(57)【要約】【課題】光伝送路上で広帯域なノイズが生じる場合であっても光信号受信時のビット誤り率を良好に維持すること【解決手段】この光受信器１は、入力光強度に応じた電流信号Ｉｉｎを生成するＰＤ２と、電流−電圧変換利得を動的に変化させることにより、ＰＤ２からの電流信号Ｉｉｎを所定の振幅値以下の電圧信号Ｖｉｎに変換するプリアンプ３と、プリアンプ３からの電圧信号Ｖｉｎと閾値レベルと比較しその差を増幅するポストアンプ４と、閾値レベルを電流−電圧変換利得の変化に追随して動的に変化させる閾値制御部５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光強度に応じた電流信号を生成する光電変換部と、
電流電圧変換利得を動的に変化させることにより、前記光電変換部からの電流信号を所定の振幅値以下の電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部からの電圧信号と閾値レベルとを比較しその差を増幅する差動増幅器とを含み、
前記閾値レベルは前記電流電圧変換利得の変化に追随して動的に変化される、
ことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
前記閾値レベルは、前記電流電圧変換利得の低下に伴って下降するように制御される、
ことを特徴とする請求項１記載の光受信器。
【請求項３】
前記入力光強度に対応した一連の閾値レベル値を保持し、当該一連の閾値レベル値のうちの一を前記閾値レベルとして出力する制御部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の光受信器。
【請求項４】
光増幅器が介在する光伝送路を伝搬する光信号を受信する請求項１〜３のいずれか１項に記載の光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光受信器に関し、特に受信特性が改善された光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光通信の伝送容量の増大化に伴いＷＤＭ伝送システムが実用化されている。このＷＤＭ伝送システム等に用いられる光受信器であって、ビット誤り特性における裾引きを低減する光受信器が知られている。
【特許文献１】特開２０００−１３４１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、光伝送路において多段増幅された受光信号を従来の光受信器で受信する場合は、受光信号に広帯域のノイズが含まれていて、光受信器におけるプリアンプの利得帯域が受光電力の大きさに応じて広がる傾向にあり、その結果として高受光電力時にビット誤り率の低下（裾引き）が生じる場合がある。
【０００４】
具体的には、ＤＷＤＭ光伝送系では、伝送経路の途中に複数の光増幅器が縦列的に接続されるのが一般的である。この光増幅器の出力光には、高周波のノイズ成分が重畳されている。一方、光受信器においてはそのダイナミックレンジを確保するために、トランスインピーダンス（電流−電圧変換利得）を可変とする可変利得増幅器（ｖ−ＴＩＡ：variable gain Trans-Impedance Amplifier）が搭載されている。この可変利得増幅器をプリアンプとして用いた場合は、光入力が大きくなった際に、ｖ−ＴＩＡの利得を低下させるためにトランスインピーダンスの値が小さく設定される。従って、自動的にｖ−ＴＩＡの帯域が広がってしまい、伝送路に重畳された光増幅器の高周波ノイズの影響が大きくなる傾向にある。
【０００５】
図７（ａ）は、光入力が小さい場合の可変利得増幅器の出力を示しており、トランスインピーダンスが所定の値にある状態を示している。この場合であっても、光入力がオンの状態（図７（ａ）における上側のレベル）では雑音の影響を受けノイズによる振動が見られる。この状態からさらに、光入力強度を順次大きくした場合に（図７（ｂ）参照）、トランスインピーダンスは所定の値に維持されたままであり、ｖ−ＴＩＡの出力の振幅は光入力の増大に伴い大きくなり、同時にオンレベル側に現れる雑音も大きくなる。さらに光入力を大きくすると、ｖ−ＴＩＡの出力を一定にするようにトランスインピーダンスが調整される（図７（ｃ）参照）。この場合は、トランスインピーダンスを小さくしてその出力を一定にするのでｖ−ＴＩＡの帯域が広がり、ｖ−ＴＩＡの出力に現れる高周波側の雑音成分が大きくなる。特に、オンレベルには、伝送路中に挿入される光増幅器に起因する高周波ノイズ成分が多く含まれているためにその影響が大きくなり、ｖ−ＴＩＡの出力波形はオンレベルにおいて雑音の影響で振動幅が広がったような特性となる。
【０００６】
ｖ−ＴＩＡの出力は、データ判別用の閾値を用いてデータ判別されるが、オンレベルとオフレベルの中央（図７の一点鎖線部分）にその閾値を設定することが一般的である。しかしながら、上記系においては、オンレベル側により大きなノイズが含まれるために、光入力が大きくなるのに伴ってプリアンプ出力のオン側のＳＮ比が劣化し、光入力強度が大きくなるにつれてビット誤り率が増大してしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光伝送路上で広帯域なノイズが生じる場合であっても光信号受信時のビット誤り率を良好に維持することが可能な光受信器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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光受信器は、入力光強度に応じた電流信号を生成する光電変換部と、電流電圧変換利得を動的に変化させることにより、光電変換部からの電流信号を所定の振幅値以下の電圧信号に変換する電流電圧変換部と、電流電圧変換部からの電圧信号と閾値レベルとを比較しその差を増幅する差動増幅器とを含み、閾値レベルは電流電圧変換利得の変化に追随して動的に変化される。
【０００９】
このような光受信器によれば、光電変換部からの入力光強度に応じた電流信号が、電流電圧変換部によって電流電圧変換利得を変化させながら所定の振幅以下の電圧信号に変換され、差動増幅器によってその電圧信号と閾値レベルとの差が増幅されて出力される。その際には、閾値レベルが電流電圧変換利得の変化に追随して動的に変化する。これにより、電流電圧変換利得の変化によって電流電圧変換部の帯域が広がって、電流電圧変換部の出力における光伝送路に重畳したノイズの影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを調整することができるので、光信号受信時のビット誤り率を小さくすることができる。
【００１０】
閾値レベルは電流電圧変換利得の低下に伴って下降するように制御される、ことが好ましい。この場合、電流電圧変換利得の低下によって電流電圧変換部の帯域が広がって、電流電圧変換部の出力のオンレベルにおけるノイズの影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを下げることで、ビット誤り率を効果的に小さくすることができる。
【００１１】
また、入力光強度に対応した一連の閾値レベル値を保持し、当該一連の閾値レベル値のうちの一を閾値レベルとして出力する制御部をさらに備える、ことも好ましい。かかる構成を採れば、予め入力光強度に対応して最適な閾値レベルを設定しておき、その閾値によってデータ判別を行うことができるので、より確実にビット誤り率を小さくすることができる。
【００１２】
さらに、光増幅器が介在する光伝送路を伝搬する光信号を受信することも好ましい。こうすれば、長距離伝送系において用いられる光増幅器の発生するノイズの影響が大きくなっても、光信号受信時のビット誤り率を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光受信器によれば、光伝送路上で広帯域なノイズが生じる場合であっても光信号受信時のビット誤り率を良好に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明に光受信器の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる光受信器１の概略構成を示すブロック図である。同図に示す光受信器１は、特に伝送経路の途中に光増幅器が縦列的に介在して接続されたＤＷＤＭ光伝送系において好適に用いられる。光受信器１は、フォトダイオード（光電変換部、以下、ＰＤという）２と、プリアンプ（電流電圧変換部）３と、ポストアンプ（差動増幅器）４と、閾値制御部５と、光入力モニタ回路６とによって構成されている。
【００１６】
ＰＤ２は、光伝送路からの入力光を受光してその強度に応じた電流信号Ｉｉｎを生成し、プリアンプ３は、その電流信号Ｉｉｎを電圧信号Ｖｉｎに変換し、ポストアンプ４は、その電圧信号Ｖｉｎと閾値電圧を比較することにより電圧信号中に含まれるデータを判別して相補的な出力Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−を生成する。
【００１７】
図２は、プリアンプ３の構成を具体的に示すブロック図である。同図に示すように、プリアンプ３は、入出力間に帰還抵抗７が接続された増幅器８を有し、その増幅器８の出力には、帰還抵抗７の抵抗値を可変に制御する制御部９が接続されている。ＰＤ２から入力された電流信号Ｉｉｎは、帰還抵抗７の抵抗値によって決まる電流−電圧変換利得で電圧信号Ｖｉｎに変換されて出力される。つまり、電圧信号Ｖｉｎの振幅は、電流信号Ｉｉｎ及び帰還抵抗７の大小によって決定される。
【００１８】
また、制御部９は、電圧信号Ｖｉｎの振幅をモニタしており、その振幅が所定の値を超えない様に入力電流Ｉｉｎが大きくなった時には帰還抵抗の値を低下させる。
【００１９】
図３は、プリアンプ３の出力振幅Ｃ１、利得帯域Ｃ２、及び帰還抵抗７の抵抗値Ｃ３の受光電力依存性を示すグラフである。出力振幅Ｃ１は、利得一定領域Ａと利得変動領域Ｂとに分けて制御される。
【００２０】
すなわち、受光電力が小さい利得一定領域Ａにおいては、ＰＤ２からの電流信号Ｉｉｎが小さいため常に変換利得が最大になるように帰還抵抗７の抵抗値Ｃ３は最大値に維持される。従って、出力振幅Ｃ１は、電流信号Ｉｉｎ、すなわち受光電力に比例して増加する。また、ＧＢ積（利得帯域幅積）一定の関係からプリアンプ３の帯域Ｃ２は電流信号Ｉｉｎの大きさに関わらず一定となる。
【００２１】
これに対して、受光電力が大きくなって利得変動領域Ｂに遷移したとき、制御部９は電圧信号Ｖｉｎの振幅Ｃ１を一定に保つために帰還抵抗７の抵抗値Ｃ３を下げ増幅器の利得を低下させるように制御する。この場合、ＧＢ積一定の関係から受光電力に比例してプリアンプ３の利得帯域Ｃ２は広がることになる。
【００２２】
図１に戻って、ポストアンプ４は、プリアンプ３から出力された電圧信号Ｖｉｎと閾値レベルとを比較してデータを判別し、その結果を出力信号Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−として出力する。
【００２３】
ポストアンプ４において比較に用いられる閾値レベルは、利得一定領域Ａと利得変動領域Ｂとで個別のモードで制御される。図３を参照して説明したように、利得一定領域Ａにおけるプリアンプ３の出力Ｖｉｎは、受光電力の増加に伴ってその振幅Ｃ１が大きくなるため、データの判別のための閾値レベルＣ４は出力振幅Ｃ１の増加に比例して大きくなるように制御される（図３参照）。
【００２４】
一方、利得変動領域Ｂにおいては、受光信号には光学的ノイズが重畳するのが常であり、この光学的ノイズは全信号周波数に跨り広い帯域に存在するため、プリアンプの利得が低下し同時にその帯域Ｃ２が広がることで相対的に光学的ノイズの高周波成分の影響が顕著に現れてくる。この光学的ノイズは光信号に重畳して伝搬されるため、受光信号のオンレベル側に特に現れ、その結果プリアンプの出力信号のオンレベル側のノイズ成分が増加する。そのことを考慮して、利得変動領域Ｂにおける閾値レベルＣ４は、受光電力の増加に対して減少するように制御されることにより（図３参照）、電圧信号Ｖｉｎのオンレベル側のノイズを避けるようにその平均レベルよりも小さく設定される。
【００２５】
上述した閾値レベルの制御を実現すべく、光受信器１においては、閾値制御部５と光入力モニタ回路６とがさらに備えられている。
【００２６】
光入力モニタ回路６は、カレントミラー回路１０及び抵抗素子１１を搭載し、カレントミラー回路１０によりＰＤ２の電流信号Ｉｉｎに対応するモニタ電流を生成して、抵抗１１によってそのモニタ電流をモニタ電圧Ｖｍｏｎに変換する。このモニタ電圧Ｖｍｏｎは、閾値制御部５に入力される。
【００２７】
閾値制御部５は、ＥＥＰＲＯＭ等を内蔵するＣＰＵによって構成され、モニタ電圧Ｖｍｏｎに対応する受光電力に対する最適なデータ判別用の一連の閾値レベルを格納するテーブルを予め保持している。そして、閾値制御部５は、光入力モニタ回路６から入力されたモニタ電圧Ｖｍｏｎに対応するデータ判別用の閾値レベルをテーブルから読み出してポストアンプ４に対してこれを閾値電圧Ｖｔｈとして入力する。これにより、ポストアンプ４においては、受光電力に対して最適な閾値レベルでデータ判別するように制御される。
【００２８】
閾値制御部５が保持するテーブルは、受光電力とデータ判別用閾値との関係が、図３に示すような所定の関係を満たすように予め生成される。例えば、図３の利得一定領域Ａ及び利得変動領域Ｂにおける２つの直線近似式を保持しておいて、受光電力（モニタ電圧Ｖｍｏｎ）に応じて２つの近似式を切り替えて使用することで最適なデータ判別用閾値を生成することができる。このテーブルの生成は、例えば、光受信器１の製造段階で予め光信号を入力した場合にデータ誤り率が最小となる閾値電圧Ｖｔｈを、複数の光信号レベルを入力させながら測定し、各閾値電圧Ｖｔｈを直線、若しくは曲線を用いて近似することで実現される。
【００２９】
以上説明した光受信器１によれば、ＰＤ２からの入力光強度に応じた電流信号Ｉｉｎが、プリアンプ３によって電流−電圧変換利得を変化させながら所定の振幅以下の電圧信号Ｖｉｎに変換され、ポストアンプ４によってその電圧信号Ｖｉｎと閾値レベルとが比較され、その結果差動信号Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−が生成されて出力される。その際には、閾値レベルが電流−電圧変換利得の変化に追随して動的に変化する。特に、本受信器においては、光入力強度が利得変動領域Ｂにある場合に、閾値レベルが光入力強度に伴って減少する点に特徴を有する。これにより、電流−電圧変換利得の変化によってプリアンプ３の利得帯域が広がって、プリアンプ３の出力Ｖｉｎに現れる光伝送路の光学的特性に起因するノイズの高周波成分の影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを低下させ、光受信器のビット誤り率を小さくすることができる。
【００３０】
図４（ａ）は、光入力が小さい場合のプリアンプ３の出力を示しており、トランスインピーダンスが最大の状態を示している。さらに、図４（ｂ）に示すように、光入力強度が所定値以下の範囲で大きくなった場合にも、トランスインピーダンスが最大値に維持される。このとき、閾値レベルＣ４は出力振幅に比例して大きくなる。さらに、図４（ｃ）に示すように、光入力強度が所定値を超えて大きくなった場合は、プリアンプの出力振幅は一定に維持される一方でそのオンレベルに光伝送路上で重畳される光学的雑音の影響で振動幅が広がったような特性となるので、データ判別用の閾値レベルＣ４は光入力強度の増加に応じて低くされる。
【００３１】
このように、プリアンプ３の利得帯域が広がって出力のオンレベルにおけるノイズの影響が大きくなった場合であっても、それに応じてデータ判別用の閾値レベルを下げることで、ビット誤り率を効果的に小さくすることができる。
【００３２】
また、閾値制御部５は、予め入力光強度に対応して最適なデータ判別用の閾値レベルをテーブルデータに設定しておき、その閾値によってデータ判別を行うことができるので、より確実にビット誤り率を小さくすることができる。
【００３３】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図５に示す本発明の変形例である光受信器１０１にように、ポストアンプ４の入出力間にフィードバック部１２を備えていてもよい。このフィードバック部１２は、光入力の増減によって生じる電圧信号Ｖｉｎのクロスポイントのずれをキャンセルするためのものであり、ポストアンプ４の出力電圧信号Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−を電圧信号Ｖｉｎに抵抗を介してフィードバックする。このような光受信器１０１によれば、利得一定領域Ａにおいて、光入力レベルの変動によって制御していた閾値レベルＣ４を一定値とし、利得変動領域Ｂにおいて第一実施形態と同様に光入力レベルの上昇に応じて閾値レベルＣ４を減少させることで最適なデータ判別用閾値を得ることができる（図６）。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の好適な一実施形態にかかる光受信器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のプリアンプの構成を具体的に示すブロック図である。
【図３】図１のプリアンプの出力振幅、利得帯域、及び帰還抵抗の抵抗値の受光電力依存性を示すグラフである。
【図４】図１のプリアンプの出力波形を示す図である。
【図５】本発明の変形例にかかる光受信器の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５のプリアンプの利得帯域、及び閾値レベルの受光電力依存性を示すグラフである。
【図７】従来の可変利得増幅器の出力波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，１０１…光受信器、２…フォトダーオード（光電変換部）、３…プリアンプ（電流電圧変換部）、４…ポストアンプ（差動増幅器）、５…閾値制御部、Ｉｉｎ…電流信号、Ｖｉｎ…電圧信号、Ｖｏｕｔ＋，Ｖｏｕｔ−…比較信号。
【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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