JP2013219599A

JP2013219599A - マルチレート光信号受信装置および方法

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Publication number: JP2013219599A
Application number: JP2012089411A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kanda; 神田　　淳; Kota Asaka; 航太浅香; Takeshi Kurosaki; 武志黒崎; Ryoko Yoshimura; 了行吉村; Mikio Yoneyama; 幹夫米山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】本発明は、マルチレート受信装置において任意の伝送速度の光信号を受信した場合に、その伝送速度において最も高感度が得られるようなＡＰＤ増倍率に制御することにより、受信装置に用いられている素子の性能を最大限に発揮できる光信号受信方法および装置を提供する。
【解決手段】本発明は、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号をＡＰＤで受信するマルチレート光信号受信方法において、受信する前記光信号の伝送速度に応じて前記ＡＰＤの増倍率を制御することを特徴とするマルチレート光信号受信方法および装置に関する。
【選択図】図７

Description

本発明は、マルチレート光信号受信装置および方法に関し、より詳細には、異なる伝送速度の光信号が時分割多重されたマルチレート光信号受信装置および方法に関する。

従来、ＰＯＮ（Passive Optical Network）光通信システムは、図１に示すように、通信事業者の局舎側終端装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）３００とサービスを受ける複数のＧＥ−ＯＮＵ，１０Ｇ−ＯＮＵ等の加入者終端装置ＯＮＵ（Optical Network Unit）４００を、光ファイバ１００と受動素子の光スプリッタ２００で構成された光伝送路系で結んで、時分割等の多重方法により光伝送路系を共有してデータをやり取りする光アクセスシステムである。

現在日本においては、ＧＥ−ＰＯＮと呼ばれる伝送速度１．２５Ｇｂｐｓ（以降１Ｇｂｐｓと略す）のＰＯＮシステムが商用化されているが、将来の大容量化に対応するため、１０Ｇ−ＥＰＯＮと呼ばれる伝送速度１０．３１２５Ｇｂｐｓ（以降１０Ｇｂｐｓと略す）のシステム開発が進められている。１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムにおいては、サービス導入時に既存設備を生かしたスムーズなサービス展開が図れるように、一つの光伝送路系にＧＥ−ＰＯＮ（１Ｇｂｐｓ）の加入者と１０Ｇ−ＥＰＯＮ（１０Ｇｂｐｓ）の加入者が混在できるようなシステム規格が標準化制定されている（非特許文献１）。

図２は、１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムの上り光信号（時分割多重マルチレート）の説明図である。図１の例によるＰＯＮシステムでは、１台のＯＬＴ３００が複数のＯＮＵ４００と結ばれるために、ＯＬＴ３００からＯＮＵ４００へ送信される光信号（下り信号）は連続的に送信されるのに対して、各ＯＮＵ４００からＯＬＴ３００へ送信される光信号（上り信号）は図２の例で示すようにＯＮＵ同士の信号の衝突を防ぐための送信タイミング制御がなされた間欠的なバースト光信号となる。したがって、ＯＬＴの光受信装置は、異なる伝送速度の光信号が時分割多重されたバースト光信号を受信できる機能が要求される。

またＰＯＮシステムでは、ＯＬＴと各ＯＮＵとの距離がばらばらなため、ＯＬＴの受信装置としては、強バースト光信号から弱バースト光信号まで受信できる広ダイナミックレンジ特性を備えていることが要求される。このため、ＯＬＴの受信装置に用いられる受光素子として、光／電気変換に増倍なだれ作用を有したアバランシェフォトダイオードＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）を用いるのが一般的である。

図３は、従来の技術を用いた１０Ｇ−ＥＰＯＮ用マルチレート光信号受信装置の構成例を示す。

ＡＰＤバイアス電源制御回路８０の出力端子にアバランシェフォトダイオードＡＰＤ２のカソードが接続され、ＡＰＤ２のアノードにトランスインピーダンスアンプＴＩＡ（Trans-Impedance Amplifier）１０の入力端子が接続されている。そして、ＴＩＡ１０の非反転出力端子に、帯域可変低域通過フィルタＴ−ＬＰＦ（Tunable-Low Pass Filter）２３の第１の入力端子が接続され、ＴＩＡ１０の反転出力端子に、Ｔ−ＬＰＦ２３の第２の入力端子が接続されている。

Ｔ−ＬＰＦ２３の第１の出力端子に、振幅制限増幅回路１０Ｇ−ＬＡ（Limiting Amplifier）２２の第１の入力端子が接続され、Ｔ−ＬＰＦ２３の第２の出力端子に、１０Ｇ−ＬＡ２２の第２の入力端子が接続されている。１０Ｇ−ＬＡ２２の非反転出力端子に、スイッチ２４の第１の入力端子が接続され、１０Ｇ−ＬＡ２２の反転出力端子に、スイッチ２４の第２の入力端子が接続されている。

スイッチ２４の第１の非反転出力端子に、１Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路１Ｇ−ＣＤＲ（Clock and Data Recovery）３１の第１の入力端子が接続され、スイッチ２４の第１の反転出力端子に、１Ｇ−ＣＤＲ３１の第２の入力端子が接続されている。また、スイッチ２４の第２の非反転出力端子に、１０Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路１０Ｇ−ＣＤＲ３２の第１の入力端子が接続され、スイッチ２４の第２の反転出力端子に、１０Ｇ−ＣＤＲ３２の第２の入力端子が接続されている。

１Ｇ−ＣＤＲ３１の出力端子に、１Ｇｂｐｓ用デシリアライザ１Ｇ−ＤＥＳ（Deserializer）４１の入力端子が接続され、１０Ｇ−ＣＤＲ３２の出力端子に、１０Ｇｂｐｓ用デシリアライザ１０Ｇ−ＤＥＳ４２の入力端子が接続されている。そして、１Ｇ−ＤＥＳ４１の出力端子に、メディアアクセス制御ＭＡＣ（Media Access Control）回路５０の第１の入力端子が接続され、１０Ｇ−ＤＥＳ４２の出力端子に、ＭＡＣ回路５０の第２の入力端子が接続されている。ＭＡＣ回路５０の第１の出力端子に、スイッチ２４の第３の入力端子、Ｔ−ＬＰＦ２３の第３の入力端子およびＴＩＡ１０の第２の入力端子が接続されている。

ＧＥ−ＰＯＮの加入者と１０Ｇ−ＥＰＯＮの加入者が混在するシステムの受信装置において、ＡＰＤ２から出力された電流信号を電流／電圧変換して信号増幅するＴＩＡ１０から出力された電圧信号を一定の振幅まで増幅する１０Ｇ−ＬＡ２２は、受信信号の伝送速度に応じて帯域を切り替えることで一つの回路でデュアルレート動作を行なっている。一般的には、本構成例のように一つの回路で伝送速度に応じて帯域を切り替えることで伝送速度毎に最適な性能が得られるような回路構成が考えられる。この切り替え動作は、上位ホストのメディアアクセス制御ＭＡＣ回路５０から現在受信しているマルチレート光信号１の伝送速度を示すレートセレクト信号（速度切り替え信号）Ｓ_RSにより制御される（非特許文献２）。本構成例では１０Ｇ−ＬＡ２２自身の回路の帯域を切り替える代わりに、１０Ｇ−ＬＡ２２の前に置かれたＴ−ＬＰＦ２３の帯域をレートセレクト信号Ｓ_RSで切り替えて１０Ｇ−ＬＡ２２に入力される信号の帯域を制限することで同様の機能を実現している。またスイッチ２４は、受信信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、１０Ｇ−ＬＡ２２から出力された受信信号を１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓに振り分けて、１Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路ＣＤＲ３１及び１０Ｇｂｐｓ用ＣＤＲ３２に入力している。

IEEE Std 802.3 av 原一貴他、「１．２５／１０．３Ｇｂｐｓ対応デュアルレートバーストモード受信器」、電子情報通信学会２００８年ソサイエティ大会、Ｂ−１０−４３、２００８年土屋治彦、三上修編著、「半導体フォトニクス工学」、ｐ．３７８、コロナ社、１９９５年土屋治彦、三上修編著、「半導体フォトニクス工学」、ｐ．３９６、コロナ社、１９９５年 K. Hara et al., "Burst-mode Bit-rate Discrimination Circuit for 1.25/10.3-Gbit/s Dual-rate PON Systems,"OFC/NFOFC 2009, San Diego, USA, OWH2, 2009

ＯＬＴの受信装置に用いられるＡＰＤについては、ＡＰＤ増倍率が温度によって変動するため、増倍率を一定に保つためには受信装置の温度をパラメータとしてＡＰＤバイアス電圧を制御する必要があるが、伝送速度に依らず増倍率一定で動作させるのが一般的である。

ところでＡＰＤの帯域は、増倍率の小さい領域では空乏層のキャリア走行時間やＣＲ時定数などで決定されるのに対し、増倍率の大きい領域では増倍立ち上がり時間が支配的となり、ＧＢ積（利得・帯域幅積）によって帯域が制限され、帯域は図４のように増倍率に反比例して減少する（非特許文献３）。このため、ＡＰＤの周波数特性に依っては、或る単一の増倍率が全ての伝送速度において最良の受信感度を供給するとは限らない。例えばマルチレート伝送速度に比してＧＢ積が小さいＡＰＤを用いた場合、伝送速度が高い側の受信において利得が減少するため、伝送速度が低い側の受信に比べてＡＰＤ増倍率を大きくする必要が生じることがある。

また、ＡＰＤの信号電力、雑音電力の増倍率依存性は、図５（ａ）のような関係にあり、増倍率の小さい領域では雑音は増倍率に依存しない熱雑音が支配的でＳＮ比は増倍率とともに大きくなるのに対し、増倍率の大きい領域ではＡＰＤ量子雑音が支配的でＳＮ比は増倍率とともに急激に低下する（非特許文献４）。このため図５（ｂ）のように最大のＳＮ比を与える増倍率Ｍｏｐｔが存在するが、回路の雑音（熱雑音）が大きいほどＭｏｐｔは大きくなる。したがってＡＰＤに接続するＴＩＡの構成によっては、レートセレクト信号で帯域を切り替えた場合の雑音特性の変化により、Ｍｏｐｔが伝送速度に依存する現象が発生する。

さらには、マルチレート光伝送において、伝送速度毎に要求される誤り率が同じとは限らない。例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムにおける受信感度は、１０Ｇｂｐｓでは１０^-3で規定されているが１Ｇｂｐｓでは１０^-12で規定されており、受信に要求されるＳＮ比が異なる。

これらの理由から、単一のＡＰＤ増倍率、例えば１０Ｇｂｐｓの光信号受信時に高感度が得られるような最適値に設定した場合、１Ｇｂｐｓの光信号受信時において、１Ｇｂｐｓで高感度が得られるような最適値に設定した場合に比べて高感度が得られない現象が発生することがある。

図６は、或る１０Ｇ−ＥＰＯＮ用マルチレート受信装置において、ＡＰＤにバイアス値を与えた際に該受信装置が得られた最小受信感度の伝送速度依存性の一例を示した図である。仕様によりＧＥ−ＰＯＮＯＮＵからＯＬＴへ送信される上り光信号の波長は１．２６−１．３６μｍ帯、１０Ｇ−ＥＰＯＮＯＮＵからＯＬＴへ送信される上り光信号の波長は１．２６−１．２８μｍ帯であるので、これらの波長帯域におけるＡＰＤの光電変換効率がほぼ一定とすると、或る受光電力の値で比較したＡＰＤバイアス電流値はＡＰＤ増倍率に比例する。１Ｇｂｐｓでは、或る受光電力の光信号が入力した時にＡＰＤバイアス電流がI_apd1となるようなＡＰＤバイアスで動作させた際に最良感度が得られるのに対し、１０Ｇｂｐｓでは、同じ受光電力の光信号が入力した時にＡＰＤバイアス電流がI_apd10となるようなＡＰＤバイアスで動作させた際に最良感度が得られており、１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓで最良感度が得られるＡＰＤバイアス電流値、すなわち増倍率の条件が異なっている。このような受信装置では、単一のＡＰＤバイアス電流値すなわち単一の増倍率動作では素子の性能を十分に発揮できない。

本発明は、このような背景の下になされた発明であり、その目的は、マルチレート受信装置において任意の伝送速度の光信号を受信した場合に、その伝送速度において最も高感度が得られるようなＡＰＤ増倍率に制御することにより、受信装置に用いられている素子の性能を最大限に発揮できる光信号受信方法および装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に係る発明は、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、受信する前記光信号の伝送速度に適応したＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のマルチレート光信号受信装置であって、前記ＡＰＤによって光信号から変換された前記電気信号を処理し、前記電気信号からレートセレクト信号を生成するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）回路をさらに備え、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づいて、前記ＡＰＤバイアス電源が前記ＡＰＤに与えられることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するＡＰＤと、受信する前記光信号の伝送速度に基づきＭＡＣ回路から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御する制御回路と、前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）と、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づき帯域を切り替えて、振幅制限増幅回路（ＬＡ）に入力する前記電圧信号の帯域を制限する帯域可変低域通過フィルタ（Ｔ−ＬＰＦ）と、前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整する前記ＬＡと、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、前記ＬＡから出力された受信信号を１Ｇｂｐｓの信号、または１０Ｇｂｐｓの信号に振り分けるためのスイッチと、前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出する１Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１Ｇ−ＣＤＲ）および１０Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１０Ｇ−ＣＤＲ）と、前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換する１Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１Ｇ−ＤＥＳ）および１０Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１０Ｇ−ＤＥＳ）と、前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理し、前記パラレル変換された信号から前記レートセレクト信号を生成する前記ＭＡＣ回路とを備えたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するＡＰＤと、受信する前記光信号の伝送速度に基づき伝送速度判定回路（Ｂ−ＢＤＣ）から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御する制御回路と、前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記Ｂ−ＢＤＣから送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるか、またはＴＩＡ自ら自動的に前記伝送速度に基づいて、帯域を切り替える前記ＴＩＡと、前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整するＬＡと、前記ＬＡの出力信号から、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度を自動で判定する機能を有する前記Ｂ−ＢＤＣと、前記Ｂ−ＢＤＣで生成された前記レートセレクト信号によってゲート動作し、１Ｇｂｐｓの信号および１０Ｇｂｐｓの信号を出力するゲート回路と、前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出する１Ｇ−ＣＤＲおよび１０Ｇ−ＣＤＲと、前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換する１Ｇ−ＤＥＳおよび１０Ｇ−ＤＥＳと、前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理するためのＭＡＣ回路とを備えたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を備えたマルチレート光信号受信装置に係るマルチレート光信号受信方法であって、受信する前記光信号の伝送速度に適応したＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載のマルチレート光信号受信方法であって、前記マルチレート光信号受信装置は、前記ＡＰＤによって光信号から変換された前記電気信号を処理し、前記電気信号からレートセレクト信号を生成するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）回路をさらに備え、前記ＭＡＣ回路から送信されたレートセレクト信号に基づいて、前記ＡＰＤバイアス電源が前記ＡＰＤに与えられることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、制御回路において、受信する光信号の伝送速度に基づきＭＡＣ回路から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源をＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御するステップと、前記ＡＰＤにおいて、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された前記光信号を受信し、電気信号に変換するステップと、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）において、前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるステップと、帯域可変低域通過フィルタ（Ｔ−ＬＰＦ）において、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づき帯域を切り替えて、振幅制限増幅回路（ＬＡ）に入力する前記電圧信号の帯域を制限するステップと、前記ＬＡにおいて、前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整するステップと、スイッチにおいて、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、前記ＬＡから出力された受信信号を１Ｇｂｐｓの信号、または１０Ｇｂｐｓの信号に振り分けるステップと、１Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１Ｇ−ＣＤＲ）および１０Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１０Ｇ−ＣＤＲ）において、前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出するステップと、１Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１Ｇ−ＤＥＳ）および１０Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１０Ｇ−ＤＥＳ）において、前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換するステップと、前記ＭＡＣ回路において、前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理し、前記パラレル変換された信号から前記レートセレクト信号を生成するステップとを備えることを特徴とする。

請求項８に係る発明は、制御回路において、受信する光信号の伝送速度に基づき伝送速度判定回路（Ｂ−ＢＤＣ）から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源をＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御するステップと、前記ＡＰＤにおいて、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された前記光信号を受信し、電気信号に変換するステップと、前記ＴＩＡにおいて、前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記Ｂ−ＢＤＣから送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるか、またはＴＩＡ自ら自動的に前記伝送速度に基づいて、帯域を切り替えるステップと、ＬＡにおいて、前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整するステップと、前記Ｂ−ＢＤＣにおいて、前記ＬＡの出力信号から、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度を自動で判定する機能を有するステップと、ゲート回路において、前記Ｂ−ＢＤＣで生成された前記レートセレクト信号によってゲート動作し、１Ｇｂｐｓの信号および１０Ｇｂｐｓの信号を出力するステップと、１Ｇ−ＣＤＲおよび１０Ｇ−ＣＤＲにおいて、前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出するステップと、１Ｇ−ＤＥＳおよび１０Ｇ−ＤＥＳにおいて、前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換するステップと、ＭＡＣ回路において、前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理するためのステップとを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、受信光信号の伝送速度に応じてＡＰＤの増倍率、もしくはＡＰＤの増倍率と増幅器の帯域の両方を制御することで、伝送速度毎に最も性能が発揮される動作条件で動作するマルチレート光信号受信を簡易に実現することが可能となる。

１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムの構成図である。１０Ｇ−ＥＰＯＮシステムの上り光信号（時分割多重マルチレート）の説明図である。従来のマルチレート光信号受信装置の概略構成を示すブロック図である。ＡＰＤの帯域の増倍率依存性を説明する図である。図５（ａ）は、ＡＰＤの増倍率と出力受信信号の信号電力、雑音電力の関係を説明する図であり、図５（ｂ）は、ＡＰＤの増倍率と出力受信信号のＳＮ比の関係を説明する図である。マルチレート受信装置における伝送速度１０Ｇｂｐｓと１Ｇｂｐｓの最小受信感度に対するＡＰＤバイアス電流依存性を示す図の例である。本発明の第１の実施形態に係るマルチレート光信号受信装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態に係るマルチレート光信号受信装置のＡＰＤバイアス電源制御回路の構成例を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係るマルチレート光信号受信装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図７は本発明の第１の実施形態に係る１０Ｇ−ＥＰＯＮ用マルチレート光信号受信装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態のマルチレート光信号受信装置は、図３で示した従来例と同様に、入射するマルチレート光信号１を光電流信号に変換するＡＰＤ２と、ＡＰＤ２が出力する光電流信号を増幅し、電圧信号に変換するＴＩＡ１０と、ＴＩＡ１０の出力信号を一定のレベルの信号に調整する１０Ｇ−ＬＡ２２と、１０Ｇ−ＬＡ２２に入力される信号の帯域を制限することで伝送速度毎に最適なＬＡの性能を得るためのＴ−ＬＰＦ２３と、受信信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、１０Ｇ−ＬＡ２２から出力された受信信号を１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓに振り分けるためのスイッチ２４と、１Ｇｂｐｓおよび１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、受信信号を再生するためのクロックを抽出する１Ｇ−ＣＤＲ３１および１０Ｇ−ＣＤＲ３２と、１Ｇ−ＣＤＲ３１および１０Ｇ−ＣＤＲ３２によって再生された信号をシリアル／パラレル変換する１Ｇ−ＤＥＳ４１、１０Ｇ−ＤＥＳ４２と、１Ｇ−ＤＥＳ４１、１０Ｇ−ＤＥＳ４２によってパラレル変換された信号を処理するためのＭＡＣ回路５０と、ＭＡＣ回路５０から供給される、現在受信している信号の伝送速度を示すレートセレクト信号Ｓ_RSと、ＡＰＤ２の電源電圧を制御するＡＰＤバイアス電源制御回路８０と、から構成される。

本実施形態のマルチレート光信号受信装置において、ＴＩＡ１０は１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓのデュアルレートでバースト動作させるため、ＭＡＣ回路５０から供給されるレートセレクト信号Ｓ_RSを受けて、伝送速度に応じて帯域を切り替えることで伝送速度毎に最適な性能が得られるような回路構成になっている。また１０Ｇ−ＬＡ２２もデュアルレートでバースト動作させるために、１０Ｇ−ＬＡ２２の前に置かれたＴ−ＬＰＦ２３の帯域をレートセレクト信号Ｓ_RSで切り替えて１０Ｇ−ＬＡ２２に入力される信号の帯域を制限することで同様の機能を実現している。またスイッチ２４もレートセレクト信号Ｓ_RSを受けて、受信信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、１０Ｇ−ＬＡ２２から出力された受信信号を１Ｇｂｐｓと１０Ｇｂｐｓに振り分けて１Ｇ−ＣＤＲ３１、１０Ｇ−ＣＤＲ３２に入力している。

本実施形態のマルチレート光信号受信装置において図３で示した従来例と異なる点は、ＡＰＤバイアス電源制御回路８０が、ＴＩＡ１０、Ｔ−ＬＰＦ２３、スイッチ２４と同様に、レートセレクト信号Ｓ_RSを受けてＡＰＤ２のバイアス電源、すなわち増倍率を制御する回路構成になっているところである。

このＡＰＤバイアス電源制御回路の簡単な構成例としては、図８に示すように、電圧値Ｖ₁を与える第１の直流電源８１、電圧値Ｖ₁₀を与える第２の直流電源８２、ＡＰＤ２に与える電圧値をＶ₁とＶ₁₀で切り替えるためのＳＰＤＴスイッチ８３から成る。

第１の直流電源８１に、ＳＰＤＴスイッチ８３の第１の入力端子が接続され、第２の直流電源８２に、ＳＰＤＴスイッチ８３の第２の入力端子が接続されている。ＳＰＤＴスイッチ８３の出力端子にＡＰＤ２のカソードが接続されている。

ここで電圧値Ｖ₁は、或る特定の温度において、入射する光信号の伝送速度が１Ｇｂｐｓの場合に最良の受信感度が得られるようなＡＰＤ増倍率を与える電圧値、電圧値Ｖ₁₀は、同じく或る特定の温度において、入射する光信号の伝送速度が１０Ｇｂｐｓの場合に最良の受信感度が得られるようなＡＰＤ増倍率を与える電圧値である。Ｖ₁、Ｖ₁₀の値は、素子ばらつきのため受信装置によって多少個体差はあるが、事前に検査で求めておいて、温度の関数としてメモリ等に記憶させておけば良い。受信信号の伝送速度に応じてレートセレクト信号Ｓ_RSのＨｉ／Ｌｏが切り替わるので、このロジックを用いてＳＰＤＴスイッチ８３の切り替え方向を制御することにより、入射する光信号の伝送速度に適応したバイアス電源をＡＰＤ２に与えることができる。

かくして、入射する光信号の伝送速度が１Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓいずれの場合においても、ＴＩＡに対して各伝送速度で最適な性能が得られるような帯域制御を与えると同時に、ＡＰＤに対して各伝送速度でＡＰＤ最適増倍率となるバイアス電圧を与えることが実現可能になる。

図７では、入射する光信号の伝送速度を選択するレートセレクト信号Ｓ_RSが上位ホストから供給される場合に、このレートセレクト信号Ｓ_RSを用いて光信号の伝送速度に応じてＡＰＤ増倍率とＴＩＡの増幅器の帯域を制御する特徴を有する光信号受信装置の構成例を示したが、レートセレクト信号Ｓ_RSが上位ホストから供給されない場合においても、本発明の実施の形態を具現することができる。

（第２の実施形態）
図９は本発明の第２の実施形態に係る１０Ｇ−ＥＰＯＮ用マルチレート光信号受信装置の概略構成を示すブロック図である。

ＡＰＤバイアス電源制御回路８０の出力端子にＡＰＤ２のカソードが接続され、ＡＰＤ２のアノードにＴＩＡ１０の入力端子が接続されている。そして、ＴＩＡ１０の非反転出力端子に、１Ｇｂｐｓ用１Ｇ−ＬＡ２１の入力端子が接続され、ＴＩＡ１０の反転出力端子に、１０Ｇｂｐｓ用１０Ｇ−ＬＡ２２の入力端子が接続されている。

１Ｇ−ＬＡ２１の非反転出力端子に、第１のゲート回路７１の第１の入力端子および伝送速度判定回路Ｂ−ＢＤＣ（Burst-mode Bit-rate Discrimination Circuit）６１の第１の入力端子が接続され、１Ｇ−ＬＡ２１の反転出力端子に、第１のゲート回路７１の第２の入力端子およびＢ−ＢＤＣ６１の第２の入力端子が接続されている。

１０Ｇ−ＬＡ２２の非反転出力端子に、第２のゲート回路７２の第１の入力端子およびＢ−ＢＤＣ６１の第３の入力端子が接続され、１０Ｇ−ＬＡ２２の反転出力端子に、第２のゲート回路７２の第２の入力端子およびＢ−ＢＤＣ６１の第４の入力端子が接続されている。

Ｂ−ＢＤＣ６１の非反転出力端子に、第１のゲート回路７１の第３の入力端子、およびＡＰＤバイアス電源制御回路８０の第１の入力端子が接続され、Ｂ−ＢＤＣ６１の反転出力端子に、第２のゲート回路７２の第３の入力端子、およびＡＰＤバイアス電源制御回路８０の第２の入力端子が接続されている。

第１のゲート回路７１の非反転出力端子に、１Ｇ−ＣＤＲ３１の第１の入力端子が接続され、第１のゲート回路７１の反転出力端子に、１Ｇ−ＣＤＲ３１の第２の入力端子が接続されている。第２のゲート回路７２の非反転出力端子に、１０Ｇ−ＣＤＲ３２の第１の入力端子が接続され、第２のゲート回路７２の反転出力端子に、１０Ｇ−ＣＤＲ３２の第２の入力端子が接続されている。

１Ｇ−ＣＤＲ３１の出力端子に、１Ｇ−ＤＥＳ４１の入力端子が接続され、１０Ｇ−ＣＤＲ３２の出力端子に、１０Ｇ−ＤＥＳ４２の入力端子が接続されている。そして、１Ｇ−ＤＥＳ４１の出力端子に、ＭＡＣ回路５０の第１の入力端子が接続され、１０Ｇ−ＤＥＳ４２の出力端子に、ＭＡＣ回路５０の第２の入力端子が接続されている。

本実施形態が図７で示した実施形態と異なる点は、１Ｇｂｐｓ用１Ｇ−ＬＡ２１、１０Ｇｂｐｓ用１０Ｇ−ＬＡ２２の出力信号から受信信号の伝送速度を自動で判定する機能を有するＢ−ＢＤＣ６１を付加して、Ｂ−ＢＤＣ６１で生成されたレートセレクト信号Ｓ_RSによって第１のゲート回路７１、第２のゲート回路７２をゲート動作させるとともに、Ｂ−ＢＤＣ６１からのレートセレクト信号Ｓ_RSをＴＩＡ１０およびＡＰＤバイアス電源制御回路８０に供給して、ＡＰＤ増倍率とＴＩＡの増幅器の帯域を制御する構成になっている。このようなＢ−ＢＤＣの実現例は、非特許文献５に開示されている。従って、レートセレクト信号Ｓ_RSが上位ホストから供給されない場合においても、光信号の伝送速度に応じてＡＰＤの増倍率とＴＩＡの増幅器の帯域を制御することは可能であり、これによって伝送速度毎に最も性能が発揮される動作条件で動作するマルチレート光信号受信を簡易に実現できる。

また上記の実施形態では、ＡＰＤの増倍率とＴＩＡの増幅器の帯域の両方を同時に制御する構成例を示したが、ＴＩＡがレートセレクト信号Ｓ_RSを必要とせず、自分自身で自動的に伝送速度に応じて帯域を切り替えることで伝送速度毎に最適な性能が得られるような回路構成も考えられる。その場合、本発明をＡＰＤ増倍率の制御のみに適用することによって、伝送速度毎に最も性能が発揮される動作条件で動作するマルチレート光信号受信を実現することができる。

２ＡＰＤ
１０ＴＩＡ
２１１Ｇ−ＬＡ
２２１０Ｇ−ＬＡ
２３Ｔ−ＬＰＦ
２４スイッチ
３１１Ｇ−ＣＤＲ
３２１０Ｇ−ＣＤＲ
４１１Ｇ−ＤＥＳ
４２１０Ｇ−ＤＥＳ
５０ＭＡＣ回路
７１第１のゲート回路
７２第２のゲート回路
８０ＡＰＤバイアス電源制御回路
８１第１の直流電源
８２第２の直流電源
８３ＳＰＤＴスイッチ
１００光ファイバ
２００光スプリッタ
３００ＯＬＴ
４００ＯＮＵ

Claims

２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）と、
受信する前記光信号の伝送速度に適応したＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とするマルチレート光信号受信装置。
前記ＡＰＤによって光信号から変換された前記電気信号を処理し、前記電気信号からレートセレクト信号を生成するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）回路をさらに備え、
前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づいて、前記ＡＰＤバイアス電源が前記ＡＰＤに与えられることを特徴とする請求項１に記載のマルチレート光信号受信装置。
２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するＡＰＤと、
受信する前記光信号の伝送速度に基づきＭＡＣ回路から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御する制御回路と、
前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）と、
前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づき帯域を切り替えて、振幅制限増幅回路（ＬＡ）に入力する前記電圧信号の帯域を制限する帯域可変低域通過フィルタ（Ｔ−ＬＰＦ）と、
前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整する前記ＬＡと、
前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、前記ＬＡから出力された受信信号を１Ｇｂｐｓの信号、または１０Ｇｂｐｓの信号に振り分けるためのスイッチと、
前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出する１Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１Ｇ−ＣＤＲ）および１０Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１０Ｇ−ＣＤＲ）と、
前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換する１Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１Ｇ−ＤＥＳ）および１０Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１０Ｇ−ＤＥＳ）と、
前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理し、前記パラレル変換された信号から前記レートセレクト信号を生成する前記ＭＡＣ回路と、
を備えたことを特徴とするマルチレート光信号受信装置。
２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するＡＰＤと、
受信する前記光信号の伝送速度に基づき伝送速度判定回路（Ｂ−ＢＤＣ）から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御する制御回路と、
前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記Ｂ−ＢＤＣから送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるか、またはＴＩＡ自ら自動的に前記伝送速度に基づいて、帯域を切り替える前記ＴＩＡと、
前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整するＬＡと、
前記ＬＡの出力信号から、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度を自動で判定する機能を有する前記Ｂ−ＢＤＣと、
前記Ｂ−ＢＤＣで生成された前記レートセレクト信号によってゲート動作し、１Ｇｂｐｓの信号および１０Ｇｂｐｓの信号を出力するゲート回路と、
前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出する１Ｇ−ＣＤＲおよび１０Ｇ−ＣＤＲと、
前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換する１Ｇ−ＤＥＳおよび１０Ｇ−ＤＥＳと、
前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理するためのＭＡＣ回路と、
を備えたことを特徴とするマルチレート光信号受信装置。
２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された光信号を受信し、電気信号に変換するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を備えたマルチレート光信号受信装置に係るマルチレート光信号受信方法であって、
受信する前記光信号の伝送速度に適応したＡＰＤバイアス電源を前記ＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御することを特徴とするマルチレート光信号受信方法。
前記マルチレート光信号受信装置は、
前記ＡＰＤによって光信号から変換された前記電気信号を処理し、前記電気信号からレートセレクト信号を生成するメディアアクセス制御（ＭＡＣ）回路をさらに備え、
前記ＭＡＣ回路から送信されたレートセレクト信号に基づいて、前記ＡＰＤバイアス電源が前記ＡＰＤに与えられることを特徴とする請求項５に記載のマルチレート光信号受信方法。
制御回路において、受信する光信号の伝送速度に基づきＭＡＣ回路から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源をＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御するステップと、
前記ＡＰＤにおいて、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された前記光信号を受信し、電気信号に変換するステップと、
トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）において、前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるステップと、
帯域可変低域通過フィルタ（Ｔ−ＬＰＦ）において、前記ＭＡＣ回路から送信された前記レートセレクト信号に基づき帯域を切り替えて、振幅制限増幅回路（ＬＡ）に入力する前記電圧信号の帯域を制限するステップと、
前記ＬＡにおいて、前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整するステップと、
スイッチにおいて、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度に応じて出力ポートを切り替えることで、前記ＬＡから出力された受信信号を１Ｇｂｐｓの信号、または１０Ｇｂｐｓの信号に振り分けるステップと、
１Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１Ｇ−ＣＤＲ）および１０Ｇｂｐｓ用クロック・データ再生回路（１０Ｇ−ＣＤＲ）において、前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出するステップと、
１Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１Ｇ−ＤＥＳ）および１０Ｇｂｐｓ用デシリアライザ（１０Ｇ−ＤＥＳ）において、前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換するステップと、
前記ＭＡＣ回路において、前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理し、前記パラレル変換された信号から前記レートセレクト信号を生成するステップと、
を備えることを特徴とするマルチレート光信号受信方法。
制御回路において、受信する光信号の伝送速度に基づき伝送速度判定回路（Ｂ−ＢＤＣ）から送信されたレートセレクト信号に応じたＡＰＤバイアス電源をＡＰＤに与えることにより、前記ＡＰＤの増倍率を制御するステップと、
前記ＡＰＤにおいて、２つ以上の異なる伝送速度の光信号が時分割多重された前記光信号を受信し、電気信号に変換するステップと、
前記ＴＩＡにおいて、前記ＡＰＤによって光信号から変換された電流信号を電圧信号に変換し、増幅し、前記Ｂ−ＢＤＣから送信された前記レートセレクト信号に基づいて、帯域を切り替えるか、またはＴＩＡ自ら自動的に前記伝送速度に基づいて、帯域を切り替えるステップと、
ＬＡにおいて、前記ＴＩＡの出力信号を所定のレベルの信号に調整するステップと、
前記Ｂ−ＢＤＣにおいて、前記ＬＡの出力信号から、前記ＡＰＤが受信した信号の伝送速度を自動で判定する機能を有するステップと、
ゲート回路において、前記Ｂ−ＢＤＣで生成された前記レートセレクト信号によってゲート動作し、１Ｇｂｐｓの信号および１０Ｇｂｐｓの信号を出力するステップと、
１Ｇ−ＣＤＲおよび１０Ｇ−ＣＤＲにおいて、前記１Ｇｂｐｓの信号および前記１０Ｇｂｐｓの信号から位相を検出し、前記ＡＰＤが受信した信号を再生するためのクロックを抽出するステップと、
１Ｇ−ＤＥＳおよび１０Ｇ−ＤＥＳにおいて、前記１Ｇ−ＣＤＲおよび前記１０Ｇ−ＣＤＲによって再生された信号をシリアル／パラレル変換するステップと、
ＭＡＣ回路において、前記１Ｇ−ＤＥＳおよび前記１０Ｇ−ＤＥＳによってパラレル変換された信号を処理するためのステップと、
を備えることを特徴とするマルチレート光信号受信方法。