JP3589836B2

JP3589836B2 - 光受信器

Info

Publication number: JP3589836B2
Application number: JP21774597A
Authority: JP
Inventors: 祐志大久保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JPH1168674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオードをオンオフすることで直接的に強度変調された光信号からディジタルデータを識別再生する光受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザダイオードをオンオフすることで直接的に強度変調された光信号を伝送する光ファイバ通信システムにおいては、伝送距離に応じて、光送信器の光出力レベルや光受信器の受光電力範囲が異なってくる。ところが、実際には各システム毎に光出力レベルや受光電力範囲を最適に設計するのではなく、例えば長距離用と短距離用の２種類程度の光送信器と光受信器を標準品として準備しておき、適用するシステムに応じて選択することが一般的である。
【０００３】
長距離用の光送信器では、光ファイバの損失を補償するために光出力は大きく設定され、分散の影響を受け難くするためにチャーピングを抑えるよう消光比は小さく設定される。一方、短距離用の光送信器では伝送距離が短くて光ファイバの損失が小さくても、光受信器が飽和することなく受信できるように、光出力レベルは小さく設定され、分散の影響を受けないために消光比は大きく設定される。
【０００４】
このように、両光送信器は、必要とされる条件が異なるために特性が異なるレーザダイオードを使用したり、レーザダイオードの駆動条件も異なる場合が多い。
【０００５】
一方、光受信器の場合、長距離用は光ファイバの損失を補償するために受光感度が高い設計がなされ、短距離用は光ファイバの損失が小さいので過大な受光電力でも受信できるように受光感度は低く設計されている。
【０００６】
このように、光受信器は長距離用と短距離用とで異なる設計がなされているが、異なる部分は受光電力範囲であり、例えば長距離用光受信器であっても光アッテネータを挿入して受光電力を調節することにより短距離用システムにも適用することが可能である。
【０００７】
すなわち、受信感度が高い長距離用光受信器を標準品として準備しておき、適用するシステムの伝送距離に応じて光アッテネータを選ぶことで、一つの光受信器で広範囲に渡る伝送距離に対応することができるようになる。
【０００８】
ところが、従来の光受信器では、光アッテネータを挿入して長距離用と短距離用を共通化しようとすると、長距離用の識別回路設定点と短距離用の識別回路設定点とが一致しないために、長距離用に最適調整すると短距離用は最適調整時よりも特性が悪くなるという問題点があった。以下に、従来の光受信器の構成と共にこの問題点について説明する。
【０００９】
図８は従来の光受信器の構成を示す機能ブロック図である。図８において、光伝送路（図示せず）を介して到来した光信号は、フォトダイオード（ＰＤ）１により光電変換されたのち、前置増幅器２によって電圧信号に変換されて可変利得増幅器３に入力される。可変利得増幅器３の出力の一部はピーク検出回路８に導かれる。このピーク検出回路８は、可変利得増幅器３の出力のピークレベルを検出するもので、その検出出力は誤差増幅器９により増幅され、利得制御信号として可変利得増幅器３にフィードバックされる。これにより可変利得増幅器３の出力は自動利得制御（ＡＧＣ：ａｕｔｏｍａｔｉｃｇａｉｎｃｏｎｔｒｏｌ）され、可変利得増幅器３からは常に一定の振幅の信号が出力される。
【００１０】
この可変利得増幅器３の出力は、クランプ回路４により直流再生されて識別再生回路６に入力される。また可変利得増幅器３の出力はタイミング抽出回路５にも入力されてタイミング抽出がなされ、この出力は位相調整回路１０により位相調整され、クロック信号として外部に出力されると共に識別再生回路６に入力される。
【００１１】
識別再生回路６ではクランプ回路４から与えられる信号に対して識別基準電圧源７が発生する識別基準電圧Ｖｔｈによる電圧識別、および位相調整回路１０から与えられるクロック信号によるタイミング再生がなされ、これにより受信光信号から二値のデータ信号を識別再生することが可能となる。
【００１２】
ところで、クランプ回路４の出力信号は図９に示すような波形となる。これは等化波形と呼ばれている。この等化波形の形状が良好な場合には、識別基準電圧Ｖｔｈは通常は符号誤りを小さくし、電圧識別の余裕を大きくするために、発光側（Ｈｉｇｈレベル）と非発光側（Ｌｏｗレベル）の中央付近に設定される。タイミング再生のために入力されるクロック信号の位相に関しても、等化波形の１タイムスロットの中央付近になるように位相調整回路１０が設定されている。この識別基準電圧Ｖｔｈとクロック信号の入力位相とが直交する点が識別再生回路６の識別点となる。
【００１３】
ところが、レーザダイオードを直接オンオフする光送信器の光出力波形においては、光出力波形の立上がり部分と立下り部分は非対称であり、特に立上がり部分には緩和振動と呼ばれるオーバーシュートが見られる。図１０（ａ）は短距離用送信器の光出力波形の例であり、消光比が大きく設定されている。一方、図１０（ｂ）は長距離用光送信器の光出力波形の例であり、消光比が小さく設定されていて、緩和振動も小さく抑えられている。どちらの波形を受信しても等化波形は図９のように見えるが、誤り率が等しい箇所を示す等誤り率円を用いて表現すると図１１に示すようになり、両者に違いが現れる。
【００１４】
図１１（ａ）は短距離用光送信器の出力光を受信したときの等化波形の等誤り率円を示したもので、例えば内側の破線は誤り率が１０^−１０、外側の破線は誤り率が１０^−６を示している。このように等誤り率円は等化波形に対して均等に開いておらず、特に左上側の立上がり部分が大きく浸蝕されている。これは図１０（ａ）の光出力波形の緩和振動が影響しているためであり、等化波形においてはジッタ成分が大きくなる形で影響が現れている。このため、タイミング再生する際の最適な識別点は１タイムスロットの中央よりもやや後寄りに位置することになる。
【００１５】
一方、図１１（ｂ）は長距離用光送信器の出力光を受信したときの等化波形の等誤り率円を示したものである。等誤り率円は消光比が小さい分だけ破線下側（非発光側）が持ち上がっているが、位相方向に関してはほぼ均等に開いている。これは、図１０（ｂ）の光出力波形の緩和振動が小さく抑えられており、等化波形においてもジッタ成分が小さくなっていることによる。このため、タイミング再生する際の最適な識別点は１タイムスロットの中央付近に位置することになる。
【００１６】
このことは、長距離用に最適設計された光受信器を短距離用に転用するためには、光アッテネータを用いて受光電力を調節するのみでは足りず、１タイムスロットの中での識別再生点の位置をも変化させなければならない事を意味する。すなわち送信距離に応じて光送信器の出力波形が変化するため、これに応じて受信側での識別再生点の位置も変化させなければならない。
【００１７】
ところが、図８に示す従来の光受信器は、識別再生点の位置を変化させる機能を備えていない。このため、例えば長距離用の光送信器に対して最適に設定された光受信器を短距離用の光送信器に転用する場合、最適でない位置で識別再生を行うことになり、符号誤り率が増えるという問題を有していた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来の光送信器では、伝送路における分散の影響などを考慮して、長距離用と短距離用とで出力光信号の波形が互いに異なるものとなっている。これに伴い、光受信器でも長距離用と短距離用とで最適な識別再生点が異なっている。ところが、従来の光受信器では識別再生点が固定的に設定されていた。このため、システム設計の際に、長距離用の光受信器を短距離用の光受信器として転用したいという要求があるにも拘らず、受信レベルの調整を行うだけでは符号誤り率の増加が避けられず、不便であった。
【００１９】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、受信する光信号の伝送距離によらず常に最適な識別再生点で識別再生を行うことができ、これにより長距離用から短距離用への転用が手軽に行える光受信器を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、光伝送路を介して到来する光信号の受光電力に応じて選択可能に設けられる光アッテネータを介して前記光伝送路からの光信号を受信する光受信器において、前記光アッテネータを通過後の光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記電気信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出手段と、前記クロック信号に基づいて、前記電気信号から二値のデータ信号をそれぞれ識別再生する第１及び第２の識別再生回路と、前記第１及び第２の識別再生回路の出力をビット毎に比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、第１の制御信号を生成する第１制御信号生成手段と、前記第１の制御信号により駆動され、前記第１の識別再生回路に与えられるクロック信号の位相を調整する第１の位相調整回路と、前記第１の制御信号に、外部から与えられる付加信号を重畳することで第２の制御信号を生成する第２制御信号生成手段と、前記第２の制御信号により駆動され、前記第２の識別再生回路に与えられるクロック信号の位相を調整する第２の位相調整回路とを具備して構成される。
【００２１】
上記構成によれば、第２の識別再生回路に与えられるクロックの位相が付加信号に応じて変化するため、第１の識別再生回路とは異なる識別再生点でデータの識別再生が行われることになる。このため両者が出力するデータに差が生じ、比較手段がこれを検知する。これに応じてこの差を最小にするための第１の制御信号が第１の位相調整回路に与えられる。このため受信光信号の波形が変化することにより最適な識別再生点が移動しても、第１の識別再生回路に与えられるクロック位相の位置は常に最適に保たれることになり、最も誤り率の少ない識別再生を行うことが可能となる。しかも、伝送距離に応じて光アッテネータを取り替えることで、短距離用と長距離用とで同じ光受信器を共用することができる。これは、上記構成により識別再生点を最適に制御できることにより可能となる。従って装置の供給者にとっては１種類の光受信器を製造するのみで良いことになり、製造コストを低減してユーザおよびメーカの双方にとってメリットがある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図１において図８と同一部分には同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る光受信器の構成を示す機能ブロック図である。本図に示す光受信器は、図８に示す従来の光受信器の構成に加え、第２識別再生回路１１と、第２位相調整回路１２と、誤り検出回路１３と、第１加算器１４と、第２加算器１５と、低周波発振器１６と、位相設定電圧源１７とを具備している。なお図１における第１識別再生回路６および第１位相調整回路１０は、図８における識別再生回路６および位相調整回路１０に相当する。
【００２３】
クランプ回路４の出力は二分岐され、それぞれ第１識別再生回路６と第２識別再生回路１１とに入力される。また第１識別再生回路６と第２識別再生回路１１は、識別基準電圧源７から与えられる共通の識別基準電圧Ｖｔｈをもとにクランプ回路４の出力信号を電圧識別するものである。これらの識別再生回路６，１１は、例えば図２に示すように、クランプ回路４の出力をコンパレータ１８に入力してＶｔｈと比較し、その出力をＤ−フリップフロップ回路（Ｄ型Ｆ／Ｆ）１９でラッチするようにした回路で実現することができる。
【００２４】
一方、タイミング抽出回路５にて再生されたクロック信号も二分岐され、それぞれ第１位相調整回路１０および第２位相調整回路１２に入力される。これらの位相調整回路１０，１２は、外部から与えられる制御電圧によりクロック信号の位相を変化させるもので、例えばタンク回路などで実現することができる。
【００２５】
第１位相調整回路１０から出力されたクロック信号は第１識別再生回路６に入力され、このときの位相条件でクランプ回路４の出力信号はタイミング再生される。なお、第１位相調整回路１０から出力されたクロック信号の一部はクロック信号出力としてそのまま外部に出力される。一方、第２位相調整回路１２から出力されたクロック信号は第２識別再生回路１１に入力され、このときの位相条件でクランプ回路４の出力信号はタイミング再生される。
【００２６】
第１識別再生回路６と第２識別再生回路１１とから出力されるデータ信号は共に誤り検出回路１３に入力されて両者は各ビット毎に比較される。この結果が不一致の場合は符号誤りとして検出され、誤り検出回路１３からは誤り率に比例したレベルの信号が出力される。なお、誤り検出回路１３は例えば排他的論理和回路（ＥＸ−ＯＲ回路）で実現することができる。
【００２７】
誤り検出回路１３の出力信号は第１加算器１４に入力されて位相設定電圧源１７の位相設定電圧Ｖｐと加算され、この加算結果は第１位相調整回路１０に入力される。また第１加算器１４の出力電圧は第２加算器１５にも入力され、ここで低周波発振器１６が発生する低周波信号と加算され、ジッタが付加される。この出力は第２位相調整回路１２に入力される。このように、識別再生回路６，１１の出力データ信号の符号誤りを検出して位相調整回路１０，１２の位相を制御する制御系をなしている。
【００２８】
次に、以上のように構成された光受信器の位相制御動作を説明する。
まず、第１識別再生回路６に入力されるクロック信号は、図３に示すように等化波形１タイムスロットの中央付近に初期設定される。この初期値は位相設定電圧源１７により与えられ、その電圧値に応じた移相量を第１位相調整回路１０が実現し、第１識別再生回路６の入力位相条件が図３のように決まる。第２識別再生回路１１に入力されるクロック信号も同様に位相設定電圧源１７により与えられるが、第２位相調整回路１２に入力される制御電圧は第１加算器１４の出力電圧に低周波発振器１６の出力電圧が加算されたものになっている。
【００２９】
このため、第２位相調整回路１２に入力される電圧は、図５に示すように時間と共に正弦的に変化し、その結果第２位相調整回路１２の移相量も変化する。よって、第２識別再生回路１１に入力されるクロック信号はジッタを付加されたものになる。これにより第２識別再生回路１１は第１識別再生回路６における初期設定値±ジッタ量だけ広い位相範囲をカバーすることになる。
【００３０】
このとき、図４に示す光波形のように位相方向の余裕が十分に大きいときは符号誤りは発生せず、第１識別再生回路６の出力データと第２識別再生回路１１の出力データが常に一致するため、誤り検出回路１３は出力をせず、制御系は初期状態で安定になっている。
【００３１】
次に、図６に示すように位相方向の最適値が中央付近よりも後寄りの光波形が入力された場合の動作を説明する。
第１識別再生回路６に入力されるクロック信号の位相初期設定値は入力光波形には無関係に等化波形１タイムスロットの中央付近に設定されているが、この位相設定点は等誤り率円（図中破線）の中央からずれているため、最適点ではない。このような状態で、第２識別再生回路１１に入力されるクロック信号の位相が最も前寄りになると、第２識別再生回路１１の識別点は等誤り率円の円周付近となる。このとき第２識別再生回路１１の出力データには符号誤りが含まれるようになる。この符号誤りは誤り検出回路１３で検出され、この誤り検出回路１３は誤り率に比例したレベルの信号を第１加算器１４へ出力する。
【００３２】
第１加算器１４は、位相設定電圧源１７の位相設定電圧Ｖｐに誤り検出回路１３の出力を加算して出力する。この第１加算器１４の出力は、第１位相調整回路１０に与えられる。これに応じて、第１位相調整回路１０はクロック信号の位相を初期設定値よりも後寄りに変化させる。これにより、第１識別再生回路６の識別再生点も１タイムスロットの後部よりに移動する。
【００３３】
一方、第１加算器１４の出力は第２加算器１５にも入力されている。この第２加算器１５は、第１加算器１４の出力に低周波発振器１６の出力を加算するもので、その出力は第２位相調整回路１２に与えられる。これに応じて第２位相調整回路１２は、クロック信号の位置を正弦的に変化させる。これにより第２識別再生回路１１の識別再生点は、第１識別再生回路６での識別再生点の位置を中心として前後に移動する。このときの位相関係を図７に示す。
【００３４】
このようにして一連の制御動作は符号誤りが最も小さくなるまで続き、第１識別再生回路６に入力されるクロック信号の位相条件が常に最適になるように動作する。
【００３５】
このように、データ信号を識別再生する第１識別再生回路６とは別に第２識別再生回路１１を設け、この第２識別再生回路１１に入力されるクロック信号にジッタを付加する。そして、両識別再生回路６，１１の出力を誤り検出回路１３で比較し、誤りが最も少なくなるように第１識別再生回路６の識別再生点を調整するようにした。これにより、光送信器の伝送距離の長短による出力波形の違いに依存すること無く、常に最適な位相条件で識別再生を行うことが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば低周波発振器１６に代えてパルス発生器を用い、第２位相調整回路１２に与えられる制御信号をパルス的に変動させるようにしても良い。この様にしても同様の効果を達成できる。
【００３７】
また、第１加算器１４の出力に対してリミッタを設け、第１加算器１４の出力信号が過度に大きくなることを防ぐようにしても良い。こうすることで第１識別再生回路６および第２識別再生回路１１における識別再生点が過度に移動して識別不能になることを防ぐことができ、より効果的である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、第２識別再生回路に入力されるクロック信号にジッタを付加し、この第２識別再生回路と第１識別再生回路とから出力される識別再生信号を比較し、その結果に基づいて第１識別再生回路に入力されるクロック信号の位相を制御するようにしているので、受信光信号の伝送距離が変化することにより最適な識別再生点が移動しても、第１の識別再生回路に与えられるクロック位相の位置は常に最適に保たれることになる。このため受信する光信号の伝送距離によらず常に最適な識別再生点で識別再生を行うことができ、長距離用から短距離用への転用が手軽に行える光受信器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光受信器の構成を示す機能ブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る第１識別再生回路６または第２識別再生回路１１の構成例を示す回路図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る第１識別再生回路６に入力されるクロック信号の位相の初期設定状態を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る第２識別再生回路１１に入力されるクロック信号の位相が変化する様子を示す図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る第２位相調整回路１２に与えられる制御電圧の変化を示す図。
【図６】本発明の第１実施形態に係るクロック信号の位相が最適に制御される前の識別再生点の移動範囲を示す図。
【図７】本発明の第１実施形態に係るクロック信号の位相が最適に制御された後の識別再生点の移動範囲を示す図。
【図８】従来の光受信器の構成例を示す機能ブロック図。
【図９】従来の光受信器における識別再生回路６のクロック入力位相を示す図。
【図１０】短距離用及び長距離用光送信器の出力光波形を示す図。
【図１１】短距離用及び長距離用光送信器の等誤り率円の一例を示す図。
【符号の説明】
１…フォトダイオード（ＰＤ）
２…前置増幅器
３…可変利得増幅器
４…クランプ回路
５…タイミング抽出回路
６…第１識別再生回路
７…識別基準電圧源
８…ピーク検出回路
９…誤差増幅器
１０…第１位相調整回路
１１…第２識別再生回路
１２…第２位相調整回路
１３…誤り検出回路
１４…第１加算器
１５…第２加算器
１６…低周波発振器
１７…位相設定電圧源
１８…コンパレータ
１９…Ｄ型フリップフロップ（Ｄ型Ｆ／Ｆ）

Claims

光伝送路を介して到来する光信号の受光電力に応じて選択可能に設けられる光アッテネータを介して前記光伝送路からの光信号を受信する光受信器において、
前記光アッテネータを通過後の光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記電気信号からクロック信号を抽出するクロック信号抽出手段と、
前記クロック信号に基づいて、前記電気信号から二値のデータ信号をそれぞれ識別再生する第１及び第２の識別再生回路と、
前記第１及び第２の識別再生回路の出力をビット毎に比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、第１の制御信号を生成する第１制御信号生成手段と、
前記第１の制御信号により駆動され、前記第１の識別再生回路に与えられるクロック信号の位相を調整する第１の位相調整回路と、
前記第１の制御信号に、外部から与えられる付加信号を重畳することで第２の制御信号を生成する第２制御信号生成手段と、
前記第２の制御信号により駆動され、前記第２の識別再生回路に与えられるクロック信号の位相を調整する第２の位相調整回路とを具備することを特徴とする光受信器。
前記付加信号は、前記データ信号のビットレートよりも充分に周波数の低い低周波信号であることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記付加信号は、前記データ信号のビットレートよりも充分にパルスレートの低いパルス信号であることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記第１及び第２の識別再生回路は、前記電気信号を、予め基準となる電圧が与えられたコンパレータ回路に入力し、その出力を前記クロック信号が与えられたＤ型フリップフロップ回路でラッチして出力するものであることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記比較手段は、排他的論理和回路に前記第１及び第２の識別再生回路の出力を与えることで両識別再生回路の出力の不一致を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記第１制御信号生成手段は、予め基準となる電圧が与えられた第１の演算増幅器に、前記比較手段の比較結果を入力することで前記第１の制御信号を生成するものであることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記第２制御信号生成手段は、前記付加信号が与えられた第２の演算増幅器に、前記第１の制御信号を入力することで前記第２の制御信号を生成するものであることを特徴とする請求項１記載の光受信器。