JP2015109576A - Photoreceiver and optical signal receiving method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the deviation of an interference phase of two orthogonal delay detector from an optimal value with one simple detection mechanism and to optimize a phase amount of a delay time and orthogonality of the two delay detector.SOLUTION: In the detection mechanism, a phase amount φ of an inclined axis in a signal point arrangement and a ratio R of an amplitude in a direction of the inclined axis in the signal point arrangement and an amplitude in a direction at 90° to the inclined axis are detected and a simple matrix operation created by using them is applied to a digital signal. Therefore, the digital signal is reproduced in an ideal signal point arrangement in which a phase of at least one delay detector is optimized and orthogonality of two delay detectors is optimized.

Description

本発明は、光受信器および光信号受信方法に係り、特に、光ファイバで伝送される光信号の送受信に適した光受信器および光信号受信方法に関する。 The present invention relates to an optical receiver and an optical signal receiving method, and more particularly to an optical receiver and an optical signal receiving method suitable for transmitting and receiving an optical signal transmitted through an optical fiber.

動画などの大容量コンテンツおよびTwitter、Facebookを含むソーシャルネットワーキングサービスの普及により、インターネットトラフィックは、年々増加している。この結果、光ファイバを介してデータ通信を行う光伝送システムの大容量化が求められている。このような背景のなか、都市間または都市内を結ぶコア・メトロ網のような長距離ネットワークでは、現在1波長で10Gbit/sの情報伝送を行う光伝送システムが広い範囲で運用されている。   Internet traffic is increasing year by year due to the spread of large-capacity content such as videos and social networking services including Twitter and Facebook. As a result, there is a demand for an increase in capacity of an optical transmission system that performs data communication via an optical fiber. In such a background, in a long distance network such as a core / metro network connecting between cities or in cities, an optical transmission system that performs 10 Gbit / s information transmission at one wavelength is currently operated in a wide range.

また、次世代の長距離ネットワーク向けの光変復調方式として、偏波多重QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)デジタルコヒーレント方式が多くの研究機関の関心を集めている。   In addition, as an optical modulation / demodulation method for next-generation long-distance networks, a polarization multiplexed QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) digital coherent method has attracted the interest of many research institutions.

デジタルコヒーレント検波を用いた光受信器について簡単に説明する。コヒーレント光受信器は、光位相の基準として入力光信号と同一波長の局発レーザ光源を用いる。入力光信号と局発レーザ光源から出力された局発光は、2つの光が干渉される光90度ハイブリッドに入力される。光90度ハイブリッドは、入力光信号と局発光とを合成する。光90度ハイブリッドは、局発光と光信号の同相成分からなるI(同相)成分出力光と、局発光と光信号との直交成分からなるQ(直交)成分光を生成する。両者は、それぞれ、バランス型光受信器によって受信され、受信された光信号について、光90度ハイブリッドは、電気信号に変換する。光信号について、それぞれ2つのA/D変換器は、時間サンプリングして、デジタル化された出力信号とする。受信された光信号の光電界をr(n)exp(jθ(n))とし、局発光の光電界を1と仮定する。   An optical receiver using digital coherent detection will be briefly described. The coherent optical receiver uses a local laser light source having the same wavelength as the input optical signal as a reference for the optical phase. The input optical signal and the local light output from the local laser light source are input to an optical 90-degree hybrid in which the two lights interfere. The optical 90-degree hybrid combines an input optical signal and local light. The optical 90-degree hybrid generates I (in-phase) component output light composed of in-phase components of local light and an optical signal, and Q (quadrature) component light composed of quadrature components of the local light and the optical signal. Both are received by the balanced optical receiver, and the received optical signal is converted into an electrical signal by the 90-degree optical hybrid. For the optical signal, each of the two A / D converters performs time sampling to produce a digitized output signal. It is assumed that the optical field of the received optical signal is r (n) exp (jθ (n)), and the local electric field is 1.

図1を参照して、デジタル信号の振幅と位相の定義を説明する。図1に示すIQ平面において、第1象限に信号点がある。信号点とIQ平面の原点との距離r(n)がデジタル信号の振幅である。また、信号点とIQ平面の原点とを結ぶ線分とI軸とが成す角度が位相θ(n)である。さらに、nはサンプル番号である。ここで、jは虚数単位を示している。   The definition of the amplitude and phase of a digital signal will be described with reference to FIG. In the IQ plane shown in FIG. 1, there is a signal point in the first quadrant. The distance r (n) between the signal point and the origin of the IQ plane is the amplitude of the digital signal. The angle formed by the line segment connecting the signal point and the origin of the IQ plane and the I axis is the phase θ (n). Furthermore, n is a sample number. Here, j indicates an imaginary unit.

局発光と信号光は、実際にはランダムな位相雑音や差周波成分を持っている。しかし、受信後に実施されるデジタル信号処理によりそれらは除去できるため無視して説明する。バランス型光受信器は、入力された光信号を局発光とホモダイン検波を行う。バランス型光受信器は、それぞれ局発光を基準とした光信号の光電界の同相成分と直交成分を出力する。したがって、2つのA/D変換器から出力される電気信号は、式1、式2によって表される。   Local light and signal light actually have random phase noise and difference frequency components. However, since they can be removed by digital signal processing performed after reception, they will be ignored. The balanced optical receiver performs local light emission and homodyne detection on the input optical signal. Each of the balanced optical receivers outputs an in-phase component and a quadrature component of an optical electric field of an optical signal based on local light. Therefore, electrical signals output from the two A / D converters are expressed by Equations 1 and 2.

I(n)=r(n)cos(θ(n))…(式1)
Q(n)=r(n)sin(θ(n))…(式2)
このようにコヒーレント光電界受信器は、受信した光信号から光電界r(n)exp(jθ(n))を表す全ての情報(I,Q成分)を得る。また、デジタルコヒーレント光受信器に具備されるデジタル演算回路は、複素電界演算回路であり、データのタイミング抽出後、光信号が伝送中に受ける波長分散のような線形劣化などの逆関数を与えることで、その影響を打ち消す。デジタルコヒーレント光受信器を用いることで受信信号の電界情報を得ることができ、原理的にはどのような複雑な多値信号でも受信可能である。しかし、コヒーレント受信器は、受信器の構成が複雑である。また、信号光源および局発光源として具備するレーザは、高い性能を求められるため高価である。
I (n) = r (n) cos (θ (n)) (Formula 1)
Q (n) = r (n) sin (θ (n)) (Formula 2)
As described above, the coherent optical electric field receiver obtains all information (I and Q components) representing the optical electric field r (n) exp (jθ (n)) from the received optical signal. In addition, the digital arithmetic circuit provided in the digital coherent optical receiver is a complex electric field arithmetic circuit, and provides an inverse function such as linear degradation such as chromatic dispersion that the optical signal undergoes during transmission after data timing extraction. And counteract that effect. By using a digital coherent optical receiver, electric field information of a received signal can be obtained, and in principle, any complex multilevel signal can be received. However, the coherent receiver has a complicated receiver configuration. Further, a laser provided as a signal light source and a local light source is expensive because high performance is required.

コヒーレント検波方式に対し、連続するシンボルの位相差(差動位相)を検出する光遅延検波方式は、局発光を用いない。このため、光遅延検波方式は、デジタル信号処理による周波数推定および高速な位相推定を不要とする。これらの点で、光遅延検波方式は、コヒーレント検波方式に比べて安価かつ簡素である。   In contrast to the coherent detection method, the optical delayed detection method that detects the phase difference (differential phase) of successive symbols does not use local light. For this reason, the optical delay detection method eliminates the need for frequency estimation and high-speed phase estimation by digital signal processing. In these respects, the optical delay detection method is cheaper and simpler than the coherent detection method.

以下、干渉位相が直交する2つの光遅延検波器を用いて光多値情報信号のI相とQ相を復調する受信方式について説明する。直交する光遅延検波器について、説明する。第1の光遅延検波器は、2つの経路の一方の遅延時間Tdが受信する光多値情報信号のシンボル時間Tに等しく、両経路の光位相差が0となるように設定されている。また第2の光遅延検波器は、2つの経路の一方に遅延時間Td=Tを持ち、両経路の光位相差がπ/2となるように設定されている。これらの2つの遅延検波器とバランス型受信器を用いて受信した光信号は、次のように記述できる。受信した光電界信号の光電界をr(t)exp(jθ(t))と記述すると、光遅延検波の原理からdI、dQは、式14、式15によって表すことができる。ここで、tは、時刻である。   Hereinafter, a reception method for demodulating the I-phase and Q-phase of an optical multilevel information signal using two optical delay detectors whose interference phases are orthogonal will be described. The orthogonal optical delay detector will be described. The first optical delay detector is set so that the delay time Td of one of the two paths is equal to the symbol time T of the received optical multilevel information signal, and the optical phase difference between both paths is zero. The second optical delay detector has a delay time Td = T in one of the two paths, and is set so that the optical phase difference between both paths is π / 2. An optical signal received using these two delay detectors and a balanced receiver can be described as follows. If the optical electric field of the received optical electric field signal is described as r (t) exp (jθ (t)), dI and dQ can be expressed by Expressions 14 and 15 from the principle of optical delay detection. Here, t is time.

dI(t)
=r(t)r(t−Td)cos(θ(t)−θ(t−Td))…(式14)
dQ(t)
=r(t)r(t−Td)sin(θ(t)−θ(t−Td))…(式15)
予め連続するシンボルの位相差Δθ=(θ(t)−θ(t−Td))に送信したい情報を重畳することで、情報伝送が可能となる。しかし、遅延検波器の温度依存によって遅延時間Tdが変動してしまうこと、または、直交性がずれてしまうことが要因となり、式14、式15に余計な項が含まれるために復調された位相情報Δθに誤差が発生する。光信号の位相を精度高く検出するためには、遅延検波器の遅延時間および2つの遅延検波器の相対的な位相量を正確に制御する必要がある。
dI (t)
= R (t) r (t−Td) cos (θ (t) −θ (t−Td)) (Formula 14)
dQ (t)
= R (t) r (t−Td) sin (θ (t) −θ (t−Td)) (Equation 15)
Information transmission is possible by superimposing information to be transmitted in advance on the phase difference Δθ = (θ (t) −θ (t−Td)) of consecutive symbols. However, the delay time Td fluctuates due to the temperature dependence of the delay detector, or the orthogonality is deviated, and since the extra terms are included in Equations 14 and 15, the demodulated phase An error occurs in the information Δθ. In order to detect the phase of the optical signal with high accuracy, it is necessary to accurately control the delay time of the delay detector and the relative phase amount of the two delay detectors.

遅延時間Tdの変動は、具体的には第一の遅延検波器における両経路の光位相差がゼロからずれること、第2の遅延検波器における両経路の光位相差がπ/2からずれることでる。それらのずれ量は同量である。直交性のずれは、具体的には第1の遅延検波器における両経路の光位相差と、第2の遅延検波器における両経路の光位相差との相対量がπ/2からずれることである。   Specifically, the delay time Td varies because the optical phase difference between both paths in the first delay detector deviates from zero, and the optical phase difference between both paths in the second delay detector deviates from π / 2. Out. The amount of deviation is the same. Specifically, the orthogonality shift is caused by the relative amount of the optical phase difference between both paths in the first delay detector and the optical phase difference between both paths in the second delay detector deviating from π / 2. is there.

直交する2つの遅延検波器の位相差をπ/2に制御する方式は、非特許文献1に報告されている。非特許文献1の原理は、I相とQ相の相関をとって位相制御機構にフィードバックをするという、無線通信システムで採用されている位相制御法であるコスタスループに類似した構成である。非特許文献1の原理は、I相主信号の一部を取り出し、直交する参照信号と乗算器にて掛け合わせて、それらの相関をとり、その結果得られた誤差情報をもとに相関がゼロとなるように遅延検波器の位相をフィードバック制御する。これによって、位相差は、π/2に最適化される。ここで、参照信号は、直交するQ相信号から識別回路を用いて生成する。   A method for controlling the phase difference between two orthogonal delay detectors to π / 2 is reported in Non-Patent Document 1. The principle of Non-Patent Document 1 is a configuration similar to a Costas loop, which is a phase control method adopted in a wireless communication system, in which a correlation between an I phase and a Q phase is taken and fed back to a phase control mechanism. The principle of Non-Patent Document 1 is that a part of the I-phase main signal is taken out, multiplied by a reference signal orthogonal to the multiplier, and their correlation is taken, and the correlation is based on the error information obtained as a result. The phase of the delay detector is feedback-controlled so that it becomes zero. Thereby, the phase difference is optimized to π / 2. Here, the reference signal is generated from the orthogonal Q-phase signal using an identification circuit.

遅延検波器の遅延時間の位相制御方法として、特許文献1に記載されている技術がある。特許文献1に記載されている技術は、遅延検波器の2つの経路の少なくともどちらか一方に位相調整部を具備し、光信号を受信した後に再生されたビットパターンの誤り率を算出し、その誤り率を最小にするように位相調整部をフィードバック制御することによる位相の最適化を開示する。   As a phase control method of the delay time of the delay detector, there is a technique described in Patent Document 1. The technique described in Patent Document 1 includes a phase adjustment unit in at least one of two paths of a delay detector, calculates an error rate of a bit pattern reproduced after receiving an optical signal, Disclosed is phase optimization by feedback-controlling the phase adjuster so as to minimize the error rate.

特開2012−253400号公報JP 2012-253400 A

Z. Tao, et al., “Dither-free, Accurate, and Robust Phase Offset Monitor and Control Method for Optical DQPSK Demodulator", ECOC2007, 2007年, 3-5-2, pp75-76.Z. Tao, et al., “Dither-free, Accurate, and Robust Phase Offset Monitor and Control Method for Optical DQPSK Demodulator”, ECOC2007, 2007, 3-5-2, pp75-76.

非特許文献1で使用したような識別回路を具備せず、AD変換器で受信信号をデジタル化し、デジタル信号処理において相関検出を行い、その結果を用いて2つの遅延検波器を位相制御することも可能である。しかし、相関を感度高く検出するためには、多くのシンボルデータを用いた平均化処理を必要とし、検出に大幅な時間を要する。   Without receiving an identification circuit as used in Non-Patent Document 1, digitizing a received signal with an AD converter, performing correlation detection in digital signal processing, and controlling the phase of two delay detectors using the result Is also possible. However, in order to detect the correlation with high sensitivity, an averaging process using a large amount of symbol data is required, and a considerable time is required for detection.

本発明は、直交する2つの遅延検波器の干渉位相の最適値からのずれをひとつの簡易な検出機構で検出するとともに、遅延時間の位相量の最適化と2つの遅延検波器の直交性の最適化をヒータをいずに行うことを目的とする。   The present invention detects a deviation from the optimum value of the interference phase of two orthogonal delay detectors with a simple detection mechanism, optimizes the phase amount of the delay time, and determines the orthogonality of the two delay detectors. The objective is to perform optimization without a heater.

上述した課題は、第1の光遅延検波器と、第2の光遅延検波器と、第1のバランス型受信器と、第1のバランス型受信器と、を備える光受信器において、入力された光電界信号について、2分岐して、一方の光電界信号を第1の光遅延検波器に入力して、第1の光遅延検波器から出力された出力光を第1のバランス型受信器で光電変換し、他方の光電界信号を第2の光遅延検波器に入力して、第2の光遅延検波器から出力された出力光を第2のバランス型受信器で光電変換し、光電変換された2対の電気信号から複素光電界を生成し、複素光電界の信号点配置の形状から、第1の光遅延器または第2の光遅延検波器の2経路の干渉位相の差を検出し、第1の光遅延器および第2の光遅延検波器の干渉位相間の位相差を検出する光受信器により、達成できる。   The above-described problem is input to an optical receiver including a first optical delay detector, a second optical delay detector, a first balanced receiver, and a first balanced receiver. The obtained optical electric field signal is branched into two, one optical electric field signal is input to the first optical delay detector, and the output light output from the first optical delay detector is the first balanced receiver. The other optical electric field signal is input to the second optical delay detector, and the output light output from the second optical delay detector is photoelectrically converted by the second balanced receiver. A complex optical electric field is generated from the two pairs of converted electric signals, and the difference in interference phase between the two paths of the first optical delay device or the second optical delay detector is determined from the shape of the signal point arrangement of the complex optical electric field. By an optical receiver that detects and detects a phase difference between interference phases of the first optical delay device and the second optical delay detector It can be achieved.

また、2つの経路の位相差のない第1の光遅延検波器と、2つの経路の位相差がπ/2の第2の光遅延検波器と、第1の光遅延検波器と接続された第1の光強度検出器と、第2の光遅延検波器と接続された第2の光強度検出器と、第1の光強度検出器の出力を第1のデジタル信号に変換する第1のAD変換器と、第2の光強度検出器の出力を第2のデジタル信号に変換する第2のAD変換器と、第1のデジタル信号と第2のデジタル信号とに基づいて光複素電界を生成する直交・回転補正部と、を含んで構成された光受信器であって、直交・回転補正部は、光複素電界に基づいて、第1のデジタル信号と第2のデジタル信号との復素シンボルの回転および直交性のずれ量を検出し、デジタル信号処理を施すことで光複素電界の歪みを補償し、元の光複素電界を再生する光受信器により、達成できる。   In addition, the first optical delay detector without phase difference between the two paths, the second optical delay detector with phase difference between the two paths of π / 2, and the first optical delay detector were connected. A first optical intensity detector; a second optical intensity detector connected to the second optical delay detector; and a first optical signal that converts an output of the first optical intensity detector into a first digital signal. Based on the AD converter, the second AD converter that converts the output of the second light intensity detector into a second digital signal, and the first digital signal and the second digital signal, the optical complex electric field is generated. A quadrature / rotation correction unit that generates the quadrature / rotation correction unit, wherein the quadrature / rotation correction unit converts the first digital signal and the second digital signal based on the optical complex electric field. By detecting the amount of rotation and orthogonality of the elementary symbol, and applying digital signal processing to compensate for distortion of the optical complex electric field, The optical receiver for reproducing an optical complex electric field can be achieved.

さらに、入力された光電界信号について、2分岐するステップと、2分岐した一方の光電界信号を第1の光遅延検波器に入力するステップと、他方の光電界信号を第2の光遅延検波器に入力するステップと、第1の光遅延検波器から出力された出力光を第1のバランス型受信器で光電変換するステップと、第2の光遅延検波器から出力された出力光を第2のバランス型受信器で光電変換するステップと、光電変換された2対の電気信号から複素光電界を生成するステップと、複素光電界の信号点配置の形状から、第1の光遅延器または第2の光遅延検波器の2経路の干渉位相の差を検出するステップと、第1の光遅延器および第2の光遅延検波器の干渉位相間の位相差を検出するステップと、を含む光信号受信方法により、達成できる。   Further, with respect to the inputted optical electric field signal, the step of bifurcating, the step of inputting one of the two branched optical electric field signals to the first optical delay detector, and the other optical electric field signal of the second optical delay detection. Input to the detector, photoelectric conversion of the output light output from the first optical delay detector by the first balanced receiver, and output light output from the second optical delay detector to the first The first optical delay device or the step of photoelectric conversion by two balanced receivers, the step of generating a complex optical electric field from two pairs of photoelectrically converted electric signals, and the shape of the signal point arrangement of the complex optical electric field Detecting a difference in interference phase between the two paths of the second optical delay detector and detecting a phase difference between the interference phases of the first optical delay detector and the second optical delay detector. This can be achieved by the optical signal receiving method.

本発明によると、光電界信号を受信する場合、直交する2つの遅延検波器の干渉位相は、そのうちひとつ遅延検波器の干渉位相はゼロ、もう1つの遅延検波器の干渉位相はπ/2となることを最適状態としているが、それらのずれをひとつの簡易な検出機構において、信号点配置の傾斜軸と、信号点配置の傾斜軸の方向の振幅と、傾斜軸に対して90度の方向の振幅との比率を検出し、それらを用いて簡単な行列演算をデジタル信号に印加することで、遅延時間の位相量の最適化と2つの遅延検波器の直交性の最適化した理想的な信号点配置に再生することができる。   According to the present invention, when receiving an optical electric field signal, the interference phase of two orthogonal delay detectors is one of which the interference phase of the delay detector is zero and the interference phase of the other delay detector is π / 2. In one simple detection mechanism, the deviation of the tilt axis of the signal point arrangement, the amplitude of the direction of the tilt axis of the signal point arrangement, and the direction of 90 degrees with respect to the tilt axis By detecting the ratio to the amplitude of the signal and applying a simple matrix operation to the digital signal using them, the phase amount of the delay time and the orthogonality of the two delay detectors are optimized. Can be reproduced in signal point arrangement.

デジタル信号の振幅と位相の定義である。Definition of the amplitude and phase of a digital signal. 位相予積算型光多値送受信器システムを説明するブロック図である。It is a block diagram explaining a phase preintegration type optical multilevel transceiver system. 複素信号点配置を説明する図である。It is a figure explaining complex signal point arrangement | positioning. ずれまたは回転が発生したときの複素信号点配置を説明する図である。It is a figure explaining complex signal point arrangement | positioning when a shift | offset | difference or rotation generate | occur | produced. ずれ、および回転が発生したときの複素信号点配置を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement | positioning of a complex signal point when a shift | offset | difference and rotation generate | occur | produce. 直接検波光多値受信器を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining a direct detection light multilevel receiver. 直交・回転補正部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an orthogonality / rotation correction part. 16QAM複素信号点配置を説明する図である。It is a figure explaining 16QAM complex signal point arrangement | positioning. 傾斜検出部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of an inclination detection part. 傾斜検出部のポイントA、B、Cにおける光電界を説明する図である。It is a figure explaining the optical electric field in point A, B, C of an inclination detection part. 16QAM信号点群が織り成すひし形の比率の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the ratio of the rhombus which a 16QAM signal point group weaves. 光電界のシミュレーション結果である。It is a simulation result of an optical electric field. 直交座標変換回路における光電界のシミュレーション結果である。It is a simulation result of the optical electric field in an orthogonal coordinate transformation circuit. 他の直接検波光多値受信器を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the other direct detection light multilevel receiver. 他の直交・回転補正部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of another orthogonal / rotation correction unit.

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings using examples.

図2を参照して、送信側にて位相予積算を実施して光多値信号を生成し、その光多値信号について、受信側で遅延検波方式と直接検波方式を組み合わせて受信する位相予積算型光多値送受信器システムについて説明する。図2の光電界受信器は、局発光を用いず、光遅延検波を用いて光位相を検出できる。このため、光電界受信器は、簡素かつ安価に実現することができる。さらに、位相予積算を用いているため、光電界受信器は、遅延検波後の差動位相が光電界の位相に復元できる。このため、送受信器は、受信後のデジタル信号処理による波長分散補償ができる。   Referring to FIG. 2, phase pre-integration is performed on the transmission side to generate an optical multilevel signal, and the optical multilevel signal is received by combining the delay detection method and the direct detection method on the reception side. An integrated optical multilevel transceiver system will be described. The optical electric field receiver of FIG. 2 can detect the optical phase by using optical delayed detection without using local light. For this reason, the optical electric field receiver can be realized simply and inexpensively. Furthermore, since the phase pre-integration is used, the optical electric field receiver can restore the differential phase after delay detection to the phase of the optical electric field. For this reason, the transceiver can perform chromatic dispersion compensation by digital signal processing after reception.

以降では、まず図2を参照して、遅延検波器の干渉位相が最適値の場合の光送受信器システムの構成を説明する。次に、図3を参照して、この送受信器を用いて16QAM信号を生成および受信した場合の複素信号点配置(コンスタレーション)を説明する。   In the following, the configuration of the optical transceiver system when the interference phase of the delay detector is the optimum value will be described with reference to FIG. Next, a complex signal point arrangement (constellation) when a 16QAM signal is generated and received using this transceiver will be described with reference to FIG.

図2において、位相予積算型光多値送受信器システムは、位相予積算型光電界送信器201と、光伝送路212と、光電界受信器213とから構成されている。位相予積算型光電界送信器201は、レーザ光源202と、光電界変調機203と、複素多値信号生成回路204と、位相予積算部205と、サンプリング速度変換回路206と、予等化回路207と、DA変換器208と、駆動回路210と、を含んでいる。光電界受信器213は、遅延検波器214と、遅延検波器215と、光強度検出部216と、BPD217と、AD変換器218と、サンプリング速度変換回路221と、逆正接演算回路222と、平方根回路223と、直交座標変換回路224と、を含んで構成されている。   In FIG. 2, the phase preintegration type optical multilevel transceiver system includes a phase preintegration type optical electric field transmitter 201, an optical transmission line 212, and an optical electric field receiver 213. The phase pre-integration type optical electric field transmitter 201 includes a laser light source 202, an optical electric field modulator 203, a complex multilevel signal generation circuit 204, a phase pre-integration unit 205, a sampling rate conversion circuit 206, and a pre-equalization circuit. 207, a DA converter 208, and a drive circuit 210 are included. The optical electric field receiver 213 includes a delay detector 214, a delay detector 215, a light intensity detector 216, a BPD 217, an AD converter 218, a sampling rate conversion circuit 221, an arctangent calculation circuit 222, and a square root. A circuit 223 and an orthogonal coordinate conversion circuit 224 are included.

位相予積算型光電界送信器201の内部において、レーザ光源202から出力される無変調のレーザ光について、光電界変調器203は、所用の電界変調を施した光電界信号に変調して、光伝送路212に出力する。   In the phase pre-integration type optical electric field transmitter 201, the unmodulated laser light output from the laser light source 202 is modulated by the optical electric field modulator 203 into an optical electric field signal subjected to a desired electric field modulation, The data is output to the transmission line 212.

伝送すべき情報信号について、並列の2値高速デジタル電気信号列として、複素多値信号生成回路204は、デジタル情報入力端子に入力を受け付ける。入力された信号について、複素多値信号生成回路204は、複素多値情報信号に変換する。変換された信号は、2次元のIQ平面上で(i,q)と表現されるデジタル電気多値信号であり、時間間隔T(=シンボル時間)ごとにその実部iと虚部qが出力される。変換された信号について、位相予積算部205は、入力を受け付ける。位相予積算部205は、入力された信号の位相成分のみを時間間隔Tでデジタル的に積算し、位相予積算複素多値情報信号に変換する。複素多値情報信号(i,q)が入力されると、位相予積算部205は、複素平面上で極座標(r,θ)に変換する。極座標(r,θ)は、式3のように表すことができる。図3(a)にこのときの16QAM光電界の信号点配置を示す。   For the information signal to be transmitted, the complex multi-level signal generation circuit 204 receives an input to the digital information input terminal as a parallel binary high-speed digital electric signal sequence. The complex multi-level signal generation circuit 204 converts the input signal into a complex multi-level information signal. The converted signal is a digital electrical multilevel signal expressed as (i, q) on a two-dimensional IQ plane, and its real part i and imaginary part q are output at every time interval T (= symbol time). The For the converted signal, the phase pre-integration unit 205 receives an input. The phase preintegration unit 205 digitally integrates only the phase components of the input signal at a time interval T, and converts it into a phase preintegration complex multilevel information signal. When the complex multilevel information signal (i, q) is input, the phase preintegration unit 205 converts it into polar coordinates (r, θ) on the complex plane. The polar coordinates (r, θ) can be expressed as Equation 3. FIG. 3A shows the signal point arrangement of the 16QAM optical electric field at this time.

Ei(n)=i(n)+jq(n)
=r(n)exp(jθ(n))…(式3)
このとき出力すべき位相予積算信号は、極座標を用いると式4によって表すことができる。
Ei (n) = i (n) + jq (n)
= R (n) exp (jθ (n)) (Formula 3)
The phase preintegration signal to be output at this time can be expressed by Equation 4 using polar coordinates.

Eo(n)=i'(n)+jq'(n)
=r(n)exp(jφ(n))
=r(n)exp(jΣθ(n))…(式4)
このときφ(n)は、出力信号の位相角であり、Σθ(n)は過去の位相角θ(1)〜θ(n)を累積加算した値である。その出力信号は、再び直交座標系に変換された後に、位相予積算複素多値情報信号として出力される。図3(b)にこのときの16QAM光電界の信号点配置を示す。この位相予積算複素多値情報信号は、サンプリング速度変換回路206−1、206−2に入力されて、サンプリング速度が2サンプル/シンボル以上となるようにサンプリング点を補完している。これによりナイキスト定理を満たし、完全な電界等化処理が可能となる。その後、位相予積算複素多値情報信号には、予等化回路207によって光伝送路212で生じる劣化の逆関数が印加され、その後、実部i''、虚部q''に分離され、分離された信号について、それぞれ2つのDA変換器208,DA変換器209は、高速アナログ信号に変換する。これらの2つのアナログ信号について、駆動回路210、駆動回路211が増幅した後に光電界変調器203のI,Qの2つの変調端子に入力される。これによって予等化位相積算信号(i'',q'')を、光電界の同相成分Iと直交成分Qに持つ光電界信号が生成される。なお、光電界信号の光電界は、(i''(n)+jq''(n))expjω(n)である。ここで、ω(n)は、レーザ光源の光角周波数である。すなわち、光電界信号は、光周波数成分を取り除いた等価低域近似で(i''(n),q''(n))と等しい。
Eo (n) = i ′ (n) + jq ′ (n)
= R (n) exp (jφ (n))
= R (n) exp (jΣθ (n)) (Formula 4)
At this time, φ (n) is the phase angle of the output signal, and Σθ (n) is a value obtained by cumulatively adding past phase angles θ (1) to θ (n). The output signal is again converted into the orthogonal coordinate system, and then output as a phase preintegrated complex multilevel information signal. FIG. 3B shows the signal point arrangement of the 16QAM optical electric field at this time. This phase pre-integrated complex multilevel information signal is input to sampling rate conversion circuits 206-1 and 206-2, and the sampling points are complemented so that the sampling rate is 2 samples / symbol or more. Thus, the Nyquist theorem is satisfied and complete electric field equalization processing is possible. Thereafter, an inverse function of deterioration generated in the optical transmission line 212 by the pre-equalization circuit 207 is applied to the phase pre-integrated complex multi-level information signal, and then separated into a real part i ″ and an imaginary part q ″. The two DA converters 208 and 209 convert the separated signals into high-speed analog signals, respectively. These two analog signals are amplified by the drive circuit 210 and the drive circuit 211 and then input to the two modulation terminals I and Q of the optical electric field modulator 203. As a result, an optical electric field signal having the pre-equalized phase integration signal (i ″, q ″) in the in-phase component I and the quadrature component Q of the optical electric field is generated. The optical electric field of the optical electric field signal is (i ″ (n) + jq ″ (n)) expjω (n). Here, ω (n) is the optical angular frequency of the laser light source. That is, the optical electric field signal is equivalent to (i ″ (n), q ″ (n)) by an equivalent low-frequency approximation with the optical frequency component removed.

光電界信号は、光ファイバ伝送路212を伝送される。光ファイバ伝送路212は、光信号に波長分散による伝送劣化を与える。非コヒーレント光電界受信器213は、受信光電界信号を受信する。   The optical electric field signal is transmitted through the optical fiber transmission line 212. The optical fiber transmission line 212 gives transmission degradation due to chromatic dispersion to an optical signal. The non-coherent optical electric field receiver 213 receives the received optical electric field signal.

光ファイバ伝送路212における伝送劣化は、予等化回路207で予め印加した逆関数と相互に打ち消される。このため、受信信号の光電界は、位相予積算複素多値情報信号と等しい。なお、予め印加した逆関数と伝送路劣化の伝達関数とが完全に打ち消し合わない場合でも、受信側にて再度印加される伝達関数で完全に打ち消すことが可能である。   The transmission deterioration in the optical fiber transmission line 212 is mutually canceled with the inverse function applied in advance by the pre-equalization circuit 207. For this reason, the optical electric field of the received signal is equal to the phase preintegrated complex multilevel information signal. Even when the inverse function applied in advance and the transfer function of the transmission path deterioration do not completely cancel each other, it is possible to completely cancel with the transfer function applied again on the receiving side.

光電界受信器213は、受信光電界信号を分岐し、2つの光遅延検波器214、215および光強度検出器216に入力する。第1の光遅延検波器214は、2つの経路の一方の遅延時間Tdが受信する光多値情報信号のシンボル時間Tにおおよそ等しく、また、両経路の光位相差が0となるように設定されている。第2の光遅延検波器215は、2つの経路の一方に遅延時間Td=Tを持ち、両経路の光位相差がπ/2となるように設定されている。遅延検波器214、215は、出力光を、バランス型光検出器216、217に出力する。バランス型光検出器216、217は、出力光を電気信号に変換する。変換された電気信号について、AD変換器218は、デジタル信号に変換する。サンプリング速度変換回路221−1、221−2は、1サンプル/シンボルに変換し、dI(n)、dQ(n)となる。   The optical electric field receiver 213 branches the received optical electric field signal and inputs it to the two optical delay detectors 214 and 215 and the optical intensity detector 216. The first optical delay detector 214 is set so that the delay time Td of one of the two paths is approximately equal to the symbol time T of the received optical multilevel information signal, and the optical phase difference between both paths is zero. Has been. The second optical delay detector 215 has a delay time Td = T in one of the two paths, and is set so that the optical phase difference between both paths is π / 2. The delay detectors 214 and 215 output the output light to the balanced photodetectors 216 and 217. The balanced photodetectors 216 and 217 convert the output light into an electrical signal. The AD converter 218 converts the converted electrical signal into a digital signal. The sampling rate conversion circuits 221-1 and 221-2 convert to 1 sample / symbol, and become dI (n) and dQ (n).

光強度検出器216から出力される電気信号について、AD変換器220およびサンプリング速度変換回路221−3は、デジタル信号P(n)に変換する。デジタル信号dI(n)、dQ(n)について、逆正接演算回路222は、dI(n)をX成分、dQ(n)をY成分として2引数の逆タンジェント演算を行い、デジタル信号dI(n)、dQ(n)の位相角を算出する。受信した光電界信号の光電界をr(n)exp(jθ(n))と記述すると、dI、dQは式(5)(6)によって表すことができる。   The AD converter 220 and the sampling rate conversion circuit 221-3 convert the electrical signal output from the light intensity detector 216 into a digital signal P (n). For the digital signals dI (n) and dQ (n), the arc tangent calculation circuit 222 performs an inverse tangent operation of two arguments using dI (n) as an X component and dQ (n) as a Y component, and the digital signal dI (n ), And the phase angle of dQ (n) is calculated. If the optical electric field of the received optical electric field signal is described as r (n) exp (jθ (n)), dI and dQ can be expressed by equations (5) and (6).

dI(n)=r(n)r(n−1)cos(Δφ(n))…(式5)
dQ(n)=r(n)r(n−1)sin(Δφ(n))…(式6)
ここでΔφ(n)は、受信したn番目の光電界シンボルの、直前のシンボルからの位相差(φ(n)−φ(n−1))である。di、dQは、それぞれΔφ(n)の正弦成分および余弦成分であるため、逆正接演算回路222は、4象限の逆正接演算を行って、Δφ(n)を算出する。なお、ここでは、送信側で位相予積算を行っているため、受信光電界信号の位相角は、式7のように表すことができる。
dI (n) = r (n) r (n−1) cos (Δφ (n)) (Formula 5)
dQ (n) = r (n) r (n-1) sin (Δφ (n)) (Expression 6)
Here, Δφ (n) is a phase difference (φ (n) −φ (n−1)) of the received n-th optical electric field symbol from the immediately preceding symbol. Since di and dQ are the sine component and cosine component of Δφ (n), respectively, the arc tangent calculation circuit 222 performs an arc tangent calculation in four quadrants to calculate Δφ (n). Here, since the phase pre-integration is performed on the transmission side, the phase angle of the received optical electric field signal can be expressed as in Expression 7.

φ(n)=Σθ(n)…(式7)
逆正接演算回路222の出力信号は、式8によって表すことができる。式8において、元の複素多値情報信号の位相成分θ(n)を抽出することができる。図3(c)にこのときの16QAM光電界の信号点配置を示す。
φ (n) = Σθ (n) (Expression 7)
The output signal of the arctangent calculation circuit 222 can be expressed by Equation 8. In Equation 8, the phase component θ (n) of the original complex multilevel information signal can be extracted. FIG. 3C shows the signal point arrangement of the 16QAM optical electric field at this time.

Δφ(n)=Σθ(n)−Σθ(n−1)
=θ(n) …(式8)
光強度検出部216の出力信号P(n)について、平方根回路223は、式9で表される電界振幅を出力として得る。
Δφ (n) = Σθ (n) −Σθ (n−1)
= Θ (n) (Formula 8)
For the output signal P (n) of the light intensity detector 216, the square root circuit 223 obtains the electric field amplitude expressed by Equation 9 as an output.

r(n)=sqrt(P(n))…(式9)
得られた振幅成分r(n)と位相成分θ(n)とに基づいて、直交座標変換回路224は、再生複素情報出力端子から式10で表される元のデジタル電気多値信号を再生する。図3(d)にこのときの16QAM光電界の信号点配置を示す。
r (n) = sqrt (P (n)) (Formula 9)
Based on the obtained amplitude component r (n) and phase component θ (n), the orthogonal coordinate transformation circuit 224 reproduces the original digital electric multilevel signal represented by Expression 10 from the reproduction complex information output terminal. . FIG. 3D shows the signal point arrangement of the 16QAM optical electric field at this time.

(i,q)=r(n)exp(jθ(n))…(式10)
図3を参照して、複素信号配置を説明する。図3において、図3(a)は、位相予積算前16QAM複素信号点配置である。図3(b)は、位相予積算後16QAM複素信号点配置である。図3(c)は、遅延検波後の16QAM複素信号点配置である。図3(d)は、直交座標変換回路後の16QAM複素信号点配置である。
(I, q) = r (n) exp (jθ (n)) (Equation 10)
The complex signal arrangement will be described with reference to FIG. In FIG. 3, FIG. 3 (a) shows a 16QAM complex signal point arrangement before phase pre-integration. FIG. 3B shows a 16QAM complex signal point arrangement after phase pre-integration. FIG. 3C shows a 16QAM complex signal point arrangement after delay detection. FIG. 3D shows a 16QAM complex signal point arrangement after the orthogonal coordinate conversion circuit.

位相予積算送受信器において、使用される2つの遅延検波器に下記”1””2”のようなずれが発生した場合について説明する。
”1”:第1の遅延検波器における両経路の光位相差がゼロからずれること、第2の遅延検波器における両経路の光位相差がπ/2からずれることで、さらにそれらのずれ量は符号を含めて同量δである場合
”2”:第1の遅延検波器における両経路の光位相差と、第2の遅延検波器における両経路の光位相差との相対量がπ/2から(π/2+2α)にずれた場合
もしそれぞれ独立に発生した場合、式5、式6に示したdI,dQは、式11、式12に示すように行列演算で変換されdI',dQ'になる。
In the phase pre-accumulation transmitter / receiver, a case where a shift such as the following “1” and “2” occurs in the two delay detectors used will be described.
“1”: the optical phase difference between the two paths in the first delay detector deviates from zero, and the optical phase difference between both paths in the second delay detector deviates from π / 2. Is the same amount δ including the sign “2”: The relative amount of the optical phase difference between both paths in the first delay detector and the optical phase difference between both paths in the second delay detector is π / When deviating from 2 to (π / 2 + 2α) If they occur independently, dI and dQ shown in Equations 5 and 6 are converted by matrix operation as shown in Equations 11 and 12, and dI ′ and dQ 'become.

Figure 2015109576

このとき図3(c)に示した遅延検波後の16QAM複素信号点配置は、”1”の場合は図4(a)に、”2”の場合は図4(b)(理想的な信号点配置が正方形の形状をなしている場合、ひし形のように、また円形の場合は楕円のように)になる。また、”1””2”が一度に起きた場合は図5(a)のようになり、その信号点配置から算出できる位相角と強度検出部で検出された光振幅を用いて複素光電界を再生すると図5(b)のようになる。図5(b)は、全体が回転していることと、第1象限と第3象限の位相方向の間隔が狭く、第2象限と第4象限の位相方向の間隔が広いことが特徴である。このように遅延検波器に”1””2”のような事象が起きた場合、元の光電界(i、q)を再生できない。
Figure 2015109576

At this time, the 16QAM complex signal point arrangement after delayed detection shown in FIG. 3C is “1” in FIG. 4A, and in “2” in FIG. 4B (ideal signal). If the point arrangement has a square shape, it will be like a diamond, and if it is circular, it will be an ellipse). Further, when “1” and “2” occur at the same time, as shown in FIG. 5A, the complex optical electric field is obtained using the phase angle that can be calculated from the signal point arrangement and the light amplitude detected by the intensity detector. Is reproduced as shown in FIG. FIG. 5 (b) is characterized in that the whole is rotating, the interval in the phase direction between the first quadrant and the third quadrant is narrow, and the interval in the phase direction between the second quadrant and the fourth quadrant is wide. . Thus, when an event such as “1” or “2” occurs in the delay detector, the original optical electric field (i, q) cannot be reproduced.

図4および図5を参照して、複素信号配置を説明する。図4において、図4(a)は、遅延検波器後の16QAM複素信号点配置である(ただし、”1”のばあい)。図4(b)は、位相予積算後16QAM複素信号点配置である(ただし、”2”のばあい)。図5(a)は、遅延検波器後の16QAM複素信号点配置である(ただし、”1”かつ”2”のばあい)。図5(b)は、直交座標変換回路後の16QAM複素信号点配置である(ただし、”1”かつ”2”のばあい)。   The complex signal arrangement will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In FIG. 4, FIG. 4 (a) shows a 16QAM complex signal point arrangement after the delay detector (in the case of “1”). FIG. 4B shows a 16QAM complex signal point arrangement after phase pre-integration (in the case of “2”). FIG. 5A shows a 16QAM complex signal point arrangement after the delay detector (in the case of “1” and “2”). FIG. 5B shows a 16QAM complex signal point arrangement after the orthogonal coordinate conversion circuit (in the case of “1” and “2”).

この現象に対して、実施例1は、次に示すような方法で遅延検波器の位相ずれおよび直交性のずれを検出および補正を行う。   In response to this phenomenon, the first embodiment detects and corrects the phase shift and the orthogonal shift of the delay detector by the following method.

図6を参照して、光電界受信器の構成を説明する。図6において、光電界受信器600は、遅延検波器602と、遅延検波器603と、光強度検出器604と、AD変換器608と、サンプリング速度変換回路609と、振幅正規化回路610と、逆正接演算回路612と、平方根回路613と、直交座標変換回路614と、直交・回転補正部620と、を含んで構成されている。   The configuration of the optical electric field receiver will be described with reference to FIG. In FIG. 6, an optical electric field receiver 600 includes a delay detector 602, a delay detector 603, a light intensity detector 604, an AD converter 608, a sampling rate conversion circuit 609, an amplitude normalization circuit 610, An arctangent calculation circuit 612, a square root circuit 613, an orthogonal coordinate conversion circuit 614, and an orthogonal / rotation correction unit 620 are configured.

伝送路を伝搬された光電界信号について、光電界受信器600は、2回の分岐で2つの光遅延検波器602、603および光強度検出器604に出力する。遅延検波器602、603から出力光について、それぞれバランス型光検出器606、607は、電気信号に変換する。その後、変換された電気信号について、AD変換器608−1、608−2は、デジタル信号に変換する。サンプリング速度変換回路609−1、609−2は、デジタル信号を1サンプル/シンボルに変換する。サンプリング速度変換回路609−1、609−2の出力は、dI(n)、dQ(n)である。dI(n)、dQ(n)について、振幅正規化回路610は、それぞれの振幅が同値(具体的には256)になるように正規化する。これは、バランス型受信器内のトランスインピーダンスアンプが自動利得制御されている場合、I側、Q側の利得が異なってしまい、dI(n)、dQ(n)の振幅に差が出てしまうことを補正するためである。正規化は、また16QAMのような正方形の信号点配置の場合は振幅を1/√2倍する。これは、デジタル信号を処理するにあたって、信号がデジタル化(量子化ビット8の場合は振幅を256の値域で表現)されているため、この後に実施する位相回転の補正時に256の最大振幅からあふれないように予め振幅を減じる必要があるからである。   The optical electric field receiver 600 outputs the optical electric field signal propagated through the transmission line to the two optical delay detectors 602 and 603 and the optical intensity detector 604 in two branches. The balanced photodetectors 606 and 607 convert the output light from the delay detectors 602 and 603 into electric signals, respectively. Thereafter, the AD converters 608-1 and 608-2 convert the converted electrical signals into digital signals. Sampling rate conversion circuits 609-1 and 609-2 convert the digital signal into one sample / symbol. The outputs of the sampling rate conversion circuits 609-1 and 609-2 are dI (n) and dQ (n). For dI (n) and dQ (n), the amplitude normalization circuit 610 normalizes the respective amplitudes so as to have the same value (specifically, 256). This is because when the transimpedance amplifier in the balanced receiver is automatically gain-controlled, the gains on the I side and the Q side are different, and the amplitudes of dI (n) and dQ (n) are different. This is to correct this. Normalization also increases the amplitude by 1 / √2 in the case of a square signal point arrangement such as 16QAM. This is because when the digital signal is processed, the signal is digitized (in the case of quantization bit 8, the amplitude is expressed in the range of 256). This is because it is necessary to reduce the amplitude in advance so as not to occur.

正規化回路610から出力されたdI(n)、dQ(n)について、直交・回転補正部620は、図5(a)のように歪んだ信号点配置から位相ずれ量を検出して、補正を行い、dI'(n)、dQ'(n)を出力する。この直交・回転補正部620は、入力されたdI(n)、dQ(n)が生成する複素光電界から遅延検波器の位相ずれ量および直交性のずれ量の検出を実施する。直交・回転補正部620は、さらに複素光電界に以下で説明するデジタル信号処理(行列演算)を施すことで光電界の歪みを補償し、元の光電界を再生する。直交・回転補正部620によって、遅延検波器は、ヒータによる位相調整用回路を不要とすることができる。   For dI (n) and dQ (n) output from the normalization circuit 610, the orthogonal / rotation correction unit 620 detects the phase shift amount from the distorted signal point arrangement as shown in FIG. And dI ′ (n) and dQ ′ (n) are output. The quadrature / rotation correction unit 620 detects the phase shift amount and the orthogonal shift amount of the delay detector from the complex optical electric field generated by the input dI (n) and dQ (n). The orthogonal / rotation correction unit 620 further performs digital signal processing (matrix operation) described below on the complex optical electric field to compensate for the distortion of the optical electric field and regenerate the original optical electric field. By using the orthogonal / rotation correction unit 620, the delay detector can eliminate the need for a phase adjustment circuit using a heater.

図7を参照して、直交・回転補正部620の構成を説明する。図7において、直交・回転補正部620は、dI−dQ複素光電界生成部621と、傾斜回転演算部622と、直交性補正演算部623と、固定量回転演算部624と、傾斜検出部625と、直交性ずれ検出部626と、を含んで構成されている。直交性ずれ検出部626は、傾斜回転部6261と、直交性ずれ算出部6262と、を含んで構成されている。   The configuration of the orthogonal / rotation correction unit 620 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the orthogonal / rotation correction unit 620 includes a dI-dQ complex optical electric field generation unit 621, an inclination rotation calculation unit 622, an orthogonality correction calculation unit 623, a fixed amount rotation calculation unit 624, and an inclination detection unit 625. And an orthogonality deviation detection unit 626. The orthogonality deviation detection unit 626 includes an inclination rotation unit 6261 and an orthogonality deviation calculation unit 6262.

dI−dQ複素光電界生成部621は、dI、dQが入力されると、dI(n)+jdQ(n)の演算により図8(a)(16QAMの場合)に示すような複素光電界を生成する。遅延検波器に位相ずれまたは直交性のずれが発生していない場合、図8(a)に示す複素光電界の傾斜軸(矢印にて図示)は、I軸から45度反時計まわりに位相回転した方向を示す。そこで傾斜検出部625は、光電界が歪んだ場合の傾斜軸の方向を検出する。   When dI and dQ are inputted, the dI-dQ complex optical field generator 621 generates a complex optical field as shown in FIG. 8A (in the case of 16QAM) by calculating dI (n) + jdQ (n). To do. When there is no phase shift or orthogonal shift in the delay detector, the tilt axis of the complex optical electric field shown in FIG. 8A (shown by an arrow) is rotated 45 degrees counterclockwise from the I axis. Indicates the direction. Therefore, the tilt detector 625 detects the direction of the tilt axis when the optical electric field is distorted.

傾斜検出部625において傾斜軸は、具体的にはコヒーレント検波方式において使用される位相推定技術を遅延検波方式に転用することで検出可能である。   Specifically, the tilt detection unit 625 can detect the tilt axis by diverting the phase estimation technique used in the coherent detection method to the delay detection method.

図8を参照して、16QAM複素信号点配置を説明する。図8において、図8(a)は、dI−dQ複素光電界生成部621の出力の16QAM複素信号点配置である。図8(b)は、傾斜回転部6261の出力の16QAM複素信号点配置である。図8(c)は、直交性補正演算部623の出力の16QAM複素信号点配置である。図8(d)は、固定量回転演算部624の出力の16QAM複素信号点配置である。   The 16QAM complex signal point arrangement will be described with reference to FIG. 8A is a 16QAM complex signal point arrangement of the output of the dI-dQ complex optical electric field generation unit 621. FIG. FIG. 8B shows the 16QAM complex signal point arrangement of the output of the tilt rotation unit 6261. FIG. 8C shows the 16QAM complex signal point arrangement of the output of the orthogonality correction calculation unit 623. FIG. 8D shows the 16QAM complex signal point arrangement of the output of the fixed amount rotation calculation unit 624.

図9を参照して、傾斜検出部の構成を説明する。図9において、傾斜検出部625は、振幅最大信号点抽出部901と、復素光電界m乗部902と、平均化部903と、m倍偏角算出部904と、偏角算出部905と、を含んで構成されている。   With reference to FIG. 9, the configuration of the tilt detection unit will be described. In FIG. 9, the inclination detection unit 625 includes a maximum amplitude signal point extraction unit 901, a restored optical electric field m-th power unit 902, an averaging unit 903, an m-fold declination calculation unit 904, and a declination calculation unit 905. , Including.

傾斜検出部625において、16QAMのdI−dQ光電界が入力されると、振幅最大信号点抽出部901は、4隅(理想な光電界における位相角としては45度、135度、225度、315度に相当し、振幅最大となる)の信号点に絞る(図10(a))。最大信号点抽出部901は、16QAM光電界の信号点配置が多いため、直接検波光多値受信器内に具備される光強度検出部から出力された光電界の振幅情報P(n)をもとに4隅の信号点に絞る。   When the 16QAM dI-dQ optical electric field is input to the tilt detection unit 625, the maximum amplitude signal point extraction unit 901 has four corners (45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, 315 as phase angles in an ideal optical electric field). It is narrowed down to signal points corresponding to degrees (maximum amplitude) (FIG. 10A). Since the maximum signal point extraction unit 901 has many signal point arrangements of the 16QAM optical electric field, the maximum signal point extraction unit 901 also has the amplitude information P (n) of the optical electric field output from the light intensity detection unit provided in the direct detection optical multilevel receiver. Then, focus on the signal points at the four corners.

複素光電界m乗部902は、複素光電界r(n)exp(jθ(n))をm乗(4隅の信号点に絞っているためm=4)する(図10(b))。m乗に算出された光電界について、平均化部903は、平均化し、一点にまとめる。m倍偏角算出部904は、平均化部903において1点に決定された信号点から、偏角(4<φ>)を算出する。偏角算出部905は、偏角を1/4することで傾斜量<φ>を決定する。   The complex optical electric field m-th power unit 902 raises the complex optical electric field r (n) exp (jθ (n)) to the m-th power (m = 4 because it is narrowed down to signal points at the four corners) (FIG. 10B). For the optical electric field calculated to the m-th power, the averaging unit 903 averages and combines them into one point. The m-fold deflection angle calculation unit 904 calculates a deflection angle (4 <φ>) from the signal points determined by the averaging unit 903 as one point. The deflection angle calculation unit 905 determines the tilt amount <φ> by reducing the deflection angle to ¼.

図7にもどって、傾斜検出部625で検出された傾斜軸の情報(傾斜量)は、傾斜回転部6261に入力される。傾斜回転部6261は、直交・回転補正部620に入力されたdI−dQ光電界を、傾斜量φだけ回転し、傾斜軸とI軸を一致した光電界(図8(b)に示す複素光電界)を生成する。傾斜回転部6261は、生成した信号を、直交性ずれ算出部6262に出力する。図8(b)に示す複素光電界は直交性がずれていることで理想的には正方形となるところ、ひし形のような形状となっている。そこで図8(b)に示すようなひし形の2本の対角線の比率(R=t/s)を算出し、その逆数を印加することでひし形は理想的な正方形にする。   Returning to FIG. 7, the information (tilt amount) of the tilt axis detected by the tilt detection unit 625 is input to the tilt rotation unit 6261. The tilt rotation unit 6261 rotates the dI-dQ optical electric field input to the orthogonal / rotation correction unit 620 by the tilt amount φ, and the optical field in which the tilt axis coincides with the I axis (the complex photoelectric shown in FIG. 8B). ). The tilt rotation unit 6261 outputs the generated signal to the orthogonality deviation calculation unit 6262. The complex optical electric field shown in FIG. 8B is ideally square due to a shift in orthogonality, and has a rhombus-like shape. Therefore, the ratio of the two diagonals of the rhombus as shown in FIG. 8B (R = t / s) is calculated, and the inverse is applied to make the rhombus an ideal square.

図10を参照して、図9のポイントA、B、Cにおける光電界を説明する。図10において、図10(a)は、ポイントAにおける光電界である。図10(b)は、ポイントBにおける光電界である。図10(c)は、ポイントCにおける光電界である。   The optical electric field at points A, B, and C in FIG. 9 will be described with reference to FIG. 10A shows an optical electric field at point A. FIG. FIG. 10B shows an optical electric field at point B. FIG. 10C shows an optical electric field at the point C.

図11を参照して、ひし形に関する定義を説明する。図11において、図11(a)は、ひし形の対角線の長さの定義を説明する図である。図11(b)は、I軸に対して上下の三角形の重心間の長さの定義を説明する図である。図11(c)は、Q軸に対して左右の三角形の重心間の長さの定義を説明する図である。   With reference to FIG. 11, the definition regarding a rhombus is demonstrated. In FIG. 11, FIG. 11 (a) is a diagram for explaining the definition of the diagonal length of the rhombus. FIG. 11B illustrates the definition of the length between the centroids of the upper and lower triangles with respect to the I axis. FIG. 11C illustrates the definition of the length between the centroids of the left and right triangles with respect to the Q axis.

図11(a)において、ひし形の頂点のI軸方向距離をs、Q軸方向距離をt、ひし形の比率Rをt/sとする。図11(b)において、I軸に対して上下の三角形の重心間の長さをt'と定義する。図11(c)において、Q軸に対して左右の三角形の重心間の長さをs'と定義をする。   In FIG. 11A, the I-axis direction distance of the rhombus apex is s, the Q-axis direction distance is t, and the rhombus ratio R is t / s. In FIG. 11B, the length between the centroids of the upper and lower triangles with respect to the I axis is defined as t ′. In FIG. 11C, the length between the centroids of the left and right triangles with respect to the Q axis is defined as s ′.

直交性ずれ算出部6262において、ひし形の2本の対角線の比率Rの算出方法を説明する。まず、図11(b)と図11(c)に示すように図11(a)に示したひし形をI軸の上下の三角形に分け、またひし形をQ軸の左右の三角形に分ける。直交性ずれ算出部6262は、図11(b)に示す上下の三角形の重心間の長さ(t')を算出する。また、直交性ずれ算出部6262は、図11(c)に示す左右の三角形の重心間の長さ(s')を算出する。直交性ずれ算出部6262は、それらの長さの比率を算出することで元のひし形の比率R=t/s=t'/s'を算出する。   A method for calculating the ratio R of the two diagonals of the rhombus in the orthogonality deviation calculating unit 6262 will be described. First, as shown in FIGS. 11 (b) and 11 (c), the rhombus shown in FIG. 11 (a) is divided into upper and lower triangles on the I axis, and the rhombus is divided into left and right triangles on the Q axis. The orthogonality deviation calculation unit 6262 calculates the length (t ′) between the centroids of the upper and lower triangles shown in FIG. Further, the orthogonality deviation calculating unit 6262 calculates the length (s ′) between the centroids of the left and right triangles shown in FIG. The orthogonality deviation calculating unit 6262 calculates the ratio of the lengths of the original rhombuses to calculate the ratio R = t / s = t ′ / s ′ of the original rhombus.

三角形の重心を算出する方法として、三角形の中に含まれる信号点の光電界を加算し、信号点数で割ることで重心を求められる。ひし形の比率の算出方法としては、他にもI軸方向の最大最小の幅とQ軸方向の最大最小の幅を比較する方法、I軸方向のn次のモーメントとQ軸方向のn次のモーメントを比較する方法がある。これらは、傾斜軸をI軸に一致させているため簡単な算出が可能となっている。   As a method of calculating the center of gravity of the triangle, the center of gravity can be obtained by adding the optical electric fields of the signal points included in the triangle and dividing by the number of signal points. Other methods for calculating the ratio of the rhombus include a method of comparing the maximum and minimum widths in the I-axis direction and the maximum and minimum widths in the Q-axis direction, an n-order moment in the I-axis direction, and an n-order moment in the Q-axis direction. There is a way to compare moments. These can be easily calculated because the tilt axis coincides with the I axis.

図7において、最後に傾斜回転演算部622と直交性補正演算部623と固定量回転演算部624とは、傾斜検出部625において検出した傾斜量φと直交性ずれ算出部6262において算出されたひし形の比率Rを用いて、遅延検波器の位相ずれと直交性のずれによって歪んだ光電界(dI,dQ)を補正する。補正後の光電界を(dI',dQ')とすると直交・回転補正部620の演算式は、式13となる。式13の右辺の第3項目は、図8(b)の傾斜軸(傾斜量φ)をI軸に一致させる回転行列である。第2項目は、図8(c)に示すひし形を正方形に変形させる行列である。第1項目は、図8(d)に示す傾斜軸を理想的な位相方向(この場合、45度)に回転させる回転行列である。   In FIG. 7, the tilt rotation calculation unit 622, the orthogonality correction calculation unit 623, and the fixed amount rotation calculation unit 624 are the rhombuses calculated by the tilt amount φ detected by the tilt detection unit 625 and the orthogonality deviation calculation unit 6262. The optical field (dI, dQ) distorted by the phase shift and the orthogonality shift of the delay detector is corrected using the ratio R. When the corrected optical electric field is (dI ′, dQ ′), the arithmetic expression of the orthogonal / rotation correction unit 620 is expressed by Expression 13. The third item on the right side of Equation 13 is a rotation matrix that matches the inclination axis (inclination amount φ) of FIG. 8B with the I axis. The second item is a matrix that transforms the rhombus shown in FIG. 8C into a square. The first item is a rotation matrix for rotating the tilt axis shown in FIG. 8D in an ideal phase direction (45 degrees in this case).

Figure 2015109576

図6に戻って、直交・回転補正部620において、遅延検波部の位相ずれと直交性のずれの検出および補正処理を経て出力された(dI',dQ')について、逆正接演算回路612は、元の複素多値情報信号の位相成分θ(n)を算出する。この位相成分θ(n)と、光強度検出器604、AD変換器608−3、サンプリング速度変換回路609−3、平方根回路613を経て得られた元の複素多値情報信号の振幅成分r(n)とについて、直交座標変換回路614は、極座標から直交座標に変換する。この結果、光電界受信器600は、複素多値情報信号(i,q)を再生できる。
Figure 2015109576

Returning to FIG. 6, with respect to (dI ′, dQ ′) output after the detection and correction processing of the phase shift and the orthogonality shift of the delay detection unit in the quadrature / rotation correction unit 620, the arctangent calculation circuit 612 The phase component θ (n) of the original complex multilevel information signal is calculated. This phase component θ (n) and the amplitude component r () of the original complex multilevel information signal obtained through the light intensity detector 604, AD converter 608-3, sampling rate conversion circuit 609-3, and square root circuit 613 are obtained. n), the orthogonal coordinate conversion circuit 614 converts polar coordinates into orthogonal coordinates. As a result, the optical electric field receiver 600 can reproduce the complex multilevel information signal (i, q).

なお、遅延検波器の干渉位相の情報を検出する際に使用するデジタル信号の信号点数を可変として、信号点数は、干渉位相の情報の分散または標準偏差を算出して、算出結果をもとに制御されてもよい。この信号点数に依存した周期で式13の行列式は変更される。   The number of signal points of the digital signal used when detecting the interference phase information of the delay detector is variable, and the signal point is calculated based on the calculation result by calculating the variance or standard deviation of the interference phase information. It may be controlled. The determinant of Expression 13 is changed with a period depending on the number of signal points.

図12および図13を参照して、実施例1の技術を用いて遅延検波部の位相ずれおよび直交性のずれを検出および補正を実施したシミュレーション結果を説明する。図12において、図12(a)は、dI−dQ複素電界生成部における光電界である。図12(b)は、傾斜回転演算部における光電界である。図12(c)は、直交性補正演算部における光電界である。図12(d)は、固定量回転演算部における光電界である。図13において、図13(a)は、非補正時の直交座標変換回路における光電界である。図13(b)は、補正時の直交座標変換回路における光電界である。   With reference to FIG. 12 and FIG. 13, simulation results obtained by detecting and correcting the phase shift and orthogonality shift of the delay detection unit using the technique of the first embodiment will be described. In FIG. 12, FIG. 12A shows an optical electric field in the dI-dQ complex electric field generation unit. FIG. 12B shows an optical electric field in the tilt rotation calculation unit. FIG. 12C shows an optical electric field in the orthogonality correction calculation unit. FIG. 12D shows an optical electric field in the fixed amount rotation calculation unit. In FIG. 13, FIG. 13A shows an optical electric field in the orthogonal coordinate conversion circuit at the time of non-correction. FIG. 13B shows an optical electric field in the orthogonal coordinate conversion circuit at the time of correction.

図12において、シミュレーションで用いた光信号は、16QAMである。16QAM信号の特徴として、複素平面上で位相角を16分割し、すべての信号点の位相角が360/16=22.5度の整数倍となるように信号点を配置する。この信号を送信側で位相予積算を実施し、位相予積算光信号を生成する。生成した光信号は光SN比25dBにされて光多値受信器に入力される。位相ずれ5度、直交性ずれ15度の遅延検波器に入力されると、入力された光信号のdIとdQがなす信号点配置を図12(a)に示す。また強度検出部で得られた光電界の振幅とから光電界を再生すると図13(a)の歪んだ信号点配置が得られる。これに対して、直交・回転補正技術を用いた場合の信号点配置を図7を用いながら説明すると、dI−dQ複素電界生成部625において図12(a)に示す複素光電界となり、傾斜検出部625で検出した傾斜量の情報を傾斜回転演算部622に伝達して傾斜軸を図12(b)のI軸に一致させ、つづく直交性補正演算部623では直交性ずれ検出部626で検出した直交性ずれ補正量を用いて図12(c)のひし形となっている形状を正方形に補正し、固定量回転演算部624において図12(d)の固定量回転することで理想的な信号点配置を得る。
この結果、得られたdI'とdQ'と強度検出部によって得られた光電界の振幅情報Pとを用いて光電界に合成することで図13(b)のひずみのない信号点配置が得られる。
In FIG. 12, the optical signal used in the simulation is 16QAM. As a feature of the 16QAM signal, the phase angle is divided into 16 on the complex plane, and the signal points are arranged so that the phase angle of all the signal points is an integral multiple of 360/16 = 22.5 degrees. This signal is subjected to phase pre-integration on the transmission side to generate a phase pre-integrated optical signal. The generated optical signal has an optical SN ratio of 25 dB and is input to the optical multilevel receiver. FIG. 12A shows a signal point arrangement formed by dI and dQ of an input optical signal when input to a delay detector having a phase shift of 5 degrees and an orthogonality shift of 15 degrees. If the optical electric field is reproduced from the amplitude of the optical electric field obtained by the intensity detector, the distorted signal point arrangement shown in FIG. 13A is obtained. On the other hand, the signal point arrangement when the orthogonal / rotation correction technique is used will be described with reference to FIG. 7. In the dI-dQ complex electric field generation unit 625, the complex optical electric field shown in FIG. Information on the amount of tilt detected by the unit 625 is transmitted to the tilt rotation calculation unit 622 so that the tilt axis coincides with the I axis in FIG. 12B, and the orthogonality correction calculation unit 623 detects it by the orthogonality deviation detection unit 626. 12C is corrected to a square using the corrected orthogonality correction amount, and an ideal signal is obtained by rotating the fixed amount rotation calculation unit 624 by the fixed amount of FIG. 12D. Get a point arrangement.
As a result, by combining the obtained dI ′ and dQ ′ and the amplitude information P of the optical electric field obtained by the intensity detector into the optical electric field, the signal point arrangement without distortion of FIG. 13B is obtained. It is done.

本実施例によれば、光電界信号を受信する場合、直交する2つの遅延検波器の干渉位相は、そのうちひとつ遅延検波器の干渉位相はゼロ、もう1つの遅延検波器の干渉位相はπ/2となることを最適状態としているが、それらのずれをひとつの簡易な検出機構において、信号点配置の傾斜軸と、信号点配置の傾斜軸の方向の振幅と、傾斜軸に対して90度の方向の振幅との比率を検出し、それらを用いて簡単な行列演算をデジタル信号に印加することで、遅延時間の位相量の最適化と2つの遅延検波器の直交性の最適化した理想的な信号点配置に再生可能とすることができる。   According to this embodiment, when an optical electric field signal is received, the interference phase of two orthogonal delay detectors is one of which is zero, and the other delay detector is π /. 2 is an optimum state, but in a simple detection mechanism, the deviation in the direction of the tilt axis of the signal point arrangement, the direction of the tilt axis of the signal point arrangement, and 90 degrees with respect to the tilt axis. By detecting the ratio to the amplitude in the direction and applying simple matrix operations to the digital signal using them, the phase amount of the delay time is optimized and the orthogonality of the two delay detectors is optimized It is possible to reproduce in a typical signal point arrangement.

本実施例によれば、受信器内に位相調整用ヒータを不要とすることができるため消費電力の削減が期待でき、また2つの遅延検波器を集積した直交型遅延検波器の干渉位相間の差に対する仕様緩和も可能となる。   According to this embodiment, it is possible to eliminate a phase adjustment heater in the receiver, so that reduction of power consumption can be expected, and between the interference phases of the quadrature delay detector in which two delay detectors are integrated. Specification relaxation for the difference is also possible.

本実施例と、コヒーレント検波方式を用いた直交性検出技術との決定的な差は、コヒーレント検波方式では2つの光源から出力される連続光の周波数差と位相差と偏波状態とによって信号点配置が高速変動してしまうのに対して、本技術では遅延検波方式を用いているため、干渉する2つの光に周波数差、偏波状態差が発生しないため、位相差以外の原因では信号点配置が変動しないことが挙げられる。そのためコヒーレント検波方式を用いた直交性検出技術は、伝送後の光信号には適用できない。   The decisive difference between this embodiment and the orthogonality detection technique using the coherent detection method is that the signal point depends on the frequency difference, phase difference, and polarization state of continuous light output from the two light sources in the coherent detection method. Whereas the arrangement fluctuates at a high speed, this technology uses a delayed detection method, so there is no frequency difference or polarization state difference between the two interfering lights. It is mentioned that arrangement does not change. Therefore, the orthogonality detection technique using the coherent detection method cannot be applied to the optical signal after transmission.

図14を参照して、実施例2の光電界受信器を説明する。図14において、図6で説明した実施例1の光電界受信器との差異を説明する。図14の光電界受信器600Aは、直交・回転補正部620に代わって、直交・回転補正部620Aを備える。光電界受信器600Aは、さらに、残留分散補償部615と、データ復号部616と、フレーム検出部617と、を備える。   With reference to FIG. 14, the optical electric field receiver of Example 2 is demonstrated. In FIG. 14, the difference from the optical electric field receiver of the first embodiment described in FIG. 6 will be described. The optical electric field receiver 600A of FIG. 14 includes an orthogonal / rotation correction unit 620A instead of the orthogonal / rotation correction unit 620. The optical electric field receiver 600A further includes a residual dispersion compensation unit 615, a data decoding unit 616, and a frame detection unit 617.

光電界受信器600Aに入力された光電界信号に波長分散が残留していた場合、直交座標変換回路614から出力された複素多値光電界(i''',q''')には、残留した量の波長分散量の伝達関数が印加されている。残留分散補償部615は、直交座標変換回路614から出力された複素多値光電界(i''',q''')に基づいて、残留分散の伝達関数の逆関数を印加して元の複素多値信号(i,q)を得る。残留分散補償部615は、入力された信号を一度周波数領域に変換する。残留分散補償部615は、伝達関数を印加して残留分散を除去する。その後時間領域に変換しても、複数のタップからなるデジタル補正フィルタを用いてそのまま時間領域で残留分散を除去しても良い。   When chromatic dispersion remains in the optical electric field signal input to the optical electric field receiver 600A, the complex multilevel optical electric field (i ′ ″, q ′ ″) output from the orthogonal coordinate conversion circuit 614 includes A residual chromatic dispersion transfer function is applied. The residual dispersion compensator 615 applies an inverse function of the transfer function of the residual dispersion based on the complex multilevel optical electric field (i ′ ″, q ″ ′) output from the orthogonal coordinate conversion circuit 614 to restore the original A complex multilevel signal (i, q) is obtained. The residual dispersion compensator 615 converts the input signal into the frequency domain once. The residual dispersion compensator 615 applies a transfer function to remove residual dispersion. After that, the residual dispersion may be removed in the time domain as it is using the digital correction filter composed of a plurality of taps.

データ復号部616は、複素多値信号(i,q)から2値のデジタル電気信号列に変換する。変換された2値のデジタル電気信号列は、イーサネット(登録商標)伝送規格に準拠したフレームに構成されている。フレーム検出部617は、期待されるフレーム構成か否かを検出する。フレーム検出部617は、入力されたデジタル信号列が正しく復号できているかを判断する。フレーム検出部617においてフレームが誤っていることが検出された場合、その情報はフレーム検出情報として直交・回転補正部620Aに伝達される。   The data decoding unit 616 converts the complex multilevel signal (i, q) into a binary digital electric signal sequence. The converted binary digital electric signal sequence is configured into a frame conforming to the Ethernet (registered trademark) transmission standard. The frame detection unit 617 detects whether or not the frame configuration is expected. The frame detection unit 617 determines whether the input digital signal sequence is correctly decoded. When the frame detection unit 617 detects that the frame is incorrect, the information is transmitted to the orthogonal / rotation correction unit 620A as frame detection information.

図15を参照して、実施例2の直交・回転補正部を説明する。図15において、直交・回転補正部620Aは、図7の直交・回転補正部620と対比して、さらに、固定量変更部627を備えている。伝達されてきたフレーム検出情報について、固定量変更部627は、フレームが誤っていることが通知されると、固定量回転演算部624で使用している回転量の固定値を変更する。固定値の変更方法としては、初めに設定されている値が45度だとすると、その整数倍に、すなわち90度、135度、…と変更し、フレーム検出情報が解除されるまで続ける。これは、実施例2で使用する位相予積算型光多値送受信器600Aが光伝送装置の中で使用開始されたときなど、遅延検波器の干渉位相が大幅にずれていた場合の初期引き込みに有効となる。なお、実施例2の適用は、位相予積算型光多値送受信器600に限らない。   With reference to FIG. 15, the orthogonal / rotation correction unit according to the second embodiment will be described. In FIG. 15, the orthogonal / rotation correction unit 620 </ b> A further includes a fixed amount changing unit 627 in comparison with the orthogonal / rotation correction unit 620 of FIG. 7. With respect to the transmitted frame detection information, the fixed amount changing unit 627 changes the fixed value of the rotation amount used in the fixed amount rotation calculating unit 624 when notified that the frame is incorrect. As a method of changing the fixed value, if the initially set value is 45 degrees, it is changed to an integral multiple thereof, that is, 90 degrees, 135 degrees,..., And continues until the frame detection information is canceled. This is an initial pull-in when the interference phase of the delay detector is significantly shifted, such as when the phase preintegration type optical multilevel transceiver 600A used in the second embodiment is started in the optical transmission apparatus. It becomes effective. The application of the second embodiment is not limited to the phase preintegration type optical multilevel transceiver 600.

201…位相予積算型光電界送信器、202…レーザ光源、203…光電界変調器、204…複素多値信号生成回路、205…位相予積算部、206…サンプリング速度変換回路、207…予等化回路、208、209…DA変換器、210…駆動回路、212…光伝送路、213、600…光電界受信器、214、215、602、603…遅延検波器、216、604…光強度検出器、217、606、607…バランス型受信器、218、220、608…AD変換器、221、609…サンプリング速度変換回路、222、612…逆正接演算回路、223、613…平方根回路、224、614…直交座標変換回路、610…振幅正規化回路、615…残留分散補償部、616…データ復号部、617…フレーム検出部、620…直交・回転補正部、621…dI−dQ複素光電界生成部、622…傾斜回転演算部、623…直交性補正演算部、624…固定量回転演算部、625…傾斜検出部、626…直交性ずれ検出部、627…固定量変更部、901…振幅最大信号点抽出部、902…複素光電界m乗部、903…平均化部、904…m倍偏角算出部、905…偏角算出部、6261…傾斜回転部、6262…直交性ずれ算出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 ... Phase preintegration type optical electric field transmitter, 202 ... Laser light source, 203 ... Optical electric field modulator, 204 ... Complex multi-value signal generation circuit, 205 ... Phase preintegration unit, 206 ... Sampling speed conversion circuit, 207 ... Prediction , 208, 209 ... DA converter, 210 ... drive circuit, 212 ... optical transmission path, 213,600 ... optical electric field receiver, 214, 215, 602, 603 ... delay detector, 216,604 ... light intensity detection 217, 606, 607 ... balanced receiver, 218, 220, 608 ... AD converter, 221, 609 ... sampling rate conversion circuit, 222, 612 ... arctangent calculation circuit, 223, 613 ... square root circuit, 224, 614 ... Cartesian coordinate transformation circuit, 610 ... Amplitude normalization circuit, 615 ... Residual dispersion compensation section, 616 ... Data decoding section, 617 ... Frame detection section, 620 ... Cross / rotation correction unit, 621... DI-dQ complex optical electric field generation unit, 622... Tilt rotation calculation unit, 623... Orthogonality correction calculation unit, 624... Fixed amount rotation calculation unit, 625. Deviation detection unit, 627... Fixed amount change unit, 901... Maximum amplitude signal point extraction unit, 902... Complex optical electric field m squared unit, 903... Averaging unit, 904. , 6261... Tilt rotation unit, 6262... Orthogonality deviation calculation unit.

Claims (10)

第1の光遅延検波器と、第2の光遅延検波器と、第1のバランス型受信器と、第1のバランス型受信器と、を備える光受信器において、
入力された光電界信号について、2分岐して、一方の光電界信号を前記第1の光遅延検波器に入力して、前記第1の光遅延検波器から出力された出力光を前記第1のバランス型受信器で光電変換し、
他方の光電界信号を前記第2の光遅延検波器に入力して、前記第2の光遅延検波器から出力された出力光を前記第2のバランス型受信器で光電変換し、
光電変換された2対の電気信号から複素光電界を生成し、
前記複素光電界の信号点配置の形状から、前記第1の光遅延器または前記第2の光遅延検波器の2経路の干渉位相の差を検出し、前記第1の光遅延器および前記第2の光遅延検波器の干渉位相間の位相差を検出することを特徴とする光受信器。
In an optical receiver comprising a first optical delay detector, a second optical delay detector, a first balanced receiver, and a first balanced receiver,
The input optical electric field signal is branched into two, one optical electric field signal is input to the first optical delay detector, and the output light output from the first optical delay detector is the first optical delay signal. Photoelectric conversion with a balanced receiver
The other optical electric field signal is input to the second optical delay detector, and the output light output from the second optical delay detector is photoelectrically converted by the second balanced receiver,
A complex optical electric field is generated from two pairs of photoelectrically converted electric signals,
A difference in interference phase between two paths of the first optical delay device or the second optical delay detector is detected from the shape of the signal point arrangement of the complex optical electric field, and the first optical delay device and the second optical delay device are detected. An optical receiver for detecting a phase difference between interference phases of two optical delay detectors.
請求項1に記載の光受信器であって、
さらに、前記第1のバランス型受信器の出力信号を第1のデジタル信号に変換する第1のAD変換器と、前記第2のバランス型受信器の出力信号を第2のデジタル信号に変換する第2のAD変換器と、傾斜・直交性ずれ検出部と、デジタル信号処理部と、を備え、
前記傾斜・直交性ずれ検出部は、前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とからデジタル複素光電界を生成し、前記デジタル復素光電界の信号点配置の形状に基づいて、前記第1の光遅延器または前記第2の光遅延検波器の2経路の干渉位相の差を検出し、前記第1の光遅延器および前記第2の光遅延検波器の干渉位相間の位相差を検出し、
前記デジタル信号処理部は、前記デジタル複素光電界の信号点配置の形状を、前記第1の遅延検波器の2経路の干渉位相の差をゼロ、前記第2遅延検波器の2経路の干渉位相差をπ/2、とする信号点配置の形状に変換することを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 1,
Furthermore, a first AD converter that converts the output signal of the first balanced receiver into a first digital signal, and an output signal of the second balanced receiver is converted into a second digital signal. A second AD converter, a tilt / orthogonality shift detection unit, and a digital signal processing unit;
The tilt / orthogonality shift detection unit generates a digital complex optical field from the first digital signal and the second digital signal, and based on the shape of the signal point arrangement of the digital reconstruction optical field, A phase difference between the interference phases of the first optical delay device and the second optical delay detector is detected by detecting a difference in interference phase between the two paths of the first optical delay device or the second optical delay detector. Detect
The digital signal processing unit is configured such that the signal point arrangement shape of the digital complex optical electric field is zero, the difference in interference phase between the two paths of the first delay detector is zero, and the interference position of the two paths of the second delay detector is An optical receiver characterized by converting into a signal point arrangement having a phase difference of π / 2.
請求項2に記載の光受信器であって、
前記傾斜・直交性ずれ検出部は、
一方の遅延検波器の2経路の干渉位相の差と、他方の遅延検波器の2経路の干渉位相の差が同位相だけずれた場合の信号点配置の回転量と、
2つの遅延検波器の干渉位相間の位相差がπ/2からずれたことで信号点配置の形状が特定の回転方向を軸に対して伸縮した場合の比率でと、を検出し、
前記の特定の回転方向は、前記回転量による回転方向と一致することを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 2,
The inclination / orthogonality deviation detection unit is
The amount of rotation of the signal point arrangement when the difference in interference phase between the two paths of one delay detector and the difference in interference phase between the two paths of the other delay detector are shifted by the same phase;
The phase difference between the interference phases of the two delay detectors is deviated from π / 2, and the shape of the signal point arrangement is detected at a ratio when the specific rotation direction is expanded or contracted with respect to the axis, and
The optical receiver according to claim 1, wherein the specific rotation direction coincides with a rotation direction according to the rotation amount.
請求項2に記載の光受信器であって、
さらに、振幅正規化部を備え、
前記振幅正規化部は、
前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号との振幅の標準偏差が一致していないとき、標準偏差が同量になるように振幅の調整を行い、
さらに前記振幅が前記デジタル信号処理部で処理する信号レンジを超えないように設定することを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 2,
Furthermore, an amplitude normalization unit is provided,
The amplitude normalization unit includes:
When the standard deviation of the amplitude of the first digital signal and the second digital signal does not match, the amplitude is adjusted so that the standard deviation becomes the same amount,
Further, the optical receiver is set so that the amplitude does not exceed a signal range processed by the digital signal processing unit.
請求項3に記載の光受信器であって、
前記デジタル信号処理部は、前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とについて、前記回転量を逆方向に回転行列演算し、回転されたデジタル信号について、前記比率の逆数で伸縮演算し、伸縮されたデジタル信号について、固定量だけ回転行列演算することを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 3, wherein
The digital signal processing unit performs a rotation matrix calculation on the rotation amount of the first digital signal and the second digital signal in a reverse direction, and performs an expansion / contraction operation on the rotated digital signal at an inverse of the ratio. An optical receiver characterized in that a rotation matrix is calculated by a fixed amount for a stretched digital signal.
請求項5に記載の光受信器であって、
さらに、復号されたデータ列がフレーム構造であるかを検出するフレーム検出部を備え、
前記固定量は、特定条件によって変更され、
前記特定条件は、前記フレーム検出部が復号されたデータ列について、前記フレーム構造ではないことを検出した場合であることを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 5, wherein
In addition, a frame detection unit that detects whether the decoded data sequence has a frame structure,
The fixed amount is changed according to specific conditions,
The optical condition is that the specific condition is a case where the frame detection unit detects that the decoded data string is not the frame structure.
請求項5に記載の光受信器であって、
前記特定条件満たされた場合に変更される固定量は、予め定められた値の倍数であり、前記特定条件が解除されるまで変更し続けることを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 5, wherein
The fixed amount that is changed when the specific condition is satisfied is a multiple of a predetermined value, and is continuously changed until the specific condition is canceled.
請求項2に記載の光受信器であって、
前記傾斜・直交性ずれ検出部で遅延検波器の干渉位相の情報を検出する際に使用するデジタル信号の信号点数は可変であり、
前記信号点数は、前記干渉位相の情報の分散または標準偏差を算出して、その算出結果をもとに制御されることを特徴とする光受信器。
The optical receiver according to claim 2,
The signal number of the digital signal used when detecting the information of the interference phase of the delay detector in the tilt / orthogonality deviation detector is variable,
The number of signal points is controlled based on a calculation result obtained by calculating a dispersion or standard deviation of information on the interference phase.
2つの経路の位相差のない第1の光遅延検波器と、2つの経路の位相差がπ/2の第2の光遅延検波器と、前記第1の光遅延検波器と接続された第1の光強度検出器と、前記第2の光遅延検波器と接続された第2の光強度検出器と、前記第1の光強度検出器の出力を第1のデジタル信号に変換する第1のAD変換器と、前記第2の光強度検出器の出力を第2のデジタル信号に変換する第2のAD変換器と、前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号とに基づいて光複素電界を生成する直交・回転補正部と、を含んで構成された光受信器であって、
前記直交・回転補正部は、前記光複素電界に基づいて、前記第1のデジタル信号と前記第2のデジタル信号との復素シンボルの回転および直交性のずれ量を検出し、デジタル信号処理を施すことで前記光複素電界の歪みを補償し、元の光複素電界を再生することを特徴とする光受信器。
A first optical delay detector having no phase difference between the two paths, a second optical delay detector having a phase difference of π / 2 between the two paths, and a first optical delay detector connected to the first optical delay detector. A first light intensity detector, a second light intensity detector connected to the second optical delay detector, and a first digital signal that converts the output of the first light intensity detector into a first digital signal. Based on the AD converter, the second AD converter that converts the output of the second light intensity detector into a second digital signal, the first digital signal, and the second digital signal An optical receiver configured to include an orthogonal / rotation correction unit that generates an optical complex electric field,
The orthogonality / rotation correction unit detects a rotation amount and orthogonality deviation amount of a complex symbol between the first digital signal and the second digital signal based on the optical complex electric field, and performs digital signal processing. An optical receiver that compensates for distortion of the optical complex electric field and reproduces the original optical complex electric field.
入力された光電界信号について、2分岐するステップと、
2分岐した一方の光電界信号を第1の光遅延検波器に入力するステップと、
他方の光電界信号を第2の光遅延検波器に入力するステップと、
前記第1の光遅延検波器から出力された出力光を第1のバランス型受信器で光電変換するステップと、
前記第2の光遅延検波器から出力された出力光を第2のバランス型受信器で光電変換するステップと、
光電変換された2対の電気信号から複素光電界を生成するステップと、
前記複素光電界の信号点配置の形状から、前記第1の光遅延器または前記第2の光遅延検波器の2経路の干渉位相の差を検出するステップと、
前記第1の光遅延器および前記第2の光遅延検波器の干渉位相間の位相差を検出するステップと、を含む光信号受信方法。
A step of bifurcating the input optical electric field signal;
Inputting one of the two branched optical electric field signals to the first optical delay detector;
Inputting the other optical electric field signal to the second optical delay detector;
Photoelectrically converting the output light output from the first optical delay detector with a first balanced receiver;
Photoelectrically converting the output light output from the second optical delay detector with a second balanced receiver;
Generating a complex optical electric field from two pairs of photoelectrically converted electrical signals;
Detecting a difference in interference phase between two paths of the first optical delay device or the second optical delay detector from the shape of the signal point arrangement of the complex optical electric field;
Detecting a phase difference between interference phases of the first optical delay device and the second optical delay detector.
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