JP2020113832A - 光受信装置及び波形歪み補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償ができること。【解決手段】光信号をコヒーレント検波方式により受信して得られる受信信号を複数の周波数帯域で分割し、分割した周波数帯域毎の受信信号の時間軸におけるタイミングを揃え、複数の周波数帯域に含まれる受信信号を結合する結合処理を行い、結合処理の前後のいずれかのタイミングで受信信号の波形歪みの補償を行う光受信装置であって、分割された周波数帯域毎に受信信号の波長分散を補償する第１の波長分散補償部と、時間領域においてタイミングが揃えられた周波数帯域毎の受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第１の非線形補償部と、非線形光学効果の補償がなされた周波数帯域毎の受信信号の波長分散を周波数帯域毎に補償する第２の波長分散補償部と、を備える光受信装置。【選択図】図２

Description

本発明は、光受信装置及び波形歪み補償方法に関する。

光通信において、光信号が光ファイバ中を伝搬する過程で、光ファイバが有する波長分散効果により光信号の波形に歪みが生じることが知られている（例えば、非特許文献１参照）。波長分散は、光ファイバ中の伝搬速度が波長に依存して異なることにより生じる現象であり、光ファイバが長いほど波長分散による影響は大きくなる。

従来、波長分散により生じた波形歪みの補償は、光伝送路の光ファイバと逆の波長分散特性を有する分散補償ファイバを用いることにより行われていた。これに対して、近年のコヒーレント光通信では、受信側で得られる位相情報を活用してデジタル信号処理により波長分散補償を行うようになってきている。

従来の光通信の波形歪の補償方法として、高速フーリエ変換（以下、「ＦＦＴ」（Fast Fourier Transform）という。）による周波数領域において波長分散補償を行ったのちに、逆高速フーリエ変換（以下、「ＩＦＦＴ」（Inverse Fast Fourier Transform）という。）による時間領域で非線形光学効果の補償（例えば、非特許文献２参照）を行うデジタル逆伝搬法が提案されている。

K.-P. Ho, "Subband equaliser for chromatic dispersion of optical fibre", ELECTRONICS LETTERS, Vol.45, No.24, 2009. Ezra Ip and Joseph M. Kahn, "Compensation of Dispersion and Nonlinear Impairments Using Digital Backpropagation", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.26, NO.20, 2008, p.3416-3425.

デジタル逆伝搬法では、上記の補償の繰り返し回数が多いほど補償精度が高くなる。しかしながら、上記の補償を繰り返し行うために、複数のＦＦＴとＩＦＦＴの回路が必要となるため精度の高い波形歪みの補償を行うためには回路規模が増大してしまうという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償ができる技術の提供を目的としている。

本発明の一態様は、光信号をコヒーレント検波方式により受信して得られる受信信号を複数の周波数帯域で分割し、分割した前記周波数帯域毎の前記受信信号の時間軸におけるタイミングを揃え、前記複数の周波数帯域に含まれる前記受信信号を結合する結合処理を行い、前記結合処理の前後のいずれかのタイミングで前記受信信号の波形歪みの補償を行う光受信装置であって、分割された前記周波数帯域毎に受信信号の波長分散を補償する第１の波長分散補償部と、時間領域においてタイミングが揃えられた前記周波数帯域毎の受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第１の非線形補償部と、前記非線形光学効果の補償がなされた前記周波数帯域毎の受信信号の波長分散を前記周波数帯域毎に補償する第２の波長分散補償部と、を備える光受信装置である。

本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記第１の非線形補償部の前段において前記周波数帯域毎の受信信号の時間軸におけるタイミングを揃える第１の遅延部と、前記非線形光学効果の補償がなされた前記周波数帯域毎の受信信号の時間軸におけるタイミングを揃える第２の遅延部と、をさらに備える。

本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記受信信号の分割前に前記受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第２の非線形補償部と、前記結合処理の後に前記受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第３の非線形補償部と、をさらに備える。

本発明の一態様は、上記の光受信装置であって、前記結合処理の後に前記受信信号に対して適応等化処理を行う適応等化部、をさらに備える。

本発明の一態様は、光信号をコヒーレント検波方式により受信して得られる受信信号を複数の周波数帯域で分割し、分割した前記周波数帯域毎の前記受信信号の時間軸におけるタイミングを揃え、前記複数の周波数帯域に含まれる前記受信信号を結合する結合処理を行い、前記結合処理の前後のいずれかのタイミングで前記受信信号の波形歪みの補償を行う光受信装置が行う波形歪み補償方法であって、分割された前記周波数帯域毎に受信信号の波長分散を補償する第１の波長分散補償ステップと、時間領域においてタイミングが揃えられた前記周波数帯域毎の受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第１の非線形補償ステップと、前記非線形光学効果の補償がなされた前記周波数帯域毎の受信信号の波長分散を前記周波数帯域毎に補償する第２の波長分散補償ステップと、を有する波形歪み補償方法である。

本発明により、回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償を行うことが可能となる。

第１の実施形態における光伝送システムのシステム構成を示す図である。 第１の実施形態における波長分散補償装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 第１の実施形態における波長分散補償装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第１の実施形態における補償係数演算部が行う処理を説明するための図である。 第２の実施形態における波長分散補償装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 第２の実施形態における波長分散補償装置の処理を説明するためのイメージ図である。 第２の実施形態における波長分散補償装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第３の実施形態における波長分散補償装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 第３の実施形態における波長分散補償装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第４の実施形態における光受信装置の機能構成を表す概略ブロック図である。 第４の実施形態における光受信装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における光伝送システム１００のシステム構成を示す図である。光伝送システム１００は、光送信装置１と、光受信装置２とを備える。光送信装置１と、光受信装置２は、光伝送路３を介して通信可能に接続される。光伝送路３は、光送信装置１が送信する光信号を光受信装置２に伝送する。光伝送路３は、光送信装置１と光受信装置２とを接続する光ファイバで構成される。

光送信装置１は、データ生成部１０及び光信号送信部１１を備える。
データ生成部１０は、外部の情報源から与えられる送信情報を取り込み、取り込んだ送信情報を符号化して電気信号を生成する。
光信号送信部１１は、データ生成部１０が生成した電気信号を光信号に変換して光受信装置２に送信する。

光受信装置２は、光信号受信部２０、波長分散補償装置２１及び誤り訂正部２２を備える。
光信号受信部２０は、偏波分離器２０１及びＡＤ変換部２０２を備える。光信号受信部２０において、偏波分離器２０１が光信号を２つの直交偏波成分に分離する。これらの光信号と局発光源（不図示）の局発光が９０°ハイブリッド回路（不図示）に入力され、両光を互いに同相及び逆相で干渉させた１組の出力光、直交（９０°）及び逆直交（−９０°）で干渉させた１組の出力光の計４つの出力光が得られる。これらの出力光はフォトダイオード（不図示）によりそれぞれアナログ信号に変換される。これらのアナログ信号はＡＤ変換部２０２によりデジタル信号である受信信号に変換される。ＡＤ変換部２０２は、デジタル信号である受信信号を波長分散補償装置２１に出力する。

光伝送路３中を光信号が伝搬する際に、波長分散によって信号波形が歪む。波長分散補償装置２１は、ＡＤ変換部２０２が出力するデジタル信号を受信信号として取り込み、取り込んだ受信信号に対して波長分散補償を行う。具体的には、波長分散補償装置２１は、信号波形の歪の大きさを受信信号から推定して、波長分散による受信信号の歪みを補償する。
誤り訂正部２２は、受信信号に対して誤り訂正符号方式に基づく誤り訂正行う。そして、誤り訂正部２２は、誤り訂正後の受信信号、すなわち送信情報に対応する受信情報を外部に出力する。

図２は、第１の実施形態における波長分散補償装置２１の機能構成を表す概略ブロック図である。
波長分散補償装置２１は、フーリエ変換部２１０、ダウンコンバータ２１１−１，２１１−２、波長分散補償部２１２−１，２１２−２、逆フーリエ変換部２１３−１，２１３−２、遅延部２１４−１，２１４−２、補償係数演算部２１５−１，２１５−２、非線形補償部２１６−１，２１６−２、フーリエ変換部２１７−１，２１７−２、波長分散補償部２１８−１，２１８−２、アップコンバータ２１９−１，２１９−２、結合部２２０及び逆フーリエ変換部２２１を備える。

フーリエ変換部２１０は、時間領域の受信信号に対してＦＦＴを行うことによって、時間領域の受信信号から周波数領域の受信信号に変換する。また、フーリエ変換部２１０は、周波数領域の受信信号を複数の周波数帯域に分割し、分割後の周波数帯域それぞれのまとまりを分割処理ブロックとしてダウンコンバータ２１１−１，２１１−２に出力する。

ダウンコンバータ２１１−１は、フーリエ変換部２１０が出力するプラスの周波数帯域の分割処理ブロックを取り込む。ダウンコンバータ２１１−１は、取り込んだ分割処理ブロックの周波数をダウンコンバートする。
ダウンコンバータ２１１−２は、フーリエ変換部２１０が出力するマイナスの周波数帯域の分割処理ブロックを取り込む。ダウンコンバータ２１１−２は、取り込んだ分割処理ブロックの周波数をダウンコンバートする。

波長分散補償部２１２−１は、ダウンコンバータ２１１−１から出力された分割処理ブロックに対して、周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う。
波長分散補償部２１２−２は、ダウンコンバータ２１１−２から出力された分割処理ブロックに対して、周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う。ここで、逆伝達関数とは、光信号が光伝送路３の光ファイバを伝搬する間に受けた波長分散の特性を表す伝達関数の逆特性を有する伝達関数であり、二次関数で近似される関数である。波長分散補償部２１２−１及び２１２−２は、第１の波長分散補償部の一態様である。

逆フーリエ変換部２１３−１は、波長分散補償部２１２−１から出力された分割処理ブロックに対してＩＦＦＴを行うことによって、波長分散補償された分割処理ブロックに含まれる受信信号を時間領域の受信信号に変換する。
逆フーリエ変換部２１３−２は、波長分散補償部２１２−２から出力された分割処理ブロックに対してＩＦＦＴを行うことによって、波長分散補償された分割処理ブロックに含まれる受信信号を時間領域の受信信号に変換する。

遅延部２１４−１は、逆フーリエ変換部２１３−１から出力された分割処理ブロックに遅延を与えて、複数の分割処理ブロックの時間軸におけるタイミングを揃える。遅延部２１４−２は、逆フーリエ変換部２１３−２から出力された分割処理ブロックに遅延を与えて、複数の分割処理ブロックの時間軸におけるタイミングを揃える。また、遅延部２１４−１，２１４−２は、タイミングを揃えた後の分割処理ブロックに含まれる受信信号を時間的に連続する信号系列として補償係数演算部２１５−１，２１５−２及び非線形補償部２１６−１，２１６−２に出力する。遅延部２１４−１及び２１４−２は、第１の遅延部の一態様である。

補償係数演算部２１５−１は、遅延部２１４−１から出力された信号系列に基づいて、非線形補償部２１６−１が行う処理に用いる係数を算出する。
補償係数演算部２１５−２は、遅延部２１４−２から出力された信号系列に基づいて、非線形補償部２１６−２が行う処理に用いる係数を算出する。

非線形補償部２１６−１は、遅延部２１４−１から出力された分割処理ブロックの信号系列に対して、補償係数演算部２１５−１によって算出された係数を用いて非線形光学効果の補償を行う。
非線形補償部２１６−２は、遅延部２１４−２から出力された分割処理ブロックの信号系列に対して、補償係数演算部２１５−２によって算出された係数を用いて非線形光学効果の補償を行う。非線形補償部２１６−１及び２１６−２は、第１の非線形補償部の一態様である。

フーリエ変換部２１７−１は、ＦＦＴにより、非線形補償部２１６−１が出力する分割処理ブロックに含まれる時間領域の受信信号を周波数領域の受信信号に変換する。
フーリエ変換部２１７−２は、ＦＦＴにより、非線形補償部２１６−２が出力する分割処理ブロックに含まれる時間領域の受信信号を周波数領域の受信信号に変換する。

波長分散補償部２１８−１は、フーリエ変換部２１７−１から出力された分割処理ブロックに対して、周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う。
波長分散補償部２１８−２は、フーリエ変換部２１７−２から出力された分割処理ブロックに対して、周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う。波長分散補償部２１８−１及び２１８−２は、第２の波長分散補償部の一態様である。

アップコンバータ２１９−１は、波長分散補償部２１８−１が出力する分割処理ブロックの周波数をアップコンバートする。
アップコンバータ２１９−２は、波長分散補償部２１８−２が出力する分割処理ブロックの周波数をアップコンバートする。

結合部２２０は、アップコンバータ２１９−１及びアップコンバータ２１９−２それぞれが出力する分割処理ブロックを周波数軸において連続になるように結合して１つの処理ブロックを生成する。
逆フーリエ変換部２２１は、結合部２２０から出力された処理ブロックに対してＩＦＦＴを行うことによって、処理ブロックに含まれる受信信号を時間領域の受信信号に変換する。

図３は、第１の実施形態における波長分散補償装置２１の処理の流れを示すフローチャートである。
フーリエ変換部２１０は、時間領域の受信信号に対してＦＦＴを行うことによって、時間領域の受信信号から周波数領域の受信信号に変換する。その後、フーリエ変換部２１０は、周波数領域の受信信号を複数の周波数帯域に分割し、分割後の周波数帯域それぞれを分割処理ブロックとして生成する（ステップＳ１０１）。具体的には、フーリエ変換部２１０は、周波数領域の受信信号を、中心周波数を基準に、プラスの周波数帯域とマイナスの周波数帯域の２つの周波数帯域に分割し、プラスの周波数帯域のまとまりの分割処理ブロックと、マイナスの周波数帯域のまとまりの分割処理ブロックとを生成する。フーリエ変換部２１０は、分割処理ブロックの一方をダウンコンバータ２１１−１に出力し、他方をダウンコンバータ２１１−２に出力する。

ダウンコンバータ２１１−１は、フーリエ変換部２１０から出力された分割処理ブロックの周波数をダウンコンバートする。ダウンコンバータ２１１−１は、ダウンコンバート後の分割処理ブロックを波長分散補償部２１２−１に出力する。ダウンコンバータ２１１−２は、フーリエ変換部２１０から出力された分割処理ブロックの周波数をダウンコンバートする。ダウンコンバータ２１１−２は、ダウンコンバート後の分割処理ブロックを波長分散補償部２１２−２に出力する。

波長分散補償部２１２−１は、分割処理ブロックに含まれる周波数領域の受信信号に対して、分割処理ブロックに共通する周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う（ステップＳ１０２）。波長分散補償で補償する量は、光伝送路３が決定されると定まる。そこで、波長分散補償部２１２−１は、各帯域で補償しなければならない総量の１／２を補償する。なお、波長分散補償部２１２−１が補償する波長分散補償量は、１／２でなくてもよい。波長分散補償部２１２−１は、波長分散補償後の分割処理ブロックを逆フーリエ変換部２１３−１に出力する。

波長分散補償部２１２−２も波長分散補償部２１２−１と同様に、分割処理ブロックの各々に含まれる周波数領域の受信信号に対して、分割処理ブロックに共通する周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う。例えば、波長分散補償部２１２−２は、各帯域で補償しなければならない総量の１／２を補償する。なお、波長分散補償部２１２−２が補償する波長分散補償量は、１／２でなくてもよい。波長分散補償部２１２−２は、波長分散補償後の分割処理ブロックを逆フーリエ変換部２１３−２に出力する。

２分割時の例として、波長分散補償量を１/２ずつ補償するときは、はじめの大きなＦＦＴのサイズを４として、はじめのＩＦＦＴは２、２つ目のＦＦＴは１、最後のＩＦＦＴは２となる。これは、１つ目のＦＦＴ/ＩＦＦＴを行う組においては全ての波長分散が補償できるようなサイズが必要となるが、２つ目のＦＦＴ/ＩＦＦＴを行う組において１/２の補償ができるサイズがあれば良いためである。なお、ｎ分割時は、ＦＦＴ１/ＩＦＦＴ１/ＦＦＴ２/ＩＦＦＴ２のサイズ比は、４ｎ／２／１／２ｎとなる。

逆フーリエ変換部２１３−１は、ＩＦＦＴにより、波長分散補償部２１２−１が波長分散補償した分割処理ブロックに含まれる周波数領域の受信信号を時間領域の受信信号に変換する（ステップＳ１０３）。逆フーリエ変換部２１３−１は、時間領域の受信信号に変換された分割処理ブロックを遅延部２１４−１に出力する。逆フーリエ変換部２１３−２も逆フーリエ変換部２１３−１と同様に、波長分散補償部２１２−２が波長分散補償した分割処理ブロックに含まれる周波数領域の受信信号を時間領域の受信信号に変換する。逆フーリエ変換部２１３−２は、時間領域の受信信号に変換された分割処理ブロックを遅延部２１４−２に出力する。

遅延部２１４−１は、逆フーリエ変換部２１３−１が出力する分割処理ブロックに遅延を与えて、時間軸におけるタイミングを揃える（ステップＳ１０４）。遅延部２１４−１は、タイミングを揃えた分割処理ブロックに含まれる受信信号を連続する信号系列として補償係数演算部２１５−１及び非線形補償部２１６−１に出力する。
遅延部２１４−２も遅延部２１４−１と同様に、逆フーリエ変換部２１３−２が出力する分割処理ブロックに遅延を与えて、時間軸におけるタイミングを揃える。遅延部２１４−２は、タイミングを揃えた分割処理ブロックに含まれる受信信号を連続する信号系列として補償係数演算部２１５−２及び非線形補償部２１６−２に出力する。

補償係数演算部２１５−１は、遅延部２１４−１から出力された信号系列に基づいて、非線形補償部２１６−１が行う処理に用いる係数を算出する（ステップＳ１０５）。具体的には、補償係数演算部２１５−１は、サンプルの電力に比例した位相回転を非線形補償部２１６−１が行う処理に用いる係数として算出する。補償係数演算部２１５−１は、算出した係数を非線形補償部２１６−１に出力する。なお、サンプルには、瞬時サンプルにおける電力が用いられてもよいし、複数タップを持つ低域通過フィルタを適用したサンプル群の電力が用いられてもよい。簡易的には分割した各帯域において電力を算出することができるが、分割した帯域における電力は他の帯域の成分を加味していない。そのため、実際の伝送時の電力と異なる。そこで、補償係数演算部２１５−１は、信号帯域全体の電力を用いるために全帯域分の電力を用いて非線形補償の係数を算出してもよい。また、全帯域を使用せずに該当する帯域に近い一部の帯域分のみを使用しても良い。補償係数演算部２１５−２も補償係数演算部２１５−１と同様に、遅延部２１４−２から出力された信号系列に基づいて、非線形補償部２１６−２が行う処理に用いる係数を算出する。補償係数演算部２１５−２は、算出した係数を非線形補償部２１６−２に出力する。

図４は、第１の実施形態における補償係数演算部が行う処理を説明するための図である。図４（Ａ）では各帯域（帯域１〜Ｎ（Ｎは２以上の整数））の電力のみを用いて係数を算出する一例を示しており、図４（Ｂ）では全帯域の電力を用いて係数を算出する一例を示している。
図４（Ａ）に示すように各帯域の電力のみを用いて係数を算出する場合、補償係数演算部２１５はある帯域（例えば、帯域１）のＸ偏波及びＹ偏波の信号を取り込み、取り込んだＸ偏波及びＹ偏波の信号からある帯域（例えば、帯域１）における電力を算出する。そして、補償係数演算部２１５は、算出した電力に比例した位相回転を非線形補償部２１６が行う処理に用いる係数として算出する。

図４（Ｂ）に示すように全帯域の電力を用いて係数を算出する場合、補償係数演算部２１５は全帯域のＸ偏波及びＹ偏波の信号を取り込み、取り込んだ全帯域のＸ偏波及びＹ偏波の信号から全帯域における電力を算出する。そして、補償係数演算部２１５は、算出した電力に比例した位相回転を非線形補償部２１６が行う処理に用いる係数として算出する。

図３に戻って説明を続ける。
非線形補償部２１６−１は、遅延部２１４−１から出力された分割処理ブロックの信号系列に対して、補償係数演算部２１５−１によって算出された係数を用いて非線形光学効果の補償を行う（ステップＳ１０６）。非線形光学効果の補償の具体的な処理については、非特許文献２に示す技術が用いられてもよい。例えば、非線形補償部２１６−１は、非特許文献２の式（８）を用いて非線形光学効果の補償を行う。非線形補償部２１６−１は、非線形光学効果の補償後の分割処理ブロックをフーリエ変換部２１７−１に出力する。非線形補償部２１６−２も非線形補償部２１６−１と同様に、遅延部２１４−２から出力された分割処理ブロックの信号系列に対して、補償係数演算部２１５−２によって算出された係数を用いて非線形光学効果の補償を行う。非線形補償部２１６−２は、非線形光学効果の補償後の分割処理ブロックをフーリエ変換部２１７−２に出力する。

フーリエ変換部２１７−１は、ＦＦＴにより、非線形補償部２１６−１が出力する分割処理ブロックに含まれる時間領域の受信信号を周波数領域の受信信号に変換する（ステップＳ１０７）。フーリエ変換部２１７−１は、周波数領域の受信信号に変換後の分割処理ブロックを波長分散補償部２１８−１に出力する。フーリエ変換部２１７−２は、ＦＦＴにより、非線形補償部２１６−２が出力する分割処理ブロックに含まれる時間領域の受信信号を周波数領域の受信信号に変換する。フーリエ変換部２１７−２は、周波数領域の受信信号に変換後の分割処理ブロックを波長分散補償部２１８−２に出力する。

波長分散補償部２１８−１は、フーリエ変換部２１７−１から出力された分割処理ブロックに対して、周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う（ステップＳ１０８）。波長分散補償部２１８−１は、波長分散補償後の分割処理ブロックをアップコンバータ２１９−１に出力する。波長分散補償部２１８−２は、フーリエ変換部２１７−２から出力された分割処理ブロックに対して、周波数帯域の中心を位相回転軸とした逆伝達関数を乗算して波長分散補償を行う。波長分散補償部２１８−２は、波長分散補償後の分割処理ブロックをアップコンバータ２１９−２に出力する。

アップコンバータ２１９−１は、波長分散補償部２１８−１から出力された分割処理ブロックの周波数をアップコンバートする。アップコンバータ２１９−１は、アップコンバート後の分割処理ブロックを結合部２２０に出力する。アップコンバータ２１９−２は、波長分散補償部２１８−２から出力された分割処理ブロックの周波数をアップコンバートする。アップコンバータ２１９−２は、アップコンバート後の分割処理ブロックを結合部２２０に出力する。

結合部２２０は、アップコンバータ２１９−１及びアップコンバータ２１９−２それぞれから出力された分割処理ブロックを周波数軸において連続になるように結合して１つの処理ブロックを生成する（ステップＳ１０９）。結合部２２０は、生成した処理ブロックを逆フーリエ変換部２２１に出力する。逆フーリエ変換部２２１は、結合部２２０から出力された処理ブロックに対してＩＦＦＴを行うことによって、処理ブロックに含まれる受信信号を時間領域の受信信号に変換する（ステップＳ１１０）。

以上のように構成された第１の実施形態における光受信装置２によれば、波長分散補償装置２１に非線形補償部２１６及び波長分散補償部２１８を追加することによって、フーリエ変換部及び逆フーリエ変換部を追加しなくてもデジタル逆伝搬法を実現することができる。また、第１の実施形態における光受信装置２は、帯域分割の補償の際に必要であったＩＦＦＴとＦＦＴの処理の間に非線形補償部２１６を追加している。さらに、分散補償と非線形補償とを１ステップとした場合に、本発明では、１．５ステップのデジタル逆伝搬法を実現することができる。したがって、回路規模の増大をそれほど必要とせず高精度な波形歪みの補償ができる。そのため、回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償が可能になる。

また、第１の実施形態における光受信装置２は、帯域分割の補償の際に必要であったＩＦＦＴとＦＦＴの処理の間に非線形補償部２１６を追加しているため、回路規模の増大をそれほど必要とせず高精度な歪補償が可能となるという優れた特徴があります。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態における波長分散補償装置２１ａの機能構成を表す概略ブロック図である。
波長分散補償装置２１ａは、フーリエ変換部２１０、ダウンコンバータ２１１−１，２１１−２、波長分散補償部２１２−１，２１２−２、逆フーリエ変換部２１３−１，２１３−２、遅延部２１４−１，２１４−２、補償係数演算部２１５−１，２１５−２、非線形補償部２１６−１，２１６−２、フーリエ変換部２１７−１，２１７−２、波長分散補償部２１８−１，２１８−２、アップコンバータ２１９−１，２１９−２、結合部２２０、逆フーリエ変換部２２１及び遅延部２２２−１，２２２−２を備える。

波長分散補償装置２１ａは、遅延部２２２−１，２２２−２を新たに備える点で波長分散補償装置２１と構成が異なる。波長分散補償装置２１ａは、他の構成については波長分散補償装置２１と同様である。そのため、波長分散補償装置２１ａ全体の説明は省略し、遅延部２２２−１，２２２−２について説明する。

遅延部２２２−１は、非線形補償部２１６−１から出力された非線形光学効果の補償がなされた分割処理ブロックに遅延を与えて、複数の分割処理ブロックの時間軸におけるタイミングを揃える。遅延部２２２−１は、非線形補償部２１６−１と、フーリエ変換部２１７−１との間に設けられる。遅延部２２２−１が、非線形補償部２１６−１の後段に設けられる理由は、非線形補償時に、分割した帯域内の波長分散の関係を調整（例えば、一致）させるためである。
遅延部２２２−２は、非線形補償部２１６−２から出力された非線形光学効果の補償がなされた分割処理ブロックに遅延を与えて、複数の分割処理ブロックの時間軸におけるタイミングを揃える。遅延部２２２−２は、非線形補償部２１６−２と、フーリエ変換部２１７−２との間に設けられる。遅延部２２２−１及び２１２−２は、第２の遅延部の一態様である。

図６は、第２の実施形態における波長分散補償装置２１ａの処理を説明するためのイメージ図である。
図６では、波長分散補償装置２１ａの処理を説明するために８つの図（図６（Ａ）〜図６（Ｈ））が示されている。図６（Ａ）に示す図は、光受信装置２によって受信されたデジタル信号の受信信号を表す図である。受信信号は、波長分散により周波数ごとに異なる速さで伝搬してくるため、図６（Ａ）に示すように、周波数が増加するにつれてほぼ線形に遅延が生じて平行四辺形のような形状で表される。

図６（Ｂ）に示す図は、ダウンコンバータ２１１−１，２１１−２によりダウンコンバートされた分割処理ブロック４−１，４−２を示す図である。分割処理ブロック４−１，４−２は、フーリエ変換部２１０によって周波数帯域に分割されることによって生成されたブロックである。図６では、周波数帯域が２分割された場合を例に示している。

図６（Ｃ）に示す図は、波長分散補償部２１２−１，２１２−２により波長分散の補償がなされた分割処理ブロック４−１，４−２を示す図である。図６（Ｃ）では、波長分散補償部２１２−１，２１２−２が、波長分散量を１／２補償した場合を例に示している。
図６（Ｄ）に示す図は、非線形補償部２１６−１，２１６−２により非線形光学効果の補償がなされた分割処理ブロック４−１，４−２を示す図である。非線形補償部２１６−１，２１６−２は、図６（Ｄ）に示す状態で帯域間の波長分散の関係が一致するように補償する。

図６（Ｅ）に示す図は、遅延部２２２−１，２２２−２により遅延が付与される分割処理ブロック４−１，４−２を示す図である。遅延部２２２−１，２２２−２は、後段の波長分散補償部２１８−１，２１８−２による波長分補償によりずれがなくなるように遅延を付与する。
図６（Ｆ）に示す図は、波長分散補償部２１８−１，２１８−２により波長分散の補償がなされた分割処理ブロック４−１，４−２を示す図である。図６（Ｆ）に示すように、波長分散補償部２１８−１，２１８−２において、波長分散補償部２１２−１，２１２−２で補償がなされなかった部分の補償がなされている。

図６（Ｇ）に示す図は、アップコンバータ２１９−１，２１９−２によりアップコンバートされた分割処理ブロック４−１，４−２を示す図である。
図６（Ｈ）に示す図は、結合部２２０により複数の分割処理ブロックが結合された例を示す図である。図６（Ｈ）に示すように、結合部２２０において、分割処理ブロック４−１，４−２を周波数軸において連続になるように結合して１つの処理ブロックが生成されている。

図７は、第２の実施形態における波長分散補償装置２１ａの処理の流れを示すフローチャートである。図７において、図３と同様の処理については図３と同様の符号を付して説明を省略する。
遅延部２２２−１は、非線形補償部２１６−１から出力された非線形光学効果の補償がなされた分割処理ブロックに遅延を与えて、複数の分割処理ブロックの時間軸におけるタイミングを揃える（ステップＳ２０１）。例えば、遅延部２２２−１は、波長分散補償部２１８−１による波長分散補償により分割処理ブロックのずれがなくなるように遅延を付与する。遅延部２２２−１は、遅延を付与した分割処理ブロックをフーリエ変換部２１７−１に出力する。

遅延部２２２−２も遅延部２２２−１と同様に、非線形補償部２１６−２から出力された非線形光学効果の補償がなされた分割処理ブロックに遅延を与えて、複数の分割処理ブロックの時間軸におけるタイミングを揃える。例えば、遅延部２２２−２は、波長分散補償部２１８−２による波長分散補償により分割処理ブロックのずれがなくなるように遅延を付与する。遅延部２２２−２は、遅延を付与した分割処理ブロックをフーリエ変換部２１７−２に出力する。

以上のように構成された第２の実施形態における光受信装置２によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、第２の実施形態における光受信装置２は、第１の実施形態における波長分散補償装置２１において非線形補償部２１６の後段に遅延回路が追加されている。これにより、非線形補償部２１６による非線形光学効果の補償時に、分割した帯域内の波長分散の関係を調整することができる。したがって、より後段の処理において精度の高い補償ができる。また、全体の構成としては少ない追加回路でデジタル逆伝搬法を実現している。そのため、回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償が可能になる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態における波長分散補償装置２１ｂの機能構成を表す概略ブロック図である。
波長分散補償装置２１ｂは、フーリエ変換部２１０、ダウンコンバータ２１１−１，２１１−２、波長分散補償部２１２−１，２１２−２、逆フーリエ変換部２１３−１，２１３−２、遅延部２１４−１，２１４−２、補償係数演算部２１５−１，２１５−２、非線形補償部２１６−１，２１６−２、フーリエ変換部２１７−１，２１７−２、波長分散補償部２１８−１，２１８−２、アップコンバータ２１９−１，２１９−２、結合部２２０、逆フーリエ変換部２２１、遅延部２２２−１，２２２−２、非線形補償部２２３及び非線形補償部２２４を備える。

波長分散補償装置２１ｂは、非線形補償部２２３及び非線形補償部２２４を新たに備える点で波長分散補償装置２１ａと構成が異なる。波長分散補償装置２１ｂは、他の構成については波長分散補償装置２１ａと同様である。そのため、波長分散補償装置２１ｂ全体の説明は省略し、非線形補償部２２３及び非線形補償部２２４について説明する。

非線形補償部２２３は、波長分散補償装置２１ｂに入力された時間領域の受信信号に対して、非線形光学効果の補償を行う。非線形補償部２２３は、フーリエ変換部２１０の前段に設けられる。非線形補償部２２３は、第２の非線形補償部の一態様である。
非線形補償部２２４は、逆フーリエ変換部２２１から出力された時間領域の受信信号に対して、非線形光学効果の補償を行う。非線形補償部２２４は、逆フーリエ変換部２２１の後段に設けられる。非線形補償部２２３は、第３の非線形補償部の一態様である。

図９は、第３の実施形態における波長分散補償装置２１ｂの処理の流れを示すフローチャートである。図９において、図７と同様の処理については図７と同様の符号を付して説明を省略する。
非線形補償部２２３は、波長分散補償装置２１ｂに入力された時間領域の受信信号に対して、非線形光学効果の補償を行う（ステップＳ３０１）。非線形補償部２２３は、非線形光学効果の補償がなされた時間領域の受信信号をフーリエ変換部２１０に出力する。その後、ステップＳ１０１〜ステップＳ１１０の処理が実行される。非線形補償部２２４は、逆フーリエ変換部２２１から出力された時間領域の受信信号に対して、非線形光学効果の補償を行う（ステップＳ３０２）。

以上のように構成された第３の実施形態における光受信装置２によれば、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、第３の実施形態における光受信装置２は、波長分散補償装置２１ｂの初段と最終段に非線形補償部２２３及び非線形補償部２２４が設けられる。これにより、分散補償と非線形補償とを１ステップとした場合に、２．５ステップのデジタル逆伝搬法の補償が実現することができる。従来の方法で２．５ステップのデジタル逆伝搬法の補償を実現する場合には、ＦＦＴとＩＦＦＴとを繰り返すために、フーリエ変換部と逆フーリエ変換部が多く必要になるが、第３の実施形態における光受信装置２ではそれよりも少ない回路構成で実現することができる。そのため、回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償が可能になる。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態における光受信装置２ｃの機能構成を表す概略ブロック図である。
光受信装置２ｃは、光信号受信部２０、波長分散補償装置２１ｂ、誤り訂正部２２及び時間領域適応等化部２３を備える。
光受信装置２ｃは、時間領域適応等化部２３を新たに備える点で光受信装置２ｂと構成が異なる。波長分散補償装置２１ｃは、他の構成については光受信装置２ｂと同様である。そのため、光受信装置２ｃ全体の説明は省略し、時間領域適応等化部２３について説明する。

時間領域適応等化部２３は、波長分散補償装置２１ｂにおいて波長分散補償がなされた受信信号に対して、受信信号の歪みを補償する適応等化処理を行う。
第４の実施形態における光受信装置２ｃでは、波長分散補償装置２１ｂにおいて光伝送路３で受けた波長分散の総量を補償せずに波長分散の成分を残留させる。そして、時間領域適応等化部２３で残留している波長分散の成分を補償する。したがって、波長分散補償装置２１ｂにおいて補償する波長分散補償量は、時間領域適応等化部２３で補償する量を除いた量である。波長分散補償部２１２及び波長分散補償部２１８でどのくらいの量の波長分散を補償するのかは静的に設定される。

図１１は、第４の実施形態における光受信装置２ｃの処理の流れを示すフローチャートである。図１１において、図９と同様の処理については図９と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ３０２の処理が実行されると、時間領域適応等化部２３は、波長分散補償装置２１から波長分散補償がなされた受信信号を取り込む。時間領域適応等化部２３は、取り込んだ波長分散補償がなされた受信信号に対して適応等化処理を行う（ステップＳ４０１）。より具体的には、時間領域適応等化部２３は、偏波変動による受信信号の歪みや電気および光デバイスの伝達関数の歪を補償する等化処理を行う。偏波分離は時間領域適応等化部２３において処理される。この方法として、送信側でトレーニング信号やパイロット信号を挿入し、受信した該信号との誤差を最小にする方法等がある。

以上のように構成された第４の実施形態における光受信装置２ｃによれば、第１の実施形態〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。
第４の実施形態における光受信装置２ｃは、波長分散補償装置２１ｂにおいて光伝送路３で受けた波長分散の総量を補償せずに波長分散を残留させ、時間領域適応等化部２３で残留している波長分散の成分を補償する。これにより、分散補償と非線形補償とを１ステップとした場合に、３ステップのデジタル逆伝搬法の補償が実現することができる。従来の方法で３ステップのデジタル逆伝搬法の補償を実現する場合には、ＦＦＴとＩＦＦＴとを繰り返すために、フーリエ変換部と逆フーリエ変換部が多く必要になるが、第４の実施形態における光受信装置２ｃではフーリエ変換部と逆フーリエ変換部を追加する代わりに時間領域適応等化部２３が備えられる。これにより、従来の方法で３ステップのデジタル逆伝搬法の補償を実現する場合に比べて少ない回路構成で実現することができる。そのため、回路規模を抑制しつつ、精度の高い波形歪みの補償が可能になる。

＜変形例＞
光受信装置２ｃは、波長分散補償装置２１ｂに代えて波長分散補償装置２１又は波長分散補償装置２１ａを備えるように構成されてもよい。

以下、各実施形態に共通する変形例について説明する。
各実施形態において、波長分散補償器４０−１が、マイナスの周波数帯域の分割処理ブロックを取り込み、波長分散補償器４０−２が、プラスの周波数帯域の分割処理ブロックを取り込むようにしてもよい。
各実施形態において、フーリエ変換部２１０は、中心周波数を基準に、プラスの周波数帯域とマイナスの周波数帯域の２つの周波数帯域に分割するようにしているが、中心周波数以外の任意の周波数において２つに分割してもよく、また、３つ以上の周波数帯域に分割するようにしてもよい。
各実施形態において、フーリエ変換部２１０は、周波数帯域を分割処理ブロックに分割する際、等分割でもよいし、等分割でない任意の比率で分割してもよい。
各実施形態において、波長分散補償部２１２、逆フーリエ変換部２１３、遅延部２１４、非線形補償部２１６、補償係数演算部２１５、遅延部２２２およびフーリエ変換部２１７は繰り返し処理としてもよい。その場合、任意のステップ数の補償が可能となる。このような条件においても、非分割条件でステップ数を繰り返すよりも比較的小さな回路規模で逆伝搬法を実現することができる。

上述した実施形態における光送信装置１、光受信装置２，２ｃをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…光送信装置， ２…光受信装置， ３…光伝送路，１０…データ生成部，１１…光信号送信部， ２０…光信号受信部， ２１…波長分散補償装置， ２２…誤り訂正部， ２３…時間領域適応等化部， ２０１…偏波分離器， ２０２…ＡＤ変換部， ２１０…フーリエ変換部， ２１１−１、２１１−２…ダウンコンバータ， ２１２−１、２１２−２…波長分散補償部， ２１３−１、２１３−２…逆フーリエ変換部， ２１４−１、２１４−２…遅延部， ２１５−１、２１５−２…補償係数演算部， ２１６−１、２１６−２…非線形補償部， ２１７−１、２１７−２…フーリエ変換部， ２１８−１、２１８−２…波長分散補償部， ２１９−１、２１９−２…アップコンバータ， ２２０…結合部， ２２１…逆フーリエ変換部， ２２２−１、２２２−２…遅延部， ２２３…非線形補償部， ２２４…非線形補償部

Claims (5)

1. 光信号をコヒーレント検波方式により受信して得られる受信信号を複数の周波数帯域で分割し、分割した前記周波数帯域毎の前記受信信号の時間軸におけるタイミングを揃え、前記複数の周波数帯域に含まれる前記受信信号を結合する結合処理を行い、前記結合処理の前後のいずれかのタイミングで前記受信信号の波形歪みの補償を行う光受信装置であって、
   分割された前記周波数帯域毎に受信信号の波長分散を補償する第１の波長分散補償部と、
   時間領域においてタイミングが揃えられた前記周波数帯域毎の受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第１の非線形補償部と、
   前記非線形光学効果の補償がなされた前記周波数帯域毎の受信信号の波長分散を前記周波数帯域毎に補償する第２の波長分散補償部と、
   を備える光受信装置。
2. 前記第１の非線形補償部の前段において前記周波数帯域毎の受信信号の時間軸におけるタイミングを揃える第１の遅延部と、
   前記非線形光学効果の補償がなされた前記周波数帯域毎の受信信号の時間軸におけるタイミングを揃える第２の遅延部と、
   をさらに備える、請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記受信信号の分割前に前記受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第２の非線形補償部と、
   前記結合処理の後に前記受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第３の非線形補償部と、
   をさらに備える、請求項１又は２に記載の光受信装置。
4. 前記結合処理の後に前記受信信号に対して適応等化処理を行う適応等化部、
   をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の光受信装置。
5. 光信号をコヒーレント検波方式により受信して得られる受信信号を複数の周波数帯域で分割し、分割した前記周波数帯域毎の前記受信信号の時間軸におけるタイミングを揃え、前記複数の周波数帯域に含まれる前記受信信号を結合する結合処理を行い、前記結合処理の前後のいずれかのタイミングで前記受信信号の波形歪みの補償を行う光受信装置が行う波形歪み補償方法であって、
   分割された前記周波数帯域毎に受信信号の波長分散を補償する第１の波長分散補償ステップと、
   時間領域においてタイミングが揃えられた前記周波数帯域毎の受信信号に対して非線形光学効果の補償を行う第１の非線形補償ステップと、
   前記非線形光学効果の補償がなされた前記周波数帯域毎の受信信号の波長分散を前記周波数帯域毎に補償する第２の波長分散補償ステップと、
   を有する波形歪み補償方法。

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