JP2012522411A - 波長分散を等化する装置および方法、並びにデジタルコヒーレント光受信器 - Google Patents

Abstract

本出願は、波長分散を等化する装置および方法、並びにデジタルコヒーレント光受信器に係わる。波長分散等化装置は、入力信号の波長分散を補償する波長分散等化部と、入力信号の周波数オフセットに基づいて、波長分散等化部により生成される波長分散等化時間遅延を除去する付加的時間遅延除去部、を備える。
【選択図】図２

Description

本開示は、概して光通信に係わり、より具体的には、波長分散を等化する装置および方法、並びにデジタルコヒーレント光受信器に係わる。

デジタルコヒーレント光受信器は、高い受信感度、優れた電気等化能力、高いスペクトラム効率などの利点を有しており、このため、高速光通信システムのためのキーテクノロジーと考えられている。

コヒーレント光受信器においては、信号光は局部発振器により生成される局部発振（ＬＯ）光と混合され、これにより、信号光電界の振幅および位相の情報がベースバンド電気信号に変換される。元の送信信号は、ベースバンド電気信号に対するサンプリング、量子化、デジタル信号処理により最終的に再生され得る。コヒーレント受信は、光電界のすべての情報を保存するので、電気等化技術による光信号の線形劣化（例えば、波長分散および偏波モード分散など）をほぼ完全に補償できる。デジタルコヒーレント光受信器により補償可能な劣化量（例えば、波長分散量）は、単に、デジタル回路の大きさ（例えば、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタのタップ数）に依存する。Ｓ．Ｊ．Ｓａｖｏｒｙ他は、オフライン試験において、インライン分散補償なしでのコヒーレント光通信の実行可能性を確認した。彼らは、標準的なシングルモードファイバリンクで6400km伝送された42.8Gb/sの偏波多重ＮＲＺ−ＱＰＳＫ信号に対して、５１２タップのＦＩＲフィルタを用いて分散補償を行った。このようにして補償された信号の光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）のペナルティは、わずか1.2dBであった。（S. J. Savory, G. Gavioli, R. I. Killey, P. Bayvel, “Transmission of 42.8Gbit/s polarization multiplexed NRZ-QPSK over 6400km of standard fiber with no optical dispersion compensation”, OFC2007, OTuA1）
一方、図１Ａに示すように、一般に、電気等化機能は、固定された係数を有するイコライザおよび適応アルゴリズムにより制御される比較的小さいタップ数を有するＦＩＲフィルタに分離される。図１Ａは、従来の偏波ダイバーシティコヒーレント光受信器の構成を図示する。偏波多重光信号１０１および局部発振レーザ１０２により生成される連続光１０３は、偏波ダイバーシティコヒーレント検出器１０４において混合および光電変換され、偏波多重光信号１０１の２つの偏波状態についての情報を持つ複素ベースバンド電気信号１０５および１０６が得られる。複素ベースバンド電気信号１０５および１０６は、それぞれ、アナログ／デジタル変換器１０７および１０８により複素デジタル信号列１０９および１１０に変換され、大きな波長分散を粗く補償する波長分散イコライザ２００または３００によって処理される。粗く分散補償された信号１１１および１１２は、波長分散補償、偏波モード分散補償、偏波分離を精度よく行うために比較的小さいタップ数を有する適応バタフライＦＩＲフィルタ１１３に与えられる。適応バタフライＦＩＲフィルタ１１３は、適切なアルゴリズムにより制御され、そのタップ係数は、チャネル変動がリアルタイムでモニタおよび補償されるように、動的に調整される。適応バタフライＦＩＲフィルタ１１３の出力信号１１４および１１５は、それぞれ周波数オフセット補償器１１８および１１９に与えられ、また、周波数オフセットモニタ１１６は、信号１１４および１１５に基づいて受信光信号１０１の周波数と局部発振レーザの周波数との差分を見積もり、その差分を、周波数オフセット補償器１１８および１１９の周波数オフセット入力ポートにそれぞれ入力する。周波数オフセット補償の後、周波数オフセット補償器１１８の出力信号１２０および周波数オフセット補償器１１９の出力信号１２１は、それぞれ位相再生部１２２および１２３を介して位相再生され、位相再生信号１２４および１２５が得られる。最後に、信号１２４および１２５は、それぞれ識別復号部１２６および１２７により識別および復号され、データ１２８および１２９が得られる。

図１Ａの波長分散イコライザ２００（または、３００）は、残留分散が適応フィルタ１１３の補償範囲内に収まるように、分散を粗く補償するために設けられている。波長分散イコライザは、時間領域または周波数領域のどちらでも信号を処理できる。

時間領域波長分散イコライザ２００の構成が図１Ｂに示されている。時間領域波長分散イコライザ２００の入力信号１０９および１１０は、それぞれフィルタ２０３および２０４に与えられ、等化された信号１１１および１１２が得られる。補償すべき分散量は一般に大きいので、フィルタ２０３および２０４は、数１０〜数１００のタップを有するようにしてもよく、このため、長ＦＩＲフィルタと呼ばれる。時間領域イコライザ係数格納部２０１は、異なる分散補償量のグループに対応する複数のフィルタタップ係数値２０２を格納する。時間領域イコライザ係数格納部２０１は、フィルタ２０３および２０４にタップ係数値２０２を入力する。ファイバリンクの分散値は長い時間に渡って実質的に変化しないので、フィルタ２０３および２０４は、時間領域イコライザ係数格納部２０１から係数を読み込んだ後、長い期間その係数を更新する必要はない。

時間領域波長分散イコライザ２００は、実際には離散時間信号に対して離散畳み込み演算を実行するが、そのアルゴリズムは比較的複雑である。時間領域信号を処理のための周波数領域信号に変換するために高速フーリエアルゴリズムを使うことにより、実質的に演算量を減らすことが可能である。図１Ｃは、このアイデアに基づく周波数領域波長分散イコライザ３００の構成を示す。周波数領域波長分散イコライザ３００において、高速フーリエ変換器３０３および３０４は、それぞれ入力時間領域デジタル信号列１０９および１１０を時間領域に変換し、それぞれ周波数領域イコライザ（例えば、周波数領域フィルタ）３０７および３０８に入力される周波数領域信号３０５および３０６が得られる。周波数領域イコライザ３０７および３０８において、周波数領域信号３０５および３０６は、周波数領域イコライザ係数格納部３０１に格納されているイコライザ係数を使用する分散伝達関数の逆関数が乗算され、それぞれ分散補償された周波数領域信号３０９および３１０が得られる。最後に、信号３０９および３１０は、高速逆フーリエ変換器３１１および３１２により時間領域に戻すように変換され、分散補償された時間領域信号１１１および１１２が出力される。高速フーリエ変換による線形畳み込みは、従来技術に属する。

本開示の実装に際して、発明者は、従来の光コヒーレント受信器の性能は満足できるものでないことを見出した。
なお、下記の本開示の参照文献は、本開示の中にそのすべてが記載されているのと同様に、参照によりここに組み込まれる。
（１）中国特許出願２００８１００９０２２７．４「デジタルコヒーレント光受信器において使用される周波数オフセット検出装置および方法」
（２）中国特許出願２００８１０１０８９２１．４「フィルタ係数調整装置および方法」

S. J. Savory, G. Gavioli, R. I. Killey, P. Bayvel, "Transmission of 42.8Gbit/s polarization multiplexed NRZ-QPSK over 6400km of standard fiber with no optical dispersion compensation", OFC2007, OTuA1

上述の事情を考慮し、本発明は、従来技術の１つ以上の欠点を克服し、少なくとも１つの利益のある選択を提供する。

上述の目的を達成するために、本出願は、以下の態様を提供する。
態様１
入力信号の波長分散を補償する波長分散等化部と、前記入力信号の周波数オフセットに基づいて、前記波長分散等化部により生成される波長分散等化時間遅延を除去する付加的時間遅延除去部、を備える波長分散等化装置。

態様２
態様１に係る波長分散等化装置であって、
前記波長分散等化部は、第１の時間領域イコライザおよび第２の時間領域イコライザを含み、
前記付加的時間遅延除去部は、時間領域イコライザ係数格納部および時間領域イコライザ係数補正部を含み、前記時間領域イコライザ係数格納部は、前記周波数オフセットがゼロであるときに前記第１の時間領域イコライザおよび前記第２の時間領域イコライザにより使用される時間領域イコライザ係数を格納し、前記時間領域イコライザ係数補正部は、前記周波数オフセットに基づいて前記時間領域イコライザ係数を補正し、補正した時間領域イコライザ係数を前記第１の時間領域イコライザおよび前記第２の時間領域イコライザに送信する、ことを特徴とする。

態様３
態様１に係る波長分散等化装置であって、
前記波長分散等化部は、第１の周波数領域イコライザおよび第２の周波数領域イコライザを含み、
前記付加的時間遅延除去部は、周波数領域イコライザ係数格納部および周波数領域イコライザ係数補正部を含み、前記周波数領域イコライザ係数格納部は、前記周波数オフセットがゼロであるときに前記第１の周波数領域イコライザおよび前記第２の周波数領域イコライザにより使用される周波数領域イコライザ係数を格納し、前記周波数領域イコライザ係数補正部は、前記周波数オフセットに基づいて前記周波数領域イコライザ係数を補正し、補正した周波数領域イコライザ係数を前記第１の周波数領域イコライザおよび前記第２の周波数領域イコライザに送信する、ことを特徴とする。

態様４
態様１に係る波長分散等化装置であって、
前記波長分散等化部は、第１の時間領域イコライザおよび第２の時間領域イコライザを含み、
前記付加的時間遅延除去部は、前記周波数オフセットに基づいて前記第１の時間領域イコライザおよび前記第２の時間領域イコライザにより使用されるべき時間領域イコライザ係数を決定する時間領域イコライザ係数算出部を含む、ことを特徴とする。

態様５
態様１に係る波長分散等化装置であって、
前記波長分散等化部は、第１の周波数領域イコライザおよび第２の周波数領域イコライザを含み、
前記付加的時間遅延除去部は、前記周波数オフセットに基づいて前記第１の周波数領域イコライザおよび前記第２の周波数領域イコライザにより使用されるべき周波数領域イコライザ係数を決定する周波数領域イコライザ係数算出部を含む、ことを特徴とする。

態様６
態様１に係る波長分散等化装置であって、
前記波長分散等化部は、第１の時間領域イコライザおよび第２の時間領域イコライザを含み、
前記付加的時間遅延除去部は、付加的時間遅延計算機、第１のレジスタ、第２のレジスタを含み、前記第１の時間領域イコライザは前記第１のレジスタに接続され、前記第２の時間領域イコライザは前記第２のレジスタに接続され、前記付加的時間遅延計算機は、前記周波数オフセットに基づいて前記波長分散等化部により生じる付加的時間遅延を計算し、前記第１のレジスタおよび前記第２のレジスタに対して前記付加的時間遅延を減らすことを指示する、ことを特徴とする。

態様７
態様５に係る波長分散等化装置であって、
前記周波数領域イコライザ係数算出部は、光ファイバの伝達関数を決定する光ファイバ伝達関数決定部と、前記光ファイバ伝達関数決定部により決定された前記光ファイバの伝達関数の逆関数を算出する光ファイバ伝達関数の逆関数決定部と、前記光ファイバ伝達関数の逆関数決定部により決定された前記逆関数にウィンドウを付加するウィンドウ化部と、ウィンドウ化された前記逆関数に基づいて前記周波数領域イコライザ係数を決定する周波数領域イコライザ係数決定部、を含むことを特徴とする。

態様８
態様１に係る波長分散等化装置であって、
前記波長分散等化部は、直列に接続される第１のＦＦＴ部、第１の周波数領域イコライザ、第１のＩＦＦ部と、直列に接続される第２のＦＦＴ部、第２の周波数領域イコライザ、第２のＩＦＦ部、を含み、
前記付加的時間遅延除去部は、付加的時間遅延計算機、第１のレジスタ、第２のレジスタ、を含み、前記第１のＦＦＴ部または第１のＩＦＦＴ部は、前記第１のレジスタに接続され、前記第２のＦＦＴ部または第２のＩＦＦＴ部は、前記第２のレジスタに接続され、前記付加的時間遅延計算機は、前記周波数オフセットに基づいて前記波長分散等化部により生じる付加的時間遅延を計算し、前記第１のレジスタおよび前記第２のレジスタに対して前記付加的時間遅延を減らすことを指示する、ことを特徴とする。

態様９
態様６または８に係る波長分散等化装置であって、
前記付加的時間遅延計算機は、ω₀が送信器の光キャリア周波数、Δωが信号と局部発振との間の周波数オフセット、V_Lが真空中での光の速度、Dが伝送リンクの総波長分散値であるときに、

に従って前記付加的時間遅延を計算する、ことを特徴とする。
態様１０
態様４に係る波長分散等化装置であって、
前記時間領域イコライザ係数算出部は、光ファイバの伝達関数を決定する光ファイバ伝達関数決定部と、前記光ファイバ伝達関数決定部により決定された前記光ファイバの伝達関数の逆関数を算出する光ファイバ伝達関数の逆関数決定部と、前記光ファイバ伝達関数の逆関数決定部により決定された前記逆関数にウィンドウを付加するウィンドウ化部と、ウィンドウ化された前記逆関数に基づいて前記時間領域イコライザ係数を決定する時間領域イコライザ係数決定部、を含むことを特徴とする。

態様１１
入力信号の波長分散を補償する波長分散等化ステップと、前記入力信号の周波数オフセットに基づいて、前記波長分散等化ステップにより生成される波長分散等化時間遅延を除去する付加的時間遅延除去ステップ、を備える波長分散等化方法。

態様１２
周波数オフセットモニタを備えるデジタルコヒーレント光受信器であって、態様１〜９のいずれか１つに記載の波長分散等化装置を含み、前記付加的時間遅延除去部は、前記周波数オフセットモニタからの周波数オフセットに基づいて、前記波長分散等化部により生成される波長分散等化時間遅延を除去する、ことを特徴とする。

本発明のこれらの及びさらなる態様および特徴は、以下の記載および添付の図面の参照により明らかである。記載および図面において、発明の特定の実施形態は、発明の原理が使用される方法のいくつかを示すように詳しく開示されているが、発明はその範囲においてそのように限定されるものでないと理解される。むしろ、発明は、添付のクレームの精神および用語の範囲内のすべての変更、変形、および均等物を含む。

１つの実施形態について記載されたおよび／または示された特徴は、１つ以上の他の実施形態と同じまたは類似の方法で使用されるようにしてもよいし、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせてまたは代わりに使用されるようにしてもよい。

強調されるべきことは、「備える／含む」という語は、この明細書で使用されるときは、述べられた特徴、完全体、ステップ、部品の存在を明記していると解釈されるものであって、１つ以上の他の特徴、完全体、ステップ、部品、またはそれらのグループの存在または追加を除外するものではない。

添付の図面に関して、本発明の様々な目的、特長、態様、利点は、下記の好適な実施形態の詳細な記載からさらに明らかになるであろう。図中の同じ数字符号は、同じ部品部分を表す。
従来の偏波ダイバーシティコヒーレント光受信器の構成を示す図である。 図１Ａの偏波ダイバーシティコヒーレント光受信器で使用される時間領域波長分散イコライザの構成を示す図である。 図１Ａの偏波ダイバーシティコヒーレント光受信器で使用される周波数領域波長分散イコライザの構成を示す図である。 本発明の１つの実施形態による波長分散を等化する装置の構成の概要を示す図である。 本発明の１つの実施形態による時間領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。 本発明の１つの実施形態による周波数領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による時間領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。 本発明の他の実施形態による周波数領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態による周波数領域イコライザ係数算出部の処理フローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態による時間領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態による周波数領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。 本発明の波長分散イコライザを使用するデジタルコヒーレント光受信器を示す図である。

本発明の発明者は、従来技術のデジタルコヒーレント光受信器の劣った性能の原因について研究した。その研究により、図１Ａに示すデジタルコヒーレント光受信器の中の波長分散イコライザ２００または３００のフィルタ係数は、信号光と局部発振光との間の周波数オフセットが無いことを前提として実行された計算により得られている、ことが見出された。波長分散イコライザ２００または３００に入力する信号１０９および１１０が周波数オフセットを有しているときは、波長分散補償と信号周波数オフセットとの間の相互作用が、出力信号１１１および１１２に時間遅延（波長分散等化遅延、付加的な時間遅延とも呼ばれる）を引き起こす。時間遅延の値は、波長分散のための粗補償の量、周波数オフセットの値により決定され、比較的大きな時間遅延の値は、適応イコライザ１１３の補償範囲を超えることがあり、そのことがシステムの性能に影響を与える。

波長分散補償と周波数オフセットとの間の相互作用の信号に対する影響は、以下のように導き出される。表記の便利さのために、信号は連続時間信号であり、光ファイバの波長分散のみが考慮される。伝送光信号をs(t)exp(jω₀t)、局部発振光をexp[j(ω₀−Δω)]、光ファイバの波長分散の周波数領域伝達関数を

とする。ここで、s(t)はベースバンド複素信号、ω₀は送信器の光キャリア周波数、Δωは信号と局部発振光との間の周波数オフセット、V_Lは真空中での光の速度、Dは伝送リンクの総波長分散の値であり、それらの単位は、通常、ps/nmである。そして、波長分散イコライザに入力する電気信号１０９または１１０は、周波数領域において下記のように表わされる。

ここで、

は、s(t)のフーリエ変換である。波長分散イコライザによる補償可能な波長分散の量がD−ΔDであるものとすると、その伝達関数は

である。波長分散イコライザの出力信号１１１または１１２は、周波数領域において下記のように表わされる。

上述の式から容易に分かるように、指数ｅの中の第１項は残留波長分散に対応し、第２項は時間遅延に対応し、第３項は位相シフトに対応する。もし、波長分散イコライザが波長分散のみを完全に補償すると、すなわち残留波長分散ΔD＝０とすると、出力信号の時間領域表現は、下記の通りである。

すなわち、信号は、時間遅延および位相回転の処理のみを受けることとなり、時間遅延の値および位相回転の角度は、それぞれ、

および

である。112Gb/sのＤＰ−ＱＰＳＫシステムにおいて、信号キャリアf₀＝193THz、波長分散値（1000kmの通常のシングルモードファイバの波長分散の値）D＝17000ps/nm、周波数オフセットΔf＝1GHzを例に考えると、時間遅延の値は、137ps（約４シンボル期間）にまで達し得る。周波数オフセットは、通常、時間変化するものであり、もし、周波数オフセットが±1GHzの範囲内で変動するものとすると、時間遅延の値は、±４シンボル期間の中で変動することになる。これは、一般に、チャネル変動を動的に追跡して補償する適応フィルタ１１３の能力を超えているので、システムのパフォーマンスを低下させる。

上述のような状況では、適応フィルタ１１３のタップ数を増やすことを容易に考えることができる。しかし、これは、より多くのタップ数が必要となり、残留波長分散の補償を考慮に入れると、さらに多くのタップが必要となる。タップ数の増加は、回路規模が増加してしまうという観点と、チャネル変動を動的に追跡して補償する適応フィルタ１１３の能力を低下させるという観点から、これは現時点では好ましい解決策ではない。

図２は、本発明の１つの実施形態による波長分散を等化する装置の構成の概要を示す図である。図２に示すように、本発明のこの実施形態による波長分散を等化する装置は、波長分散等化部２００１および付加的時間遅延除去部２００２を備える。波長分散等化部２００１は波長分散を補償し、付加的時間遅延除去部２００２は、周波数オフセット１１７の値に基づいてデジタルコヒーレント光受信器から波長分散等化部２００１の波長分散等化時間遅延を除去する。本発明の実施形態では「除去」という語は、文脈により、時間遅延を生成する波長分散等化部を無力化すること、或いは波長分散等化部により生成される時間遅延を補償または安定化させることの一方または双方を意味するものとする。

本発明による波長分散を等化する装置の構成に係わる実施形態について、以下に詳しく説明する。
図３は、本発明の１つの実施形態による時間領域で波長分散を等化する装置２００’の構成を示す図である。図１Ｂに示す従来技術と比較すると、図３に示す時間領域波長分散等化装置は、時間領域イコライザ係数格納部２０１と時間領域イコライザ（例えば、長ＦＩＲフィルタ）２０３、２０４との間に、時間領域イコライザ係数補正部４０１が追加されている。この実施形態の時間領域イコライザ係数格納部２０１および時間領域イコライザ係数補正部４０１は、付加的時間遅延除去部２００２に対応し、時間領域イコライザ２０３、２０４は、波長分散等化部２００１に対応する。時間領域イコライザ２０３、２０４は、波長分散を補償するように入力信号１０９、１１０をフィルタリングする。時間領域イコライザ係数格納部２０１は、信号光と局部発振光との間の周波数オフセットが無いとする仮定において、時間領域イコライザ２０３および２０４に設定される時間領域イコライザ係数を格納するものであり、すなわち、波長分散の補償量および信号光と局部発振光との間の周波数オフセットが無いと仮定したときの波長分散の補償量に対応する時間領域イコライザ係数（例えば、長ＦＩＲフィルタ係数）を格納する。

時間領域イコライザ係数補正部４０１は、第１の入力端子および第２の入力端子を含み、第１の入力端子は、時間領域イコライザ係数格納部２０１から時間領域イコライザ係数を受信し、第２の入力端子は、周波数オフセットモニタ１１６により検出された周波数オフセット１１７の値を受信する。時間領域イコライザ係数補正部４０１は、周波数オフセット１１７の値に基づいてフィルタ係数２０２を補正し、補正された係数４０２を時間領域イコライザ２０３および２０４に与え、これにより、波長分散補償と周波数オフセットとの間の相互作用が除去される。具体的な動作原理は、以降の段落で記載される。

時間領域イコライザ２０３および２０４の動作手順は同じなので、以下では、例として時間領域イコライザ２０３のみを取り上げて説明する。
時間領域イコライザ２０３のタップ係数を｛C₁，C₂，．．．，C_N｝とする。ここで、C_iは複素数であり、Nは時間領域イコライザのタップの数である。時間領域イコライザ２０３の入力信号１０１は、複素系列｛x(1), x(2), x(3)…｝であり、その出力信号１１１は下記の通りである。

時間領域イコライザ係数格納部２０１から読出した係数が｛α₁，α₂，．．．，α_N｝であれば、図１Ｂに示す解決法では、Ｃ_i＝α_iであることは明らかである。もし、時間領域イコライザがこの係数に従って動作すると、周波数オフセットが存在するときは、付加的な時間遅延、すなわち波長分散等化時間遅延が発生する。この実施形態では、Ｃ_iは、時間領域イコライザ係数補正部４０１において下記の処理を実行することで得られる。

（５）式において、Δωは、信号光キャリア周波数ω₀と局部発振光周波数ω_LOとの間の差分Δω−ω_LOが理想値である、周波数オフセット１１７（入力信号の周波数オフセットでもある）の検出値であり、Δtは、イコライザの入力系列１０９のサンプリング時間間隔であり、

はランダムな実定数であり、通常は

で設定される。（５）式の物理的な意味は、以下の通りである。周波数オフセットは、（４）式から出力される信号において付加的な時間遅延となるように、フィルタ２０３の入力系列１０９において付加的な線形位相変動の発生を引き起こし、一方で、周波数オフセットにより生じる位相変動の逆の位相が、（５）式において時間領域イコライザ係数に積み上げられる。そして、このことは、周波数オフセットにより信号１０９に持ち込まれる付加的な位相変動を除去したことと等価である。

時間領域イコライザ係数補正部４０１は、計算により得られた新たなフィルタタップ係数４０２｛C₁，C₂，．．．，C_N｝をフィルタ２０３および２０４に与える。
図４は、本発明の１つの実施形態による周波数領域で波長分散を等化する装置３００’の構成を示す図である。図４の波長分散等化装置は、周波数領域イコライザ係数格納部３０１と周波数領域イコライザ３０７、３０８との間に、周波数領域イコライザ係数補正部５０１が追加されているところが、図１Ｃの従来技術と異なる。この実施形態では、周波数領域イコライザ係数格納部３０１および周波数領域イコライザ係数補正部５０１が、付加的時間遅延除去部に対応する。周波数領域イコライザ係数格納部３０１は、周波数オフセットがゼロであると仮定したときに、波長分散を補償するために周波数領域イコライザ３０７、３０８により使用される周波数領域イコライザ係数を格納する。周波数領域イコライザ係数補正部５０１は、２つの入力端子を有し、第１の入力端子は周波数領域イコライザ係数格納部３０１から周波数領域イコライザ係数を受信し、第２の入力端子は周波数オフセットモニタ１１６から周波数オフセット１１７を受信する。周波数領域イコライザ係数補正部５０１は、波長分散補償と周波数オフセットとの間の相互作用を防ぐために、周波数オフセット１１７に基づいて周波数領域イコライザ係数３０２を補正し、補正された係数５０２を周波数領域イコライザ３０７、３０８に送信する。詳しい動作原理は、以下に記載する。

周波数領域イコライザ３０７、３０８の動作手順は完全に同じなので、以下では、例として周波数領域イコライザ３０７についてのみ記載する。
周波数領域イコライザ３０７の係数を｛F₁，F₂，．．．，F_M｝とする。F_iは複素数、MはＦＦＴ３０３の長さ、M＝2^P、Pは正の整数である。周波数領域イコライザ係数格納部３０１から出力される係数は、｛β₁，β₂，．．．，β_M｝のように低い方から高い方へ並べられ、図１Ｃの方式では、F_i＝β_iは明らかであり、もし、周波数領域イコライザ３０７がこれらの係数で動作すると、周波数オフセットが存在するときには、波長分散等化時間遅延が生成されてしまう。

この実施形態では、F_iは、周波数領域イコライザ係数補正部５０１において下記の処理を実行することで得られる。

Δωは、モニタされた周波数オフセット１１７であり、Δtは、イコライザ入力系列１０９のサンプリング間隔である。
波長分散値（波長分散値は、モニタまたは人為的に設定することが可能である）に基づいて、周波数領域イコライザ係数格納部３０１から取得される周波数領域イコライザ係数｛β₁，β₂，．．．，β_M｝に対して周波数オフセットが考慮されないと（すなわち、周波数オフセットをゼロと考えると）、｛β₁，β₂，．．．，β_M｝は、周波数ゼロに対して対称的になる。実際の状態は、受信信号は、周波数オフセットΔωを含み、スペクトルはΔωに中心を展開するので、周波数領域イコライザ係数の対称中心はΔωに移動しており、そのような移動は（６）式に基づく動作により実現される。

周波数領域イコライザ係数補正部５０１は、計算した新たな周波数領域イコライザ係数５０２｛F₁，F₂，．．．，F_M｝を周波数領域イコライザ３０７、３０８へ送信する。
先に記載した波長分散イコライザ２００’および波長分散イコライザ３００’は、それぞれ格納部２０１および３０１を備えており、そこに格納されている係数は、補償すべき波長分散値に基づいて予め計算されている。ただし、他の発明の態様においては、波長分散イコライザ内の係数格納部は、係数計算機に置き換えることが可能である。

図５は、本発明の他の実施形態による時間領域で波長分散を等化する装置２００’’の構成を示す図である。図５に示すように、この実施形態の時間領域波長分散等化装置は、時間領域イコライザ係数算出部６０１および時間領域イコライザ２０３、２０４を備える。時間領域イコライザ係数算出部６０１は、周波数オフセット１１７に基づいて、時間領域イコライザ２０３、２０４によって使用されるべき時間領域イコライザ係数を算出する。時間領域イコライザ係数算出部６０１の処理は、以下に詳しく記載する。

最初に、周波数オフセット１１７に基づいて、周波数領域伝達関数を決定する。詳しくは、光ファイバの波長分散をDとすると、光ファイバの波長分散の周波数領域伝達関数は、以下である。

ここで、ω₀は送信器の光キャリア周波数、V_Lは真空中での光の速度である。光信号はコヒーレント検出を介してベースバンドに移動しており、光ファイバの波長分散の等価な周波数領域伝達関数は、以下になる。

Δωは、信号と局部発振光との間の周波数オフセットであり、言い換えると、決定された周波数領域伝達関数は、Δωの影響を表す。
波長分散を補償するために、イコライザは、（８）式と互いに逆の伝達関数を有していることが期待される。したがって、（９）式に示すように、光ファイバ波長分散の周波数領域伝達関数の逆関数が続いて決定される。

ここで、G(ω−Δω)は、Δωを中心とするウィンドウ関数、例えばガウスウィンドウ関数

である。Ｂ_3dBは、ガウスウィンドウの３dBバンド幅であり、通常、信号のシンボルレートに基づいて選択される。ウィンドウ化（すなわち、G(ω−Δω)を乗算すること）の目的は、イコライザ係数の減衰を加速させてイコライザのタップ数の減らすことである。

最後に、時間領域イコライザ係数、すなわち長ＦＩＲフィルタ２０３、２０４のタップ係数を得るために、（１０）式に示すように、ウィンドウ化された逆伝達関数の逆フーリエ変換を実行する。

Δtは、入力信号のサンプリング間隔、Ｎは、イコライザのタップ数である。
この実施形態では、時間領域イコライザ係数算出部６０１が付加的時間遅延除去部に対応し、時間領域イコライザ２０３、２０４が波長分散等化部に対応する。

図６は、本発明の他の実施形態による周波数領域で波長分散を等化する装置３００’’の構成を示す図である。図６に示すように、実施形態の波長分散イコライザは、周波数領域イコライザ係数算出部７０１、ＦＦＴ３０３、３０４、周波数領域イコライザ３０７、３０８、ＩＦＦＴ３１１、３１２を備える。周波数領域イコライザ係数算出部７０１は、周波数オフセットに基づいて、周波数領域イコライザ３０７、３０８によって使用されるべき周波数領域イコライザ係数を算出し、周波数領域イコライザ３０７、３０８にそれらの係数を送信する。

周波数領域イコライザ係数算出部７０１は、光ファイバ伝達関数決定部、光ファイバ伝達関数逆関数決定部、ウィンドウ化部、およびイコライザ係数決定部を備えるようにしてもよい。注意すべきことは、光ファイバ伝達関数決定部、光ファイバ伝達関数逆関数決定部、ウィンドウ化部の処理は、最終的に決定された結果を格納部に格納し、さらに周波数領域イコライザ係数決定部により直接的に呼出しが可能なように、前もって実行しておくことができる。

周波数領域イコライザ係数算出部７０１の算出方法について、図７を参照しながら説明する。
図７は、本発明の実施形態による周波数領域イコライザ係数算出部７０１の処理フローチャートである。

図７に示すように、ステップ７００１において、目標波長分散値およびモニタされた周波数オフセットに基づいて、補正された光ファイバ伝達関数が与えられる（（８）式参照）。その後ステップ７００２において、光ファイバ伝達関数の逆関数が与えられる：

。その後ステップ７００３において、その逆関数に「ウィンドウ」が付加される（（９）式参照）。その後ステップ７００４において、イコライザ係数が対応している周波数値から「ウィンドウ化」された逆伝達関数への置き換えを通して、（１１）式に基づいて、周波数領域イコライザ係数（すなわち、周波数領域イコライザ３０７および３０８により使用されるイコライザ係数）が得られる。

ここで、{−1/(2Δt), −(M−2)/(2MΔt), …, (M−2)/(2MΔt)}は、周波数領域イコライザ係数｛F₁，F₂，．．．，F_M｝が対応している周波数値であり、すなわち(−M/2+k−1)/(MΔt)は、F_kが対応している周波数値である。Mは、周波数領域イコライザ係数の数（すなわち、ＦＦＴの長さ）であり、M＝2^P、Pは正の整数である。

実施形態においては、周波数領域イコライザ係数算出部が、付加的時間遅延除去部に対応する。
さらに、注意すべきことは、図７の方法は、時間領域イコライザにも適用可能である。

図８は、本発明のさらに他の実施形態による、時間領域で波長分散を等化する装置２００’’’の構成を示す図である。図１Ｂに示す波長分散等化装置と比較すると、図８に示す波長分散等化装置は、付加的時間遅延計算機８０１およびレジスタ８０３および８０４を追加している。付加的時間遅延計算機８０１は、入力周波数オフセット１１７および目標波長分散値を含む

に従って、付加的時間遅延値を計算し、対応する制御信号８０２をレジスタ８０３および８０４へ送信する。レジスタ８０３および８０４は、付加的時間遅延の変化を補償するように、

により自分の時間遅延を減らす。周波数オフセットがゼロであるときは、レジスタは、固定された初期時間遅延τ₀、および最大調整可能時間遅延τ_maxを有する。初期時間遅延および最大調整可能時間遅延は、波長分散および周波数オフセットにより持ち込まれた付加的時間遅延値以上の調整範囲、すなわち

となるように、適切に値が与えられる。
技術的な解決策において、レジスタ自身がレジスタ時間遅延を持ち込むことになるが、レジスタ時間遅延の変化が波長分散および周波数オフセットにより持ち込まれる付加的時間遅延値と逆になるように、レジスタ時間遅延を適切に制御するようにしてもよい。そうすると、全体の時間遅延は固定値に近似され、バタフライフィルタの動作は影響を受けることはない。

レジスタ８０３および８０４は、図８において破線ブロックで表わされているように、２０３および２０４の前段に配置されてもよい。
実施形態において、付加的時間遅延計算機８０１およびレジスタ８０３、８０４は、付加的時間遅延除去部に対応する。フィルタ係数格納部２０１およびフィルタ２０３、２０４は、波長分散等化部に対応する。

図９は、本発明のさらに他の実施形態による周波数領域で波長分散を等化する装置の構成を示す図である。図１Ｃの波長分散等化装置と比較すると、図９の実施形態の周波数領域波長分散等化装置は、付加的時間遅延計算機９０１およびレジスタ９０３、９０４を追加している。付加的時間遅延計算機９０１およびレジスタ９０３、９０４の動作は、それぞれ、付加的時間遅延計算機８０１およびレジスタ８０３、８０４の動作に対応する。よって、簡潔さのために、記載を省略する。

同様に、図９において破線ブロックで表わされているように、レジスタ９０３および９０４は、周波数領域イコライザ３０７および３０８の前段に配置されてもよい。
図１０は、本発明の波長分散イコライザ２００’、２００’’、２００’’’、３００’、３００’’、または３００’’’を使用するデジタルコヒーレント光受信器を示す図である。

図１Ａのデジタルコヒーレント光受信器と比較すると、図１０のデジタルコヒーレント光受信器については、周波数オフセット１１６によって得られる周波数オフセット１１７は、波長分散イコライザに与えられる。他の部分の構成は、従来技術と同等であってもよい。また、図１０において、周波数オフセットモニタ１１６と、フィルタ１１３、周波数オフセット補償器１１８、１１９との間の接続関係は、異なっていてもよい。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、そのような変更を理解できると思われる。

発明の実施形態の方法および装置は、ＤＳＰモジュールの演算周波数を高くすることなくデジタル領域で具体化されてもよく、これによりコストが削減される。
発明の実施形態の方法および装置は、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせで具体化されてもよい。発明は、論理エレメントにより実行されたときに、コンピュータ読み取り可能プログラムがその論理エレメントに上記装置または部品を実現させる、或いは、上記手順または方法を実現させるようなコンピュータ読み取り可能プログラムに係わる。発明は、例えば、ハードディスク、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータプログラムを格納するための記憶装置にも係わる。

発明は、いくつかの好ましい実施形態について示され、または記載されたが、上述の詳細な記載は、例示的かつ説明のためのものであって、発明を限定するものではない。本出願から利益を得る他の当業者に均等物または変形を引き起こすことは明らかである。本発明は、そのような全ての均等物および変形を含み、以下のクレームの範囲によってのみ限定される。

Claims (10)

1. 入力信号の波長分散を補償する波長分散等化部と、
   前記入力信号の周波数オフセットに基づいて、前記波長分散等化部により生成される波長分散等化時間遅延を除去する付加的時間遅延除去部、
   を備える波長分散等化装置。
2. 前記波長分散等化部は、第１の時間領域イコライザおよび第２の時間領域イコライザを含み、
   前記付加的時間遅延除去部は、時間領域イコライザ係数格納部および時間領域イコライザ係数補正部を含み、前記時間領域イコライザ係数格納部は、前記周波数オフセットがゼロであるときに前記第１の時間領域イコライザおよび前記第２の時間領域イコライザにより使用される時間領域イコライザ係数を格納し、前記時間領域イコライザ係数補正部は、前記周波数オフセットに基づいて前記時間領域イコライザ係数を補正し、補正した時間領域イコライザ係数を前記第１の時間領域イコライザおよび前記第２の時間領域イコライザに送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長分散等化装置。
3. 前記波長分散等化部は、第１の周波数領域イコライザおよび第２の周波数領域イコライザを含み、
   前記付加的時間遅延除去部は、周波数領域イコライザ係数格納部および周波数領域イコライザ係数補正部を含み、前記周波数領域イコライザ係数格納部は、前記周波数オフセットがゼロであるときに前記第１の周波数領域イコライザおよび前記第２の周波数領域イコライザにより使用される周波数領域イコライザ係数を格納し、前記周波数領域イコライザ係数補正部は、前記周波数オフセットに基づいて前記周波数領域イコライザ係数を補正し、補正した周波数領域イコライザ係数を前記第１の周波数領域イコライザおよび前記第２の周波数領域イコライザに送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長分散等化装置。
4. 前記波長分散等化部は、第１の時間領域イコライザおよび第２の時間領域イコライザを含み、
   前記付加的時間遅延除去部は、前記周波数オフセットに基づいて前記第１の時間領域イコライザおよび前記第２の時間領域イコライザにより使用されるべき時間領域イコライザ係数を決定する時間領域イコライザ係数算出部を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長分散等化装置。
5. 前記波長分散等化部は、第１の周波数領域イコライザおよび第２の周波数領域イコライザを含み、
   前記付加的時間遅延除去部は、前記周波数オフセットに基づいて前記第１の周波数領域イコライザおよび前記第２の周波数領域イコライザにより使用されるべき周波数領域イコライザ係数を決定する周波数領域イコライザ係数算出部を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長分散等化装置。
6. 前記波長分散等化部は、第１の時間領域イコライザおよび第２の時間領域イコライザを含み、
   前記付加的時間遅延除去部は、付加的時間遅延計算機、第１のレジスタ、第２のレジスタを含み、前記第１の時間領域イコライザは前記第１のレジスタに接続され、前記第２の時間領域イコライザは前記第２のレジスタに接続され、前記付加的時間遅延計算機は、前記周波数オフセットに基づいて前記波長分散等化部により持ち込まれる付加的時間遅延を計算し、前記第１のレジスタおよび前記第２のレジスタに対して前記付加的時間遅延を減らすことを指示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の波長分散等化装置。
7. 前記周波数領域イコライザ係数算出部は、
   光ファイバの伝達関数を決定する光ファイバ伝達関数決定部と、
   前記光ファイバ伝達関数決定部により決定された前記光ファイバの伝達関数の逆関数を算出する光ファイバ伝達関数の逆関数決定部と、
   前記光ファイバ伝達関数の逆関数決定部により決定された前記逆関数にウィンドウを付加するウィンドウ化部と、
   ウィンドウ化された前記逆関数に基づいて前記周波数領域イコライザ係数を決定する周波数領域イコライザ係数決定部、を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の波長分散等化装置。
8. 前記付加的時間遅延計算機は、ω₀が送信器の光キャリア周波数、Δωが信号と局部発振との間の周波数オフセット、V_Lが真空中での光の速度、Dが伝送リンクの総波長分散値であるときに、
   

   

   に従って前記付加的時間遅延を計算する
   ことを特徴とする請求項６に記載の波長分散等化装置。
9. 入力信号の波長分散を補償する波長分散等化ステップと、
   前記入力信号の周波数オフセットに基づいて、前記波長分散等化ステップにより生成される波長分散等化時間遅延を除去する付加的時間遅延除去ステップ、
   を備える波長分散等化方法。
10. 周波数オフセットモニタを備えるデジタルコヒーレント光受信器であって、
    請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長分散等化装置を含み、前記付加的時間遅延除去部は、前記周波数オフセットモニタからの周波数オフセットに基づいて、前記波長分散等化部により生成される波長分散等化時間遅延を除去する
    ことを特徴とするデジタルコヒーレント光受信器。

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