JP2006174073A - 波形歪み補償装置、波形歪み補償システムおよび波形歪み補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 適応等化フィルタ回路への入力波形に対して適切な処理を行うことによって、適応等化フィルタ回路の処理結果を、光伝送における理想的な等化結果へと導く波形歪み補償装置を提供する。
【解決手段】 光−電気変換器１０２によって、光ファイバ１０１を通過した光信号が電気信号に変換される。光ファイバ１０１を通過した光信号の波形は一般に歪んでいる。光−電気変換器１０２が出力する電気信号は、波形歪み補償装置１０６に入力される。波形歪み補償装置１０６は、アナログリミッタ１０３、Ａ−Ｄ変換器１０４および適応等化フィルタ回路１０５を含む。アナログリミッタ１０３は、適応等化フィルタ回路１０５に入力される信号の振幅最大値を、基準信号マークレベルと同程度になるように制限する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、信号伝送システムにおける伝送信号の波形歪みを適応等化フィルタ回路を用いて補償する波形歪み補償装置および波形歪み補償方法に関し、特に、信号伝送システムに適した波形歪み補償を行うことができる波形歪み補償装置、波形歪み補償システムおよび波形歪み補償方法に関する。

伝送路を介する信号伝送を行うと、伝送路の特性に応じて信号波形に歪みが発生し、受信信号品質を低下させる。受信信号品質の低下を回避するために、トランスバーサルフィルタ等に代表される適応等化フィルタ回路を用いた波形歪み補償が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−６０９７６号公報（段落０００８−００１０、図１）

光伝送路を用いた光信号通信では、伝送路特性に応じて、伝送路を伝送中の信号に様々な波形歪みが生ずる。波形歪みには、例えば波長分散（ＧＶＤ；Ｇｒｏｕｐ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）や自己位相変調（ＳＰＭ；Ｓｅｌｆ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等、光伝送特有の物理現象によって発生する線形歪みや非線形歪みが含まれる。ＧＶＤやＳＰＭによって生じる波形歪みは、伝送路長や環境温度等によって千差万別に変化する。そのために、従来の適応等化フィルタ回路では十分な波形等化効果が得られない場合がある。より具体的には、伝送波形の理想的な等化結果は、アイパターンのアイ開口部以外がどうあろうともアイ開口度が上昇することであるが、波形の歪み方によってはアイ開口部よりもアイ開口部以外の波形を改善するように適応等化フィルタが動作してしまう場合がある。その結果、伝送信号を適応等化フィルタ回路に通過させることによって、入力波形よりも出力波形のアイ開口度が低下してしまう事態も生ずる。

一般に、適応等化フィルタ回路は、入力信号と、何らかの手段によって与えられる基準信号との誤差信号を最小化するように動作する。つまり、伝送波形の理想的な等化結果を目指して動作するわけではない。すなわちアイパターンのアイ開口度を上昇させるように動作するわけではない。例えば、マークレベルの最大値（角）と平均値との差の方が、マークレベルとスペースレベルとの差であるアイ開口度よりも大きい場合、アイ開口度ではなく、角を小さくしようと動作することになる。この動作は、伝送波形の理想的な等化とは逆に、角が小さくなる代わりにアイ開口度を低下させる場合がある。

そこで、本発明は、適応等化フィルタ回路への入力波形に対して適切な処理を行うことによって、適応等化フィルタ回路の処理結果を、光伝送における理想的な等化結果へと導くことができる波形歪み補償装置、波形歪み補償システムおよび波形歪み補償方法を提供することを目的とする。

本発明による波形歪み補償装置は、適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を制限するための制限回路を備えたことを特徴とする。

制限回路は、適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を、送信信号マークレベルに制限することが好ましい。

入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して適応等化フィルタ回路に供給するＡ−Ｄ変換器を備えた構成において、制限回路は、Ａ−Ｄ変換器の入力側に設けられたアナログリミッタで実現可能である。また、アナログリミッタは、アナログローパスフィルタで実現可能である。

入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して適応等化フィルタ回路に供給するＡ−Ｄ変換器を備えた構成において、制限回路は、Ａ−Ｄ変換器と適応等化フィルタ回路との間に設けられたディジタルリミッタで実現可能である。また、ディジタルリミッタは、ディジタルローパスフィルタで実現可能である。

波形歪み補償装置は、振幅最大値の制限値をトレーニングによって決定する制御回路を備えていてもよい。制御回路は、トレーニング時に、運用時に用いられる信号速度よりも低い信号速度の伝送信号から送信信号マークレベルを認識し、認識した送信信号マークレベルを振幅最大値の制限値とすることができる。

光伝送路で伝送された光信号を電気信号に変換する光−電気変換器を備えた構成において、制限回路は、光伝送路と光−電気変換器との間に設けられ、光信号の振幅最大値を制限する光リミッタ装置で実現可能である。また、光リミッタ装置は、利得飽和型半導体光増幅器や四光波混合型波長変換器で実現可能である。

光伝送路を伝送された光信号を電気信号に変換する光−電気変換器を備えた構成において、制限回路は、出力飽和型の光−電気変換器で実現可能である。

波形歪み補償装置は、光信号の振幅最大値の制限値をトレーニングによって決定する制御回路を備えていてもよい。制御回路は、トレーニング時に、運用時に用いられる信号速度よりも低い信号速度の伝送信号から送信信号マークレベルを認識し、認識した送信信号マークレベルを振幅最大値の制限値とすることができる。

適応等化フィルタ回路は、例えば、トランスバーサルフィルタを含む回路で構成されている。

本発明による波形歪み補償システムは、適応等化フィルタ回路を含み、適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を制限するための制限回路を有する第１の波形歪み補償装置と、適応等化フィルタ回路を含み、制限回路が設けられていない第２の波形歪み補償装置と、第１の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質と第２の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質とを監視して、信号品質が高い方の出力信号を出力した波形歪み補償装置を示す指示信号を出力する監視装置と、第１の波形歪み補償装置と第２の波形歪み補償装置のうち、監視装置が出力した指示信号が示す方の波形歪み補償装置の出力信号を選択する選択装置とを備えたことを特徴とする。

本発明による他の態様の波形歪み補償システムは、適応等化フィルタ回路と光信号の振幅最大値を制限する光リミッタ装置とを含む第１の波形歪み補償装置と、適応等化フィルタ回路を含み、光リミッタ装置が設けられていない第２の波形歪み補償装置と、第１の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質と第２の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質とを監視して、信号品質が高い方の出力信号を出力した波形歪み補償装置を示す指示信号を出力する監視装置と、第１の波形歪み補償装置と第２の波形歪み補償装置のうち、監視装置が出力した指示信号が示す方の波形歪み補償装置の出力信号を選択する選択装置とを備えたことを特徴とする

本発明による波形歪み補償方法は、適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を、送信信号マークレベルに制限することを特徴とする。

光伝送路で伝送された光信号を光−電気変換器で電気信号に変換し、振幅最大値を送信信号マークレベルに制限するために、光信号の振幅最大値を制限するようにしてもよい。

振幅最大値の制限値をトレーニングによって決定し、トレーニング時に、運用時に用いられる信号速度よりも低い信号速度の伝送信号から送信信号マークレベルを認識するようにしてもよい。

本発明によれば、光伝送路を介して受信された信号のアイパターンのアイ開口度を高く維持できる。その結果、以下のような効果を生じさせる。

第１に、無中継光伝送可能最大距離を延長することができる。その理由は、無中継光伝送距離を延長するために送信光強度を高める必要があるが、送信光強度を高めた場合、非線形効果による波形歪みが大きくなるために逆に伝送可能距離が短くなる問題が生ずる。本発明では、受信信号の振幅最大値を制限することによって波形歪みを低減させるので、送信光強度を高めても伝送距離が短縮されることがないためである。

第２に、総光伝送可能最大距離を延長することができる。その理由は、伝送距離が長くなると、非線形効果の蓄積によって波形歪みが大きくなり、伝送可能距離が短くなる問題が生ずるが、本発明では、受信信号の振幅最大値を制限することによって波形歪みを低減するので、非線形効果による波形歪みが蓄積されても伝送距離が短縮されることがないためである。

第３に、波長多重数を増大させることができる。その理由は、波形歪み量は伝送信号波長に依存し、多重する波長数が増加するほど歪み量の最大値と最小値との差は広がり、多くの伝送信号波長の送受信を可能にするのは波形歪み量の最大値と最小値との差が大きくなっても適応等化可能である必要があるが、本発明では、受信信号の振幅最大値を制限することによって、波形歪み量の最大値と最小値との差を低減することができるためである。

第４に、光伝送路設計が容易になる。その理由は、波形歪み量は光伝送路長、光ファイバ種類（特性）、光レベルダイアグラムおよび伝送路波長分散マップに依存して変動するが、本発明では、受信信号の振幅最大値を制限することによって、それらの変動量を低減することができるためである。

第５に、光信号送信装置の低コスト化が可能になる。その理由は、波形歪み量は光信号送信装置において使用される光変調器の特性に依存して変動するが、本発明では、受信信号の振幅最大値を制限することによって、変動量を低減することができるので、光変調器特性に対するマージンが大きくなり、特性に対する許容値が拡大し、製造コストを下げることができるためである。

第６に、波形歪み補償装置を用いる装置の製造が容易になる。その理由は、既存の適応等化フィルタ回路に、電気的なリミッタまたは光学的なリミッタを追加するだけで実現可能なためである。

第７に、波形歪み補償装置を用いる装置の低コスト化が可能になる。その理由は、既存の適応等化フィルタ回路に、電気的なリミッタまたは光学的なリミッタを追加するだけで実現可能なため、新規に適応等化フィルタ回路を設計したり製造したりする必要がないためである。

第８に、適応等化フィルタ回路の動作を光伝送向きに制御できる。その理由は、適応等化フィルタ回路だけでは、光伝送に適したアイ開口度を上昇させるという動作を行わせるのには不十分であるが、本発明では、受信信号の振幅最大値を制限することによって、アイ開口度を上昇させるように動作させることができるためである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の説明において、１つの波形歪み補償装置が存在する場合には、波形歪み補償装置と波形歪み補償システムとは同義になる。しかし、複数の波形歪み補償装置が設けられている場合には、波形歪み補償システム内に複数の波形歪み補償装置が存在することになる。

実施の形態１．
図１は、本発明の第１の実施の形態の波形歪み補償装置が適用された具体的には光信号品質監視装置の構成を光ファイバとともに示すブロック図である。

図１に示す装置では、光−電気変換器１０２によって、光ファイバ１０１を通過した光信号が電気信号に変換される。光ファイバ１０１を通過した光信号の波形は一般に歪んでいるので、光−電気変換器１０２が出力する電気信号も歪んでいる。光−電気変換器１０２が出力する電気信号は、波形歪み補償装置１０６に入力される。波形歪み補償装置１０６は、アナログリミッタ１０３、Ａ−Ｄ変換器１０４および適応等化フィルタ回路１０５を含む。

光−電気変換器１０２が出力する電気信号のアイパターンが図２（ａ）に示すようであったとする。電気信号の振幅最大値は、アナログリミッタ１０３を通過することによって一定値に制限される。アナログリミッタ１０３によって振幅最大値が制限された電気信号のアイパターンが図２（ｂ）に示すようであったとする。アナログリミッタ１０３の出力である電気信号は、Ａ−Ｄ変換器１０４でアナログ信号からディジタル信号に変換された後、適応等化フィルタ回路１０５に入力される。適応等化フィルタ回路１０６は、基準信号と入力信号とから誤差信号を生成し、その誤差信号を最小化するように動作する。その結果、伝送信号歪みが補正されることになる。

例えば、図３（ａ）に示すように、適応等化フィルタ回路１０５に入力される電気信号の入力電圧Ｖｉｎの振幅最大値が基準信号マークレベルよりもかなり高かった場合には、適応等化フィルタ回路１０５の出力電圧Ｖｏｕｔの出力信号において、図３（ｂ）に示すようにアイ開口度が低下する場合がある。その理由は、伝送信号の理想的な適応等化はアイ開口度を上昇させることであるが、適応等化フィルタ回路１０５は、単純に基準信号と入力信号の誤差信号を最小化するように動作するだけであるからである。すなわち、適応等化フィルタ回路１０５は、波形歪みによって基準信号マークレベルよりも大きくなったレベルを、基準信号マークレベル以下に補正しようと動作するために、適応等化フィルタ回路１０５に入力される電気信号のマークレベルは基準信号マークレベル以下に補正されることになり、アイ開口度は低下する。

この実施の形態では、アナログリミッタ１０３は、適応等化フィルタ回路１０５に入力される信号の振幅最大値を、基準信号マークレベルと同程度になるように制限するように構成される。そのため、振幅最大値が基準信号マークレベルよりも大きくなるような波形劣化を生じた光信号にもとづく電気信号が波形歪み補償装置１０６に入力された場合に、アナログリミッタ１０３によって、振幅最大値が制限を受けることによって、適応等化フィルタ回路１０５への信号の入力レベルは、基準信号マークレベルよりも小さくなる。この結果、基準信号マークレベルよりも高くなった信号レベルを基準信号マークレベルに補正しようとする動作が抑制される。

例えば、図４（ａ）に示すように、適応等化フィルタ回路１０５に入力される電気信号の入力電圧Ｖｉｎの振幅最大値が基準信号マークレベルよりもかなり高かった場合には、アナログリミッタ１０３によって、適応等化フィルタ回路１０５に入力される信号の振幅最大値が基準信号マークレベルと同程度になるように制限される（図４（ｂ）参照）。その結果、適応等化フィルタ回路１０５に入力される信号の振幅最大値が制限を受けることによって、適応等化フィルタ回路１０５に入力される信号の信号レベルは、基準信号マークレベル以下にしかならない。よって、基準信号マークレベルよりも高くなった信号レベルを基準信号マークレベルに補正しようとする動作が抑制される。すなわち、適応等化フィルタ回路１０５において、入力される信号のマークレベルを基準信号マークレベル以下に補正しようとする動作が実行されることはない。換言すれば、アイ開口度を低下させるような動作を生じさせず、適応等化フィルタ回路１０５の出力信号において、図４（ｃ）に示すようにアイ開口度は低下しない。このように、この実施の形態では、適応等化フィルタ回路１０５に入力される信号の振幅最大値を調整することによって、伝送信号波形の理想的な適応等化を行うことができるようになる。

図５は、波形歪み補償装置のより具体的な構成例を示すブロック図である。図５に示す例では、波形歪み補償装置３１２は、アナログリミッタ３０５、Ａ−Ｄ変換器３０６および適応等化フィルタ回路３１１を含む。アナログリミッタ３０５、Ａ−Ｄ変換器３０６および適応等化フィルタ回路３１１は、図１に示されたアナログリミッタ１０３、Ａ−Ｄ変換器１０４および適応等化フィルタ回路１０５に相当するものである。

適応等化フィルタ回路３１１として、フィードフォワード等化器（ＦＦＥ：ＦｅｅｄＦｏｒｗａｒｄ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）３０７と決定フィードバック等化器（ＤＦＥ：Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）３１０とを組み合わせた回路が用いられている。従って、ＦＦＥ３０７およびＤＦＥ３１０に、適応等化を行うために基準信号が入力されている。具体的には、ＦＦＥ３０７の出力値とＤＦＥ３１０の出力値とを加算する加算器３０８が設けられ、クロック信号に従って動作する決定回路（ＤＥＣ：ＤＥｃｉｓｉｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０９が、加算器３０８の出力にもとづいて、適応等化フィルタ回路３１１の出力を決定する。ＤＥＣ３０９の出力は、ＤＦＥ３１０にフィードバックされる。また、ＦＦＥ３０７およびＤＦＥ３１０は、トランスバーサルフィルタで実現される。

図１に示された光−電気変換器１０２に相当するものとして、図５では、ＰＩＮ−フォトダイオード（以下ＰＩＮ−ＰＤという。）３０３とトランスインピーダンス増幅器（Ｔｒａｎｓ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下ＴＩＡ）３０４とからなる光受信器３０２が例示されている。アナログリミッタ３０５には、振幅最大値の制限値Ｖｔｈが外部から与えられる。

次に、図５に示す波形歪み補償装置３１２の動作について図６のフローチャートを参照して説明する。
図５に示す装置では、ＰＩＮ−ＰＤ３０３とＴＩＡ３０４とからなる光受信器３０２によって、光ファイバ１０１を通過した光信号が電気信号に変換される（ステップＳ１）。光受信器３０２が出力する電気信号は、波形歪み補償装置３１２に入力される。波形歪み補償装置３１２において、アナログリミッタ３０５は、入力された電気信号の振幅最大値を、制限値Ｖｔｈに制限する（ステップＳ２）。従って、適応等化フィルタ回路３１２に、Ｖｔｈ以上の振幅値を有する信号が入力されたとしても、アナログリミッタ３０５の出力がＶｔｈで制限され、適応等化フィルタ回路３１１には、振幅最大値が制限値Ｖｔｈ以下である信号が入力される。なお、Ｖｔｈをあらかじめ定めた値に固定してもよいし、動的に変化させてもよい。アナログリミッタ３０５の出力信号は、Ａ−Ｄ変換回路３０６に入力され、Ａ−Ｄ変換回路３０６で、アナログ信号からディジタル信号に変換される（ステップＳ３）。Ａ−Ｄ変換回路３０６の出力信号は、適応等化フィルタ回路３１１に入力される。

適応等化フィルタ回路３１１において初段にあるＦＦＥ３０７、およびＤＦＥ３０１０には、適応等化を行うために基準信号が外部から供給される。基準信号は、伝送信号に応じてあらかじめ定めておいた固定パターンであってもよいし、動的に変化するパターンであってもよい。ＦＦＥ３０７は、Ａ−Ｄ変換回路３０６からの出力信号について基準信号を元に適応等化を行う（ステップＳ４）。

具体的には、ＦＦＥ３０７は、Ａ−Ｄ変換回路３０６の出力信号と基準信号との誤差信号を生成し、誤差信号を最小化するように動作する。この動作によって、信号がＦＦＥ３０７を通過すると、歪んだ波形が補正される。ＦＦＥ３０７は、補正された波形の信号を加算器３０８に出力する。加算器３０８の出力は、ＤＥＣ３０９に入力される。ＤＥＣ３０９は、判別しきい値Ｖｄｅｃを用いて、外部から供給されるクロック信号のタイミングで、入力信号がマークかスペースかの判定を行う。ＤＦＥ３１０は、判定済みの信号と基準信号とから誤差信号を生成し、その差を最小化するように動作する。ＤＦＥ３１０は判定済みの波形を用いるため、ＦＦＥ３０７だけ用いた場合に比べて、信号は、より歪みの小さい波形の信号に補正される。

上述したように、適応等化フィルタ回路３１１は、基準信号と入力信号との誤差信号を生成し、両信号の誤差を最小化するように動作するだけであるため、信号伝送にとって理想的なマークレベルとスペースレベルの差を大きくする、すなわちアイパターンのアイ開口度を上昇させる動作には必ずしもならない。なぜならば、波形歪みによって、受信信号の振幅最大値が送信信号のマークレベル以上になる場合、適応等化フィルタ回路３１１は、振幅最大値をマークレベルに補正しようとするため、本来のマークレベルが、マークレベル以下に補正されてしまうからである。その結果、アイ開口度が低下することになる。

しかし、図５に示された回路では、制限値Ｖｔｈが設定されるアナログリミッタ３０５が挿入されている。受信信号の振幅最大値が送信信号のマークレベルと同等になるようにＶｔｈを設定しておけば、本来のマークレベルが誤補正されることがなくなる。従って、アナログリミッタ３０５を用いることによって、適応等化フィルタ回路３１１の動作を、アイ開口度が上昇するような動作に制御することができる。すなわち、光信号伝送システムに適した波形歪み補償を行う波形歪み補償回路３１２が実現できる。

なお、適応等化フィルタ回路３１１のフィルタ特性を定める方法として、非稼働時（アウトオブサービス時）においてのみ適応等化フィルタ回路３１１に基準信号を与えて適応等化によってフィルタ特性を定め、稼働時（インサービス時）にはフィルタ特性を固定するトレーニングモードを準備する方法を用いてもよい。また、インサービス時であっても入力信号特性に応じたフィルタ特性が実現できるように、常に基準信号を与えて動的に適応等化フィルタ回路３１１特性を変化させる方法を用いてもよい。

図７は、制限値Ｖｔｈの決定方法を説明するためのブロック図である。
図７に示す構成において、光信号送信装置８０４は、光源８０１からの信号光を、パルスパターン生成器（ＰＰＧ：Ｐｕｌｓｅ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）８０３が出力するパルス信号系列で強度変調する光変調器（ＭＯＤ）８０２を有する。光変調器８０２が出力する光信号は、伝送路としての光ファイバ１０１で伝送されて光受信器３０２に到達する。図８は、送信信号系列の一例を示す波形図、図９は、伝送前後の信号のアイパターンの例を示す波形図である。なお、図９（ａ）〜（ｄ）において、縦軸に付されている数はレベルを表す。ただし、数は絶対値ではなく、相対的な値を示す。

また、制限値Ｖｔｈを決定するための制御を行う制御回路３３０が設けられている。制御回路３３０は、プログラムに従って制御を実行するＣＰＵを含む。

ある信号速度Ｂの信号を伝送する場合、その信号系列が図８（ａ）に示すようであり、伝送前の信号のアイパターンが図９（ｄ）に示すようであったとする。図８（ａ）に示す信号系列は、制御回路３３０におけるＣＰＵが光信号送信装置８０４内のＰＰＧ８０３に指示を出すことによって生成される。ＰＰＧ８０３は、指示された信号系列を光変調器８０２に出力する。光変調器８０２は、その信号系列を元に光源８０１からの信号光を強度変調することによって、制御回路３３０が指示した信号系列の光信号を生成する。伝送路で波形が歪み、伝送後の信号のアイパターンが図９（ａ）に示すようになったとする。

次に、制御回路３３０におけるＣＰＵがＰＰＧ８０３に指示を出すことによって信号速度をＢの半分（Ｂ／２）に下げ、ＰＰＧ８０３が出力する信号系列が図８（ｂ）に示すようすると、伝送後の信号のアイパターンが図９（ｂ）に示すようになる。一般に、波形歪み量は、信号パルス幅が小さいほど大きくなり、すなわち信号速度が高いほど大きくなるので、信号速度が半分になれば、波形歪み量もそれだけ小さくなる。その結果、伝送後の信号のアイパターンにおける振幅最大値は、図９（ａ）に示す場合に比べて低下し、マークレベルに近づく。さらに、制御回路３３０におけるＣＰＵがＰＰＧ８０３に指示を出すことによって信号速度を下げ、Ｂ／４にすると、伝送後の信号のアイパターンが図９（ｃ）に示すようになったとする。ここで、アイパターンにおける振幅最大値は、送信信号の波形のマークレベルと同程度になったとする。受信時におけるマークレベルの大きさは、信号速度とは無関係であるから、図９（ｃ）におけるマークレベルを制御回路３３０が測定することによって、運用時に用いられる本来の信号速度Ｂであるときのアイパターン（図９（ａ）参照）におけるマークレベルを知ることができる。

図１０のフローチャートを参照して制限値Ｖｔｈの決定方法をより具体的に説明する。まず、ＣＰＵは、ＰＰＧ８０３に対して信号速度を本来の信号速度Ｂにするように指示する（ステップＳ２１）。そして、指示に応じて送信された信号を受信した光受信器３０２から受信信号を導入し、受信信号のアイパターンを作成し、アイパターンの振幅最大値を記憶する（ステップＳ２２）。

次いで、ＣＰＵは、ＰＰＧ８０３に対して信号速度を１／２にするように指示する（ステップＳ２３）。指示に応じて送信された信号を受信した光受信器３０２から受信信号を導入し、受信信号のアイパターンを作成し（ステップＳ２４）、作成したアイパターンの振幅最大値と記憶されているアイパターンの振幅最大値とを比較する（ステップＳ２５）。それらの振幅最大値が一致しない場合には、ステップＳ２４で作成したアイパターンの振幅最大値を記憶し（ステップＳ２６）、再度ステップＳ２３からの処理を実行する。それらの振幅最大値が一致した場合には、その振幅最大値を、制限値Ｖｔｈに決定する（ステップＳ２７）。

信号速度を低下させていくと、受信信号の波形歪みが小さくなって、特にオーバシュートが小さくなって、受信側において、本来の受信信号（送信信号に相当するもの）が観測されるようになる。従って、振幅最大値の低下が生じなくなったときの受信信号の振幅最大値を、送信信号マークレベルと見なすことができる。そして、ステップＳ２１〜Ｓ２７の処理によって、そのような送信信号マークレベルを制限値Ｖｔｈに決定する。

ステップＳ２１〜Ｓ２７の処理実行期間をトレーニング期間とし、トレーニング期間終了後に制限値Ｖｔｈをアナログリミッタ３０５に設定することによって、以後、受信信号の振幅最大値を制限値Ｖｔｈに制限して、適応等化フィルタ回路３１１の動作を、アイ開口度が上昇するような動作に制御することができる。

図５に示すアナログリミッタ３０５としてアナログローパスフィルタを用いることができる。アナログローパスフィルタを用いることによって高周波成分が遮断されるので、アナログリミッタ３０５の出力波形において急峻部分のレベルが低くなる。図９に例示された波形図を参照すると、例えば、図９（ａ）に示すような波形の信号がアナログリミッタ３０５に入力した場合には、遮断周波数を適切に設定することによって、アナログリミッタ３０５の出力波形を図９（ｃ）に示すような波形にすることができる。換言すれば、受信信号の振幅最大値を送信信号マークレベルにするような遮断周波数を、アナログリミッタ３０５としてのアナログローパスフィルタに設定する。

実施の形態２．
図１１は、本発明の第２の実施の形態の波形歪み補償装置の構成を光ファイバとともに示すブロック図である。

図１１に示すシステムでは、波形歪み補償装置１１６は、Ａ−Ｄ変換器１０７、ディジタルリミッタ１０８、および適応等化フィルタ回路１０５を含む。

ディジタルリミッタ１０８の作用は、第１の実施の形態におけるアナログリミッタ１０５，３０５の作用と同じである。すなわち、入力された信号の振幅最大値を制限値Ｖｔｈに制限する。従って、適応等化フィルタ回路１１６に、Ｖｔｈ以上の振幅値を有する信号が入力されたとしても、ディジタルリミッタ１０８の出力がＶｔｈで制限される。Ｖｔｈをあらかじめ定めた値に固定してもよいし、動的に変化させてもよい。ディジタルリミッタ１０８の出力は、適応等化フィルタ回路１０５に入力される。従って、第１の実施の形態の場合と同様に、受信信号の振幅最大値を制限値Ｖｔｈに制限することによって、適応等化フィルタ回路１０５の動作を、アイ開口度が上昇するような動作に制御することができる。

なお、図１１に示すディジタルリミッタ１０８としてディジタルローパスフィルタを用いることができる。アナログリミッタ３０５を用いた場合と同様に、この場合にも、受信信号の振幅最大値を送信信号マークレベルにするような遮断周波数を、ディジタルリミッタ１０８としてのディジタルローパスフィルタに設定する。

また、第１の実施の形態の場合と同様に、制御回路３３０を設け、制御回路３３０がトレーニングによって制限値Ｖｔｈを決定することができる。

実施の形態３．
図１２は、本発明の第３の実施の形態の波形歪み補償システムの構成を光ファイバとともに示すブロック図である。図１２に示す構成において、波形歪み補償装置３１２の構成は第１の実施の形態のものの構成と同じである。この実施の形態では、第１の波形歪み補償装置としての波形歪み補償装置３１２の他に、第２の波形歪み補償装置としての一般的な波形歪み補償装置４１２も設けられている。波形歪み補償装置４１２は、入力された信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器４０６と適応等化フィルタ回路４１１とを含む。適応等化フィルタ回路４１１は、ＦＦＥ４０７、ＤＦＥ４１０、加算器４０８およびＤＥＣ４０９を含み、適応等化フィルタ回路３１１と同様の動作を行う。

図１２に示すシステムでは、ＰＩＮ−ＰＤ３０３とＴＩＡ３０４とからなる光受信器３０２によって、光ファイバ１０１を通過した光信号が電気信号に変換される。光受信器３０２が出力する電気信号は、スプリッタ４２０に導かれる。スプリッタ４２０は、入力された電気信号を、波形歪み補償装置３１２と波形歪み補償装置４１２とに分配する。

波形歪み補償装置３１２は、第１の実施の形態の場合と同様に、受信信号の振幅最大値を制限値Ｖｔｈに制限した上で適応等化処理を行う。また、波形歪み補償装置４１２は、受信信号の振幅最大値を制限することなく適応等化処理を行う。波形歪み補償装置３１２の出力と波形歪み補償装置４１２の出力とは、選択装置としてのセレクタ４１２に入力される。セレクタ４１２は、波形歪み補償装置３１２の出力と波形歪み補償装置４１２の出力とのうちの一方を選択して出力する。

また、波形歪み補償装置３１２の出力と波形歪み補償装置４１２の出力とを入力する符号誤り監視装置４２２が設けられている。図１３は、符号誤り監視装置４２２の動作を示すフローチャートである。図１３を参照すると、符号誤り監視装置４２２は、波形歪み補償装置３１２の出力における信号品質としての符号誤り率と波形歪み補償装置４１２の出力における信号品質としての符号誤り率とを監視する。すなわち、双方の出力の誤り率を常時算出する（ステップＳ３１，Ｓ３２）。そして、符号誤り率が低い方の出力を波形歪み補償システムの外部に出力するようにセレクタ４１２に指示信号を出力する（ステップＳ３２）。セレクタ４１２は、符号誤り監視装置４２２の指示信号に従って、波形歪み補償装置３１２の出力と波形歪み補償装置４１２の出力とのうち、符号誤り率が低い方の出力を波形歪み補償システムの外部に出力する。

また、第１の実施の形態の場合と同様に、制御回路３３０を設け、制御回路３３０がトレーニングによって、波形歪み補償装置３１２において用いられる制限値Ｖｔｈを決定することができる。

実施の形態４．
図１４は、本発明の第４の実施の形態の波形歪み補償システムの構成を光ファイバとともに示すブロック図である。図１５は、図１４に示す波形歪み補償装置３１２の動作を示すフローチャートである。図１４に示す波形歪み補償システム５１２において、光受信器３０２、Ａ−Ｄ変換器３０６および適応等化フィルタ回路３１１の構成は、第１の実施の形態におけるそれらの構成と同じである。この実施の形態では、光受信器３０２の前段に、光リミッタ装置としての利得飽和型半導体光増幅器（ＧＣ−ＳＯＰ）５０５が挿入されている。利得飽和型半導体光増幅器５０５は、利得飽和特性を有するため、入力光信号強度がどんなに大きくなってもある一定の飽和光出力値以下の光強度の信号しか出力することができない。飽和光出力値を、光受信器３０２が出力する電気信号の振幅最大値が送信信号マークレベルに相当する値になるように設定する。

そのような飽和光出力値は、利得飽和型半導体光増幅器５０５への注入電流Ｉｔｈを調整することで決めることができる。すなわち、光受信器３０２が出力する電気信号の振幅最大値が送信信号マークレベルに相当する値になるように注入電流Ｉｔｈを設定する。

従って、図１５に示すように、この実施の形態では、まず、利得飽和型半導体光増幅器５０５が、光信号強度を一定値以下に制限し（ステップＳ４１）、その後、光受信器３０２が光電変換を行い（ステップＳ４２）、Ａ−Ｄ変換器３０６で電気信号がディジタル信号に変換された後（ステップＳ４３）、適応等化フィルタ回路３１１で適応等化処理が実行される（ステップＳ４４）。

このような構成によっても、第１および第２の実施の形態の場合と同様に、適応等化フィルタ回路３１１の動作を、アイ開口度が上昇するような動作に制御することができる。

また、第１の実施の形態の場合と同様に、制御回路３３０を設け、制御回路３３０がトレーニングによって、光信号の振幅最大値の制限値を決定することができる。具体的には、この場合には、光信号強度を制限するための、制限値に対応した注入電流Ｉｔｈの値を決定する。

なお、利得飽和型半導体光増幅器５０５の制御だけでは、光受信器３０２が出力する電気信号の振幅最大値が送信信号マークレベルに相当する値にならないような場合には、アナログリミッタを併用してもよい。すなわち、Ａ−Ｄ変換器３０６の前段にアナログリミッタを設置し、利得飽和型半導体光増幅器５０５とアナログリミッタとを共動させて、Ａ−Ｄ変換器３０６に入力される信号の振幅最大値が送信信号マークレベルに相当する値になるようにすればよい。

また、第３の実施の形態のように、２系統の波形歪み補償装置を設置してもよい。すなわち、図１４に示すような波形歪み補償装置（第１の波形歪み補償装置）と、利得飽和型半導体光増幅器５０５が設置されていない波形歪み補償装置（第２の波形歪み補償装置）とを設置し、光ファイバ１０１を通過した光信号を２つの波形歪み補償装置に分配する。そして、それぞれの波形歪み補償装置の出力の符号誤り率を監視する符号誤り監視装置４２２と、２系統の波形歪み補償装置の出力のうちの一方を選択して出力するセレクタ４１２とを設け、セレクタ４１２が、符号誤り監視装置４２２の制御に従って、いずれかの波形歪み補償装置を外部に出力する。すなわち、監視装置は、第１の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質と第２の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質とを監視して、信号品質が高い方の出力信号を出力した波形歪み補償装置を示す指示信号を出力し、選択装置は、監視装置が出力した指示信号が示す方の波形歪み補償装置の出力信号を選択する。

利得飽和型半導体光増幅器５０５に代えて、四光波混合型波長変換器を用いることもできる。四光波混合型波長変換器も利得飽和特性を有する。四光波混合型波長変換器を用いた場合にも、光受信器３０２が出力する電気信号の振幅最大値が送信信号マークレベルに相当する値になるように、四光波混合型波長変換器の飽和利得を制御する。

また、利得飽和型半導体光増幅器５０５を設置せず、光受信器３０２として出力飽和型のものを用いるようにしてもよい。その場合、光受信器３０２が出力する電気信号の振幅最大値が送信信号マークレベルに相当する値になるように、光受信器３０２の飽和出力を制御する。

図５に示された波形歪み補償装置３１２の動作を検証するために、図５に示された構成の装置の動作と、図５に示された構成からアナログリミッタ３０５を除いた構成の装置の動作とをシミュレーションした。

シミュレーションにおいて、サンプルレートが入力信号速度の２倍のＦＦＥ３０７とＤＦＥ３１０とを含む適応等化フィルタ回路３１１を用いることにする。ＦＦＥ３０７のタップ数は７、のタップ数は３である。また、光ファイバ１０１で伝送された信号の波形として、図１６に示す波形を用いる。図１６に示す波形は、光ファイバ伝送による劣化によって、振幅最大値が送信信号マークレベルを越えたような信号である。

シミュレーション結果を図１７に示す。図１７に示すように、アナログリミッタ３０５を含む構成では、適応等化フィルタ回路３１１に入力される信号の振幅最大値が規制されるので、アナログリミッタ３０５を含まない構成の場合に対して、適応等化フィルタ回路３１１の出力のアイ開口度が高く、また、波形品質も高い。

第１の実施の形態の波形歪み補償装置の構成を示すブロック図である。 光−電気変換器が出力する電気信号のアイパターンの例を示す波形図である。 一般的な適応等化フィルタ回路の入力信号と出力信号の波形例を示す波形図である。 本発明における適応等化フィルタ回路の入力信号と出力信号の波形例を示す波形図である。 波形歪み補償装置のより具体的な構成例を示すブロック図である。 図５に示す波形歪み補償装置の動作を示すフローチャートである。 制限値Ｖｔｈの決定方法を説明するためのブロック図である。 送信信号系列の一例を示す波形図である。 伝送前後の信号のアイパターンの例を示す波形図である。 制限値Ｖｔｈの決定方法を説明するためのフローチャートである。 第２の実施の形態の波形歪み補償装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態の波形歪み補償システムの構成を示すブロック図である。 符号誤り監視装置の動作を示すフローチャートである。 第４の実施の形態の波形歪み補償システムの構成を示すブロック図である。 図１４に示す波形歪み補償装置の動作を示すフローチャートである。 シミュレーションにおいて用いられた信号波形例を示す波形図である。 シミュレーション結果を示す説明図である。

符号の説明

１０１ 光ファイバ
１０２ 光−電気変換器
１０３ アナログリミッタ
１０４ Ａ−Ｄ変換器
１０５ 適応等化フィルタ回路
１０６ 波形歪み補償装置
１０７ Ａ−Ｄ変換器
１０８ ディジタルリミッタ
３０２ 光受信器
３０３ ＰＩＮ−フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）
３０４ トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）
３０５ アナログリミッタ
３０６ Ａ−Ｄ変換器
３０７ フィードフォワード等化器（ＦＦＥ）
３０８ 加算器
３０９ 決定回路（ＤＥＣ）
３１０ 決定フィードバック等化器（ＤＦＥ）
３１１ 適応等化フィルタ回路
３１２ 波形歪み補償装置
３３０ 制御回路
４０６ Ａ−Ｄ変換器
４０７ フィードフォワード等化器（ＦＦＥ）
４０８ 加算器
４０９ 決定回路（ＤＥＣ）
４１０ 決定フィードバック等化器（ＤＦＥ）
４１１ 適応等化フィルタ回路
４１２ 波形歪み補償装置
４２０ スプリッタ
４２１ セレクタ
４２２ 符号誤り監視装置
５０５ 利得飽和型半導体光増幅器
５１２ 波形歪み補償システム
８０１ 光源
８０２ 光変調器（ＭＯＤ）
８０３ パルスパターン生成器（ＰＰＧ）
８０４ 光信号送信装置

Claims (20)

1. 伝送路で伝送された信号の波形歪みを補償する適応等化フィルタ回路を用いた波形歪み補償装置において、
   前記適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を制限するための制限回路を備えたことを特徴とする波形歪み補償装置。
2. 制限回路は、適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を、送信信号マークレベルに制限する
   請求項１記載の波形歪み補償装置。
3. 入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して適応等化フィルタ回路に供給するＡ−Ｄ変換器を備え、
   制限回路は、前記Ａ−Ｄ変換器の入力側に設けられたアナログリミッタである
   請求項１記載の波形歪み補償装置。
4. アナログリミッタは、アナログローパスフィルタで実現されている
   請求項３記載の波形歪み補償装置。
5. 入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換して適応等化フィルタ回路に供給するＡ−Ｄ変換器を備え、
   制限回路は、前記Ａ−Ｄ変換器と前記適応等化フィルタ回路との間に設けられたディジタルリミッタである
   請求項１記載の波形歪み補償装置。
6. ディジタルリミッタは、ディジタルローパスフィルタで実現されている
   請求項５記載の波形歪み補償装置。
7. 振幅最大値の制限値をトレーニングによって決定する制御回路を備えた
   請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の波形歪み補償装置。
8. 制御回路は、トレーニング時に、運用時に用いられる信号速度よりも低い信号速度の伝送信号から送信信号マークレベルを認識し、認識した送信信号マークレベルを振幅最大値の制限値とする
   請求項７記載の波形歪み補償装置。
9. 光伝送路で伝送された光信号を電気信号に変換する光−電気変換器を備え、
   制限回路は、前記光伝送路と前記光−電気変換器との間に設けられ、光信号の振幅最大値を制限する光リミッタ装置である
   請求項１記載の波形歪み補償装置。
10. 光リミッタ装置は、利得飽和型半導体光増幅器で実現されている
    請求項９記載の波形歪み補償装置。
11. 光リミッタ装置は、四光波混合型波長変換器で実現されている
    請求項９記載の波形歪み補償装置。
12. 光伝送路を伝送された光信号を電気信号に変換する光−電気変換器を備え、
    制限回路は、出力飽和型の前記光−電気変換器で実現されている
    請求項１記載の波形歪み補償装置。
13. 光信号の振幅最大値の制限値をトレーニングによって決定する制御回路を備えた
    請求項９から請求項１２のうちのいずれか１項に記載の波形歪み補償装置。
14. 制御回路は、トレーニング時に、運用時に用いられる信号速度よりも低い信号速度の伝送信号から送信信号マークレベルを認識し、認識した送信信号マークレベルを振幅最大値の制限値とする
    請求項１３記載の波形歪み補償装置。
15. 適応等化フィルタ回路は、トランスバーサルフィルタを含む回路で構成されている
    請求項１から請求項１４のうちのいずれか１項に記載の波形歪み補償装置。
16. 請求項１に記載された波形歪み補償装置を第１の波形歪み補償装置として備え、
    適応等化フィルタ回路を含み、制限回路が設けられていない第２の波形歪み補償装置と、
    前記第１の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質と前記第２の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質とを監視して、信号品質が高い方の出力信号を出力した波形歪み補償装置を示す指示信号を出力する監視装置と、
    前記第１の波形歪み補償装置と前記第２の波形歪み補償装置のうち、前記監視装置が出力した指示信号が示す方の波形歪み補償装置の出力信号を選択する選択装置と
    を備えた波形歪み補償システム。
17. 請求項９に記載された波形歪み補償装置を第１の波形歪み補償装置として備え、
    適応等化フィルタ回路を含み、光リミッタ装置が設けられていない第２の波形歪み補償装置と、
    前記第１の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質と前記第２の波形歪み補償装置の出力信号の信号品質とを監視して、信号品質が高い方の出力信号を出力した波形歪み補償装置を示す指示信号を出力する監視装置と、
    前記第１の波形歪み補償装置と前記第２の波形歪み補償装置のうち、前記監視装置が出力した指示信号が示す方の波形歪み補償装置の出力信号を選択する選択装置と
    を備えた波形歪み補償システム。
18. 伝送路で伝送された信号の波形歪みを適応等化フィルタ回路で補償する波形歪み補償方法において、
    前記適応等化フィルタ回路に入力される信号の振幅最大値を、送信信号マークレベルに制限する
    ことを特徴とする波形歪み補償方法。
19. 光伝送路で伝送された光信号を光−電気変換器で電気信号に変換し、
    振幅最大値を送信信号マークレベルに制限するために、光信号の振幅最大値を制限する
    請求項１８記載の波形歪み補償方法。
20. 振幅最大値の制限値をトレーニングによって決定し、
    トレーニング時に、運用時に用いられる信号速度よりも低い信号速度の伝送信号から送信信号マークレベルを認識する
    請求項１８記載の波形歪み補償方法

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