JP4019555B2 - 光受信装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムでは、敷設時に伝送路の伝送特性を測定し、その結果に従い、受信端局における受信信号光の弁別閾値を決定する。そして、以後、その閾値により受信信号光の信号値を判別する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来例では、受信信号光の弁別閾値は固定されている。しかし、光伝送路の伝送特性は時間的に変動し、その結果、受信信号光の最適な弁別閾値も変動することが分かってきた。図１８は、最適弁別閾値の時間的変動の測定結果例を示す。縦軸は、最適弁別閾値を示し、横軸は経過時間を示す。
【０００４】
このような変動に対して、受信信号光の弁別閾値を固定値のままとすると、符号誤り率（Ｑ値）が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は、伝送特性の時間的変動に関わらず、安定的に受信信号を弁別できる光受信装置及び方法を提示することを目的とする。
【０００６】
本発明はまた、伝送特性の変動に応じて適応的に受信信号の弁別閾値を調整する光受信装置及び方法を提示することを目的とする。
【０００７】
本発明に係る光受信装置は、光伝送路から入力する信号光を受信する光受信手段と、当該光受信手段の出力信号を弁別する弁別手段と、当該光受信手段で受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価手段と、当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別手段における弁別閾値を制御する閾値制御手段とを具備する光受信装置であって、当該評価手段は、当該光受信手段により受信された受信信号を互いに異なる複数の固定閾値で弁別する２以上の計測用弁別手段と、当該各計測用弁別手段の出力に含まれるエラー数に関する情報を計測するエラー計測手段と、当該エラー計測手段の計測結果からマーク側及びスペース側の少なくとも一方の標準偏差を算出する標準偏差算出手段とを具備し、当該閾値制御手段が、当該標準偏差算出手段で算出された標準偏差を、予め決定された標準偏差と弁別閾値の対応関係に照合して、当該弁別手段における弁別閾値を決定することを特徴とする。
本発明に係る光受信装置は、光伝送路から入力する信号光を受信する光受信手段と、当該光受信手段の出力信号を弁別する弁別手段と、当該光受信手段で受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価手段と、当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別手段における弁別閾値を制御する閾値制御手段とを具備する光受信装置であって、当該評価手段は、当該光受信手段で受信された信号の振幅を評価する振幅評価手段を有し、当該振幅評価手段が過飽和吸収体からなることを特徴とする。
本発明に係る光受信方法は、光伝送路から入力する信号光を受信する光受信ステップと、当該光受信ステップで受信された信号を弁別する弁別ステップと、当該光受信ステップで受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価ステップと、当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別ステップにおける弁別閾値を制御する閾値制御ステップとを具備する光受信方法であって、当該評価ステップは、当該光受信ステップで受信された受信信号を互いに異なる複数の固定閾値で弁別する２以上の計測用弁別ステップと、当該各計測用弁別ステップの出力に含まれるエラー数に関する情報を計測するエラー計測ステップと、当該エラー計測ステップの計測結果からマーク側及びスペース側の少なくとも一方の標準偏差を算出する標準偏差算出ステップとを具備し、当該閾値制御ステップが、当該標準偏差算出ステップで算出された標準偏差を、予め決定された標準偏差と弁別閾値の対応関係に照合して、当該弁別ステップにおける弁別閾値を決定することを特徴とする。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例を組み込んだ光受信端局の概略構成ブロック図を示す。
【００１４】
光伝送路１０から本実施例の光受信端局１２に信号光が入力する。光受信端局１２の受光素子１４は、光伝送路１０からの信号光を電気信号に変換して、比較器１６の一方の入力に印加する。閾値発生回路１８は、受光素子１４の出力を２値化するための閾値Ｖｔｈを発生して、比較器１６の他方の入力に印加する。比較器１６は受光素子１４の出力と閾値発生回路１８の出力Ｖｔｈを比較して、受光素子１４の出力を２値化する。分離回路２０は比較器１６の出力をｎ個（例えば、ｎ＝１６）のチャンネルに分離し、各チャンネルの２値信号をそれぞれ誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎに供給する。誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎは分離回路２０からの信号のエラーを訂正して多重器２４に供給すると共に、そのエラー数をカウンタ２６に供給する。既存の誤り訂正回路の多くは、このようなエラー数の出力機能を具備するので、本実施例のために特別の誤り訂正回路を用意する必要は無い。多重器２４は、誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎからのｎ個の信号を時間軸上で多重し、ＳＴＭ信号として後段の回路（例えば、光伝送路１０が国際光ファイバ伝送路である場合には、国内通信網）に供給する。
【００１５】
カウンタ２６は、誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎからのエラー数を合計して、閾値制御回路２８に供給する。カウンタ２６の出力値は、いわば、光伝送路１０のＱ値を代表する。閾値制御回路２８は、閾値発生回路１８に閾値制御信号を供給して、その発生閾値Ｖｔｈを変更することができる。閾値制御回路２８は、閾値発生回路１８に時間的に前後して複数の閾値を発生させ、各閾値に対するカウンタ２６の出力から光伝送路１０の現在の伝送状態に対して最適な弁別閾値を決定し、以後、次に弁別閾値を最適化するまでの間、決定した弁別閾値を閾値発生回路１８に発生させる。
【００１６】
図２は、閾値制御回路２８の動作フローチャートを示し、図３は、閾値とエラー数との関係の模式図を示す。図３で、横軸は弁別閾値を示し、縦軸はエラー数を棒グラフとして示す。
【００１７】
閾値制御回路２８は、現在の閾値でカウンタ２６の出力（全チャンネルのエラー数の総和）を取り込み、その平均値を記憶する（Ｓ１）。閾値制御回路２８は、閾値発生回路１８を制御して弁別閾値をマイナス側に所定値だけシフトさせ（Ｓ２）、各閾値でのカウンタ２６の出力を取り込む（Ｓ３）。弁別閾値の１回のシフト量は、ある程度、粗くて良い。図４は、閾値の変化に対するＱ値の変化の測定例を示す。図４で、横軸は、最適閾値からのずれをボルト単位で示し、縦軸は、最適閾値の場合にＷ値からの劣化量（ｄＢ）を示す。弁別閾値を１０ｍＶの幅で変化させれば、Ｑ値の劣化量も０．１ｄＢ以下となるので、１０ｍＶ刻みで閾値を変化させて、エラー数をカウントすればよい。閾値がマイナス側の限界閾値に到達するまで（Ｓ４）、閾値Ｖｔｈのマイナス側へのシフトと（Ｓ２）、各閾値でのカウンタ２６の出力の取り込み（Ｓ３）を繰り返す。
【００１８】
閾値がマイナス側の限界閾値に到達すると（Ｓ４）、閾値をＳ１での初期値に戻して、再度、一定時間、カウンタ２６の出力を取り込み、その平均値を記憶する（Ｓ６）。今度は、閾値Ｖｔｈがプラス側の限界閾値に到達するまで（Ｓ９）、閾値Ｖｔｈをプラス側に段階的にシフトさせ（Ｓ７）、各閾値でのカウンタ２６の出力を取り込み、記憶する（Ｓ８）。
【００１９】
閾値Ｖｔｈがプラス側の限界閾値に到達すると（Ｓ９）。マイナス側の限界閾値からプラス側の限界閾値までの間の各閾値でのエラー数の情報が得られたことになる。この結果から、エラー数が最低になる最適弁別閾値を決定し、以後、その閾値を閾値発生回路１８に発生させる（Ｓ１０）。
【００２０】
Ｓ１０で決定した閾値を一定時間使用したら、再度、図２に示すフローを実行して、弁別閾値を最適化する。
【００２１】
図２では、閾値に対するエラー数の情報をマイナス側限界閾値とプラス側限界閾値の間で計測したが、エラー数が限界値以上になれば、それ以上、エラー数が増加する方向に閾値を変化させても無意味である。この観点では、Ｓ４〜Ｓ９において、エラー数が限界値以下である範囲で、閾値を変化させるようにしてもよいことは明らかである。
【００２２】
また、図１では、理解を容易にするために、比較器１６は、１つの閾値で信号（受光素子１４の出力）を２値化している。しかし、マーク信号用の閾値とスペース信号用の閾値を別々に用意する場合にも、本実施例を適用できることは明らかである。それぞれの閾値を図２に示すプロセスで最適化すればよい。
【００２３】
図５は、本実施例により弁別閾値を適応制御した場合のＱ値の測定結果例である。本実施例によるＱ値を実線で示す。比較のため、弁別閾値を固定値とした場合のＱ値を破線で示す。両者を比較すれば容易に理解できるように、本実施例により、平均的なＱ値を高い範囲に保持できている。
【００２４】
上記実施例では、エラー数が最小になるように弁別閾値を決定した。マークレベルの標準偏差を測定し、その結果から最適閾値を決定することが可能であるので、これを利用しても、弁別閾値を最適化できる。図６は、最適閾値と信号のマークレベルの分布（マークレベルの標準偏差）との間の関係の測定例を示す。図６で、縦軸はマークレベルの標準偏差を示し、横軸は最適閾値を示す。この測定結果では、マークレベルの標準偏差と最適閾値との間の相関係数は−０．８２であった。この測定結果から、マークレベルの標準偏差の測定結果により弁別閾値を帰還制御することで、弁別閾値を動的に最適化できる。
【００２５】
マークレベルの標準偏差を求めるには、例えば、弁別閾値を変化させながら符号誤り率を測定し、その測定結果からＱ値を求める方法（例えば、Ｎ． Ｓ． Ｂｅｒｇａｎｏ他， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．５， ｐｐ．３０４−３０６， １９９３）を応用すればよい。例えば、マーク側（又はスペース側）でＱ値などの伝送特性を測定するときには、弁別閾値をマーク側（又はスペース側）に移動させながら、各閾値レベルでの符号誤り率を測定し、その測定結果の閾値に対する変化から、最良の閾値を決定できる。図７は、弁別閾値に対する符号誤り率の変化の模式図を示す。横軸は弁別閾値、縦軸は符号誤り率をそれぞれ示す。×は測定点を示す。マーク側の測定点を結ぶ補間直線の傾きがマークレベルの標準偏差を示す。従って、少なくともの２つの弁別閾値についてマーク側の符号誤り率を測定すれば、マーク側の標準偏差を知ることができ、弁別閾値を最適化できることになる。
【００２６】
図８、図９及び図１０はそれぞれ、マーク側標準偏差を測定し、その結果により弁別閾値を最適化する実施例の概略構成ブロック図を示す。図８、図９及び図１０に示す各実施例は、受信信号の分岐段階が異なるのみで、基本的な動作及び機能は同じである。
【００２７】
先ず、図８を説明する。光伝送路３０から本発明による光受信装置３２に信号光が入力する。光受信装置３２の受光素子３４は、光伝送路３０からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器３６は受光素子３４の出力を線形増幅する。電気信号分岐回路３８は増幅器３６の出力を可変閾値の弁別回路４０、及び固定閾値Ｖａ，Ｖｂの弁別回路４２，４４に分岐する。分岐回路３６は、増幅器３６の出力を同時に弁別回路４０，４２，４４に供給する回路でも、最適閾値を決定する時には、増幅器３６の出力を弁別回路４２，４４に供給するが、それ以外では増幅器３６の出力を弁別回路４０に供給する回路であってもよい。継続的な信号受信という観点では、前者の構成が望ましいことは明らかである。
【００２８】
弁別回路４２，４４はそれぞれ固定の閾値Ｖａ，Ｖｂにより入力信号を弁別する。誤り率測定回路４６，４８は、弁別回路４２，４４の出力から符号誤り率を測定し、その測定結果を標準偏差算出回路５０に供給する。閾値Ｖａ，Ｖｂはそれぞれ、マーク側の標準偏差を算出するのに必要な２点の符号誤り率を測定できるような値が選択され設定されている。マーク側標準偏差でなく、スペース側の標準偏差を算出しても良いが、光パルス伝送では、マーク側標準偏差の方がより正確に伝送路の状態を把握できる。
【００２９】
標準偏差算出回路５０は誤り率測定回路４６，４８からの測定結果からマーク側の標準偏差を算出する。閾値発生回路５２は標準偏差算出回路５０により算出された標準偏差を、事前に測定しておいた標準偏差と最適閾値の対応関係に照らし合わせて、最適な弁別閾値を決定し、その最適閾値Ｖｘを弁別回路４０に供給する。弁別回路４０は閾値発生回路５２からの閾値Ｖｘに従い電気信号分岐回路３８からの信号を弁別する。弁別回路４０で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００３０】
誤り率測定回路４６，４８、標準偏差算出回路５０及び閾値発生回路５２からなる部分は、マイクロコンピュータその他のディジタル演算回路で実現できる。このディジタル演算回路に弁別回路４２，４４を含めても良い。
【００３１】
以上の説明から容易に理解できるように、分岐回路３８は通常は、増幅器３６の出力を弁別回路４０に供給し、新たに最適弁別閾値を決定すべきときに、増幅器３６の出力を弁別回路４２，４４に供給すればよい。勿論、分岐回路３８は常時、増幅器３６の出力を弁別回路４０，４２，４４の全てに供給するようにしてもよい。
【００３２】
このようにして、図８に示す実施例では、間欠的又は定常的に、２以上の固定閾値により誤り率、従ってマーク側の標準偏差を測定し、その測定結果から最適な弁別閾値を決定し、その最適な弁別閾値により受信信号を弁別する。これにより、本実施例では、伝送路状態の変更に応じて適応的に受信信号の弁別閾値を変更するので、受信状態を常時、最適な状態に維持できる。
【００３３】
図８に示す実施例では、電気信号分岐回路３８により電気段階で受信信号を分岐したが、光段階で受信信号を分岐しても良い。図９は、光段階で信号を分岐する実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００３４】
光伝送路６０から本発明による光受信装置６２に信号光が入力する。光受信装置６２の光信号分岐回路６４は、光伝送路６０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、受光素子６６，６８，７０に供給する。光信号分岐回路６４の分岐機能は、電気信号分岐回路３８のそれと同じでよい。受光素子６６，６８，７０はそれぞれ、分岐回路６４からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器７２，７４，７６はそれぞれ受光素子６６，６８，７０の出力を線形増幅する。
【００３５】
弁別回路７８，８０はそれぞれ固定の閾値Ｖａ，Ｖｂにより増幅器７４，７６の出力信号を弁別し、その結果を閾値制御回路８２に供給する。閾値制御回路８２は、図８に示す実施例の誤り率測定回路４６，４８、標準偏差算出回路５０及び閾値発生回路５２からなる部分と全く同じ構成からなる。すなわち、閾値制御回路８２は、弁別回路７８，８０の出力（異なる２つの閾値Ｖａ，Ｖｂによる信号弁別結果）から符号誤り率を計算し、得られた符号誤り率からマーク側の標準偏差を算出し、マーク側標準偏差から最適な弁別閾値を決定する。そして、閾値制御回路８２は決定した最適弁別閾値Ｖｘを弁別回路８４に供給する。
【００３６】
弁別回路８４は、閾値制御回路８２からの弁別閾値Ｖｘに従い、線形増幅器７２の出力信号を弁別する。弁別回路８４で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００３７】
図１０は、光段階での分岐と電気段階での分岐を組み合わせた実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００３８】
光伝送路９０から本発明による光受信装置９２に信号光が入力する。光受信装置９２の光信号分岐回路９４は、光伝送路９０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、受光素子９６，９８に供給する。光信号分岐回路９４は、光伝送路９０からの信号光を選択的に受光素子９６又は同９８に供給するものでも、２分割して受光素子９６，９８に同時に供給するものでもよい。信号受信の継続性からは後者が好ましい。受光素子９６，９８はそれぞれ、分岐回路９４からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器１００，１０２はそれぞれ受光素子９６，９８の出力を線形増幅する。
【００３９】
電気信号分岐回路１０４は、線形増幅器１０２の出力信号を固定閾値Ｖａ，Ｖｂの弁別回路１０６，１０８に同時に供給する。弁別回路１０６，１０８はそれぞれ固定の閾値Ｖａ，Ｖｂにより電気信号分岐回路１０４からの信号を弁別し、その結果を閾値制御回路１１０に供給する。閾値制御回路１１０は閾値制御回路８２と全く同じ構成からなり、同じように動作する。すなわち、閾値制御回路１１０は、弁別回路１０６，１０８の出力（異なる２つの閾値Ｖａ，Ｖｂによる信号弁別結果）から符号誤り率を計算し、得られた符号誤り率からマーク側の標準偏差を算出し、マーク側標準偏差から最適な弁別閾値を決定する。そして、閾値制御回路１１０は決定した最適弁別閾値Ｖｘを弁別回路１１２に供給する。
【００４０】
弁別回路１１２は、閾値制御回路１１０からの弁別閾値Ｖｘに従い、線形増幅器１００の出力信号を弁別する。弁別回路１１２で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００４１】
より簡単には、マーク側の符号誤り率とスペース側の符号誤り率を測定し、その測定値の変動から最適弁別閾値を推定することができる。弁別閾値に対するマーク側及びスペース側の符号誤り率の変化の傾きがそれぞれ一定であると仮定した場合には、マーク側及びスペース側の符号誤り率の測定値がそれぞれ１つで済み、簡易な構成で最適閾値を決定できる。マーク側及びスペース側のそれぞれ複数の弁別閾値で符号誤り率を測定すれば、弁別閾値に対するマーク側及びスペース側の符号誤り率の変化の傾きを動的に測定できるので、より正確に弁別閾値を最適化できることはまた、明らかである。
【００４２】
図１１は、マーク側の符号誤り率とスペース側の符号誤り率により弁別閾値を最適化する実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００４３】
光伝送路１２０から本発明による光受信装置１２２に信号光が入力する。光受信装置１２２の受光素子１２４は、光伝送路１２０からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器１２６は受光素子１２４の出力を線形増幅する。電気信号分岐回路１２８は増幅器１２６の出力を可変閾値の弁別回路１３０、及び固定閾値Ｖｃ，Ｖｄの弁別回路１３２，１３４に分岐する。分岐回路１２８は分岐回路３６と同じ機能を具備する。
【００４４】
弁別回路１３２は、マークに対する固定の閾値Ｖｃにより入力信号のマークを弁別する。弁別回路１３４は、スペースに対する固定の閾値Ｖｄにより入力信号のスペースを弁別する。閾値Ｖｃは２値信号を識別する通常の弁別閾値よりも高い値に設定され、逆に閾値Ｖｄは、２値信号を識別する通常の弁別閾値よりも低い値に設定されている。誤り率測定回路１３６は、弁別回路１３２の出力からマーク側の符号誤り率を算出し、誤り率測定回路１３８は、弁別回路１３４の出力からスペース側の符号誤り率を算出する。誤り率測定回路１３６，１３８の測定結果は、閾値制御回路１４０に供給される。閾値制御回路１４０は、誤り率測定回路１３６，１３８により測定されたマーク側及びスペース側の誤り率から最適な弁別閾値Ｖｘを決定し、弁別回路１３０に供給する。
【００４５】
弁別回路１３０は閾値制御回路１４０からの閾値Ｖｘに従い電気信号分岐回路１２８からの信号を弁別する。弁別回路１４０で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００４６】
図１２、図１３及び図１４を参照して、閾値制御回路１４０における最適閾値Ｖｘの決定法を説明する。図１２、図１３及び図１４は、弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す。図１２は初期状態、図１３は、図１２に示す初期状態からスペース側符号誤り率が増大した状態、図１４は、逆に、図１２に示す初期状態からマーク側符号誤り率が増大した状態をそれぞれ示す。図１２、図１３及び図１４で、横軸は弁別閾値、縦軸は符号誤り率を示す。
【００４７】
図１２に示す初期状態では、マーク側の符号誤り率の直線とスペース側符号誤り率の直線の交点に対する弁別閾値Ｖ１が、最適な弁別閾値Ｖｘとなる。マーク側の符号誤り率の直線と、スペース側符号誤り率の直線の傾きが既知の場合、図１１に示す実施例のように、マーク側符号誤り率を閾値Ｖｃで測定し、スペース側符号誤り率を閾値Ｖｄで測定することで、交点に対する弁別閾値Ｖ１を簡単に算出できる。符号誤り率の弁別閾値に対する傾きの変化を無視できない場合又は、より高精度に最適な弁別閾値を決定した場合には、マーク側符号誤り率を複数の弁別閾値で測定すると共に、スペース側符号誤り率も複数の弁別閾値で測定すればよいことは明らかである。
【００４８】
図１２に示す初期状態からスペース側符号誤り率が増大すると、図１３に示すように、マーク側の符号誤り率の直線とスペース側符号誤り率の直線の交点に対応する閾値Ｖ２はＶ１に比べて右方向に移動する。これにより、閾値制御回路１４０は、弁別閾値Ｖ２を新たな最適な弁別閾値Ｖｘとして弁別回路１３０に供給する。
【００４９】
逆に、図１２に示す初期状態からマーク側符号誤り率が増大すると、図１４に示すように、マーク側の符号誤り率の直線とスペース側符号誤り率の直線の交点に対応する閾値Ｖ３はＶ１に比べて左方向に移動する。これにより、閾値制御回路１４０は、弁別閾値Ｖ３を新たな最適な弁別閾値Ｖｘとして弁別回路１３０に供給する。
【００５０】
このようにして、図１１に示す実施例では、非常に簡単な構成で、伝送路状態に応じて適応的に弁別閾値を最適化して、受信状態を最適な状態に維持できる。
【００５１】
図８に示す実施例を図９及び図１０を示す実施例のように変更したのと同様に、図１１に示す実施例も、信号の分岐を光段階及び又は電気段階で変更しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
図１５は、受信信号から再生されるクロック信号の振幅により弁別閾値を最適化する実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００５３】
光伝送路１５０から本発明による光受信装置１５２に信号光が入力する。光受信装置１５２の受光素子１５４は、光伝送路１５０からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器１５６は受光素子１５４の出力を線形増幅する。電気信号分岐回路１５８は増幅器１５６の出力を可変閾値の弁別回路１６０及びクロック抽出回路１６２に分岐する。分岐回路１５８は、分岐回路３６，１２８と同様に、増幅器１５６の出力を弁別回路１６０及びクロック抽出回路１６２の両方に同時に供給するものでも、弁別回路１６０又はクロック抽出回路１６２に選択的に供給するものでも、どちらでもよい。信号受信の継続性からは前者の機能が望ましい。
【００５４】
クロック抽出回路１６２は分岐回路１５８からの信号からクロックを抽出する。通常の光受信器では、クロック信号振幅を一定にするためにリミティング・アンプを使用するが、本実施例では、線形増幅器１５６を使用している。これにより、クロック抽出回路１６２は、受信信号光の波形に応じた振幅のクロック信号を得ることができる。
【００５５】
クロック抽出回路１６２により抽出されたクロック信号は線形増幅器１６４により線形増幅されて閾値制御回路１６６に印加される。閾値制御回路１６６は、線形増幅器１６４からのクロック信号の振幅に応じて弁別回路１６０の弁別閾値を最適値Ｖｘに制御する。すなわち、マーク側の雑音が大きい場合、図１４に図示したように、最適閾値はスペース側に移動し、同時に、クロックの振幅が雑音の影響で減少する。逆に、マーク側の雑音が小さい場合、最適閾値はマーク側に移動し、同時に、クロックの振幅が雑音の影響で増大する。閾値制御回路１６６には、このようなクロック振幅と最適閾値との対応を示す情報が予めセットされており、閾値制御回路１６６は、線形増幅器１６４の出力の振幅（クロック振幅）をこの情報に照合して最適閾値Ｖｘを決定し、弁別回路１６０に供給する。
【００５６】
弁別回路１６０は閾値制御回路１６６からの閾値Ｖｘに従い電気信号分岐回路１５８からの信号を弁別する。弁別回路１６０で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００５７】
図１６は、図１５に示す実施例を、電気段の分岐から光段での分岐に変更した実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００５８】
光伝送路１７０から本発明による光受信装置１７２に信号光が入力する。光受信装置１７２の光信号分岐回路１７４は、光伝送路１７０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、受光素子１７６，１７８に供給する。光信号分岐回路１７４の分岐機能は、電気信号分岐回路１５８のそれと同じでよい。受光素子１７６，１７８はそれぞれ、分岐回路１７４からの信号光を電気信号に変換する。線形増幅器１８０は受光素子１７６の出力を線形増幅して、可変閾値の弁別回路１８２に供給する。
【００５９】
クロック抽出回路１８４は、クロック抽出回路１６２と同様に、受光素子１７８の出力からクロックを抽出する。図１５の場合と同様に、クロック抽出回路１８４から出力されるクロックの振幅は、光伝送路１７０の雑音状況を反映している。
【００６０】
クロック抽出回路１８４により抽出されたクロック信号は線形増幅器１８６により線形増幅されて閾値制御回路１８８に印加される。閾値制御回路１８８は、閾値制御回路１６６と同様に、線形増幅器１８６からのクロック信号の振幅に応じて弁別回路１８２の弁別閾値を最適値Ｖｘに制御する。
【００６１】
弁別回路１８２は閾値制御回路１８８からの閾値Ｖｘに従い線形増幅器１８０の出力信号を弁別する。弁別回路１８２で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００６２】
図１７は、上述した各実施例の光受信装置を受信端局に使用する光伝送システムの概略構成ブロック図を示す。光送信端局２１０は、光信号を光伝送路２１２に出力する。光伝送路２１２は、多数の光ファイバ２１４と、これら光ファイバ２１４をシリアルに接続する光増幅中継器２１６からなる。光伝送路２１２を伝送した信号光は光受信端局２１８に入力する。光受信端局２１８は、上述した光受信装置を内蔵し、光伝送路２１２の伝送状態に応じて適応的に信号の弁別閾値を最適化して受信信号を弁別する。これにより、光伝送路の伝送特性の経時的な変化に対して適切な弁別閾値を選択設定でき、良好な信号受信性能を維持できる。
【００６３】
上記各実施例では、最終的に伝送特性を電気信号で評価したが、光のままで伝送特性を評価することも可能である。図１９は、その実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００６４】
図１９では、光伝送路１９０から本発明による光受信装置１９２に信号光が入力する。光受信装置１９２の光信号分岐回路１９４は、光伝送路１９０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、特性評価光回路１９６と受光素子１９８に供給する。光信号分岐回路１９４の分岐機能は、電気信号分岐回路１５８，１７４のそれと同じでよい。特性評価光回路１９６は、光信号分岐回路１９４から入力する信号光から受信信号の弁別閾値を決定する弁別閾値制御信号を生成する。受光素子１９８は、分岐回路１９４からの信号光を電気信号に変換する。線形増幅器２００は受光素子１９８の出力を線形増幅して、可変閾値の弁別回路２０２に供給する。弁別回路２０２は、特性評価光回路１９６からの弁別閾値制御信号に応じた弁別閾値で、線形増幅器２００の出力信号を弁別する。弁別回路２０２で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００６５】
特性評価光回路１９６は例えば、過飽和吸収体からなる。過飽和吸収体は、弱い入力光を吸収し、強い入力光を吸収せず透過する素子である。光信号の振幅変動が最適な弁別閾値に影響していると考えると、過飽和吸収体を通過した光信号から弁別閾値を決定する情報を得ることができる。すなわち、過飽和吸収体の出力光が弱いときには、光信号の振幅が小さいと考えられるので、弁別閾値をスペース側に寄せるべきである。逆に、過飽和吸収体の出力光が強いときには、光信号の振幅が大きいと考えられるので、弁別閾値をマーク側に寄せれば良い。このように、弁別回路２０２は、過飽和吸収体の透過光から、このように弁別閾値を決定すれば良い。これにより、光レベルで伝送特性を評価して、その評価結果により受信信号の弁別閾値をフィードフォワード制御できる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、伝送特性の変化に関わらず、最適な状態で信号を受信できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】 閾値制御回路２８の動作フローチャートである。
【図３】 閾値とエラー数との関係の模式図である。
【図４】 閾値の変化に対するＱ値の変化の測定例である。
【図５】 本実施例により弁別閾値を適応制御した場合のＱ値の測定結果例である。
【図６】 最適閾値と信号のマークレベルの分布との間の関係の測定例である。
【図７】 弁別閾値に対する符号誤り率の変化の模式図である。
【図８】 本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。
【図９】 本発明の第３実施例の概略構成ブロック図である。
【図１０】 本発明の第４実施例の概略構成ブロック図である。
【図１１】 本発明の第５実施例の概略構成ブロック図である。
【図１２】 弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す模式図である。
【図１３】 スペース側符号誤り率が増大した状態での、弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す模式図である。
【図１４】 マーク側符号誤り率が増大した状態での、弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す模式図である。
【図１５】 本発明の第６実施例の概略構成ブロック図である。
【図１６】 本発明の第７実施例の概略構成ブロック図である。
【図１７】 上述した各実施例の光受信装置を受信端局に使用する光伝送システムの概略構成ブロック図である。
【図１８】 最適弁別閾値の時間的変動の測定結果例である。
【図１９】 伝送特性を光回路で評価する実施例の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
１０：光伝送路
１２：光受信端局
１４：受光素子
１６：比較器
１８：閾値発生回路
２０：分離回路
２２−１〜２２−ｎ：誤り訂正回路
２４：多重器
２６：カウンタ
２８：閾値制御回路
３０：光伝送路
３２：光受信装置
３４：受光素子
３６：線形増幅器
３８：電気信号分岐回路
４０，４２，４４：弁別回路
４６，４８：誤り率測定回路
５０：標準偏差算出回路
５２：閾値発生回路
６０：光伝送路
６２：光受信装置
６４：光信号分岐回路
６６，６８，７０：受光素子
７２，７４，７６：線形増幅器
７８，８０：弁別回路
８２：閾値制御回路
８４：弁別回路
９０：光伝送路
９２：光受信装置
９４：光信号分岐回路
９６，９８：受光素子
１００，１０２：線形増幅器
１０４：電気信号分岐回路
１０６，１０８：弁別回路
１１０：閾値制御回路
１１２：弁別回路
１２０：光伝送路
１２２：光受信装置
１２４：受光素子
１２６：線形増幅器
１２８：電気信号分岐回路
１３０，１３２，１３４：弁別回路
１３６，１３８：誤り率測定回路
１４０：閾値制御回路
１５０：光伝送路
１５２：光受信装置
１５４：受光素子
１５６：線形増幅器
１５８：電気信号分岐回路
１６０：弁別回路
１６２：クロック抽出回路
１６４：線形増幅器
１６６：閾値制御回路
１７０：光伝送路
１７２：光受信装置
１７４：光信号分岐回路
１７６，１７８：受光素子
１８０：線形増幅器
１８２：弁別回路
１８４：クロック抽出回路
１８６：線形増幅器
１８８：閾値制御回路
１９０：光伝送路
１９２：光受信装置
１９４：光信号分岐回路
１９６：特性評価光回路
１９８：受光素子
２００：線形増幅器
２０２：弁別回路
２１０：光送信端局
２１２：光伝送路
２１４：光ファイバ
２１６：光増幅中継器
２１８：光受信端局
【発明の属する技術分野】
本発明は、光受信装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光伝送システムでは、敷設時に伝送路の伝送特性を測定し、その結果に従い、受信端局における受信信号光の弁別閾値を決定する。そして、以後、その閾値により受信信号光の信号値を判別する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来例では、受信信号光の弁別閾値は固定されている。しかし、光伝送路の伝送特性は時間的に変動し、その結果、受信信号光の最適な弁別閾値も変動することが分かってきた。図１８は、最適弁別閾値の時間的変動の測定結果例を示す。縦軸は、最適弁別閾値を示し、横軸は経過時間を示す。
【０００４】
このような変動に対して、受信信号光の弁別閾値を固定値のままとすると、符号誤り率（Ｑ値）が劣化してしまう。
【０００５】
本発明は、伝送特性の時間的変動に関わらず、安定的に受信信号を弁別できる光受信装置及び方法を提示することを目的とする。
【０００６】
本発明はまた、伝送特性の変動に応じて適応的に受信信号の弁別閾値を調整する光受信装置及び方法を提示することを目的とする。
【０００７】
本発明に係る光受信装置は、光伝送路から入力する信号光を受信する光受信手段と、当該光受信手段の出力信号を弁別する弁別手段と、当該光受信手段で受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価手段と、当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別手段における弁別閾値を制御する閾値制御手段とを具備する光受信装置であって、当該評価手段は、当該光受信手段により受信された受信信号を互いに異なる複数の固定閾値で弁別する２以上の計測用弁別手段と、当該各計測用弁別手段の出力に含まれるエラー数に関する情報を計測するエラー計測手段と、当該エラー計測手段の計測結果からマーク側及びスペース側の少なくとも一方の標準偏差を算出する標準偏差算出手段とを具備し、当該閾値制御手段が、当該標準偏差算出手段で算出された標準偏差を、予め決定された標準偏差と弁別閾値の対応関係に照合して、当該弁別手段における弁別閾値を決定することを特徴とする。
本発明に係る光受信装置は、光伝送路から入力する信号光を受信する光受信手段と、当該光受信手段の出力信号を弁別する弁別手段と、当該光受信手段で受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価手段と、当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別手段における弁別閾値を制御する閾値制御手段とを具備する光受信装置であって、当該評価手段は、当該光受信手段で受信された信号の振幅を評価する振幅評価手段を有し、当該振幅評価手段が過飽和吸収体からなることを特徴とする。
本発明に係る光受信方法は、光伝送路から入力する信号光を受信する光受信ステップと、当該光受信ステップで受信された信号を弁別する弁別ステップと、当該光受信ステップで受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価ステップと、当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別ステップにおける弁別閾値を制御する閾値制御ステップとを具備する光受信方法であって、当該評価ステップは、当該光受信ステップで受信された受信信号を互いに異なる複数の固定閾値で弁別する２以上の計測用弁別ステップと、当該各計測用弁別ステップの出力に含まれるエラー数に関する情報を計測するエラー計測ステップと、当該エラー計測ステップの計測結果からマーク側及びスペース側の少なくとも一方の標準偏差を算出する標準偏差算出ステップとを具備し、当該閾値制御ステップが、当該標準偏差算出ステップで算出された標準偏差を、予め決定された標準偏差と弁別閾値の対応関係に照合して、当該弁別ステップにおける弁別閾値を決定することを特徴とする。
【００１２】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施例を組み込んだ光受信端局の概略構成ブロック図を示す。
【００１４】
光伝送路１０から本実施例の光受信端局１２に信号光が入力する。光受信端局１２の受光素子１４は、光伝送路１０からの信号光を電気信号に変換して、比較器１６の一方の入力に印加する。閾値発生回路１８は、受光素子１４の出力を２値化するための閾値Ｖｔｈを発生して、比較器１６の他方の入力に印加する。比較器１６は受光素子１４の出力と閾値発生回路１８の出力Ｖｔｈを比較して、受光素子１４の出力を２値化する。分離回路２０は比較器１６の出力をｎ個（例えば、ｎ＝１６）のチャンネルに分離し、各チャンネルの２値信号をそれぞれ誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎに供給する。誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎは分離回路２０からの信号のエラーを訂正して多重器２４に供給すると共に、そのエラー数をカウンタ２６に供給する。既存の誤り訂正回路の多くは、このようなエラー数の出力機能を具備するので、本実施例のために特別の誤り訂正回路を用意する必要は無い。多重器２４は、誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎからのｎ個の信号を時間軸上で多重し、ＳＴＭ信号として後段の回路（例えば、光伝送路１０が国際光ファイバ伝送路である場合には、国内通信網）に供給する。
【００１５】
カウンタ２６は、誤り訂正回路２２−１〜２２−ｎからのエラー数を合計して、閾値制御回路２８に供給する。カウンタ２６の出力値は、いわば、光伝送路１０のＱ値を代表する。閾値制御回路２８は、閾値発生回路１８に閾値制御信号を供給して、その発生閾値Ｖｔｈを変更することができる。閾値制御回路２８は、閾値発生回路１８に時間的に前後して複数の閾値を発生させ、各閾値に対するカウンタ２６の出力から光伝送路１０の現在の伝送状態に対して最適な弁別閾値を決定し、以後、次に弁別閾値を最適化するまでの間、決定した弁別閾値を閾値発生回路１８に発生させる。
【００１６】
図２は、閾値制御回路２８の動作フローチャートを示し、図３は、閾値とエラー数との関係の模式図を示す。図３で、横軸は弁別閾値を示し、縦軸はエラー数を棒グラフとして示す。
【００１７】
閾値制御回路２８は、現在の閾値でカウンタ２６の出力（全チャンネルのエラー数の総和）を取り込み、その平均値を記憶する（Ｓ１）。閾値制御回路２８は、閾値発生回路１８を制御して弁別閾値をマイナス側に所定値だけシフトさせ（Ｓ２）、各閾値でのカウンタ２６の出力を取り込む（Ｓ３）。弁別閾値の１回のシフト量は、ある程度、粗くて良い。図４は、閾値の変化に対するＱ値の変化の測定例を示す。図４で、横軸は、最適閾値からのずれをボルト単位で示し、縦軸は、最適閾値の場合にＷ値からの劣化量（ｄＢ）を示す。弁別閾値を１０ｍＶの幅で変化させれば、Ｑ値の劣化量も０．１ｄＢ以下となるので、１０ｍＶ刻みで閾値を変化させて、エラー数をカウントすればよい。閾値がマイナス側の限界閾値に到達するまで（Ｓ４）、閾値Ｖｔｈのマイナス側へのシフトと（Ｓ２）、各閾値でのカウンタ２６の出力の取り込み（Ｓ３）を繰り返す。
【００１８】
閾値がマイナス側の限界閾値に到達すると（Ｓ４）、閾値をＳ１での初期値に戻して、再度、一定時間、カウンタ２６の出力を取り込み、その平均値を記憶する（Ｓ６）。今度は、閾値Ｖｔｈがプラス側の限界閾値に到達するまで（Ｓ９）、閾値Ｖｔｈをプラス側に段階的にシフトさせ（Ｓ７）、各閾値でのカウンタ２６の出力を取り込み、記憶する（Ｓ８）。
【００１９】
閾値Ｖｔｈがプラス側の限界閾値に到達すると（Ｓ９）。マイナス側の限界閾値からプラス側の限界閾値までの間の各閾値でのエラー数の情報が得られたことになる。この結果から、エラー数が最低になる最適弁別閾値を決定し、以後、その閾値を閾値発生回路１８に発生させる（Ｓ１０）。
【００２０】
Ｓ１０で決定した閾値を一定時間使用したら、再度、図２に示すフローを実行して、弁別閾値を最適化する。
【００２１】
図２では、閾値に対するエラー数の情報をマイナス側限界閾値とプラス側限界閾値の間で計測したが、エラー数が限界値以上になれば、それ以上、エラー数が増加する方向に閾値を変化させても無意味である。この観点では、Ｓ４〜Ｓ９において、エラー数が限界値以下である範囲で、閾値を変化させるようにしてもよいことは明らかである。
【００２２】
また、図１では、理解を容易にするために、比較器１６は、１つの閾値で信号（受光素子１４の出力）を２値化している。しかし、マーク信号用の閾値とスペース信号用の閾値を別々に用意する場合にも、本実施例を適用できることは明らかである。それぞれの閾値を図２に示すプロセスで最適化すればよい。
【００２３】
図５は、本実施例により弁別閾値を適応制御した場合のＱ値の測定結果例である。本実施例によるＱ値を実線で示す。比較のため、弁別閾値を固定値とした場合のＱ値を破線で示す。両者を比較すれば容易に理解できるように、本実施例により、平均的なＱ値を高い範囲に保持できている。
【００２４】
上記実施例では、エラー数が最小になるように弁別閾値を決定した。マークレベルの標準偏差を測定し、その結果から最適閾値を決定することが可能であるので、これを利用しても、弁別閾値を最適化できる。図６は、最適閾値と信号のマークレベルの分布（マークレベルの標準偏差）との間の関係の測定例を示す。図６で、縦軸はマークレベルの標準偏差を示し、横軸は最適閾値を示す。この測定結果では、マークレベルの標準偏差と最適閾値との間の相関係数は−０．８２であった。この測定結果から、マークレベルの標準偏差の測定結果により弁別閾値を帰還制御することで、弁別閾値を動的に最適化できる。
【００２５】
マークレベルの標準偏差を求めるには、例えば、弁別閾値を変化させながら符号誤り率を測定し、その測定結果からＱ値を求める方法（例えば、Ｎ． Ｓ． Ｂｅｒｇａｎｏ他， ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．５， ｐｐ．３０４−３０６， １９９３）を応用すればよい。例えば、マーク側（又はスペース側）でＱ値などの伝送特性を測定するときには、弁別閾値をマーク側（又はスペース側）に移動させながら、各閾値レベルでの符号誤り率を測定し、その測定結果の閾値に対する変化から、最良の閾値を決定できる。図７は、弁別閾値に対する符号誤り率の変化の模式図を示す。横軸は弁別閾値、縦軸は符号誤り率をそれぞれ示す。×は測定点を示す。マーク側の測定点を結ぶ補間直線の傾きがマークレベルの標準偏差を示す。従って、少なくともの２つの弁別閾値についてマーク側の符号誤り率を測定すれば、マーク側の標準偏差を知ることができ、弁別閾値を最適化できることになる。
【００２６】
図８、図９及び図１０はそれぞれ、マーク側標準偏差を測定し、その結果により弁別閾値を最適化する実施例の概略構成ブロック図を示す。図８、図９及び図１０に示す各実施例は、受信信号の分岐段階が異なるのみで、基本的な動作及び機能は同じである。
【００２７】
先ず、図８を説明する。光伝送路３０から本発明による光受信装置３２に信号光が入力する。光受信装置３２の受光素子３４は、光伝送路３０からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器３６は受光素子３４の出力を線形増幅する。電気信号分岐回路３８は増幅器３６の出力を可変閾値の弁別回路４０、及び固定閾値Ｖａ，Ｖｂの弁別回路４２，４４に分岐する。分岐回路３６は、増幅器３６の出力を同時に弁別回路４０，４２，４４に供給する回路でも、最適閾値を決定する時には、増幅器３６の出力を弁別回路４２，４４に供給するが、それ以外では増幅器３６の出力を弁別回路４０に供給する回路であってもよい。継続的な信号受信という観点では、前者の構成が望ましいことは明らかである。
【００２８】
弁別回路４２，４４はそれぞれ固定の閾値Ｖａ，Ｖｂにより入力信号を弁別する。誤り率測定回路４６，４８は、弁別回路４２，４４の出力から符号誤り率を測定し、その測定結果を標準偏差算出回路５０に供給する。閾値Ｖａ，Ｖｂはそれぞれ、マーク側の標準偏差を算出するのに必要な２点の符号誤り率を測定できるような値が選択され設定されている。マーク側標準偏差でなく、スペース側の標準偏差を算出しても良いが、光パルス伝送では、マーク側標準偏差の方がより正確に伝送路の状態を把握できる。
【００２９】
標準偏差算出回路５０は誤り率測定回路４６，４８からの測定結果からマーク側の標準偏差を算出する。閾値発生回路５２は標準偏差算出回路５０により算出された標準偏差を、事前に測定しておいた標準偏差と最適閾値の対応関係に照らし合わせて、最適な弁別閾値を決定し、その最適閾値Ｖｘを弁別回路４０に供給する。弁別回路４０は閾値発生回路５２からの閾値Ｖｘに従い電気信号分岐回路３８からの信号を弁別する。弁別回路４０で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００３０】
誤り率測定回路４６，４８、標準偏差算出回路５０及び閾値発生回路５２からなる部分は、マイクロコンピュータその他のディジタル演算回路で実現できる。このディジタル演算回路に弁別回路４２，４４を含めても良い。
【００３１】
以上の説明から容易に理解できるように、分岐回路３８は通常は、増幅器３６の出力を弁別回路４０に供給し、新たに最適弁別閾値を決定すべきときに、増幅器３６の出力を弁別回路４２，４４に供給すればよい。勿論、分岐回路３８は常時、増幅器３６の出力を弁別回路４０，４２，４４の全てに供給するようにしてもよい。
【００３２】
このようにして、図８に示す実施例では、間欠的又は定常的に、２以上の固定閾値により誤り率、従ってマーク側の標準偏差を測定し、その測定結果から最適な弁別閾値を決定し、その最適な弁別閾値により受信信号を弁別する。これにより、本実施例では、伝送路状態の変更に応じて適応的に受信信号の弁別閾値を変更するので、受信状態を常時、最適な状態に維持できる。
【００３３】
図８に示す実施例では、電気信号分岐回路３８により電気段階で受信信号を分岐したが、光段階で受信信号を分岐しても良い。図９は、光段階で信号を分岐する実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００３４】
光伝送路６０から本発明による光受信装置６２に信号光が入力する。光受信装置６２の光信号分岐回路６４は、光伝送路６０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、受光素子６６，６８，７０に供給する。光信号分岐回路６４の分岐機能は、電気信号分岐回路３８のそれと同じでよい。受光素子６６，６８，７０はそれぞれ、分岐回路６４からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器７２，７４，７６はそれぞれ受光素子６６，６８，７０の出力を線形増幅する。
【００３５】
弁別回路７８，８０はそれぞれ固定の閾値Ｖａ，Ｖｂにより増幅器７４，７６の出力信号を弁別し、その結果を閾値制御回路８２に供給する。閾値制御回路８２は、図８に示す実施例の誤り率測定回路４６，４８、標準偏差算出回路５０及び閾値発生回路５２からなる部分と全く同じ構成からなる。すなわち、閾値制御回路８２は、弁別回路７８，８０の出力（異なる２つの閾値Ｖａ，Ｖｂによる信号弁別結果）から符号誤り率を計算し、得られた符号誤り率からマーク側の標準偏差を算出し、マーク側標準偏差から最適な弁別閾値を決定する。そして、閾値制御回路８２は決定した最適弁別閾値Ｖｘを弁別回路８４に供給する。
【００３６】
弁別回路８４は、閾値制御回路８２からの弁別閾値Ｖｘに従い、線形増幅器７２の出力信号を弁別する。弁別回路８４で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００３７】
図１０は、光段階での分岐と電気段階での分岐を組み合わせた実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００３８】
光伝送路９０から本発明による光受信装置９２に信号光が入力する。光受信装置９２の光信号分岐回路９４は、光伝送路９０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、受光素子９６，９８に供給する。光信号分岐回路９４は、光伝送路９０からの信号光を選択的に受光素子９６又は同９８に供給するものでも、２分割して受光素子９６，９８に同時に供給するものでもよい。信号受信の継続性からは後者が好ましい。受光素子９６，９８はそれぞれ、分岐回路９４からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器１００，１０２はそれぞれ受光素子９６，９８の出力を線形増幅する。
【００３９】
電気信号分岐回路１０４は、線形増幅器１０２の出力信号を固定閾値Ｖａ，Ｖｂの弁別回路１０６，１０８に同時に供給する。弁別回路１０６，１０８はそれぞれ固定の閾値Ｖａ，Ｖｂにより電気信号分岐回路１０４からの信号を弁別し、その結果を閾値制御回路１１０に供給する。閾値制御回路１１０は閾値制御回路８２と全く同じ構成からなり、同じように動作する。すなわち、閾値制御回路１１０は、弁別回路１０６，１０８の出力（異なる２つの閾値Ｖａ，Ｖｂによる信号弁別結果）から符号誤り率を計算し、得られた符号誤り率からマーク側の標準偏差を算出し、マーク側標準偏差から最適な弁別閾値を決定する。そして、閾値制御回路１１０は決定した最適弁別閾値Ｖｘを弁別回路１１２に供給する。
【００４０】
弁別回路１１２は、閾値制御回路１１０からの弁別閾値Ｖｘに従い、線形増幅器１００の出力信号を弁別する。弁別回路１１２で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００４１】
より簡単には、マーク側の符号誤り率とスペース側の符号誤り率を測定し、その測定値の変動から最適弁別閾値を推定することができる。弁別閾値に対するマーク側及びスペース側の符号誤り率の変化の傾きがそれぞれ一定であると仮定した場合には、マーク側及びスペース側の符号誤り率の測定値がそれぞれ１つで済み、簡易な構成で最適閾値を決定できる。マーク側及びスペース側のそれぞれ複数の弁別閾値で符号誤り率を測定すれば、弁別閾値に対するマーク側及びスペース側の符号誤り率の変化の傾きを動的に測定できるので、より正確に弁別閾値を最適化できることはまた、明らかである。
【００４２】
図１１は、マーク側の符号誤り率とスペース側の符号誤り率により弁別閾値を最適化する実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００４３】
光伝送路１２０から本発明による光受信装置１２２に信号光が入力する。光受信装置１２２の受光素子１２４は、光伝送路１２０からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器１２６は受光素子１２４の出力を線形増幅する。電気信号分岐回路１２８は増幅器１２６の出力を可変閾値の弁別回路１３０、及び固定閾値Ｖｃ，Ｖｄの弁別回路１３２，１３４に分岐する。分岐回路１２８は分岐回路３６と同じ機能を具備する。
【００４４】
弁別回路１３２は、マークに対する固定の閾値Ｖｃにより入力信号のマークを弁別する。弁別回路１３４は、スペースに対する固定の閾値Ｖｄにより入力信号のスペースを弁別する。閾値Ｖｃは２値信号を識別する通常の弁別閾値よりも高い値に設定され、逆に閾値Ｖｄは、２値信号を識別する通常の弁別閾値よりも低い値に設定されている。誤り率測定回路１３６は、弁別回路１３２の出力からマーク側の符号誤り率を算出し、誤り率測定回路１３８は、弁別回路１３４の出力からスペース側の符号誤り率を算出する。誤り率測定回路１３６，１３８の測定結果は、閾値制御回路１４０に供給される。閾値制御回路１４０は、誤り率測定回路１３６，１３８により測定されたマーク側及びスペース側の誤り率から最適な弁別閾値Ｖｘを決定し、弁別回路１３０に供給する。
【００４５】
弁別回路１３０は閾値制御回路１４０からの閾値Ｖｘに従い電気信号分岐回路１２８からの信号を弁別する。弁別回路１４０で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００４６】
図１２、図１３及び図１４を参照して、閾値制御回路１４０における最適閾値Ｖｘの決定法を説明する。図１２、図１３及び図１４は、弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す。図１２は初期状態、図１３は、図１２に示す初期状態からスペース側符号誤り率が増大した状態、図１４は、逆に、図１２に示す初期状態からマーク側符号誤り率が増大した状態をそれぞれ示す。図１２、図１３及び図１４で、横軸は弁別閾値、縦軸は符号誤り率を示す。
【００４７】
図１２に示す初期状態では、マーク側の符号誤り率の直線とスペース側符号誤り率の直線の交点に対する弁別閾値Ｖ１が、最適な弁別閾値Ｖｘとなる。マーク側の符号誤り率の直線と、スペース側符号誤り率の直線の傾きが既知の場合、図１１に示す実施例のように、マーク側符号誤り率を閾値Ｖｃで測定し、スペース側符号誤り率を閾値Ｖｄで測定することで、交点に対する弁別閾値Ｖ１を簡単に算出できる。符号誤り率の弁別閾値に対する傾きの変化を無視できない場合又は、より高精度に最適な弁別閾値を決定した場合には、マーク側符号誤り率を複数の弁別閾値で測定すると共に、スペース側符号誤り率も複数の弁別閾値で測定すればよいことは明らかである。
【００４８】
図１２に示す初期状態からスペース側符号誤り率が増大すると、図１３に示すように、マーク側の符号誤り率の直線とスペース側符号誤り率の直線の交点に対応する閾値Ｖ２はＶ１に比べて右方向に移動する。これにより、閾値制御回路１４０は、弁別閾値Ｖ２を新たな最適な弁別閾値Ｖｘとして弁別回路１３０に供給する。
【００４９】
逆に、図１２に示す初期状態からマーク側符号誤り率が増大すると、図１４に示すように、マーク側の符号誤り率の直線とスペース側符号誤り率の直線の交点に対応する閾値Ｖ３はＶ１に比べて左方向に移動する。これにより、閾値制御回路１４０は、弁別閾値Ｖ３を新たな最適な弁別閾値Ｖｘとして弁別回路１３０に供給する。
【００５０】
このようにして、図１１に示す実施例では、非常に簡単な構成で、伝送路状態に応じて適応的に弁別閾値を最適化して、受信状態を最適な状態に維持できる。
【００５１】
図８に示す実施例を図９及び図１０を示す実施例のように変更したのと同様に、図１１に示す実施例も、信号の分岐を光段階及び又は電気段階で変更しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
図１５は、受信信号から再生されるクロック信号の振幅により弁別閾値を最適化する実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００５３】
光伝送路１５０から本発明による光受信装置１５２に信号光が入力する。光受信装置１５２の受光素子１５４は、光伝送路１５０からの信号光を電気信号に変換し、線形増幅器１５６は受光素子１５４の出力を線形増幅する。電気信号分岐回路１５８は増幅器１５６の出力を可変閾値の弁別回路１６０及びクロック抽出回路１６２に分岐する。分岐回路１５８は、分岐回路３６，１２８と同様に、増幅器１５６の出力を弁別回路１６０及びクロック抽出回路１６２の両方に同時に供給するものでも、弁別回路１６０又はクロック抽出回路１６２に選択的に供給するものでも、どちらでもよい。信号受信の継続性からは前者の機能が望ましい。
【００５４】
クロック抽出回路１６２は分岐回路１５８からの信号からクロックを抽出する。通常の光受信器では、クロック信号振幅を一定にするためにリミティング・アンプを使用するが、本実施例では、線形増幅器１５６を使用している。これにより、クロック抽出回路１６２は、受信信号光の波形に応じた振幅のクロック信号を得ることができる。
【００５５】
クロック抽出回路１６２により抽出されたクロック信号は線形増幅器１６４により線形増幅されて閾値制御回路１６６に印加される。閾値制御回路１６６は、線形増幅器１６４からのクロック信号の振幅に応じて弁別回路１６０の弁別閾値を最適値Ｖｘに制御する。すなわち、マーク側の雑音が大きい場合、図１４に図示したように、最適閾値はスペース側に移動し、同時に、クロックの振幅が雑音の影響で減少する。逆に、マーク側の雑音が小さい場合、最適閾値はマーク側に移動し、同時に、クロックの振幅が雑音の影響で増大する。閾値制御回路１６６には、このようなクロック振幅と最適閾値との対応を示す情報が予めセットされており、閾値制御回路１６６は、線形増幅器１６４の出力の振幅（クロック振幅）をこの情報に照合して最適閾値Ｖｘを決定し、弁別回路１６０に供給する。
【００５６】
弁別回路１６０は閾値制御回路１６６からの閾値Ｖｘに従い電気信号分岐回路１５８からの信号を弁別する。弁別回路１６０で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００５７】
図１６は、図１５に示す実施例を、電気段の分岐から光段での分岐に変更した実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００５８】
光伝送路１７０から本発明による光受信装置１７２に信号光が入力する。光受信装置１７２の光信号分岐回路１７４は、光伝送路１７０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、受光素子１７６，１７８に供給する。光信号分岐回路１７４の分岐機能は、電気信号分岐回路１５８のそれと同じでよい。受光素子１７６，１７８はそれぞれ、分岐回路１７４からの信号光を電気信号に変換する。線形増幅器１８０は受光素子１７６の出力を線形増幅して、可変閾値の弁別回路１８２に供給する。
【００５９】
クロック抽出回路１８４は、クロック抽出回路１６２と同様に、受光素子１７８の出力からクロックを抽出する。図１５の場合と同様に、クロック抽出回路１８４から出力されるクロックの振幅は、光伝送路１７０の雑音状況を反映している。
【００６０】
クロック抽出回路１８４により抽出されたクロック信号は線形増幅器１８６により線形増幅されて閾値制御回路１８８に印加される。閾値制御回路１８８は、閾値制御回路１６６と同様に、線形増幅器１８６からのクロック信号の振幅に応じて弁別回路１８２の弁別閾値を最適値Ｖｘに制御する。
【００６１】
弁別回路１８２は閾値制御回路１８８からの閾値Ｖｘに従い線形増幅器１８０の出力信号を弁別する。弁別回路１８２で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００６２】
図１７は、上述した各実施例の光受信装置を受信端局に使用する光伝送システムの概略構成ブロック図を示す。光送信端局２１０は、光信号を光伝送路２１２に出力する。光伝送路２１２は、多数の光ファイバ２１４と、これら光ファイバ２１４をシリアルに接続する光増幅中継器２１６からなる。光伝送路２１２を伝送した信号光は光受信端局２１８に入力する。光受信端局２１８は、上述した光受信装置を内蔵し、光伝送路２１２の伝送状態に応じて適応的に信号の弁別閾値を最適化して受信信号を弁別する。これにより、光伝送路の伝送特性の経時的な変化に対して適切な弁別閾値を選択設定でき、良好な信号受信性能を維持できる。
【００６３】
上記各実施例では、最終的に伝送特性を電気信号で評価したが、光のままで伝送特性を評価することも可能である。図１９は、その実施例の概略構成ブロック図を示す。
【００６４】
図１９では、光伝送路１９０から本発明による光受信装置１９２に信号光が入力する。光受信装置１９２の光信号分岐回路１９４は、光伝送路１９０からの信号光を分岐（スイッチング又は分割）して、特性評価光回路１９６と受光素子１９８に供給する。光信号分岐回路１９４の分岐機能は、電気信号分岐回路１５８，１７４のそれと同じでよい。特性評価光回路１９６は、光信号分岐回路１９４から入力する信号光から受信信号の弁別閾値を決定する弁別閾値制御信号を生成する。受光素子１９８は、分岐回路１９４からの信号光を電気信号に変換する。線形増幅器２００は受光素子１９８の出力を線形増幅して、可変閾値の弁別回路２０２に供給する。弁別回路２０２は、特性評価光回路１９６からの弁別閾値制御信号に応じた弁別閾値で、線形増幅器２００の出力信号を弁別する。弁別回路２０２で弁別された信号が、受信信号として後段の回路に供給される。
【００６５】
特性評価光回路１９６は例えば、過飽和吸収体からなる。過飽和吸収体は、弱い入力光を吸収し、強い入力光を吸収せず透過する素子である。光信号の振幅変動が最適な弁別閾値に影響していると考えると、過飽和吸収体を通過した光信号から弁別閾値を決定する情報を得ることができる。すなわち、過飽和吸収体の出力光が弱いときには、光信号の振幅が小さいと考えられるので、弁別閾値をスペース側に寄せるべきである。逆に、過飽和吸収体の出力光が強いときには、光信号の振幅が大きいと考えられるので、弁別閾値をマーク側に寄せれば良い。このように、弁別回路２０２は、過飽和吸収体の透過光から、このように弁別閾値を決定すれば良い。これにより、光レベルで伝送特性を評価して、その評価結果により受信信号の弁別閾値をフィードフォワード制御できる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、伝送特性の変化に関わらず、最適な状態で信号を受信できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】 閾値制御回路２８の動作フローチャートである。
【図３】 閾値とエラー数との関係の模式図である。
【図４】 閾値の変化に対するＱ値の変化の測定例である。
【図５】 本実施例により弁別閾値を適応制御した場合のＱ値の測定結果例である。
【図６】 最適閾値と信号のマークレベルの分布との間の関係の測定例である。
【図７】 弁別閾値に対する符号誤り率の変化の模式図である。
【図８】 本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。
【図９】 本発明の第３実施例の概略構成ブロック図である。
【図１０】 本発明の第４実施例の概略構成ブロック図である。
【図１１】 本発明の第５実施例の概略構成ブロック図である。
【図１２】 弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す模式図である。
【図１３】 スペース側符号誤り率が増大した状態での、弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す模式図である。
【図１４】 マーク側符号誤り率が増大した状態での、弁別閾値に対する符号誤り率の変化を示す模式図である。
【図１５】 本発明の第６実施例の概略構成ブロック図である。
【図１６】 本発明の第７実施例の概略構成ブロック図である。
【図１７】 上述した各実施例の光受信装置を受信端局に使用する光伝送システムの概略構成ブロック図である。
【図１８】 最適弁別閾値の時間的変動の測定結果例である。
【図１９】 伝送特性を光回路で評価する実施例の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
１０：光伝送路
１２：光受信端局
１４：受光素子
１６：比較器
１８：閾値発生回路
２０：分離回路
２２−１〜２２−ｎ：誤り訂正回路
２４：多重器
２６：カウンタ
２８：閾値制御回路
３０：光伝送路
３２：光受信装置
３４：受光素子
３６：線形増幅器
３８：電気信号分岐回路
４０，４２，４４：弁別回路
４６，４８：誤り率測定回路
５０：標準偏差算出回路
５２：閾値発生回路
６０：光伝送路
６２：光受信装置
６４：光信号分岐回路
６６，６８，７０：受光素子
７２，７４，７６：線形増幅器
７８，８０：弁別回路
８２：閾値制御回路
８４：弁別回路
９０：光伝送路
９２：光受信装置
９４：光信号分岐回路
９６，９８：受光素子
１００，１０２：線形増幅器
１０４：電気信号分岐回路
１０６，１０８：弁別回路
１１０：閾値制御回路
１１２：弁別回路
１２０：光伝送路
１２２：光受信装置
１２４：受光素子
１２６：線形増幅器
１２８：電気信号分岐回路
１３０，１３２，１３４：弁別回路
１３６，１３８：誤り率測定回路
１４０：閾値制御回路
１５０：光伝送路
１５２：光受信装置
１５４：受光素子
１５６：線形増幅器
１５８：電気信号分岐回路
１６０：弁別回路
１６２：クロック抽出回路
１６４：線形増幅器
１６６：閾値制御回路
１７０：光伝送路
１７２：光受信装置
１７４：光信号分岐回路
１７６，１７８：受光素子
１８０：線形増幅器
１８２：弁別回路
１８４：クロック抽出回路
１８６：線形増幅器
１８８：閾値制御回路
１９０：光伝送路
１９２：光受信装置
１９４：光信号分岐回路
１９６：特性評価光回路
１９８：受光素子
２００：線形増幅器
２０２：弁別回路
２１０：光送信端局
２１２：光伝送路
２１４：光ファイバ
２１６：光増幅中継器
２１８：光受信端局
Claims (5)
- 光伝送路から入力する信号光を受信する光受信手段と、
当該光受信手段の出力信号を弁別する弁別手段と、
当該光受信手段で受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価手段と、
当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別手段における弁別閾値を制御する閾値制御手段
とを具備する光受信装置であって、
当該評価手段は、
当該光受信手段により受信された受信信号を互いに異なる複数の固定閾値で弁別する２以上の計測用弁別手段と、
当該各計測用弁別手段の出力に含まれるエラー数に関する情報を計測するエラー計測手段と、
当該エラー計測手段の計測結果からマーク側及びスペース側の少なくとも一方の標準偏差を算出する標準偏差算出手段
とを具備し、
当該閾値制御手段が、当該標準偏差算出手段で算出された標準偏差を、予め決定された標準偏差と弁別閾値の対応関係に照合して、当該弁別手段における弁別閾値を決定する
ことを特徴とする光受信装置。 - 当該光受信手段が、
光伝送路から入力する信号光を電気信号に変換する受光器と、
当該受光器の出力を当該弁別手段及び当該評価手段に供給する電気分岐手段
とからなる請求項１に記載の光受信装置。 - 当該光受信手段が、
光伝送路から入力する信号光を複数の経路に分岐する光分岐手段と、
当該光分岐手段の各出力光を電気信号に変換する複数の受光器
とからなる請求項１に記載の光受信装置。 - 光伝送路から入力する信号光を受信する光受信手段と、
当該光受信手段の出力信号を弁別する弁別手段と、
当該光受信手段で受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価手段と、
当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別手段における弁別閾値を制御する閾値制御手段
とを具備する光受信装置であって、
当該評価手段は、当該光受信手段で受信された信号の振幅を評価する振幅評価手段を有し、当該振幅評価手段が過飽和吸収体からなる
ことを特徴とする光受信装置。 - 光伝送路から入力する信号光を受信する光受信ステップと、
当該光受信ステップで受信された信号を弁別する弁別ステップと、
当該光受信ステップで受信された信号に従い当該光伝送路の伝送特性を評価する評価ステップと、
当該評価手段の評価結果に従い、当該弁別ステップにおける弁別閾値を制御する閾値制御ステップ
とを具備する光受信方法であって、
当該評価ステップは、
当該光受信ステップで受信された受信信号を互いに異なる複数の固定閾値で弁別する２以上の計測用弁別ステップと、
当該各計測用弁別ステップの出力に含まれるエラー数に関する情報を計測するエラー計測ステップと、
当該エラー計測ステップの計測結果からマーク側及びスペース側の少なくとも一方の標準偏差を算出する標準偏差算出ステップ
とを具備し、
当該閾値制御ステップが、当該標準偏差算出ステップで算出された標準偏差を、予め決定された標準偏差と弁別閾値の対応関係に照合して、当該弁別ステップにおける弁別閾値を決定する
ことを特徴とする光受信方法。
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