JP4657144B2

JP4657144B2 - 光バースト信号受信回路

Info

Publication number: JP4657144B2
Application number: JP2006136012A
Authority: JP
Inventors: 隆中西; 謙一鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP2007311844A

Description

本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network：受動光ネットワーク）システムの上り信号受信器におけるＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）を用いた光バースト信号受信回路に関するものである。

現在光アクセスネットワークで広く用いられているＰＯＮシステムは、光ファイバ伝送路及び局舎内装置を複数の加入者ユーザ間で共有可能なため、費用効率に優れた光アクセスシステムである。

図５(a)はこのＰＯＮシステムの構成を示す図であり、２１は局側のＯＬＴ(Optical Line Terminal）、２２は加入者ユーザ側のＯＮＵ（Optical Network Unit）、２３は光スプリッタ、２４は光ファイバ伝送路である。複数のＯＮＵ２２は光スプリッタ２３を介してＯＬＴ２１に対して接続される。このＰＯＮシステムでは、ＯＬＴ２１から各ＯＮＵ２２への送信（下り）信号は連続光であるが、ＯＬＴ２１とＯＮＵ２２との間の距離が加入者ユーザによって異なるため、ＯＮＵ２２からＯＬＴ２１への送信（上り）信号は、図５(b)に示すように、加入者ユーザによって光強度の異なる光バースト信号となる。

今後、ＰＯＮシステムはサービスエリアの拡大や伝送速度の高速化が進むと考えられ、伝送距離の長延化や分岐数の増加等のＰＯＮ広域化による光損失の増加や、高速化による受信感度の劣化が問題となる。

従って、ＰＯＮシステムの広域化および高速化を実現する上で、光バースト受信器には高感度化および広ダイナミックレンジ化が強く要求される。

受信感度改善の有効な手段として、増倍作用を持つＡＰＤを用いる方法がある。しかし、ＡＰＤを用いる場合、ＡＰＤに入力される光信号が過大になると、ＡＰＤの持つ増倍作用の影響で過度の光電流が発生し、後段に設置する電気段増幅器が飽和してしまい、結果的にダイナミックレンジが狭まるという問題があった。

そこで、この問題に対して、光バースト信号の強度に応じてＡＰＤ増倍率を適切に設定することで、ダイナミックレンジの改善を実現する光バースト信号受信回路が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６はこの光バースト信号受信回路を示す図であり、光バースト信号を電気バースト信号に変換するＡＰＤ１、ＡＰＤ１にＡＰＤバイアス電圧を与えるＡＰＤ駆動回路２、ＡＰＤ１の出力電気バースト信号を増幅するプリアンプ３、電気バースト信号を入力して光強度の強弱を判定するレベル検出回路４、電気バースト信号を一定のレベルに増幅するＡＧＣ（Automatic Gain Control)回路５Ａ、電気バースト信号を入力してクロック抽出とデータ識別を行う識別タイミング抽出回路６、バイパス回路７、スイッチＳＷ１，ＳＷ２からなる切替器８で構成されている。

この光バースト信号受信回路では、ＡＰＤ１に入力された光強度の異なる光バースト信号が、ＡＰＤ１の増倍作用を受けながら電気バースト信号に光電変換され、プリアンプ３に出力される。プリンアンプ３で増幅された電気バースト信号は、レベル検出回路４に入力され、そこで受信光強度が閾値判定される。レベル検出回路４からは閾値判定結果に応じたＡＰＤバイアス制御信号がＡＰＤ駆動回路２に出力される。ＡＰＤ駆動回路２ではレベル検出回路４の出力に応じて、ＡＰＤバイアス電圧を切り替えＡＰＤ１の増倍率を制御する。切替器８はバーストフレーム終了後に生じる過度応答信号の影響を除去するための回路であるが、本発明とは直接関係しないので説明は割愛する。

特開平１１−３５５２１８号公報

ところが、図６に示した光バースト信号受信回路では、比較的構成の複雑なレベル検出回路４が特別に必要となっており、回路の簡素化が望まれていた。

本発明の目的は、ＡＧＣ回路用のリファレンス電圧を生成する自動閾値制御回路をＡＰＤバイアス電圧制御用にも使用して、特別なレベル検出回路を不要にしながらも、高感度化と広ダイナミックレンジ化を実現できるようにした光バースト信号受信回路を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明の光バースト信号受信回路は、入力する光バースト信号を電気バースト信号に変換するＡＰＤと、該ＡＰＤにＡＰＤバイアス電圧を与えるＡＰＤ駆動回路と、前記ＡＰＤの出力電気バースト信号を増幅するプリアンプと、該プリアンプの出力信号のピーク値を検出する自動閾値制御回路と、該自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値に応じて前記ＡＰＤバイアス電圧を切り替える電圧切替信号を発生する電圧切替信号発生回路と、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値に応じた信号をリファレンス電圧として前記プリアンプから出力する電気バースト信号を一定のレベルに増幅するＡＧＣ回路とを備え、前記自動閾値制御回路は、前記ＡＰＤへの光バースト信号入力に同期して生成された第１のリセット信号によりリセットされ、前記ＡＰＤバイアス電圧変更前の前記プリアンプの出力信号における第１のピーク値を検出し、その後、前記電圧切替信号発生回路による前記第１のピーク値に応じた前記ＡＰＤバイアス電圧の変更に伴って生成された第２のリセット信号により再度リセットされ、前記ＡＰＤバイアス電圧変更後の前記プリアンプの出力信号における第２のピーク値を検出し、前記電圧切替信号発生回路は、同一バーストフレーム内では連続して前記電圧切替信号を発生させないように制御されていることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の光バースト信号受信回路において、前記電圧切替信号発生回路は、予め設定した上限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が上回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を低下させる電圧切替信号を発生することを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１に記載の光バースト信号受信回路において、前記電圧切替信号発生回路は、予め設定した下限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が下回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を増大させる電圧切替信号を発生することを特徴とする路。
請求項４にかかる発明は、請求項１に記載の光バースト信号受信回路において、前記電圧切替信号発生回路は、予め設定した上限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が上回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を低下させる電圧切替信号を発生し、且つ、予め設定した下限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が下回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を増大させる電圧切替信号を発生することを特徴とする。

本発明によれば、自動閾値制御回路により電気バースト信号のピーク値を検出し、その検出出力をＡＧＣ回路のリファレンス電圧として用いると同時に、ＡＰＤ受信光強度のレベルを示す信号としても用いるので、これに電圧切替信号発生回路を加えた構成により、特別にレベル検出回路を使用することなく、受信する光バースト信号毎にＡＰＤの増倍率を適正値に制御することができ、高感度化と広ダイナミックレンジ化を実現できる。

図１は本発明の実施例の光バースト信号受信回路の構成を示すブロック図であり、図６で説明したものと同じものには同じ符号をつけた。５はＡＧＣ回路であり、ゲインを制御するためのレファレンス電圧の入力端子５ａを有する。９はプリアンプ３の出力信号のピーク値を検出してＡＧＣ回路５のレファレンス電圧を設定する自動閾値制御回路（ＡＴＣ回路）、１０はその自動閾値制御回路９で検出したピーク値に応じてＡＰＤバイアス電圧の切替信号を発生する電圧切替信号発生回路である。すなわち、本実施例では、自動閾値制御回路９で検出したプリアンプ３の出力信号のピーク値を、ＡＧＣ回路５のリファレンス電圧用とするのみならず、光バースト信号の強度検出信号としても使用し、これによりＡＰＤバイアス電圧が切り替えられるようにする。これにより、図６に示したような特別なレベル検出回路４を不要にしている。

さて、ＡＰＤ１に入力された光バースト信号は、ＡＰＤ１の増倍作用を受けた後に電気バースト信号に変換される。この電気バースト信号はプリアンプ３で増幅された後に、自動閾値制御回路９に入力する。自動閾値制御回路９はＡＰＤ１への光バースト信号入力に同期して生成されたリセット信号Ｒ１によりリセットされており、プリアンプ３から電気バースト信号が入力することにより、その信号レベルのピーク値を検出する。検出されたピーク値の信号は、ＡＧＣ回路５のリファレンス電圧として用いられると同時に、電圧切換信号発生回路１０に入力される。電圧切替信号発生回路１０は、入力されたピーク値の信号に応じて、ＡＰＤ駆動回路２に対してＡＰＤバイアス電圧切替信号を出力する。

電圧切替信号発生回路１０におけるＡＰＤバイアス電圧制御方法としては、次の図２〜４に示す３通りがある。図２に示す制御方法は、電圧切替信号発生回路１０の閾値をＡＧＣ回路５の入力の上限値Ｘに予め設定しておき、自動閾値制御回路９で検出されたピーク値がその上限値Ｘを超えるレベルａになるとき、その上限値Ｘを超えないレベルa'となるように、ＡＰＤバイアス電圧を下げる電圧切替信号をＡＰＤ駆動回路２に出力する制御方法である。

図３に示す制御方法は、電圧切替信号発生回路１０の閾値をＡＧＣ回路５の入力の下限値Ｙに予め設定しておき、自動閾値制御回路９で検出されたピーク値がその下限値Ｙを下回るレベルｂになるとき、その下限値Ｙを超えるレベルｂ'となるように、ＡＰＤバイアス電圧を上げる電圧切替信号をＡＰＤ駆動回路２に出力する制御方法である。

図４に示す制御方法は、電圧切替信号発生回路１０の閾値をＡＧＣ回路５の入力の上限値Ｘと下限値Ｙを予め設定しておき、自動閾値制御回路９で検出されたピーク値がその上限値Ｘを超えるレベルｃになるとき、その上限値Ｘを超えないレベルｃ'となるように、ＡＰＤバイアス電圧を下げる電圧切替信号をＡＰＤ駆動回路２に出力し、一方、自動閾値制御回路９で検出されたピーク値がその下限値Ｙを下回るレベルｄになるとき、その下限値Ｙを超えるレベルｄ'となるように、ＡＰＤバイアス電圧を上げる電圧切替信号をＡＰＤ駆動回路２に出力する制御方法である。

ＡＰＤ駆動回路２は、上述した図２〜図４のいずれかの制御方法に従い、電圧切替信号発生回路１０から出力される電圧切替信号に応じてＡＰＤバイアス電圧を変更し、ＡＰＤ増倍率を制御する。このＡＰＤ増倍率の変更により自動閾値制御回路９にはリセット信号Ｒ２が入力して再度リセットされ、ＡＰＤ増倍率変更後の電気バースト信号がプリアンプ３から自動閾値制御回路９に入力されることで、新たなピーク値が検出され、これによりＡＧＣ回路５のリファレンス電圧が再度設定される。

この新たなピーク値の検出信号は電圧切替信号発生回路１０にも入力されるが、この電圧切替信号発生回路１０は同一バーストフレーム内では連続して切替信号が出力されないよう制御されているので、一旦切り替わったＡＰＤ増倍率が同一バーストフレーム内で変化することはない。

このように、本実施例の光バースト信号受信回路では、自動閾値制御回路９を用いて電気バースト信号のピーク値を検出し、その検出出力をＡＧＣ回路５のリファレンス電圧として用いると同時に、ＡＰＤ受信光強度のレベルを示す信号としても用いることで、受信する光バースト信号毎にＡＰＤの増倍率を適正値に制御することができ、光バースト信号受信回路の高感度化と広ダイナミックレンジ化を実現できる。

本発明の実施例の光バースト信号受信回路の構成を示すブロック図である。ＡＰＤバイアス電圧制御方法の第１の例の説明図である。ＡＰＤバイアス電圧制御方法の第２の例の説明図である。ＡＰＤバイアス電圧制御方法の第３の例の説明図である。 (a)はＰＯＮシステムの概略説明図、(b)はＰＯＮシステムの上りバースト信号を示す波形図である。従来の光バースト信号受信回路の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１：ＡＰＤ、２：ＡＰＤ駆動回路、３：プリアンプ、４：レベル検出回路、５，５Ａ：ＡＧＣ回路、６：識別タイミング抽出回路、７：バイパス回路、８：切替器、９：自動閾値制御回路、１０：電圧切替信号発生回路
２１：ＯＬＴ、２２：ＯＮＵ、２３：光スプリッタ、２４：光ファイバ伝送路

Claims

入力する光バースト信号を電気バースト信号に変換するＡＰＤと、
該ＡＰＤにＡＰＤバイアス電圧を与えるＡＰＤ駆動回路と、
前記ＡＰＤの出力電気バースト信号を増幅するプリアンプと、
該プリアンプの出力信号のピーク値を検出する自動閾値制御回路と、
該自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値に応じて前記ＡＰＤバイアス電圧を切り替える電圧切替信号を発生する電圧切替信号発生回路と、
前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値に応じた信号をリファレンス電圧として前記プリアンプから出力する電気バースト信号を一定のレベルに増幅するＡＧＣ回路と
を備え、
前記自動閾値制御回路は、前記ＡＰＤへの光バースト信号入力に同期して生成された第１のリセット信号によりリセットされ、前記ＡＰＤバイアス電圧変更前の前記プリアンプの出力信号における第１のピーク値を検出し、その後、前記電圧切替信号発生回路による前記第１のピーク値に応じた前記ＡＰＤバイアス電圧の変更に伴って生成された第２のリセット信号により再度リセットされ、前記ＡＰＤバイアス電圧変更後の前記プリアンプの出力信号における第２のピーク値を検出し、
前記電圧切替信号発生回路は、同一バーストフレーム内では連続して前記電圧切替信号を発生させないように制御されていること
を特徴とする光バースト信号受信回路。
請求項１に記載の光バースト信号受信回路において、
前記電圧切替信号発生回路は、予め設定した上限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が上回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を低下させる電圧切替信号を発生することを特徴とする光バースト信号受信回路。
請求項１に記載の光バースト信号受信回路において、
前記電圧切替信号発生回路は、予め設定した下限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が下回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を増大させる電圧切替信号を発生することを特徴とする光バースト信号受信回路。
請求項１に記載の光バースト信号受信回路において、
前記電圧切替信号発生回路は、予め設定した上限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が上回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を低下させる電圧切替信号を発生し、且つ、
予め設定した下限閾値に対して、前記自動閾値制御回路で検出した前記ピーク値が下回るとき、前記ＡＰＤ駆動回路に対して前記ＡＰＤバイアス電圧を増大させる電圧切替信号を発生することを特徴とする光バースト信号受信回路。