JP4621756B2 - 光受信器、及び光受信器の光信号断検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、光受信器、及び光受信器の光信号断検出方法に関する。

光伝送システムにおいて伝送される光信号を受信する光受信器では、受信した光信号のレベルが低下したり、その信号自体が喪失されたりした場合にはその旨を検出する光信号断検出を行う。光信号断検出を精度良く行うことは、データ伝送の信頼性を高める上で非常に重要である。ここで光受信器における光信号断検出の従来技術としては、例えば下記の特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、光伝送システムにおいて受信器に入力される光信号が途絶えた時に発出する光信号断検出アラームを生成するための方法が開示されている。

図５には従来技術に係る光受信器９の構成を示す。図５に示された光受信器９では、光伝送路を通って伝送された光信号は光電変換回路１２で電気信号に変換される。この際、光信号電力検出器１４では、光信号を受信したことで光電変換回路１２に発生した光電流に対応する電圧を検出し、そこで検出された電圧は比較器１８において閾値電圧発生器１６により設定される閾値電圧と比較され、光信号の電圧レベルが低い場合には第１の判定信号（Ｓ１）が出力される。ここで閾値電圧発生器１６では大きさの異なる２つの閾値を比較器１８に設定することにより、光信号の電圧レベルの判定に図６（Ａ）に示されるようなヒステリシス特性を持たせている。すなわち、光信号の電圧レベルは当初第１の閾値（ＴＨ１）と比較され、第１の閾値よりも電圧レベルが小さくなった場合に第１の判定信号（Ｓ１）が出力される。そして、一旦第１の判定信号の出力状態になると、閾値電圧発生器１６からは第１の閾値よりも大きな第２の閾値（ＴＨ２）が設定され、電圧レベルがＴＨ２よりも大きくなるまで第１の判定信号の出力が解除されないようにしている。なお、図６（Ａ）におけるＶｓ１は第１の判定信号の電圧を表すものである。

また、光電変換回路１２で変換された電気信号は、増幅器２０により増幅され、タイミング抽出回路２２では、増幅された電気信号の周波数成分に同期させる位相同期回路（フェーズロックドループ：ＰＬＬ）出力に基づいてクロック信号を生成する。識別器２４では、タイミング抽出回路２２で生成されたクロック信号に基づいて増幅された電気信号からデジタルデータ（受信データ）を得る。

タイミング抽出回路２２では図６（Ｂ）に示すように、生成したクロック信号の振幅電圧が基準閾値（ＴＨ３）を下回る場合には第２の判定信号（Ｓ２）を出力する。図６（Ｂ）におけるＶｓ２は第２の判定信号の電圧を表すものである。上記の第１の判定信号及び第２の判定信号は、光信号断検出器２６（ＯＲ回路）に入力され、第１又は第２の判定信号のいずれかが出力されている場合には、光信号断状態であるとして光信号断検出信号（Ｓ３）が出力される。以上の光受信器９において、図７（Ａ）の上部に示されるようなパターンで光信号が受信された場合には、光信号検出信号（Ｓ３）は図７（Ａ）の下部に示されるようなヒステリシス特性を有する。図７（Ａ）におけるＶｓ３は、光信号検出信号の電圧を表している。
特開平７−４６２０３号公報

しかしながら、上記の従来技術では、受信される光信号のパターンによっては、第１の判定信号により光信号検出信号に備えられたヒステリシス特性が有効に機能しないことがあった。すなわち、光受信器９において光信号が第１の判定信号と第２の判定信号のそれぞれの閾値に対して図７（Ｂ）の上部に示すようなパターンで受信された場合には、一時は第２の判定信号が出力されるため光信号断検出が行われるが、第１の判定信号は出力されないため、一旦光信号断検出が行われたにもかかわらず光信号断検出の出力特性は図７（Ｂ）の下部に示されたようになってしまっていた。それ故に、従来の光受信器９では第１の判定信号によって光信号断検出に備えられたヒステリシス特性が有効に機能しないことがあり、結果的に受信した光信号の品質が十分に安定しない状態であっても光信号断検出が行われないことがあった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、精度良く光信号断検出することができる光受信器、及び光受信器の光信号断検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る光受信器の一態様では、光信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信した光信号を電気信号に変換する手段と、前記光信号に対応する電圧が第１の閾値に満たない場合に第１の判定信号を出力する第１判定信号出力手段と、前記第１の判定信号が出力されている時に、前記光信号に対応する電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に、前記第１の判定信号の出力を解除する第１判定信号解除手段と、前記変換した電気信号の周波数及び位相に基づいてクロック信号を生成するとともに、当該生成したクロック信号が所定の条件を満たさない場合に第２の判定信号を出力する第２判定信号出力手段と、前記第２判定信号出力手段により第２の判定信号が出力された場合に、前記第１判定信号発生手段に第１の判定信号を出力させる手段と、前記第１及び第２の判定信号のいずれかが出力されている間に光信号断検出する光信号断検出手段と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記第１の判定信号を出力させる手段は、前記第１の閾値の値を一時的に現在の値よりも大きな値に変更する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記第２判定信号出力手段は、前記クロック信号の振幅電圧が基準閾値に満たない場合に前記第２の判定信号を出力する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の一態様では、前記第１判定信号出力手段は、前記変換した電気信号を増幅させた信号の電圧が第１の閾値に満たない場合に第１の判定信号を出力し、前記第１判定信号解除手段は、前記変換した電気信号を増幅させた信号の電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に、前記第１の判定信号の出力を解除する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る光受信器の光信号断検出方法の一態様では、光信号を受信する受信ステップと、前記受信された光信号を電気信号に変換するステップと、第１判定信号出力手段が、前記光信号に対応した電圧が第１の閾値に満たない場合に第１の判定信号を出力する第１判定信号出力ステップと、第１判定信号解除手段が、前記第１の判定信号が出力されている時に、前記光信号に対応した電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に、前記第１の判定信号の出力を解除する第１判定信号解除ステップと、第２判定信号出力手段が、前記変換した電気信号の周波数及び位相に基づいてクロック信号を生成するとともに、当該生成したクロック信号が所定の条件を満たさない場合に第２の判定信号を出力する第２判定信号出力ステップと、前記第２判定信号出力ステップにより第２の判定信号が発生された場合に、前記第１判定信号出力手段に第１の判定信号を出力させるステップと、前記第１及び第２の判定信号のいずれかが出力されている間に光信号断検出する光信号断検出ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、いったん光信号断検出が行われた場合には、第１の判定信号を出力状態にするため、第１の判定信号によって光信号断検出に備えられたヒステリシス特性を有効に機能させることができる。こうすることで、精度良く光信号断を検出することができる。

本発明の一態様によれば、第２の判定信号が出力された場合に、第１の閾値の値を一時的に大きくすることで、第１の判定信号が出力されるようにすることができる。こうして、第１の判定信号によって光信号断検出に備えられたヒステリシス特性を有効に機能させることができる。

本発明の一態様によれば、クロック信号が正常でない場合には光信号断を検出できる。

本発明の一態様によれば、増幅後の電気信号に基づいて第１の判定信号の出力及び出力の解除を行うことで設定する閾値の値のスケールを調整することができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、本実施形態に係る光受信器１０のシステム構成図を示す。図１に示されるように、光受信器１０は、光電変換回路１２、光信号電力検出器１４、閾値電圧発生器１６、比較器１８、増幅器２０、タイミング抽出回路２２、識別器２４、光信号断検出器２６、及びパルス信号発生回路２８を含む。

光電変換回路１２は、光信号を受信する受光素子を含み、受信した光信号を電気信号へと変換する回路である。

光信号電力検出器１４は、受信された光信号により光電変換回路１２に流れる光電流に対応する電圧値を検出する。

閾値電圧発生器１６は、光信号電力検出器１４により検出される光信号に対応する電圧値と比較する閾値電圧（基準電圧）を発生する回路である。

比較器１８は、光信号電力検出器１４により検出された電圧と、閾値電圧発生器１６により発生された閾値電圧とを比較して、その比較結果に応じて第１の判定信号を出力する。この第１の判定信号とは、入力光信号のレベルが低下していることを表す信号である。比較器１８においては、第１の閾値電圧（ＴＨ１）と第２の閾値電圧（ＴＨ２）とが設定されており、受信した光信号の電圧が第１の閾値電圧より小さくなった場合には、第１の判定信号を出力する。この第１の判定信号の出力は、受信した光信号の電圧が第２の閾値電圧より大きくなるまで継続して行われる。すなわち、光信号の電圧が第２の閾値電圧より大きくなった場合には第１の判定信号の出力状態は解除される。

図２には比較器１８の構成例を示す。図２に示されるように、比較器１８は光信号の電圧Ｖｓと、閾値電圧Ｖｔとをそれぞれ入力とし、Ｖｔ未満である場合には“Ｈ（高）”レベルの信号を、ＶｓがＶｔ以上である場合には“Ｌ（低）”レベルの信号を出力する（Ｖｓ１）。閾値電圧Ｖｔは可変であり、“Ｈ”レベルの信号が出力されている状態を第１の判定信号が出力されている状態とした場合に、第１の判定信号が出力されていない間の閾値電圧ＶｔはＴＨ１、第１の判定信号が出力されている間の閾値電圧ＶｔはＴＨ２であり、両者の関係はＴＨ１＜ＴＨ２である。

増幅器２０は、光電変換回路１２により変換された電気信号を増幅する回路である。

タイミング抽出回路２２は、増幅器２０により増幅された電気信号の周波数と位相とに基づいてクロック信号を生成し、当該生成したクロック信号を識別器２４に出力する回路である。また、タイミング抽出回路２２は、生成されたクロック信号が所定の条件を満たしていない場合、例えばクロック信号の振幅電圧が基準閾値（ＴＨ３）に達していない場合には、第２の判定信号を出力する。この第２の判定信号とは、生成されたクロック信号が適正な状態にないことを表す判定信号である。

識別器２４は、増幅器２０により増幅された電気信号、及びタイミング抽出回路２２から入力されたクロック信号により電気信号を打ち抜くことにより、当該電気信号に符号化されたデジタルデータを取得する回路である。

光信号断検出器２６は、比較器１８から出力される第１の判定信号と、タイミング抽出回路２２から出力される第２の判定信号とのいずれかが出力されている場合に光信号断状態を表す光信号断検出信号を出力する。光信号断検出器２６は、第１の判定信号と第２の判定信号を入力としたＯＲ（論理和）回路として構成される。

パルス信号発生回路２８は、タイミング抽出回路２２から出力された第２の判定信号を入力とし、当該入力された第２の判定信号に基づいてパルス信号を発生する回路である。パルス信号発生回路２８において発生したパルス信号は閾値電圧発生器１６に入力される。

閾値電圧発生器１６は、パルス信号発生回路２８からパルス信号の入力を受け付けると、第１の閾値電圧を一時的に第１の閾値電圧よりも高い電圧値に変更することとしてよい。こうすることで、比較器１８において第１の判定信号が出力される状態に変更する。

上記のパルス信号発生回路２８による第１の閾値電圧の一時的な変更の効果を図３を用いて説明する。図３では、光受信器１０が図７（Ｂ）に示されたパターンと同じ光信号を受信した場合の光信号断検出信号の特性を表したものである。光受信器１０では、第２の判定信号が出力された場合には、第１の閾値電圧（ＴＨ１）を一時的に大きな値に変更することにより、第１の判定信号を強制的に出力状態として光信号断検出信号にヒステリシス特性を持たせている。

また、図４には上記の実施形態の変形例を示した。図４に示された光受信器１１においては、上述した実施形態とは異なり、増幅器２０により増幅された電気信号に基づいて、受信した光信号により光電変換回路１２を流れる光電流の電圧を検出することとしている。その他の構成については上記の実施形態と同様である。

もちろん、本発明は上記の実施形態に限られるものではない。例えば比較器１８は、第１の判定信号が出力された状態と出力されていない状態とのそれぞれを識別する状態値を保持するアナログ又はデジタル回路として構成することとしてもよく、この場合には第２の判定信号が出力されたことを検知すると、パルス信号発生回路２８からのパルス信号を比較器１８に入力して、比較器１８に保持された状態値を第１の判定信号が出力された状態を識別する状態値へと強制的に変更することとしてもよい。また、上記の実施形態において用いられた各種信号と閾値との比較においてその境界値を含むか含まないかについては上記の例には限定されない。そして、本発明は光受信器に限られず光送受信器にも同様に適用できるのはもちろんのことである。

本実施形態に係る光受信器の構成図である。 比較器の構成の一例を示す図である。 本実施形態に係る光受信器の奏する効果を説明する図である。 本実施形態の変形例に係る光受信器の構成図である。 従来の光受信器の構成図である。 第１及び第２の判定信号の特性を説明する図である。 光信号のパターンと光信号断検出信号の関係を説明する図である。

符号の説明

９ 光受信器（従来）、１０，１１ 光受信器、１２ 光電変換回路、１４ 光信号電力検出器、１６ 閾値電圧発生器、１８ 比較器、２０ 増幅器、２２ タイミング抽出回路、２４ 識別器、２６ 光信号断検出器、２８ パルス信号発生回路。

Claims (4)

1. 光信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信した光信号を電気信号に変換する手段と、
   前記光信号に対応する電圧が第１の閾値に満たない場合に第１の判定信号を出力する第１判定信号出力手段と、
   前記第１の判定信号が出力されている時に、前記光信号に対応する電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に、前記第１の判定信号の出力を解除する第１判定信号解除手段と、
   前記変換した電気信号の周波数及び位相に基づいてクロック信号を生成するとともに、当該生成したクロック信号の振幅電圧が基準閾値に満たない場合に第２の判定信号を出力する第２判定信号出力手段と、
   前記第２判定信号出力手段により第２の判定信号が出力された場合に、前記第１判定信号発生手段に第１の判定信号を出力させる手段と、
   前記第１及び第２の判定信号のいずれかが出力されている間に光信号断検出する光信号断検出手段と、
   を含むことを特徴とする光受信器。
2. 前記第１の判定信号を出力させる手段は、前記第１の閾値の値を一時的に当該第１の閾値の値よりも大きな値に変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
3. 前記第１判定信号出力手段は、前記変換した電気信号を増幅させた信号の電圧が第１の閾値に満たない場合に第１の判定信号を出力し、
   前記第１判定信号解除手段は、前記変換した電気信号を増幅させた信号の電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に、前記第１の判定信号の出力を解除する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信器。
4. 光信号を受信する受信ステップと、
   前記受信された光信号を電気信号に変換するステップと、
   第１判定信号出力手段が、前記光信号に対応した電圧が第１の閾値に満たない場合に第１の判定信号を出力する第１判定信号出力ステップと、
   第１判定信号解除手段が、前記第１の判定信号が出力されている時に、前記光信号に対応した電圧が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に、前記第１の判定信号の出力を解除する第１判定信号解除ステップと、
   第２判定信号出力手段が、前記変換した電気信号の周波数及び位相に基づいてクロック信号を生成するとともに、当該生成したクロック信号の振幅電圧が基準閾値に満たない場合に第２の判定信号を出力する第２判定信号出力ステップと、
   前記第２判定信号出力ステップにより第２の判定信号が発生された場合に、前記第１判定信号出力手段に第１の判定信号を出力させるステップと、
   前記第１及び第２の判定信号のいずれかが出力されている間に光信号断検出する光信号断検出ステップと、
   を含むことを特徴とする光受信器の光信号断検出方法。

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