JP2007295274A

JP2007295274A - 光信号受信装置及び光信号伝送システム

Info

Publication number: JP2007295274A
Application number: JP2006120825A
Authority: JP
Inventors: Akira Fujieda; 亮藤枝
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-04-25
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: JP4757702B2

Abstract

【課題】群遅延特性を適正に補償して、マルチチャンネル信号を確実に復調することができる光信号受信装置及び光信号伝送システムを得ることを目的とする。
【解決手段】復調部１７により復調されたＦＤＭ信号に含まれている群遅延偏差に起因する歪み成分を検波する歪み成分検波手段を設け、電子負荷１６のインピーダンスを制御して、歪み成分検波手段により検波される歪み成分を最小化するように構成する。これにより、群遅延特性を適正に補償して、ＦＤＭ信号を確実に復調することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、周波数分割多重（以下、ＦＤＭ：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）されたマルチチャンネル信号が一括して数ＧＨｚの周波数変調が施されている光信号を受信して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号からマルチチャンネル信号を復調する光信号受信装置と、その光信号受信装置を適用する光信号伝送システムとに関するものである。

従来の光信号伝送システムは、下記のＦＭ送信器とＦＭ受信器から構成されている。
ＦＭ送信器の光周波数変調部は、周波数分割多重されているＦＤＭ信号であるマルチチャンネル信号（電気信号）を入力すると、そのマルチチャンネル信号を周波数変調して、その変調信号である光信号を出力する。
ＦＭ送信器の光周波数局部発振部は、その光周波数変調部から出力される光信号と中間周波数だけ離れている光周波数の局部発振光を発振する。

ＦＭ送信器の光合波部は、光周波数変調部から光信号を受けると、その光信号に光周波数局部発振部により発振された局部発振光を合波する。
ＦＭ送信器の光ヘテロダイン検波部は、光合波部により局部発振光が合波された光信号を受けると、その光信号と局部発振光の光周波数の差に等しい中間周波数の電気信号を出力する。
ＦＭ送信器の光送信部は、光ヘテロダイン検波部から出力された電気信号にしたがって光源を強度変調し、数ＧＨｚに渡る広帯域の一括ＦＭ変調信号である光信号を光ファイバに向けて出力する。

ＦＭ受信器の光受信部は、ＦＭ送信器から光ファイバに出力された光信号を受信して、その光信号を電気信号に変換する。
ＦＭ受信器の復調部は、光受信部が光信号を電気信号に変換すると、その電気信号からＦＤＭ信号であるマルチチャンネル信号を復調する（例えば、特許文献１参照）。

このような光信号伝送システムでは、数ＧＨｚに渡る広帯域の一括ＦＭ変調信号を伝送するため、復調後のＦＤＭ信号帯域内に歪みが発生しないようにするためには、群遅延の周波数依存性（以下、群遅延偏差と称する）が一括ＦＭ変調信号帯域内において平坦であることが求められる。
また、このようなアナログ通信においては、光信号伝送システムの送信端から受信端に至るまでのシステム全体で群遅延偏差を管理する必要がある。

システム全体において、群遅延偏差を管理する方法として、ＦＭ送信器内に群遅延調整部を備え、群遅延調整部が温度変化、伝送路変化、装置の部品交換などによって生じる群遅延特性を監視して特性を補償する方法があり、このような方法が以下の特許文献２に開示されている。

特開平８−２７４７１４号公報（段落番号［００２２］、図１）特開２００２−３５３８９２号公報（段落番号［００１７］、図１）

従来の光信号伝送システムは以上のように構成されているので、ＦＭ送信器内に群遅延調整部を備えれば、群遅延調整部が温度変化、伝送路変化、装置の部品交換などによって生じる群遅延特性を監視して特性を補償することができる。しかし、ＦＭ送信器内の群遅延調整部がＦＭ送信器の群遅延特性を補償するものであって、ＦＭ受信器の群遅延偏差を個別に補償するものではないため、ＦＭ受信器が設置される環境によっては最適な群遅延特性を得ることができないことがある課題があった。
なお、ＦＭ受信器のＦＤＭ信号帯域内に発生する歪みを監視して、その歪み量をＦＭ送信器に送信するようにすれば、ＦＭ送信器内の群遅延調整部がＦＭ受信器の群遅延偏差を個別に補償することができるが、歪み量をＦＭ送信器に伝送するための手段が必要になり、ＦＭ受信器のコスト高を招くことになる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、群遅延特性を適正に補償して、マルチチャンネル信号を確実に復調することができる光信号受信装置及び光信号伝送システムを得ることを目的とする。

この発明に係る光信号受信装置は、信号復調手段により復調されたマルチチャンネル信号に含まれている群遅延偏差に起因する歪み成分を検波する歪み成分検波手段を設け、電子負荷のインピーダンスを制御して、歪み成分検波手段により検波される歪み成分を最小化するようにしたものである。

この発明によれば、信号復調手段により復調されたマルチチャンネル信号に含まれている群遅延偏差に起因する歪み成分を検波する歪み成分検波手段を設け、電子負荷のインピーダンスを制御して、歪み成分検波手段により検波される歪み成分を最小化するように構成したので、群遅延特性を適正に補償して、マルチチャンネル信号を確実に復調することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による光信号伝送システムを示す構成図であり、図において、光信号送信装置１は周波数分割多重されているＦＤＭ信号であるマルチチャンネル信号（電気信号）を一括して周波数変調し、その変調信号である一括ＦＭ光信号を光ファイバに向けて出力する。
光信号受信装置２は光信号送信装置１から光ファイバに出力された一括ＦＭ光信号を受信して、その一括ＦＭ光信号を電気信号に変換し、その電気信号からＦＤＭ信号であるマルチチャンネル信号を復調する。

図２はこの発明の実施の形態１による光信号受信装置２を示す構成図であり、図において、フォトダイオード１１は光信号送信装置１から送信された一括ＦＭ光信号を電流信号（電気信号）に変換し、その電流信号をプリアンプ１２に出力する。なお、フォトダイオード１１は光電変換手段を構成している。
プリアンプ１２はフォトダイオード１１から出力された電流信号の電力を増幅する。なお、プリアンプ１２は信号増幅手段を構成している。

分布定数線路１３はプリアンプ１２から５０Ωの出力インピーダンスで出力される正相の信号電力を伝播する正相線路１４と、プリアンプ１２から５０Ωの出力インピーダンスで出力される逆相の信号電力を伝播する逆相線路１５から構成されている。
電子負荷１６は一端が分布定数線路１３の正相線路１４と接続され、他端が分布定数線路１３の逆相線路１５と接続されており、電子負荷１６は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ＰＩＮダイオード（ＰＩＮ−ＤＩＯＤＥ：ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎＤｉｏｄｅ）などから構成されている。

復調部１７は電子負荷１６と並列に接続され、プリアンプ１２により増幅された電流信号からＦＤＭ信号を復調する処理を実施する。なお、復調部１７は信号復調手段を構成している。
分岐部１８は復調部１７により復調されたＦＤＭ信号の信号電力の一部を分岐する処理を実施する。
フィルタ部１９は分岐部１８により分岐されたＦＤＭ信号から群遅延偏差に起因する歪み成分の周波数信号を抽出する。
検波部２０はフィルタ部１９により抽出された歪み成分の周波数信号をＤＣ電圧値に変換する。
制御部２１は検波部２０により変換されたＤＣ電圧値が最小値になるように電子負荷１６のインピーダンスを制御する。
なお、分岐部１８、フィルタ部１９、検波部２０及び制御部２１から歪み最小化手段が構成されている。

次に動作について説明する。
光信号送信装置１は、周波数分割多重されているＦＤＭ信号であるマルチチャンネル信号を一括して周波数変調し、その変調信号である一括ＦＭ光信号を光ファイバに向けて出力する。
光信号受信装置２は、光信号送信装置１から光ファイバに出力された一括ＦＭ光信号を受信すると、その一括ＦＭ光信号を電気信号に変換し、その電気信号からＦＤＭ信号であるマルチチャンネル信号を復調する。

即ち、光信号受信装置２のフォトダイオード１１は、光信号送信装置１から送信された一括ＦＭ光信号を受信すると、その一括ＦＭ光信号を電流信号に変換する。
光信号受信装置２のプリアンプ１２は、フォトダイオード１１が一括ＦＭ光信号を電流信号に変換すると、その電流信号の電力を増幅する。
光信号受信装置２の復調部１７は、プリアンプ１２が電流信号の電力を増幅すると、増幅後の電流信号からＦＤＭ信号を復調し、そのＦＤＭ信号を出力する。

ここで、プリアンプ１２の出力インピーダンスと、分布定数線路１３の特性インピーダンスと、復調部１７の入力インピーダンスとの間に不整合がある場合、プリアンプ１２と分布定数線路１３の接点や、分布定数線路１３と復調部１７の接点が反射点になる。
これらの反射点により発生する定在波は、図３に示すような周期的な群遅延特性を発生する。
図３において、Ｒは電子負荷１６のインピーダンスを示しており、電子負荷１６のインピーダンスを制御すれば、一括ＦＭ光信号の伝送帯域内の群遅延偏差を変化させることができる。この群遅延偏差を適宜変化させることにより、復調後のＦＤＭ信号の歪みを低減して、良好なＦＤＭ信号を得ることができる。
例えば、３ＧＨｚの中間周波数をもつ一括ＦＭ光信号を受信した場合、電子負荷１６のインピーダンスを適宜制御することにより、図４に示すように、反射点により発生する定在波の群遅延特性を−２５ｐｓ／ＧＨｚまで変化させることができる。

光信号受信装置２の復調部１７から出力されたＦＤＭ信号には、一括ＦＭ光信号領域の群遅延偏差に起因する歪み成分が含まれている。
光信号受信装置２の分岐部１８は、復調部１７から出力されたＦＤＭ信号の信号電力の一部を分岐する。
光信号受信装置２のフィルタ部１９は、分岐部１８により分岐されたＦＤＭ信号を受けると、そのＦＤＭ信号から群遅延偏差に起因する歪み成分の周波数信号を抽出する。

即ち、群遅延偏差に起因する歪み成分は、ＦＤＭ信号の周波数配列により決定される周波数に発生するため、例えば、歪み成分の周波数信号のみを通過させるバンドパスフィルタなどで容易に抽出することができる。
例えば、ＦＤＭ信号のキャリア周波数がｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２）であれば、歪み成分がｆ１＋ｆ２及びｆ２−ｆ１の周波数に発生するので、ｆ１＋ｆ２の周波数信号とｆ２−ｆ１の周波数信号のみを通過させるバンドパスフィルタを使用すればよい。

光信号受信装置２の検波部２０は、フィルタ部１９が歪み成分の周波数信号を抽出すると、その歪み成分の周波数信号をＤＣ電圧値に変換する。
光信号受信装置２の制御部２１は、検波部２０が歪み成分の周波数信号をＤＣ電圧値に変換すると、そのＤＣ電圧値が最小値になるように電子負荷１６のインピーダンスを制御する。
これにより、光信号受信装置の復調部１７から出力されるＦＤＭ信号に含まれる歪みが最小になるよう自動調整される。

ここで、制御部２１が電子負荷１６のインピーダンスを制御するものについて示したが、制御部２１が検波部２０により検波された歪み成分のＤＣ電圧値をオペアンプ１２の反転入力端子に入力し、０Ｖをオペアンプ１２の非反転入力端子に入力するようにすれば、オペアンプ１２を負帰還増幅器として動作させることにより実現することができる。

なお、制御部２１は、電子負荷１６をＦＥＴで構成する場合、そのＦＥＴのドレイン又はソースを正相線路１４又は逆相線路１５に接続し、そのＦＥＴのゲート電圧を制御することにより、そのＦＥＴのドレイン−ソース間のインピーダンスを制御する。
また、制御部２１は、電子負荷１６をＰＩＮダイオードで構成する場合、そのＰＩＮダイオードの順方向インピーダンスをＤＣバイアス電流によって制御することができるため、そのＰＩＮダイオードの一方の端子（アノード、または、カソード）を正相線路１４又は逆相線路１５に接続し、そのＰＩＮダイオードの逆側の端子（カソード、または、アノード）を制御することにより、そのＰＩＮダイオードの順方向のインピーダンスを制御する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、復調部１７により復調されたＦＤＭ信号に含まれている群遅延偏差に起因する歪み成分を検波する歪み成分検波手段を設け、電子負荷１６のインピーダンスを制御して、歪み成分検波手段により検波される歪み成分を最小化するように構成したので、群遅延特性を適正に補償して、ＦＤＭ信号を確実に復調することができる効果を奏する。
即ち、復調部１７に入力される一括ＦＭ信号の群遅延特性を自動的に調整することができるため、光信号受信装置２の製造時に、特別な部品特性の選別や、複雑な調整が不要になり、生産性を高めることができる。また、個々の光信号受信装置２の設置環境に応じて変化する一括ＦＭ光信号の群遅延偏差も、歪み量を光信号送信装置１に送信することなく、個々の光信号受信装置２において、自動的に最適な群遅延補償を実施することができる。

この発明の実施の形態１による光信号伝送システムを示す構成図である。この発明の実施の形態１による光信号受信装置を示す構成図である。復調部の入力インピーダンスと群遅延特性の関係を示す説明図である。復調部の入力インピーダンスと３ＧＨｚを基準とする群遅延偏差の関係を示す説明図である。

符号の説明

１光信号送信装置、２光信号受信装置、１１フォトダイオード（光電変換手段）、１２プリアンプ（信号増幅手段）、１３分布定数線路、１４正相線路、１５逆相線路、１６電子負荷、１７復調部（信号復調手段）、１８分岐部（歪み最小化手段）、１９フィルタ部（歪み最小化手段）、２０検波部（歪み最小化手段）、２１制御部（歪み最小化手段）。

Claims

マルチチャンネル信号が一括して周波数変調されている光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、上記光電変換手段により変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、上記信号増幅手段の出力端子間に接続された電子負荷と、上記電子負荷と並列に接続され、上記信号増幅手段により増幅された電気信号からマルチチャンネル信号を復調する信号復調手段と、上記信号復調手段により復調されたマルチチャンネル信号に含まれている群遅延偏差に起因する歪み成分を検波する歪み成分検波手段と、上記電子負荷のインピーダンスを制御して、上記歪み成分検波手段により検波される歪み成分を最小化する歪み最小化手段とを備えた光信号受信装置。
信号増幅手段により増幅された電気信号を伝搬する分布定数線路が上記信号増幅手段の出力端子と電子負荷間に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光信号受信装置。
信号復調手段により復調されたマルチチャンネル信号の一部を分岐する分岐部と、上記分岐部により分岐されたマルチチャンネル信号から群遅延偏差に起因する歪み成分の周波数信号を抽出するフィルタと、上記フィルタにより抽出された歪み成分の周波数信号を電圧値に変換する検波部と、上記検波部により変換された電圧値が最小値になるように電子負荷のインピーダンスを制御する制御部とから歪み最小化手段が構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光信号受信装置。
歪み最小化手段は、電子負荷が電界効果トランジスタで構成されている場合、上記電界効果トランジスタにおけるソースとドレイン間のインピーダンスを制御することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光信号受信装置。
歪み最小化手段は、電子負荷がＰＩＮダイオードで構成されている場合、上記ＰＩＮダイオードの順方向のインピーダンスを制御することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光信号受信装置。
マルチチャンネル信号を一括して周波数変調し、周波数変調後の光信号を光ファイバに出力する光信号送信装置と、上記光信号送信装置から光ファイバに出力された光信号を受信して、上記光信号を電気信号に変換し、上記電気信号からマルチチャンネル信号を復調する光信号受信装置とを備えた光信号伝送システムにおいて、上記光信号受信装置は、上記光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、上記光電変換手段により変換された電気信号を増幅する信号増幅手段と、上記信号増幅手段の出力端子間に接続された電子負荷と、上記電子負荷と並列に接続され、上記信号増幅手段により増幅された電気信号からマルチチャンネル信号を復調する信号復調手段と、上記信号復調手段により復調されたマルチチャンネル信号に含まれている群遅延偏差に起因する歪み成分を検波する歪み成分検波手段と、上記電子負荷のインピーダンスを制御して、上記歪み成分検波手段により検波される歪み成分を最小化する歪み最小化手段とを備えていることを特徴とする光信号伝送システム。