JP4523859B2

JP4523859B2 - 群遅延回路、群遅延装置及び光信号受信装置

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Publication number: JP4523859B2
Application number: JP2005058213A
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Inventors: 一哉北村; 幸雄赤澤
Original assignee: 株式会社ファイ・マイクロテック
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2010-08-11
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Description

本発明は、伝送システムのいずれかの構成要素で発生する群遅延を補正する群遅延補正回路又は群遅延補正装置に関する。さらに、これらの群遅延補正回路又は群遅延補正装置を利用して群遅延を補正することのできる光信号受信装置に関する。

ディジタル信号を直接変調したり周波数変調したりして伝送する伝送システムにおいて、受信した信号には振幅軸方向の情報のみならず時間軸方向の情報も重要である。例えば、光ファイバを伝送媒体とする光伝送システムでは、光ファイバのＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎにより発生する群遅延や光信号受信装置の群遅延により、受信したパルス信号に波形歪を生じさせ、光信号受信装置の受信感度を劣化させる。多チャンネルの映像信号を伝送するＦＭ一括変換方式（例えば、非特許文献１参照。）のような広帯域ＦＭ伝送システムでは、システムの構成要素である光信号送信装置、光伝送路、光信号受信装置で発生する群遅延による信号劣化は大きな課題となっている。広帯域ＦＭ伝送システムでは、群遅延による信号劣化は、復調後には混変調や相互変調などの非線形歪となり、復調した映像信号の品質を劣化させることとなる。

ＳｍａｌｌＯＮＵＭｏｄｕｌｅｆｏｒＦＭＣｏｎｖｅｒｔｅｄＭｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌＶｉｄｅｏＳｉｇｎａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ、ＯＦＣ‘９８ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ、ｐｐ．３５５−３５６、１９９８ＦＭ一括変換型光映像伝送システム用広帯域光受信モジュール、電子情報通信学会論文誌Ｃ、Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ．９、ｐｐ．８１４−８２１、２００１年９月ＤｅｓｉｇｎｏｆＯｐｔｉｃａｌＶｉｄｅｏＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＦｉｂｅｒｔｏｔｈｅＨｏｍｅＥｍｐｌｏｙｉｎｇＳｕｐｅｒＷｉｄｅ−ＢａｎｄＦＭＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＳｃｈｅｍｅ、ＩＥＩＣＥＴｒａｎｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．，Ｖｏｌ．Ｅ８４−Ｂ、Ｎｏ．１１、Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２００１

従来、この群遅延を光レベルで補正することが行われていた。しかし、光レベルで補正すると、光部品を用いるため装置が高価になり又装置の小型化が図れないという問題があった。受信したパルス信号の群遅延を電子回路で補正するなどの処理も行われていた。これは、遮断周波数付近で群遅延の傾きや極を持たせて、その周辺での群遅延の変化を利用するものである。しかし、１ＧＨｚを超える周波数帯域にわたって群遅延を補正するために、集中定数素子のコンデンサやインダクタンスを使用したフィルタを構成しようとすると、コンデンサやインダクタンスに要求される精度や値が現実的な値を超えるものであった。

本発明は、調整が容易で小型化の可能な電子回路を用いて１ＧＨｚを超える周波数帯域にわたって群遅延を補正することのできる群遅延回路及び群遅延装置を提供することを目的とする。また、このような群遅延回路又は群遅延装置を備える光信号受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第一発明は、特性インピーダンスを有する伝送線路と当該伝送線路の特性インピーダンスと異なる駆動インピーダンスを有する駆動回路及び異なる負荷インピーダンスを有する負荷回路を用いて、伝送線路での不整合を積極的に利用することにより、広帯域にわたり精度良く群遅延を補正することのできる群遅延回路である。

具体的には、本願第一発明は、電気信号を伝送する伝送線路と、前記伝送線路を駆動して信号を送信する駆動回路と、前記伝送線路の負荷となって前記駆動回路からの信号を受信する負荷回路と、を備え、前記駆動回路の有する駆動インピーダンス、前記伝送線路の有する特性インピーダンス及び前記負荷回路の有する負荷インピーダンスが互いに異なることを特徴とする群遅延回路である。

本願第一発明により、調整が容易で小型化の可能な電子回路を用いて、広帯域にわたり精度良く群遅延を補正することのできる群遅延回路を提供することができる。

本願第一発明において、前記駆動回路の駆動インピーダンス、前記負荷回路の負荷インピーダンス、前記伝送線路の特性インピーダンス又は前記伝送線路の長さの少なくとも１つが可変であることが好ましい。

本願第一発明において、群遅延回路を製造後に所望の群遅延となるように微調整することが可能となる。

本願第二発明は、本願第一発明の群遅延回路を複数縦続接続した群遅延装置である。

本願第二発明により、それぞれの群遅延回路の補正する群遅延が加算されるため、大きな群遅延であっても補正することができる。

本願第二発明において、前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記伝送線路の長さが他の群遅延回路の前記伝送線路の長さと異なることが好ましい。

本願第二発明において、群遅延回路の伝送線路の長さが異なれば、群遅延特性も異なることとなるため、群遅延特性の異なる群遅延回路を組み合わせて所望の群遅延特性を実現することができる。

本願第二発明において、前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記伝送線路の特性インピーダンスが他の群遅延回路の前記伝送線路の特性インピーダンスと異なることが好ましい。

本願第二発明において、群遅延回路の伝送線路の特性インピーダンスが異なれば、群遅延特性も異なることとなるため、群遅延特性の異なる群遅延回路を組み合わせて所望の群遅延特性を実現することができる。

本願第二発明において、前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記駆動回路の駆動インピーダンスが他の群遅延回路の前記駆動回路の駆動インピーダンスと異なることが好ましい。

本願第二発明において、群遅延回路の駆動回路の駆動インピーダンスが異なれば、群遅延特性も異なることとなるため、群遅延特性の異なる群遅延回路を組み合わせて所望の群遅延特性を実現することができる。

本願第二発明において、前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記負荷回路の負荷インピーダンスが他の群遅延回路の前記負荷回路の負荷インピーダンスと異なることが好ましい。

本願第二発明において、群遅延回路の負荷回路の負荷インピーダンスが異なれば、群遅延特性も異なることとなるため、群遅延特性の異なる群遅延回路を組み合わせて所望の群遅延特性を実現することができる。

本願第三発明は、直接変調された光信号を受信して電気信号に変換増幅して伝送線路に出力する直接変調光−電気変換増幅回路及び前記伝送線路からの前記電気信号を増幅し、元の信号に再生する再生増幅回路を含む光信号受信装置において、前記直接変調光−電気変換増幅回路は、前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子からの電気信号を増幅して前記伝送線路に出力する電流電圧変換アンプと、を備え、前記再生増幅回路は、前記伝送線路からの前記直接変調信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路からの信号を元の信号に再生する再生回路と、を備え、前記受光素子と前記再生回路との間に、前記電流電圧変換アンプを前記駆動回路として備えかつ前記増幅回路を前記負荷回路として備える本願発明に係る群遅延回路又は本願発明に係る群遅延装置を備えることを特徴とする光信号受信装置である。

本願第三発明により、ディジタル信号やアナログ信号を直接振幅変調して伝送する伝送システムにおいて、前述の群遅延回路又は群遅延装置を備えることによって、広帯域にわたり精度良く群遅延を補正することのできる光信号受信装置とすることができる。

本願第四発明は、周波数変調された光信号を受信して電気信号に変換増幅して伝送線路に出力する周波数変調光−電気変換増幅回路及び前記伝送線路からの前記電気信号を周波数検波する周波数検波回路を含む光信号受信装置において、前記周波数変調光−電気変換増幅回路は、前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子からの電気信号を増幅して前記伝送線路に出力する電流電圧変換アンプと、を備え、前記周波数検波回路は、前記伝送線路からの前記電気信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路からの信号を周波数検波するＦＭ復調器と、を備え、前記受光素子と前記ＦＭ復調器との間に、前記電流電圧変換アンプを前記駆動回路として備えかつ前記増幅回路を前記負荷回路として備える本願発明に係る群遅延回路又は本願発明に係る群遅延装置を備えることを特徴とする光信号受信装置である。

本願第四発明により、ディジタル信号やアナログ信号を周波数変調して伝送する伝送システムにおいて、前述の群遅延回路又は群遅延装置を備えることによって、広帯域にわたり精度良く群遅延を補正することのできる光信号受信装置とすることができる。

本願発明により、調整が容易で小型化の可能な電子回路を用いて広帯域にわたって群遅延を補正することのできる群遅延回路及び群遅延装置を提供することができる。また、このような群遅延回路又は群遅延装置を備える光信号受信装置を提供することができる。

以下、本願発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本願発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。

本実施の形態は、電気信号を伝送する伝送線路と、前記伝送線路を駆動して信号を送信する駆動回路と、前記伝送線路の負荷となって前記駆動回路からの信号を受信する負荷回路と、を備える群遅延回路であって、前記駆動回路は、前記伝送線路を駆動する駆動インピーダンスが前記伝送線路の特性インピーダンスと異なり、かつ前記負荷回路は、前記伝送線路に対する負荷インピーダンスが前記伝送線路の特性インピーダンスと異なる群遅延回路である。

図１に本実施の形態の群遅延回路の例を示す。図１において、１１は特性インピーダンスがＺｏの伝送線路、１２は駆動インピーダンスがＺｓの駆動回路、１３は負荷インピーダンスがＺｌの負荷回路である。

駆動回路１２は伝送線路１１を駆動して信号を送信し、負荷回路１３は伝送線路１１の負荷となって駆動回路１２からの信号を受信する。ここで、Ｚｓ≠ＺｏかつＺｌ≠Ｚｏとする。このようなインピーダンス設定にすると、駆動回路１２の出力端での反射係数ρｓ及び負荷回路１３の入力端での反射係数ρｌはゼロではなくなる。伝送線路１１の長さを適当に設定すると、群遅延回路の周波数特性が特定の周波数範囲で傾斜のある群遅延を持つことになる。

伝送線路１１としては、マイクロストリップライン、コプレーナライン、グランデッドコプレーナライン、同軸ケーブル、メタリックペア線路、ツイスティッドペア線路が例示できる。以下の実施形態でも同様である。

群遅延回路の原理を説明する。図１において、駆動回路１２が駆動して、負荷回路１３が受信する信号をｓ０とする。信号ｓ０が負荷回路１３の入力端で反射係数ρｌで反射され、さらに、駆動回路１２の出力端で反射係数ρｓで反射され、負荷回路１３で受信される信号をｓ１とする。これ以上の多重反射はここでは無視する。負荷回路１３で受信するのは、信号ｓ０と信号ｓ１の合成となる。このときの合成信号Ｓを求める。ここでは、伝送線路１１での信号伝搬速度を光速ｃに等しいとした。

ここで、数２において、

である。

合成信号Ｓは、

である。数５において、負荷回路の入力端での振幅Ａは、

となる。負荷回路の入力端での位相θは、

と表される。群遅延Ｔｄは数７より、

となる。

数８より、本実施の形態の群遅延回路の周波数ｆと群遅延Ｔｄの関係を図２に示す。ρｓ・ρｌが正の場合には、伝送線路の線路長Ｌを四分の一波長とする周波数ｆ１＝ｃ／（４Ｌ）までは周波数の上昇と共に減衰する群遅延特性を示し、周波数ｆ１から線路長Ｌを二分の一波長とする周波数ｆ２＝ｃ／（２Ｌ）までは周波数の上昇と共に増加する群遅延特性を示す。以後、ｆ２を周期とする略正弦波的な傾向の群遅延特性となる。ρｓ・ρｌが負の場合には、逆に、伝送線路の線路長Ｌを四分の一波長とする周波数ｆ１＝ｃ／（４Ｌ）までは周波数の上昇と共に増加する群遅延特性を示し、周波数ｆ１から線路長Ｌを二分の一波長とする周波数ｆ２＝ｃ／（２Ｌ）までは周波数の上昇と共に減少する群遅延特性を示す。以後、ｆ２を周期とする略正弦波的な傾向の群遅延特性となる。ρｓ又はρｌのいずれかがゼロの場合には、インピーダンス整合がとれて、群遅延特性は平坦となる。

以上は、負荷回路での入力端及び駆動回路での出力端で１回ずつの反射による近似式である。多重反射を考慮した回路シミュレーションでも、反射係数が小さいときにはほぼ同様の結果が得られている。

例えば、Ｚｏ＝２００Ω、Ｚｓ＝Ｚｌ＝１００Ω、Ｌ＝１２．５ｍｍ、ｃ＝３×１０^８ｍとしたときの、負荷回路１３の入力端での信号の群遅延Ｔｄと振幅Ａの周波数特性をそれぞれ図３と図４に示す。図３は群遅延Ｔｄの周波数特性、図４は振幅Ａの周波数特性である。図３及び図４において、近似式とは上記で検討した負荷回路での入力端及び駆動回路での出力端で１回ずつの反射による特性をいう。

図３及び図４では、Ｚｓ＝Ｚｌとしているが、Ｚｓ≠ＺｏかつＺｌ≠Ｚｏであればよく、例えば、Ｚｏ＝２００Ω、Ｚｓ＝１５０Ω、Ｚｌ＝１００Ωとしてもよい。図３において、ｆ１＝６ＧＨｚまでは群遅延が単調減少している。つまり、数３及び数４より、ρｓ及びρｌとも負であるため、ｆ１＝６ＧＨｚまでは群遅延が単調減少する。例えば、Ｚｓ又はＺｌのいずれかを２００オームより大きくすると、ｆ１＝６ＧＨｚまでは群遅延が単調増加する。例えば、Ｚｏ＝２００Ω、Ｚｓ＝６００Ω、Ｚｌ＝１００Ωとすれば、ｆ１＝６ＧＨｚまでは群遅延が単調増加する。

前述したように、伝送線路の線路長Ｌに対して、群遅延特性は周波数ｆ２＝ｃ／（２Ｌ）を周期とした正弦波状となる。線路長Ｌを長くすることにより、周期の短い正弦波状の群遅延特性が得られ、線路長Ｌを短くすることにより、周期の長い正弦波状の群遅延特性が得られる。

図３及び図４における３ＧＨｚでの群遅延の傾斜と負荷回路の入力端での振幅を図５に示す。図５において、横軸は反射係数ρｓと反射係数ρｌの積である。図５から振幅は−２ｄＢ程度が実用範囲であるため、反射係数の積は０．２程度まで許容できる。群遅延の傾斜は８ｐｓ／ＧＨｚが限界である。

負荷回路の負荷インピーダンスのみを変化させたときの群遅延の周波数特性を図６に、電圧利得の周波数特性を図７に示す。図６及び図７は、駆動回路の駆動インピーダンスが１００Ω、伝送線路の特性インピーダンスが２００Ω、伝送線路の長さが１２．５ｍｍの場合の負荷回路の入力端における群遅延と電圧利得についてのシミュレーション結果である。電圧利得は負荷回路で整合終端したときの電圧振幅に対する比である。

図６から分かるように、負荷回路の負荷インピーダンスを変化させると、群遅延は周波数の上昇と共に、増加したり減少したりする。このような特性を利用すると、本実施の形態の群遅延回路は、周波数と共に群遅延が減少したり増加したりする場合の群遅延の補正に適用することができる。図７から分かるように、伝送線路の特性インピーダンス程度以上の負荷インピーダンスであれば、電圧利得も問題ない。

以上説明したように、図１に示す駆動回路、伝送線路及び負荷回路を有する１組の群遅延回路であれば、調整が容易で小型化が可能となり、広帯域にわたり精度良く群遅延を補正することができる。

図１に示すような１組の群遅延回路で、群遅延を補正できないときは、図１に示す群遅延回路を複数縦続接続することにより大きな群遅延を補正することができる。２組の群遅延回路を縦続接続して群遅延装置とした例を図８に示す。

図８において、１１ａは特性インピーダンスがＺｏ_１の第一の伝送線路、１１ｂは特性インピーダンスがＺｏ_２の第二の伝送線路、１２は駆動インピーダンスがＺｓ_１の駆動回路、１３は負荷インピーダンスがＺｌ_２の負荷回路、１４は負荷インピーダンスがＺｌ_１で駆動インピーダンスがＺｓ_２のアイソレーション増幅回路である。

駆動回路１２は第一の伝送線路１１ａを駆動して信号を送信し、アイソレーション増幅回路１４は第一の伝送線路１１ａの負荷となって駆動回路１２からの信号を受信する。アイソレーション増幅回路１４は第二の伝送線路１１ｂを駆動して受信した信号を送信し、負荷回路１３は伝送線路１１ｂの負荷となってアイソレーション増幅回路１４からの信号を受信する。

図８において、アイソレーション増幅回路１４は負荷回路及び駆動回路の機能を併せ持ち、入力側と出力側のインピーダンスの影響を分離する。負荷回路の負荷インピーダンスと駆動回路の駆動インピーダンスの影響を分離して負荷回路と駆動回路とを縦続接続したものと同等である。

ここで、Ｚｓ_１≠Ｚｏ_１かつＺｌ_１≠Ｚｏ_１であり、Ｚｓ_２≠Ｚｏ_２かつＺｌ_２≠Ｚｏ_２である。このようなインピーダンス設定にすると、駆動回路１２の出力端での反射係数ρｓ_１、アイソレーション増幅回路１４の入力端での反射係数ρｌ_１、アイソレーション増幅回路１４での出力端での反射係数ρｓ_２及び負荷回路１３での入力端での反射係数ρｌ_２はゼロではなくなる。２つの群遅延回路を縦続接続すると、２つの群遅延回路の群遅延が加算されることになり、大きな群遅延を補正できることになる。

第一の伝送線路１１ａ及び第二の伝送線路１１ｂのそれぞれの長さを適当に設定すると、周波数特性を調整することができる。また、駆動インピーダンス、特性インピーダンス及び負荷インピーダンスをそれぞれ設定することによって群遅延量を調整することができる。図８では、２組の群遅延回路を縦続接続したが、３組以上の群遅延回路を縦続接続するとさらに大きな群遅延を補正することができる。

次に、駆動回路の駆動インピーダンス、負荷回路の負荷インピーダンス、伝送線路の特性インピーダンス又は伝送線路の長さの少なくとも１つを可変にできる群遅延回路を説明する。

図９は、駆動回路の駆動インピーダンス及び負荷回路の負荷インピーダンスを可変できる群遅延回路の例である。図９において、１１は特性インピーダンスがＺｏの伝送線路、１６は駆動回路としての差動出力インピーダンス可変回路、１７は負荷回路としての差動入力インピーダンス可変回路、２１は抵抗値を可変できるＦＥＴ、２２は可変抵抗器である。

図９において、ＦＥＴ２１のバイアスを制御することにより差動出力インピーダンス可変回路１６の駆動インピーダンスを可変することができる。また、可変抵抗器２２の抵抗値を制御することにより差動入力インピーダンス可変回路１７の負荷インピーダンスを可変することができる。このような構成の駆動回路又は負荷回路を利用すると、群遅延回路を製造後に所望の群遅延となるように微調整することが可能となる。

伝送線路１１の特性インピーダンスを可変とするには、予めプリント基板等に特性インピーダンスの異なる伝送線路を配置しておき、配線替えにより所望の特性インピーダンスの伝送線路を接続することで実現することができる。また、伝送線路１１の線路長を可変とするには、予めプリント基板等に線路長の異なる伝送線路を配置しておき、配線替えにより所望の線路長の伝送線路を接続したり、同軸型の線路長可変器（通称、トロンボーン）や線路延長器（通称、ラインストレッチャー）等を利用することが例示できる。このような伝送線路を利用すると、群遅延回路を製造後に所望の群遅延となるように微調整することが可能となる。

駆動回路の駆動インピーダンス、負荷回路の負荷インピーダンス、伝送線路の特性インピーダンス又は伝送線路の長さの少なくとも１つを可変にできる群遅延回路とこれらを固定にした群遅延回路を縦続接続することで、大きな群遅延を補正してもよい。

前述した群遅延回路又は群遅延装置を組み込んだ光信号受信装置の実施の形態を説明する。本実施の形態は、周波数変調された光信号を受信して電気信号に変換増幅する周波数変調光−電気変換増幅回路及び電気信号に変換された周波数変調信号を周波数検波する周波数検波回路を含む光信号受信装置において、前記周波数変調光−電気変換増幅回路と前記周波数検波回路との間に前述の群遅延回路又は群遅延装置を備える光信号受信装置である。

図１０に光信号受信装置の構成例を示す。図１０において、３０は光ファイバ、３１はフォトダイオード、３２は電流電圧変換アンプ、３３は伝送線路、３５はリミッタアンプ、３６はＦＭ復調器、３７は周波数検波回路出力、３８は周波数変調光−電気変換増幅回路、３９は周波数検波回路である。

図１０において、周波数変調光−電気変換増幅回路３８は、光ファイバ３０を介して周波数変調された光信号を受信し、フォトダイオード３１で光信号を電気信号の電流に変換し、電流電圧変換アンプ３２で電気信号の電流を電圧に変換することによって電気信号を増幅する。周波数検波回路３９は、伝送線路３３を介して周波数変調光−電気変換増幅回路３８からの電気信号を受信し、リミッタアンプ３５で振幅制限し、ＦＭ復調器３６で周波数検波することによって周波数変調信号を周波数検波する。この結果、光信号受信装置は、周波数変調された光信号を受信して周波数検波した電気信号を周波数検波回路出力３７から出力することができる。

ここで、電流電圧変換アンプ３２の駆動インピーダンス、伝送線路３３の特性インピーダンス及びリミッタアンプ３５の負荷インピーダンス並びに伝送線路３３の線路長の関係を前述の群遅延回路の構成とする。即ち、電流電圧変換アンプ３２の駆動インピーダンスを伝送線路３３の特性インピーダンスと異ならせ、リミッタアンプ３５の負荷インピーダンスを伝送線路３３の特性インピーダンスと異ならせ、電流電圧変換アンプ３２の駆動インピーダンス、伝送線路３３の特性インピーダンス若しくはリミッタアンプ３５の負荷インピーダンス又は伝送線路３３の線路長を適切に設定することによって、群遅延を補正することができる。

図１０において、通常のリミッタアンプ３５の負荷インピーダンスは高い。伝送線路３３の特性インピーダンスと大きく異なる場合は、リミッタアンプの入力段に終端抵抗を付加して、負荷インピーダンスを調整することが望ましい。

電流電圧変換アンプ３２の駆動インピーダンスが１００Ω、リミッタアンプ３５の負荷インピーダンスが１００Ω、伝送線路３３の特性インピーダンスが２５０Ω、伝送線路３３の長さが１２．５ｍｍの場合のリミッタアンプ３５の入力端における群遅延と電圧利得についてシミュレーション結果を図１１に示す。電圧利得はリミッタアンプ３５で整合終端したときの電圧振幅に対する比である。

図１１において、図１０の回路は、周波数の上昇と共に電圧利得と群遅延量が減少することが分かる。このことから、周波数の上昇と共に群遅延が増加する光通信システムに適用すると、電圧利得が減少するが、群遅延を補正することができる。

電流電圧変換アンプ３２の駆動インピーダンスが１００Ω、リミッタアンプ３５の負荷インピーダンスが１ｋΩ、伝送線路３３の特性インピーダンスが２００Ω、伝送線路３３の長さが１２．５ｍｍの場合のリミッタアンプ３５の入力端における群遅延と電圧利得についてシミュレーション結果を図１２に示す。電圧利得はリミッタアンプ３５で整合終端したときの電圧振幅に対する比である。

図１２において、図１０の回路は、周波数の上昇と共に電圧利得と群遅延量が増加することが分かる。このことから、周波数の上昇と共に群遅延が減少する光通信システムに適用すると、群遅延を補正することができる。

周波数変調信号を送受信する光通信システムにおいては、群遅延歪みは、光信号送信装置（不図示）、電流電圧変換アンプ３２、伝送線路３３等で発生する。上記のような構成の光信号受信装置とすることによって、光通信システム内等で発生した群遅延歪みを補正することができる。また、周波数変調光−電気変換増幅回路３８と周波数検波回路３９とを伝送線路３３で分離接続するため、両者の調整が容易になる。

なお、図１０では群遅延補正回路を利用した光受信装置を示したが、図１０の群遅延補正回路相当の部分に、複数の群遅延補正回路を縦続接続した群遅延補正装置を適用してもよい。

前述した群遅延回路又は群遅延装置を組み込んだ光信号受信装置の他の実施の形態を説明する。本実施の形態は、直接変調された光信号を受信して電気信号に変換増幅する直接変調光−電気変換増幅回路及び電気信号に変換された直接変調信号をリミッタ−増幅し、元の信号に再生する再生増幅回路を含む光信号受信装置において、前記直接変調光−電気変換増幅回路と前記再生増幅回路との間に前述の群遅延回路又は群遅延装置を備える光信号受信装置である。

図１３に光信号受信装置の構成例を示す。図１３において、４０は光ファイバ、４１はフォトダイオード、４２は電流電圧変換アンプ、４３は伝送線路、４５はリミッタアンプ、４６は再生回路、４７は再生回路出力、４８は直接変調光−電気変換増幅回路、４９は再生増幅回路である。

図１３において、直接変調光−電気変換増幅回路４８は、光ファイバ４０を介して直接変調された光信号を受信し、フォトダイオード４１で光信号を電気信号の電流に変換し、電流電圧変換アンプ４２で電気信号の電流を電圧に変換することによって電気信号を増幅する。再生増幅回路４９は、伝送線路４３を介して直接変調光−電気変換増幅回路４８からの電気信号を受信し、リミッタアンプ４５で振幅制限し、再生回路４６で識別再生することによって直接変調信号を再生増幅する。この結果、光信号受信装置は、直接変調された光信号を受信して識別再生した電気信号を再生回路出力４７から出力することができる。

ここで、電流電圧変換アンプ４２の駆動インピーダンス、伝送線路４３の特性インピーダンス及びリミッタアンプ４５の負荷インピーダンス並びに伝送線路４３の線路長の関係を前述の群遅延回路の構成とする。即ち、電流電圧変換アンプ４２の駆動インピーダンスを伝送線路４３の特性インピーダンスと異ならせ、リミッタアンプ４５の負荷インピーダンスを伝送線路４３の特性インピーダンスと異ならせ、電流電圧変換アンプ４２の駆動インピーダンス、伝送線路４３の特性インピーダンス若しくはリミッタアンプ４５の負荷インピーダンス又は伝送線路４３の線路長を適切に設定することによって、群遅延を補正することができる。

図１３において、通常のリミッタアンプ４５の負荷インピーダンスは高い。伝送線路４３の特性インピーダンスと大きく異なる場合は、リミッタアンプの入力段に終端抵抗を付加して、負荷インピーダンスを調整することが望ましい。

直接変調信号を送受信する光通信システムにおいては、群遅延歪みは、光信号送信装置（不図示）、電流電圧変換アンプ４２、伝送線路４３等で発生する。上記のような構成の光信号受信装置とすることによって、光通信システム内等で発生した群遅延歪みを補正することができる。また、直接変調光−電気変換増幅回路４８と再生増幅回路４９とを伝送線路４３で分離接続するため、両者の調整が容易になる。

なお、図１３では群遅延回路を利用した光受信装置を示したが、図１３の群遅延回路相当の部分に、複数の群遅延回路を縦続接続した群遅延装置を適用してもよい。

本発明の群遅延回路又は群遅延装置は、光通信システムのみならず、同軸ケーブルや平衡ケーブルを利用する通信システムや、発生した群遅延を補正する必要のある電子回路に適用することができる。

本実施の形態の群遅延回路の例を説明する図である。本実施の形態の群遅延回路の周波数ｆと群遅延Ｔｄの関係を説明する図である。負荷回路の入力端での群遅延Ｔｄの周波数特性を説明する図である。負荷回路の入力端での信号振幅Ａの周波数特性を説明する図である。３ＧＨｚでの群遅延の傾斜と負荷回路の入力端での振幅を説明する図である。負荷回路の入力端における群遅延についてのシミュレーション結果を説明する図である。負荷回路の入力端における電圧利得についてのシミュレーション結果を説明する図である。２組の群遅延回路を縦続接続して群遅延装置とした例を説明する図である。駆動回路の駆動インピーダンス及び負荷回路の負荷インピーダンスを可変できる群遅延回路の例を説明する図である。光信号受信装置の構成例を説明する図である。リミッタアンプの入力端における群遅延と電圧利得についてシミュレーション結果を説明する図である。リミッタアンプの入力端における群遅延と電圧利得についてシミュレーション結果を説明する図である。光信号受信装置の構成例を説明する図である。

符号の説明

１１は特性インピーダンスがＺｏの伝送線路
１２は駆動インピーダンスがＺｓの駆動回路
１３は負荷インピーダンスがＺｌの負荷回路
１１ａは特性インピーダンスがＺｏ_１の第一の伝送線路
１１ｂは特性インピーダンスがＺｏ_２の第二の伝送線路
１２は駆動インピーダンスがＺｓ_１の駆動回路
１３は負荷インピーダンスがＺｌ_２の負荷回路
１４は負荷インピーダンスがＺｌ_１で駆動インピーダンスがＺｓ_２のアイソレーション増幅回路
１６は駆動回路としての差動出力インピーダンス可変回路
１７は負荷回路としての差動入力インピーダンス可変回路
２１は抵抗値を可変できるＦＥＴ
２２は可変抵抗器
３０は光ファイバ
３１はフォトダイオード
３２は電流電圧変換アンプ
３３は伝送線路
３５はリミッタアンプ
３６はＦＭ復調器
３７は周波数検波回路出力
３８は周波数変調光−電気変換増幅回路
３９は周波数検波回路
４０は光ファイバ
４１はフォトダイオード
４２は電流電圧変換アンプ
４３は伝送線路
４５はリミッタアンプ
４６は再生回路
４７は再生回路出力
４８は直接変調光−電気変換増幅回路
４９は再生増幅回路

Claims

電気信号を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路を駆動して信号を送信する駆動回路と、
前記伝送線路の負荷となって前記駆動回路からの信号を受信する負荷回路と、を備え、
前記駆動回路の有する駆動インピーダンス、前記伝送線路の有する特性インピーダンス及び前記負荷回路の有する負荷インピーダンスが互いに異なる
ことを特徴とする群遅延回路。
前記駆動回路の駆動インピーダンス、前記負荷回路の負荷インピーダンス、前記伝送線路の特性インピーダンス又は前記伝送線路の長さの少なくとも１つが可変であることを特徴とする請求項１に記載の群遅延回路。
請求項１又は２に記載の群遅延回路を複数縦続接続した群遅延装置。
前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記伝送線路の長さが他の群遅延回路の前記伝送線路の長さと異なることを特徴とする請求項３に記載の群遅延装置。
前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記伝送線路の特性インピーダンスが他の群遅延回路の前記伝送線路の特性インピーダンスと異なることを特徴とする請求項３又は４に記載の群遅延装置。
前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記駆動回路の駆動インピーダンスが他の群遅延回路の前記駆動回路の駆動インピーダンスと異なることを特徴とする請求項３から５に記載のいずれかの群遅延装置。
前記群遅延装置を構成する複数の前記群遅延回路のうち少なくとも１つは、前記負荷回路の負荷インピーダンスが他の群遅延回路の前記負荷回路の負荷インピーダンスと異なることを特徴とする請求項３から６に記載のいずれかの群遅延装置。
直接変調された光信号を受信して電気信号に変換増幅して伝送線路に出力する直接変調光−電気変換増幅回路及び前記伝送線路からの前記電気信号を増幅し、元の信号に再生する再生増幅回路を含む光信号受信装置において、
前記直接変調光−電気変換増幅回路は、
前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子からの電気信号を増幅して前記伝送線路に出力する電流電圧変換アンプと、を備え、
前記再生増幅回路は、
前記伝送線路からの前記直接変調信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路からの信号を元の信号に再生する再生回路と、を備え、
前記受光素子と前記再生回路との間に、前記電流電圧変換アンプを前記駆動回路として備えかつ前記増幅回路を前記負荷回路として備える請求項１若しくは２に記載の群遅延回路又は請求項３から７に記載のいずれかの群遅延装置を備えることを特徴とする光信号受信装置。
周波数変調された光信号を受信して電気信号に変換増幅して伝送線路に出力する周波数変調光−電気変換増幅回路及び前記伝送線路からの前記電気信号を周波数検波する周波数検波回路を含む光信号受信装置において、
前記周波数変調光−電気変換増幅回路は、
前記光信号を電気信号に変換する受光素子と、
前記受光素子からの電気信号を増幅して前記伝送線路に出力する電流電圧変換アンプと、を備え、
前記周波数検波回路は、
前記伝送線路からの前記電気信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路からの信号を周波数検波するＦＭ復調器と、を備え、
前記受光素子と前記ＦＭ復調器との間に、
前記電流電圧変換アンプを前記駆動回路として備えかつ前記増幅回路を前記負荷回路として備える請求項１若しくは２に記載の群遅延回路又は請求項３から７に記載のいずれかの群遅延装置を備えることを特徴とする光信号受信装置。