JP2022143919A - 信号処理装置及び伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広範囲の光周波数オフセットを補償することができる信号処理装置及び伝送装置を提供する。
【解決手段】 信号処理装置は、伝送路から入力される光信号の電界成分を示す電界信号に対し、前記光信号の送信側及び受信側の各光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有する。
【選択図】図７

Description

本件は、信号処理装置及び伝送装置に関する。

例えばデジタルコヒーレント伝送において、受信装置は、受信した光信号を電気的な電界信号に変換し、伝送路で生じた光信号の偏波モード分散及び偏波変動などを適応等化処理により補償する。適応等化処理では複数のタップ係数を用いた電界信号の演算処理が実行される。タップ係数は、光信号の受信中、例えば周期的に更新されるため、受信装置の起動時に適切な初期値を設定する必要がある。

また、光信号の送信側の光源と受信側の光源（つまり局発光源）の間には光周波数オフセットが存在する。このため、受信装置は、光信号に対し光周波数オフセットを補償して信号の復調処理を行う（例えば特許文献１）。ここで、光周波数オフセットの推定値は、タップ係数の初期設定に用いられる（例えば非特許文献１）。

特開２０１２－２４８９４４号公報

Meng Yan et al., "Experimental Investigation of Training Sequence for Adaptive Equalizer Initialization in DP-16QAM System", Tu.1.E.4, ECOC 2013

しかし、受信装置は、起動時、光周波数オフセットが推定可能な範囲を超える場合、光周波数オフセットを正常に推定することができない。これに対し、受信側の光源の光周波数を送信側の光源の光周波数に合わせて微調整することにより光周波数オフセットを推定可能な範囲に収めることはできるが、受信装置の起動時、光周波数の調整の手間がかかるという問題がある。

そこで本件は、広範囲の光周波数オフセットを補償することができる信号処理装置及び伝送装置を提供することを目的とする。

１つの態様では、信号処理装置は、伝送路から入力される光信号の電界成分を示す電界信号に対し、前記光信号の送信側及び受信側の各光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有する。

１つの態様では、伝送装置は、局発光を出力する第１光源と、伝送路から入力される光信号を前記局発光で検波することにより電気信号に変換して受信する受信部と、前記電気信号を、前記光信号の電界成分を示す電界信号に変換する変換部と、前記電界信号に対し、前記光信号の送信側の第２光源と前記第１光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有する。

１つの側面として、広範囲の光周波数オフセットを補償することができる。

伝送システムの一例を示す構成図である。 位相差が２π未満の光周波数オフセットの例を示す図である。 位相差が２πを超える光周波数オフセットの例を示す図である。 光信号のパワースペクトルの劣化の例を示す図である。 送信処理回路の一例を示す構成図である。 受信処理回路の一例を示す構成図である。 期係数決定部の一例を示す構成図である。 基準推定値算出部の一例を示す構成図である。 同期トレーニングシーケンス信号の高速フーリエ変換で得られるパワースペクトルの例を示す図である。 信号パタン格納部に格納される同期ＴＳ信号のパワースペクトルを示す図である。 パワー算出部が伝送路推定結果から得るパワーの周波数分布の例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 パワー算出部及び候補選択部の動作の一例を示すフローチャートである。

（光伝送システム）
図１は、光伝送システム９の一例を示す構成図である。光伝送システム９は、光ファイバなどの伝送路９０を介して互いに接続された送信装置１及び受信装置２を有する。受信装置２は伝送装置の一例である。送信装置１はデジタルコヒーレント光伝送方式に従って光信号を受信装置２に送信し、受信装置２は、送信装置１から伝送路９０を介して伝送された光信号を受信する。

送信装置１は、イーサネット（登録商標）フレームなどに収容されたデータ信号から、互いに直交するＸ偏波及びＹ偏波が合成された光信号を生成する。送信装置１は、送信処理回路１０と、光源１１と、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）１２ａ～１２ｄと、光送信ユニット１９とを有する。光送信ユニット１９は、ドライバ１６ａ～１６ｄと、位相変調器（PM: Phase Modulator）１３ａ～１３ｄと、偏波ビームスプリッタ（PBS: Polarization Beam Splitter）１４と、偏波ビームコンバイナ（PBC: Polarization Beam Combiner）１５とを有する。光送信ユニット１９は伝送路９０に光信号を送信する。

送信処理回路１０は、他装置から入力されたデータ信号を６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの多値変調方式（以下、変調方式と表記）により変調することにより電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑを生成してＤＡＣ１２ａ～１２ｄにそれぞれ出力する。電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑは光信号の各偏波の電界成分を示す。電界信号Ｘｉ，Ｘｑはそれぞれ光信号のＸ偏波のＩ成分及びＱ成分であり、電界信号Ｙｉ，Ｙｑはそれぞれ光信号のＹ偏波のＩ成分及びＱ成分である。

なお、送信処理回路１０としては、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）が挙げられるが、これに限定されず、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）であってもよい。また、送信処理回路１０は、ソフトウェアにより所定の機能を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）回路であってもよい。

ＤＡＣ１２ａ～１２ｄは、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑをそれぞれデジタル信号からアナログ信号に変換する。電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，ＹｑはＰＭ１３ａ～１３ｄにそれぞれ入力される。なお、ＤＡＣ１２ａ～１２ｄは送信処理回路１０内に構成されてもよい。

光源１１は、例えばＬＤ（Laser Diode）であり、所定の周波数の送信光ＬｓをＰＢＳ１４に出力する。ＰＢＳ１４は送信光ＬｓをＸ軸及びＹ軸（偏光軸）の偏波成分に分離する。送信光ＬｓのＸ偏波成分はＰＭ１３ａ，１３ｂにそれぞれ入力され、送信光ＬｓのＹ偏波成分はＰＭ１３ｃ，１３ｄにそれぞれ入力される。なお、光源１１は光信号の送信側の第２光源の一例である。

ドライバ１６ａ～１６ｄは、ＤＡＣ１２ａ～１２ｄから入力されたアナログ信号に基づいてＰＭ１３ａ～１３ｄをそれぞれ駆動する。

ＰＭ１３ａ～１３ｄは、アナログ信号に変換された電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑにより送信光Ｌｓをそれぞれ光変調する。より具体的には、ＰＭ１３ａ，１３ｂは、送信光ＬｓのＸ偏波を電界信号Ｘｉ，Ｘｑに基づきそれぞれ位相変調し、ＰＭ１３ｃ，１３ｄは、送信光ＬｓのＹ偏波を電界信号Ｙｉ，Ｙｑに基づきそれぞれ位相変調する。位相変調された送信光ＬｓのＸ偏波成分及びＹ偏波成分はＰＢＣ１５に入力される。ＰＢＣ１５は、送信光ＬｓのＸ偏波成分及びＹ偏波成分を偏波合成して、光信号として伝送路９０に出力する。

受信装置２は送信装置１から光信号を受信する。受信装置２は、受信処理回路２０と、光源２１と、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Convertor）２２ａ～２２ｄと、光受信ユニット２９とを有する。

光受信ユニット２９は、光フロントエンドに該当し、ＰＤ（PhotoDiode）２３ａ～２３ｄと、９０度光ハイブリッド回路２４０，２４１と、ＰＢＳ２５，２６と、ＴＩＡ（TransImpedance Amplifier）２７ａ～２７ｄとを有し、伝送路９０から光信号を受信する。ＰＢＳ２６は、伝送路９０から入力された光信号をＸ偏波成分及びＹ偏波成分に分離して９０度光ハイブリッド回路２４０，２４１にそれぞれ出力する。

また、光源２１は局発光ＬｒをＰＢＳ２５に入力する。ＰＢＳ２５は、局発光ＬｒをＸ偏波成分及びＹ偏波成分に分離して９０度光ハイブリッド回路２４０，２４１にそれぞれ出力する。なお、光源２１は、光信号の受信側の光源の一例、及び局発光を出力する第１光源の一例である。

９０度光ハイブリッド回路２４０は、光信号のＸ偏波成分及び局発光ＬｒのＸ偏波成分を干渉させる導波路により光信号のＸ偏波成分を検波する。９０度光ハイブリッド回路２４０は、検波結果として、Ｉチャネル及びＱチャネルの振幅及び位相に応じた光電界成分をＰＤ２３ａ，２３ｂにそれぞれ出力する。

９０度光ハイブリッド回路２４１は、光信号のＹ偏波成分及び局発光ＬｒのＹ偏波成分を干渉させる導波路により光信号のＹ偏波成分を検波する。９０度光ハイブリッド回路２４１は、検波結果として、Ｉチャネル及びＱチャネルの振幅及び位相に応じた光電界成分をＰＤ２３ｃ，２３ｄにそれぞれ出力する。

ＰＤ２３ａ～２３ｄは、光電界成分を電流信号に変換して、電流信号をＴＩＡ２７ａ～２７ｄにそれぞれ出力する。ＴＩＡ２７ａ～２７ｄは、電流信号を電圧信号に変換して、電圧信号をＡＤＣ２２ａ～２２ｄにそれぞれ出力する。なお、電圧信号は電気信号の一例である。

このように、光受信ユニット２９は、伝送路９０から入力される光信号を局発光Ｌｒで検波することにより電気信号に変換して受信する。なお、光受信ユニット２９は受信部の一例である。

ＡＤＣ２２ａ～２２ｄは、ＰＤ２３ａ～２３ｄから入力された電流信号を電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑにそれぞれ変換する。電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑは受信処理回路２０に入力される。なお、ＡＤＣ２２ａ～２２ｄは、電気信号を電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに変換する変換部の一例である。

受信処理回路２０はデータ信号の復調処理を行う。例えば受信処理回路２０は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対して、送信装置及び受信装置２内で生じたＩＱ歪みの補償、及び伝送路９０内の偏波モード分散や偏波依存性損失により光信号に生じた波形歪みの適応等化処理による補償などを行う。

受信処理回路２０は信号処理装置の一例である。受信処理回路２０としては、例えばＤＳＰが挙げられるが、これに限定されず、例えばＦＰＧＡまたはＡＳＩＣであってもよい。また、受信処理回路２０は、ソフトウェアにより所定の機能を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）回路であってもよい。

受信処理回路２０の適応等化処理では複数のタップ係数を用いた電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑの演算処理が実行される。タップ係数は、光信号の受信中、例えば周期的に更新されるため、受信装置２の起動時に適切な初期値を設定する必要がある。

また、光信号の送信側の光源１１と受信側の光源２１の間には光周波数オフセットが存在する。このため、受信装置２は、光信号に対し光周波数オフセットを補償してデータ信号の復調処理を行う。受信装置２は、光周波数オフセットを推定して、推定値から算出したタップ係数の初期設定に用いる。以下に光周波数オフセットを例示する。

（光周波数オフセットの例）
図２は、位相差が２π未満の光周波数オフセットの例を示す図である。以下の例では、時刻Ｔ、Ｔ＋１、Ｔ＋２におけるＩＱ平面内の送信側の光信号の信号点（送信点）及び受信側の光信号の信号点（受信点）を挙げて説明する。時刻Ｔ、Ｔ＋１、Ｔ＋２は、光信号の１シンボル分ずつ変位した時刻である。

時刻Ｔにおいて、受信点の位相は送信点の位相に対して角度θ（＜π／２）だけずれている。その次の時刻（Ｔ＋１）おいて、受信点の位相は送信点の位相に対して角度２θだけずれている。その次の時刻（Ｔ＋２）おいて、受信点の位相は送信点の位相に対して角度３θだけずれている。このように、時刻の経過とともに光周波数オフセットは増加するが、送信点と受信点の位相差が２π未満である場合、例えば非特許文献１に開示されているトレーニングシーケンス信号を用いた方法により光周波数オフセットを検出可能である。

図３は、位相差が２πを超える光周波数オフセットの例を示す図である。例えば、周期的なトレーニングシーケンス信号の間隔における送信点と受信点の位相差がθ＋２πやθ＋４πである場合、上記の方法による位相差の検出可能範囲を超える。

（光周波数オフセットの補償手段の比較例）
光周波数オフセットの補償手段として、例えば光信号の周波数軸上のパワースペクトルを用いる方法がある。しかし、以下に述べるように光信号のパワースペクトルは受信側の光フィルタなどの影響により劣化するため、劣化の程度のよっては光周波数オフセットの補償が難しい。

図４は、光信号のパワースペクトルの劣化の例を示す図である。一例として光信号の中心周波数を１９３．１０（THz）とし、光信号の周波数帯域を６４（GHz）とする。

符号Ｇ１ａは、理想的な光信号のパワースペクトルを示す。光信号の信号帯域は、１９３．０７～１９３．１３（THz）である。符号Ｇ１ｂは、光信号の中心周波数のずれがない場合に光フィルタが透過した光信号のパワースペクトルを示す。ここで、符号Ｆは光フィルタの透過形状を示す。この場合、光フィルタの中心周波数はパワーのピークと実質的に一致するため、光周波数オフセットの補償は容易である。

符号Ｇ１ｃは、光信号の中心周波数が高周波数側にずれた場合に光フィルタが透過した光信号のパワースペクトルを示す。また、符号Ｇ１ｄは、光信号の中心周波数が低周波数側にずれた場合に光フィルタが透過した光信号のパワースペクトルを示す。このように中心周波数がずれた場合、光フィルタの中心周波数はパワーのピークに一致しないため、光周波数オフセットの補償は困難である。

本実施例では、受信処理回路２０は、光信号に周期的に含まれる同期トレーニングシーケンス信号を用いて光周波数オフセットを推定し、その推定値から光周波数オフセットの補償値の初期値として複数の候補を生成する。

（送信処理回路の構成）
図５は、送信処理回路１０の一例を示す構成図である。送信処理回路１０は、パリティ付加部１００、変調部１０１，１０３，１０５、同期トレーニングシーケンス（同期ＴＳ）信号生成部１０２、パイロット信号生成部１０４、フレーム生成部１０６、及びフィルタ部１０７を有する。

パリティ付加部１００は、データ信号を符号化して例えばＦＥＣ（Forward Error Correction）などの誤り訂正符号を生成する。パリティ付加部１００は、誤り訂正符号をパリティ信号としてデータ信号に付与して変調部１０１に出力する。変調部１０１は、例えばＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）によりデータ信号及びパリティ信号を変調しフレーム生成部１０６に出力する。

同期ＴＳ信号生成部１０２は、固定パタンの同期ＴＳ信号を生成して変調部１０３に出力する。変調部１０３は、例えばＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）により同期ＴＳ信号を変調しフレーム生成部１０６に出力する。なお、同期ＴＳ信号は固定パタンのデータの一例である。

パイロット信号生成部１０４は、固定パタンのパイロット信号を生成して変調部１０５に出力する。変調部１０５は、例えばＱＰＳＫによりパイロット信号を変調しフレーム生成部１０６に出力する。

フレーム生成部１０６は、符号１０９で示されるように同期ＴＳ信号、データ信号、パリティ信号、及びパイロット信号(ＰＬＴ)からフレームを生成する。フレームの先頭には、同期ＴＳ信号が配置される。同期ＴＳ信号は受信処理回路２０においてフレーム同期及び光周波数オフセットの補償に用いられる。フレームの同期ＴＳ信号の後方には、パイロット信号及びペイロード領域が交互に配置される。パイロット信号は受信処理回路２０において適応等化処理のタップ係数の決定に用いられる。ペイロード領域は例えば３１シンボル分の領域であり、この場合、パイロット信号は３２シンボル間隔で配置される。データ信号及びパリティ信号は複数のペイロード領域に分割されて収容される。パリティ信号は受信処理回路２０においてデータ信号の誤り訂正に用いられる。

フレーム生成部１０６はフレームを電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑとしてフィルタ部１０７に出力する。フィルタ部１０７は、例えばナイキストフィルタを備え、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑの波形の整形を行う。

（受信処理回路の構成）
図６は、受信処理回路２０の一例を示す構成図である。受信処理回路２０は、受信歪み補償部２００、波長分散補償部２０１、適応等化部２０２、オフセット補償部２０３、搬送波位相再生部２０４、送信歪み補償部２０５、誤り訂正部２０６、同期検出部２０７、初期係数決定部２０８、係数更新部２０９、オフセット推定部２１０、及び位相量検出部２１１を有する。

受信歪み補償部２００は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、受信装置２内でＩＱ不平衡により生ずる光信号の劣化を補償する。受信歪み補償部２００は補償後の電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑを波長分散補償部２０１に出力する。

波長分散補償部２０１は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、伝送路９０内の分散により生じた光信号の劣化を補償する。波長分散補償部２０１は補償後の電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑを適応等化部２０２に出力する。

適応等化部２０２は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、伝送路９０内の偏波モード分散や偏波依存性損失により光信号に生じた波形歪みを適応等化処理により補償する。適応等化部２０２は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタのタップ係数に従って適応等化処理を行う。なお、適応等化部２０２は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、伝送路９０内で光信号に生じた劣化をタップ係数に従って適応等化補償する適応等化補償部の一例である。また、タップ係数はフィルタ係数の一例である。

係数更新部２０９は、適応等化部２０２から出力された電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑ内のパイロット信号を用いてＣＭＡ（Constant Modus Algorithm）法などに従ってタップ係数を更新する。電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑは適応等化部２０２からオフセット補償部２０３及びオフセット推定部２１０に出力される。

オフセット補償部２０３は、補償部の一例であり、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、送信側及び受信側の各光源１１，２１の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する。オフセット推定部２１０は、オフセット補償部２０３に入力される電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑから光周波数オフセットを推定することにより補償値を算出する。オフセット推定部２１０は、補償値をオフセット補償部２０３に出力する。電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑはオフセット補償部２０３から搬送波位相再生部２０４及び位相量検出部２１１に出力される。

搬送波位相再生部２０４は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑから局発光Ｌｒの位相雑音成分を取り除く。位相量検出部２１１は、搬送波位相再生部２０４に入力される電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑから位相雑音を検出して搬送波位相再生部２０４に出力する。電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑは搬送波位相再生部２０４から送信歪み補償部２０５に出力される。

送信歪み補償部２０５は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、送信装置１内でＩＱ不平衡により生ずる光信号の劣化を補償する。送信歪み補償部２０５は補償後の電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑを誤り訂正部２０６に出力する。

誤り訂正部２０６は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑからパリティ信号を取り出し、パリティ信号に基づいてデータ信号の誤り訂正を行う。

同期検出部２０７は、波長分散補償部２０１から適応等化部２０２に出力される電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑから同期トレーニングシーケンス信号を取り出してフレーム同期を確立する。同期検出部２０７は、点線で示されるように、初期係数決定部２０８、係数更新部２０９、オフセット推定部２１０、及び位相量検出部２１１に同期タイミングを通知する。初期係数決定部２０８、係数更新部２０９、オフセット推定部２１０、及び位相量検出部２１１は、同期タイミングに基づき電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑの処理タイミングを制御する。

初期係数決定部２０８は、受信装置２の起動時、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑ内の同期トレーニングシーケンス信号から光周波数オフセットを推定し、その推定値から生成した複数の候補から光周波数オフセットの補償値の初期値を選択してオフセット推定部２１０に設定する。さらに初期係数決定部２０８は、周波数オフセットの補償値の初期値からタップ係数の初期値を決定して適応等化部２０２及び係数更新部２０９に設定する。

図７は、初期係数決定部２０８の一例を示す構成図である。初期係数決定部２０８は、制御部３００、基準推定値算出部３０１、候補生成部３０２、複数の補償部３０３、複数の高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transformation）部３０４、複数の伝送路推定部３０５、複数のパワー算出部３０６、候補選択部３０７を有する。さらに、初期係数決定部２０８は、初期補償値設定部３０８、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transformation）部３０９、初期係数設定部３１０、パラメータ格納部３１１、信号パタン格納部３１２、ＦＦＴ部３１３、及びゼロ補間部３１４を有する。

基準推定値算出部３０１は、推定部の一例であり、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑ内の同期ＴＳ信号から光周波数オフセットの推定値θinitを算出する。この推定値θinitは、オフセット推定部２１０に設定する補償値の初期値となる複数の候補を生成するための基準値（以下、基準推定値θinitと表記）である。

図８は、基準推定値算出部３０１の一例を示す構成図である。基準推定値算出部３０１は、遅延挿入部３２１、複素共役演算部３２２、乗算器３２３、平均算出部３２４、ピーク検出部３２５、加算部３２６、及び偏角演算部３２７を有する。

同期ＴＳ信号は遅延挿入部３２１及び乗算器３２３に入力される。遅延挿入部３２１は、同期ＴＳ信号を１周期分のシンボル数（例えば１１個のシンボル分）だけ遅延させて複素共役演算部３２２に出力する。複素共役演算部３２２は、同期ＴＳ信号の複素共役を算出して乗算器３２３に出力する。

乗算器３２３は、同期ＴＳ信号に同期ＴＳ信号の複素共役を乗算する。すなわち、乗算器３２３は、同期ＴＳ信号の自己相関を算出する。これにより、同期ＴＳ信号同士の位相差が算出される。乗算器３２３は、乗算結果を平均算出部３２４に出力する。平均算出部３２４は、乗算結果の１周期分のシンボル数分の移動平均を算出してピーク検出部３２５及び加算部３２６に出力する。

ピーク検出部３２５は、移動平均の値からピークとなる位置を検出して加算部３２６に通知する。加算部３２６は、ピーク位置における移動平均値の合計を算出して偏角演算部３２７に出力する。偏角演算部３２７は、移動平均値の合計の偏角を算出して１周期分のシンボル数で除算することにより基準推定値θinitを算出する。

－Ｓｒ／（２×Ｌ）＜θinit≦Ｓｒ／（２×Ｌ） ・・・（１）

基準推定値θinitの範囲は、－πから＋πの位相範囲に該当するため、上記の式（１）により算出される。式（１）において、Ｓｒはシンボルレート（GBaud）であり、Ｌは同期ＴＳ信号の間隔（シンボル個数）である。なお、Ｓｒ／Ｌは２πの位相に該当する。

基準推定値算出部３０１は、式（１）の範囲を超える光周波数オフセットを推定することができない。このため、以下に述べるように、候補生成部３０２は、基準推定値θinitから複数の候補を生成することにより推定可能な範囲を拡張する。

再び図７を参照して説明する。基準推定値算出部３０１は基準推定値θinitを候補生成部３０２に出力する。

候補生成部３０２は、生成部の一例であり、オフセット補償部２０３における光周波数オフセットの補償値の初期値となる複数の候補を基準推定値θinitから生成する。例えば候補生成部３０２は、基準推定値θinit、及び基準推定値θinitを２πの整数倍だけ変位させた値（θinit±２π×ｎ）を候補として生成する。ここで、整数ｎは、１，２，３，・・・，Ｎmax（Ｎmax：１以上の整数）である。

例えば整数ｎの最大値Ｎmax＝２である場合、候補生成部３０２は、θinit，θinit±２π，θinit±４πの５個の候補を生成する。整数ｎの最大値Ｎmaxは、制御部３００から通知される。

制御部３００は、パラメータ格納部３１１から読みだしたパラメータから最大値Ｎmaxを算出する。パラメータ格納部３１１は例えばメモリ回路であり、パラメータ格納部３１１には、光信号のシンボルレート、同期ＴＳ信号のシンボル間隔、送信側及び受信側の各光源１１，２１の最大周波数差（送信光Ｌｓと局発Ｌｒ光の中心周波数差の最大値）があらかじめ格納されている。ここで、パラメータ格納部３１１は外部の装置に設けられてもよい。以下に最大値Ｎmaxの算出例を述べる。

例えば、光信号のシンボルレートが６４（Gbaud）であり、同期ＴＳ信号のシンボル間隔が１１シンボルであり、送信側及び受信側の各光源１１，２１の最大周波数差が±５．０（GHz）である場合を挙げる。最大周波数差は光源１１，２１の周波数の精度（例えば±２．５（GHz）から決定される。制御部３００は、基準推定値算出部３０１により算出される基準推定値θinitの範囲を、光信号のシンボルレート及び同期ＴＳ信号のシンボル間隔から算出する。本例の場合、基準推定値θinitの範囲は、上記の式（１）から－２．９０９（GHz）（＝±６４÷１１÷２）＜θinit≦２．９０９（GHz）となる。

制御部３００は、各光源１１，２１の最大周波数差を、基準推定値θinitの最大値、つまり推定可能な光周波数オフセットの最大値で除算することにより整数ｎの最大値Ｎmaxを決定する。各光源１１，２１の最大周波数差（絶対値）である５．０（GHz）を、推定可能な光周波数オフセットの最大値（絶対値）である２．９０９（GHz）で除算すると１．７１が得られる。したがって、１．７１の整数部分である１に該当する周波数量が、拡張の必要がある推定範囲となるため、整数ｎの最大値Ｎmaxは１と算出される。

この場合、候補生成部３０２は以下の候補を生成する。
候補（Ａ）：基準推定値θinit＋２π
候補（Ｂ）：基準推定値θinit
候補（Ｃ）：基準推定値θinit－２π

このように候補生成部３０２は、送信側及び受信側の各光源１１，２１の中心周波数の精度に応じた範囲内で基準推定値θinitを変位させることにより光周波数オフセットの補償値の複数の候補（Ａ）～（Ｃ）を生成する。このため、候補生成部３０２は、送信側及び受信側の各光源１１，２１の性能に応じた適切な範囲内で候補を生成することができる。なお、候補生成部３０２は、上記に限定されず、予め定められた範囲内で候補を生成してもよい。

候補（Ａ）～（Ｃ）により推定可能な光周波数オフセットの範囲は、－２．９０９（GHz）＜θinit≦２．９０９（GHz）から以下の通りとなる。ここで、２πは５．８１８（＝Ｓｒ／Ｌ＝６４／１１）となる。
候補（Ａ）の推定可能範囲：＋２．９０９～＋（２．９０９＋５．８１８）（GHz）
候補（Ｂ）の推定可能範囲：－２．９０９～＋２．９０９（GHz）
候補（Ｃ）の推定可能範囲：－（２．９０９＋５．８１８）～－２．９０９（GHz）

このため、各光源１１，２１の最大周波数差が基準推定値θinitの範囲を超える場合でも、推定可能範囲が拡張されることにより光周波数オフセットの適切な補償値を得ることが可能となる。

候補生成部３０２は光周波数オフセットの補償値の複数の候補を生成して複数の補償部３０３にそれぞれ出力する。例えば基準推定値θinit＝１．３６７（GHz）の場合、上記の候補（Ａ）～（Ｃ）は以下の通りである。
候補（Ａ）：７．１８５（GHz）（＝θinit＋２π＝１．３６７＋５．８１８）
候補（Ｂ）：１．３６７（GHz）
候補（Ｃ）：－４．４５１（GHz）（＝θinit－２π＝１．３６７－５．８１８）

各補償部３０３は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑ内の同期ＴＳ信号に対し、補償値の候補に基づいて光周波数オフセットを補償する。各補償部３０３は、光周波数オフセットの補償後の同期ＴＳ信号をＦＦＴ部３０４に出力する。

各ＦＦＴ部３０４は、同期ＴＳ信号を高速フーリエ変換することにより時間軸上の信号から周波数軸上の信号に変換する。各ＦＦＴ部３０４は、周波数軸上の同期ＴＳ信号を伝送路推定部３０５に出力する。

図９は、同期ＴＳ信号の高速フーリエ変換で得られるパワースペクトルの例を示す図である。符号Ｇ２ａ～Ｇ２ｄのグラフにおいて、横軸は周波数（GHz）を示し、縦軸はパワー（dBm）を示す。

符号Ｇ２ａは、光周波数オフセットの補償前の同期ＴＳ信号のパワースペクトルを示す。光周波数オフセットの値は、一例として４．４５１（GHz）と仮定する。また、シンボルレートは６４（GHz）と仮定する。中心周波数は、送信時と比べると、光周波数オフセットの値だけずれている。

符号Ｇ２ｂは、上記の候補（Ａ）に基づいて光周波数オフセットを補償した同期ＴＳ信号のパワースペクトルを示す。中心周波数は、送信時と比べると、光周波数オフセットに候補（Ａ）の値を加算した１１．６３６（GHz）（＝４．４５１＋７．１８５）だけずれている。

符号Ｇ２ｃは、上記の候補（Ｂ）に基づいて光周波数オフセットを補償した同期ＴＳ信号のパワースペクトルを示す。中心周波数は、送信時と比べると、光周波数オフセットに候補（Ｂ）の値を加算した５．８１８（GHz）（＝４．４５１＋１．３６７）だけずれている。

符号Ｇ２ｄは、上記の候補（Ｃ）に基づいて光周波数オフセットを補償した同期ＴＳ信号のパワースペクトルを示す。光周波数オフセットに候補（Ｃ）の値を加算すると０（GHz）（＝４．４５１－４．４５１）となるため、中心周波数は送信時と実質的に同じである。したがって、候補（Ｃ）が最適な光周波数オフセットの補償値となる。

再び図７を参照すると、各伝送路推定部３０５は、周波数軸上の同期ＴＳ信号から伝送路推定処理を行う。これにより、各伝送路推定部３０５は、偏波に応じた適応等化処理のタップ係数の初期値を算出する。

タップ係数の算出手段としては、最小二乗誤差法（ＭＭＳＥ：Minimum Mean Square Error）が挙げられる。伝送路推定部３０５は、各候補（Ａ）～（Ｃ）により光周波数オフセットが補償された同期ＴＳ信号を、信号パタン格納部３１２に期待値として格納された同期ＴＳ信号と比較する。これにより伝送路推定部３０５は、信号パタン格納部３１２内の同期ＴＳ信号に対する、各候補（Ａ）～（Ｃ）により光周波数オフセットが補償された同期ＴＳ信号の相関値に応じた伝送路推定結果を得ることができる。

信号パタン格納部３１２は例えばメモリ回路であり、信号パタン格納部３１２には、送信時の理想的な同期ＴＳ信号を格納されている。ここで、信号パタン格納部３１２は外部の装置に設けられてもよい。ＦＦＴ部３１３は、信号パタン格納部３１２から同期ＴＳ信号を読みだして高速フーリエ変換する。ゼロ補間部３１４は、高速フーリエ変換された同期ＴＳ信号の帯域幅を、光周波数オフセットが補償された同期ＴＳ信号の帯域幅に合わせるため、その差分の帯域をゼロにより補間する。ＦＦＴ部３１３は、帯域を補間した同期ＴＳ信号を各伝送路推定部３０５に出力する。

図１０は、信号パタン格納部３１２に格納される同期ＴＳ信号のパワースペクトルを示す図である。中心周波数は送信時の光信号の中心周波数に一致している。また、シンボルレートは、上記の例と同じ６４（GHz）である。

再び図７を参照すると、各パワー算出部３０６は、伝送路推定部３０５から入力された伝送路推定の結果から同期ＴＳ信号のパワーを算出する。例えば各パワー算出部３０６は、伝送路推定の結果をパワーに変換して時間平均値を算出し、制御部３００から指定された帯域内のパワーの平均値を算出する。各パワー算出部３０６は、パワーの平均値を候補選択部３０７に出力する。なお、複数のパワー算出部３０６は、各候補により光周波数オフセットを補償された光信号のパワーを算出する算出部の一例である。

候補選択部３０７は、選択部の一例であり、各パワー算出部３０６から入力されたパワーの平均値に基づき複数の候補から、オフセット補償部２０３における光周波数オフセットの補償値の初期値を選択する。光周波数オフセットを適切な候補に基づき補償した場合、他の候補に基づき光周波数オフセットを補償した場合より所定の帯域内のパワーの平均値が大きくなる。したがって、候補選択部３０７は、パワーが最大である候補を補償値の初期値として選択することにより、最適な光周波数オフセットの補償を可能とする。

図１１は、パワー算出部３０６が伝送路推定結果から得るパワーの周波数分布の例を示す図である。符号Ｇ３ａ～Ｇ３ｃは、上記の候補（Ａ）～（Ｃ）にそれぞれ対応するパワー分布を示す。

パワー算出部３０６は、６４（GHz）分の信号帯域ＢＷ（－３２（GHz）～３２（GHz））のうち、制御部３００から指定された評価対象帯域ＢＷｖ（－２０（GHz）～２０（GHz））におけるパワーの平均値を算出する。例えば制御部３００は、雑音や伝送路推定時の光周波数オフセットの影響が低減されるように、信号帯域ＢＷの中心領域を評価対象帯域ＢＷｖとして指定する。

本例ではシンボルレートが６４（GHz）であることから、±１１．７（GHz）程度の周波数のずれが生じる可能性がある。このため、±２０．３（GHz）より高周波数側の領域では、各候補（Ａ）～（Ｃ）により光周波数オフセットが補償された同期ＴＳ信号の相関値が正常に得られないおそれがある。このため、制御部３００は、－２０（GHz）～２０（GHz）の帯域を評価対象帯域ＢＷｖとして指定する。

候補（Ａ）～（Ｃ）にそれぞれ対応するパワー分布のうち、候補（Ｃ）に対応するパワー分布における評価対象帯域ＢＷｖ内のパワーの平均値は最大となる。このため、候補選択部３０７は、光周波数オフセットの補償値の初期値として候補（Ｃ）を選択する。

再び図７を参照すると、候補選択部３０７は、初期補償値設定部３０８及び初期係数決定部２０８に選択結果を通知する。

初期補償値設定部３０８には、候補選択部３０７から候補（Ａ）～（Ｃ）が入力される。初期補償値設定部３０８は、候補選択部３０７の選択結果に応じた候補（Ｃ）を光周波数オフセットの補償値の初期値としてオフセット推定部２１０に設定する。これにより、オフセット補償部２０３は、受信装置２の起動時、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、適切な補償値に基づいて光周波数オフセットを補償することができる。

初期係数設定部３１０には、各伝送路推定部３０５からＩＦＦＴ部３０９経由で伝送路推定の結果が入力される。ＩＦＦＴ部３０９は、伝送路推定結果のタップ係数を周波数領域の値から時間領域の値に変換する。

初期係数設定部３１０は、伝送路推定結果のタップ係数から、候補選択部３０７の選択結果に応じたタップ係数を初期値として適応等化部２０２及び係数更新部２０９に設定する。これにより、適応等化部２０２は、受信装置２の起動時、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑに対し、適切なタップ係数に基づいて伝送路９０内の偏波モード分散や偏波依存性損失により光信号に生じた波形歪みを補償することができる。なお、初期係数設定部３１０は、光周波数オフセットの補償値の初期値に応じたタップ係数の初期値を設定する係数設定部の一例である。

制御部３００は、上記の動作シーケンスを制御する。

図１２は、制御部３００の動作の一例を示すフローチャートである。制御部３００は、上述したようにパラメータ格納部３１１内のパラメータから最大値Ｎmaxを算出し（ステップＳｔ１）、候補生成部３０２に通知する（ステップＳｔ２）。

次に制御部３００は、各伝送路推定部３０５に伝送路推定処理を指示する（ステップＳｔ３）。これにより、各伝送路推定部３０５は伝送路推定処理を実行する。

次に制御部３００は、各伝送路推定部３０５からの応答信号から、全ての候補（Ａ）～（Ｃ）に対応する伝送路推定処理が完了したか否かを判定する（ステップＳｔ４）。伝送路推定処理が完了していない候補（Ａ）～（Ｃ）が有る場合（ステップＳｔ４のＮｏ）、再びステップＳｔ４の処理が実行される。

また、全ての候補（Ａ）～（Ｃ）に対応する伝送路推定処理が完了している場合（ステップＳｔ４のＹｅｓ）、制御部３００は各パワー算出部３０６及び候補選択部３０７に候補（Ａ）～（Ｃ）の判定を指示する（ステップＳｔ５）。これにより、各パワー算出部３０６は伝送路推定結果からパワーの平均値を算出し、候補選択部３０７は候補（Ａ）～（Ｃ）から光周波数オフセットの補償値の初期値を選択する。このようにして、制御部３００は動作する。

図１３は、パワー算出部３０６及び候補選択部３０７の動作の一例を示すフローチャートである。パワー算出部３０６は伝送路推定結果を周波数軸上のパワーに変換する（ステップＳｔ１１）。次にパワー算出部３０６はパワーの時間平均を算出する（ステップＳｔ１２）。

次にパワー算出部３０６は、制御部３００から指定された帯域内でパワーを平均化する（ステップＳｔ１３）。次に候補選択部３０７は、候補（Ａ）～（Ｃ）からパワーの平均値が最大となる候補を選択する（ステップＳｔ１４）。このようにして、パワー算出部３０６及び候補選択部３０７は動作する。

これまで述べたように、基準推定値算出部３０１は、電界信号Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑ内の同期ＴＳ信号から光周波数オフセットの基準推定値θinitを算出する。候補生成部３０２は、基準推定値θinitから補償値の複数の候補（Ａ）～（Ｃ）を生成する。パワー算出部３０６は、各候補（Ａ）～（Ｃ）により光周波数オフセットを補償された光信号のパワーを算出する。候補選択部３０７は、光信号のパワーに基づき複数の候補（Ａ）～（Ｃ）から補償値の初期値を選択する。

この構成によると、候補生成部３０２は、基準推定値θinitから複数の候補を生成するため、光周波数オフセットの補償値の範囲を拡張することができる。パワー算出部３０６は、複数の候補（Ａ）～（Ｃ）より光周波数オフセットを補償された光信号のパワーを算出するため、光周波数オフセットの補償値としての候補（Ａ）～（Ｃ）の良否を適切に評価することができる。候補選択部３０７は、光信号のパワーに基づき複数の候補（Ａ）～（Ｃ）から補償値の初期値を選択するため、光周波数オフセットを補償する適切な初期値を設定することができる。したがって、受信装置２及び受信処理回路２０は、広範囲の周波数オフセットを補償することができる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。

なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１） 伝送路から入力される光信号の電界成分を示す電界信号に対し、前記光信号の送信側及び受信側の各光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、
前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、
前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、
前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、
前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有することを特徴とする信号処理装置。
（付記２） 前記生成部は、前記光信号の前記送信側及び受信側の各光源の中心周波数の精度に応じた範囲内で前記推定値を変位させることにより前記補償値の複数の候補を生成することを特徴とする付記１に記載の信号処理装置。
（付記３） 前記選択部は、前記複数の候補のうち、前記光信号のパワーが最大である候補を選択することを特徴とする付記１または２に記載の信号処理装置。
（付記４） 前記電界信号に対し、前記伝送路内で前記光信号に生じた劣化をフィルタ係数に従って適応等化補償する適応等化補償部と、
前記補償値の初期値に応じた前記フィルタ係数の初期値を設定する係数設定部とを有することを特徴とする付記１乃至３の何れかに記載の信号処理装置。
（付記５） 局発光を出力する第１光源と、
伝送路から入力される光信号を前記局発光で検波することにより電気信号に変換して受信する受信部と、
前記電気信号を、前記光信号の電界成分を示す電界信号に変換する変換部と、
前記電界信号に対し、前記光信号の送信側の第２光源と前記第１光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、
前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、
前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、
前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、
前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有することを特徴とする伝送装置。
（付記６） 前記生成部は、前記光信号の前記送信側及び受信側の各光源の中心周波数の精度に応じた範囲内で前記推定値を変位させることにより前記補償値の複数の候補を生成することを特徴とする付記５に記載の伝送装置。
（付記７） 前記選択部は、前記複数の候補のうち、前記光信号のパワーが最大である候補を選択することを特徴とする付記５または６に記載の伝送装置。
（付記８） 前記電界信号に対し、前記伝送路内で前記光信号に生じた劣化をフィルタ係数に従って適応等化補償する適応等化補償部と、
前記補償値の初期値に応じた前記フィルタ係数の初期値を設定する係数設定部とを有することを特徴とする付記５乃至７の何れかに記載の伝送装置。

１ 送信装置
２ 受信装置
１１，２１ 光源
２０ 受信処理回路
２２ａ～２２ｄ ＡＤＣ
２９ 光受信ユニット
９０ 伝送路
２０２ 適応等化部
２０３ オフセット補償部
３０１ 基準推定値算出部
３０２ 候補生成部
３０６ パワー算出部
３０７ 候補選択部
３１０ 初期係数設定部
Ｘｉ，Ｘｑ，Ｙｉ，Ｙｑ 電界信号

Claims (5)

1. 伝送路から入力される光信号の電界成分を示す電界信号に対し、前記光信号の送信側及び受信側の各光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、
   前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、
   前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、
   前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、
   前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有することを特徴とする信号処理装置。
2. 前記生成部は、前記光信号の前記送信側及び受信側の各光源の中心周波数の精度に応じた範囲内で前記推定値を変位させることにより前記補償値の複数の候補を生成することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記選択部は、前記複数の候補のうち、前記光信号のパワーが最大である候補を選択することを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 前記電界信号に対し、前記伝送路内で前記光信号に生じた劣化をフィルタ係数に従って適応等化補償する適応等化補償部と、
   前記補償値の初期値に応じた前記フィルタ係数の初期値を設定する係数設定部とを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の信号処理装置。
5. 局発光を出力する第１光源と、
   伝送路から入力される光信号を前記局発光で検波することにより電気信号に変換して受信する受信部と、
   前記電気信号を、前記光信号の電界成分を示す電界信号に変換する変換部と、
   前記電界信号に対し、前記光信号の送信側の第２光源と前記第１光源の間の光周波数オフセットを補償値に基づき補償する補償部と、
   前記電界信号内の固定パタンのデータから前記光周波数オフセットの推定値を算出する推定部と、
   前記推定値から前記補償値の複数の候補を生成する生成部と、
   前記複数の候補の各々により前記光周波数オフセットを補償された前記光信号のパワーを算出する算出部と、
   前記光信号のパワーに基づき前記複数の候補から前記補償値の初期値を選択する選択部とを有することを特徴とする伝送装置。
   
   

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