JP2017143332A - 光受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コヒーレントレシーバに入力されるローカル光信号の強度を適切に調整することを目的とする。【解決手段】光受信装置はコヒーレントレシーバ１４を備える。コヒーレントレシーバ１４は、受信信号およびローカル光信号が入力され、ローカル光信号の波長に応じた出力信号（ＩＸ，ＱＸ，ＩＹ，ＱＹ）を出力するＸ偏波ハイブリッド１８ＸおよびＹ偏波ハイブリッド１８Ｙを備える。光受信装置は、さらに、ローカル光信号を出力する可変波長光源２０と、ローカル光信号の強度を調整する制御部４２とを備える。可変波長光源２０とコヒーレントレシーバ１４との間にはローカル減衰器２２が設けられている。制御部４２は、受信信号の強度と、出力信号の強度とに基づいて、ローカル減衰器２２における減衰量を調整し、コヒーレントレシーバ１４に入力されるローカル光信号の強度を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、光受信装置に関し、特に、コヒーレントレシーバを備える装置に関する。

波長の異なる複数の光を重畳して伝送する光通信が広く行われている。このような光通信における光受信装置には、コヒーレントレシーバが用いられている。コヒーレントレシーバには、波長の異なる複数の光が重畳された波長多重信号に加えてローカル光信号が入力される。コヒーレントレシーバでは、ローカル光信号の波長と同一波長の光の直交成分信号および同相成分信号が波長多重信号から抽出される。光受信装置では、コヒーレントレシーバによって抽出された直交成分信号および同相成分信号からディジタル信号が復調される。

以下の特許文献１には、コヒーレント光受信装置が記載されている。この光受信装置では、コヒーレントレシーバに入力されるローカル光のパワー（強度）が調整される。ローカル光信号の調整には粗調整と微調整とがある。粗調整では、コヒーレントレシーバに入力される受信信号のパワーとローカル光のパワーとの比率が予めテーブルに記憶された最適比率となるように、ローカル光のパワーが調整される。微調整では、コヒーレントレシーバから出力された信号を復調して得られたディジタル信号の誤り率が最小となるように、ローカル光のパワーが調整される。このように粗調整に加えて微調整を行うことで、通信状況の変化に基づく伝送品質の劣化に対処することが記載されている。

特開２０１４−１２３９０５号公報

コヒーレントレシーバは非線形特性を有することがある。非線形特性によって、コヒーレントレシーバに入力される波長多重信号の各波長成分の構成比率や各波長成分の強度が、コヒーレントレシーバから出力される所望波長成分の大きさに影響を及ぼす場合がある。これによって、単に受信信号の強度に基づきローカル光信号の強度を調整したのでは、コヒーレントレシーバから出力される信号の品質が不十分となる場合がある。そこで、特許文献１に記載されているように、復調によって得られたディジタル信号の誤り率に基づいて、ローカル光信号の強度を調整することも考えられる。しかし、誤り率に基づいてローカル光信号を調整する処理は、ローカル光信号の強度がある程度適切な値に調整された上で行わなければ処理に長時間が要される。

本発明は、コヒーレントレシーバに入力されるローカル光信号の強度を適切に調整することを目的とする。

本発明は、受信信号およびローカル光信号が入力され、前記ローカル光信号の波長に応じた出力信号を出力する検波回路、を備えるコヒーレントレシーバと、前記ローカル光信号を出力する光源と、前記ローカル光信号の強度を調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記受信信号の強度を示す受信強度と、前記出力信号の強度を示す出力強度とに基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整することを特徴とする。

望ましくは、前記ローカル光信号の強度を調整するための制御値を、前記受信強度および前記出力強度に対して対応付ける制御情報、を記憶する記憶部を備え、前記制御部は、 前記受信強度と、前記出力強度と、前記制御情報とに基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整する。

望ましくは、前記受信強度につき所定時間内の平均値を求める第１平均化部と、前記出力強度につき所定時間内の平均値を求める第２平均化部と、を備え、前記制御部は、前記第１平均化部によって求められた受信平均値と、前記第２平均化部によって求められた出力平均値と、に基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整する。

望ましくは、前記コヒーレントレシーバは、前記出力信号を増幅し、増幅後の前記出力信号の強度を所定範囲内に維持する可変利得増幅部を有し、前記制御部は、前記可変利得増幅部における利得に基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整する。

本発明によれば、コヒーレントレシーバに入力されるローカル光信号の強度を適切に調整することができる。

本発明の実施形態に係る光受信装置を示す図である。 制御テーブルを概念的に示す図である。

図１には、本発明の実施形態に係る光受信装置が示されている。この光受信装置は、受信信号として、偏波多重位相変調方式の光信号を光ファイバ２から受信し、ディジタル信号を抽出する。偏波多重位相変調方式の光信号は、偏波面が異なる複数の光信号が重畳された信号である。各光信号にはディジタル信号によって位相変調が施されている。

光受信装置で受信される受信信号は、偏波面が直交する２つの光信号を含む。光ファイバ２上にｘｙｚ直交座標系を定め、伝搬方向をｚ軸とした場合、受信信号は、ｘｚ平面に平行な偏波面を有するＸ偏波信号、およびｙｚ平面に平行な偏波面を有するＹ偏波信号を含んだものとなる。

受信信号の各偏波信号には、ディジタル符号に位相が対応付けられたＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）等の位相変調が施されている。ＱＰＳＫでは、角周波数をω、時間をｔとし、位相をωｔ＋φと表したときの初期位相φが、２桁のディジタル符号（１１）、（０１）、（００）、（１０）に対応付けられている。すなわち、２桁のディジタル符号（１１）、（０１）、（００）、（１０）に対し、それぞれ、φ＝π／４、３π／４、５π／４、７π／４が対応付けられている。このように、偏波多重位相変調方式のうち位相変調の方式をＱＰＳＫとしたものは、特に、偏波多重４値位相変調信号（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）と称される。

受信信号には、異なる波長を有する複数の偏波多重位相変調信号が含まれている。光受信装置は、受信信号をＸ偏波信号およびＹ偏波信号に分離し、所望波長のローカル光信号を用いて各偏波信号に対して直交検波処理を施し、さらにディジタル復調処理を施して、所望波長の偏波多重位相変調信号からディジタル信号を抽出する。

次に、光受信装置の具体的な構成および処理について説明する。光受信装置の受信端子１０には光ファイバ２が接続されている。光ファイバ２から受信端子１０に入力された受信信号は、入力減衰器１２に入力される。入力減衰器１２は、制御部４２の制御に応じた減衰量で受信信号を減衰させ、減衰後の受信信号をコヒーレントレシーバ１４に出力する。

可変波長光源２０はローカル光信号をローカル減衰器２２に出力する。可変波長光源２０が出力するローカル光信号の波長は可変であり、可変波長光源２０は、制御部４２の制御に応じた波長のローカル光信号を出力する。すなわち、制御部４２は、可変波長光源２０を制御して、受信信号に含まれる複数の偏波多重位相変調信号のうちディジタル信号を抽出する信号の波長に、ローカル光信号の波長を設定する。

ローカル減衰器２２は、制御部４２の制御に応じた減衰量でローカル光信号を減衰させ、減衰後のローカル光信号をコヒーレントレシーバ１４に出力する。

コヒーレントレシーバ１４は、偏光ビームスプリッタ１６、スプリッタ２４、Ｘ偏波ハイブリッド１８Ｘ、Ｙ偏波ハイブリッド１８Ｙ、光検出部２６および可変利得増幅部２８を備える。以下に説明するように、コヒーレントレシーバ１４は、受信信号をＸ偏波信号およびＹ偏波信号に分離し、ローカル光信号と同一波長の各偏波信号に対して直交検波処理を施す。

偏光ビームスプリッタ１６は、受信信号をＸ偏波信号およびＹ偏波信号に分離し、それぞれ、Ｘ偏波ハイブリッド１８ＸおよびＹ偏波ハイブリッド１８Ｙに入力する。スプリッタ２４はローカル光信号を分離し、Ｘ偏波ハイブリッド１８ＸおよびＹ偏波ハイブリッド１８Ｙに入力する。

Ｘ偏波ハイブリッド１８Ｘは、直交検波回路としての機能を有し、ローカル光信号と同一波長のＸ偏波信号について、同相成分信号ＩＸおよび直交成分信号ＱＸを光検出部２６に出力する。Ｙ偏波ハイブリッド１８Ｙもまた、直交検波回路としての機能を有し、ローカル光信号と同一波長のＹ偏波信号について、同相成分信号ＩＹおよび直交成分信号ＱＹを光検出部２６に出力する。

光検出部２６は、同相成分信号ＩＸ、直交成分信号ＱＸ、同相成分信号ＩＹおよび直交成分信号ＱＹのそれぞれに対応して設けられた検出器ＰＤを備える。各検出器ＰＤは、対応する光信号を電圧に変換し、可変利得増幅部２８に出力する。

可変利得増幅部２８は、Ｘ偏波信号の同相成分信号ＩＸおよび直交成分信号ＱＸをそれぞれ増幅するＸ偏波増幅器２８ＩＸおよび２８ＱＸと、Ｙ偏波信号の同相成分信号ＩＹおよび直交成分信号ＱＹをそれぞれ増幅するＹ偏波増幅器２８ＩＹおよび２８ＱＹを備える。Ｘ偏波増幅器２８ＩＸおよび２８ＱＸの利得は、同相成分信号ＩＸおよび直交成分信号ＱＸの大きさの変化に応じて変化する。Ｘ偏波増幅器２８ＩＸおよび２８ＱＸは、増幅後の各信号の大きさが所定範囲内の値を維持するように利得を調整しながら各信号を増幅し、増幅後の各信号をディジタル復調回路３０に出力する。

Ｙ偏波増幅器２８ＩＹおよび２８ＱＹの利得は、同相成分信号ＩＹおよび直交成分信号ＱＹの大きさの変化に応じて変化する。Ｙ偏波増幅器２８ＩＹおよび２８ＱＹは、増幅後の各信号の大きさが所定範囲内の値を維持するように利得を調整しながら各信号を増幅し、増幅後の各信号をディジタル復調回路３０に出力する。

ディジタル復調回路３０は、可変利得増幅部２８から出力されたＸ偏波信号の同相成分信号ＩＸ、Ｘ偏波信号の直交成分信号ＱＸ、Ｙ偏波信号の同相成分信号ＩＹ、およびＹ偏波信号の直交成分信号ＱＹからディジタル信号を抽出し、出力端子４６から出力する。

コヒーレントレシーバ１４が良好に直交検波処理および増幅処理を行うため、コヒーレントレシーバ１４に入力される受信信号の強度には適切な範囲がある。受信信号の強度が所定の値を超えると、コヒーレントレシーバ１４において適切に処理が行われず、ディジタル復調回路３０から出力されるディジタル信号の誤り率が増加する。そこで、制御部４２は、受信信号の強度が所定値を超えないように入力減衰器１２の減衰量を制御する。

入力減衰器１２とコヒーレントレシーバ１４との間には光検出器３２が設けられている。光検出器３２は、コヒーレントレシーバ１４に入力される受信信号の検出値をレベルモニタ３４に出力する。レベルモニタ３４は、光検出器３２から出力された検出値を制御用の値としての受信モニタ値に変換し、第１平均化部３６に出力する。第１平均化部３６は、受信モニタ値の時間平均値である受信平均値を求め制御部４２に出力する。この時間平均値は、過去に遡った所定の平均化時間について求められる。すなわち、第１平均化部３６は、過去に遡った平均化時間内における各時間での受信モニタ値を記憶しており、平均化時間内における受信モニタ値の平均値である受信平均値を求める。

制御部４２は、受信平均値が予め定められた受信閾値を超えないよう、入力減衰器１２の減衰量を制御する。これによって、コヒーレントレシーバ１４に入力される受信信号の強度の時間平均値が、受信閾値以下に抑制される。

コヒーレントレシーバ１４が良好に直交検波処理および増幅処理を行うため、ローカル光信号についても適切な強度がある。コヒーレントレシーバ１４には非線形性があり、受信信号の強度と、ローカル光信号の適切な強度との関係は比例関係とならない場合が多い。すなわち、ローカル光信号の適切な強度は、受信信号の強度と、Ｘ偏波ハイブリッド１８ＸおよびＹ偏波ハイブリッド１８Ｙから所望波長について出力される各信号の強度（所望波長出力強度）に基づいて定まる。そこで、光受信装置では、次のような処理によって、受信信号の強度および所望波長出力強度に基づいてローカル光信号の強度が調整される。

上述のように、Ｘ偏波増幅器２８ＩＸおよび２８ＱＸは、増幅後のＸ偏波同相成分信号ＩＸおよびＸ偏波直交成分信号ＱＸのそれぞれの大きさが所定範囲内の値を維持するように利得を調整する。したがって、Ｘ偏波増幅器２８ＩＸおよび２８ＱＸの各利得は、Ｘ偏波ハイブリッド１８Ｘから出力される各信号の強度を反映した値となる。同様に、Ｙ偏波増幅器２８ＩＹおよび２８ＱＹの各利得は、Ｙ偏波ハイブリッド１８Ｙから出力される各信号の強度を反映した値となる。例えば、入力信号に対する出力信号の比率として利得が定義されている場合には、利得の逆数は各信号の強度を示す。また、入力信号に対する出力信号の比率の対数値として利得が定義されている場合には、利得を逆極性とした値が各信号の強度を示す。ここでは、入力信号に対する出力信号の比率として利得が定義されているものとする。

ゲインモニタ３８は、Ｘ偏波増幅器２８ＩＸ、Ｘ偏波増幅器２８ＱＸ、Ｙ偏波増幅器２８ＩＹ、およびＹ偏波増幅器２８ＱＹのうち少なくとも１つの利得を反映した出力強度パラメータを求める。出力強度パラメータは、これらの増幅器の各利得の逆数の平均値であってもよいし、これらの増幅器のうち１つの利得の逆数であってもよい。

ゲインモニタ３８は、出力強度パラメータを第２平均化部４０に出力する。第２平均化部４０は、出力強度パラメータの時間平均値である出力平均値を求め制御部４２に出力する。この時間平均値は、受信平均値と同様、過去に遡った所定の平均化時間について求められる。

制御部４２の記憶部４４には、受信平均値および出力平均値の各組に対して、ローカル減衰器２２の制御値を対応付けた制御テーブルが記憶されている。図２には、制御テーブルが概念的に示されている。上側の横方向の欄は受信平均値Ｍを示し、左側の縦方向の欄は出力平均値Ｇを示す。受信平均値Ｍおよび出力平均値Ｇの各組み合わせに対しては、減衰制御値が対応付けられている。減衰制御値は、例えば、ローカル減衰器２２における減衰量を表す。制御テーブルは、ディジタル復調回路３０から出力されるディジタル信号の誤り率を測定し、誤り率が所定値以下となるように実験やシミュレーションによって求められてもよい。

制御部４２は、制御テーブルを参照し、第１平均化部３６から出力された受信平均値、および、第２平均化部４０から出力された出力平均値に基づいて減衰制御値を取得する。制御部４２は、減衰制御値に基づいてローカル減衰器２２を制御する。

このような処理によれば、受信信号の強度および所望波長出力強度に基づいてローカル減衰器２２における減衰量が調整され、コヒーレントレシーバ１４に入力されるローカル光信号の強度が調整される。これによって、コヒーレントレシーバ１４において適切に直交検波処理および増幅処理が行われ、ディジタル復調回路３０から出力されるディジタル信号の誤り率が低下する。

上記では、可変利得増幅部２８における利得に基づいて、所望波長出力強度を表す出力強度パラメータを求める例について説明した。出力強度パラメータは、その他の方法によって求められてもよい。例えば、光検出部２６で検出される各光信号の強度を直接測定し、その測定値に基づいて強度パラメータを求めてもよい。

また、強度パラメータは、所望波長出力強度を間接的に表す値であってもよい。例えば、
可変利得増幅部２８における利得の逆数ではなく、利得をそのまま反映した値であってもよい。この場合、強度パラメータは、その値が大きい程、所望波長出力強度が小さいことを示す。制御テーブルにおける出力平均値Ｇは、強度パラメータの定義に応じて定められた値とすればよい。

なお、制御部４２は、制御テーブルに加えて、ディジタル信号の誤り率に基づいて、ローカル減衰器２２における減衰量を調整してもよい。ＢＥＲ測定部４８は、ディジタル復調回路３０から出力されるディジタル信号について、単位時間当たりの誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）を求め、制御部４２に出力する。制御部４２は、ローカル減衰器２２を制御し、ＢＥＲが所定の閾値を超えないように、ローカル減衰器２２における減衰量を調整する。

１０ 受信端子、１２ 入力減衰器、１４ コヒーレントレシーバ、１６ 偏光ビームスプリッタ、１８Ｘ Ｘ偏波ハイブリッド、１８Ｙ Ｙ偏波ハイブリッド、２０ 可変波長光源、２２ ローカル減衰器、２４ スプリッタ、２６ 光検出部、２８ 可変利得増幅部、３０ ディジタル復調回路、３４ レベルモニタ、３６ 第１平均化部、３８ ゲインモニタ、４０ 第２平均化部、４２ 制御部、４４ 記憶部、４６ 出力端子、４８ ＢＥＲ測定部。

Claims (4)

1. 受信信号およびローカル光信号が入力され、前記ローカル光信号の波長に応じた出力信号を出力する検波回路、を備えるコヒーレントレシーバと、
   前記ローカル光信号を出力する光源と、
   前記ローカル光信号の強度を調整する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記受信信号の強度を示す受信強度と、前記出力信号の強度を示す出力強度とに基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整することを特徴とする光受信装置。
2. 請求項１に記載の光受信装置において、
   前記ローカル光信号の強度を調整するための制御値を、前記受信強度および前記出力強度に対して対応付ける制御情報、を記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、
   前記受信強度と、前記出力強度と、前記制御情報とに基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整することを特徴とする光受信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の光受信装置において、
   前記受信強度につき所定時間内の平均値を求める第１平均化部と、
   前記出力強度につき所定時間内の平均値を求める第２平均化部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１平均化部によって求められた受信平均値と、前記第２平均化部によって求められた出力平均値と、に基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整することを特徴とする光受信装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光受信装置において、
   前記コヒーレントレシーバは、前記出力信号を増幅し、増幅後の前記出力信号の強度を所定範囲内に維持する可変利得増幅部を有し、
   前記制御部は、
   前記可変利得増幅部における利得に基づいて、前記ローカル光信号の強度を調整することを特徴とする光受信装置。

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