JP4753837B2

JP4753837B2 - デジタル受信器

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Publication number: JP4753837B2
Application number: JP2006299990A
Authority: JP
Inventors: 由明木坂; 宮本　　裕
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-11-06
Also published as: JP2008118416A

Description

本発明は、デジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器に関する。

近年のデジタル通信システムは高速化が進み、光通信システムでは１波長当たり４０Ｇｂｉｔ／ｓの伝送容量を持つ大容量波長多重システムが実用化されつつある。高速化に伴い、光信号雑音比の低下による信号品質の劣化、伝送路の波長分散や偏波モード分散による伝送品質劣化が大きな課題になっており、受信器には更なる感度向上や波形劣化に対する耐力向上が求められている。

無線デジタル通信システムや近年では光通信システムにおいても、感度向上や耐力向上に対して誤り訂正技術が広く適用されている。誤り訂正を行うためには、送信側において送信データに対して演算を行って得られたデータを冗長ビットとして送信データに付加して送信する必要がある。このため、伝送ビットレート増加となる（非特許文献１参照）。

スーパーＦＥＣでは２２％ものビットレート増加を伴う方式も提案されている（非特許文献２参照）。ビットレート増加率を上げることで、誤り訂正による伝送品質の改善能力は向上するが、４０Ｇｂｉｔ／ｓに達している光通信システムでは大幅なビットレート増加は電気回路の動作限界やビットレート増加による伝送特性劣化により困難である。

ビットレート増加を伴わず、受信感度を向上させる受信器が提案されている（特許文献１参照）。回路構成を図１に示す。この受信装置は、同じ閾値を有する複数ｎ個の識別器を１組として互いに閾値の異なるｋ組（ｎ×ｋ個）の識別器３−１１〜１ｎ、３−２１〜２ｎ、…、３−ｋ１〜ｋｎを有し、受光回路１により受信したデジタルデータ信号を分配回路２により分配して各識別器３−１１〜１ｎ、３−２１〜２ｎ、…、３−ｋ１〜ｋｎに入力する。制御回路４は、各組毎にｎ個の識別器３−１１〜１ｎ、３−２１〜２ｎ、…、３−ｋ１〜ｋｎで識別結果が同じになる組を選択し、選択回路５は、制御回路４から選択指示を与えられ、その１つの組の１つの識別器の識別結果を選択して出力する。

この受信装置は、各識別器３−１１〜１ｎ、３−２１〜２ｎ、…、３−ｋ１〜ｋｎに入力されるデジタルデータ信号に付加されて識別誤りを引き起こす雑音が互いに独立である場合に信号品質の大幅な改善を実現する。１個の識別器が誤る確率をｐとすると、ｎ個の識別器で構成される１組の全ての識別器が誤る確率はｐⁿとなり、ｎ個の識別結果が一致するかどうかを判定することで、非常に高い確率で誤り検出が可能となる。これを複数の異なる閾値において実行すると、そのビットで誤りが発生しない最適な閾値を見付けることができ、その識別結果を選択して出力することで、大幅な信号品質改善が実現できる。

ＩＴＵ−ＴＧ．７０９Ｏ．Ａ．Ｓａｂ，"ＦＥＣｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｉｎｓｕｂｍａｒｉｎｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ"，ＯＦＣ’０１，ＴｕＦ−１特開２００３−２３４６９９号公報

近年、伝送ビットレートの高速化が進んでいるコアネットワークに適用される光通信システムでは、受信感度の向上が期待できるＤＰＳＫ(Differential Phase-Shift Keying：差動位相偏移変調）変調方式や偏波モード分散による信号品質劣化に対して耐力の高いＤＱＰＳＫ(Differential
Quadrature Phase-Shift Keying：差動四位相偏移変調）変調方式が注目を集めている。これらの光位相に情報を乗せて伝送する方式では、位相変調された光信号をマッハ・ツェンダ干渉計により互いに論理が異なる２つの強度変調された光信号に変換して受信する。

従来のビットレート増加を伴わず、受信感度を向上させる技術は、１つの強度変調された光信号を対象にしており、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫ変調方式のように互いに論理が異なる２つの強度変調された光信号に対して効果的に適用できない。例えば、強度変調に変換された２つの光信号のうち一方を受信することで動作は可能であるが、感度向上というＤＰＳＫ変調方式やＤＱＰＳＫ変調方式の利点が損なわれる。

また、受信回路として、差動型光電気変換回路を用いれば、強度変調に変換された２つの光信号から１つの電気信号を得られ、変調方式による感度向上が実現できる。しかしながら、長距離光伝送システムでは、主な雑音原因は光アンプからの自然放出（ＡＳＥ）光であり、受信した１つの電気信号を分配しても、各信号の雑音の独立性は低く、高い信号品質の改善効果は期待できない。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫなどの互いに論理が異なる２つの光信号を受信する受信器において、ビットレート増加を伴わず、信号品質を改善することができるデジタル受信器を提供することを目的とする。

本発明は、互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器であって、本発明の特徴とするところは、受信したデジタルデータ信号の一方を２つに分配する第一の分配回路と、この第一の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第一の識別回路と、前記第一の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第二の識別回路と、前記第一の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を２つに分配する第二の分配回路と、前記第二の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方および前記第二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第一の選択回路と、前記受信したデジタルデータ信号の他方を前記第二の識別回路と同じ識別閾値で識別再生する第三の識別回路と、前記第二の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方および前記第三の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が不一致であれば前記第二の分配回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致すれば前記第二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第一の選択回路に選択指示を与える第一の制御回路とを備えたところにある。

このように、互いに論理が異なる２つのデジタルデータ信号に対し、それぞれ所定の基準値よりも“１”レベル（または“０”レベル）に近い閾値で識別した結果を比較し、不一致であればその識別結果を選択し、一致すれば所定の基準値よりも“０”レベル（または“１”レベル）に近い閾値で識別した結果を選択して出力することにより、各ビットに対して適した閾値で識別した結果を出力することができ、信号品質を改善できる。

ここで“所定の基準値”とは、例えば、従来のデジタル受信器において通常用いられている閾値である。

あるいは、本発明のデジタル受信器は、受信した２つのデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第四の識別回路と、前記受信した２つのデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第五の識別回路と、前記第四の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を２つに分配する第三の分配回路と、論理“０”（または“１”）のデジタルデータ信号を発生する信号発生回路と、前記第三の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方および前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第二の選択回路と、前記第三の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方および前記第五の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が不一致であれば前記第三の分配回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致すれば前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第二の選択回路に選択指示を与える第二の制御回路とを備えたことを特徴とする。

このように、互いに論理が異なる２つのデジタルデータ信号に対し、それぞれ所定の基準値よりも“１”レベル（または“０”レベル）に近い閾値で識別した結果を比較し、不一致であればその識別結果を選択し、一致であればそのビットは“１”レベル（または“０”レベル）である確率が高いため、“１”レベル（または“０”レベル）を選択して出力する。この動作は、そのビットが“０”レベル（または“１”レベル）の場合は、閾値と大きく離れており、誤る確率が非常に小さくなるために可能となる。

また、前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号は光信号として入力される場合には、前記光信号の一方を電気信号に変換して出力する第一の光電気変換回路と、前記光信号の他方を電気信号に変換して出力する第二の光電気変換回路とを備えることにより、光信号とて入力されたデジタルデータ信号に対しても上記本発明のデジタルデータ受信器を適用することができる。

また、本発明のデジタル受信器は、当初より、前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号が光信号として入力される場合には、入力された光信号の一方を２つに分配する第一の光信号分配回路と、前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第三の光電気変換回路と、前記第三の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第六の識別回路と、前記入力された光信号の他方を２つに分配する第二の光信号分配回路と、前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第四の光電気変換回路と、前記第四の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第七の識別回路と、前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の他方および前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の他方を該２つの光信号のレベル差に応じた電気信号に変換する第一の差動型光電気変換回路と、前記第一の差動型光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を２つに分配する第四の分配回路と、前記第四の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第八の識別回路と、前記第四の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第九の識別回路と、前記第八の識別回路および前記第九の識別回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第三の選択回路と、前記第六の識別回路および前記第七の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が一致すれば前記第八の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が不一致であれば前記第九の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第三の選択回路に選択指示を与える第三の制御回路とを備えたことを特徴とする。

このように、受信した光信号を分岐して一致または不一致の判定を行うと共に、差動型光電気変換回路を用いて変換した電気信号を所定の基準値より高い、または、低い識別閾値で識別再生し、いずれか一方を選択して出力することにより、ＤＰＳＫやＤＱＰＳＫによる受信感度向上を維持しつつ、信号品質をさらに改善することができる。

あるいは、本発明のデジタル受信器は、当初より、前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号が光信号として入力された場合には、入力された光信号の一方を２つに分配する第一の光信号分配回路と、前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第三の光電気変換回路と、前記第三の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第六の識別回路と、前記入力された光信号の他方を２つに分配する第二の光信号分配回路と、前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第四の光電気変換回路と、前記第四の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第七の識別回路と、前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の他方および前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の他方を該２つの光信号のレベル差に応じた電気信号に変換する第一の差動型光電気変換回路と、前記第一の差動型光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十の識別回路と、論理“０”または“１”のデジタルデータ信号を発生する信号発生回路と、前記第十の識別回路および前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第四の選択回路と、前記第六の識別回路および前記第七の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が一致すれば前記第十の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が不一致であれば前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第四の選択回路に選択指示を与える第四の制御回路とを備えたことを特徴とする。

このように、互いに論理が異なる２つのデジタルデータ信号に対し、それぞれ所定の基準値よりも“１”レベル（または“０”レベル）に近い閾値で識別した結果を比較し、不一致であればその識別結果を選択し、一致であればそのビットは“１”レベル（または“０”レベル）である確率が高いため、“１”レベル（または“０”レベル）を選択して出力する。

あるいは、本発明のデジタル受信器は、当初より前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号が光信号として入力された場合には、入力された２つの光信号を該２つの光信号のレベル差に応じた差動の電気信号および２つの単相の電気信号に変換する第二の差動型光電気変換回路と、前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十一の識別回路と、前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第十二の識別回路と、前記第二の差動型光電気変換回路から出力される差動デジタルデータ信号を２つに分配する第五の分配回路と、前記第五の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十三の識別回路と、前記第五の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第十四の識別回路と、前記第十三の識別回路および前記第十四の識別回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第五の選択回路と、前記第十一の識別回路および前記第十二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が一致すれば前記第十三の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が不一致であれば前記第十四の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第五の選択回路に選択指示を与える第五の制御回路とを備えたことを特徴とする。

このように、光電気変換回路として、２つの単相出力と１つの差動出力を持つ差動受信型光電気変換回路を用いれば、１つの光電気変換回路で上記本発明の信号処理が可能となる。

あるいは、本発明のデジタル受信器は、当初より前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号が光信号として入力された場合には、入力された２つの光信号を該２つの光信号のレベル差に応じた差動の電気信号および２つの単相の電気信号に変換する第二の差動型光電気変換回路と、前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十一の識別回路と、前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第十二の識別回路と、前記第二の差動型光電気変換回路から出力される差動デジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十五の識別回路と、論理“０”（または“１”）のデジタルデータ信号を発生する信号発生回路と、前記第十五の識別回路および前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第六の選択回路と、前記第十一の識別回路および前記第十二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が不一致であれば前記第十五の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致すれば前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第六の選択回路に選択指示を与える第六の制御回路とを備えたことを特徴とする。

このように、選択回路により選択されるデジタルデータ信号の一方を固定の“０”レベル（または“１”レベル）とすることもできる。

また、前記光信号は、例えば、ＤＰＳＫ光またはＤＱＰＳＫをマッハ・ツェンダ干渉計により強度変調光に変換した光信号である。

また、前記第一ないし第六の制御回路に入力される２つのデジタルデータ信号のうちいずれか一方の論理を反転させる手段を備え、前記第一ないし第六の制御回路は、比較結果の一致または不一致の場合の前記第一ないし第六の選択回路に与える選択指示を選択方向を逆転させた選択指示とすることもできる。

本発明によれば、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫなどの互いに論理が異なる２つの光信号を受信する受信器において、ビットレート増加を伴わず、信号品質を改善することができる。

（第一の実施形態）
第一の実施形態のデジタル受信器を図２〜図４を参照して説明する。図２は第一の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、受信したデジタルデータ信号の一方を分配する分配回路１０−１と、分配回路１０−１により分配された２つのデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（（＋）と図示）（または低い）識別閾値で識別再生する識別回路２０−１と、他方を所定の基準値より低い（（−）と図示）（または高い）識別閾値で識別再生する識別回路２０−２と、識別回路２０−１から出力されるデジタルデータ信号を分配する分配回路１０−２と、分配回路１０−２および識別回路２０−２から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか一方を選択して出力する選択回路３０−１と、受信したデジタルデータ信号の他方を識別回路２０−２と同じ識別閾値で識別再生する識別回路２０−３と、分配回路１０−２および識別回路２０−３から出力されるデジタルデータ信号を比較して論理が不一致であれば分配回路１０−２から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致であれば識別回路２０−３から出力されるデジタルデータ信号を選択するように選択回路３０−１を制御する制御回路４０−１とを備える。

次に、第一の実施形態のデジタル受信器の動作を図３および図４を参照して説明する。図３は受信信号の頻度分布を示しており、所定の基準値としての識別閾値の設定を表している。以下では、所定の基準値としての識別閾値を通常の識別閾値と呼ぶことにする。図３は横軸に信号振幅をとり、縦軸に頻度をとる。識別閾値Ｖ_thを図３のように設定した場合には、信号“１”の頻度分布で信号振幅がＶ_thより低い領域（斜線エリア）が“１”を“０”と誤る確率Ｐ_１である。同様に、“０”を“１”と誤る確率Ｐ₀は、信号“０”の頻度分布で信号振幅がＶ_thより高い領域（縦線エリア）である。従って、識別回路で発生する誤り率Ｐは、
Ｐ＝Ｐ₀＋Ｐ_１
となる。

通常、誤り率Ｐが最小になるように、Ｖ_thは選択され、“０”レベルと“１”レベルとの頻度分布が重なるレベルとなる。しかしながら、本発明では、１つの識別回路での誤り率が最小になる通常の識別閾値よりも、識別閾値を高く（または低く）設定する。

図４に差動受信における受信信号の波形例と頻度分布例とを示す。波形例の中の“×”は、通常より“１”レベルに近い識別レベルとタイミングとを示しており、“☆”は通常より“０”レベルに近い識別レベルとタイミングとを示している。また、頻度分布の中のＶ_th+、Ｖ_th-は、通常より高い閾値および通常より低い閾値を示している。受信信号は、雑音や伝送路中の波形劣化などにより、理想的な信号波形から歪んだ状態となる。

ここで、識別閾値を通常レベルよりも“１”レベルに近く設定して動作させた場合には、“０”レベルの頻度分布から識別閾値が離れることになり、“０”を“１”と誤る確率Ｐ₀は非常に小さくなる。一方、“１”を“０”と誤る確率Ｐ_１は大きくなる。２つの受信信号の雑音が独立であれば、図のように雑音により２つの識別回路の結果が一致した場合は、“１”を“０”と誤っている可能性が高い。

よって、通常より“０”レベルに近い識別閾値“☆”の識別結果を選択することにより、誤りを回避することができる。ただし、２つの受信信号で同時に誤った場合には、誤りを検出できない。また、通常より“０”レベルに近い閾値でも“１”を“０”と誤る場合には、出力結果は誤りとなる。しかし、通常より“０”レベルに近い閾値で“１”を“０”と誤る確率は非常に小さく無視できる。従って、本受信器の誤り率Ｐ’は、
Ｐ’＝Ｐ_１’²＋Ｐ₀’
となる。

ここで、Ｐ_１’は通常よりも“１”レベルに近い閾値で“１”を“０”と誤る確率であり、Ｐ₀’は通常よりも“１”レベルに近い閾値で“０”を“１”と誤る確率である。２つの入力信号で同時に誤る確率が元々の誤り率より高くなれば、誤り率の改善効果は得られない。よって、本発明の動作条件は、誤り率Ｐ_１’が
Ｐ_１’＜Ｐ^1/2
の領域となる識別閾値での動作となる。

識別閾値を通常より“１”レベルに近づけて行くと、“０”を“１”と誤る確率が低下し、全体の誤り率は低下する。さらに、識別閾値を“１”レベルに近づけると、Ｐ_１’が増加し、２つの入力信号で同時に誤る確率が増加して全体の誤り率が増加してくるため、最適な識別閾値が存在する。

（第二の実施形態）
第二の実施形態のデジタル受信器を図５に示す。図５は第二の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。ここでは、受信信号が光信号の場合の受信器構成を示しており、光電気変換回路５０−１および５０−２により光信号を電気信号に変換して第一の実施形態の信号処理を実施する。

（第三の実施形態）
第三の実施形態のデジタル受信器を図６に示す。図６は第三の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。ここで、第一の実施形態と異なる点は、選択回路３０−２の入力の一方を論理“１”（または“０”）の固定信号を出力する信号発生回路６０に変更した点である。制御回路４０−２で行われる一致または不一致判定が一致になった場合に、そのビットの論理は“１”（または“０”）である可能性が高いため、論理“１”（または“０”）の信号を選択して出力してもよい。この構成により、識別回路の個数を削減することができる。

（第四の実施形態）
第四の実施形態のデジタル受信器を図７に示す。図７は第四の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。ここでは、受信信号が光信号の場合の受信器構成を示しており、光電気変換回路５０−１および５０−２により光信号を電気信号に変換して、第三の実施形態の信号処理を実施する。

（第五の実施形態）
第五の実施形態のデジタル受信器を図８に示す。図８は第五の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。ここでは、受信した光信号を光信号分配回路７０−１および７０−２により分配し、制御系と主信号系とに分けて処理を行う。一方は、光電気変換回路５０−３および５０−４により光電気変換後に識別閾値の異なる２つの識別回路２０−６および２０−７で識別再生され、制御回路４０−３により一致または不一致判定が行われる。他方は、差動型光電気変換回路８０−１にて電気信号に変換され、分配回路１０−４により識別閾値の異なる２つの識別回路２０−８および２０−９に分配されてから識別再生されて、いずれか一方の識別結果が選択回路３０−３により選択される。差動型光電気変換回路８０−１を用いることによる受信感度向上と信号処理による伝送品質改善の両方を得ることができる。

（第六の実施形態）
第六の実施形態のデジタル受信器を図９に示す。図９は第六の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。ここで、第五の実施形態と異なる点は、選択回路３０−４により選択される２つの識別回路の一方を論理“１”（または“０”）の固定信号を出力する信号発生回路６０に変更した点であり、選択回路３０−４の入力側には、識別回路２０−１０および信号発生回路６０が接続される。制御回路４０−４で行われる一致または不一致判定が一致になった場合には、そのビットの論理は“１”（または“０”）である可能性が高いため、論理“１”（または“０”）の信号を選択して出力してもよい。この構成により、識別回路の個数を削減することができる。

（第七の実施形態）
第七の実施形態のデジタル受信器を図１０に示す。図１０は第七の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。光電気変換を２つの単相出力と１つの差動出力とを有する差動型光電気変換回路８０−２により行う構成を示している。この差動型光電気変換回路８０−２の詳細構成例を図１１に示す。この構成により、１つの差動型光電気変換回路８０−２で信号処理が可能となり、低コスト化が可能となる。

（第八の実施形態）
第八の実施形態のデジタル受信器を図１２に示す。図１２は第八の実施形態のデジタル受信器のブロック構成を示す図である。ここで、第七の実施形態と異なる点は、選択回路３０−６により選択される２つの識別回路の一方を論理“１”（または“０”）の固定信号を出力する信号発生回路６０に変更した点であり、選択回路３０−６の入力側には識別回路２０−１５および信号発生回路６０が接続される。制御回路４０−６で行われる一致または不一致判定が一致になった場合には、そのビットの論理は“１”（または“０”）である可能性が高いため、論理“１”（または“０”）の信号を選択して出力してもよい。この構成により、識別回路の個数を削減することができる。

図１３および図１４を参照して受信信号がＤＰＳＫ（またはＤＱＰＳＫ）変調信号であり、差動型光電気変換回路８０−２を用いた構成について動作を説明する。図１３は、ＤＰＳＫ（またはＤＱＰＳＫ）変調光信号をマッハ・ツェンダ干渉計（ＭＺＩ）により互いに論理が反転した２つの強度変調光に変換する動作を示している。ＤＰＳＫ（またはＤＱＰＳＫ）光信号は、ＭＺＩに入力され、ＰｏｒｔＡとＰｏｒｔＢの透過特性に従って分割され（図の下側）、互いに論理が反転した２つの強度変調光が出力される。この２つの光信号はＭＺＩによりスペクトルが分離されているため、光アンプを用いる光伝送システムにおける主な雑音であるＡＳＥ光の周波数が異なり、互いに独立な雑音となる。本発明では、この２つの強度変調光を受信して信号処理することにより、信号品質の改善が可能である。

図１４には、差動型光電気変換回路を用いた構成における信号波形と信号のレベル分布とを示している。信号波形の灰色の部分は雑音により信号のレベル分布が広がっている状態を模式的に表している。図中の“×”と“☆”とはそれぞれ、通常より“１”レベルに近い識別閾値と通常より“０”レベルに近い識別閾値とを表している。一方、図右側のレベル分布のＶ_th+、Ｖ_th-は、それぞれ通常よりも高い識別閾値と通常よりも低い識別閾値とを示している。

光アンプを用いる光伝送システムでは、主な雑音は光アンプのＡＳＥ光と光信号のビート雑音であり、信号の光強度の高いレベルに主に現れる。従って、論理が反転しているＰｏｒｔＡとＰｏｒｔＢとの出力信号ではそれぞれ“１”レベルと“０”レベルとの雑音が支配的となる。差動受信した信号では、振幅が倍になり、雑音が“０”レベルと“１”レベルの両方に乗ることになる。２つの信号に対して、通常より“１”レベルに近い識別閾値による識別再生を行い、互いの論理の一致または不一致判定を行う。論理が反転しているので、識別結果が不一致の場合は両方とも識別誤りを起こしていないと判断して、差動受信した信号を通常より“１”レベルに近い識別閾値で識別再生した結果を出力する。

識別結果が一致した場合は、どちらかが識別誤りを起こしていると判断できる。この場合には、識別閾値を“１”レベルに近づけているので、“１”レベルを“０”レベルとであると誤っている可能性が高い。このため、差動受信した信号を通常より“０”レベルに近い識別閾値で識別再生した結果を出力する。

このような動作により、受信信号のビット毎に最適な識別閾値で識別された信号を出力することができ、信号品質の改善が可能となる。

なお、第一〜第八の実施形態における制御回路４０−１〜６に入力される２つのデジタルデータ信号のうちいずれか一方の論理を反転させ、制御回路４０−１〜６は、比較結果の一致または不一致の場合の選択回路３０−１〜６に与える選択指示を選択方向を逆転させた選択指示とすることもできる。

本発明によれば、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫなどの論理が異なる２つの光信号を受信するデジタル受信器において、ビットレート増加を伴わず、信号品質を改善することができるので、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫの適用範囲の拡張に寄与することができる。

従来技術の構成例を示す図。第一の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。受信信号の頻度分布を示す図。差動受信における受信信号の波形例と頻度分布例とを示す図。第二の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。第三の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。第四の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。第五の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。第六の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。第七の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。差動型光電気変換回路の詳細構成例を示す図。第八の実施形態のデジタル受信器のブロック構成図。第八の実施形態のデジタル受信器のＤＰＳＫ変調信号を受信する際の動作例を示す図。第八の実施形態のデジタル受信器の差動型光電気変換回路を用いた構成における動作例を示す図。

符号の説明

１受光回路
２、１０−１〜１０−５分配回路
３−１１〜３−ｋｎ識別器
４制御回路
５、３０−１〜３０−６選択回路
２０−１〜２０−１５識別回路
４０−１〜４０−６制御回路
５０−１〜５０−４光電気変換回路
６０信号発生回路
７０−１、７０−２光信号分配回路
８０−１、８０−２差動型光電気変換回路

Claims

互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、
受信したデジタルデータ信号の一方を２つに分配する第一の分配回路と、
この第一の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第一の識別回路と、
前記第一の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第二の識別回路と、
前記第一の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を２つに分配する第二の分配回路と、
前記第二の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方および前記第二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第一の選択回路と、
前記受信したデジタルデータ信号の他方を前記第二の識別回路と同じ識別閾値で識別再生する第三の識別回路と、
前記第二の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方および前記第三の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が不一致であれば前記第二の分配回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致すれば前記第二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第一の選択回路に選択指示を与える第一の制御回路と
を備えたことを特徴とするデジタル受信器。
互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、
受信した２つのデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第四の識別回路と、
前記受信した２つのデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第五の識別回路と、
前記第四の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を２つに分配する第三の分配回路と、
論理“０”（または“１”）のデジタルデータ信号を発生する信号発生回路と、
前記第三の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方および前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第二の選択回路と、
前記第三の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方および前記第五の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が不一致であれば前記第三の分配回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致すれば前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第二の選択回路に選択指示を与える第二の制御回路と
を備えたことを特徴とするデジタル受信器。
前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号は光信号として入力され、
前記光信号の一方を電気信号に変換して出力する第一の光電気変換回路と、
前記光信号の他方を電気信号に変換して出力する第二の光電気変換回路と
を備えた請求項１または２記載のデジタル受信器。
互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、
前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号は光信号として入力され、
入力された光信号の一方を２つに分配する第一の光信号分配回路と、
前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第三の光電気変換回路と、
前記第三の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第六の識別回路と、
前記入力された光信号の他方を２つに分配する第二の光信号分配回路と、
前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第四の光電気変換回路と、
前記第四の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第七の識別回路と、
前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の他方および前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の他方を該２つの光信号のレベル差に応じた電気信号に変換する第一の差動型光電気変換回路と、
前記第一の差動型光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を２つに分配する第四の分配回路と、
前記第四の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第八の識別回路と、
前記第四の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第九の識別回路と、
前記第八の識別回路および前記第九の識別回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第三の選択回路と、
前記第六の識別回路および前記第七の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が一致すれば前記第八の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が不一致であれば前記第九の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第三の選択回路に選択指示を与える第三の制御回路と
を備えたことを特徴とするデジタル受信器。
互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、
前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号は光信号として入力され、
入力された光信号の一方を２つに分配する第一の光信号分配回路と、
前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第三の光電気変換回路と、
前記第三の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第六の識別回路と、
前記入力された光信号の他方を２つに分配する第二の光信号分配回路と、
前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の一方を電気信号に変換する第四の光電気変換回路と、
前記第四の光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第七の識別回路と、
前記第一の光信号分配回路から出力される光信号の他方および前記第二の光信号分配回路から出力される光信号の他方を該２つの光信号のレベル差に応じた電気信号に変換する第一の差動型光電気変換回路と、
前記第一の差動型光電気変換回路から出力されるデジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十の識別回路と、
論理“０”または“１”のデジタルデータ信号を発生する信号発生回路と、
前記第十の識別回路および前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第四の選択回路と、
前記第六の識別回路および前記第七の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が一致すれば前記第十の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が不一致であれば前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第四の選択回路に選択指示を与える第四の制御回路と
を備えたことを特徴とするデジタル受信器。
互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、
前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号は光信号として入力され、
入力された２つの光信号を該２つの光信号のレベル差に応じた差動の電気信号および２つの単相の電気信号に変換する第二の差動型光電気変換回路と、
前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十一の識別回路と、
前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第十二の識別回路と、
前記第二の差動型光電気変換回路から出力される差動デジタルデータ信号を２つに分配する第五の分配回路と、
前記第五の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十三の識別回路と、
前記第五の分配回路から出力されるデジタルデータ信号の他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第十四の識別回路と、
前記第十三の識別回路および前記第十四の識別回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第五の選択回路と、
前記第十一の識別回路および前記第十二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が一致すれば前記第十三の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が不一致であれば前記第十四の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第五の選択回路に選択指示を与える第五の制御回路と
を備えたことを特徴とするデジタル受信器。
互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号を受信して識別再生して出力するデジタル受信器において、
前記互いに論理が反転した２つのデジタルデータ信号は光信号として入力され、
入力された２つの光信号を該２つの光信号のレベル差に応じた差動の電気信号および２つの単相の電気信号に変換する第二の差動型光電気変換回路と、
前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち一方を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十一の識別回路と、
前記第二の差動型光電気変換回路から出力される単相デジタルデータ信号のうち他方を所定の基準値より低い（または高い）識別閾値で識別再生する第十二の識別回路と、
前記第二の差動型光電気変換回路から出力される差動デジタルデータ信号を所定の基準値より高い（または低い）識別閾値で識別再生する第十五の識別回路と、
論理“０”（または“１”）のデジタルデータ信号を発生する信号発生回路と、
前記第十五の識別回路および前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号のうちいずれか１つを選択して出力する第六の選択回路と、
前記第十一の識別回路および前記第十二の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を比較し、論理が不一致であれば前記第十五の識別回路から出力されるデジタルデータ信号を選択し、論理が一致すれば前記信号発生回路から出力されるデジタルデータ信号を選択するように前記第六の選択回路に選択指示を与える第六の制御回路と
を備えたことを特徴とするデジタル受信器。
前記光信号は、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ：Differential Phase-Shift Keying）光または差動四位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：Differential Quadrature Phase-Shift Keying）をマッハ・ツェンダ干渉計により強度変調光に変換した光信号である請求項３ないし７のいずれかに記載のデジタル受信器。
前記第一ないし第六の制御回路に入力される２つのデジタルデータ信号のうちいずれか一方の論理を反転させる手段を備え、
前記第一ないし第六の制御回路は、比較結果の一致または不一致の場合の前記第一ないし第六の選択回路に与える選択指示を選択方向を逆転させた選択指示とする
請求項１ないし８のいずれかに記載のデジタル受信器。