JP2018042235A - ノイズ強度検出装置、ノイズ強度検出方法及びコヒーレント光受信機 - Google Patents

ノイズ強度検出装置、ノイズ強度検出方法及びコヒーレント光受信機 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、ノイズ強度検出装置、検出方法及びコヒーレント光受信機を提供する。
【解決手段】前記検出方法は、受信信号に対して前処理を行って、パイロットシーケンスを取得し；既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し；位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び、受信信号のバンド幅及び前記ノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算することを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信技術に関し、特に、ノイズ強度（noise intensity）検出装置、ノイズ強度検出方法及びコヒーレント光受信機に関する。
コヒーレント光受信機では、ノイズの存在により、システムの伝送パフォーマンスが制限され得る。信号伝送に導入され得るノイズは、主に、光増幅器によるASE（Amplified Spontaneous Emission）ノイズ、WDM（Wavelength Division Multiplexing）伝送システム中の隣接チャネルのXPM（Cross-Phase Modulation）ノイズ、及び伝送チャネルのSPM（Self-Phase Modulation）ノイズを含む。この３種類のノイズの物理メカニズムは異なり、相対強度はシステムの物理パラメータに関し、また、信号伝送プロセスで受けた影響はこの３種類のノイズのトータルコントリビューション（total contribution）に依存する。
有効なノイズ分類方法及び強度モニタリング方法は、システムのパフォーマンス推定及びパフォーマンス予測を実現し得る重要な手段である。ノイズの分類が明確であることに基づいて行われたノイズ強度の定量分析は、システム設計を最適化し、システムリソースをイコライゼーションし、また、伝送パフォーマンスを向上させることができる。正確なノイズ強度モニタリング方法は、一方で、システムの故障診断及び位置決定に用いられることにより、ネットワーク制御ユニットに信頼できる情報を提供し、ネットワーク状態をリアルタイムでモニタリングすることができ、他方で、伝送システムのパフォーマンスを予測し、パラメータ選択及び最適化をほう助し、ネットワークの運営及び操作に技術的根拠及び方法を提供することもできる。
本発明の実施例は、ノイズ強度検出装置、ノイズ強度検出方法及びコヒーレント光受信機を提供する。デジタル信号処理がコヒーレント光受信機中で行われることにより、過大な複雑度を導入することなく線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）及び非線形ノイズ（例えば、XPMノイズ）を分離することができ、各種類のノイズの強度情報を得ることもできる。
本発明の実施例の第一側面によれば、ノイズ強度検出装置が提供され、それは、コヒーレント光受信機に構成され、前記検出装置は、
信号前処理ユニットであって、受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを得るためのもの；
位相ノイズ除去ユニットであって、既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去するためのもの；
パワー密度計算ユニットであって、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算するためのもの；及び
線形ノイズ計算ユニットであって、前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算するためのものを含む。
本発明の実施例の第二側面によれば、ノイズ強度検出方法が提供され、それは、コヒーレント光受信機に応用され、前記検出方法は、
受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し；
既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し；
位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び
前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算することを含む。
本発明の実施例の第三側面によれば、コヒーレント光受信機が提供され、前記コヒーレント光受信機は、
光電変換器であって、受信した光信号を電気信号に変換するためのもの；及び
デジタル信号処理器であって、前記電気信号に対して前処理を行って、前記電気信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し、既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、また、受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算するためのものを含む。
本発明の実施例の有益な効果は、送信端で伝送信号にパイロットシーケンスを追加し、受信端で受信信号中のパイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無しパイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、また、受信信号のバンド幅及び該ノイズパワー密度に基づいて受信信号の線形ノイズのパワーを計算することにより、過大な複雑度を導入することなく線形ノイズ及び非線形ノイズを有効に分離することができ、各種類のイズの強度情報を得ることもできる。
実施例1のノイズ強度検出方法を示す図である。 実施例1のパイロットシーケンスの例を示す図である。 実施例1のもう１つのパイロットシーケンスの例を示す図である。 実施例1のもう１つのノイズ強度検出方法を示す図である。 実施例1の受信信号前処理を示す図である。 実施例1の位相ノイズ除去を示す図である。 実施例1のノイズ分類を示す図である。 実施例1の位相ノイズ無しパイロットシーケンスの周波数スペクトラムの例を示す図である。 実施例2のノイズ強度検出装置を示す図である。 実施例2のもう１つのノイズ強度検出装置を示す図である。 実施例3のコヒーレント光受信機を示す図である。 実施例3のもう１つのコヒーレント光受信機を示す図である。 実施例3の光通信システムを示す図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明を実施するための好適な形態を詳細に説明する。なお、以下に開示の実施形態は、例示に過ぎず、本発明を限定するものでない。
受信機ノイズ強度モニタリングは、伝送パフォーマンスのモニタリング及び予測を実現し得る基礎であり、光ネットワークの伝送リソース構成をさらに最適化し得る有効な手段でもある。ノイズ強度モニタリング実現プロセスでは、余分なハードウェアオーバーヘッドの導入が望ましくないので、コヒーレント光受信機中でデジタル信号処理（DSP、Digital Signal Processing）に基づくノイズ強度モニタリングを行う案は、重要視されている。コヒーレント光受信機中での信号処理に基づいて、過大な複雑度を導入することなく各種類のノイズ強度情報を得ることは、本出願の出発点である。
本出願は、パイロットシーケンスに基づくノイズ分類及びモニタリング案を提供し、コヒーレント光受信機の情報を用いて、受信したパイロットシーケンスがキャリー（Carry）するノイズに対して分析を行うことで、例えば、ASEノイズ及びXPMノイズの有効な分離を実現することができ、これにより、各種類のノイズの強度に対してそれぞれ推定を行い、システム状態に対して明確な判断及び指示を行うことができる。有効なデータ処理は、ノイズ強度モニタリング機能を実現し得る基礎だけでなく、モニタリング精度をさらに向上させ、コヒーレント光受信機の製品化及び機能拡張のためにアドバイスを提供することにも有利である。以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
本発明の実施例は、ノイズ強度検出方法を提供し、それは、コヒーレント光受信機に応用され得る。
図1は、本発明の実施例のノイズ強度検出方法を示す図である。図1に示すように、該ノイズ強度検出方法は、次のようなステップを含む。
ステップ101：受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し；
ステップ102：既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し；
ステップ103：位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び
ステップ104：前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算する。
本実施例では、送信端で伝送信号にパイロットシーケンスを追加することができる。パイロットシーケンス構造は、コヒーレント光受信機による処理の基礎であり、既知の送信シーケンスとして特殊な性質が導入され得る。
図2は、本発明の実施例のパイロットシーケンスの例を示す図であり、そのうち、H偏波状態を例として説明を行う。図3は、本発明の実施例のパイロットシーケンスのもう１つの例を示す図であり、そのうち、V偏波状態を例として説明を行う。図2及び図3に示すように、該パイロットシーケンスの総長さは、Nであっても良く、即ち、N個のデータシンボルを含み、また、変調フォーマットは、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）フォーマットであっても良い。デュアル偏波光伝送システムの場合、そのうち、H偏波状態は、星座点が時計回りに回転するデータシーケンスと設計されても良く、図2に示すように、回転周期は、4個のシンボルのシーケンスであり、また、V偏波状態は、星座点が反時計回りに回転するデータシーケンスと設計されても良く、図3に示すように、回転周期も、4個のシンボルのシーケンスである。
なお、H偏波状態の時計回り及びV偏波状態の反時計回りは、相対的な関係であり、即ち、H偏波状態が反時計回りで、V偏波状態が時計回りであるように設計されても良い。よって、本発明の実施例のパイロットシーケンスは、周期的回転という１種類の制約のみ導入されており、そのうち、H偏波状態及びV偏波状態の振幅は、他の機能を実現するために自由度がまだある。よって、柔軟性の観点から、このような構造のパイロットシーケンスは、十分な設計自由度がある。
なお、図2及び図3は、本発明のパイロットシーケンスを例示するものだけである。本発明は、これに限定されない。例えば、単一偏波状態の信号であっても良く、或いは、変調フォーマットは、他のフォーマット、例えば、16 QAM（Quadrature Amplitude Modulation）又は64 QAMなどであっても良い。言い換えると、実際の状況に応じて、具体的なパイロットシーケンス構造を確定しても良い。
ステップ101では、一つの受信信号シーケンス全体を得た後に、受信信号に対して前処理を行っても良く、例えば、選択的にIQ（In-phase Quadrature）不均衡補償、偏波分離（polarization demultiplexing）及びプリイコライゼーション（pre-equalization）などの処理を行っても良く、その後、パイロットシーケンスの同期化及び抽出を実現することができる。
ステップ102では、予め得られたパイロット信号（即ち、既知の送信パイロット信号）を用いて、受信信号中のパイロットシーケンス（即ち、受信パイロットシーケンス）の位相ノイズを除去することができる。受信パイロットシーケンスがキャリーする位相ノイズが完全に除去され、振幅方向のノイズ（振幅ノイズとも称される）のみ残されていることにより、ノイズの周波数スペクトラムの特徴を用いてノイズを分離することができる。
ステップ103では、位相ノイズが除去された後に、振幅ノイズが周波数領域に変換され得る。非線形振幅ノイズ（例えば、XPM振幅ノイズ）がパイロット周波数近傍で無視されても良いので、パイロット周波数近傍では、ノイズは、線形振幅ノイズ（例えば、ASE振幅ノイズ）を主とし、これにより、所定周波数範囲内では、線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）を分離することができる。
ステップ104では、線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）が分離された後に、線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）のパワースペクトラム密度が一定である仮設下で、受信信号がキャリーする線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）のパワーを取得し、線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）のパワーのモニタリングを実現することができる。また、さらにトータルノイズパワーから、線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）のパワーを減算することにより、受信信号がキャリーする非線形ノイズ（例えば、XPMノイズ）のパワーを得ることもできる。
以下、ASEノイズ和XPMノイズを例としてさらに説明する。また、ノイズモニタリングの精度を保証し、非理想的因子（ファクター）の推定値への影響を減少させるために、以下、各処理ステップの機能及び構成をそれぞれ説明する。
図4は、本発明の実施例のもう１つのノイズ強度検出方法を示す図である。図4に示すように、該ノイズ強度検出方法は、次のようなステップを含む。
ステップ401：受信機が、送信端から送信されて伝送リンクを経由して該受信機に到着した信号を受信し；
本実施例では、受信機は、受信信号を得た後に、光信号と電気信号との変換及び各種の信号処理を行っても良い。なお、具体的な内容については、従来技術を参照することができる。
ステップ402：受信機が、受信信号に対して前処理を行って、該受信信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し；
本実施例では、受信機は、次のような１つ又は複数の処理を行っても良く、即ち、IQ不均衡消去、周波数オフセット補償、偏波分離及びプリイコライゼーションである。このような操作を行った後に、該パイロットシーケンスに対して同期化を行うこともできる。
図5は、本発明の実施例の受信信号前処理を示す図であり、そのうち、デュアル偏波状態のシステムを例とする。図5に示すように、コヒーレント受信機の受信信号は、H、Vの２パス（2-path）の信号であり、コヒーレント光受信機では、順に、IQ不均衡消去、周波数オフセット補償、偏波分離及びプリイコライゼーション処理が行われても良い。なお、このような操作は、例示に過ぎない。そのうちの１つ又は複数の操作を行っても良く、また、行わず直接パイロット同期化を行っても良い。
図5に示すように、各種の前処理が行われた後のH、Vの２パスの信号は、パイロット同期化操作を行うことができる。具体的に如何にパイロット同期化操作を行うかは、従来技術を参照することができる。例えば、従来の任意の関連するパイロット同期化アルゴリズムを用いて実現することができる。
ステップ403：受信機が、既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスを取得し；
本実施例では、該パイロット信号は、送信端で採用されたオリジナルパイロットシーケンスであっても良く、送信端から予め得られたものであっても良い。該送信パイロット信号及び該受信パイロットシーケンスを用いて、シンボル毎に該受信パイロットシーケンスの位相ノイズを取得し、そして、該受信パイロットシーケンスから位相ノイズを除去することができる。
図6は、本発明の実施例の位相ノイズ除去を示す図である。図6に示すように、既知の送信パイロット信号s(n)及び得られた受信パイロットシーケンスr(n)を用いて、先ずangle[r(n)/s(n)]を計算して、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを取得し、その後、該位相ノイズを受信パイロットシーケンスr(n)から除去し、最終的に、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスr(n)PN_removalを得ることができる。
即ち、次のような公式を用いて位相ノイズの除去を行うことができる。
Figure 2018042235
そのうち、r(n)PN_removalは、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスであり、r(n)は、前記受信パイロットシーケンスであり、s(n)は、前記送信パイロット信号であり、angle（r(n)/s(n)）は、前記受信パイロットシーケンスと、前記送信パイロット信号との間の位相角を表す。
このような処理が行われた後に、パイロットシーケンスがキャリーする位相ノイズが完全に除去され、振幅方向のノイズのみ残されている。
ステップ404：受信機が、Fourier変換を用いて、該位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスを時間領域から周波数領域に変換する。
本実施例では、例えば、FFT（Fast Fourier Transform）を採用しても良い。
ステップ405：受信機が、該位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算する。
図7は、本発明の実施例のノイズ分類を示す図である。図7に示すように、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスに対してFFT操作を行い、その後、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算することができる。該パイロット周波数は、予め確定されても良く、また、該所定スペクトル幅は、BASEと記されても良く、同様に予め確定されても良い（例えば、経験値を使っても良い）。
図8は、本発明の実施例の位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの周波数スペクトラムの例を示す図である。図8に示すように、パイロット周波数近傍の周波数範囲ではXPMノイズが除去され得るため、パイロット周波数近傍の周波数範囲では周波数スペクトラムの凹陥が出現しており、この部分の凹陥は、ASEノイズのみ含むものと見なされ得るので、この領域の周波数スペクトラムパワー密度は、ASEノイズのパワースペクトラム密度と見なすことができる。
よって、FFTが行われた後に、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅BASEの範囲内で、ノイズのパワースペクトラム密度をn0_ASEとして計算することができる。具体的に如何にノイズパワー及びパワースペクトラム密度を計算するかは、従来技術を参照することができ、即ち、従来の任意の関連する方法を採用しても良い。
ステップ406：受信機が、受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、該受信信号の線形ノイズのパワーを計算する。
本実施例では、線形ノイズ（例えば、ASEノイズ）は、加法性ホワイトガウスノイズと見なされても良く、そのパワースペクトラム密度は、周波数スペクトラム全体の範囲内で同じであると認められるので、次のような公式でASEノイズのパワーを計算することができる。
Figure 2018042235
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、n0_ASEは、前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度であり、BWは、前記受信信号のバンド幅であり、該受信信号のバンド幅は、予め確定されても良い。
ステップ407：受信機が、受信信号のノイズのトータルパワーを計算し；及び
ステップ408：受信機が、該ノイズのトータルパワー及び該線形ノイズのパワーに基づいて、受信信号の非線形ノイズのパワーを計算する。
本実施例では、さらに受信信号（例えば、受信パイロットシーケンス）がキャリーするノイズのトータルパワーPtotalを計算しても良く、これは、図8に示すような周波数スペクトラムのノイズのトータルパワーを計算することにより得ることができる。その後、ノイズのトータルパワーからASEノイズのパワーを減算することにより、XPMノイズのパワーPXPMを求めることができる。
即ち、次のような公式に基づいてXPMノイズのパワーを計算することができる。
PXPM＝Ptotal−PASE
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、PXPMは、前記受信信号のXPMノイズのパワーであり、Ptotalは、前記受信信号のノイズのトータルパワーである。
これにより、ASEノイズのパワー及びXPMノイズのパワーをそれぞれ算出することができるため、モニタリングの目的を実現することができる。
なお、以上、各ステップを用いて本発明の実施例を説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、各ステップ間の実行順序を適切に調整することができ、他のステップを更に増加させ又はそのうちの幾つかのステップを減少させることもできる。また、当業者は、上述の内容をもとに適切に変更を行っても良いが、これらは、全て、本発明の範囲に属する。
上述の実施例から分かるように、送信端で伝送信号にパイロットシーケンスを追加し、受信端で受信信号中のパイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無しパイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、そして、受信信号のバンド幅及び該ノイズパワー密度に基づいて、受信信号の線形ノイズのパワーを計算することにより、過大な複雑度を導入することなく線形ノイズ及び非線形ノイズを有効に分離することができ、各種類のイズの強度情報を得ることもできる。
本発明の実施例は、ノイズ強度検出装置を提供し、それは、コヒーレント光受信機に構成され得る。本発明の実施例では、実施例1と同じ内容が省略される。
図9は、本発明の実施例のノイズ強度検出装置を示す図である。図9に示すように、ノイズ強度検出装置900は、次のようなものを含む。
信号前処理ユニット901：受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し；
位相ノイズ除去ユニット902：既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し；
パワー密度計算ユニット903：位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び
線形ノイズ計算ユニット904：前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算する。
図10は、本発明の実施例のノイズ強度検出装置を示すもう１つの図である。図10に示すように、ノイズ強度検出装置1000は、信号前処理ユニット901、位相ノイズ除去ユニット902、パワー密度計算ユニット903、及び線形ノイズ計算ユニット904を、上述のように含む。
また、図10に示すように、ノイズ強度検出装置1000は、さらに、次のようなものを含んでも良い。
トータルパワー計算ユニット1001：前記受信信号のノイズのトータルパワーを計算し；及び
非線形ノイズ計算ユニット1002：前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算する。
本実施例では、線形ノイズは、ASEノイズであっても良く、非線形ノイズは、XPMノイズであっても良い。
本実施例では、位相ノイズ除去ユニット902は、具体的に、前記送信パイロット信号及び前記受信パイロットシーケンスを用いて、シンボル毎に前記受信パイロットシーケンスの位相ノイズを取得し、そして、前記受信パイロットシーケンスから前記位相ノイズを除去するために用いられる。
即ち、位相ノイズ除去ユニット902は、次のような公式を用いて位相ノイズの除去を行うことができる。
Figure 2018042235
そのうち、r(n)PN_removalは、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスであり、r(n)は、前記受信パイロットシーケンスであり、s(n)は、前記送信パイロット信号であり、angle（r(n)/s(n)）は、前記受信パイロットシーケンスと、前記送信パイロット信号との間の位相角を表す。
本実施例では、パワー密度計算ユニット903は、さらに、Fourier変換により、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスを時間領域から周波数領域に変換するために用いられる。
本実施例では、線形ノイズ計算ユニット904は、次のような公式でASEノイズのパワーを計算することができる。
Figure 2018042235
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、n0_ASEは、前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度であり、BWは、前記受信信号のバンド幅であり、該受信信号のバンド幅は、予め確定されても良い。
非線形ノイズ計算ユニット1002は、次のような公式を用いてXPMノイズのパワーを計算することができる。
PXPM＝Ptotal−PASE
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、PXPMは、前記受信信号のXPMノイズのパワーであり、Ptotalは、前記受信信号のノイズのトータルパワーである。
本実施例では、信号前処理ユニット901は、具体的に、前記受信信号に対して、次のような処理のうちの１つ又は複数を行い、即ち、IQ不均衡消去、周波数オフセット補償、偏波分離及びイコライゼーションであり、それから、前記パイロットシーケンスの同期化を行うために用いられても良い。
上述の実施例から分かるように、送信端で伝送信号にパイロットシーケンスを追加し、受信端で受信信号中のパイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無しパイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、そして、受信信号のバンド幅及び該ノイズパワー密度に基づいて、受信信号の線形ノイズのパワーを計算することにより、過大な複雑度を導入することなく線形ノイズ及び非線形ノイズを有効に分離することができ、各種類のイズの強度情報を得ることもできる。
本発明の実施例は、コヒーレント光受信機を提供し、該コヒーレント光受信機は、実施例2に記載のノイズ強度検出装置900又は1000を有するように構成され得る。本発明の実施例では、実施例1、2と同じ内容が省略される。
図11は、本発明の実施例のコヒーレント光受信機を示す図である。図11に示すように、コヒーレント光受信機1100は、次のようなものを含んでも良い。
光電変換器1101：受信した光信号を電気信号に変換し；
デジタル信号処理器1102：前記電気信号を前処理して前記電気信号中のパイロットシーケンスを取得し、既知の送信パイロット信号を用いて受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、そして、受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算する。
本実施例では、デジタル信号処理器1102は、DSP技術を用いて上述のような機能/操作を実現することができる。なお、図11は、本発明に関する部品のみを示しているが、本発明は、これに限定されない。また、コヒーレント光受信機の他の部品については、従来技術を参照することができるため、ここでは、その詳しい説明を省略する。
図12は、本発明の実施例のもう１つのコヒーレント光受信機を示す図であり、そのうち、デュアル偏波状態を例としてコヒーレント光受信機をさらに説明する。図12に示すように、受信機1200は、発振レーザー1210、光混合器1201、光電検出器（O/E）1202、1204、1206、1208、アナログデジタル変換器（ADC）1203、1205、1207、1209、及びデジタル信号処理器1211を含む。
そのうち、デジタル信号処理器1211は、上述のようなデジタル信号処理器1102の機能を実現することができ、即ち、実施例1に記載のノイズ強度検出方法を実現するように制御され得る。ここでは、その詳しい説明を省略する。
発振レーザー1210は、ローカル光源を提供し、光信号は、光混合器1201、光電検出器（O/E）1202、1204、アナログデジタル変換器（ADC）1203、1205を経て、一つの偏波状態上でのベースバンド信号に変換され、また、該光信号は、光混合器1201、光電検出器（O/E）1206、1208、アナログデジタル変換器（ADC）1207、1209を経て、もう１つの偏波状態上でのベースバンド信号にも変換される。その具体的なプロセスは、従来技術に類似したので、ここでは、その詳しい説明を省略する。
また、受信機1200は、さらに、分散（dispersion）補償器及びイコライザー（図12に示されていない）を含んでも良い。また、周波数オフセット及び位相ノイズはOSNR（Optical Signal Noise Ratio）の推定に影響することがあるなら、受信機1200は、周波数オフセット補償器及び位相ノイズ補償器（図12に示されていない）をさらに含んでも良い。
なお、図12は、本発明の受信機を例示しているが、本発明は、これに限定されない。受信機1200は、必ずしも図12中の全ての部品を含む必要がない。また、受信機1200は、さらに図12に示されていない部品を含んでも良い。これについては、従来技術を参照することができる。
本発明の実施例は、さらに、光通信システムを提供する。
図13は、本発明の実施例の光通信システムを示す図である。図13に示すように、送信機が送信した信号は、伝送リンク中の異なる部品（例えば、光ファイバー、光増幅器、分散補償光ファイバーなど）を経由して受信機に到達することができる。そのうち、送信機は、伝送信号にパイロットシーケンスを追加することができ、また、受信機は、上述のようなデジタル信号処理器1102を有する。
本発明の実施例による装置及び方法は、ソフトウェアにより実現されても良く、ハードェアにより実現されてもよく、ハードェア及びソフトウェアの組み合わせにより実現されても良い。また、本発明は、このようなコンピュータ可読プログラムにも関し、即ち、前記プログラムは、ロジック部品により実行される時に、前記ロジック部品に、上述の装置又は構成要素を実現させることができ、又は、前記ロジック部品に、上述の方法又はそのステップを実現させることができる。さらに、本発明は、上述のプログラムを記憶するための記憶媒体、例えば、ハードディスク、磁気ディスク、光ディスク、DVD、flashメモリなどにも関する。
また、以上の複数の実施例に関し、さらに次のような付記も開示する。
（付記1）
ノイズ強度検出方法であって、コヒーレント光受信機に用いられ、
前記検出方法は、
受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し；
既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し；
位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び
前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算することを含む、方法。
（付記2）
付記1に記載の検出方法であって、さらに、
前記受信信号のノイズのトータルパワーを計算し；及び
前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算することを含む、方法。
（付記3）
付記2に記載の検出方法であって、
前記線形ノイズはASEノイズであり、前記非線形ノイズはXPMノイズである、方法。
（付記4）
付記1に記載の検出方法であって、
既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去することは、
前記送信パイロット信号及び前記受信パイロットシーケンスを用いて、シンボル毎に前記受信パイロットシーケンスの位相ノイズを取得し；及び
前記受信パイロットシーケンスから前記位相ノイズを除去することを含む、方法。
（付記5）
付記4に記載の検出方法であって、
Figure 2018042235
を用いて、前記位相ノイズの除去を行い、
そのうち、r(n)PN_removalは、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスであり、r(n)は、前記受信パイロットシーケンスであり、s(n)は、前記送信パイロット信号であり、angle（r(n)/s(n)）は、前記受信パイロットシーケンスと、前記送信パイロット信号との間の位相角を表す、方法。
（付記6）
付記1に記載の検出方法であって、
前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算する前に、前記検出方法は、さらに、
Fourier変換を用いて、前記位相ノイズ無しパイロットシーケンスを時間領域から周波数領域に変換することを含む、方法。
（付記7）
付記3に記載の検出方法であって、
前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算することは、
Figure 2018042235
を用い、
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、n0_ASEは、前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度であり、BWは、前記受信信号のバンド幅である、方法。
（付記8）
付記3に記載の検出方法であって、
前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算することは、
PXPM＝Ptotal−PASE
を用い、
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、PXPMは、前記受信信号のXPMノイズのパワーであり、Ptotalは、前記受信信号のノイズのトータルパワーである、方法。
（付記9）
付記1に記載の検出方法であって、
受信信号に対して前処理を行って前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを得ることは、
前記受信信号に対して、IQ不均衡消去、周波数オフセット補償、偏波分離とイコライゼーションのうちの１つ又は複数の処理を行い；及び
前記パイロットシーケンスに対して同期化を行うことを含む、方法。
（付記10）
ノイズ強度検出装置であって、コヒーレント光受信機に構成され、
ノイズ強度検出装置は、
信号前処理ユニットであって、受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを得るためのもの；
位相ノイズ除去ユニットであって、既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去するためのもの；
パワー密度計算ユニットであって、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び
線形ノイズ計算ユニットであって、前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算するためのものを含む、装置。
（付記11）
付記10に記載の検出装置であって、さらに、
トータルパワー計算ユニットであって、前記受信信号のノイズのトータルパワーを計算するためのもの；及び
非線形ノイズ計算ユニットであって、前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算するためのものを含む、装置。
（付記12）
付記11に記載の検出装置であって、
前記線形ノイズはASEノイズであり、前記非線形ノイズはXPMノイズである、装置。
（付記13）
付記10に記載の検出装置であって、
前記位相ノイズ除去ユニットは、具体的に、前記送信パイロット信号及び前記受信パイロットシーケンスを用いて、シンボル毎に前記受信パイロットシーケンスの位相ノイズを取得し；及び前記受信パイロットシーケンスから前記位相ノイズを除去するために用いられる、装置。
（付記14）
付記13に記載の検出装置であって、
前記位相ノイズ除去ユニットは、
Figure 2018042235
を用いて、前記位相ノイズの除去を行い、
そのうち、r(n)PN_removalは、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスであり、r(n)は、前記受信パイロットシーケンスであり、s(n)は、前記送信パイロット信号であり、angle（r(n)/s(n)）は、前記受信パイロットシーケンスと、前記送信パイロット信号との間の位相角を表す、装置。
（付記15）
付記10に記載の検出装置であって、
前記パワー密度計算ユニットは、さらに、Fourier変換を用いて、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスを時間領域から周波数領域に変換するために用いられる、装置。
（付記16）
付記12に記載の検出装置であって、
前記線形ノイズ計算ユニットは、
Figure 2018042235
を用いて、前記ASEノイズのパワーを計算し、
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、n0_ASEは、前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度であり、BWは、前記受信信号のバンド幅である、装置。
（付記17）
付記12に記載の検出装置であって、
前記非線形ノイズ計算ユニットは、
PXPM＝Ptotal−PASE
を用いて、前記XPMノイズのパワーを計算し、
そのうち、PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、PXPMは、前記受信信号のXPMノイズのパワーであり、Ptotalは、前記受信信号のノイズのトータルパワーである、装置。
（付記18）
付記10に記載の検出装置であって、
前記信号前処理ユニットは、具体的に、
前記受信信号に対して、IQ不均衡消去、周波数オフセット補償、偏波分離とイコライゼーションのうちの１つ又は複数の処理を行い；及び前記パイロットシーケンスに対して同期化を行うために用いられる、装置。
（付記19）
コヒーレント光受信機であって、
光電変換器であって、受信した光信号を電気信号に変換するためのもの；及び
デジタル信号処理器であって、前記電気信号を前処理して前記電気信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し、既知の送信パイロット信号を用いて受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、そして、受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算するためのものを含む、コヒーレント光受信機。
（付記20）
付記19に記載のコヒーレント光受信機であって、
前記デジタル信号処理器は、さらに、
前記受信信号のノイズのトータルパワーを計算し；及び
前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算するために用いられる、コヒーレント光受信機。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の技術的範囲に属する。

Claims (10)

  1. コヒーレント光受信機に構成されるノイズ強度検出装置であって、
    受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを得るための信号前処理ユニット；
    既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去するための位相ノイズ除去ユニット；
    位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算するためのパワー密度計算ユニット；及び
    前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算するための線形ノイズ計算ユニットを含む、検出装置。
  2. 請求項1に記載の検出装置であって、さらに、
    前記受信信号のノイズのトータルパワーを計算するためのトータルパワー計算ユニット；及び
    前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算するための非線形ノイズ計算ユニットを含む、検出装置。
  3. 請求項2に記載の検出装置であって、
    前記線形ノイズはASE（Amplified Spontaneous Emission）ノイズであり、前記非線形ノイズはXPM（Cross-Phase Modulation）ノイズである、検出装置。
  4. 請求項1に記載の検出装置であって、
    前記位相ノイズ除去ユニットは、前記送信パイロット信号及び前記受信パイロットシーケンスを用いて、シンボル毎に前記受信パイロットシーケンスの位相ノイズを取得し；及び前記受信パイロットシーケンスから前記位相ノイズを除去する、検出装置。
  5. 請求項4に記載の検出装置であって、
    前記位相ノイズ除去ユニットは、
    Figure 2018042235
    を用いて、前記位相ノイズの除去を行い、
    r(n)PN_removalは、前記位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスであり、r(n)は、前記受信パイロットシーケンスであり、s(n)は、前記送信パイロット信号であり、angle（r(n)/s(n)）は、前記受信パイロットシーケンスと、前記送信パイロット信号との間の位相角を表す、検出装置。
  6. 請求項3に記載の検出装置であって、
    前記線形ノイズ計算ユニットは、
    Figure 2018042235
    を用いて、前記ASEノイズのパワーを計算し、
    PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、n0_ASEは、前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度であり、BWは、前記受信信号のバンド幅である、検出装置。
  7. 請求項3に記載の検出装置であって、
    前記非線形ノイズ計算ユニットは、
    PXPM＝Ptotal−PASE
    を用いて、前記XPMノイズのパワーを計算し、
    PASEは、前記受信信号のASEノイズのパワーであり、PXPMは、前記受信信号のXPMノイズのパワーであり、Ptotalは、前記受信信号のノイズのトータルパワーである、検出装置。
  8. コヒーレント光受信機に用いられるノイズ強度検出方法であって、
    受信信号に対して前処理を行って、前記受信信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し；
    既知の送信パイロット信号を用いて、受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し；
    位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し；及び
    前記受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて、前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算することを含む、検出方法。
  9. 請求項8に記載の検出方法であって、さらに、
    前記受信信号のノイズのトータルパワーを計算し；及び
    前記ノイズのトータルパワー及び前記線形ノイズのパワーに基づいて、前記受信信号の非線形ノイズのパワーを計算することを含む、検出方法。
  10. コヒーレント光受信機であって、
    光電変換器及びデジタル信号処理器を含み、
    前記光電変換器は、受信した光信号を電気信号に変換し、
    前記デジタル信号処理器は、
    前記電気信号を前処理して前記電気信号に含まれているパイロットシーケンスを取得し、既知の送信パイロット信号を用いて受信パイロットシーケンスの位相ノイズを除去し、位相ノイズ無し受信パイロットシーケンスの、パイロット周波数近傍の所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度を計算し、そして、受信信号のバンド幅及び前記所定スペクトル幅内でのノイズパワー密度に基づいて前記受信信号の線形ノイズのパワーを計算する、コヒーレント光受信機。
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