JP2009038801A - 周波数オフセットモニタリング装置及びコヒーレント光受信機 - Google Patents

周波数オフセットモニタリング装置及びコヒーレント光受信機 Download PDF

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Abstract

【課題】ハードウエアの処理速度に対する要求を緩和し、低速アナログ方法及び簡略化されたデジタル方法により自動周波数制御を行うアナログ又はデジタル自動周波数制御装置を提供する
【解決手段】入力信号の速度を減少し出力する信号減速部と、前記信号減速部から出力された信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタとを備える。前記信号減速部は、前記入力信号をフィルタリングし、出力する第１のローパスフィルターと第２のローパスフィルターを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信システムにおけるコヒーレント光受信機に関し、特に、コヒーレント光受信機に用いる周波数オフセットモニタリング装置に関する。
光通信システムの容量やシステムの柔軟性に対する要求が益々高まっている中、光コヒーレント技術は注目されている。ノンコヒーレント技術（例えば、On-Off Keying （OOK）による直接検波、及び遅延検波（即ち、差動位相偏移変調 (Differential Phase Shift Keying(DPSK)セルフ・コヒーレント技術))と較べれば、コヒーレント技術は以下の利点がある。差動検波に比して、コヒーレント技術はより低い（例えば、約３ｄＢ）光信号ノイズ比（Optical Signal-to-Noise Ratio(OSNR)）にも耐えられ、等化技術を用いて光領域中における線形ひずみを抑えることができ、さらに、直交振幅変調（ＱＡＭ）など高性能の変調スキームに対応することができる。
コヒーレント光受信機において、一つの重要な問題は搬送波位相回復（carrier phase recovery）を如何に実現するかということである。これは、フィードバック制御（位相同期ループ（phase lock loop: PLL））、又は、フィード・フォーワード位相推定により実現できる。この２つの方法はいずれも搬送波と局部発振器との間の周波数シフトが十分に小さいことを要求する。通常、これは構成部材の精度を規定することや、自動周波数制御（ＡＦＣ）により達成できる。非特許文献１に、幾つかの自動周波数制御方法が開示されている。代表的なアナログ自動周波数制御方法として、アナログ微分回路周波数弁別器（analog differentiator）を用いたアナログ自動周波数制御がある。しかし、この方法は電気通信においてよく知られているものの、光通信において電気信号の帯域幅は通常１０ＧＨｚオーダであるので、光通信システムにおいてこのような微分回路を実現することは困難である。代表的なデジタル自動周波数制御方法として、クロスプロダクト自動周波数制御がある。しかし、この方法では、デジタル信号処理（ＤＳＰ）の処理速度はアナログ-デジタルコンバータのサンプリングスピードと同じであることが要求される。しかし、光通信システムにおいてこのサンプリングスピードも１０ＧＨｚオーダ、例えば、４０Ｇサンプル／秒であるので、このような速度のデジタル信号処理を実現することは困難である。
図１は、従来技術におけるクロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を示すブロック図である。
図１に示すコヒーレント光受信機は、局部発振光信号を生成する局部発振器１０３，入力光信号１０１と局部発振光信号とを混合する光ミキサー１０２、光ミキサー１０２から出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５と、当該変換された信号に基づいて、入力光信号１０１の周波数オフセットをモニタリングし、当該周波数オフセットに基づいて局部発振器１０３による局部発振光信号の出力を制御する自動周波数制御部、及び当該変換された信号を処理し、出力する信号処理部１０６で構成される。
図１に示すコヒーレント光受信機は、入力光信号１０１を受信し、当該入力光信号１０１をベースバンド信号である同相成分（in-phase）Ｉと直交成分（quadrature）Ｑに変換し、信号処理部１０６に出力し、信号処理部１０６は入力信号を処理し、出力する。
自動周波数制御部は、制御ロジック１１１と周波数オフセットモニタ１０９を含む。制御ロジック１１１は、周波数オフセットに基づき局部発振光信号の周波数を制御する。
光ミキサー１０２の第１の入力端子に入力光信号１０１は入力され、光ミキサー１０２の第２の入力端子は、局部発振器１０３の出力端子に接続される。光ミキサー１０２の第１の出力端子と第２の出力端子は、それぞれ、第１の光電検出器１０４の第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、光ミキサー１０２の第３の出力端子と第４の出力端子は、それぞれ、第２の光電検出器１０５の第１の入力端子と第２の入力端子に接続される。
第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５の出力端子は、信号処理部１０６の第１の入力端子と第２の入力端子にそれぞれ接続され、また、第１の光電検出器１０４の出力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、第２の光電検出器１０５の出力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の第３の入力端子と第４の入力端子に接続される。制御ロジック１１１の入力端子に、周波数オフセットモニタ１０９の出力１１８が入力され、制御ロジック１１１の出力端子は局部発振器１０３の入力端子に接続される。
周波数オフセットモニタ１０９は、周波数オフセットモニタ１０９の第４の入力端子から入力される第４の入力信号を所定の時間遅延させ、出力する第１の遅延素子１１４と、周波数オフセットモニタ１０９の第２の入力端子から入力される第２の入力信号を所定の時間遅延させ、出力する第２の遅延素子１１５と、周波数オフセットモニタ１０９の第１の入力端子から入力された第１の入力信号と遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算器１１２と、周波数オフセットモニタ１０９の第３の入力端子から入力された第３の入力信号と遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算器１１３と、第２の乗算器１１３の計算結果から第１の乗算器１１２の計算結果を差し引いた差を計算し、出力する減算器１１６と、第２の乗算器１１３の計算結果と第１の乗算器１１２の計算結果との差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算器１１０とを有する。
第１の遅延器１１４の入力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の第４の入力端子に接続され、第１の遅延器１１４の出力端子は、第１の乗算器１１２の第２の入力端子に接続され、第２の遅延器１１５の入力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の第２の入力端子に接続され、第２の遅延器１１５の出力端子は、第２の乗算器１１３の第２の入力端子に接続され、第１の乗算器１１２の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の第１の入力端子に接続され、第１の乗算器１１２の出力端子は、減算器１１６の負入力端子に接続され、第２の乗算器１１３の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の第３の入力端子に接続され、第２の乗算器１１３の出力端子は、減算器１１６の正入力端子に接続され、減算器１１６の出力端子は、平均演算器１１０の入力端子に接続され、平均演算器１１０の出力端子は、周波数オフセットモニタ１０９の出力端子に接続される。
以上の装置は、受信した入力光信号１０１（例えば、s(t)exp(jωt)、ここで、s(t)は変調ベースバンドデータ信号を示し、ωは搬送波の周波数を示す）と、局部発振器１０３からの局部発振光信号（例えば、exp(jωLt)、ここで、ωLは局部発振器１０３の周波数である）とを光ミキサー１０２に入力する。光ミキサー１０２は、第１の光信号S+L、第２の光信号S-L、第３の光信号S+jL、第４の光信号S-jLを生成する。ここで、Ｓは受信した入力光信号１０１を示し、Ｌは局部発振光信号を示す。第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５は、この４つの光信号を２つのベースバンド電気信号に変換する。この２つのベースバンド電気信号は同相成分Ｉ１０７と直交成分Ｑ１０８であり、また、次の関係を具備する。I+jQ=s(t)exp(jΔωt)、ここで、Δω＝ω-ωLは、局部発振器１０３と搬送波との間の周波数シフトである。信号処理部１０６は、アナログ又はデジタル搬送波位相回復、整合フィルタリング（matched filtering）、データ回復などを実行し、同相成分Ｉと直交成分Ｑからデータを回復する。これは、アナログ・ドメイン又はデジタル・ドメインにおいて実現できる。周波数オフセットモニタ１０９は自己相関演算部であり、その出力１１８は以下のように表す。
Figure 2009038801
ここで、符号τは第１の遅延器１１４、第２の遅延器１１５の遅延時間を示し、符号“＜＞”は、平均を取る操作を表し、上付き＊は、複素数共役（complex conjugate）を表す。
信号s(t)の自己相関は実数である場合は、出力１１８は周波数オフセットに比例する。遅延時間tは、変調信号s(t)の相関時間より短い限り、この比例係数はゼロではない。
制御ロジック１１１と局部発振器１０３は、通常のコヒーレント光受信機に用いられているものと同じである。

Francis D. Natali, "AFC tracking algorithms", IEEE transactions on communications, Vol.Com-32, No. 8 August 1984, pp935. Zhang, Bin, Pan, Zhenwu, Mi, Bin, Tang, Quan’an, "Integrated acousto-optic frequency shifter with surface acoustic wave", Proc. SPIE Vol. 3551, pp107-111.
正確に数１に表された出力１１８を実現するために、第１の乗算器１１２、第２の乗算器１１３、第１の遅延器１１４、第２の遅延器１１５、減算器１１６の速度はアナログ領域又はデジタル領域においてs(t)の帯域幅に合致することが要求される。しかし、光通信においてs(t)の帯域幅は通常１０ＧＨｚオーダであり、現在の電気技術では、１０ＧＨｚオーダの高速デバイスを実現することは困難である。
また、光信号の周波数は通常２００ＴＨｚと高く、数ＧＨｚの周波数シフトが発生することがよくある。これほど大きいな周波数シフトは、コヒーレントシステムにおいて大きな問題になり、また、位相同期ループ技術を採用しても改善されない。
本発明は、上記問題に鑑みてなされ、ハードウエアの処理速度に対する要求を緩和することを目的として、低速アナログ方法及び簡略化されたデジタル方法により自動周波数制御を行うアナログ又はデジタル自動周波数制御装置を提供する。
本発明の第１の側面によれば、本発明の周波数オフセットモニタリング装置は、入力信号の速度を減少し出力する信号減速部と、前記信号減速部から出力された信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタとを備える。
好適に、前記信号減速部は、前記入力信号をフィルタリングし、出力する第１のローパスフィルターと第２のローパスフィルターを有し、前記第１のローパスフィルターの入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第１の入力端子に接続され、前記第１のローパスフィルターの出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子及び第２の入力端子に接続され、前記第２のローパスフィルターの入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第２の入力端子に接続され、前記第２のローパスフィルターの出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子及び第４の入力端子に接続され、前記周波数オフセットモニタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の出力端子に接続され、前記周波数オフセットモニタは、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子から入力された第４の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第４の入力信号を出力する第１の遅延手段と、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子から入力された第２の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第２の入力信号を出力する第２の遅延手段と、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子から入力された第１の入力信号と前記遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子から入力された第３の入力信号と前記遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
前記第２の乗算手段の計算結果から、前記第１の乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算手段と、前記第２の乗算手段の計算結果と前記第１の乗算手段の計算結果との差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段とを有し、前記第１の遅延手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、前記第１の遅延手段の出力端子は、前記第１の乗算手段の第２の入力端子に接続され、前記第２の遅延手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、前記第２の遅延手段の出力端子は、前記第２の乗算手段の第２の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の負入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の正入力端子に接続され、前記減算手段の出力端子は、前記平均演算手段の入力端子に接続され、前記平均演算手段の出力端子は、前記周波数オフセットモニタの出力端子に接続される。
好適に、前記信号減速部は、シリアル信号をパラレル信号に変換する第１のシリアルパラレル変換手段と第２のシリアルパラレル変換手段とを有し、前記第１のシリアルパラレル変換手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第１の入力端子に接続され、前記第２のシリアルパラレル変換手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第２の入力端子に接続され、前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段の複数のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続される。
好適に、前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段との各々における連続する２つのパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続され、前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第1のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第1のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、前記周波数オフセットモニタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の出力端子に接続され、 前記周波数オフセットモニタは、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第２の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子と第４の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、前記第２の乗算手段の計算結果から、前記第１の乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算手段と、前記減算手段から出力される差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段とを有し、前記第１の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の第２の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の正入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の第２の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の負入力端子に接続され、前記減算手段の出力端子は、前記平均演算手段の入力端子に接続され、前記平均演算手段の出力端子は、前記周波数オフセットモニタの出力端子に接続される。
本発明の第２の側面によれば、本発明のコヒーレント光受信機は、本発明の第１の側面の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、前記制御ロジックからの制御信号に基づいて、局部発振信号を生成する局部発振器と、前記入力光信号と前記局部発振信号とを混合する光ミキサーと、前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置とを有し、前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする。
本発明の第３の側面によれば、本発明のコヒーレント光受信機は、本発明の第１の側面の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、前記周波数オフセットに基づいて、第１の制御信号と第２の制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、局部発振信号を生成する局部発振器と、 前記制御ロジックから出力される第１の制御信号に基づいて、前記局部発振信号の周波数をシフトする第１の光周波数シフタと、前記制御ロジックから出力される第２の制御信号に基づいて、前記入力光信号の周波数をシフトする第２の光周波数シフタと、前記周波数シフトされた入力光信号と前記周波数シフトされた局部発振信号とを混合する光ミキサーと、前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置とを有し、前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする。
本発明の第４の側面によれば、本発明のコヒーレント光受信機は、本発明の第１の側面の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、局部発振信号を生成する局部発振器と、前記制御ロジックから出力される制御信号に基づいて、前記局部発振信号の周波数をシフトする光周波数シフタと、前記入力光信号と前記周波数シフトされた局部発振信号とを混合する光ミキサーと、前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置とを有し、前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする。
本発明の第５の側面によれば、本発明のコヒーレント光受信機は、本発明の第１の側面の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、局部発振信号を生成する局部発振器と、前記制御ロジックから出力される制御信号に基づいて、前記入力光信号の周波数をシフトする光周波数シフタと、前記周波数シフトされた入力光信号と前記局部発振信号とを混合する光ミキサーと、前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置とを有し、前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする。
本発明によれば、処理速度の低い回路により、アナログ又はデジタル自動周波数モニタリング制御装置、及びビットレートより遙かに低いスピードで動作し、簡略化されたデジタル周波数モニタリング制御装置を提供することができる。
また、第１のローパスフィルターと第２のローパスフィルターにより、第１の乗算手段、第２の乗算手段、第１の遅延手段、第２の遅延手段、及び減算手段のデバイス速度を全帯域からローパスフィルターの帯域幅に減少され、モニタリングの範囲も第１のローパスフィルターと第２のローパスフィルターの帯域幅に減少される。
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
本発明は、従来技術においてデバイスの処理速度に対する要求が高い問題を解決する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る低速回路を用いたアナログ・クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を示すブロック図である。
図２に示すコヒーレント光受信機は図１に示すコヒーレント光受信機とほぼ同じ構造を有する。図２において、図１に示された同じ構成要素について同じ参照符号を用いる。
図２に示すコヒーレント光受信機において、図１に示すコヒーレント光受信機の構成要素以外に、さらに、２つのローパスフィルター（ＬＰＦ）、第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２を付加した。また、周波数オフセットモニタ１０９は、同相成分Ｉ１０７と直交成分Ｑ１０８の全帯域幅での自己相関を計算するのと異なり、周波数オフセットモニタ２０９は、第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２を通過した信号２０７，２０８の自己相関を計算する。
図２に示すコヒーレント光受信機は、局部発振光信号を生成する局部発振器１０３と，入力光信号１０１と局部発振光信号とを混合する光ミキサー１０２と、光ミキサー１０２から出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５と、当該変換された信号に基づいて、入力光信号１０１の周波数オフセットをモニタリングし、当該周波数オフセットに基づいて局部発振器１０３による局部発振光信号の出力を制御する自動周波数制御部と、及び当該変換された信号を処理し、出力する信号処理部１０６とを有する。
図２に示すコヒーレント光受信機は、入力光信号１０１を受信し、当該入力光信号１０１を２つのベースバンド信号に変換し、信号処理部１０６に出力し、信号処理部１０６は、アナログ又はデジタル搬送波位相回復、整合フィルタリング（matched filtering）、データ回復などを実行し、入力信号を処理し、出力する。
自動周波数制御部は、制御ロジック１１１と低速アナログ周波数オフセットモニタリング部を含む。制御ロジック１１１は、周波数オフセットに基づき局部発振器１０３により発生する局部発振光信号の周波数を制御する。
光ミキサー１０２の第１の入力端子に入力光信号１０１は入力され、光ミキサー１０２の第２の入力端子は、局部発振器１０３の出力端子に接続される。光ミキサー１０２の第１の出力端子と第２の出力端子は、それぞれ、第１の光電検出器１０４の第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、光ミキサー１０２の第３の出力端子と第４の出力端子は、それぞれ、第２の光電検出器１０５の第１の入力端子と第２の入力端子に接続される。
第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５の出力端子１０７，１０８は、信号処理部１０６の第１の入力端子と第２の入力端子にそれぞれ接続され、また、第１の光電検出器１０４の出力端子は、低速アナログ周波数オフセットモニタリング部の第１の入力端子に接続され、第２の光電検出器１０５の出力端子は、低速アナログ周波数オフセットモニタリング部の第２の入力端子に接続される。制御ロジック１１１の入力端子に、周波数オフセットモニタ１０９の出力１１８が入力され、制御ロジック１１１の出力端子は局部発振器１０３の入力端子に接続される。
低速アナログ周波数オフセットモニタリング部は、第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５から出力された信号に対してローパスフィルタリングを行う第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２と、第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２を通過し、ローパスフィルタリングされた信号に対して周波数オフセットモニタリングを行う周波数オフセットモニタ２０９を有する。
第１のローパスフィルター２０１の入力端子は、低速アナログ周波数オフセットモニタリング部の第１の入力端子に接続され、第１のローパスフィルター２０１の出力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の第１の入力端子及び第２の入力端子に接続される。
第２のローパスフィルター２０２の入力端子は、低速アナログ周波数オフセットモニタリング部の第２の入力端子に接続され、第２のローパスフィルター２０２の出力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の第３の入力端子及び第４の入力端子に接続される。
周波数オフセットモニタ２０９の出力１１８は、低速アナログ周波数オフセットモニタリング部の出力端子から出力される。
周波数オフセットモニタ２０９は、図１に示す周波数オフセットモニタ１０９と同じ構造を有する。図２に示すように、周波数オフセットモニタ２０９は、周波数オフセットモニタ２０９の第４の入力端子から入力された第４の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第４の入力信号を出力する第１の遅延素子１１４と、周波数オフセットモニタ２０９の第２の入力端子から入力された第２の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第２の入力信号を出力する第２の遅延素子１１５と、周波数オフセットモニタ２０９の第１の入力端子から入力された第１の入力信号と遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算器１１２と、周波数オフセットモニタ２０９の第３の入力端子から入力された第３の入力信号と遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算器１１３と、第２の乗算器１１３の計算結果から第１の乗算器１１２の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算器１１６と、第２の乗算器１１３の計算結果と第１の乗算器１１２の計算結果との差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算器１１０とを有する。
第１の遅延素子１１４の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の第４の入力端子に接続され、第１の遅延素子１１４の出力端子は、第１の乗算器１１２の第２の入力端子に接続される。第２の遅延素子１１５の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の第２の入力端子に接続され、第２の遅延素子１１５の出力端子は、第２の乗算器１１３の第２の入力端子に接続される。第１の乗算器１１２の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の第１の入力端子に接続され、第１の乗算器１１２の出力端子は、減算器１１６の負入力端子に接続される。第２の乗算器１１３の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の第３の入力端子に接続され、第２の乗算器１１３の出力端子は、減算器１１６の正入力端子に接続される。減算器１１６の出力端子は、平均演算器１１０の入力端子に接続され、平均演算器１１０の出力端子は、周波数オフセットモニタ２０９の出力端子に接続される。
第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２のパルス応答関数はｈ（ｔ）であるとすれば、第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２を通過した複素数信号は、それぞれ入力信号１０７，１０８とパルス応答関数ｈ（ｔ）との畳み込みである。以下のように表す。
Figure 2009038801
ここで、uは積分変数である。
また、条件Δωu<<1が満たされる場合は、式２は以下のように表すことができる。
Figure 2009038801
既に説明された式１に基づいて、周波数オフセットモニタ２０９の出力は以下のようになる。
Figure 2009038801
遅延時間τは、信号s’(t)の相関時間（主に第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２の帯域幅で決められる）より短い限り、周波数オフセットモニタ２０９の出力は周波数オフセットに比例する。
第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２により、第１の乗算器１１２、第２の乗算器１１３、第１の遅延素子１１４、第２の遅延素子１１５、及び減算器１１６のデバイス速度を全帯域から第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２の帯域幅に減少される。さらに、モニタリング範囲も第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２の帯域幅に減少される。なぜなら、条件Δωu<<1は、周波数オフセットが第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２の帯域幅より小さいことを前提とする。
図２に、周波数オフセットモニタ２０９の第１の乗算器１１２、第２の乗算器１１３、第１の遅延素子１１４、第２の遅延素子１１５、及び減算器１１６はアナログ素子であると示されているが、これらの素子はデジタルデバイスであってもよい。
図３は、本発明の第２の実施形態に係るアナログ回路とデジタル回路との組み合わせを用いたアナログ・デジタル混合型クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機の要部を示すブロック図である。
図３において、図１、図２に示された同じ構成要素について同じ参照符号を用いる。
図３に示すアナログ回路とデジタル回路とを組み合わせた低速アナログ・デジタル混合型周波数オフセットモニタリング部は、光周波数制御部から出力された信号に対してローパスフィルタリングを行う第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２と、第１のローパスフィルター２０１と第２のローパスフィルター２０２とから出力されるアナログ信号をそれぞれデジタル信号に変換する第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）２０３と第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）２０４と、周波数オフセットモニタリングを行う周波数オフセットモニタ２０９ａを有する。
第１のローパスフィルター２０１の入力端子は、この低速アナログ・デジタル混合型周波数オフセットモニタリング部の第１の入力端子に接続され、第１のローパスフィルター２０１の出力端子２０７は、第１のアナログ・デジタル・コンバータ２０３の入力端子に接続される。第２のローパスフィルター２０２の入力端子は、低速アナログ・デジタル混合型周波数オフセットモニタリング部の第２の入力端子に接続され、第２のローパスフィルター２０２の出力端子２０８は、第２のアナログ・デジタル・コンバータ２０４の入力端子に接続される。第１のアナログ・デジタル・コンバータ２０３の出力端子２０７ａは、周波数オフセットモニタ２０９ａの第１の入力端子及び第２の入力端子に接続される。第２のアナログ・デジタル・コンバータ２０４の出力端子２０８ａは、周波数オフセットモニタ２０９ａの第３の入力端子及び第４の入力端子に接続される。
周波数オフセットモニタ２０９ａの出力１１８は、この低速アナログ・デジタル混合型周波数オフセットモニタリング部の出力端子から出力される。
周波数オフセットモニタ２０９ａは、周波数オフセットモニタ２０９ａの第４の入力端子から入力された第４の入力信号を１サンプル遅延させ、当該遅延された第４の入力信号を出力する第１の遅延レジスタ２１４と、周波数オフセットモニタ２０９ａの第２の入力端子から入力された第２の入力信号を１サンプル遅延させ、当該遅延された第２の入力信号を出力する第２の遅延レジスタ２１５と、周波数オフセットモニタ２０９ａの第１の入力端子から入力された第１の入力信号と遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１のデジタル乗算器２１２と、周波数オフセットモニタ２０９ａの第３の入力端子から入力された第３の入力信号と遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２のデジタル乗算器２１３と、第２のデジタル乗算器２１３の計算結果から第１のデジタル乗算器２１２の計算結果を差し引いた差を計算し出力するデジタル減算器２１６と、デジタル減算器２１６から出力される差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とするデジタル平均演算器２１０とを有する。
第１の遅延レジスタ２１４の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９ａの第４の入力端子に接続され、第１の遅延レジスタ２１４の出力端子は、第１のデジタル乗算器２１２の第２の入力端子に接続される。第２の遅延レジスタ２１５の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９ａの第２の入力端子に接続され、第２の遅延レジスタ２１５の出力端子は、第２のデジタル乗算器２１３の第２の入力端子に接続される。第１のデジタル乗算器２１２の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９ａの第１の入力端子に接続され、第１のデジタル乗算器２１２の出力端子は、デジタル減算器２１６の負入力端子に接続される。第２のデジタル乗算器２１３の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ２０９ａの第３の入力端子に接続され、第２のデジタル乗算器２１３の出力端子は、デジタル減算器２１６の正入力端子に接続される。デジタル減算器２１６の出力端子は、デジタル平均演算器２１０の入力端子に接続され、デジタル平均演算器２１０の出力端子は、周波数オフセットモニタ２０９ａの出力２１８として出力される。
上記図２、図３に示すコヒーレント光受信機は、主にアナログ・クロスプロダクト自動周波数制御に基づくものである。しかし、デジタル信号処理（ＤＳＰ）により、デジタル・クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を実現することができる。
図４は、本発明の第３の実施形態に係る低速デジタル信号処理（ＤＳＰ）によるデジタル・クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を示すブロック図である。
図４において、図１、図２、図３に示された同じ構成要素について同じ参照符号を用いる。
図４に示すコヒーレント光受信機は、図２示すコヒーレント光受信機とほぼ同じ構成を有し、ただし、アナログ信号をデジタル信号に変換する２つのアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１、３０２、及びシリアル信号をパラレル信号に変換し、信号伝送速度を１／Ｎに減少する２つの１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５，３０６を付加した。
図２に示すコヒーレント光受信機と同じように、図２に示すコヒーレント光受信機は、局部発振光信号を生成する局部発振器１０３と，入力光信号１０１と局部発振光信号とを混合する光ミキサー１０２と、光ミキサー１０２から出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５と、第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５から出力されるベースバンド電気信号をそれぞれデジタル信号に変換する第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１と第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０２と、上記デジタル信号に基づき、入力光信号１０１の周波数オフセットをモニタリングし、当該周波数オフセットに基づいて局部発振器１０３による局部発振光信号の出力を制御する自動周波数制御部と、信号を処理し、出力するデジタル信号処理部１０６とを有する。
図４に示すコヒーレント光受信機は、入力光信号１０１を受信し、当該入力光信号１０１をデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部１０６に出力し、デジタル信号処理部１０６は、デジタル搬送波位相回復、整合フィルタリング（matched filtering）、データ回復などを実行し、入力信号を処理し、出力する。
自動周波数制御部は、制御ロジック１１１と低速デジタル周波数オフセットモニタリング部を含む。制御ロジック１１１は、周波数オフセットに基づき局部発振器１０３により発生する局部発振光信号の周波数を制御する。
光ミキサー１０２の第１の入力端子に入力光信号１０１は入力され、光ミキサー１０２の第２の入力端子は、局部発振器１０３の出力端子に接続される。光ミキサー１０２の第１の出力端子と第２の出力端子は、それぞれ、第１の光電検出器１０４の第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、光ミキサー１０２の第３の出力端子と第４の出力端子は、それぞれ、第２の光電検出器１０５の第１の入力端子と第２の入力端子に接続される。
第１の光電検出器１０４の出力端子Ｉは、第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１の入力端子に接続され、第２の光電検出器１０５の出力端子Ｑは、第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０２の入力端子に接続される。
第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１の出力端子３０３は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の第１の入力端子に接続され、第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０２の出力端子３０４は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の第２の入力端子に接続される。
制御ロジック１１１の入力端子に、周波数オフセットモニタ３０９の出力１１８が入力され、制御ロジック１１１の出力端子は局部発振器１０３の入力端子に接続される。
低速デジタル周波数オフセットモニタリング部は、シリアル信号をパラレル信号に変換し、信号伝送速度を１／Ｎに減少する第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５，第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６と、周波数オフセットモニタ３０９とを有する。第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６とは、モニタリング信号サンプリング部を構成する。
第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の入力端子は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の第１の入力端子に接続され、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の入力端子は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の第２の入力端子に接続され、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６のパラレル出力端子は、さらにデジタル信号処理部１０６の入力端子に接続される。第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第２のパラレル出力端子３０８は、周波数オフセットモニタ３０９の第１の入力端子に接続され、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第１のパラレル出力端子３０７は、周波数オフセットモニタ３０９の第４の入力端子に接続される。第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第１のパラレル出力端子３１０は、周波数オフセットモニタ３０９の第２の入力端子に接続され、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第２のパラレル出力端子３１１は、周波数オフセットモニタ３０９の第３の入力端子に接続される。
周波数オフセットモニタ３０９の出力１１８は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の出力端子から出力される。
周波数オフセットモニタ３０９は、周波数オフセットモニタ３０９の第１の入力端子と第２の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第１の乗算器３１２と、周波数オフセットモニタ３０９の第３の入力端子と第４の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第２の乗算器３１３と、第２の乗算器３１３の計算結果から、第１の乗算器３１２の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算器３１４と、減算器３１４から出力される差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算器１１０とを有する。
第１の乗算器３１２の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ３０９の第１の入力端子に接続され、第１の乗算器３１２の第２の入力端子は、周波数オフセットモニタ３０９の第２の入力端子に接続され、第１の乗算器３１２の出力端子は、減算器３１４の正入力端子に接続される。
第２の乗算器３１３の第１の入力端子は、周波数オフセットモニタ３０９の第３の入力端子に接続され、第２の乗算器３１３の第２の入力端子は、周波数オフセットモニタ３０９の第４の入力端子に接続され、第２の乗算器３１３の出力端子は、減算器３１４の負入力端子に接続される。
減算器３１４の出力１１７は、平均演算器１１０の入力端子に入力され、平均演算器１１０の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９の出力１１８として出力される。
第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６は、主にデジタル信号処理部１０６の最適化、又は／及び、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６とデジタル信号処理部１０６との間の物理的、電気的な接続の最適化により決められ、周波数オフセットモニタ３０９の最適化により決められるものではない。
図４において、第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５との出力端子は、第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１と第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０２に直接に接続され、また、第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１と第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０２は、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６に直接に接続されると示されているが、これらの素子の間に、マッチング・フィルターを配置してもよい。
図４に示すコヒーレント光受信機において、デジタル・サンプリング信号Ｉ３０３とデジタル・サンプリング信号Ｉ３０４は以下のように表す。
Figure 2009038801
ここで、ｎはサンプリング・インデックスであり、τはサンプリング周期である。
第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６による変換後、ダウン・サンプリング信号（３０７）＋ｊ（３１０）は、以下のように表す。
Figure 2009038801
ダウン・サンプリング信号（３０８）＋ｊ（３１１）は、以下のように表す。
Figure 2009038801
よって、周波数オフセットモニタ３０９の出力１１８は、以下のように表す。
Figure 2009038801
この出力１１８は周波数オフセットに比例する。信号３０７，３０８，３１０，３１１の速度は、全帯域信号ｓ（ｔ）より１／Ｎと低いので、周波数オフセットモニタ３０９の電子デバイスに対する処理速度への要求が大幅に緩和され、従来技術においてデバイスの処理速度に対する要求が高い問題を解決する。
なお、図４において、パラレル出力端子３０７，３０８とパラレル出力端子３１０，３１１は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第１のパラレル出力端子と第２のパラレル出力端子であると示されているが、任意の２つの連続するパラレル出力端子であってもよい。
また、図４に示す自動周波数制御において、周波数オフセットモニタ３０９における電子デバイスへの要求も大幅に緩和される。
図５は、図４に示す装置の処理速度を更に下げる構成を示すブロック図である。
図５に示すように、第１の乗算器３１２と第２の乗算器３１３との入力側に、ダウン・サンプリング手段３１５〜３１８を配置してもよく、これにより、周波数オフセットモニタ３０９の処理速度への要求が更に緩和される。
図４に示す実施例では、２つの連続する複素数サンプリング信号を用い、信号の自己相関を計算し、周波数オフセットをモニタリングする。しかし、この方法は、位相変調において様々な不都合な要素により生じるモニタリング信号のゼロ点シフトを有効に対処できない。
図６は、本発明の第４の実施形態に係るコヒーレント光受信機を示すブロック図である。
図６に示すコヒーレント光受信機は、図４に示すコヒーレント光受信機の変形例である。
図６に示す装置は、サンプリング信号を選択する機能を有し、位相変調において不都合な要素、例えば、過渡効果（transient effect）により生じるチャープなどを対処できる。
図４に示す構成と較べ、図６に示す構成において、周波数オフセットモニタ３０９ｂはより複雑であり、周波数オフセットモニタ３０９ｂの入力は、図４に示す連続する２つの複素数サンプリング信号（３０７）＋ｊ（３１０）と（３０８）＋ｊ（３１１）より増え、連続する４つの複素数サンプリング信号（３０７）＋ｊ（３１０）、（３０８）＋ｊ（３１１）、（３１９）＋ｊ（３２１）、（３２０）＋ｊ（３２２）からなる。
以下、図６に示すコヒーレント光受信機と図４に示すコヒーレント光受信機と共通する構成について説明を省略し、図６に示す低速デジタル周波数オフセットモニタリング部において、図４に示す低速デジタル周波数オフセットモニタリング部と異なる部分のみを説明する。
図６に示すコヒーレント光受信機の低速デジタル周波数オフセットモニタリング部は、シリアル信号をパラレル信号に変換し、信号伝送速度を１／Ｎに減少する第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５，第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６と、周波数オフセットモニタ３０９ｂとを有する。第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６は、モニタリング信号サンプリング部３２３を構成する。第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の入力端子は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の第１の入力端子に接続され、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の入力端子は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の第２の入力端子に接続され、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６のパラレル出力端子は、デジタル信号処理部１０６の入力端子に接続される。第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第４のパラレル出力端子３２０は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第１の入力端子に接続され、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第３のパラレル出力端子３１９は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第３の入力端子に接続され、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第２のパラレル出力端子３０８は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第５の入力端子に接続され、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第１のパラレル出力端子３０７は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第７の入力端子に接続される。第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第４のパラレル出力端子３２２は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第２の入力端子に接続され、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第３のパラレル出力端子３２１は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第４の入力端子に接続され、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第２のパラレル出力端子３１１は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第６の入力端子に接続され、第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第１のパラレル出力端子３１０は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第８の入力端子に接続される。
周波数オフセットモニタ３０９ｂの出力１１８は、低速デジタル周波数オフセットモニタリング部の出力端子から出力される。
周波数オフセットモニタ３０９ｂは、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第１の入力端子と第２の入力端子、及び第３の入力端子と第４の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第１の偏角差計算部３２６と、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第３の入力端子と第４の入力端子、及び第５の入力端子と第６の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第２の偏角差計算部３２５と、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第５の入力端子と第６の入力端子、及び第７の入力端子と第８の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第３の偏角差計算部３２４と、第１の偏角差計算部３２６、第２の偏角差計算部３２５、第３の偏角差計算部３２４により得られた偏角差を、それぞれ所定の閾値と比較する閾値比較部３３０と、第２の偏角差計算部３２５からの出力の自己相関の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算部１１０とを有する。
第１の偏角差計算部３２６の第１の入力端子と第２の入力端子は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第４のパラレル出力端子３２０と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第４のパラレル出力端子３２２に接続され、第１の偏角差計算部３２６の第３の入力端子と第４の入力端子は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第３のパラレル出力端子３１９と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第３のパラレル出力端子３２１に接続され、第１の偏角差計算部３２６の出力端子３２９は、閾値比較部３３０の第１の入力端子に接続される。
第２の偏角差計算部３２５の第１の入力端子と第２の入力端子は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第３のパラレル出力端子３１９と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第３のパラレル出力端子３２１に接続され、第２の偏角差計算部３２５の第３の入力端子と第４の入力端子は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第２のパラレル出力端子３０８と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第２のパラレル出力端子３１１に接続され、第２の偏角差計算部３２５の第１の出力端子３２８は、閾値比較部３３０の第２の入力端子に接続され、第２の偏角差計算部３２５の第２の出力端子１１７は、平均演算部１１０の第１の入力端子に接続される。
第３の偏角差計算部３２４の第１の入力端子と第２の入力端子は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第２のパラレル出力端子３０８と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第２のパラレル出力端子３１１に接続され、
第３の偏角差計算部３２４の第３の入力端子と第４の入力端子は、それぞれ、第１の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０５の第１のパラレル出力端子３０７と第２の１：Ｎシリアルパラレル変換器３０６の第１のパラレル出力端子３１０に接続され、第３の偏角差計算部３２４の出力端子３２７は、閾値比較部３３０の第３の入力端子に接続される。
閾値比較部３３０の出力端子３３１は、平均演算部１１０の第２の入力端子に接続される。
平均演算部１１０の出力は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの出力１１８として出力される。
第１の偏角差計算部３２６、第２の偏角差計算部３２５、第３の偏角差計算部３２４は、それぞれ、隣接する複素数サンプリング信号の偏角差を計算し、計算結果３２９，３２８，３２７を閾値比較部３３０に出力する。
閾値比較部３３０は、第１の偏角差計算部３２６、第２の偏角差計算部３２５、第３の偏角差計算部３２４から出力された３つの偏角差の絶対値を、それぞれ所定の閾値jthと比較し、３つの偏角差の絶対値は、全部閾値jthより小さいかを判断する。３つの偏角差の絶対値の何れもが閾値jthより小さい場合、４つの連続するサンプルは同じ変調情報を持っているので、閾値比較部３３０は平均演算部１１０へイネーブル信号を出力し、平均演算部１１０に第２の偏角差計算部３２５の第２の出力１１７を読み取らせる。一方、３つの偏角差の絶対値の何れかは閾値jthより大きい場合、閾値比較部３３０は平均演算部１１０へイネーブル信号を出力せず、平均演算部１１０は第２の偏角差計算部３２５の第２の出力１１７を受け付けない。
このような構成により、有効な出力１１７を生成する２つの連続するサンプルは同じ変調情報を持っており、変調装置の状態はこの２つの符号の間に変化しないので、例えば、位相変調における過渡効果（transient effect）などの不都合な要素により生じたモニタリング信号のゼロ点シフトを回避することができる。
なお、図６における構成において、４つの連続するサンプルは最初の４つのパラレル出力端子から得られる。しかし、本発明はこれに限定するものではなく、この４つの連続するサンプルは、任意の４つのパラレル出力端子から抽出することができる。
また、第２の偏角差計算部３２５は第２の出力１１７を有することを除き、第１の偏角差計算部３２６、第２の偏角差計算部３２５、及び第３の偏角差計算部３２４は同じ構成を有する。
次に、図７を参照し、第２の偏角差計算部３２５を例として、これら偏角差計算部の構成を説明する。
図７は、第２の偏角差計算部３２５の構成を示す図である。
図７に示すように、第２の偏角差計算部３２５は、第２の偏角差計算部３２５の第１の入力端子から入力された第１の入力信号と第４の入力端子から入力された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算部３１２と、第２の偏角差計算部３２５の第２の入力端子から入力された第２の入力信号と第３の入力端子から入力された第３の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算部３１３と、第１の入力信号と第３の入力信号との乗算を行う第３の乗算部３３２と、第２の入力信号と第４の入力信号との乗算を行う第４の乗算部３３３と、第１の入力信号と第３の入力信号との積と第２の入力信号と第４の入力信号との積との和を計算する加算部３３４と、第１の入力信号と第４の入力信号との積から、第２の入力信号と第３の入力信号との積を差し引く減算部３１４と、加算部３３４と減算部３１４の計算結果に基づき、偏角差を計算する偏角取得部３３７とを有する。
第１の乗算部３１２の第1の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第１の入力端子に接続され、第１の乗算部３１２の第２の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第４の入力端子に接続される。
第２の乗算部３１３の第１の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第２の入力端子に接続され、第２の乗算部３１３の第２の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第３の入力端子に接続される。
第３の乗算部３３２の第1の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第１の入力端子に接続され、第３の乗算部３３２の第２の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第３の入力端子に接続される。
第４の乗算部３３３の第1の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第２の入力端子に接続され、第４の乗算部３３３の第２の入力端子は、第２の偏角差計算部３２５の第４の入力端子に接続される。
第１の乗算部３１２の出力端子は、減算部３１４の正入力端子に接続され、第２の乗算部３１３の出力端子は、減算部３１４の負入力端子に接続され、減算部３１４の出力端子は、偏角取得部３３７の第２の入力端子に接続され、第３の乗算部３３２の出力端子は、加算部３３４の第1の入力端子に接続され、第４の乗算部３３３の出力端子は、加算部３３４の第２の入力端子に接続され、加算部３３４の出力端子は、偏角取得部３３７の第１の入力端子に接続される。
図７に示すように、サンプリング信号（３０８）＋ｊ（３１１）は、以下のように表す。
Figure 2009038801
サンプリング信号（３１９）＋ｊ（３２１）は、以下のように表す。
Figure 2009038801
偏角取得部３３７の入力（３３５）＋ｊ（３３６）は、以下のように表す。
Figure 2009038801
偏角取得部３３７の出力３２８は、以下のように表す。
Figure 2009038801
第２の偏角差計算部３２５において、減算部３１４の他の出力１１７は、以下のように表す。
Figure 2009038801
既に説明されたように、閾値比較部３３０は、平均演算部１１０を制御して選択された出力１１７は、以下の関係を満たす。
Figure 2009038801
即ち、以下の量は実数である。
Figure 2009038801
従って、出力１１７は、以下のように表す。
Figure 2009038801
よって、周波数オフセットモニタ３０９ｂの出力１１８は、依然として以下のように表すことができる。
Figure 2009038801
図７において、偏角取得部３３７の入力は複素数信号であり、第１の入力端子に当該複素数信号の実数部が入力され、第２の入力端子に当該複素数信号の虚数部が入力され、偏角取得部３３７の出力は、当該複素数の偏角である。偏角取得部３３７として周知なものを用いる。
図６に示すコヒーレント光受信機において、周波数オフセットモニタ３０９ｂの８つの入力は、図６に示すようなモニタリング信号サンプリング部３２３におけるシリアルパラレル変換により得られる。しかし、本発明はこれに限定するものではなく、図８に示す遅延方式により周波数オフセットモニタ３０９ｂの８つの入力を得ても良い。この際、コヒーレント光受信機はシリアルモードで動作する。
図８は、本発明の第５の実施形態に係るコヒーレント光受信機において、連続する４つのサンプリング信号を得るための遅延レジスタ構造を示すブロック図である。
図８に示すように、モニタリング信号サンプリング部３２３ａは、第１の遅延レジスタ３３８，第２の遅延レジスタ３３９，第３の遅延レジスタ３４０，第４の遅延レジスタ３４１，第５の遅延レジスタ３４２，第６の遅延レジスタ３４３を有する。
第１の遅延レジスタ３３８の入力端子は、第１のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０１の出力端子に接続され、また、第１の遅延レジスタ３３８の入力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第７の入力端子に接続され、第１の遅延レジスタ３３８の出力端子は、第２の遅延レジスタ３３９の入力端子に接続され、また、第１の遅延レジスタ３３８の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第５の入力端子に接続される。
第２の遅延レジスタ３３９の出力端子は、第３の遅延レジスタ３４０の入力端子に接続され、また、第２の遅延レジスタ３３９の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第３の入力端子に接続される。
第３の遅延レジスタ３４０の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第１の入力端子に接続される。
第４の遅延レジスタ３４１の出力端子は、第２のアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）３０２の出力端子に接続され、また、第４の遅延レジスタ３４１の入力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第８の入力端子に接続され、第４の遅延レジスタ３４１の出力端子は、第５の遅延レジスタ３４２の入力端子に接続され、また、第４の遅延レジスタ３４１の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第６の入力端子に接続される。
第５の遅延レジスタ３４２の出力端子は、第６の遅延レジスタ３４３の入力端子に接続され、また、第５の遅延レジスタ３４２の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第４の入力端子に接続される。
第６の遅延レジスタ３４３の出力端子は、周波数オフセットモニタ３０９ｂの第２の入力端子に接続される。
以上の図１，図２，図４及び図６において、制御ロジック１１１と局部発振器１０３に、周知のものを用いる。通常、局部発振器として、その周波数は電圧を制御することにより制御可能な電圧制御発振器（Voltage-Controlled Oscillator（ＶＣＯ））を用いる。なお、本発明において、自動周波数制御による光周波数制御はＶＣＯに限定されず、その他の方法で行ってもよい。
図９は、本発明の第６の実施形態に係るコヒーレント光受信機の構成を示すブロック図である。
図９は、自動周波数制御による光周波数制御を行う他の例を示し、具体的に、ＶＣＯの代わりに、光周波数シフタを用いて光周波数制御を行う。
図９に示すように、光周波数シフタを用いて光周波数制御を行うために、局部発振器１０３と光ミキサー１０２との間に、第１の光周波数シフタ４０１が設けられ、入力光信号１０１の入力端子と光ミキサー１０２との間に、第２の光周波数シフタ４０２が設けられる。
図９に示す光周波数制御を行う構成は、局部発振光信号を生成する局部発振器１０３と，局部発振器１０３が生成した局部発振光信号の周波数をシフトする第１の光周波数シフタ４０１と、入力光信号１０１の周波数をシフトする第２の光周波数シフタ４０２と、入力光信号１０１と局部発振光信号とを混合する光ミキサー１０２と、光ミキサー１０２から出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器１０４と第２の光電検出器１０５と、周波数オフセットに基づいて、第１の光周波数シフタ４０１と第２の光周波数シフタ４０２との動作を制御する制御ロジック１１１とを有する。
局部発振器１０３の出力端子は、第１の光周波数シフタ４０１の第１の入力端子に接続され、第１の光周波数シフタ４０１の第２の入力端子は、制御ロジック１１１の第１の出力端子に接続され、第１の光周波数シフタ４０１の出力端子は、光ミキサー１０２の第２の入力端子に接続され、制御ロジック１１１の入力端子に、周波数オフセットモニタの出力１１８が入力され、制御ロジック１１１の第２の出力端子は、第２の光周波数シフタ４０２の第２の入力端子に接続される。第２の光周波数シフタ４０２の第１の入力端子に、入力光信号１０１が入力され、第２の光周波数シフタ４０２の出力端子は、光ミキサー１０２の第１の入力端子に接続される。光ミキサー１０２の第１の出力端子と第２の出力端子は、それぞれ、第１の光電検出器１０４の第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、光ミキサー１０２の第３の出力端子と第４の出力端子は、それぞれ、第２の光電検出器１０５の第１の入力端子と第２の入力端子に接続される。
図９に示す構成において、第１の光周波数シフタ４０１と第２の光周波数シフタ４０２は、他の影響を生じずに光信号の周波数をシフトし、同等に光周波数を制御する。例えば、
非特許文献２に開示されたように、第１の光周波数シフタ４０１と第２の光周波数シフタ４０２は、音響光学周波数シフタ（Acousto-Optic Frequency Shifter：AOFS）により実現される。
図９に示す構成において、２つの光周波数シフタ、即ち、第１の光周波数シフタ４０１と第２の光周波数シフタ４０２が設けられている。しかし、第１の光周波数シフタ４０１と第２の光周波数シフタ４０２の何れかを単独に用いても良い。この場合も、上記の効果を実現できる。
第１の光周波数シフタ４０１を単独に用いた場合、光ミキサー１０２の第１の入力端子に入力光信号１０１が入力され、制御ロジック１１１の出力端子は、第１の光周波数シフタ４０１の第２の入力端子のみに接続される。
第２の光周波数シフタ４０２を単独に用いた場合、光ミキサー１０２の第２の入力端子は、局部発振器１０３の出力端子に接続され、制御ロジック１１１の出力端子は、第２の光周波数シフタ４０２の第２の入力端子のみに接続される。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
本発明は、更に以下の付記を含む。

（付記１）
入力信号の速度を減少し出力する信号減速部と、
前記信号減速部から出力された信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタと
を備えることを特徴とする周波数オフセットモニタリング装置。

（付記２）
前記信号減速部は、前記入力信号をフィルタリングし、出力する第１のローパスフィルターと第２のローパスフィルターを有し、
前記周波数オフセットモニタは、
前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子から入力された第４の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第４の入力信号を出力する第１の遅延手段と、
前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子から入力された第２の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第２の入力信号を出力する第２の遅延手段と、
前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子から入力された第１の入力信号と前記遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、
前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子から入力された第３の入力信号と前記遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
前記第２の乗算手段の計算結果から、前記第１の乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算手段と、
前記第２の乗算手段の計算結果と前記第１の乗算手段の計算結果との差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段と、
を有する
ことを特徴とする付記１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記３）
前記信号減速部は、前記フィルタリングされた信号をデジタル信号に変換する第１のアナログ・デジタル・コンバータと第２のアナログ・デジタル・コンバータと
をさらに有し、
前記第１のアナログ・デジタル・コンバータは、前記第１のローパスフィルターの出力端子と、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第２の入力端子との間に接続され、
前記第２のアナログ・デジタル・コンバータは、前記第２のローパスフィルターの出力端子と、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子と第４の入力端子との間に接続される
ことを特徴とする付記２に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記４）
前記周波数オフセットモニタは、
当該周波数オフセットモニタの第４の入力端子から入力された第４の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第４の入力信号を出力する第１の遅延レジスタと、
当該周波数オフセットモニタの第２の入力端子から入力された第２の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第２の入力信号を出力する第２の遅延レジスタと、
当該周波数オフセットモニタの第１の入力端子から入力された第１の入力信号と前記遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１のデジタル乗算手段と、
当該周波数オフセットモニタの第３の入力端子から入力された第３の入力信号と前記遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２のデジタル乗算手段と、
前記第２のデジタル乗算手段の計算結果から前記第１のデジタル乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力するデジタル減算手段と、
前記デジタル減算手段から出力される差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とするデジタル平均演算手段とを有し、
前記第１の遅延レジスタの入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、前記第１の遅延レジスタの出力端子は、前記第１のデジタル乗算手段の第２の入力端子に接続され、前記第２の遅延レジスタの入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、前記第２の遅延レジスタの出力端子は、前記第２のデジタル乗算手段の第２の入力端子に接続され、前記第１のデジタル乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、前記第１のデジタル乗算手段の出力端子は、前記デジタル減算手段の負入力端子に接続され、前記第２のデジタル乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、前記第２のデジタル乗算手段の出力端子は、前記デジタル減算手段の正入力端子に接続され、前記デジタル減算手段の出力端子は、前記デジタル平均演算手段の入力端子に接続され、前記デジタル平均演算手段の出力端子は、前記周波数オフセットモニタの出力として出力される。
ことを特徴とする付記３に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記５）
前記信号減速部は、シリアル信号をパラレル信号に変換し、信号速度を減少する第１のシリアルパラレル変換手段と第２のシリアルパラレル変換手段とを有する
ことを特徴とする付記１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記６）
前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段との各々における連続する２つのパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続される
ことを特徴とする付記５に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記７）
前記信号減速部は、信号速度を更に減少する
第１のダウン・サンプリング手段と、第２のダウン・サンプリング手段と、第３のダウン・サンプリング手段と、及び第４のダウン・サンプリング手段とを有し、
前記第１のダウン・サンプリング手段は、前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子と前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子の間に接続され、
前記第２のダウン・サンプリング手段は、前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第１のパラレル出力端子と前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子の間に接続され、
前記第３のダウン・サンプリング手段は、前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子と前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子の間に接続され、
前記第４のダウン・サンプリング手段は、前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第１のパラレル出力端子と前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子の間に接続される
ことを特徴とする付記６に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記８）
前記周波数オフセットモニタは、
前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第２の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、
前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子と第４の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
前記第２の乗算手段の計算結果から、前記第１の乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算手段と、
前記減算手段から出力される差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段と、
を有する
ことを特徴とする付記６又は７に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記９）
前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段との各々における連続する４つのパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続される
ことを特徴とする付記５に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記１０）
前記信号減速部は、入力信号について遅延レジスタリングを行う第１の遅延レジスタと、第２の遅延レジスタと、第３の遅延レジスタと、第４の遅延レジスタと、第５の遅延レジスタと、第６の遅延レジスタと有し、
前記第１の遅延レジスタの入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第７の入力端子に接続され、
前記第１の遅延レジスタの出力端子は、前記第２の遅延レジスタの入力端子と前記周波数オフセットモニタの第５の入力端子に接続され、
前記第２の遅延レジスタの出力端子は、前記第３の遅延レジスタの入力端子と前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、
前記第３の遅延レジスタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、
前記第４の遅延レジスタの入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子と第８の入力端子に接続され、前記第４の遅延レジスタの出力端子は、前記第５の遅延レジスタの入力端子と前記周波数オフセットモニタの第６の入力端子に接続され、
前記第５の遅延レジスタの出力端子は、前記第６の遅延レジスタの入力端子と前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、
前記第６の遅延レジスタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続される
ことを特徴とする付記１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記１１）
前記周波数オフセットモニタは、
前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第２の入力端子、及び第３の入力端子と第４の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第１の偏角差計算手段と、
前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子と第４の入力端子、及び第５の入力端子と第６の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第２の偏角差計算手段と、
前記周波数オフセットモニタの第５の入力端子と第６の入力端子、及び第７の入力端子と第８の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第３の偏角差計算手段と、
前記第１の偏角差計算手段、前記第２の偏角差計算手段、前記第３の偏角差計算手段により得られた偏角差を、それぞれ所定の閾値と比較する閾値比較手段と、
前記第２の偏角差計算手段から出力される自己相関の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段と、
を有する
ことを特徴とする付記９又は１０に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記１２）
前記第１の偏角差計算手段、前記第２の偏角差計算手段、前記第３の偏角差計算手段から出力された偏角差の絶対値のいずれもが前記所定の閾値より小さいとき、前記閾値比較手段は前記平均演算手段へイネーブル信号を出力し、前記平均演算手段に前記第２の偏角差計算手段の第2の出力端子から前記自己相関の結果を読み込ませる
ことを特徴とする付記１１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記１３）
前記第１の偏角差計算手段、前記第２の偏角差計算手段、前記第３の偏角差計算手段のいずれは、
当該偏角差計算手段の第１の入力端子から入力された第１の入力信号と第４の入力端子から入力された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、
当該偏角差計算手段の第２の入力端子から入力された第２の入力信号と第３の入力端子から入力された第３の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
前記第１の入力信号と前記第３の入力信号との乗算を行う第３の乗算手段と、
前記第２の入力信号と前記第４の入力信号との乗算を行う第４の乗算手段と、
前記第１の入力信号と前記第３の入力信号との積と前記第２の入力信号と前記第４の入力信号との積との和を計算する加算手段と、
前記第１の入力信号と前記第４の入力信号との積から、前記第２の入力信号と前記第３の入力信号との積を差し引く減算手段と、
前記加算手段と前記減算手段の計算結果に基づき、偏角差を計算する偏角取得手段と、
前記第２の偏角差計算手段において、前記減算手段は第２の出力端子を有し、当該減算手段の第２の出力端子は、前記第２の偏角差計算手段の第２の入力端子に接続される
ことを特徴とする付記１１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。

（付記１４）
付記１に記載の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、
前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと
を有する
ことを特徴とする自動周波数制御装置。

（付記１５）
付記１４に記載の自動周波数制御装置と、
前記自動周波数制御装置からの制御信号に基づいて、局部発振信号を生成する局部発振器と、
入力光信号と前記局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
を有し、
前記自動周波数制御装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
ことを特徴とするコヒーレント光受信機。

（付記１６）
付記１４に記載の自動周波数制御装置と、
局部発振信号を生成する局部発振器と、
前記自動周波数制御装置からの第１の制御信号に基づき、前記局部発振光信号の周波数をシフトする第１の光周波数シフタと、
入力光信号の周波数をシフトする第２の光周波数シフタと、
周波数シフトされた前記入力光信号と前記局部発振光信号とを混合する光ミキサーと、
前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出手段と第２の光電検出手段と、
前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
を有し、
前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
ことを特徴とするコヒーレント光受信機。

（付記１７）
付記１４に記載の自動周波数制御装置と、
局部発振信号を生成する局部発振器と、
前記自動周波数制御装置から出力される制御信号に基づいて、前記局部発振信号の周波数をシフトする光周波数シフタと、
前記入力光信号と前記周波数シフトされた局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
を有し、
前記自動周波数制御装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
ことを特徴とするコヒーレント光受信機。

（付記１８）
付記１４に記載の自動周波数制御装置と、
局部発振信号を生成する局部発振器と、
前記制御ロジックから出力される制御信号に基づいて、前記入力光信号の周波数をシフトする光周波数シフタと、
前記周波数シフトされた入力光信号と前記局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
を有し、
前記自動周波数制御装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
ことを特徴とするコヒーレント光受信機。

（付記１９）
前記第１の光電検出器と前記第２の光電検出器から出力されるベースバンド電気信号をそれぞれデジタル信号に変換する第１のアナログ・デジタル・コンバータと第２のアナログ・デジタル・コンバータと
をさらに有し、
前記第１のアナログ・デジタル・コンバータと第２のアナログ・デジタル・コンバータは、それぞれ、前記第１の光電検出器と前記第２の光電検出器と、前記自動周波数制御装置との間に接続される
ことを特徴とする付記１５から１８のいずれかに記載のコヒーレント光受信機。

（付記２０）
入力信号の速度を減少し、当該減速された信号を出力し、
前記減速された信号の周波数オフセットをモニタリングする
ことを特徴とする周波数オフセットモニタリング方法。
従来技術におけるクロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る低速回路を用いたアナログ・クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るアナログ回路とデジタル回路との組み合わせを用いたアナログ・デジタル混合型クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機の要部を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る低速デジタル信号処理（ＤＳＰ）によるデジタル・クロスプロダクト自動周波数制御を行うコヒーレント光受信機を示すブロック図である。 図４に示す装置の処理速度を更に下げる方法を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係るコヒーレント光受信機を示すブロック図である。 第２の偏角差計算部３２５の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るコヒーレント光受信機において、連続する４つのサンプリング信号を得るための遅延レジスタ構造を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態に係るコヒーレント光受信機の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１０１ 入力光信号
１０２ 光ミキサー
１０３ 局部発振器
１０４、１０５ 光電検出器
１０６ 信号処理部
１０７ 信号は同相成分Ｉ
１０８ 直交成分Ｑ
１０９、２０９、３０９，３０９ａ、３０９ｂ 周波数オフセットモニタ
１１０、２１０ 平均演算器
１１１ 制御ロジック
１１２、１１３，２１２、２１３ ３１２，３１３、３３２、３３３ 乗算器
１１４、１１５ 遅延素子
１１６、２１６、３１４ 減算器
１１７、２１７ 減算器の出力
１１８ 周波数オフセットモニタの出力
２０１、２０２ ローパスフィルター
２０３、２０４，３０１、３０２ ＡＤＣ
２１４、２１５ 遅延レジスタ
３０５，３０６ シリアルパラレル変換器
３１５〜３１８ ダウン・サンプリング手段
３２３，３２３ａ モニタリング信号サンプリング部
３２４，３２５，３２６ 偏角差計算部
３３０ 閾値比較部
３３４ 加算部
３３７ 偏角取得部
３３８〜３４３ 遅延レジスタ
４０１、４０２ 光周波数シフタ

Claims (10)

  1. 入力信号の速度を減少し出力する信号減速部と、
    前記信号減速部から出力された信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタと
    を備えることを特徴とする周波数オフセットモニタリング装置。
  2. 前記信号減速部は、前記入力信号をフィルタリングし、出力する第１のローパスフィルターと第２のローパスフィルターを有し、
    前記第１のローパスフィルターの入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第１の入力端子に接続され、前記第１のローパスフィルターの出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子及び第２の入力端子に接続され、
    前記第２のローパスフィルターの入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第２の入力端子に接続され、前記第２のローパスフィルターの出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子及び第４の入力端子に接続され、
    前記周波数オフセットモニタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の出力端子に接続され、
    前記周波数オフセットモニタは、
    前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子から入力された第４の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第４の入力信号を出力する第１の遅延手段と、
    前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子から入力された第２の入力信号を所定の時間遅延させ、当該遅延された第２の入力信号を出力する第２の遅延手段と、
    前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子から入力された第１の入力信号と前記遅延された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、
    前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子から入力された第３の入力信号と前記遅延された第２の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
    前記第２の乗算手段の計算結果から、前記第１の乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算手段と、
    前記第２の乗算手段の計算結果と前記第１の乗算手段の計算結果との差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段と、
    を有し、
    前記第１の遅延手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、前記第１の遅延手段の出力端子は、前記第１の乗算手段の第２の入力端子に接続され、
    前記第２の遅延手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、前記第２の遅延手段の出力端子は、前記第２の乗算手段の第２の入力端子に接続され、
    前記第１の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の負入力端子に接続され、
    前記第２の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の正入力端子に接続され、
    前記減算手段の出力端子は、前記平均演算手段の入力端子に接続され、前記平均演算手段の出力端子は、前記周波数オフセットモニタの出力端子に接続される
    ことを特徴とする請求項１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。
  3. 前記信号減速部は、シリアル信号をパラレル信号に変換する第１のシリアルパラレル変換手段と第２のシリアルパラレル変換手段とを有し、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第１の入力端子に接続され、前記第２のシリアルパラレル変換手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の第２の入力端子に接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段の複数のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続される
    ことを特徴とする請求項１に記載の周波数オフセットモニタリング装置。
  4. 前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段との各々における連続する２つのパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第1のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第1のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する２つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、
    前記周波数オフセットモニタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の出力端子に接続され、
    前記周波数オフセットモニタは、
    前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第２の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、
    前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子と第４の入力端子から入力された信号の乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
    前記第２の乗算手段の計算結果から、前記第１の乗算手段の計算結果を差し引いた差を計算し出力する減算手段と、
    前記減算手段から出力される差の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段と、
    を有し、
    前記第１の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の第２の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の正入力端子に接続され、
    前記第２の乗算手段の第１の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の第２の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の負入力端子に接続され、
    前記減算手段の出力端子は、前記平均演算手段の入力端子に接続され、前記平均演算手段の出力端子は、前記周波数オフセットモニタの出力端子に接続される
    ことを特徴とする請求項３に記載の周波数オフセットモニタリング装置。
  5. 前記第１のシリアルパラレル変換手段と前記第２のシリアルパラレル変換手段との各々における連続する４つのパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタに接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の入力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第４のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子に接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第３のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子に接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第５の入力端子に接続され、
    前記第１のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第１のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第７の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第４のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第２の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第３のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第４の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第２のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第６の入力端子に接続され、
    前記第２のシリアルパラレル変換手段の連続する４つのパラレル出力端子のうちの第１のパラレル出力端子は、前記周波数オフセットモニタの第８の入力端子に接続され、
    前記周波数オフセットモニタの出力端子は、前記周波数オフセットモニタリング装置の出力端子に接続され、
    前記周波数オフセットモニタは、
    前記周波数オフセットモニタの第１の入力端子と第２の入力端子、及び第３の入力端子と第４の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第１の偏角差計算手段と、
    前記周波数オフセットモニタの第３の入力端子と第４の入力端子、及び第５の入力端子と第６の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第２の偏角差計算手段と、
    前記周波数オフセットモニタの第５の入力端子と第６の入力端子、及び第７の入力端子と第８の入力端子から入力された複素数信号の偏角の差を計算し、出力する第３の偏角差計算手段と、
    前記第１の偏角差計算手段、前記第２の偏角差計算手段、前記第３の偏角差計算手段により得られた偏角差を、それぞれ所定の閾値と比較する閾値比較手段と、
    前記第２の偏角差計算手段から出力される自己相関の平均値を計算し、周波数オフセットモニタリングの結果とする平均演算手段と、
    を有し、
    前記第１の偏角差計算手段の第１から第４の入力端子は、それぞれ前記周波数オフセットモニタの第１から第４の入力端子に接続され、前記第１の偏角差計算手段の出力端子は、前記閾値比較手段の第１の入力端子に接続され、
    前記第２の偏角差計算手段の第１から第４の入力端子は、それぞれ前記周波数オフセットモニタの第３から第６の入力端子に接続され、前記第２の偏角差計算手段の第1の出力端子は、前記閾値比較手段の第２の入力端子に接続され、前記第２の偏角差計算手段の第２の出力端子は、前記平均演算手段の第１の入力端子に接続され、
    前記第３の偏角差計算手段の第１から第４の入力端子は、それぞれ前記周波数オフセットモニタの第５から第８の入力端子に接続され、前記第３の偏角差計算手段の出力端子は、前記閾値比較手段の第３の入力端子に接続され、
    前記閾値比較手段の出力端子は、前記平均演算手段の第２の入力端子に接続され、
    前記平均演算手段の出力端子は、前記周波数オフセットモニタの出力端子に接続され、
    前記第１の偏角差計算手段、前記第２の偏角差計算手段、前記第３の偏角差計算手段から出力された偏角差の絶対値のいずれもが前記所定の閾値より小さいとき、前記閾値比較手段は前記平均演算手段へイネーブル信号を出力し、前記平均演算手段に前記第２の偏角差計算手段の第2の出力端子から前記自己相関の結果を読み込ませ、
    前記第１の偏角差計算手段、前記第２の偏角差計算手段、前記第３の偏角差計算手段のいずれは、
    当該偏角差計算手段の第１の入力端子から入力された第１の入力信号と第４の入力端子から入力された第４の入力信号との乗算を行い、出力する第１の乗算手段と、
    当該偏角差計算手段の第２の入力端子から入力された第２の入力信号と第３の入力端子から入力された第３の入力信号との乗算を行い、出力する第２の乗算手段と、
    前記第１の入力信号と前記第３の入力信号との乗算を行う第３の乗算手段と、
    前記第２の入力信号と前記第４の入力信号との乗算を行う第４の乗算手段と、
    前記第１の入力信号と前記第３の入力信号との積と前記第２の入力信号と前記第４の入力信号との積との和を計算する加算手段と、
    前記第１の入力信号と前記第４の入力信号との積から、前記第２の入力信号と前記第３の入力信号との積を差し引く減算手段と、
    前記加算手段と前記減算手段の計算結果に基づき、偏角差を計算する偏角取得手段と、
    を有し、
    前記第１の乗算手段の第1の入力端子は、当該偏角差計算手段の第１の入力端子に接続され、前記第１の乗算手段の第２の入力端子は、当該偏角差計算手段の第４の入力端子に接続され、
    前記第２の乗算手段の第１の入力端子は、当該偏角差計算手段の第２の入力端子に接続され、前記第２の乗算手段の第２の入力端子は、当該偏角差計算手段の第３の入力端子に接続され、
    前記第３の乗算手段の第1の入力端子は、当該偏角差計算手段の第１の入力端子に接続され、前記第３の乗算手段の第２の入力端子は、当該偏角差計算手段の第３の入力端子に接続され、
    前記第４の乗算手段の第1の入力端子は、当該偏角差計算手段の第２の入力端子に接続され、前記第４の乗算手段の第２の入力端子は、当該偏角差計算手段の第４の入力端子に接続され、
    前記第１の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の正入力端子に接続され、
    前記第２の乗算手段の出力端子は、前記減算手段の負入力端子に接続され、
    前記減算手段の出力端子は、前記偏角取得手段の第２の入力端子に接続され、
    前記第３の乗算手段の出力端子は、前記加算手段の第1の入力端子に接続され、
    前記第４の乗算手段の出力端子は、前記加算手段の第２の入力端子に接続され、
    前記加算手段の出力端子は、前記偏角取得手段の第１の入力端子に接続され、
    前記第２の偏角差計算手段において、前記減算手段は第２の出力端子を有し、当該減算手段の第２の出力端子は、前記第２の偏角差計算手段の第２の出力端子に接続される
    ことを特徴とする請求項３に記載の周波数オフセットモニタリング装置。
  6. 請求項１に記載の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、
    前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、
    前記制御ロジックからの制御信号に基づいて、局部発振信号を生成する局部発振器と、
    前記入力光信号と前記局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
    前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
    前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
    を有し、
    前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
    ことを特徴とするコヒーレント光受信機。
  7. 請求項１に記載の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、
    前記周波数オフセットに基づいて、第１の制御信号と第２の制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、
    局部発振信号を生成する局部発振器と、
    前記制御ロジックから出力される第１の制御信号に基づいて、前記局部発振信号の周波数をシフトする第１の光周波数シフタと、
    前記制御ロジックから出力される第２の制御信号に基づいて、前記入力光信号の周波数をシフトする第２の光周波数シフタと、
    前記周波数シフトされた入力光信号と前記周波数シフトされた局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
    前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
    前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
    を有し、
    前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
    ことを特徴とするコヒーレント光受信機。
  8. 請求項１に記載の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、
    前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、
    局部発振信号を生成する局部発振器と、
    前記制御ロジックから出力される制御信号に基づいて、前記局部発振信号の周波数をシフトする光周波数シフタと、
    前記入力光信号と前記周波数シフトされた局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
    前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
    前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
    を有し、
    前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
    ことを特徴とするコヒーレント光受信機。
  9. 請求項１に記載の入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする周波数オフセットモニタリング装置と、
    前記周波数オフセットに基づいて、制御信号を生成し、前記周波数オフセットを制御する制御ロジックと、
    局部発振信号を生成する局部発振器と、
    前記制御ロジックから出力される制御信号に基づいて、前記入力光信号の周波数をシフトする光周波数シフタと、
    前記周波数シフトされた入力光信号と前記局部発振信号とを混合する光ミキサーと、
    前記光ミキサーから出力された光信号をベースバンド電気信号に変換する第１の光電検出器と第２の光電検出器と、
    前記変換された信号を処理し、出力する信号処理装置と
    を有し、
    前記周波数オフセットモニタリング装置は、前記変換された信号に基づいて、前記入力光信号の周波数オフセットをモニタリングする
    ことを特徴とするコヒーレント光受信機。
  10. 前記第１の光電検出器と前記第２の光電検出器から出力されるベースバンド電気信号をそれぞれデジタル信号に変換する第１のアナログ・デジタル・コンバータと第２のアナログ・デジタル・コンバータと
    をさらに有し、
    前記第１のアナログ・デジタル・コンバータと第２のアナログ・デジタル・コンバータは、それぞれ、前記第１の光電検出器と前記第２の光電検出器と、前記周波数オフセットモニタリング装置との間に接続される
    ことを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のコヒーレント光受信機。
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