで形成されている。これにより、１つの局側装置ＯＬＴ２に対して、多くの宅側装置ＯＮＵ３を割り当てることができ、全体的な設備コストを抑えることができる。

局側装置ＯＬＴ２及び宅側装置ＯＮＵ３を含むこの光通信システム１は、例えば、ギガビットイーサネット（イーサネットは登録商標である）技術を取り込み、光ファイバを用いた１．２５Ｇｂｐｓの通信速度のアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）システムを構築している。
このＧＥ−ＰＯＮシステムに従えば、局側装置ＯＬＴ２と宅側装置ＯＮＵ３とは、可変長なフレームを単位として、相互の通信を行う。このフレームは、サンプリング・データを含む同期ビット部と、６４バイト以上のデータ部とを有している。

以下、宅側装置ＯＮＵ３と局側装置ＯＬＴ２との信号の、下り方向と上り方向との信号の送受信手順を説明する。
まず、インターネット網などの上位のネットワークから宅側装置ＯＮＵ３へ向けて送られる下り方向の信号の流れを説明する。
インターネット網から信号を受け取った局側装置ＯＬＴ２において、中継されるべき論理リンクを特定するために、所定のブリッジ処理が行われる。このとき、局側装置ＯＬＴ２は、フレーム信号に、論理リンク識別子を含む同期ビット部やＧＥ−ＰＯＮヘッダなどの情報を付加し、光信号に変換して、幹線光ファイバ４ａに送る。この下りの光信号は、特定の宅側装置ＯＮＵ３を指定した送信信号と、宅側装置ＯＮＵ３を指定しないアイドル信号との組み合わせで構成されており、途絶えることのない光連続信号となっている。

幹線光ファイバ４ａに送られた光信号は、光信号中継装置７を通り、光カプラ５で分岐され、各支線光ファイバ４ｂを介して、各宅側装置ＯＮＵ３に送られる。このとき、当該論理リンクを含んでいる宅側装置ＯＮＵ３のみが、所定の光信号を取り込むことができる。そして、当該フレーム信号を取り込んだ宅側装置ＯＮＵ３は、宅内ネットワークインタフェースを中継し、ＰＣ９などの端末装置にデータを送る。

次に、各宅側装置ＯＮＵ３からインターネット網などの上位のネットワークへ向けて送られる上り方向の信号の流れを説明する。
各ＰＣ９からのデータは、各宅側装置ＯＮＵ３を介して、光バースト信号に変換される。光バースト信号を構成するビットの伝送レートは、例えばＧＥ−ＰＯＮの場合１．２５Ｇｂｐｓである。

これらの光バースト信号は各支線光ファイバ４を介して送信される。光バースト信号は、例えば、宅側装置ＯＮＵ３ａからの光バースト信号６ａと、宅側装置ＯＮＵ３ｂからの光バースト信号６ｂと、宅側装置ＯＮＵ３ｃからの光バースト信号６ｃとを含んでいる。そして、光カプラ５を介して、幹線光ファイバ４ａ上をそれぞれの光バースト信号が、多重化されて送られる。

このとき、これらの光バースト信号は、互いに時間的に競合しないように時分割で送信されるよう、制御を受けている。この制御は、局側装置ＯＬＴ２から各宅側装置ＯＮＵ３へデータを送信するとき、各宅側装置ＯＮＵ３に対して、上り光信号を送信してもよい期間ウインドウ（以下、単にウインドウともいう）が割り当てられ、制御フレームとして通知されることで行われる。したがって、同一の光通信システム１において、各宅側装置ＯＮＵ３から送られる上り光信号は、競合を回避することができる。

このようにして、宅側装置ＯＮＵ３と局側装置ＯＬＴ２との相互の通信が行われる。
図２は、時分割方式を用いて、各宅側装置ＯＮＵ３から光ファイバ４ａを介して局側装置ＯＬＴ２へ送られる、上り光フレーム信号の光バースト伝送を示す模式図である。
上り光フレーム信号は、上述のとおり、宅側装置ＯＮＵ３ａからの光バースト信号６ａと、宅側装置ＯＮＵ３ｂからの光バースト信号６ｂと、宅側装置ＯＮＵ３ｃからの光バースト信号６ｃとが互いに時間的に競合しないように、ウィンドウによる制御を受けて、送信されている。

なお、各宅側装置ＯＮＵ３から光カプラ５までの伝送距離が異なるなどの理由により、光信号中継装置７における各上り光信号の強度は、送信元である宅側装置ＯＮＵ３ごとに違っている。
各宅側装置ＯＮＵ３からの光バースト信号に含まれる信号は、プリアンブルを構成する同期ビット部ＰＡと、複数のフレームやセルが含まれたデータ部ＤＡＴＡとを含んでいる。

同期ビット部は、局側装置ＯＬＴ２内に備わる光バーストビット同期回路のビット同期確立のために用いられている。同期ビット部のパターンは、ＧＥ−ＰＯＮでは８Ｂ１０Ｂのアイドル信号となっている。そのマーク率（０，１の比率）は通常５０％、ビット数は固定となっている。
図３は、本発明の光バースト信号中継装置７′の構成を示すブロック図である。図４は、光バースト信号中継装置７′内の各部の信号波形図である。

光バースト信号中継装置７′は、光バースト信号を電気信号（受信信号という；図４（ａ）参照）に変換し、光信号に戻して中継する装置である。
本実施の形態では、光バースト信号中継装置７′は、図１及び図２の光信号中継装置７において、宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの上りの光バースト信号を中継する。局側装置ＯＬＴから宅側装置ＯＮＵへの下りの光連続信号の中継には、光連続信号用の中継装置を使用すればよい。光バースト信号中継装置７′を使用することもできるが、タイミング制御部や各パターン保持部など光連続信号の中継に不要な部分を除いた単純な光中継装置がより好ましい。

図３の光バースト信号中継装置７′は、光バースト信号を受信信号に変換する光／電気変換器７１と、光バースト信号の受信開始／受信終了を検出することのできるタイミング制御部７７とを含んでいる。
光／電気変換器７１は、例えば光バースト信号の光強度をしきい値と比較することにより、光バースト信号の有無を検出する光バースト信号の検出回路を搭載している。

光／電気変換器７１は、光バースト信号有りの状態を示す信号検出信号をタイミング制御部７７に供給する。タイミング制御部７７は、この信号検出信号をもとに光バースト信号の受信開始／受信終了を検出することができる。
なお、タイミング制御部７７は、次のような構成で光バースト信号の受信開始／受信終了を検出してもよい。すなわち、タイミング制御部７７は、光／電気変換器７１の出力をモニタして０信号の連続を検出する０連続検出部を持っている。ＧＥ−ＰＯＮの場合、８Ｂ１０Ｂの符号化を行うため、光バースト信号受信中は同一符号が高々５ビットしか連続しない。そのため、０信号が６ビット以上連続した場合に、受信終了となる。そして、受信終了後の０連続信号検出の解除（つまり１信号の検出）で受信開始を判断する。

また、タイミング制御部７７は光／電気変換器７１からの光バースト信号検出と０連続検出を併用してもよい。
光バースト信号の検出回路をピークホールド回路で構成する場合、ピークホールド回路はピーク値を保持するコンデンサへの充電は高速であるが、放電は緩やかに行われるため、光バースト信号の受信開始は高速に検出できるが、受信終了の検出は遅くなることがある。

一方で、０連続検出の場合には光バースト信号の受信終了を高速に検出できるが、光バースト信号の先頭では同期が確立しておらず、光／電気変換器７の回路構成によっては１信号の検出が遅れる可能性がある。
そこで、光バースト信号検出で光バースト信号の受信開始を検出し、０連続検出で受信終了を検出することで、光バースト信号の受信開始／受信終了を高速に検出できる。

光／電気変換器７１で変換された電気信号は、クロック再生部７２に入力される。クロック再生部７２は、光バースト信号に基づいて、光バースト信号の各ビットに同期したクロック信号を抽出する。この信号を「再生クロック」という。そして再生クロックによって受信信号の各ビットをサンプリングしてバッファ部７３に書き込む。
一方、光バースト信号中継装置７′には、基準クロック（図４（ｂ）参照）が入力される。

この基準クロックは、例えば、下り信号から抽出した、前記再生クロックと同一周波数のクロックである。下り信号は、上り信号と違って常時信号が伝送されているので、下りの光連続信号から抽出したクロックを使用することにより、時間的にとぎれることのない基準クロックを作ることができる。このように基準クロックを下り信号から抽出することで、上り下り信号を同期させることができ、網同期が可能となる。

なお、基準クロックは、必ずしも下り信号から抽出したものである必要はなく、光バースト信号中継装置７′内蔵の発振器で作ったクロックでもよい。
この基準クロックは、光バースト信号中継装置７′のアイドルパターン保持部７４、バッファ部７３、タイミング制御部７７、開始パターン保持部７８、終了パターン保持部７９、監視情報パターン保持部８０に供給される。

クロック再生部７２から出力された受信信号は、再生クロックに基づきバッファ部７３に書き込まれ、基準クロックに基づき読み出される。この読み出された受信信号を「復元信号」という。バッファ部は１つの光バースト信号の受信開始時にタイミング制御部７７からのリセット信号によってクリアされる。
これにより、前記再生クロックと基準クロックの周波数が少しずれていても、その時間範囲が１バースト信号区間に限定されるので、少ないバッファ容量でクロックのずれを吸収し、再生クロックから基準クロックに変換することができる。

例えば、受信開始（リセット信号）から数ビットを蓄積した後に、順次、出力することもできる。例として、１．２５ＧＨｚクロックのずれが２００ｐｐｍで、１バースト信号時間を１００μｓとすると、１バースト信号時間内のクロックのずれは、
（１．２５×１０⁹）×（１００×１０^-6）×２００×１０^-6＝２５
となるため、５０ビットのバッファ容量で、受信開始から２５ビットを蓄積してから出力すれば、バッファがオーバフロー／ショートすることがなくなる。

なお局側装置の下り信号に対して、中継装置と宅側装置がともに網同期している場合は、宅側装置と中継器のクロック周波数が一致するため、バッファ容量をさらに小さくすることができる。
アイドルパターン保持部７４は、１と０が混合した状態で続く所定のアイドルパターンを保持し、基準クロックに同期させて出力するメモリで構成される。なお、アイドルパターンを決定するとき、１と０は常に交互に存在させる必要はなく、例えば１がＮビット続いたり、０がＭビット続いたりしても良い。Ｎ，Ｍは、電気／光変換器７６の前段に挿入されるコンデンサＣのカットオフ周波数に相当するビット数を上限として選ばれる自然数であり、例えば「数百」の値となる。１が連続してＮビット以下、又は０が連続してＭビット以下続く場合は、送信信号は減衰なくコンデンサＣを通過できるが、１がＮビットを超えて連続したり、０がＭビットを超えて連続したりすると、送信信号がコンデンサＣのために減衰してしまうようにする。

なお、このアイドルパターンは、ＧＥ−ＰＯＮの場合には、８Ｂ１０Ｂのアイドル信号（固定パターン）となる。
監視情報パターン保持部８０は監視情報パターンを保持している。監視情報パターンの種類については、後に［表１］を用いて説明する。
切替部７５は、タイミング制御部７７からの切替信号に基づいて、無信号区間の初めから所定時間にわたり、まず開始パターン保持部７８に格納された開始パターンを出力させる。前記所定時間の後に、監視情報パターン保持部８０に保持された監視情報パターン、又はアイドルパターン保持部７４に保持されたアイドルパターンを出力させる。そして切替部７５は、タイミング制御部７７からの切替信号に基づいて、前記アイドルパターン又は監視情報パターンの後、無信号区間の最後で終了パターン保持部７９に格納された終了パターンを出力させる。この切替部７５の動作により、無信号区間において、アイドルパターン及び／又は監視情報パターンを挿入し、その前後にそれぞれ無信号区間の開始パターン、終了パターンを挿入することができる。

なお、アイドルパターン保持部７４の他に、開始パターン保持部７８、終了パターン保持部７９、監視情報パターン保持部８０にも基準クロックが入力される。この結果、アイドルパターン、監視情報パターン、開始／終了パターンと、バッファ部７３から出力される復元信号（図４（ｃ）参照）とは、同じ基準クロックによって位相が揃い、完全に同期のとれた連続信号となる。

なお、光バースト信号内のパケット（ＧＥ−ＰＯＮの場合にはイーサネットパケット）にもパケットの開始／終了を示すパターンが存在するので、その開始／終了を示すパターンを用いてもよいが、光バースト信号には複数のパケットが含まれていることがあり、その場合、パケットの開始／終了を示すパターンでは、光バースト信号の開始／終了を検出することはできないという問題があるので、アイドルパターン又は監視情報パターンの前後に独自の開始パターン、終了パターンを挿入するほうが好ましい。

図５は、光バースト信号の無信号区間に挿入するアイドルパターン又は監視情報パターンの前後に、無信号区間の始まりを示す「開始パターン」と、終わりを示す「終了パターン」とを挿入した例を示すフレーム構成図である。
図５で、図面右方の無信号区間には、開始／終了パターンＡの間にアイドルパターンのみが挿入された例が示されている。図面左方の無信号区間には、開始／終了パターンＢの間にアイドルパターン及び監視情報パターンが挿入された例が示されている。このように、開始／終了パターンをＡ，Ｂ二種類設けたのは、監視情報パターンが含まれているかいないかを、開始／終了パターンを読み取って判断できるようにするためである。すなわち開始／終了パターンＡは、アイドルパターンのみ挿入される場合に用いられ、開始／終了パターンＢは、監視情報パターンが挿入される場合に用いられる。

監視情報パターンを挿入したかどうかを区別するために、異なる開始／終了パターンＡ，Ｂを用いる以外の方法も考えられる。例えば、監視情報の挿入の有無を示すコードを開始パターンＡの後に挿入しても良い。コードの有無によって監視情報の挿入の有無を区別することができる。
次に監視情報パターンの生成方法を説明する。監視情報パターンの生成は、図３の光バースト信号中継装置７′の構成に含まれる監視情報パターン生成部８３によって行われる。

図３に示した二重化電源部８２は光バースト信号中継装置７′の電源の異常を報知するものであり、フレームエラー監視部８１は受信信号データのビット誤りを検出するものである。
監視情報パターン生成部８３は、これらの監視情報を監視して、監視情報パターン（ビットパターン）を生成して監視情報パターン保持部８０に保持させる。ここで監視情報の例として、表１のように、「電源異常」「エラーレート異常」があげられる。

電源異常は、二重化電源部８２のいずれか片方の電源がダウンしたときに、二重化電源部８２から発生されるアラーム通知に基づいて発生するイベントである。
エラーレート異常は、バッファ部に記憶された受信信号データの誤りチェックの結果である。この誤りチェックはフレームエラー監視部８１で行う。フレームエラー監視部８１は、バッファ部７３に記憶された受信信号をモニタし、フレームデータに復号して、冗長ビットとの整合性をチェックして、エラーレートがしきい値を超えているかどうかをチェックし、その監視の結果を監視情報パターン生成部８３に送る。

なお、タイミング制御部７７は、短い遅延時間で中継処理を行っているので、フレームの復号処理を行うことはできないし、実際行わないが、フレームエラーの監視は高速性が要求されないため、フレームエラー監視部８１において、前述のようにフレームの復号化を行っても問題ない。
表２は、監視情報パターン生成部８３で生成され、無信号区間に挿入される監視情報パターンの構成例を示す。

監視情報パターンは、『装置ＩＤ』『フレーム長』『監視情報１〜ｎ』『冗長ビット』から構成される。
監視情報パターンは、８Ｂ１０Ｂ等で符号化することで、０信号と１信号の比率（マーク率）が一定になるようにすることが好ましい。
監視情報は、表１に例示した「電源異常」「エラーレート異常」などの情報である。無信号区間が短く複数の監視情報のすべてを挿入できない場合には、監視情報を分割して、複数のフレームに載せて送ればよい。また監視情報が無信号区間よりも短くて時間が余る場合は、図５に示したように無信号区間の余った区間をアイドルパターンで埋めればよい。

切替部７５は、監視情報パターン保持部８０から出力される監視情報信号（アイドルパターンが挿入される場合はアイドルパターン保持部７４から出力されるアイドル信号を含む）と、開始パターン保持部７８から出力される開始パターン信号と、終了パターン保持部７９から出力される終了パターン信号と、バッファ部７３から出力される復元信号とを、タイミング制御部７７からの切替信号に基づいて切り替える。この切替信号により、切替部７５は、１つの光バースト信号の受信開始時点ではバッファ部７３の復元信号側に接続し、１つの光バースト信号の受信終了時点ではそれ以外の側に接続する（図４（ｄ）参照）。

この切替えにより、光バースト信号の存在しない無信号区間に、開始パターン、監視情報パターン、アイドルパターン、終了パターンが挿入された形になる（図４（ｅ）参照）。これにより、「連続した送信信号」を得ることができる。
この場合、前述したように、バッファ部７３とアイドルパターン保持部７４と監視情報パターン保持部８０と開始パターン保持部と終了パターン保持部とは基準クロックで同期されており、切替え制御も基準クロックで同期させることで、挿入による周波数変動や位相変動は発生しない。

なお、終了パターン信号から復元信号への切替時に復元信号のプリアンブルにあるアイドルパターンが壊れる可能性があるが、せいぜい切り替えた１パターンに限定されるので、周波数変動／位相変動は発生せず、整合性のチェックもできるので、局側装置ＯＬＴの受信に影響を及ぼすことはない。
また、図３に示したように、タイミング制御部７７はバッファ部７３に記憶された受信信号をモニタしている。これは、複数の中継装置がつながる多段中継システムにおいて、別の「装置ＩＤ」を持った中継装置からの上り信号に監視情報パターンが挿入されているかどうかを検出するためである。

すなわち、多段中継時には、２段目以降の中継装置は連続信号を中継することになる。この場合でも、バースト信号の無信号区間を判別し、まだ監視情報が挿入されていない無信号区間に、自身の監視情報を追加することができれば好ましい。そこでタイミング制御部７７は、バッファ部７３に記憶された受信信号の無信号区間の開始、終了を検出する。検出は前述した「開始パターンＡ」「終了パターンＡ」で行うこととする。これにより、他の中継装置によって監視情報パターンが挿入されていない無信号区間を検出することができる。

タイミング制御部７７は、当該中継装置の監視情報パターンを挿入する場合、 (i)当該無信号区間に、すでに他の中継装置の監視情報パターンが挿入されている場合は、監視情報パターンを挿入しないで、他の無信号区間を探す。(ii)当該無信号区間に監視情報パターンが存在せずアイドル信号で満たされている場合はその一部又は全部を監視情報信号に置き換える。

この構成により、複数の中継装置がつながる多段中継システムにおいても、当該中継装置固有の監視情報信号を無信号区間に挿入することができ、これにより、中継されてきた監視情報（多段中継の場合は複数になる）と自身の監視情報をまとめて、通信ポートから局側に出力することができる。
電気／光変換器７６は、このようにして光バースト信号の存在しない無信号区間に監視情報パターンが挿入された送信信号を、光信号に変換して送出する。

本発明の実施の形態によれば、無信号区間に監視情報パターンを挿入して局側装置ＯＬＴに伝えることができる。
そして本実施の形態によれば、光送信信号は、常に１と０が混合した状態で続いていることになる。したがって、光バースト信号が来ない無信号区間であっても、電気／光変換器７６内のレーザダイオードを発光させることができる。すなわちレーザダイオードを連続駆動することができる。このため、レーザダイオードの温度を常に、ほぼ一定温度の状態に保つことができ、発光波長を安定させることができる。

さらに、本発明の実施の形態によれば、連続信号の光パワーを基本的に一定値に保つことが出来る。そのため、その光信号を受信する際に光パワーの変動に追従させる処理が不要となって、後続の中継装置又は局側装置ＯＬＴの受信回路の構成が簡単になる。具体的に説明すると、受信側では、連続信号用の受信回路を利用することができる。連続信号受信では信号への高速な追随性を必要としないため、通常のバースト信号受信よりも回路構成が単純になり、低コスト化に有利となる。また、時定数の長いローパスフィルタが使用でき、ノイズ耐性も良好な受信回路を構成することができる。

また、電気／光変換器７６の前段にコンデンサＣを挿入することができるという効果も得られる。もし光バースト信号が来ない無信号区間が０で埋められた状態となれば、光バースト信号は、無信号区間ではその周波数成分はほとんど直流になってしまう。したがって、電気／光変換器７６への接続として、直流成分を通す接続（直結）をしなければならなかった。

ところが、アイドル信号は常時、高い周波数成分を持っている。したがって、切替部７５からの出力が連続信号になれば、無信号区間を含む光バースト信号に比べて、いつの時点でも周波数成分が高く維持される。このため、電気／光変換器７６への接続にカットオフ周波数の高いハイパスフィルタＣを使用することができ、電源ノイズなどの低周波ノイズの影響を低減できる。

ハイパスフィルタＣの値は、送信信号が減衰なくコンデンサＣを通過できるように、アイドル信号の周波数成分の下限を考慮して決定すべきことは、前述したとおりである。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。例えば、開始パターン保持部７８、終了パターン保持部７９の存在は必須ではない。多段中継の必要がなければ、監視情報パターンの先頭に識別パターンを設けて無信号区間に挿入することで、局側装置は識別パターンをもとに監視情報を抽出することができる。

局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとを、光ファイバで接続した光通信システム１の構成例を示す概略図である。 時分割方式を用いて、各宅側装置ＯＮＵ３から光ファイバ４を介して局側装置ＯＬＴ２へ送られる、上り光フレーム信号の光バースト伝送を示す模式図である。 本発明の光バースト信号中継装置７′の構成を示すブロック図である。 光バースト信号中継装置７′内の各部の信号波形図である。 光バースト信号の無信号区間に、監視情報パターンを挿入した例を示すフレーム構成図である。

符号の説明

１ 光通信システム
２ 局側装置
３ 宅側装置
５ 光カプラ
７′ 光バースト信号中継装置
１４ 光バースト信号中継装置
７１ 光／電気変換器
７２ クロック再生部
７３ バッファ部
７４ アイドルパターン保持部
７５ 切替部
７６ 電気／光変換器
７７ タイミング制御部
７８ 開始パターン保持部
７９ 終了パターン保持部
８０ 監視情報パターン保持部
８１ フレームエラー監視部
８２ 二重化電源部
８３ 監視情報パターン生成部

Claims (8)

1. 光バースト信号の中継をする光バースト信号中継装置であって、
   光バースト信号を受信信号に変換する光／電気変換器と、
   前記受信信号に基づいて、受信された光バースト信号の光バースト区間を検出し、隣り合う当該光バースト区間の間の無信号区間に中継装置の監視情報信号を含む信号を挿入して連続信号を作成するためのタイミング制御部と、
   当該連続信号を、光信号に変換する電気／光変換器とを備え、
   前記中継装置の監視情報信号を含む信号と、前記受信信号とは位相が揃っている、光バースト信号中継装置。
2. 前記受信信号を取り込んで蓄積し、当該蓄積された受信信号を出力するためのバッファ部と、
   監視情報パターンを保持し、当該監視情報パターンに相当する監視情報信号を出力するための監視情報パターン保持部と、
   前記バッファ部から出力される受信信号と、前記監視情報パターン保持部からの監視情報信号との切替を行う切替部とをさらに備え、
   前記タイミング制御部は、前記切替部に対して切替制御を行うものである、請求項１記載の光バースト信号中継装置。
3. アイドルパターンを保持し、当該アイドルパターンに相当するアイドル信号を出力するためのアイドルパターン保持部をさらに備え、
   前記タイミング制御部は、無信号区間の前記監視情報信号を除く部分に前記アイドル信号を挿入して、連続信号を作成するものである、請求項２記載の光バースト信号中継装置。
4. 前記タイミング制御部は、前記無信号区間であって監視情報信号の前後に、無信号区間の開始を示す開始信号及び無信号区間の終了を示す終了信号を挿入して連続信号を作成するものである、請求項２又は請求項３記載の光バースト信号中継装置。
5. 前記監視情報挿入の有無を示すコードは前記開始信号に含まれる、請求項４記載の光バースト信号中継装置。
6. 前記タイミング制御部は、前記監視情報信号を挿入する前に、前記バッファ部に記憶された受信信号の無信号区間に、他の光バースト信号中継装置により挿入された監視情報パターンが存在しているかどうかを検出するものである、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光バースト信号中継装置。
7. 前記監視情報パターン保持部の保持する監視情報は、中継装置の電源に関する情報、又は受信信号のフレームエラーに関する情報である、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の光バースト信号中継装置。
8. 複数の宅側装置と、局側装置との間を光カプラで結んだ光通信システムであって、
   前記光カプラと前記局側装置との間に光バースト信号の中継をする光バースト信号中継装置が介在され、
   前記光バースト信号中継装置は、宅側装置から伝送される光バースト信号を受信信号に変換する光／電気変換器と、前記受信信号に基づいて受信された光バースト信号の光バースト区間を検出し、隣り合う当該光バースト区間の間の無信号区間に中継装置の監視情報信号を含む信号を挿入して連続信号を作成するためのタイミング制御部と、当該連続信号を、光信号に変換する電気／光変換器とを備え、前記中継装置の監視情報信号を含む信号と、前記受信信号とは位相が揃っているものである、光通信システム。

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