JPH10501955A - 光受信器、チューナ、および光ネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 まず、受信した広帯域光信号を、トランスインピーダンス増幅器を備える光電器変換器（４９）により広帯域電気信号に変換し、その後で、変換された広帯域信号から、トランスインピーダンス増幅器に結合されているチューナにより、チャネルを選択する光受信器が知られている。そのような構成はノイズに対する要求および帯域幅に対する要求を満たすには最適ではない。副搬送波で多重化した光信号からの同調したチャネルを次の増幅器（３６；６１）へ選択的に送るように、光電変換器としての光ダイオード（４９）に直結されるための同調可能な周波数選択フロントエンド部（３０）を有する副搬送波で多重化した光信号のための光受信器が提案されている。

Description

【発明の詳細な説明】 光受信器、チューナ、および光ネットワーク 本発明は、光受信器、チューナ、および光ネットワークに関する。そのような 受信器は、アナログ信号およびデジタル信号を受けるための受信器とすることが でき、かつＣＡＴＶ−ネットワークまたは電話ネットワークなどのローカル・ル ープ・エリアに適用できる。ネットワークは、受動光ネットワークとすることが できる。 上記の種類の光受信器は、特願昭６３−３３０１８号から知られている。その 出願では、広帯域衛星受信器が開示されている。アンテナ信号が、グラスファイ バケーブルを介してオプトエレクトロニック変換器に供給される。その変換器の 広帯域出力電気信号が下段変換器に供給される。下段変換器の出力信号は、ＴＶ −チューナに供給される。グラスファイバケーブルからの光が、広帯域電気信号 に最初に変換される、そのような光受信器の構成では、光電変換器はトランスイ ンピーダンス増幅器を有する。そのような構成の欠点は、実際には狭い帯域のみ 、すなわち、ＴＶ−チューナにおける同調したチャネル、を使用するのに、関連 する全周波数範囲が変換されることである。寄生容量効果のために、トランスイ ンピーダンス増幅器のトランスインピーダンスは、この構成のノイズ特性を限ら れたものにする最大値に限られる。典型的なノイズスペクトラム密度指数は、２ ないし８ＰＡ／√Ｈｚである。一方では、非常に低いノイズ密度が希望され、他 方では広い帯域幅が望まれる。ノイズがトランスインピーダンスに比例し、帯域 幅がトランスインピーダンスに逆比例するという事実から、この構成ではノイズ に対する要求と帯域幅に対する要求とが衝突する。 ＩＥＥプロシーディングス−Ｊ（ＩＥＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ−Ｊ）４０ 巻６号、１９９３年１２月号４１１〜４１５ページ所載のＰ．Ｍ．Ｒ．Ｓ．モレ イラ（Ｐ．Ｍ．Ｒ．Ｓ．Ｍｏｒｅｉｒａ）他の論文「光ＳＣＭ応用のための完全 に統合したＧａＡｓ同調受信器前置増幅器ＭＭＩＣの設計および最適化（Ｄｅｓ ｉｇｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｆｕｌｌｙ ｉｎｔｅ ｇｒａｔｅｄ ＧａＡｓ ｔｕｎｅｄ ｒｅｃｉｅｖｅｒ ｐｒｅａｍｐｌｉｆ ｉｅｒ ＭＭＩＣ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ＳＣＭ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓ）」には、副搬送波で多重化した光波を、同調ネットワークに結合されている 光電変換器に入力する同調受信器前置増幅器が開示されている。前置増幅器は、 ＧＨｚ帯で動作する。同調ネットワークの広帯域出力信号が前置増幅器に供給さ れ、前置増幅器の広帯域電気信号からチャネルを選択するために標準マイクロ波 技術を使用する。コスト機能（ｃｏｓｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を最小にする最適 化法を適用することにより、完全な同調範囲にわたってＳＮＲ（信号対ノイズ比 ）を全面的に最低にするように、同調ネットワークの部品を決定する。入力同調 ネットワークは、ノイズ電流源に並列に低入力インピーダンス路を設け、かつノ イズ電流源に直列に設けることにより、入力ノイズを減少するように動作する。 したがって、前記論文は、全同調範囲にわたって動作する広帯域ノイズ整形回路 の使用、すなわち、広帯域ノイズ同調を開示している。 本発明の目的は、広帯域光信号から狭い帯域幅のチャネルを選択できるように する、最適ノイズ特性を持つ光受信器を得ることである。 そのために、少なくとも１つの同調可能な周波数選択フロントエンド部と、フ ロントエンド増幅器と、光信号を光電変換するための光電変換器とを備え、副搬 送波で多重化した同調可能な周波数選択フロントエンド部と、副搬送波で多重化 した光信号からフロントエンド受信器まで同調されたチャネルを選択的に通すよ うに、フロントエンド増幅器と光電変換器とは相互に直結される。これにより、 非常に低い、典型的にはトランスインピーダンス構成における光受信器より１０ 分の１ないし１００分の１と低い、ノイズスペクトル密度指数を持つ非常に簡単 な選択的光受信器構成が達成される。本発明は、光電変換器、好ましくは光ダイ オード、の寄生容量が、電気的に同調可能なフロントエンド部の部分を構成する ため、すなわち、光ダイオードの寄生容量を選択的同調回路で使用するために最 早重要でない、という知見を基にしている。これは、原則としてトランスインピ ーダンス値が無限大に近付くために、帯域幅問題がもはや存在しないことを更に 意味する。 本発明の光受信器の好適な実施例では、光電変換器は逆バイアスした光ダイオ ードである。それにより、同調可能なフロントエンド部がほんの僅か影響を受け るように光ダイオードの容量は最小である。 他の実施例は、従属請求の範囲で請求される。同調可能な周波数選択フロント エンド部は、可変容量ダイオードにより電気的に同調可能にすることが好ましい が、機械的に同調可能なコンデンサなどの他の可変容量素子も使用できる。同調 可能な周波数選択フロントエンド部は、可変インダクタ素子により同調可能にす ることもできる。同調可能な周波数選択フロントエンド部は、並列共振回路また は直列共振回路にでき、増幅器は高入力インピーダンスＦＥＴ増幅器または高入 力インピーダンス・バイポーラ増幅器である。光電変換器は、光ダイオード、フ ォトトランジスタ、または他の任意の適当な素子とすることができる。光受信器 は、ＣＡＴＶ−ネットワーク（ＣＡｂｌｅまたはＴｅｌｅＶｉｓｉｏｎ ネット ワーク）、対話サービスを行えることが好ましい、などの光ネットワークに結合 できるＴＶチューナ内に組み込むことができる。 以下、添付図面を参照して本発明を実施例により説明する。 第１図は、本発明の光ネットワークを概略的に示す。 第２図は、本発明のネットワーク内の副ステーションのブロック図を示す。 第３図は、本発明の光受信器の第１の実施例を示す。 第４図は、本発明の光受信器の第２の実施例を示す。 第５図は、本発明の光受信器の第３の実施例を示す。 第６図は、本発明の光受信器の第４の実施例を示す。 第７図は、本発明の光受信器の第５の実施例を示す。 図面全体にわたって、同じ参照番号を同じ構成要素に使用する。 第１図は、グラスファイバの受動光ネットワーク３を介して複数の副局４、５ 、および６と通信する主局２を備える本発明の光ネットワーク１を概略的に示す 。副局４、５、および６は、受動分割器７に結合される。主局２は、双方向通信 を行えるようにし、かつ従来のＣＡＴＶサービス、対話型ＴＶサービス、ビデオ −オン−デマンドなどのような複数のサービスを提供するＣＡＴＶ−ネットワー クなどのマルチメディア通信ネットワークのヘッドエンドとすることができる。 ヘッドエンドは、いわゆる光学的光端末すなわちＯＬＴである。主局２は、ＴＰ ＯＮ（受動光ネットワークを介する電話）のヘッドエンドとすることもできる。 このネットワークは、光増幅器（図示せず）を備えることもできる。副局４、５ 、および６は、ＯＬＴと双方向通信を行えるようにする光ネットワーク装置、す なわちＯＮＵとすることができる。ＯＮＵは、場外市場へのＯＮＵ、建物へのＯ ＮＵ、または家庭へのＯＮＵとすることができる。与えられた例では、ネットワ ーク１は副搬送波多重アクセス受動光ネットワークであって、そのネットワーク ではビット流が別々の搬送波で変調される。そのようなネットワークは、ジャー ナル オブ・ライトウエーブ テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈ ｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）１１巻１号、１９９３年１月号、１０６〜 １１５ページ所載の土屋（Ｔ．Ｔｓｕｃｈｉｙａ）他の論文「ビデオ−オン−デ マンド・サービスを行う光ビデオ伝送／分配システムの解析および設計（Ａｎａ ｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｔ ｒａｎｓｐｏｒｔ／Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｗiｔｈ Ｖｉ ｄ ｅｏ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ）」に一層詳しく記載されている。 主局２は地域電話交換機とすることもでき、そうすると副局４、５、および６は 、広帯域電話サービス、ファクシミリなどのような各種のサービスにアクセスで きる。ネットワーク２は、電話サービスとビデオサービス／オーディオサービス を組合わせたサービスを提供することもできる。そのために、主局２は複数のア ナログとデジタルの少なくとも一方の双方向チャネル８、９、および１０を備え る。与えられた例では双方向デジタルチャネルを示す。それらのデジタルチャネ ルには、ビット流１１、１２、および１３がそれぞれ供給されるが、本発明は変 調技術の種類および加えられる信号の種類には依存しない。副搬送波で多重化さ れた信号を形成するように、副搬送波で変調される全てのチャネルはレーザドラ イバ１４で共通光波搬送波に変調させられる。双方向通信を行えるようにするた めに、主局２は広帯域光受信器１５を更に備える。レーザドライバ１４と光受信 器１５は、１：２光分割器１６に結合される。 第２図は、本発明のネットワーク１における副局４のブロック図を示す。副局 ４は、本発明の光受信器２０と、変調器／レーザドライバ２１とを備える。その 変調器／レーザドライバ２１は、それの入力端子２４においてビット流２３でレ ーザダイオード２２をドライブするためのものである。この技術で周知である、 そのような変調器／レーザドライバ２１の一層詳しい記述が、１９８５年にロン ドン所在のプレンティス・ホールＩｎｔ．社（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ Ｉ ｎｔ，Ｉｎｃ．）刊のシニア（Ｊ．Ｍ．Ｓｅｎｉｏｒ）のハンドブック「光ファ イバ通信（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」の ４６０〜４６３ページと４６７〜４７２ページに見出すことができる。所与の例 では、光受信器２０は復調されたデータ流２５を提供する。 第３図は、本発明の光受信器４の第１の実施例を示す。光受信器４は、インダ クタ３１と、可変容量ダイオード３２と、コンデンサ３３との並列共振電気回路 により構成された同調可能な周波数選択フロントエンド部３０を備える。並列共 振電気回路は、抵抗を介して端子３４に供給する同調電圧により電気的に同調で きる。共振回路の帯域幅は、ネットワーク３から受信した副搬送波で多重化され た信号から、チャネルの１つを選択できるようにするなどのことを行わなければ ならない。光受信器４は、抵抗３７、および接地するコンデンサ３８などの適切 なバイアス素子および結合素子を有するフロントエンド・デュアルゲートＦＥＴ 増幅器３６を更に備える。コンデンサ３９、４０、および４１により、抵抗４２ 、および４３により、およびインダクタ４４により構成されたバンド選択ネット ワークを示す。バンド選択信号を端子４５に加える。ＡＧＣ（自動利得制御）電 圧を、抵抗４８を介してデュアルゲートＦＥＴ増幅器３６に供給するための端子 ４７も示す。この点までは、説明した回路は、フィリップス・コンポーネンツ・ ブック（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｂｏｏｋ）ＤＣ０３、１９９ ２年３月７７〜９１ページ所載のＵＶ８１５／ＵＶ８１６シリーズＴＶ−チュー ナス、データハンドブック「テレビジョン・チューナス（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｔｕｎｅｒｓ）」のデータシートに記載されているＵＨＦチューナの部分に一 致する。そのハンドブックに記載されているこのＴＶチューナの別の部品、すな わち、発振器、混合器およびＩＦ−増幅器は周知である。第３図では、この既知 の回路をＦＥＴの中断したドレインリードで示している。そのようなチューナに より供給されるＩＦ信号は、周知のベースバンド復調回路に供給される。本発明 に従って、光受信器４は逆バイアスした光ダイオード４９を更に備える。この光 ダイオードは、同調可能な周波数選択フロントエンド部３０に直結される。逆バ イアス電圧は、端子５０を介して光ダイオード４９に供給される。ＡＣ減結合コ ンデンサ５１が、端子５０とアースの間に接続される。逆バイアスすることによ り、光ダイオード４９の寄生容量が可能な限り小さくなって、並列共振回路にほ とんど影響しないから有利である。電気的に同調する可変容量コンデンサの代わ りに、機械的に同調するコンデンサ（図示せず）を使用することもできる。２つ 以上のチャネルを並列選択するために、同じ周波数帯または他の周波数帯におい て、別の同調可能な周波数選択フロントエンド部と他の光ダイオードのうちの少 なくとも一方を適用できる。したがって、拡張は直接に行われるから、ここでは 詳細は示さない。 第４図は、本発明の光受信器４の第２の実施例を示す。並列共振回路の代わり に、可変容量ダイオード３２と、インダクタ６０とで構成された直列共振回路を 示す。ＦＥＴの代わりに、バイポーラトランジスタ６１を適用する。ＤＣ−結合 のために、アースにＤＣ−結合するためのｒｆチョーク６２が設けられる。ＡＣ 減結合コンデンサ６３が設けられる。 第５図は、本発明の光受信器４の第３の実施例を示す。インダクタ３１の代わ りに、巻線３１Ａと３１Ｂを有するオートトランスが設けられる。光ダイオード ４９が巻線３１Ａと３１Ｂの接続点に結合される。 第６図は、本発明の光受信器４の第４の実施例を示す。インダクタ３１の代わ りに、巻線３１Ｃと３１Ｄを有するトランスが設けられる。光ダイオード４９が 巻線３１Ｃに結合され、可変容量ダイオード３２が巻線３１Ｄに結合される。巻 線３１Ｃと３１Ｄは空心結合でき、またはフェライトコア６５などのコアにより 結合できる。 第７図は、本発明の光受信器４の第５の実施例を示す。光ダイオード４９の代 わりに、フォトトランジスタ７０が設けられる。同調可能な周波数選択フロント エンド部３０がフォトトランジスタ７０のコレクタ７１に結合され、負バイアス 電圧を抵抗７４をフォトトランジスタ７０のエミッタ７２に供給するために、そ のエミッタは端子７３に結合され、かつＡＣ減結合のためのコンデンサ７５を介 してエミッタは接地される。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０４Ｊ 1/00

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも１つの同調可能な周波数選択フロントエンド部（３０）と、 フロントエンド増幅器（３６；６１）と、光信号を光電変換するための光電変換 器（４９）とを備え、副搬送波で多重化した光信号からの同調したチャネルをフ ロントエンド増幅器（３６；６１）まで選択的に通すように、同調可能な周波数 選択フロントエンド部（３０）と光電変換器（４９）とは相互に直結される、副 搬送波で多重化した光信号を受信するための光受信器（４９）。 ２． 請求の範囲１記載の光受信器（４）であって、同調可能な周波数選択フ ロントエンド部（３０）は並列共振電気回路（３１、３２、３３）であり、フロ ントエンド増幅器はＦＥＴ−増幅器（３６）である光受信器（４９）。 ３． 請求の範囲１記載の光受信器（４）であって、同調可能な周波数選択フ ロントエンド部（３０）は直列共振電気回路（３２、６０）であり、フロントエ ンド増幅器はバイポーラ増幅器（３６）である光受信器（４９）。 ４． 請求の範囲１、２、または３記載の光受信器であって、光電変換器はフ ォトトダイオード（４９）である光受信器。 ５． 請求の範囲４記載の光受信器であって、光ダイオードは逆バイアスされ る光受信器。 ６． 請求の範囲１、２、３、４、または５記載の光受信器であって、同調可 能な周波数選択フロントエンド部（３０）は少なくとも１つの可変容量ダイオー ド（３２）により電気的に同調可能である光受信器。 ７． 少なくとも１つの同調可能な周波数選択フロントエンド部（３０）と、 フロントエンド増幅器（３６；６１）と、光信号を光電変換するための光電変換 器（４９）とを備え、副搬送波で多重化した光信号からの同調したチャネルをフ ロントエンド増幅器（３６；６１）まで選択的に通すように、同調可能な周波数 選択フロントエンド部（３０）と光電変換器（４９）とは相互に直結される、光 ネットワーク（１）に結合するためのチューナ。 ８． 主局（２）と複数の副局（４、５、６）とを備え、副局（４、５、６） は、少なくとも１つのチューナに結合され、または少なくとも１つのチューナを 備え、そのチューナは同調可能な周波数選択フロントエンド受信器部（３０）と 、フロントエンド増幅器（３６；６１）と、光ネットワーク（１）から受信した 、副搬送波で多重化した光信号を光電変換するための光電変換器（４９）とを備 え、副搬送波で多重化した光信号からの同調したチャネルをフロントエンド増幅 器（３６；６１）まで選択的に通すように、同調可能な周波数選択フロントエン ド受信器部（３０）と光電変換器（４９）とは相互に直結される光ネットワーク （１）。 ９． 請求の範囲８記載の光ネットワークであって、ネットワークは受動ネッ トワークである光ネットワーク。