JP6275361B1 - 光受信装置、光送信装置、データ識別方法および多値通信システム - Google Patents

Abstract

送信データの値が複数の信号レベルに割り当てられた多値変調信号を受信する光受信装置（２０）であって、多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を遷移していることを検知したとき、多値変調信号から再生クロック信号を生成するクロック生成部（２５）と、生成した再生クロック信号と多値変調信号とを用いて送信データの値を識別するデータ識別器（２６）と、を備えることを特徴とする。

Description

本発明は、多値変調方式を用いた光受信装置、光送信装置、データ識別方法および多値通信システムに関する。

近年、通信速度向上の要求に対して、様々な高速通信技術が開発されている。例えば、多値変調方式は、送信データの値を複数の信号レベルに割り当てた多値変調信号を用いた通信技術である。伝送距離が数十キロメートル以下の光通信システムにおいては、「０」および「１」からなる送信データを搬送波の有無に割り当てたＯＯＫ（On-Off-Keying）方式が主に用いられてきた。近年、ＯＯＫ方式よりも通信容量を増やすことが可能な４値のＰＡＭ４方式（4-level Pulse Amplitude Modulation）などの多値変調方式の使用が検討されている。多値変調方式を用いたデータ伝送では、データ信号にクロック信号を重畳して伝送し、受信側では、再生したクロック信号に同期したタイミングで、送信データの値を識別するデータ識別が行われる。

多値変調方式では、多値度が上がるほどデータ識別を精度よく安定的に行うことが困難となる。このため、例えば特許文献１に記載の技術では、ビット数を拡張するエンコードによって多値変調信号の信号レベルをクロックごとに必ず変化させることで、データ識別の精度を向上させている。

特許第４３２１２９７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、周波数特性のレベル依存性がある場合には、多値変調信号のデータ識別の誤りが増加してしまう場合があるという問題があった。具体的には、データ識別は、識別するレベル間の消光比が大きい領域に合わせて行うことが望ましいが、周波数特性のレベル依存性がある場合には、レベル遷移の種類ごとに、レベル間の消光比が大きい領域がずれてしまう。このため、データ識別を行うタイミングがずれて、データ識別の誤りが増加してしまう場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多値変調信号を精度よくデータ識別することが可能な光受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光受信装置は、送信データの値が複数の信号レベルに割り当てられた多値変調信号を受信する光受信装置であって、多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を遷移していることを検知したとき、多値変調信号から再生クロック信号を生成するクロック生成部と、生成した再生クロック信号と多値変調信号とを用いて送信データの値を識別するデータ識別器と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる光受信装置は、多値変調信号を精度よくデータ識別することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる多値通信システムの構成を示す図 図１に示す多値通信システムがＰＡＭ２の多値変調信号を用いる場合の理想的な立ち上がりエッジおよび立下りエッジを示す図 図１に示す多値通信システムがＰＡＭ４の多値変調信号を用いる場合の理想的な立ち上がりエッジおよび立下りエッジを示す図 図１に示す多値通信システムが用いる多値変調信号の特徴を多値度ごとに示す図 図１に示す多値通信システムがＰＡＭ４の多値変調信号を用いる場合の好適なデータ識別タイミングを示す図 図１に示す抽出回路の詳細な構成を示す図 図６に示すレベル比較器に入力する閾値を示す図 本発明の実施の形態２にかかる光送信装置の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる光受信装置、光送信装置、データ識別方法および多値通信システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる多値通信システム１の構成を示す図である。多値通信システム１は、光送信装置１０と、光受信装置２０と、光送信装置１０および光受信装置２０の間を接続する光通信路３０とを有する。

光送信装置１０は、送信データの値を示すデジタル信号である送信データ信号４０から、光信号であって、送信データの値を複数の信号レベルに割り当てた多値変調信号である伝送信号４２を生成して、生成した伝送信号４２を光通信路３０に出力する。多値度がｍの変調方式を用いる場合、光送信装置１０は、送信データのlog₂(m)ビットをひとつの単位として、１単位の送信データを、第１レベルから第ｍレベルのｍ個の信号レベルに割り当てる。これにより、多値度がｍの多値変調信号である伝送信号４２が生成される。多値度ｍは、２以上の整数であって、２の乗数とする。つまり、ｍ＝２^ｎ（ｎは１以上の整数）である。

光送信装置１０は、エンコーダ１１と、Ｄ／Ａ（Digital／Analog）変換器１２と、半導体レーザドライバ１３と、直接変調レーザ１４とを有する。

エンコーダ１１には、複数の送信データ信号４０が入力される。エンコーダ１１は、入力された送信データ信号４０を符号化して符号化された送信データ信号４０を出力する。符号化された送信データ信号４０は、log₂(m)ビットのデジタル信号である。Ｄ／Ａ変換器１２は、エンコーダ１１が出力する送信データ信号４０を受け付けて、アナログ電気信号の多値変調信号であるｍ値ＰＡＭ送信信号４１に変換して出力する。半導体レーザドライバ１３は、Ｄ／Ａ変換器１２が出力するｍ値ＰＡＭ送信信号４１を受け付けて、受け付けたｍ値ＰＡＭ送信信号４１を、直接変調レーザ１４を駆動するために適した電流振幅に変換して出力する。直接変調レーザ１４は、ＤＭＬ（Direct Modulation Laser）とも呼ばれ、電気信号を光信号に変換して、伝送信号４２として出力する。伝送信号４２は、光信号の多値変調信号である。

光通信路３０は、光ファイバまたは自由空間、光結合のためのレンズ、コネクタなどが含まれる。光ファイバは、総長数メートルから数十メートルの長さの、シングルモードファイバ、マルチモードファイバなどである。光ファイバは、単一のファイバであってもよいし、複数のファイバが接続されたものであってもよい。

光受信装置２０は、光送信装置１０から光通信路３０を介して多値変調信号である伝送信号４２を受信し、受信した伝送信号４２のデータ識別を行って、受信データ信号４６を出力する。光受信装置２０は、光電変換器２１と、アンプ２２と、抽出回路２３および位相同期回路２４を含むクロック生成部２５と、データ識別器２６と、デコーダ２７とを有する。

光電変換器２１は、受信した光信号を電流信号に変換する素子であり、例えばＰＤ（Photo Diode）である。アンプ２２は、光電変換により得られた電流信号をインピーダンス変換して増幅し、電圧信号のｍ値ＰＡＭ受信信号４３を出力するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Trans-Impedance Amplifier）である。アンプ２２が出力したｍ値ＰＡＭ受信信号４３は、抽出回路２３およびデータ識別器２６に入力される。

抽出回路２３には、アンプ２２が出力する多値変調信号と、位相同期回路２４が出力する再生クロック信号であるフィードバック信号とが入力される。抽出回路２３は、多値変調信号の信号レベルに基づいて、多値変調信号またはフィードバック信号を抽出信号４４として出力する。抽出回路２３の詳細な構成については後述する。

位相同期回路２４は、入力信号に位相同期した信号を出力する電子回路である。位相同期回路２４は、例えばＰＬＬ（Phase Locked Loop）と呼ばれる電子回路であり、入力される周期的な信号に基づいてフィードバック制御を加えて、発振器から入力信号と位相が同期した信号を出力する。位相同期回路２４には、抽出回路２３が出力した抽出信号４４が入力され、位相同期回路２４は、抽出信号４４に位相同期した再生クロック信号４５を生成する。再生クロック信号４５は、データ識別器２６に入力されると共に、抽出回路２３にフィードバック信号として入力される。

抽出回路２３および位相同期回路２４は、クロック生成部２５を構成している。抽出回路２３は、予め定められた条件を満たしている場合、多値変調信号を抽出信号４４として出力し、条件を満たしていない場合、フィードバックされた再生クロック信号４５を抽出信号４４として出力する。このため、クロック生成部２５は、予め定められた条件を満たしているときに多値変調信号から再生クロック信号４５を生成することになる。

データ識別器２６は、再生クロック信号４５に基づいて、多値変調信号であるｍ値ＰＡＭ受信信号４３の信号レベルから送信データの値を識別するデータ識別を行う。データ識別器２６は、ＰＡＭ受信信号４３の信号レベルに基づいて、送信データの値をｍ個の値のうちのどの値であるか識別する。例えば、ｍ＝４であって、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３がＰＡＭ４の信号である場合、データ識別器２６は、送信データの値を２進法の値「００」、「０１」、「１０」および「１１」のいずれかに識別する。デコーダ２７は、データ識別器２６が識別したデータを復号して、復号したデータを受信データ信号４６として出力する。

ここで、データ識別器２６は、送信データの値を識別するタイミングを再生クロック信号４５に基づいて判断する。再生クロック信号４５は、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３の信号レベルが遷移する際に生じる立ち上がりエッジまたは立下りエッジを検出することにより生成される。

図２は、図１に示す多値通信システム１がＰＡＭ２の多値変調信号を用いる場合の理想的な立ち上がりエッジおよび立下りエッジを示す図である。２値の変調方式では、多値変調信号の信号レベルは、第１レベルまたは第２レベルの値をとる。ここで、信号レベルとは、電圧、電力などである。信号レベルは、信号が加工または伝送される過程で変化する可能性がある。各信号レベルには、１ビットの値「０」または「１」が対応づけられる。立ち上がりエッジ５０１は、第１レベルから第２レベルへの遷移の際に生じ、立下りエッジ５０２は、第２レベルから第１レベルへの遷移の際に生じる。

図３は、図１に示す多値通信システム１がＰＡＭ４の多値変調信号を用いる場合の理想的な立ち上がりエッジおよび立下りエッジを示す図である。４値の変調方式では、多値変調信号の信号レベルは、第１レベル、第２レベル、第３レベルまたは第４レベルの値をとる。各信号レベルには、２ビットの値「００」、「０１」、「１０」または「１１」が対応づけられる。

立ち上がりエッジ６０１は、第１レベルから第２レベルへの遷移の際に生じ、立ち上がりエッジ６０２は、第１レベルから第３レベルへの遷移の際に生じ、立ち上がりエッジ６０３は、第１レベルから第４レベルへの遷移の際に生じる。立ち上がりエッジ６０４は、第２レベルから第３レベルへの遷移の際に生じ、立ち上がりエッジ６０５は、第２レベルから第４レベルへの遷移の際に生じ、立ち上がりエッジ６０６は、第３レベルから第４レベルへの遷移の際に生じる。また、立下りエッジ６０７は、第４レベルから第３レベルへの遷移の際に生じ、立下りエッジ６０８は、第４レベルから第２レベルへの遷移の際に生じ、立下りエッジ６０９は、第４レベルから第１レベルへの遷移の際に生じる。立下りエッジ６１０は、第３レベルから第２レベルへの遷移の際に生じ、立下りエッジ６１１は、第３レベルから第１レベルへの遷移の際に生じ、立下りエッジ６１２は、第２レベルから第１レベルへの遷移の際に生じる。

図２と図３とを比較すると分かるように、多値度が上がるにつれて、立ち上がりおよび立下りエッジの数は、増加する。図４は、図１に示す多値通信システム１が用いる多値変調信号の特徴を多値度ごとに示す図である。図４には、多値度ｍごとに、取り得る信号レベルの数であるレベル数、シンボル当たりビット数、信号レベル間の遷移数、立ち上がりエッジ数および立下りエッジ数、および、立ち上がりまたは立下りエッジ数が示されている。

立ち上がりエッジ数および立下りエッジ数は、ｍ＝２の場合にはそれぞれ１つずつであるのに対して、ｍ＝４ではそれぞれ３つ、ｍ＝８ではそれぞれ７つとなっており、多値度が上がるほど増大する。さらに、実際の通信システムでは、理想的なレベル遷移のみならず、直接変調レーザや外部変調レーザが有する非線形性や周波数特性の影響で、より多くのエッジパターンが存在し得る。このため、エッジ検出を用いて再生クロック信号４５を生成する方式では、エッジの位相ずれが再生クロック信号の位相ずれまたは位相ゆらぎの要因となることがある。再生クロック信号の位相がずれると、データ識別タイミングがずれてしまい、前後のシンボルと誤ってデータ識別してしまうことになるため、結果として通信システムのビット誤りを増やしてしまうことがある。

また、再生クロック信号の位相ゆらぎがなく、再生クロック周期が一定であったとしても、データ識別を行うタイミングが適切でない場合がある。図５は、図１に示す多値通信システム１がＰＡＭ４の多値変調信号を用いる場合の好適なデータ識別タイミングを示す図である。図５には、信号波形の遷移を多数サンプリングして重ね合せたアイダイアグラムが示されている。第１レベルと第２レベルとの識別に好適なタイミング７０１は、識別する信号レベル間で、消光比が大きい領域７０２が存在するタイミングである。しかしながら、第１レベルと第２レベルの識別に好適なタイミング７０１では、第１レベルと第２レベルとの間の消光比が大きい領域７０２と合っているが、第３レベルと第４レベルとの間の消光比が大きい領域７０３とはずれてしまう。同様に、第３レベルと第４レベルの識別に好適なタイミング７０４は、第３レベルと第４レベルとの間の消光比が大きい領域７０３と合っているが、第１レベルと第２レベルとの間の消光比が大きい領域７０２から外れてしまう。

上記のように、周波数特性のレベル依存性がある場合には、レベル遷移の種類ごとに、レベル間の消光比が大きい領域がずれてしまう。このため、複数取り得るエッジパターンのうち平均的なエッジを有する、中央のレベル遷移によるエッジを検出して再生クロック信号を生成することが望ましい。

上記のように、多値変調信号が取り得る複数の信号レベルのうち、中央のレベル遷移によるエッジを検出して再生クロック信号を生成するために、クロック生成部２５は、多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を遷移していることを検知したとき、多値変調信号から再生クロック信号を生成する。

抽出回路２３は、多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を遷移していることを検知したとき、多値変調信号を抽出信号４４として出力する。抽出回路２３は、多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を遷移していないとき、フィードバック信号を抽出信号４４として出力する。

送信データを第１レベルから第ｍレベルまでのｍ個の信号レベルで表す多値変調信号の場合、中央の２つの信号レベルは、第「ｍ／２」レベルおよび第「ｍ／２＋１」レベルである。具体的には、４値変調信号の場合、中央の２つのレベルは第２レベルおよび第３レベルであり、８値変調信号の場合、中央の２つのレベルは第４レベルおよび第５レベルである。このような機能を実現するための抽出回路２３の詳細な構成については後述する。

図６は、図１に示す抽出回路２３の詳細な構成を示す図である。抽出回路２３は、２つのレベル比較器２３１およびレベル比較器２３２と、論理積回路２３３と、カウンタ２３４と、論理反転回路２３５と、スイッチ２３６と、スイッチ２３７と、を有する。

２つのレベル比較器２３１およびレベル比較器２３２には、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３が入力される。それぞれのレベル比較器２３１およびレベル比較器２３２は、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）または閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）とｍ値ＰＡＭ受信信号４３のレベルとを比較して比較結果を出力する。具体的には、レベル比較器２３１は、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）とｍ値ＰＡＭ受信信号４３とを比較して、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３の信号レベルが閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）よりも小さい場合に「１」を出力する。レベル比較器２３２は、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）とｍ値ＰＡＭ受信信号４３とを比較して、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３の信号レベルが閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）よりも大きい場合に「１」を出力する。

図７は、図６に示すレベル比較器２３１およびレベル比較器２３２に入力する閾値を示す図である。閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）は、第ｍ／２＋１レベルの信号レベルとすることができ、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）は、第ｍ／２レベルの信号レベルとすることができる。このように閾値を設定することで、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３が第ｍ／２レベルと第ｍ／２＋１レベルとの間を遷移している状態のとき、レベル比較器２３１および２３２の出力は共に「１」となる。また、誤差を許容するために、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）は、第ｍ／２レベルの信号レベル以下の値とし、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）は、第ｍ／２＋１レベルの信号レベル以上の値とすることもできる。この場合、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）と第ｍ／２レベルの信号レベルとの差異、および閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）と第ｍ／２＋１レベルの信号レベルとの差異は、誤差と判断することができる程度の大きさとする必要がある。

閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）および閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）の値は、多値通信システム１の運用を開始する前に最適化した固定値を用いてもよいし、運用中に随時調整する可変値を用いてもよい。

図６の説明に戻る。論理積回路２３３は、ＡＮＤ回路とも呼ばれ、レベル比較器２３１の出力とレベル比較器２３２の出力との論理積を出力する。論理積回路２３３の出力は、カウンタ２３４に入力される。カウンタ２３４は、入力信号が「ＯＮ」である状態の継続時間をカウントし、継続時間が予め定められた閾値以上の間、スイッチ制御信号としてスイッチ２３６およびスイッチ２３７の駆動に必要な電圧を出力する。カウンタ２３４が出力したスイッチ制御信号は、スイッチ２３６および論理反転回路２３５に入力される。

上記の構成により、カウンタ２３４は、レベル比較器２３１およびレベル比較器２３２の出力がいずれも「１」である状態が予め定められた閾値以上の時間継続すると、スイッチ制御信号として「１」を出力する。つまり、カウンタ２３４の出力は、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３の値が、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）以上であって閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）以下である状態が、予め定められた閾値以上の時間継続している場合、「１」となる。

論理反転回路２３５は、カウンタ２３４が出力したスイッチ制御信号を論理反転させてスイッチ２３７に入力する。このため、スイッチ２３６への入力信号が「１」である場合、スイッチ２３７への入力信号は「０」となり、スイッチ２３６への入力信号が「０」である場合、スイッチ２３７への入力信号は「１」となる。

スイッチ２３６およびスイッチ２３７は、入力信号の値に応じて入出力を接続または遮断する機能を有する。スイッチ２３６およびスイッチ２３７は、例えばスリーステートバッファ回路である。具体的には、スイッチ２３６およびスイッチ２３７は、入力信号の値が「１」の場合に「ＯＮ」となって入力と出力とを接続し、入力信号の値が「０」の場合に「ＯＦＦ」となって入力と出力とを遮断する。スイッチ２３６およびスイッチ２３７の出力は抽出信号４４である。スイッチ２３６の入力は、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３である。スイッチ２３７の入力は、フィードバックされた再生クロック信号４５である。

上記の構成により、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３の値が、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）以上であって閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）以下である状態が、予め定められた閾値以上の時間継続している場合、スイッチ２３６は「ＯＮ」の状態となり、ｍ値ＰＡＭ受信信号４３が抽出信号４４として出力される。ｍ値ＰＡＭ受信信号４３の値が、閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２）以上であって閾値Ｖｔｈ＿（ｍ／２＋１）以下である状態が、予め定められた閾値以上の時間継続していない場合、スイッチ２３７は「ＯＮ」の状態となり、フィードバックされた再生クロック信号４５が抽出信号４４として出力される。抽出信号４４は、位相同期回路２４に入力されて、抽出信号４４に位相同期した再生クロック信号４５が生成される。

このため、上記の構成によれば、図７に示すように、第ｍ／２レベルと第ｍ／２＋１レベルとの間の遷移によるエッジパターンである立ち上がりエッジ８０１または立下りエッジ８０２に基づいてクロック再生を行うことが可能になる。複数の信号レベルのうち、中央付近の信号レベルのレベル遷移におけるエッジパターンは、全てのエッジパターンの中で平均的なエッジパターンを有するため、エッジパターンに起因した再生クロック信号のずれによるデータ識別の誤りを低減することが可能になる。

本実施の形態では、クロック生成部２５は、抽出回路２３および位相同期回路２４を含むこととしたが、上記の構成は一例である。クロック生成部２５の構成は、送信データの値を複数の信号レベルに割り当てた多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つの間を遷移しているとき、多値変調信号から再生クロック信号を生成する機能を実現可能なものであればよい。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２にかかる光送信装置１００の構成を示す図である。多値通信システム１の全体の構成は、実施の形態２では、図１に示す光送信装置１０の代わりに光送信装置１００を用いる点以外は実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

光送信装置１００は、エンコーダ１０２と、複数の２値変調器１０３と、複数の位相調整回路１０４と、複数の減衰器１０５と、合成器１０６と、半導体レーザドライバ１０７と、直接変調レーザ１０８とを有する。

光送信装置１００は、エンコーダ１０２から入力される送信データの各ビットに対応するlog₂(m)個の２値変調器１０３を有する。複数の２値変調器１０３のそれぞれを区別する場合、２値変調器１０３−ｐと示す。ｐは、２値変調器１０３のそれぞれが対応するビットを示す。最上位ビットに対応する２値変調器１０３を２値変調器１０３−１として、下位ビットに向けてｐの値は大きくなる。ｐは、１からlog₂(m)の値をとる変数である。図８では、ＰＡＭ４の多値変調信号を用いる例を示している。この例では、log₂(m)＝２であるため、光送信装置１００は、２値変調器１０３−１および２値変調器１０３−２を有している。

光送信装置１００は、log₂(m)個の２値変調器１０３のそれぞれに対応して設けられるlog₂(m)個の位相調整回路１０４と、log₂(m)−１個の減衰器１０５とを有する。以下、２値変調器１０３−ｐに対応して設けられる位相調整回路１０４を位相調整回路１０４−ｐと示す。減衰器１０５は、位相調整回路１０４のうち、位相調整回路１０４−１以外の位相調整回路１０４のそれぞれに対応して設けられる。位相調整回路１０４−ｐに対応して設けられる減衰器１０５を減衰器１０５−ｐと示す。光送信装置１００はｐ＝１の減衰器１０５を有しないため、減衰器１０５−ｐについてｐは２からlog₂(m)の値をとる。

２値変調器１０３のそれぞれは、第１レベルの値または第１レベルの値よりも大きい第２レベルの信号を出力する。例えば第１レベルの値は「０」であり、第２レベルの値は「１」である。光送信装置１００は、複数の２値変調器１０３の出力を合成することによって、ｍ値ＰＡＭ送信信号４１を生成する。減衰器１０５の減衰量は、最上位ビットに対応する２値変調器１０３である２値変調器１０３−１の出力振幅を１倍とすると、下位ビットになるにつれ、０．５倍、０．２５倍、０．１２５倍などと振幅が小さくなるように、定められる。つまり減衰器１０５の減衰量は、減衰器１０５に対応するビットが下位ビットになるほど大きい。したがって減衰器１０５−ｐの減衰量は、ｐの値が大きいほど大きくすることができる。例えば、減衰器１０５−ｐの減衰量は、電圧について概ね６×（ｐ−１）ｄＢとすることができる。これにより、２値変調器１０３−１から２値変調器１０３−log₂(m)の出力振幅の中で、２値変調器１０３−１の出力振幅が最大となり、２値変調器１０３−log₂(m)の出力振幅が最小となる。

具体的には、ｍ＝８でありＰＡＭ８の変調信号を用いる場合、log₂(m)＝３となり、光送信装置１００は、減衰器１０５−２および減衰器１０５−３である２つの減衰器１０５を有する。この場合、減衰器１０５−２の減衰量は、ｐ＝２であるため６×（２−１）＝６ｄＢであり、位相調整回路１０４−１の出力振幅に対して半分の電圧振幅を得ることができる。また減衰器１０５−３の減衰量は、ｐ＝３であるため６×（３−１）＝１２ｄＢであり、位相調整回路１０４−１の出力振幅に対して４分の１の電圧振幅を得ることができる。

さらにｍ＝１６でありＰＡＭ１６の変調信号を用いる場合、log₂(m)＝４となり、光送信装置１００は、減衰器１０５−２、減衰器１０５−３および減衰器１０５−４である３つの減衰器１０５を有する。この場合、減衰器１０５−２の減衰量は、ｐ＝２であるため６ｄＢであり、位相調整回路１０４−１の出力振幅に対して半分の電圧振幅を得ることができる。減衰器１０５−３の減衰量は、ｐ＝３であるため１２ｄＢであり、位相調整回路１０４−１の出力振幅に対して４分の１の電圧振幅を得ることができる。減衰器１０５−４の減衰量は、ｐ＝４であるため１８ｄＢであり、位相調整回路１０４−１の出力振幅に対して８分の１の電圧振幅を得ることができる。

位相調整回路１０４および減衰器１０５は、ｍ値ＰＡＭ送信信号４１の整形のために用いられる。位相調整回路１０４および減衰器１０５の一部またはすべてを省略してもよい。

光送信装置１００に入力された送信データ信号５１は、エンコーダ１０２に入力される。エンコーダ１０２は、送信データ信号５１を符号化して送信データを生成する。エンコーダ１０２により生成された送信データは、ビットごとに、各ビットに対応する２値変調器１０３に入力される。複数の２値変調器１０３は、それぞれ、入力されたデータを２値変調して、２値変調後の信号すなわち第１レベルまたは第２レベルの信号を位相調整回路１０４へ出力する。位相調整回路１０４は、合成器１０６から出力された半導体レーザドライバ１０７に入力されるｍ値ＰＡＭ送信信号４１の位相が半導体レーザドライバ１０７の駆動に適するように、入力された信号の位相を調整し、位相が調整された信号を減衰器１０５へ出力する。減衰器１０５は、合成器１０６から出力され半導体レーザドライバ１０７に入力されるｍ値ＰＡＭ送信信号４１の振幅が半導体レーザドライバ１０７の駆動に適するように、入力された信号の振幅を調整する。合成器１０６は、位相調整回路１０４および減衰器１０５によって調整された後の２値変調器１０３の出力を合成してｍ値ＰＡＭ送信信号４１を生成し、生成したｍ値ＰＡＭ送信信号４１を出力する。

また、エンコーダ１０２には、外部から制御信号５２が一定の周期で入力される。制御信号５２は、光送信装置１００が出力する伝送信号４２の信号レベルが、複数の信号レベルのうちの中央の２つの間を繰り返し遷移する状態となることを、光送信装置１００へ指示するための信号である。エンコーダ１０２は、制御信号５２が入力されると、送信データ信号５１の代わりに、制御信号５２をそのまま送信データとして出力する。複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルに対応する送信データの値は、最上位ビットが「０」であって、最上位ビット以外の値が「１」となる値、および最上位ビットが「１」であって、最上位ビット以外の値が「０」となる値である。具体的には、ｍ＝４の場合、中央の２つのレベルに対応する送信データの値は「０１」および「１０」であり、ｍ＝８の場合、中央の２つのレベルに対応する送信データの値は「０１１」および「１００」であり、ｍ＝１６の場合、中央の２つのレベルに対応する送信データの値は「０１１１」および「１０００」である。このため、制御信号５２は、最上位ビットが「０」と「１」とを交互に繰り返し、最上位ビット以外の下位ビットが最上位ビットと異なる値となる送信データであってよい。

このため、上記の制御信号５２がエンコーダ１０２に入力されると、複数の２値変調器１０３のうち出力振幅が最大となり、最上位ビットに対応する最大２値変調器である２値変調器１０３−１は、第１レベルの信号と第２レベルの信号とを交互に出力する。そして、最大２値変調器以外の２値変調器１０３は、最大２値変調器が第１レベルの信号を出力しているとき第２レベルの信号を出力し、最大２値変調器が第２レベルの信号を出力しているとき第１レベルの信号を出力する。合成器１０６は、複数の２値変調器１０３の出力を合成してｍ値ＰＡＭ送信信号４１を生成する。これにより、制御信号５２が入力されている間に生成されたｍ値ＰＡＭ送信信号４１の信号レベルは、複数の信号レベルのうちの中央の２つを繰り返し遷移する。

合成器１０６が出力したｍ値ＰＡＭ送信信号４１は、半導体レーザドライバ１０７に入力される。半導体レーザドライバ１０７は、ｍ値ＰＡＭ送信信号４１を、直接変調レーザ１０８を駆動するために適した振幅の電流に変換する。直接変調レーザ１０８は、電気信号を光信号に変換して伝送信号４２を生成し、生成した伝送信号４２を出力する。

上記の構成により、光送信装置１００は、第ｍ／２＋１レベルと第ｍ／２レベルとの間のレベル遷移が一定周期で発生する多値度ｍの多値変調信号である伝送信号４２を生成することが可能になる。これにより、この伝送信号４２を受信した光受信装置２０は、多値変調信号の信号レベルが複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を繰り返し遷移する引込時間に再生クロック信号４５を生成することになり、第ｍ／２＋１レベルと第ｍ／２レベルとの間のレベル遷移にかかるエッジパターンに基づいてクロック再生することを容易にすることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 多値通信システム、１０，１００ 光送信装置、１１，１０２ エンコーダ、１２ Ｄ／Ａ変換器、１３，１０７ 半導体レーザドライバ、１４，１０８ 直接変調レーザ、２０ 光受信装置、２１ 光電変換器、２２ アンプ、２３ 抽出回路、２４ 位相同期回路、２５ クロック生成部、２６ データ識別器、２７ デコーダ、３０ 光通信路、４０，５１ 送信データ信号、４１ ｍ値ＰＡＭ送信信号、４２ 伝送信号、４３ ｍ値ＰＡＭ受信信号、４４ 抽出信号、４５ 再生クロック信号、４６ 受信データ信号、５２ 制御信号、１０３，１０３−１，１０３−２，１０３−ｐ ２値変調器、１０４，１０４−１，１０４−２，１０４−ｐ 位相調整回路、１０５，１０５−２，１０５−ｐ 減衰器、１０６ 合成器、５０１，６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６，８０１ 立ち上がりエッジ、５０２，６０７，６０８，６０９，６１０，６１１，６１２，８０２ 立下りエッジ。

Claims (6)

1. 送信データの値が複数の信号レベルに割り当てられた多値変調信号を受信する光受信装置であって、
   前記多値変調信号の信号レベルが前記複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間のみを遷移していることを検知したとき、前記多値変調信号から再生クロック信号を生成するクロック生成部と、
   生成した前記再生クロック信号と前記多値変調信号とを用いて前記送信データの値を識別するデータ識別器と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
2. 前記クロック生成部は、前記多値変調信号の信号レベルが前記複数の信号レベルのうちの中央の２つの間を繰り返し遷移する引込時間に前記再生クロック信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記クロック生成部は、
   前記多値変調信号またはフィードバック信号を抽出信号として出力する抽出回路と、
   前記抽出信号に位相同期した信号である前記再生クロック信号を出力する位相同期回路と、
   を含み、
   前記抽出回路は、前記多値変調信号の信号レベルが前記複数の信号レベルのうちの中央の２つのレベルの間を繰り返し遷移していることを検知したとき、前記多値変調信号を前記抽出信号として出力し、前記多値変調信号の信号レベルが前記複数の信号レベルのうちの中央の２つの間を繰り返し遷移していないとき、前記フィードバック信号を前記抽出信号として出力することを特徴とする請求項１または２に記載の光受信装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信装置と光通信路を介して接続された光送信装置であり、
   送信データのそれぞれのビットと対応し、第１レベルの値または前記第１レベルの値よりも大きい第２レベルの信号を出力する複数の２値変調器と、
   複数の前記２値変調器の出力を合成して多値変調信号を生成する合成器と、
   を備え、
   複数の前記２値変調器のうち最上位ビットと対応する最大２値変調器は、一定の周期で入力される制御信号に基づいて、前記第１レベルの値と前記第２レベルの値とを交互に出力し、複数の前記２値変調器のうち前記最大２値変調器以外の前記２値変調器は、前記最大２値変調器と異なるレベルの値を出力することを特徴とする光送信装置。
5. 送信データの値を複数の信号レベルに割り当てた多値変調信号を受信するステップと、
   信号レベルが前記複数の信号レベルのうち中央の２つの間のみを繰り返し遷移していることを検知したときに、前記多値変調信号から再生クロック信号を生成するステップと、
   生成した前記再生クロック信号と前記多値変調信号とを用いて前記送信データの値を識別するステップと、
   を含むことを特徴とするデータ識別方法。
6. 送信データの値を複数の信号レベルに割り当てた多値変調信号を生成して送信する光送信装置と、
   前記光送信装置から受信した前記多値変調信号に基づいて、信号レベルが前記複数の信号レベルのうち中央の２つの間のみを繰り返し遷移していることを検知したときに、前記多値変調信号から再生クロック信号を生成し、生成した前記再生クロック信号と前記多値変調信号とを用いて前記送信データの値を識別する光受信装置と、
   を備えることを特徴とする多値通信システム。

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