CN112640329A - 光学接收器和接收方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种能够执行稳定的相干检测并维持所接收的信号的质量的光学接收器，该光学接收器设置有：本地振荡光输出单元(301)；相位调节单元(302)；偏振控制单元(303)；复用单元(304)；光电转换单元(305)；解调单元(306)；和控制单元(307)。相位调节单元(302)调节本地振荡光的相位。偏振控制单元(303)控制光学信号的偏振旋转。复用单元(304)将从相位调节单元(302)输出的本地振荡光与从偏振控制单元(303)输出的光学信号复用。解调单元(306)基于通过光电转换单元(305)所执行的转换获得的电信号来执行解调过程。基于关于光学信号的接收状态的信息，控制单元(307)控制相位调节单元(302)中的本地振荡光的相位调节和偏振控制单元(303)中的光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。

Description

光学接收器和接收方法
技术领域
本发明涉及基于数字相干方法的光学通信技术，更具体地，涉及一种用于维持接收质量的技术。
背景技术
作为支持高速大容量传输的光学通信技术，使用数字相干光学通信方法。作为数字相干光学通信方法，已提出了诸如偏振复用方法和多值调制方法的各种调制方法。作为多值调制方法，使用二相相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、8-正交幅度调制(8-QAM)等。
在数字相干方法中，所接收的光学信号与来自本地振荡器的输出光(本地振荡光)相乘，从而生成基带信号。基带信号经受模拟/数字转换和数字信号处理，从而重新生成原始传输信号。因此，为了维持接收质量，有必要稳定地针对光学信号执行相干检测。因此，作为这种用于针对光学信号稳定地执行相干检测并维持信号质量的技术，例如，公开了如PTL1中的技术。
PTL 1涉及一种基于数字相干方法的光学发送器。PTL 1中的光学发送器按照增加接收信号的信号质量的方式调节本地振荡光的波长和功率，并且按照使得不出现光学信号与本地振荡光之间的波长差的方式控制本地振荡光的波长。PTL 1假设，当构造这种配置时，可实现光学信号的高精度接收性能。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL 1]日本未审专利申请公布No.2015-170916
发明内容
[发明解决的技术问题]
然而，PTL 1的技术在以下方面不足。当在接收侧执行相干检测时，当光学信号和本地振荡光的频率匹配时符号可在同相(I)轴或正交(Q)轴上固定。当在这种情况下，自动地控制增益，使得在用于光学信号的检测元件中输出幅度恒定时，对于轴上固定的分量为0的分量不存在输入信号，因此增益可被设定为较大以增加输出幅度。当增益被设定为较大时，信号的噪声增加，然后发生信号的质量劣化。因此，PTL 1的技术不足以作为在基于数字相干方法的光学通信系统中维持支持稳定接收处理的接收质量的技术。
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够维持支持稳定接收处理的接收质量的光学接收器。
[技术问题的解决方案]
为了解决上述问题，根据本示例实施方式的光学接收器，该光学接收器包括：本地振荡光输出装置；相位调节装置；偏振控制装置；复用装置；光电转换装置；解调装置；和控制装置。本地振荡光输出装置输出基于要输入的光学信号的频率设定的频率的本地振荡光。相位调节装置调节本地振荡光的相位。偏振控制装置控制光学信号的偏振旋转。复用装置将从相位调节装置输出的本地振荡光与从偏振控制装置输出的光学信号复用。光电转换装置将复用装置所复用的光学信号转换为电信号。解调装置基于光电转换装置所转换的电信号来执行解调处理。控制装置基于关于光学信号的接收状态的信息来控制相位调节装置中的本地振荡光的相位的调节和偏振控制装置中的光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。
根据本发明的接收方法包括：输出基于要输入的光学信号的频率设定的频率的本地振荡光；以及将经受相位调节的本地振荡光与经受偏振旋转的光学信号复用。根据本发明的接收方法还包括：将复用的光学信号转换为电信号；以及基于转换的电信号来执行解调处理。根据本发明的接收方法还包括：基于关于光学信号的接收状态的信息来执行本地振荡光的相位的调节和光学信号的偏振旋转中的至少一个。
[本发明的有益效果]
根据本发明，可在接收侧执行稳定相干检测并维持接收信号的质量。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一示例实施方式的配置的概要的图。
图2是示出根据本发明的第二示例实施方式的配置的概要的图。
图3是示出根据本发明的第二示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图4是示出根据本发明的第二示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图5是示出根据本发明的第二示例实施方式的光学通信系统的操作流程的图。
图6是示出根据本发明的第二示例实施方式的关于每一个频率偏移的错误的数量的测量结果的示例的图。
图7是示出根据本发明的第二示例实施方式的在另一配置的示例中发送的帧的示例的图。
图8A是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图8B是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图9是示出多值调制方法中的星座的改变的示例的图。
图10是示出根据本发明的第三示例实施方式的配置的概要的图。
图11是示出根据本发明的第三示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图12是示出根据本发明的第三示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图13是示出根据本发明的第四示例实施方式的配置的概要的图。
图14是示出根据本发明的第四示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图15是示出根据本发明的第四示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图16是示出根据本发明的第四示例实施方式的光学通信系统的操作流程的图。
图17是示出根据本发明的第五示例实施方式的配置的概要的图。
图18是示出根据本发明的第五示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图19是示出根据本发明的第五示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图20是示出根据本发明的第六示例实施方式的配置的概要的图。
图21是示出根据本发明的第六示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图22是示出根据本发明的第六示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图23是示出根据本发明的第六示例实施方式的光学通信系统的操作流程的图。
图24是示出根据本发明的第七示例实施方式的配置的概要的图。
图25是示出根据本发明的第七示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图26是示出根据本发明的第七示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图27是示出根据本发明的第八示例实施方式的配置的概要的图。
图28是示出根据本发明的第八示例实施方式的光学发送器的配置的图。
图29是示出根据本发明的第八示例实施方式的光学接收器的配置的图。
图30A是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图30B是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图30C是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图30D是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图31A是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图31B是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图31C是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图31D是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图32是示出错误发生的数量的时间变化的示例的图。
图33A是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图33B是示出多值调制方法中的星座的示例的图。
图34是示出在根据本发明的第八示例实施方式的光学接收器中错误发生的数量的时间变化的示例的图。
图35是示出根据本发明的光学接收器的另一配置的示例的图。
具体实施方式
(第一示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第一示例实施方式。图1示出根据本示例实施方式的光学发送器的配置的概要。根据本示例实施方式的光学发送器包括光学输出单元1、光学调制单元2、接收信息获取单元3和频率调节单元4。光学输出单元1输出分配给本地设备的频率的光。光学调制单元2将光学输出单元1所输出的光分离为彼此正交的偏振波，将每一个偏振波调制为同相分量和正交分量，并且输出经受调制的分量波被偏振合成的光学信号。接收信息获取单元3获取关于作为光学信号的发送目的地的光学接收器中的光学信号的接收状态的信息。频率调节单元4基于关于接收状态的信息来控制光学输出单元1所输出的光的频率，并且调节作为光学接收器针对光学信号执行相干检测时所使用的本地振荡光的频率与光学输出单元1所输出的光的频率之间的差的频率偏移。
根据本示例实施方式的光学发送器在接收信息获取单元3中获取关于光学接收器中的接收状态的信息，并且在频率调节单元4中调节作为光学接收器的本地振荡光的频率与光学输出单元1所输出的光的频率之间的差的频率偏移。在根据本示例实施方式的光学发送器中，将偏移添加到本地振荡光的频率和光学输出单元1所输出的光的频率，从而不生成光学接收器的信号的检测元件中输出幅度为0的分量。因此，可防止由于试图增加光学接收器中的增益而在信号中生成噪声的状态，从而可维持接收质量。结果，当使用根据本示例实施方式的光学发送器时，可通过在接收侧执行稳定相干检测来维持接收信号的质量。
(第二示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第二示例实施方式。图2是示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要的图。根据本示例实施方式的光学通信系统包括光学发送器10和光学接收器20。光学发送器10和光学接收器20经由通信路径201和通信路径202彼此连接。根据本示例实施方式的光学通信系统是经由光学发送器10与光学接收器20之间的通信路径201基于数字相干方法执行光学通信的网络系统。
描述光学发送器10的配置。图3示出根据本示例实施方式的光学发送器10的配置。光学发送器10包括客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13、光源单元14和频率调节单元15。
客户端信号输入单元11是经由通信路径201发送的客户端信号的输入端口。输入到客户端信号输入单元11的客户端信号被发送到信号处理单元12。
信号处理单元12针对输入的客户端信号执行诸如冗余的处理，并且将所处理的信号映射在通过通信路径201发送信号时所使用的帧中。
信号调制单元13基于从信号处理单元12输入的信号来调制从光源单元14输入的光，并且生成发送到通信路径201的光学信号。根据本示例实施方式的信号调制单元13例如基于二相相移键控(BPSK)调制方法来执行调制。调制方法可以是BPSK以外的另一多值调制方法，例如正交相移键控(QPSK)和8-正交幅度调制(8-QAM)。根据本示例实施方式的信号调制单元13的功能等同于根据第一示例实施方式的光学调制单元2。
光源单元14将预定频率的连续光输出到信号调制单元13。基于光学通信网络的波长设计来分配预定频率。光源单元14使用预定频率作为设定值来输出偏移被添加到设定值的频率的光。频率的偏移量由频率调节单元15控制。根据本示例实施方式的光源单元14的功能等同于根据第一示例实施方式的光学输出单元1。
频率调节单元15控制光源单元14的频率的偏移量。频率调节单元15基于从光学接收器20发送的错误信息来控制频率的偏移量。频率调节单元15按照减小作为错误信息发送的误码率(BER)的方式控制频率的偏移量。根据本示例实施方式的频率调节单元15的功能等同于根据第一示例实施方式的接收信息获取单元3和频率调节单元4。
描述光学接收器20的配置。图4示出根据本示例实施方式的光学接收器20的配置。光学接收器20包括客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23和光学检测单元24。光学接收器20还包括模数转换器(ADC)25、数字信号处理器(DSP)26、本地振荡光输出单元27和错误检测单元28。
客户端信号输出单元21是输出解调的客户端信号的输出端口。
偏振分束器(PBS)22将输入的光学信号偏振分离，并且输出分离的信号。PBS 22包括将光学信号偏振分离的PBS 22-1以及将本地振荡光偏振分离的PBS 22-2。PBS 22-1将从通信路径201输入的光学信号偏振分离，将X偏振波输出到90度混合器23-1，并将Y偏振波传输到90度混合器23-2。PBS 22-2将从本地振荡光输出单元27输入的光偏振分离，将X偏振波输出到90度混合器23-1，并将Y偏振波传输到90度混合器23-2。
90度混合器23通过相位相差90度的两条路径将输入的光学信号与输入的本地振荡光复用。90度混合器23-1通过相位相差90度的两条路径将从PBS 22-1输入的光学信号的X偏振分量与从PBS 22-2输入的本地振荡光的X偏振分量复用。
90度混合器23-1向光学检测单元24-1发送通过经由相位相差90度的路径将光学信号与本地振荡光复用而生成的同相(I相)分量和正交(Q相)分量的信号。90度混合器23-2通过相位相差90度的两条路径将从PBS 22-1输入的光学信号的Y偏振分量与从PBS 22-2输入的本地振荡光的Y偏振分量复用。90度混合器23-2向光学检测单元24-2发送通过经由相位相差90度的路径将光学信号与本地振荡光复用而生成的I相分量和Q相分量的信号。
光学检测单元24将输入的光学信号转换为电信号，并且输出电信号。光学检测单元24使用光电二极管来配置。光学检测单元24-1将从90度混合器23-1输入的X偏振波的I相分量和Q相分量中的每一个的光学信号转换为电信号，并且将该电信号发送到ADC 25-1。光学检测单元24-2将从90度混合器23-2输入的Y偏振波的I相分量和Q相分量中的每一个的光学信号转换为电信号，并将电信号发送到ADC 25-2。
ADC 25将输入的模拟信号转换为数字信号。ADC 25-1将从光学检测单元24-1输入的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP 26。ADC 25-2将从光学检测单元24-2输入的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP 26。
DSP 26针对输入信号执行诸如失真校正、解码和错误校正的接收处理，并将客户端信号解调。DSP 26由半导体器件配置。DSP 26的接收处理功能可使用现场可编程门阵列(FPGA)来配置。DSP 26的接收处理功能可通过使得诸如中央处理单元(CPU)的通用处理器执行计算机程序来执行。DSP 26将解调的客户端信号发送到客户端信号输出单元21。
本地振荡光输出单元27生成光与经由通信路径201传输的光学信号复用以及生成用于执行相干检测的光学信号时使用的本地振荡光。本地振荡光输出单元27包括半导体激光器，并且输出基于经由通信路径201传输的光学信号的频率设定的频率的光。
错误检测单元28监测DSP 26中的错误校正处理，并且测量错误的数量。根据本示例实施方式的错误检测单元28基于所测量的错误的数量来计算BER，并且经由通信路径202将关于所计算的BER的信息作为错误信息发送到光学发送器10。错误检测单元28可作为DSP26的一部分与DSP 26集成。
通信路径201被配置成使用光纤的光学通信网络。通信路径201从光学发送器10在光学接收器20的方向上发送光学信号。通信路径202是从光学接收器20向光学发送器发送控制信号等的通信网络。例如，提供通信路径202作为基于通信管理系统的设备的控制线。
描述根据本示例实施方式的光学通信系统的操作。首先，要通过通信路径201发送的客户端信号被输入到客户端信号输入单元11。作为客户端信号，例如，使用基于同步光学网络(SONET)、以太网(注册商标)、光纤信道(FC)、光学传输网络(OTN)等的信号。输入到客户端信号输入单元11的客户端信号被发送到信号处理单元12。
当输入客户端信号时，信号处理单元12将客户端信号映射在通过通信路径201发送客户端信号时使用的帧中。当执行映射时，信号处理单元12将映射的信号发送到信号调制单元13。
当输入基于经受映射的帧的数据的信号时，信号调制单元13基于从信号处理单元12输入的帧的数据来调制从光源单元14输出的光。信号调制单元13使用BPSK方法来执行从电信号到光学信号的转换。信号调制单元13将通过执行调制而生成的光学信号发送到通信路径201。
发送到通信路径201的光学信号通过通信路径201发送，并被发送到光学接收器20。光学接收器20中接收的光学信号被输入到PBS22-1。当输入光学信号时，PBS 22-1将输入的光学信号偏振分离，并且将X偏振光学信号发送到90度混合器23-1，并将Y偏振光学信号发送到90度混合器23-2。
当从PBS 22-1输入光学信号时，90度混合器23-1和90度混合器23-2将从PBS 22-1输入的光学信号与从PBS 22-2输入的本地振荡光复用，并且生成与I相分量和Q相分量相关的信号。90度混合器23-1和90度混合器23-2将所生成的光学信号发送到光学检测单元24-1和光学检测单元24-2。
当输入光学信号时，光学检测单元24-1和光学检测单元24-2将输入的光学信号转换为电信号，并将电信号发送到ADC 25-1和ADC25-2。当输入从光学信号转换的电信号时，ADC 25-1和ADC 25-2将输入信号转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP 26。
当信号被输入到DSP 26时，DSP 26针对输入的信号执行接收处理，将客户端信号解调，并将解调的客户端信号发送到客户端信号输出单元21。客户端信号输出单元21将输入的客户端信号输出到通信网络或通信设备。
在DSP 26中执行接收处理的同时，错误检测单元28监测DSP 26中的错误校正处理并测量所接收的信号的错误的数量。根据本示例实施方式的错误检测单元28将错误的数量计算为BER。当计算BER时，错误检测单元28经由通信路径202将关于所计算的BER的信息作为错误信息发送到光学发送器10。
光学发送器10经由通信路径202接收的错误信息被发送到频率调节单元15。当接收错误信息时，频率调节单元15调节光源单元14的频率偏移，以减小BER的值。频率调节单元15基于BER的改变来改变频率的偏移量，并且控制频率的偏移量以使BER最小化。光源单元14向信号调制单元13输出偏移量被校正的频率的光。
更详细地描述在光学发送器10中调节光源单元14所输出的光的频率时执行的操作。图5示出当调节光源单元14所输出的光的频率时执行的操作流程。
首先，频率调节单元15为频率偏移设定搜索范围，即，搜索光源单元14所输出的错误的数量最小的频率的范围，改变频率的偏移量(步骤S11)。频率偏移的搜索范围可被预先存储在频率调节单元15中，或者可为由工人等输入搜索范围的设定值。
当设定频率偏移的搜索范围时，频率调节单元15将频率偏移ofs(即，与从光源单元14输出的光的频率的设定值的偏离量)设定为ofs＝0(步骤S12)。当满足ofs＝0时，光源单元14输出设定值(即，分配给本地设备的频率)的光。
频率调节单元15从接收自光学接收器20的错误信息提取关于错误的数量的信息，并且将满足ofs＝0的错误的数量代入错误的最小值ofs_err_best中(步骤S13)。频率偏移ofs的设定值被代入ofs_best中以指示关于与代入最小值ofs_err_best中的数据有关的频率偏移的信息(步骤S14)。当满足ofs＝0的错误的数量被代入ofs_err_best中时，满足ofs_best＝0。
当存储频率偏移为0的错误的数量时，频率调节单元15将频率偏移ofs的设定值设定为ofs＝min，即，频率偏移的搜索范围的最小值min(步骤S15)。
当设定频率偏移ofs的值时，频率调节单元15将频率偏移ofs的设定值与频率偏移的搜索范围的最大值ofs_max进行比较。当频率偏移ofs等于或小于最大值ofs_max(步骤S16为否)时，频率调节单元15基于频率偏移ofs来校正光源的频率。频率调节单元15将光源单元14所输出的频率计算为光源的频率＝频率设定值+ofs，并设定所计算的值(步骤S17)。
当基于频率偏移ofs设定光源单元14的频率时，从光源单元14输出从设定值频率偏移的光。当偏移频率的光被输出到通信路径201时，从作为发送目的地的光学接收器20发送关于错误的数量的信息。
当接收关于错误的数量的信息时，频率调节单元15将错误的数量代入ofs_err中(步骤S18)，并且将所接收的错误的数量ofs_err与迄今作为最小值存储的ofs_err_best进行比较。当新接收的错误的数量较小(步骤S19为是)时，频率调节单元15用新接收的错误的数量ofs_err的值来更新ofs_err_best(步骤S20)。当更新ofs_err_best时，频率调节单元15将频率偏移ofs的值代入ofs_best中以指示关于与最小值ofs_err_best有关的频率偏移的信息(步骤S21)。
当更新关于与最小值ofs_err_best有关的频率偏移的信息时，频率调节单元15将频率偏移ofs改变为ofs＝ofs+Δf(步骤S22)，并从步骤S16开始执行操作。预先设定改变频率偏移的量Δf。可通过将频率偏移的搜索范围除以预先设定的数来设定Δf。
当新接收的错误的数量等于或超过迄今为止的最小值(步骤S19为否)时，频率调节单元15将频率偏移ofs改变为ofs＝ofs+Δf，并且从步骤S16开始执行操作。
当在步骤S16中，频率偏移ofs大于搜索范围的最大值ofs_max(步骤S16为是)时，频率调节单元15将光源单元14的频率设置设定为与最小值ofs_err_best有关的频率。频率调节单元15计算为光源的频率＝频率设定值+ofs_best，并且将光源单元14所输出的信号的频率控制为所计算的频率(步骤S23)。
图6是示出频率的偏移量与错误的数量之间的关系的示例的曲线图。在图6的示例中，频率的偏移量相对于每一个Δf改变，从而测量错误的数量。在图6的示例中，错误的数量最小的-3Δf被设定为光源单元14所输出的光的频率的偏移量。
在根据本示例实施方式的光学通信系统中，经由通信路径202将错误信息从光学接收器20发送到光学发送器10，但是当执行双向光学通信时，错误信息可被添加到作为主信号从光学接收器20发送到光学发送器10的帧。图7示出OTN帧的配置。例如，当执行基于如图7中的OTN帧的数据通信时，错误信息被添加到开销的预留比特，从而可将错误信息从光学接收器20发送到光学发送器10。当构造这种配置时，不需要使用通信路径202的通信，因此配置被简化。
图8A是示出使用BPSK调制方法的星座的图。图8B是示出使用QPSK调制方法的星座的图。在图8A和图8B中的星座中，在与载波相同的相位分量被指定为I轴并且与载波正交的相位分量被指定为Q轴的平面中示出信号的符号。在BPSK调制方法的情况下，符号被映射在I轴上，因此当光学信号与本地振荡光之间的频率偏移小时，出现图8中的状态并且光学信号的Q相分量变为0。在这种状态下，当自动控制增益以使得在光学检测单元24中输出幅度恒定时，不存在Q相分量的信号被输入至的Q-ch的输入信号，因此当Q-ch的信号为幅度时，输出幅度不增加。因此，增益被设定为大以便增加Q-ch的信号的输出幅度，噪声分量被添加到Q-ch，因此信号质量劣化。
相反，当光学信号的光源与本地振荡光的光源之间出现频率偏移时，星座如图9所示旋转。在图8A所示的BPSK方法中，尽管仅包括I轴分量，但是当有意生成频率偏移时，不仅I轴分量，而且Q轴分量也可具有值。当包括Q轴分量时，设定适当的增益，从而避免信号的噪声过度增加并且可防止信号质量劣化。
根据本示例实施方式的光学通信系统，光学发送器10的频率调节单元15基于在光学接收器20的错误检测单元28中检测到的错误信息来调节从光源单元14输出的光的频率。调节频率的调节以减小错误的数量，从而适当的偏移可被添加到从光学发送器10发送的光学信号的频率和光学接收器20中用于检测接收信号的本地振荡光的频率。结果，根据本示例实施方式的光学通信系统可减小接收信号中生成的噪声的影响并维持接收质量。
(第三示例实施方式)
描述根据本发明的第三示例实施方式的光学通信系统。图10示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要。根据本示例实施方式的光学通信系统包括光学发送器30和光学接收器40。光学发送器30和光学接收器40经由通信路径201彼此连接。
根据本示例实施方式的光学通信系统是网络系统，其类似于第二示例实施方式通过通信路径201基于数字相干方法执行光学通信。尽管根据第二示例实施方式的光学通信系统调节光学发送器的光源的频率的偏移量，但是根据本示例实施方式的光学通信系统的特征在于调节光学接收器的本地振荡光的频率的偏移量。
描述光学发送器30的配置。图11示出根据本示例实施方式的光学发送器30的配置。光学发送器30包括客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13和光源单元31。根据本示例实施方式的客户端信号输入单元11、信号处理单元12和信号调制单元13中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。
除了对输出光的频率的偏移功能之外，光源单元31包括与根据第二示例实施方式的光源单元14相似的功能。换言之，光源单元31包括半导体激光器，并且向信号调制单元13输出预定频率的连续光。基于光学通信网络的波长设计来分配预定频率。
描述光学接收器40的配置。图12示出根据本示例实施方式的光学接收器40的配置。光学接收器40包括客户端信号输出单元21、PBS22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC25、DSP 26、本地振荡光输出单元41、错误检测单元42和频率调节单元43。
客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25和DSP26中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。换言之，作为PBS 22，提供将经由通信路径201输入的光学信号偏振分离的PBS 22-1和将本地振荡光偏振分离的PBS 22-2。提供处理X偏振信号的90度混合器23-1、光学检测单元24-1和ADC25-1；以及处理Y偏振信号的90度混合器23-2、光学检测单元24-2和ADC 25-2。
本地振荡光输出单元41生成当光与经由通信路径201发送的光学信号复用以及生成用于执行相干检测的数量的光学信号时使用的预定频率的本地振荡光。本地振荡光输出单元41使用半导体激光器来配置。预定频率基于经由通信路径201发送的光学信号的频率来设定。本地振荡光输出单元41输出偏移被添加到预定频率的频率的光。频率的偏移量由频率调节单元43控制。
错误检测单元42包括与根据第二示例实施方式的错误检测单元28相似的功能。根据本示例实施方式的错误检测单元42监测DSP 26中对信号的接收处理，并且基于错误校正的数量来测量错误的数量。错误检测单元42将基于错误测量结果计算的错误信息发送到本地设备内的频率调节单元43。根据本示例实施方式的错误检测单元42将BER作为错误信息发送到频率调节单元43。错误检测单元42可作为DSP 26的一部分与DSP 26集成。
频率调节单元43控制本地振荡光输出单元41的频率的偏移量。频率调节单元43基于从错误检测单元42发送的错误信息来控制频率的偏移量。频率调节单元43控制频率的偏移量以减小作为错误信息发送的BER。
描述根据本示例实施方式的光学通信系统的操作。在光学信号与本地振荡光之间的频率偏移的调节以外的操作中，根据本示例实施方式的光学通信系统与根据第二示例实施方式的光学通信系统类似地操作。根据本示例实施方式的光学通信系统基于光学接收器40中的错误的数量的检测结果来调节光学信号与本地振荡光之间的频率偏移。换言之，在根据本示例实施方式的光学通信系统中，光学接收器40的频率调节单元43改变与从本地振荡光输出单元41输出的本地振荡光的频率的设定值的偏移量，并且基于错误的数量最小的偏移量来控制本地振荡光的频率。
根据本示例实施方式的光学通信系统产生与根据第二示例实施方式的光学通信系统的有益效果相似的有益效果。光学接收器40侧基于错误的数量来调节本地振荡光的频率，因此不需要将错误的数量发送到光学发送器30，由此系统的配置可更加简化。
(第四示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第四示例实施方式。图13示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要。根据本示例实施方式的光学通信系统包括光学发送器50和光学接收器60。光学发送器50和光学接收器60经由通信路径201和通信路径202连接。
根据本示例实施方式的光学通信系统是网络系统，其与第二示例实施方式类似经由通信路径201基于数字相干方法来执行光学通信。尽管根据第二示例实施方式的光学通信系统调节光学信号以使错误的数量最小化，从而调节光学信号与本地振荡光之间的频率偏移。代替这种配置，根据本示例实施方式的光学通信系统的特征在于监测光学信号的频率并调节从光源单元输出的光的频率以使得光学信号与本地振荡光之间的频率偏移具有设定值。
描述光学发送器50的配置。图14示出根据本示例实施方式的光学发送器50的配置。光学发送器50包括客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13、光源单元14、频率监测单元51和频率调节单元52。
根据本示例实施方式的客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13和光源单元14中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。
频率监测单元51包括测量信号处理单元12的输出信号的频率的功能。例如，信号调制单元13的输出信号通过光学耦合器分支，并且分支的信号被输入到频率监测单元51。频率监测单元51将关于信号调制单元13的输出信号的频率的信息发送到频率调节单元52。
频率调节单元52基于从频率监测单元51发送的输出信号的频率以及经由通信路径202从光学接收器60发送的本地振荡光的频率来控制光源单元14所输出的光的频率的偏移值。频率调节单元52监测从频率监测单元51发送的输出信号的频率与从光学接收器60发送的本地振荡光的频率之间的差异(即，频率偏移)。频率调节单元52基于设定为使得频率偏移不为0的频率偏移的设定值来控制光源单元14所输出的光的频率的偏移量。
描述光学接收器60的配置。图15示出根据本示例实施方式的光学接收器60的配置。光学接收器60包括客户端信号输出单元21、PBS22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC25、DSP 26、本地振荡光输出单元27和频率监测单元61。
客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25、DSP 26和本地振荡光输出单元27中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。换言之，作为PBS 22，提供将经由通信路径201输入的光学信号偏振分离的PBS22-1以及将本地振荡光偏振分离的PBS 22-2。提供处理X偏振波的90度混合器23-1、光学检测单元24-1和ADC 25-1；以及处理Y偏振波的90度混合器23-2、光学检测单元24-2和ADC 25-2。
频率监测单元61包括测量本地振荡光输出单元27的输出光的频率的功能。本地振荡光输出单元27的输出光例如通过光学耦合器分支，并且分支的信号被输入到频率监测单元61。频率监测单元61经由通信路径202将关于本地振荡光输出单元27的输出光的频率的信息发送到光学发送器50的频率调节单元52。
描述根据本示例实施方式的光学通信系统的操作。在光学信号与本地振荡光之间的频率偏移的调节以外的操作中，根据本示例实施方式的光学通信系统与根据第二示例实施方式的光学通信系统类似地操作。
描述根据本示例实施方式的在光学发送器50中调节光源单元14所输出的频率的操作。图16示出当调节光源单元14所输出的光的频率时所使用的操作流程。
首先，频率调节单元52设定频率偏移的目标ofs_target(步骤S31)。频率偏移的目标ofs_target被称为光源单元14所输出的光的频率与本地振荡光输出单元41所输出的光的频率之差的目标。频率偏移的目标ofs_target被预先存储在频率调节单元52中。对于频率偏移的目标ofs_target，可为由工人等输入设定值。
当设定频率偏移的目标ofs_target时，频率调节单元52计算光学信号的频率偏移sig_ofs，即，实际输出的光学信号的频率与光学信号的频率的设定值之差(步骤S32)。频率调节单元52基于从频率监测单元51发送的光学信号的频率的监测结果来计算光学信号的频率偏移sig_ofs。频率调节单元52将光学信号的频率偏移计算为频率偏移sig_ofs＝光学信号的频率监测值-光学信号的频率设定值。
当计算光学信号的频率偏移时，频率调节单元52计算本地振荡光的频率偏移lo_ofs，即，光学接收器60中实际输出的本地振荡光的频率与本地振荡光的频率的设定值之差(步骤S33)。频率调节单元52基于经由通信路径202从频率监测单元61发送的本地振荡光的频率的监测结果来计算本地振荡光的频率偏移lo_ofs。频率调节单元52将本地振荡光的频率偏移计算为频率偏移lo_ofs＝本地振荡光的频率的监测结果-本地振荡光的频率设定值。
当计算光学信号和本地振荡光中的每一个的频率偏移时，频率调节单元52计算光学信号与本地振荡光之间的频率偏移total_ofs(步骤S34)。频率调节单元52基于频率偏移total_ofs＝光学信号的频率偏移sig_ofs-本地振荡光的频率偏移lo_ofs来计算光学信号与本地振荡光之间的频率偏移。
当计算光学信号与本地振荡光之间的频率差(即，频率偏移)时，频率调节单元52确认频率偏移的目标ofs_target的正/负，并且确定当计算光源单元14所输出的光的频率的校正量diff时使用的系数SIGN。
当频率偏移的目标ofs_target的值等于或超过0(步骤S35为是)时，频率调节单元52将系数SIGN设定为增加值1(步骤S36)。当频率偏移的目标ofs_target的值小于0(步骤S35为否)时，频率调节单元52将系数SIGN设定为减去值1(步骤S39)。
当确定计算光源单元14所输出的光的频率的校正量diff时所使用的系数SIGN时，频率调节单元52计算频率偏移的校正量diff(步骤S37)。频率调节单元52将校正量diff计算为diff＝SIGN×ofs_target-SIGN×total_ofs。
当计算频率的校正量diff时，频率调节单元52将光源单元14所输出的光的频率计算为频率设定值+SIGN×diff(步骤S38)。当计算光源单元14所输出的光的频率时，频率调节单元52控制光源单元14以便输出所计算的频率的光。
根据本示例实施方式的光学通信系统监测光学信号和本地振荡光的频率，并且频率调节单元52控制从光源单元14输出的光的频率，使得作为光学光与本地振荡光之间的频率差的频率偏移具有设定值。以这种方式，光学信号和本地振荡光的频率被维持为0以外的设定值，并且在光学信号与本地振荡光之间导致频率偏移，从而可减小Q-ch的信号中生成的噪声。结果，根据本示例实施方式的光学通信系统可降低接收信号中生成的噪声的影响并且维持接收质量。
(第五示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第五示例实施方式。图17示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要。根据本示例实施方式的光学通信系统包括光学发送器70和光学接收器80。光学发送器70和光学接收器80经由通信路径201和通信路径203连接。通信路径203是将控制信号等从光学发送器70发送到光学接收器80的通信网络。
根据本示例实施方式的光学通信系统是网络系统，其与第二示例实施方式类似地经由通信路径201基于数字相干方法来执行光学通信。根据本示例实施方式的光学通信系统的特征在于基于光学信号和本地振荡光的频率的测量结果来控制光学接收器80的本地振荡光的频率以使得光学信号与本地振荡光之间的频率偏移具有设定值。
描述光学发送器70的配置。图18示出根据本示例实施方式的光学发送器70的配置。光学发送器70包括客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13、光源单元71和频率监测单元72。根据本示例实施方式的客户端信号输入单元11、信号处理单元12和信号调制单元13中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。
除了对输出光的频率的偏移功能之外，光源单元71还包括与根据第二示例实施方式的光源单元14相似的功能。换言之，光源单元71包括半导体激光器，并且向信号调制单元13输出预定频率的连续光。基于光学通信网络的波长设计来分配预定频率。
频率监测单元72包括测量信号处理单元12的输出信号的频率的功能。例如，信号处理单元12的输出信号通过光学耦合器分支，并且分支的信号被输入到频率监测单元72。频率监测单元72经由通信路径203将关于信号处理单元12的输出信号的频率的信息发送到光学接收器80的频率调节单元82。
描述光学接收器80的配置。图19示出根据本示例实施方式的光学接收器80的配置。光学接收器80包括客户端信号输出单元21、PBS22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC25、DSP 26、本地振荡光输出单元27、频率监测单元81和频率调节单元82。
根据本示例实施方式的客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25和DSP 26中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。换言之，作为PBS22，提供将经由通信路径201输入的光学信号偏振分离的PBS22-1以及将本地振荡光偏振分离的PBS 22-2。提供处理X偏振信号的90度混合器23-1、光学检测单元24-1和ADC 25-1；以及处理Y偏振信号的90度混合器23-2、光学检测单元24-2和ADC 25-2。
频率监测单元81包括测量本地振荡光输出单元27的输出光的频率的功能。本地振荡光输出单元27的输出光例如通过光学耦合器分支，并且分支的信号被输入到频率监测单元81。频率监测单元81将关于本地振荡光输出单元27的输出光的频率的信息发送到本地设备的频率调节单元82。
频率调节单元82基于经由通信路径203从光学发送器70的频率监测单元72发送的输出信号的频率以及从本地设备的频率监测单元81发送的本地振荡光的频率来控制本地振荡光输出单元27所输出的光的频率的偏移量。频率调节单元82监测从光学发送器70发送的光学信号的频率和本地振荡光的频率，并且基于设定为使得偏移和不为0的频率偏移的设定值来控制本地振荡光输出单元27所输出的本地振荡光的频率的偏移量。
描述根据本示例实施方式的光学通信系统的操作。除了光学接收器侧的本地振荡光的频率的控制和频率偏移的调节之外，根据本示例实施方式的光学通信系统与第四示例实施方式类似地操作。在根据本示例实施方式的光学通信系统中，光学接收器80的频率调节单元82基于从光学发送器70发送的光学信号的频率和本地设备中测量的本地振荡光的频率来计算频率之差。频率调节单元82基于光学信号与本地振荡光之间的频率差和频率偏移的设定值来调节本地振荡光的频率。频率调节单元82调节从本地振荡光输出单元27输出的本地振荡光的频率，使得所计算的光学信号与本地振荡光之间的频率差和频率偏移的设定值匹配。
根据本示例实施方式的光学通信系统产生与根据第四示例实施方式的光学通信系统的有益效果相似的有益效果。换言之，根据本示例实施方式的光学通信系统监测光学信号和本地振荡光的频率，并且频率调节单元82控制从本地振荡光输出单元27输出的光的频率，使得作为光学信号与本地振荡光之间的频率差的频率偏移具有设定值。以这种方式，光学信号和本地振荡光的频率被维持为0以外的设定值，并且在光学信号与本地振荡光之间导致频率偏移，从而可减小Q-ch的信号中生成的噪声。结果，根据本示例实施方式的光学通信系统可降低接收信号中生成的噪声的影响并维持接收质量。
(第六示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第六示例实施方式。图20示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要。根据本示例实施方式的光学通信系统包括光学发送器90和光学接收器100。光学发送器90和光学接收器100经由通信路径201和通信路径202连接。
根据本示例实施方式的光学通信系统是网络系统，其与第二示例实施方式类似地经由通信路径201基于数字相干方法来执行光学通信。尽管根据第四和第五示例实施方式的光学通信系统测量光学信号和本地振荡光的频率，从而计算频率差，但是根据本示例实施方式的光学通信系统的特征在于监测光学接收器的信号处理，从而获取关于光学信号与本地振荡光之间的频率差的信息。
描述光学发送器90的配置。图21示出根据本示例实施方式的光学发送器90的配置。光学发送器90包括客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13、光源单元14和频率调节单元91。
根据本示例实施方式的客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13和光源单元14中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。
频率调节单元91基于经由通信路径202从光学接收器100的频率偏移检测单元101发送的输出信号的频率与光学接收器100的本地振荡光的频率之间的偏移量来控制光源单元14所输出的光的频率的偏移量。频率调节单元91基于从光学接收器100发送的光学信号的频率与本地振荡光之间的偏移量来控制光源单元14的频率的偏移量以使得偏移和不为0。
描述光学接收器100的配置。图22示出根据本示例实施方式的光学接收器100的配置。光学接收器100包括客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25、DSP 26、本地振荡光输出单元27和频率偏移检测单元101。
客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25、DSP 26和本地振荡光输出单元27中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。换言之，作为PBS 22，提供将经由通信路径201输入的光学信号偏振分离的PBS22-1以及将本地振荡光偏振分离的PBS 22-2。提供处理X偏振信号的90度混合器23-1、光学检测单元24-1和ADC 25-1；以及处理Y偏振信号的90度混合器23-2、光学检测单元24-2和ADC 25-2。
频率偏移检测单元101监测DSP 26中的接收处理，并且检测光学发送器90所发送的光学信号的频率与本地振荡光输出单元27所输出的本地振荡光的频率之差作为频率偏移。频率偏移检测单元101经由通信路径202将关于指示所检测的光学信号与本地振荡光的频率之差的频率偏移的信息发送到光学发送器90的频率调节单元91。频率偏移检测单元101可作为DSP 26的一部分与DSP 26集成。
描述根据本示例实施方式的光学通信系统的操作。在光学信号与本地振荡光之间的频率偏移的调节以外的操作中，根据本示例实施方式的光学通信系统与根据第二示例实施方式的光学通信系统类似地操作。描述根据本示例实施方式的在光学发送器90中调节光源单元14所输出的频率的操作。图23示出当调节光源单元14所输出的光的频率时使用的操作流程。
首先，频率调节单元91设定频率偏移的目标ofs_target(步骤S41)。频率偏移的目标ofs_target被称为光源单元14所输出的光的频率与本地振荡光输出单元27所输出的光的频率之差的目标。频率偏移的目标ofs_target可被预先存储在频率调节单元91中，或者可为由工人等输入设定值。
当设定频率偏移的目标ofs_target时，频率调节单元91获取光学信号与本地振荡光之间的频率偏移total_ofs的数据(步骤S42)。经由通信路径202从光学接收器100的频率偏移检测单元101接收光学信号与本地振荡光之间的频率偏移total_ofs的数据。
当接收光学信号与本地振荡光之间的频率偏移total_ofs的数据时，频率调节单元91确认频率偏移的目标ofs_target的正/负，并且确定当计算频率偏移的校正量diff时所使用的系数SIGN。
当频率偏移的目标ofs_target的值等于或超过0(步骤S43为是)时，频率调节单元91将系数SIGN设定为增加值1(步骤S44)。当频率偏移的目标ofs_target的值小于0(步骤S43为否)时，频率调节单元91将系数SIGN设定为减去值1(步骤S47)。
当确定计算校正量diff时所使用的系数SIGN时，频率调节单元91计算频率偏移的校正量diff(步骤S45)。频率调节单元91将校正量diff计算为diff＝SIGN×ofs_target-SIGN×total_ofs。
当计算频率的校正量diff时，频率调节单元91将光源单元14所输出的光的频率计算为频率设定值+SIGN×diff(步骤S46)。当计算光源单元14所输出的光的频率时，频率调节单元91控制光源单元14以便输出所计算的频率的光。
根据本示例实施方式的光学通信系统从频率偏移检测单元101获取光学信号和本地振荡光的频率，并且控制从光源单元14输出的光的频率，使得指示光学信号与本地振荡光之间的频率差的频率偏移具有设定值。以这种方式，光学信号和本地振荡光的频率被维持为0以外的设定值并且在光学信号与本地振荡光之间导致频率偏移，从而可减小Q-ch的信号中生成的噪声。结果，根据本示例实施方式的光学通信系统可降低接收信号中生成的噪声的影响并维持接收质量。
(第七示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第七示例实施方式。图24示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要。根据本示例实施方式的光学通信系统包括光学发送器110和光学接收器120。光学发送器110和光学接收器120经由通信路径201连接。
根据本示例实施方式的光学通信系统是网络系统，其与第二示例实施方式类似地经由通信路径201基于数字相干方法来执行光学通信。在根据第六示例实施方式的光学通信系统中，频率偏移检测单元101监测DSP 26中对接收信号的处理并且获取关于光学信号与本地振荡光之间的频率差的信息，并且光学发送器调节光学信号的频率。根据本示例实施方式的光学通信系统的特征在于使得频率偏移检测单元101监测DSP 26中对接收信号的处理，调节本地振荡光的频率，从而调节光学信号与本地振荡光之间的频率偏移。
描述光学发送器110的配置。图25示出根据本示例实施方式的光学发送器110的配置。光学发送器110包括客户端信号输入单元11、信号处理单元12、信号调制单元13和光源单元111。根据本示例实施方式的客户端信号输入单元11、信号处理单元12和信号调制单元13中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。
除了对输出光的频率的偏移功能之外，光源单元111还包括与根据第二示例实施方式的光源单元14相似的功能。换言之，光源单元111包括半导体激光器，并且向信号调制单元13输出预定频率的连续光。基于光学通信网络的波长设计来分配预定频率。
描述光学接收器120的配置。图26示出根据本示例实施方式的光学接收器120的配置。光学接收器120包括客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25、DSP 26、本地振荡光输出单元121、频率偏移检测单元122和频率调节单元123。
根据本示例实施方式的客户端信号输出单元21、PBS 22、90度混合器23、光学检测单元24、ADC 25和DSP 26中的每一个的配置和功能与根据第二示例实施方式的相同名称的部分相似。换言之，作为PBS22，提供将经由通信路径201输入的光学信号偏振分离的PBS22-1以及将本地振荡光偏振分离的PBS 22-2。提供处理X偏振信号的90度混合器23-1、光学检测单元24-1和ADC 25-1；以及处理Y偏振信号的90度混合器23-2、光学检测单元24-2和ADC 25-2。
本地振荡光输出单元121生成当使得光与经由通信路径201发送的光学信号相干涉以及生成执行相干检测的光学信号时使用的预定频率的本地振荡光。本地振荡光输出单元121包括半导体激光器，并且输出基于经由通信路径201发送的光学信号的频率设定的频率的光。本地振荡光输出单元121输出通过使用预定频率作为中心频率增加了频率偏移的光。频率偏移由频率调节单元123控制。
频率偏移检测单元122监测DSP 26中的接收处理，并且针对光学发送器110所发送的光学信号的频率与本地振荡光输出单元121所输出的本地振荡光的频率之间的偏移量执行检测。频率偏移检测单元122将关于频率的偏移量的信息发送到本地设备的频率调节单元123。频率偏移检测单元122可作为DSP 26的一部分与DSP 26集成。
频率调节单元123控制本地振荡光输出单元121所输出的本地振荡光的频率的偏移量。频率调节单元123基于关于从频率偏移检测单元122发送的光学信号与本地振荡光之间的频率偏移的信息来控制本地振荡光输出单元121所输出的本地振荡光的频率的偏移量。
除了在光学接收器侧通过本地振荡光的频率的控制对频率偏移的调节之外，根据本示例实施方式的通信系统与第六示例实施方式类似地操作。在根据本示例实施方式的光学通信系统中，光学接收器120的频率调节单元123获取关于频率偏移检测单元122所检测的光学信号与本地振荡光之间的频率差的信息。频率调节单元123基于指示光学信号的频率与本地振荡光的频率之差的频率偏移的设定值来调节本地振荡光的频率。频率调节单元123调节从本地振荡光输出单元121输出的本地振荡光的频率，使得所计算的光学信号与本地振荡光之间的频率差与频率偏移的设定值匹配。
根据本示例实施方式的光学通信系统产生与根据第六示例实施方式的光学通信系统的有益效果相似的有益效果。换言之，根据本示例实施方式的光学通信系统从频率偏移检测单元122获取光学信号和本地振荡光的频率，并且控制从本地振荡光输出单元121输出的光的频率，使得指示光学信号与本地振荡光之间的频率差的频率偏移具有设定值。以这种方式，光学信号和本地振荡光的频率被维持为0以外的设定值并且在光学信号与本地振荡光之间导致频率偏移，从而可减小Q-ch的信号中生成的噪声。结果，根据本示例实施方式的光学通信系统可降低接收信号中生成的噪声的影响并维持接收质量。
(第八示例实施方式)
参照附图详细描述本发明的第八示例实施方式。图27是示出根据本示例实施方式的光学通信系统的配置的概要的图。根据本示例实施方式的通信系统包括光学发送器130和光学接收器140。光学发送器130和光学接收器140经由通信路径204连接。根据本示例实施方式的光学通信系统是经由光学发送器130与光学接收器140之间的通信路径204基于数字相干方法执行光学通信的网络系统。
尽管在光学发送器侧或光学接收器侧调节光学信号或本地振荡光的频率，但是根据本示例实施方式的光学通信系统的特征在于在光学接收器中调节光学信号的偏振状态和本地振荡光的相位，从而增加接收质量。
描述光学发送器130的配置。图28是示出根据本示例实施方式的光学发送器130的配置的图。光学发送器130包括光源单元131、信号处理单元132、信号调制单元133和客户端信号输入单元134。
光源单元131向信号调制单元133输出预定频率的连续光。基于光学通信网络的波长设计来分配预定频率。
信号处理单元132针对输入的客户端信号执行诸如冗余的处理，并且将所处理的信号映射在通过通信路径201发送信号时使用的帧中。
信号调制单元133基于从信号处理单元132输入的信号来调制从光源单元131输入的光，并且生成要发送到通信路径204的光学信号。根据本示例实施方式的信号调制单元133例如基于BPSK调制方法来执行调制。调制方法可以是BPSK以外的另一多值调制方法(例如，QPSK和8-QAM)。
客户端信号输入单元134是经由通信路径204发送的客户端信号的输入端口。输入到客户端信号输入单元134的客户端信号被发送到信号处理单元132。
描述光学接收器140的配置。图29示出根据本示例实施方式的光学接收器140的配置。光学接收器140包括控制单元141、PBS 142、90度混合器143和光学检测单元144。光学接收器140还包括ADC 145、DSP 146、本地振荡光输出单元147、相位可变单元148、偏振控制单元149和客户端信号输出单元150。
控制单元141包括在偏振控制单元149中调节光学信号的偏振旋转以及在相位可变单元148中控制对本地振荡光的相位的调节操作的功能。控制单元141监测光学检测单元144中的光学信号的功率和放大从光学信号转换的电信号的跨阻抗放大器(TIA)的增益、ADC 145中的信号的功率以及DSP 146中的误码率(BER)。控制单元141向本地振荡光的相位和光学信号的偏振旋转添加变化，使得BER小于预定参考。
PBS 142将输入的光学信号偏振分离，并且输出分离的信号。PBS142包括将光学信号偏振分离的PBS 142-1以及将本地振荡光偏振分离的PBS 142-2。PBS142-1将经由通信路径204输入的光学信号偏振分离，将X偏振波输出到90度混合器143-1，并且将Y偏振波传输到90度混合器143-2。PBS 142-2将经由本地振荡光输出单元147输入的光偏振分离，将X偏振波输出到90度混合器143-1，并且将Y偏振波传输到90度混合器143-2。
90度混合器143通过相位相差90度的两条路径将输入的光学信号与输入的本地振荡光复用。90度混合器143-1通过相位相差90度的两条路径将从PBS 142-1输入的光学信号的X偏振分量与从PBS 142-2输入的本地振荡光的X偏振分量复用。
90度混合器143-1向光学检测单元144-1发送通过经由相位相差90度的路径将光学信号与本地振荡光复用而生成的I相分量和Q相分量的信号。90度混合器143-2通过相位相差90度的两条路径将从PBS142-1输入的光学信号的Y偏振分量与从PBS 142-2输入的本地振荡光的Y偏振分量复用。90度混合器143-2向光学检测单元144-2发送通过经由相位相差90度的路径将光学信号与本地振荡光复用而生成的I相分量和Q相分量的信号。
光学检测单元144将输入的光学信号转换为电信号，并且输出电信号。光学检测单元144使用光电二极管来配置。光学检测单元144包括放大从光学信号转换的电信号的TIA。检测单元144-1将从90度混合器143-1输入的X偏振波的I相分量和Q相分量中的每一个的光学信号转换为电信号，并且将电信号发送到ADC 145-1。光学检测单元144-2将从90度混合器143-2输入的Y偏振波的I相分量和Q相分量中的每一个的光学信号转换为电信号，并将电信号发送到ADC145-2。
ADC 145将输入的模拟信号转换为数字信号。ADC 145-1将从光学检测单元144-1输入的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP 146。ADC 145-2将从光学检测单元144-2输入的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到DSP 146。
DSP 146针对输入信号执行诸如失真校正、解码和错误校正的接收处理，并且将客户端信号解调。DSP 146由半导体器件配置。DSP 146的接收处理功能可使用FPGA来配置。DSP 146的接收处理功能可通过使得诸如CPU的通用处理器执行计算机程序来执行。DSP146将解调的客户端信号发送到客户端信号输出单元150。
本地振荡光输出单元147将经由通信路径204发送的光学信号与本地振荡光复用，并且生成当生成与光学信号与本地振荡光之间的频率差有关的频率的光学信号时使用的本地振荡光。本地振荡光输出单元147包括半导体激光器，并且输出基于经由通信路径204发送的光学信号的频率设定的频率的光。
相位可变单元148包括改变本地振荡光的相位的功能。相位可变单元148基于控制单元141的控制来向本地振荡光的相位添加变化。
偏振控制单元149包括向光学信号的偏振状态添加变化的功能。偏振控制单元149基于控制单元141的控制向光学信号添加偏振旋转。
通信路径204被配置为使用光纤的光学通信网络。通信路径204从光学发送器130在光学接收器140的方向上传输光学信号。
描述根据本示例实施方式的光学通信系统的操作。输入到光学发送器130的客户端信号输入单元134的客户端信号被发送到信号处理单元132。
当输入客户端信号时，信号处理单元132将客户端信号映射在通过通信路径204传输客户端信号时使用的帧中。当执行映射时，信号处理单元132将映射的信号发送到信号调制单元133。
当输入基于经受映射的帧的数据的信号时，信号调制单元133基于从信号处理单元132输入的帧的数据来调制从光源单元131输出的光。信号调制单元133例如使用BPSK方法来执行从电信号向光学信号的转换。信号调制单元133例如基于BPSK调制方法来执行调制。信号调制单元133可被配置为基于BPSK以外的另一多值调制方法(例如，QPSK和8-QAM)来执行从电信号向光学信号的转换。信号调制单元133将通过执行调制而生成的光学信号发送到通信路径204。
发送到通信路径204的光学信号通过通信路径204传输，并且被传输到光学接收器140。在光学接收器140中接收的光学信号被输入到偏振控制单元149。当输入光学信号时，偏振控制单元149基于控制单元141的控制来对光学信号执行偏振旋转。经受偏振旋转的光学信号被发送到PBS 142-1。
当输入光学信号时，PBS 142-1将输入的光学信号偏振分离，将X偏振光学信号发送到90度混合器143-1，并且将Y偏振光学信号发送到90度混合器143-2。
本地振荡光输出单元147生成本地振荡光，并且将所生成的光输出到相位可变单元148。当输入本地振荡光时，相位可变单元148基于控制单元141的控制向本地振荡光的相位添加变化。相位可变单元148向PBS 142-2发送相位添加了变化的本地振荡光。
当从PBS 142-1输入光学信号时，90度混合器143-1和90度混合器143-2将从PBS142-1输入的光学信号与从PBS 142-2输入的本地振荡光复用，并且生成与I相分量和Q相分量有关的信号。90度混合器143-1和90度混合器143-2将所生成的光学信号发送到光学检测单元144-1和光学检测单元144-2。
当输入光学信号时，光学检测单元144-1和光学检测单元144-2各自将输入的光学信号转换为电信号，并且将电信号发送到ADC 145-1和ADC 145-2。当输入从光学信号转换的电信号时，ADC 145-1和ADC145-2将输入信号转换为数字信号，并且将数字信号发送到DSP 146。
当信号被输入到DSP 146时，DSP 146针对输入信号执行接收处理，将客户端信号解调，并且将解调的客户端信号发送到客户端信号输出单元150。客户端信号输出单元150将输入的客户端信号输出到通信网络或通信设备。
在DSP 146中执行接收处理的同时，控制单元141监测DSP 146中的错误校正处理并且测量所接收的信号中的错误的数量。根据本示例实施方式的控制单元141将错误的数量计算为BER。当计算BER时，控制单元141确认所计算的BER是否落在预定参考内。当所计算的BER等于或小于预定参考时，控制单元141继续调节本地振荡光的相位和控制对光学信号的偏振旋转，而无需改变设定值。
当所计算的BER大于预定参考时，控制单元141改变对本地振荡光的相位的调节量和对光学信号的偏振旋转量。对本地振荡光的相位的调节量和对光学信号的偏振旋转量基于BER的改变量来预先设定。光学接收器140基于BER来控制对本地振荡光的相位的调节量和对光学信号的偏振旋转量，从而可使接收处理稳定。
描述对光学信号的调制方法是对四个或更多个值的多值调制的情况。当对光学信号的调制方法是对四个或更多个值的多值调制时，包括在接收信号中的符号的分量处于这样的状态，其中如图30A、图30B、图30C和图30D所示，包括X偏振I分量、X偏振Q分量、Y偏振I分量和Y偏振Q分量。作为对四个或更多个值的多值调制方法，例如，使用如图30A和图30B所示的偏振复用-正交相移键控(PM-QPSK)以及如图30C和图30D所示的偏振复用-16正交幅度调制(PM-16QAM)。
各自与本地振荡光相干接收的上述四个分量包括特定信号分量。上述四个分量各自由光学检测单元144转换为电信号并且电信号由TIA放大，此后在ADC 145中将放大的信号采样为数字信号。DSP 146基于采样为数字信号的信号通过数字信号处理来解调电信息信号。
然而，当对光学信号的调制方法是对少于四个值的值的多值调制时，根据接收信号的偏振状态、本地振荡光的相位等，在光电转换的X偏振I分量、X偏振Q分量、Y偏振I分量和Y偏振Q分量当中，一个分量或两个分量可处于基本上接近0的状态。作为对少于四个值的值的多值调制，例如，使用偏振复用-二相相移键控(PM-BPSK)等。图31A、图31B、图31C和图31D各自示出偏振复用-二相相移键控方法中的星座。尽管在图31A和图31B中，两个分量均具有0以外的值，但是在图31C和图31D中，两个分量均处于基本上接近0的状态。
在信号接近0的信道中，当通过TIA执行放大时，电噪声分量被放大。在信号接近0的信道中，噪声分量比存在信号分量的信道中大。因此，在信号接近0的信道中，接收SNR变差，并且受SNR影响的接收BER可能变差。图32示出观察到在信号接近0的信道中BER的时间变化的示例。
为了减少BER的变差，有效的是为正在接收的光学信号或本地振荡光提供微小变化以不处于特定偏振状态、本地振荡光的频率或相位条件。图33A和图33B各自示出偏振复用-二相相位调制光的解调符号的状态，其中对本地振荡光的相位提供了微小变化。
在图33A和图33B中，光学检测单元和ADC中的四个信号(XI、XQ、YI和YQ)分量以特定值变化。因此，不会在TIA中过度放大噪声分量，因此可减少BER的过度劣化。由于微小变化而带来的影响通过数字信号处理中的频率偏移补偿功能来补偿，因此不会发生对BER的影响。图34中示出通过观察当提供微小变化时BER的时间变化而获取的结果的示例。减少图32中发生的过度BER劣化，从而实现稳定的特性。以这种方式，微小变化被添加到光学接收器的本地振荡光的相位，从而即使当接收到偏振复用-二相相位调制光时，也可实现稳定的接收特性。
可应用于不归零(NRZ)信号、归零(RZ)信号等的强度调制以及相位调制和强度调制被组合的调制方法，例如m-值正交幅度调制(m-QAM)等。
根据本示例实施方式的光学通信系统在接收侧调节本地振荡光的相位并控制光学信号的偏振旋转。对于这种配置，当发送侧的光源的频率变化时，发生信号占用频带对安装在ROADM等上的波长复用/解复用的光学滤波器频带的移位，并且可能发生由于频谱收缩而引起的信号劣化。当发送侧的光学信号的频率或本地振荡光的光源变化时，可能对数字信号处理中的频率偏移补偿处理不利。相反，当进行诸如根据本示例实施方式的光学通信系统的配置时，信号劣化等可减少，从而可执行稳定的接收处理。
根据本示例实施方式的光学通信系统基于光学接收器140的控制单元141中检测到的BER来调节本地振荡光的相位并调节输入光学信号的偏振旋转。当调节本地振荡光的相位和光学信号的偏振状态以使得BER具有适当值时，可降低接收信号中出现的噪声的影响并且可维持接收质量。
根据第八示例实施方式的光学接收器可如图35中加以配置。图35中的光学接收器包括本地振荡光输出单元301、相位调节单元302、偏振控制单元303、复用单元304、光电转换单元305、解调单元306和控制单元307。
本地振荡光输出单元301输出基于输入光学信号的频率设定的频率的本地振荡光。相位调节单元302调节本地振荡光的相位。偏振控制单元303控制光学信号的偏振旋转。复用单元304将从相位调节单元302输出的本地振荡光与从偏振控制单元303输出的光学信号复用。光电转换单元305将复用单元304所复用的光学信号转换为电信号。解调单元306基于光电转换单元305所转换的电信号来执行解调处理。控制单元307基于关于光学信号的接收状态的信息来控制相位调节单元302中的本地振荡光的相位的调节和偏振控制单元303中的光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。
图35中的光学接收器基于关于光学信号的接收状态的信息来控制相位调节单元302中的本地振荡光的相位的调节和偏振控制单元303中的光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。当执行这种控制时，根据本示例实施方式的光学接收器可维持接收质量，从而允许稳定的接收处理。
在根据第二至第八示例实施方式的光学通信系统中，描述了执行将光学信号从光学发送器发送到光学接收器的单向通信的配置。代替这种配置，可在根据示例实施方式的光学通信系统中执行双向光学通信。当执行双向光学通信时，针对每一个方向控制作为光学信号与本地振荡光之间的频率差的频率偏移。当执行双向通信时，诸如错误信息、关于光的频率的信息以及关于光学信号与本地振荡光之间的频率差的信息的信息可通过被添加在发送到相反的设备的帧中来发送。
尽管参照其示例性实施方式具体地示出和描述了本发明，但是本发明不限于这些实施方式。本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种形式和细节上的改变。
本申请基于并要求于2018年9月7日提交的日本专利申请No.2018-167935的优先权，其公开通过引用整体并入本文。
[参考标记列表]
1 光学输出单元
2 光学调制单元
3 接收信息获取单元
4 频率调节单元
10 光学发送器
11 客户端信号输入单元
12 信号处理单元
13 信号调制单元
14 光源单元
15 频率调节单元
20 光学接收器
21 客户端信号输出单元
22 PBS
23 90度混合器
24 光学检测单元
25 ADC
26 DSP
27 本地振荡光输出单元
28 错误检测单元
30 光学发送器
31 光源单元
40 光学接收器
41 本地振荡光输出单元
42 错误检测单元
43 频率调节单元
50 光学发送器
51 频率监测单元
52 频率调节单元
60 光学接收器
61 频率监测单元
70 光学发送器
71 光源单元
72 频率监测单元
80 光学接收器
81 频率监测单元
82 频率调节单元
90 光学发送器
91 频率调节单元
100 光学接收器
101 频率偏移检测单元
110 光学发送器
111 光源单元
120 光学接收器
121 本地振荡光输出单元
122 频率偏移检测单元
123 频率调节单元
130 光学发送器
131 光源单元
132 信号处理单元
133 信号调制单元
134 客户端信号输入单元
140 光学接收器
141 控制单元
142 PBS
143 90度混合器
144 光学检测单元
145 ADC
146 DSP
147 本地振荡光输出单元
148 相位可变单元
149 偏振控制单元
150 客户端信号输出单元
201 通信路径
202 通信路径
203 通信路径
204 通信路径
301 本地振荡光输出单元
302 相位调节单元
303 偏振控制单元
304 复用单元
305 光电转换单元
306 解调单元
307 控制单元

Claims (10)

1.一种光学接收器，包括：
本地振荡光输出装置，用于输出基于要输入的光学信号的频率设定的频率的本地振荡光；
相位调节装置，用于调节所述本地振荡光的相位；
偏振控制装置，用于控制所述光学信号的偏振旋转；
复用装置，用于将从所述相位调节装置输出的所述本地振荡光与从所述偏振控制装置输出的所述光学信号复用；
光电转换装置，用于将由所述复用装置复用的所述光学信号转换为电信号；
解调装置，用于基于由所述光电转换装置转换的所述电信号来执行解调处理；以及
控制装置，用于基于关于所述光学信号的接收状态的信息，来控制所述相位调节装置中的所述本地振荡光的相位的调节和所述偏振控制装置中的所述光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。
2.根据权利要求1所述的光学接收器，其中，所述控制装置以优化所述光学信号的接收质量的预定指标的方式，控制所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。
3.根据权利要求2所述的光学接收器，其中，所述控制装置以使由所述解调装置检测到的错误的数量最小化的方式，控制所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光学接收器，其中，所述控制装置以使信号的星座在解调期间旋转的方式，控制所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个的执行。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的光学接收器，还包括：
监测装置，用于监测通过将所述本地振荡光与所述光学信号复用而获取的信号的彼此正交的偏振波的同相分量和正交分量的每一个功率，其中
所述控制装置基于所述功率来确定所述接收状态。
6.一种通信系统，包括：
光学发送器，包括用于发送通过调制偏振波的彼此正交的同相分量和正交分量中的每一个而获取的光学信号的装置；以及
根据权利要求1至5中的任一项所述的光学接收器，其中
所述光学接收器的所述偏振控制装置进行通过通信路径从所述光学发送器接收到的所述光学信号的偏振旋转。
7.一种接收方法，包括：
输出基于要输入的光学信号的频率设定的频率的本地振荡光；
将经受相位调节的所述本地振荡光与经受偏振旋转的所述光学信号复用；
将复用的所述光学信号转换为电信号；
基于转换的所述电信号来执行解调处理；以及
基于关于所述光学信号的接收状态的信息，来执行所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的接收方法，还包括：
以优化所述光学信号的接收质量的预定指标的方式，执行所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的接收方法，还包括：
以使在解调期间检测到的错误的数量最小化的方式，执行所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的接收方法，还包括：
以使信号的星座在解调期间旋转的方式，执行所述本地振荡光的相位的调节和所述光学信号的偏振旋转中的至少一个。
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