JP3657209B2 - Anomaly detection circuit for optical receiver and optical receiver - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等に用いられ、光信号から電気信号に光電変換する光電変換素子を備えた光受信器において信号の異常を検出する光受信器用異常検出回路に関し、特に、符号誤り率に応じた異常検出に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は従来の光受信器用異常検出回路21のブロック図である。図9において、1は入力された光信号を電流信号に変換する光電変換素子、2は電流信号を適切な振幅の電圧信号に変換するトランスインピーダンスプリアンプ、3はトランスインピーダンスプリアンプ2のゲインを設定する帰還抵抗、4は前記トランスインピーダンスプリアンプ2の出力信号を増幅するポストアンプ、17はポストアンプ4の出力信号の振幅に比例する信号を出力するピーク検波回路、18はアラーム信号発出の閾値信号を出力する閾値生成回路、19はピーク検波回路17の出力信号が閾値生成回路18の出力信号レベルより高い(または低い)場合にアラーム信号を出力する比較器、10はアラーム信号出力端子である。
【0003】
次にこの光受信器用異常検出回路21の動作について説明する。図9に示す光受信器用異常検出回路21において、強い強度(振幅)の光信号を「H」、弱い強度の光信号を「L」とするデジタル光信号が光電変換素子1に入力される。光電変換素子1はこの光信号を電流信号に変換する。この電流信号はトランスインピーダンスプリアンプ2に入力され、トランスインピーダンスプリアンプ2は、この電流信号を入力電流信号振幅に応じて適切な振幅の電圧信号に変換する。トランスインピーダンスプリアンプ2において電流信号から変換された電圧信号は、ポストアンプ4において、ピーク検波回路17での振幅検出機能が正常に動作するように増幅される。ピーク検波回路17は、ポストアンプ4の出力信号の振幅に比例した信号を出力する。また閾値生成回路18は、用途に応じたレベルの閾値信号を生成する。比較器19は、ピーク検波回路17の出力信号と閾値生成回路18の閾値信号とを比較し、例えばピーク検波回路17の出力信号が閾値生成回路18の閾値信号より低くなった場合、アラーム信号を出力し、このアラーム信号が、アラーム信号出力端子10からこの光受信器用異常検出回路21のアラーム出力信号として出力される。このような構成により、光電変換素子1に入力される光入力強度が所定値を下回った場合に、アラーム信号出力端子10よりアラーム信号を出力することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
昨今、光受信器において、光信号の符号誤り率が所定の比率以上となった場合にアラームを発生させる機能を備えたものが望まれているが、符号誤り率は信号のノイズ成分に大きく依存するため、ノイズ成分を考慮しない光入力強度に基づく上記従来の光受信器用の異常検出回路を、このような符号誤り率の増加に応じた異常を検出する回路として利用することができなかった。
【0005】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光受信器において、光電変換素子等の構成部品の個体バラツキ,温度,または電圧の変動等により信号中のノイズ成分が増大し符号誤り率が増大した場合にこれを検出することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる光受信器用異常検出回路は、光電変換素子により光信号から光電変換された電気信号の強度と、所定の識別閾値と、を比較する主識別回路と、前記電気信号の強度と、前記所定の識別閾値と異なる参照閾値と、を比較する参照識別回路と、前記主識別回路および前記参照識別回路の比較結果に基づいて信号の異常を検出する演算回路と、を備え、前記演算回路は、電気信号の強度の前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される異常検出用閾値を超えた場合を信号の異常として検出するものである。
【0008】
また本発明では、前記識別閾値は、主識別回路においてその識別閾値を設定したときに、識別閾値より小さくなるべき信号が識別閾値より大きい信号として識別される確率と、識別閾値より大きくなるべき信号が識別閾値より小さい信号として識別される確率と、が等しくなるように、設定されるのが好適である。
【0009】
また本発明にかかる光受信器用異常検出回路は、所定の識別タイミングで、光電変換素子により光信号から光電変換された電気信号の強度と、所定の識別閾値と、を比較する主識別回路と、前記所定の識別タイミングと異なる参照タイミングで、前記電気信号の強度と、所定の識別閾値と、を比較する参照識別回路と、前記主識別回路および参照識別回路の識別結果に基づいて信号の異常を検出する演算回路と、を備え、前記演算回路は、電気信号の強度の前記識別タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される異常検出用閾値を超えた場合を信号の異常として検出するものである。
【0011】
また本発明では、前記識別タイミングは、主識別回路においてその識別タイミングを設定したときに、アイにおいて早い側の信号変化タイミングで前記識別閾値となるべき電気信号が実際にはその識別タイミングより遅いタイミングで識別閾値となる確率と、アイにおいて遅い側の信号変化タイミングで前記識別閾値となるべき電気信号が実際にはその識別タイミングより早いタイミングで識別閾値となる確率と、が等しくなるように、設定されるのが好適である。
【0012】
また本発明にかかる光受信器用異常検出回路は、所定の識別タイミングで、光電変換素子により光信号から光電変換された電気信号の強度と、所定の識別閾値と、を比較する主識別回路と、所定の識別タイミングで、前記電気信号の強度と、前記所定の識別閾値と異なる参照閾値と、を比較する第一の参照識別回路と、前記所定の識別タイミングと異なる参照タイミングで、前記電気信号の強度と、前記所定の識別閾値とを比較する第二の参照識別回路と、前記主識別回路、第一の参照識別回路および第二の参照識別回路の識別結果に基づいて信号の異常を検出する演算回路と、を備え、前記演算回路は、電気信号の強度の前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される第1の異常検出用閾値を超えた場合、又は電気信号の強度の前記識別タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される第2の異常検出用閾値を超えた場合の少なくともいずれか一方が発生した場合を信号の異常として検出するものである。
【0013】
また本発明にかかる光受信器は、上記いずれかの光受信器用異常検出回路を備える。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路20のブロック図である。図1において、光受信器用異常検出回路20は、入力された光信号を電流信号に変換する光電変換素子1(例えばフォトダイオード)、電流信号を適切な振幅の電圧信号に変換するトランスインピーダンスプリアンプ2、トランスインピーダンスプリアンプ2の増幅率(すなわちゲイン)を設定する帰還抵抗3、トランスインピーダンスプリアンプ2の出力信号を増幅するポストアンプ4、ポストアンプ4の出力信号からクロック信号を抽出するクロック抽出回路5、ポストアンプ4の出力信号レベル(振幅)をそれぞれ適切にシフトするレベルシフト回路6(6a,6b,6c,・・・)、各レベルシフト回路6毎に設けられ、クロック抽出回路5の出力クロック信号をそれぞれ適切に遅延させるクロック遅延回路7(7a,7b,7c,・・・)、各レベルシフト回路6およびクロック遅延回路7毎に設けられ、これらレベルシフト回路6およびクロック遅延回路7の出力信号に基づいて信号のレベルが「H」であるか「L」であるかを識別する識別回路8(8a,8b,8c)、各識別回路8の識別結果の出力に基づいて、これら識別結果のカウントおよび演算を行いアラーム信号を発出する演算回路9、および、演算回路9の発出したアラーム信号を出力するアラーム出力端子10を備える。
【0015】
次にこの異常検出回路20の動作について説明する。例えば一定のパルス間隔でランダムに強度変調されたデジタル光パルス信号が光電変換素子1に入力され、ここで電気信号としての電流パルス信号に変換される。その電流パルス信号は、トランスインピーダンスプリアンプ2、およびポストアンプ4により、適切な振幅に増幅される。
【0016】
図2に、増幅後の電流パルス信号のアイ(eye)パターンを示す。この図において、横軸は時間、また縦軸は振幅(レベル)を示す。当該アイパターンにおいて、信号中の符号のレベル(すなわち振幅)が「H」(:大)であるか「L」(:小)であるかを識別するために、アイ22の中心部分(○印)に真の識別点11を設定する。各符号毎に真の識別点11とその信号レベルとが比較され、例えば、信号レベルが真の識別点11の識別閾値以上のレベルであればその符号は「H」(:大)と識別され、また真の識別点11の識別閾値より小さいレベルであればその符号は「L」(:小)と識別される。
【0017】
この真の識別点11での「H」あるいは「L」の識別は主識別回路8aで行われる。この識別を精度よく行うため、信号は、該主識別回路8aに入力される前に、その振幅および時間がそれぞれオフセットされる。振幅のオフセットは第一のレベルシフト回路6aにより行われ、また時間のオフセットは第一のクロック遅延回路7aにより行われる。すなわち、第一のレベルシフト回路6aにより、真の識別点11が所定のアイパターンの縦方向(振幅方向)のほぼ中央となるように調整され、また第一のクロック遅延回路7aにより、真の識別点11が同じく所定のアイパターンの横方向(時間軸方向)のほぼ中央となるように調整される。これらオフセットにより、主識別回路8aにおける識別閾値および識別タイミングが設定あるいは調整される。なお、本実施の形態では、第一のレベルシフト回路6aはポストアンプ4の出力および主識別回路8aの入力に接続され、また第一のクロック遅延回路7aはクロック抽出回路5の出力および主識別回路8aの入力にそれぞれ接続される。
【0018】
また、本発明では、真の識別点11の他に参照識別点12が一つ又は複数設けられる。この参照識別点12での「H」あるいは「L」の識別は参照識別回路(8b,8c,・・・)で行われる。この識別は、第1のレベルシフト回路6a、第1のクロック遅延回路7a、および主識別回路8aと並列に、また同じ接続関係で、レベルシフト回路(6b,6c,・・・)、クロック遅延回路(7b,7c,・・・)、および参照識別回路(8b,8c,・・・)を設け、当該レベルシフト回路(6b,6c,・・・)のレベルシフト量、およびクロック遅延回路(7b,7c,・・・)のクロック遅延量を、それぞれ第1のレベルシフト回路6aのレベルシフト量(振幅オフセット量)、および第1のクロック遅延回路7aのクロック遅延量(時間オフセット量)と異なる量とすることにより実現される。この参照識別点12(図2中×印)は、図2に示すアイパターン上では、真の識別点11(図2中○印)と異なる位置の点として示すことができる。各参照識別点12は、このアイパターン上では、真の識別点11とのレベルシフト量あるいはクロック遅延量との差異に応じて、この真の識別点11から離間した位置に設定されることになる。すなわち、各参照識別回路(8b,8c,・・・)は、それぞれ識別閾値または識別タイミングとは異なる参照閾値または参照タイミングにより二値の識別(すなわち、それぞれに設定された閾値に対する大小の識別)を行う。
【0019】
各識別回路8で得られた識別結果は、それぞれ演算回路9に入力される。演算回路9はカウンタ機能を有し、所定期間内で真の識別点11の識別回路の識別結果と参照識別点12の識別回路の識別結果に差異があった場合の数をカウントし、当該所定期間内に伝送される全符号のビット数に対する識別結果の異なる場合のカウント数の割合を求める。符号識別結果とアイパターン上の識別点の位置には相関があるため、真の識別点11と参照識別点12での識別結果が異なる場合の割合と、それぞれの識別点のアイパターン上での位置関係から、真の識別点11における符号誤り率を推定することができる。すなわち識別点の位置関係とカウント測定期間と識別結果の差異のカウント数量をそれぞれ適切に設定することにより、演算回路9から符号誤り率が所定値を超えたときにアラーム信号を発出することが可能となる。
【0020】
実施の形態1.
本発明の第一の実施の形態として、真の識別点11に対してそのレベルが異なる(例えば高い)点1点を参照識別点12とした場合について説明する。図3にこの場合のアイパターンを示す。図に示すように、ここでは、一例として、真の識別点11のレベル(すなわち識別閾値)を「H」信号のレベルより2a低く、また参照識別点12のレベル(すなわち参照閾値)を「H」信号のレベルよりa低く設定している。以下、この場合の、真の識別点11での符号誤り率と、カウント測定期間と、真の識別点11と参照識別点12での識別結果の異なる場合の数について説明する。なお、以下では、信号伝送速度を2.5ギガビット/秒(Gb/s)、演算回路9による差異のカウント期間(後述)を40マイクロ秒(μs)とし、符号誤り率が10−3(0.001)を越えた際にアラームを発出させるような構成とする場合について説明する。
【0021】
図3のアイパターンでは、各信号を一本のラインで表しているが、信号に含まれるノイズ成分を考慮すると、「H」信号および「L」信号のレベルは、それぞれ正規分布に基づいた確率でばらついて広がると仮定することができる。これを表したのが図4である。この図では、縦軸はレベル、横軸は確率を示し、上段の曲線が「H」信号の検出レベルの確率分布を、また下段の曲線が「L」信号の検出レベルの確率分布をそれぞれ示す。この図において、「L」信号を「H」信号と誤る確率(すなわち、「L」信号となるべき信号が「H」信号として識別される確率)は、確率分布範囲13における確率分布の積分値(すなわち図4では領域13の面積)となり、他方「H」信号を「L」信号と誤る確率(すなわち、「H」信号となるべき信号が「L」信号として識別される確率)は確率分布範囲14における確率分布の積分値(すなわち図4では領域14の面積)となる。つまり、正規分布において、確率分布範囲13の面積と確率分布範囲14の面積との和が、真の識別点11における符号誤り率P(R)となる。ここで、本実施の形態では、確率分布範囲13および14の面積がほぼ等しくなるように、真の識別点11を設定する。すなわち換言すれば、識別閾値以上で「L」信号が「H」信号と誤認される確率(すなわち領域13の面積)と、識別閾値以下で「H」信号が「L」信号と誤認される確率(すなわち領域14の面積)と、がほぼ等しくなるように、真の識別点11のレベル(すなわち識別閾値)を設定する。
【0022】
参照識別点12における識別結果と真の識別点11における識別結果とが異なる確率P(D)は、図4に示されるように、確率分布範囲15と確率分布範囲13の和になる。ここで、参照識別点12のレベル(すなわち参照閾値)において二値のうちの一方の信号(この場合「L」信号)を他方の信号(この場合「H」信号)と識別する確率は非常に低いためこれをゼロと仮定すると、確率分布範囲13と確率分布範囲14がほぼ等しいことから、前記P(D)は確率分布範囲15と確率分布範囲14の和であるといえる。これは、参照識別点12における「H」信号の正規分布の上側確率(すなわちこの場合、参照閾値以下のレベルでその信号が「H」信号である確率)に相当する。ここで、符号誤り率P(R)が10−3(0.001)の時を考える。この場合、確率分布範囲13と確率分布範囲14の和が10−3であるので、各確率分布範囲13,14(すなわち正規分布における上側確率)はそれぞれ5×10−4(0.0005)である。正規分布において上側確率が5×10−4であるときは、その分散値をσとすると、真の識別点11のレベル2a=3.3σのときである。この時、参照識別点12のレベルaではその半分の1.65σとなり、この時の正規分布の上側確率はおよそ0.0495となる。したがって、符号誤り率が10−3の時、真の識別点11での識別結果と、参照識別点12での識別結果に差異が発生する確率(差異発生確率)は0.0495であるといえる。演算回路9においてカウンタを動作させる所定期間(例えば40マイクロ秒)の間に伝送する全符号数は、伝送速度が2.5Gb/sの場合、10万ビットである。したがって、演算回路9のカウンタにより識別結果の差異をカウントしてこれを所定期間(40マイクロ秒間)積算し、その結果がこの期間における前記差異発生確率0.0495に相当する数、すなわち10万×0.0495=4950カウントを超えた場合を異常としてアラームを発出させれば、これを、符号誤り率10−3を超えた場合の異常検出およびアラーム発出とすることができる。
【0023】
実施の形態2.
本実施の形態では、図5に示すように、真の識別点11とタイミングの異なる(例えば早い)点を参照識別点12とし、同じ識別閾値に対する大小の識別結果の差異の発生回数をカウントすることにより、アラーム発出を行う。以下、この原理について説明する。
【0024】
アイ(eye)の両側の、「H」→「L」または「L」→「H」に信号が変化するタイミング(すなわち図5および図6のタイミングA,B)において、識別閾値となるべき信号が実際に識別閾値となるタイミングの確率分布は、実施の形態1.と同様に、通常、図6のような正規分布となる。
【0025】
本実施の形態では、タイミングAで識別閾値となるべき信号が実際にはタイミングCより遅いタイミングで識別閾値となる確率(図6の34)と、タイミングBで識別閾値となるべき信号が実際にはタイミングCより早いタイミングで識別閾値となる確率(図6の33)と、が等しくなるタイミングCが、識別タイミングに設定される。また、参照識別点12の参照タイミングDは、識別タイミングCと異なる(例えば早い)タイミングであって、タイミングBで識別閾値となるべき信号が実際にそのタイミングで識別閾値となる確率のほとんど無いタイミング(すなわち、図6のBに対応する確率分布から外れたタイミング)、に設定される。なお、真の識別点11および参照識別点12の識別閾値は、例えば、「H」レベルと「L」レベルとのちょうど中間の値とする。
【0026】
このように二つの識別点が設定されている状況下で、信号が図6に示す正規分布どおりに出現した場合には、タイミングAで識別閾値となるべき信号が参照タイミングDより遅いタイミングで識別閾値となる実際の確率(図6の36の面積)は、参照タイミングDと識別タイミングCとの間のタイミングで信号が識別閾値となる正規分布上の確率(図6の35と33との面積の合計)に等しくなる。しかしながら、符号誤り率(正規分布上では図6の33と34との面積の合計に相当する)が増大すると、その分、参照タイミングDと識別タイミングCとの間のタイミングで信号が識別閾値となる実際の確率は、タイミングAで識別閾値となるべき信号が参照タイミングDより遅いタイミングで識別閾値となる正規分布上の確率(図6の36の面積)より大きくなる。
【0027】
ここで、図7に示すように、信号が参照タイミングDでは「H」レベルであって、かつ識別タイミングCでは「L」レベルである場合、および、信号が参照タイミングDでは「L」レベルであって、かつ識別タイミングCでは「H」レベルである場合には、信号は、参照タイミングDと識別タイミングCとの間で識別閾値となる。すなわち、参照識別点11における識別閾値に対する識別結果と、真の識別点12における識別閾値に対する識別結果と、が異なる場合には、信号は、識別タイミングCと参照タイミングDとの間のタイミングで識別閾値となる。
【0028】
したがって、タイミングAで「H」→「L」または「L」→「H」に変化する全信号の数のうち、二つの識別点11,12で異なる識別結果となる信号の数の比率が、タイミングAで識別閾値となるべき信号が参照タイミングDより遅いタイミングで識別閾値となる正規分布上の確率(図6の36の面積)より高くなった場合は、正規分布上想定される符号誤り率より誤り率の高い状態であると識別することができる。
【0029】
ここで、符号誤り率が10−3を超えた場合にアラームが発出される例について考える。正規分布上での符号誤り率が10−3である場合、タイミングAで識別閾値となるべき信号がタイミングCより遅いタイミングで識別閾値となる確率(図6の34)と、タイミングBで識別閾値となるべき信号がタイミングCより早いタイミングで識別閾値となる確率(図6の33)とは、いずれも5×10−4となる。正規分布において上側確率が5×10−4となるのは、3.3σ(σは分散値)のときである。図5のように識別タイミングC(2b)に対して参照タイミングD(b)を設定すると、参照タイミングD(b=1.65σ)より上側の確率(図6の36の面積)は、0.0495となる。タイミングAの前後における信号の推移の全パターン(「H」→「H」,「H」→「L」,「L」→「H」,「L」→「L」)のうち、「H」→「L」または「L」→「H」に値が変化する確率はその1/2であるから、信号が正規分布にしたがっている場合には、全信号のうち二つの識別点11,12で識別結果が異なる場合の確率(図6の33と34との面積の合計)は、0.02475(=0.0495/2)である。これは、実施の形態1の場合の1/2に相当する。演算回路9のカウンタでカウンタを動作させる所定期間(例えば40マイクロ秒)の間に伝送する全符号数は、伝送速度が2.5Gb/sの場合、10万ビットである。したがって、演算回路9のカウンタにより識別結果の差異をカウントしてこれを所定期間(例えば40マイクロ秒)積算し、その結果が、この期間における差異発生確率0.02475に相当する数、すなわち10万×0.02475=2475カウントを超えた場合に、符号誤り率10−3を超えた異常としてアラームを発出させればよい。なお、本実施形態でも、真の識別点11の識別は主識別回路8aにより行い、参照識別点12の識別は参照識別回路8bにより行えばよい。
【0030】
実施の形態3.
図8に示すように、本発明の第3の実施の形態として、真の識別点11に対してそのレベルの異なる(例えば高い)点、およびそのタイミングの異なる(例えば早い)点の双方を参照識別点12として用い、前の実施の形態1および2と全く同様の手法で当該参照識別点12と真の識別点11との差異発生回数をカウントすることにより、所定の符号誤り率を越えた場合のアラーム発出を行うことができる。この場合は実施の形態1と実施の形態2とを組み合わせ、レベル方向および時間軸方向の各々について識別結果の差異をカウントし、両方のカウンタが所定の回数を超えた場合、もしくは、いずれか一方のカウンタが所定の回数を超えた場合にアラームを発出することにより、所定の符号誤り率を越えた場合のアラーム発出を実現することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、識別閾値に対する識別結果と、識別閾値と異なる参照閾値に対する識別結果とに基づいて符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0032】
また本発明によれば、さらに、電気信号の強度の前記識別閾値に対する大小の識別結果と、参照閾値に対する大小の識別結果と、が異なる場合の回数を、所定期間積算し、積算した回数が所定値を超えた場合を異常とすることで、符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0033】
また本発明によれば、さらに、識別閾値を、主識別回路においてその識別閾値を設定したときに、識別閾値より小さくなるべき信号が識別閾値より大きい信号として識別される確率と、識別閾値より大きくなるべき信号が識別閾値より小さい信号として識別される確率と、が等しくなるように設定することで、符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0034】
また本発明によれば、識別タイミングにおける識別結果と、識別タイミングと異なる参照タイミングにおける識別結果とに基づいて、符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0035】
また本発明によれば、さらに、電気信号の強度の前記識別タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果と、前記参照タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果と、が異なる場合の回数を、所定期間積算し、積算した回数が所定値を超えた場合を異常とすることで、符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0036】
また本発明によれば、さらに、識別タイミングを、主識別回路においてその識別タイミングを設定したときに、アイにおいて早い側の信号変化タイミングで識別閾値となるべき電気信号が実際にはその識別タイミングより遅いタイミングで識別閾値となる確率と、アイにおいて遅い側の信号変化タイミングで識別閾値となるべき電気信号が実際にはその識別タイミングより早いタイミングで識別閾値となる確率と、が等しくなるように設定することで、符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0037】
また本発明によれば、識別タイミングにおける識別閾値に対する識別結果と、識別閾値と異なる参照閾値に対する識別結果と、識別タイミングと異なる参照タイミングにおける識別結果と、に基づいて、符号誤り率に応じた光信号の異常を検出する回路を実現できる。
【0038】
また本発明によれば、上記した異常検出回路を備えた光受信器が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路を示すブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路における信号のアイパターン、および識別点を示す図である。
【図3】 本発明の第一の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路における入力信号のアイパターン、および識別点を示す図である。
【図4】 本発明の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路における信号レベルの確率分布と識別点の設定を示す説明図である。
【図5】 本発明の第二の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路における入力信号のアイパターン、および識別点を示す図である。
【図6】 本発明の第二の実施形態にかかる光受信器用異常検出回路における信号値が識別閾値となるタイミングの確率分布を示す図である。
【図7】 本発明の第二の実施形態にかかる光受信器用異常検出回路において、識別タイミングと参照タイミングとの間のタイミングで識別閾値となる信号を示す説明図である。
【図8】 本発明の第三の実施の形態にかかる光受信器用異常検出回路における入力信号のアイパターン、および識別点を示す図である。
【図9】 従来の光受信器用異常検出回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 光電変換素子、2 トランスインピーダンスプリアンプ、3 帰還抵抗、4 ポストアンプ、5 クロック抽出回路、6 レベルシフト回路、7 クロック遅延回路、8 識別回路、8a 主識別回路、8b,8c,・・・ 参照識別回路、9 演算回路、11 真の識別点、12 参照識別点、20 光受信器用異常検出回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical receiver anomaly detection circuit for detecting an anomaly of a signal in an optical receiver that is used for optical communication or the like and includes a photoelectric conversion element that photoelectrically converts an optical signal to an electrical signal. It relates to the detection of abnormalities.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 is a block diagram of a conventional
[0003]
Next, the operation of the optical receiver
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, optical receivers are desired to have a function for generating an alarm when the code error rate of an optical signal exceeds a predetermined ratio, but the code error rate greatly depends on the noise component of the signal. Therefore, the conventional abnormality detecting circuit for an optical receiver based on the optical input intensity that does not consider the noise component cannot be used as a circuit for detecting an abnormality according to the increase in the code error rate.
[0005]
The present invention has been made in view of such problems, and the purpose of the present invention is to reduce noise components in a signal due to individual variations of components such as photoelectric conversion elements, temperature, or voltage fluctuations in an optical receiver. This is to detect when the code error rate increases and the code error rate increases.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An abnormality detection circuit for an optical receiver according to the present invention includes a main identification circuit that compares the intensity of an electrical signal photoelectrically converted from an optical signal by a photoelectric conversion element with a predetermined identification threshold, the intensity of the electrical signal, A reference identification circuit that compares a reference threshold different from the predetermined identification threshold; and an arithmetic circuit that detects a signal abnormality based on a comparison result between the main identification circuit and the reference identification circuit. The arithmetic circuit integrates the number of times when the magnitude discrimination result of the electric signal strength with respect to the discrimination threshold is different from the magnitude discrimination result with respect to the reference threshold for a predetermined period, and the number of times of the integration is given code Exceeds the threshold for abnormality detection calculated from the probability that each comparison result of the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to the error rate will differ and the total number of codes transmitted during the predetermined period Is detected as a signal abnormality .
[0008]
In the present invention, the identification threshold value is a probability that a signal that should be smaller than the identification threshold is identified as a signal larger than the identification threshold and a signal that should be larger than the identification threshold when the identification threshold value is set in the main identification circuit. Is preferably set so that the probability that the signal is identified as a signal smaller than the identification threshold is equal.
[0009]
An abnormality detection circuit for an optical receiver according to the present invention includes a main identification circuit that compares the intensity of an electric signal photoelectrically converted from an optical signal by a photoelectric conversion element with a predetermined identification threshold at a predetermined identification timing, A reference identification circuit that compares the strength of the electrical signal with a predetermined identification threshold at a reference timing different from the predetermined identification timing, and signal abnormality based on the identification results of the main identification circuit and the reference identification circuit And an arithmetic circuit for detecting The arithmetic circuit accumulates the number of times when the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold at the discrimination timing of the intensity of the electric signal is different from the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold at the reference timing for a predetermined period, Is calculated from the probability that a difference occurs in each comparison result between the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to a given code error rate and the total number of codes transmitted during the predetermined period. Is detected as a signal abnormality when the detected abnormality detection threshold is exceeded .
[0011]
In the present invention, the identification timing is a timing when an electrical signal that should be the identification threshold at the earlier signal change timing in the eye is actually later than the identification timing when the identification timing is set in the main identification circuit. The probability that the discrimination threshold is equal to the probability that the electrical signal that should be the discrimination threshold at the later signal change timing in the eye actually becomes the discrimination threshold at a timing earlier than the discrimination timing is set to be equal. It is preferred that
[0012]
An abnormality detection circuit for an optical receiver according to the present invention includes a main identification circuit that compares the intensity of an electric signal photoelectrically converted from an optical signal by a photoelectric conversion element with a predetermined identification threshold at a predetermined identification timing, A first reference identification circuit that compares the intensity of the electric signal with a reference threshold different from the predetermined identification threshold at a predetermined identification timing; and a reference timing different from the predetermined identification timing; An abnormality of the signal is detected based on the identification results of the second reference identification circuit that compares the intensity with the predetermined identification threshold, and the main identification circuit, the first reference identification circuit, and the second reference identification circuit And an arithmetic circuit The arithmetic circuit integrates the number of times when the magnitude discrimination result of the electric signal strength with respect to the discrimination threshold is different from the magnitude discrimination result with respect to the reference threshold for a predetermined period, and the number of times of the integration is given code First anomaly detection calculated from a probability that a difference occurs in each comparison result of the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to an error rate and the total number of codes transmitted during the predetermined period When the threshold value is exceeded, or the number of times when the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold value at the discrimination timing of the electric signal intensity is different from the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold value at the reference timing is accumulated for a predetermined period, The number of times of integration is determined according to a given code error rate, and the probability that a difference occurs in each comparison result of the main identification circuit and the reference identification circuit, and the In which at least one is detected as a signal of abnormal if it occurs in the case of exceeding the second abnormality detection threshold value is calculated from the total number of codes to be transmitted on a regular course of .
[0013]
An optical receiver according to the present invention includes any one of the above optical receiver abnormality detection circuits.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of an optical receiver
[0015]
Next, the operation of the
[0016]
FIG. 2 shows an eye pattern of the current pulse signal after amplification. In this figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents amplitude (level). In the eye pattern, in order to identify whether the level (ie, amplitude) of the code in the signal is “H” (: large) or “L” (: small), ) To set the
[0017]
Identification of “H” or “L” at the
[0018]
In the present invention, one or more reference identification points 12 are provided in addition to the
[0019]
The identification result obtained by each identification circuit 8 is input to the arithmetic circuit 9. The arithmetic circuit 9 has a counter function, and counts the number of cases where there is a difference between the identification result of the identification circuit of the
[0020]
Embodiment 1 FIG.
As a first embodiment of the present invention, a case will be described in which one point whose level is different (for example, higher) than the
[0021]
In the eye pattern of FIG. 3, each signal is represented by a single line. However, considering the noise component included in the signal, the levels of the “H” signal and the “L” signal are probabilities based on normal distributions, respectively. It can be assumed that it spreads out. This is shown in FIG. In this figure, the vertical axis indicates the level, the horizontal axis indicates the probability, the upper curve indicates the probability distribution of the detection level of the “H” signal, and the lower curve indicates the probability distribution of the detection level of the “L” signal. . In this figure, the probability that the “L” signal is mistaken for the “H” signal (that is, the probability that the signal to be the “L” signal is identified as the “H” signal) is the integrated value of the probability distribution in the
[0022]
The probability P (D) between the discrimination result at the
[0023]
In this embodiment, as shown in FIG. 5, a point having a timing different from (for example, earlier) the
[0024]
A signal that should be an identification threshold at the timing when the signal changes from “H” to “L” or “L” to “H” on both sides of the eye (ie, timings A and B in FIGS. 5 and 6). The probability distribution of the timing at which is actually the identification threshold is the same as that in the first embodiment. As in FIG. 6, the normal distribution is usually as shown in FIG.
[0025]
In this embodiment, the probability that the signal that should be the discrimination threshold at timing A is actually the discrimination threshold at a timing later than timing C (34 in FIG. 6), and the signal that should be the discrimination threshold at timing B is actually The timing C at which the probability of being an identification threshold at a timing earlier than the timing C (33 in FIG. 6) is equal is set as the identification timing. Further, the reference timing D of the
[0026]
In the situation where two identification points are set in this way, when a signal appears in accordance with the normal distribution shown in FIG. 6, the signal that should become the identification threshold at timing A is identified at a timing later than the reference timing D. The actual probability (the area of 36 in FIG. 6) serving as the threshold is the probability on the normal distribution that the signal becomes the identification threshold at the timing between the reference timing D and the identification timing C (the areas of 35 and 33 in FIG. 6). The total). However, if the code error rate (corresponding to the sum of the
[0027]
Here, as shown in FIG. 7, when the signal is at the “H” level at the reference timing D and at the “L” level at the identification timing C, and when the signal is at the “L” level at the reference timing D, If the signal is at the “H” level at the identification timing C, the signal becomes an identification threshold between the reference timing D and the identification timing C. That is, when the identification result for the identification threshold value at the
[0028]
Therefore, among the number of all signals that change from “H” to “L” or “L” to “H” at the timing A, the ratio of the number of signals having different discrimination results at the two
[0029]
Here, the code error rate is 10 -3 Consider an example in which an alarm is issued when the threshold is exceeded. The code error rate on the normal distribution is 10 -3 , The probability that the signal that should become the identification threshold at timing A becomes the identification threshold at a timing later than timing C (34 in FIG. 6), and the signal that should become the identification threshold at timing B is identified at a timing earlier than timing C. Each of the threshold probabilities (33 in FIG. 6) is 5 × 10. -4 It becomes. Upper probability is 5 × 10 in normal distribution -4 Is when 3.3σ (σ is a dispersion value). When the reference timing D (b) is set for the identification timing C (2b) as shown in FIG. 5, the probability above the reference timing D (b = 1.65σ) (the area of 36 in FIG. 6) is 0. 0495. Of all the signal transition patterns before and after timing A (“H” → “H”, “H” → “L”, “L” → “H”, “L” → “L”), “H” Since the probability that the value changes from “L” or “L” to “H” is ½ of the probability, when the signal follows a normal distribution, two identification points 11 and 12 out of all signals. The probability when the identification results are different (the total area of 33 and 34 in FIG. 6) is 0.02475 (= 0.0495 / 2). This corresponds to ½ of the case of the first embodiment. The total number of codes transmitted during a predetermined period (for example, 40 microseconds) for operating the counter by the counter of the arithmetic circuit 9 is 100,000 bits when the transmission speed is 2.5 Gb / s. Therefore, the difference of the identification results is counted by the counter of the arithmetic circuit 9, and this is integrated for a predetermined period (for example, 40 microseconds), and the result is a number corresponding to the difference occurrence probability 0.02475 in this period, that is, 100,000. × 0.02475 = 2 When the count exceeds 2475, the code error rate is 10 -3 An alarm may be issued as an abnormality exceeding. In this embodiment, the
[0030]
Embodiment 3 FIG.
As shown in FIG. 8, as the third embodiment of the present invention, reference is made to both a point with a different (for example, higher) level and a point with a different (for example, earlier) timing with respect to the
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a circuit that detects an optical signal abnormality according to a code error rate based on an identification result for an identification threshold and an identification result for a reference threshold different from the identification threshold.
[0032]
Further, according to the present invention, the number of times when the magnitude of the electrical signal intensity is different from the magnitude of the discrimination threshold and the magnitude of the discrimination result relative to the reference threshold is accumulated for a predetermined period. By making an abnormality when the value is exceeded, a circuit that detects an abnormality of the optical signal according to the code error rate can be realized.
[0033]
Further, according to the present invention, when the discrimination threshold is set in the main discrimination circuit, the probability that a signal that should be smaller than the discrimination threshold is identified as a signal that is larger than the discrimination threshold, and greater than the discrimination threshold. By setting so that the probability that the signal to be identified is identified as a signal smaller than the identification threshold is equal, it is possible to realize a circuit that detects an optical signal abnormality according to the code error rate.
[0034]
Further, according to the present invention, it is possible to realize a circuit that detects an abnormality of an optical signal according to a code error rate based on an identification result at an identification timing and an identification result at a reference timing different from the identification timing.
[0035]
Further, according to the present invention, the number of times when the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold at the discrimination timing of the intensity of the electric signal is different from the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold at the reference timing is further set to a predetermined number. It is possible to realize a circuit that detects an abnormality of the optical signal according to the code error rate by integrating the periods and setting an abnormality when the number of times of accumulation exceeds a predetermined value.
[0036]
Further, according to the present invention, when the identification timing is set in the main identification circuit, the electrical signal that should become the identification threshold at the early signal change timing in the eye is actually higher than the identification timing. The probability that the discrimination threshold is set at a later timing and the probability that the electrical signal that should be the discrimination threshold at the late signal change timing in the eye actually becomes the discrimination threshold at an earlier timing than the discrimination timing are set to be equal. By doing so, it is possible to realize a circuit that detects an abnormality of the optical signal according to the code error rate.
[0037]
Further, according to the present invention, based on the identification result for the identification threshold at the identification timing, the identification result for the reference threshold different from the identification threshold, and the identification result at the reference timing different from the identification timing, A circuit for detecting a signal abnormality can be realized.
[0038]
Further, according to the present invention, an optical receiver including the above-described abnormality detection circuit is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an anomaly detection circuit for an optical receiver according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an eye pattern of a signal and an identification point in the optical receiver abnormality detection circuit according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an eye pattern and an identification point of an input signal in the optical receiver abnormality detection circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing signal level probability distribution and identification point setting in the optical receiver anomaly detection circuit according to the embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a diagram showing an eye pattern of an input signal and an identification point in the optical receiver abnormality detection circuit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a probability distribution of timing when a signal value becomes an identification threshold value in the optical receiver abnormality detection circuit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a signal serving as an identification threshold at a timing between an identification timing and a reference timing in the optical receiver abnormality detection circuit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an eye pattern of an input signal and an identification point in an optical receiver abnormality detection circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a conventional optical receiver abnormality detection circuit.
[Explanation of symbols]
1
Claims (6)
前記電気信号の強度と、前記所定の識別閾値と異なる参照閾値と、を比較する参照識別回路と、
前記主識別回路および前記参照識別回路の比較結果に基づいて信号の異常を検出する演算回路と、
を備え、
前記演算回路は、電気信号の強度の前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される異常検出用閾値を超えた場合を信号の異常として検出する光受信器用異常検出回路。A main identification circuit that compares the intensity of the electrical signal photoelectrically converted from the optical signal by the photoelectric conversion element with a predetermined identification threshold;
A reference identification circuit that compares the intensity of the electrical signal with a reference threshold different from the predetermined identification threshold;
An arithmetic circuit that detects a signal abnormality based on a comparison result between the main identification circuit and the reference identification circuit;
Equipped with a,
The arithmetic circuit integrates the number of times when the magnitude discrimination result of the electric signal strength with respect to the discrimination threshold is different from the magnitude discrimination result with respect to the reference threshold for a predetermined period, and the accumulated number of times is the given code error. The abnormality detection threshold calculated from the probability that a difference occurs in each comparison result of the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to the rate and the total number of codes transmitted during the predetermined period An optical receiver abnormality detection circuit for detecting a case as a signal abnormality .
前記所定の識別タイミングと異なる参照タイミングで、前記電気信号の強度と、所定の識別閾値と、を比較する参照識別回路と、
前記主識別回路および参照識別回路の識別結果に基づいて信号の異常を検出する演算回路と、
を備え、
前記演算回路は、電気信号の強度の前記識別タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される異常検出用閾値を超えた場合を信号の異常として検出する光受信器用異常検出回路。A main identification circuit that compares the intensity of the electrical signal photoelectrically converted from the optical signal by the photoelectric conversion element at a predetermined identification timing with a predetermined identification threshold;
A reference identification circuit that compares the strength of the electrical signal with a predetermined identification threshold at a reference timing different from the predetermined identification timing;
An arithmetic circuit that detects an abnormality of the signal based on the identification results of the main identification circuit and the reference identification circuit;
Equipped with a,
The arithmetic circuit accumulates the number of times when the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold at the discrimination timing of the intensity of the electric signal is different from the magnitude discrimination result with respect to the discrimination threshold at the reference timing for a predetermined period, and accumulates the number of times. The number of times is calculated from the probability that a difference occurs in each comparison result of the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to a given code error rate and the total number of codes transmitted during the predetermined period. An optical receiver abnormality detection circuit for detecting a signal abnormality when the abnormality detection threshold is exceeded .
所定の識別タイミングで、前記電気信号の強度と、前記所定の識別閾値と異なる参照閾値と、を比較する第一の参照識別回路と、
前記所定の識別タイミングと異なる参照タイミングで、前記電気信号の強度と、前記所定の識別閾値とを比較する第二の参照識別回路と、
前記主識別回路、第一の参照識別回路および第二の参照識別回路の識別結果に基づいて信号の異常を検出する演算回路と、
を備え、
前記演算回路は、電気信号の強度の前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される 第1の異常検出用閾値を超えた場合、又は電気信号の強度の前記識別タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果と前記参照タイミングにおける前記識別閾値に対する大小の識別結果とが異なる場合の回数を所定期間積算し、その積算した回数が、与えられた符号誤り率に応じて決定される前記主識別回路および前記参照識別回路の各比較結果に差異が発生する確率と前記所定期間の間に伝送する全符号数とから算出される第2の異常検出用閾値を超えた場合の少なくともいずれか一方が発生した場合を信号の異常として検出する光受信器用異常検出回路。A main identification circuit that compares the intensity of the electrical signal photoelectrically converted from the optical signal by the photoelectric conversion element at a predetermined identification timing with a predetermined identification threshold;
A first reference identification circuit that compares the intensity of the electrical signal with a reference threshold different from the predetermined identification threshold at a predetermined identification timing;
A second reference identification circuit that compares the strength of the electrical signal with the predetermined identification threshold at a reference timing different from the predetermined identification timing;
An arithmetic circuit that detects an abnormality of the signal based on the identification results of the main identification circuit, the first reference identification circuit, and the second reference identification circuit;
Equipped with a,
The arithmetic circuit integrates the number of times when the magnitude discrimination result of the electric signal strength with respect to the discrimination threshold is different from the magnitude discrimination result with respect to the reference threshold for a predetermined period, and the accumulated number of times is the given code error. A first abnormality detection threshold value calculated from a probability that a difference occurs in each comparison result of the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to a rate and the total number of codes transmitted during the predetermined period Or the number of times when the discrimination result of the magnitude of the electric signal strength with respect to the discrimination threshold at the discrimination timing differs from the discrimination result with respect to the discrimination threshold at the reference timing is accumulated for a predetermined period, and the integration is performed. The probability of occurrence of a difference between the comparison results of the main identification circuit and the reference identification circuit determined according to a given code error rate and Optical receiver dexterity abnormality detection circuit for detecting a case where at least one is generated as a signal of abnormal when exceeding the second abnormality detection threshold value is calculated from the total number of codes to be transmitted during the period.
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