JP2015008355A

JP2015008355A - 光送信装置及び光受信装置

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Publication number: JP2015008355A
Application number: JP2013132008A
Authority: JP
Inventors: ウエイレンペン; wei-ren Peng; 釣谷　剛宏; Takehiro Tsuritani; 剛宏釣谷
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: JP6116001B2

Abstract

【課題】変調形式としてＱＡＭを使用でき、光ファイバの非線形効果による信号劣化を補償する光通信システムの光送信装置を提供する。【解決手段】光送信装置は、送信すべきデータを、使用する変調形式に応じて第１の複素信号に変換する変換手段と、第１の複素信号と第１の値に基づき第２の複素信号を生成し、第１の複素信号と第２の複素信号を多重して出力する出力手段と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバの非線形効果の影響を抑える光通信システムの光送信装置及び光受信装置に関する。

光通信システムにおいて生じる光ファイバの非線形効果は、シンプルな線形等化器では補償できない。このため、非特許文献１は、光ファイバの非線形効果による信号劣化を補償するための構成を開示している。

Ｘ．Ｌｉｕ，ｅｔａｌ．，"４０６.６−Ｇｂ／ｓＰＤＭ−ＢＰＳＫＳｕｐｅｒｃｈａｎｎｅｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｖｅｒ１２，８００−ｋｍＴＷＲＳＦｉｂｅｒｖｉａＮｏｎｌｉｎｅａｒＮｏｉｓｅＳｑｕｅｅｚａｉｎｇ"，ＯＦＣ'１３，ＰＤＰ５Ｂ１０

特許文献１に記載の方法は、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）にのみ適用でき、直交位相振幅変調（ＱＡＭ）には適用できない。

本発明は、変調形式としてＱＡＭを使用でき、光ファイバの非線形効果による信号劣化を補償する光通信システムの光送信装置及び光受信装置を提供するものである。

本発明の一側面によると、光送信装置は、送信すべきデータを、使用する変調形式に応じて第１の複素信号に変換する変換手段と、前記第１の複素信号と第１の値に基づき第２の複素信号を生成し、前記第１の複素信号と前記第２の複素信号を多重して光信号として出力する出力手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の一側面によると、光受信装置は、データに対応する信号と、前記データに対応する信号の補償のための補償信号を含む光信号を受信して、前記データに対応する電気信号である第１の複素信号と、前記補償信号に対応する電気信号である第２の複素信号を出力する出力手段と、前記第１の複素信号と第１の値に基づき第３の複素信号を生成する生成手段と、前記第２の複素信号と前記第３の複素信号を加算する加算手段と、を備えていることを特徴とする。

光ファイバの非線形効果による信号劣化を補償可能な光通信が可能になる。

一実施形態による光送信装置の概略的な構成図。一実施形態による光通信システムにおいて送受信される信号を示す図。非線形効果を抑圧する方法の説明図。一実施形態による光受信装置の概略的な構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

図１は、本実施形態による光送信装置の概略的な構成図である。変換部１０は、まず、データを、使用する変調形式に合わせた複素信号に変換する。複素信号とは、光変調部１２において同相成分（Ｉ）を変調するための信号と、直交成分（Ｑ）を変調するための信号の２つの信号からなり、同相成分が実数に、直交成分が虚数に対応する。例えば、ＱＡＭを使用し、ビット（０、０）が複素平面における１＋ｊに対応するものとする。この場合、変換部１０は、データが（０、０）であると、このデータを１＋ｊを示す複素信号、つまり、１を示す実数成分の信号と、１を示す虚数成分の信号に変換して補償信号生成多重部１１に出力する。

補償信号生成多重部１１の補償信号生成部１１１は、受信する複素信号から、光受信装置において非線形効果による影響を抑圧するための補償信号を生成して多重部１１２に出力する。なお、補償信号も複素信号である。多重部１１２は、変換部１０から受信するデータに対応する複素信号と、補償信号生成部１１１から受信する補償信号を時分割多重した複素信号を出力する。図２に補償信号生成多重部１１が出力する複素信号を示す。図２において、データと表記された区間は、変換部１１から受信した複素信号そのままの区間、つまり、データに対応する複素信号の区間である。一方、ダミーと表記された区間は、補償信号生成部１１１が生成した複素信号、つまり、補償信号の区間である。なお、補償信号は、本実施形態では、その直前にあるデータと表記された区間の複素信号の補償を行うものとする。言い換えると、ある補償信号は、その直前のデータと表記された区間の複素信号から生成される。なお、補償信号は、その直後にあるデータと表記された区間の複素信号の補償を行うものであっても良い。さらには、補償信号は、その前後のデータと表記された区間以外の区間の補償を行うものであっても良い。また、データと表記された区間に含まれるシンボル数は、１つ以上の任意の値とすることができる。つまり、１シンボル毎に補償信号を挿入することも、連続した複数のシンボル毎に補償信号を挿入することもできる。なお、いずれにしても、補償信号の期間（ダミーと表記された区間）は、データと表記された区間のシンボル数に等しい。

図１に戻り光変調部１２は入力される複素信号により連続光を例えばＱＡＭ変調し、その後、変調された光信号を増幅して光伝送路へと送信する。

続いて、補償信号生成部１１１における補償信号の生成方法と、この補償信号により光受信装置が非線形効果による信号の劣化を補償できることを説明する。まず、図３において、各三角形は光アンプを表しており、その番号を各光アンプの上段に示している。なお、番号０の光アンプは、光送信装置が有する光アンプであり、光受信装置は、番号Ｎの光アンプの出力信号を受信して復調するものとする。また、以下の説明において、非線形効果は、光パワーが強い光アンプの出力端でのみ生じ、光アンプで区切られた各光リンクの色分散のインパルス応答がｈ１であるものとする。また、番号ｋの光アンプが出力する光信号のうち、データに対応する区間、つまり、図２のデータと表記する区間に対応する電界成分をＥｋで表すものとする。

まず、上記前提から、各光アンプが出力するデータに対応する光信号は以下の式で表される。

なお、上記式において、

は畳み込み演算を示し、ａは非線形係数である。

ここで、ｅｊｘ＝１＋ｊｘとの近似を使用し、上記式（１）〜（３）により式（３）を変形すると、以下の式（４）が得られる。

なお、ｈ_Ｎは、全光リンク、つまり光送信装置と光受信装置を接続する光伝送路の色分散のインパルス応答である。なお、本実施形態において、光伝送路の色分散のインパルス応答ｈ_Ｎは、事前の測定により求めて光送信装置及び光受信装置に設定しておく。

光受信装置が受信する式（４）で表されるデータに対応する光信号の電界成分の複素値と、光伝送路の色分散のインパルス応答ｈ_Ｎの共役複素値との畳み込み演算を行うと以下の式（５）が得られる。

ここで、式（５）の右辺の第１項は、光送信装置が送信した光信号の電界成分である。なお、この電界成分は、変調部１２に入力される複素信号の内の、データに対応する区間の複素信号に相当する。また、式（５）の右辺の第２項は非線形効果によるノイズを示している。

続いて、本実施形態の光送信装置の補償信号生成部１１１における処理を説明する。補償信号生成部１１１は、変換部１０からのデータに対応する複素信号が示す複素値の共役複素値と、光伝送路の色分散のインパルス応答の共役複素値との畳み込み演算により補償信号を生成する。したがって、光変調部１２が出力する光信号のうち、補償信号に対応する区間の電界成分Ｄ_０は、以下の式（６）で表される。

上記式（１）〜（４）と同様に、上記式（６）で表される光信号は、光受信装置においては以下の式（７）で表される電界成分を持つ光信号として受信される。

式（５）で示す信号と式（７）で示す信号ＤＮを加算すると、以下の式（８）が得られる。

式（８）の右辺の第１項は、データに対応する複素信号であり、第２項は非線形効果によるノイズである。しかしながら、式（５）と比較し、式（８）では、最初と最後の光リンクで生じる非線形効果によるノイズが残留するのみであり、非線形効果による影響が抑えられていることが分かる。

図４は、本実施形態による光受信装置の概略的な構成図である。光電気変換部２０は、受信する光信号を電気信号に変換して複素信号を補償部２１に出力する。補償部２１の分離部２１１は、入力される複素信号の内、図２ではデータと表記する区間に対応する複素信号を畳み込み部２１２に出力し、図２ではダミーと表記する区間に対応する複素信号、つまり、補償信号に対応する部分を加算部２１３に出力する。畳み込み部２１２は、上記式（５）で示す様に、光伝送路の色分散のインパルス応答ｈ_Ｎの共役複素値と、入力される複素信号が示す複素値との畳み込み演算を行って、結果を加算部２１３に出力する。加算部２１３は、上記式（８）で示す様に、分離部２１１からの補償信号と、畳み込み部２１２からの畳み込み後の複素信号を加算して、結果を復調部２２に出力し、復調部２２は、復調を行う。なお、光受信装置にて行うその他の線形等化処理等は、簡単のため図４から省略している。

以上の構成により、光ファイバの非線形効果による信号劣化を補償可能な光通信が可能になる。

なお、上記実施形態において多重部１１２は、変換部１０から受信するデータに対応する複素信号と、補償信号生成部１１１から受信する補償信号を時分割多重した複素信号を出力していた。しかしながら、データに対応する複素信号と、補償信号の各々が伝送される光リンクの色分散のインパルス応答が略同じであれば、データに対応する複素信号と、補償信号の多重方式としては、空間多重、周波数多重、偏波多重等を使用することができる。なお、本実施形態では、時分割多重を使用しているため電気段で多重を行ったが、多重方式によっては光段で多重が行われる。つまり、図１の補償信号生成多重部１１と、光変調部１２の構成は、多重方式により異なるが、いずれにしても、データに対応する複素信号と、補償信号は、それぞれ、光信号として出力部から出力される。また、図４の光受信装置についても、同様であり、分離は、多重化方式によっては光段にて行われる。しかしながら、いずれにしても、光信号は、データに対応する信号と、データに対応する信号の補償信号を含み、この光信号から、最終的にデータに対応する電気信号である複素信号と、補償信号に対応する電気信号である複素信号が出力部において取り出される。

Claims

送信すべきデータを、使用する変調形式に応じて第１の複素信号に変換する変換手段と、
前記第１の複素信号と第１の値に基づき第２の複素信号を生成し、前記第１の複素信号と前記第２の複素信号を多重して光信号として出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とする光送信装置。
前記出力手段は、前記第１の複素信号が示す複素値の共役複素値と前記第１の値との畳み込み演算により前記第２の複素信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
前記第１の値は、前記光送信装置と前記光送信装置が送信する光信号を受信する光受信装置とを接続する光伝送路の色分散のインパルス応答の共役複素値である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信装置。
データに対応する信号と、前記データに対応する信号の補償のための補償信号を含む光信号を受信して、前記データに対応する電気信号である第１の複素信号と、前記補償信号に対応する電気信号である第２の複素信号を出力する出力手段と、
前記第１の複素信号と第１の値に基づき第３の複素信号を生成する生成手段と、
前記第２の複素信号と前記第３の複素信号を加算する加算手段と、
を備えていることを特徴とする光受信装置。
前記生成手段は、前記第１の複素信号の複素値と前記第１の値との畳み込み演算により前記第３の複素信号を生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の光受信装置。
前記第１の値は、前記光信号を送信する光送信装置と前記光受信装置とを接続する光伝送路の色分散のインパルス応答の共役複素値である、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の光受信装置。