光強度制御装置
【課題】本発明は、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光強度制御装置３０１は、入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部１０と、前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部２０と、検出部１０で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して光出力部２０へ調整信号として送信する制御部３０と、を備える。
【解決手段】光強度制御装置３０１は、入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部１０と、前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部２０と、検出部１０で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して光出力部２０へ調整信号として送信する制御部３０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光バースト信号の各フレームの光強度を一定にする光強度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光加入者ネットワークでは、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式が広く採用されている。ＩＥＥＥでは、すでに商用化されているＧ−ＥＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）はもとより、次世代システムである１０Ｇ−ＥＰＯＮの標準化を終えている。またＩＴＵ−Ｔでは、すでに商用化されているＢ−ＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）、およびＧ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ−ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）の標準化を終えており、次世代システムであるＸＧ−ＰＯＮの標準化を進めている。
【０００３】
図１に、ＰＯＮシステムの構成を示す。ＰＯＮは、収容局と複数の加入者が、所外に配置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバで結合されるネットワーク構成であり、上り信号と下り信号が異なる波長により、同一光ファイバ上を双方向に伝送される。下り信号は、加入者ごとの信号が、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いて多重された連続信号であり、加入者に配置される送受信装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）は、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自身に必要なタイムスロットの信号を取り出す。また、上り信号は、ＯＮＵから間欠的に送信されるバースト信号であり、光スプリッタで結合されてＴＤＭ信号となり、収容局に送られる。本システムでは、収容局から光スプリッタまでの光ファイバ、および収容局に配置される送受信装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを、経済的に提供することができる。
【０００４】
ＰＯＮにおける大きな課題の一つが、上り信号を受信する光受信器の実現である。上り信号は、加入者から光スプリッタまでの距離の違い、ＯＮＵ内の送信器出力の個体差などにより、ＯＬＴに送られるバースト信号の強度にばらつきが生じる。Ｂ−ＰＯＮ、Ｇ−ＥＰＯＮ、Ｇ−ＰＯＮは、商用システムであり、強度ばらつきの大きなバースト信号が入力された場合であっても、電気段において受信信号の振幅を一定に制御し、エラーフリー動作を行う光受信器がすでに実現されている。以下、光受信器が対応することのできる強度ばらつきの範囲をダイナミックレンジと呼ぶ。それに対して１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、受信信号の振幅をより高速に制御する必要があることから、ダイナミックレンジの広い光受信器の実現が課題となっている。
【０００５】
一方、高速に変動する光信号の強度を、光段においてフィードバック回路を用いて一定に制御する光強度制御装置が提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。図２に、その構成を示す。本装置は、光強度減衰器、分岐器、光電気変換器、制御回路、駆動回路から構成される。分岐器は、光強度減衰器の後段に配置され、分岐された光信号の一部をタップし、光電気変換器において電気信号に変換される。制御回路は、電気信号の振幅から光信号の強度を読み取り、光信号の目標値とのずれを算出する。駆動回路は、算出された目標値とのずれに応じた駆動信号を送出し、光強度減衰器を駆動する。本手法は、光加入者ネットワークを対象として開発されたものではないが、図１の光スプリッタとＯＬＴ間のいずれかの位置に配置することにより、光受信器の前記課題を解決するものと期待できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電気光学型可変光減衰器を用いた高速光オートレベルコントローラの開発」２００６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会（Ｃ−３−２４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、強度の異なるバースト信号が次々に入力されることは、光受信器の場合と同様である。各バースト信号間は、ガードタイム（ＧＴ）と呼ばれる信号の存在しない時間により分離されているが、スループットを大きくするためには、このＧＴを出来るだけ短くするのが望ましい。図２の構成では、フィードバック制御方式を用いているため、入力光強度が一定に制御されるまでに、光可変減衰器の応答速度の１０倍以上の制御時間が必要である。ＧＴを狭くすれば制御不能となり、逆に広くすればスループットが低下する。結局、実現困難であることは、光受信器の場合と同様である。すなわち、従来のフィードバック制御方式の光強度制御装置には、スループット向上が困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光強度制御装置は、入力バースト光信号の強度を出力において一定の目標値となるようフィードフォワード制御することとした。
【００１０】
具体的には、本発明に係る光強度制御装置は、入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部と、前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部と、前記検出部で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して前記光出力部へ調整信号として送信する制御部と、を備える。
【００１１】
本光強度制御装置は、フィードフォワード制御を採用することでＧＴを短くすることができる。従って、本発明は、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することができる。
【００１２】
本発明に係る光強度制御装置の前記検出部後の前記入力バースト信号を遅延させ、前記入力バースト信号のフレームと該フレームに対する前記調整信号が前記光出力部へ到着するタイミングを調整する光遅延器をさらに備えることを特徴とする。本光強度制御装置はバースト信号のＧＴや制御部の応答時間に合わせることが容易になる。
【００１３】
本発明に係る光強度制御装置の前記制御部は、前記入力バースト信号のフレームのプリアンブルの部分での光強度を前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度とすることを特徴とする。本光強度制御装置はプリアンブル部の“０”又は“１”が連続する区間が短いため出力バースト信号からデータ消滅することを防止できる。
【００１４】
本発明に係る光強度制御装置の前記制御部は、前記入力バースト信号の光強度の電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の前記デジタル信号から前記入力バースト信号のフレームの立上りと立下りを検出することで前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、フレーム毎に前記調整量を算出するデジタル制御回路と、前記デジタル制御回路で算出したフレーム毎の前記調整量をアナログ信号に変換し、前記調整信号とするＤ／Ａ変換器と、を有することを特徴とする。本光強度制御装置はデジタル信号処理を利用することでアナログ制御より電気回路を安価に構成することができる。
【００１５】
本発明に係る光強度制御装置の前記デジタル制御回路は、前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得する際に、検出した前記入力バースト信号のフレームの立上り後の前記デジタル信号のサンプリングデータを所定量スキップすることを特徴とする。本光強度制御装置は立上りが緩やかなフレームのバースト信号にも対応できる。
【００１６】
本発明に係る光強度制御装置の前記デジタル制御回路は、前記デジタル信号のサンプリングデータが所定数連続して予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする。本光強度制御装置はフレームの立上り及び立下りの誤認を防止できる。
【００１７】
本発明に係る光強度制御装置の前記デジタル制御回路は、前記デジタル信号のＮ個（Ｎは３以上の整数）のサンプリングデータのうち、Ｍ個（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）が予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする。本光強度制御装置はフレームの立上り及び立下りの誤認を防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＰＯＮシステムの構成を示す図である。
【図２】従来の光強度制御装置を説明する図である。
【図３】本発明に係る光強度制御装置を説明する図である。
【図４】出力バースト信号からデータ信号が消滅する場合を説明する図である。
【図５】プリアンブル部を利用した光強度の制御方法を説明する図である。
【図６】プリアンブル部を利用した光強度の制御方法を説明する図である。
【図７】プリアンブル部を利用した光強度の制御方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（構成）
図３は、本実施形態の光強度制御装置の構成例である。光強度制御装置３０１は、入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部１０と、前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部２０と、検出部１０で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して光出力部２０へ調整信号として送信する制御部３０と、を備える。
【００２１】
制御部３０は、前記入力バースト信号の光強度の電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１の前記デジタル信号から前記入力バースト信号のフレームの立上りと立下りを検出することで前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、フレーム毎に前記調整量を算出するデジタル制御回路３２と、デジタル制御回路３２で算出したフレーム毎の前記調整量をアナログ信号に変換し、前記調整信号とするＤ／Ａ変換器３３と、を有する。
【００２２】
検出部１０は、分岐器１１と光電気変換器１２を有する。分岐器１１は、入力バースト信号の一部を分岐する。光電気変換器１２は、分岐された入力バースト信号をバースト電気信号に変換する。
【００２３】
制御部３０は、バースト電気信号から入力バースト信号の光強度を読み取り、出力バースト信号の光強度の目標値とのずれを算出する。
【００２４】
光出力部２０は、駆動回路２１と光強度調整器２２を有する。駆動回路２１は、算出されたずれに応じた駆動信号を送出する。光強度調整器２２は、駆動信号により駆動され、入力バースト信号の光強度を調整して出力バースト信号として出力する。光強度調整器２２として、光強度減衰器や光増幅器を用いることができる。光強度調整器２２として光増幅器を用いれば、出力バースト信号の光強度を増幅でき、伝送距離を増加させることができる。
【００２５】
光強度制御装置３０１は、検出部１０後の入力バースト信号を遅延させ、入力バースト信号のフレームと該フレームに対する調整信号が光出力部２０へ到着するタイミングを調整する光遅延器４０をさらに備えてもよい。光遅延器４０は、入力光強度を検出された光信号が光強度調整器２２に入力されるタイミングと、駆動信号が光強度調整器２２により駆動されるタイミングを一致させるために必要な長さを有する。
【００２６】
光強度制御装置３０１は、検出部１０、制御部３０及び光出力部２０からなるフィードフォワード制御方式を利用した構成により、入力バースト光信号の強度を、出力において一定の目標値となるよう制御することができる。
【００２７】
（制御方法）
バースト信号は、受信に際して同期を取るためのプリアンブルが付加された複数フレームから成り、各フレーム間は、ＧＴにより分離されている。バースト信号長は短いので、フレームごとの光強度を高速に検出する必要がある。具体的には、制御部３０において以下のように行う。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器３１は、バースト電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換する。デジタル制御回路３２は、サンプリングデータによりバースト電気信号を構成するフレームごとのエッジの立上り及び立下りを検出する。図４のように立上り及び立ち下がりは、サンプリングデータが、予め設定した閾値を越えるか、下回るかで判断する。立上り及び立下りの時刻の決定は、閾値を越える直前、または直後のサンプリングポイントの時間位置を立上り時刻（Ｔｒ）、閾値を下回った直後、または直前のサンプリングポイントの時間位置を立下り時刻（Ｔｆ）とするのが簡便であるが、その限りではない。図４では、それらの中間点で規定した場合を示している。
【００２９】
また、デジタル制御回路３２は、隣り合う複数サンプリングデータを平均化し、帯域を絞ることで、信号対雑音比を改善し、エッジ検出の誤りを防ぐことができる。
【００３０】
制御部３０は、入力バースト信号のフレームのプリアンブルの部分での光強度を入力バースト信号のフレーム毎の光強度とする。デジタル制御回路３２は、フレームごとの光強度を立上り直後のプリアンブルにおけるサンプリングデータから判断する。プリアンブル内のデータであれば何れを用いることもできるが、複数データの平均値を取ることにより、信号対雑音比を改善することが望ましい。また、デジタル制御回路３２は、検出された入力バースト信号のフレームの光強度と出力バースト信号のフレームの光強度の目標値とのずれを算出する。Ｄ／Ａ変換器３３は、算出結果をアナログ信号に変換する。
【００３１】
なお、制御部３０は、フレームごとの光強度を検出するために、バースト電気信号の包絡線に相当する波形を得る必要がある。このため、制御部３０は、光電気変換器１２からＡ／Ｄ変換器３１に至るまでの間の帯域をアナログ的に制限するか、デジタル制御回路３２においてＡ／Ｄ変換されたサンプリングデータをデジタルフィルタに透過させる必要がある。
【００３２】
以上の構成によれば、次の効果を得ることができる。
【００３３】
まず、光強度制御装置３０１は、デジタル信号処理を利用することで、アナログ制御を行うより電気回路を安価に構成することができる。アナログ回路に比べて、デジタル回路は、信号処理に要する時間が長くなるが、分岐器１１と光強度調整器２２との間に光遅延器４０を挿入することで、その点を補うことができる。具体的には、光遅延器４０が遅延する時間は、光電気変換器１２から制御部３０、駆動回路２１、光強度調整器２２の各構成において生じる遅延時間の合計によって決定される。
【００３４】
次に、光強度制御装置３０１は、フレームの立上り及び立下りを検出することで、光強度調整器２２の応答遅れによるフレーム波形の切り取られを防ぐことができる。具体的には、図４に示すように、光強度調整器２２の応答速度を考慮して、立上りにおいてはそれ以前から、立下りにおいてはその後から光強度調整器２２を動作させることで対応できる。
【００３５】
さらには、光強度制御装置３０１は、光強度の検出を、プリアンブルにおけるサンプルデータを元に行うことにより、“０連続区間”、“１連続区間”が長く続く場合であっても、安定した出力を得ることができる。図４は、フレームが、長く続く“０連続区間”及び“１連続区間”により構成される場合を例示している。図に示されるように、各時刻におけるサンプリングデータにより、連続した制御を行うと、“０”と“１”のレベル差が小さくなるように制御が行われることから、出力波形からデータ信号が消えてしまうという問題が生じる。図５に示すように、一般に、プリアンブルには、“０”と“１”の交番など、ペイロードと比較して“０連続区間”及び“１連続区間”が長く続かないパターンが用いられる。光強度制御装置３０１は、これを利用して、光強度の検出をプリアンブルで行うことにより、出力波形からデータ信号が消滅するという問題を防ぐことが可能となる。プリアンブルで入力バースト信号のフレームの光強度を判断することは、６４Ｂ／６６Ｂ変換により、長い“０連続区間”及び“１連続区間”が現れる１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいて特に有効である。
【００３６】
以上の説明は、バースト信号フレームの立上り及び立下りが急峻な場合を想定していたが、緩やかな場合もある。例えば、光送信器のバースト信号に対する応答速度が遅い場合や、エッジ検出において、隣り合う複数サンプリングデータを平均化した場合が該当する。この場合、図６のように、閾値を超えた直後、数点のサンプリングデータは、求められている入力光強度のレベルに至っていない。これらを用いて光強度の検出を行うと、出力バースト信号のフレームの光強度が目標値から大きくずれることになる。
【００３７】
光強度制御装置３０１は、立上りの検出後、予め設定した点数のサンプリングデータをスキップし、フレーム波形が十分に立上がった位置のデータを用いることで、これを防ぐことができる。なお、立上り及び立下り時刻の決定を図３に例示した通りに行うと、実際のフレーム波形の立上り及び立下り時刻とのずれが生じる。このため、光強度制御装置３０１は、立上り及び立下り時間を決定する際の定義を適宜変更するか、このずれを考慮してスキップ数を決めるかにより対応する。
【００３８】
ＧＴのサンプルデータは値が小さいため信号対雑音比が悪く、時には閾値を超える値が検出され得る。そのため、特に、立上りの検出にエラーが生じやすくなる。先述の通り、隣り合う複数サンプリングデータを平均化することでこれを防ぐことができるが、バースト信号のエッジが緩やかになるため、その分だけ光強度検出に用いることのできるプリアンブルが短縮される。そこで、制御部３０は、複数データを平均化するのではなく、複数のサンプリングデータが連続して予め設定した閾値を越える、もしくはそれ以上の場合に立上りを検出することで、エッジ検出のエラー、および光強度検出に用いることのできるプリアンブルの短縮を防ぐことができる。連続するデータ数が大きいほど、エッジ検出の精度が向上する。図７は、２番目のサンプリング点が、ＧＴであるにも関わらず、閾値を越えた値と判断された場合を示している。前述のエッジ検出方法では、２番のサンプル点の位置で立上りを検出してしまい、エッジ検出にエラーが生じる。一方、本方式では、７番目と８番目のサンプル点が閾値を越えた時点で、立上りを正しく検出している。閾値を越えるサンプル点を連続して検出する必要はなく、Ｎ（３以上）個のデータうちＭ（２以上）個がそれに該当するといった検出手法でもよい。Ｍの値が大きいほど、エッジ検出の精度は向上する。
【００３９】
一方、閾値を越えて誤って値が検出されるのは、ＧＴのサンプルデータのみであるとすれば、立下りの検出はサンプルデータが１点でも閾値を下回った場合に行えばよい。しかし、ペイロードには、長く続く“０連続区間”が含まれるため、誤って立下りを検出する可能性もある。図４では、閾値を十分に上回る光強度を有するフレームを例示しているが、閾値を若干上回る程度の光強度を有するフレームでは、“０連続区間”のサンプル点のうち幾つかが閾値を下回ることが予想される。そこで、制御部３０は、フレームの複数のサンプリングデータが連続して予め設定した閾値を下回る、もしくはそれ以下の場合に立下りを検出することで、これを防ぐことができる。連続するデータ数が大きいほど、より長く続く“０連続区間”に対して、立下り検出の誤りを防ぐことができる。立上りの検出と同様、Ｎ（３以上）個のサンプリングデータのうちＭ（２以上）個が、閾値を下回る、もしくはそれ以下の場合に、立下りを検出してもよい。Ｍの値が大きいほど、“０連続区間”が長く続く場合であっても、立下りの検出に誤りが生じにくくなる。
【符号の説明】
【００４０】
１０：検出部
１１：分岐器
１２：光電気変換器
２０：光出力部
２１：駆動回路
２２：光強度調整器
３０：制御部
３１：Ａ／Ｄ変換器
３２：デジタル制御回路
３３：Ｄ／Ａ変換器
４０：光遅延器
３０１：光強度制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光バースト信号の各フレームの光強度を一定にする光強度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光加入者ネットワークでは、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式が広く採用されている。ＩＥＥＥでは、すでに商用化されているＧ−ＥＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）はもとより、次世代システムである１０Ｇ−ＥＰＯＮの標準化を終えている。またＩＴＵ−Ｔでは、すでに商用化されているＢ−ＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）、およびＧ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ−ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）の標準化を終えており、次世代システムであるＸＧ−ＰＯＮの標準化を進めている。
【０００３】
図１に、ＰＯＮシステムの構成を示す。ＰＯＮは、収容局と複数の加入者が、所外に配置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバで結合されるネットワーク構成であり、上り信号と下り信号が異なる波長により、同一光ファイバ上を双方向に伝送される。下り信号は、加入者ごとの信号が、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いて多重された連続信号であり、加入者に配置される送受信装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）は、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自身に必要なタイムスロットの信号を取り出す。また、上り信号は、ＯＮＵから間欠的に送信されるバースト信号であり、光スプリッタで結合されてＴＤＭ信号となり、収容局に送られる。本システムでは、収容局から光スプリッタまでの光ファイバ、および収容局に配置される送受信装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを、経済的に提供することができる。
【０００４】
ＰＯＮにおける大きな課題の一つが、上り信号を受信する光受信器の実現である。上り信号は、加入者から光スプリッタまでの距離の違い、ＯＮＵ内の送信器出力の個体差などにより、ＯＬＴに送られるバースト信号の強度にばらつきが生じる。Ｂ−ＰＯＮ、Ｇ−ＥＰＯＮ、Ｇ−ＰＯＮは、商用システムであり、強度ばらつきの大きなバースト信号が入力された場合であっても、電気段において受信信号の振幅を一定に制御し、エラーフリー動作を行う光受信器がすでに実現されている。以下、光受信器が対応することのできる強度ばらつきの範囲をダイナミックレンジと呼ぶ。それに対して１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、受信信号の振幅をより高速に制御する必要があることから、ダイナミックレンジの広い光受信器の実現が課題となっている。
【０００５】
一方、高速に変動する光信号の強度を、光段においてフィードバック回路を用いて一定に制御する光強度制御装置が提案されている（例えば、非特許文献１を参照。）。図２に、その構成を示す。本装置は、光強度減衰器、分岐器、光電気変換器、制御回路、駆動回路から構成される。分岐器は、光強度減衰器の後段に配置され、分岐された光信号の一部をタップし、光電気変換器において電気信号に変換される。制御回路は、電気信号の振幅から光信号の強度を読み取り、光信号の目標値とのずれを算出する。駆動回路は、算出された目標値とのずれに応じた駆動信号を送出し、光強度減衰器を駆動する。本手法は、光加入者ネットワークを対象として開発されたものではないが、図１の光スプリッタとＯＬＴ間のいずれかの位置に配置することにより、光受信器の前記課題を解決するものと期待できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「電気光学型可変光減衰器を用いた高速光オートレベルコントローラの開発」２００６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会（Ｃ−３−２４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、強度の異なるバースト信号が次々に入力されることは、光受信器の場合と同様である。各バースト信号間は、ガードタイム（ＧＴ）と呼ばれる信号の存在しない時間により分離されているが、スループットを大きくするためには、このＧＴを出来るだけ短くするのが望ましい。図２の構成では、フィードバック制御方式を用いているため、入力光強度が一定に制御されるまでに、光可変減衰器の応答速度の１０倍以上の制御時間が必要である。ＧＴを狭くすれば制御不能となり、逆に広くすればスループットが低下する。結局、実現困難であることは、光受信器の場合と同様である。すなわち、従来のフィードバック制御方式の光強度制御装置には、スループット向上が困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る光強度制御装置は、入力バースト光信号の強度を出力において一定の目標値となるようフィードフォワード制御することとした。
【００１０】
具体的には、本発明に係る光強度制御装置は、入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部と、前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部と、前記検出部で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して前記光出力部へ調整信号として送信する制御部と、を備える。
【００１１】
本光強度制御装置は、フィードフォワード制御を採用することでＧＴを短くすることができる。従って、本発明は、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することができる。
【００１２】
本発明に係る光強度制御装置の前記検出部後の前記入力バースト信号を遅延させ、前記入力バースト信号のフレームと該フレームに対する前記調整信号が前記光出力部へ到着するタイミングを調整する光遅延器をさらに備えることを特徴とする。本光強度制御装置はバースト信号のＧＴや制御部の応答時間に合わせることが容易になる。
【００１３】
本発明に係る光強度制御装置の前記制御部は、前記入力バースト信号のフレームのプリアンブルの部分での光強度を前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度とすることを特徴とする。本光強度制御装置はプリアンブル部の“０”又は“１”が連続する区間が短いため出力バースト信号からデータ消滅することを防止できる。
【００１４】
本発明に係る光強度制御装置の前記制御部は、前記入力バースト信号の光強度の電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の前記デジタル信号から前記入力バースト信号のフレームの立上りと立下りを検出することで前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、フレーム毎に前記調整量を算出するデジタル制御回路と、前記デジタル制御回路で算出したフレーム毎の前記調整量をアナログ信号に変換し、前記調整信号とするＤ／Ａ変換器と、を有することを特徴とする。本光強度制御装置はデジタル信号処理を利用することでアナログ制御より電気回路を安価に構成することができる。
【００１５】
本発明に係る光強度制御装置の前記デジタル制御回路は、前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得する際に、検出した前記入力バースト信号のフレームの立上り後の前記デジタル信号のサンプリングデータを所定量スキップすることを特徴とする。本光強度制御装置は立上りが緩やかなフレームのバースト信号にも対応できる。
【００１６】
本発明に係る光強度制御装置の前記デジタル制御回路は、前記デジタル信号のサンプリングデータが所定数連続して予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする。本光強度制御装置はフレームの立上り及び立下りの誤認を防止できる。
【００１７】
本発明に係る光強度制御装置の前記デジタル制御回路は、前記デジタル信号のＮ個（Ｎは３以上の整数）のサンプリングデータのうち、Ｍ個（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）が予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする。本光強度制御装置はフレームの立上り及び立下りの誤認を防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、光バースト信号のＧＴを狭くしても光強度を制御可能である光強度制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＰＯＮシステムの構成を示す図である。
【図２】従来の光強度制御装置を説明する図である。
【図３】本発明に係る光強度制御装置を説明する図である。
【図４】出力バースト信号からデータ信号が消滅する場合を説明する図である。
【図５】プリアンブル部を利用した光強度の制御方法を説明する図である。
【図６】プリアンブル部を利用した光強度の制御方法を説明する図である。
【図７】プリアンブル部を利用した光強度の制御方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（構成）
図３は、本実施形態の光強度制御装置の構成例である。光強度制御装置３０１は、入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部１０と、前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部２０と、検出部１０で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して光出力部２０へ調整信号として送信する制御部３０と、を備える。
【００２１】
制御部３０は、前記入力バースト信号の光強度の電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３１と、Ａ／Ｄ変換器３１の前記デジタル信号から前記入力バースト信号のフレームの立上りと立下りを検出することで前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、フレーム毎に前記調整量を算出するデジタル制御回路３２と、デジタル制御回路３２で算出したフレーム毎の前記調整量をアナログ信号に変換し、前記調整信号とするＤ／Ａ変換器３３と、を有する。
【００２２】
検出部１０は、分岐器１１と光電気変換器１２を有する。分岐器１１は、入力バースト信号の一部を分岐する。光電気変換器１２は、分岐された入力バースト信号をバースト電気信号に変換する。
【００２３】
制御部３０は、バースト電気信号から入力バースト信号の光強度を読み取り、出力バースト信号の光強度の目標値とのずれを算出する。
【００２４】
光出力部２０は、駆動回路２１と光強度調整器２２を有する。駆動回路２１は、算出されたずれに応じた駆動信号を送出する。光強度調整器２２は、駆動信号により駆動され、入力バースト信号の光強度を調整して出力バースト信号として出力する。光強度調整器２２として、光強度減衰器や光増幅器を用いることができる。光強度調整器２２として光増幅器を用いれば、出力バースト信号の光強度を増幅でき、伝送距離を増加させることができる。
【００２５】
光強度制御装置３０１は、検出部１０後の入力バースト信号を遅延させ、入力バースト信号のフレームと該フレームに対する調整信号が光出力部２０へ到着するタイミングを調整する光遅延器４０をさらに備えてもよい。光遅延器４０は、入力光強度を検出された光信号が光強度調整器２２に入力されるタイミングと、駆動信号が光強度調整器２２により駆動されるタイミングを一致させるために必要な長さを有する。
【００２６】
光強度制御装置３０１は、検出部１０、制御部３０及び光出力部２０からなるフィードフォワード制御方式を利用した構成により、入力バースト光信号の強度を、出力において一定の目標値となるよう制御することができる。
【００２７】
（制御方法）
バースト信号は、受信に際して同期を取るためのプリアンブルが付加された複数フレームから成り、各フレーム間は、ＧＴにより分離されている。バースト信号長は短いので、フレームごとの光強度を高速に検出する必要がある。具体的には、制御部３０において以下のように行う。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器３１は、バースト電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換する。デジタル制御回路３２は、サンプリングデータによりバースト電気信号を構成するフレームごとのエッジの立上り及び立下りを検出する。図４のように立上り及び立ち下がりは、サンプリングデータが、予め設定した閾値を越えるか、下回るかで判断する。立上り及び立下りの時刻の決定は、閾値を越える直前、または直後のサンプリングポイントの時間位置を立上り時刻（Ｔｒ）、閾値を下回った直後、または直前のサンプリングポイントの時間位置を立下り時刻（Ｔｆ）とするのが簡便であるが、その限りではない。図４では、それらの中間点で規定した場合を示している。
【００２９】
また、デジタル制御回路３２は、隣り合う複数サンプリングデータを平均化し、帯域を絞ることで、信号対雑音比を改善し、エッジ検出の誤りを防ぐことができる。
【００３０】
制御部３０は、入力バースト信号のフレームのプリアンブルの部分での光強度を入力バースト信号のフレーム毎の光強度とする。デジタル制御回路３２は、フレームごとの光強度を立上り直後のプリアンブルにおけるサンプリングデータから判断する。プリアンブル内のデータであれば何れを用いることもできるが、複数データの平均値を取ることにより、信号対雑音比を改善することが望ましい。また、デジタル制御回路３２は、検出された入力バースト信号のフレームの光強度と出力バースト信号のフレームの光強度の目標値とのずれを算出する。Ｄ／Ａ変換器３３は、算出結果をアナログ信号に変換する。
【００３１】
なお、制御部３０は、フレームごとの光強度を検出するために、バースト電気信号の包絡線に相当する波形を得る必要がある。このため、制御部３０は、光電気変換器１２からＡ／Ｄ変換器３１に至るまでの間の帯域をアナログ的に制限するか、デジタル制御回路３２においてＡ／Ｄ変換されたサンプリングデータをデジタルフィルタに透過させる必要がある。
【００３２】
以上の構成によれば、次の効果を得ることができる。
【００３３】
まず、光強度制御装置３０１は、デジタル信号処理を利用することで、アナログ制御を行うより電気回路を安価に構成することができる。アナログ回路に比べて、デジタル回路は、信号処理に要する時間が長くなるが、分岐器１１と光強度調整器２２との間に光遅延器４０を挿入することで、その点を補うことができる。具体的には、光遅延器４０が遅延する時間は、光電気変換器１２から制御部３０、駆動回路２１、光強度調整器２２の各構成において生じる遅延時間の合計によって決定される。
【００３４】
次に、光強度制御装置３０１は、フレームの立上り及び立下りを検出することで、光強度調整器２２の応答遅れによるフレーム波形の切り取られを防ぐことができる。具体的には、図４に示すように、光強度調整器２２の応答速度を考慮して、立上りにおいてはそれ以前から、立下りにおいてはその後から光強度調整器２２を動作させることで対応できる。
【００３５】
さらには、光強度制御装置３０１は、光強度の検出を、プリアンブルにおけるサンプルデータを元に行うことにより、“０連続区間”、“１連続区間”が長く続く場合であっても、安定した出力を得ることができる。図４は、フレームが、長く続く“０連続区間”及び“１連続区間”により構成される場合を例示している。図に示されるように、各時刻におけるサンプリングデータにより、連続した制御を行うと、“０”と“１”のレベル差が小さくなるように制御が行われることから、出力波形からデータ信号が消えてしまうという問題が生じる。図５に示すように、一般に、プリアンブルには、“０”と“１”の交番など、ペイロードと比較して“０連続区間”及び“１連続区間”が長く続かないパターンが用いられる。光強度制御装置３０１は、これを利用して、光強度の検出をプリアンブルで行うことにより、出力波形からデータ信号が消滅するという問題を防ぐことが可能となる。プリアンブルで入力バースト信号のフレームの光強度を判断することは、６４Ｂ／６６Ｂ変換により、長い“０連続区間”及び“１連続区間”が現れる１０Ｇ−ＥＰＯＮにおいて特に有効である。
【００３６】
以上の説明は、バースト信号フレームの立上り及び立下りが急峻な場合を想定していたが、緩やかな場合もある。例えば、光送信器のバースト信号に対する応答速度が遅い場合や、エッジ検出において、隣り合う複数サンプリングデータを平均化した場合が該当する。この場合、図６のように、閾値を超えた直後、数点のサンプリングデータは、求められている入力光強度のレベルに至っていない。これらを用いて光強度の検出を行うと、出力バースト信号のフレームの光強度が目標値から大きくずれることになる。
【００３７】
光強度制御装置３０１は、立上りの検出後、予め設定した点数のサンプリングデータをスキップし、フレーム波形が十分に立上がった位置のデータを用いることで、これを防ぐことができる。なお、立上り及び立下り時刻の決定を図３に例示した通りに行うと、実際のフレーム波形の立上り及び立下り時刻とのずれが生じる。このため、光強度制御装置３０１は、立上り及び立下り時間を決定する際の定義を適宜変更するか、このずれを考慮してスキップ数を決めるかにより対応する。
【００３８】
ＧＴのサンプルデータは値が小さいため信号対雑音比が悪く、時には閾値を超える値が検出され得る。そのため、特に、立上りの検出にエラーが生じやすくなる。先述の通り、隣り合う複数サンプリングデータを平均化することでこれを防ぐことができるが、バースト信号のエッジが緩やかになるため、その分だけ光強度検出に用いることのできるプリアンブルが短縮される。そこで、制御部３０は、複数データを平均化するのではなく、複数のサンプリングデータが連続して予め設定した閾値を越える、もしくはそれ以上の場合に立上りを検出することで、エッジ検出のエラー、および光強度検出に用いることのできるプリアンブルの短縮を防ぐことができる。連続するデータ数が大きいほど、エッジ検出の精度が向上する。図７は、２番目のサンプリング点が、ＧＴであるにも関わらず、閾値を越えた値と判断された場合を示している。前述のエッジ検出方法では、２番のサンプル点の位置で立上りを検出してしまい、エッジ検出にエラーが生じる。一方、本方式では、７番目と８番目のサンプル点が閾値を越えた時点で、立上りを正しく検出している。閾値を越えるサンプル点を連続して検出する必要はなく、Ｎ（３以上）個のデータうちＭ（２以上）個がそれに該当するといった検出手法でもよい。Ｍの値が大きいほど、エッジ検出の精度は向上する。
【００３９】
一方、閾値を越えて誤って値が検出されるのは、ＧＴのサンプルデータのみであるとすれば、立下りの検出はサンプルデータが１点でも閾値を下回った場合に行えばよい。しかし、ペイロードには、長く続く“０連続区間”が含まれるため、誤って立下りを検出する可能性もある。図４では、閾値を十分に上回る光強度を有するフレームを例示しているが、閾値を若干上回る程度の光強度を有するフレームでは、“０連続区間”のサンプル点のうち幾つかが閾値を下回ることが予想される。そこで、制御部３０は、フレームの複数のサンプリングデータが連続して予め設定した閾値を下回る、もしくはそれ以下の場合に立下りを検出することで、これを防ぐことができる。連続するデータ数が大きいほど、より長く続く“０連続区間”に対して、立下り検出の誤りを防ぐことができる。立上りの検出と同様、Ｎ（３以上）個のサンプリングデータのうちＭ（２以上）個が、閾値を下回る、もしくはそれ以下の場合に、立下りを検出してもよい。Ｍの値が大きいほど、“０連続区間”が長く続く場合であっても、立下りの検出に誤りが生じにくくなる。
【符号の説明】
【００４０】
１０：検出部
１１：分岐器
１２：光電気変換器
２０：光出力部
２１：駆動回路
２２：光強度調整器
３０：制御部
３１：Ａ／Ｄ変換器
３２：デジタル制御回路
３３：Ｄ／Ａ変換器
４０：光遅延器
３０１：光強度制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部と、
前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部と、
前記検出部で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して前記光出力部へ調整信号として送信する制御部と、
前記検出部後の前記入力バースト信号を遅延させ、前記入力バースト信号のフレームと該フレームに対する前記調整信号が前記光出力部へ到着するタイミングを調整する光遅延器とを備え、
前記制御部は、
前記入力バースト信号のフレームのプリアンブルの部分での光強度を前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度とすることを特徴とする光強度制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記入力バースト信号の光強度の電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器の前記デジタル信号から前記入力バースト信号のフレームの立上りと立下りを検出することで前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、フレーム毎に前記調整量を算出するデジタル制御回路と、
前記デジタル制御回路で算出したフレーム毎の前記調整量をアナログ信号に変換し、前記調整信号とするＤ／Ａ変換器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光強度制御装置。
【請求項３】
前記デジタル制御回路は、
前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得する際に、検出した前記入力バースト信号のフレームの立上り後の前記デジタル信号のサンプリングデータを所定量スキップすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光強度制御装置。
【請求項４】
前記デジタル制御回路は、
前記デジタル信号のサンプリングデータが所定数連続して予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光強度制御装置。
【請求項５】
前記デジタル制御回路は、
前記デジタル信号のＮ個（Ｎは３以上の整数）のサンプリングデータのうち、Ｍ個（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）が予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光強度制御装置。
【請求項１】
入力される複数のフレームからなる入力バースト信号の光強度を電気信号として検出する検出部と、
前記入力バースト信号の光強度をフレーム毎に調整して出力バースト信号として出力する光出力部と、
前記検出部で検出した前記入力バースト信号の光強度の電気信号から前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、前記出力バースト信号のフレーム毎の光強度が所定の値となるようにフレーム毎に調整量を算出して前記光出力部へ調整信号として送信する制御部と、
前記検出部後の前記入力バースト信号を遅延させ、前記入力バースト信号のフレームと該フレームに対する前記調整信号が前記光出力部へ到着するタイミングを調整する光遅延器とを備え、
前記制御部は、
前記入力バースト信号のフレームのプリアンブルの部分での光強度を前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度とすることを特徴とする光強度制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記入力バースト信号の光強度の電気信号の振幅を一定周期でサンプリングしてデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器の前記デジタル信号から前記入力バースト信号のフレームの立上りと立下りを検出することで前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得し、フレーム毎に前記調整量を算出するデジタル制御回路と、
前記デジタル制御回路で算出したフレーム毎の前記調整量をアナログ信号に変換し、前記調整信号とするＤ／Ａ変換器と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の光強度制御装置。
【請求項３】
前記デジタル制御回路は、
前記入力バースト信号のフレーム毎の光強度を取得する際に、検出した前記入力バースト信号のフレームの立上り後の前記デジタル信号のサンプリングデータを所定量スキップすることを特徴とする請求項１又は２に記載の光強度制御装置。
【請求項４】
前記デジタル制御回路は、
前記デジタル信号のサンプリングデータが所定数連続して予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光強度制御装置。
【請求項５】
前記デジタル制御回路は、
前記デジタル信号のＮ個（Ｎは３以上の整数）のサンプリングデータのうち、Ｍ個（Ｍは２以上Ｎ以下の整数）が予め設定した閾値を超える場合又は下回る場合に、それぞれ前記入力バースト信号のフレームの立上り又は立下りと判断することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光強度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３８５２５（Ｐ２０１３−３８５２５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１４９０（Ｐ２０１１−１７１４９０）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４２４３７１８）株式会社トリマティス (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４２４３７１８）株式会社トリマティス (24)
【Ｆターム（参考）】
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