JP2004080701A - 波形劣化補償機能を有する受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信装置において、分散補償ファイバや偏波保持ファイバを用いることなく、波長分散，偏波モード分散等による受信信号の波形劣化の補償を高精度に実現する。
【解決手段】補償特性可変型の第１の波形劣化補償手段３と、その出力についてさらに波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第２の波形劣化補償手段５と、受信信号の波形データを測定する受信波形測定手段８と、これにより得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、各波形劣化補償手段３及び５の補償特性を制御する制御手段９と、この制御手段９による波形劣化補償手段３及び５に対する補償特性の制御速度に差を設ける時定数生成手段１６−１，１６−２とをそなえるように構成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波形劣化補償機能を有する受信装置に関し、特に、光信号が光伝送路から受ける波形劣化を補償するために用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は既存の光伝送システムの一例を示すブロック図で、この図２０に示す光伝送システム１００は、光送信装置２００，光増幅中継器３００及び光受信装置４００をそなえて構成されており、光送信装置２００から送信された光信号が、光伝送路（光ファイバ）５００を通じて、光中継器３００にて適宜に中継増幅されながら光受信装置４００へ伝送されるようになっている。なお、この図２０において、光中継器３００は、１台しか図示していないが、勿論、光信号の伝送距離に応じて２台以上設けられる場合もあるし、不要な場合もある。
【０００３】
このような光伝送システム１００において、例えば、１０Ｇｂ／ｓ（ギガビット毎秒）や４０Ｇ　ｂ／ｓに代表される長距離・大容量の光伝送を行なう場合、一般に、「波長分散」や「偏波モード分散」などによる受信信号の波形劣化が顕著に現われるため、光受信器４０２の受信感度特性などの伝送特性が劣化し〔受信波形のアイパターンの開口度（以下、アイ開口度という）が小さくなり〕、伝送速度や伝送距離に制限を受ける。なお、４０３は光受信器４０２からデータとクロックを受けて所定のデジタル信号処理を行なう信号処理部を示す。
【０００４】
ここで、「波長分散」とは、光ファイバ自体の材料分散や構造分散に起因し、光ファイバ中における伝搬速度に波長依存性を持つ性質をいう。具体的には、零分散波長を中心に長波長側が遅れ、短波長側が進む性質である。この影響は、伝送距離や敷設されている光ファイバの特性，環境温度の変化などに依存して変化する。
【０００５】
これに対し、「偏波モード分散」とは、光ファイバの断面が真円ではなく楕円であるため、二つの直交する偏波主軸（ＴＥモード，ＴＭモード）により光信号の群速度（伝搬速度）に差が生じる性質をいう。この影響は、光ファイバに加わる応力の変化や、光ファイバの製造条件，敷設条件、さらには環境温度の変化などに依存して変化する。
【０００６】
「偏波モード分散」による伝送特性劣化は、既に定式化されており、「偏波モード分散」による伝送特性の劣化量Ｐ（ｄＢ　）は、光伝送路５００の二つの偏波主軸に対する光信号の入力パワー比γ（０＜γ＜１）と、光伝送路５００全体の偏波分散値Δτにより決まり、次式（１）で与えられる。なお、この影響は一般的に、伝送速度の二乗に比例し、伝送距離のルート（平方根）に比例する。
Ｐ∝γ（１−γ）Δτ^２　………　（１）
そして、従来、「波長分散」による劣化に対しては、零分散波長を１．５５μｍ帯にシフトした分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｈｉｆｔ　Ｆｉｂｅｒ）を光伝送路５００に用いたり、波長分散とは逆の波長分散特性をもつように設計された分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｆｉｂｅｒ）４０１ａを光受信器４０２の前段に設けたりして、光伝送路５００から受ける波形劣化を補償して、受信波形のアイ開口度を大きくしている。
【０００７】
一方、「偏波モード分散」による劣化に対しては、直線偏波の光の偏波軸を光ファイバのＸ軸（もしくはＹ軸）に合わせて入射すると、偏波状態が保たれたまま光ファイバ中を伝搬し、出射端においてもＸ偏波光（もしくはＹ偏波光）のみが得られるように設計された偏波保持ファイバ（ＰＭＦ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｆｉｂｅｒ）４０１ｂを光受信器４０２の前段に設けることで、光伝送路５００から受ける、「偏波モード分散」を軽減している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般、「波長分散」による波形劣化は波長多重数の増大により大きくなり、また、「偏波モード分散」による波形劣化は伝送速度や伝送距離に比例して大きくなるため、上述した既存の光伝送システム１００では、光受信器４０２が許容できる波形劣化量の範囲となるように、光伝送距離毎に異なる分散補償ファイバ４０１ａや偏波保持ファイバ４０１ｂを個々に設ける必要がある。
【０００９】
これは、必要となる分散補償ファイバ４０１ａや偏波保持ファイバ４０１ｂの種類と使用頻度が増加し、システム構築時のコストや管理コストが膨大となり、非現実的になるだけでなく、システム改築時などの拡張性（応用性），柔軟性（融通性）にも欠けることを意味する。
また、分散補償ファイバ４０１ａや偏波保持ファイバ４０１ｂは、コストが高く、また、挿入損失が大きいため、光増幅中継器３００を多段化する必要が生じる等の難点もある。さらに、１０Ｇｂ／ｓや４０Ｇｂ／ｓに代表される近年の超長距離・大容量光伝送システムにおいては、ＷＤＭ技術により波長間隔が非常に短くなるため、上述した環境温度の変化などに起因する波長特性の変化が無視できなくなる。
【００１０】
このため、１０Ｇｂ／ｓや４０Ｇｂ／ｓといった超高速光伝送を行なう場合、単に分散補償ファイバ４０１ａや偏波保持ファイバ４０１ｂを設けるだけでは、コストを含むシステムとしての柔軟性に欠けるだけでなく、充分な受信信号の波形劣化補償も期待できない。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、分散補償ファイバや偏波保持ファイバを用いることなく、波長分散，偏波モード分散等による受信信号の波形劣化の補償を高精度に実現する、波形劣化補償機能を有する受信装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の波形劣化補償機能を有する受信装置（請求項１）は、以下の各手段をそなえたことを特徴としている。
（１）受信信号の受けた波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第１の波形劣化補償手段
（２）該第１の波形劣化補償手段の出力についてさらに波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第２の波形劣化補償手段
（３）該受信信号の波形データ（以下、受信波形データという）を測定する受信波形測定手段
（４）該受信波形測定手段により得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第１の波形劣化補償手段及び該第２の波形劣化補償手段の補償特性を制御する制御手段
（５）該制御手段による該第１の波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度と、該制御手段による該第２の波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度とに差を設ける時定数生成手段
ここで、上記の時定数生成手段は、第１の時定数を有する第１の時定数生成回路と、該第１の時定数とは異なる第２の時定数を有する第２の時定数生成回路とをそなえて構成されるとともに、該第１の時定数生成回路が、該第１の波形劣化補償手段と該制御手段との間に設けられ、且つ、該第２の時定数生成回路が、該第２の波形劣化補償手段と該制御手段との間に設けられていてもよい（請求項２）。
【００１２】
さらに、上記の受信波形測定手段は、該第１の波形劣化補償手段の出力から第１の受信波形データを測定する第１の受信波形測定回路と、該第２の波形劣化補償手段の出力から第２の受信波形データを測定する第２の受信波形測定回路とをそなえて構成し、上記の制御手段は、該第１の受信波形測定回路により得られた該第１の受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第１の波形劣化補償手段の補償特性を制御する第１の制御回路と、該第２の受信波形測定回路により得られた該第２の受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第２の波形劣化補償回路の補償特性を制御する第２の制御回路とをそなえて構成してもよい（請求項３）。
【００１３】
また、本発明の波形劣化補償機能を有する受信装置（請求項４）は、以下のものをそなえたことを特徴としている。
（１）複数種類の波長を多重した波長多重光信号を光伝送路から受信して該波長多重光信号を波長毎に分波する分波部
（２）該波長多重光信号が受けた波形劣化を補償しうる補償特性可変型の光波形劣化補償手段
（３）該分波部で分波された各光信号のうち少なくとも１波の特定波長の光信号について設けられ、当該光信号を光電変換した後の受信信号が受けた波形劣化を補償しうる複数の補償特性可変型の電気波形劣化補償手段
（４）該受信信号の波形データ（以下、受信波形データという）を測定する受信波形測定手段
（５）該受信波形測定手段により得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該光波形劣化補償手段及び該電気波形劣化補償手段の補償特性を個別に制御する制御手段
（６）該制御手段による該光波形劣化補償手段及び個々の電気波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度に差を設ける時定数生成手段
なお、上記の受信波形測定手段は、次の各部をそなえて構成することができる（請求項５）。
【００１４】
（１）該受信信号を等価時間サンプリングして該受信信号についての複数の波高データを取得する等価時間サンプリング部
（２）該等価時間サンプリング部により得られた該波高データを該受信波形データとして記録する波形データ記録部
（３）該等価時間サンプリング部によるサンプリングタイミングに時間的重み付けを与えて該波高データのサンプリングタイミングに粗密を作り出す時間的重み付け部
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔Ａ〕基本態様の説明
図１は本発明の一実施形態に係る光受信装置の要部の基本態様を示すブロック図で、この図１に示す光受信装置１は、光受信器４として、受光素子２，前置増幅器３，等化増幅器５，クロック抽出器６，識別器７，受信波形測定回路８，制御回路９，第１の時定数生成回路１６−１（第１の時定数τ１）及び第２の時定数生成回路１６−２（第２の時定数τ２）をそなえて構成されている。
【００１６】
ここで、受光素子２は、光伝送路３０（ＳＭＦ，ＤＳＦのいずれを用いてもよい）を伝送されてくる光信号を受光して電流信号に変換するものであり、前置増幅器（プリアンプ）３は、この受光素子２の出力を増幅することにより前記電流信号を電圧信号に変換するものである。ただし、このプリアンプ３は、本実施形態では、受信信号が光伝送路３０で受けた波形劣化の補償特性として、可変周波数・位相特性を有し、当該特性が制御回路９から制御されることにより、光伝送路３０において主に「偏波モード分散」により受けた波形劣化を適応的に等化（補償）しうる（第１の）波形劣化補償回路（電気波形劣化補償手段）としても機能する。
【００１７】
このため、プリアンプ３は、例えば図３に示すように、受光素子２の出力を増幅する増幅器３３と、受信信号の周波数帯域を複数の帯域に分割したときの帯域を通過帯域としてそれぞれ有する複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１と、これらのＢＰＦ３１の各出力（入力信号）についてそれぞれ移相（群遅延）調整を施しうる複数の移相器３２とをそなえて構成される。
【００１８】
そして、これらの移相器３２の位相を個々に制御することで、ＢＰＦ５１の通過帯域（以下、分割帯域ともいう）毎に、受信信号に対して異なる群遅延を与えて、その周波数特性（補償特性）を適宜に調整することができる。なお、かかる周波数特性可変型のプリアンプ３は、下記の等化増幅器５の構成と同様の構成を採っても良い。
【００１９】
一方、等化増幅器（第２の波形劣化補償回路；電気波形劣化補償手段）５は、受信信号が光伝送路３０で受けた波形劣化の補償特性として、可変周波数・位相特性を有し、当該特性が制御回路９から制御されることにより、光伝送路３０において主に「波長分散」により受けた波形劣化を適応的に等化（補償）しうるものである。
【００２０】
つまり、本光受信器４は、受光素子２による光電変換後の受信信号をプリアンプ３と等化増幅器５とで２段階に補償できるようになっているのである。なお、本実施形態で使用する「周波数特性」とは、広義の意味で、周波数領域における振幅成分と位相成分の双方を含む（周波数・位相特性を意味する）ものとし、「周波数データ」とは、周波数領域における振幅成分についてのデータと位相成分についてのデータの双方を含むものとする。
【００２１】
このため、上記の等化増幅器５は、例えば図４に示すように、受信信号の周波数帯域を複数の帯域に分割したときの帯域を通過帯域としてそれぞれ有する複数のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５１と、これらのＢＰＦ５１の各出力（入力信号）についてそれぞれ移相（群遅延）調整を施しうる複数の移相器５２と、これらの移相器５２の各出力に直列接続されてその出力（入力信号）をそれぞれ増幅しうる複数の利得可変型の増幅器５３（あるいは、可変減衰器でもよい）とをそなえて構成される。なお、移相器５２と増幅器５３の位置は入れ替えても良い。
【００２２】
つまり、これらの移相器５２及び増幅器５３の組は、ＢＰＦ５１の出力について位相調整と利得調整とを個々に施しうる位相・利得調整回路としての機能を果たしており、これにより、本実施形態の等化増幅器５は、各移相器５２の位相及び各増幅器５３（もしくは、可変減衰器）の利得を個々に制御することで、ＢＰＦ５１の通過帯域（以下、分割帯域ともいう）毎に、受信信号に対して異なる群遅延及び異なる利得を与えて、その周波数特性（補償特性）を適宜に調整することができるのである。
【００２３】
以上のようにして、周波数特性を受信信号の通過帯域毎に個々に調整することのできる、プリアンプ３及び等化増幅器５が実現され、これらのプリアンプ３及び等化増幅器５による２段階の精度の高い波形劣化補償が実現されて、本光受信装置１の実現に大きく寄与する。なお、ＢＰＦ５１には、上記の帯域分割を精度良く行なうために、ロジックによりフィルタリングを行なうデジタルフィルタを用いることも可能である。
【００２４】
次に、クロック抽出器６は、上記の受信信号からクロック（ＣＬＫ）を再生するもので、再生されたクロックは、受信波形測定回路８（図２により後述する分周器１１），識別器７及びデジタル信号処理のための信号処理部（例えば、図２０の符号４０３参照）へそれぞれ供給されるようになっている。また、識別器７は、このクロック抽出器６で再生されたクロックに従って等化増幅器５の出力を識別・再生して信号データを信号処理部へ出力するものであり、受信波形測定回路（受信波形測定手段；受信信号の波形測定装置）８は、等化増幅器５の出力波形、即ち、受信信号の波形（アイパターン）をモニタしてその波形データ（以下、受信波形データともいう）を測定するためのものである。
【００２５】
また、制御回路９は、この受信波形測定回路８（以下、「モニタ回路８」と表記することもある）で測定された光伝送路３０において波形劣化を受けた受信信号のアイパターンデータをＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）により周波数領域に変換して得られる受信信号の周波数データと波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小となるよう、プリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性をそれぞれ制御するためのものである。
【００２６】
ここで、一般に高速補償（例えば、１ｍｓオーダ）が要求される偏波モード分散と、これに比べ一般に低速補償（例えば、１μｓオーダ）でよい波長分散のそれぞれに起因する波形劣化を同時に補償するためには、▲１▼波形劣化に対するダイナミックレンジの拡大（または、波形劣化の補償範囲の拡大）と、▲２▼制御能力の向上と、▲３▼補償制御系の安定性とが要求される。
【００２７】
特に、１０Ｇｂ／ｓや４０Ｇｂ／ｓに代表される超高速光伝送においては、波形補償に対する一つのフィードバック制御では、上記▲１▼の実現が困難となり、また、高速補償と低速補償とを同時に行なう必要性から、フィードバック制御系の安定性が問題となる。これらを回避するために制御能力を向上させることは、回路規模の増大や、処理時間の増大につながり、従って、高速補償が要求される偏波モード分散補償（例えば、１ｍｓオーダ）を行なうことは困難となる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、例えば図１中に示すように、制御回路９とプリアンプ３との間に時定数τ１の前記時定数生成回路１６−１を設けるとともに、制御回路９と等化増幅器５との間に時定数τ２（≠τ１）の前記時定数生成回路１６−２を設けることで、光ファイバ中の光の偏波状態がランダムに変化するため一般に高速補償が要求される偏波モード分散補償と、これに比べ一般に低速補償でよい波長分散補償のそれぞれの補償速度（制御速度）に時間差を設けている。つまり、上記の時定数生成回路１６−１及び１６−２は、制御回路９によるプリアンプ３及び等化増幅器５に対する周波数特性の制御速度に差を設ける時定数生成手段として機能するのである。
【００２９】
このように、制御回路９からプリアンプ３へのフィードバック制御による補償速度と、制御回路から等化増幅器５へのフィードバック制御による補償速度とに時間差を設けることで、安定な補償制御が行なえるため、あらゆる速度変化を有する波形劣化を補償することができるだけでなく、制御回路９で行なう周波数データの差分演算処理の軽減を図ることが可能となる。
【００３０】
なお、仮に、プリアンプ３において高速補償（偏波モード分散補償）を行ない、等化増幅器５において低速補償（波長分散補償）を行なうようにするためには、各時定数生成回路１６−１，１６−２の時定数τ１，τ２がτ１＜＜τ２なる関係をもつよう設計すればよい。また、これらの時定数生成回路１６−１，１６−２は、例えば図５に示すようにＣＬＫ抽出器６からの基準クロック信号を入力信号とするカウンタやタイマ等のデジタル回路を用いて構成しても良いし、抵抗及び容量などによるアナログ回路を用いて構成しても良い。いずれの場合も、簡素な構成で容易に実現可能である。
【００３１】
次に、上記のモニタ回路８及び制御回路９の詳細について説明する。
モニタ回路８は、図２に示すように、分周器１１，遅延制御器１２，サンプラ１３，アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１４及び波形記録用メモリ１５をそなえて構成され、制御回路９は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）あるいはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等により構成されたプロセッサ２１，参照データ用メモリ２２及びデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ２３をそなえて構成されている。
【００３２】
ここで、まず、モニタ回路８において、分周器１１は、クロック抽出器６で再生された、受信信号に同期した高速（基準）クロック（例えば、１０ＧＨｚや４０ＧＨｚなど）を分周することにより、モニタ回路８の動作クロックとして適切な（後述する等価時間サンプリングが容易な）クロックを生成するものであり、遅延制御器１２は、この分周器１１で分周された基準クロックの遅延時間を制御することにより、分周器１１の出力を周期的に遅延させながらトリガ出力（サンプリングタイミング）としてサンプラ１３に供給しうるもので、このときの遅延時間（遅延値）はＡ／Ｄコンバータ１４に出力されるようになっている。
【００３３】
また、サンプラ（サンプリング回路）１３は、上記の遅延制御器１２からのトリガ（サンプリング）タイミングで等化増幅器５の出力をサンプリングして波高（振幅）データを取得するものであり、Ａ／Ｄコンバータ１４は、このサンプラ１３でサンプリングされた波高データと遅延制御器１４からの上記遅延値とをＡ／Ｄ変換するものである。
【００３４】
さらに、波形記録用メモリ（波形データ記録部）１５は、このＡ／Ｄコンバータ１４でＡ／Ｄ変換された波高データと遅延値とを組で記憶することにより、各遅延時間に対する波高データを、後述する基準波形の周波数データとの差分演算のために周波数領域に変換（ＦＦＴ）されるべき受信信号の波形データとして記録するためのものである。なお、この波形記録用メモリ１５は、例えば、ＲＡＭなどで実現される。
【００３５】
このような構成において、本実施形態では、遅延制御器１２で上記の遅延時間を順次（周期的に）増加してゆくことより、例えば図６に模式的に示すように、サンプリングタイミングが順次シフト（遅延）してゆき、各タイミングでの波高データが波形記録用メモリ１５に記録されることになる。そして、記録された各遅延時間に対する波高データを受信信号のビットレートに応じた周期で再構築すると、受信信号の波形（アイパターン）が得られる。
【００３６】
つまり、上記の分周器１１，遅延制御器１２，サンプラ１３及びＡ／Ｄコンバータ１４から成る部分は、受信信号を等価時間サンプリングしてその受信信号についての複数の波高データを取得する等価時間サンプリング部１０として機能し、さらに、分周器１１及び遅延制御器１２から成る部分は、受信信号に同期した基準クロックに基づくサンプリングタイミングを生成し、その出力タイミングを周期的にシフトしながら出力するサンプリングタイミング生成回路として機能するのである。
【００３７】
一方、制御回路９において、参照データ用メモリ２２は、プロセッサ２１での周波数特性の差分を求める際に参照される（比較対象となる）参照データ（波形劣化を受けていない基準波形の周波数データ）を予め記憶しておくものであり、プロセッサ２１は、上述のごとく波形記録用メモリ１５に記録された波高データを遅延時間によって再構築することにより受信信号のアイパターンを再生するとともに、そのアイパターンをＦＦＴして得られる受信信号の周波数データと参照データ用メモリ２２の参照データとに基づいて各周波数データの差分〔振幅成分の差分及び群遅延（位相）成分の差分〕を演算により求め、その差分が最小となるようにプリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性（移相器５２の群遅延量，増幅器５３の利得）をそれぞれ制御する機能を有するものである。
【００３８】
つまり、このプロセッサ２１は、次のような機能を兼ね備えていることになる。
（１）モニタ回路８により得られた受信波形データをＦＦＴして受信波形データの周波数データを求めるＦＦＴ部（フーリエ変換部）２１１としての機能
（２）このＦＦＴ部２１１により得られた周波数データと波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとに基づいて上記の各周波数特性（振幅成分及び群遅延成分）の差分を演算により求める差分演算部２１２としての機能
（３）この差分演算部２１２によって求められた上記の振幅成分及び群遅延成分についての各差分が最小となるプリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性（補償特性）を求める補償特性決定部２１３としての機能
（４）この補償特性決定部２１３で得られた周波数特性をもつようにプリアンプ３及び等化増幅器５を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部２１４としての機能
なお、上記のＦＦＴ部２１１と差分演算部２１２は、ＦＦＴと差分演算とを行なう演算手段２１０として機能することになる。そして、この演算手段２１０とモニタ回路８とで、受信信号の波形劣化（受信波形データと基準波形データとの差分）を検出する、受信信号の波形劣化検出装置（受信波形劣化検出手段）としての機能が実現されていることになる。
【００３９】
また、Ｄ／Ａコンバータ２３は、プロセッサ２１（制御信号生成部２１４）で生成されたプリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性をそれぞれ制御するための制御信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、時定数生成回路１６−１及び１６−２を介して、プリアンプ３及び等化増幅器５に供給するものである。
【００４０】
なお、上記の「基準波形」としては、本実施形態では、例えば、受信信号が１０Ｇｂ／ｓ，　ＮＲＺ（Ｎｏｎ　Ｒｅｔｕｒｎ　ｔｏ　Ｚｅｒｏ）信号であったとすると、図７に示すような、１０Ｇｂ／ｓ，ＤＵＴＹ：１００％の方形波にカットオフ周波数７ＧＨｚの４次ベッセルトムソンフィルタをかけた波形を用いることができる。
また、上記の参照データ用メモリ２２には、「参照データ」として、ＦＦＴ前及びＦＦＴ後のいずれの周波数データを格納しておいてもよい。ただし、ＦＦＴ前の周波数データを格納した場合は、上記の差分演算前に「参照データ」についてもデータの次元を合わせるためにＦＦＴを施す必要がある。
【００４１】
以下、上述のごとく構成された本実施形態の光受信装置１の基本動作について詳述する。
まず、光伝送路３０を伝送されてきた光信号は受光素子２により電流信号に変換され、プリアンプ３により電流／電圧変換されたのち、等化増幅器５に入力される。等化増幅器５は、受信信号（電気信号）を増幅したのち、クロック抽出器６，識別器７，モニタ回路８へそれぞれ出力する。クロック抽出器６では、等化増幅器５から入力される受信信号からその受信波形に同期した基準クロックを再生する。
【００４２】
再生された基準クロックは、識別器７，モニタ回路８（分周器１１）及び信号処理部（図示省略）へそれぞれ供給される。そして、識別器７は、このようにクロック抽出器６から供給された基準クロックにより等化増幅器５の出力を識別・再生して上記信号処理部へ出力する。
一方、図８に示すように、このとき、モニタ回路８では、クロック抽出器６からの基準クロックが分周器１１にて分周され（分周過程）、これにより、等価時間サンプリング制御が容易な周波数となる動作クロック（以下、分周クロックともいう）が生成される（ステップＳ１；サンプリングタイミング生成過程）。
【００４３】
この分周クロックは、遅延制御器１２に入力され（ステップＳ２）、遅延制御器１２は、分周クロックの出力タイミングを変更（微小時間ずつ遅延）して〔ステップＳ３；サンプリングタイミングシフト（遅延制御）過程〕、トリガ出力（サンプリングタイミング；以下、サンプリングトリガともいう）としてサンプラ１３に供給する（ステップＳ４）とともに、そのときの遅延値をサンプリングタイミングの情報（サンプリングトリガの遅延時間を制御した内部制御信号）としてＡ／Ｄコンバータ１４に出力する（ステップＳ５）。
【００４４】
サンプラ１３では、等化増幅器５の出力（以下、等化増幅出力ということがある）を遅延制御器１２からのサンプリングトリガ毎にサンプリングゲート（図示省略）を微小時間だけひらく（導通させる）ことにより、等化増幅出力の波高データ（サンプル点；電圧値）をサンプリングし〔ステップＳ６；（等価時間）サンプリング過程〕、その波高データをＡ／Ｄコンバータ１４に出力する（ステップＳ７）。
【００４５】
Ａ／Ｄコンバータ１４は、遅延制御器１２から入力される上記の遅延値（サンプリングタイミングの情報）とサンプラ１３から入力される波高データとをデジタル信号に変換して波形記録用メモリ１５に記録する〔ステップＳ８，Ｓ９；波形データ記録過程（以上、受信波形測定過程）〕。これにより、波形記録用メモリ１５には、遅延時間に対する受信信号のアイパターンが記録される（図１０参照）。
【００４６】
次に、制御回路９では、図９に示すように、プロセッサ２１が、まず、波形記録用メモリ１５に記録された各サンプリングタイミング（遅延時間）での波高データを統計処理して、各タイミングでの波高データをつなげて受信波形データを取得（再構築）する（図１１参照；ステップＳ１０）。さらに、プロセッサ２１（ＦＦＴ部２１１）は、取得した受信波形データをＦＦＴすることにより受信波形の周波数データ〔（振幅）成分及び群遅延（位相）成分〕を求める（ステップＳ１１）。
【００４７】
例えば、上述のごとく再構築された受信波形が図１２（ｄ）に示すような波形であったとすると、この図１２（ｄ）に示す波形をプロセッサ２１にてＦＦＴすると、図１２（ｅ）に示すような振幅成分と、図１２（ｆ）に示すような群遅延成分とが得られることになる〔換言すれば、図１２（ｄ）に示す波形は、図１２（ｅ）に示す振幅成分と図１２（ｆ）に示す群遅延成分とを有しているのである〕。
【００４８】
そして、プロセッサ２１（差分演算部２１２）は、このようにして得られた受信波形の振幅成分及び群遅延成分と、参照データ用メモリ２２に予め記憶されている基準波形〔図１２（ａ）参照〕の振幅成分〔図１２（ｂ）参照〕及び群遅延成分〔図１２（ｃ）参照〕とを、前記の分割帯域毎に比較して、その分割帯域毎の振幅成分の差分と群遅延成分の差分とを求める（ステップＳ１２；差分演算過程）。なお、このように上記各差分を求めることは、受信信号のアイ開口度の劣化量を検出していることに相当する。
【００４９】
次いで、プロセッサ２１は、上述のごとく分割帯域毎に求めた振幅成分及び群遅延成分の各差分をそれぞれ最小にするような振幅成分及び群遅延成分の補正特性〔例えば、図１３（ａ），図１３（ｂ）参照〕を求め（補償特性決定過程）、その補正特性をプリアンプ３及び等化増幅器５がもつように、プリアンプ３の周波数特性及び等化増幅器５の周波数特性、即ち、移相器３２，５２の群遅延量，増幅器５３の利得を個別に制御するための制御信号（デジタル信号）を生成する（制御信号生成過程）。
【００５０】
そして、上述のごとく生成された制御信号は、Ｄ／Ａコンバータ２３でアナログ信号に変換されて、時定数生成回路１６−１及び１６−２に入力され、時定数τ１，τ２に応じた制御速度遅延を受けて、プリアンプ３及び等化増幅器５の対応する（制御が必要な）移相器３２，５２及び／又は増幅器５３に入力される。これにより、プリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性が制御されて、例えば図１３（ｃ）〜図１３（ｅ）に示すように、受信信号の光伝送路３０から受けた波形劣化がプリアンプ３及び等化増幅器５にて２段階に補償される（受信信号のアイ開口度が拡大する；制御過程）。
【００５１】
なお、図１３（ｃ）は波形劣化補償後の受信波形、図１３（ｄ）は図１３（ｃ）に示す波形劣化補償後の受信波形の振幅成分、図１３（ｅ）は同じく図１３（ｃ）に示す波形劣化補償後の受信波形の群遅延成分をそれぞれ表している。
以上のように、本実施形態の光受信装置１によれば、受信信号の波形劣化量（アイ開口度）を検出して、その波形劣化量（アイ開口度）をプリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性を制御することで複数段階に補償する（広げる）ことができるので、光受信器４で補償可能な波形劣化の範囲、あるいは、許容できる波形劣化の範囲を拡大する（つまり、受信感度特性を向上して、対応可能な光伝送距離を拡大する）ことができる。
【００５２】
したがって、分散補償ファイバや偏波保持ファイバを用いることなく、波長分散や偏波モード分散等による波形劣化の補償を高精度に実現することが可能となる。その結果、コストを含む光伝送システムとしての拡張性（応用性），柔軟性（融通性）の向上を図ることができる。
特に、本実施形態では、時定数生成回路１６−１及び１６−２により、制御回路９からプリアンプ３へのフィードバック制御による補償（偏波モード分散補償）の速度と、制御回路９から等化増幅器５へのフィードバック制御による補償（波長分散補償）の速度とに時間差を設けることで、安定な補償制御が行なえるため、あらゆる速度変化を有する波形劣化を補償することができるだけでなく、制御回路９（プロセッサ２１）で行なう周波数データの差分演算処理の軽減を図ることが可能である。なお、上記補償速度差は、時定数生成回路１６−１及び１６−２のいずれか一方のみをそなえることで実現してもよい。
【００５３】
また、上述した光受信装置１では、実際の受信信号の波形劣化量をリアルタイムに検出して補償することができるので、１０Ｇｂｐ／ｓ以上の超高速光伝送において温度変化などの微小な外的要因により光伝送路３０の偏波モード分散特性や波長分散特性が変化して受信信号が受ける偏波モード分散や波長分散による波形劣化が変動しても、その変動に追従することができる。
【００５４】
しかも、プロセッサ２１において、周波数特性（振幅及び群遅延）についての差分を最小にするプリアンプ３及び等化増幅器５の最適な周波数特性を一義に決めることができるので、例えば、受信信号のビットエラーレート（ＢＥＲ）などを監視することにより受信信号の品質を監視してその品質が所定品質を満足するように補償制御を行なうような場合に比して、プリアンプ３及び等化増幅器５の最適な周波数特性を求めるためのスイープ動作が不要なので、高速且つ確実な補償制御が可能である。
【００５５】
また、モニタ回路８では、受信信号（等化増幅出力）を等価時間サンプリング（受信信号に同期した基準クロックを分周器１１で分周して、その分周クロックを遅延制御器１２で周期的にシフト（遅延）させながらサンプリングタイミングとしてサンプラ１３に供給）して複数の波高データを取得し、得られた波高データを受信波形データ（受信信号のアイパターン）として波形記録用メモリ１５に記録するので、基準クロックの速度（周波数）に関わらず常に装置内において適切な動作クロックでサンプリングタイミングの生成を行なうことができる。
【００５６】
従って、受信信号が１０　Ｇｂ／ｓや４０Ｇｂ／ｓ以上の超高速信号であっても受信波形データを確実に記録・測定することができ、高速信号に対しても十分な補償制御を行なうことが可能である。
特に、上述のように分周器１１と遅延制御器１２とを用いることで、整数倍（Ｎ）分周する分周器を用いたとしても、遅延制御器１２の遅延制御により任意のタイミングでサンプリングタイミングを出力することができるので、簡素な構成で極めて柔軟性に優れた等価時間サンプリング部１０を実現できる。
【００５７】
なお、上述した等価時間サンプリング部１０では、受信信号に同期した基準クロックに基づきサンプリングタイミングを生成するが、このサンプリングタイミングに波形劣化の程度により時間的重み付けを与え、粗密の等価サンプリングを行なうようにしてもよい。
例えば図１４に模式的に示すように、１ビットの前半箇所の波形劣化が著しい受信波形データに対して、当該箇所を密に、残りの１ビットの後半箇所は粗くサンプリングを行なうことで、高精度な補償を確実に実現することができるとともに、サンプリングタイミングを全体として増加させる必要がないので、制御回路９での周波数データの差分演算処理において、必要な処理速度やメモリ領域などを軽減することが可能となる。
【００５８】
このような粗密の等価サンプリングは、例えば、遅延制御器１２にｎビットのカウンタとシフトレジスタを用い、プロセッサ２１からの指示により、前記サンプリングタイミングの粗密を変更することで実現できる。つまり、この場合の遅延制御器１２は、等価時間サンプリング部１０によるサンプリングタイミングに時間的重み付けを与える時間的重み付け部としての機能も有していることになる。
【００５９】
〔Ａ１〕基本態様の第１変形例の説明
図１５は上述した光受信装置１の第１変形例を示すブロック図で、この図１５に示す光受信装置１は、図１により上述したものに比して、時定数生成回路１６−１及び１６−２が、それぞれ、モニタ回路８と制御回路９との間に設けられている点が異なる。なお、他の既述の符号を付した部分はそれぞれ既述のものと同一もしくは同様のものであり、受信波形測定回路８及び制御回路９の構成及び動作についても、上述したものと同一もしくは同様である。
【００６０】
即ち、この場合、制御回路９は、時定数生成回路１６−１及び１６−２の出力信号を受けてプリアンプ３及び等化増幅器５の周波数特性（補償特性）を決定する、換言すれば、上述した実施形態では２系統のフィードバック制御系による制御速度差を制御回路９の生成する制御信号の時定数を変えることで実現していたのに対し、本変形例では、制御回路９での補償特性の決定速度を変えることで同等の制御速度差を実現しているのである。
【００６１】
したがって、このような構成をとっても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、この場合も、補償（制御）速度差は、時定数生成回路１６−１及び１６−２のいずれか一方のみをそなえることで実現してもよい。
〔Ａ２〕基本態様の第２変形例の説明
図１６は図１により上述した光受信装置の第２変形例を示すブロック図で、この図１６に示す光受信装置１は、図１により上述したものに比して、プリアンプ３及び等価増幅器５に対応して２系統（第１及び第２）の受信波形測定回路８−１，８−２及び制御回路９−１，９−２がそなえられている点が異なる。つまり、この場合は、プリアンプ３に対するフィードバック制御系（偏波モード分散補償制御系）と、等化増幅器５に対するフィードバック制御系（波長分散補償制御系）とが物理的に独立して設けられた構成になっているのである。
【００６２】
したがって、この場合、一方（第１）の受信波形測定回路８−１は、プリアンプ３の出力について受信波形データの測定を行ない、他方（第２）の受信波形測定回路８−２は、等化増幅器５の出力について受信波形データの測定を行なうことになる。
そして、（第１の）制御回路９−１は、受信波形測定回路８−１での測定結果に基づいてプリアンプ３の周波数特性を決定して必要な制御信号を生成し、（第２の）制御回路９−２は、受信波形測定回路８−２での測定結果に基づいて等化増幅器５の周波数特性を決定して必要な制御信号を生成することになる。
【００６３】
なお、これらの受信波形測定回路８−１，８−２及び制御回路９−１，９−２の構成及び動作は、それぞれ、前述した受信波形測定回路８及び制御回路９と同一もしくは同様である。
このような構成をとっても、図１により前述した光受信装置１と同様の効果ないし利点を得ることができるとともに、この場合は、２系統のフィードバック制御系が独立しているので、更なる、波形劣化の補償範囲の拡大と補償制御系の安定性の向上とを図ることができる。
【００６４】
なお、本構成においても、上述した第１変形例と同様に、時定数生成回路１６−１（１６−２）は、受信波形測定回路８−１（８−２）と制御回路９−１（９−２）との間に設けてもよい。また、補償（制御）速度差は、時定数生成回路１６−１及び１６−２のいずれか一方のみをそなえることで実現してもよい。
〔Ａ３〕基本態様の第３変形例の説明
図１７は図１により前述した光受信装置１の第３変形例を示すブロック図で、この図１７に示す光受信装置１は、光送信装置２００（波長可変光源２０１）及び可変分散補償器５Ａ（又は偏波コントローラ５Ｂ）に対してもフィードバック制御をかけることができるようになっている。なお、この図１７においても、既述の符号と同一符号を付した部分は、既述のものと同一もしくは同様のものを示す。
【００６５】
ここで、上記の可変分散補償器（光波形劣化補償手段）５Ａは、光分波器（分波部）４１の前段において光信号の段階で受信ＷＤＭ信号に生じる波長分散を自己の可変分散補償特性により一括制御するものであり、偏波コントローラ５Ｂは、受信ＷＤＭ信号の偏波を自在に制御することができるもので、制御回路９で生成される制御信号に基づいて、その波長分散又は偏波モード分散補償特性が制御されることによって、受信ＷＤＭ信号の波長分散又は偏波モード分散に起因する波形劣化を補償できるようになっている。なお、上記の光分波器４１は、複数種類の波長を多重したＷＤＭ信号を光伝送路３０から受信してそのＷＤＭ信号を波長毎に分波するためのものである。
【００６６】
つまり、この場合は、光受信器４の受信波形測定回路８により得られた受信波形データをＦＦＴして得られる周波数データと、上記波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、プリアンプ３及び等化増幅器５に対する制御に加えて、可変分散補償器５Ａ（又は偏波コントローラ５Ｂ）及び光送信装置２００の波長可変光源２０１に対する制御も制御回路９から行なうことで、光伝送によりＷＤＭ信号が受ける波形劣化を総合的に補償できるようになっているのである。
【００６７】
この場合、フィードバック制御系が、光受信器４内のプリアンプ３及び等化増幅器５に対する系と、光送信装置２００及び可変分散補償器５Ａ（又は偏波コントローラ５Ｂ）に対する系の４系統となるので、光受信器４には、それぞれの系に対応して、４組の時定数生成回路１６−１（時定数τ１），１６−２（時定数τ２），１６−３（時定数τ３），１６−４（時定数τ４）（時定数生成手段）が設けられて、個々の制御速度に時間差が設けられている。なお、時定数生成回路１６−３及び１６−４は、時定数生成回路１６−１及び１６−２と同様の構成を有し、また、各時定数τ１，τ２，τ３，τ４は、各制御系が発振してしまわないように設定される。
【００６８】
以上のような構成により、本変形例では、光送信装置２００及び可変分散補償器５Ｂ（又は偏波コントローラ５Ｂ）により光信号での補償が先に行なわれて、ある程度の波形劣化の補償を行なった上で、光受信器４内のプリアンプ３及び等化増幅器５による電気信号での補償が行なわれる。したがって、補償制御系の安定性の向上を図りつつ、受光素子２に入力される光波形のアイ開口度を大きく保つことができ、光受信器４で許容できる波形劣化の範囲をさらに広げることができる。この結果、光受信器４の受信感度特性（波形劣化に対するダイナミックレンジ）がさらに向上することになる。
【００６９】
なお、上述した図１７に示す構成をもつ光受信器４は、光分波器４１による波長分波後の各波長（チャンネル）のうち、少なくとも代表の１チャンネル分について設ければよく、残りのチャンネルについては、図１や図１５，図１６に示す構成のものを適用すればよい。また、光送信装置２００及び可変分散補償器５Ａ（又は偏波コントローラ５Ｂ）に対する制御はいずれか一方のみを行なうようにしてもよい。
【００７０】
また、可変分散補償器を光分波器４１の後段にチャンネル毎に設けて、それぞれを各光受信器４の制御回路９から制御する構成をとることもできる。さらに、可変分散補償器を光分波器４１の後段にチャンネル毎に設ける場合には、各チャンネルの光信号が受ける波長分散量は光ファイバの種類（ＳＭＦやＤＳＦなど），伝送距離，波長間隔によって決まるため、これらの情報が予め分かっている場合、１波分の波長分散量さえ求めれば（実測すれば）、それを基に他チャンネルの波長分散量がおのずと決まるので、１チャンネル分の波長分散量の補正値と他チャンネルの波長分散量の補正値（又は、オフセット値）との関係をシミュレーション（又は実測でもよい）等によって予め求めておいて、それに基づいて他チャンネルの可変分散補償器に対する制御を共通の制御回路から行なえるようにしてもよい。
【００７１】
〔Ａ４〕その他
上述した基本態様及びその各変形例では、いずれも、プリアンプ３及び等化増幅器５による２段階の補償を行なっているが、いずれか一方による１段階の補償を行なう（プリアンプ３及び等化増幅器５のいずれか一方の補償特性の制御速度を時定数τ１，τ２によって変えて制御する）ようにしてもよい。
【００７２】
また、上述したクロック抽出器６は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路等を用いて構成することもできる。
〔Ｂ〕フォトニックネットワークへの適用
フォトニックネットワークとは、光ファイバと波長多重技術を用いてテラビット級の大容量伝送を可能とし、尚且つ、ノードにおいて波長をベースにした光信号の段階での多重分離や分岐挿入，クロスコネクト等を行なって、超高速化・広帯域化を実現するネットワークのことである。
【００７３】
かかるフォトニックネットワークを具体化するキーエレメントはＯＡＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）やＯＸＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｒｏｓｓ　Ｃｏｎｎｅｃｔ）などの光ノードである。これらの光ノードの入力端では、光信号の段階で各波長を一括制御する可変分散補償特性を有する可変分散補償器などを用いて波長分散補償を行ない、また、偏波を光信号の段階で自在に制御可能な偏波コントローラを用いた偏波モード分散補償を行なうなど、光信号領域においてこれらの波形歪みを一括補償する手段が用いられることが考えられる。
【００７４】
しかし、前述したように、超高速・大容量の光伝送システムにおいては、波長間隔が狭くなるため、光信号の段階で各波長を一括制御する可変分散補償特性を有する可変分散補償器５Ａには厳しい特性が要求され実現が困難になるばかりか、ドロップされた主信号の分散値がダイナミックに変化するため、このような光ノード入力端での一括補償の実現は困難である。
【００７５】
加えて、偏波モード分散の影響は前述したように一般に、伝送速度の二乗に比例し、伝送距離のルート（平方根）に比例することから、光ノードの分岐（Ｄｒｏｐ）側や通過（スルー）側において、波長分散や偏波モード分散などに起因する波形劣化の影響を皆無とすることは非常に困難である。
以下、これらの光ノードの出力端における波形補償を実現する例について述べる。
【００７６】
〔Ｂ１〕ＯＡＤＭへの適用
ＯＡＤＭは、フォトニックネットワークを構成するネットワークエレメントの一つであり、主にリング状のネットワークに適用される光ノードで、例えば図１８に示すように、波長多重化された光信号のうち、一部の波長光を分岐（Ｄｒｏｐ）して取り出したり、自ノードで挿入（Ａｄｄ）すべき新たな信号を空いている波長に送り出したり、更に、自ノードに不要な信号を通過（スルー）させるといった機能をもった装置である。
【００７７】
なお、上記のアド／ドロップ機能は、この図１８では、受信ＷＤＭ信号を波長毎（λ１，λ２，λ３，λ４）に分波する光分波器４１と波長λ１，λ２，λ３，λ４の光を波長多重する光合波器４２との間にチャンネル毎に介装された波長数分（ここでは、波長λ１，λ２，λ３，λ４の４波長分に着目）の２×２光スイッチ４３により実現されている。
【００７８】
即ち、これらの２×２光スイッチ４３は、それぞれ、例えば、▲１▼２入力２出力をクロス状態で接続するクロス接続、▲２▼２入力２出力を平行状態で接続するバー接続、▲３▼２入力の一方（光分波器４１に接続されている方）の入力を２出力に接続する同報接続などが可能であり、クロス接続によりアド／ドロップ機能が、バー接続によりスルー機能が、同報接続によりドロップ＆スルー機能が実現できる。
【００７９】
そして、アド側に設けられた４×４光スイッチ４４は、アドすべき新たな光信号を任意の波長λ１，λ２，λ３又はλ４の光で送信できるように入出力切替を行なえるもので、切替後の光信号は出力先の光電変換器（Ｏ／Ｅ）４６で、一旦、電気信号に変換されたのち、対応するレーザダイオード（ＬＤ）にてアド波長λ１，λ２，λ３又はλ４の光に波長変換されて２×２光スイッチ４３へ送出される。
【００８０】
一方、ドロップ側に設けられた４×４光スイッチ４５は、２×２光スイッチ４３でドロップされてきた光信号を任意の波長λ１，λ２，λ３又はλ４に対応する光受信装置１（光受信器４）へ送出できるよう入出力切替を行なえるものである。
このように光信号の分岐点に、図１や図１５，図１６により前述した光受信装置１（光受信器４）を適用することで、前述したように電気信号の段階で波長分散や偏波モード分散による受信信号の波形劣化を高精度に補償することができ、波形劣化に対するダイナミックレンジの拡大（または、波形劣化の補償範囲の拡大）を図ることができ、また、システム構築時のコストや管理コストが膨大となることを回避でき、さらには、システム改築時などの拡張性（応用性），柔軟性（融通性）を向上できる。
【００８１】
なお、図１８中に示すように、光分波器４１の前段に、光信号の段階で波長分散を一括補償する分散補償器５Ｃ（補償特性は可変でも固定でもよい）を設けてもよい。この場合は、光領域と電気領域の双方において波形劣化を補償できるので、波形劣化に対するダイナミックレンジの拡大（または、波形劣化の補償範囲の拡大）が実現できる。
【００８２】
〔Ｂ２〕ＯＸＣへの適用
ＯＸＣは、フォトニックネットワークを構成するネットワークエレメントの一つであり、主にメッシュ状のネットワークに適用する光ノードで、例えば図１９に示すように、複数の入力光ファイバ（光伝送路）６１及び出力光ファイバ（光伝送路）６２と、複数の光分波器６３，波長変換器６６及び光合波器６４と、光スイッチ６５とそなえて構成され、各入力光ファイバ６１で送信されてきたＷＤＭ信号を光分波器６３にて波長毎に分離し、光スイッチ６５によって波長毎に方路を切り替えたのち、光合波器６４にて再び波長多重して出力光ファイバ（光伝送路）６２へ送り出す装置である。
【００８３】
なお、波長変換器６６は、異なる入力光ファイバ６１から受信した同一波長の光信号の衝突を防止するために、入力波長を任意の出力波長に変換する機能を有するものである。また、光スイッチ６５による方路切り替えは、光ファイバ単位で行なう場合と、光ファイバ中の波長単位で行なう（光パスの編集，経路切り替えを行なう）場合とがある。
【００８４】
そして、図１９中に示すように、かかるＯＸＣノードの出力端において、光分波器６７で波長分離した後に、図１や図１５，図１６により前述した光受信装置１（光受信器４）を適用することで、電気領域において波長分散及び偏波モード分散による受信信号の波形劣化を高精度に補償することができ、この場合も、波形劣化に対するダイナミックレンジの拡大（または、波形劣化の補償範囲の拡大）を図ることができ、また、システム構築時のコストや管理コストが膨大となることを回避でき、さらには、システム改築時などの拡張性（応用性），柔軟性（融通性）を向上できる。
【００８５】
なお、この場合も、光分波器６７の前段に、光信号の段階で波長分散を一括補償する分散補償器５Ｃを設ければ、光領域と電気領域の双方において波形劣化を補償できるので、波形劣化に対するダイナミックレンジの拡大（または、波形劣化の補償範囲の拡大）が実現できる。この場合も、波長分散補償器５Ｃの補償特性は可変でも固定でもよいが、可変の場合は、１波分の光受信装置１（光受信器４）から１つの可変分散補償器５Ｃに制御をかける（例えば、図１７参照）ようにすればよい。
【００８６】
そして、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上記以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述した実施形態では、本発明を光受信装置に適用しているが、無線端末の受信装置や有線伝送装置の受信装置に適用することもできる。
〔Ｃ〕付記
（付記１）　受信信号の受けた波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第１の波形劣化補償手段と、
該第１の波形劣化補償手段の出力についてさらに波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第２の波形劣化補償手段と
該受信信号の波形データ（以下、受信波形データという）を測定する受信波形測定手段と、
該受信波形測定手段により得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第１の波形劣化補償手段及び該第２の波形劣化補償手段の補償特性を制御する制御手段と、
該制御手段による該第１の波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度と、該制御手段による該第２の波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度とに差を設ける時定数生成手段とをそなえたことを特徴とする、波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００８７】
（付記２）　該時定数生成手段が、
第１の時定数を有する第１の時定数生成回路と、
該第１の時定数とは異なる第２の時定数を有する第２の時定数生成回路とをそなえて構成されるとともに、
該第１の時定数生成回路が、該第１の波形劣化補償手段と該制御手段との間に設けられ、且つ、
該第２の時定数生成回路が、該第２の波形劣化補償手段と該制御手段との間に設けられたことを特徴とする、付記１記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００８８】
（付記３）　該時定数生成手段が、
第１の時定数を有する第１の時定数生成回路と、
該第１の時定数とは異なる第２の時定数を有する第２の時定数生成回路とをそなえて構成されるとともに、
該第１の時定数生成回路及び該第２の時定数生成回路が、該受信波形測定手段と該制御手段との間に設けられたことを特徴とする、付記１記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００８９】
（付記４）　該受信波形測定手段が、
該第１の波形劣化補償手段の出力から第１の受信波形データを測定する第１の受信波形測定回路と、
該第２の波形劣化補償手段の出力から第２の受信波形データを測定する第２の受信波形測定回路とをそなえて構成されるとともに、
該制御手段が、
該第１の受信波形測定回路により得られた該第１の受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第１の波形劣化補償手段の補償特性を制御する第１の制御回路と、
該第２の受信波形測定回路により得られた該第２の受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第２の波形劣化補償回路の補償特性を制御する第２の制御回路とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００９０】
（付記５）　該時定数生成手段が、
第１の時定数を有する第１の時定数生成回路と、
該第１の時定数とは異なる第２の時定数を有する第２の時定数生成回路とをそなえて構成されるとともに、
該第１の時定数生成回路が、該第１の波形劣化補償手段と該第１の制御回路との間に設けられ、且つ、
該第２の時定数生成回路が、該第２の波形劣化補償手段と該第２の制御回路との間に設けられたことを特徴とする、付記４記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００９１】
（付記６）　該第１の波形劣化補償手段が、該補償特性として、可変周波数・位相特性を有する前置増幅器により構成されるとともに、
該第２の波形劣化補償手段が、該補償特性として、可変周波数・位相特性を有する等化増幅器により構成されたことを特徴とする、付記１〜５のいずれか１項に記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００９２】
（付記７）　該第１の時定数よりも該第２の時定数の方が大きいことを特徴とする、付記２，３又は５に記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
（付記８）　該第１の波形劣化補償手段と該第２の波形劣化補償手段とが共通の波形劣化補償手段として構成されていることを特徴とする、付記１〜５，７のいずれか１項に記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００９３】
（付記９）　該共通の波形劣化補償手段が、
該補償特性として可変周波数・位相特性を有する前置増幅器又は等化増幅器により構成されたことを特徴とする、付記８記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
（付記１０）　複数種類の波長を多重した波長多重光信号を光伝送路から受信して該波長多重光信号を波長毎に分波する分波部と、
該波長多重光信号が受けた波形劣化を補償しうる補償特性可変型の光波形劣化補償手段と、
該分波部で分波された各光信号のうち少なくとも１波の特定波長の光信号について設けられ、当該光信号を光電変換した後の受信信号が受けた波形劣化を補償しうる複数の補償特性可変型の電気波形劣化補償手段と、
該受信信号の波形データ（以下、受信波形データという）を測定する受信波形測定手段と、
該受信波形測定手段により得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該光波形劣化補償手段及び該電気波形劣化補償手段の補償特性を個別に制御する制御手段と、
該制御手段による該光波形劣化補償手段及び個々の電気波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度に差を設ける時定数生成手段とをそなえたことを特徴とする、波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００９４】
（付記１１）　該受信波形測定手段が、
該受信信号を等価時間サンプリングして該受信信号についての複数の波高データを取得する等価時間サンプリング部と、
該等価時間サンプリング部により得られた該波高データを該受信波形データとして記録する波形データ記録部と、
該等価時間サンプリング部によるサンプリングタイミングに時間的重み付けを与えて該波高データのサンプリングタイミングに粗密を作り出す時間的重み付け部とをそなえて構成されたことを特徴とする、付記１又は付記１０に記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
【００９５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の波形劣化補償機能を有する受信装置によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
（１）受信信号の波形劣化量（アイ開口度）を検出して、その波形劣化量（アイ開口度）を第１及び第２の波形劣化補償手段の補償特性を制御することで複数段階に補償する（広げる）ことで、受信装置で補償可能な波形劣化の範囲を拡大することができる。したがって、分散補償ファイバや偏波保持ファイバを用いることなく、波長分散や偏波モード分散等による波形劣化の補償を高精度に実現することが可能となる。その結果、コストを含む光伝送システムとしての拡張性（応用性），柔軟性（融通性）の向上を図ることができる。
【００９６】
（２）第１及び第２の波形劣化補償手段に対する補償特性の制御速度に差を設けることで、安定な補償制御が行なえるため、あらゆる速度変化を有する波形劣化を補償することができるだけでなく、制御手段で行なう周波数データの差分演算処理の軽減を図ることが可能である。
（３）実際の受信信号の波形劣化量をリアルタイムに検出して補償することができるので、例えば、１０Ｇｂｐ／ｓ以上の超高速光伝送において温度変化などの微小な外的要因により光伝送路の偏波モード分散特性や波長分散特性が変化して受信信号が受ける偏波モード分散や波長分散による波形劣化が変動しても、その変動に追従することができる。
【００９７】
（４）制御手段において、補償特性についての差分を最小にする各波形劣化補償手段の最適な周波数特性を一義に決めることができるので、例えば、受信信号のビットエラーレート（ＢＥＲ）などを監視することにより受信信号の品質を監視してその品質が所定品質を満足するように補償制御を行なうような場合に比して、各波形劣化補償手段の最適な周波数特性を求めるためのスイープ動作が不要であり、高速且つ確実な補償制御が可能である。
【００９８】
（５）受信波形測定手段において、波高データのサンプリングタイミングに波形劣化の程度により時間的重み付けを与えて、サンプリングタイミングに粗密を作り出すことにより、波形劣化の程度に応じた高精度な補償を確実に実現することができるとともに、サンプリングタイミングを全体として増加させる必要がないので、制御手段での周波数データの差分演算処理において、必要な処理速度やメモリ領域などを軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光受信装置の要部の基本態様を示すブロック図である。
【図２】図１に示す受信波形測定回路及び制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す前置増幅器の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す等化増幅器の構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示す時定数生成回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図１に示す受信波形測定回路での等価時間サンプリングを説明するための模式図である。
【図７】図１に示す光受信装置において使用する基準波形の一例を示す図である。
【図８】図１に示す光受信装置（受信波形測定回路）の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図１に示す光受信装置（制御回路）の動作〔統計（波形再生）・比較処理〕を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図２に示す波形記録用メモリに記録される波高データの一例を示す模式図である。
【図１１】図１０に示す波高データから統計処理により再生された受信波形の一例を示す模式図である。
【図１２】（ａ）は基準波形、（ｂ）は（ａ）に示す基準波形の周波数（振幅）成分、（ｃ）は（ａ）に示す基準波形の群遅延（位相）成分、（ｄ）は波形劣化を受けた受信波形、（ｅ）は（ｄ）に示す受信波形の周波数（振幅）成分、（ｆ）は（ｄ）に示す受信波形の群遅延（位相）成分をそれぞれ示す図である。
【図１３】（ａ）は図１２（ｂ）及び図１２（ｅ）に示す各波形の比較によって求められる受信波形の周波数（振幅）成分の補正特性、（ｂ）は図１２（ｃ）及び図１２（ｆ）に示す各波形の比較によって求められる受信波形の群遅延（位相）成分の補正特性、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）に示す補正特性による補償後の受信波形、（ｄ）は（ｃ）に示す受信波形の周波数（振幅）成分、（ｅ）は（ｃ）に示す受信波形の群遅延（位相）成分をそれぞれ示す図である。
【図１４】図１に示す受信波形測定回路での粗密の等価時間サンプリングを説明するための模式図である。
【図１５】図１に示す光受信装置の第１変形例を示すブロック図である。
【図１６】図１に示す光受信装置の第２変形例を示すブロック図である。
【図１７】図１に示す光受信装置の第３変形例を示すブロック図である。
【図１８】図１，図１５又は図１６に示す光受信装置をＯＡＤＭに適用した構成を示すブロック図である。
【図１９】図１，図１５又は図１６に示す光受信装置をＯＸＣに適用した構成を示すブロック図である。
【図２０】既存の光伝送システムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　光受信装置
２　受光素子
３　前置増幅器（プリアンプ；第１の（電気）波形劣化補償手段）
３１　バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
３２　移相器
３３　増幅器
４　光受信器
５　等化増幅器（第２の（電気）波形劣化補償手段）
５Ａ　可変分散補償器
５Ｂ　偏波コントローラ
５Ｃ　分散補償器
５１　バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
５２　移相器
５３　増幅器
６　クロック抽出器
７　識別器
８，８−１，８−２　受信波形測定回路
９，９−１，９−２　制御回路
１０　等価時間サンプリング部
１１　分周器
１２　遅延制御器
１３　サンプラ
１４　Ａ／Ｄコンバータ
１５　波形記録用メモリ
１６−１，１６−２，１６−３，１６−４　時定数生成回路（時定数生成手段）
２１　プロセッサ
２１０　演算手段
２１１　ＦＦＴ部（フーリエ変換部）
２１２　差分演算部
２１３　補償特性決定部
２１４　制御信号生成部
２２　参照データ用メモリ
２３　Ｄ／Ａコンバータ
３０　光伝送路
４１　光分波器
４２　光合波器
４３　２×２光スイッチ
４４，４５　４×４光スイッチ
４６　光電変換器
４７　レーザダイオード
６１　入力光ファイバ（光伝送路）
６２　出力光ファイバ（光伝送路）
６３　光分波器
６４　光合波器
６５　光スイッチ
６６　波長変換器
６７　光分波器
２００　光送信装置
２０１　波長可変光源

Claims (5)

1. 受信信号の受けた波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第１の波形劣化補償手段と、
   該第１の波形劣化補償手段の出力についてさらに波形劣化を補償しうる補償特性可変型の第２の波形劣化補償手段と、
   該受信信号の波形データ（以下、受信波形データという）を測定する受信波形測定手段と、
   該受信波形測定手段により得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第１の波形劣化補償手段及び該第２の波形劣化補償手段の補償特性を制御する制御手段と、
   該制御手段による該第１の波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度と、該制御手段による該第２の波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度とに差を設ける時定数生成手段とをそなえたことを特徴とする、波形劣化補償機能を有する受信装置。
2. 該時定数生成手段が、
   第１の時定数を有する第１の時定数生成回路と、
   該第１の時定数とは異なる第２の時定数を有する第２の時定数生成回路とをそなえて構成されるとともに、
   該第１の時定数生成回路が、該第１の波形劣化補償手段と該制御手段との間に設けられ、且つ、
   該第２の時定数生成回路が、該第２の波形劣化補償手段と該制御手段との間に設けられたことを特徴とする、請求項１記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
3. 該受信波形測定手段が、
   該第１の波形劣化補償手段の出力から第１の受信波形データを測定する第１の受信波形測定回路と、
   該第２の波形劣化補償手段の出力から第２の受信波形データを測定する第２の受信波形測定回路とをそなえて構成されるとともに、
   該制御手段が、
   該第１の受信波形測定回路により得られた該第１の受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第１の波形劣化補償手段の補償特性を制御する第１の制御回路と、
   該第２の受信波形測定回路により得られた該第２の受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該第２の波形劣化補償回路の補償特性を制御する第２の制御回路とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。
4. 複数種類の波長を多重した波長多重光信号を光伝送路から受信して該波長多重光信号を波長毎に分波する分波部と、
   該波長多重光信号が受けた波形劣化を補償しうる補償特性可変型の光波形劣化補償手段と、
   該分波部で分波された各光信号のうち少なくとも１波の特定波長の光信号について設けられ、当該光信号を光電変換した後の受信信号が受けた波形劣化を補償しうる複数の補償特性可変型の電気波形劣化補償手段と、
   該受信信号の波形データ（以下、受信波形データという）を測定する受信波形測定手段と、
   該受信波形測定手段により得られた受信波形データを周波数領域に変換して得られる周波数データと、該波形劣化を受けていない基準波形の周波数データとの差分が最小になるように、該光波形劣化補償手段及び該電気波形劣化補償手段の補償特性を個別に制御する制御手段と、
   該制御手段による該光波形劣化補償手段及び個々の電気波形劣化補償手段に対する該補償特性の制御速度に差を設ける時定数生成手段とをそなえたことを特徴とする、波形劣化補償機能を有する受信装置。
5. 該受信波形測定手段が、
   該受信信号を等価時間サンプリングして該受信信号についての複数の波高データを取得する等価時間サンプリング部と、
   該等価時間サンプリング部により得られた該波高データを該受信波形データとして記録する波形データ記録部と、
   該等価時間サンプリング部によるサンプリングタイミングに時間的重み付けを与えて該波高データのサンプリングタイミングに粗密を作り出す時間的重み付け部とをそなえて構成されたことを特徴とする、請求項１又は請求項４に記載の波形劣化補償機能を有する受信装置。

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