光送受信器
【課題】ＲＦＯＧシステムの上り信号は、ＣＭの電気信号レベルを制御する送り等化方式が採用されている。この方式では、Ｒ−ＯＮＵの光信号に着目すると、光変調度が制御されている。すなわち、ＣＭＴＳにおいて高い受信レベルのＲ−ＯＮＵの変調度が下げられる。一方、各ＣＭの上り信号の光送信波長が近接することから、ＣＭＴＳで、光信号間にビート雑音が生じる。ビート雑音は、変調度が下がっても一定で、信号レベルだけが低下するため、Ｓ／Ｎ劣化が生じる。特にＳ／Ｎ品質要求が厳しい電話音声信号に対する影響が大きい。
【解決手段】光下り信号の受信レベルを検出して、伝送路損失Ｌを計算し、伝送路損失Ｌに応じて、Ｒ−ＯＮＵで、ＯＭＩが一定になるよう半導体レーザのバイアス電流Ｉｂを制御する。これにより、ＯＢＩ発生時の光ヘテロダイン干渉の影響増大による上り信号のＣ／Ｎ劣化を防ぐ。
【解決手段】光下り信号の受信レベルを検出して、伝送路損失Ｌを計算し、伝送路損失Ｌに応じて、Ｒ−ＯＮＵで、ＯＭＩが一定になるよう半導体レーザのバイアス電流Ｉｂを制御する。これにより、ＯＢＩ発生時の光ヘテロダイン干渉の影響増大による上り信号のＣ／Ｎ劣化を防ぐ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光送受信器に係り、ブロードバンドサービスを提供するＲＦｏＧシステムの光送受信終端装置（Ｒ−ＯＮＵ）の光送受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａを参照して、現行のケーブルテレビシステムであるＨＦＣ（Hybrid Fiber and Coaxial）システムを説明する。図１Ａにおいて、ＨＦＣシステムは、ヘッドエンドから光ノードまでを２本の光ファイバで配線し、光ノードから各ユーザまでを中継器、分岐を介して同軸ケーブルで配線する。ＨＦＣシステムでは、地上波放送波（７０〜７７０ＭＨｚ）は、ヘッドエンドからそのままユーザまで届けられ、テレビに直接接続して受像することができる（同一周波数パススルー）。一方、ＢＳ／ＣＳ放送波（１０３２〜２０７３ＭＨｚ）は、光ノードからユーザまでの間の同軸ケーブルでの配線では、伝送周波数特性上、伝送損失が大きい。このため、ＨＦＣシステムでは、周波数変換パススルーやトランスモジュレーション方式で、ユーザまで配信することが多い。そのため、ＨＦＣシステムでは、ＢＳ／ＣＳ放送は、セットトップＢＯＸ（ＳＴＢ）を介してでないとテレビで受像することができない。また、セットトップＢＯＸで選局するので複数台のテレビで別のチャンネル観ることができない。
【０００３】
ＨＦＣシステムでのデータの双方向通信は、ヘッドエンド側にあるＣＭＴＳ（Cable Modem Termination System）と、ユーザ側にあるＣＭ（Cable Modem）間で行なわれ、北米規格のＤｏｃｓｉｓ（Data−Over−Cable Service Interface Specifications）（非特許文献１）で、光インターネット通信なみ（最大１６０Ｍｂｉｔ／ｓ）の通信が標準化されている。日本のケーブルテレビシステムでもこの標準に準じた装置が使用されている。なお、光ファイバ配線部分の通信波長は、上り下りとも１３１０ｎｍである。
【０００４】
図１Ｂは、ＨＦＣシステムの光ファイバ配線を、ユーザまで延長し、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）システムの形態をとったもので、ＲＦｏＧ（Radio−Frequency Over Glass）システムと呼ばれている。ＲＦｏＧシステムは、北米ＣＡＴＶ通信技術者協会ＳＣＴＥ（Society of Cable Telecommunications Engineers）で、ＨＦＣシステムの将来形として、その通信方式が標準化されている（非特許文献２）。
【０００５】
図１Ｂにおいて、ヘッドエンドには、地上波放送波／ＢＳ／ＣＳと、ＣＭＴＳと、光送信機（ＴＸ）と、光受信機（ＲＸ）と、エルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）とから構成されている。ヘッドエンドとユーザとは、幹線ファイバと、光カプラと、支線ファイバとで接続されている。光ファイバの通信波長は、下りが１５５０ｎｍ、上りが１３１０ｎｍまたは１６１０ｎｍである。
【０００６】
ユーザまで光ファイバで配線されることによって、同軸配線での周波数特性による制限が解消し、ＲＦｏＧシステムは、ＢＳ／ＣＳ放送も、セットトップＢＯＸ（ＳＴＢ）を介することなく、テレビに接続し受像することができる（同一周波数パススルー）。ＲＦｏＧシステムは、アンテナによる放送波の受信と同じく、複数台のテレビで別チャンネルを受像できる。また、双方向データ通信方式は、ＨＦＣシステムと同じＤｏｃｓｉｓを採用しているので、既存のＣＭＴＳ、ＣＭ等のＨＦＣシステムの機器がそのまま仕様を変更することなく使用できる。このため、既存事業者は、効率的にＦＴＴＨシステムへ移行ができる。
【０００７】
図２を参照して、ＨＦＣシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を説明する。図２において、ＣＭは、電話サービス、データ通信サービス等のサービス毎に複数種ある。ＣＭＴＳも、サービス毎に存在し、ＣＭとＣＭＴＳは、それぞれ双方向データ通信を行なう。図２では、３種類のＣＭのＡ，Ｂ，Ｃが各ユーザ１，２，３毎に接続され、ヘッドエンド側にも同様に３種のＣＭＴＳが対向して同種のサービス毎（Ａ，Ｂ，Ｃ毎）にＣＭＴＳ−ＣＭ間で双方向データ通信する形態を表わしている。
【０００８】
下り方向は、使用周波数帯１１１〜８６７ＭＨｚの間で、各ＣＭＴＳサービスのチャンネル当たり６ＭＨｚ帯域幅で変調方式６４ＱＡＭまたは２５６ＱＡＭの信号で、伝送速度３０.３４Ｍｂｉｔ／ｓまたは４２.８８Ｍｂｉｔ／ｓでデータ伝送される。Ｄｏｃｓｉｓ３.０ではチャンネルを複数束ねてさらに高速度の通信が標準化されている。
【０００９】
一方、上り方向は、使用周波数帯１０ＭＨｚ〜５５ＭＨｚの間で、各ＣＭチャンネル当たり６ＭＨｚ帯域幅の変調方式ＱＰＳＫまたは８〜１２８ＱＡＭの信号で、伝送速度０.６４〜３５.８４Ｍｂｉｔ／ｓでデータ伝送される。各ＣＭＴＳ（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、同種のサービスのＣＭ（＊−Ａ，＊−Ｂ，＊−Ｃ）に対して、上り信号のキャリア周波数を割当てる。割当て周波数はサービス毎（Ａ，Ｂ，Ｃ毎）に異なる（ｆＡ，ｆＢ，ｆＣ）。各ＣＭＴＳ（−Ａ，−Ｂ，−Ｃ）は、それぞれ複数のユーザのＣＭ（１−＊，２−＊，３−＊）と接続されるため、各ユーザの同種サービスのＣＭの送信信号が衝突しないように、送信タイミングを割当てる（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）。このように、サービスを周波数分割多重ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）ユーザを時分割多重ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）することにより、複数のサービスチャンネルの上り信号の衝突を回避している。
【００１０】
またＣＭＴＳは、同種サービスの配下のＣＭに対して、下り信号のメッセージにより、ＣＭの送信レベルを調整する送り等化方式を採用している。これは、各ＣＭの上り信号の送信点から、光ノードの手前の上り信号の合流点までの同軸ケーブル配線の損失が、各ＣＭで一定ではないので、ＣＭＴＳの上り信号の受信レベルが一定にならない。このことから、ＣＭＴＳは、ＣＭ毎に送信レベルを調整し、受信レベルを合わせて復調ができるようにするためである。
【００１１】
図３を参照して、ＲＦｏＧシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を説明する。図２のＨＦＣシステムの場合との違いは、上り信号の合流点はＨＦＣシステムの場合、光ノードの手前で電気的に結合される。これに対して、ＲＦｏＧシステムの場合、ユーザ内の複数のＣＭから出力される上り信号がＲＦｏＧ ＯＮＵ（Ｒ−ＯＮＵ）の手前で電気的に結合されてのち、一括してＲＦｏＧ ＯＮＵ（Ｒ−ＯＮＵ）で光信号に変換される。そして、各Ｒ−ＯＮＵの上り光信号は、光カプラで光結合される。変調方式や送り等化方式等の通信方式は、ＨＦＣの規格をそのまま流用する。
【００１２】
ＨＦＣシステムでは、各ＣＭで発生する雑音や合流点までの伝送路で印加される雑音が、上り信号に乗って、光ノードの入力で合わさるため（流合雑音）、ＣＭの収容数が大規模になると伝送品質が劣化する。一方、ＲＦｏＧシステムでは、上り信号の電気的な合流はユーザ内だけに限られ、またＲ−ＯＮＵは、接続する全てのＣＭが無送信時、それを検出して光信号を止め、雑音を出さない機能があるため、流合雑音はＨＦＣシステムと比べ小さい。
【００１３】
図４を参照して、ＳＣＴＥで標準化されているＲＦｏＧシステムにおけるＲ−ＯＮＵの機能ブロックとＣＭとの接続を説明する。図４において、Ｒ−ＯＮＵ２０は、異なるサービスを提供するＣＭ１〜ＣＭ４の４台のＣａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍと接続されている。ＣＭ１〜ＣＭ４は、それぞれ、Ｒ−ＯＮＵ２０の入出力ポート２１６に、結合器２１７を介して同軸ケーブルで接続される。Ｒ−ＯＮＵ２０の入出力ポート２１６に接続した分岐結合部２１は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ：High Pass Filter）２１０の出力のヘッドエンドからＲ−ＯＮＵ２０への下り信号と、ＣＭ５０−１〜ＣＭ５０−４からヘッドエンドへの上り信号を分岐結合する。ＣＭ１〜ＣＭ４の４つの上り信号が重畳した信号は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）２２に入力され、高域周波数帯の下り信号と分離する。そして、ＬＰＦ２２の出力電圧は、送信上り信号レベルＳｏで、電圧／電流変換器（Ｖ／Ａ）２１５で一定の変換係数で電流Ｉｓに変換される。電流Ｉｓは、半導体レーザ２３に、上り信号電流Ｉｓとして、供給される。
【００１４】
バイアス電流源２５は、半導体レーザ２３にバイアス電流Ｉｂを流す。信号検出器（Signal Detector）２４は、駆動電流ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６を制御し、上り信号Ｓ０があるレベル以上の時はＯＮ、以下の時はＯＦＦして、上り信号が無信号時の光出力が零となるようにする。これにより、複数のＲ−ＯＮＵ２０の無信号時の光上り信号による流合雑音を抑止する。半導体レーザ２３の光出力の一部を分岐タップ２１４により分岐してモニタし、フォトダイオードＰＤ２１１で平均値検波することで、平均光上り信号出力Ｐｏ値を検出する（Ｐｍｏ）。比較増幅器５１は、Ｐｏ値のモニタ値Ｐｍｏとレファレンス値Ｖｒｅｆとの差分を反転増幅して、バイアス電流源２５の制御電圧Ｖｃを出力し、バイアス電流Ｉｂを制御する。バイアス電流源２５は、制御電圧Ｖｃに比例してバイアス電流Ｉｂが増加する方向で動作する。これにより、半導体レーザ２３の閾値電流Ｉｔｈが周囲温度で変動しても、平均光上り信号出力Ｐｏは、レファレンス値Ｖｒｅｆで設定される光出力になるようフィードバック制御される。
【００１５】
半導体レーザ２３から出力される上り光信号は、波長１６１０ｎｍまたは１３１０ｎｍで、光合分波器ＷＤＭ２７に送られ、伝送路に出力される。光下り信号は、波長１５５０ｎｍで、ＷＤＭ２７を通過して上り光信号と波長分離され（Ｐｄｉｎ）、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）２８で電気信号に変換し、高域通過フィルタＨＰＦ２１０で下り信号帯域成分を抽出して、分岐結合部２１で上り信号と結合し、Ｒ−ＯＮＵの入出力ポート２１６からＣＭへ同軸配線される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Data Over Cable Service Interface Specifications DOCSIS 3.0 Physical Layer Specification CM−SP−PHYv3.0−I09−101008
【非特許文献２】SCTE 174 2010 Radio Frequency over Glass Fiber−to−the−Home Specification
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、ＨＦＣシステムにおいて、各ＣＭＴＳは、配下にある同種のＣＭの上り信号間の衝突を避けるため、ＣＭに送信タイミングを割当てている。この送信タイミングは、ＣＭＴＳ間では、同期連動して配下のＣＭに割当ててないので、異なるＣＭＴＳに属するＣＭの上り信号は、時間軸上で衝突する可能性がある。しかし、上述したように属するＣＭＴＳが異なると、上り信号に割当てられたキャリア周波数が異なるので、周波数軸上での衝突が回避されており、ＣＭＴＳでの上り信号の受信は可能となる。
【００１８】
ＲＦｏＧシステムでも通信方式は同じ標準を採用しており、同様のことが言えるが、以下の点で特有の問題が発生する。ＲＦｏＧシステムでは、各Ｒ−ＯＮＵの上り光信号は同一光波長（１３１０ｎｍまたは１６１０ｎｍ）で送信される。ただ、光波長はＲ−ＯＮＵに搭載される半導体レーザの個別特性、周囲温度変動でばらつきがあり、ＳＣＴＥの標準では、光送信波長範囲は〜数十ｎｍとされている。時間軸上での異種のＣＭＴＳに属するＣＭ間の上り信号の衝突と、複数のＲ−ＯＮＵの上り光送信波長が近接（０.０１ｎｍ程度）、あるいは光スペクトラムが重りが同時に発生すると、光上り信号を光受信器で光／電気変換後、光上り信号間の干渉（光ヘテロダイン干渉）が上り信号帯域内に現れる。
【００１９】
上り光送信波長が近接した光の電界成分であるＥ１とＥ２は、波長をλ１、λ２として、ｆ１＝ｃ／λ１、ｆ２＝ｃ／λ２（ｃは光速度）を用いて、
Ｅ１＝ａ１・ｃｏｓ（２πｆ１ｔ＋φ１）
Ｅ２＝ａ２・ｃｏｓ（２πｆ２ｔ＋φ２）
で表わされる。ここで、φ１、φ２は、位相である。この２波を加算した光強度Ｐは
Ｐ＝｜Ｅ１＋Ｅ２｜^２
ここで、「＾」はべき乗で、これをフォトダイオードによる光強度検波すると、発生する高調波成分はカットされ、
Ｐ＝（ａ１^２＋ａ２^２）／２＋２ａ１・ａ２・ｃｏｓ（２πΔｆｔ＋φ）…（式１）
となる。ここで、Δｆ＝ｆ１−ｆ２、φ＝φ１−φ２である。
【００２０】
式１は２つの光信号の電界成分（Ｅ１、Ｅ２）をフォトダイオードで電気信号に変換する（光強度検波）時の信号成分を示す式である。干渉成分は、式１の第２項で表わされ、Ｒ−ＯＮＵの上り光送信信号の波長が近接し、２つのＲ−ＯＮＵの光周波数の差分Δｆが上り信号帯域内に入ると、この干渉は、雑音となり、上り伝送品質を劣化させる。これは、光ビート障害ＯＢＩ（Optical Beat Interference）と呼ばれている。
【００２１】
ＯＢＩは、光で上り信号を合流した時に生じる特有の問題であり、電気信号の状態で上り信号を合流させるＨＦＣシステムでは、周波数軸上で信号の衝突は回避されているので発生しない現象である。光波長は周囲温度で変動しているので、ＯＢＩは、常時発生しているわけではない。ＯＢＩは、偶然Ｒ−ＯＮＵの出力光波長が近接するという条件下で、ＣＭの上り信号の時間軸上での衝突が発生する一次的な現象である。データ伝送サービスでは誤り訂正や再送等の技術があり、ＯＢＩが生じても、一次的なものであれば、符号誤りが訂正されたり再送されたりして障害を回避が可能である。しかし、遅延時間の制約があり誤り訂正や再送ができない電話サービスの場合は、ＯＢＩが発生時でも伝送品質を確保しなければならない。
【００２２】
ＲＦｏＧシステムにおけるこの問題の影響を、以下具体的に説明する。
図５を参照して、Ｒ−ＯＮＵの光上り信号の光変調度（ＯＭＩ：Optical Modulation Index）を説明する。図５において、グラフは、Ｒ−ＯＮＵの半導体レーザの駆動電流対光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）である。Ｉ−Ｌ特性の横軸はＬＤ駆動電流、縦軸は光出力である。ＬＤ駆動電流を徐々に増加させると、駆動電流と光出力の比例範囲が現れる。ＬＤは、この領域で駆動される。比例の線分を外挿して、ｘ軸との交点を閾電流Ｉｔｈとする。バイアス電流Ｉｂ、上り信号電流Ｉｓを用いて、ＯＭＩは、
ＯＭＩ＝Ｉｓ／（Ｉｂ−Ｉｔｈ）
＝（Ｐｐ−Ｐｏ）／Ｐｏ …（式２）
と定義されている。
【００２３】
図６および図７を参照して、ＲＦｏＧシステムの問題点を説明する。まず、図６をもちいて、ＣＭＴＳとＣＭの接続関係を説明する。図６において、ＲＦｏＧシステム１００は、ＣＭＴＳ１０と、光送受信器３０と、光ファイバ伝送路４０と、Ｒ−ＯＮＵ２０と、ＣＭ５０とから構成されている。なお、実際の接続ではＣＭＴＳ１０の１台に対して、複数のＣＭ５０が接続されるが、図６では、説明のため、１台のＣＭ５０のお接続に切出して表したものである。ここで、ＣＭＴＳ１０の受信信号レベルをＳｉｒ、光送受信器３０の光受信レベルをＰｉｎ、光受信機の利得をＧ、光受信機の光電変換効率をη、光ファイバ伝送路４０の伝送路損失をＬ、Ｒ−ＯＮＵ２０の平均の上り信号出力をＰｏ、ＣＭ５０の送信上り信号レベルをＳｏ、電気／光変換係数をνとする。
【００２４】
図６において、光上り信号の受信信号Ｐｉｎのレベルと光変調度ＯＭＩが大きくなると、キャリアレベルも大きくなるので、光送受信器３０の受信点のキャリア信号対雑音比（Ｃ／Ｎ）は良（大き）くなる。ＯＭＩ値を大きくすれば、Ｃ／Ｎが向上することになるが、ＯＭＩを大きくとり過ぎると、半導体レーザの特性として、光信号のスペクトルが拡がり（チャーピング現象）、光ヘテロダイン干渉雑音が生じる確率が高まる。同様に、半導体レーザの閾値電流（Ｉｔｈ）に近い領域でのＩ−Ｌ特性の非線形性により、波形歪が生じる。ＳＣＴＥの標準では、これらを考慮して、Ｒ−ＯＮＵへ接続する全てのＣＭからの上り信号の合計入力レベルの標準値で、ＯＭＩの最大値を３５％としている。
【００２５】
図４のＲ−ＯＮＵ２０では、その平均光上り信号出力Ｐｏは、閾値電流Ｉｔｈの温度変動に対して、一定になるよう（Ｉｂ−Ｉｔｈが一定になるよう）レーザに流すバイアス電流Ｉｂが制御される。ＣＭＴＳ１０は、配下のＣＭ５０からの受信上り信号レベルＳｉｒを、一定にするため、ＣＭ５０の送信上り信号レベルＳｏを制御する。ここで、Ｓｏの制御が行なわれると、図５の半導体レーザに流すキャリア信号電流（上り信号電流）の振幅Ｉｓは、ＣＭ５０の送信上り信号レベルＳｏに比例するので、式２よりＯＭＩもＳｏに比例して変わる。
【００２６】
図７を参照して、伝送路損失に対するＯＭＩとＰｏの関係を説明する。図７において、横軸は伝送路損失Ｌである。左軸はＯＭＩである。右軸はＰｏである。Ｒ−ＯＮＵ２０は、出力一定制御なのでＰｏはＬに依存しない。一方、ＯＭＩは、Ｓｏに比例して、下り最大受光レベルであるＬｍｉｎから最小受光レベルであるＬｍａxへ単調増加である。
【００２７】
光送受信器３０の光受信レベル（Ｐｉｎ）は、伝送路４０の光ファイバ、ＷＤＭ、光カプラ、光コネクタ等の損失含む伝送路損失Ｌによりばらつく。システム設計をする際、光受信レベルＰｉｎの最大レベルと最小レベルを決めると、伝送路損失Ｌの最大値と最小値が定まる。
【００２８】
Ｓｉｒ＝（η・Ｐｏ・ＯＭＩ／Ｌ）^２・Ｇ
＝ｋ・（ＯＭＩ／Ｌ）^２ …（式３）
Ｓｏ＝Ｐｏ・ＯＭＩ／ν …（式４）
ここで、ｋ＝（η・Ｐｏ）^２・Ｇである。
【００２９】
式３は、ＣＭＴＳ１０の受信上り信号レベルＳｉｒを各パラメータで表わした式である。式より、平均光上り信号出力Ｐｏが一定でＲ−ＯＮＵ２０で制御されるとき、送り等化で伝送路損失Ｌに対して受信上り信号レベルＳｉｒ一定で制御されると、光変調度ＯＭＩが伝送路損失Ｌに比例して変わることになる。式４は、送信上り信号レベルＳｏを平均光上り信号出力Ｐｏと光変調度ＯＭＩで表わしたものである。この式より、送り等化で伝送路損失Ｌに対して受信上り信号レベルＳｉｒ一定で制御されると、Ｓｏが伝送路損失Ｌに比例して制御されることが分かる。
【００３０】
今、この伝送路損失の最大値と最小値の幅を電力比で６ｄＢとして、ＲＦｏＧシステムを構築する。この時、ＣＭＴＳが、伝送路損失Ｌのばらつきに対して受信上り信号レベルＳｉｒを一定にするためには、ＣＭＴＳ１０は、ＣＭ５０の送信上り信号レベルＳｏを最小最大の電圧比で１２ｄＢ制御する。Ｓｏが変わると、図５よりＯＭＩもそれに応じて１２ｄＢの変動幅を持つ。よって伝送路損失Ｌが最大のＬｍａｘでＯＭＩを３５％となるようにＲ−ＯＮＵ２０を調整すると、図７が示すように伝送路損失Ｌが最小Ｌｍｉｎのとき、ＯＭＩは８.７５％（３５÷４）に制御される。
【００３１】
図４に戻って説明すると、比較増幅器５１に入力するＶｒｅｆの値を調整してＩｂを、伝送路損失Ｌが最大時の上り信号電流Ｉｓに対してＯＭＩを３５％となるようにする。ここで、伝送路損失Ｌが最大時の上り信号電流Ｉｓは、送り等化制御でＣＭＴＳにより決まる値である。この調整によって、Ｒ−ＯＮＵ２０は、伝送路損失Ｌに対しては平均光上り信号出力Ｐｏは一定で、ＯＭＩは、ＣＭＴＳの送り等化制御で図７が示す偏移をする。
【００３２】
ＯＢＩ発生時は、ＣＭＴＳ１０の上り信号受信点における雑音Ｎは、光ヘテロダイン干渉雑音が支配的である。Ｒ−ＯＮＵ２０ではＰｏは一定に制御されていることから、その電界成分は一定で、式１のａ１・ａ２が一定になるので、式１が示すように 第２項の光ヘテロダイン干渉雑音レベルは一定である。従って、伝送路損失Ｌが小さくなるにつれ、光ヘテロダイン干渉雑音一定でＯＭＩが小さくなり、ＣＭＴＳの上り信号受信点でのＣ／Ｎが減少することになる。
【００３３】
日本でのプライマリ電話サービスの品質のＣＡＴＶ業界基準はＣ／Ｎ≧２５ｄＢとされている。前述しように伝送路損失Ｌが最小のところでＣ／Ｎは最悪値となり、このときＣ／Ｎ≧２５ｄＢを確保するためには、Ｌ最大値（ＯＭＩ＝３５％）ではＯＢＩ発生時においてもC/Nが37（25+12）dB以上の通信品質が必要で、実現が難しいとされている。
【００３４】
以上、具体的に説明したが、このように、送り等化によって伝送路損失が小さくなるほど光変調度ＯＭＩが下がることにより、光ヘテロダイン干渉雑音が信号成分が相対的に増加するので、伝送路設計を難しくしている。
【００３５】
本発明の解決しようとする課題は、以上説明したように、送り等化方式を採用したＲＦｏＧシステムに類するシステムでの、光ヘテロダイン干渉の伝送品質に対する悪影響を抑止することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記の課題を解決する本願の第一の手段を以下述べる。
双方向光通信システムにおいて、Ｒ−ＯＮＵでは、基準となる伝送損失Ｌｒで、その光信号の平均受信レベルＰｄｒを検知し、標準とする光変調度ＯＭＩ値のＯＭＩｒと平均光上り信号出力Ｐｏｒになるように、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂと信号電流Ｉｓを調整して予め設定され、伝送路損失Ｌの伝送路において光信号の平均受信レベルＰｄを検出して、前記の基準となる伝送損失Ｌｒの伝送路でのＰｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄをとる手段と、半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、Ｐｏｒに前記の比Ｐｄｒ／Ｐｄを乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力Ｐｏが出力されるよう、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂを自動的に制御する。
【００３７】
次に上記課題を解決する本願の第二の手段について以下述べる。
双方向光通信システムにおいて、Ｒ−ＯＮＵでは、基準となる伝送損失Ｌｒで、特定の一つのＣＭ５０の上り信号の出力レベルＳｏｒをＣＭ５０より通知され、標準とする光変調度ＯＭＩ値のＯＭＩｒと平均光上り信号出力Ｐｏｒになるように、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂと信号電流Ｉｓを調整して予め設定され、伝送路損失Ｌの伝送路においてＣＭ５０の上り信号の出力レベルＳｏを検出して、基準となる伝送損失Ｌｒでの特定の一つのＣＭ５０の上り信号の出力レベルＳｏｒとの比Ｓｏ／Ｓｏｒを得る手段と、半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、Ｐｏｒに前記の比Ｓｏ／Ｓｏｒを乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力Ｐｏが出力されるよう、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂを自動的に制御する。
【００３８】
次に上記課題を解決する本願の第三の手段について以下述べる。
双方向光通信システムにおいて、Ｒ−ＯＮＵでは、半導体レーザの出力とＲ−ＯＮＵの上り下り光信号を分離結合するＷＤＭとの間に、電圧制御型光可変減衰器を有し、基準となる伝送損失Ｌｒで、その光信号の平均受信レベルＰｄｒを検知し、また、標準とする光変調度ＯＭＩ値のＯＭＩｒと平均光上り信号出力Ｐｏｒになるように、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂと信号電流Ｉｓを調整して予め設定され、伝送路損失Ｌの伝送路において光下り信号の平均受信レベルＰｄを検出して、前記の基準となる伝送損失Ｌｒの伝送路でのＰｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄをとる手段と、半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、Ｐｏｒに前記の比Ｐｄｒ／Ｐｄを乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力Ｐｏが出力されるよう、電圧制御型光可変減衰器ＶＯＡの減衰量を自動制御する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】ＨＦＣシステムのＣＡＴＶシステムを説明する図である。
【図１Ｂ】ＲＦｏＧシステムのＣＡＴＶシステムを説明する図である。
【図２】ＨＦＣシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を説明する図である。
【図３】ＲＦｏＧシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を示す図である。
【図４】ＲＦｏＧシステムのＲ−ＯＮＵの機能ブロックとＣＭの接続を示すブロック図である。
【図５】半導体レーザの駆動電流対光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）上で定義される、光上り信号の光変調度ＯＭＩを説明する図である。
【図６】ＲＦｏＧシステムのＣＭＴＳとＣＭの接続を説明するブロック図である。
【図７】ＲＦｏＧシステムの伝送路損失に対する光変調度（ＯＭＩ）と平均上り信号出力（Ｐｏ）の関係を説明するグラフである。
【図８】Ｒ−ＯＮＵのブロック図（その１）である。
【図９】Ｒ−ＯＮＵの伝送路損失に対する光変調度（ＯＭＩ）と平均上り信号出力（Ｐｏ）の関係を説明するグラフである。
【図１０】ＤＳＰの信号処理プログラムのフローチャートである。
【図１１】Ｒ−ＯＮＵのブロック図（その２）である。
【図１２】ＤＳＰの信号処理プログラムのフローチャートである。
【図１３】Ｒ−ＯＮＵとＣＭのブロック図である。
【図１４】ＤＳＰの信号処理プログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００４２】
図８ないし図９を参照して、実施例１を説明する。図８を参照して、図４を参照して説明したＲ−ＯＮＵ２０に、機能を付加したＲ−ＯＮＵ２０Ａを説明する。なお、既に説明したＲ−ＯＮＵと同一の符号を付された部分については、説明を省略する。
【００４３】
図８において、光／電気変換器Ｏ／Ｅ２８は、光下り信号Ｐｄｉｎをで光／電気変換する。平均値検波器２９は、光／電気変換機２０の出力を平均値検波して、出力Ｖｃ１を得て、信号処理プロセッサＤＳＰ２１３に出力する。また、信号処理プロセッサＤＳＰ２１３には、フォトダイオードＰＤ２１１で平均値検波した値の平均光上り信号出力のモニタ値Ｐｍｏが入力される。ＤＳＰ２１３では、光下り信号波形の平均値検波出力Ｖｃ１の値から、光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄを検知する。
【００４４】
次に、基準となる伝送路損失Ｌｒ（実施例では最大損失とする）の伝送路を挟んで、光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ａを対向し通信させたとき、ケーブルモデムＣＭ５０の上り信号レベルＳｏｒは、ＣＭＴＳ１０によりその受信点でのレベルが一定のＳｉｒになるよう送り等化制御で決められている。Ｒ−ＯＮＵ２０Ａの初期設定において、この基準となる伝送路損失Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒを上述の平均値検波器２９で平均値検波した出力Ｖｃ１から検知し、信号処理プロセッサＤＳＰ２１３に予め設定する。
【００４５】
また、Ｒ−ＯＮＵ２０Ａの初期設定では、基準となる伝送路損失Ｌｒで光送受信器３０と接続したときに想定されるレベルの光下り信号と、ＣＭ５０の上り信号レベルＳｏｒを，Ｒ−ＯＮＵ２０Ａへ入力し、標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒで、標準とする光変調度ＯＭＩｒ（本実施例では３５％）となるよう、上り光信号の平均光上り信号出力Ｐｏ、光上りピーク出力Ｐｐを測定器を用いてモニタして、バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓを調整する。調整後の光上りピーク出力をＰｐｒ、バイアス電流をＩｂｒ、駆動信号電流をＩｓｒとする。図５の半導体レーザのＩ−Ｌ特性において
ＯＭＩｒ＝Ｉｓｒ／（Ｉｂｒ−Ｉｔｈ）
＝（Ｐｐｒ−Ｐｏｒ）／Ｐｏｒ …（式５）
の関係式が成立する。バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓは、バイアス電流源２５の駆動電圧Ｖｃ２と電圧／電流変換器Ｖ／Ａ２１５の電圧電流変換係数κを調整して、Ｉｂｒ、Ｉｓｒに設定される上り信号電流Ｉｓ、Ｉｓｒは、ケーブルモデムＣＭ５０の上り信号出力の合計値Ｓｏ、Ｓｏｒと関係式
Ｉｓ＝κ・Ｓｏ （κ＝ｃｏｎｓｔ） …（式６）
Ｉｓｒ＝κ・Ｓｏｒ …（式７）
が成立する。標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒは、ＤＳＰ２１３へ設定しておく。
【００４６】
初期設定後、実運用の伝送路損失Ｌの伝送路で光送受信器３０と、Ｒ−ＯＮＵ２０Ａを接続すると、ＤＳＰ２１３に内蔵する処理プログラムでは、下り光平均受信レベル値ＰｄをＶｃ１から検知し、上述の予め初期設定された基準となる伝送路損失Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄを計算する。伝送路損失Ｌと基準となる伝送路損失Ｌｒとの比Ｌ／Ｌｒは、Ｐｄｒ／Ｐｄと等しく、ＤＳＰ２１３は、これに上述の標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを乗じた値Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒを平均光上り信号出力とする。そして、ＤＳＰ２１３で、平均光上り信号出力モニタ値Ｐｍｏが、上述したＰｏと等しくなるよう、バイアス電流源２５のＤＳＰ ２１３の出力Ｖｃ１をフィードバック制御する。このとき、上り信号レベルＳｏはＣＭＴＳ１０から送り等化制御され、基準となる伝送路損失Ｌｒとの比Ｌ／Ｌｒを上述のＳｏｒに乗じた値となる。
【００４７】
Ｓｏ＝Ｓｏｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式８）
式６より、
Ｉｓ＝κ・Ｓｏ
＝κ・Ｓｏｒ・Ｌ／Ｌｒ
＝Ｉｓｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式９）
また、図５で示すＩｂ−Ｉｔｈは、半導体レーザのＩ−Ｌ特性の線形性を持つ領域においては、平均光上り信号出力Ｐｏに比例して変動するため、
（Ｉｂ−Ｉｔｈ）／（Ｉｂｒ−Ｉｔｈ）＝Ｐｏ／Ｐｏｒ
＝Ｌ／Ｌｒ …（式１０）
となり、伝送路損失ＬでのＯＭＩは、式９、式１０より
ＯＭＩ＝Ｉｓ／（Ｉｂ−Ｉｔｈ）
＝Ｉｓｒ／（Ｉｂｒ−Ｉｔｈ）
＝ＯＭＩｒ …（式１１）
で、標準となる伝送路損失ＬｒのＯＭＩ（ＯＭＩｒ）で一定になる。
【００４８】
以上説明した実施例１のＤＳＰ２１３によるバイアス電流Ｉｂの制御を、伝送路損失Ｌ対光変調度ＯＭＩ、平均光上り信号出力Ｐｏのグラフで示すと図９となる。図７と比較すると、図７では平均光上り信号出力Ｐｏ一定で、光変調度ＯＭＩが伝送路損失Ｌに比例して変動するに対して、図９では光変調度ＯＭＩ一定で平均光上り信号出力Ｐｏが伝送路損失Ｌに比例して変動する。伝送路損失の最大値と最小値の幅が電力比で６ｄＢとしたとき、平均光上り信号出力Ｐｏは基準となる最大伝送路損失Ｌｒでの平均光上り信号出力Ｐｏｒに対して、最小の伝送路損失ではその１／４の出力に低下する。光上り信号のキャリア信号成分Ｐｓ＝Ｐｐ−Ｐｏは、式２を参照して
Ｐｓ＝Ｐｏ・ＯＭＩ
＝Ｐｏ・ＯＭＩｒ …（式１２）
となりＰｏに比例する。一方、式１の第２項で示された光ヘテロダイン干渉雑音は、干渉する２つの光上り信号強度の電界成分の積に比例するので。電界成分の２乗が光強度であることから、Ｐｏに比例し光ヘテロダイン干渉雑音も変動する。従って光ヘテロダイン干渉雑音が支配的な雑音である場合、キャリア信号成分と光ヘテロダイン干渉雑音の比Ｃ／Ｎは一定で、伝送路損失Ｌによって劣化はしない。
【００４９】
図１０を参照して、ＤＳＰの処理を説明する。図１０において、伝送路に光可変減衰器を挿入して、伝送路損失を設計仕様の最大値として、ＤＳＰ２１３は、基準となる伝送路損失（最大損失）Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒを割り出す（Ｓ１）。ＤＳＰ２１３は、ＰｄｒをＬｒでの光平均受信レベル値に設定する（Ｓ２）。ＤＳＰ２１３は、標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを設定する（Ｓ３）。
【００５０】
光可変減衰器を取り去って、実運用の伝送損路損失Ｌで、ＤＳＰ２１３は、平均値検波出力Ｖｃ１の値から相当する光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄを割り出す（Ｓ４）。ＤＳＰ２１３は、Ｌ／ＬｒをＰｄとＰｄｒから計算する（Ｓ５）。ＤＳＰ２１３は、平均上り信号出力Ｐｏを計算する（Ｓ６）。ＤＳＰ２１３は、フォトダイオード２１１で検出した平均上り信号出力ＰｍｏとＰｏを比較する（Ｓ７）。
【００５１】
ステップ７でＰｍｏ＜＝Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを大きくするようＶｃ２を制御して（Ｓ８）、ステップ４に遷移する。ステップ７でＰｏ＋Δ＞Ｐｍｏ＞Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、そのままステップ４に遷移する。ステップ７でＰｍｏ＞＝Ｐｏ＋Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを小さくするようＶｃ２を制御して（Ｓ９）、ステップ４に遷移する。ここで、条件式にあるΔは、平均光上り信号出力Ｐｏの制御収束幅で、Ｐｏに対して±Δの範囲になるように制御される。
【００５２】
実施例１によれば、双方向光通信システムにおいて、ＣＭＴＳのＣＭに対する送り等化により、伝送路損失Ｌに対して、ＣＭの上り出力信号レベルが変動しても、Ｒ−ＯＮＵの半導体レーザのバイアス電流が制御され、ＯＭＩが一定で平均光上り信号出力Ｐｏが制御されるので、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【実施例２】
【００５３】
図１１および図１２を参照して、実施例２を説明する。図１１を参照して、図４を参照して説明したＲ−ＯＮＵ２０に、機能を付加したＲ−ＯＮＵ２０Ｂを説明する。ＣＭ５０−４は他の３つのＣＭ５０と比較して高い伝送品質が要求されるサービスで、例えばＣＭ５０−１〜ＣＭ５０−３が誤り訂正が可能なデータ伝送サービスに対し、ＣＭ５０−４は伝送遅延が厳しく誤り訂正ができない電話サービスである。本実施例ではこのＣＭ５０−４の上り信号出力値Ｓｏ４をＲ−ＯＮＵ２０ＢのＤＳＰ２１３に入力する。また、図８の実施例と同様、信号処理部ＤＳＰ２１３には、フォトダイオード２１１で平均値検波した値の平均光上り信号出力のモニタ値Ｐｍｏが入力される。前述したように、図６においてＣＭ５０−４の上り信号出力レベルＳｏ４は、ＣＭＴＳ１０の送り等化制御によって制御され、その受信点でのレベルが一定のＳｉｒになるよう決められる。基準となる伝送路損失Ｌｒ（実施例では最大損失する）の伝送路を挟んで、光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ｂを対向し通信させたとき、ＣＭＴＳ１０の送り等化制御で、ＣＭ５０−４の上り信号出力がＳｏ４ｒ、ケーブルモデムＣＭ５０の上り信号出力の合計値がＳｏｒに、決められているとする。Ｒ−ＯＮＵ２０Ｂの初期設定では、基準となる伝送路損失Ｌｒで光送受信器３０と接続したときに想定されるレベルの光下り信号を入力したときに、ＣＭ５０−４から入力される上り信号出力値Ｓｏ４ｒを信号処理プロセッサＤＳＰ２１３に予め設定する。また、図８の実施例での初期設定と同様、標準とする光変調度ＯＭＩｒ（本実施例では３５％）となるよう、上り光信号の平均光上り信号出力Ｐｏ、光上りピーク出力Ｐｐを測定器を用いてモニタして、バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓに調整する。調整後の光上りピーク出力をＰｐｒ、バイアス電流をＩｂｒ、駆動信号電流をＩｓｒとすると、このとき、図８と同様、式５〜式７が成立する。上述の標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒは、ＤＳＰ２１３へ設定しておく。
【００５４】
初期設定後、実運用の伝送路損失Ｌの伝送路で光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ｂを接続したとき、ＣＭ５０−４の上り信号出力Ｓｏ４と伝送路損失ＬｒでのＣＭ５０−４の上り信号出力Ｓｏ４ｒの比Ｓｏ４／Ｓｏ４ｒは、ＣＭＴＳ１０の送り等化で、基準となる伝送路損失ＬｒとＬとの比のＬ／Ｌｒに等しくなるので、次式が成立する。
【００５５】
Ｌ／Ｌｒ＝Ｓｏ４／Ｓｏ４ｒ …（式１３）
ＤＳＰ２１３は、予め設定されたＳｏ４ｒと、入力された上り信号出力値Ｓｏ４により式１３でＬ／Ｌｒを計算し、それに予め設定された標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを乗じた値を、伝送路損失Ｌでの平均光上り信号出力Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒとする。上記のＬ／Ｌｒの計算は、ＣＭ５０−１〜ＣＭ５０−４の合計のレベルＳｏでも、同様にできるが、各ＣＭの上り信号は非同期で、必ずしも同時にサービス中ではないため、検知し難いので、特性上クリティカルなＣＭ５０−４の上り出力レベルＳ０４によりＬ／Ｌｒを算出している。次に、ＤＳＰ２１３で平均光上り信号出力モニタ値Ｐｍｏが、上述したＰｏと等しくなるよう、バイアス電流源２５のＤＳＰ２１３の出力Ｖｃ２をフィードバック制御する。実施例図８と同様、式９〜式１２が成立し、その制御を伝送路損失Ｌ対光変調度ＯＭＩ、平均光上り信号出力Ｐｏのグラフで示すと、図９のようになり、光ヘテロダイン干渉雑音の影響は、伝送路損失Ｌに対して一定になる。
【００５６】
図１２を参照して 実施例２のＤＳＰの信号処理を説明する。図１２において、伝送路に光可変減衰器を挿入して、伝送路損失を設計仕様の最大値として、ＤＳＰ２１３は、基準となる伝送路損失Ｌｒ（最大損失）でのＣＭ５０−４の上り信号出力Ｓｏ４を読み取る（Ｓ１１）。ＤＳＰ２１３は、読み取った値をＳｏ４ｒとして設定する（Ｓ１２）。ＤＳＰ２１３は、平均光上り信号出力をＰｏｒとして設定する（Ｓ１３）。
【００５７】
光可変減衰器を取り去って、実運用の伝送損路損失Ｌで、ＤＳＰ２１３は、Ｓｏ４とＳｏ４ｒの比からＬとＬｒの比を計算する（Ｓ１４）。ＤＳＰ２１３は、Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒを計算してＰｏを求める（Ｓ１５）。ＤＳＰ２１３は、フォトダイオード２１１で検出した平均光上り信号出力ＰｍｏとＰｏを比較する（Ｓ１６）。
【００５８】
ステップ１６でＰｍｏ＜＝Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを大きくするようＶｃ２を制御して（Ｓ１７）、ステップ１４に遷移する。ステップ１６でＰｏ＋Δ＞Ｐｍｏ＞Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、そのままステップ１４に遷移する。ステップ１６でＰｍｏ＞＝Ｐｏ＋Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを小さくするようＶｃ２を制御して（Ｓ１８）、ステップ１４に遷移する。ここで、条件式にあるΔは、平均光上り信号出力Ｐｏの制御収束幅で、Ｐｏに対して±Δの範囲になるように制御される。
【００５９】
実施例２によれば、双方向光通信システムにおいて、ＣＭＴＳのＣＭに対する送り等化により、伝送路損失Ｌに対して、ＣＭの上り出力信号レベルが変動しても、Ｒ−ＯＮＵの半導体レーザのバイアス電流が制御され、ＯＭＩが一定で平均光上り信号出力Ｐｏが制御されるので、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【実施例３】
【００６０】
図１３および図１４を参照して、実施例３を説明する。図１３を参照して、実施例３のＲ−ＯＮＵ２０Ｃを説明する。図１３において、Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃは、図４のＲ−ＯＮＵ２０に平均値検波器２９と、信号処理プロセッサ４２と、分岐タップ２１４とＷＤＭ２７の間に電圧制御型光減衰器ＶＯＡ４１を付加して構成している。ＤＳＰ４２は、平均値検波器２９の出力電圧Ｖｃ１を入力として信号処理し、その出力Ｖｃ３で、電圧制御型光減衰器４１の光減衰量ＬＡを制御する。ＤＳＰ４２は、光下り信号波形の平均値検波出力Ｖｃ１の値から、光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄを検知する。Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃの初期設定において、基準となる伝送路損失Ｌｒ（実施例では最大損失とする）の伝送路を挟んで、光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ｃを対向し通信させたとき、光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒを上述の平均値検波器２９で平均値検波した出力Ｖｃ１から検知し、信号処理プロセッサ２１３に予め設定する。また、Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃの初期設定では、基準となる伝送路損失Ｌｒで光送受信器３０と接続したときに想定されるレベルの光下り信号をＲ−ＯＮＵ２０Ｃへ入力し、標準とする光変調度ＯＭＩｒ（本実施例では３５％）となるよう、上り光信号の平均光上り信号出力Ｐｏ、光上りピーク出力Ｐｐを測定器を用いてモニタして、バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓに調整する。
【００６１】
調整後の光上りピーク出力をＰｐｒ、バイアス電流をＩｂｒ、駆動信号電流をＩｓｒとすると、図５で示した半導体レーザのＩ−Ｌ特性において式５の関係式が成立する。電圧制御型光減衰器４１の減衰量ＬＡは、適当な初期値ＬＡｒとなるよう、ＤＳＰ４２の出力Ｖｃ３に初期設定し、バイアス電流源２５の駆動電圧Ｖｃ２と電圧／電流変換器２１５の電圧電流変換κを調整してＩｂｒ、Ｉｓｒに設定する。標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒは、ＤＳＰ４２へ設定しておく。Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃの半導体レーザの出力値ＰＬＤは、図４で説明したように、比較増幅器５１の出力Ｖｃ２により、温度変動等の周囲環境変動に対して一定になるよう制御されていて下式が成立する。
【００６２】
Ｐｏｒ＝ＰＬＤ・ＬＡｒ …（式１４）
初期設定後、実運用の伝送路損失Ｌの伝送路で光送受信器３０と、Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃを接続すると、ＤＳＰ４２に内蔵する処理プログラムでは、下り光平均受信レベル値Ｐｄを上述の方法でＶｃ１から検知し、上述の予め初期設定された基準となる伝送路損失Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄを計算する。伝送路損失Ｌと基準となる伝送路損失Ｌｒとの比Ｌ／Ｌｒは、Ｐｄｒ／Ｐｄと等しく、ＤＳＰ４２は、これに上述の標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを乗じた値を平均光上り信号出力Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒとする。ＤＳＰ４２が、出力Ｖｃ２を制御して、電圧制御型光減衰器ＶＯＡ ４１の減衰量ＬＡを式１５の値にすると、式１６の通り平均光上り信号出力ＰｏはＰｏｒ・Ｌ／Ｌｒとなる。
【００６３】
ＬＡ＝ＬＡｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１５）
Ｐｏ＝ＰＬＤ・ＬＡ
＝ＰＬＤ・ＬＡｒ・Ｌ／Ｌｒ
＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１６）
実施例１、実施例２のバイアス電流による光出力の制御では、平均光上り信号出力Ｐｏは制御するが、光上りピーク出力Ｐｐは制御しない。一方、実施例３の光減衰器による光出力の制御は、平均光上り信号出力Ｐｏと光上りピーク出力Ｐｐを同じ比率で制御する。よって伝送路損失Ｌのときの平均光上り信号出力Ｐｏと光上りピーク出力Ｐｐは、標準となる平均光上り信号出力Ｐｏｒ、光上りピーク出力Ｐｐｒを用いて
Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１６）
Ｐｐ＝Ｐｐｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１７）
で表わされる。従って式１８が成立し、伝送路損失Ｌに対して、平均光上り信号出力Ｐｏと光変調度ＯＭＩは、図９で表わされる制御がされる。
【００６４】
ＯＭＩ＝（Ｐｐ−Ｐｏ）／Ｐｏ
＝（Ｐｐｒ−Ｐｏｒ）／Ｐｏｒ
＝ＯＭＩｒ …（式１８）
実施例３の制御は、上り信号レベルＳｉｒに対して、伝送路損失Ｌの変動をキャンセルされるように、電圧制御型光減衰器４１の減衰量ＬＡを制御するオープンループ制御である。よって、ＣＭＴＳ１０による、入力される上り信号レベルＳｉｒを監視するフィードバック制御である送り等化は、実施例３による制御の補完的な動きをする。
【００６５】
図１４を参照して、実施例３のＤＳＰの信号処理を説明する。図１４において、伝送路に光可変減衰器を挿入して、伝送路損失を設計仕様の最大値として、ＤＳＰ４２は、基準となる伝送路損失Ｌｒ（最大損失）での平均値検波出力Ｖｃ１から下り平均光受信レベル値Ｐｄｒを検知する（Ｓ２１）。ＤＳＰ４２は、検知した値をＰｄｒに設定する（Ｓ２２）。ＤＳＰ４２は、平均光上り信号出力ＰｏｒとＶＯＡの減衰量の初期値ＬＡｒを設定する（Ｓ２３）。
【００６６】
光可変減衰器を取り去って、実運用の伝送損路損失Ｌで、ＤＳＰ４２は、平均値検波出力Ｖｃ１の値から相当する光下り信号Ｐｄｉnの光平均受信レベルＰｄを検知する（Ｓ２４）。ＤＳＰ４２は、Ｌ／ＬｒをＰｄとＰｄｒから算出する（Ｓ２５）。ＤＳＰ４２は、平均光出力信号Ｐｏを与える減衰量ＬＡをＬＡｒ・Ｌ／Ｌｒで計算する（Ｓ２６）。ＤＳＰ４２は、ＶＯＡの減衰量がＬＡとなるようにＶｃ２を出力して、ステップ２４に遷移する。
【００６７】
以上説明した実施例のうち、実施例１と実施例３は、既存のＣＭで、Ｄｏｃｓｉｓで標準化された上り信号の通信方式を変えることなくＦＴＴＨシステムを構成できる。実施例２は、電話サービス等の仕様上厳しい伝送品質が要求されるＣＭに対して、上り出力レベルをＲ−ＯＮＵに通知する経路を付加することにより、Ｄｏｃｓｉｓで標準化された上り信号の通信方式を変えることなくＦＴＴＨシステムを構成できる。
【００６８】
実施例３によれば、双方向光通信システムにおいて、ＣＭＴＳのＣＭに対する送り等化により、伝送路損失Ｌに対して、可変光減衰器の損失が制御され、ＯＭＩが一定で平均光上り信号出力Ｐｏが制御されるので、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【符号の説明】
【００６９】
１０…ＣＭＴＳ、２０…Ｒ−ＯＮＵ、２１…分岐結合部、２２…低域ろ過フィルタ、２３…半導体レーザダイオード、２４…Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、２５…バイアス電流源、２６…Ｏｎ／ｏｆｆスイッチ、２７…光合分波器（ＷＤＭ）、２８…光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）、２９…平均値検波器、３０…光送受信器（ＴＸ，ＲＸ）、４０…伝送路、５０…ＣＭ、２１０…高域ろ過フィルタ、２１１…フォトダイオード（ＰＤ）、２１３…信号処理部（ＤＳＰ）、２１４…分岐タップ、２１５…電圧／電流変換器（Ｖ／Ａ）、２１６…入出力ポート、２１７…結合器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は光送受信器に係り、ブロードバンドサービスを提供するＲＦｏＧシステムの光送受信終端装置（Ｒ−ＯＮＵ）の光送受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａを参照して、現行のケーブルテレビシステムであるＨＦＣ（Hybrid Fiber and Coaxial）システムを説明する。図１Ａにおいて、ＨＦＣシステムは、ヘッドエンドから光ノードまでを２本の光ファイバで配線し、光ノードから各ユーザまでを中継器、分岐を介して同軸ケーブルで配線する。ＨＦＣシステムでは、地上波放送波（７０〜７７０ＭＨｚ）は、ヘッドエンドからそのままユーザまで届けられ、テレビに直接接続して受像することができる（同一周波数パススルー）。一方、ＢＳ／ＣＳ放送波（１０３２〜２０７３ＭＨｚ）は、光ノードからユーザまでの間の同軸ケーブルでの配線では、伝送周波数特性上、伝送損失が大きい。このため、ＨＦＣシステムでは、周波数変換パススルーやトランスモジュレーション方式で、ユーザまで配信することが多い。そのため、ＨＦＣシステムでは、ＢＳ／ＣＳ放送は、セットトップＢＯＸ（ＳＴＢ）を介してでないとテレビで受像することができない。また、セットトップＢＯＸで選局するので複数台のテレビで別のチャンネル観ることができない。
【０００３】
ＨＦＣシステムでのデータの双方向通信は、ヘッドエンド側にあるＣＭＴＳ（Cable Modem Termination System）と、ユーザ側にあるＣＭ（Cable Modem）間で行なわれ、北米規格のＤｏｃｓｉｓ（Data−Over−Cable Service Interface Specifications）（非特許文献１）で、光インターネット通信なみ（最大１６０Ｍｂｉｔ／ｓ）の通信が標準化されている。日本のケーブルテレビシステムでもこの標準に準じた装置が使用されている。なお、光ファイバ配線部分の通信波長は、上り下りとも１３１０ｎｍである。
【０００４】
図１Ｂは、ＨＦＣシステムの光ファイバ配線を、ユーザまで延長し、ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）システムの形態をとったもので、ＲＦｏＧ（Radio−Frequency Over Glass）システムと呼ばれている。ＲＦｏＧシステムは、北米ＣＡＴＶ通信技術者協会ＳＣＴＥ（Society of Cable Telecommunications Engineers）で、ＨＦＣシステムの将来形として、その通信方式が標準化されている（非特許文献２）。
【０００５】
図１Ｂにおいて、ヘッドエンドには、地上波放送波／ＢＳ／ＣＳと、ＣＭＴＳと、光送信機（ＴＸ）と、光受信機（ＲＸ）と、エルビウムドープファイバ光増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber Amplifier）と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）とから構成されている。ヘッドエンドとユーザとは、幹線ファイバと、光カプラと、支線ファイバとで接続されている。光ファイバの通信波長は、下りが１５５０ｎｍ、上りが１３１０ｎｍまたは１６１０ｎｍである。
【０００６】
ユーザまで光ファイバで配線されることによって、同軸配線での周波数特性による制限が解消し、ＲＦｏＧシステムは、ＢＳ／ＣＳ放送も、セットトップＢＯＸ（ＳＴＢ）を介することなく、テレビに接続し受像することができる（同一周波数パススルー）。ＲＦｏＧシステムは、アンテナによる放送波の受信と同じく、複数台のテレビで別チャンネルを受像できる。また、双方向データ通信方式は、ＨＦＣシステムと同じＤｏｃｓｉｓを採用しているので、既存のＣＭＴＳ、ＣＭ等のＨＦＣシステムの機器がそのまま仕様を変更することなく使用できる。このため、既存事業者は、効率的にＦＴＴＨシステムへ移行ができる。
【０００７】
図２を参照して、ＨＦＣシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を説明する。図２において、ＣＭは、電話サービス、データ通信サービス等のサービス毎に複数種ある。ＣＭＴＳも、サービス毎に存在し、ＣＭとＣＭＴＳは、それぞれ双方向データ通信を行なう。図２では、３種類のＣＭのＡ，Ｂ，Ｃが各ユーザ１，２，３毎に接続され、ヘッドエンド側にも同様に３種のＣＭＴＳが対向して同種のサービス毎（Ａ，Ｂ，Ｃ毎）にＣＭＴＳ−ＣＭ間で双方向データ通信する形態を表わしている。
【０００８】
下り方向は、使用周波数帯１１１〜８６７ＭＨｚの間で、各ＣＭＴＳサービスのチャンネル当たり６ＭＨｚ帯域幅で変調方式６４ＱＡＭまたは２５６ＱＡＭの信号で、伝送速度３０.３４Ｍｂｉｔ／ｓまたは４２.８８Ｍｂｉｔ／ｓでデータ伝送される。Ｄｏｃｓｉｓ３.０ではチャンネルを複数束ねてさらに高速度の通信が標準化されている。
【０００９】
一方、上り方向は、使用周波数帯１０ＭＨｚ〜５５ＭＨｚの間で、各ＣＭチャンネル当たり６ＭＨｚ帯域幅の変調方式ＱＰＳＫまたは８〜１２８ＱＡＭの信号で、伝送速度０.６４〜３５.８４Ｍｂｉｔ／ｓでデータ伝送される。各ＣＭＴＳ（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、同種のサービスのＣＭ（＊−Ａ，＊−Ｂ，＊−Ｃ）に対して、上り信号のキャリア周波数を割当てる。割当て周波数はサービス毎（Ａ，Ｂ，Ｃ毎）に異なる（ｆＡ，ｆＢ，ｆＣ）。各ＣＭＴＳ（−Ａ，−Ｂ，−Ｃ）は、それぞれ複数のユーザのＣＭ（１−＊，２−＊，３−＊）と接続されるため、各ユーザの同種サービスのＣＭの送信信号が衝突しないように、送信タイミングを割当てる（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）。このように、サービスを周波数分割多重ＦＤＭＡ（Frequency Division Multiple Access）ユーザを時分割多重ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）することにより、複数のサービスチャンネルの上り信号の衝突を回避している。
【００１０】
またＣＭＴＳは、同種サービスの配下のＣＭに対して、下り信号のメッセージにより、ＣＭの送信レベルを調整する送り等化方式を採用している。これは、各ＣＭの上り信号の送信点から、光ノードの手前の上り信号の合流点までの同軸ケーブル配線の損失が、各ＣＭで一定ではないので、ＣＭＴＳの上り信号の受信レベルが一定にならない。このことから、ＣＭＴＳは、ＣＭ毎に送信レベルを調整し、受信レベルを合わせて復調ができるようにするためである。
【００１１】
図３を参照して、ＲＦｏＧシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を説明する。図２のＨＦＣシステムの場合との違いは、上り信号の合流点はＨＦＣシステムの場合、光ノードの手前で電気的に結合される。これに対して、ＲＦｏＧシステムの場合、ユーザ内の複数のＣＭから出力される上り信号がＲＦｏＧ ＯＮＵ（Ｒ−ＯＮＵ）の手前で電気的に結合されてのち、一括してＲＦｏＧ ＯＮＵ（Ｒ−ＯＮＵ）で光信号に変換される。そして、各Ｒ−ＯＮＵの上り光信号は、光カプラで光結合される。変調方式や送り等化方式等の通信方式は、ＨＦＣの規格をそのまま流用する。
【００１２】
ＨＦＣシステムでは、各ＣＭで発生する雑音や合流点までの伝送路で印加される雑音が、上り信号に乗って、光ノードの入力で合わさるため（流合雑音）、ＣＭの収容数が大規模になると伝送品質が劣化する。一方、ＲＦｏＧシステムでは、上り信号の電気的な合流はユーザ内だけに限られ、またＲ−ＯＮＵは、接続する全てのＣＭが無送信時、それを検出して光信号を止め、雑音を出さない機能があるため、流合雑音はＨＦＣシステムと比べ小さい。
【００１３】
図４を参照して、ＳＣＴＥで標準化されているＲＦｏＧシステムにおけるＲ−ＯＮＵの機能ブロックとＣＭとの接続を説明する。図４において、Ｒ−ＯＮＵ２０は、異なるサービスを提供するＣＭ１〜ＣＭ４の４台のＣａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍと接続されている。ＣＭ１〜ＣＭ４は、それぞれ、Ｒ−ＯＮＵ２０の入出力ポート２１６に、結合器２１７を介して同軸ケーブルで接続される。Ｒ−ＯＮＵ２０の入出力ポート２１６に接続した分岐結合部２１は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ：High Pass Filter）２１０の出力のヘッドエンドからＲ−ＯＮＵ２０への下り信号と、ＣＭ５０−１〜ＣＭ５０−４からヘッドエンドへの上り信号を分岐結合する。ＣＭ１〜ＣＭ４の４つの上り信号が重畳した信号は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）２２に入力され、高域周波数帯の下り信号と分離する。そして、ＬＰＦ２２の出力電圧は、送信上り信号レベルＳｏで、電圧／電流変換器（Ｖ／Ａ）２１５で一定の変換係数で電流Ｉｓに変換される。電流Ｉｓは、半導体レーザ２３に、上り信号電流Ｉｓとして、供給される。
【００１４】
バイアス電流源２５は、半導体レーザ２３にバイアス電流Ｉｂを流す。信号検出器（Signal Detector）２４は、駆動電流ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２６を制御し、上り信号Ｓ０があるレベル以上の時はＯＮ、以下の時はＯＦＦして、上り信号が無信号時の光出力が零となるようにする。これにより、複数のＲ−ＯＮＵ２０の無信号時の光上り信号による流合雑音を抑止する。半導体レーザ２３の光出力の一部を分岐タップ２１４により分岐してモニタし、フォトダイオードＰＤ２１１で平均値検波することで、平均光上り信号出力Ｐｏ値を検出する（Ｐｍｏ）。比較増幅器５１は、Ｐｏ値のモニタ値Ｐｍｏとレファレンス値Ｖｒｅｆとの差分を反転増幅して、バイアス電流源２５の制御電圧Ｖｃを出力し、バイアス電流Ｉｂを制御する。バイアス電流源２５は、制御電圧Ｖｃに比例してバイアス電流Ｉｂが増加する方向で動作する。これにより、半導体レーザ２３の閾値電流Ｉｔｈが周囲温度で変動しても、平均光上り信号出力Ｐｏは、レファレンス値Ｖｒｅｆで設定される光出力になるようフィードバック制御される。
【００１５】
半導体レーザ２３から出力される上り光信号は、波長１６１０ｎｍまたは１３１０ｎｍで、光合分波器ＷＤＭ２７に送られ、伝送路に出力される。光下り信号は、波長１５５０ｎｍで、ＷＤＭ２７を通過して上り光信号と波長分離され（Ｐｄｉｎ）、光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）２８で電気信号に変換し、高域通過フィルタＨＰＦ２１０で下り信号帯域成分を抽出して、分岐結合部２１で上り信号と結合し、Ｒ−ＯＮＵの入出力ポート２１６からＣＭへ同軸配線される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Data Over Cable Service Interface Specifications DOCSIS 3.0 Physical Layer Specification CM−SP−PHYv3.0−I09−101008
【非特許文献２】SCTE 174 2010 Radio Frequency over Glass Fiber−to−the−Home Specification
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、ＨＦＣシステムにおいて、各ＣＭＴＳは、配下にある同種のＣＭの上り信号間の衝突を避けるため、ＣＭに送信タイミングを割当てている。この送信タイミングは、ＣＭＴＳ間では、同期連動して配下のＣＭに割当ててないので、異なるＣＭＴＳに属するＣＭの上り信号は、時間軸上で衝突する可能性がある。しかし、上述したように属するＣＭＴＳが異なると、上り信号に割当てられたキャリア周波数が異なるので、周波数軸上での衝突が回避されており、ＣＭＴＳでの上り信号の受信は可能となる。
【００１８】
ＲＦｏＧシステムでも通信方式は同じ標準を採用しており、同様のことが言えるが、以下の点で特有の問題が発生する。ＲＦｏＧシステムでは、各Ｒ−ＯＮＵの上り光信号は同一光波長（１３１０ｎｍまたは１６１０ｎｍ）で送信される。ただ、光波長はＲ−ＯＮＵに搭載される半導体レーザの個別特性、周囲温度変動でばらつきがあり、ＳＣＴＥの標準では、光送信波長範囲は〜数十ｎｍとされている。時間軸上での異種のＣＭＴＳに属するＣＭ間の上り信号の衝突と、複数のＲ−ＯＮＵの上り光送信波長が近接（０.０１ｎｍ程度）、あるいは光スペクトラムが重りが同時に発生すると、光上り信号を光受信器で光／電気変換後、光上り信号間の干渉（光ヘテロダイン干渉）が上り信号帯域内に現れる。
【００１９】
上り光送信波長が近接した光の電界成分であるＥ１とＥ２は、波長をλ１、λ２として、ｆ１＝ｃ／λ１、ｆ２＝ｃ／λ２（ｃは光速度）を用いて、
Ｅ１＝ａ１・ｃｏｓ（２πｆ１ｔ＋φ１）
Ｅ２＝ａ２・ｃｏｓ（２πｆ２ｔ＋φ２）
で表わされる。ここで、φ１、φ２は、位相である。この２波を加算した光強度Ｐは
Ｐ＝｜Ｅ１＋Ｅ２｜^２
ここで、「＾」はべき乗で、これをフォトダイオードによる光強度検波すると、発生する高調波成分はカットされ、
Ｐ＝（ａ１^２＋ａ２^２）／２＋２ａ１・ａ２・ｃｏｓ（２πΔｆｔ＋φ）…（式１）
となる。ここで、Δｆ＝ｆ１−ｆ２、φ＝φ１−φ２である。
【００２０】
式１は２つの光信号の電界成分（Ｅ１、Ｅ２）をフォトダイオードで電気信号に変換する（光強度検波）時の信号成分を示す式である。干渉成分は、式１の第２項で表わされ、Ｒ−ＯＮＵの上り光送信信号の波長が近接し、２つのＲ−ＯＮＵの光周波数の差分Δｆが上り信号帯域内に入ると、この干渉は、雑音となり、上り伝送品質を劣化させる。これは、光ビート障害ＯＢＩ（Optical Beat Interference）と呼ばれている。
【００２１】
ＯＢＩは、光で上り信号を合流した時に生じる特有の問題であり、電気信号の状態で上り信号を合流させるＨＦＣシステムでは、周波数軸上で信号の衝突は回避されているので発生しない現象である。光波長は周囲温度で変動しているので、ＯＢＩは、常時発生しているわけではない。ＯＢＩは、偶然Ｒ−ＯＮＵの出力光波長が近接するという条件下で、ＣＭの上り信号の時間軸上での衝突が発生する一次的な現象である。データ伝送サービスでは誤り訂正や再送等の技術があり、ＯＢＩが生じても、一次的なものであれば、符号誤りが訂正されたり再送されたりして障害を回避が可能である。しかし、遅延時間の制約があり誤り訂正や再送ができない電話サービスの場合は、ＯＢＩが発生時でも伝送品質を確保しなければならない。
【００２２】
ＲＦｏＧシステムにおけるこの問題の影響を、以下具体的に説明する。
図５を参照して、Ｒ−ＯＮＵの光上り信号の光変調度（ＯＭＩ：Optical Modulation Index）を説明する。図５において、グラフは、Ｒ−ＯＮＵの半導体レーザの駆動電流対光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）である。Ｉ−Ｌ特性の横軸はＬＤ駆動電流、縦軸は光出力である。ＬＤ駆動電流を徐々に増加させると、駆動電流と光出力の比例範囲が現れる。ＬＤは、この領域で駆動される。比例の線分を外挿して、ｘ軸との交点を閾電流Ｉｔｈとする。バイアス電流Ｉｂ、上り信号電流Ｉｓを用いて、ＯＭＩは、
ＯＭＩ＝Ｉｓ／（Ｉｂ−Ｉｔｈ）
＝（Ｐｐ−Ｐｏ）／Ｐｏ …（式２）
と定義されている。
【００２３】
図６および図７を参照して、ＲＦｏＧシステムの問題点を説明する。まず、図６をもちいて、ＣＭＴＳとＣＭの接続関係を説明する。図６において、ＲＦｏＧシステム１００は、ＣＭＴＳ１０と、光送受信器３０と、光ファイバ伝送路４０と、Ｒ−ＯＮＵ２０と、ＣＭ５０とから構成されている。なお、実際の接続ではＣＭＴＳ１０の１台に対して、複数のＣＭ５０が接続されるが、図６では、説明のため、１台のＣＭ５０のお接続に切出して表したものである。ここで、ＣＭＴＳ１０の受信信号レベルをＳｉｒ、光送受信器３０の光受信レベルをＰｉｎ、光受信機の利得をＧ、光受信機の光電変換効率をη、光ファイバ伝送路４０の伝送路損失をＬ、Ｒ−ＯＮＵ２０の平均の上り信号出力をＰｏ、ＣＭ５０の送信上り信号レベルをＳｏ、電気／光変換係数をνとする。
【００２４】
図６において、光上り信号の受信信号Ｐｉｎのレベルと光変調度ＯＭＩが大きくなると、キャリアレベルも大きくなるので、光送受信器３０の受信点のキャリア信号対雑音比（Ｃ／Ｎ）は良（大き）くなる。ＯＭＩ値を大きくすれば、Ｃ／Ｎが向上することになるが、ＯＭＩを大きくとり過ぎると、半導体レーザの特性として、光信号のスペクトルが拡がり（チャーピング現象）、光ヘテロダイン干渉雑音が生じる確率が高まる。同様に、半導体レーザの閾値電流（Ｉｔｈ）に近い領域でのＩ−Ｌ特性の非線形性により、波形歪が生じる。ＳＣＴＥの標準では、これらを考慮して、Ｒ−ＯＮＵへ接続する全てのＣＭからの上り信号の合計入力レベルの標準値で、ＯＭＩの最大値を３５％としている。
【００２５】
図４のＲ−ＯＮＵ２０では、その平均光上り信号出力Ｐｏは、閾値電流Ｉｔｈの温度変動に対して、一定になるよう（Ｉｂ−Ｉｔｈが一定になるよう）レーザに流すバイアス電流Ｉｂが制御される。ＣＭＴＳ１０は、配下のＣＭ５０からの受信上り信号レベルＳｉｒを、一定にするため、ＣＭ５０の送信上り信号レベルＳｏを制御する。ここで、Ｓｏの制御が行なわれると、図５の半導体レーザに流すキャリア信号電流（上り信号電流）の振幅Ｉｓは、ＣＭ５０の送信上り信号レベルＳｏに比例するので、式２よりＯＭＩもＳｏに比例して変わる。
【００２６】
図７を参照して、伝送路損失に対するＯＭＩとＰｏの関係を説明する。図７において、横軸は伝送路損失Ｌである。左軸はＯＭＩである。右軸はＰｏである。Ｒ−ＯＮＵ２０は、出力一定制御なのでＰｏはＬに依存しない。一方、ＯＭＩは、Ｓｏに比例して、下り最大受光レベルであるＬｍｉｎから最小受光レベルであるＬｍａxへ単調増加である。
【００２７】
光送受信器３０の光受信レベル（Ｐｉｎ）は、伝送路４０の光ファイバ、ＷＤＭ、光カプラ、光コネクタ等の損失含む伝送路損失Ｌによりばらつく。システム設計をする際、光受信レベルＰｉｎの最大レベルと最小レベルを決めると、伝送路損失Ｌの最大値と最小値が定まる。
【００２８】
Ｓｉｒ＝（η・Ｐｏ・ＯＭＩ／Ｌ）^２・Ｇ
＝ｋ・（ＯＭＩ／Ｌ）^２ …（式３）
Ｓｏ＝Ｐｏ・ＯＭＩ／ν …（式４）
ここで、ｋ＝（η・Ｐｏ）^２・Ｇである。
【００２９】
式３は、ＣＭＴＳ１０の受信上り信号レベルＳｉｒを各パラメータで表わした式である。式より、平均光上り信号出力Ｐｏが一定でＲ−ＯＮＵ２０で制御されるとき、送り等化で伝送路損失Ｌに対して受信上り信号レベルＳｉｒ一定で制御されると、光変調度ＯＭＩが伝送路損失Ｌに比例して変わることになる。式４は、送信上り信号レベルＳｏを平均光上り信号出力Ｐｏと光変調度ＯＭＩで表わしたものである。この式より、送り等化で伝送路損失Ｌに対して受信上り信号レベルＳｉｒ一定で制御されると、Ｓｏが伝送路損失Ｌに比例して制御されることが分かる。
【００３０】
今、この伝送路損失の最大値と最小値の幅を電力比で６ｄＢとして、ＲＦｏＧシステムを構築する。この時、ＣＭＴＳが、伝送路損失Ｌのばらつきに対して受信上り信号レベルＳｉｒを一定にするためには、ＣＭＴＳ１０は、ＣＭ５０の送信上り信号レベルＳｏを最小最大の電圧比で１２ｄＢ制御する。Ｓｏが変わると、図５よりＯＭＩもそれに応じて１２ｄＢの変動幅を持つ。よって伝送路損失Ｌが最大のＬｍａｘでＯＭＩを３５％となるようにＲ−ＯＮＵ２０を調整すると、図７が示すように伝送路損失Ｌが最小Ｌｍｉｎのとき、ＯＭＩは８.７５％（３５÷４）に制御される。
【００３１】
図４に戻って説明すると、比較増幅器５１に入力するＶｒｅｆの値を調整してＩｂを、伝送路損失Ｌが最大時の上り信号電流Ｉｓに対してＯＭＩを３５％となるようにする。ここで、伝送路損失Ｌが最大時の上り信号電流Ｉｓは、送り等化制御でＣＭＴＳにより決まる値である。この調整によって、Ｒ−ＯＮＵ２０は、伝送路損失Ｌに対しては平均光上り信号出力Ｐｏは一定で、ＯＭＩは、ＣＭＴＳの送り等化制御で図７が示す偏移をする。
【００３２】
ＯＢＩ発生時は、ＣＭＴＳ１０の上り信号受信点における雑音Ｎは、光ヘテロダイン干渉雑音が支配的である。Ｒ−ＯＮＵ２０ではＰｏは一定に制御されていることから、その電界成分は一定で、式１のａ１・ａ２が一定になるので、式１が示すように 第２項の光ヘテロダイン干渉雑音レベルは一定である。従って、伝送路損失Ｌが小さくなるにつれ、光ヘテロダイン干渉雑音一定でＯＭＩが小さくなり、ＣＭＴＳの上り信号受信点でのＣ／Ｎが減少することになる。
【００３３】
日本でのプライマリ電話サービスの品質のＣＡＴＶ業界基準はＣ／Ｎ≧２５ｄＢとされている。前述しように伝送路損失Ｌが最小のところでＣ／Ｎは最悪値となり、このときＣ／Ｎ≧２５ｄＢを確保するためには、Ｌ最大値（ＯＭＩ＝３５％）ではＯＢＩ発生時においてもC/Nが37（25+12）dB以上の通信品質が必要で、実現が難しいとされている。
【００３４】
以上、具体的に説明したが、このように、送り等化によって伝送路損失が小さくなるほど光変調度ＯＭＩが下がることにより、光ヘテロダイン干渉雑音が信号成分が相対的に増加するので、伝送路設計を難しくしている。
【００３５】
本発明の解決しようとする課題は、以上説明したように、送り等化方式を採用したＲＦｏＧシステムに類するシステムでの、光ヘテロダイン干渉の伝送品質に対する悪影響を抑止することである。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記の課題を解決する本願の第一の手段を以下述べる。
双方向光通信システムにおいて、Ｒ−ＯＮＵでは、基準となる伝送損失Ｌｒで、その光信号の平均受信レベルＰｄｒを検知し、標準とする光変調度ＯＭＩ値のＯＭＩｒと平均光上り信号出力Ｐｏｒになるように、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂと信号電流Ｉｓを調整して予め設定され、伝送路損失Ｌの伝送路において光信号の平均受信レベルＰｄを検出して、前記の基準となる伝送損失Ｌｒの伝送路でのＰｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄをとる手段と、半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、Ｐｏｒに前記の比Ｐｄｒ／Ｐｄを乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力Ｐｏが出力されるよう、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂを自動的に制御する。
【００３７】
次に上記課題を解決する本願の第二の手段について以下述べる。
双方向光通信システムにおいて、Ｒ−ＯＮＵでは、基準となる伝送損失Ｌｒで、特定の一つのＣＭ５０の上り信号の出力レベルＳｏｒをＣＭ５０より通知され、標準とする光変調度ＯＭＩ値のＯＭＩｒと平均光上り信号出力Ｐｏｒになるように、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂと信号電流Ｉｓを調整して予め設定され、伝送路損失Ｌの伝送路においてＣＭ５０の上り信号の出力レベルＳｏを検出して、基準となる伝送損失Ｌｒでの特定の一つのＣＭ５０の上り信号の出力レベルＳｏｒとの比Ｓｏ／Ｓｏｒを得る手段と、半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、Ｐｏｒに前記の比Ｓｏ／Ｓｏｒを乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力Ｐｏが出力されるよう、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂを自動的に制御する。
【００３８】
次に上記課題を解決する本願の第三の手段について以下述べる。
双方向光通信システムにおいて、Ｒ−ＯＮＵでは、半導体レーザの出力とＲ−ＯＮＵの上り下り光信号を分離結合するＷＤＭとの間に、電圧制御型光可変減衰器を有し、基準となる伝送損失Ｌｒで、その光信号の平均受信レベルＰｄｒを検知し、また、標準とする光変調度ＯＭＩ値のＯＭＩｒと平均光上り信号出力Ｐｏｒになるように、半導体レーザのバイアス電流Ｉｂと信号電流Ｉｓを調整して予め設定され、伝送路損失Ｌの伝送路において光下り信号の平均受信レベルＰｄを検出して、前記の基準となる伝送損失Ｌｒの伝送路でのＰｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄをとる手段と、半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、Ｐｏｒに前記の比Ｐｄｒ／Ｐｄを乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力Ｐｏが出力されるよう、電圧制御型光可変減衰器ＶＯＡの減衰量を自動制御する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１Ａ】ＨＦＣシステムのＣＡＴＶシステムを説明する図である。
【図１Ｂ】ＲＦｏＧシステムのＣＡＴＶシステムを説明する図である。
【図２】ＨＦＣシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を説明する図である。
【図３】ＲＦｏＧシステムにおけるＣＭＴＳとＣＭ間の上り方向（ＣＭ→ＣＭＴＳ）の通信方式を示す図である。
【図４】ＲＦｏＧシステムのＲ−ＯＮＵの機能ブロックとＣＭの接続を示すブロック図である。
【図５】半導体レーザの駆動電流対光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）上で定義される、光上り信号の光変調度ＯＭＩを説明する図である。
【図６】ＲＦｏＧシステムのＣＭＴＳとＣＭの接続を説明するブロック図である。
【図７】ＲＦｏＧシステムの伝送路損失に対する光変調度（ＯＭＩ）と平均上り信号出力（Ｐｏ）の関係を説明するグラフである。
【図８】Ｒ−ＯＮＵのブロック図（その１）である。
【図９】Ｒ−ＯＮＵの伝送路損失に対する光変調度（ＯＭＩ）と平均上り信号出力（Ｐｏ）の関係を説明するグラフである。
【図１０】ＤＳＰの信号処理プログラムのフローチャートである。
【図１１】Ｒ−ＯＮＵのブロック図（その２）である。
【図１２】ＤＳＰの信号処理プログラムのフローチャートである。
【図１３】Ｒ−ＯＮＵとＣＭのブロック図である。
【図１４】ＤＳＰの信号処理プログラムのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
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。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００４２】
図８ないし図９を参照して、実施例１を説明する。図８を参照して、図４を参照して説明したＲ−ＯＮＵ２０に、機能を付加したＲ−ＯＮＵ２０Ａを説明する。なお、既に説明したＲ−ＯＮＵと同一の符号を付された部分については、説明を省略する。
【００４３】
図８において、光／電気変換器Ｏ／Ｅ２８は、光下り信号Ｐｄｉｎをで光／電気変換する。平均値検波器２９は、光／電気変換機２０の出力を平均値検波して、出力Ｖｃ１を得て、信号処理プロセッサＤＳＰ２１３に出力する。また、信号処理プロセッサＤＳＰ２１３には、フォトダイオードＰＤ２１１で平均値検波した値の平均光上り信号出力のモニタ値Ｐｍｏが入力される。ＤＳＰ２１３では、光下り信号波形の平均値検波出力Ｖｃ１の値から、光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄを検知する。
【００４４】
次に、基準となる伝送路損失Ｌｒ（実施例では最大損失とする）の伝送路を挟んで、光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ａを対向し通信させたとき、ケーブルモデムＣＭ５０の上り信号レベルＳｏｒは、ＣＭＴＳ１０によりその受信点でのレベルが一定のＳｉｒになるよう送り等化制御で決められている。Ｒ−ＯＮＵ２０Ａの初期設定において、この基準となる伝送路損失Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒを上述の平均値検波器２９で平均値検波した出力Ｖｃ１から検知し、信号処理プロセッサＤＳＰ２１３に予め設定する。
【００４５】
また、Ｒ−ＯＮＵ２０Ａの初期設定では、基準となる伝送路損失Ｌｒで光送受信器３０と接続したときに想定されるレベルの光下り信号と、ＣＭ５０の上り信号レベルＳｏｒを，Ｒ−ＯＮＵ２０Ａへ入力し、標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒで、標準とする光変調度ＯＭＩｒ（本実施例では３５％）となるよう、上り光信号の平均光上り信号出力Ｐｏ、光上りピーク出力Ｐｐを測定器を用いてモニタして、バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓを調整する。調整後の光上りピーク出力をＰｐｒ、バイアス電流をＩｂｒ、駆動信号電流をＩｓｒとする。図５の半導体レーザのＩ−Ｌ特性において
ＯＭＩｒ＝Ｉｓｒ／（Ｉｂｒ−Ｉｔｈ）
＝（Ｐｐｒ−Ｐｏｒ）／Ｐｏｒ …（式５）
の関係式が成立する。バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓは、バイアス電流源２５の駆動電圧Ｖｃ２と電圧／電流変換器Ｖ／Ａ２１５の電圧電流変換係数κを調整して、Ｉｂｒ、Ｉｓｒに設定される上り信号電流Ｉｓ、Ｉｓｒは、ケーブルモデムＣＭ５０の上り信号出力の合計値Ｓｏ、Ｓｏｒと関係式
Ｉｓ＝κ・Ｓｏ （κ＝ｃｏｎｓｔ） …（式６）
Ｉｓｒ＝κ・Ｓｏｒ …（式７）
が成立する。標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒは、ＤＳＰ２１３へ設定しておく。
【００４６】
初期設定後、実運用の伝送路損失Ｌの伝送路で光送受信器３０と、Ｒ−ＯＮＵ２０Ａを接続すると、ＤＳＰ２１３に内蔵する処理プログラムでは、下り光平均受信レベル値ＰｄをＶｃ１から検知し、上述の予め初期設定された基準となる伝送路損失Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄを計算する。伝送路損失Ｌと基準となる伝送路損失Ｌｒとの比Ｌ／Ｌｒは、Ｐｄｒ／Ｐｄと等しく、ＤＳＰ２１３は、これに上述の標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを乗じた値Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒを平均光上り信号出力とする。そして、ＤＳＰ２１３で、平均光上り信号出力モニタ値Ｐｍｏが、上述したＰｏと等しくなるよう、バイアス電流源２５のＤＳＰ ２１３の出力Ｖｃ１をフィードバック制御する。このとき、上り信号レベルＳｏはＣＭＴＳ１０から送り等化制御され、基準となる伝送路損失Ｌｒとの比Ｌ／Ｌｒを上述のＳｏｒに乗じた値となる。
【００４７】
Ｓｏ＝Ｓｏｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式８）
式６より、
Ｉｓ＝κ・Ｓｏ
＝κ・Ｓｏｒ・Ｌ／Ｌｒ
＝Ｉｓｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式９）
また、図５で示すＩｂ−Ｉｔｈは、半導体レーザのＩ−Ｌ特性の線形性を持つ領域においては、平均光上り信号出力Ｐｏに比例して変動するため、
（Ｉｂ−Ｉｔｈ）／（Ｉｂｒ−Ｉｔｈ）＝Ｐｏ／Ｐｏｒ
＝Ｌ／Ｌｒ …（式１０）
となり、伝送路損失ＬでのＯＭＩは、式９、式１０より
ＯＭＩ＝Ｉｓ／（Ｉｂ−Ｉｔｈ）
＝Ｉｓｒ／（Ｉｂｒ−Ｉｔｈ）
＝ＯＭＩｒ …（式１１）
で、標準となる伝送路損失ＬｒのＯＭＩ（ＯＭＩｒ）で一定になる。
【００４８】
以上説明した実施例１のＤＳＰ２１３によるバイアス電流Ｉｂの制御を、伝送路損失Ｌ対光変調度ＯＭＩ、平均光上り信号出力Ｐｏのグラフで示すと図９となる。図７と比較すると、図７では平均光上り信号出力Ｐｏ一定で、光変調度ＯＭＩが伝送路損失Ｌに比例して変動するに対して、図９では光変調度ＯＭＩ一定で平均光上り信号出力Ｐｏが伝送路損失Ｌに比例して変動する。伝送路損失の最大値と最小値の幅が電力比で６ｄＢとしたとき、平均光上り信号出力Ｐｏは基準となる最大伝送路損失Ｌｒでの平均光上り信号出力Ｐｏｒに対して、最小の伝送路損失ではその１／４の出力に低下する。光上り信号のキャリア信号成分Ｐｓ＝Ｐｐ−Ｐｏは、式２を参照して
Ｐｓ＝Ｐｏ・ＯＭＩ
＝Ｐｏ・ＯＭＩｒ …（式１２）
となりＰｏに比例する。一方、式１の第２項で示された光ヘテロダイン干渉雑音は、干渉する２つの光上り信号強度の電界成分の積に比例するので。電界成分の２乗が光強度であることから、Ｐｏに比例し光ヘテロダイン干渉雑音も変動する。従って光ヘテロダイン干渉雑音が支配的な雑音である場合、キャリア信号成分と光ヘテロダイン干渉雑音の比Ｃ／Ｎは一定で、伝送路損失Ｌによって劣化はしない。
【００４９】
図１０を参照して、ＤＳＰの処理を説明する。図１０において、伝送路に光可変減衰器を挿入して、伝送路損失を設計仕様の最大値として、ＤＳＰ２１３は、基準となる伝送路損失（最大損失）Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒを割り出す（Ｓ１）。ＤＳＰ２１３は、ＰｄｒをＬｒでの光平均受信レベル値に設定する（Ｓ２）。ＤＳＰ２１３は、標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを設定する（Ｓ３）。
【００５０】
光可変減衰器を取り去って、実運用の伝送損路損失Ｌで、ＤＳＰ２１３は、平均値検波出力Ｖｃ１の値から相当する光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄを割り出す（Ｓ４）。ＤＳＰ２１３は、Ｌ／ＬｒをＰｄとＰｄｒから計算する（Ｓ５）。ＤＳＰ２１３は、平均上り信号出力Ｐｏを計算する（Ｓ６）。ＤＳＰ２１３は、フォトダイオード２１１で検出した平均上り信号出力ＰｍｏとＰｏを比較する（Ｓ７）。
【００５１】
ステップ７でＰｍｏ＜＝Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを大きくするようＶｃ２を制御して（Ｓ８）、ステップ４に遷移する。ステップ７でＰｏ＋Δ＞Ｐｍｏ＞Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、そのままステップ４に遷移する。ステップ７でＰｍｏ＞＝Ｐｏ＋Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを小さくするようＶｃ２を制御して（Ｓ９）、ステップ４に遷移する。ここで、条件式にあるΔは、平均光上り信号出力Ｐｏの制御収束幅で、Ｐｏに対して±Δの範囲になるように制御される。
【００５２】
実施例１によれば、双方向光通信システムにおいて、ＣＭＴＳのＣＭに対する送り等化により、伝送路損失Ｌに対して、ＣＭの上り出力信号レベルが変動しても、Ｒ−ＯＮＵの半導体レーザのバイアス電流が制御され、ＯＭＩが一定で平均光上り信号出力Ｐｏが制御されるので、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【実施例２】
【００５３】
図１１および図１２を参照して、実施例２を説明する。図１１を参照して、図４を参照して説明したＲ−ＯＮＵ２０に、機能を付加したＲ−ＯＮＵ２０Ｂを説明する。ＣＭ５０−４は他の３つのＣＭ５０と比較して高い伝送品質が要求されるサービスで、例えばＣＭ５０−１〜ＣＭ５０−３が誤り訂正が可能なデータ伝送サービスに対し、ＣＭ５０−４は伝送遅延が厳しく誤り訂正ができない電話サービスである。本実施例ではこのＣＭ５０−４の上り信号出力値Ｓｏ４をＲ−ＯＮＵ２０ＢのＤＳＰ２１３に入力する。また、図８の実施例と同様、信号処理部ＤＳＰ２１３には、フォトダイオード２１１で平均値検波した値の平均光上り信号出力のモニタ値Ｐｍｏが入力される。前述したように、図６においてＣＭ５０−４の上り信号出力レベルＳｏ４は、ＣＭＴＳ１０の送り等化制御によって制御され、その受信点でのレベルが一定のＳｉｒになるよう決められる。基準となる伝送路損失Ｌｒ（実施例では最大損失する）の伝送路を挟んで、光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ｂを対向し通信させたとき、ＣＭＴＳ１０の送り等化制御で、ＣＭ５０−４の上り信号出力がＳｏ４ｒ、ケーブルモデムＣＭ５０の上り信号出力の合計値がＳｏｒに、決められているとする。Ｒ−ＯＮＵ２０Ｂの初期設定では、基準となる伝送路損失Ｌｒで光送受信器３０と接続したときに想定されるレベルの光下り信号を入力したときに、ＣＭ５０−４から入力される上り信号出力値Ｓｏ４ｒを信号処理プロセッサＤＳＰ２１３に予め設定する。また、図８の実施例での初期設定と同様、標準とする光変調度ＯＭＩｒ（本実施例では３５％）となるよう、上り光信号の平均光上り信号出力Ｐｏ、光上りピーク出力Ｐｐを測定器を用いてモニタして、バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓに調整する。調整後の光上りピーク出力をＰｐｒ、バイアス電流をＩｂｒ、駆動信号電流をＩｓｒとすると、このとき、図８と同様、式５〜式７が成立する。上述の標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒは、ＤＳＰ２１３へ設定しておく。
【００５４】
初期設定後、実運用の伝送路損失Ｌの伝送路で光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ｂを接続したとき、ＣＭ５０−４の上り信号出力Ｓｏ４と伝送路損失ＬｒでのＣＭ５０−４の上り信号出力Ｓｏ４ｒの比Ｓｏ４／Ｓｏ４ｒは、ＣＭＴＳ１０の送り等化で、基準となる伝送路損失ＬｒとＬとの比のＬ／Ｌｒに等しくなるので、次式が成立する。
【００５５】
Ｌ／Ｌｒ＝Ｓｏ４／Ｓｏ４ｒ …（式１３）
ＤＳＰ２１３は、予め設定されたＳｏ４ｒと、入力された上り信号出力値Ｓｏ４により式１３でＬ／Ｌｒを計算し、それに予め設定された標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを乗じた値を、伝送路損失Ｌでの平均光上り信号出力Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒとする。上記のＬ／Ｌｒの計算は、ＣＭ５０−１〜ＣＭ５０−４の合計のレベルＳｏでも、同様にできるが、各ＣＭの上り信号は非同期で、必ずしも同時にサービス中ではないため、検知し難いので、特性上クリティカルなＣＭ５０−４の上り出力レベルＳ０４によりＬ／Ｌｒを算出している。次に、ＤＳＰ２１３で平均光上り信号出力モニタ値Ｐｍｏが、上述したＰｏと等しくなるよう、バイアス電流源２５のＤＳＰ２１３の出力Ｖｃ２をフィードバック制御する。実施例図８と同様、式９〜式１２が成立し、その制御を伝送路損失Ｌ対光変調度ＯＭＩ、平均光上り信号出力Ｐｏのグラフで示すと、図９のようになり、光ヘテロダイン干渉雑音の影響は、伝送路損失Ｌに対して一定になる。
【００５６】
図１２を参照して 実施例２のＤＳＰの信号処理を説明する。図１２において、伝送路に光可変減衰器を挿入して、伝送路損失を設計仕様の最大値として、ＤＳＰ２１３は、基準となる伝送路損失Ｌｒ（最大損失）でのＣＭ５０−４の上り信号出力Ｓｏ４を読み取る（Ｓ１１）。ＤＳＰ２１３は、読み取った値をＳｏ４ｒとして設定する（Ｓ１２）。ＤＳＰ２１３は、平均光上り信号出力をＰｏｒとして設定する（Ｓ１３）。
【００５７】
光可変減衰器を取り去って、実運用の伝送損路損失Ｌで、ＤＳＰ２１３は、Ｓｏ４とＳｏ４ｒの比からＬとＬｒの比を計算する（Ｓ１４）。ＤＳＰ２１３は、Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒを計算してＰｏを求める（Ｓ１５）。ＤＳＰ２１３は、フォトダイオード２１１で検出した平均光上り信号出力ＰｍｏとＰｏを比較する（Ｓ１６）。
【００５８】
ステップ１６でＰｍｏ＜＝Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを大きくするようＶｃ２を制御して（Ｓ１７）、ステップ１４に遷移する。ステップ１６でＰｏ＋Δ＞Ｐｍｏ＞Ｐｏ−Δのとき、ＤＳＰ２１３は、そのままステップ１４に遷移する。ステップ１６でＰｍｏ＞＝Ｐｏ＋Δのとき、ＤＳＰ２１３は、バイアス電流Ｉｂを小さくするようＶｃ２を制御して（Ｓ１８）、ステップ１４に遷移する。ここで、条件式にあるΔは、平均光上り信号出力Ｐｏの制御収束幅で、Ｐｏに対して±Δの範囲になるように制御される。
【００５９】
実施例２によれば、双方向光通信システムにおいて、ＣＭＴＳのＣＭに対する送り等化により、伝送路損失Ｌに対して、ＣＭの上り出力信号レベルが変動しても、Ｒ−ＯＮＵの半導体レーザのバイアス電流が制御され、ＯＭＩが一定で平均光上り信号出力Ｐｏが制御されるので、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【実施例３】
【００６０】
図１３および図１４を参照して、実施例３を説明する。図１３を参照して、実施例３のＲ−ＯＮＵ２０Ｃを説明する。図１３において、Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃは、図４のＲ−ＯＮＵ２０に平均値検波器２９と、信号処理プロセッサ４２と、分岐タップ２１４とＷＤＭ２７の間に電圧制御型光減衰器ＶＯＡ４１を付加して構成している。ＤＳＰ４２は、平均値検波器２９の出力電圧Ｖｃ１を入力として信号処理し、その出力Ｖｃ３で、電圧制御型光減衰器４１の光減衰量ＬＡを制御する。ＤＳＰ４２は、光下り信号波形の平均値検波出力Ｖｃ１の値から、光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄを検知する。Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃの初期設定において、基準となる伝送路損失Ｌｒ（実施例では最大損失とする）の伝送路を挟んで、光送受信器３０とＲ−ＯＮＵ２０Ｃを対向し通信させたとき、光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒを上述の平均値検波器２９で平均値検波した出力Ｖｃ１から検知し、信号処理プロセッサ２１３に予め設定する。また、Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃの初期設定では、基準となる伝送路損失Ｌｒで光送受信器３０と接続したときに想定されるレベルの光下り信号をＲ−ＯＮＵ２０Ｃへ入力し、標準とする光変調度ＯＭＩｒ（本実施例では３５％）となるよう、上り光信号の平均光上り信号出力Ｐｏ、光上りピーク出力Ｐｐを測定器を用いてモニタして、バイアス電流Ｉｂと駆動信号電流Ｉｓに調整する。
【００６１】
調整後の光上りピーク出力をＰｐｒ、バイアス電流をＩｂｒ、駆動信号電流をＩｓｒとすると、図５で示した半導体レーザのＩ−Ｌ特性において式５の関係式が成立する。電圧制御型光減衰器４１の減衰量ＬＡは、適当な初期値ＬＡｒとなるよう、ＤＳＰ４２の出力Ｖｃ３に初期設定し、バイアス電流源２５の駆動電圧Ｖｃ２と電圧／電流変換器２１５の電圧電流変換κを調整してＩｂｒ、Ｉｓｒに設定する。標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒは、ＤＳＰ４２へ設定しておく。Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃの半導体レーザの出力値ＰＬＤは、図４で説明したように、比較増幅器５１の出力Ｖｃ２により、温度変動等の周囲環境変動に対して一定になるよう制御されていて下式が成立する。
【００６２】
Ｐｏｒ＝ＰＬＤ・ＬＡｒ …（式１４）
初期設定後、実運用の伝送路損失Ｌの伝送路で光送受信器３０と、Ｒ−ＯＮＵ２０Ｃを接続すると、ＤＳＰ４２に内蔵する処理プログラムでは、下り光平均受信レベル値Ｐｄを上述の方法でＶｃ１から検知し、上述の予め初期設定された基準となる伝送路損失Ｌｒでの光下り信号Ｐｄｉｎの光平均受信レベル値Ｐｄｒとの比Ｐｄｒ／Ｐｄを計算する。伝送路損失Ｌと基準となる伝送路損失Ｌｒとの比Ｌ／Ｌｒは、Ｐｄｒ／Ｐｄと等しく、ＤＳＰ４２は、これに上述の標準とする平均光上り信号出力Ｐｏｒを乗じた値を平均光上り信号出力Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒとする。ＤＳＰ４２が、出力Ｖｃ２を制御して、電圧制御型光減衰器ＶＯＡ ４１の減衰量ＬＡを式１５の値にすると、式１６の通り平均光上り信号出力ＰｏはＰｏｒ・Ｌ／Ｌｒとなる。
【００６３】
ＬＡ＝ＬＡｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１５）
Ｐｏ＝ＰＬＤ・ＬＡ
＝ＰＬＤ・ＬＡｒ・Ｌ／Ｌｒ
＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１６）
実施例１、実施例２のバイアス電流による光出力の制御では、平均光上り信号出力Ｐｏは制御するが、光上りピーク出力Ｐｐは制御しない。一方、実施例３の光減衰器による光出力の制御は、平均光上り信号出力Ｐｏと光上りピーク出力Ｐｐを同じ比率で制御する。よって伝送路損失Ｌのときの平均光上り信号出力Ｐｏと光上りピーク出力Ｐｐは、標準となる平均光上り信号出力Ｐｏｒ、光上りピーク出力Ｐｐｒを用いて
Ｐｏ＝Ｐｏｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１６）
Ｐｐ＝Ｐｐｒ・Ｌ／Ｌｒ …（式１７）
で表わされる。従って式１８が成立し、伝送路損失Ｌに対して、平均光上り信号出力Ｐｏと光変調度ＯＭＩは、図９で表わされる制御がされる。
【００６４】
ＯＭＩ＝（Ｐｐ−Ｐｏ）／Ｐｏ
＝（Ｐｐｒ−Ｐｏｒ）／Ｐｏｒ
＝ＯＭＩｒ …（式１８）
実施例３の制御は、上り信号レベルＳｉｒに対して、伝送路損失Ｌの変動をキャンセルされるように、電圧制御型光減衰器４１の減衰量ＬＡを制御するオープンループ制御である。よって、ＣＭＴＳ１０による、入力される上り信号レベルＳｉｒを監視するフィードバック制御である送り等化は、実施例３による制御の補完的な動きをする。
【００６５】
図１４を参照して、実施例３のＤＳＰの信号処理を説明する。図１４において、伝送路に光可変減衰器を挿入して、伝送路損失を設計仕様の最大値として、ＤＳＰ４２は、基準となる伝送路損失Ｌｒ（最大損失）での平均値検波出力Ｖｃ１から下り平均光受信レベル値Ｐｄｒを検知する（Ｓ２１）。ＤＳＰ４２は、検知した値をＰｄｒに設定する（Ｓ２２）。ＤＳＰ４２は、平均光上り信号出力ＰｏｒとＶＯＡの減衰量の初期値ＬＡｒを設定する（Ｓ２３）。
【００６６】
光可変減衰器を取り去って、実運用の伝送損路損失Ｌで、ＤＳＰ４２は、平均値検波出力Ｖｃ１の値から相当する光下り信号Ｐｄｉnの光平均受信レベルＰｄを検知する（Ｓ２４）。ＤＳＰ４２は、Ｌ／ＬｒをＰｄとＰｄｒから算出する（Ｓ２５）。ＤＳＰ４２は、平均光出力信号Ｐｏを与える減衰量ＬＡをＬＡｒ・Ｌ／Ｌｒで計算する（Ｓ２６）。ＤＳＰ４２は、ＶＯＡの減衰量がＬＡとなるようにＶｃ２を出力して、ステップ２４に遷移する。
【００６７】
以上説明した実施例のうち、実施例１と実施例３は、既存のＣＭで、Ｄｏｃｓｉｓで標準化された上り信号の通信方式を変えることなくＦＴＴＨシステムを構成できる。実施例２は、電話サービス等の仕様上厳しい伝送品質が要求されるＣＭに対して、上り出力レベルをＲ−ＯＮＵに通知する経路を付加することにより、Ｄｏｃｓｉｓで標準化された上り信号の通信方式を変えることなくＦＴＴＨシステムを構成できる。
【００６８】
実施例３によれば、双方向光通信システムにおいて、ＣＭＴＳのＣＭに対する送り等化により、伝送路損失Ｌに対して、可変光減衰器の損失が制御され、ＯＭＩが一定で平均光上り信号出力Ｐｏが制御されるので、ＯＢＩ発生時においても、光ヘテロダイン干渉雑音によるＣ／Ｎ劣化が抑止され、上り信号の伝送品質が確保される。
【符号の説明】
【００６９】
１０…ＣＭＴＳ、２０…Ｒ−ＯＮＵ、２１…分岐結合部、２２…低域ろ過フィルタ、２３…半導体レーザダイオード、２４…Ｓｉｇｎａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、２５…バイアス電流源、２６…Ｏｎ／ｏｆｆスイッチ、２７…光合分波器（ＷＤＭ）、２８…光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）、２９…平均値検波器、３０…光送受信器（ＴＸ，ＲＸ）、４０…伝送路、５０…ＣＭ、２１０…高域ろ過フィルタ、２１１…フォトダイオード（ＰＤ）、２１３…信号処理部（ＤＳＰ）、２１４…分岐タップ、２１５…電圧／電流変換器（Ｖ／Ａ）、２１６…入出力ポート、２１７…結合器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光信号を受信して第１の電気信号に変換する光／電気変換器と、第２の電気信号を受信して第２の光信号に変換する半導体レーザとを備えた光送受信器において、
前記第２の電気信号は、光伝送路の信号損失量に応じて信号強度を変動され、
基準となる伝送損失で、前記第２の光信号の平均受信レベルを検知し、標準とする光変調度と平均光信号出力とになるように、半導体レーザのバイアス電流と信号電流を調整して予め設定し、
任意の伝送路損失の伝送路において前記第１の光信号の平均受信レベルを検出して、前記基準となる伝送損失の伝送路での平均光受信レベルとの比をとる手段と、前記半導体レーザの出力をモニタし、その平均値レベルを検出する手段とを用いて、前記標準とする平均光信号出力に前記平均光受信レベルの比を乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力が出力されるように前記半導体レーザのバイアス電流を制御する手段を備えることを特徴とする光送受信器。
【請求項２】
第１の光信号を受信して第１の電気信号に変換する光／電気変換器と、第２の電気信号を受信して第２の光信号に変換する半導体レーザとを備えた光送受信器において、
前記第２の電気信号は、光伝送路の信号損失量に応じて信号強度を変動され、
基準となる伝送損失Ｌｒで、前記第２の電気信号の出力レベル値を検知し、標準とする光変調度と平均光信号出力になるように、前記半導体レーザのバイアス電流と信号電流を調整して予め設定され、
任意の伝送路損失の伝送路において、前記第２の電気信号の値を検知し、前記基準となる伝送損失Ｌｒで、前記第２の電気信号の出力レベルとの比をとる手段と、前記半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、前記標準とする平均光信号出力に前記の光信号に変換される電気信号の出力レベル比を乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力が出力されるよう、前記半導体レーザのバイアス電流を制御する手段を備えたことを特徴とする光送受信器。
【請求項３】
第１の光信号を受信して第１の電気信号に変換する光／電気変換器と、第２の電気信号を受信して第２の光信号に変換する半導体レーザと、この半導体レーザの出力に接続された光可変減衰器とを備えた光送受信器において、
前記第２の電気信号は、光伝送路の信号損失量に応じて信号強度を変動され、
基準となる伝送損失で、その光信号の平均受信レベルを検知し、標準とする光変調度と平均光信号出力になるように、半導体レーザのバイアス電流と信号電流を調整して予め設定され、
任意の伝送路損失の伝送路において前記第１の光信号の平均受信レベルを検出して、前記基準となる伝送損失の伝送路での平均光受信レベルとの比をとる手段と、前記半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段とを用いて、前記標準とする平均光信号出力に前記平均光受信レベルの比を乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力が出力されるよう、前記光可変減衰器の減衰量を自動制御する手段を備えたことを特徴とする光送受信器。
【請求項１】
第１の光信号を受信して第１の電気信号に変換する光／電気変換器と、第２の電気信号を受信して第２の光信号に変換する半導体レーザとを備えた光送受信器において、
前記第２の電気信号は、光伝送路の信号損失量に応じて信号強度を変動され、
基準となる伝送損失で、前記第２の光信号の平均受信レベルを検知し、標準とする光変調度と平均光信号出力とになるように、半導体レーザのバイアス電流と信号電流を調整して予め設定し、
任意の伝送路損失の伝送路において前記第１の光信号の平均受信レベルを検出して、前記基準となる伝送損失の伝送路での平均光受信レベルとの比をとる手段と、前記半導体レーザの出力をモニタし、その平均値レベルを検出する手段とを用いて、前記標準とする平均光信号出力に前記平均光受信レベルの比を乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力が出力されるように前記半導体レーザのバイアス電流を制御する手段を備えることを特徴とする光送受信器。
【請求項２】
第１の光信号を受信して第１の電気信号に変換する光／電気変換器と、第２の電気信号を受信して第２の光信号に変換する半導体レーザとを備えた光送受信器において、
前記第２の電気信号は、光伝送路の信号損失量に応じて信号強度を変動され、
基準となる伝送損失Ｌｒで、前記第２の電気信号の出力レベル値を検知し、標準とする光変調度と平均光信号出力になるように、前記半導体レーザのバイアス電流と信号電流を調整して予め設定され、
任意の伝送路損失の伝送路において、前記第２の電気信号の値を検知し、前記基準となる伝送損失Ｌｒで、前記第２の電気信号の出力レベルとの比をとる手段と、前記半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段を用いて、前記標準とする平均光信号出力に前記の光信号に変換される電気信号の出力レベル比を乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力が出力されるよう、前記半導体レーザのバイアス電流を制御する手段を備えたことを特徴とする光送受信器。
【請求項３】
第１の光信号を受信して第１の電気信号に変換する光／電気変換器と、第２の電気信号を受信して第２の光信号に変換する半導体レーザと、この半導体レーザの出力に接続された光可変減衰器とを備えた光送受信器において、
前記第２の電気信号は、光伝送路の信号損失量に応じて信号強度を変動され、
基準となる伝送損失で、その光信号の平均受信レベルを検知し、標準とする光変調度と平均光信号出力になるように、半導体レーザのバイアス電流と信号電流を調整して予め設定され、
任意の伝送路損失の伝送路において前記第１の光信号の平均受信レベルを検出して、前記基準となる伝送損失の伝送路での平均光受信レベルとの比をとる手段と、前記半導体レーザの出力をモニタしその平均値レベルを検出する手段とを用いて、前記標準とする平均光信号出力に前記平均光受信レベルの比を乗じたＲ−ＯＮＵの平均光上り信号出力が出力されるよう、前記光可変減衰器の減衰量を自動制御する手段を備えたことを特徴とする光送受信器。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２４９０５７（Ｐ２０１２−２４９０５７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８８６０（Ｐ２０１１−１１８８６０）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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