(57)【要約】【課題】  高ビットレート、長距離伝送システムに用いられる光受信モジュールにおいて、長距離伝送によって発生する波形歪みに対し、伝送ペナルティ特性の劣化を抑える。【解決手段】  ファイバ通過前の光送信信号の光入力パワーモニタと入力信号振幅モニタの関係をあらかじめ記憶装置４２に記録させておく。次に実際の光送信波形を光受信モジュールに入力し、光入力パワーモニタ値と入力信号振幅モニタ値と前述の波形歪みを受けていない場合のそれぞれのモニタ値との比較を演算装置３３で実施し、波形歪み量を算出する。ここで算出された波形歪み量に応じて、受信感度が最も高感度になる最適しきい値および位相調整値を演算装置３３で算出し、しきい値調整回路４１および位相値調整回路３７を制御することにより、入力歪み量に対して最適なしきい値および位相値を設定することができ、伝送ペナルティ特性の改善が可能となる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を増幅するアンプと、増幅された電気信号からクロックを抽出するクロック抽出回路と、前記増幅された電気信号と前記クロックとから識別電気信号を生成する識別回路とからなる光受信モジュールであって、
前記受光素子に接続し、前記光信号の光パワーの平均値をモニタする光入力パワーモニタと、
前記増幅された電気信号から信号振幅を検出する入力信号振幅モニタと、
前記光入力パワーモニタの出力と前記入力信号振幅モニタの出力を入力し、前記識別回路のしきい値の調整値と前記クロックの位相の調整値とを出力する演算装置とを有することを特徴とする光受信モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光受信モジュールであって、
前記位相の調整値を入力され、クロック位相を調整する位相調整回路をさらに含むことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の光受信モジュールであって、
前記しきい値の調整値を入力され、前記識別回路にしきい値を供給するしきい値調整回路をさらに含むことを特徴とする光受信モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の光受信モジュールであって、
前記演算装置に接続された記憶装置をさらに含み、
この記憶装置に、ファイバ通過前の前記光入力パワーモニタの値と前記入力信号振幅モニタの値との関係と、波形歪み量としきい値調整値との関係と、前記波形歪み量と位相調整値との関係とを保持することを特徴とする光受信モジュール。
【請求項５】
光信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、前記電気信号を増幅するアンプと、増幅された電気信号からクロックを抽出するクロック抽出回路と、前記増幅された電気信号と前記クロックとから識別電気信号を生成する識別回路とからなる光受信モジュールと、この光受信モジュールの前段に設けた一定出力制御の光増幅器とからなる光受信モジュールシステムであって、
前記光受信モジュールは、前記増幅された電気信号から信号振幅を検出する入力信号振幅モニタと、前記入力信号振幅モニタの出力を入力し前記識別回路のしきい値の調整値と前記クロックの位相の調整値とを出力する演算装置とを有することを特徴とする光受信モジュールシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の光受信モジュールシステムであって、
前記光受信モジュールは、前記位相の調整値を入力され、クロック位相を調整する位相調整回路をさらに含むことを特徴とする光受信モジュールシステム。
【請求項７】
請求項５に記載の光受信モジュールシステムであって、
前記光受信モジュールは、前記しきい値の調整値を入力され前記識別回路にしきい値を供給するしきい値調整回路をさらに含むことを特徴とする光受信モジュールシステム。
【請求項８】
請求項５に記載の光受信モジュールシステムであって、
前記光受信モジュールは、前記演算装置に接続された記憶装置をさらに含み、この記憶装置に、ファイバ通過前の前記光入力パワーモニタの値と前記入力信号振幅モニタの値との関係と、波形歪み量としきい値調整値との関係と、前記波形歪み量と位相調整値との関係とを保持することを特徴とする光受信モジュールシステム。
【請求項９】
光受信モジュールに設けた記憶装置に、少なくとも一つの平均入力パワー値での、ファイバ通過前の入力信号振幅（ｙ１）と複数の分散量のファイバ通過後の複数の入力信号振幅との関係を記録するステップと、
受信した光信号の入力信号振幅（ｙ２）を測定するステップと、
ｙ１−ｙ２を演算するステップと、
演算されたｙ１−ｙ２から識別回路のしきい値の調整値を演算するステップと、
前記演算されたｙ１−ｙ２からクロック位相の調整値を演算するステップとを含む光受信モジュールの制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の光受信モジュールの制御方法であって、
前記しきい値を調整するステップと、
前記クロック位相を調整するステップとをさらに含む光受信モジュールの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信モジュールおよび光受信モジュールシステムに係り、特に長距離伝送時の伝送特性の劣化（伝送ペナルティ）の改善を図った光受信モジュールおよび光受信モジュールシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
分散および偏波による波形歪みは、長距離伝送および高ビットレート化により歪みの影響が大きくなる為、高容量長距離光通信システムにおいては、伝送ペナルティの低減化が必須技術となる。
【０００３】
長距離光通信における伝送ペナルティを抑制する方法として、可変分散補償器を用いた波形歪みの補償が挙げられる。可変分散補償器はファイバ分散の影響を受けて波形歪みを発生した光波形に対して、逆の分散量を与えることにより、歪みを受ける前の元の波形を再生するものである。光受信部に付加された符号誤り情報モニタ回路を付加し、符号誤り情報を常に監視して、ファイバ伝送後の波形歪みによる符号誤りが発生しないように可変分散補償器の分散値を制御して波形歪みを抑える方法があり、特許文献１に記載がある。
【０００４】
また、別の方法として受信信号をバンドパスフィルタに入力しフィルタ出力電力が最小となる様に可変分散補償器を制御して波形歪みを抑える方法があり、特許文献２に記載がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０８８９２号公報
【特許文献２】特開２００４−２５４３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の符号誤り情報モニタ回路を使用した可変分散補償器による波形歪み補償の場合、符号誤り情報モニタ回路として誤り訂正回路（ＦＥＣ: Forward Error Correction）が用いられる。光送受信モジュールは通常、光―電気信号変換に特化した機能に限定されているため、ＦＥＣの機能は具備していない。ＦＥＣの機能はシステム側において光送受信モジュールが搭載される基板上にＦＥＣ機能を具備したＬＳＩが搭載されることにより実現可能となる。仮にＦＥＣ機能を光送受信モジュールに搭載した場合、モジュールの大型化、消費電力増を引き起こしてしまう。またシステム構成によってはＦＥＣの機能を必要としないアプリケーションもあり、その場合には符号誤り情報モニタを使用した波形歪み補償を適用することが出来なくなる。
【０００７】
特許文献２に記載のバンドパスフィルタを使用する方法では、光送受信モジュール内にバンドパスフィルタを具備する必要があるため、サイズの大型化を引き起こす。また、バンドパスフィルタは一般的に高価である為、コスト増にもつながってしまう。
【０００８】
伝送ペナルティの低減の課題に対し、可変分散補償器を使用する方法では、光送受信モジュールの小型化、低電力化、低コスト化の要求には応えることは出来ない。したがって、可変分散補償器を適用しない方法でファイバ分散による受信感度の劣化を抑える技術が必要である。その場合においても光送受信モジュールのサイズ、消費電力、コストを増加させない技術が必須である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
光受信モジュールが具備する入力信号振幅モニタおよび光パワーモニタを用いて、入力波形の歪み量を検出する。その歪み量に応じたしきい値および位相調整値を調整し、入力波形に対して最適なしきい値および位相調整値を設定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光受信モジュールの伝送ペナルティ特性の改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について、いくつかの実施例を用いて図面を参照しながら説明する。なお、実質同一の要素には同じ符号を振り、説明は繰り返さない。
【００１２】
図１ないし図６を用いて本発明の実施例を説明する。ここで、図１はファイバ通過により受信する波形の劣化を説明するアイパターンである。図２は光入力パワー値と光入力パワーモニタ値の関係を説明する図である。図３は光入力パワー値と入力信号振幅モニタ値の関係を説明する図である。図４は光入力パワーモニタ値と入力信号振幅モニタ値の関係を説明する図である。図５は波形歪量と最適しきい値相関線または最適位相値相関線とから、最適しきい値調整値および最適位相調整値を求める手順を説明する図である。図６は光受信モジュールのブロック図である。
【００１３】
図１に示すアイパターンでは、伝送ファイバ通過前にback to back接続で得た実線で示す受信波形と正の分散特性の伝送ファイバを通過させた受信波形とを重ねて書いたものである。アイパターンでは横軸は位相（時間）、縦軸は振幅である。通常、光受信モジュールは光ファイバ通過前の波形歪みが発生していない送信信号に対し、受信感度が最も良くなる点、つまりＳＮ（Signal to Noise Ratio）が最も高くなる点にしきい値および位相調整値が設定される。この位相調整値がファイバ通過前のアイパターンの中央に示す最適識別点である。しかし、ファイバ通過後の最適識別点は、図１において右下にずれている。これは、アイパターンがファイバ通過により、分散の影響を受け波形ひずみが発生するためである。また、この波形ひずみは非線形であるためである。特に、送信器に使用される光変調器の駆動動作点に強く依存する。
以上から、伝送ペナルティを抑える為には、ファイバ通過後の波形に対して、最適な振幅のしきい値および位相を設定すればよいことが分かる。
【００１４】
図２ないし図５を参照して波形歪み量（後述）を求める方法を説明する。まず、図２で光受信モジュールへの光入力パワーと光受信モジュールの光入力パワーモニタの出力との関係を示す。図２に示すように両者の関係は、ファイバ通過前後で特性変化が無い。当然、ファイバを通過すれば、通過損失から光入力パワーは、ファイバ通過前とは異なる。しかし、同じ線分上にあることに変わりはない。
【００１５】
一方、光受信モジュールの光入力光入力パワーと光受信モジュールの入力信号振幅モニタの出力との関係は、光信号が通過した光ファイバの特性に依存する。通常の光伝送路である分散特性が正の光ファイバ（正分散ファイバ）を通過した光信号は、ファイバ通過前に比べ入力信号振幅モニタの出力値がマイナス側にシフトする。一方、分散補償ファイバに代表される負の分散特性を持つファイバを伝送した光信号は、入力信号振幅モニタの出力値がプラス側にシフトする。
【００１６】
正分散ファイバについて、図２と図３とから図４が得られる。図４は、光受信モジュールの光入力パワーモニタの出力値と入力信号振幅モニタの出力値との関係を示す。光受信モジュールへの光入力パワーと光受信モジュールの光入力パワーモニタの出力との関係は、ファイバ通過の前後で変化が無く、同一の線形直線上にある。したがって、ｘ軸を光入力パワーモニタとしても、図４は図３と同様な関係となる。これを利用して、光入力パワーモニタ出力と入力信号振幅モニタの出力との関係から、波形の歪み量を把握することができる。光入力パワーモニタの出力値がｘのとき、ファイバ通過前の入力信号振幅モニタの出力値はｙ１である。一方、ファイバ通過後の入力信号振幅モニタの出力値がｙ２とする。ｙ１がおおむねｙ２に等しければ、伝送距離が短いか、ＤＳＦを伝送した場合である。ｙ１＞ｙ２ならば正分散のファイバを通過したあとであり、ｙ１＜ｙ２ならば負分散のファイバを通過したあとである。本明細書では、ｙ１−ｙ２を波形歪み量と呼ぶ。
【００１７】
図１に示したアイパターンでのファイバ通過後の最適識別点は、当然伝送距離によって異なる。これらを実験的に求めたのが図５の最適しきい値相関線と、最適位相値相関線である。図５において、最適しきい値相関線と、最適位相値相関線は、波長歪み量０でｙ軸の０と交差する。ここで図５は、正分散ファイバ通過後について示し、負分散ファイバ通過後はｘ軸ｙ軸とも負の領域である。
【００１８】
波形歪み量がy１−y２のとき、最適しきい値調整値相関線との交点から、しきい値の調整値はｔ1であることが分かる。同様に、最適位相調整値相関線との交点から、位相の調整値はｐ1であることが分かる。
【００１９】
図６において、光受信モジュール１００は、光伝送ファイバ３０と接続されている。光受信モジュール１００は、光信号を受信してＯ/Ｅ変換（光信号から電気信号への変換）を行う受光素子３１と、受光素子３１に直列に接続された光受信モジュールに入力光信号の光パワーの平均値をモニタする光入力パワーモニタ６０と、光受光素子３１に直列に接続されたプリアンプ３２と、ポストアンプ３４と、ポストアンプ３４の出力からクロックを抽出するクロック抽出回路３６と、ポストアンプ３４の出力とクロック抽出回路３６が抽出したクロックを用いて信号を識別する識別回路３８と、４０Ｇbit/sの識別回路３８の出力の識別電気信号を１０Ｇbit/s×４本に分離する分離回路３９と、ポストアンプ３４の出力からその出力信号振幅（ピークトウピーク値）を検出する入力信号振幅モニタ３５と、光入力パワーモニタ６０の出力と入力信号振幅モニタ３５の出力を入力され、記憶装置と接続された演算装置３３と、演算装置３３の出力を入力され識別回路３８に供給するしきい値を調整するしきい値調整回路４１と、演算装置３３の出力を入力されクロックの位相を調整する位相調整回路３７で構成されている。
【００２０】
記憶装置４２には、予め（１）ファイバ通過前の光入力パワーモニタ値に対する入力信号振幅モニタ値の関係を表すデータ（図４でパラメータを変化させたデータ）と、（２）ファイバ通過前の（波形歪みを受けていない場合の）入力信号振幅モニタとファイバ通過後の入力信号振幅モニタとのずれ（波形歪み量）に対する、最適なしきい値調整値および位相調整値の関係を表すデータ（図５）を記録しておく。なお、図４には特定の長さのファイバ通過後のデータしか記載していないが、複数の長さ（または分散値）のファイバの値を記録する。
【００２１】
実際の運用では、演算装置３３は、まず光入力パワーモニタ６０が検出した光入力パワーモニタでの、波形歪みを受けていない場合のモニタ値（ｙ１）を算出する。演算装置３３は、入力信号振幅モニタ３５が検出した入力信号振幅モニタ値（ｙ２）と、算出したモニタ値（ｙ１）との比較を実施することにより、波形歪み量（ｙ１−ｙ２）を計算する。演算装置３３は、算出した波形歪み量に応じて、受信感度が最も高感度になる最適しきい値調整値（ｔ１）および位相調整値（ｐ１）を算出し、しきい値調整回路４１および位相調整回路３７を制御することにより、入力歪み量に対して最適なしきい値および位相値を設定する。これによって、伝送ペナルティ特性の改善できる。なお、位相調整回路３７が位相を調整するのは、識別回路３８へのクロック位相のみで、分離回路３９へは位相を調整しないクロックを供給する。
【００２２】
なお、演算装置としてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）またはデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）が適用できる。また、記憶装置は、演算装置に内蔵するものでも良いし、フラッシュメモリまたはＥＥＰＲＯＭ等が適用できる。入力信号振幅モニタ３５がモニタする信号は、プリアンプ３２の出力であっても良い。本実施例は、光送信モジュールと一体化した光送受信モジュールにも適用できる。光送受信モジュールも、光受信モジュールである。
【００２３】
本実施例に拠れば、入力振幅モニタを常時観測し、しきい値調整回路、位相値調整回路を制御することにより、入力信号波形が動的に変化した場合でも最適なしきい値および位相値設定を可能とし、光受信モジュールの伝送ペナルティ特性を改善できる。
【００２４】
以下、本発明の他の実施例について、図７を用いて説明する。ここで図７は、光受信モジュールのブロック図である。なお、図６の光受信モジュール１００と比較すれば分かるように、その違いは、図７の光受信モジュール２００には光パワーモニタが無いことのみである。したがって、異なる点のみ説明する。
【００２５】
図７において、光受信モジュール２００の前段に光受信モジュールへの入力パワーを一定にする低雑音の光ファイバアンプ４０が配置されている。この場合は光受信モジュールに入力される光パワーは一定となる。したがって、光受信モジュール２００は光パワーモニタが不要である。光受信モジュール２００は入力信号振幅モニタ３５を具備しており、ポストアンプ３４の出力信号振幅（ピークトウピーク値）を検出する。出力信号振幅モニタ値は、入力信号振幅モニタ３５においてデジタル変換され、その値が演算装置３３へと伝えられる。
【００２６】
記憶装置４２には、予め（１）光ファイバアンプ４０の出力に対応するファイバ通過前の（波形歪みを受けていない場合の）入力信号振幅モニタ値（ｙ１）と、（２）波形歪み量に対する、最適なしきい値調整値および位相調整値の関係を表すデータ（図５）を記録しておく。
【００２７】
実際の運用では、演算装置３３は、入力信号振幅モニタ値（ｙ２）と波形歪みを受けていない場合のモニタ値（ｙ１）との比較を実施することにより、波形歪み量（ｙ１−ｙ２）を計算する。演算装置３３は、算出した波形歪み量に応じて、受信感度が最も高感度になる最適しきい値調整値（ｔ１）および位相調整値（ｐ１）を算出し、しきい値調整回路４１および位相値調整回路３７を制御することにより、入力歪み量に対して最適なしきい値および位相値を設定する。これによって、伝送ペナルティ特性の改善できる。
ここで、光ファイバアンプは、ＡＰＣ（Automatic Power Control）制御またはＡＬＣ（Automatic Level Control）制御された光半導体増幅器であっても、他の光増幅器であっても良い。
本実施例に拠れば、光受信モジュールの前段に光増幅器を配置することで、光受信モジュールの構成を簡略化した光受信モジュールシステムを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ファイバ通過により受信する波形の劣化を説明するアイパターンである。
【図２】光入力パワー値と光入力パワーモニタ値の関係を説明する図である。
【図３】光入力パワー値と入力信号振幅モニタ値の関係を説明する図である。
【図４】光入力パワーモニタ値と入力信号振幅モニタ値の関係を説明する図である。
【図５】波形歪量と最適しきい値相関線または最適位相値相関線とから、最適なしきい値の調整値および最適な位相の調整値を求める手順を説明する図である。
【図６】光受信モジュールのブロック図である。
【図７】他の実施例の光受信モジュールのブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
３０…光ファイバ、３１…受光素子、３２…プリアンプ、３３…演算装置、３４…ポストアンプ、３５…入力信号振幅モニタ、３６…クロック抽出回路、３７…位相調整回路、３８…識別回路、３９…分離回路、４０…光ファイバアンプ、４１…しきい値調整回路、４２…記憶装置、６０…光入力パワーモニタ、１００…光受信モジュール、２００…光受信モジュール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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