JP2008160734A

JP2008160734A - 光受信器

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Publication number: JP2008160734A
Application number: JP2006350129A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Uto; 健一宇藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-26
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Abstract

【課題】受信感度に追従して光信号の信号断を検出することができる光受信器を得る。
【解決手段】本発明に係る光受信器は、入力した光信号を電気信号に変換する光電気変換回路と、光電気変換回路から出力された電気信号を増幅する電気増幅器と、光信号の信号情報に応じた閾値を出力する閾値調整回路と、電気増幅器から出力された電気信号の電気振幅と閾値調整回路から出力された閾値とを比較した結果を出力する光信号断検出回路とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異なる通信プロトコルを用いた光通信システムに適用する光受信器に関し、特に受信感度に追従して光信号の信号断を検出することができる光受信器に関するものである。

光通信システムにおいて、音声・電子メールやインターネットに代表される文字・画像情報を含む電子データ等の情報が、特定の通信プロトコルに決められたフレーム方式に従って光信号に符号化され、光ファイバを伝搬する。そして、光受信器は、符号化された光信号を電気信号に変換させる機能を有する。

図９は、従来の光受信器を示す構成図である。図示のように、光受信器は、光ファイバ１に接続され、光電気変換回路２と、電気増幅器３と、光信号断検出回路４とを有する。そして、光信号断検出回路４は、比較器４１と、信号検出回路（ピーク検波回路）４２とを有する。信号検出回路４２は、電気増幅器３における信号成分を検出する回路である。具体的には、信号成分のピーク検波出力を用いる。比較器４１は、信号検出回路で検出した信号成分と外部から与えた固定閾値とを比較した結果を出力する。

従来の光受信器の動作について説明する。まず、光電気変換回路２は、光ファイバ１を伝搬してきた光信号を電気信号に変換する。次に、電気増幅器３は、変換された電気信号を、光受信器の後段において識別可能な信号振幅になるように増幅する。また、光信号断検出回路４は、電気増幅器３の出力信号の電気振幅を所定の閾値と比較することによって、光受信器に入力された光信号レベルが所定の閾値に対して大きいか否かの判定を行う。そして、光信号断検出回路４からは、閾値に対する合否判定に基づくディジタル信号が出力される。

光信号断検出回路４は、光信号の光信号断検出に用いられる。そして、光受信器の後段における電気信号処理ブロックにおいて、この光信号断検出の結果を用いて、光通信システムの主回線となる光ファイバ伝送路中に断線等による回線異常が無いかどうか、光送信器の光出力低下等による送信側の異常動作が無いかどうかを検出することができる。これにより、例えば、光ファイバ伝送路中の断線等によって回線異常が発生しても、光受信器の後段における電気信号処理ブロックにおいて、回線切替え動作を実行することにより、比較的に短い時間で通信異常を回避することができる。このように、光受信器の光信号断検出機能は、光通信システムのメンテナンス管理において有用である。

しかし、光海底ケーブルや都市と都市間等の幹線網から、ビル等の建物中の加入者網までの光通信システムにおいて、異なる通信プロトコルが混在する。具体的には、幹線系に代表される回線では、通信プロトコルとして、ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication sector）、Bellcore国際規格に準拠したSDH（Synchronuos Digital Hierarchy）、SONET（Synchronous Optical Network）と呼ばれる符号化方式が用いられる。SDHやSONETでは、独自の符号化方式に従ったフレーム形式が定められているだけでなく、回線容量に応じて、伝送速度が155.52Mbps（bit per second）、622.08Mbps、2.48832Gbps、9.95328Gbpsと４の倍数毎に定められている。

また、加入者系となる構内LAN（Local Area Network）に代表される回線では、IEEE802.3国際規格に準拠したイーサネット(登録商標)と呼ばれるフレーム方式がある。このイーサネット(登録商標)フレーム方式もまた、独自の符号化方式に従ったフレーム方式が定められているだけでなく、回線容量に応じて伝送速度がそれぞれ100Mbps、1Gbps、10Gbpsの１０の倍数毎に定められたFast Ethernet(登録商標)、Giga Bit Ethernet(登録商標)、10 Giga Bit Ethernet(登録商標)に分けられる。その他にも、FDDI（Fibre Distributer Data Interface）、ESCON（Enterprise System Connection）、FC（Fibre Channel）等の様々な通信プロトコルが存在する。そして、通信プロトコルが異なれば、信号符号化方式が異なるだけでなく、伝送速度も異なる。

図１０は、異なる通信プロトコルを用いた光通信システムを示す概念図である。都市間通信網と呼ばれる建物（ビル）同士を接続する回線網ではSDH/SONET網が使用されるが、ビルの中で使われる構内ＬＡＮ網に対してはイーサネット(登録商標)網又はＦＤＤＩ、ＥＳＣＯＮ、ＦＣ等の通信プロトコルが使用される。従って、ビル入口に配置された光伝送装置は、各プロトコルに対応する必要がある。そして、光通信装置に対する投資コストを最小限に抑えるために、同一の物理レイヤを用いて、既存の通信プロトコルと新規の通信プロトコルとの両立が可能な光伝送装置が求められている。

以上説明したように、マルチプロトコルに対応可能な光伝送装置が求められている。同一の光伝送装置において、異なる通信プロトコル、異なる伝送速度に対応するためには、主信号線路の通過帯域を低い伝送速度からより高い伝送速度まで対応できるよう、より広帯域な主信号特性を確保する必要がある。現状では、デバイス能力により帯域が制限されることから、100Mbpsから2.5Gbpsまでが同一の物理レイヤで実現可能な伝送速度の範囲であり、適用可能な通信プロトコルもそれにより決まる。

次に、マルチプロトコルに対応可能な光伝送装置の光受信器に求められる性能について記述する。一般に、光受信器の性能指標は、受信感度（Bit Error Ratio: BER）で表される。受信感度は、Ｑ値と呼ばれる信号成分と雑音成分との比から求めることができる（例えば、非特許文献１参照）。図１１は、受信感度の概念図であり、信号成分の時間軸波形（左側）と確率分布（右側）とを示す図である。また、最小受信感度とは、１ビット当たりの誤り率がある一定以上に大きくなる場合の平均光入力電力を示し、信号レベルを正しく判定できる限界値を示す。
ディジタル通信方式を用いた光通信では、”１”のレベル（マーク）が発生する確率（マーク率）が１／２の変調信号において、マークと”０”のレベル（スペース）の雑音分布がそれぞれガウンシアン分布で得られる場合、光受信器の受信感度ＢＥＲは（１）式で表される。ここで、Ｉ_Ｄは光受信器の識別レベル、Ｉ_１はマーク側光強度、Ｉ_０はスペース側光強度、σ_１はマーク側光強度の雑音、σ_０はスペース側光強度の雑音を表す。

また、（２）式に示すように、マーク側とスペース側の誤り率が一致することは、光受信器の識別レベルが、受信光電力に依らず符号誤り率が最小になる最適なレベルに設定されていることを意味する。この場合、光受信器の受信感度ＢＥＲは（３）式で表される。

また、（２）式から光受信器の識別レベルＩ_Ｄは、（４）式で表される。

そして、（４）式を（２）式に代入すると、Ｑ値は（５）式で表される。

受信光波形の消光比は無限大であると考えるとＩ_０≒０である。更に、マーク側光強度Ｉ_１は、平均受信光電力Ｐ_ｉｎ［Ｗ］と変換効率Ｒ［Ａ／Ｗ］から求められる。また、マーク側光強度の雑音σ_１は、受光素子のショット雑音σ_ｓ、受光素子の後段に接続される電気増幅段の熱雑音σ_Ｔで表せる。スペース側光強度の雑音σ_０は、電気増幅段の熱雑音σ_Ｔで表される。この結果として（６）式が導かれる。

ここで、ショット雑音σ_ｓは（７）式、熱雑音σ_Ｔは（８）式で表される。ｑは電子１個当たりの電荷量［Ｃ］、Ｉ_ｄは受光素子の暗電流［Ａ］、Δｆは雑音に寄与する帯域、ｋ_Ｂはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Ｒ_Ｌは光電気変換回路の帰還抵抗値に相当する負荷抵抗値である。

図１２は、（３）、（６）〜（８）式を用いて算出したＢＥＲと平均受光電力との関係を伝送速度１５５．５２ｂｐｓ，６２２．０８Ｍｂｐｓ，２．４８８３２Ｇｂｐｓ毎に示す図である。この図より、伝送速度毎にＢＥＲが異なることが分かる。ここで、同一の光受信器を用い、伝送速度毎に雑音に寄与する通過帯域を制限することを前提としている。従って、図１２のＢＥＲの違いは、伝送速度毎に主信号帯域外の雑音に寄与する帯域が、各々遮断されていることによる。また、光受信器に使用する電子デバイスの通過帯域は十分広いが、光受信器が有するフィルタリング機能により、伝送速度毎に通過帯域が最適化されるようにしている。これにより、（６）式で定義されるショット雑音σ_Ｓ，熱雑音σ_Ｔを定める雑音に寄与する帯域Δｆが異なる。

また、図１２によると、伝送速度が約１／４になれば、同一ＢＥＲが得られる平均入力受光電力レベルが約３ｄＢ改善することが分かる。一般に、これまでに最も普及している通常分散ファイバを用いた光ファイバ伝送路では、光受信器の最小受信感度が低い程、光伝送装置同士の間隔を長くすることが可能である。伝送速度が遅いほど、より長距離の伝送が可能であり、伝送速度が速くなるに従い長距離伝送が困難になると考えられる。

しかし、光信号断検出回路４で定められる閾値は、（６）式の分子で定義される入力信号強度Ｉ_１＝Ｒ＊Ｐ_ｉｎに対して決められる値である。即ち、閾値は次の（９）式で表され、受信感度ＢＥＲの値を定める雑音の項とは無関係に決まる。ここで、Ａは特定の定数である。そのため、閾値は、伝送速度が異なって雑音に寄与する帯域が異なっても影響を受けない。

GovindP.Agrawal著、題名「Fiber-Optic Communication Systems」、Wiley-Interscience社出版

従来の光受信器では、初期調整時に用いた伝送速度に対して閾値を固定していた。このため、初期調整時に用いた伝送速度とは異なる伝送速度を用いた場合、受信感度ＢＥＲは変化するが、閾値は変化しなかった。例えば、図１２において、伝送速度２．４８８３２Ｇｂｐｓ時に閾値をＢＥＲ１×１０^−５に相当する平均受光電力レベル約−２５．０ｄＢｍに設定すると、伝送速度を６２２．０８Ｍｂｐｓ，１５５．５２Ｍｂｐｓに変更した場合に、ＢＥＲ１×１０^−１５以下のエラーフリー動作になるが、閾値は伝送速度に追従して変化しない。従って、ＢＥＲ１×１０^−５において光信号断検出するように閾値を初期設定しても、伝送速度が初期設定時の値から変化してしまうと光信号の信号断を検出し続けることができなくなる。これにより、光信号断検出回路の検出精度は劣化し、誤りの少ない通信可能な受信感度においても通信不可能・回線不良である状態とみなされてしまい、伝送装置の運用効率が低下し、パフォーマンスを十分に発揮することができないという問題があった。

このように従来の光受信器は、マルチプロトコル用途の光伝送装置に適用した場合に、伝送装置の運用効率が低下するという問題があった。即ち、異なる通信プロトコルでは、符号方式が異なることで信号フレームパターンや伝送速度が異なるため、受信感度に追従して光信号の信号断を検出することができないという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、受信感度に追従して光信号の信号断を検出することができる光受信器を得るものである。

本発明に係る光受信器は、入力した光信号を電気信号に変換する光電気変換回路と、光電気変換回路から出力された電気信号を増幅する電気増幅器と、光信号の信号情報に応じた閾値を出力する閾値調整回路と、電気増幅器から出力された電気信号の電気振幅と閾値調整回路から出力された閾値とを比較した結果を出力する光信号断検出回路とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、受信感度に追従して光信号の信号断を検出することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光受信器を示す構成図である。図示のように、光受信器は、光ファイバ１に接続され、光電気変換回路２と、電気増幅器３と、光信号断検出回路４と、閾値調整回路５とを有する。即ち、実施の形態１に係る光受信器は、閾値調整回路５を有する点が従来の光受信器と異なる。

実施の形態１に係る光受信器の動作について説明する。まず、光電気変換回路２は、光ファイバ１を伝搬してきた光信号を電気信号に変換する。次に、電気増幅器３は、変換された電気信号の信号振幅を、光受信器の後段において識別可能な信号振幅になるように増幅する。ここまでは、従来の光受信器と同様な動作である。

次に、閾値調整回路５は、光信号の信号情報に応じて、光受信器の受信感度に追従した閾値を、光信号断検出回路４に出力する。そして、光信号断検出回路４は、電気増幅器３の出力信号の電気振幅と当該閾値とを比較した結果に基づくディジタル信号が出力される。

ここで、閾値調整回路５は、光信号が有する通信プロトコルやディジタル信号符号方式等の信号情報に応じて閾値を調整する。例えば、光受信器に入力した光信号がITU-T国際規格SDH/STM-16に準拠した信号情報であれば、閾値を算出する（９）式の定数をＡ＝Ｘと定める。また、光受信器に入力した光信号がIEEE802.3国際規格FastEthernet(登録商標)に準拠した信号情報であれば、閾値を算出する（９）式の定数をＡ＝Ｙと定める。このように、異なる通信プロトコル毎に異なる閾値を定める。

また、信号情報は、Ｈ／Ｗ制御とＳ／Ｗ制御の２通りの制御例がある。Ｈ／Ｗ制御は、光受信器の電気コネクタＩ／Ｆにプロトコル選択用の２端子を設け、１ピンを１ｂｉｔと見なす事により、２ｂｉｔ／４通りのプロトコルを選択することができる。Ｓ／Ｗ制御では、光受信器内部のメモリ領域に、光受信器外部から予め定義されたプロトコル毎のＢｉｎａｒｙ信号を書き込む事により、光受信器内部でどのプロトコルが設定されたのか検知することで、複数のプロトコルを選択することができる。プロトコル設定に関する記述は、一般化されており、ＳＦＰの規格化グループであるＳＦＦＣｏｍｍｉｔｔｅｅ、ＳＦＦ−８０７９／８０８９が参考資料になる。

閾値調整回路５を従来の光受信器に追加することにより、同一の光受信器において、既存の通信プロトコルと新規の通信プロトコルとの両立が可能になるだけでなく、通信プロトコルに応じた最適な回線設計を実現することができる。特に、光通信システムの需要が多い都市間通信網のように、SDH/SONET網からEthernet(登録商標)網、FDDI、ESCON、FC等の複数の通信プロトコルが使用される光通信用の伝送装置では有用である。従って、通信プロトコルにより光受信器を交換する必要が無くなり、光通信装置に対する投資コストを抑えることができる。

受信感度に追従した光信号の信号断を、信号情報に応じた閾値に基づいて検出することができるため、光通信システムのメンテナンス運用においても、通信プロトコルに関係無く、高精度な光信号断検出機能を実現することができる。従って、例え特定の通信プロトコルにおいて誤りの少ない通信可能な受信感度を得ても、通信不可能・回線不良であると誤って検出されることが無くなり、伝送装置の運用効率が高まる。

また、通信プロトコルが異なる場合だけでなく、同一の通信プロトコルにもかかわらず、光信号の符号パターンの同符号連続Ｂｉｔが増減し、ディジタル信号符号の１，０レベルの発生確率（マーク率）が変動して、電気増幅器３の信号レベルが変動する場合がある。この場合、光信号断検出回路４の入力レベルが変動してしまい、光信号断検出の誤検出が生じる。この場合でも、閾値調整回路５において光信号の符号方式に応じた信号情報に基づいて閾値を設定すれば、同一の通信プロトコルにおいても受信感度に追従した光信号の光信号断検出を高精度に行うことができる。

なお、信号情報は例えば光信号に重畳させたものを入手する事が考えられる。その場合、光電気変換回路２に信号検出回路を追加して、光信号から信号情報を分波し、周波数をフィルタリングすることで通信プロトコル等の信号情報を識別することができる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る光受信器を示す構成図である。本実施の形態に係る光受信器は、閾値調整回路５が複数のハードウェアスイッチ５１から構成される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態に係る閾値調整回路５は、入力された光信号の信号情報に応じて、予め設定された複数の閾値をそれぞれ切換出力する複数のハードウェアスイッチ５１を有する。このハードウェアスイッチ５１の切り替り動作により、通信プロトコルに応じて閾値が調整される。各ハードウェアスイッチ５１は、スイッチがＯＮ状態の場合に、片端が予め定められた閾値に接続され、他端が閾値出力に接続される。また、ハードウェアスイッチ５１は、設定したい通信プロトコルの種類と同数個用意される。そして、光信号の信号情報に応じて、通信プロトコルに対応したハードウェアスイッチ５１を選択する。

閾値調整回路５は、光信号が有する通信プロトコルやディジタル信号符号方式等の信号情報に応じて、受信感度に追従するように閾値を調整する。これにより、実施の形態１と同様の効果を奏する。また、ハードウェアスイッチ５１を用いることにより、デバイスの応答限界次第であるが、比較的に高速な切替え動作が可能である。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る光受信器を示す構成図である。本実施の形態に係る光受信器は、閾値調整回路５が演算回路５２と、メモリ５３と、ＤＡコンバータ５４とから構成される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

本実施の形態に係る閾値調整回路５では、光信号の信号情報に応じたソフトウェアによるディジタル処理により、通信プロトコル毎に閾値が調整される。メモリ５３には、光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値が保存されている。そして、対応する信号情報が増えた場合、実施の形態２におけるハードウェアスイッチに比べ、本実施の形態３のようにメモリ５３を使用すると、メモリ５３に増えた信号情報に対応する閾値を追加するだけで対応できるため、電気回路規模の省スペース化を実現することができる。

また、演算回路５２は、入力された信号情報に対応する閾値をメモリ５３から読み出し、ディジタル値として出力する。そして、ＤＡコンバータ５４は、演算回路５２から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、次段の光信号断検出回路４に出力する。このようにソフトウェアによるディジタル処理を用いることにより、アナログ回路に比べて、外乱の電気回路雑音に対する雑音耐力も高い。その他、基本的な効果は実施の形態１と同様である。

また、演算回路５２、メモリ５３、ＤＡコンバータ５４は、１Ｃｈｉｐに集積されたＭＣＵ（micro contoller unit）を使用しても良い。演算回路５２、メモリ５３及びＤＡコンバータ５４の相互間のディジタルデータの送受も、２線シリアル通信やＩ２Ｃ、ＳＰＩ等のどの通信方式でも良い。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る光受信器を示す構成図である。本実施の形態において、光電気変換回路２は、光電気変換素子（受光素子，PD:Photo Diode）の印加電圧端子２１と、受光素子２２と、電流電圧変換回路２３（TIA: Trans-impedance Amplifier）とを有する。ただし、受光素子の印加電圧端子２１、受光素子２２、ＴＩＡ２３は、一般的な光電気変換回路２を構成する基本ブロックであり、図１から図３に記述される光電気変換回路２に含まれる。また、本実施の形態に係る光受信器は、受光素子に流れる光電流（Photo Current）をモニタする光電力検出回路として、閾値調整回路の入力端子５５と、抵抗素子２４と、抵抗素子２４の両端電圧を増幅する電圧増幅器２５と、ＡＤコンバータ２６（Analog to Digital converter）とを更に有する。この抵抗素子２４、電圧増幅器２５及びＡＤコンバータ２６にて入力光電力回路を形成する。その他の構成は、実施の形態１，３と同様である。

本実施の形態４では、受光素子２２に直列に接続した抵抗素子２４の両端の差電圧を電圧増幅器２５により増倍し、ＡＤコンバータ２６に入力する。ＡＤコンバータ２６は、電圧増幅器２５の出力電圧をディジタル値に変換し、入力光電力として演算回路５２に出力する。メモリ５３には、信号情報により一意に決まる複数の閾値が保存されている。また、メモリ５３には入力光電力に対応して閾値を調整する光電力調整値を保存する。演算回路５２は、信号情報に対応する閾値と入力光電力に対応する光電力調整値をメモリ５３から読出して演算し、光電力調整値による調整閾値をディジタル値として出力する。

上記演算回路５２の演算方法としては、
（１）予め、閾値と光電力調整値とを２次元のマトリクスとした調整閾値テーブルを作成してメモリ５３に保存しておく。これにより、演算回路５２は入力した信号情報と入力光電力により一意的に調整閾値を抽出する。
（２）調整閾値を出力とする数式を形成し、光電力調整値及び閾値を変数及び／又は係数として前記数式に代入して調整閾値を算出する。
等が考えられる。

ＤＡコンバータ５４は、演算回路５２から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、次段の光信号断検出回路４に出力する。
これにより、入力光電力を加味した調整閾値の設定が可能になる。入力光電力は、入力信号の直流成分であり、平均受信光電力Ｐｉｎ［Ｗ］、変換効率Ｒ［Ａ／Ｗ］と抵抗素子２４の直流抵抗値Ｒｅ［ｏｈｍ］と電圧増幅器２５の利得Ａ２４を用いて（１０）式の通りに表せる。
Ｐｉｎ×Ｒ×Ｒｅ×Ａ２４・・・・・（１０）

入力光電力は、その入力光電力検出回路が光受信器の初段に位置することから、電気増幅器３の出力信号よりもダイナミックレンジを大きく確保することができる。実際に、電気増幅器３のダイナミックレンジには制限がある場合が多いため、電気増幅器３を用いた信号検出では、受光素子２２に入力可能な最大受信感度付近の入力情報を正確に検出することができない。

本実施の形態では、最小受信感度付近の信号情報を電気増幅器３から出力された電気信号の電気振幅を用いる事で検出し、受光素子２２に入力可能な最大受信感度付近の信号情報を光入力光電力として検出する事ができる。これにより、受光素子２２が正しく信号を受信できる入力光電力のダイナミックレンジの臨界点を正確に把握できる。これにより、受光素子２２を損傷するような臨界点に近い大きな入力光電力を入力した場合、演算回路５２はその臨界点に基づいた調整閾値を光信号断検出回路４に出力する。

これにより、光信号断検出回路４が電気増幅器３からの電気信号が調整閾値を越えた場合に光信号断の検出結果を送出し、この検出結果を受信したホスト（図示せず）が光信号１の送出を停止させれば、受光素子２２の損傷を回避する制御に役立つ。このように、各信号情報に対して、より広範囲のダイナミックレンジでの光信号の信号断を検出することができる。

よって、本実施の形態では、受信感度ＢＥＲだけでなく入力光電力に追従して光信号の信号断を検出することができる。これにより、実施の形態１，３と同様の効果を奏する他、光通信システムのメンテナンス運用において、信号情報を基にした閾値を設定する上でより高精度な調整閾値の設定が可能となり、光信号断検出機能を向上させることができるため、伝送装置の運用効率が高まる。

また、ここでは、入力光電力を抵抗素子２４により電圧値として検出すると記述したが、受光素子２２と印加電圧端子２１との間に、Ｔｒと抵抗素子によるカレントミラー回路を用いて受光素子２２に流れる電流値を検出し、入力光電力としても良い。そして、受光素子２２は、ＰＤ（Photo Diode）に限らず、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）でも良い。

実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５に係る光受信器を示す構成図である。本実施の形態に係る光受信器は、閾値調整回路の入力端子５６と、温度検出素子５７（Thermometer）と、ＡＤコンバータ５８とを更に有する。その他の構成は実施の形態１，３と同様である。

本実施の形態５では、光電気変換回路２の環境温度を、温度検出素子５７を用いて検出する。そして、温度情報をＡＤコンバータ５８によりディジタル値に変換した後に、演算回路５２に入力する。

ここで、（６）〜（８）式に示したように、受信感度ＢＥＲを決める熱雑音σＴは絶対温度Ｔによって変化する。従って、受信感度ＢＥＲは環境温度によって異なる。メモリ５３には、光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値が保存されている。また、メモリ５３には環境温度に対応して閾値を調整する温度調整値を保存する。そして、演算回路５２は、入力された信号情報に対応する閾値と環境温度に対応する温度調整値をメモリ５３から読み出して実施の形態４と同様に演算し、温度調整値による調整閾値をディジタル値として出力する。ＤＡコンバータ５４は、演算回路５２から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、次段の光信号断検出回路４に出力する。

以上より、演算回路５２は、通信プロトコルやディジタル信号符号方式などの信号情報だけでなく、光電気変換回路２の環境温度にも追従した調整閾値を得ることができる。従って、本実施の形態は、受信感度ＢＥＲだけでなく環境温度変化に追従して光信号の信号断を検出することができる。これにより、実施の形態１，３と同様の効果を奏する他、信号情報を基にした閾値を設定する上でより高精度な調整閾値の設定が可能となり、光信号断検出機能を実現することができるため、伝送装置の運用効率が高まる。

なお、温度検出素子５７として、サーミスタ抵抗、ダイオードやトランジスタを用いても良い。

実施の形態６．
図６は、本発明の実施の形態６に係る光受信器を示す構成図である。本実施の形態に係る光受信器では、光信号断検出回路４から出力された出力情報を、入力端子５９を介して演算回路５２に入力する。その他の構成は、実施の形態１，３と同様である。

図７は、閾値調整回路における閾値のヒステリシス調整原理を説明するための図である。光信号断検出回路４の出力信号を常にモニタし、例えば出力信号が発出レベル（ＬＯＷレベル）の場合、演算回路５２は閾値１を選択する。また、逆に出力信号が復帰レベル（ＨＩＧＨレベル）の場合、演算回路５２は閾値２を選択する。

例えば、光信号断検出回路４の判定出力がＨＩＧＨレベルであれば、閾値２を算出する（９）式の定数はＡ＝Ｘと定める。一方、判定出力がＬＯＷレベルであれば、閾値１を算出する（９）式の定数はＡ＝Ｙと定める。このように、同じ判定条件においても、ＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルに遷移する場合の閾値とＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルに遷移する場合の閾値とを分けることにより、光信号断検出回路４の判定出力にヒステリシス差を設けることが可能である。

また、メモリ５３は、予め設定したいヒステリシス量が出力信号調整値として記憶されている。そのため、光信号断検出回路４の出力信号を演算回路５２に入力させることにより、演算回路５２では入力された信号情報に対応する閾値と光信号断検出回路４の出力信号に対応する出力信号調整値をメモリ５３から読み出して実施の形態４と同様に演算し、出力信号による調整閾値をディジタル値として出力する。そして、ＤＡコンバータ５４は、演算回路５２から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、次段の光信号断検出回路４に出力する。つまり、任意のヒステリシス量をメモリ内に予め保存できるため、異なる通信プロトコルにより光電気変換回路２３と電気増幅器３での信号利得及び光信号断検出回路４における信号検波利得が変動する場合においても、通信プロトコルに依存することなく安定したヒステリシス特性を実現できる。

以上により、閾値調整回路５での演算において、任意のヒステリシス差を出力信号調整値として加味することができ、演算回路５２は、通信プロトコルやディジタル信号符号方式などの信号情報だけでなく、光信号断検出回路４の出力信号にも追従した調整閾値を得ることができる。従って、本実施の形態は、受信感度ＢＥＲだけでなく判定出力に追従して光信号の信号断を検出することができる。その他、基本的な効果は実施の形態１，３と同様である。

実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７に係る光受信器を示す構成図である。本実施の形態に係る光受信器は、実施の形態４と同様に、抵抗素子２４と、電圧増幅器２５と、ＡＤコンバータ２６と入力端子５５とを有し、実施の形態５と同様に、入力端子５６と、温度検出素子５７と、ＡＤコンバータ５８とを有し、実施の形態６と同様に、光信号断検出回路４から出力された出力情報を、入力端子５９を介して演算回路５２に入力する。その他の構成は、実施の形態１，３と同様である。本実施の形態により、実施の形態１，３〜６と同様の効果を奏する。

また、実施の形態７のメモリ５３には、光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値、入力光電力に対応して閾値を調整する光電力調整値、環境温度に対応して閾値を調整する温度調整値及び光信号断検出回路４の出力信号に対応する出力信号調整値が記憶されている。演算回路５２がこれらの調整値を加味して調整閾値を算出する。演算方法としては、
（１）予め、閾値、光電力調整値、温度調整値及び出力信号調整値を４次元のマトリクスとした調整閾値テーブルを作成してメモリ５３に保存しておく。これにより、演算回路５２は入力した信号情報、入力光電力、環境温度及び出力信号により一意的に調整閾値を抽出する。
（２）調整閾値を出力とする数式を形成し、光電力調整値、環境温度、出力信号及び、閾値を変数及び／又は係数として前記数式に代入して調整閾値を算出する。
（３）上記（１）及び（２）の方法を組み合わせる。例えば、調整閾値を出力とする数式を形成し、閾値と光電力調整値からなる２次元マトリクスより出力した１次調整閾値、環境温度及び出力信号を変数及び／又は係数として前記数式に代入して調整閾値を算出する。
等が考えられる。

光信号の信号情報/環境温度/入力光電力/光信号断検出回路の出力信号に関する全ての情報に基づき調整閾値を設定する事により、通信プロトコル/環境温度/入力光電力に応じて決まる調整閾値及びヒステリシスを設ける事が可能になる。
これにより、同一の光受信器においても、複数の通信プロトコルに対して、環境温度/入力光電力を考慮すると共に、受信感度にも追従した安定した光信号断の検出動作を実現できる。更に、通信プロトコルにより光受信器を交換する必要が無くなり、光通信装置に対する投資コストを抑える事ができる。

本発明の実施の形態１に係る光受信器を示す構成図である。本発明の実施の形態２に係る光受信器を示す構成図である。本発明の実施の形態３に係る光受信器を示す構成図である。本発明の実施の形態４に係る光受信器を示す構成図である。本発明の実施の形態５に係る光受信器を示す構成図である。本発明の実施の形態６に係る光受信器を示す構成図である。閾値調整回路における閾値のヒステリシス調整原理を説明するための図である。本発明の実施の形態７に係る光受信器を示す構成図である。従来の光受信器を示す構成図である。異なる通信プロトコルを用いた光通信システムを示す概念図である。受信感度の概念図であり、信号成分の時間軸波形（左側）と確率分布（右側）とを示す図である。算出したＢＥＲと平均受光電力との関係を伝送速度毎に示す図である。

符号の説明

１光ファイバ
２光電気変換回路
３電気増幅器
４光信号断検出回路
５閾値調整回路
２１受光素子の印加電圧端子（光電気変換回路）
２２受光素子（光電気変換回路）
２３電流電圧変換回路（光電気変換回路）
２４抵抗素子（入力光電力検出回路）
２５電圧増幅器（入力光電力検出回路）
２６ＡＤコンバータ（入力光電力検出回路）
５１ハードウェアスイッチ（閾値調整回路）
５２演算回路（閾値調整回路）
５３メモリ（閾値調整回路）
５４ＤＡコンバータ（閾値調整回路）
５５入力光電力検出回路からの入力端子（閾値調整回路）
５６温度検出回路からの入力端子（閾値調整回路）
５７温度検出素子（温度検出回路）
５８ＡＤコンバータ（温度検出回路）
５９光信号断検出回路からの入力端子（閾値調整回路）

Claims

入力した光信号を電気信号に変換する光電気変換回路と、
前記光電気変換回路から出力された電気信号を増幅する電気増幅器と、
前記光信号の信号情報に応じた閾値を出力する閾値調整回路と、
前記電気増幅器から出力された電気信号の電気振幅と前記閾値調整回路から出力された前記閾値とを比較した結果を出力する光信号断検出回路とを有することを特徴とする光受信器。
前記閾値調整回路は、入力した前記光信号の信号情報に応じて、予め設定された複数の閾値をそれぞれ切り替えて光信号断検出回路に出力する複数のスイッチを有することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記閾値調整回路は、
入力した前記光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値を有するメモリと、
前記信号情報に対応する閾値を前記メモリから読み出し、ディジタル値として出力する演算回路と、
前記演算回路から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、前記光信号断検出回路に出力するＤＡコンバータ(Digital to Analog Converter)とを有することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
入力した前記光信号の入力光電力を検出する入力光電力検出回路を更に有し、
前記閾値調整回路は、
入力した前記光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値を有するメモリと、
前記入力光電力に対応して前記閾値を調整する光電力調整値を有するメモリと、
入力した前記信号情報及び前記入力光電力に対応する閾値及び光電力調整値を前記各々のメモリから読み出し、前記光電力調整値による調整閾値をディジタル値として出力する演算回路と、
前記演算回路から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、前記光信号断検出回路に出力するＤＡコンバータとを有することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記光電気変換回路の環境温度を検出する温度検出回路を更に有し、
前記閾値調整回路は、
入力した前記光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値を有するメモリと、
前記環境温度に対応して前記閾値を調整する温度調整値を有するメモリと、
入力された前記信号情報及び前記環境温度に対応する閾値及び温度調整値を前記各々のメモリから読み出し、前記温度調整値による調整閾値をディジタル値として出力する演算回路と、
前記演算回路から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、前記光信号断検出回路に出力するＤＡコンバータとを有することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記閾値調整回路は光信号断検出回路の出力信号を入力するとともに、
入力した前記光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値を有するメモリと、
前記出力信号に対応して前記閾値を調整する出力信号調整値を有するメモリと、
入力した前記信号情報及び出力信号に対応する閾値及び出力信号調整値を前記各々のメモリから読み出し、前記出力信号調整値による調整閾値をディジタル値として出力する演算回路と、
前記演算回路から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、前記光信号断検出回路に出力するＤＡコンバータとを有することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
入力した前記光信号の入力光電力を検出する入力光電力検出回路と、
前記光電気変換回路の環境温度を検出する温度検出回路とを更に有し、
前記閾値調整回路は光信号断検出回路の出力信号を入力するとともに、
入力した前記光信号の信号情報により一意に決まる複数の閾値を有するメモリと、
前記入力光電力に対応して前記閾値を調整する光電力調整値を有するメモリと、
前記環境温度に対応して前記閾値を調整する温度調整値を有するメモリと、
前記出力信号に対応して前記閾値を調整する出力信号調整値を有するメモリと、
入力された前記信号情報、前記入力光電力、前記環境温度及び前記出力信号に対応する閾値、光電力調整値、温度調整値及び出力信号調整値を前記各々のメモリから読み出し、前記各々の調整値を加味した調整閾値をディジタル値として出力する演算回路と、
前記演算回路から出力されたディジタル値をアナログ値に変換し、前記光信号断検出回路に出力するＤＡコンバータとを有することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。