JP2013145942A

JP2013145942A - 光送受信装置

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Publication number: JP2013145942A
Application number: JP2012004984A
Authority: JP
Inventors: Kohei Sugihara; 浩平杉原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2032-01-13
Also published as: JP5963447B2

Abstract

【課題】良好な伝送特性が得られる動作範囲を広げる。
【解決手段】光送信部２は、光源２１により発光されたＣＷ光５１を分岐する所定の分岐比の光分岐部２２を備え、光受信部３は、受信光信号６０を増幅する光増幅器３１を備え、光受信部３は、光分岐部２２により分岐されたＣＷ光５１を局発光とし、光増幅器３１により増幅された受信光信号６１をコヒーレント検波する。
【選択図】図１

Description

この発明は、デジタルコヒーレント通信方式の光送受信装置に関するものである。

光送受信装置において、通信需要の指数関数的な増加に伴い、光伝送容量の大容量化が求められている。しかし、波長多重数の増加や光ファイバ網の新規敷設だけでは、需要増に十分応えることができない。そこで、伝送速度を従来の１０Ｇｂｐｓから４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓに向上する必要がある。
しかしながら、従来の強度変調方式では、高速化に伴い、光ファイバの波長分散や偏波モード分散による光信号波形の歪みが深刻になる。

そこで、受信側にデジタル信号プロセッサを用いることで、電気領域で波長分散および偏波モード分散を補償でき、また、多様な多値変調方式に対応できるデジタルコヒーレント通信方式が、近年、活発に研究開発されている。特に、１００Ｇｂｐｓの伝送速度を有する光伝送システム向けに、デジタルコヒーレント通信方式の一種である偏波多重４重位相変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ：ＤｕａｌＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ）の標準化が進められている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された従来のＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光送受信装置１００の構成について、図９に示す。
光送受信装置１００は、図９に示すように、光送信部２００および光受信部３００から構成されている。光送信部２００は、光源２００１、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２００２、送信信号生成部２００３、変調器２００４，２００５および偏波ビーム合成器（ＰＢＣ）２００６を備えている。また、光受信部３００は、光源３００１、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３００２，３００３、受信フロントエンド（ＦＥ）３００４、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３００５および誤り訂正部３００６を備えている。

この光送受信装置１００の光送信部２００では、まず、光源２００１からＣＷ光５０１が発光される。このＣＷ光５０１は送信光として偏波ビームスプリッタ２００２に入力され、Ｘ偏波成分５０２およびＹ偏波成分５０３に分離される。その後、各偏波成分５０２，５０３はそれぞれ変調器２００４，２００５に入力される。
一方、送信信号生成部２００３には、送信パラレル電子データ５０４が入力され、高速電気信号５０５，５０６に変換される。この高速電気信号５０５，５０６はそれぞれ変調器２００４，２００５に入力される。この高速電気信号５０５，５０６により、変調器２００４，２００５にて、各偏波成分５０２，５０３が変調されて、光変調信号５０７，５０８に変換される。この光変調信号５０７，５０８は偏波ビーム合成器２００６にて合波され、光送信部２００から送信光信号５０９として送出される。

一方、光受信部３００では、まず、受信光信号５１０が受信される。その後、受信光信号５１０は偏波ビームスプリッタ３００３に入力され、Ｘ偏波成分５１１およびＹ偏波成分５１２に分離される。その後、各偏波成分５１１，５１２は受信フロントエンド３００４に入力される。
また、光源３００１からＣＷ光５１３が発光される。このＣＷ光５１３は局発光として偏波ビームスプリッタ３００２に入力され、Ｘ偏波成分５１４およびＹ偏波成分５１５に分離される。その後、各偏波成分５１４，５１５は受信フロントエンド３００４に入力される。

そして、受信フロントエンド３００４において、受信光信号５１０のＸ偏波成分５１１と局発光５１３のＸ偏波成分５１４、また、受信光信号５１０のＹ偏波成分５１２と局発光５１３のＹ偏波成分５１５がそれぞれコヒーレント検波され、電気パラレル信号５１６に光電変換される。この電気パラレル信号５１６はデジタル信号プロセッサ３００５に入力され、分散補償された電気パラレル信号５１７に変換される。最後に、電気パラレル信号５１７は誤り訂正部３００６において誤り訂正処理を施されて、ビットエラーが低減された受信パラレル電気信号５１８が出力される。
以上の方法により、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光信号を送受信して、データ通信を行っている。

特開２０１０−２５１８５１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来のＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光送受信装置１００では、光受信部３００の光源３００１の出力光強度に制限がある。すなわち、光源３００１を高出力化するためには、駆動電流を増加する必要があり、発熱量が増大する。そして、出力光強度の上限値を超えれば故障に至る。また、良好な伝送特性を得るためには、光源３００１の出力光を狭線幅化する必要がある。しかし、出力光強度の低下に伴い線幅が増大するため、出力光強度に下限がある。

この光源３００１の出力光強度は、伝送特性の一つのパラメータであるが、上記の理由により、出力光強度の範囲が狭かった。そのため、特許文献１に開示された従来の光送受信装置１００では、良好な伝送特性が得られる動作範囲が制限される課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、良好な伝送特性が得られる動作範囲を広げることができる光送受信装置を提供することを目的としている。

この発明に係る光送受信装置は、光を発光する光源を有し、当該光を送信光とする光送信部と、局発光を用いて受信光信号をコヒーレント検波する受信フロントエンドおよび受信フロントエンドにより検波された信号の分散補償を行うデジタル信号プロセッサを有する光受信部とを備え、光送信部は、光源により発光された光を分岐する所定の分岐比の光分岐部を備え、光受信部は、受信光信号を増幅する光増幅器を備え、光受信部は、光分岐部により分岐された光を局発光とし、光増幅器により増幅された受信光信号をコヒーレント検波するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、良好な伝送特性が得られる動作範囲を広げることができる。

この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態１におけるデジタル信号プロセッサの構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る光送受信装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１における伝送特性の信号光強度への依存性を示す図である。従来の光受信部に光増幅器のみを追加した構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る光送受信装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係る光送受信装置の構成を示す図である。この発明の実施の形態４に係る光送受信装置の構成を示す図である。従来の光送受信装置の構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光送受信装置１の構成を示す図である。
光送受信装置１は、図１に示すように、光送信部２および光受信部３から構成されている。

光送信部２は、光源２１、光分岐部２２、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３、送信信号生成部２４、変調器２５，２６および偏波ビーム合成器（ＰＢＣ）２７を備えている。

光源２１は、ＣＷ光５１を発光するものである。この光源２１により発光されたＣＷ光５１は光分岐部２２に出力される。
光分岐部２２は、所定の分岐比を有し、光源２１からのＣＷ光５１を分岐するものである。この光分岐部２２により分岐された一方のＣＷ光５１は送信光として偏波ビームスプリッタ２３に出力され、他方のＣＷ光５１は局発光として光受信部３の後述する偏波ビームスプリッタ３３に出力される。

偏波ビームスプリッタ２３は、光分岐部２２からの送信光５１をＸ偏波成分５２およびＹ偏波成分５３に分離するものである。この偏波ビームスプリッタ２３により分離されたＸ偏波成分５２は変調器２５に出力され、Ｙ偏波成分５３は変調器２６に出力される。

送信信号生成部２４は、外部からの送信パラレル電子データ５４を高速電気信号５５，５６に変換するものである。この送信信号生成部２４により変換された高速電気信号５５は変調器２５に出力され、高速電気信号５６は変調器２６に出力される。

変調器２５は、送信信号生成部２４からの高速電気信号５５を用い、偏波ビームスプリッタ２３からのＸ偏波成分５２を変調して、光変調信号５７に変換するものである。この変調器２５により変換された光変調信号５７は偏波ビーム合成器２７に出力される。
変調器２６は、送信信号生成部２４からの高速電気信号５６を用い、偏波ビームスプリッタ２３からのＹ偏波成分５３を変調して、光変調信号５８に変換するものである。この変調器２６により変換された光変調信号５８は偏波ビーム合成器２７に出力される。

偏波ビーム合成器２７は、変調器２５からの光変調信号５７と変調器２６からの光変調信号５８とを合波するものである。この偏波ビーム合成器２７により合波された信号は送信光信号５９として光送受信装置１から送出される。

また、光受信部３は、光増幅器３１、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２，３３、受信フロントエンド（ＦＥ）３４、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３５および誤り訂正部３６を備えている。

光増幅器３１は、受信した受信光信号６０を増幅するものである。この光増幅器３１により増幅された受信光信号６１は偏波ビームスプリッタ３２に出力される。

偏波ビームスプリッタ３２は、光増幅器３１からの受信光信号６１をＸ偏波成分６２およびＹ偏波成分６３に分離するものである。この偏波ビームスプリッタ３２により分離されたＸ偏波成分６２およびＹ偏波成分６３は受信フロントエンド３４に出力される。
偏波ビームスプリッタ３３は、光送信部２の光分岐部２２からの局発光５１をＸ偏波成分６４およびＹ偏波成分６５に分離するものである。この偏波ビームスプリッタ３３により分離されたＸ偏波成分６４およびＹ偏波成分６５は受信フロントエンド３４に出力される。

受信フロントエンド３４は、各偏波ビームスプリッタ３２，３３からの各偏波成分６２〜６５を電気パラレル信号６６に変換するものである。ここで、受信フロントエンド３４は、受信光信号６１のＸ偏波成分６２および局発光５１のＸ偏波成分６４、また、受信光信号６１のＹ偏波成分６３および局発光５１のＹ偏波成分６５をそれぞれコヒーレント検波することで、電気パラレル信号６６に変換する。この受信フロントエンド３４により変換された電気パラレル信号６６はデジタル信号プロセッサ３５に出力される。

デジタル信号プロセッサ３５は、受信フロントエンド３４からの電気パラレル信号６６に対してデジタル信号処理を施し、分散補償された電気パラレル信号６７に変換するものである。このデジタル信号プロセッサ３５の内部構成については後述する。このデジタル信号プロセッサ３５により変換された電気パラレル信号６７は誤り訂正部３６に出力される。

誤り訂正部３６は、デジタル信号プロセッサ３５からの電気パラレル信号６７に対して誤り訂正処理を施し、ビットエラーが低減された受信パラレル電気信号６８に変換するものである。この誤り訂正部３６により変換された受信パラレル電気信号６８は外部に出力される。

次に、デジタル信号プロセッサ３５の内部構成について、図２を参照しながら説明する。
デジタル信号プロセッサ３５は、図２に示すように、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）３５１、等化処理部３５２、周波数オフセット補償部３５３、位相同期部３５４およびデコード部３５５から構成されている。

アナログデジタル変換部３５１は、受信フロントエンド３４からのアナログの電気パラレル信号６６をデジタルの電気パラレル信号（デジタルパラレル信号６９）に変換するものである。このアナログデジタル変換部３５１により変換されたデジタルパラレル信号６９は等化処理部３５２に出力される。

等化処理部３５２は、アナログデジタル変換部３５１からのデジタルパラレル信号６９に対してデジタル信号処理を施し、波長分散、偏波依存損失や偏波モード分散を補償した電気パラレル信号７０に変換するものである。この等化処理部３５２により変換された電気パラレル信号７０は周波数オフセット補償部３５３に出力される。

周波数オフセット補償部３５３は、等化処理部３５２からの電気パラレル信号７０に基づいて、デジタル信号処理により受信光信号６１と局発光５１との周波数オフセットを算出し、この周波数オフセットを補償した電気パラレル信号７１に変換するものである。この周波数オフセット補償部３５３により変換された電気パラレル信号７１は位相同期部３５４に出力される。

位相同期部３５４は、周波数オフセット補償部３５３からの電気パラレル信号７１に基づいて、デジタル信号処理により時間変動する受信光信号６１と局発光５１との間の位相差を除去した電気パラレル信号７２に変換するものである。この位相同期部３５４により変換された電気パラレル信号７２はデコード部３５５に出力される。

デコード部３５５は、位相同期部３５４からの電気パラレル信号７２に基づいて信号の識別判定を行い、電気パラレル信号６７に変換するものである。このデコード部３５５により変換された電気パラレル信号６７は誤り訂正部３６に出力される。

次に、上記のように構成された光送受信装置１の動作について、図３を参照しながら説明する。
光送受信装置１の動作では、図３に示すように、まず、光送信部２の光源２１はＣＷ光５１を発光し、光分岐部２２はこのＣＷ光５１を分岐する（ステップＳＴ１）。この光分岐部２２により分岐された一方のＣＷ光５１は送信光として偏波ビームスプリッタ２３に出力され、他方のＣＷ光５１は局発光として光受信部３の偏波ビームスプリッタ３３に出力される。

次いで、偏波ビームスプリッタ２３は、光分岐部２２からの送信光５１をＸ偏波成分５２およびＹ偏波成分５３に分離する（ステップＳＴ２）。この偏波ビームスプリッタ２３により分離されたＸ偏波成分５２は変調器２５に出力され、Ｙ偏波成分５３は変調器２６に出力される。

また、送信信号生成部２４は、外部からの送信パラレル電子データ５４を高速電気信号５５，５６に変換する（ステップＳＴ３）。この送信信号生成部２４により変換された高速電気信号５５は変調器２５に出力され、高速電気信号５６は変調器２６に出力される。

次いで、変調器２５，２６は、送信信号生成部２４からの高速電気信号５５，５６を用いて、偏波ビームスプリッタ２３からのＸ偏波成分５２およびＹ偏波成分５３をそれぞれ変調して、光変調信号５７，５８に変換する（ステップＳＴ４）。この変調器２５，２６によりそれぞれ変換された光変調信号５７，５８は偏波ビーム合成器２７に出力される。

次いで、偏波ビーム合成器２７は、変調器２５からの光変調信号５７と変調器２６からの光変調信号５８とを合波し、この信号を送信光信号５９として光送受信装置１から送出する（ステップＳＴ５）。

一方、光受信部３の光増幅器３１は、受信した受信光信号６０を増幅する（ステップＳＴ６）。この光増幅器３１により増幅された受信光信号６１は偏波ビームスプリッタ３２に出力される。

次いで、偏波ビームスプリッタ３２は、光増幅器３１からの受信光信号６１をＸ偏波成分６２およびＹ偏波成分６３に分離する（ステップＳＴ７）。この偏波ビームスプリッタ３２により分離されたＸ偏波成分６２およびＹ偏波成分６３は受信フロントエンド３４に出力される。

また、偏波ビームスプリッタ３３は、光送信部２の光分岐部２２からの局発光５１をＸ偏波成分６４およびＹ偏波成分６５に分離する（ステップＳＴ８）。この偏波ビームスプリッタ３３により分離されたＸ偏波成分６４およびＹ偏波成分６５は受信フロントエンド３４に出力される。

次いで、受信フロントエンド３４は、偏波ビームスプリッタ３２，３３からの各偏波成分６２〜６５を電気パラレル信号６６に変換する（ステップＳＴ９）。ここで、受信フロントエンド３４は、受信光信号６１のＸ偏波成分６２および局発光５１のＸ偏波成分６４、また、受信光信号６１のＹ偏波成分６３および局発光５１のＹ偏波成分６５をそれぞれコヒーレント検波し、電気パラレル信号６６に変換する。この受信フロントエンド３４により変換された電気パラレル信号６６はデジタル信号プロセッサ３５に出力される。

次いで、デジタル信号プロセッサ３５は、受信フロントエンド３４からの電気パラレル信号６６に対してデジタル信号処理を施し、分散補償された電気パラレル信号６７に変換する（ステップＳＴ１０）。
ここで、ｉ番目の時間スロットにおける電気パラレル信号６６のＸ偏波成分Ｖ_ｃｘ（ｉ）およびＹ偏波成分Ｖ_ｃｙ（ｉ）は次式（１），（２）として表される。

なお、Ｒは受信フロントエンド３４に備わるフォトダイオードの感度、αは伝送路に依存する偏波依存損失、Ｐ_ｓは受信光信号６１の光強度、Ｐ_ｌｏは光受信部３における局発光５１の光強度、θ_ｓｘ（ｉ），θ_ｓｙ（ｉ）は信号位相、θ_ｎｘ（ｉ），θ_ｎｙ（ｉ）は位相雑音、δは伝送路に依存するＸ、Ｙ偏波間の位相差である。

このデジタル信号プロセッサ３５では、まず、アナログデジタル変換部３５１が、アナログの電気パラレル信号６６をデジタルパラレル信号６９に変換し、等化処理部３５２が、デジタルパラレル信号６９を、波長分散、偏波依存損失や偏波モード分散を補償した電気パラレル信号７０に変換する。
そして、周波数オフセット補償部３５３が、電気パラレル信号７０を、受信光信号６１と局発光５１との周波数オフセットを補償した電気パラレル信号７１に変換する。そして、位相同期部３５４が、電気パラレル信号７１を、時間変動する受信光信号６１と局発光５１との間の位相差を除去した電気パラレル信号７２に変換する。
最後に、デコード部３５５が、この電気パラレル信号７２に基づいて信号を識別判定し、電気パラレル信号６７に変換する。以上のデジタル信号処理により、信号位相θ_sｘ，θ_ｓｙおよび信号雑音θ_nｘ，θ_ｎｙを復号できる。

最後に、誤り訂正部３６は、デジタル信号プロセッサ３５からの電気パラレル信号６７に対して誤り訂正処理を施し、ビットエラーが低減された受信パラレル電気信号６８に変換する（ステップＳＴ１１）。この誤り訂正部３６により変換された受信パラレル電気信号６８は外部に出力される。

以上の方法により、ＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光信号を送受信して、データ通信を行うことができる。ここで、本実施の形態に係る光送受信装置１では、光源２１から出力したＣＷ光５１を、光送信部２の送信光として用いるだけでなく、その余剰を光受信部３の局発光としても用いることを特徴とする。

また、デジタル信号プロセッサ３５を用いない従来のコヒーレント方式では、受信光信号と局発光との間の位相差を除去しきれないため、安定した光伝送を実現することが困難であった。それに対して、デジタルコヒーレント方式では、既に知られている通り、デジタル信号処理により位相差を除去できるため、良好な伝送特性を維持することができる。

図４に、伝送特性Ｑの、受信光信号６１の光強度Ｐ_ｓへの依存性を示す。
図４に示すように、伝送特性には最適な光強度Ｐ_ｓがあり、最適値からずれた場合、伝送特性Ｑが劣化する。また、上式（１），（２）より、電気パラレル信号６６のＸ偏波成分Ｖ_ｃｘ（ｉ）とＹ偏波成分Ｖ_ｃｙ（ｉ）は、受信光信号６１の光強度Ｐ_ｓと局発光５１の光強度Ｐ_ｌｏの積Ｐ_ｓ・Ｐ_ｌｏに依存するため、積Ｐ_ｓ・Ｐ_ｌｏが一定であれば、伝送特性Ｑは同等になる。したがって、受信光信号６１の光強度Ｐ_ｓが低下した場合には、局発光５１の光強度Ｐ_ｌｏを増加する必要がある。

一方、伝送中継器に備わる光増幅器の利得は波長特性を有するため、受信光信号６０の光強度Ｐ_ｉｎは、波長に依存し、例えば、光強度Ｐ_ｉｎは−５〜−２５ｄＢｍまでの範囲を有する。また、波長多重伝送向けに市販される光源の出力光強度は、発熱と太線幅化に起因して、＋６〜＋１６ｄＢｍまでしか出力できないことが一般的である。
図９に示す従来の光送受信装置１００では、上記光強度Ｐ_ｉｎは受信光信号５１０の光強度Ｐ_ｓに一致する。従って、光強度Ｐ_ｉｎが−５ｄＢｍのとき、局発光５１３の光強度Ｐ_ｌｏを＋６〜＋１６ｄＢｍの範囲で調整すれば、最適な伝送特性を実現することができる。しかし、局発光５１３の光強度Ｐ_ｌｏは＋１６ｄＢｍ以上に増加できないため、光強度Ｐ_ｉｎが−２５ｄＢｍのときには、最適な伝送特性が得られない。このように、従来の光送受信装置１００では、受信光信号５１３の光強度Ｐ_ｉｎの全範囲において、最適な伝送特性を実現することは困難である。

次に、図９に示す従来の光送受信装置１００の光受信部３００に、光増幅器３００７のみを追加した構成を図５に示す。この光増幅器３００７により、受信光信号５１９の光強度Ｐ_ｓを受信光信号５１０の光強度Ｐ_ｉｎより高くすることができる。
一方、一般に、光増幅器の利得が低すぎる場合、雑音が増大するため、伝送特性が劣化する。反対に、光増幅器の利得を高くしすぎる場合、光増幅器の出力光が発振するため、伝送特性が劣化する。すなわち、光増幅器の利得には、上限と下限があり、波長多重伝送向けに市販される光増幅器を１０〜２０ｄＢの利得で動作させることが一般的である。
この場合、光信号５１９の光強度Ｐ_ｓの範囲は＋５〜−５ｄＢｍとなる。したがって、光信号５１９の光強度Ｐ_ｓが−５ｄＢｍのとき、光源３００１の光強度Ｐ_ｌｏを＋６〜＋１６ｄＢｍの範囲で調整することにより、最適な伝送特性を得ることができる。しかし、＋６ｄＢｍ以下の局発光５１３の光強度Ｐ_ｌｏが得られないため、光信号５１９の光強度Ｐ_ｓが＋５ｄＢｍのとき、最適な伝送特性が得られない。すなわち、図５に示す光増幅器３００７を備えた光送受信装置１００においても、受信光信号５１０の光強度Ｐ_ｉｎの全範囲において、最適な伝送特性を実現することは困難である。

そこで、本実施の形態における光送受信装置１では、光受信部３に受信光信号６０を増幅する光増幅器３１を設け、さらに、光送信部２に光源２１からのＣＷ光５１を分岐する光分岐部２２を設けて、その分岐光を光送信部２における送信光用と光受信部３における局発光用に供する。一般に、１：１〜１：１００までの分岐比を有する光分岐部は容易に入手することができるため、光源２１の出力光の余剰を用いて、−２６〜＋１６ｄＢｍまでの広い範囲のＣＷ光５１の光強度を得ることができる。

本実施の形態では、受信光信号６１の光強度Ｐ_ｓが０ｄＢｍであり、光源２１の出力光強度Ｐ_ｌｏが＋１１ｄＢｍのときに、伝送特性が最適になるように、１：１〜１：１００までの光分岐部２２の分岐比を選択する。これにより、受信光信号６１の光強度Ｐ_ｓが＋５〜−５ｄＢｍの範囲で分布しても、光源２１の出力光強度Ｐ_ｌｏを＋６〜＋１６ｄＢｍまでの範囲で調整すれば、伝送特性を最適にできる。

以上のように、この実施の形態１によれば、光受信部３に受信光信号６０を増幅する光増幅器３１を設け、光送信部２に光源２１からのＣＷ光５１を分岐する光分岐部２２を設けて、その分岐光を送信光用と局発光用に供するように構成したので、受信光信号６０の光強度Ｐ_ｉｎの広い範囲で、最適な伝送特性を実現できる効果が得られる。

なお、実施の形態１では、デジタルコヒーレント方式の一つであるＤＰ−ＱＰＳＫ方式を例に説明したが、これに限るものではなく、例えば８重位相変調方式や直交位相振幅変調方式などにも同様に適用できる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る光送受信装置１の構成を示す図である。図６に示す実施の形態２に係る光送受信装置１は、図１に示す実施の形態１に係る光送受信装置１の光送信部２に光強度制御部２８を追加し、光受信部３に光分岐部３７および光強度モニタ３８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

光分岐部３７は、光分岐部２２からの局発光５１を分岐するものである。この光分岐部３７により分岐された一方の局発光５１は偏波ビームスプリッタ３３に出力され、他方の局発光５１は光強度モニタ３８に出力される。
なお、偏波ビームスプリッタ３３は、光分岐部３７からの局発光５１をＸ偏波成分６４およびＹ偏波成分６５に分離する。

光強度モニタ３８は、光分岐部３７からの局発光５１の光強度をモニタして、光強度に概略比例した電圧を得るものである。この光強度モニタ３８は、局発光５１の光強度に基づいて光強度に概略比例した電流を出力するフォトダイオードと、この電流に基づいて電流に概略比例した電圧を出力する電流電圧変換回路とを備えている。この光強度モニタ３８により得られた電圧を示す信号は光強度制御部２８に出力される。

光強度制御部２８は、光強度モニタ３８からの電圧を示す信号に基づいて、局発光５１の光強度が一定になるように、光源２１の駆動電流を制御して発光強度を制御するものである。これにより、局発光５１の各偏波成分６４，６５を一定にすることができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、局発光５１の光強度をモニタするように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、光源２１の経年劣化が生じても局発光５１の光強度を一定に維持でき、最適な伝送特性を維持できる効果が得られる。

なお、実施の形態２では、フォトダイオードを用いる場合について示したが、これに限るものではなく、例えばアバランシェフォトダイオードを用いるようにしてもよい。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係る光送受信装置１の構成を示す図である。図７に示す実施の形態３に係る光送受信装置１は、図１に示す実施の形態１に係る光送受信装置１の光送信部２に光強度制御部２８ｂを追加し、光受信部３に電流モニタ３９を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

電流モニタ３９は、受信フロントエンド３４に備わるフォトダイオードのＤＣ電流（フォトダイオード電流）をモニタするものであり、電流に概略比例した電圧を得る電流電圧変換回路を備えている。この電流モニタ３９により得られた電圧を示す信号を光強度制御部２８に出力される。

光強度制御部２８ｂは、電流モニタ３９からの電圧を示す信号に基づいて、当該電圧の直交偏波成分の二乗和が一定になるように、光源２１の駆動電流を制御して発光強度を制御するものである。これにより、局発光５１の各偏波成分６４，６５を一定にすることができる。

ここで、受信フロントエンド３４のフォトダイオード電流のＸ偏波成分Ｉ_ｘおよびＹ偏波成分Ｉ_ｙはそれぞれ式（３），（４）として表される。

そして、電流モニタ３９は、Ｘ偏波成分Ｉ_ｘおよびＹ偏波成分Ｉ_ｙに概略比例した電圧Ｖ_ｘ，Ｖ_ｙを出力する。そして、光強度制御部２８ｂは、この電圧の二乗和が一定になるように、光源２１の駆動電流を制御する。これにより、Ｉ_ｘ ^２＋Ｉ_ｙ ^２を一定に制御することができる。そして、Ｉ_ｘ ^２＋Ｉ_ｙ ^２が一定であれば、Ｐ_ｓ・Ｐ_ｌｏが一定になるので、伝送特性は維持される。従って、初期状態で伝送特性を最適にすれば、光源２１が経年劣化したり、受信光信号６０の光強度が変動しても、最適な伝送特性を維持することができる。

以上のように、この実施の形態３によれば、受信フロントエンド３４のフォトダイオード電流をモニタするように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、受信光信号６１の各偏波成分６２，６３と局発光５１の各偏波成分６４，６５の変動に応じて、局発光５１の光強度を調整でき、最適な伝送特性を維持できる効果が得られる。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る光送受信装置１の構成を示す図である。図８に示す実施の形態４に係る光送受信装置１は、図１に示す実施の形態１に係る光送受信装置１の光送信部２に周波数制御部２９を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

周波数制御部２９は、デジタル信号プロセッサ３５の周波数オフセット補償部３５３により算出された受信光信号６１と局発光５１との周波数オフセットに基づいて、光源２１の発振周波数を制御するものである。

ここで、受信光信号６１の各偏波成分６２，６３と局発光５１の各偏波成分６４，６５との周波数オフセットは、復調した信号位相θ_ｓｘ，θ_ｓｙを回転させるため、デコード処理が困難になり、伝送特性を劣化させる。
一方、図２に示すように、デジタルコヒーレント方式では、周波数オフセット補償部３５３において、デジタル信号処理により、周波数オフセットを補償することができる。しかしながら、受信フロントエンド３４の動作帯域の制限を受けるため、デジタル信号処理だけでは、周波数オフセットの補償精度が低くなる。また、周波数オフセット補償部３５３が算出した周波数オフセットが大きいほど、周波数オフセットの算出精度は悪くなる。

そこで、本実施の形態では、デジタル信号処理による周波数オフセット補償に加えて、周波数制御部２９を用いて、光源２１の発振周波数を制御する。すなわち、デジタル信号プロセッサ３５の周波数オフセット補償部３５３により算出された周波数オフセットが０になるように、光源２１に備わる分布帰還形半導体レーザチップの温度を調整する。これにより、熱光学効果を通じて、発振周波数を制御することができる。
なお、上記では光源２１が布帰還形半導体レーザを用いる場合を例を示したが、これに限るものではなく、そのほかの構造を用いた光源２１に対しても適用可能である。

以上のように、この実施の形態４によれば、周波数オフセットに基づいて光源２１の発振周波数を制御するように構成したので、実施の形態１における効果に加えて、周波数オフセットの補償精度を高くすることができ、伝送特性を向上する効果が得られる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１光送受信装置、２光送信部、３光受信部、２１光源、２２光分岐部、２３偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、２４送信信号生成部、２５，２６変調器、２７偏波ビーム合成器（ＰＢＣ）、２８，２８ｂ光強度制御部、２９周波数制御部、３１光増幅器、３２，３３偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、３４受信フロントエンド（ＦＥ）、３５デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、３６誤り訂正部、３７光分岐部、３８光強度モニタ、３９電流モニタ、３５１アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）、３５２等化処理部、３５３周波数オフセット補償部、３５４位相同期部、３５５デコード部。

Claims

光を発光する光源を有し、当該光を送信光とする光送信部と、局発光を用いて受信光信号をコヒーレント検波する受信フロントエンドおよび前記受信フロントエンドにより検波された信号の分散補償を行うデジタル信号プロセッサを有する光受信部とを備えた光送受信装置において、
前記光送信部は、
前記光源により発光された光を分岐する所定の分岐比の光分岐部を備え、
前記光受信部は、
前記受信光信号を増幅する光増幅器を備え、
前記光受信部は、前記光分岐部により分岐された光を前記局発光とし、前記光増幅器により増幅された受信光信号をコヒーレント検波する
ことを特徴とする光送受信装置。
前記光源により発光された光の強度をモニタする光強度モニタと、
前記光強度モニタによるモニタ結果に基づいて、前記光源の発光強度を制御する光強度制御部とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
前記光強度制御部は、前記光の強度が一定になるように前記光源の発光強度を制御する
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信装置。
前記受信フロントエンドのフォトダイオード電流をモニタする電流モニタと、
前記電流モニタによるモニタ結果に基づいて、前記光源の発光強度を制御する光強度制御部とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信装置。
前記光強度制御部は、前記フォトダイオード電流の直交偏波成分の二乗和が一定になるように前記光源の発光強度を制御する
ことを特徴とする請求項４記載の光送受信装置。
前記デジタル信号プロセッサは、前記受信光信号と前記局発光との周波数オフセットを算出し、
前記デジタル信号プロセッサにより算出された前記周波数オフセットに基づいて、前記光源の発振周波数を制御する周波数制御部を備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の光送受信装置。
前記周波数制御部は、前記周波数オフセットが０になるように前記光源の発振周波数を制御する
ことを特徴とする請求項６記載の光送受信装置。