JP3462379B2 - 光受信装置および光送受信システム - Google Patents
光受信装置および光送受信システムInfo
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- JP3462379B2 JP3462379B2 JP33693597A JP33693597A JP3462379B2 JP 3462379 B2 JP3462379 B2 JP 3462379B2 JP 33693597 A JP33693597 A JP 33693597A JP 33693597 A JP33693597 A JP 33693597A JP 3462379 B2 JP3462379 B2 JP 3462379B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速のレベル変動
やオフセット変動がある光信号を受信する光受信装置お
よびその光受信装置を用いた光送受信システムに関す
る。
やオフセット変動がある光信号を受信する光受信装置お
よびその光受信装置を用いた光送受信システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の光受信装置では、光信号のレベル
変動やオフセット変動に対して、信号レベルを一定化す
る自動利得制御や、信号レベルに閾値を追従させる自動
閾値制御により対応していた。たとえば、後者に対応す
るものとして、高速のフィードバック系を構成して判別
器の閾値を変動させる構成がある (Y.Ota et al.,"DC-1
Gb/s Burst-Mode Compatible Receiver for Optical Bu
s Application", J. ofLightwave Technol., Vol.10, N
o.2, Feb.）。しかし、この手法では、フィードバック
系の応答速度とレベル変動の許容量はトレードオフの関
係にあり、双方を同時に最良の状態にすることはできな
かった。
変動やオフセット変動に対して、信号レベルを一定化す
る自動利得制御や、信号レベルに閾値を追従させる自動
閾値制御により対応していた。たとえば、後者に対応す
るものとして、高速のフィードバック系を構成して判別
器の閾値を変動させる構成がある (Y.Ota et al.,"DC-1
Gb/s Burst-Mode Compatible Receiver for Optical Bu
s Application", J. ofLightwave Technol., Vol.10, N
o.2, Feb.）。しかし、この手法では、フィードバック
系の応答速度とレベル変動の許容量はトレードオフの関
係にあり、双方を同時に最良の状態にすることはできな
かった。
【０００３】このように、自動利得制御や自動閾値制御
は高速かつ大きなレベル変動やオフセット変動には対応
できず、さらに信号のマーク率を一定に保つ必要があっ
た。このため、パケット交換方式などで使用されるバー
スト信号には適用できなかった。
は高速かつ大きなレベル変動やオフセット変動には対応
できず、さらに信号のマーク率を一定に保つ必要があっ
た。このため、パケット交換方式などで使用されるバー
スト信号には適用できなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光パケット交換あるい
は光クロスコネクトでは、光パケット信号（セル）ごと
に経路が異なるので、通過する光部品の数や特性の違い
によりレベル変動やオフセット変動が起こる。しかし、
この光パケット信号の高速なレベル変動やオフセット変
動に追従する自動利得制御回路や自動閾値制御回路は実
現が困難であった。したがって、従来の閾値を用いた信
号の識別再生方式を用いる場合には、レベル変動やオフ
セット変動の許容範囲を小さくしなければならず、光パ
ケット交換あるいは光クロスコネクトを実現する上で大
きな障害になっていた。
は光クロスコネクトでは、光パケット信号（セル）ごと
に経路が異なるので、通過する光部品の数や特性の違い
によりレベル変動やオフセット変動が起こる。しかし、
この光パケット信号の高速なレベル変動やオフセット変
動に追従する自動利得制御回路や自動閾値制御回路は実
現が困難であった。したがって、従来の閾値を用いた信
号の識別再生方式を用いる場合には、レベル変動やオフ
セット変動の許容範囲を小さくしなければならず、光パ
ケット交換あるいは光クロスコネクトを実現する上で大
きな障害になっていた。
【０００５】本発明は、高速にレベル変動やオフセット
変動する信号を識別再生することができる光受信装置お
よびその光受信装置を用いた光送受信システムを提供す
ることを目的とする。
変動する信号を識別再生することができる光受信装置お
よびその光受信装置を用いた光送受信システムを提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光受信装置は、
光電気変換器の前段に、セルごとにレベルが変動する入
力光の平均の光信号強度に対して利得が飽和する半導体
光増幅器を備える。また、光プリアンプと光電気変換器
との間に、光プリアンプよりも飽和出力が小さい半導体
光増幅器を備える。この半導体光増幅器では、レベルの
小さいなセルの利得がレベルの大きいセルの利得よりも
大きくなるので、セルのレベル変動が緩和される。これ
により、入力光信号にレベル変動やオフセット変動があ
る場合でも一定閾値での信号識別が可能となる。
光電気変換器の前段に、セルごとにレベルが変動する入
力光の平均の光信号強度に対して利得が飽和する半導体
光増幅器を備える。また、光プリアンプと光電気変換器
との間に、光プリアンプよりも飽和出力が小さい半導体
光増幅器を備える。この半導体光増幅器では、レベルの
小さいなセルの利得がレベルの大きいセルの利得よりも
大きくなるので、セルのレベル変動が緩和される。これ
により、入力光信号にレベル変動やオフセット変動があ
る場合でも一定閾値での信号識別が可能となる。
【０００７】また、光電気変換器と識別器との間にハイ
パスフィルタを備える。ハイパスフィルタを通過した信
号は電位ゼロを中心として正負両方の振幅をもつので、
識別器の閾値を自動的に最適値に保つことができる。す
なわち、入力光信号にレベル変動やオフセット変動があ
る場合でも、特別な制御を行うことなく自動的に最適値
に設定される閾値により信号識別が可能となる。
パスフィルタを備える。ハイパスフィルタを通過した信
号は電位ゼロを中心として正負両方の振幅をもつので、
識別器の閾値を自動的に最適値に保つことができる。す
なわち、入力光信号にレベル変動やオフセット変動があ
る場合でも、特別な制御を行うことなく自動的に最適値
に設定される閾値により信号識別が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の光受信装置の第１の実施形態を示す。
明の光受信装置の第１の実施形態を示す。
【０００９】図において、エルビウム添加光ファイバ増
幅器等を用いた光プリアンプ１、半導体光増幅器２、フ
ォトダイオード３が光ファイバ４を介して順に接続さ
れ、光プリアンプ１および半導体光増幅器２で増幅され
た光信号がフォトダイオード３で電気信号に変換され
る。この電気信号は、さらに電気プリアンプ５で増幅さ
れて識別器６に入力される。
幅器等を用いた光プリアンプ１、半導体光増幅器２、フ
ォトダイオード３が光ファイバ４を介して順に接続さ
れ、光プリアンプ１および半導体光増幅器２で増幅され
た光信号がフォトダイオード３で電気信号に変換され
る。この電気信号は、さらに電気プリアンプ５で増幅さ
れて識別器６に入力される。
【００１０】ここで、光プリアンプ１に入力される光信
号はセルごとにレベルが変動するものとする。このと
き、各セルの持続時間（セル長）は通常 100ｎｓ以下で
あり、光プリアンプ１のキャリアライフタイム（ｍｓオ
ーダー）と比べて十分に短いので、光プリアンプ１は全
入射セルの強度の平均値に対する利得で増幅を行う。し
たがって、光プリアンプ１の前後におけるセル間の強度
比は不変である。
号はセルごとにレベルが変動するものとする。このと
き、各セルの持続時間（セル長）は通常 100ｎｓ以下で
あり、光プリアンプ１のキャリアライフタイム（ｍｓオ
ーダー）と比べて十分に短いので、光プリアンプ１は全
入射セルの強度の平均値に対する利得で増幅を行う。し
たがって、光プリアンプ１の前後におけるセル間の強度
比は不変である。
【００１１】この光プリアンプ１で平均パワーＰavまで
増幅された光信号が半導体光増幅器２に入力する。半導
体光増幅器２のキャリアライフタイムは 100ｐｓ程度と
セルの持続時間よりも短いので、半導体光増幅器２は各
セルの強度に応じた利得で増幅を行う。
増幅された光信号が半導体光増幅器２に入力する。半導
体光増幅器２のキャリアライフタイムは 100ｐｓ程度と
セルの持続時間よりも短いので、半導体光増幅器２は各
セルの強度に応じた利得で増幅を行う。
【００１２】図２は、半導体光増幅器の利得−入力パワ
ー特性を示す。一般的に、光増幅器は入力パワーがある
限度Ｐc を越えると飽和効果により利得が低下する。こ
こで、Ｐc ＜Ｐavとすると、平均パワーＰavよりも小さ
いセルに対する利得は、大きいセルに対する利得よりも
大きくなり、セル間の強度差が減少する。この様子を図
３に示す。
ー特性を示す。一般的に、光増幅器は入力パワーがある
限度Ｐc を越えると飽和効果により利得が低下する。こ
こで、Ｐc ＜Ｐavとすると、平均パワーＰavよりも小さ
いセルに対する利得は、大きいセルに対する利得よりも
大きくなり、セル間の強度差が減少する。この様子を図
３に示す。
【００１３】図３(1) は光プリアンプ１に入射する光信
号、図３(2) は光プリアンプ１で増幅された光信号を示
す。各セルの強度は、ｂ＞ｄ＞ｅ＞ａ＞ｃである。上述
したように、光プリアンプ１の前後でセル間の強度比は
変わらず、平均パワーＰavがアップしている。この光信
号をフォトダイオード３で受光し、識別する場合の最適
閾値は最小のセルｃの強度で制限されてＰth1 となる。
このＰth1 は信号のゼロレベルに近く、符号誤りを生じ
やすい。特に、セルｂのローレベルと、セルｃのハイレ
ベルとの間で符号誤りが生じやすい。
号、図３(2) は光プリアンプ１で増幅された光信号を示
す。各セルの強度は、ｂ＞ｄ＞ｅ＞ａ＞ｃである。上述
したように、光プリアンプ１の前後でセル間の強度比は
変わらず、平均パワーＰavがアップしている。この光信
号をフォトダイオード３で受光し、識別する場合の最適
閾値は最小のセルｃの強度で制限されてＰth1 となる。
このＰth1 は信号のゼロレベルに近く、符号誤りを生じ
やすい。特に、セルｂのローレベルと、セルｃのハイレ
ベルとの間で符号誤りが生じやすい。
【００１４】本実施形態では、光プリアンプ１から出力
される光信号を半導体光増幅器２に入力する。このと
き、セルａ，ｃ，ｅは平均パワーＰavよりも小さく、セ
ルｂ，ｄは平均パワーＰavよりも大きいので、各セルに
対する利得はｃ＞ａ＞ｅ＞ｄ＞ｂとなり、セル間の強度
差が減少して光信号強度は図３(3) のようになる。この
光信号をフォトダイオード３で受光し、識別する場合の
最適閾値はＰth2 となる。このＰth2 は、最小のセルｃ
の強度がアップした分だけＰth1 より高くなる。すなわ
ち、ゼロレベルに比べて十分に大きくなるので符号誤り
は生じない。
される光信号を半導体光増幅器２に入力する。このと
き、セルａ，ｃ，ｅは平均パワーＰavよりも小さく、セ
ルｂ，ｄは平均パワーＰavよりも大きいので、各セルに
対する利得はｃ＞ａ＞ｅ＞ｄ＞ｂとなり、セル間の強度
差が減少して光信号強度は図３(3) のようになる。この
光信号をフォトダイオード３で受光し、識別する場合の
最適閾値はＰth2 となる。このＰth2 は、最小のセルｃ
の強度がアップした分だけＰth1 より高くなる。すなわ
ち、ゼロレベルに比べて十分に大きくなるので符号誤り
は生じない。
【００１５】このように、フォトダイオード３の手前に
半導体光増幅器２を配置し、セルレベル変動等化器とし
て用いることにより、入力光信号にレベル変動やオフセ
ット変動がある場合でも一定閾値での信号識別が可能と
なる。なお、受信される光信号の平均パワーがＰav以上
あれば、光プリアンプ１を介さずに直接、半導体光増幅
器２に入力するようにしてもよい。
半導体光増幅器２を配置し、セルレベル変動等化器とし
て用いることにより、入力光信号にレベル変動やオフセ
ット変動がある場合でも一定閾値での信号識別が可能と
なる。なお、受信される光信号の平均パワーがＰav以上
あれば、光プリアンプ１を介さずに直接、半導体光増幅
器２に入力するようにしてもよい。
【００１６】（第２の実施形態）図４は、本発明の光受
信装置の第２の実施形態を示す。図において、エルビウ
ム添加光ファイバ増幅器等を用いた光プリアンプ１、フ
ォトダイオード３が光ファイバ４を介して接続され、光
プリアンプ１で増幅された光信号がフォトダイオード３
で電気信号に変換される。この電気信号は、さらに電気
プリアンプ５で増幅され、ハイパスフィルタ７を介して
識別器６に入力される。なお、ハイパスフィルタ７は、
フォトダイオード３と識別器６との間のいずれかに挿入
されていればよい。
信装置の第２の実施形態を示す。図において、エルビウ
ム添加光ファイバ増幅器等を用いた光プリアンプ１、フ
ォトダイオード３が光ファイバ４を介して接続され、光
プリアンプ１で増幅された光信号がフォトダイオード３
で電気信号に変換される。この電気信号は、さらに電気
プリアンプ５で増幅され、ハイパスフィルタ７を介して
識別器６に入力される。なお、ハイパスフィルタ７は、
フォトダイオード３と識別器６との間のいずれかに挿入
されていればよい。
【００１７】ハイパスフィルタ７の低域遮断周波数は、
通常光信号のビットレートの１／４から１／20程度のも
のを用いる。図５(1) はフォトダイオード３に入力され
る光信号を示す。各セルの強度はｂ＞ｄ＞ｅ＞ａ＞ｃで
あり、電気プリアンプ５の出力も同様である。図５(2)
はハイパスフィルタ７を通過後の信号を示す。この信号
は電位ゼロを中心として正負両方の振幅をもつ。この結
果、識別器６における閾値Ｐthは常に０Ｖに固定してお
くだけで、入力光信号にレベル変動やオフセット変動が
ある場合でも自動的に最適値になる。
通常光信号のビットレートの１／４から１／20程度のも
のを用いる。図５(1) はフォトダイオード３に入力され
る光信号を示す。各セルの強度はｂ＞ｄ＞ｅ＞ａ＞ｃで
あり、電気プリアンプ５の出力も同様である。図５(2)
はハイパスフィルタ７を通過後の信号を示す。この信号
は電位ゼロを中心として正負両方の振幅をもつ。この結
果、識別器６における閾値Ｐthは常に０Ｖに固定してお
くだけで、入力光信号にレベル変動やオフセット変動が
ある場合でも自動的に最適値になる。
【００１８】このように、フォトダイオード３と識別器
６との間にハイパスフィルタ７を挿入することにより、
入力光信号にレベル変動やオフセット変動がある場合で
も一定閾値での信号識別が可能となる。
６との間にハイパスフィルタ７を挿入することにより、
入力光信号にレベル変動やオフセット変動がある場合で
も一定閾値での信号識別が可能となる。
【００１９】（第３の実施形態）図６は、本発明の光受
信装置の第３の実施形態を示す。本実施形態は、第１の
実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。
すなわち、フォトダイオード３の前段に配置した半導体
光増幅器２をセルレベル変動等化器として機能させ、か
つハイパスフィルタ７の効果によって自動的に最適閾値
での信号識別を可能とする構成である。
信装置の第３の実施形態を示す。本実施形態は、第１の
実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。
すなわち、フォトダイオード３の前段に配置した半導体
光増幅器２をセルレベル変動等化器として機能させ、か
つハイパスフィルタ７の効果によって自動的に最適閾値
での信号識別を可能とする構成である。
【００２０】図７(1) は光プリアンプ１で増幅された光
信号、図７(2) は半導体光増幅器２で増幅された光信
号、図７(3) はハイパスフィルタ７通過後の信号を示
す。それぞれの信号を識別する場合の閾値はＰth1 ，Ｐ
th2(＞Ｐth1)，Ｐth0(＝０）である。
信号、図７(2) は半導体光増幅器２で増幅された光信
号、図７(3) はハイパスフィルタ７通過後の信号を示
す。それぞれの信号を識別する場合の閾値はＰth1 ，Ｐ
th2(＞Ｐth1)，Ｐth0(＝０）である。
【００２１】以上示した第１〜第３の実施形態の構成で
は、光信号の変調方式にかかわらず上述の効果を得るこ
とができるが、半導体光増幅器２のキャリアライフタイ
ム程度の時間内で光信号強度が一定に保たれる変調方式
を用いることにより、その効果を増大させることができ
る。すなわち、キャリアライフタイム程度の時間内で光
信号強度が一定に保たれた場合は、半導体光増幅器２は
ビットごとの強度変化には追従できずにセル内の強度の
平均値を感じて利得が決定される。したがって、パター
ン効果によるペナルティが一切生じない理想的な増幅が
可能となる。
は、光信号の変調方式にかかわらず上述の効果を得るこ
とができるが、半導体光増幅器２のキャリアライフタイ
ム程度の時間内で光信号強度が一定に保たれる変調方式
を用いることにより、その効果を増大させることができ
る。すなわち、キャリアライフタイム程度の時間内で光
信号強度が一定に保たれた場合は、半導体光増幅器２は
ビットごとの強度変化には追従できずにセル内の強度の
平均値を感じて利得が決定される。したがって、パター
ン効果によるペナルティが一切生じない理想的な増幅が
可能となる。
【００２２】半導体光増幅器２のキャリアライフタイム
程度の時間内で光信号強度を一定に保つ方法としては、
強度変調に対してスクランブルをかける等の方式により
マーク率を一定値にする方法、またはマーク率が一定値
になるような符号化方式（例えばマンチェスタ符号な
ど）を用いる等の方法がある。このマーク率の一定値と
しては１／２が最適値である。また、変調方式として、
位相変調や周波数変調を用いた場合には、セル内の光信
号強度は完全に一定値となるので、マーク率によらず最
大限の効果を得ることができる。
程度の時間内で光信号強度を一定に保つ方法としては、
強度変調に対してスクランブルをかける等の方式により
マーク率を一定値にする方法、またはマーク率が一定値
になるような符号化方式（例えばマンチェスタ符号な
ど）を用いる等の方法がある。このマーク率の一定値と
しては１／２が最適値である。また、変調方式として、
位相変調や周波数変調を用いた場合には、セル内の光信
号強度は完全に一定値となるので、マーク率によらず最
大限の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光受信装
置および光送受信システムは、光電気変換器の前段に半
導体光増幅器を備えるか、さらに光電気変換器と識別器
との間にハイパスフィルタを備えることにより、入力光
信号のレベル変動やオフセット変動の影響を回避するこ
とができる。したがって、光信号レベルやオフセットレ
ベルがセルごとに高速変動する場合でも、特別な制御回
路を用いることなく信号の識別再生が可能となる。
置および光送受信システムは、光電気変換器の前段に半
導体光増幅器を備えるか、さらに光電気変換器と識別器
との間にハイパスフィルタを備えることにより、入力光
信号のレベル変動やオフセット変動の影響を回避するこ
とができる。したがって、光信号レベルやオフセットレ
ベルがセルごとに高速変動する場合でも、特別な制御回
路を用いることなく信号の識別再生が可能となる。
【図１】本発明の光受信装置の第１の実施形態を示す
図。
図。
【図２】半導体光増幅器の利得−入力パワー特性を示す
図。
図。
【図３】第１の実施形態の動作を説明する図。
【図４】本発明の光受信装置の第２の実施形態を示す
図。
図。
【図５】第２の実施形態の動作を説明する図。
【図６】本発明の光受信装置の第３の実施形態を示す
図。
図。
【図７】第３の実施形態の動作を説明する図。
１ 光プリアンプ、
２ 半導体光増幅器
３ 光電気変換器
４ 光ファイバ
５ 電気プリアンプ
６ 識別器
７ ハイパスフィルタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−181019（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−85372（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−7477（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−113441（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04B 10/00 - 10/28
H04J 14/00 - 14/08
G02B 6/00
H01S 3/10
Claims (4)
- 【請求項１】 セルごとにレベル変動やオフセット変動
がある光信号を入力して電気信号に変換する光電気変換
器と、前記電気信号を識別する識別器とを備えた光受信
装置において、 前記光電気変換器の前段に、セルごとにレベルが変動す
る入力光の平均の光信号強度に対して利得が飽和する半
導体光増幅器を備えたことを特徴とする光受信装置。 - 【請求項２】 セルごとにレベル変動やオフセット変動
がある光信号を入力して電気信号に変換する光電気変換
器と、前記電気信号を識別する識別器とを備えた光受信
装置において、 前記光電気変換器の前段に、セルごとにレベルが変動す
る入力光の平均の光信号強度に対して利得が飽和する半
導体光増幅器を備え、 前記光電気変換器と前記識別器との間にハイパスフィル
タを備えたことを特徴とする光受信装置。 - 【請求項３】 半導体光増幅器の前段に、半導体光増幅
器の利得が飽和する強度まで、セルごとにレベルが変動
する入力光の平均の光信号強度を増幅する光プリアンプ
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の光受信装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の光受信
装置を備えた光送受信システムにおいて、 前記光受信装置の半導体光増幅器のキャリアライフタイ
ム程度の時間内で光信号強度が一定に保たれる変調方式
により生成された光信号を送信する構成であることを特
徴とする光送受信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33693597A JP3462379B2 (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 光受信装置および光送受信システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33693597A JP3462379B2 (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 光受信装置および光送受信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11177506A JPH11177506A (ja) | 1999-07-02 |
| JP3462379B2 true JP3462379B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=18304000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33693597A Expired - Fee Related JP3462379B2 (ja) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | 光受信装置および光送受信システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3462379B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005124446A1 (ja) * | 2004-06-18 | 2005-12-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 光増幅装置および光通信システム |
-
1997
- 1997-12-08 JP JP33693597A patent/JP3462379B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11177506A (ja) | 1999-07-02 |
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