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光ファイバーアクセスネットワークは、OLT容量、分岐比、ONU性能、利用可能な帯域幅といった観点から議論されることが多い。しかし、事業者が同じ光ファイバーインフラ上でCATVや放送ビデオを配信する必要がある場合、光受信機はシステムにおいて同様に重要な役割を果たす。
受信機は、入力された光ビデオ信号をどのように使用可能なRF出力に変換するかを決定します。その光入力範囲、RF帯域幅、自動利得制御、直線性、および消費電力は、画質、ネットワークの安定性、および必要なフィールド調整量に直接影響します。
したがって、光受信機の選定は、単一の主要な仕様ではなく、ネットワークアーキテクチャと動作条件から始めるべきである。
このガイドでは、FTTH、FTTB、GPON、XGS-PON、CATV配信ネットワーク向けの光受信機を選択する際に考慮すべき主な要素について説明します。
CATV over fiberシステムでは、テレビ信号またはブロードバンドRF信号がヘッドエンドで光信号に変換され、光ファイバーネットワークを通して伝送されます。
加入者側では、建物の分配点または光ノードにおいて、光受信機が入力された光信号を75オームのRF信号に変換します。RF出力は、テレビ配信ネットワーク、セットトップボックス、ケーブルモデム、またはその他のRF機器に接続できます。
多くのFTTH（光ファイバーによる家庭向け通信）導入事例では、CATV（ケーブルテレビ）の映像信号は、PON（光ネットワーク）データサービスと並行して光オーバーレイとして伝送されます。波長分割多重装置（WDM）は、映像信号がフォトダイオードとRF増幅段に到達する前に、光映像信号とデータ波長を分離します。
CATV光受信機とONU（光ネットワークユニット）または光トランシーバーを区別することが重要です。ONUはPONデータ接続を終端し、イーサネット、音声、Wi-Fiなどのサービスを提供します。CATV光受信機は、テレビ放送やその他のブロードバンドRFサービスに使用されるアナログRFスペクトルを復元する役割を担います。
これら2つの機能は同一の顧客宅内機器に統合される可能性があるが、それぞれ異なる性能要件を持つ別々の信号経路として扱われる。
受信機の仕様を比較する前に、その機器がどこでどのように使用されるかを明確にしてください。
住宅用FTTHネットワークでは、受信機は通常、ONU、ゲートウェイ、またはコンパクトな外部筐体内に設置されます。一般的な優先事項は次のとおりです。
受信機は小型のプラスチック製筐体内に設置される可能性があるため、放熱性能と消費電流はRF出力レベルと同様に重要となる場合がある。
FTTB受信機は、複数のアパートにサービスを提供したり、内部同軸分配ネットワークに供給したりすることができます。単一住宅用受信機と比較すると、このシステムには以下の要件がある場合があります。
出力レベルと歪みを評価する際には、下流側のRFチャネル数と総複合負荷を考慮する必要があります。
HFCネットワークや従来のCATVネットワークでは、受信機は光ノード、アンプ、または分配プラットフォーム内で使用される場合があります。これらのアプリケーションでは、一般的に以下の点が重視されます。
小型FTTH ONU向けに設計された受信機は、HFC光ノードに必要な出力電力を供給できない場合があります。同様に、ネットワークインフラ向けに設計された高出力光受信機は、家庭用機器にとって実用的ではないほど多くの電力を消費する可能性があります。
光入力電力範囲は、最初に確認すべきパラメータの1つです。受信光電力は、いくつかの要因に依存します。
受信機は、設計上の公称値だけでなく、想定される光パワー範囲全体にわたって正しく動作する必要があります。光リンクバジェットには、受信機に到達する可能性のある最小パワーと最大パワーの両方を含める必要があります。過剰な光入力はフォトダイオードやRF段を過負荷にする可能性があり、光入力が不足すると搬送波対雑音比が低下する可能性があります。
したがって、有用な受信機仕様では、以下を定義する必要がある。
検出可能な最低光出力は、必ずしも許容可能なCATV性能を維持できる最低レベルとは限りません。エンジニアは、実際の最小動作電力における必要なCNRまたはMERを評価する必要があります。
自動利得制御は、受信光パワーが場所によって異なる可能性があるFTTHおよびFTTBの展開において特に有用です。
AGC（自動利得制御）がない場合、光入力電力の変化は通常、RF出力レベルに相応の変化をもたらします。これにより、設置結果にばらつきが生じ、外部減衰器や手動調整の必要性が高まる可能性があります。
AGC光受信機は、内部ゲインまたは減衰を調整して、指定された光パワー範囲内で比較的安定したRF出力を維持します。しかし、AGCが存在するだけでは十分ではありません。エンジニアは以下を比較する必要があります。
AGC範囲が広くなれば視野調整の手間は軽減されますが、低入力レベルと高入力レベルの両方で性能を確認する必要があります。低入力レベルではノイズが主な懸念事項となり、高入力レベルではフォトダイオードとアンプの直線性の方が重要になる場合があります。
必要なRF帯域幅は、ネットワーク規格と伝送されるサービスによって異なります。一般的な光受信機の帯域幅には、以下のようなものがあります。
帯域幅が広いほど必ずしも優れているとは限りません。ネットワークが1GHz未満でしか動作しない場合、帯域幅を広げてもコスト、消費電力、設計の複雑さが増すだけで、実質的なメリットが得られない可能性があります。受信機の帯域幅は、以下の点に基づいて選択する必要があります。
新しい機器設計においては、周波数マージンをある程度確保することが有効な場合があります。ただし、フォトダイオード、アンプ、トランス、フィルタ、プリント基板、コネクタなど、信号経路上のすべてのコンポーネントは、想定される周波数範囲に対応している必要があります。
RF出力レベルは、単独の数値として評価すべきではありません。受信機がスプリッタ、長い同軸ケーブル、または複数の加入者用コンセントを駆動する必要がある場合、より高い出力レベルが役立つことがあります。しかし、低歪みを維持しながら高い合成出力を生成するには、十分な直線性が必要です。
必要な受信機出力は、下流側のRFバジェットから算出する必要があります。
小型のFTTH ONUの場合、1世帯に必要な出力レベル程度で十分でしょう。FTTBや建物内配線の場合は、より高い出力レベルが必要になる場合があります。
光受信機の後に外部RFアンプを追加すると出力レベルは向上しますが、ノイズ、歪み、消費電力、システム構成の複雑さにも影響します。一般的には、設計段階でRF回路全体を評価するのが望ましいでしょう。
光受信機の性能は通常、いくつかのRF品質パラメータを用いて記述される。
搬送波対雑音比は、RF搬送波が雑音フロアよりもどれだけ明瞭に復元できるかを示す指標です。
受信光パワーが低下するにつれて、CNRの維持は一般的に難しくなります。そのため、CNRの測定条件は常に確認する必要があります。対応する光入力パワー、チャネル負荷、測定帯域幅を考慮しないCNR値は、比較が困難です。
CSOとCTBは、多数のRFチャネルが同時に送信される際に発生する相互変調歪みを説明する。
これらのパラメータは、多数のアナログチャネルまたはQAMチャネルを伝送するネットワークにおいて特に重要です。受信機の直線性については、想定される光入力電力およびRF出力レベルで評価する必要があります。
デジタルQAMサービスの場合、変調誤差比はシステムレベルでの信号品質をより直接的に測定する指標となることが多い。
MERは光受信機だけでなく、送信機、光ファイバーリンク、光ノイズ、受信機の直線性、RFアンプ、インピーダンス整合、試験装置など、様々な要因によって影響を受けます。
CNRと歪み性能に優れた受信機はより強固な基盤を提供するが、完全な光およびRFリンクは、意図したチャネルプランを使用してテストする必要がある。
振幅の平坦性 動作周波数帯域全体にわたってRF出力レベルがどの程度変化するかを示します。平坦性が低いと、周波数に依存する信号レベルが発生し、すべてのテレビおよびデータチャンネルで一貫したパフォーマンスを維持することが困難になります。
出力リターンロス これは、受信機が75オームのRFシステムにどれだけ適合しているかを示します。インピーダンス整合が不十分だと、反射、リップル、下流のケーブルやフィルタとの干渉が発生する可能性があります。
モジュールを比較する際は、平坦性と反射損失が、単一の周波数だけでなく、動作帯域全体にわたって規定されているかどうかを確認してください。
最終的な機器設計もこれらのパラメータに影響を与える可能性があります。したがって、PCBレイアウト、接地、コネクタ配置、出力整合、筐体構造はプロトタイプ検証に含める必要があります。
消費電力は、統合型ONUや住宅用FTTH機器にとって特に重要です。消費電流の少ないモジュールを使用することで、以下の点が改善されます。
しかし、RF性能を犠牲にして出力を下げるべきではありません。バイアス電流、ゲイン、直線性は、多くの受信機設計において密接に関連しています。
熱試験は、評価ボードを開いた状態だけでなく、最終的な筐体内部でも実施する必要があります。受信機は、プロセッサ、光トランシーバ、電源コンバータ、Wi-Fiコンポーネントなど、内部温度を上昇させる可能性のある機器の近くに配置される場合があるためです。
基本的な光受信機は、光入力とRF出力の接続のみを提供する場合があります。より統合された設計では、デジタル監視および制御機能が含まれる場合があります。有用な機能には、次のようなものがあります。
これらの機能は、管理型ONU、オペレーターゲートウェイ、および遠隔監視ネットワーク機器において有用です。例えば、光パワー監視機能は、光ファイバーリンクの問題とRF分配の問題を区別するのに役立ちます。RF出力制御機能により、オペレーターはブロードバンドデータ接続を中断することなくCATVサービスを無効化できます。
これらの機能の価値は、ホストシステムが情報を読み取り、保存し、それに基づいて動作できるかどうかに左右されます。機器のファームウェアが監視や制御をサポートしていない場合、I²Cインターフェースの利点は限定的です。
FTTH CATV受信機は、WDMとフォトダイオードを統合したアセンブリ、または個別の光コンポーネントを使用する場合があります。統合設計では、以下の利点があります。
部品を分離した設計にすることで、コネクタの種類、光配線、交換戦略においてより柔軟な対応が可能になります。選択は、生産量、筐体設計、組み立て工程、光インターフェースの要件によって異なります。
コネクタの選定も早期に行うべきです。低反射が重要な用途ではSC/APCおよびFC/APCインターフェースが一般的に使用されますが、特定の機器プラットフォームによっては他のコネクタオプションが必要になる場合があります。
| デプロイメント | 主な優先事項 | 受信機の便利な機能 |
| 一戸建て住宅向けFTTH | 低消費電力、コンパクトサイズ、安定した出力 | AGC、WDM/PD内蔵、5V動作、RFオン/オフ |
| GPONまたはXGS-PON ONU | 容易なシステム統合と診断 | I²C、光パワーモニタリング、温度モニタリング |
| FTTBまたはMDU | 出力向上と優れた直線性 | 広帯域幅、高CNR、低CSO/CTB |
| CATV光ノード | 高い複合出力とRF安定性 | 高い直線性、優れた平坦性、強力なリターンロス |
| マネージドオペレーターCPE | リモートサービス制御 | RFの有効/無効、AGCオフセット、ステータス監視 |
| コスト重視の基本受信機 | シンプルなRF変換 | 固定ゲインまたは基本的なAGCアーキテクチャ |
注：この表は、光およびRFリンクの完全なバジェットの代替ではなく、出発点として使用してください。
最大帯域幅のみで選択
周波数範囲が最も広い受信機が、1GHz未満の周波数で動作するネットワークにとって、最適な消費電力、コスト、またはパフォーマンスを提供するとは限りません。
テスト条件を確認せずにRF出力を比較する
出力レベルは、光入力電力、チャネル負荷、歪み、およびAGCの状態と併せて検討する必要があります。
最大光入力を無視する
設計者は感度にばかり注目しがちだが、過負荷状態を見落としがちだ。光ファイバーの経路が短かったり、スプリッタの比率が低かったりすると、予想以上に高い光レベルが発生する可能性がある。
AGCを普遍的な解決策として扱う
AGCは、規定の動作範囲内でのみ出力を安定化します。光リンクの出力が著しく不足している場合や、フォトダイオードが過負荷状態にある場合は、AGCはそれを補正できません。
最終添付書類を無視する
評価ボード上で測定された受信機の性能は、空気の流れが制限され、近くに熱源があるコンパクトな筐体に設置された後に変化する可能性があります。
標準値を保証限界値として使用する
標準的な性能は評価には役立ちますが、製品設計は、可能な限り保証された最小値と最大値に基づいて行うべきです。
光受信機の配備を承認する前に、以下の点を確認してください。
試験では、代表的な送信機、チャネルプラン、光損失、および下流側のRF負荷を用いるべきである。単一トーンの実験室試験では、負荷が完全にかかったCATVシステムを十分に再現することはできない。
FTTH光受信機とONUの違いは何ですか？
ONUはPONデータサービスを終端し、CATV光受信機は光ビデオ信号をRF出力に変換する。これらの機能は両方とも同一のデバイスに統合できる。
FTTH CATV受信機においてAGCが重要な理由は何ですか？
AGCは、加入者拠点間で光入力電力が変動する場合でも、安定したRF出力を維持するのに役立ちます。これにより、手動調整を減らし、設置の一貫性を向上させることができます。
GPONとXGS-PONで同じ光受信機を使用できますか？
CATV受信経路は、光アーキテクチャ、WDM構成、およびホスト機器が該当システム向けに設計されている場合、GPONまたはXGS-PONのいずれとも併用できます。互換性は、機器全体レベルで検証する必要があります。
光学感度が低いほど、必ずしも性能が向上するとは限らない。
いいえ。感度は、CNR、RF出力レベル、歪み、受信機のAGC範囲と併せて考慮する必要があります。受信機は、ネットワークが必要とするRF品質を提供せずに、弱い光信号を検出する場合があります。
FTTH受信機は1.2GHz帯に対応すべきでしょうか？
それはネットワークの周波数計画とアップグレードロードマップによって異なります。1.2GHz受信機は追加のスペクトルマージンを提供できますが、送信機、RFアンプ、フィルタ、PCB、および加入者機器もより広い帯域に対応している必要があります。
光受信機の選定はシステムレベルの決定事項です。光入力電力、AGC範囲、RF帯域幅、出力レベル、ノイズ、歪み、消費電力、制御機能など、すべてを実際の設置環境に合わせて評価する必要があります。
小型FTTH ONUの場合、低消費電力と安定したAGC動作が最優先事項となる可能性があります。FTTBやCATV配信の場合は、出力能力と直線性の方がより重要視されるでしょう。管理対象オペレーター機器には、光モニタリング、温度レポート、リモートRF制御なども必要となる場合があります。
サンランドの現在の製品構成には以下が含まれます。 GPONおよびXGS-PON機器用CATV光受信モジュールコンパクトAGC受信機モジュール、 従来のCATV光受信モジュール, 国連 製品および関連するFTTxコンポーネント。これらのカテゴリは、アーキテクチャを比較したり、特定のネットワークに必要な受信機の仕様を定義したりする際の参考として使用できます。
IPv6ネットワークをサポート
