(57)【要約】【課題】  群遅延特性の極の周波数が適正値からずれている場合にも、群遅延特性を適正に補正できる光信号受信装置を得ることを目的とする。【解決手段】  プリアンプ２から出力される信号を伝搬する伝送線路上に一次側コイル７ａ、７ｂを配置し、これと対向する二次側コイル８ａ、８ｂを短絡または開放することにより、伝送線路のインダクタンス成分を可変とする。伝送線路のインダクタンス成分を変更することにより群遅延特性の極の周波数をずらすことができるので、群遅延特性を適正に補正することができる。【選択図】  図２
2011087232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＦＤＭ信号が一括してＦＭ変調されている光信号を電気信号に変換するホトダイオードと、
前記ホトダイオードにより変換された電気信号を増幅するプリアンプと、
前記プリアンプにより増幅された電気信号を伝播する伝送線路と、
前記伝送線路を伝播した電気信号を復調するＦＭ復調回路とを備え、
前記伝送線路はインダクタンス値が可変であることを特徴とする光信号受信装置。
【請求項２】
前記伝送線路に設けられた一次側コイルと、
前記一次側コイルと対向する二次側コイルと、
前記二次側コイルを短絡または開放するスイッチとを備えたことを特徴とする請求項１記載の光信号受信装置。
【請求項３】
前記二次側コイルは複数のコイルが並列に配置されており、
前記複数のコイルを個別に短絡または開放するスイッチを備えたことを特徴とする請求項２記載の光信号受信装置。
【請求項４】
前記伝送線路に設けられた一次側コイルと、
前記一次側コイルと対向する二次側コイルと、
前記二次側コイルの電圧または電流を制御する電圧電流制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の光信号受信装置。
【請求項５】
前記電圧電流制御手段は、前記二次側コイルに接続した負荷抵抗の抵抗値を変更することを特徴とする請求項４記載の光信号受信装置。
【請求項６】
前記電圧電流制御手段は、前記二次側コイルに接続した電界効果トランジスタのゲート電圧を制御することを特徴とする請求項４記載の光信号受信装置。
【請求項７】
前記プリアンプは差動信号を出力し、
前記伝送線路は正相線路と逆相線路とを有し、
前記正相線路、前記逆相線路それぞれのインダクタンス値を個別に設定できることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の光信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数が多重化された広帯域ＦＭ変調を施されている光信号を受信する光信号受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のＦＤＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号を一括してＦＭ変調した信号を光変換して伝送・分配する広帯域ＦＭ一括変換型伝送方式は、ＡＭ−ＳＣＭ（Ｓｕｂ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式と比較して、低い受光レベルでも信号品質が確保でき、また、光伝送線上にて光コネクタの結合点等で発生する多重反射耐性も改善することができる。このため、広帯域ＦＭ一括変換型伝送方式は、既に広範に普及している光アクセス通信網への適用が容易であり、低コストで映像配信を実現する光伝送システムへの適用において優位性がある。
【０００３】
しかし、広帯域ＦＭ一括変換型伝送方式を用いた光伝送システムでは、送受信器の構成が複雑になるとともに、光信号送信装置から光信号受信装置までの伝送路で発生する郡遅延特性が、復調信号の品質を劣化させる歪成分となる。このため、光信号受信装置においては、光信号送信装置から光信号受信装置内のＦＭ復調回路までに発生する群遅延特性が、広帯域ＦＭ変調の帯域内において平坦となるように群遅延特性を補正する必要がある。
【０００４】
従来の光信号受信装置は、光信号を受信して電気信号に変換するホトダイオードと、該電気信号を増幅するプリアンプと、プリアンプから出力される差動信号を伝播する正相線路及び逆相線路からなる伝送線路と、両伝送線路間に並列に接続された並列抵抗と、ＦＭ復調回路とを備えている。光伝送システム上で発生する郡遅延特性を補正する方法としては、並列抵抗のインピーダンスを制御し、伝送線路上で故意にインピーダンスの不整合を発生させる手法が用いられている。
【０００５】
伝送線路の接続点での多重反射を用いることにより、群遅延特性に故意に周波数依存性を発生させ、広帯域ＦＭ変調の帯域内において平坦な群遅延特性を取得している。ＦＭ復調後の電気信号の歪み成分を検出し、この歪み成分に応じて並列抵抗のインピーダンスをフィードバック制御して群遅延特性を補正している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２９５２７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光信号受信装置では、並列抵抗のインピーダンス、即ちＦＭ復調回路の入力インピーダンスを変化させ、反射率を調整して、群遅延特性の傾きを変化させている。しかしながら、量産性を考慮すると、部品ばらつきや製造ばらつきから群遅延特性の極の周波数（遮断周波数）が適正値からずれる場合がある。このような場合には、並列抵抗の制御のみ、即ち群遅延特性の傾きを変化させるのみでは群遅延特性を適正に補正することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、群遅延特性の極の周波数が適正値からずれている場合にも群遅延特性を適正に補正できる光信号受信装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る光信号受信装置は、複数のＦＤＭ信号が一括してＦＭ変調されている光信号を電気信号に変換するホトダイオードと、ホトダイオードにより変換された電気信号を増幅するプリアンプと、プリアンプにより増幅された電気信号を伝播する伝送線路と、伝送線路を伝播した電気信号を復調するＦＭ復調回路とを備えたものであり、伝送線路のインダクタンス値を可変としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、伝送線路のインダクタンス値を可変とすることにより、群遅延特性の極の周波数が適正値からずれている場合にも群遅延特性を適正に補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。
【図３】一次側インダクタンスＬを変化させた場合の群遅延の周波数特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２における光信号受信装置を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態２における光信号受信装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る光信号受信装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の各図において、同一符号は、同一または相当の構成を示す。なお、本発明は以下に示す各実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。ホトダイオード１は、広帯域ＦＭ変調信号である光信号を受信して電気信号に変換して出力する。プリアンプ２は、ホトダイオード１が変換した電気信号を増幅する。プリアンプ２から出力される差動信号は、正相線路及び逆相線路からなる伝送線路上を伝播する。伝送線路には両線路のインピーダンスを可変とするために可変インダクタ３ａ、３ｂがそれぞれ設けられている。伝送線路のインダクタンス値を変化させることで、伝送線路のインピーダンス値を可変としている。並列抵抗５は、正相及び逆相の両伝送線路間に並列に接続される。ＦＭ復調回路６は、並列抵抗５と並列に接続され、広帯域ＦＭ変調信号を復調する。群遅延補正回路４は、可変インダクタ３ａ、３ｂ及び並列抵抗５を備えており、群遅延特性を補正するための回路である。
【００１４】
図２は本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。図２では、可変インダクタ３ａ、３ｂの構成例を具体的に示している。可変インダクタ３ａ、３ｂの構成として、正相線路に一次側コイル７ａを、逆相線路に一次側コイル７ｂを配置し、さらに、一次側コイル７ａ、７ｂに対向して二次側コイル８ａ、８ｂをそれぞれ配置する。二次側コイル８ａ、８ｂには、ぞれぞれスイッチが接続され、閉回路が形成されている。スイッチのＯＮ／ＯＦＦにより、二次側コイル８ａ、８ｂを個別に短絡／開放する。二次側コイル８ａ、８ｂを短絡、開放することにより、一次側のインダクタンス値を可変としている。
【００１５】
ここで、一次側の自己インダクタンスをＬ１、二次側の自己インダクタンスをＬ２、相互インダクタンスをＭとすると、一次側のインダクタンスＬ及び一次側のインピーダンスＺ１は以下の数式で表される。ｋは一次側コイル７ａと二次側コイル８ａの結合係数である。
【数１】
2011087232.tif 000003
【数２】
2011087232.tif 000004
【数３】
2011087232.tif 000005
【００１６】
二次側コイル８ａ、８ｂを短絡した場合は、ｋ２＞０となることから、数式１からわかるように、一次側インダクタンスＬを一次側の自己インダクタンスＬ１より減少させることができる。
【００１７】
一方、二次側コイル８ａ、８ｂを開放した場合は、二次側の開ループには電流は流れず、一次側コイル７ａ、７ｂに対する磁束も発生させない。よって、ｋ２＝０となることから、一次側インダクタンスＬは一次側の自己インダクタンスＬ１と等しくなり、一次側インピーダンスＺ１はｊωＬ１で表される。二次側コイル８ａ、８ｂを開放した場合は、一次側の自己インダクタンスＬ１がそのまま一次側インピーダンスＺ１を決定する。二次側コイル８ａ、８ｂを短絡した場合の方が、二次側コイル８ａ、８ｂを開放した場合よりも、一次側インダクタンスＬは小さくなり、一次側インピーダンスＺ１も小さくなる。伝送線路のインダクタンス値及びインピーダンス値は、一次側インダクタンスＬ及び一次側インダクタンスＺ１に依存するので、二次側コイル８ａ、８ｂを短絡または開放することにより、伝送線路のインダクタンス値及び伝送線路のインピーダンス値は可変となる。
【００１８】
図３は一次側インダクタンスＬを変化させた場合の群遅延の周波数特性を示す図である。図中、実線Ａ１、破線Ａ２、一点鎖線Ａ３はそれぞれ一次側インダクタンスＬを変化させた場合の群遅延特性を示している。一次側インダクタンスＬの大きさはＡ１＞Ａ２＞Ａ３の順であり、それぞれの一次側インダクタンスＬの差は１．０［ｎＨ］である。従って、実線Ａ１と一点鎖線Ａ３とでは、一次側インダクタンスＬに２．０［ｎＨ］の差がある。なお、実線Ａ１、破線Ａ２、一点鎖線Ａ３それぞれにおいて、正相線路の一次側インダクタンスＬと逆相線路の一次側インダクタンスＬとに差はない場合の例を示している。
【００１９】
図３において、広帯域ＦＭ一括変調信号で用いられる１〜５［ＧＨｚ］（中心周波数：３ＧＨｚ）の周波数範囲内での群遅延特性に着目すれば、実線Ａ１と一点鎖線Ａ３とでは極の周波数が異なることがわかる。即ち、一次側インダクタンスＬの可変範囲が２．０［ｎＨ］あれば、極の周波数を変更できるので、極の周波数が適正値からずれた群遅延特性を適正に補正することができる。
【００２０】
実際にＦＭ復調後の歪成分が最小となるようにするには、群遅延補正回路４に必要な一次側インダクタンスＬは、例えば４．０〜６．０［ｎＨ］程度である。製造ばらつきにより、例えば部品のリード線の組立て公差が±０．５ｍｍ程度あることを考慮すれば、製造ばらつきによる一次側インダクタンスＬの公差は１．０［ｎＨ］程度あると考えられる。このような製造ばらつきを考慮すれば、一次側の自己インダクタンスＬ１は、例えば７．０［ｎＨ］に設定しておけばよい。二次側コイル８ａ、８ｂを短絡または開放することにより、一次側インダクタンスＬを一次側の自己インダクタンスＬ１（７．０［ｎＨ］）以下とすることができるので、一次側インダクタンスＬとして所望の値（４．０〜６．０［ｎＨ］）が得られる。
【００２１】
本実施の形態１における可変インダクタ３ａ、３ｂの適用を考えた場合、一般的に超高周波回路に適用される可変インダクタに必要とされる広い可変範囲や高い調整精度が要求されるわけではないため、適合性は極めて高い。
【００２２】
図２に示した二次側コイル８ａ、８ｂの短絡、開放による一次側インダクタンスＬの変動では変動幅が小さいために、所望の一次側インダクタンスＬが得られない場合は、二次側にコイルを複数並列に配置することによって、大きな可変範囲を得ることができる。図４は本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。正相線路の二次側には二次側コイル１８ａ、１８ｂ、１８ｃが並列に配置されており、スイッチにより個別に短絡、開放することができる。同様に、逆相線路の二次側にも二次側コイル１８ｄ、１８ｅ、１８ｆが並列に配置されており、スイッチにより個別に短絡、開放することができる。なお、図４では、コイルを３つずつ並列に配置しているが、コイルの数はこれに限られたものではない。
【００２３】
並列に配置した二次側コイルのうち短絡するコイル数の増加に伴い、二次側の自己インダクタンスＬ２は減少する。数式３より、二次側の自己インダクタンスＬ２の減少に伴い、結合係数ｋは増加する。数式１より、結合係数ｋの増加に伴い、一次側インダクタンスＬは減少する。従って、並列に配置した二次側コイルのうち短絡するコイル数の増加に伴い、一次側インダクタンスＬは減少する。言い換えれば、二次側コイルのうち短絡するコイル数を増加させることにより、二次側コイルの開放時における一次側インダクタンスＬ＝Ｌ１に対する一次側インダクタンスＬの減少量（ｋ２Ｌ１）を大きくすることができる。
【００２４】
また、差動信号を伝播する正相線路、逆相線路それぞれのインダクタンス値を異なる値に設定することも可能である。短絡する二次側コイルの数を、正相線路側、逆相線路側で個別に設定できるので、正相線路、逆相線路の一次側インダクタンスＬをそれぞれ独立に制御できる。これにより、正相線路、逆相線路の一次側インピーダンスＺ１をそれぞれ独立に制御できるので、差動信号に不均衡が生じていた場合でも、群遅延特性を適正に補正することができる。
【００２５】
一方、一次側インダクタンスＬを微調整したい場合は、二次側にコイルを複数直列に配置することによって、一次側インダクタンスＬの変動範囲を小さくすることができる。図５は本発明の実施の形態１における光信号受信装置を示す構成図である。正相線路の二次側には二次側コイル２８ａ、２８ｂ、２８ｃが直列に接続されており、スイッチの制御により、閉回路におけるコイルの直列数を調節することができる。同様に、逆相線路の二次側には二次側コイル２８ｄ、２８ｅ、２８ｆが直列に接続されており、スイッチの制御により、閉回路におけるコイルの直列数を調節することができる。なお、図５では、コイルを３つずつ直列に配置しているが、コイルの数はこれに限られたものではない。
【００２６】
二次側の閉回路を形成する直列コイル数の増加に伴い、二次側の自己インダクタンスＬ２は増加する。数式３より、二次側の自己インダクタンスＬ２の増加に伴い、結合係数ｋは減少する。数式１より、結合係数ｋの減少に伴い、一次側インダクタンスＬは増加する。従って、二次側の閉回路を形成する直列コイル数の増加に伴い、一次側のインダクタンスＬは増加する。言い換えれば、二次側の閉回路を形成する直列コイル数を増加させることにより、二次側コイルの開放時における一次側インダクタンスＬ＝Ｌ１に対する一次側インダクタンスＬの減少量（ｋ２Ｌ１）は小さくなり、微調整ができる。
【００２７】
二次側コイルを短絡、開放するスイッチの実現手法としては、トランジスタ等を用いて電気的に短絡、開放させればよい。ＦＭ復調回路６によりＦＭ復調した後の電気信号の歪成分を抽出して群遅延特性を検出し、当該群遅延特性が適正となるように各トランジスタのＯＮ／ＯＦＦを自動フィードバック制御すればよい。
【００２８】
また、低コスト化のために自動フィードバック制御機能を有しない光信号受信装置であっても、二次側コイルを容易に短絡または開放する構造を備えておけば、歪特性を確認した後、一次側インダクタンスＬを適正に選択することが可能である。これにより、群遅延特性を適正に補正することができる。
【００２９】
本実施の形態１によれば、一次側インダクタンスＬを可変（即ち、伝送線路のインダクタンスを可変）とすることにより、群遅延特性の極の周波数が適正値からずれている場合でも、群遅延特性を適正に補正することができる。また、本実施の形態１によれば、正相線路、逆相線路の一次側インピーダンスＺ１をそれぞれ個別に設定可能としたため、差動信号に不均衡が発生している場合でも群遅延特性を適正に補正することができる。さらに、群遅延補正範囲が広範囲であるため、部品ばらつきや製造ばらつきに対応可能であり、量産時の歩留まりや生産性を向上することができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１では、二次側コイルを短絡または開放することで、一次側インピーダンスＺ１を可変としていたが、本実施の形態２では、電圧電流制御手段により二次側コイルの電流または電圧を制御することで、一次側インピーダンスＺ１を制御可能とする。
【００３１】
図６は本発明の実施の形態２における光信号受信装置を示す構成図である。以下では、実施の形態１との相違点について説明する。二次側コイル３８ａ、３８ｂにはそれぞれ負荷抵抗として可変抵抗１０ａ、１０ｂが接続され、閉回路が形成されている。図６では、二次側コイル３８ａ、３８ｂの電流または電圧を制御する電圧電流制御手段として、可変抵抗１０ａ、１０ｂを備えている。
【００３２】
ここで、一次側コイル７ａ、７ｂの巻き数をＮ１、二次側コイル３８ａ、３８ｂの巻き数をＮ２、負荷側（二次側）インピーダンスをＺ２とすると、一次側インピーダンスＺ１は以下の数式で表される。
【数４】
2011087232.tif 000006
【００３３】
一次側インピーダンスＺ１は、一次側コイル７ａ、７ｂに対する二次側コイル３８ａ、３８ｂの巻き線比と負荷側インピーダンスＺ２とにより決定される。このため、可変抵抗１０ａ、１０ｂの抵抗値を変化させて負荷側インピーダンスＺ２を制御することにより、一次側コイル７ａ、７ｂに対する二次側コイル３８ａ、３８ｂの巻き線比を変化させることなく、一次側インピーダンスＺ１を制御することができる。また、可変抵抗１０ａ、１０ｂによる負荷側インピーダンスＺ２の制御により、Ｚ１＝ｊωＬの関係からわかるように、一次側インピーダンスＺ１とともに一次側インダクタンスＬも制御できる。
【００３４】
可変抵抗１０ａ、１０ｂの代わりに、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと記す）を用いて、電流電圧制御手段を実現してもよい。図７は本発明の実施の形態２における光信号受信装置を示す構成図である。二次側コイル３８ａ、３８ｂにはそれぞれＦＥＴ１１ａ、１１ｂが接続され、閉回路が形成されている。ＦＥＴ１１ａ、１１ｂのドレインからソースへ流れる電流は、ゲート電圧により決まる。ゲート電圧を制御することにより、二次側コイル３８ａ、３８ｂに流れる電流制御ができ、負荷側インピーダンスＺ２を制御することができる。負荷側インピーダンスＺ２の制御により、一次側インピーダンスＺ１及び一次側インダクタンスＬを制御できる。ＦＥＴ１１ａ、１１ｂのゲート端子へ入力する信号としては、ＦＭ復調回路６でのＦＭ復調後の歪成分に応じたＤＣ電圧値を用いればよい。
【００３５】
本実施の形態２によれば、二次側コイル３８ａ、３８ｂの電流または電圧を制御することにより、一次側インピーダンスＺ１及び一次側インダクタンスＬを可変とすることができるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態２によれば、一次側インピーダンスＺ１及び一次側インダクタンスＬを可変とするだけでなく任意に制御できるので、群遅延特性をより適正に補正することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  ホトダイオード
２  プリアンプ
６  ＦＭ復調回路
７ａ、７ｂ  一次側コイル
８ａ、８ｂ、１８ａ〜１８ｆ、３８ａ、３８ｂ  二次側コイル
１０ａ、１０ｂ  可変抵抗
１１ａ、１１ｂ  ＦＥＴ
【図１】
2011087232.tif 000007
【図２】
2011087232.tif 000008
【図３】
2011087232.tif 000009
【図４】
2011087232.tif 000010
【図５】
2011087232.tif 000011
【図６】
2011087232.tif 000012
【図７】
2011087232.tif 000013