JPH04334137A - バースト光受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バースト光信号を受
信し、データとクロックを識別・再生して出力するバー
スト光受信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は例えばＩＥＥＥ　　Ｊｏｕｎａｌ
　　ｏｆ　　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ，ＶＯＬ．ＬＴ−７，Ｎｏ．１１，ＮＯＶ　　１９
８９に掲載された“Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ　　Ｐｏｉ
ｎｔ−ｔｏ−Ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ　　Ｉｎｔｅｒｆａ
ｃｅ　　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　　ｆｏｒ　　Ｂ
ｒｏａｄ−ＢａｎｄＩＳＤＮ”の論文中に掲載された従
来のバースト光受信装置の一例の構成を示す。図におい
て１は受光素子、２はＡＣ結合増幅回路、３は高域通過
フィルタ、４は識別回路、５はタイミング抽出回路、６
はタンク回路、７はリミッタ増幅回路、８はデータ出力
端子、９はクロック出力端子である。図３は、バースト
光信号に対するＡＣ結合増幅回路２の応答を示した図で
ある。図において、１０は高レベル光バースト信号のプ
リアンブル部、１１は高レベル光バースト信号のデータ
部、１２は低レベル光バースト信号のプリアンブル部、
１３は低レベル光バースト信号のデータ部を表しており
、いずれも入力側の光信号レベルを表している。一方、
ＡＣ結合増幅回路２の出力側の電気信号では、１４は高
レベル光バースト信号のプリアンブル部、１５は高レベ
ル光バースト信号のデータ部、１６は低レベル光バース
ト信号のプリアンブル部、１７は低レベル光バースト信
号のデータ部、１８は高レベルバースト信号と低レベル
バースト信号間のガードタイムを表している。図４は、
ＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数（伝送速度で正規
化）と所要のプリアンブル長の関係を示した図である。 図５は、ＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数（伝送速
度で正規化）と所要のガードタイムの関係を表した図で
ある。図６は、ＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数（
伝送速度で正規化）と受光電力のパワーペナルティの関
係を示した図である。 パワーペナルティとは、低域遮断周波数を変化させるこ
とによって生ずる受光電力の等価的損失のことを指して
いる。

【０００３】次に従来のバースト光受信装置の動作につ
いて図２を用いて説明する。受光素子１に入射したバー
スト光信号は、光／電気変換されＡＣ結合増幅回路２と
タイミング抽出回路５に入力される。バースト光信号と
は、通常の連続した光信号と異なり、バースト状に光信
号を送信するものであり、通常の連続した光信号の場合
は、送信の休止区間というものは存在しないが、バース
ト光信号の場合は存在する。バースト光受信装置は、回
路構成が容易に実現でき、また、段間の増幅回路の安定
化を図るためにもＡＣ結合で通常構成される。ＡＣ結合
増幅回路２は、データの識別が可能なレベルにまで、入
力信号を増幅する。この受信信号は、高域通過フィルタ
３により低周波成分を除去されて、低周波成分による受
信信号の基底線のふらつきの少ない信号となり、識別回
路４に入力される。一方、タイミング抽出回路５の入力
信号は、受信信号の基本周波数がクロック信号の周波数
の１／２であるため、全波整流を行って２倍の周波数成
分をつくりだす。この信号の基本周波数はクロックの周
波数となり、タンク回路６によりクロック信号成分が抽
出される。リミッタ増幅回路７は、この抽出信号をクロ
ック信号のレベルになるまで増幅し、識別回路４とクロ
ック出力端子９に出力する。識別回路４の役割は、ＡＣ
結合増幅回路２から出力された増幅信号が雑音を伴って
おり、また信号振幅や直流電位も次段とのインタフェー
スがとれていない信号であるため、そのままではデータ
信号としての役目をはたせない。そのため、ある判定し
きい値で“０”か“１”を識別し、データ信号としての
振幅、直流電位を整えたうえで出力する。識別するタイ
ミングはリミッタ増幅回路７から入力されたクロック信
号で行い、データ信号出力端子８にデータとして信号を
出力する。クロック信号で識別タイミングをとるので、
出力されるデータ信号、クロック信号とも位相の揃った
状態となる。ここで、ＡＣ結合増幅回路２のバースト光
信号に対する応答は図３に示すようになる。光信号は強
度変調されたもので信号電力には直流成分が含まれてい
る。強度変調された光信号とは、ディジタル電気信号の
“１”では発光状態にあり、“０”では非発光状態に対
応しており、ちょうど、電気信号のユニポーラに相似し
ている。従って、ＡＣ結合回路において直流を遮断する
とその出力は直流オフセットレベルが平衡状態に達する
まで変動する。識別回路４における判定しきい値は平衡
状態に対して設定されるので、バーストの受信開始から
直流オフセットレベルが平衡状態に達するまでの間、ト
レーニングのために空きデータを送出する必要がある。 これが、図３における１０，１２，１４，１６のプリア
ンブル部である。また、バーストを受信停止した後にも
、直流オフセットレベルの変動が生じる。次のバースト
の受信は、信号振幅に比較して直流オフセットレベルの
変動が無視できる程度まで減衰する間、バーストとバー
ストの間にガードタイム１８を設ける必要がある。図４
は、ＡＣ結合増幅回路２を１次のＣＲ高域フィルタで近
似し、プリアンブルデータのパターンを“１０１０１０
１０・・・・”とした場合のバースト受信開始からの所
要プリアンブル長を求めた図である。ＡＣ結合増幅回路
２を１次の高域フィルタで近似した理由は、この現象が
ＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数のみが関与してい
るので、利得、高域遮断周波数、位相特性等は完全に無
視したためである。ここでは、直流オフセットレベルδ
（信号振幅で正規化）がδ＝１０−２になる第ｎビット
（ビット周期：１／ｆｂ）をプリアンブル長：ｎと規定
した。プリアンブル長：ｎを１００ビット以下にするに
は、ＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数ｆｃを伝送速
度ｆｂの１／２００以上にする必要がある。このような
、現象が生ずるのは、もっぱらＡＣ結合で構成している
ためである。バースト受信装置の場合、非受信状態も受
信状態と同様か、あるいはそれ以上の期間が続くことが
ありうるので、非受信状態での増幅回路の発振を防ぐた
めにもＡＣ結合で構成せざるをえない。図５は、ＡＣ結
合増幅回路２を１次のＣＲ高域フィルタで近似し、所要
ガードタイムを求めた図である。ここでは、カードタイ
ムをバースト受信停止後の時間と直流オフセットレベル
の関係から求めており、高レベルバースト信号のデータ
部１５による直流オフセットレベルε（低レベルバース
ト信号のプリアンブル部１６の信号振幅で正規化）がε
＝１０−２になる第ｍビット（ビット周期：１／ｆｂ）
をガードタイム：ｍと規定した。バーストレベル差は２
０ｄＢとしてある。ガードタイムを１００ビット以下に
するには、ＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数ｆｃを
伝送速度ｆｂの１／１００以上にする必要がある。とこ
ろで、低域遮断周波数を高域側にもっていくと直流オフ
セットレベルδ，εの平衡状態に達する時間はそれにつ
れて短縮されるが、伝送符号パターン自体の低周波成分
も遮断されることになる。伝送符号パターン自体は長周
期的にみると、直流平衡がとれているが、短周期的にみ
ると、“１１１１１・・・・”や“０００００・・・・
”というパターンもありうる。そのため、低周波成分を
遮断すると、伝送パターンの基底線のふらつきが生じ、
符号間干渉も増加する。図６は、受信バーストのランダ
ム符号における符号間干渉によって生ずる受信パワーペ
ナルティとＡＣ結合増幅回路２の低域遮断周波数：ｆｃ
の関係を示した図である。高域側にいくにしたがって受
信パワーペナルティは増加する。通常はプリアンブル長
を１００ビット、ガードタイムを１００ビットに設定す
るので、ｆｃ／ｆｂ＝１０−２にしなければならず、そ
の場合の受信パワーペナルティは１ｄＢとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のバースト光受信
装置は、以上のような構成であったため、より効率のよ
い伝送を行うためには、プリアンブル長・ガードタイム
を短縮させなければならず、低域遮断周波数を上昇せざ
るをえなかった。そのため受信パワーペナルティが増加
してしまい、より高感度のバースト光受信装置が必要と
なる欠点があった。この発明は、かかる課題を解決する
ためになされたもので、低域遮断周波数を上昇させずに
、プリアンブル長・ガードタイムを短縮できるバースト
光受信装置を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるバース
ト光受信装置は、ＡＣ結合増幅回路の出力に直流オフセ
ット検出回路を接続し、その検出回路の直流オフセット
出力をＡＣ結合増幅回路の最終段増幅回路の入力に帰還
接続したものである。

【０００６】

【作用】この発明に係わるバースト光受信装置において
は、出力の直流オフセットを最終段増幅回路の入力部に
帰還接続しているために、出力の直流オフセットが減少
し、平衡状態に達するまでの時間が短縮される。そのた
め、プリアンブル長・ガードタイムの短縮が、低域遮断
周波数を変化させずに行え、パワーペナルティは増加し
ない。

【０００７】

【実施例】実施例１．次に図１に示す一実施例によって
この発明をさらに詳細に説明する。図１において図２と
同一または相当部分は同一符号で示される。この実施例
の場合、ＡＣ結合増幅回路２は一段の前置増幅回路２６
と一段の後置増幅回路２７からなる。前置増幅回路２６
と後置増幅回路２７の間はＡＣ結合である。後置増幅回
路２７の出力の正相および逆相出力のピーク値をピーク
検出器１（２８），ピーク検出器２（２９）により検出
した後、オフセット検出回路３０によりピーク検出器１
（２８），ピーク検出器２（２９）の出力を平均してい
る。ピーク検出回路２（２９）の出力を正相入力とし、
オフセット検出回路３０の出力を逆相入力とし、両者の
差をオフセット制御回路３１により増幅した出力が後置
増幅回路２７の逆相入力に接続されている。

【０００８】次に前置増幅回路２６で遮断された直流オ
フセット分が、後置増幅回路２７，ピーク検出器１（２
８），ピーク検出器２（２９），オフセット検出回路３
０およびオフセット制御回路３１で構成されるループに
より再生される動作について説明する。ここでは、解析
を容易に進めるために、時間領域の微分方程式ではなく
、ラプラス変換を行ったｓ領域（複素周波数領域）での
伝達関数で説明を進める。後置増幅回路２７の正相入力
をＶＩ（ｓ），逆相入力をＶＦ（ｓ），帰還制御系を含
まない単体の伝達特性をＨ１（ｓ）とすると、正相出力
Ｖ＋　（ｓ），逆相出力Ｖ−　（ｓ）はそれぞれ次式で
表される。 　　　　　　Ｖ＋　（ｓ）＝Ｈ１（ｓ）・（ＶＩ（ｓ）
−ＶＦ（ｓ））　　　　…（１）　　　　　　Ｖ−　（
ｓ）＝Ｈ１（ｓ）・（ＶＦ（ｓ）−ＶＩ（ｓ））　　　
　…（２）

【０００９】ピーク検出器２８，２９は、正
相出力Ｖ＋　（ｓ），逆相出力Ｖ−　（ｓ）のピーク値
を検出する働きをする。ピーク検出器２８，２９の検出
効率を１とすると、ピーク検出器１（２８）およびピー
ク検出器２（２９）の出力ＰＤ（ｓ），ＰＤ＊　（ｓ）
は次式で表される。 　　　　　　ＰＤ（ｓ）＝Ｖ＋　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（３）　　　　　　ＰＤ＊　（ｓ）＝Ｖ−　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　…（４）

【００１０】オフセット
検出回路３０は後置増幅回路２７の正相出力Ｖ＋　（ｓ
），逆相出力Ｖ−　（ｓ）の平均値を検出する働きをし
、その出力ＭＬ（ｓ）は次式で表される。 　　　　　　ＭＬ（ｓ）＝（Ｖ＋　（ｓ）＋Ｖ−　（ｓ
））／２　　　　　　　　　　　　…（５）

【００１１
】オフセット検出回路３０の出力は、後置増幅回路２７
が差動増幅回路により構成されており、正相、逆相とも
特性の揃った回路となるので、定常状態では内部にオフ
セットが発生せず、出力は０となる。しかし、バースト
光信号が入力した時点での過度状態ではオフセットが発
生するので、この発明における制御ループは、オフセッ
ト検出回路３０により検知したオフセットを０にする方
向に動作する。ここで最終的に問題としている状態は定
常状態であるから、検出したオフセットは０として考察
を進める。オフセット制御回路３１の利得Ｇ２，伝達特
性をＨ２（ｓ）とすると、後置増幅回路２７の逆相入力
信号ＶＦ（ｓ）は、ピーク検出器２（２９）の出力ＰＤ
＊（ｓ）とオフセット検出回路３０の出力ＭＬ（ｓ）の
差信号とオフセット制御回路３１の伝達特性Ｈ２（ｓ）
との積で求められるから式（４）と式（５）のＭＬ（ｓ
）＝０を用いて次式で表される。 　　　　　　ＶＦ（ｓ）＝Ｈ２（ｓ）・Ｖ−　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（６
）式（１），式（２），式（６）より後置増幅回路２７
の正相入力ＶＩ（ｓ）に対する正相出力Ｖ＋　（ｓ）の
伝達特性は帰還制御系を含めると次式で表される。

【００１２】

【数１】

【００１３】遮断角周波数ω０の一次の低域遮断特性を
有する前置増幅回路２６の伝達特性Ｈ０（ｓ）は、電流
−電圧変換利得をＧ０、入力電流をＩ０（ｓ）、複素角
周波数をｓとすると、次式で表される。

【００１４】

【数２】

【００１５】帰還制御系を含まない後置増幅回路２７単
体の伝達特性Ｈ１（ｓ）は、遮断角周波数ω１の一次の
高域遮断特性を有し、電圧利得をＧ１とすると、次式で
表される。

【００１６】

【数３】

【００１７】ところで、ここで問題としている現象は、
もっぱらω０からω２にかけての角周波数領域によって
生じており、数値的にいうと数ｋｒａｄ／ｓｅｃ程度を
問題としている。それに比してω１は数百Ｍｒａｄ／ｓ
ｅｃ程度となり、明らかにｓ＜＜ω１であるので、式（
９）は次のように近似できる。 　　　　　　Ｈ１（ｓ）≒Ｇ１　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　…（１０）オフセット制御回路３１の伝達特性Ｈ２
（ｓ）を遮断角周波数ω２の一次の高域遮断特性で表す
と次式で表される。

【００１８】

【数４】

【００１９】式（１８），式（１０），式（１１）を用
いて式（７）を前置増幅回路２６の入力Ｉ０（ｓ）に対
する後置増幅回路２９の正相出力Ｖ＋　（ｓ）の伝達特
性として書き直すと次式で表される。

【００２０】

【数５】

【００２１】ここで、式（１２）において以下の関係が
満足されると前置増幅回路２６の低周波遮断特性が除去
される。 　　　　　　ω０＝ω２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（１３）　　　　　　Ｇ１・Ｇ２＝１　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　…（１４）つまり、前置増幅回路２
６の低域遮断周波数ω０とオフセット制御回路３１の高
域遮断周波数ω２を等しくし、しかも後置増幅回路２９
の利得Ｇ１とオフセット制御回路３１の利得Ｇ２の積を
１にすれば、後置増幅回路２９の出力は、前置増幅回路
２６の低域遮断周波数によらない特性となる。このとき
前置増幅回路２６の入力Ｉ０（ｓ）から後置増幅回路２
９の正相出力Ｖ＋　（ｓ）への伝達特性は次式で表され
る。

【００２２】

【数６】

【００２３】従って、プリアンブル長とガードタイムを
短縮するために、前置増幅回路２６の低域遮断周波数を
上昇させても、後置増幅回路２９の正相出力Ｖ＋　（ｓ
）は、低域遮断周波数には依存しないので、受信信号の
基底線のふらつきは生ぜず、符号間干渉は増加しないの
で、受信パワーペナルティは０ｄＢとなる。

【００２４】上記実施例においては、ピーク検波器２（
２９）の出力をオフセット制御回路３１の正相側に入力
し、オフセット検出回路３０の出力をオフセット制御回
路３１の逆相側に入力して制御を行っている場合につい
て述べたが、ピーク検出器１（２８）の出力をオフセッ
ト制御回路３１の逆相側に入力し、オフセット検出回路
３０の出力をオフセット制御回路３１の正相側に入力し
て制御しても同様の効果がある。また、上記実施例にお
いては前置増幅回路２６一段と後置増幅回路２７一段で
ＡＣ結合増幅回路２を構成した場合について述べたが、
さらに後置増幅回路２７を多段の増幅回路で構成した場
合にも同様の効果がある。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、以上で説明したよう
に前置増幅回路２６の低周波遮断による影響をオフセッ
ト制御回路３１の遮断各周波数および利得を適切に選ぶ
ことにより除去することができるので、プリアンブル長
とガードタイムを短縮しても受信パワーペナルティーが
増加しないバースト光受信装置が構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるバースト光受信装置
の構成図である。

【図２】従来のバースト光受信装置の構成図である。

【図３】従来のバースト光受信装置におけるバースト光
信号に対するＡＣ結合増幅回路の出力波形を示す図であ
る。

【図４】バースト光受信装置における低周波遮断周波数
と所要プリアンブル長との関係図である。

【図５】バースト光受信装置における低周波遮断周波数
と所要ガードタイムとの関係図である。

【図６】バースト光受信装置における低周波遮断周波数
と受信パワーペナルティーの関係図である。

【符号の説明】

１　　受光素子 ２　　ＡＣ結合増幅回路 ２６　　前置増幅回路 ２７　　後置増幅回路 ２８　　ピーク検出器１ ２９　　ピーク検出器２ ３０　　オフセット検出回路 ３１　　オフセット制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　バースト光信号を受信し光信号を電流
   に変換する受光素子、遮断角周波数ω０の低域遮断特性
   を持ち前記受光素子の電流を電圧に変換する第１の増幅
   回路、前記第１の増幅回路の出力電圧を利得Ｇ１で増幅
   する第２の増幅回路を有するバースト光受信装置におい
   て、前記第２の増幅回路の正相出力及び逆相出力各々の
   ピーク値を検出する第１及び第２のピーク検出器、前記
   第１及び第２のピーク検出器の出力の平均値を求めるオ
   フセット検出回路、利得Ｇ２で遮断角周波数ω２の高域
   遮断特性を持ち前記オフセット検出回路の出力と前記第
   １若しくは第２の検出器の出力を入力するオフセット制
   御回路を備え、前記オフセット制御回路の出力を前記第
   ２の増幅回路の入力に帰還させ、前記第１の増幅回路の
   遮断角周波数ω０、前記オフセット制御回路の遮断角周
   波数ω２、前記第２の増幅回路の利得Ｇ１及び前記オフ
   セット制御回路の利得Ｇ２の値を、前記第１の増幅回路
   の入力に対する前記第２の増幅回路の出力の伝達特性が
   前記第１の増幅回路の遮断角周波数ω０に無関係となる
   ように選択したことを特徴とするバースト光受信装置。