JP2006345156A - Optical communication system and optical communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光量に応じた多値の光信号に基づいて通信を行う光通信システムおよび光通信方法に関する。 The present invention relates to an optical communication system and an optical communication method for performing communication based on a multi-value optical signal corresponding to a light amount.
近年、デジタル放送やストリーミング映像配信などの普及により、家庭内においても高速通信技術が必要とされており、そのため光通信に関する技術開発が広く行われている。
たとえば、下記特許文献1には、送信側でデータ信号に付加された参照信号の振幅に基づき、受信側でそのデータ信号を振幅変調することで、高密度伝送を可能とする光信号のデータ伝送技術について開示されている。
In recent years, with the widespread use of digital broadcasting and streaming video distribution, high-speed communication technology is required even in the home, and therefore, technical development related to optical communication is widely performed.
For example, in
ところで、光通信を行う場合には、伝送系に伴う以下の要因から受信側における受信データの精度劣化が生じやすいが、上記特許文献1では、この精度劣化を改善させる技術は開示されていない。
By the way, when optical communication is performed, the accuracy of received data on the receiving side is likely to deteriorate due to the following factors associated with the transmission system. However,
(1)光ファイバにおける信号ロス
特に長距離通信の場合には、光ファイバによる伝送信号のロスが大きい。特にバースト信号の場合は、受信信号のレベルを一定値に制御することが困難である。
(2)光ファイバの物理的変化等
光信号の受信レベルは、温度変動のような比較的緩やかな環境変化によって変化し、また、光ファイバの曲げや引っ張りなどの物理的特性の変動によっても短期間で変化する。
(1) Signal loss in an optical fiber Especially in the case of long-distance communication, the loss of a transmission signal by an optical fiber is large. Particularly in the case of a burst signal, it is difficult to control the level of the received signal to a constant value.
(2) Physical change of optical fiber, etc. The optical signal reception level changes due to relatively gradual environmental changes such as temperature fluctuations, and also due to changes in physical characteristics such as bending and pulling of optical fibers. Vary between.
本発明は、上述した観点によってなされたものであって、その目的は、受信側において受信した光信号の精度劣化を改善可能な光通信システムおよび光通信方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described viewpoints, and an object thereof is to provide an optical communication system and an optical communication method capable of improving accuracy deterioration of an optical signal received on a receiving side.
上記課題を克服するために、本発明の第1の観点は、送信装置と受信装置間で、光量に応じた多値の光信号に基づいて通信を行う光通信システムであって、前記送信装置は、データ信号のほか、前記多値のうち少なくとも最大値、最小値を含む所定の3値を有する参照信号を所定期間ごとに送信し、前記受信装置は、前記参照信号に基づいて、受信した前記データ信号のサンプリングのための同期をとるとともに、前記所定の3値に対応する受信光信号レベルによって、受信した前記データ信号を補正する光通信システムである。 In order to overcome the above problems, a first aspect of the present invention is an optical communication system that performs communication based on a multilevel optical signal corresponding to a light amount between a transmission device and a reception device, wherein the transmission device Transmits a reference signal having predetermined three values including at least a maximum value and a minimum value among the multiple values in addition to the data signal for each predetermined period, and the receiving device receives the reference signal based on the reference signal The optical communication system is configured to synchronize for sampling the data signal and correct the received data signal according to a received optical signal level corresponding to the predetermined three values.
上記課題を克服するために、本発明の第2の観点は、送信装置と受信装置間で、光量に応じた多値の光信号に基づいて通信を行う光通信方法であって、前記送信装置が、データ信号のほか、前記多値のうち少なくとも最大値、最小値を含む所定の3値を有する参照信号を所定期間ごとに送信する第1工程と、前記受信装置が、前記参照信号に基づいて、受信した前記データ信号のサンプリングのための同期をとる第2工程と、前記受信装置が、前記所定の3値に対応する受信光信号レベルによって、受信した前記データ信号を補正する第3工程と、を有する光通信方法である。 In order to overcome the above-described problems, a second aspect of the present invention is an optical communication method for performing communication between a transmission device and a reception device based on a multilevel optical signal corresponding to a light amount, wherein the transmission device In addition to the data signal, a first step of transmitting a reference signal having a predetermined three values including at least a maximum value and a minimum value among the multiple values for each predetermined period; and the receiving device based on the reference signal And a second step of synchronizing the received data signal for sampling, and a third step of correcting the received data signal by the receiving device based on a received optical signal level corresponding to the predetermined three values. And an optical communication method.
上記課題を克服するために、本発明の第3の観点は、送信装置と受信装置間で、光量に応じた多値の光信号に基づいて通信を行う光通信システムであって、前記送信装置は、第1基準クロックに基づいてデータ信号を生成して送信するとともに、前記第1基準クロックよりもデータレートが高速で、かつ、前記第1基準クロックによるサンプル値が同一の第1サンプル値となる複数パルスを含む参照信号を第1期間ごとに送信し、前記受信装置は、前記複数パルスのうち少なくとも1つのパルスに基づいて、当該複数パルスのサンプル値が前記第1サンプル値となる基準クロックであって、前記第1基準クロックと同一周波数の第2基準クロックを生成し、その第2基準クロックを受信した前記データ信号のサンプリングのための基準信号とする光通信システムである。 In order to overcome the above-described problems, a third aspect of the present invention is an optical communication system that performs communication based on a multilevel optical signal corresponding to a light amount between a transmission device and a reception device, wherein the transmission device Generates and transmits a data signal based on the first reference clock, and has a data rate higher than that of the first reference clock and the same sample value by the first reference clock. The reference signal including a plurality of pulses is transmitted every first period, and the receiving device is configured to generate a reference clock whose sample value of the plurality of pulses becomes the first sample value based on at least one of the plurality of pulses. A second reference clock having the same frequency as that of the first reference clock, and a reference signal for sampling the data signal that has received the second reference clock; That is an optical communication system.
上記課題を克服するために、本発明の第4の観点は、送信装置と受信装置間で、光量に応じた多値の光信号に基づいて通信を行う光通信方法であって、前記送信装置が、第1基準クロックに基づいてデータ信号を生成して送信する第1工程と、前記送信装置が、前記第1基準クロックよりもデータレートが高速で、かつ、前記第1基準クロックによるサンプル値が同一の第1サンプル値となる複数パルスを含む参照信号を所定期間ごとに送信する第2工程と、前記受信装置が、前記複数パルスのうち少なくとも1つのパルスに基づいて、当該複数パルスのサンプル値が前記第1サンプル値となる基準クロックであって、前記第1基準クロックと同一周波数の第2基準クロックを生成する第3工程と、前記受信装置が、前記データ信号を受信する第4工程と、前記受信装置が、前記第2基準クロックによって受信した前記データ信号をサンプルする第5工程と、を有する光通信方法である。 In order to overcome the above-described problem, a fourth aspect of the present invention is an optical communication method for performing communication between a transmission device and a reception device based on a multilevel optical signal corresponding to a light amount, and the transmission device A first step of generating and transmitting a data signal based on a first reference clock, and the transmission device has a data rate higher than that of the first reference clock and a sample value based on the first reference clock. A second step of transmitting a reference signal including a plurality of pulses having the same first sample value for each predetermined period, and the receiver is configured to sample the plurality of pulses based on at least one pulse of the plurality of pulses. A third step of generating a second reference clock having the same frequency as the first reference clock, the reference clock having a value equal to the first sample value; and the receiving device receives the data signal A fourth step, the receiving apparatus, a fifth step of sampling the said data signal received by said second reference clock, is optical communication method having.
本発明によれば、受信側で受信した光信号の精度劣化を改善させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve accuracy degradation of an optical signal received on the receiving side.
以下、本発明の光通信システムの一実施形態を添付図面に関連付けて説明する。
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態に係る光通信システム1の構成を示す図である。
Hereinafter, an embodiment of an optical communication system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an
実施形態に係る光通信システム1は、送信すべきデータを生成するデータ処理装置4、データを送信する送信装置2、データを受信する受信装置3を含む。
データ処理装置4は、たとえばコンピュータ装置、画像生成装置など、所望のデジタルデータを生成する装置である。図1では、データ処理装置4は、かかるデジタルデータとしてシリアルデータDATAを生成し、送信装置2に送信する。本実施形態の光通信システム1では、シリアルデータDATAが、たとえばMAC(Media Access Control)フレーム形式で送信装置2に送信されるものとする。
また、データ処理装置4は、動作の基準となるクロック信号CLKを送信装置2に対して送信する。
The
The data processing device 4 is a device that generates desired digital data, such as a computer device or an image generation device. In FIG. 1, the data processing device 4 generates serial data DATA as such digital data and transmits it to the
In addition, the data processing device 4 transmits a clock signal CLK serving as an operation reference to the
送信装置2では、データ処理装置4から送信されたMACフレームのデータをLSBから順に8ビット単位で処理する。そして、その8ビット単位のデータを光電変換し、光信号を光ファイバ線90に送出する。この光信号は、光量(光強度)に応じた多値の信号である。
また、送信装置2は、データ処理装置4から取得したクロック信号CLKから自らの動作クロック信号CLK1を生成するとともに、このクロック信号CLK1に基づいて、MACフレームの処理、送信すべき各種信号の生成を行う。
なお、以下の説明では、データ処理装置4から取得した、送信すべきデータを光信号に変換したものをデータ信号と称する。送信装置2は、このデータ信号のほか、後述するように、自らのLD(レーザダイオード)パワー制御および受信側でのクロック再生のため、光信号としての参照信号を生成し、この参照信号をデータ信号に付加して受信装置3に送信する。
In the
In addition, the
In the following description, data obtained from the data processing device 4 and converted from data to be transmitted into an optical signal is referred to as a data signal. In addition to this data signal, the
参照信号の間隔は、適宜設定することができるが、送信装置2〜受信装置3間のクロックずれの許容レベルや光ファイバ線90による損失の変動速度、温度変化に伴うLDパワーの変動速度に応じて、システム上必要な上限値が定まる。
The interval of the reference signal can be set as appropriate, but it depends on the allowable level of clock deviation between the
受信装置3は、送信装置2から送出された光信号を受信するフォトダイオードを備える。
受信装置3では、送信装置2から受信した参照信号に含まれるパルスに基づいて、クロック信号CLK2を再生し、再生したクロック信号CLK2に基づいて受信したデータ信号のサンプリングを行う。
The
In the
次に、送信装置2の具体的な構成について説明する。
図2は、送信装置2の回路構成の一例を示す図である。
Next, a specific configuration of the
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the
図2に示すように、送信装置2は、シリアル・パラレル変換部21、LDパワー制御部22、電流制御部23、分解能設定部24、デジタル・アナログ変換器25、発光素子としてのレーザダイオードL1、モニタ用受光素子としてのフォトダイオードP2を有する。
As shown in FIG. 2, the
シリアル・パラレル変換部21は、データ処理装置4から受信したMACフレームを8ビット単位で処理するために、クロック信号CLK1に同期させてシリアルデータDATAを8ビット(データD0〜D7)のパラレル信号に変換する。さらに、8ビットデータD0〜D7のレベルに応じた信号が電流制御部23に与えられる。
図2において、たとえばデータD7が「1」の場合には、信号S211が「Lレベル(ローレベル)」となり、信号S212が「Hレベル」となる。また、たとえばデータD7が「0」の場合には、信号S211が「Hレベル」となり、信号S212が「Lレベル」となる。他のデータD0〜D6についても同様である。
In order to process the MAC frame received from the data processing device 4 in units of 8 bits, the serial /
In FIG. 2, for example, when the data D7 is “1”, the signal S211 becomes “L level (low level)”, and the signal S212 becomes “H level”. For example, when the data D7 is “0”, the signal S211 becomes “H level” and the signal S212 becomes “L level”. The same applies to the other data D0 to D6.
電流制御部23は、シリアル・パラレル変換部21の8ビット出力(データD0〜D7)に対応する電流がレーザダイオードL1に流れるように制御する制御回路230〜237と、レーザダイオードL1のバイアス電流を生成する電流制御回路238とによって構成される。
図2に示すように、それぞれデータD0〜D7に対応する電流制御回路230〜237は、同一の構成であるため、以下、電流制御回路237のみについてその構成を説明する。
The current control unit 23 controls the bias current of the laser diode L1 and the
As shown in FIG. 2, since the
電流制御回路237は、図2に示すように、プルアップ抵抗R1、エミッタコモンのトランジスタQ1およびQ2、定電流源としてのトランジスタQ3、オペアンプOP1、抵抗R2を有する。
データD7が「1」のときには、信号S211がLレベルとなり、信号S212がHレベルとなるため、トランジスタQ1がオフし、トランジスタQ2がオンする。したがって、定電流源であるトランジスタQ3のエミッタ電流にほぼ等しい電流を、レーザダイオードL1側からトランジスタQ2を介して引っ張ることになる。
データD7が「0」のときには、信号S211がHレベルとなり、信号S212がLレベルとなるため、トランジスタQ1がオンし、トランジスタQ2がオフする。したがって、レーザダイオードL1側から電流は引っ張らない。
As shown in FIG. 2, the
When the data D7 is “1”, the signal S211 is at L level and the signal S212 is at H level, so that the transistor Q1 is turned off and the transistor Q2 is turned on. Therefore, a current substantially equal to the emitter current of the transistor Q3, which is a constant current source, is pulled from the laser diode L1 side via the transistor Q2.
When the data D7 is “0”, the signal S211 is at the H level and the signal S212 is at the L level, so that the transistor Q1 is turned on and the transistor Q2 is turned off. Therefore, no current is pulled from the laser diode L1 side.
データD7が「1」のときに定電流源であるトランジスタQ3のエミッタを流れる電流は、オペアンプOP1の入力端子の一方に設定される信号S7によって設定される。すなわち、オペアンプOP1の出力端子は、トランジスタQ3のベースを介して入力側にフィードバックされているので、釣り合い状態では、オペアンプOP1の入力端子の他方の電圧レベルは、信号S7と同等となり、エミッタ電流I7は(S7の電圧レベル)/R2となる。 When the data D7 is “1”, the current flowing through the emitter of the transistor Q3, which is a constant current source, is set by a signal S7 set to one of the input terminals of the operational amplifier OP1. That is, since the output terminal of the operational amplifier OP1 is fed back to the input side via the base of the transistor Q3, in the balanced state, the other voltage level of the input terminal of the operational amplifier OP1 is equivalent to the signal S7, and the emitter current I7. Is (voltage level of S7) / R2.
分解能設定部24では、デジタル・アナログ変換器241と複数の演算増幅器242を含み、LDパワー制御部22によって生成される調整用信号Smodをアナログ信号S7に変換するとともに、そのアナログ信号S7の電圧レベルを順に1/2倍にしていく。これによって、信号S6,S5,…,S0が順に生成される。
つまり、S6=(1/2)×S7、S5=(1/2)×S6、S4=(1/2)×S5、S3=(1/2)×S4、S2=(1/2)×S3、S1=(1/2)×S2、S0=(1/2)×S1、となる。
The
That is, S6 = (1/2) * S7, S5 = (1/2) * S6, S4 = (1/2) * S5, S3 = (1/2) * S4, S2 = (1/2) * S3, S1 = (1/2) × S2, and S0 = (1/2) × S1.
前述したように、電流制御部23の各電流制御回路230〜237では、対応するデータD0〜D7が「1」のときに、信号S0〜S7の電圧レベルに応じた定電流I0〜I7が生成される。そして、上述した信号S7,S6,…,S0の設定によって、定電流I7,I6,…,I0は、順に電流値が1/2倍されたものとなる。
つまり、I6=(1/2)×I7、I5=(1/2)×I6、I4=(1/2)×I5、I3=(1/2)×I4、I2=(1/2)×I3、I1=(1/2)×I2、I0=(1/2)×I1、となる。
As described above, the
That is, I6 = (1/2) × I7, I5 = (1/2) × I6, I4 = (1/2) × I5, I3 = (1/2) × I4, I2 = (1/2) × I3, I1 = (1/2) × I2, and I0 = (1/2) × I1.
デジタル・アナログ変換器25は、LDパワー制御部22によって生成される一定のバイアス信号Sbiasをアナログ信号S8に変換する。
アナログ信号S8に応じて、電流制御部23の電流制御回路238は、定電流I8が生成される。この定電流I8は、シリアル・パラレル変換部21に入力されるシリアルデータDATAに依存せずに一定光量の光信号を確保するための電流である。
The digital /
In response to the analog signal S8, the
レーザダイオードL1には、電流制御部23の各電流制御回路を流れる定電流を積算した電流が流れる。すなわち、レーザダイオードL1に流れる電流IL1は、I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7+I8である。これによって、8ビットのパラレルデータD0〜D7に応じた多値の電流が発光素子としてのレーザダイオードL1を流れ、多値の光信号が送出される。
このように、送信装置2では、パラレルデータD0〜D7のビットごとに、各電流制御回路によってビットの重みが与えられ、振幅多重化された多値の光信号が光ファイバ線90に送出される。
A current obtained by integrating constant currents flowing through each current control circuit of the current control unit 23 flows through the laser diode L1. That is, the current I L1 flowing to the laser diode L1 is I0 + I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 + I7 + I8. As a result, a multi-value current corresponding to the 8-bit parallel data D0 to D7 flows through the laser diode L1 as a light emitting element, and a multi-value optical signal is transmitted.
As described above, in the
フォトダイオードP2およびLDパワー制御部22は、LDパワー制御のためのフィードバックループを構成する。すなわち、レーザダイオードL1によって生成された光信号は、フォトダイオードP2によって受光され、光電変換されてLDパワー制御部22にフィードバックされ、その値に応じて調整用信号Smodが変更される。
LDパワー制御は、たとえば温度変化などの環境変化によって生ずるレーザダイオードの出力特性の変化を補償するために定期的に行う、送信装置2のキャリブレーション処理である。通常、LDパワー制御は、1秒〜10秒ごとの長い期間おきに行われる。
LDパワー制御が完了した後に、送出すべきデータ(8ビット単位のMACフレームのデータ)がシリアル・パラレル変換部21に与えられるが、そのときには、LDパワー制御部22の調整用信号Smodの信号レベルは固定され、フィードバックループが機能しない状態となる。
The photodiode P2 and the LD
The LD power control is a calibration process of the
After the LD power control is completed, data to be transmitted (MAC frame data in units of 8 bits) is given to the serial /
次に、送信装置2が送出する参照信号について説明する。
参照信号は、たとえばMACフレームの8ビット単位など所定のデータ単位のデータ信号に対して挿入されるが、その目的としてLDパワー制御と受信側でのクロック信号再生がある。
LDパワー制御は、前述したように、環境変化に対応するため1秒〜10秒ごとの長い期間おきに行えばよいが、受信側でのクロック信号再生は、光ファイバ線90にかかる曲げや引っ張りなどの物理的要因によって影響を受けるため、たとえばギガビット・イーサネット(登録商標)などの規格に対応した1ギガビット/秒の光信号では、100サンプルごとに1回(100ナノ秒に1回)等の非常に短い間隔で行う必要がある。
Next, a reference signal transmitted by the
The reference signal is inserted into a data signal of a predetermined data unit such as an 8-bit unit of the MAC frame, and the purpose thereof is LD power control and clock signal reproduction on the receiving side.
As described above, the LD power control may be performed every long period of 1 second to 10 seconds in order to cope with environmental changes. However, the clock signal regeneration on the receiving side is performed by bending or pulling the
図3は、参照信号の一例を示す光信号波形図であって、(a)はLDパワー制御を行う場合、(b)はLDパワー制御を行わない場合、をそれぞれ示す。
図3に示すように、LDパワー制御を行う場合(図3(a))、特に電源投入時やリセット時にはレーザダイオードL1の出力が安定するまでに時間がかかり、その出力が安定した後にLDパワー制御を行うため、参照信号として長い期間を必要とする。一方、LDパワー制御を行わない場合には(図3(b))、参照信号は、受信装置3側でクロック信号を再生させるためのパルス(クロック再生のためには少なくとも1つあればよい)を含んでいれば足り、参照信号として長い期間を必要としない。
このように、参照信号は、送信タイミングに応じて信号期間が異なる信号となっている。
FIG. 3 is an optical signal waveform diagram showing an example of a reference signal, where (a) shows a case where LD power control is performed, and (b) shows a case where LD power control is not performed.
As shown in FIG. 3, when LD power control is performed (FIG. 3 (a)), it takes time until the output of the laser diode L1 is stabilized particularly when the power is turned on or reset. In order to perform control, a long period is required as a reference signal. On the other hand, when the LD power control is not performed (FIG. 3B), the reference signal is a pulse for reproducing the clock signal on the receiving
Thus, the reference signal is a signal having a different signal period depending on the transmission timing.
本実施形態に係る光通信システム1において、参照信号のさらなる目的は、受信側での光信号のキャリブレーションのためのベース信号を伝達することである。光信号は、光ファイバ線90の物理的要因(曲げ、引っ張り)に応じて影響を受ける伝送特性(非線形特性)の変化によって、送信した光信号の光量が同一であっても、受信側における光信号の受信レベルが大きく変化する場合がある。この変化を補償するために、受信側で受信レベルの調整を行う処理がキャリブレーションである。
In the
本実施形態に係る光通信システム1では、参照信号は、伝送特性の非線形特性を補正するために、データ信号としての光信号の最大値および最小値を含む3値のパルスを有している。この3値に対応するデジタル値の選択は、通信プロトコル上、送信装置2〜受信装置3間で予め行っておく必要がある。
図4は、所定の3つのデジタル値に対応した3つのパルスを含む参照信号の波形例を示す図である。図4に示すように、3つのデジタル値に対応した振幅レベルa,b,cの3つのパルスを含む参照信号が受信装置3に伝達されて、データ信号の補正(キャリブレーション)のために利用される。
In the
FIG. 4 is a diagram illustrating a waveform example of a reference signal including three pulses corresponding to predetermined three digital values. As shown in FIG. 4, a reference signal including three pulses of amplitude levels a, b, and c corresponding to three digital values is transmitted to the receiving
次に、受信装置3の具体的な構成について説明する。
図5は、受信装置3の回路構成の一例を示す図である。
Next, a specific configuration of the receiving
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the receiving
図5に示すように、受信装置3は、受光素子としてのフォトダイオードP1、抵抗R3、バッファアンプ31、クロック再生部32、アナログ・デジタル変換器(ADC)33、データ調整部34を有する。
As illustrated in FIG. 5, the
バッファアンプ31は、フォトダイオードP1および抵抗R3によって光電変換された信号を取り込み、アナログ信号S31を生成する。
クロック再生部32は、送信装置2から受信した参照信号に基づいて、送信装置2の動作クロック信号CLK1と同一のクロック信号CLK2を生成する。クロック再生部32では、クロック信号CLK1と同一周波数のクロック信号を生成するクロック発信器を備えており、参照信号に含まれる複数のパルスのうち少なくとも1つのパルスの立ち上がりエッジまたは立下りエッジに基づいて、クロック発信器が生成するクロック信号の位相を調整することで、クロック信号CLK1と同一のクロック信号CLK2を生成する。
The
Based on the reference signal received from the
アナログ・デジタル変換器33は、クロック再生部32よりクロック信号CLK2が与えられ、このクロック信号CLK2に基づいて、バッファアンプ31の出力アナログ信号S31をデジタル信号S33に変換する。
The analog /
データ調整部34は、8ビット単位で振幅多重化された光信号(データ信号)に対応したデジタル信号S33をデコードして、元の8ビットデータD0〜D7に変換するとともに、変換したデジタルデータに対してキャリブレーションを行う。
キャリブレーションでは、参照信号に含まれる、キャリブレーションのためのベース信号(たとえば図4に示すような、振幅レベルa,b,cの3つのパルス)の受信レベル(アナログ・デジタル変換器33の出力デジタル値)と、予め通信プロトコルによって決められた3値のデジタル値とに基づいて、非線形の伝送特性を補正するための換算式が決定される。そして、データ調整部34は、この換算式によって、その後に受信するデータ信号のデジタル値を補正する。
3点に基づく換算式の決定方法は、多項式による補間法(たとえばスプライン補間法)など様々な方法を適用することができる。
The
In the calibration, the reception level (output of the analog / digital converter 33) of the base signal for calibration (for example, three pulses of amplitude levels a, b, and c as shown in FIG. 4) included in the reference signal. A conversion formula for correcting the non-linear transmission characteristic is determined based on the digital value) and the ternary digital value determined in advance by the communication protocol. Then, the
Various methods such as an interpolation method using a polynomial (for example, a spline interpolation method) can be applied to the conversion formula determination method based on the three points.
次に、図6に関連付けて、参照信号に基づく光通信システム1の動作を説明する。
図6は、光通信システム1の動作を説明するためのタイミングチャートであって、(a)は送受信された光信号波形、(b)は光通信システム1の動作フェーズ、(c)は送信装置2の動作フェーズ、(d)は受信装置3の動作フェーズ、をそれぞれ示す。なお、図6(a)においては、送信した光信号と受信した光信号とに、通信遅れ等に伴う信号変化がないものと仮定している。
Next, the operation of the
6A and 6B are timing charts for explaining the operation of the
先ず、システムが時刻t0に起動した直後は、図6(a)に示すように、送信装置2のレーザダイオードL1の出力特性が不安定であり、その期間の送信信号に基づいて受信装置3がキャリブレーションを行わないように、待ち時間がプロトコル上設定される(図6(d))。
また、起動と同時に、送信装置2ではLDパワー制御が開始される。これによって、送信すべきデジタル信号に対して一定光量の光信号が送出されるように、レーザダイオードL1に流れる電流値が調整される。
参照信号は、時刻t1〜t3で送出されるが、送信装置2でLDパワー制御を行っている間でも、受信装置3は、クロック信号CLK2の同期再生を行うことができる。すなわち、受信装置3は、参照信号に含まれるパルスの立ち上がりエッジまたは立下りエッジを認識した時点でクロック再生を行う。
First, immediately after the system is started at time t0, as shown in FIG. 6A, the output characteristics of the laser diode L1 of the
Simultaneously with the start-up, the
The reference signal is transmitted at times t1 to t3, but the receiving
そして、図6(d)が示すように、待ち時間が経過すると、受信装置3ではキャリブレーションが行われる。図6(a)では図示していないが、参照信号は、図4に示したような、予めプロトコル上決められたデジタル値に対応して振幅レベルが異なる3つのパルスを有しており、受信装置3では、この3つのパルスに基づいて、データ信号の補正のための換算式を決定する。そして、時刻t3以降に送信されるデータ信号に対し、その換算式によって補正を行う。これによって、光ファイバ線90における非線形の伝送特性が補償される。
Then, as shown in FIG. 6D, when the waiting time elapses, the receiving
図6に示した参照信号は、たとえばギガビット・イーサネットなどの規格に対応した1ギガビット/秒の光信号では、100サンプルごとに1回(100ナノ秒に1回)等の非常に短い間隔で挿入され、受信装置3では、その都度、データ信号の補正が行われる。
The reference signal shown in FIG. 6 is inserted at a very short interval such as once every 100 samples (once every 100 nanoseconds) in the case of an optical signal of 1 gigabit / second corresponding to a standard such as Gigabit Ethernet. In the receiving
以上説明したように、本実施形態に係る光通信システム1では、送信装置2において、少なくともデータ信号の最大値および最小値を含む、異なる振幅の3つのパルスを有する参照信号を、データ信号に所定期間(または所定データ量)ごとに挿入し、受信装置3において、受信したその3つのパルスに基づいて、受信データ信号を補正することで、光ファイバ線90の伝送特性(非線形特性)を補償する。
したがって、曲げや引っ張りなど短期間で変動する光ファイバ線90の物理変化などに対して、極めて短期間で追従してデータ信号を補正することができ、その結果、データ信号の精度を高く維持することができる。
As described above, in the
Accordingly, it is possible to correct the data signal by following the physical change of the
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
本実施形態に係る光通信システムは、第1の実施形態に係る光通信システム1と比較して、参照信号およびその参照信号を受信する受信装置に特徴がある。なお、本実施形態における光通信システムの構成は、第1の実施形態で説明した図1,2,5をそのまま適用することができる。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The optical communication system according to the present embodiment is characterized by a reference signal and a receiving device that receives the reference signal, as compared with the
図7は、本実施形態に係る参照信号の波形を示す図である。図の矢印は、受信装置3側でのサンプリングのタイミングを示している。図7(a)および(b)は同じ参照信号波形であるが、サンプリングのタイミングが異なっている。
図7(a)に示すように、本実施形態における参照信号は、データ信号と比較してデータレートが高速のパルスとなっている。たとえば、図7(a)に示す例では、参照信号のデータレートは、データ信号の2倍となっている。さらに、図7(a)に示すように、この参照信号に対する受信装置3側でのサンプリング結果がすべて一定値(本発明の第1サンプル値)となるような複数パルスが設定される。図7(a)では、その一定値がデータ信号の最大値となっているが、これに限られず、一定であればいずれの値でもよい。
FIG. 7 is a diagram illustrating a waveform of a reference signal according to the present embodiment. The arrows in the figure indicate the sampling timing on the receiving
As shown in FIG. 7A, the reference signal in the present embodiment is a pulse with a higher data rate than the data signal. For example, in the example shown in FIG. 7A, the data rate of the reference signal is twice that of the data signal. Further, as shown in FIG. 7A, a plurality of pulses are set such that the sampling results on the receiving
受信装置3は、かかる参照信号を受信して、図の矢印で示した周期のクロック信号CLK2を生成し、これによってアナログ・デジタル変換のためのサンプリングを行う。すなわち、クロック信号CLK2は、受信したパルス(参照信号)の立ち上がりエッジおよび立下りエッジの中間に立ち上がる(または立ち下がる)パルスとなる。
本実施形態において、受信装置3のクロック再生部32(図5参照)は、受信したパルスの立ち上がりエッジおよび立下りエッジのタイミングを捉え、これらのタイミングの間に立ち上がる(または立ち下がる)ように、内部のクロック発信器が生成するクロック信号の位相を調整することで、データ信号のサンプリングのためのクロック信号CLK2を再生する。
このようにして受信装置3側でクロック信号CLK2が完全に再生できた場合には、クロック信号CLK2(本発明の第2基準クロック)は、図7の矢印で示すタイミングで立ち上がり(または立ち下がり)、かつ、送信側のクロック信号CLK1(本発明の第1基準クロック)と同一周期のクロックとなる。
The receiving
In the present embodiment, the clock recovery unit 32 (see FIG. 5) of the
When the clock signal CLK2 can be completely reproduced on the receiving
図7(b)は、受信装置3側のクロック発信器の特性変化や経時変化、伝送系の特性変化により、受信装置3側でのサンプリングのタイミングがずれた状態を示している。サンプリングがずれた状態では、サンプリング結果が図7(a)の場合と異なり、最大値から最小値へと変化する。これによって、受信装置3は、サンプリングがずれたことを認識する。なお、ずれた後のサンプリング結果は、図7(b)に示したようなデータ信号の最小値に限られず、ずれる前のサンプリング結果と異なる値になればよい。
FIG. 7B shows a state in which the sampling timing on the receiving
本実施形態における参照信号は、データ信号と比較してデータレートが高速のパルスとしているのは、サンプリングがずれた状態でも、データ信号に対して誤サンプリングが発生するよりも早く、サンプリングずれを認識するためである。したがって、サンプリング定理に従う限り、参照信号のデータレートが高速であればあるほど少しのサンプリングずれを認識することができることになる。この場合、必要に応じて受信装置3側でのサンプリング周波数を上げなければならないことは言うまでもない。
The reference signal in this embodiment is a pulse with a higher data rate compared to the data signal. Even if the sampling is shifted, the sampling shift is recognized earlier than the erroneous sampling occurs for the data signal. It is to do. Therefore, as long as the sampling theorem is followed, the higher the data rate of the reference signal, the smaller the sampling deviation can be recognized. In this case, it goes without saying that the sampling frequency on the receiving
サンプリングのずれを認識した場合には、受信装置3は、参照信号の再送信を要求するようにするか、または、参照信号の挿入間隔(送信間隔)を短くするように設定する。これによって、システム上サンプリングのずれを最小限に抑制することができる。
また、参照信号に対して所定回数サンプリングのずれを認識しない場合には、システム上参照信号の送信間隔を長くするように設定してもよい。これによって、受信装置3側で不要な参照信号を処理する手間が省ける。
When the sampling deviation is recognized, the receiving
Further, in the case where a sampling deviation is not recognized a predetermined number of times with respect to the reference signal, the reference signal transmission interval may be set longer in the system. This saves the trouble of processing unnecessary reference signals on the receiving
以上説明したように、本実施形態に係る光通信システムによれば、受信装置3は、参照信号のサンプリングよって、データ信号に対する誤サンプリングが発生する前に自己のサンプリングのずれを認識することができ、必要な処置を講ずることができる。したがって、伝送系等に起因するサンプリングのずれ(クロックのずれ)に関わらず、データ信号の精度を高く維持することができる。
As described above, according to the optical communication system according to the present embodiment, the receiving
なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に拘泥せず、当業者であれば、本発明の要旨を変更しない範囲内で様々な改変が可能である。たとえば、実施形態に係る光通信方法は、光空間伝送にも適用することができる。
また、上記第1および第2の実施形態で述べた、参照信号およびその処理は、組み合わせて実現することができる。たとえば、第2の実施形態における高速なデータレートの参照信号に、キャリブレーション用のレベルの異なる3パルスを含めることができる。
The embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make various modifications without departing from the scope of the present invention. For example, the optical communication method according to the embodiment can be applied to optical space transmission.
Further, the reference signal and its processing described in the first and second embodiments can be realized in combination. For example, the reference signal having a high data rate in the second embodiment can include three pulses with different levels for calibration.
1…光通信システム、2…送信装置、21…シリアル・パラレル変換部、22…LDパワー制御部、23…電流制御部、24…分解能設定部、25…デジタル・アナログ変換器(DAC)、3…受信装置、31…バッファアンプ、32…クロック再生部、33…アナログ・デジタル変換器(ADC)、34…データ調整部、L1…レーザダイオード、P1,P2…フォトダイオード、4…データ処理装置、90…光ファイバ線。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記送信装置は、データ信号のほか、前記多値のうち少なくとも最大値、最小値を含む所定の3値を有する参照信号を所定期間ごとに送信し、
前記受信装置は、前記参照信号に基づいて、受信した前記データ信号のサンプリングのための同期をとるとともに、前記所定の3値に対応する受信光信号レベルによって、受信した前記データ信号を補正する
光通信システム。 An optical communication system that performs communication between a transmission device and a reception device based on a multi-value optical signal according to the amount of light,
The transmitter transmits a reference signal having a predetermined three values including at least a maximum value and a minimum value among the multi-values in addition to the data signal every predetermined period,
The receiving device synchronizes for sampling the received data signal based on the reference signal, and corrects the received data signal according to a received optical signal level corresponding to the predetermined three values. Communications system.
前記送信装置が、データ信号のほか、前記多値のうち少なくとも最大値、最小値を含む所定の3値を有する参照信号を所定期間ごとに送信する第1工程と、
前記受信装置が、前記参照信号に基づいて、受信した前記データ信号のサンプリングのための同期をとる第2工程と、
前記受信装置が、前記所定の3値に対応する受信光信号レベルによって、受信した前記データ信号を補正する第3工程と、
を有する光通信方法。 An optical communication method for performing communication between a transmission device and a reception device based on a multi-value optical signal corresponding to a light amount,
A first step in which the transmitting device transmits a reference signal having a predetermined three values including at least a maximum value and a minimum value among the multi-values in addition to the data signal, for each predetermined period;
A second step in which the receiving device synchronizes for sampling the received data signal based on the reference signal;
A third step in which the receiving device corrects the received data signal according to a received optical signal level corresponding to the predetermined three values;
An optical communication method comprising:
前記送信装置は、
第1基準クロックに基づいてデータ信号を生成して送信するとともに、前記第1基準クロックよりもデータレートが高速で、かつ、前記第1基準クロックによるサンプル値が同一の第1サンプル値となる複数パルスを含む参照信号を第1期間ごとに送信し、
前記受信装置は、
前記複数パルスのうち少なくとも1つのパルスに基づいて、当該複数パルスのサンプル値が前記第1サンプル値となる基準クロックであって、前記第1基準クロックと同一周波数の第2基準クロックを生成し、その第2基準クロックを受信した前記データ信号のサンプリングのための基準信号とする
光通信システム。 An optical communication system that performs communication between a transmission device and a reception device based on a multi-value optical signal according to the amount of light,
The transmitter is
A plurality of data signals are generated and transmitted based on the first reference clock, the data rate is higher than that of the first reference clock, and the sample values based on the first reference clock are the same first sample value. Transmitting a reference signal including a pulse every first period;
The receiving device is:
Based on at least one of the plurality of pulses, a reference clock in which a sample value of the plurality of pulses becomes the first sample value, and a second reference clock having the same frequency as the first reference clock is generated, An optical communication system that uses the second reference clock as a reference signal for sampling the received data signal.
請求項3記載の光通信システム。 When the receiving device receives a new reference signal after generating the second reference clock, the receiving device samples a plurality of pulses included in the reference signal based on the second reference clock, and does not all become the first sample value. The optical communication system according to claim 3, wherein the transmission interval of the reference signal is shorter than the first period on the condition.
請求項3記載の光通信システム。 When the receiving device receives a new reference signal after generating the second reference clock, the receiving device samples a plurality of pulses included in the reference signal based on the second reference clock, and does not all become the first sample value. The optical communication system according to claim 3, wherein re-transmission of the reference signal is requested on the condition.
請求項3記載の光通信システム。 When the receiving device receives a new reference signal after generating the second reference clock, the receiving device samples a plurality of pulses included in the reference signal based on the second reference clock, and all the values become the first sample value. The optical communication system according to claim 3, wherein a transmission interval of the reference signal is set longer than the first period on condition that the reference signal is continued a predetermined number of times.
前記送信装置が、第1基準クロックに基づいてデータ信号を生成して送信する第1工程と、
前記送信装置が、前記第1基準クロックよりもデータレートが高速で、かつ、前記第1基準クロックによるサンプル値が同一の第1サンプル値となる複数パルスを含む参照信号を所定期間ごとに送信する第2工程と、
前記受信装置が、前記複数パルスのうち少なくとも1つのパルスに基づいて、当該複数パルスのサンプル値が前記第1サンプル値となる基準クロックであって、前記第1基準クロックと同一周波数の第2基準クロックを生成する第3工程と、
前記受信装置が、前記データ信号を受信する第4工程と、
前記受信装置が、前記第2基準クロックによって受信した前記データ信号をサンプルする第5工程と、
を有する光通信方法。
An optical communication method for performing communication between a transmission device and a reception device based on a multi-value optical signal corresponding to a light amount,
A first step in which the transmitting device generates and transmits a data signal based on a first reference clock;
The transmitter transmits a reference signal including a plurality of pulses having a data rate higher than that of the first reference clock and having the same sample value based on the first reference clock as the first sample value every predetermined period. A second step;
The receiving device is a reference clock whose sample value of the plurality of pulses becomes the first sample value based on at least one pulse of the plurality of pulses, and a second reference having the same frequency as the first reference clock. A third step of generating a clock;
A fourth step in which the receiving device receives the data signal;
A fifth step in which the receiving device samples the data signal received by the second reference clock;
An optical communication method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005168102A JP2006345156A (en) | 2005-06-08 | 2005-06-08 | Optical communication system and optical communication method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006345155A (en) * | 2005-06-08 | 2006-12-21 | Sony Corp | Optical communication system and optical communication method |
JP2011519237A (en) * | 2008-04-29 | 2011-06-30 | エアバス オペラツィオンス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Optical free space data transmission |
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2005
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JP4670492B2 (en) * | 2005-06-08 | 2011-04-13 | ソニー株式会社 | Optical communication system and optical communication method |
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