JPH0846568A - 光受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受信信号のＳ／Ｎが悪化した場合にも誤り率の
増大を抑えてディジタル信号の識別再生を良好に行うこ
とを可能とする。 【構成】光信号をフォトダイオード１により電気信号に
変換するとともに、この信号を可変利得増幅器３により
増幅したのち、コンパレータ１１において識別基準電圧
Ｖthで電圧識別することにより、データ信号を識別再生
する。この際、コンパレータ１１に入力される信号をコ
ンパレータ１２において識別基準電圧Ｖthに制御目標電
圧ΔＶを上乗せした電圧で電圧識別することにより監視
用信号を生成するとともに、データ信号に対する監視用
信号の符号誤り率を誤り検出回路１６および積分回路１
７により検出する。そしてこの符号誤り率が所定値Ｐe
となるべくコンパレータ１１に入力される信号の振幅を
変化させるように可変利得増幅器３の利得を誤差増幅器
９が制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル信号を光の
ＯＮ／ＯＦＦで示してなる光信号を受信し、前記ディジ
タル信号を再生する光受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の光受信装置の構成例を示す
ブロック図である。この光受信装置は、フォトダイオー
ド１、前置増幅器２、可変利得増幅器３、クランプ回路
４、タイミング抽出回路５、識別再生回路６、識別基準
電圧源７、ピーク検出回路８および誤差増幅器９からな
る。

【０００３】図示しない光ファイバを介して到来した光
信号はフォトダイオード１に入射される。これによりフ
ォトダイオード１は入射した光信号に応じた電流を発生
する。この電流は、前置増幅器２によって電圧に変換さ
れたのち、可変利得増幅器３で増幅される。可変利得増
幅器３の出力信号はクランプ回路４により直流再生され
たのちに識別再生回路６に入力される。また可変利得増
幅器３の出力信号は、タイミング抽出回路５にも入力さ
れ、タイミング抽出がなされる。そしてタイミング抽出
回路５で抽出された信号は、クロック信号として出力さ
れるとともに識別再生回路６に入力される。

【０００４】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タイミング抽出回
路５から出力されるクロック信号によるタイミング再生
がなされて、クランプ回路４から与えられる信号からデ
ータ信号が再生される。

【０００５】さて、可変利得増幅器３の出力信号の一部
はピーク検出回路８にも入力されている。ピーク検出回
路８は、可変利得増幅器３の出力信号に関してピーク検
出を行い、ピーク値を示すレベルの信号を出力する。ピ
ーク検出回路８の出力信号は、誤差増幅器９において所
定の基準値との誤差成分が増幅され、可変利得増幅器３
へと与えられる。これにより、可変利得増幅器３の出力
振幅が常に一定のレベルになるように可変利得増幅器３
の利得が制御され、ＡＧＣ（自動利得制御）動作が実現
されている。

【０００６】ところでクランプ回路４の出力信号は、受
信信号のＳ／Ｎが良好である場合には図６に示すような
波形となる。そして識別基準電圧Ｖthは、通常は電圧識
別の余裕を大きくし、符号誤り率を小さくするために、
発光側（Highレベル）と非発光側（Low レベル）との中
央付近に設定される。

【０００７】しかしながら光信号は、光ファイバなどで
の分散などにより劣化する場合、発光側のほうが非発光
側よりも大きく劣化する。図７はこの性質を説明するた
めの図であり、分散の大きい光ファイバ内を光伝送した
ときの識別再生回路６の入力における識別余裕（アイ開
口）を示したものである。この図は、伝送距離がほぼ０
である直結状態の場合と、伝送距離３０kmの場合とのそ
れぞれにつき、識別基準電圧Ｖthおよびタイミング抽出
クロックの位相をそれぞれ変化させた際の符号誤り率の
等しい点をプロットしてグラフ化したものである。

【０００８】この図から明らかなように、光ファイバで
の分散の影響が少ない直結状態ではアイ開口が広く得ら
れているが、３０km伝送後は光ファイバでの分散の影響
を大きく受けてアイ開口が小さくなっている。また特
に、劣化は発光側のほうが非発光側よりも大きいため、
アイ開口は非発光側に寄っている。

【０００９】このようにＳ／Ｎが悪化した時のクランプ
回路４の出力信号は図８に示すような波形となる。この
図から明らかなように、可変利得増幅器３の出力振幅が
常に一定のレベルになるようにＡＧＣを行っていると、
Ｓ／Ｎが悪化した時にはアイ開口が非発光側に寄ること
により、識別基準電圧Ｖthがアイ開口の発光側にずれる
ことになる。従って、発光側に関する識別余裕が小さく
なってしまい、誤り率が大きくなってしまう。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の光
受信装置では、受信信号に対して出力振幅が常に一定の
レベルになるようにＡＧＣをかけたのち、一定の識別基
準電圧でディジタル信号の識別再生を行うようにしてい
るため、受信信号のＳ／Ｎが悪化してアイ開口がずれる
ことによって識別基準電圧が最適な値ではなくなり、誤
り率が大きくなってしまうという不具合があった。

【００１１】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、その目的とするところは、受信光信号の
Ｓ／Ｎが悪化した場合でも、誤り率の増大を抑えてディ
ジタル信号の識別再生を良好に行うことができる光受信
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、光信号を電気信号に変換する例えばフォ
トダイオードなどの光電変換手段と、この光電変換手段
により得られた電気信号を制御信号が示す利得で増幅す
る例えば可変利得増幅器などの可変利得増幅手段と、こ
の可変利得増幅手段により増幅されたのちの電気信号を
例えば識別基準電圧などの所定の第１閾値で識別するこ
とにより前記ディジタル信号を識別再生する、例えばコ
ンパレータおよびＤ−フリップフロップからなる識別再
生手段と、前記可変利得増幅手段により増幅されたのち
の電気信号を前記第１閾値よりも所定量（例えば制御目
標電圧）だけ大きな所定の第２閾値で識別することによ
り監視用信号を生成する、例えばコンパレータおよびＤ
−フリップフロップからなる監視用信号生成手段と、前
記識別再生手段で再生されたディジタル信号に対する前
記監視用信号の誤り率を検出する、例えば誤り検出回路
および積分回路からなる誤り率検出手段と、この誤り率
検出手段により検出される誤り率が例えば誤り率設定電
圧などの所定の基準値に近付くように前記可変利得増幅
手段の利得を制御すべく前記制御信号を発生する、例え
ば誤差増幅器および誤り率設定電圧源からなる利得制御
手段とを具備した。

【００１３】

【作用】このような手段を講じたことにより、光電変換
手段により光信号を変換して得られた電気信号は、可変
利得増幅手段において制御信号が示す利得で増幅された
のち、識別再生手段にて所定の第１閾値で識別されてデ
ィジタル信号が識別再生される。このとき、前記可変利
得増幅手段により増幅されたのちの電気信号は監視用信
号生成手段にて前記第１閾値よりも所定量だけ大きな所
定の第２閾値で識別されて監視用信号が生成されるとと
もに、誤り率検出手段にて、前記識別再生手段で再生さ
れたディジタル信号に対する前記監視用信号の誤り率が
検出され、この誤り率が所定の基準値に近付くように前
記可変利得増幅手段の利得を制御すべく前記制御信号が
利得制御手段により発生される。

【００１４】従って、第２閾値で識別されて生成される
監視用信号の誤り率が所定の基準値となるように識別再
生手段に入力されるディジタル信号の振幅が増減され
る。これにより、所定の誤り率が得られる位置が第１閾
値に対して一定に制御され、常に第１閾値の周囲に安定
的にアイ開口が形成される。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
き説明する。図１は本実施例に係る光受信装置の構成を
示すブロック図である。なお図５と同一部分には同一符
号を付してある。

【００１６】この光受信装置は、フォトダイオード１、
前置増幅器２、可変利得増幅器３、クランプ回路４、タ
イミング抽出回路５、識別基準電圧源７、誤差増幅器
９、コンパレータ１１，１２、制御目標電圧源１３、Ｄ
−フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ）１４，１５、誤り検出
回路１６、積分回路１７および誤り率設定電圧源１８を
有してなる。

【００１７】フォトダイオード１は、図示しない光ファ
イバを介して到来した光信号が入射する如く配置され、
入射した光信号の強度に応じた電流値を有する電気信号
を発生する。またフォトダイオード１は、前置増幅器２
に接続されており、発生した電気信号を前置増幅器２へ
と与える。

【００１８】前置増幅器２、可変利得増幅器３、クラン
プ回路４、コンパレータ１１およびＤ−フリップフロッ
プ１４は、この記載順序と同じ順序でシリアルに接続さ
れている。またコンパレータ１１にはクランプ回路４の
出力信号のほかに識別基準電圧源７が発生する識別基準
電圧Ｖthも入力されている。これら前置増幅器２、可変
利得増幅器３、クランプ回路４、識別基準電圧源７、コ
ンパレータ１１およびＤ−フリップフロップ１４は、フ
ォトダイオード１の出力信号からデータ信号を識別再生
する識別再生系をなしている。そしてＤ−フリップフロ
ップ１４の出力信号が、再生されたデータ信号として出
力される。

【００１９】タイミング抽出回路５は、可変利得増幅器
３に接続されており、この可変利得増幅器３の出力信号
に基づいてクロック信号を生成するクロック生成系をな
している。そしてタイミング抽出回路５は、生成したク
ロック信号をデータ信号のタイミングを示すクロック信
号としてデータ信号と並列に出力するとともに、Ｄ−フ
リップフロップ１４，１５のそれぞれに与えている。

【００２０】コンパレータ１２、Ｄ−フリップフロップ
１５、誤り検出回路１６、積分回路１７および誤差増幅
器９は、この記載順序と同じ順序でシリアルに接続され
ている。コンパレータ１２には、クランプ回路４の出力
信号および制御目標電圧源１３が発生する制御目標電圧
ΔＶと識別基準電圧源７が発生する識別基準電圧Ｖthと
の和がそれぞれ入力されている。誤り検出回路１６に
は、Ｄ−フリップフロップ１５の出力信号のほかに、Ｄ
−フリップフロップ１４の出力信号も入力されている。
誤差増幅器９には、積分回路１７の出力信号のほかに、
誤り率設定電圧源１８が発生する誤り率設定電圧Ｖs が
入力されている。これら誤差増幅器９、コンパレータ１
２、Ｄ−フリップフロップ１５、誤り検出回路１６、積
分回路１７および誤り率設定電圧源１８は、可変利得増
幅器３の利得を制御する制御系をなしている。

【００２１】次に以上のように構成された光受信装置の
動作を説明する。図示しない光ファイバを介して到来し
た光信号は、フォトダイオード１において電流に変換さ
れる。この電流は、前置増幅器２によって電圧に変換さ
れたのち、可変利得増幅器３で増幅される。可変利得増
幅器３の出力信号はクランプ回路４により直流再生され
たのちにコンパレータ１１に入力される。また可変利得
増幅器３の出力信号は、タイミング抽出回路５にも入力
され、タイミング抽出がなされる。そしてタイミング抽
出回路５で抽出された信号は、クロック信号として出力
される。

【００２２】コンパレータ１１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による電圧識別を行い、識別結果を示
す信号をＤ−フリップフロップ１４へと出力する。Ｄ−
フリップフロップ１４では、コンパレータ１１の出力信
号に対してタイミング抽出回路５から出力されるクロッ
ク信号によるタイミング再生を行う。これによりＤ−フ
リップフロップ１４からは、クロック信号に同期したデ
ータ信号が出力される。

【００２３】ところで以上のようにしてデータ信号の再
生がなされているとき、コンパレータ１２およびＤ−フ
リップフロップ１５においても、コンパレータ１１およ
びＤ−フリップフロップ１４と同様にして電圧識別およ
びタイミング再生が行われている。ただし、コンパレー
タ１２には、識別基準電圧源７が発生する識別基準電圧
Ｖthに制御目標電圧源１３が発生する制御目標電圧ΔＶ
を上乗せした電圧Ｖth＋ΔＶが入力されており、コンパ
レータ１１の場合とは異なる電圧での電圧識別が行われ
る。なお以下においては、このコンパレータ１２で生成
される信号を監視用信号と称する。

【００２４】このようにコンパレータ１１とコンパレー
タ１２とでは、電圧識別の基準電圧が異なるので、Ｄ−
フリップフロップ１４から出力されるデータ信号とＤ−
フリップフロップ１５から出力される監視用信号との間
には部分的に不一致が生じる。そこで誤り検出回路１６
は、Ｄ−フリップフロップ１４から出力されるデータ信
号とＤ−フリップフロップ１５から出力される監視用信
号とを比較し、図２に示すように両信号が不一致である
ときにエラーパルスを出力する。この誤り検出回路１６
の出力信号は積分回路１７において平均化され、差動増
幅器９に入力される。積分回路１７の出力信号は、エラ
ーパルスの発生率、すなわちデータ信号に対する監視用
信号の符号誤り率に比例する電圧レベルＶe を有した信
号となる。

【００２５】誤差増幅器９では、積分回路１７の出力信
号の電圧レベルと誤り率設定電圧源１８が発生する誤り
率設定電圧Ｖs との差分に相当する電圧レベルの信号が
出力される。この誤差増幅器９の出力信号は、制御信号
として可変利得増幅器３に与えられ、積分回路１７の出
力信号の電圧レベルが誤り率設定電圧源１８が発生する
誤り率設定電圧Ｖs に一致するように可変利得増幅器３
の利得が制御される。なお誤り率設定電圧Ｖs は、所定
の符号誤り率Ｐe に相当する値に設定されている。

【００２６】このようにして、データ信号に対する監視
用信号の符号誤り率を所定の符号誤り率Ｐe とするよう
にＡＧＣがかけられる。続いて、ＡＧＣの動作をより具
体的に説明する。

【００２７】まず識別基準電圧Ｖthは、クランプ回路４
の出力信号の振幅がコンパレータ１１が電圧識別を行う
のに最適な振幅（例えば図５に示した従来の光受信装置
におけるＡＧＣの目標振幅に相当）であるときにおける
発光側レベルと非発光側レベルとの中央付近に設定す
る。これにより、フォトダイオード１により受信された
光信号のＳ／Ｎが良好であるときには、例えば図３に示
すようにコンパレータ１１での識別余裕は大きく、デー
タ信号はエラーフリーとなる。

【００２８】これに対して、電圧Ｖth＋ΔＶが発光側レ
ベルと非発光側レベルとの中央付近からずれていること
になるので、監視用信号には符号誤りがデータ信号より
も多く発生する。しかし、Ｓ／Ｎが良好であるときに
は、電圧Ｖth＋ΔＶが発光側レベルと非発光側レベルと
の中央付近から若干ずれていても十分な識別余裕がある
ので、符号誤りは生じにくい。従って、所定の符号誤り
率Ｐe の符号誤りを生じさせるには、クランプ回路４の
出力信号における電圧振幅の上端、すなわち発光側レベ
ルと電圧Ｖth＋ΔＶとが近付く傾向となる。かくして、
クランプ回路４の出力信号が例えば図３に示す状態とな
るように、すなわち発光側レベルが電圧Ｖth＋ΔＶに近
くなるように可変利得増幅器３の利得が制御される。

【００２９】一方、フォトダイオード１により受信され
た光信号のＳ／Ｎが悪化しているときには、電圧Ｖth＋
ΔＶが識別基準電圧Ｖthよりも高レベルであるために、
Ｓ／Ｎが良好であるときとの符号誤り率の増加率はデー
タ信号よりも監視用信号の方が大きい。このためデータ
信号に対する監視用信号の符号誤り率は増大する傾向に
あり、所定の符号誤り率Ｐe の符号誤りを生じさせるに
は、クランプ回路４の出力信号における発光側レベルと
電圧Ｖth＋ΔＶとがＳ／Ｎ量高次に比較して離れる傾向
となる。かくして、クランプ回路４の出力信号が例えば
図４に示す状態となるように、すなわち発光側レベルが
電圧Ｖth＋ΔＶから離れるように可変利得増幅器３の利
得が制御される。

【００３０】このように、Ｓ／Ｎが悪化するにつれて可
変利得増幅器３の利得が上昇されて行く。従ってＳ／Ｎ
に応じて発光側レベルが変化するが、これによって符号
誤り率がＰe となる振幅が一定に制御されることにな
り、アイ開口の振幅を一定に制御できる。これにより、
識別基準電圧Ｖthをアイ開口の一定位置（特に制御目標
電圧ΔＶを最適に設定することによりアイ開口中央付
近）に固定しておくことができ、データ信号の符号誤り
率が上昇してしまうことを防止できる。

【００３１】なお本発明は上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば上記実施例では、識別基準電圧Ｖth
を、クランプ回路４の出力信号の振幅がコンパレータ１
１が電圧識別を行うのに最適な振幅であるときにおける
発光側レベルと非発光側レベルとの中央付近に設定して
いるが、発光側または非発光側に偏るように設定しても
良い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変形実施が可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、光信号を電気信号に変
換する例えばフォトダイオードなどの光電変換手段と、
この光電変換手段により得られた電気信号を制御信号が
示す利得で増幅する例えば可変利得増幅器などの可変利
得増幅手段と、この可変利得増幅手段により増幅された
のちの電気信号を例えば識別基準電圧などの所定の第１
閾値で識別することにより前記ディジタル信号を識別再
生する、例えばコンパレータおよびＤ−フリップフロッ
プからなる識別再生手段と、前記可変利得増幅手段によ
り増幅されたのちの電気信号を前記第１閾値よりも所定
量（例えば制御目標電圧）だけ大きな所定の第２閾値で
識別することにより監視用信号を生成する、例えばコン
パレータおよびＤ−フリップフロップからなる監視用信
号生成手段と、前記識別再生手段で再生されたディジタ
ル信号に対する前記監視用信号の誤り率を検出する、例
えば誤り検出回路および積分回路からなる誤り率検出手
段と、この誤り率検出手段により検出される誤り率が例
えば誤り率設定電圧などの所定の基準値に近付くように
前記可変利得増幅手段の利得を制御すべく前記制御信号
を発生する、例えば誤差増幅器および誤り率設定電圧源
からなる利得制御手段とを具備したことにより、受信光
信号のＳ／Ｎが悪化した場合でも、誤り率の増大を抑え
てディジタル信号の識別再生を良好に行うことができる
光受信装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る光受信装置の構成を示
すブロック図。

【図２】図１中の誤り検出回路１６および積分回路１７
の動作を説明する図。

【図３】図１中のフォトダイオード１により受信された
光信号のＳ／Ｎが良好であるときにおけるクランプ回路
４の出力信号波形の一例を示す図。

【図４】図１中のフォトダイオード１により受信された
光信号のＳ／Ｎが悪化しているときにおけるクランプ回
路４の出力信号波形の一例を示す図。

【図５】従来の光受信装置の構成例を示すブロック図。

【図６】図５中のクランプ回路４の受信信号のＳ／Ｎが
良好である場合の出力信号の一例を示す図。

【図７】分散の大きい光ファイバ内を光伝送したときの
識別再生回路６の入力における識別余裕（アイ開口）を
示す図。

【図８】図５中のクランプ回路４の受信信号のＳ／Ｎが
悪化している場合の出力信号の一例を示す図。

【符号の説明】

１…フォトダイオード 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 ７…識別基準電圧源 ９…誤差増幅器 １１…コンパレータ １２…コンパレータ １３…制御目標電圧源 １４…Ｄ−フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ） １５…Ｄ−フリップフロップ（Ｄ−ＦＦ） １６…誤り検出回路 １７…積分回路 １８…誤り率設定電圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/28 10/26 10/14 10/04 10/06 Ｈ０４Ｌ 25/03 Ｄ 9199−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディジタル信号を光のＯＮ／ＯＦＦで示
   してなる光信号を受信し、前記ディジタル信号を再生す
   る光受信装置において、 前記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、 この光電変換手段により得られた電気信号を制御信号が
   示す利得で増幅する可変利得増幅手段と、 この可変利得増幅手段により増幅されたのちの電気信号
   を所定の第１閾値で識別することにより前記ディジタル
   信号を識別再生する識別再生手段と、 前記可変利得増幅手段により増幅されたのちの電気信号
   を前記第１閾値よりも所定量だけ大きな所定の第２閾値
   で識別することにより監視用信号を生成する監視用信号
   生成手段と、 前記識別再生手段で再生されたディジタル信号に対する
   前記監視用信号の誤り率を検出する誤り率検出手段と、 この誤り率検出手段により検出される誤り率が所定の基
   準値に近付くように前記可変利得増幅手段の利得を制御
   すべく前記制御信号を発生する利得制御手段とを具備し
   たことを特徴とする光受信装置。