JP2003198475A - 光受信器 - Google Patents

光受信器

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JP2003198475A
JP2003198475A JP2001396519A JP2001396519A JP2003198475A JP 2003198475 A JP2003198475 A JP 2003198475A JP 2001396519 A JP2001396519 A JP 2001396519A JP 2001396519 A JP2001396519 A JP 2001396519A JP 2003198475 A JP2003198475 A JP 2003198475A
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JP
Japan
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signal
threshold
threshold value
clock
down counter
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JP2001396519A
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English (en)
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Rentaro Yoshikoshi
錬太郎 吉越
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の光受信器では、クロック及びデータ再
生回路の識別閾値の調整を手動によって行うため、光通
信システムの伝送路の特性に合わせて、最適閾値となる
ように手動によって個別に調整しなければならないとい
う問題があった。 【解決手段】 入力されるデータ信号のローレベルとハ
イレベルのマーク率が等しい場合に、カウンタのカウン
ト数の増減に応じて、ディジタルポテンショメータの抵
抗値を調整することによって、識別閾値が最適に調整さ
れるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバを通
じて送信された光信号から、データ信号を再生する光受
信器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、光通信システムに利用される、
一般的な光受信器の構成を示すブロック図である。図3
において、1は受光した光信号に応じて電流信号を出力
するフォトダイオードに代表される受光素子、2は帰還
抵抗が並列に接続され、受光素子1の出力電流を電圧信
号に変換するプリアンプ、3はプリアンプ2の出力信号
の振幅を一定の大きさに調整する増幅器、4は受光素子
1、プリアンプ2、増幅器3から成る受光器、5は受光
器4から出力された電圧信号を入力する信号端子であ
る。また、6は信号端子5の出力信号がハイレベルとロ
ーレベルのいずれであるかを識別するための閾値を設定
する閾値設定回路、7は閾値設定回路6で設定する閾値
を調整するための可変抵抗の設けられた調整用部品、8
は信号端子5の出力信号を元に、クロック信号とそれに
同期したデータ信号を再生するクロック及びデータ再生
回路、9はクロック及びデータ再生回路8で再生された
データ信号を出力するデータ出力端子、10はクロック
及びデータ再生回路8で再生されたクロックを出力する
クロック出力端子である。
【0003】次に動作について説明する。光ファイバを
介して送信された光信号が受光素子1で受光され、光信
号が電流信号に変換される。この電流信号はプリアンプ
2によって電圧信号に変換され、増幅器3によってさら
に振幅が調整されて、信号端子5に出力される。この信
号端子5に入力される電気信号は、ローレベル
(‘0’)とハイレベル(‘1’)の発生する割合の等
しい信号である。また、閾値設定回路6は、あらかじめ
調整用部品7によって設定された設定値に基づいて、入
力された電気信号が‘0’か‘1’かを区別するための
閾値を生成する。クロック及びデータ再生回路8では、
入力された電気信号を元にクロックを再生し、また、こ
の電気信号のレベルと閾値を比較して、電気信号のレベ
ルが閾値より小さい場合に‘0’、電気信号のレベルが
閾値より大きい場合に‘1’と判別して出力する。
【0004】このように、従来の光受信器は、あらかじ
め調整用部品7によって手動で閾値が調整されている。
しかし、光通信システムにおいて、受光器4に入力され
る光信号は、光ファイバーや各種伝送装置等の伝送路の
状態や、伝送路の途中に入る光増幅器の有無等の条件に
よって、送信されてくる光信号のノイズの分布が変わっ
てくるため、使用条件によって最適な閾値(最適閾値)
を設定する必要があった。
【0005】ここでいう最適閾値とは、エラーが発生す
る場合に、‘0’を‘1’だと誤る確率と、‘1’を
‘0’だと誤る確率が等しくなる閾値のことであり、閾
値が最適閾値である時に、エラーの発生確率がもっとも
小さくなる。例えば、入力波形のアイパターンに対する
閾値の関係を表す図4の様に、ハイレベル(‘1’
側)、ローレベル(‘0’側)のノイズが等しい場合
と、図5の様にノイズの分布に偏りが発生する場合とで
は、最適閾値が異なる。したがって、光受信器を光通信
システムに組み込む前に閾値が最適閾値となるように設
定しても、光通信システムに組み込んだときに最適閾値
が異なる場合には、光受信器が十分な性能を得ることが
できない。このため、従来は、光受信器を光通信システ
ムへの組み込み後に、使用条件に合わせて手動で閾値調
節を行っていた。
【0006】また近年、誤り符号訂正理論や技術の進歩
により、光受信器としてエラーの発生確率の高い領域
(エラーの発生確率が1*10-3〜10-4程度)でも、システ
ムとしては誤り訂正をかけることにより、十分な伝送品
質(エラーの発生確率が1*10-9程度)が確保できるよ
うになりつつある。そのため光受信器としては、発生確
率が1*10-3〜10-4程度のノイズレベルの大きな領域にお
ける動作においても、十分な受信品質が得られるよう、
特性を最適化する要求が高まっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の光受信器は、光
通信システムに組み込む前に、調整用部品3を用いてあ
らかじめ手動で閾値を最適な値に調整していたが、光通
信システムの伝送路の影響によって送信されてくる光信
号のノイズの分布が変わる場合、閾値を手動で再度設定
し直す必要があり、閾値の設定作業が煩わしいという問
題があった。また、エラーの発生確率が1*10-3〜10-4
度の領域で動作する場合においても、十分にデータを識
別できる受信品質が得られるように、閾値を常に最適化
することが望まれていた。
【0008】したがって、この発明は、かかる課題を解
決するために為されたものであり、エラーの発生確率の
大きな場合において、伝送路の状態によってノイズ分布
に変化が起こっても、自動的に閾値を最適値に調整する
ことのできる光受信器を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明による光受信器
は、光信号を電気信号に変換する受光器と、前記受光器
からの出力信号と閾値との比較に基いて、クロック信号
とデータ信号を識別再生するクロック及びデータ再生回
路と、前記クロック及びデータ再生回路からのデータ信
号の符号に応じて、カウンタ数を増減させるアップダウ
ンカウンタと、前記アップダウンカウンタの桁溢れに応
じて、前記閾値を変化させる閾値補正器とを備えたもの
である。
【0010】また、前記アップダウンカウンタは、カウ
ント数が所定の総カウント数より多くなったときに閾値
を増加させる信号を出力し、カウント数が0より少なく
なったときに閾値を減少させる信号を出力し、前記閾値
補正器は、前記アップダウンカウンタからの出力信号に
基いて出力電圧を変化させる調整器と、前記調整器の出
力電圧に基いて前記閾値を設定する閾値設定回路とを有
しても良い。
【0011】また、前記調整器は、入力信号に応じて抵
抗値を変化させるディジタルポテンショメータであって
も良い。
【0012】また、前記調整器は、入力信号に応じて出
力を変化させるプロセッサと、当該プロセッサの出力信
号をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換器
とを備えたものであっても良い。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.この発明の実施の
形態1による光受信器は、伝送信号の‘0’と‘1’の
割合が等しくなるように識別閾値を補正する識別閾値補
正回路を備えることにより、最適な閾値に自動調整する
ものである。以下、図について実施の一形態を説明す
る。
【0014】図1は、この発明の実施の形態1による光
受信器の構成を示すブロック図である。図において、5
は受光器4によって電気信号に変換されたデータを、回
路に入力する信号端子、6は入力された電気信号の閾値
を設定する閾値設定回路、8は入力された電気信号を元
に、クロック信号とそれに同期したデータ信号を再生す
るクロック及びデータ再生回路、9はクロック及びデー
タ再生回路8で再生されたデータ信号を出力するデータ
出力端子、10はクロック及びデータ再生回路8で再生
されたクロックを出力するクロック出力端子、11は再
生されたデータ信号の‘0’と‘1’の数を数えるアッ
プダウンカウンタ、12は前記アップダウンカウンタ1
1の出力に応じ、アナログの閾値制御信号を出力するデ
ィジタルポテンショメータである。ここで、ディジタル
ポテンショメータとは、内部に、直列に接続された複数
の抵抗と、スイッチ、及びそのスイッチを制御するプロ
セッサと、そのプロセッサへの制御信号入出力のデジタ
ルインターフェースを有するICのことであり、制御信号
を入力することによって、抵抗値をリニアな特性で可変
させることができる。なお、図中の5、6、8、9、1
0の構成及び動作については図3と同等のものであっ
て、図3に示した受光器4の構成の記載を省略してい
る。また、閾値設定回路6、アップダウンカウンタ1
1、ディジタルポテンショメータ12によって、この実
施の形態による識別閾値の補正回路が構成される。
【0015】次に識別閾値の補正回路の動作について説
明する。クロック及びデータ再生回路8の再生データ信
号が、‘1’(ハイレベル)のときにアップダウンカウ
ンタ11を+1に、‘0’(ローレベル)のときにアッ
プダウンカウンタ11を−1に、それぞれ増減させる。
このアップダウンカウンタ11は、伝送する信号列の最
長連続ビット数に合わせて、総カウント数を決めてお
く。最長連続ビット数とは、受信する信号中、‘0’も
しくは‘1’が、続けて発生する(連続して並んでい
る)場合のその最大のビット数のことをいう。一般に、
光ファイバを介した幹線系の光通信システムにおいて
は、この最長連続ビット数が100ビット程度となる。
【0016】したがって、例えば、‘0’、‘1’の最
長連続ビット数が100ビットの場合、アップダウンカ
ウンタ11はその2倍以上、例えば256カウント分を
用意しておく。そして、アップダウンカウンタ11には
デフォルトとして、128カウント分をカウント数に入
力しておく。このカウンタがプラス側に桁あふれを起こ
したとき、ディジタルポテンショメータ12の抵抗値を
上げるように調整することによって閾値を1ステップ上
げる。またマイナス側に桁あふれを起こしたとき、ディ
ジタルポテンショメータ12の抵抗値を下げることによ
り閾値を1ステップ下げる。ここで、閾値を上げると
は、閾値設定回路6において、設定閾値を上げて‘0’
と判別する領域を増やし、‘1’と判別する領域を減ら
すことに相当する。この1ステップで上げる閾値の大き
さは、例えば入力される電気信号の振幅の1/10〜1
/100程度の大きさとし、使用される伝送路に応じて
エラーを抑圧できる程度のステップ数に適宜設定すれば
良い。この1ステップで上げる閾値の大きさは、多くす
る程設定精度が上がるものの、多すぎると最適な設定値
に至るまでの調整時間が長くなる。
【0017】さて、信号端子1より入力されたデータ信
号にエラーが含まれていない場合、‘0’と‘1’の発
生割合(マーク率)は等しいため、アップダウンカウン
タ11が桁あふれを起こすことはほとんど無い。この場
合は、図4のように、信号のノイズが‘0’と‘1’で
ともに少なく、そのノイズの発生する頻度の高い領域が
小さい。
【0018】しかし、データ信号にエラーが含まれてい
る場合で、識別閾値が最適となっていない場合は、
‘0’と識別される割合と、‘1’と識別される割合が
異なる。例えば、図5において、‘0’(ローレベル)
よりも‘1’(ハイレベル)の方がノイズの発生する頻
度の高い領域が大きい場合、信号平均値よりも下側に最
適閾値を設定する必要がある。この場合、この実施の形
態1の構成によれば、アップダウンカウンタ11が桁あ
ふれを起こすため、ディジタルポテンショメータ12に
より、‘0’と識別される割合と‘1’と識別される割
合が等しくなるように、識別閾値が変更される。最終的
に、それらが等しくなったとき、識別閾値が正しく調整
されたことになり、最適な識別閾値設定が可能となる。
【0019】また、本方式によれば、一般に使用されて
いるクロック及びデータ再生回路に対して、外部回路を
追加することで実現出来るため、クロック及びデータ再
生回路そのものを変更する必要なく、既存の回路を流用
することが可能であり、かつPLL(Phase Locked Loop)
回路や外部クロックも使用しないため、回路自身の帯域
内で、伝送速度に依存せず、使用することが可能であ
る。
【0020】したがって、エラーの発生している受信感
度領域において、最適な識別閾値を自動的に追従する回
路を簡単に構成することが出来る。
【0021】実施の形態2.図2はこの発明の実施の形
態2の構成を示すブロック図である。図2において、1
4はプロセッサのディジタル出力信号に応じて、アナロ
グ電圧を出力する、ディジタル−アナログ変換回路、1
5はアップダウンカウンタ11の出力信号に応じて、適
切な閾値信号を与えるべく、ディジタル−アナログ変換
回路14にディジタル信号を出力するプロセッサであ
る。
【0022】図1に示すように、実施の形態1でディジ
タルポテンショメータを用いて閾値識別閾値の補正回路
を構成したが、この実施の形態では、プロセッサ15と
ディジタル−アナログ変換回路14を用いた簡単な構成
で、同様の機能を実現している。
【0023】
【発明の効果】この発明によれば、エラーの発生してい
る受信感度領域において、最適な識別閾値を自動的に追
従する回路を簡単に構成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1による光受信器を示すブロック
図である。
【図2】 実施の形態2による光受信器識別閾値補正回
路の方式を示すブロック図である。
【図3】 従来の光受信を表す図である。
【図4】 入力波形のアイパターンに対する、閾値の関
係を表す図である。
【図5】 ノイズ分布に偏りがある場合の入力波形のア
イパターンに対する閾値の関係を表わす図である。
【符号の説明】
5 入力信号端子 6 閾値設定回路 8 クロック及びデータ再生回路 9 出力データ信号端子 10 出力クロック信号端子 11 アップダウンカウンタ 12 ディジタルポテンショメータ 14 ディジタル−アナログ変換回路 15 プロセッサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光信号を電気信号に変換する受光器と、 前記受光器からの出力信号と閾値との比較に基いて、ク
    ロック信号とデータ信号を識別再生するクロック及びデ
    ータ再生回路と、 前記クロック及びデータ再生回路からのデータ信号の符
    号に応じて、カウンタ数を増減させるアップダウンカウ
    ンタと、 前記アップダウンカウンタの桁溢れに応じて、前記閾値
    を変化させる閾値補正器と、 を備えた光受信器。
  2. 【請求項2】 前記アップダウンカウンタは、カウント
    数が所定の総カウント数より多くなったときに閾値を増
    加させる信号を出力し、カウント数が0より少なくなっ
    たときに閾値を減少させる信号を出力し、 前記閾値補正器は、前記アップダウンカウンタからの出
    力信号に基いて出力電圧を変化させる調整器と、 前記調整器の出力電圧に基いて前記閾値を設定する閾値
    設定回路とを有したことを特徴とする請求項1記載の光
    受信器。
  3. 【請求項3】 前記調整器は、入力信号に応じて抵抗値
    を変化させるディジタルポテンショメータであることを
    特徴とする請求項2記載の光受信器。
  4. 【請求項4】 前記調整器は、入力信号に応じて出力を
    変化させるプロセッサと、当該プロセッサの出力信号を
    アナログ信号に変換するディジタルアナログ変換器とを
    備えたことを特徴とする請求項2記載の光受信器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7620317B2 (en) 2004-12-30 2009-11-17 Finisar Corporation Programmable loss of signal detect hardware and method
JP2010011248A (ja) * 2008-06-30 2010-01-14 Nec Corp 光受信回路及び光受信方法

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