JP6027513B2 - 通信システム、中継装置、通信方法及び中継方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信方式におけるディジタル信号伝送を行う通信システム及び中継装置の光受信技術に係り、詳しくは受光素子により光信号を電気信号（電流信号）に変換した後、その電流信号を電圧信号に変換し波形整形・増幅する技術に関するものである。さらに本発明は複数の異なる伝送速度でバースト的なデータ信号の入力に対して高速に応答し、また、微小信号から大信号まで受信できる、高感度かつ広ダイナミックレンジな通信方法及び中継方法の受信技術に関する。

光アクセスシステムの代表的な網構成として、加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）と局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）とが１対１で接続されるシングルスター構成（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｒ： ＳＳ）と、複数のＯＮＵが１つのＯＬＴに接続される受動光ネットワーク（ＰＯＮ：Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）構成とがある。ＳＳおよびＰＯＮシステムのネットワーク構成図を図９および図１０にそれぞれ示す。

図９に示すＳＳ方式のネットワークにおいてはＯＮＵ１５がＯＬＴ１２を占有出来るので高速通信が可能であるが、装置コストが高いという欠点がある。一方ＰＯＮ方式においては複数のＯＮＵ１５が１つのＯＬＴ１２や光ファイバ設備を共有するために経済性に優れるという理由から、多くの光アクセスシステムではＰＯＮ方式が採用されている。

図１０に示すＰＯＮ方式のネットワークにおいては下り伝送は連続モードで、各ＯＮＵ１５への信号は時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）されて伝送される。下り信号は全てのＯＮＵ１５にブロードキャストされ、各ＯＮＵ１５は自分宛の信号のみ選択受信する。一方上り伝送では、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）によって、信号の衝突を避けるために各ＯＮＵ１５はＯＬＴ１２から指定されたタイミングで信号を伝送する。ＯＮＵ１５とＯＬＴ１２間の伝送距離がＯＮＵ毎に異なるために、各ＯＮＵ１５からの上り信号は互いに強度と位相の異なる間欠的であるという特徴があり、上り信号はバーストモードと呼ばれる。

光受信器は一般に、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、インピーダンス変換増幅器（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｓ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、振幅制限増幅器（ＬＩＡ：Ｌｉｍｉｔｉｎｇ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、クロックデータ再生器（ＣＤＲ：Ｃｌｏｃｋ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）を有する。一般的な光受信器３０の構成を図１１に示す。

ＰＤ３１は光ファイバを伝搬してきた光信号を電流信号に変換し、後段のＴＩＡ３２は電流信号を電圧信号に変換・増幅する。ＬＩＡ３３はＴＩＡ３２から入力された電圧信号を一定振幅の電圧信号にさらに増幅し、ＣＤＲ３４に出力する。後段のＣＤＲ３４は入力信号をもとにクロック抽出を行い、その再生クロックを用いてＬＩＡ３３が振幅制限した信号を識別再生する。

ＰＯＮ方式においては、上り信号はバーストモードであるため、ＯＬＴ１２の光受信器３０を構成するＴＩＡ３２、ＬＩＡ３３は強度の著しく異なるバースト信号を歪み無く増幅し、ＣＤＲ３４は互いに異なる位相のバースト信号からクロック信号を抽出する必要がある。その際にはバースト信号毎に各々の受信回路は最適化される必要があるが、各回路はある一定の応答時間を必要とする。

上り通信サービスを提供するという観点からは、広域収容のために大きな伝送路損失をサポートする必要があるため、等化増幅器には高感度かつ広ダイナミックレンジな受信性能が求められる。また、高い上り伝送効率の実現という観点から、上りバースト信号間のガードタイムやプリアンブル長等の物理的オーバーヘッドを短くする必要があるため、ＴＩＡ３２、ＬＩＡ３３、ＣＤＲ３４に対しては瞬時応答性能が要求される。高速なＰＯＮシステムを実現するためには、上記のような高速バースト信号受信技術の確立が極めて重要な役割を担う。

ＴＩＡ３２のような増幅器において高感度受信と広ダイナミックレンジ受信とを両立するために、自動利得制御（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）によって入力信号強度に応じて増幅器の利得を制御する技術が用いられる。すなわち、入力信号強度が小さい時には増幅器の利得を高くすることによって高感度受信を可能にし、また、入力信号強度が大きい時には増幅器の利得を低くすることによって入力オーバーロードを高くする。

また、一般に電気回路においては差動インターフェイスが用いられることが多い。その理由は、単相インターフェイスの際と比較して電圧振幅が半分でよい、同相雑音耐性が高いといった長所があるからである。光受信器３０において差動インターフェイスにするには、ＴＩＡ３２の後段に単相／差動変換器（Ｓ／ＢＳ：Ｓｉｎｇｌｅ−Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を設ける構成がある。

次に利得制御の手段としては、非特許文献１に記載のように、増幅器の出力振幅をモニタし、増幅器利得を所望の値に設定するための信号をフィードバックして増幅器に与えることによってその利得を制御する方法がある。また、単相／差動変換時も同様、Ｓ／Ｂ出力後段の差動対間直流電位差をモニタし、フィードバック制御する方法がある。その際考えられ得る回路図を図１２に示す。

しかしながらこのようなフィードバック制御ではＴＩＡ３２の利得や単相／差動変換に長い時間を要するために、ＰＯＮ方式において用いる際は上り伝送効率が劣化する懸念があるという課題があった。

ＴＩＡ３２における利得制御や光受信内伝送回路の単相／差動変換を高速化する手段として、非特許文献２に記載のような技術がある。利得制御および単相／差動変換にヒステリシス比較器３７による高速レベル検出を用いている。その際考えられ得る回路図を図１３に示す。

ＴＩＡはメインとして機能するＴＩＡ４８、レプリカとして機能するＴＩＡ４９の２つのＴＩＡコア回路を有しており、回路定数などは全く同一であるとする。それらの出力が単相差動変換器（Ｓ／Ｂ）４６に接続される。単相／差動変換器後段には自動閾値制御器（ＡＴＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が接続される。ＴＩＡコアおよびヒステリシス比較器３７の動作を図１４に示す。ヒステリシス比較器３７は２つのＴＩＡ出力（メイン及びレプリカ）が入力される。

レプリカコアとして機能するＴＩＡ４９は入力端が開放されており、入力信号が無いため、基本的に出力電圧は一定値を保つ。従って、ヒステリシス比較器３７に対しては、直流成分がキャンセルされ、メインＴＩＡコア出力振幅がそのまま入力される形となる。

ＴＩＡコア出力振幅に依存するが、単相／差動変換器４６から出力され、ヒステリシス比較器３７に入力されるＴＩＡコア出力振幅が一定の閾値を超えるとＳＷ１がＯＮとなる。図１５にはＴＩＡコア回路の回路図を示す。２つの可変抵抗Ｒ_Ｌ、Ｒ_ｆを有しており、ＭＯＳＦＥＴタイプのスイッチが用いられている。

前述のヒステリシス比較器３７から出力される出力振幅の出力先、すなわちＳＷ１はＴＩＡコア回路のＭＯＳＦＥＴに接続されており、これにより２つの抵抗値Ｒ_Ｌ、Ｒ_ｆが制御される。その結果、入力光信号強度が小さい光に対しては高いインピーダンス変換利得Ｚ_Ｈを設定することにより、高感度化を図る。入力光信号強度が大きい光に対しては低いインピーダンス変換利得Ｚ_Ｌを設定することにより、入力オーバーロード耐性を高め、広ダイナミックレンジ化を実現する。

図１６にはＡＴＣ回路図の一例を示す。差動対それぞれに高速ピークホールド回路４３が接続されており、ピーク電圧を検出・保持することによって制御電圧を発生させ、高速な単相差動変換を実現する。ＡＴＣ４７への入力信号電圧に応じた電圧を高速に検出して保持する機能を有する。

上述の利得制御および単相差動変換はＯＮＵ毎に異なる上り信号強度を有するＰＯＮシステムにおいては、上り信号毎に最適動作するよう、上り信号毎に回路がリセットされる必要がある。そのような外部リセット信号は通常、ＯＬＴ１２の光受信器３０に対して、光受信器３０の外、後段のＭＡＣ＿ＬＳＩから与えるのが一般的である。

ところで、光アクセスシステムの運用コスト削減という観点からは、ＰＯＮシステムを広域化することが有効な手段の１つである。図１に示すように、その際は中継器１３がＯＮＵ１５とＯＬＴ１２間に配置される構成例が挙げられる。中継器１３の構成は様々であるが、上り信号の再生中継に関しては、光増幅器を用いる方法と、これまで説明したようなバースト受信器を用いる３Ｒ機能（Ｒｅｓｈａｐｉｎｇ，Ｒｅｔｉｍｉｎｇ，Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）を持った３Ｒ再生中継という２つの手段がある。

しかしながら、上り信号の再生中継に３Ｒ受信器を用いる場合は、中継器１３がＯＬＴ１２から遠く離れた場所にあるために、バースト受信器に対する外部リセット信号を正確なタイミングで与えることが困難であった。

野田雅樹，吉間聡，野上正道，中川潤一，"１０Ｇ−ＥＰＯＮ ＯＬＴ 用ＴＩＡ のバースト受信時間高速化に関する一検討"，電子情報通信学会エレクトロニクスソサィエティ大会，Ｃ−３−７２，２０１２年９月． Ｓｕｓｕｍｕ Ｎｉｓｈｉｈａｒａ， Ｍａｋｏｔｏ Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｉｔｏ， Ｔａｋｅｓｈｉ Ｋｕｒｏｓａｋｉ， Ｙｕｓｕｋｅ Ｏｈｔｏｍｏ， ａｎｄ Ａｋｉｒａ Ｏｋａｄａ， "Ａ ＳｉＧｅ ＢｉＣＭＯＳ Ｂｕｒｓｔ−ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｆａｓｔ ａｎｄ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｏｆｆｓｅｔ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ １Ｇ／１０Ｇ Ｄｕａｌ−ｒａｔｅ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ ＢＣＴＭ ２０１０， ｐａｐｅｒ １０．２， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００９． Ｓｕｓｕｍｕ Ｎｉｓｈｉｈａｒａ， Ｍａｋｏｔｏ Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｋａｚｕｙｏｓｈｉ Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ， Ｋｅｉｊｉ Ｋｉｓｈｉｎｅ， Ｓｈｕｎｊｉ Ｋｉｍｕｒａ， ａｎｄ Ｋａｚｕｔｏｓｈｉ Ｋａｔｏ， "１０．３ Ｇｂｉｔ／ｓ ｂｕｒｓｔ−ｍｏｄｅ ＰＩＮ−ＴＩＡ ｍｏｄｕｌｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ， ｗｉｄｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｑｕｉｃｋ ｒｅｓｐｏｎｓｅ"， ＩＥＴ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． ４４， Ｎｏ． ３， ３１ｓｔ Ｊａｎｕａｒｙ ２００８．

長延化ＰＯＮシステムにおいて上り信号の再生中継に３Ｒ受信器を用いる場合は、バースト受信器に対するリセット信号を正確なタイミングで与えることが困難であった。

前記課題を解決するために、本発明は、長延化ＰＯＮシステムにおいて上り信号の再生中継に３Ｒ受信器を用いる場合に、バースト受信器に対するリセット信号を正確なタイミングで与えることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、上り中継器に遅延線を持たせ、かつ、バースト信号の始まりを高速に検出することによってリセット信号を生成する機能を併せて備える。

本発明に係る通信システムは、
局側装置から送信される下り信号光を受信し、前記局側装置に上り信号光を送信する複数の加入者側装置と、前記加入者側装置から送信される前記上り信号光を受信し、前記下り信号光を送信する前記局側装置と、前記加入者側装置及び前記局側装置間で送受信される前記上り信号光及び前記下り信号光を中継するための中継装置とを備える通信システムであって、
前記中継装置は、
前記加入者側装置が出力した上り信号光をリセット信号生成部及び光ファイバ遅延部に送出するように分岐する光カップラと、
前記上り信号光の検出によってリセット信号を生成し、後段に位置する光受信器に前記リセット信号を出力する前記リセット信号生成部と、
前記光カップラから送出された前記上り信号光を、前記リセット信号生成部が前記リセット信号を生成するリセット信号生成時間だけ遅延させて、後段に位置する前記光受信器に送出する前記光ファイバ遅延部と、
前記光ファイバ遅延部から送出された前記上り信号光及び前記リセット信号生成部から出力された前記リセット信号を受信し、前記上り信号光を電気信号に変換し、前記リセット信号に応じて内部状態を初期化処理し、前記上り信号光を電気信号に変換した上り電気信号を光送信器に出力する前記光受信器と、
前記上り電気信号を電気光変換し、電気光変換した上り信号光を前記局側装置に送信する前記光送信器とを備える。

本発明に係る中継装置は、
局側装置及び複数の加入者側装置間で送受信される上り信号光及び下り信号光を中継するための中継装置であって、
前記加入者側装置が出力した上り信号光をリセット信号生成部及び光ファイバ遅延部に送出するように分岐する光カップラと、
前記上り信号光の検出によってリセット信号を生成し、後段に位置する光受信器に前記リセット信号を出力する前記リセット信号生成部と、
前記光カップラから送出された前記上り信号光を、前記リセット信号生成部が前記リセット信号を生成するリセット信号生成時間だけ遅延させて、後段に位置する前記光受信器に送出する前記光ファイバ遅延部と、
前記光ファイバ遅延部から送出された前記上り信号光及び前記リセット信号生成部から出力された前記リセット信号を受信し、前記上り信号光を電気信号に変換し、前記リセット信号に応じて内部状態を初期化処理し、前記上り信号光を電気信号に変換した上り電気信号を光送信器に出力する前記光受信器と、
前記上り電気信号を電気光変換し、電気光変換した上り信号光を前記局側装置に送信する前記光送信器とを備える。

本発明に係る中継装置では、
前記リセット信号生成部は、
前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の予め割り当てられた識別パターンに応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力してもよい。

本発明に係る中継装置では、
前記リセット信号生成部は、
前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の強度に応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力してもよい。

本発明に係る中継方法は、
局側装置及び複数の加入者側装置間で送受信される上り信号光及び下り信号光を中継するための中継装置が実行する中継方法であって、
光カップラが、前記加入者側装置が出力した上り信号光をリセット信号生成部及び光ファイバ遅延部に送出するように分岐する信号光分岐手順と、
前記リセット信号生成部が、前記上り信号光の検出によってリセット信号を生成し、後段に位置する光受信器に前記リセット信号を出力するリセット信号生成手順と、
前記光ファイバ遅延部が、前記光カップラから送出された前記上り信号光を、前記リセット信号生成部が前記リセット信号を生成するリセット信号生成時間だけ遅延させて、後段に位置する前記光受信器に送出する光信号遅延手順と、
前記光受信器が、前記光ファイバ遅延部から送出された前記上り信号光及び前記リセット信号生成部から出力された前記リセット信号を受信し、前記上り信号光を電気信号に変換し、前記リセット信号に応じて内部状態を初期化処理し、前記上り信号光を電気信号に変換した上り電気信号を光送信器に出力する信号光受信手順と、
前記光送信器が、前記上り電気信号を電気光変換し、電気光変換した上り信号光を前記局側装置に送信する信号光送信手順と、を有する。

本発明に係る中継方法では、前記リセット信号生成手順では、前記リセット信号生成部が、前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の予め割り当てられた識別パターンに応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力してもよい。

本発明に係る中継方法では、前記リセット信号生成手順では、前記リセット信号生成部が、前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の強度に応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力してもよい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、長延化ＰＯＮシステムにおいて上り信号の再生中継に３Ｒ受信器を用いる場合に、バースト受信器に対するリセット信号を正確なタイミングで与えることが可能になる。その結果、長延化ＰＯＮシステムの実現が容易になる。

本実施形態に係るネットワークの構成例を示す。 本実施形態に係る中継器の構成例を示す。 本実施形態に係る上り中継器の構成例を示す。 本実施形態に係るリセット信号生成器においてヒステリシス比較器を用いた構成例を示す。 本実施形態に係るヒステリシス比較器の入出力特性を説明する図である。 本実施形態に係る時系列動作を説明する図である。 本実施形態に係るリセット信号生成器においてパターン識別器を用いた構成例を示す。 本実施形態に係るリセット信号生成器において入力光信号強度モニタ部を用いた構成例を示す。 関連技術に係るＳＳ方式ネットワークの構成例を示す。 関連技術に係るＰＯＮ方式ネットワークの構成例を示す。 関連技術に係る光受信器の構成例を示す。 関連技術に係るフィードバック型ＡＧＣ／ＡＴＣ回路の構成例を示す。 関連技術に係るフィードフォワード型ＧＣ／ＡＴＣ回路の構成例を示す。 関連技術に係るヒステリシス比較器の動作特性を説明する図である。 関連技術に係るＴＩＡコア回路の構成例を示す。 関連技術に係るＡＴＣの構成例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る通信システムの一例を示す。本実施形態に係る通信システムは、局側装置１２及び複数の加入者側装置間で送受信される上り信号光及び下り信号光の光信号を中継するための中継装置として機能する中継器１３を備える。また、中継器は、リセット信号生成部として機能するリセット信号生成器２６、光ファイバ遅延部として機能する光ファイバ遅延線２７、３Ｒ機能を有する光受信器及び光送信器２５を備える。

ネットワーク構成は図１に示す通りで、ＯＬＴ１２と光スプリッタとして機能するスプリッタ１４の間に双方向に対応する中継器１３が配置され、双方向に対応する中継器１３はバースト対応３Ｒ光受信器を有している。

本実施形態において想定する光アクセスネットワーク構成は下り通信が時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、上り通信が時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ）の１０Ｇ−ＥＰＯＮ（ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．３ａｖ−２００９）であるとする。１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいては下り通信に１．５７７μｍ帯、上り通信に１．２７μｍ帯の波長が用いられる。

図２に示すように、中継器１３は、波長合分波フィルタＡ、波長合分波フィルタＢ、光増幅器１８、上り３Ｒ中継器２０を有する。波長合分波フィルタＡは、受動光スプリッタとして機能するスプリッタ１４を介してＯＮＵ１５と接続される。

波長合分波フィルタＡは、中継器１３が内蔵する光増幅器１８から送信されてくる下り方向の１．５７７μｍ帯の信号をＯＮＵ方向に送る一方、ＯＮＵ１５から送られてくる上り方向の１．２７μｍ帯の光信号を中継器１３が内蔵する３Ｒ受信器に送信する受動部品である。

波長合分波フィルタＢは、ＯＬＴ１２から送信される下り方向の１．５７７μｍ帯の信号を中継器１３が内蔵する光増幅器１８に送る一方、中継器１３が内蔵する３Ｒ受信器から送られてくる上り方向の１．２７μｍ帯の信号をＯＬＴ１２に送信する受動部品である。光増幅器１８は、波長フィルタ１９−Ｂを介してＯＬＴ１２から送信されてくる下り信号強度を増幅して、波長フィルタ１９−Ａを介してＯＮＵ１５に再生送信する機能を有する。

次に図３を用い、上り３Ｒ中継器２０の構成を説明する。上り３Ｒ中継器２０は、３Ｒ光受信器２４、光送信器２５、リセット信号生成器２６、光ファイバ遅延線２７、光カップラ２８を有する。

本実施形態における３Ｒ光受信器２４の構成や動作は、関連技術において説明した内容と同じであり、３Ｒ光受信器２４の内部には外部リセット型バースト受信器を有しているとする。光ファイバ遅延線２７は値ｔとする時刻の遅延を与えることにより、リセット信号生成器２６がリセット信号を生成するまでの時間を稼ぐためのものである。

リセット信号生成器２６は上り光信号の一部を光カップラ２８によってタップし、上りバースト信号の入力を検出することによって、バースト受信器に対してリセット信号を与える。３Ｒ光受信器２４の内部状態をリセット信号に応じて初期化処理することができる。外部リセット型バースト受信器が瞬時応答性能を有しているとはいえ、応答時間はある程度、例えば非特許文献３によれば１００ｎｓ程度は要するので、例えば光ファイバ遅延線２７の長さは２０ｍ程度とするのは妥当な選択となり得る。

次に、リセット信号生成器２６の動作を、図４を用いて詳細に説明する。リセット信号生成器２６は、ＰＤ３１、特性が全く同じの２つのＴＩＡ（それぞれＴＩＡ３２−１、ＴＩＡ３２−２とする）、ヒステリシス比較器３７、リセット信号出力回路３８を有する。ＴＩＡ３２−１はＰＤ３１に接続されており、リセット信号生成器２６への入力光信号が入力される。ＴＩＡ３２−２は入力が開放されており、出力電圧は常に一定値であるため、ヒステリシス比較器３７への差動入力は、上りバースト光信号が存在する時のみ変化する。

ヒステリシス比較器３７の入出力特性を図５に示す。入力電圧がＶｔｈ＿２を超えるとＶ＿Ｈを出力し、入力電圧がＶｔｈ＿１を下回るとＶ＿Ｌを出力するという特徴を有する。一般に「１」「０」の、信号の強弱２値で信号を表現するような信号フォーマット、例えばＮＲＺの場合、「０」を表現する光信号も一定の強度を有する。これは光信号が有限の消光比を持っているからであり、例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮの上り光信号は消光比が６ｄＢである。ＴＩＡ３２−１への平均入力電流Ｉ_ｉｎ、消光比Ｅ_ｒは以下式（１）のように表すことが出来る。

ここで、

、Ｐ_ｉｎ、Ｉ_Ｈ、Ｉ_ＬはそれぞれＰＤ３１の変換効率、平均入力光信号強度、「１」レベルでの入力電流、「０」レベルでの入力電流を表す。次に、ＴＩＡ３２−１への入力電流は、消光比を考慮すると以下式（２）のように表すことが出来る。

従って、ＴＩＡ３２−１の出力電圧は以下式（３）のように表すことが出来る。

ここでＲ_ｆ、Ｖ_ａｖｅはそれぞれインピーダンス変換利得、ＴＩＡ３２−１平均出力電圧である。上り信号が存在する時は、有限の消光比を考慮すると少なくともＴＩＡ３２−１の出力電圧はＶ_Ｌ以上である。また、Ｖ_Ｈを超えることはないが、Ｖ_ａｖｅは必ず超える。従って、リセット信号生成器２６が有するヒステリシス比較器３７の閾値は、Ｖｔｈ＿１に対してはＶ_Ｌ、Ｖｔｈ＿２に対してはＶ_ａｖｅを設定することによりリセット信号を生成することが出来る。

言い換えると、任意のＯＮＵ１５からの上り信号が入ってくるとヒステリシス比較器３７の出力電圧がＶ＿Ｈとなり、これによって３Ｒ光受信器２４内のバースト受信器をリセットする。一方、該ＯＮＵ１５からの上り信号が無くなると、ヒステリシス比較器３７への入力電圧はＶｔｈ＿１を下回るので、ヒステリシス比較器３７の出力電圧はＶ＿Ｌとなり、初期状態となる。

リセット信号出力回路３８は、ヒステリシス比較器３７の出力電圧がＶ＿ＬからＶ＿Ｈに変化する立ち上がりエッジをトリガに、リセットパルスを３Ｒ受信器に対して出力する機能を有する。

具体的な数字を用いてパラメータを計算する。例えば任意のＯＮＵ１５からの上り中継器２０への入力光信号強度が−２８ｄＢｍ、消光比が６ｄＢ、波長フィルタ１９−Ａの挿入損失が１ｄＢ、光カップラ２８が２対２で、分岐比５０％ずつであったとする。すると、リセット信号生成器２６への入力光信号強度は−３２ｄＢｍとなる。

次に、リセット信号生成器２６が有するＰＤ３１の変換効率が０．９、ＴＩＡ３２−１のインピーダンス変換利得が５ｋΩとする。すると、式（３）より、Ｖ_Ｌ、Ｖ_ａｖｅはそれぞれ１．１ｍＶ、４．５ｍＶとなるため、Ｖｔｈ＿１、Ｖｔｈ＿２も１．１ｍＶ、４．５ｍＶをそれぞれ設定すればよい。

電子回路においては製造時に特性がある程度のばらつきを持つので、実際のマージンを見込んで、それらの値は上記の値より少し低めに設定するのもよい。次に、図６を用い、本発明の時間領域における動作を詳細に説明する。

上り３Ｒ光受信器２４が有するＴＩＡ３２やＬＩＡ３３は、関連技術において説明した図１３〜図１６における、外部リセット信号を用いる、利得を２値で切り替えるタイプのＴＩＡ３２や高速ピークホールド回路４３を有する。

具体的には、異なる一方のＯＮＵ、他方のＯＮＵからの、光信号強度の異なる上り信号が中継器２０に入力されるとして、各々の入力光信号強度にＰ_１＞Ｐ_２の関係があり、Ｐ_１の方が強いとする。

時刻ｔ_１にリセット信号生成器２６に一方のＯＮＵからの光信号が入力される。一方、光ファイバ遅延線２７による遅延により、３Ｒ受信器２４には該上り光信号が入力されるのは、時刻ｔの遅延後の時刻ｔ_２である。

リセット信号生成器内部のヒステリシス比較器３７の出力電圧は瞬時に電圧Ｖ_Ｈとなるため、リセット信号生成器２６がリセットパルスを３Ｒ受信器２４に対して出力する。リセット信号の入力を受けて、ＴＩＡ３２の利得はリセットされる。入力光信号強度が大きいので、一定の応答時間後、時刻ｔ_３にＴＩＡ３２のインピーダンス変換利得がＺ_Ｈに切り替わる。

一方、ＡＴＣ回路４７のピークホールド回路４３の値は初期値がＶ_{ｈｏｌｄ＿０}であったとすると、リセット信号の入力を受けて一旦０にクリアされる。その後、入力信号電圧に応じた値Ｖ_{ｈｏｌｄ＿１}に、時刻ｔ_４までに収束する。リセット信号生成器２６には、時刻ｔ_５まで一方のＯＮＵからの信号が入力される。無信号になると、ヒステリシス比較器３７の出力電圧が瞬時にＶ_Ｌに変化する。

次に、他方のＯＮＵからの光信号強度の弱い光信号が入力される。リセット信号生成器２６には、時刻ｔ_６に入力される。光ファイバ遅延線２７による遅延により、３Ｒ受信器２４には該上り光信号が入力されるのは、時刻tの遅延後の時刻ｔ_７である。

リセット信号生成器内部のヒステリシス比較器３７の出力電圧出力は瞬時に電圧Ｖ_Ｈとなるため、リセット信号生成器２６がリセットパルスを３Ｒ受信器２４に対して出力する。リセット信号の入力を受けて、ＴＩＡ３２の利得はリセットされる。入力光信号強度が小さいので、一定の応答時間後、時刻ｔ_８にＴＩＡ３２のインピーダンス変換利得がＺ_Ｌに切り替わる。

一方、ＡＴＣ回路４７のピークホールド回路４３の値は前の値が保持されており、Ｖ_{ｈｏｌｄ＿１}であったとすると、リセット信号の入力を受けて一旦０にクリアされる。その後、入力信号電圧に応じた値Ｖ_{ｈｏｌｄ＿２}に、時刻ｔ_９までに収束する。リセット信号生成器２６には、時刻ｔ_１０まで他方のＯＮＵからの信号が入力される。

本実施形態においては入力光信号の有無を、光信号の消光比が有限である点に着目した回路によって検出したが、本発明はそのような特定の入力光信号検出回路に制限されるものではないし、特定のＴＩＡやＡＴＣ回路４７の構成にも制限されず、外部リセット信号を用いるタイプのバースト光受信器に対して適用可能である。

（第２の実施形態）
本発明における第２の実施の形態を図面を用いて説明する。第１の実施形態とはリセット信号生成器２６の構成が異なり、他は変わらない。第２の実施形態のリセット信号生成器２６を図７に示すように、ＰＤ３１、ＴＩＡ３２、パターン識別器４０、リセット信号出力回路３８を有する。パターン識別器４０はＰＯＮ方式における特定のパターンを検出するものである。

例えば、ＰＯＮ方式の上り通信においては、各信号は「プリアンブル」と呼ばれる識別パターンとして用いられる冗長パターンの区間を有している。このプリアンブル区間においては主信号は含まれないが、この区間を利用してＴＩＡ３２の利得制御やＣＤＲ３４におけるクロック抽出・データ再生を行う。

例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいては、プリアンブル区間のパターンであるＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎとして、１０ １１１１ １１０１ ００００ ００１０ ０００１ １０００ １０１０ ０１１１ １０１０ ００１１ １００１ ００１０ １１０１ １１０１ １００１ １０１０のように２進数で以下の値が規定されている。

プリアンブル区間にわたって上記のパターンが繰り返し伝送される。パターン識別器４０は、上記のパターンが入力されたことを瞬時に検出し、Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎの入力を検出したら速やかにリセット信号を３Ｒ受信器２４に対して出力する。これにより、３Ｒ受信器２４の内部状態は、リセット信号に応じて初期化処理される。その他の動作は第１の実施形態と同様であるので説明は割愛する。

（第３の実施形態）
図面を用い、本発明における第３の実施形態を説明する。第１の実施形態、第２の実施形態とはリセット信号生成器２６の構成が異なり、他は変わらない。本実施形態のリセット信号生成器２６は、図８に示すように、入力光信号強度モニタ部４２を有しており、入力光信号強度を精度良く検出する。

例えば、入力光信号強度モニタ部４２は、一定間隔／時間周期毎に入力光信号強度をサンプリングし、それらの平均値を一定間隔おきに後段のリセット信号出力回路３８に出力する。本実施形態に係るリセット信号出力回路３８では、内部に比較器を有しており、設定した閾値を超えると入力光信号が存在すると判断し、リセット信号を３Ｒ受信器２４に対して出力する。これにより、３Ｒ受信器２４の内部状態は、リセット信号に応じて初期化処理される。その他の動作は第１の実施形態と同様であるので説明は割愛する。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１２：ＯＬＴ
１３：中継器
１４：スプリッタ
１５：ＯＮＵ
１６：ＨＧＷ
１８：光増幅器
１９−Ａ、１９−Ｂ：波長フィルタ
２０：上り３Ｒ中継器
２４：３Ｒ光受信器
２５：光送信器
２６：リセット信号生成器
２７：光ファイバ遅延線
２８：光カップラ
３０：光受信器
３１：ＰＤ
３２、３２−１、３２−２：ＴＩＡ
３３：ＬＩＡ
３４：ＣＤＲ
３５：ＬＤＤ
３６：ＬＤ
３７：ヒステリシス比較器
３８：リセット信号出力回路
４０：パターン識別器
４２：入力光信号強度モニタ部
４３：ピークホールド回路
４４：ＢＵＦ
４５：ＡＧＣ
４６：Ｓ／Ｂ（単相／差動変換器）
４７：ＡＴＣ
４８：ＴＩＡコア（メイン）
４９：ＴＩＡコア（レプリカ）
５１、５２：ＳＷ１

Claims (7)

1. 局側装置から送信される下り信号光を受信し、前記局側装置に上り信号光を送信する複数の加入者側装置と、前記加入者側装置から送信される前記上り信号光を受信し、前記下り信号光を送信する前記局側装置と、前記加入者側装置及び前記局側装置間で送受信される前記上り信号光及び前記下り信号光を中継するための中継装置とを備える通信システムであって、
   前記中継装置は、
   前記加入者側装置が出力した上り信号光をリセット信号生成部及び光ファイバ遅延部に送出するように分岐する光カップラと、
   前記上り信号光の検出によってリセット信号を生成し、後段に位置する光受信器に前記リセット信号を出力する前記リセット信号生成部と、
   前記光カップラから送出された前記上り信号光を、前記リセット信号生成部が前記リセット信号を生成するリセット信号生成時間だけ遅延させて、後段に位置する前記光受信器に送出する前記光ファイバ遅延部と、
   前記光ファイバ遅延部から送出された前記上り信号光及び前記リセット信号生成部から出力された前記リセット信号を受信し、前記上り信号光を電気信号に変換し、前記リセット信号に応じて内部状態を初期化処理し、前記上り信号光を電気信号に変換した上り電気信号を光送信器に出力する前記光受信器と、
   前記上り電気信号を電気光変換し、電気光変換した上り信号光を前記局側装置に送信する前記光送信器と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 局側装置及び複数の加入者側装置間で送受信される上り信号光及び下り信号光を中継するための中継装置であって、
   前記加入者側装置が出力した上り信号光をリセット信号生成部及び光ファイバ遅延部に送出するように分岐する光カップラと、
   前記上り信号光の検出によってリセット信号を生成し、後段に位置する光受信器に前記リセット信号を出力する前記リセット信号生成部と、
   前記光カップラから送出された前記上り信号光を、前記リセット信号生成部が前記リセット信号を生成するリセット信号生成時間だけ遅延させて、後段に位置する前記光受信器に送出する前記光ファイバ遅延部と、
   前記光ファイバ遅延部から送出された前記上り信号光及び前記リセット信号生成部から出力された前記リセット信号を受信し、前記上り信号光を電気信号に変換し、前記リセット信号に応じて内部状態を初期化処理し、前記上り信号光を電気信号に変換した上り電気信号を光送信器に出力する前記光受信器と、
   前記上り電気信号を電気光変換し、電気光変換した上り信号光を前記局側装置に送信する前記光送信器と、
   を備えることを特徴とする中継装置。
3. 前記リセット信号生成部は、
   前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の予め割り当てられた識別パターンに応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力する
   ことを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
4. 前記リセット信号生成部は、
   前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の強度に応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力する
   ことを特徴とする請求項２に記載の中継装置。
5. 局側装置及び複数の加入者側装置間で送受信される上り信号光及び下り信号光を中継するための中継装置が実行する中継方法であって、
   光カップラが、前記加入者側装置が出力した上り信号光をリセット信号生成部及び光ファイバ遅延部に送出するように分岐する信号光分岐手順と、
   前記リセット信号生成部が、前記上り信号光の検出によってリセット信号を生成し、後段に位置する光受信器に前記リセット信号を出力するリセット信号生成手順と、
   前記光ファイバ遅延部が、前記光カップラから送出された前記上り信号光を、前記リセット信号生成部が前記リセット信号を生成するリセット信号生成時間だけ遅延させて、後段に位置する前記光受信器に送出する光信号遅延手順と、
   前記光受信器が、前記光ファイバ遅延部から送出された前記上り信号光及び前記リセット信号生成部から出力された前記リセット信号を受信し、前記上り信号光を電気信号に変換し、前記リセット信号に応じて内部状態を初期化処理し、前記上り信号光を電気信号に変換した上り電気信号を光送信器に出力する信号光受信手順と、
   前記光送信器が、前記上り電気信号を電気光変換し、電気光変換した上り信号光を前記局側装置に送信する信号光送信手順と、
   を有することを特徴とする中継方法。
6. 前記リセット信号生成手順では、前記リセット信号生成部が、
   前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の予め割り当てられた識別パターンに応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力する
   ことを特徴とする請求項５に記載の中継方法。
7. 前記リセット信号生成手順では、前記リセット信号生成部が、
   前記光カップラから出力された上り信号光を検出し、前記上り信号光の強度に応じてリセット信号を生成し、前記光受信器に前記リセット信号を出力する
   ことを特徴とする請求項５に記載の中継方法。

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