JP2009278379A - Optical receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光受信器に関し、特に受信特性が改善された光受信器に関する。 The present invention relates to an optical receiver, and more particularly to an optical receiver with improved reception characteristics.
従来から、光通信の伝送容量の増大化に伴いWDM伝送システムが実用化されている。このWDM伝送システム等に用いられる光受信器であって、ビット誤り特性における裾引きを低減する光受信器が知られている。
しかしながら、光伝送路において多段増幅された受光信号を従来の光受信器で受信する場合は、受光信号に広帯域のノイズが含まれていて、光受信器におけるプリアンプの利得帯域が受光電力の大きさに応じて広がる傾向にあり、その結果として高受光電力時にビット誤り率の低下(裾引き)が生じる場合がある。 However, when a conventional optical receiver receives a light reception signal amplified in multiple stages in an optical transmission line, the light reception signal includes broadband noise, and the gain band of the preamplifier in the optical receiver is the magnitude of the light reception power. As a result, there is a case where the bit error rate is lowered (bottomed) when the received light power is high.
具体的には、DWDM光伝送系では、伝送経路の途中に複数の光増幅器が縦列的に接続されるのが一般的である。この光増幅器の出力光には、高周波のノイズ成分が重畳されている。一方、光受信器においてはそのダイナミックレンジを確保するために、トランスインピーダンス(電流−電圧変換利得)を可変とする可変利得増幅器(v−TIA:variable gain Trans-Impedance Amplifier)が搭載されている。この可変利得増幅器をプリアンプとして用いた場合は、光入力が大きくなった際に、v−TIAの利得を低下させるためにトランスインピーダンスの値が小さく設定される。従って、自動的にv−TIAの帯域が広がってしまい、伝送路に重畳された光増幅器の高周波ノイズの影響が大きくなる傾向にある。 Specifically, in a DWDM optical transmission system, a plurality of optical amplifiers are generally connected in cascade along the transmission path. A high frequency noise component is superimposed on the output light of the optical amplifier. On the other hand, a variable gain trans-impedance amplifier (v-TIA) with variable transimpedance (current-voltage conversion gain) is mounted in the optical receiver in order to ensure the dynamic range. When this variable gain amplifier is used as a preamplifier, the transimpedance value is set small in order to reduce the gain of v-TIA when the optical input increases. Therefore, the v-TIA band is automatically expanded, and the influence of the high frequency noise of the optical amplifier superimposed on the transmission line tends to increase.
図7(a)は、光入力が小さい場合の可変利得増幅器の出力を示しており、トランスインピーダンスが所定の値にある状態を示している。この場合であっても、光入力がオンの状態(図7(a)における上側のレベル)では雑音の影響を受けノイズによる振動が見られる。この状態からさらに、光入力強度を順次大きくした場合に(図7(b)参照)、トランスインピーダンスは所定の値に維持されたままであり、v−TIAの出力の振幅は光入力の増大に伴い大きくなり、同時にオンレベル側に現れる雑音も大きくなる。さらに光入力を大きくすると、v−TIAの出力を一定にするようにトランスインピーダンスが調整される(図7(c)参照)。この場合は、トランスインピーダンスを小さくしてその出力を一定にするのでv−TIAの帯域が広がり、v−TIAの出力に現れる高周波側の雑音成分が大きくなる。特に、オンレベルには、伝送路中に挿入される光増幅器に起因する高周波ノイズ成分が多く含まれているためにその影響が大きくなり、v−TIAの出力波形はオンレベルにおいて雑音の影響で振動幅が広がったような特性となる。 FIG. 7A shows the output of the variable gain amplifier when the optical input is small, and shows a state where the transimpedance is at a predetermined value. Even in this case, when the optical input is on (the upper level in FIG. 7A), vibration due to noise is seen due to the influence of noise. When the optical input intensity is further increased from this state (see FIG. 7B), the transimpedance remains at a predetermined value, and the output amplitude of the v-TIA increases with the increase of the optical input. At the same time, the noise that appears on the on-level side also increases. When the optical input is further increased, the transimpedance is adjusted so that the output of v-TIA is kept constant (see FIG. 7C). In this case, since the transimpedance is reduced to make the output constant, the v-TIA band is widened, and the noise component on the high frequency side appearing in the output of the v-TIA is increased. In particular, the on-level includes a large amount of high-frequency noise components due to the optical amplifier inserted in the transmission line, so that the influence thereof becomes large. The output waveform of the v-TIA is affected by noise at the on-level. The vibration width becomes wider.
v−TIAの出力は、データ判別用の閾値を用いてデータ判別されるが、オンレベルとオフレベルの中央(図7の一点鎖線部分)にその閾値を設定することが一般的である。しかしながら、上記系においては、オンレベル側により大きなノイズが含まれるために、光入力が大きくなるのに伴ってプリアンプ出力のオン側のSN比が劣化し、光入力強度が大きくなるにつれてビット誤り率が増大してしまうという問題があった。 The output of the v-TIA is discriminated using a threshold for discriminating data, and it is common to set the threshold at the center of the on level and off level (one-dot chain line portion in FIG. 7). However, in the above system, since a larger noise is included on the on-level side, the S / N ratio on the on-side of the preamplifier output deteriorates as the optical input increases, and the bit error rate increases as the optical input intensity increases. There has been a problem that increases.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光伝送路上で広帯域なノイズが生じる場合であっても光信号受信時のビット誤り率を良好に維持することが可能な光受信器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and is an optical device capable of maintaining a good bit error rate when receiving an optical signal even when broadband noise occurs on an optical transmission line. An object is to provide a receiver.
上記課題を解決するため、本発明の光受信器は、入力光強度に応じた電流信号を生成する光電変換部と、電流電圧変換利得を動的に変化させることにより、光電変換部からの電流信号を所定の振幅値以下の電圧信号に変換する電流電圧変換部と、電流電圧変換部からの電圧信号と閾値レベルとを比較しその差を増幅する差動増幅器とを含み、閾値レベルは電流電圧変換利得の変化に追随して動的に変化される。 In order to solve the above problems, an optical receiver of the present invention includes a photoelectric conversion unit that generates a current signal according to input light intensity, and a current from the photoelectric conversion unit by dynamically changing a current-voltage conversion gain. A current-voltage conversion unit that converts the signal into a voltage signal having a predetermined amplitude value or less; and a differential amplifier that compares the voltage signal from the current-voltage conversion unit with a threshold level and amplifies the difference. It is dynamically changed following the change of the voltage conversion gain.
このような光受信器によれば、光電変換部からの入力光強度に応じた電流信号が、電流電圧変換部によって電流電圧変換利得を変化させながら所定の振幅以下の電圧信号に変換され、差動増幅器によってその電圧信号と閾値レベルとの差が増幅されて出力される。その際には、閾値レベルが電流電圧変換利得の変化に追随して動的に変化する。これにより、電流電圧変換利得の変化によって電流電圧変換部の帯域が広がって、電流電圧変換部の出力における光伝送路に重畳したノイズの影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを調整することができるので、光信号受信時のビット誤り率を小さくすることができる。 According to such an optical receiver, the current signal corresponding to the input light intensity from the photoelectric conversion unit is converted into a voltage signal having a predetermined amplitude or less by changing the current-voltage conversion gain by the current-voltage conversion unit, and the difference The difference between the voltage signal and the threshold level is amplified and output by the dynamic amplifier. At that time, the threshold level dynamically changes following the change of the current-voltage conversion gain. As a result, even if the influence of noise superimposed on the optical transmission line at the output of the current-voltage converter becomes larger due to the change in the current-voltage conversion gain, the band of the current-voltage converter is expanded, Since the threshold level for discrimination can be adjusted, the bit error rate at the time of optical signal reception can be reduced.
閾値レベルは電流電圧変換利得の低下に伴って下降するように制御される、ことが好ましい。この場合、電流電圧変換利得の低下によって電流電圧変換部の帯域が広がって、電流電圧変換部の出力のオンレベルにおけるノイズの影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを下げることで、ビット誤り率を効果的に小さくすることができる。 The threshold level is preferably controlled so as to decrease as the current-voltage conversion gain decreases. In this case, even if the influence of noise on the on-level of the output of the current-voltage converter is increased due to the decrease in the current-voltage conversion gain, the band of the current-voltage converter is expanded, The bit error rate can be effectively reduced by lowering the threshold level.
また、入力光強度に対応した一連の閾値レベル値を保持し、当該一連の閾値レベル値のうちの一を閾値レベルとして出力する制御部をさらに備える、ことも好ましい。かかる構成を採れば、予め入力光強度に対応して最適な閾値レベルを設定しておき、その閾値によってデータ判別を行うことができるので、より確実にビット誤り率を小さくすることができる。 It is also preferable to further include a control unit that holds a series of threshold level values corresponding to the input light intensity and outputs one of the series of threshold level values as the threshold level. By adopting such a configuration, it is possible to set an optimal threshold level corresponding to the input light intensity in advance and perform data discrimination based on the threshold, so that the bit error rate can be reduced more reliably.
さらに、光増幅器が介在する光伝送路を伝搬する光信号を受信することも好ましい。こうすれば、長距離伝送系において用いられる光増幅器の発生するノイズの影響が大きくなっても、光信号受信時のビット誤り率を小さくすることができる。 Furthermore, it is also preferable to receive an optical signal propagating through an optical transmission line through which the optical amplifier is interposed. In this way, even when the influence of noise generated by an optical amplifier used in a long-distance transmission system becomes large, the bit error rate at the time of receiving an optical signal can be reduced.
本発明の光受信器によれば、光伝送路上で広帯域なノイズが生じる場合であっても光信号受信時のビット誤り率を良好に維持することができる。 According to the optical receiver of the present invention, it is possible to maintain a good bit error rate when receiving an optical signal even when broadband noise occurs on the optical transmission line.
以下、図面を参照しつつ本発明に光受信器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical receiver according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の好適な一実施形態にかかる光受信器1の概略構成を示すブロック図である。同図に示す光受信器1は、特に伝送経路の途中に光増幅器が縦列的に介在して接続されたDWDM光伝送系において好適に用いられる。光受信器1は、フォトダイオード(光電変換部、以下、PDという)2と、プリアンプ(電流電圧変換部)3と、ポストアンプ(差動増幅器)4と、閾値制御部5と、光入力モニタ回路6とによって構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an
PD2は、光伝送路からの入力光を受光してその強度に応じた電流信号Iinを生成し、プリアンプ3は、その電流信号Iinを電圧信号Vinに変換し、ポストアンプ4は、その電圧信号Vinと閾値電圧を比較することにより電圧信号中に含まれるデータを判別して相補的な出力Vout+,Vout−を生成する。
The
図2は、プリアンプ3の構成を具体的に示すブロック図である。同図に示すように、プリアンプ3は、入出力間に帰還抵抗7が接続された増幅器8を有し、その増幅器8の出力には、帰還抵抗7の抵抗値を可変に制御する制御部9が接続されている。PD2から入力された電流信号Iinは、帰還抵抗7の抵抗値によって決まる電流−電圧変換利得で電圧信号Vinに変換されて出力される。つまり、電圧信号Vinの振幅は、電流信号Iin及び帰還抵抗7の大小によって決定される。
FIG. 2 is a block diagram specifically showing the configuration of the
また、制御部9は、電圧信号Vinの振幅をモニタしており、その振幅が所定の値を超えない様に入力電流Iinが大きくなった時には帰還抵抗の値を低下させる。
The
図3は、プリアンプ3の出力振幅C1、利得帯域C2、及び帰還抵抗7の抵抗値C3の受光電力依存性を示すグラフである。出力振幅C1は、利得一定領域Aと利得変動領域Bとに分けて制御される。
FIG. 3 is a graph showing the dependency of the output amplitude C 1 of the
すなわち、受光電力が小さい利得一定領域Aにおいては、PD2からの電流信号Iinが小さいため常に変換利得が最大になるように帰還抵抗7の抵抗値C3は最大値に維持される。従って、出力振幅C1は、電流信号Iin、すなわち受光電力に比例して増加する。また、GB積(利得帯域幅積)一定の関係からプリアンプ3の帯域C2は電流信号Iinの大きさに関わらず一定となる。 That is, in the small gain constant region A light power is always conversion gain for the current signal I in is small from the PD2 resistance value C 3 of the feedback resistor 7 so as to maximize is maintained at the maximum value. Therefore, the output amplitude C 1 increases in proportion to the current signal I in , that is, the received light power. Further, the band C 2 of the preamplifier 3 is constant regardless of the magnitude of the current signal I in because the GB product (gain bandwidth product) is constant.
これに対して、受光電力が大きくなって利得変動領域Bに遷移したとき、制御部9は電圧信号Vinの振幅C1を一定に保つために帰還抵抗7の抵抗値C3を下げ増幅器の利得を低下させるように制御する。この場合、GB積一定の関係から受光電力に比例してプリアンプ3の利得帯域C2は広がることになる。
In contrast, when a transition is made to the gain variation region B by receiving power is increased, the
図1に戻って、ポストアンプ4は、プリアンプ3から出力された電圧信号Vinと閾値レベルとを比較してデータを判別し、その結果を出力信号Vout+,Vout−として出力する。
Returning to FIG. 1, the
ポストアンプ4において比較に用いられる閾値レベルは、利得一定領域Aと利得変動領域Bとで個別のモードで制御される。図3を参照して説明したように、利得一定領域Aにおけるプリアンプ3の出力Vinは、受光電力の増加に伴ってその振幅C1が大きくなるため、データの判別のための閾値レベルC4は出力振幅C1の増加に比例して大きくなるように制御される(図3参照)。
The threshold level used for comparison in the
一方、利得変動領域Bにおいては、受光信号には光学的ノイズが重畳するのが常であり、この光学的ノイズは全信号周波数に跨り広い帯域に存在するため、プリアンプの利得が低下し同時にその帯域C2が広がることで相対的に光学的ノイズの高周波成分の影響が顕著に現れてくる。この光学的ノイズは光信号に重畳して伝搬されるため、受光信号のオンレベル側に特に現れ、その結果プリアンプの出力信号のオンレベル側のノイズ成分が増加する。そのことを考慮して、利得変動領域Bにおける閾値レベルC4は、受光電力の増加に対して減少するように制御されることにより(図3参照)、電圧信号Vinのオンレベル側のノイズを避けるようにその平均レベルよりも小さく設定される。 On the other hand, in the gain fluctuation region B, optical noise is usually superimposed on the received light signal. Since this optical noise is present in a wide band across all signal frequencies, the gain of the preamplifier is reduced at the same time. effect of high-frequency components of relatively optical noise by band C 2 spreads come conspicuous. Since this optical noise is propagated by being superimposed on the optical signal, it appears particularly on the on-level side of the received light signal, and as a result, the noise component on the on-level side of the output signal of the preamplifier increases. In view of its threshold level C 4 in the gain variation region B, by being controlled so as to decrease with an increase in light power (see FIG. 3), the on-level side of the voltage signal V in noise Is set smaller than the average level.
上述した閾値レベルの制御を実現すべく、光受信器1においては、閾値制御部5と光入力モニタ回路6とがさらに備えられている。
In order to realize the above-described threshold level control, the
光入力モニタ回路6は、カレントミラー回路10及び抵抗素子11を搭載し、カレントミラー回路10によりPD2の電流信号Iinに対応するモニタ電流を生成して、抵抗11によってそのモニタ電流をモニタ電圧Vmonに変換する。このモニタ電圧Vmonは、閾値制御部5に入力される。
The optical
閾値制御部5は、EEPROM等を内蔵するCPUによって構成され、モニタ電圧Vmonに対応する受光電力に対する最適なデータ判別用の一連の閾値レベルを格納するテーブルを予め保持している。そして、閾値制御部5は、光入力モニタ回路6から入力されたモニタ電圧Vmonに対応するデータ判別用の閾値レベルをテーブルから読み出してポストアンプ4に対してこれを閾値電圧Vthとして入力する。これにより、ポストアンプ4においては、受光電力に対して最適な閾値レベルでデータ判別するように制御される。
The
閾値制御部5が保持するテーブルは、受光電力とデータ判別用閾値との関係が、図3に示すような所定の関係を満たすように予め生成される。例えば、図3の利得一定領域A及び利得変動領域Bにおける2つの直線近似式を保持しておいて、受光電力(モニタ電圧Vmon)に応じて2つの近似式を切り替えて使用することで最適なデータ判別用閾値を生成することができる。このテーブルの生成は、例えば、光受信器1の製造段階で予め光信号を入力した場合にデータ誤り率が最小となる閾値電圧Vthを、複数の光信号レベルを入力させながら測定し、各閾値電圧Vthを直線、若しくは曲線を用いて近似することで実現される。
The table held by the
以上説明した光受信器1によれば、PD2からの入力光強度に応じた電流信号Iinが、プリアンプ3によって電流−電圧変換利得を変化させながら所定の振幅以下の電圧信号Vinに変換され、ポストアンプ4によってその電圧信号Vinと閾値レベルとが比較され、その結果差動信号Vout+,Vout−が生成されて出力される。その際には、閾値レベルが電流−電圧変換利得の変化に追随して動的に変化する。特に、本受信器においては、光入力強度が利得変動領域Bにある場合に、閾値レベルが光入力強度に伴って減少する点に特徴を有する。これにより、電流−電圧変換利得の変化によってプリアンプ3の利得帯域が広がって、プリアンプ3の出力Vinに現れる光伝送路の光学的特性に起因するノイズの高周波成分の影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを低下させ、光受信器のビット誤り率を小さくすることができる。
According to the
図4(a)は、光入力が小さい場合のプリアンプ3の出力を示しており、トランスインピーダンスが最大の状態を示している。さらに、図4(b)に示すように、光入力強度が所定値以下の範囲で大きくなった場合にも、トランスインピーダンスが最大値に維持される。このとき、閾値レベルC4は出力振幅に比例して大きくなる。さらに、図4(c)に示すように、光入力強度が所定値を超えて大きくなった場合は、プリアンプの出力振幅は一定に維持される一方でそのオンレベルに光伝送路上で重畳される光学的雑音の影響で振動幅が広がったような特性となるので、データ判別用の閾値レベルC4は光入力強度の増加に応じて低くされる。
FIG. 4A shows the output of the
このように、プリアンプ3の利得帯域が広がって出力のオンレベルにおけるノイズの影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを下げることで、ビット誤り率を効果的に小さくすることができる。
Thus, even when the gain band of the
また、閾値制御部5は、予め入力光強度に対応して最適なデータ判別用の閾値レベルをテーブルデータに設定しておき、その閾値によってデータ判別を行うことができるので、より確実にビット誤り率を小さくすることができる。
Further, the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図5に示す本発明の変形例である光受信器101にように、ポストアンプ4の入出力間にフィードバック部12を備えていてもよい。このフィードバック部12は、光入力の増減によって生じる電圧信号Vinのクロスポイントのずれをキャンセルするためのものであり、ポストアンプ4の出力電圧信号Vout+,Vout−を電圧信号Vinに抵抗を介してフィードバックする。このような光受信器101によれば、利得一定領域Aにおいて、光入力レベルの変動によって制御していた閾値レベルC4を一定値とし、利得変動領域Bにおいて第一実施形態と同様に光入力レベルの上昇に応じて閾値レベルC4を減少させることで最適なデータ判別用閾値を得ることができる(図6)。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, a
1,101…光受信器、2…フォトダーオード(光電変換部)、3…プリアンプ(電流電圧変換部)、4…ポストアンプ(差動増幅器)、5…閾値制御部、Iin…電流信号、Vin…電圧信号、Vout+,Vout−…比較信号。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Optical receiver, 2 ... Photodiode (photoelectric conversion part), 3 ... Preamplifier (current voltage conversion part), 4 ... Post amplifier (differential amplifier), 5 ... Threshold control part, Iin ... Current signal , Vin ... voltage signal, V out +, V out- ... comparison signal.
Claims (4)
電流電圧変換利得を動的に変化させることにより、前記光電変換部からの電流信号を所定の振幅値以下の電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部からの電圧信号と閾値レベルとを比較しその差を増幅する差動増幅器とを含み、
前記閾値レベルは前記電流電圧変換利得の変化に追随して動的に変化される、
ことを特徴とする光受信器。 A photoelectric conversion unit that generates a current signal according to the input light intensity;
A current-voltage conversion unit that converts a current signal from the photoelectric conversion unit into a voltage signal having a predetermined amplitude value or less by dynamically changing a current-voltage conversion gain;
A differential amplifier that compares the voltage signal from the current-voltage converter and a threshold level and amplifies the difference;
The threshold level is dynamically changed following the change of the current-voltage conversion gain,
An optical receiver.
ことを特徴とする請求項1記載の光受信器。 The threshold level is controlled to decrease as the current-voltage conversion gain decreases.
The optical receiver according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の光受信器。 A controller that holds a series of threshold level values corresponding to the input light intensity and outputs one of the series of threshold level values as the threshold level;
The optical receiver according to claim 1 or 2.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014217003A (en) * | 2013-04-30 | 2014-11-17 | 住友電気工業株式会社 | Optical receiver |
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2008
- 2008-05-14 JP JP2008127582A patent/JP2009278379A/en active Pending
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