(57)【要約】【課題】判定誤り率の測定時間を短縮し、誤り率が小さい場合であっても判定閾値を求めることができる判定閾値の決定方法および当該決定方法を含む光受信器の製造方法を提供する。【解決手段】この判定閾値決定方法は、二つのレベル間で変調された光信号を変換して生成した電気信号の論理を判定する際に用いる閾値電圧の大きさを決定する方法であって、周期的に変化する第１の電圧を閾値電圧に重畳して模擬閾値電圧を生成し、測定用の電気信号と模擬閾値電圧とを比較して二つレベルの判定の誤り率を測定する第１ステップと、測定された誤り率に基づいて閾値電圧を決定する第２ステップとを含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイレベル、ローレベルの二つのレベルを有する光信号を変換した電気信号に対して当該二つのレベルを判定する際に用いる閾値電圧を決定する方法であって、
周期的に変化する第１の電圧を前記閾値電圧に重畳して模擬閾値電圧を生成し、前記電気信号と前記模擬閾値電圧とを比較して当該二つのレベルの判定の誤り率を測定する第１ステップと、
前記誤り率に基づいて前記閾値電圧の大きさを決定する第２ステップとを含む、光通信の判定閾値決定方法。
【請求項２】
前記第１ステップにおいて、前記閾値電圧について複数の値を設定し、当該複数の値それぞれについて前記誤り率を測定し、
前記第２ステップにおいて、最小の前記誤り率を与える前記閾値電圧を決定する、請求項１に記載の光通信の判定閾値決定方法。
【請求項３】
前記第１の電圧の振幅は前記閾値電圧の５％以上５０％以下である、請求項１または２に記載の光通信の判定閾値決定方法。
【請求項４】
二つのレベル間で変動する光信号を電気信号に変換する光電変換部、前記電気信号について前記二つのレベルを判定するクロック・データ再生部、及び前記クロック・データ再生部に前記二つのレベルを判定するための閾値電圧を提供する閾値電圧発生部を互いに電気的に接続する第１工程と、
前記光電変換部へ前記光信号を入力する第２工程と、
前記光電変換部が出力する前記電気信号と、周期的に変化する第１の電圧を前記閾値電圧に重畳した模擬閾値電圧を前記クロック・データ再生部において比較し、前記二つのレベルの判定についての誤り率を測定する第３工程と、
測定された前記誤り率に基づいて前記閾値電圧発生部の前記閾値電圧の大きさを決定する第４工程とを含む、光受信器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の判定閾値決定方法および光受信器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、光信号受信機において判定閾値（DECISION THRESHOLD）を制御する装置及び方法が開示されている。この装置及び方法では、前方向エラー訂正（ＦＥＣ）が、訂正したエラーの数を表すフィードバック信号を閾値調整器に提供する。判定閾値は、訂正した１の数と０の数との差が小さくなるように、判定閾値を制御する。このとき、差の大きさによって、閾値変更幅が変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８０５０６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０１７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光受信器は、光信号を電気信号に変換したのち、該電気信号と所定の閾値電圧とを比較することにより、電気信号の論理（ハイレベル／ローレベル）を判定する。閾値電圧をどのようなレベルとするかは、電気信号の論理を正確に判定するために極めて重要である。可能な限り判定誤りを少なくする（すなわち、誤り率が最も小さい）閾値を設定することが望ましい。そのために、光受信器に模擬の光信号を入力し、閾値を変化させながら誤り率を測定し、その値を最も小さくする閾値を決定する。しかしながら、通常、誤り率は例えば１×１０−１０以下といった極めて小さな値である。従って、十分な信頼度の測定データを取得しようとすると、測定時間が長くなってしまうという問題がある。
【０００５】
また、誤り率が測定装置の測定下限（限界誤り率）よりも小さい場合には、実際の誤り率を知ることができない。そのような場合には、誤り率が限界誤り率と同程度となる閾値の範囲を求め、その範囲の中央において誤り率が最も小さくなると推定し、その値を閾値とする。しかしながら、この方法では、誤り率が最も小さくなる閾値を求めたとは必ずしも言うことはできない。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、誤り率の測定時間を短縮でき、誤り率が測定限界値以下の場合であっても閾値を正確に求めることができる閾値決定方法および光受信器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る光通信の判定閾値決定方法は、ハイレベル、ローレベルの二つのレベルを有する光信号を変換した電気信号に対して当該二つのレベルを判定する際に用いる閾値電圧を決定する方法であって、周期的に変化する第１の電圧をこの閾値電圧に重畳して模擬閾値電圧を生成し、電気信号とこの模擬閾値電圧とを比較して二つのレベルの判定の誤り率を測定する第１ステップと、この誤り率に基づいて閾値電圧の大きさを決定する第２ステップとを含む。
また、本発明の一実施形態に係る光受信器の製造方法は、二つのレベル間で変動する光信号を電気信号に変換する光電変換部、この電気信号について二つのレベルを判定するクロック・データ再生部、及びこのクロック・データ再生部に二つのレベルを判定するための閾値電圧を提供する閾値電圧発生部を互いに電気的に接続する第１工程と、光電変換部へ光信号を入力する第２工程と、光電変換部が出力する電気信号と、周期的に変化する第１の電圧を閾値電圧に重畳した模擬閾値電圧をクロック・データ再生部において比較し、二つのレベルの判定についての誤り率を測定する第３工程と、測定された誤り率に基づいて閾値電圧発生部の閾値電圧の大きさを決定する第４工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による光通信の判定閾値決定方法および光受信器の製造方法によれば、判定誤り率の測定時間を短縮でき、誤り率が小さい場合であっても判定閾値を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光受信器の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、受信光信号の強度の出現頻度の分布（ヒストグラム）の一例を示すグラフである。
【図３】図３は、一実施形態による判定閾値決定方法を行うための構成を示す図である。
【図４】図４は、重畳電圧波形の一例を示すグラフである。
【図５】図５は、重畳電圧波形の別の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、一実施形態による閾値電圧決定方法を含む、光受信器の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、誤り率測定器にて測定されたビット誤り率と、閾値電圧との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、閾値電圧と受信感度との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、重畳電圧の振幅と、閾値電圧の決定に要する時間（測定時間）との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、光受信器の一変形例の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、変形例における、重畳電圧の振幅に応じたコンパレータの出力信号波形の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係る光通信の判定閾値決定方法および光受信器の製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る光受信器１Ａの構成を示すブロック図である。図１に示すように、この光受信器１Ａは、光電変換部１２、クロック・データ再生部（ＣＤＲ：clock and data recovery）１４、及び閾値電圧発生部１６を備えており、光入力信号Ｐｉｎを光ファイバを介して受ける。光電変換部１２は、光入力信号Ｐｉｎを電気信号Ｓｉｎに変換する。光電変換部１２は、例えばフォトダイオードといった受光素子を内蔵する光受信アセンブリである。
【００１２】
ＣＤＲ１４は、光電変換部１２から出力される電気信号Ｓｉｎの論理を判定する。すなわち、ＣＤＲ１４は、光電変換部１２が出力する電気信号Ｓｉｎと閾値電圧ＶＳとの大小を比較することにより、その時の電気信号Ｓｉｎがハイレベル（論理１）か、ローレベル（論理０）かを判定する。ＣＤＲ１４は、判定結果に基づいて再生された電気信号Ｓｉｎ２を、光受信器１Ａの外部へ出力する。閾値電圧発生部１６は、閾値電圧ＶＳを生成してＣＤＲ１４に提供する。
【００１３】
電気信号Ｓｉｎの論理を判定する際に用いられる閾値電圧ＶＳをどのような大きさとするかは、電気信号Ｓｉｎを正確に再生するために極めて重要である。図２は、光入力信号Ｐｉｎの強度の出現頻度の分布（ヒストグラム）の一例を示すグラフである。図２において、横軸は光強度を表し、縦軸は出現頻度を表す。また、図中のグラフＧ１１はハイレベルの論理（マーク）に対応するグラフであり、グラフＧ１２はローレベルの論理（スペース）に対応するグラフである。
【００１４】
図２を参照すると、マークのグラフＧ１１とスペースのグラフＧ１２とは完全には分離されておらず、互いに重なる領域（図中の領域Ａ１）が存在する。仮にこのような領域Ａ１が存在しない場合、マークのグラフＧ１１とスペースのグラフＧ１２との間に存在する、出現頻度がゼロとなる光強度に判定閾値を設定することにより、判定誤りはゼロとなる。しかし、実際には、マーク／スペース共に、出現頻度はその平均値（Ｓ１、Ｓ２）を中心とするガウス分布となる。従って、これらが重なる領域Ａ１は必ず存在し、どのような閾値レベルを設定したとしても判定誤りが必ず生じる。なお、マークの標準偏差（σ１）は一般的にスペースの標準偏差（σ２）よりも大きくなる。
【００１５】
そこで、出来る限り判定誤りを少なくする（すなわち、判定誤り率が最も小さい）判定閾値を設定することが望ましい。そのために、例えば、光受信器１Ａに模擬の光信号を入力し、判定閾値を変化させながら判定誤り率を測定し、誤り率が最も小さくなる判定閾値を求めることが考えられる。しかしながら、通常、判定誤り率は例えば１×１０−１２以下といった極めて小さな値である。従って、十分な信頼度の測定データを取得しようとすると、測定時間が長くなってしまうという問題がある。理論的な測定時間ｔ（秒）は以下の数式により与えられる。
ｔ＝−ｌｎ（１−ｃ）／ｂ／ｒ
但し、ｃは信頼度（通常は０．９５（９５％））、ｂはビット誤り率、ｒはビットレート（単位：ｂｐｓ）である。例えば、１０Ｇｂｐｓのビットレートにおいて９５％の信頼度で１×１０−１２の誤り率を得ようとするときには、少なくとも測定時間ｔとして、
ｔ＝−ｌｎ０．０５／１０−１２／１０１０＝３００（秒、５分）
が必要となる。
【００１６】
従って、通常、判定閾値を決定する際には、測定装置の測定下限（限界誤り率）よりも誤り率が小さくなる判定閾値の範囲を求め、その範囲の中心において誤り率が最も小さくなるものと推定し、その中心値を判定閾値として決定する。しかしながら、当該範囲の中心において誤り率が最も小さくなるとは限らないので、この方法では、誤り率が最も小さくなる判定閾値を正確に求めたことにはならない。
【００１７】
そこで、本実施形態では、以下に説明する方法によって、判定誤り率の測定時間を短縮し、且つ、誤り率が小さい場合であっても判定閾値を正確に求める。
【００１８】
図３は、本実施形態による判定閾値決定方法を行うための構成を示す図である。図３に示す装置は、図１に示す光受信器１Ａに加えて、模擬信号生成部２０、光減衰器２６（光アッテネータ）、発振器２８、及び誤り率測定器３０を有する。模擬信号生成部２０は、誤り率を測定するための光信号ＰＴを生成する。この光信号ＰＴは、光入力信号Ｐｉｎを模擬した信号であり、所謂、１５段、２３段、あるいは３１段の疑似ランダム信号である。模擬信号生成部２０は、信号発生器２２及びＥ／Ｏ変換器２４を含む。信号発生器２２は、電気信号ＳＴ１を生成する。Ｅ／Ｏ変換器２４は、この電気信号ＳＴ１を光信号ＰＴに変換する。Ｅ／Ｏ変換器２４は、例えばレーザダイオードといった発光素子である。
【００１９】
模擬信号生成部２０の出力端は、光ファイバ４１を介して光減衰器２６の入力端に光結合する。光減衰器２６は、光信号ＰＴの強度を適切な大きさに減衰する。
【００２０】
誤り率測定器３０は、ＣＤＲ１４の出力に電気的に接続し、ＣＤＲ１４が出力する再生後の電気信号ＳＴ３を受ける。誤り率測定器３０は、この電気信号ＳＴ３の情報単位（ビット）のうち、信号発生器２２が出力する電気信号ＳＴ１の情報単位（例えば全１０１５−１個、１０２３−１個、あるいは１０３１−１個）に対して論理が反転している情報単位の数を測定する。誤り率測定器３０は、その割合すなわち論理判定の誤り率を測定結果として出力する。
【００２１】
発振器２８は、周期的に変化する電圧ＶＡ（第１の電圧）を生成する。電圧ＶＡの周波数は、電気信号ＳＴ２の周波数と比べて十分に小さい。また、電圧ＶＡの周波数は、理論値から推測される測定時間と干渉しない周波数であることが望ましい。たとえば、電圧ＶＡの周波数として入力信号ＰＴのビットレートの整数分の一の値、すなわち、高調波の関係を避けることが望ましい。電圧ＶＡの周波数として端数を有する値であれば、大概の場合、高調波の関係を避けることができる。電圧ＶＡの振幅は可変であることが望ましい。電圧ＶＡの振幅は、例えば光変換器の出力ＳＴ２の振幅の５％以上５０％以下である。
【００２２】
電圧ＶＡは、閾値電圧発生部１６から出力された閾値電圧ＶＳに重畳される。そして、閾値電圧ＶＳと電圧ＶＡとが重畳されてなる模擬閾値電圧ＶＳＤがＣＤＲ１４に入力する。
【００２３】
図４及び図５は、電圧ＶＡの一例を示すグラフである。電圧ＶＡは、電気信号ＳＴ２の周波数よりも低い周波数を有していればよく、その波形は任意である。例えば、図４に示すように、電圧ＶＡの波形は正弦波でもよいし、図５に示す矩形波とすることもできる。
【００２４】
図６は、本実施形態による閾値電圧決定方法を含む、光受信器１Ａの製造方法を示すフローチャートである。まず、図１に示す光電変換部１２、ＣＤＲ１４、及び閾値電圧発生部１６を電気的に接続する（第１工程Ｓ１）。次に、図３に示す模擬信号生成部２０を、光ファイバ４１及び光減衰器２６を介して光電変換部１２に接続し、さらに、ＣＤＲ１４の出力に誤り率測定器３０を接続する。また、閾値電圧発生部１６とＣＤＲ１４とを結ぶ配線に発振器２８を接続する。
【００２５】
続いて、光電変換部１２へ測定用の光信号ＰＴを入力する（第２工程Ｓ２）。すなわち、信号発生器２２から電気信号ＳＴ１を出力し、Ｅ／Ｏ変換器２４においてこの電気信号ＳＴ１を光信号ＰＴに変換する。この光信号ＰＴを、光ファイバ４１及び光減衰器２６を介して光電変換部１２に入力する。このとき、光信号ＰＴの強度を光減衰器２６により所定の大きさに調整する。
【００２６】
続いて、光電変換部１２が出力する電気信号ＳＴ２と、電圧ＶＡを閾値電圧ＶＳに重畳して得る模擬閾値電圧ＶＳＤをＣＤＲ１４により比較し、電気信号ＳＴ３を生成する。この電気信号ＳＴ３を誤り率測定器３０に入力し信号ＳＴ３の誤り率を測定する（第３工程Ｓ３）。このとき、閾値電圧ＶＳの大きさを変化させつつ誤り率を測定して、閾値電圧ＶＳと誤り率との関係を調べる。この第３工程Ｓ３は、本実施形態の閾値電圧決定方法における第１ステップの例である。
【００２７】
続いて、例えば、誤り率が最も小さくなる閾値電圧を、閾値電圧発生部１６が発生する閾値電圧ＶＳとして決定する（第４工程Ｓ４）。あるいは、誤り率が所定値よりも小さくなる閾値電圧を、閾値電圧発生部１６が発生する閾値電圧ＶＳとして決定してもよい。この第４工程Ｓ４は、本実施形態の閾値電圧決定方法における第２ステップの例である。
【００２８】
上述した閾値電圧決定方法について更に詳細に説明する。図７は、誤り率測定器３０にて測定されたビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）と、閾値電圧ＶＳとの関係を示すグラフである。同図において、グラフＧ３１〜Ｇ３５は、電圧ＶＡの振幅がそれぞれ０ｍＶ，５０ｍＶ，１００ｍＶ，２００ｍＶ，及び３００ｍＶである場合を示す。電圧ＶＡの周波数はすべて１０ｋＨｚである。光信号ＰＴを１０．７ＧｂｐｓのＮＲＺ信号とし、３１段のＰＲＢＳ（Pseudo Random Bit Sequence）発生器により生成された疑似ランダムパターンを含むものとした。また、マーク率を５０％（ハイレベル（論理“１”）とローレベル（論理“０”）の比率が１：１）とし、光ファイバ４１の長さを８０ｋｍ、波長分散を１６００ｐｓ／ｎｍとした。
【００２９】
図７に示すように、電圧ＶＡの振幅が小さいほどビット誤り率は小さく、電圧ＶＡの振幅が大きいほどビット誤り率が大きくなる。電圧ＶＡの振幅が０ｍＶである場合、ビット誤り率の最小値は系の測定限界である１×１０−１２より小さな値となる。測定時間を長くすればそのようなビット誤り率も測定できるが、１×１０−１３のビット誤り率を得るためには、前述した数式から３０００秒（５０分）を要するので、現実的ではない。現実的な測定時間（例えば５分以下）で得られるビット誤り率の下限は１×１０−１２程度である。従って、電圧ＶＡを重畳しない場合、ビット誤り率が最小となる閾値電圧ＶＳを得ることが難しい。これに対し、電圧ＶＡの振幅を大きくすると、閾値電圧ＶＳの全体にわたってビット誤り率が増加し、ビット誤り率が最小となる閾値電圧ＶＳを得ることが容易になる。例えば、電圧ＶＡの振幅が２００ｍＶである場合（グラフＧ３４）、ビット誤り率の最小値は４×１０−８程度であり、そのときの閾値電圧ＶＳは約３．０４５Ｖである。また、電圧ＶＡの振幅が３００ｍＶである場合（グラフＧ３５）、ビット誤り率の最小値は５×１０−５程度であり、そのときの閾値電圧ＶＳは約３．０５Ｖである。このように、電圧ＶＡを閾値電圧ＶＳに重畳することにより、ビット誤り率を全体的に増加させて、最適な閾値電圧ＶＳの大きさを正確かつ容易に決定することができる。
【００３０】
図８は、光信号ＰＴの強度を−１２ｄＢｍとし、そのビットレートを１０．７Ｇｂｐｓとし、光ファイバ４１の波長分散を１６００ｐｓ／ｎｍとしたときの、閾値電圧ＶＳと受信感度との関係を示すグラフである。縦軸は受信感度を表し、横軸は閾値電圧ＶＳを表す。図８に示されるように、上記の方法により得られた最適な閾値電圧（ここでは一例として３．０４５Ｖ）において受信感度が最も高くなっていることがわかる。
【００３１】
図９は、電圧ＶＡの振幅と、閾値電圧ＶＳの決定に要する時間（測定時間）との関係を示すグラフである。縦軸は測定時間（単位：秒）を示し、横軸は電圧ＶＡの振幅（単位：ｍＶｐ−ｐ）を示す。前述したように、ビット誤り率の最小値が小さいほど、閾値電圧ＶＳの決定に時間を要する。例えば、図９に示されるように、電圧ＶＡの振幅が０に近い領域ではビット誤り率が極めて小さく、測定時間は１０分以上となる。これに対し、電圧ＶＡの振幅が１００ｍＶｐ−ｐの場合は３２０秒、２００ｍＶｐ−ｐの場合は１９０秒、３００ｍＶｐ−ｐの場合は１５０秒となり、電圧ＶＡの振幅が大きいほどビット誤り率が増加して閾値電圧ＶＳを短時間で決定できることがわかる。このように、本実施形態の閾値電圧決定方法によれば、最適な閾値電圧ＶＳの大きさを短時間で決定することができる。
【００３２】
また、前述したように、電圧ＶＡの振幅は閾値電圧ＶＳの５％以上であることが好ましい。また、電圧ＶＡの振幅は閾値電圧ＶＳの５０％以下であることが好ましい。５％以下の場合には、ビット誤り率が全体的に低下し測定に時間を要することになる。他方、５０％を超えるとビット誤り率が全体に大きくなり、最小のビット誤り率を特定することが困難になってくる。
【００３３】
（変形例）
図３に示す形態では模擬閾値電圧ＶＳＤがＣＤＲ１４に直接入力されているが、図１０に示すように、コンパレータ１８が電気信号ＳＴ２と模擬閾値電圧ＶＳＤとを比較し、その比較結果をＣＤＲ１４に入力してもよい。この場合、コンパレータ１８の一方の入力は光電変換部１２と電気的に接続され、他方の入力は閾値電圧発生部１６及び発振器２８と電気的に接続される。また、コンパレータ１８の出力はＣＤＲ１４と電気的に接続される。
【００３４】
図１１は、本変形例における、電圧ＶＡの振幅に応じたコンパレータ１８の出力信号波形の一例を示す。図１１に示すグラフＧ２１〜Ｇ２３は、電圧ＶＡの振幅がそれぞれ０ｍＶ、１００ｍＶ、３００ｍＶである場合を示している。電圧ＶＡの振幅の増加に伴い、クロスポイント幅の増加（ジッタの増加）、アイ（開口度）の狭小化が顕著になる。
【００３５】
本発明による光通信の判定閾値決定方法および光受信器の製造方法は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では閾値電圧に重畳する第１の電圧の例として正弦波及び矩形波を例示したが、第１の電圧の波形はこれらに限られず、周期的な種々の波形であることができる。また、上記実施形態では発振器が光受信器の内部に設けられているが、発振器を光受信器の外部に設けてもよい。或いは、光受信器が発振器を備えるものとし、閾値電圧発生部とクロック・データ再生部との配線と発振器との間にスイッチを設けてもよい。そして、閾値電圧決定の際にスイッチを接続状態とし、それ以外においてスイッチを非接続状態としてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１Ａ…光受信器、１２…光電変換部、１４…クロック・データ再生部（ＣＤＲ）、１６…閾値電圧発生部、１８…コンパレータ、２０…模擬信号生成部、２２…信号発生器、２４…Ｅ／Ｏ変換器、２６…光減衰器、２８…発振器、３０…誤り率測定器、４１…光ファイバ、Ｐｉｎ…光入力信号、ＰＴ…光信号、Ｓｉｎ，Ｓｉｎ２…電気信号、ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３…電気信号、ＶＡ…第１の電圧、ＶＳ…閾値電圧、ＶＳＤ…模擬閾値電圧。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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