(57)【要約】【課題】バーストモード受信機のような制約の無い、受動光通信網用の上り信号光パワー等化装置を提供する。【解決手段】光信号を双方向伝送する光ファイバから上り光信号を分離する波長結合器１６０と、分離された上り光信号を少なくとも二つに分配する光分配器１７０と、分配された一方の上り光信号の強さに従う電気信号を出力する光検出器１１０と、該電気信号に従い駆動電流を調節する利得能動調節回路１２０と、分配された他方の上り光信号を所定時間遅延させる遅延素子１３０と、利得能動調節回路により調節された駆動電流に従う増幅利得で遅延素子による遅延後の上り光信号を増幅する光増幅器１４０と、を備えた光パワー等化装置１００を提供する。【選択図】  図４
2005006313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光通信網で伝送される異なる強さの光信号に対する光パワー等化装置であって、
光信号を双方向伝送する光ファイバから上り光信号を分離するための第１の波長結合器と、
前記分離された上り光信号を少なくとも二つに分配する光分配器と、
前記分配された一方の上り光信号の強さに従う電気信号を出力する光検出器と、
前記電気信号に従い駆動電流を調節する利得能動調節回路と、
前記分配された他方の上り光信号を所定時間遅延させる遅延素子と、
前記利得能動調節回路により調節された駆動電流に従う増幅利得で前記遅延素子による遅延後の上り光信号を増幅する光増幅器と、を備えたことを特徴とする光パワー等化装置。
【請求項２】
遅延素子は光ファイバループ（fiber loop）からなる請求項１に記載の光パワー等化装置。
【請求項３】
光増幅器は半導体光増幅器である請求項１に記載の光パワー等化装置。
【請求項４】
利得能動調節回路は、電気信号が強くなると駆動電流を低くし、弱くなると高くする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光パワー等化装置。
【請求項５】
遅延素子は、光検出器及び利得能動調節回路による駆動電流調節と光増幅器の利得変化とに係る時間分、光信号を遅延させる請求項１又は請求項２に記載に光パワー等化装置。
【請求項６】
光増幅器から出力される増幅後の上り光信号を光ファイバへ結合させる第２の波長結合器を備え、該第２の波長結合器により下り光信号が分離されて前記光増幅器及び遅延素子を迂回して第１の波長結合器へ入力される請求項１〜５のいずれか１項に記載の光パワー等化装置。
【請求項７】
受動光通信網における上り光信号の光パワー等化方法において、
双方向通信の光ファイバから上り光信号を分離する段階と、
前記分離された上り光信号の強さを検出する段階と、
前記上り光信号の強さに応じた調整値を発生する段階と、
前記分離された上り光信号を遅延させる段階と、
複数の端局から提供される上り光信号の強さが一定となるように、前記調整値に従う利得で前記遅延後の上り光信号を増幅する段階と、を含むことを特徴とする光パワー等化方法。
【請求項８】
遅延させる段階はns単位の遅延時間で遅延を行う請求項７に記載の光パワー等化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受動光通信網に設置される光パワー等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットを始めとした広帯域マルチメディア需要の飛躍的な増加は、各家庭まで光線路を設置する光加入者網（fiber to the home；ＦＴＴＨ）を要求するようになり、それによってＰＯＮ（Passive Optical Network）が提案された。ＰＯＮは多数のＯＮＵ（optical network unit）が一つの光ファイバを通じてＯＬＴ（optical line termination）を共有する点対多点（Point to Multipoint）網構造であり、加入者との情報交換のための送信方式に従ってＡＴＭ ＰＯＮ（以下、ＡＰＯＮと称する）とEthernet ＰＯＮ（以下、ＥＰＯＮと称する）に分けることができる（イーサネット・Ethernetは登録商標）。
【０００３】
図１は受動型光通信網構成を示す図であり、中央集中局（central office）内のＯＬＴ（optical line termination）５０、受動光分配器（optical splitter）４０、加入者（subscribers）に対応する一つ以上のＯＮＵ（optical network unit）１０、２０、３０などで構成される。
【０００４】
図１に示したような一つのＯＬＴ５０から多数のＯＮＵ１０、２０、３０への通信方式はデータを同時に下り（downstream）伝送し、一方、多数のＯＮＵ１０、２０、３０から一つのＯＬＴ５０にデータを送信する時には各ＯＮＵ１０、２０、３０が送る信号の衝突を避けるためにＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）技法を利用する。そして、各ＯＮＵ１０、２０、３０は、一つのＯＬＴ５０からの距離及び動作環境がそれぞれ異なるので、ＯＮＵ１０、２０、３０から上って来る光信号はＯＬＴ５０受信機の立場で見ればそれぞれ光パワーが異なっている。
【０００５】
このような受動型光通信網で、ＯＬＴ５０からＯＮＵ１０、２０、３０への下り信号の場合には、各加入者に対応するＯＮＵ１０、２０、３０に到逹する信号の強さがそれぞれ異なっても、ＯＮＵの光受信機ではそれぞれ一つの光パワーのみを有する信号を処理するので問題にならないが、ＯＮＵ１０、２０、３０からＯＬＴ５０への上り信号の場合、ＯＬＴの光受信機は、各ＯＮＵ１０、２０、３０から来る信号１２、２２、３２の強さが異なる場合に信号処理が非常に難しくなる。
【０００６】
このような問題を解決するためにＯＬＴ５０の光受信機では多様な光パワーを有する信号の処理が可能なバーストモード光受信機が必要になる。バーストモード光受信機は、一般受信機のＡＣカップリング方式で使われているＤＣブロックキャパシタをとり除いてキャパシタの充／放電時間によるバーストデータの損失を防止し、データ判別のための基準信号として判別しきい値（detection threshold）を受信バーストパケットごとに抽出するようにしている。また、バーストモード光受信機は、抽出したデータを、判別しきい値を中心に対称的に増幅させることで、データを復元する。
【０００７】
図２は従来技術によるバーストモード光受信機の一例を示す概略図であり、光検出器６０、前置増幅部７２、判別しきい値制御部（automatic threshold controller；以下、ＡＴＣと称する）７４、制限増幅部７６で構成される。
【０００８】
光検出器６０は入力される光信号を電流信号に変換する機能をする。前置増幅部７２はトランスインピーダンス増幅器（transimpedance amplifier）で構成され、光検出器６０で検出された電流信号を電圧信号に変換する役割をする。受信された信号は前置増幅部７２で増幅された後、ＡＴＣ７４及び制限増幅器７６にそれぞれ入力される。ＡＴＣ７４は前置増幅部７２から受信されたパケットの判別しきい値を抽出する。判別しきい値は、パケットの大きさに応じＡＴＣ７４によって自動的に変更される。制限増幅器７６は、前置増幅器７２からの互いに異なる大きさの信号を、ＡＴＣ７４から入力される判別しきい値によって一定な振幅の信号に復元する役割をする。
【０００９】
しかし、バーストモード光受信機は、時間割り当ての限界によって多量のデータ量の暴走時に送信システムの性能低下を引き起こす可能性が存在する。具体的に、バーストモード光受信機は、バースト光信号を電気信号に変換した後に判別しきい値を抽出し、判別しきい値に応じて再び一定な振幅の信号に復元する。したがって、各ＯＮＵからのバースト光信号が判別しきい値を検出するために必要な時間を持たずに連続して入力された場合、バースト光信号の復元が不可能になる。
【００１０】
また、送信系で使用する素子で発生する光損失が非常に大きいために、バーストモードの光受信機は、加入者をグループ化（grouping）するか、送信速度を増加させるのに制約点になっている。
【００１１】
したがって、従来のこのような制約点を改善した光通信網に対する要求がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記背景に鑑みて、本発明の目的は、前記制約点を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、本発明では、光通信網で伝送される異なる強さの光信号に対する光パワー等化装置として、光信号を双方向伝送する光ファイバから上り光信号を分離するための第１の波長結合器と、その分離された上り光信号を少なくとも二つに分配する光分配器と、その分配された一方の上り光信号の強さに従う電気信号を出力する光検出器と、該電気信号に従い駆動電流を調節する利得能動調節回路と、分配された他方の上り光信号を所定時間遅延させる遅延素子と、利得能動調節回路により調節された駆動電流に従う増幅利得で遅延素子による遅延後の上り光信号を増幅する光増幅器と、を備えたことを特徴とする光パワー等化装置を提案する。
【００１４】
利得能動調節回路は、電気信号が強くなると駆動電流を低くし、弱くなると高くするものとできる。また、遅延素子は、光検出器及び利得能動調節回路による駆動電流調節と光増幅器の利得変化とに係る時間分、光信号を遅延させるものとする。このような光パワー等化装置には、光増幅器から出力される増幅後の上り光信号を通信用の光ファイバへ結合させる第２の波長結合器を備えるようにし、該第２の波長結合器により下り光信号が分離されて光増幅器及び遅延素子を迂回して第１の波長結合器へ入力される構成とするとよい。
【００１５】
この他に本発明によれば、受動光通信網における上り光信号の光パワー等化方法において、双方向通信の光ファイバから上り光信号を分離する段階と、その分離された上り光信号の強さを検出する段階と、該上り光信号の強さに応じた調整値を発生する段階と、分離された上り光信号を遅延させる段階と、複数の端局から提供される上り光信号の強さが一定となるように、調整値に従う利得で遅延後の上り光信号を増幅する段階と、を含むことを特徴とする。この場合の遅延させる段階は、ns単位の遅延時間で遅延を行うものとすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述したような本発明の光パワー等化装置は、相異な強さの光信号に対して直接的に、互いに異なる光パワーを一定に構成することで、送信システムに使用される電子回路を単純化し、増幅機能を通じた光受信機で感度を犠牲にしないので、高速データ送信率（high bit rate data）でデータ送信が可能になる。また、光パワー等化装置の光増幅器のスイチング速度が速いから、バースト信号間のギャップタイムを最小化することで送信容量を拡大することができるようになる。また、光加入者（ＯＮＵ）と受動光結合器との間の距離の変化による損失の差を増幅器の利得である程度補償することができて、既存の電気素子を利用した方法に比べて、加入者のグルーピングにおいても格段の長所を有している。
【００１７】
また、本発明の場合、タイムデマルチプレキシング（Time demuxing）方式の送信で非常に有用に使用することができるし、さらに、増幅器機能を同時に遂行することで、送信時に発生し得る各種の光損失を補償することができる長所を有している。このような各特性はＰＯＮの全体費用を減少させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭にするために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。
【００１９】
図３は本発明による光パワー等化装置を採用した受動光通信網を示す図である。
【００２０】
図３に示すように、本発明が適用される受動光通信網は、ＯＬＴ（optical line termination）５０、受動光分配器（optical splitter）４０、加入者（subscribers）に対応する一つ以上のＯＮＵ（optical network unit）１０、２０、３０などで構成されるが、本発明に係る光パワー等化装置１００を含む。この光パワー等化装置１００は、多数のＯＮＵ１０、２０、３０から一つのＯＬＴ５０に送信される光信号を受信して、該各光信号が一定な光パワーを有するように動作する。互いに異なる光経路を通じて各加入者のＯＮＵ１０、２０、３０から入って来る上り各光信号のパワーは、ＯＬＴ５０とＯＮＵ１０、２０、３０との間の距離がそれぞれ相異であるために異なるが、光パワー等化装置１００はこのように互いに異なる光の強さを有する光信号に対して、信号の強さによって相異な利得で増幅して一定な光パワーを有するようにする。
【００２１】
受動光通信網で各加入者までの距離及び環境がそれぞれ違って加入者から基地局に入って来る上り光信号の強さがそれぞれ異なる問題点を解決するために、従来ではバーストモード光受信機を採用し、光信号を電気信号に変換した後、各加入者ごとの信号の強さを検出してＡＴＣ（Acutomatic Threshold Controller）及び制限増幅器を通すことで一定パワーを有する信号を出力するが、本発明は、光信号を増幅する光増幅器に対して信号の強さに比例して利得を調整し、光信号を増幅する。
【００２２】
したがって、本発明は光信号自体を増幅して光パワーを一定にするので、従来のように、光信号を電気信号に変換した電気信号を複雑なバーストモード光受信機回路を利用して一定な強さの電気信号にし出力するような必要性がない。
【００２３】
図４は、本発明の望ましい実施例による光パワー等化装置の構成図を示す。図４を参照すれば、光パワー等化装置１００は、上り進行する光信号（UPSTREAM）を分離するための波長結合器１６０、上り信号の一部を光検出器１１０に送るための光分配器１７０、波長結合器１６０からの光信号を受信し、該光信号の強さに対応する強さを有する電気信号に変換する光検出器１１０、光検出器１１０からの電気信号の強さに応答して、光増幅器１４０に提供する駆動電流を調整する利得能動調節回路１２０を備えている。
【００２４】
この光パワー等化装置１００では、光増幅器１４０と光分配器１７０との間に遅延素子１３０を設置して、光信号が光増幅器１４０に到逹する時間を、該当光信号を光検出器１１０で検出して検出信号の信号強度に比例して光増幅器１４０の駆動電流を利得能動調節回路１２０で調節し、利得変化が行われる時間程度、遅延させている。つまり、光パワー等化装置１００は、光増幅器１４０に信号が入力される時間と光増幅器１４０の駆動時間とについて、該当光信号に対して光検出器１１０及び利得能動調節回路１２０が動作する時間程度調節する。すなわち例えば、光ファイバループ（fiber loop）などの遅延素子１３０を通じて遅延を発生させ、光増幅器１４０の電流駆動による増幅が生じる時間と光信号が増幅器１４０を通過する時間とを一致させる。
【００２５】
本発明の光パワー等化装置１００は、一つの光ファイバを通じて送受信される上り信号と下り信号（DOWNSTREAM）を分離するために波長結合器１６０を有し、また、上り信号の一部を光検出器１１０に送るための光分配器１７０、及び、光増幅された上り光信号を下り光信号と結合するための波長結合器１５０を有している。
【００２６】
以下、本発明の望ましい実施例による光パワー等化装置１００の動作を説明する。前述したように受動光通信網では、一つ以上のＯＮＵから相異な強さの光信号がＯＬＴに送信される。ＯＬＴに送信される光信号は光パワー等化装置１００に入力されて一定の光の強さを有するようになる。この光パワー等化装置１００に入力された光信号の経路をよく見れば次のようである。
【００２７】
波長分割結合器１５０に入力される下り信号は点線の経路を通じて進行し、下り方向下流に設けられた波長結合器１６０に結合されて単一光ファイバ経路に沿ってＯＮＵに伝達される。すなわち、下り信号は増幅経路を迂回する。一方、波長結合器１６０に入力される上り信号は実線に沿って進行し、光分配器１７０を通じて光信号の一部が光検出器１１０に送られ、残りは遅延素子１３０を通じて光増幅器１４０へ入力され、所望の利得を得た後に波長結合器１５０を通じてＯＬＴの光検出器に到達する。
【００２８】
光分配器１７０を通じて光検出器１１０に提供される上り光信号の一部は、光検出器１１０で電気信号に変換されて利得能動調節回路１２０に出力される。光検出器１１０から出力される電気信号は、変換前の光信号の強さに比例する信号の大きさを有する。利得能動調節回路１２０は、光検出器１１０からの電気信号を受信すると、該電気信号の強さに応じて調整された駆動電流を光増幅器１４０に提供する。具体的に、利得能動調節回路１２０は、光検出器１１０からの信号の強さに反比例（負の傾きで比例も含む）する大きさを有する駆動電流を出力する。すなわち、光パワーが弱い光信号は高い増幅利得で増幅されるように、一方、光パワーが強い光信号は低い増幅利得で増幅されるように、利得能動調節回路１２０は駆動電流を調整する。これにより利得能動調節回路１２０は、光検出器１１０からの信号が強いと駆動電流を減らして光増幅器１４０に提供し、該当光信号を小さな増幅利得で増幅するようにする一方、光検出器１１０からの信号が弱いと駆動電流を増やして光増幅器１４０に提供し、該当光信号を高い増幅利得で増幅するようにする。すなわち、利得能動調節回路１２０は光検出器１１０からの光信号の強さに反比例する大きさを有する駆動電流を、信号強度に応じた利得可変制御の調整値として出力する。
【００２９】
光増幅器１４０は、利得能動調節回路１２０から提供される駆動電流に従い、入力される上り光信号を増幅する。光増幅器１４０は、大きな駆動電流が印加されれば高い利得で入力光信号を増幅し、反対に小さな駆動電流が印加されれば低い利得で入力光信号を増幅する。
【００３０】
図５は利得能動調節回路１２０からの駆動電流と光増幅器１４０の利得の関係を示すグラフである。グラフの横軸は利得能動調節回路１２０が光増幅器１４０に提供する駆動電流（Current）であり、縦軸はそれによる光増幅器１４０の光信号増幅利得（Gain）である。光増幅器１４０は、入力される駆動電流にほぼ比例する光信号の増幅利得を有する。そして、入力駆動電流が所定の値以上になれば、それによる光信号の増幅利得はほとんど変わらないようになる。このように、光増幅器１４０は駆動電流に応じる光信号の増幅利得を有し、遅延素子１３０から出力される光信号を光増幅する。このような光増幅器１４０のスイチング時間を図６及び図７に示す。
【００３１】
図６及び図７は、光増幅器１４０の駆動電流に応じたスイチング時間（利得変化時間）を示す図である。
【００３２】
図６及び図７に示すように、光増幅器１４０は、駆動電流の変化に応じたスイチング時間（switching time）が非常に速い（ns）という特性を有する。本発明は、光加入者から来る信号のそれぞれ異なる入力の強さを、数nsの短い時間の間に増幅器の駆動電流を調節して利得を変えることで調節し、ＯＬＴに入って来る光の強さを常に一定に維持するようにする。
【００３３】
光検出器１１０と光増幅器１４０との間に設置された遅延素子１３０は、光検出器１１０で入力信号の強さを測定してから光増幅器１４０の駆動電流が調整され、利得が変化するまでの時間程、波長結合器１６０から出力される上り光信号を遅延させる。このような遅延素子１３０は例えば、光ファイバループ（fiber loop）を利用することができる。これによって、光増幅器１４０の電流駆動による増幅が生じる時間と信号が増幅器を通過する時間は一致するようになる。
【００３４】
望ましくは、光増幅器１４０は半導体光増幅器である。この半導体光増幅器は利得のスイチング時間が非常に速い（ns）特性を有するので、光加入者から来る上り信号のそれぞれ異なる入力の強さに応じて調節された駆動電流に応じる増幅器１４０がその利得を数nsの短い時間の間で変化させ、上り信号の光の強さを常に一定に維持するようにする。
【００３５】
以上、本発明の詳細について具体的な実施形態に基づき説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来の受動型光通信網構成を示す図。
【図２】従来技術によるバーストモード光受信機の一例を示す概略図。
【図３】本発明による光パワー等化装置を採用した受動光通信網を示す図。
【図４】本発明による光パワー等化装置の構成図。
【図５】利得能動調節回路からの駆動電流と光増幅器の利得の関係を示すグラフ。
【図６】本発明によるFMS光増幅器のスイチング時間を示す図。
【図７】本発明によるFMS光増幅器のスイチング時間を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１００  光パワー等化装置
１１０  光検出器
１２０  利得能動調節回路
１３０  遅延素子
１４０  光増幅器
１５０，１６０  波長結合器（波長分割結合器）
１７０  光分配器
【図１】
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【図２】
2005006313.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005006313.tif 000007
【図６】
2005006313.tif 000008
【図７】
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