JP2016025518A

JP2016025518A - 光受信器、送受信装置、光通信システムおよび波形歪補償方法

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Publication number: JP2016025518A
Application number: JP2014148945A
Authority: JP
Inventors: 後藤　広樹; Hiroki Goto; 広樹後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-22
Also published as: JP6355465B2

Abstract

【課題】波形歪の補償能力を向上させることができる光受信器を得ること。
【解決手段】光受信器であって、受信した信号光を電気信号に変換する受信ＦＥ２と、電気信号に含まれる静的な波形歪を補償する固定フィルタ４と、固定フィルタ４により静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して波形歪を補償する適応フィルタ５と、適応フィルタ５に設定されたフィルタ係数に基づいて、固定フィルタ４のフィルタ係数を更新する係数更新部６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光受信器、送受信装置、光通信システムおよび波形歪補償方法に関する。

長距離光ファイバ通信では、現在１０Ｇｂｐｓ−ＯＯＫ（Ｏｎ−ＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）が主流である。通信容量の拡大に伴い、長距離光ファイバ通信では大容量が求められている。大容量化の実現手段として、１波長当たりの伝送速度の高速化をするために、デジタルコヒーレント方式を用いた１００Ｇｂｉｔ／ｓへの期待が高まっている。

ビットレートが高くなると伝送に伴うＣＤ（ＣｈｒｏｍａｔｉｃＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）やＰＭＤ（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）により、波形が歪やすく伝送特性が劣化するという課題があった。

デジタルコヒーレント方式では、ＣＤやＰＭＤによる波形歪を受信部のデジタル信号処理により補償することが可能である。デジタル信号処理を用いた光受信器には波形歪を補償するために２つのＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタがある。この２つのＦＩＲフィルタは、ＣＤ等によって生じる静的な波形歪を補償するための固定フィルタと、その後段に配置されＰＭＤ等によって生じる動的な波形歪を補償するための適応フィルタとである。

特許文献１では、適応フィルタで波形等化後に信号品質をモニタし、信号の振幅や位相の情報を適応フィルタにフィードバックすることで波形歪を等化する方法が開示されている。また、非特許文献１では、適応フィルタの係数を用いて固定フィルタで補償できずに残留したＣＤを計算する方法が開示されている。

国際公開第２０１３／０８４３９１号

Ｊ．Ｃ．Ｇｅｙｅｒ，他４名，「ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＵｓｉｎｇＣｏｈｅｒｅｎｔＲｅｃｅｉｖｅｒｓ」，ＯＳＡ／ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ，ＯＴｈＨ５，２００９年

しかしながら、光ファイバ伝送において、ＣＤは固定の伝送路においても常に一定値を有さず、時間の経過と共にゆっくりと変化する。このため、ＣＤが変化するとＣＤが固定フィルタで除去しきれなくなり、ＣＤによる波形歪が残留した状態で後段の適応フィルタに受信信号が入力される。適応フィルタで補償可能な波形歪には限界があり、波形歪が残留していると、適応フィルタで補償できる動的な波形歪量が減少し、適応フィルタで動的な波形歪を補償しきれず、伝送特性が劣化するという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、波形歪の補償能力を向上させることができる光受信器、送受信装置、光通信システムおよび波形歪補償方法を得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信した信号光を電気信号に変換する検波部と、前記電気信号に含まれる静的な波形歪を補償する固定フィルタと、前記固定フィルタにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して波形歪を補償する適応フィルタと、前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記固定フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、波形歪の補償能力を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる光受信器の構成例を示す図である。図２は、フィルタ係数の更新手順の一例を示すフローチャートである。図３は、送受信器を備える光通信システムの一例を示す図である。図４は、波形歪の情報を送信側にフィードバックする場合の光送信器の構成例を示す図である。図５は、波形歪の情報を送信側にフィードバックする場合のフィルタ係数の更新手順の一例を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる光受信器、送受信装置、光通信システムおよび波形歪補償方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる光受信器の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の光受信器は、デジタルコヒーレント方式を用いた光受信器であり、ＬＯ（ＬｏｃａｌＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１、受信ＦＥ（Ｆｒｏｎｔ―Ｅｎｄ）（検波部）２、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）３、固定フィルタ４、適応フィルタ５および係数更新部６を備える。

適応フィルタ５は、係数乗算部５１〜５４および加算器５５，５６を備える。係数乗算部５１は後述の係数（フィルタ係数）ｈ_xx（ｎ）を保持し、係数乗算部５２は後述のｈ_xy（ｎ）を保持し、係数乗算部５３は後述のｈ_yx（ｎ）を保持し、係数乗算部５４は後述のｈ_yy（ｎ）を保持する。

次に、本実施の形態の動作について説明する。伝送された信号光（図１のＳｉｇｎａｌ）は、受信ＦＥ２に入力される。受信ＦＥ２は、ＬＯ１から入力される局部発信光を用いて信号光に対してコヒーレント検波を行う。これにより、信号光の振幅および位相の情報を保持したままで、信号光はベースバンドの電気信号に変換される。具体的には、受信ＦＥ２は、信号光を２つの直交偏波成分（Ｘ偏波、Ｙ偏波）に分離し、局部発信光を用いて各偏波成分について信号光から局部発信光と同相（Ｉｎ-Ｐｈａｓｅ）の光信号と９０度位相差（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ-Ｐｈａｓｅ）を持つ光信号とを抽出する。そして、受信ＦＥ２は、抽出した信号をそれぞれ電気信号に変換して出力する。受信ＦＥ２が出力する信号は、Ｘ_I（Ｘ偏波のＩ（Ｉｎ-Ｐｈａｓｅ）成分）信号、Ｘ_Q（Ｘ偏波のＱ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ-Ｐｈａｓｅ）成分）信号、Ｙ_I（Ｙ偏波のＩ成分）信号、Ｙ_Q（Ｙ偏波のＱ成分）信号である。

ＡＤＣ３は、受信ＦＥ２から出力された信号をそれぞれデジタル信号に変換し、固定フィルタ４に入力する。固定フィルタ４は、主として静的な波形歪を補償するためのフィルタであり、設定された係数に基づいて波形歪の等化を行い、等化後の信号を適応フィルタ５に入力する。適応フィルタ５には、固定フィルタ４による等化後のＸ偏波成分の複素信号とＹ偏波成分の複素信号とが入力される。適応フィルタ５では、固定フィルタ４による等化後のＸ偏波成分は２つに分岐され、係数乗算部５１，５２によりそれぞれ係数が乗算される。また、固定フィルタ４による等化後のＹ偏波成分は２つに分岐され、係数乗算部５３，５４によりそれぞれ係数が乗算される。そして、加算器５５は、係数乗算部５１により係数が乗算された信号と係数乗算部５３により係数が乗算された信号とを加算して出力する。加算器５６は、係数乗算部５２により係数が乗算された信号と係数乗算部５４により係数が乗算された信号とを加算して出力する。

係数更新部６は、加算器５５，５６から出力される信号を用いて所定のアルゴリズムに従って適応フィルタ５の係数を更新するとともに、適応フィルタ５の係数を用いて固定フィルタ４で補償できずに残留した固定の波形歪（適応フィルタ５で補償した静的な波形歪（波形歪の固定成分））を算出し、算出した波形歪に基づいて固定フィルタ４の係数を更新する。適応フィルタ５の係数を更新するためのアルゴリズムはどのようなものを用いてもよい。

図２は、本実施の形態のフィルタ係数の更新手順の一例を示すフローチャートである。まず、係数更新部６は、適応フィルタ５に設定されている係数ｈ（ｎ）（ｈ_xx（ｎ），ｈ_xy（ｎ），ｈ_yx（ｎ），ｈ_yy（ｎ）を成分とする行列）を読み込む（ステップＳ１）。ｈ（ｎ）を以下の式（１）で定義する。なお、ｎは、適応フィルタ５の係数の番号を示す値であり、適応フィルタ５の係数の更新のたびに１インクリメントされる。係数の更新周期ΔＴを固定とすると、ｎは時間に対応する。

次に、係数更新部６は、ｈ（ｎ）を離散フーリエ変換して以下の式（２）に示すようにＨ（ω）を算出する（ステップＳ２）。

そして、係数更新部６は、以下の式（３）により、適応フィルタ５で補償した波形歪の固定成分Ｄ（ω）を算出する（ステップＳ３）。

係数更新部６は、適応フィルタ５で補償した波形歪の固定成分Ｄ（ω）を時間平均化する（ステップＳ４）。次に、係数更新部６は、保持しているテーブルを参照し（ステップＳ５）、時間平均化した波形歪Ｄ（ω）に基づいて波長分散量を算出し、波長分散量に基づいて固定フィルタ４の係数を更新する（ステップＳ６）。本実施の形態では、波形歪Ｄ（ω）と波長分散量との関係をあらかじめ求めておき、この関係を係数更新部６がテーブルとして保持しているとする。なお、ここではテーブルを用いる例を示したが、波形歪Ｄ（ω）から波長分散量を算出する方法は、テーブルを用いる例に限定されず、計算式を用いて算出する等、どのような方法を用いてもよい。そして、係数更新部６は、所定のアルゴリズムに従って適応フィルタ５の係数を更新する（ステップＳ７）。

なお、ここでは、固定フィルタ４の係数の更新時に、波長分散量を補償する例を示したが、波長分散量の補償だけでなく、適応フィルタ５の係数を用いて信号帯域狭窄化におけるペナルティ（劣化量、帯域の減少量）の補償を行うように固定フィルタ４の係数を更新してもよい。信号帯域狭窄化についても、波長分散量と同様にあらかじめ、信号帯域狭窄化と波形歪との関係を求めておき、テーブルで保持する等により、波形歪に対応した信号帯域狭窄化の量を求めるようにしてもよい。

また、海底ケーブルを用いるような長距離システムでは２つの地点Ａ、Ｂに、送信および受信を行う送受信器があり、互いにデータのやり取りが行われている。図３は、送受信器１０−１，１０−２を備える光通信システムの一例を示す図である。送受信器１０−１，１０−２は、それぞれが、光受信器１１および光送信器１２を備える。光受信器１１は、図１を用いて説明した光受信器である。

このような構成の場合、図２を用いて説明した手順で固定フィルタ４の係数を更新してもよいが、送受信器１０−１の適応フィルタ５の係数を用いて算出した波形歪の情報を送受信器１０−２へ送信し、送受信器１０−２の光送信器１２にフィードバックしてもよい。具体的には、係数更新部６が算出した波形歪の情報（固定フィルタ４の係数更新の元にした情報、または更新した固定フィルタ４の係数自体等）を、送信信号の１つとして送受信器１０−１の光送信器１２から通信相手の送受信器１０−２へ送信する。送受信器１０−２の適応フィルタ５の係数を用いて算出した波形歪の情報についても、同様に送受信器１０−１へフィードバックすることができる。

送信器へ波形歪の情報をフィードバックする際には、フレームのオーバヘッド部分にある空き領域を使うことで、信号品質を下げることなく通信可能である。

図４は、波形歪の情報を送信側にフィードバックする場合の光送信器１２の構成例を示す図である。光送信器１２は、光源２１、固定フィルタ（送信側フィルタ）２２、光変調器２３および係数更新部（送信側係数更新部）２４を備える。係数更新部２４は、光受信器１１が受信した通信相手の装置から送信された波形歪の情報に基づいて、伝送路において波形歪が発生した場合に波形歪を打ち消すように固定フィルタ２２の係数を更新する。光変調器２３は、固定フィルタ２２を経由した送信信号と光源２１から出力される無変調の光とに基づいて、変調された信号光を生成する。変調された信号光は、通信相手の装置へ送信される。

図５は、波形歪の情報を送信側にフィードバックする場合のフィルタ係数の更新手順の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１〜ステップＳ４は、図２の例と同様である。ステップＳ４の後、係数更新部６は、時間平均化した波形歪の固定成分Ｄ（ω）に基づいて波形歪の情報を生成し、波形歪の情報を光送信器１２へ渡し、光送信器１２が波形歪の情報を通信相手装置へ送信する（ステップＳ１０）。

通信相手装置では、係数更新部２４が、受信した波形歪の情報に基づいて固定フィルタ２２の係数を更新する（ステップＳ１１）。そして、図２の例と同様に、ステップＳ７を実施する。なお、ステップＳ７を、ステップＳ１０およびステップＳ１１の前に実施してもよい。

以上のように、本実施の形態では、デジタルコヒーレント方式を用いた光受信器に固定フィルタ４の係数を制御する機能を設け、適応フィルタ５に設定した係数に基づいて、適応フィルタ５で補償した固定の波形歪を算出して固定フィルタ４にフィードバックするようにした。または、通信相手の装置へ固定の波形歪の情報を送信して、通信相手の装置において固定の波形歪を補償するようにした。このため、適応フィルタ５に入力される信号に残留する固定の波形歪が低減されているため、適応フィルタ５で補償する動的な波形歪量が減少せず、伝送特性の劣化を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる光受信器、光送受信器、光通信システムおよび波形歪補償方法は、デジタルコヒーレント方式を用いる光通信システムに有用である。

１ＬＯ、２受信ＦＥ、３ＡＤＣ、４固定フィルタ、５適応フィルタ、６，２４係数更新部、５１〜５４係数乗算部、５５，５６加算器、１０−１，１０−２送受信器、１１光受信器、１２光送信器、２１光源、２２固定フィルタ、２３光変調器。

Claims

受信した信号光を電気信号に変換する検波部と、
前記電気信号に含まれる静的な波形歪を補償する固定フィルタと、
前記固定フィルタにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して波形歪を補償する適応フィルタと、
前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記固定フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新部と、
を備えることを特徴とする光受信器。
前記係数更新部は、前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記適応フィルタで補償した静的な波形歪を算出し、前記静的な波形歪に基づいて、前記固定フィルタのフィルタ係数を更新することを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
伝送路における波長分散量と波形歪との関係をあらかじめ算出し、前記関係を用いて、前記静的な波形歪に対応する波長分散量を求め、求めた波長分散量に基づいて前記固定フィルタのフィルタ係数を更新することを特徴とする請求項２に記載の光受信器。
前記波長分散量と波形歪との関係をテーブルとして保持し、前記テーブルを用いて前記静的な波形歪に対応する波長分散量を求めることを特徴とする請求項３に記載の光受信器。
伝送路における信号帯域狭窄化による劣化量と波形歪との関係をあらかじめ算出し、前記関係を用いて、前記静的な波形歪に対応する信号帯域狭窄化の劣化量を求め、求めた劣化量に基づいて前記固定フィルタのフィルタ係数を更新することを特徴とする請求項２、３または４に記載の光受信器。
受信した信号光を電気信号に変換する検波部と、
前記電気信号に含まれる静的な波形歪を補償する固定フィルタと、
前記固定フィルタにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して波形歪を補償する適応フィルタと、
前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記適応フィルタで補償した静的な波形歪を算出する係数更新部と、
を備え、
前記静的な波形歪を示す情報を前記信号光の送信元の光送信器へ送信することを特徴とすることを特徴とする送受信装置。
光送信器と光受信器とを備える光通信システムであって、
前記光受信器は、
前記光送信器から受信した信号光を電気信号に変換する検波部と、
前記電気信号に含まれる静的な波形歪を補償する固定フィルタと、
前記固定フィルタにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して波形歪を補償する適応フィルタと、
前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記固定フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新部と、
を備えることを特徴とする光通信システム。
光送信器を備える第１の送受信装置と光受信器を備える第２の送受信装置とを備える光通信システムであって、
前記光受信器は、
前記光送信器から受信した信号光を電気信号に変換する検波部と、
前記電気信号に含まれる静的な波形歪を補償する固定フィルタと、
前記固定フィルタにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して波形歪を補償する適応フィルタと、
前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記適応フィルタで補償した静的な波形歪を算出する係数更新部と、
を備え、
前記第２の送受信装置は、前記静的な波形歪を示す情報を前記第１の送受信装置へ送信し、
前記光送信器は、
波形歪を補償する送信側フィルタと、
前記第２の送受信装置から受信した前記静的な波形歪に基づいて前記送信側フィルタのフィルタ係数を更新する送信側係数更新部と、
を備えることを特徴とする光通信システム。
固定フィルタと適応フィルタを備える光受信器における波形歪補償方法であって、
受信した信号光を電気信号に変換する第１のステップと、
前記電気信号に含まれる静的な波形歪を前記固定フィルタにより補償する第２のステップと、
前記第２のステップにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して前記適応フィルタにより波形歪を補償する第３のステップと、
前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記固定フィルタのフィルタ係数を更新する第４のステップと、
を含むことを特徴とする波形歪補償方法。
送信側フィルタを有する光送信器を備える第１の送受信装置と、固定フィルタおよび適応フィルタを有する光受信器を備える第２の送受信装置とを備える光通信システムにおける波形歪補償方法であって、
前記第２の送受信装置が、前記光送信器から受信した信号光を電気信号に変換する第１のステップと、
前記第２の送受信装置が、前記電気信号に含まれる静的な波形歪を前記固定フィルタにより補償する第２のステップと、
前記第２の送受信装置が、前記第２のステップにより静的な波形歪が補償された後の電気信号に対して前記適応フィルタにより波形歪を補償する第３のステップと、
前記第２の送受信装置が、前記適応フィルタに設定されたフィルタ係数に基づいて、前記適応フィルタで補償した静的な波形歪を算出する第４のステップと、
前記第２の送受信装置が、前記静的な波形歪を示す情報を前記信号光の送信元の光送信器へ送信する第５のステップと、
前記第１の送受信装置が、前記第２の送受信装置から受信した前記静的な波形歪に基づいて前記送信側フィルタのフィルタ係数を更新する第６のステップと、
を含むことを特徴とする波形歪補償方法。