JPH0652138A - 光受信器の学習方法および装置 - Google Patents

光受信器の学習方法および装置

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JPH0652138A
JPH0652138A JP4208040A JP20804092A JPH0652138A JP H0652138 A JPH0652138 A JP H0652138A JP 4208040 A JP4208040 A JP 4208040A JP 20804092 A JP20804092 A JP 20804092A JP H0652138 A JPH0652138 A JP H0652138A
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JP
Japan
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learning
neural network
pattern
wavelength
signal
Prior art date
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Application number
JP4208040A
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English (en)
Inventor
Shigeki Aizawa
茂樹 相澤
Kazuhiro Noguchi
一博 野口
Takao Matsumoto
隆男 松本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH0652138A publication Critical patent/JPH0652138A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多重化信号が同期していない場合にも適用で
きる光受信器の学習方法および装置を提供する。 【構成】 受光素子アレイ21により多重化された光信
号波長の違いを空間的強度分布に変換し、その強度分布
をサンプル部25でサンプリングし、メモリ部26にス
トアする。そのメモリ出力に応じて学習パターン発生部
27では強度分布を合成して学習パターンを生成する。
学習回路29では、この学習パターンを教師パターン発
生部28からの教師パターンと比較して学習を行って、
ニューラルネットワーク30への入力パターンを生成す
る。波長多重信号の同期をとる必要がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光波長多重伝送方式に
おいて波長多重された光信号を波長毎に分離する機能を
有する光受信器の学習方法および装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光通信では、伝送路の有効利用を図るた
めに、同時に複数の波長の光信号を伝送して、それぞれ
の波長に異なる情報を割り当てる、いわゆる波長多重技
術がある。この技術では、光信号を波長毎に分離する機
能を有する光受信器が必要となる。
【0003】まず、この種の光受信器の構成例について
図4を用いて説明する。なお、図4の光受信器は特願平
2−101627号に開示されている。
【0004】図4において、光ファイバ1から入射側レ
ンズ2を介して伝搬してきた波長λ1、λ2、…、λn
の波長多重信号光3をバルク形の回折格子4に入射さ
せ、ここで、回折されて角度分散された回折光5を出射
側レンズ6を介して受光素子アレイ7に入射させる。受
光素子アレイ7においては、回折された光5は、各波長
λ1、λ2、…、λn毎に異なる受光素子アレイ位置に
おいて光強度のピークをもつ2次元の光強度分布に変換
される。受光素子アレイ7から得られる2次元光強度分
布に対応する電流分布をもつ電気信号8をニューラルネ
ットワーク9に入力して、その出力ポート10から各波
長に対応した出力信号O1、O2、…、Onを得る。
【0005】次に従来の学習方法について図5を用いて
説明する。同時に、その動作に関するタイミングチャー
トを図6に示す。学習回路11はニューラルネットワー
ク9の重みや閾値を学習内容に応じて変更していく。パ
ターン発生器12は教師信号を発生する。光源からは、
図6に示すように、光源側パターンλ1からλ4とし
て、1、0パターンの組み合せによる24 =16種類の
パターンが繰り返し送出される。この光信号は受光素子
アレイ7によって電気信号に変換された後、プリアンプ
アレイ13によって増幅されてから、ニューラルネット
ワーク9に入力される。
【0006】ニューラルネットワーク9ではパターン認
識され、出力信号Oj(j=1,2,3,4)として出
力される。この出力信号Ojはシグモイド関数等の緩や
かな識別処理によってアナログの振幅を示す。この出力
信号Ojと教師信号Tjの振幅とを比較し、誤差関数E
=Σ(Tj−Oj)2 が最小となるようにニューラルネ
ットワークの内部状態(重み、閾値)を徐々に更新する
ことで学習が進行する。
【0007】比較に際して、教師信号Tjのパターンは
光源から送出された信号パターンと一致させておく必要
がある。例えば、光源側信号λjが図6中に示した14
番目のパターンである時、教師信号Tjも14番目のパ
ターンでなければ、学習の意味がない。ところが、光源
側から信号が送られ始める時には、そのパターンが一致
しているとは限らない。たとえば、図6中では光源側パ
ターンが14番目の時、教師信号パターンは11番目の
パターンとなっており、両パターンは一致していない。
【0008】そこで、パターン同期をとる必要が生じ
る。パターン同期は、図5に示すように、リセット信号
でパターン発生器12をリセットすることにより可能と
なる。リセット信号の発生は本構成例ではNANDゲー
ト15で実現している。すなわち、NANDゲート15
に14番目のパターンが入力されると、リセット信号が
発生し、パターン発生器12は再び0番目のパターンか
ら出力を始める。NANDゲート15への入力信号は、
ニューラルネットワーク9からの出力信号Ojをクロッ
ク付きの検出器14で識別再生された信号OTjを用い
る。再生信号OTjには、光源からの遅延が生じてお
り、図6中で示した例では、遅延量は1タイムスロット
分となっている。パターン同期がとれた後は、16パタ
ーンに対する学習が複数回行われ、誤差関数Eが予め設
定された値より小さくなると、学習回路11は学習終了
信号を送出して学習を終了する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、多重
化信号のNAND処理により学習のためのタイミングを
抽出しているため、全ての波長の信号を同期して送信す
る必要がある。しかしながら、実際の伝送系において
は、全ての波長の信号が同期しているとは限らないの
で、その場合には上述した従来技術を用いることはでき
ない。
【0010】そこで、本発明の目的は、多重化信号が同
期していない場合にも適用できる光受信器の学習方法お
よび装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1記載の発明は、波長の違いを光の空間的
強度分布に変換する光変換デバイスと、ニューラルネッ
トワークを含み、空間的強度分布を認識して出力を取り
出すパターン認識手段とを有する光受信器の学習装置で
あって、前記光変換デバイスからの波長毎の受信信号強
度分布を読み取る手段と、その波長毎の受信信号強度分
布を合成して前記ニューラルネットワークが学習すべき
入力パターンを生成する手段と、当該生成された入力パ
ターンを教師パターンと比較して学習を行い、その学習
結果に応じて前記ニューラルネットワークのパラメータ
を修正する学習回路と、学習終了時に前記光変換デバイ
スの出力を前記パターン認識手段に供給可能とする手段
とを具えたことを特徴とする。
【0012】請求項2記載の発明は、前記パターン認識
手段におけるニューラルネットワークと前記学習回路と
によって学習を行い、前記ニューラルネットワークのパ
ラメータを修正することを特徴とする。
【0013】請求項3記載の発明は、波長の違いを光の
空間的強度分布に変換する光変換デバイスと、ニューラ
ルネットワークを含み、空間的強度分布を認識して出力
を取り出すパターン認識手段とを有する光受信器の学習
方法であって、前記光変換デバイスからの波長毎の受信
信号強度分布を読み取り、その波長毎の受信信号強度分
布の合成により前記ニューラルネットワークが学習すべ
き入力パターンを生成し、学習を行うことを特徴とす
る。
【0014】
【作用】本発明によれば、波長毎に伝送された信号の強
度分布をサンプリングしてメモリへ格納する。それら波
長毎の強度分布を学習パターン発生部に供給し、それら
強度分布を合成して学習パターンを形成する。学習は伝
送とは独立に行われ、伝送速度には依存しない。したが
って、多重化された信号は同期している必要がない。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0016】本発明の第1の実施例を図1に示す。図2
には学習時のタイミングチャートを示す。ここで、21
は受光素子アレイ、22はプリアンプアレイ、23は入
力信号制御部、24はタイミング抽出部、25はサンプ
ル部、26はメモリ部、27は学習パターン発生部、2
8は教師信号発生部、29はたとえば学習専用ハードウ
ェアによる学習回路、30はニューラルネットワークで
ある。波長の変化を光空間分布に変換する光変換部(た
とえば図4参照)を通過した光は受光素子アレイ21に
よって受光され、光の強度分布に応じた電気信号を出力
する。受光素子アレイ21からの電気信号はプリアンプ
アレイ22で増幅される。
【0017】ここで、学習を行う場合には、プリアンプ
アレイ22からの出力信号を入力信号制御部23に入力
する。入力信号制御部23はタイミング抽出部24、サ
ンプル部25およびメモリ部26から構成され、入力信
号のクロック信号を抽出して、そのクロック信号に基づ
いてサンプリングを行い、伝送されてくる信号光強度分
布をサンプリングする。そのサンプリングされた強度分
布をメモリ部26に格納する。
【0018】図2に示した例では、4波多重信号を分波
するための学習タイミングチャートを示している。
【0019】学習時には、波長多重を行わず、それぞれ
の光源から時分割で光信号を送信するか、あるいは受光
素子アレイ21で特定の波長の信号のみを受信するな
ど、特定の波長の信号のみが入力信号制御部23に入力
するようにする。まず、波長λ1の信号のみを受信し、
波長λ1についてタイミング抽出、サンプリング、メモ
リ部26への格納を行う。この作業が終了したら、波長
λ2、λ3、λ4についても同様の処理をする。
【0020】すべての波長の信号の強度分布を検出した
後、メモリ部26に格納されている4つのデータから学
習パターン発生部27において、24 =16通りの学習
パターンを生成する。学習パターンI1〜I4が生成で
きたら、教師信号発生部28により発生される教師信号
パターンとともに学習回路29に入力される。学習回路
29は、この実施例の場合、コンピュータによるシミュ
レータ等を想定しており、学習回路29の内部でニュー
ラルネットワーク30の内部状態をシミュレートしてい
る。ニューラルネットワーク30からの出力信号と教師
信号との関係がある条件を満たす場合、たとえばΣ(O
j−Tj)2 が0.5以下等(Oj:ニューラルネット
ワークの出力信号、Tj:教師信号)の場合に学習が終
了したとみなす。
【0021】学習が終了した場合には、重みや閾値を学
習回路29からニューラルネットワーク30にロードす
る。重みや閾値がニューラルネットワーク30にロード
された時点で、分波機能を有する光受信器として動作す
る。すなわち、学習終了後はプリアンプアレイ22の出
力信号を、図1に点線で示すように、直接にニューラル
ネットワーク30に入力する。
【0022】以上説明したように、本実施例では、個々
の波長毎に信号強度分布をサンプリングし、その信号の
合成によりニューラルネットワーク30への入力パター
ンを生成しているため、波長多重信号の同期をとる必要
がない。また、ニューラルネットワーク30の学習を伝
送信号に同期させる必要もなく、専用シミュレータ等を
用いて高速に学習することができる。
【0023】図3は本発明の第2の実施例を示してい
る。ここで、31は受光素子アレイ、32はプリアンプ
アレイ、33は入力信号制御部、34はタイミング抽出
部、35はサンプル部、36はメモリ部、37は学習パ
ターン発生部、38は教師パターン発生部、39は学習
回路、40はニューラルネットワークである。ここで、
第1の実施例と異なるのは、学習回路39は重みや閾値
の修正のみを行い、ニューラルネットワーク40として
の動作をシミュレートしていない点である。学習回路3
9として、宮尾他により提案されている多周波振動学習
法に基づく学習回路を用いることができる(参考文献、
1992電子情報通信学会春期全国大会、SD−2−
6、多周波振動法に基づくアナログニューラルネットワ
ーク高速学習実験)。
【0024】受光素子アレイ31により光−電気変換さ
れた信号はプリアンプアレイ32に入力され、増幅され
る。プリアンプアレイ32の出力信号は入力信号制御部
33においてタイミング抽出、サンプリング、メモリ部
36への格納がなされる。学習パターン発生部37でニ
ューラルネットワーク40への入力パターンを生成す
る。ニューラルネットワーク40の出力、中間層での重
みや閾値を学習回路39に送り、ここで、教師信号との
比較を行い、評価関数が小さくなるように、重みや閾値
を修正して、ニューラルネットワーク40へ送り返す。
この作業を繰り返し、評価関数がある設定された値より
も小さくなった場合に学習終了となる。学習終了後はプ
リアンプアレイ32の出力信号を、図3に点線で示すよ
うに、直接にニューラルネットワーク40に入力する。
なお、伝送されてくる波長多重信号は同期が取れている
必要はない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
学習を行うためのパターンは波長毎にサンプリングされ
た信号の合成によって生成されるのであって、伝送され
てくる信号から得るのではない。従って、本発明によれ
ば、伝送信号の同期が取れている必要がない。しかもま
た、本発明では、学習速度が伝送信号のクロックに制限
されないため自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第1の実施例における学習動作説明用
のタイミングチャートである。
【図3】本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。
【図4】従来の光受信器の構成例を示す構成図である。
【図5】従来のニューラルネットワークの学習装置の一
例を示すブロック図である。
【図6】従来例におけるニューラルネットワークの動作
説明用タイミングチャートである。
【符号の説明】
1 光ファイバ 2 入射側レンズ 3 波長多重信号光 4 バルク形回折格子 5 回折出力光 6 出射側レンズ 7 受光素子アレイ 8 電気信号 9 ニューラルネットワーク 10 出力ポート 11 学習回路 12 パターン発生器 13 プリアンプアレイ 14 検出器 15 NANDゲート 21 受光素子アレイ 22 プリアンプアレイ 23 入力信号制御部 24 タイミング抽出部 25 サンプル部 26 メモリ部 27 学習パターン発生部 28 教師信号発生部 29 学習回路 30 ニューラルネットワーク 31 受光素子アレイ 32 プリアンプアレイ 33 入力信号制御部 34 タイミング抽出部 35 サンプル部 36 メモリ部 37 学習パターン発生部 38 教師パターン発生部 39 学習回路 40 ニューラルネットワーク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 波長の違いを光の空間的強度分布に変換
    する光変換デバイスと、ニューラルネットワークを含
    み、空間的強度分布を認識して出力を取り出すパターン
    認識手段とを有する光受信器の学習装置であって、 前記光変換デバイスからの波長毎の受信信号強度分布を
    読み取る手段と、 その波長毎の受信信号強度分布を合成して前記ニューラ
    ルネットワークが学習すべき入力パターンを生成する手
    段と、 当該生成された入力パターンを教師パターンと比較して
    学習を行い、その学習結果に応じて前記ニューラルネッ
    トワークのパラメータを修正する学習回路と、 学習終了時に前記光変換デバイスの出力を前記パターン
    認識手段に供給可能とする手段とを具えたことを特徴と
    する光受信器の学習装置。
  2. 【請求項2】 前記パターン認識手段におけるニューラ
    ルネットワークと前記学習回路とによって学習を行い、
    前記ニューラルネットワークのパラメータを修正するこ
    とを特徴とする請求項1記載の光受信器の学習装置。
  3. 【請求項3】 波長の違いを光の空間的強度分布に変換
    する光変換デバイスと、ニューラルネットワークを含
    み、空間的強度分布を認識して出力を取り出すパターン
    認識手段とを有する光受信器の学習方法であって、前記
    光変換デバイスからの波長毎の受信信号強度分布を読み
    取り、その波長毎の受信信号強度分布の合成により前記
    ニューラルネットワークが学習すべき入力パターンを生
    成し、学習を行うことを特徴とする光受信器の学習方
    法。
JP4208040A 1992-08-04 1992-08-04 光受信器の学習方法および装置 Pending JPH0652138A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6721443B1 (en) * 1999-10-20 2004-04-13 Tdk Corporation Method of reading mark and apparatus for the same
JP2013546065A (ja) * 2010-10-29 2013-12-26 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション シミュレーションを使用して学習されるシナプス重みを用いるニューロモーフィック/シナプトロニック・スパイキング・ニューラル・ネットワークのための方法、デバイス、および回路

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