JPH08509350A - 三角形周波数特性を有する広帯域乗特性検出器、並びにこの検出器を含む伝送システムおよび受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 入力と、出力と、前記入力に加えられる信号の振幅と前記出力に発生されるる信号の振幅との間に乗特性関係を生じるための手段とを含むように成された乗特性検出器において、前記検出器は連続関数によって示されうるパターンを有する周波数特性を有し、前記関数は第１周波数区域上の上昇部分と前記第１周波数区域に隣接する第２周波数区域上の下降部分とを有する。好ましくは前記周波数パターンは三角形状を有する。このような周波数特性は、周波数の関数としての出力信号が、実質的に長方形周波数特性を有する通常の検出器の場合よりも一層均一な、すなわち台形のパターンを示す利点を有する。これは、特に変調された信号スペクトルが２つの相対的に離間された出力ピークを有する大周波数偏差のＦＳＫ変調にとって重要である。

Description

【発明の詳細な説明】 三角形周波数特性を有する広帯域乗特性検出器、 並びにこの検出器を含む伝送システムおよび受信器 本発明は、入力と、出力と、入力に加えられる信号の振幅と出力に生じる信号 の振幅との自乗関係を生じる手段とを有する乗特性（square-law）検出器に関す るものである。 このような乗特性検出器は、ＥＰ−Ｓ−４７４，２９４から公知のベースバン ド信号の自乗再結合による偏波ダイバシティー受信用の受信器の中に使用される ものである。 コヒーレント光伝送システム中のガラス繊維を通してベースバンド信号を搬送 するため、伝送レーザからくる光信号がガラス繊維に供給される前にこの光信号 をベースバンド信号によって振幅変調、周波数変調または位相変調する事ができ る。 光信号を受信器端末において現在の電子成分によって復調するためには、非常 に高い周波数（例えば１０¹⁴Ｈｚ）を有する光信号をはるかに低い中間周波数（ 例えば１０⁹Ｈｚ）に変換する必要がある。そのため、受信された光信号は受信 器中でレーザによって局所的に発生された光信号と混合され、この混合操作は光 指向性結合素子の中で行われる。その結果、受信光信号の周波数と局所発生光信 号の周波数との中間の差分周波数に等しい周波数を有する中間周波数信号が得ら れる。 この混合操作による信号ロスを可能最小限にするため、受信光信号の偏波方向 と局所発生光信号の偏波方向とが同一である必要がある。しかし一般に受信光信 号の偏波方向は不確定であり、また時間的に一定でない。対抗手段を使用しなけ れば、中間周波数信号の振幅は最大値（２つの偏波方向が同一である場合）と実 質的にゼロ（２偏波方向が直交する場合）との間を変動する可能性がある。 一般にこの問題点は、相互に直交する偏波方向を有する２成分に受信光信号を 分割する事によって解決される。これらの各信号成分が局所発生光信号の対応の 偏波成分と別々に混合される。この混合が２つの中間周波数信号を生じる。これ らの中間周波数信号の増幅と復調の後に、受信光信号の２つの相互直交偏波成分 の振幅に比例する振幅を有する２つのベースバンド信号が得られる。 偏波方向に関わらず受信光信号の振幅に比例する振幅を有するベースバンド信 号を得るため、これら２つのベースバンド信号が自乗され、次に既知のベクトル 特性に従って相互に加算される。得られたベースバンド信号を自乗する代わりに 、入力信号の振幅と出力信号の振幅との間に自乗関係を有する復調器を使用する 事によっても所望の出力信号を得る事ができる。 乗特性検出器の他の用途は、ＧＢ−Ａ−９０，２７２９６に記載されている。 この文献もコヒーレント光伝送システムに使用される受信器を記載し、さらに詳 しくはこのような受信器のＡＧＣシステムを解説している。このＡＧＣシステム においては、識別回路と中間周波数出力検出器とが使用される。これらの回路は 共に乗特性を有する検出器回路を含む。 ビットレートと比較して大きな周波数偏差（Δｆ）を有するＦＳＫ（周波数シ フト・キーイング）変調を光コヒーレント伝送システム中に使用すれば、変調信 号スペクトルは第１ａ図に図示のように比較的分離した出力ピークを有する。公 知の検出器のようにまた第１ｂ図に図示のように、このようなスペクトルが実質 的方形特性と帯域幅Ｂとを有する検出器を通過すれば、周波数に対してプロット された検出器の出力信号が第１ｃ図に図示のようなステップサイズを有するであ ろう。このような電圧レベルにおいて相異なるジャンプを示すステップサイズは 、その結果として不安定性を生じるので、特に制御ループにおいては望ましくな い。 本発明の目的は、第１ａ図に図示のようなスペクトルを有する信号が検出器の 入力に加えられた場合に、周波数に対してプロットされた出力電圧が均一パター ンを示すような広帯域乗検出器を提供するにある。 そのため本発明は前記の型の乗特性検出器において、前記検出器が連続関数に よって代表されるパターンの周波数特性を有し、前記関数は第１周波数区域上の 上昇部分と前記第１周波数区域に隣接する第２周波数区域上の下降部分とから成 る事を特徴とする乗特性検出器を提供するにある。好ましくは、前記周波数特性 は実質的に三角形を有する。 本発明の方法によれば、第１ａ図に図示のようなスペクトルが本発明による検 出器を通過した場合、この検出器の出力信号がはるかに均一なパターン、特に台 形パターンを有する。 本発明の好ましい実施態様によれば、検出器は入力と出力を有するエミッター フォロア回路を含み、前記エミッターフォロア回路の入力が検出器の入力を成し 、また前記検出器はダイオードとコンデンサの少なくとも１つの直列組合わせを 含み、この直列組合わせの一方の端子がエミッターフォロア回路の出力に結合さ れ他方の端子が基準電位に結合され、また検出器の出力信号がコンデンサの前後 に得られる。 また本発明は、ベースバンド信号の自乗再結合を有する偏波ダイバシティー受 信用の受信器において、それぞれ少なくとも１つの本発明による検出器を有する ２つの中間周波数回路を含む受信器に関するものである。このような受信器はＥ Ｐ−Ａ−４７４，２９４およびＧＢ−Ａ−９０，２７２９６に記載の型とする事 ができる。さらに本発明はトランスミッターとこのような受信器とを含む光コヒ ーレントＦＳＫ伝送用伝送システムに関するものである。 以下において本発明を図面を参照して説明する。付図において、 第１ａ，ｂ，ｃ図はそれぞれコヒーレント光信号ＦＳＫの周波数スペクトルと 、 公知の乗特性検出器の周波数特性と、第１ａ図の信号がこの検出器に加えられた 時の出力信号とを示すグラフである。 第２ａ，ｂ図は本発明による検出器に対して第１ａ図のスペクトルが加えられ た時のそれぞれ周波数特性および出力信号を示すグラフである。 第３図は本発明による検出器の一部の所望特性を示すグラフである。 第４図はエミッターフォロア回路の等価回路図である。 第５図は本発明による検出器の第１実施態様の回路図である。 第６図は第５図の回路の一部の等価回路図である。 第７図はそれぞれエミッターフォロア回路、第６図の回路の一部および第５図 の全体回路のシミュレーション転送特性ａ，ｂ，ｃを示すグラフである。 第８図は本発明の検出器の第２実施態様の回路図である。 第９図は第８図の検出器の測定された転送特性を示すグラフである。また 第１０図は本発明による伝送システムの基本的回路ダイヤグラムである。 第２ａ図はΔｆ＝Ｂ／２の場合の本発明による検出器の周波数特性を示す。 第２ｂ図は、第１ａ図に図示のスペクトルを有する信号が第２ａ図の理論特性 を有する検出器を通過する場合に得られる周波数に対してプロットされた出力電 圧を示す。 所望の三角形の検出器特性を得るため、自乗検出そのものを実施する検出器の 部分の前に、第３図の形状の正規化フィルタ伝送特性Ｈ（ｆ）を有するフィルタ を配置する。 第３図に図示の特性は正周波数についてのみ示されている事を注意しよう。 その後にこの特性が自乗された時に、下記の式の成り立つ検出器伝送が得られ る。 Ｈ′（f）＝ｆ for ０＜ｆ＜１； Ｈ′（f）＝２−ｆ for １＜ｆ＜２ として Ｈ′（f）＝０ for ｆ＜２． これが三角形を有する所望の特性である事は直ちに理解されよう。 第３図の特性を有するフィルタは、比較的低い周波数の狭帯域用途については 高次ＬＣネットワークによって実現される。しかし高周波数（ＧＨｚ領域）の広 帯域用途については、これは寄生キャパシタンスまたは自己誘導要素の大きな効 果の故に不可能である。 驚くべき事に、本発明は、コンデンサ負荷を有するエミッターフォロア回路が 所望の周波数特性にきわめて近似する事を発見した。 第４図はエミッターフォロアの公知の等価回路ダイヤ０４ムを示す。 このエミッターフォロアのインピーダンスについて下記の式が成立する。 下記の式が誘導される。 ここに、 エミッターフォロア回路の伝送関数中のゼロは、トランジスタ遷移周波数ｆｔ に近く配置されているので、本発明にとって重要な周波数区域においては影響し ない。 これは、 が成立するが故に容易に理解されよう。 ゼロと統計学的転送Ａ0が放棄されれば、転送特性は下記となる。 これは標準二次システムの転送特性の式であって、 この式において、 ω₀＝非減衰共振周波数、 β＝減衰係数、 またここに、周波数転送特性中のピークは、 β＝０．４−０．６の区域中のβ値によって、共振周波数より高い周波数につ いて第３図の特性のすぐれた近似が得られる事が明かとなった。 ＤＣから共振周波数までの周波数区域において、乗転送特性を発生するダイオ ードの差動抵抗が一対のコンデンサと協働する事によって追加フィルタ関数が得 られる。 第５図は本発明によるデテクタの基本的回路図である。このエミッターフォロ ア回路はベースレジスタ１、トランジスタ２およびエミッターレジスタ３から成 る。トランジスタ２のコレクタは供給電圧に接続される。入力信号ＶIFが入力、 すなわちエミッターフォロア回路のベースに加えられる。トランジスタ２のエミ ッター上の出力信号が結合コンデンサ４を介して、ダイオード５回りに構成され たデテクタの第２部分に接続される。ダイオード５のカソードはコンデンサ４の 自由端子に接続されまた負荷抵抗６を介してアースされている。第１コンデンサ ７がダイオード５と並列に接続されているが、このコンデンサは実際上物理的に 存在する必要はなく、ダイオード５の規制容量によって形成される。ダイオード ５のアノードは第２コンデンサ８の第１端子に接続され、この第２コンデンサ８ の第２端子はアースされている。さらにダイオード５のアノードは抵抗６と９を 介してＤＣ電圧源１０から設定電流を受ける。このダイオードは好ましくはショ ットキーダイオードである。検出器の出力信号はダイオードの端子を介してタッ ピングされる。原理上、他の方法としてダイオード５が端子を通してアースされ るように、ダイオード５とコンデンサ８の位置を交換する事ができる。この場合 にも出力信号がコンデンサ８を介して得られる。 第６図はダイオード５とコンデンサ７、８の等価回路図である。ダイオードは その差動抵抗ｒ_iによって示され、コンデンサ７と８はそれぞれＣ_SおよびＣ_Mで 示す。ダイオードの前後に電圧Ｖ_IF．Ｈ_ef（ω）が得られ、これはエミッターフ ォロア回路の伝送関数を乗じたエミッターフォロア回路の入力電圧である。 出力電圧Ｖ₀（ω）については、下記の式が成立する。 Ｖ₀（ω）＝ａ₂・｜ｕ²ｒ_i（ω）｜ ここに、ａ₂はダイオード５の自乗効率、またｕ² _ri（ω）はダイオード５の前後 の高周波数電圧である。 第６図からさらに下記の関係が誘導される。 １Ｈｚにおいてピークを有する規格化フィルタ特性について０．２−０．４の オーダのτ₁およびτ₂の値をもって、ＤＣと共振周波数との間の周波数に対し て所望フィルタ特性の良好な近似が得られる。 第７図において、それぞれ曲線ａは第４図のエミッターフォロア回路の、曲線 ｂは第６図のｕ_ri（ω）の、曲線ｃは第６図のＶ₀（ω）の規格化周波数特性の シミュレーション転送を示す。曲線ｃが三角形の電圧対周波数関係を有する所望 の検出特性の非常に良好な近似を成す事が明かである。 第８図は本発明による検出器の実施例を示す。この図においては、第５図に示 されこの検出器本来の機能にとって本質的な成分のみが参照数字を付けられてい る。他の成分は調整成分であって、Ｒ_XおよびＣ_Xで示し、その成分値が表Ｉに示 されている。この実施例においては、自乗検出のために逆極性の２ダイオード５ ’と５”が含まれている。これは検出器の動作に影響せず、検出効率を倍加する 。またこの実施例においては抵抗６、９とコンデンサ８が二重に含まれている事 が明かである。抵抗９によって２つのダイオード５’、５”の中にバイアス電圧 を生じるために対称回路を使用するので、ＤＣオフセット電圧と温度変動による オフセットドリフトが増幅器１１中の減算によって相互除去する利点がある。さ らに２ダイオードＤ₁、Ｄ₂および調整抵抗Ｒ₁₁−Ｒ₁₆を含む第２同形回路が備え られ、この回路は高周波数信号を供給されずその唯一の機能は供給電圧中の変動 を補正するにある。 第９図は第８図の検出器によって実施される検出特性を示す。検出特性の所望 の三角形パターンが明瞭であり、出力電圧は入力電圧レベルに対して正確な自乗 関係を有する。これは、得られた各出力曲線より３ｄＢ高い入力信号が検出器に 加えられた時の出力信号に対して図示の４曲線が対応する事からも説明される。 これらの曲線のピーク値はそれぞれ２５ｍＶ、５０ｍＶ、１００ｍＶ、２００ｍ Ｖにあり、従って入力電圧が係数√２で増大する際に係数２で増大する。 第８図に図示の回路は、トランジスタ２のベースがこのトランジスタ２のしき い値電圧Ｖｄに近似的に等しい設定電圧を供給されれば、集積型で簡単に実現で きる。その結果、そのエミッター上の電圧がほぼゼロボルトになり、また集積不 能キャパシタンスを有する結合コンデンサ４を除去する事ができる。その場合、 ダイオードＤ１，Ｄ２はエミッターフォロアとして配置されたトランジスタ２’ に接続され、またこのトランジスタのベースは入力電圧としてＶＩＦでなくしき い値電圧を受ける。これは第８図に破線で図示されている。２エミッター上の残 存ＤＣ電圧は第８図の差動増幅器１１の中で除去されるので、検出された信号の みが差動増幅器１１の出力上に存在する。 第１０図は本発明による伝送システムの基本回路図であって、この伝送システ ムはトランスミッター１２、例えばそれ自体公知のコヒーレント光伝送用トラン スミッターと、伝送路１３によって伝送される光信号を受信する受信器１４とを 含む。この受信器はＥＰ−Ａ−４７４，２９４およびＧＢ−Ａ−９０，２７２９ ６に記載の型のものであって、第５図または第８図に図示のような少なくとも１ つの本発明による検出器を含む。コヒーレント光伝送用トランスミッターの例は 例えば、Journal of Lightwave Technology：Vol.8，No.3，March 1990，pp.323 -328に掲載されたHoojimansほかの論文’Penalty Free Biphase Line Coding fo r Pattern Independent FSK Coherent Transmssion System’に記載されている 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/26

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． トランスミッターと、ベースバンド信号の乗特性再結合を有する偏波ダ イバシティー受信用受信器とを含み、前記受信器は２つの中間周波数回路を含み 、各中間周波数回路が少なくとも１つの乗特性検出器を含み、この検出器は入力 と、出力と、前記入力に加えられる信号の振幅と前記出力に発生される信号の振 幅との間に乗特性関係を生じるための手段とを含むように成されたコヒーレント 光ＦＳＫ伝送用伝送システムにおいて、前記検出器は連続関数によって示されう るパターンを有する周波数特性を有し、前記関数は第１周波数区域上の上昇部分 と前記第１周波数区域に隣接する第２周波数区域上の下降部分とを有する事を特 徴とする伝送システム。 ２． 前記検出器が、入力端子と出力端子を有し前記入力端子が検出器の入力 端子を成すエミッターフォロア回路と、ダイオードとコンデンサの少なくとも１ つの直列組合わせとを含み、この直列組合わせの一方の端子が前記エミッターフ ォロア回路の出力端子に結合され他方の端子が基準電位に結合され、また前記検 出器の出力信号が前記コンデンサの前後に得られるように成された事を特徴とす る請求項１に記載の伝送システム。 ３． ２つの中間周波数回路を含み、前記の各中間周波数回路がそれぞれ少な くとも１つの乗特性検出器を含み、前記の各乗特性検出器が入力端子と、出力端 子と、前記入力端子に加えられる信号の振幅と前記出力端子に発生される信号の 振幅との間に乗特性関係を生じるための手段とを含むように成されたベースバン ド信号の乗特性再結合による偏波ダイバシティー受信用の受信器において、前記 検出器は連続関数によって示されうるパターンを有する周波数特性を有し、前記 関数は第１周波数区域上の上昇部分と前記第１周波数区域に隣接する第２周波数 区域上の下降部分とを有する事を特徴とする受信器。 ４． 前記検出器が、入力端子と出力端子を有し前記入力端子が前記検出器の 入力端子を成すエミッターフォロア回路と、ダイオードとコンデンサの少なくと も１つの直列組合わせとを含み、この直列組合わせの一方の端子が前記エミッタ ーフォロア回路の出力端子に結合され他方の端子が基準電位に結合され、また検 出器の出力信号が前記コンデンサの前後に得られるように成された事を特徴とす る請求項３に記載の受信器。 ５． 入力端子と、出力端子と、前記入力端子に加えられる信号の振幅と前記 出力端子に発生される信号の振幅との間に乗特性関係を生じるための手段とを含 むように成された乗特性検出器において、前記検出器は連続関数によって示され うるパターンを有する周波数特性を有し、前記関数は第１周波数区域上の上昇部 分と前記第１周波数区域に隣接する第２周波数区域上の下降部分とを有する事を 特徴とする乗特性検出器。 ６． 前記検出器が、入力端子と出力端子を有し前記入力端子が前記検出器の 入力端子を成すエミッターフォロア回路と、実質的乗特性を有する非線形要素と 含み、この非線形要素の一方の端子が前記エミッターフォロア回路の出力端子に 結合され前記非線形要素の他方の端子がコンデンサの第１端子に結合され、この コンデンサの第２端子が基準電位に結合され、また前記非線形要素の他方の端子 が前記検出器の出力端子を成す事を特徴とする請求項５に記載の検出器。 ７． 周波数特性が実質的に三角形パターンを示す事を特徴とする請求項５に 記載の検出器。 ８． 前記非線形要素がダイオードである事を特徴とする請求項６または７の いずれかに記載の検出器。 ９． 反対極性を有する一対の並列配置されたダイオードが含まれる事を特徴 とする請求項７に記載の検出器。