JP2020141321A - Phase reproduction type optical synchronous detector - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は,光信号を受信し,光位相を含む情報を検出するためのシステムや方法に関する。より詳しく説明すると,この発明は,光信号に干渉を引き起こし,干渉後の光信号強度の観測結果をもとに、位相回復技術を適用することで,光信号の光位相情報を再生できるシステムや方法に関する。 The present invention relates to a system or method for receiving an optical signal and detecting information including an optical phase. More specifically, the present invention is a system capable of reproducing the optical phase information of an optical signal by causing interference in the optical signal and applying phase retrieval technology based on the observation result of the optical signal intensity after the interference. Regarding the method.
今日,基幹系光通信網で広く用いられる偏波ダイバーシチ型の光コヒーレント受信機においては,偏波多重信号の分離のための偏波ビームスプリッタ,また同期検波のための局発(ローカル)光,及び複雑な光学素子によって構成される光IQミキシングのための光90度ハイブリッドなどが光前処理回路として必要となる。また,複数のファイバモードなどを用いた,大容量光空間多重伝送方式においては、空間チャネル数分それら光前処理回路が必要であり,さらに空間チャネル分離のための光学系が追加的に必要となる。 In today's polarization-diversified optical coherent receivers, which are widely used in backbone optical communication networks, polarized beam splitters for separating polarized multiplex signals and local light for synchronous detection, An optical 90-degree hybrid for optical IQ mixing composed of complicated optical elements and the like is required as an optical preprocessing circuit. In addition, in the large-capacity optical space multiplex transmission method using multiple fiber modes, these optical preprocessing circuits are required for the number of spatial channels, and an additional optical system for spatial channel separation is required. Become.
次世代の光コヒーレント受信技術においては,光空間多重伝送に向けた空間的拡張性,アクセス網への応用に向けた簡素化などが新たに求められる。 In the next-generation optical coherent reception technology, spatial expandability for optical spatial multiplex transmission and simplification for application to access networks are newly required.
本発明は,簡素化した装置構成により光位相情報を回復し,コヒーレント受信を可能とするシステムや方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a system or method that recovers optical phase information by a simplified device configuration and enables coherent reception.
本発明は,基本的には,位相回復(Phase retrieval)技術に基づく新たなコヒーレント受信技術に基づくシステムや方法を提供する。このシステムは,光信号チャネル数以上の多数の素子からなる直接検波器アレイを用い,空間的に冗長な観測を行うことで,直接検波により失われた光位相情報を信号処理的に回復する。これにより,複雑な光学的前処理なしに,光空間多重信号の一括コヒーレント受信を実現できる。 The present invention basically provides a system or method based on a new coherent reception technique based on a phase retrieval technique. This system uses a direct detector array consisting of a large number of elements with more than the number of optical signal channels, and performs spatially redundant observations to recover the optical phase information lost by direct detection in a signal processing manner. As a result, batch coherent reception of optical space multiplex signals can be realized without complicated optical preprocessing.
換言すると,本発明のシステムは,局発光との干渉(ヘテロダイン,あるいはホモダイン)による光電界位相の抽出ではなく,例えば,位相変調信号光同士の時空間的にランダムな干渉による光強度の揺らぎから,信号処理的に位相を含む光電界情報を再生する。 In other words, the system of the present invention does not extract the optical electric field phase by interference with local emission (heterodyne or homodyne), but from, for example, fluctuation of light intensity due to spatiotemporally random interference between phase-modulated signal lights. , Reproduces optical electric field information including phase in signal processing.
この明細書に記載される態様のひとつは,光信号を受信し,光位相を含む情報を検出するためのシステム1に関する。
このシステム1は,干渉要素3と,複数の検波器5を含む検波器アレイ7と,処理回路9と,を含む。
干渉要素3は,光信号を散乱させ,干渉を引き起こすための要素である。
検波器5は,干渉要素3により干渉が生じた光信号の光強度を測定するための要素である。
処理回路9は,検波器アレイ7が測定した光強度に関する情報を用いて,光信号の位相情報を回復するための要素である。
One of the embodiments described in this specification relates to a
The
The
The
The processing circuit 9 is an element for recovering the phase information of the optical signal by using the information on the light intensity measured by the
上記のシステムのある態様は,干渉要素3が,光信号にランダムな干渉を生じさせるものである。
In one aspect of the above system, the interfering
上記のシステムのある態様は,複数の検波器5の数をNrとし,光信号のチャネル数をNtとすると,NrはNtの4倍以上であるものである。
In one aspect of the above system, where the number of the plurality of
上記のシステムのある態様は,処理回路9は,光信号の離散性に関する要素を用いて,光信号の位相情報を回復するものである。 In one aspect of the above system, the processing circuit 9 recovers the phase information of the optical signal using elements related to the discreteness of the optical signal.
上記のシステムのある態様は,処理回路9は,既知信号を用いて,干渉要素3のランダムさに関する要素を推測し,推測した干渉要素3のランダムさに関する要素を用いて,光信号の位相情報を回復するものである。
In one aspect of the above system, the processing circuit 9 infers an element related to the randomness of the interfering
この明細書に記載される態様のひとつは,光信号を受信し,光位相を含む情報を検出するための方法である。
この方法は,干渉要素3が,光位相変調信号を散乱させ干渉を引き起こす工程(S101)と,
複数の検波器5を含む,検波器アレイ7が,干渉要素3により干渉が生じた光信号の光強度を測定する工程(S102)と,
処理回路9が,検波器アレイ7が測定した光強度に関する情報を用いて,光信号の位相情報を回復する工程(S103)と,を含む。
One of the embodiments described in this specification is a method for receiving an optical signal and detecting information including an optical phase.
In this method, the
A step (S102) in which the
The processing circuit 9 includes a step (S103) of recovering the phase information of the optical signal by using the information on the light intensity measured by the
本発明は,簡素化した装置構成により光位相情報を回復し,コヒーレント受信を可能とするシステムや方法を提供できる。本発明のシステムは,位相回復型コヒーレントレシーバとして機能し,構成が簡易であり空間的拡張性に優れるので,メトロ―アクセス網や,光空間通信,光センシングといった,ユーザにより身近な領域への光コヒーレント技術の展開を加速するものと期待される。 The present invention can provide a system and a method that recovers optical phase information and enables coherent reception by a simplified device configuration. The system of the present invention functions as a phase-retrieving coherent receiver, has a simple configuration, and has excellent spatial expandability. Therefore, light to areas closer to the user such as metro-access network, optical space communication, and optical sensing. It is expected to accelerate the development of coherent technology.
以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the forms described below, and includes those which are appropriately modified by those skilled in the art from the following forms to the extent obvious to those skilled in the art.
図1は,本発明のシステムの基本構成例を示すブロック図である。図1に示されるように,このシステム1は,干渉要素3と,複数の検波器5を含む検波器アレイ7と,処理回路9と,を含む。このシステム1は,光信号を受信し,その光信号に含まれる光位相を含む情報を検出するためのシステムに関する。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration example of the system of the present invention. As shown in FIG. 1, the
光信号の例は,位相を情報として有している位相変調信号である。具体的な光信号の例は,光QAM(直角位相振幅変調)信号,光PSK(位相偏移変調)信号,光OFDM(直交周波数分割多重)変調信号である。光PSK(位相偏移変調)信号の例は,光二位相偏移変調(BPSK)信号,光四位相偏移変調(QPSK)信号,及び光振幅位相偏移変調 (APSK)信号である。光位相を含む情報の例は,これら光信号に載せられた変調信号である。光信号は,データ伝送速度が高いものであることが好ましい。データ伝送速度の例は,1Gbps以上100Tbps以下であり,10Gbps以上100Tbps以下でもよいし,50Gbps以上50Tbps以下でもよい。光信号は,高速のデータ通信に対応するため光ファイバや自由空間を経由したものであることが好ましい。 An example of an optical signal is a phase-modulated signal that has phase as information. Specific examples of optical signals are optical QAM (quadrature phase amplitude modulation) signals, optical PSK (phase shift keying) signals, and optical OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) modulation signals. Examples of optical PSK (Phase Shift Keying) signals are Optical Two Phase Phase Shift Keying (BPSK) Signals, Optical Four Phase Phase Shift Keying (QPSK) Signals, and Optical Amplitude Phase Shift Keying (APSK) Signals. An example of information including the optical phase is a modulated signal carried on these optical signals. The optical signal preferably has a high data transmission rate. An example of the data transmission speed is 1 Gbps or more and 100 Tbps or less, and may be 10 Gbps or more and 100 Tbps or less, or 50 Gbps or more and 50 Tbps or less. The optical signal is preferably via an optical fiber or free space in order to support high-speed data communication.
干渉要素3は,光信号を散乱させ,干渉を引き起こすための要素である。干渉要素3は,光信号を散乱させ,干渉を引き起こすことができる要素であれば特に限定されない。干渉要素3により,光信号は,例えば,時間的及び空間的にランダムに干渉しあうこととなる。干渉要素3は,光学素子であってもよいし,光学素子を含む要素であってもよい。干渉要素3の例は,マルチモードファイバ,空間光変調器,ホログラフィープレート,拡散板,及び光集積回路である。光信号の通信路自体が干渉を引き起こす場合は,通信路自体が干渉要素3として機能してもよい。干渉要素3は,光信号にランダムな干渉を生じさせるものが好ましい。散乱とは,光信号が複数方向へ進行することを意味する。また,ランダムな干渉とはすべての光信号に同じ干渉が生じるのではないことを意味する。
The
検波器5は,干渉要素3により干渉が生じた光信号の光強度を測定するための要素である。複数の検波器5は,干渉要素3による時間的及び空間的な光強度の揺らぎを受信する。検波器5の例は,高速光検出器(PD: Photo detector)である。光検出器は,集積されていることが好ましい。複数の検波器5の数をNrとし,光信号のチャネル数をNtとすると,NrはNtの4倍以上であるものであることが好ましく,NrはNtの4倍+1以上でもよく,NrはNtの6倍以上でもよいし,NrはNtの8倍以上でもよい。もっとも,検波器の数が膨大となると,装置が複雑化するので,NrはNtの50倍以下がよく,10倍以下でもよいし,8倍以下でもよい。このように,多数の検波器5子からなる直接検波器アレイを用い,空間的に冗長な観測を行うことで,直接検波により失われた光位相情報を信号処理的に回復することができる。これにより,複雑な光学的前処理なしに,空間多重信号の一括コヒーレント受信を実現できることとなる。
The
処理回路9は,検波器アレイ7が測定した光強度に関する情報を用いて,光信号の位相情報を回復するための要素である。処理回路は,処理の迅速のためハードウェアのみのより実装してもよいし,ハードウェア及びソフトウェアを用いて実装してもよい。ソフトウェアは,所定の処理を行うためのプログラムであってもよい。処理回路9は,複数の検波器5からの光電界強度情報の組に関する情報を受け取り,例えば,位相再生(Phase Retrieval)手法により,信号処理的に光信号の位相情報を再生する。このように,信号に干渉を生じさせ,複数の干渉信号からもとの光信号の位相情報を再生(回復)する方法は,公知である。そのため,処理回路9は,公知の位相回復アルゴリズムを実装し,光信号の位相情報を回復すればよい。具体的な位相回復アルゴリズムとしては,Gerchberg−Saxton法などの反復的誤差修正法,PhaseLiftなどの半正定値計画法,Wirtingerフローなどの非凸最適化手法,alternating direction method of multipliers (ADMM)や近似メッセージ伝搬(AMP)などの凸最適化手法である。
The processing circuit 9 is an element for recovering the phase information of the optical signal by using the information on the light intensity measured by the
この際,光信号は,例えば2値(0,π),4価(0,π/2,π,3π/2)といったように,離散的な変調が施されている。このため,処理回路9は,光信号の離散性に関する要素を用いて,光信号の位相情報を回復することが好ましい。光位相情報を再生する際に,光信号の変調様式に関する情報を受け取って,その変調様式に合わせ,位相を推測したうえで,位相情報を回復することが望ましい。例えば,光信号が2値(0,π)の位相変調信号であった場合,光信号の位相は,0又はπであるから,位相情報を再生する際には,そのいずれかであるという事前知識のもとで,位相情報再生の精度や頑強性を向上することができる。このように,光信号の離散性に関する要素を用いて,光信号の位相情報を回復することで,信号処理量を大幅に軽減でき,迅速に光信号の位相情報を回復できることとなる。 At this time, the optical signal is subjected to discrete modulation such as binary (0, π) and tetravalence (0, π / 2, π, 3π / 2). Therefore, it is preferable that the processing circuit 9 recovers the phase information of the optical signal by using the element related to the discreteness of the optical signal. When reproducing the optical phase information, it is desirable to receive information on the modulation mode of the optical signal, estimate the phase according to the modulation mode, and then recover the phase information. For example, when the optical signal is a binary (0, π) phase-modulated signal, the phase of the optical signal is 0 or π, so that it is either of them when reproducing the phase information. With knowledge, the accuracy and robustness of phase information reproduction can be improved. In this way, by recovering the phase information of the optical signal by using the element related to the discreteness of the optical signal, the amount of signal processing can be significantly reduced and the phase information of the optical signal can be recovered quickly.
処理回路9は,干渉要素3のランダムさに関する要素を用いて,光信号の位相情報を回復するものであることが好ましい。その干渉要素3のランダムさに関する要素は,既知信号を用いて,干渉要素3のランダムさに関する要素を求め,その求めた要素を推測値として用いればよい。
It is preferable that the processing circuit 9 recovers the phase information of the optical signal by using the element related to the randomness of the
干渉要素3による散乱や干渉は一定とは限らず,変化する。このため,干渉要素3が光信号に与える影響(ランダムさ)は,変化する。このため,既知信号を用いて,干渉要素3により拡散や干渉を生じさせ,検波器アレイ7により干渉光の強度の組を検波させ,処理回路9で光信号の位相情報を回復すると,光信号の位相情報が既知であるから,干渉要素3による影響(ランダムさ)を求めることができる。干渉要素3のランダムさは,既知信号を用いた際と,実際の信号光を用いた際とでは,変動しているかもしれないものの,既知信号を用いて求めた干渉要素3のランダムさに関する要素を用いて,信号光の位相情報を再生することで,より迅速に,位相情報を回復できることとなる。
Scattering and interference by the
次に,上記のシステムを用いた,光位相を含む情報を検出する方法について説明する。
光信号が,光伝送路を経て干渉要素3へと伝わる。なお,光伝送路自体が,干渉要素として機能しても構わない。干渉要素3が,光位相変調信号を散乱させ,散乱された光信号が干渉を引き起こす(S101)。
複数の検波器5を含む,検波器アレイ7が,干渉要素3により干渉が生じた光信号の光強度を測定する(S102)。具体的には,複数の検波器5のそれぞれが受信した光信号の強度を測定する。そして,検波器アレイ7は,複数の検波器5からの光信号の強度情報を処理回路9へと出力する。
処理回路9は,検波器アレイ7が測定した複数の光強度に関する情報を用いて,光信号の位相情報を回復する(S103)。この回復した位相情報を用いて,光信号に載せられた情報を解析し,適宜出力すればよい。
Next, a method of detecting information including the optical phase using the above system will be described.
The optical signal is transmitted to the
The
The processing circuit 9 recovers the phase information of the optical signal by using the information on the plurality of light intensities measured by the detector array 7 (S103). Using this recovered phase information, the information carried on the optical signal may be analyzed and output as appropriate.
理論的説
以下,本発明の位相再生方法に関し,原理例の説明を行う。本発明は,以下の例に限定されるものではない。図2は,本発明のシステム例を示す概念図である。図2において,Ntチャネルの光空間多重信号
簡単のため,ベクトルと行列を用いて表すと,式(1)は,以下の式(2)のように表現できる。
なお,ここでは簡便のため,
光信号xのコヒーレント検出は,式(2)の連立二次方程式を解くことと等価である。この種の問題は(一般化された)位相回復問題として,X線解析や散乱イメージングなど,科学や工学の多くの分野で知られている(Y. Shechtman et al., IEEE Signal Process. Mag., 32(3), 87 (2015)。 Coherent detection of the optical signal x is equivalent to solving the simultaneous quadratic equations of Eq. (2). This type of problem is known as a (generalized) phase retrieval problem in many fields of science and engineering, such as X-ray analysis and scattering imaging (Y. Shechtman et al., IEEE Signal Process. Mag. , 32 (3), 87 (2015).
それらの分野では,
すなわち,
前述の位相回復アルゴリズムの導出においては,観測行列Hが既知であることを暗に仮定していた。しかしながら,実システムにおいては,Hもまた,振幅情報のみから推定する必要がある。K個の独立したパイロット系列
すなわち,
従って,既知の検出行列Pを用いて各位相回復問題を解くことによって,検出器毎のチャネルhjを推定することができる。なお,hiとhj(i≠j)の間には位相不確定性があるものの,信号検出に用い損失関数l(x;w)には影響がない。 Therefore, the channel h j for each detector can be estimated by solving each phase recovery problem using the known detection matrix P. Incidentally, although between h i and h j (i ≠ j) there is a phase ambiguity, the loss function used for signal detection l; no effect on (x w).
一方,前述のRAFを含む既存の位相回復アルゴリズムの多くは,ランダムな観測を前提として提案されているのに対し,現実的なシステムにおいては,十分にランダムな観測を実現することは必ずしも容易ではなく,結果,観測行列Hは特定の構造をもつ場合が多い。前述のように,光空間多重伝送においては,線形畳み込み通信路の応答を表すテプリッツ行列としてHがモデル化される。こうした観測行列が特定の構造を持つ位相回復問題は,必要な観測数や回復アルゴリズムに対する要求がランダム観測に基づく位相回復問題よりも厳しいことが知られている。([Q. Qu et al., arXiv:1712.00716 (2017).)。そこで,この問題を解消するため,光信号の変調方式に関する既知情報を用いることが有益である。ここでは,絶対値和(SOAV)最適化手法を用いることで,信号ベクトルxの要素の離散性を考慮したRAFを提案する(M. Nagahara, IEEE Signal Process. Lett., 22(10), 1575 (2015).)。 On the other hand, while many of the existing phase retrieval algorithms including the above-mentioned RAF have been proposed on the premise of random observation, it is not always easy to realize sufficiently random observation in a realistic system. As a result, the observation matrix H often has a specific structure. As described above, in optical space multiplex transmission, H is modeled as a Toeplitz matrix representing the response of a linear convolution communication path. It is known that the phase retrieval problem in which such an observation matrix has a specific structure requires more severe observations and requirements for the recovery algorithm than the phase retrieval problem based on random observation. ([Q. Qu et al., ArXiv: 1712.00716 (2017).). Therefore, in order to solve this problem, it is useful to use known information on the modulation method of optical signals. Here, we propose a RAF that considers the discreteness of the elements of the signal vector x by using the absolute value sum (SOAV) optimization method (M. Nagahara, IEEE Signal Process. Lett., 22 (10), 1575). (2015).).
ここでg(x)の近接写像は,例えば,以下で与えられる(R. Hayakawa and K. Hayashi, IEEE Access, 6, 66499 (2018))。 Here, a proximity map of g (x) is given, for example, as follows (R. Hayagawa and K. Hayashi, IEEE Access, 6, 66499 (2018)).
ここで,
here,
概念実証として,10Gbaud空間多重QPSK信号の位相回復コヒーレント検波を実証した(図3(a))。送信機では,波長1550.72nm,線幅0.1kHzの狭線幅レーザーを光IQ変調器によって一般的なQPSKフォーマットで変調した。シングルチャンネル伝送の場合は,10GSa/s任意波形発生器(AWG)で駆動されるIQ変調器,2チャネルの空間多重伝送の場合は,10GSa/sパルスパターン発生器(PPG)を備えた偏波多重IQ変調器(を用いた。。変調信号中の搬送波成分が適切に抑制されており,ヘテロダインまたはKramers−Kronig検波などに用いられるような参照光は使用していない。変調信号の品質はエラーベクター振幅において <12%であった。 QPSK信号を,エルビウムドープトファイバ増幅器(EDFA)を介して19dBmに増幅した。プロトタイプの2−D PDAモジュールにアンプが組み込まれていないため,このような高い光電力が必要であった。 EDFAの出力を,1.6kmのGI50 OM3 MMFに入力した。送信系はシングルモードデバイスからなっているため,,MMFとの接続にはSCコネクタを用いた。このため,直交したファイバモードを使用する一般的なSDM送信とは異なり,ファイバモードがほぼランダムに励起され,ファイバに沿って互いに干渉しあう。本実験では,,位相回復のためにこの干渉を積極的に用いる。すなわち伝送線路自体をスクランブルとして活用した。このため受信機は,2次元PDアレーおよびレンズのみで構成される。 PDアレーは32素子からなり,平均して11GHz帯域幅を持つ。ピクセルサイズは,30μm×30μmであり,そのピッチは44μmであった。(T. Umezawa et al., JLT, 36(7), 3684 (2018).)。 As a proof of concept, phase recovery coherent detection of a 10 Gbaud spatial multiplex QPSK signal was demonstrated (Fig. 3 (a)). In the transmitter, a narrow line width laser with a wavelength of 1550.72 nm and a line width of 0.1 kHz was modulated by an optical IQ modulator in a general QPSK format. Polarization with an IQ modulator driven by a 10 GSa / s arbitrary waveform generator (AWG) for single-channel transmission and a 10 GSa / s pulse pattern generator (PPG) for 2-channel spatial multiplexing transmission. A multiplex IQ modulator (was used .. The carrier components in the modulated signal were properly suppressed and no reference light was used as used for heterodyne or Kramers-Kronig detection, etc. The quality of the modulated signal was error. The vector amplitude was <12%. The QPSK signal was amplified to 19 dBm via an erbium-doped fiber amplifier (EDFA). This is high because the prototype 2-D PDA module does not incorporate an amplifier. Optical power was required. The output of the EDFA was input to the 1.6 km GI50 OM3 MMF. Since the transmission system consists of a single mode device, an SC connector was used to connect to the MMF. Therefore, unlike a general SDM transmission that uses orthogonal fiber modes, the fiber modes are excited almost randomly and interfere with each other along the fiber. In this experiment, this interference is positive for phase recovery. That is, the transmission line itself was used as a scramble. Therefore, the receiver is composed only of a two-dimensional PD array and a lens. The PD array consists of 32 elements and has an average bandwidth of 11 GHz. The size was 30 μm × 30 μm, and the pitch was 44 μm (T. Umezawa et al., JLT, 36 (7), 3864 (2018).).
本実験では,機器の制限により,32個のうち12個のPDのみを使用した。。観測数を実効的に増やすため,20GSa/s 12チャネルデジタルストレージオシロスコープ(DSO)を用い,PD出力を伝送レートの2倍でオーバーサンプリングし,分数間隔サンプルを用いて,測定数を仮想的に2倍に,すなわちNr=12×2=24とした。信号処理はオフラインにおいて行った。DRAFでは,M = 64,D = 12(シンボルレートにおいて),μn= 6,βn=5,ρn= 0.4とした。初期化には加重最大相関初期化法を用いた(G. Wang et al., IEEE Trans. Signal Process., 66(11), 2818 (2018))。 In this experiment, only 12 PDs out of 32 were used due to equipment restrictions. .. In order to effectively increase the number of observations, a 20GSa / s 12-channel digital storage oscilloscope (DSO) is used, the PD output is oversampled at twice the transmission rate, and a fractional interval sample is used to virtually set the number of measurements to 2. It was doubled, that is, Nr = 12 × 2 = 24. Signal processing was performed offline. In DRAF, M = 64, D = 12 (in symbol rate), μ n = 6, β n = 5, ρ n = 0.4. The weighted maximum correlation initialization method was used for initialization (G. Wang et al., IEEE Trans. Signal Process., 66 (11), 2818 (2018)).
図4は,単一チャネルの場合において,RAFにより推定されたチャネルインパルス応答の一例である。図4に示されるように,MMFにおけるモード結合および分散は,モード間のランダムな干渉を引き起こしている。従来のコヒーレント受信方式においては,この干渉を除去するため,複雑なモードダイバーシティ構成が必要となるが,一方,位相再生型コヒーレント受信機においては,この歪みを光位相を回復するために活用する。 FIG. 4 shows an example of the channel impulse response estimated by RAF in the case of a single channel. As shown in FIG. 4, mode coupling and dispersion in MMFs cause random interference between modes. In the conventional coherent reception system, a complicated mode diversity configuration is required to eliminate this interference, but in the phase reproduction type coherent receiver, this distortion is utilized to recover the optical phase.
図5及び図6は,それぞれ異なるNrに対する,ビット誤り率(BER)特性対DRAFの反復数Nを示している。BERは,異なるファイバ状態での200回の試行の平均である。なお,所与のNrに対して,標準偏差の大きい方からNrチャネルを選択し,位相回復を行っている。 5 and 6 show the bit error rate (BER) characteristic vs. the number of iterations N of DRAF for different N r , respectively. BER is the average of 200 trials in different fiber states. For a given N r , the N r channel is selected from the one with the largest standard deviation, and phase retrieval is performed.
単一送信チャネルの場合(図5),7%冗長度のFEC(前方誤り訂正)しきい値未満のBER,すなわちBER < 3.8×10−3が,Nt> 16およびN> 300に対して達成された。20%−FEC(BER閾値2.0×10−2)を用いた場合,Nr> 10(5 PD),およびN> 400において,エラーフリー伝送が可能であった。一方,従来のRAF,すなわち離散性を考慮しない位相回復手法を用いた場合は,12個のPDすべて(Nr= 24)を用いても,エラーフリー伝送を達成できなかった。これは畳み込み型の観測に従う位相回復問題が困難であることを示している。なお,本実施例に示されているBER特性は,4乗法ベースの位相雑音(PN)除去処理を施した後のものである。位相回復型コヒーレント受信機では,送信側ローカル光の周波数ドリフトは,チャネル応答hijの一部として推定・補償される。一方,残留する位相雑音成分は,図5の挿入図のように位相再生により再構成され,従来のコヒーレント受信機と同様に後処理によって除去することが可能である。このことは,この実験のように極端に狭い線幅のレーザーを使わなくても位相回復型コヒーレント受信機を実現できる可能性を示唆する。最後に,2チャンネルの空間多重伝送のケース(図6)では,チャネル間の相関によりBER特性が劣化していることがわかる。MMF内のモード結合は弱く,十分にランダムな干渉とまでは言えず,。また,オーバーサンプリング自体もチャネル相関を引き起こしている。しかしながら,N> 400で24チャンネル(すなわち,12PD)を使用することによって20%−FECエラーフリー動作を達成できた。 For a single transmit channel (Figure 5), a BER below the FEC (forward error correction) threshold with 7% redundancy, ie BER <3.8 × 10 -3, becomes N t > 16 and N> 300. Achieved against. When using the 20% -FEC (BER threshold 2.0 × 10 -2), in N r> 10 (5 PD) , and N> 400, it was possible to error-free transmission. On the other hand, when the conventional RAF, that is, the phase retrieval method that does not consider the discreteness, was used, error-free transmission could not be achieved even if all 12 PDs ( Nr = 24) were used. This indicates that the phase retrieval problem following convolutional observations is difficult. The BER characteristics shown in this embodiment are those after the phase noise (PN) removal process based on the fourth power method is applied. In a phase-recovered coherent receiver, the frequency drift of the transmitting side local light is estimated and compensated as part of the channel response hij . On the other hand, the remaining phase noise component is reconstructed by phase reproduction as shown in the inset of FIG. 5, and can be removed by post-processing like a conventional coherent receiver. This suggests that it is possible to realize a phase-retrieving coherent receiver without using a laser with an extremely narrow line width as in this experiment. Finally, in the case of 2-channel spatial multiplexing transmission (FIG. 6), it can be seen that the BER characteristics are deteriorated due to the correlation between the channels. The mode coupling in the MMF is weak and not sufficiently random interference. Oversampling itself also causes channel correlation. However, 20% -FEC error-free operation could be achieved by using 24 channels (ie 12PD) with N> 400.
本発明のシステムは,例えば,データセンタやアクセス系における短距離超大容量光空間多重伝送,また光無線通信や光センシングにおける,低コストコヒーレント受信機として利用され得る。このため,本発明は,例えば,情報通信産業において利用され得る。 The system of the present invention can be used as a low-cost coherent receiver in, for example, short-range ultra-large-capacity optical space multiplex transmission in a data center or an access system, or in optical wireless communication or optical sensing. Therefore, the present invention can be used, for example, in the information and communication industry.
1 システム
3 干渉要素
5 検波器
7 検波器アレイ
9 処理回路
1
Claims (6)
前記光信号を散乱させ干渉を引き起こすための干渉要素(3)と,
前記干渉要素(3)により干渉が生じた前記光信号の光強度を測定するための複数の検波器(5)を含む,検波器アレイ(7)と,
前記検波器アレイ(7)が測定した光強度に関する情報を用いて,前記光信号の位相情報を回復するための処理回路(9)と,を含むシステム。 A system (1) for receiving an optical signal and detecting information including an optical phase.
The interference element (3) for scattering the optical signal and causing interference, and
A detector array (7) including a plurality of detectors (5) for measuring the light intensity of the optical signal in which interference is caused by the interference element (3).
A system including a processing circuit (9) for recovering the phase information of the optical signal by using the information on the light intensity measured by the detector array (7).
前記干渉要素(3)は,前記光信号にランダムな干渉を生じさせる,システム。 The system according to claim 1.
The interference element (3) is a system that causes random interference in the optical signal.
前記複数の検波器(5)の数をNrとし,前記光信号のチャネル数をNtとすると,NrはNtの4倍以上である,システム。 The system according to claim 1.
Assuming that the number of the plurality of detectors (5) is Nr and the number of channels of the optical signal is Nt, Nr is four times or more of Nt.
前記処理回路(9)は,前記光信号の離散性に関する要素を用いて,前記光信号の位相情報を回復する,システム。 The system according to claim 1.
The processing circuit (9) is a system that recovers the phase information of the optical signal by using the element related to the discreteness of the optical signal.
前記処理回路(9)は,既知信号を用いて,前記干渉要素(3)のランダムさに関する要素を推測し,推測した前記干渉要素(3)のランダムさに関する要素を用いて,前記光信号の位相情報を回復する,システム。 The system according to claim 1.
The processing circuit (9) estimates an element related to the randomness of the interference element (3) using a known signal, and uses the estimated element related to the randomness of the interference element (3) to obtain the optical signal. A system that recovers phase information.
干渉要素(3)が,前記光位相変調信号を散乱させ干渉を引き起こす工程と,
複数の検波器(5)を含む,検波器アレイ(7)が,前記干渉要素(3)により干渉が生じた前記光信号の光強度を測定する工程と,
処理回路(9)が,前記検波器アレイ(7)が測定した光強度に関する情報を用いて,前記光信号の位相情報を回復する工程と,を含む方法。 A method for receiving an optical signal and detecting information including the optical phase.
A step in which the interference element (3) scatters the optical phase modulation signal and causes interference.
A step in which the detector array (7) including the plurality of detectors (5) measures the light intensity of the optical signal in which interference is caused by the interference element (3).
A method in which the processing circuit (9) includes a step of recovering the phase information of the optical signal by using the information regarding the light intensity measured by the detector array (7).
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