JP4409446B2

JP4409446B2 - 光受信装置および光伝送システム

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Publication number: JP4409446B2
Application number: JP2004567196A
Authority: JP
Inventors: 隆嗣杉原; 洋史戸塚; 隆司水落
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: JPWO2004095740A1; DE60333399D1; US20050105919A1; US7505695B2; WO2004095740A1; EP1617578A4; EP1617578A1; EP1617578B1

Description

この発明は、光受信装置および光受信装置を備えた光伝送システムに関するものであり、特に、電気等化器を用いて高品質かつ大容量の長距離通信を行う光受信装置および光伝送システムに関するものである。

電気回路による波形歪を等化する等化技術は、これまでメタリックケーブル等を用いた有線通信や無線通信の分野において、高品質なデータ伝送を行うことを目的として活発に活用されている技術である。

しかしながら、当該技術の光通信への応用には様々な課題が存在しており、実用の途についたばかりである。具体的に、これまで提案されている電気等化器の光通信システムへの適用例として、特許文献１および特許文献２には、トランスバーサルフィルタをベースにしたＦＦＥ（ＦｅｅｄｆｏｒｗａｒｄＥｑｕａｌｉｚｅｒ）の構成例が示されている。また、特許文献３には、トランスバーサルフィルタをベースにした判定帰還型等化器（ＤＦＥ：ＤｅｃｉｓｉｏｎＦｅｅｄｂａｃｋＥｑｕａｌｉｚｅｒ）の構成例が示されている。さらに、特許文献４には、最尤系列推定（ＭＬＳＥ：ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｙｈｏｏｄＳｅｑｕｅｎｃｅＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ）を用いたビタビ等化器の構成例が示されている。

特開平８−１６３０２７号公報特開２０００−２９２２６３号公報特開２００１−３０８７５０号公報特開２００１−７７６５号公報

これらの適用例は、光領域での波形等化を行う光等化フィルタを用いずに、電気領域で波形等化を行う電気等化フィルタを用いて小型・高速な波形整形を簡便に行うことが特徴であり、光電気変換後の歪信号に対して上述の各種電気等化フィルタを用いたデータ復元を行うことで、光伝送路の有する波長分散や偏波モード分散などが問題となる伝送システムであっても良好な信号品質を確保することを目的とするものである。

したがって、これらの適用例のいずれについても、基本的に、上述の有線通信や無線通信での活用方法の延長線上にあり、当該技術を積極的に利用した光通信システムとしての提案ではない。

ところで、光伝送システムの信号品質向上を目指す上で、電気等化フィルタを受信波形の改善効果のみに使用する場合には、装置の小型・低コスト化に関する利点のみが主に発揮される。

しかしながら、その利点のみでは、得られる信号品質は光等化手段を用いた場合となんら変わりなく、本質的に装置全体の機能向上に大きく寄与させることはできない。

このような状況に鑑み、この発明は、電気等化器の波形改善効果を利用して、より高機能な光通信システムを得ようとするものであり、具体的には、受信特性を劣化させることなく伝送速度の増加と周波数利用効率の増大とを可能とする光受信装置およびこの光受信装置を用いた光伝送システムを提供することを目的とするものである。

この発明にかかる光受信装置は、入力された光信号の帯域制限を行う光帯域制限フィルタと、前記光帯域制限フィルタから出力された光信号を電気信号に変換する光電気変換器と、前記光電気変換器から出力された電気信号の信号波形の等化処理を行う電気等化器とを備え、前記光帯域制限フィルタの半値全幅が、前記光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下であることを特徴とする。

この発明によれば、光電気変換器の前段に光帯域制限フィルタが設けられる。この光帯域制限フィルタの半値全幅は、光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下であるように設定される。光帯域制限フィルタでは、入力された光信号の帯域制限が行われる。光電気変換器では、光帯域制限フィルタから出力された光信号が電気信号に変換され、電気等化器に入力される。電気等化器では、この電気信号の信号波形の等化処理が行われる。これらの一連の処理では、光帯域制限フィルタが光領域において帯域制限を行っているので、ＳＮＲを高めることができるが、その一方で、波形歪や、符号間干渉を生じる。これらの波形歪および符号間干渉は、電気領域において電気等化器が行う等化処理によって回復される。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光受信装置および光伝送システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信装置は、光信号が入力される光帯域制限フィルタ１０と、光帯域制限フィルタ１０の出力（光信号）を受信する光電気変換器１１と、光電気変換器１１の出力（電気信号）を受信する低域通過フィルタ１２と、低域通過フィルタ１２の出力（電気信号）を受信する増幅器１３と、増幅器１３の出力（電気信号）を受信する電気等化器１４とを備えている。

つぎに、この光受信装置の動作について説明する。第１図において、伝送後の光信号が入力された光帯域制限フィルタ１０では、光信号のスペクトルの帯域制限が行われる。光帯域制限フィルタ１０を通過した光信号は、光電気変換手段１１により電気信号に変換され、低域通過フィルタ１２に入力される。低域通過フィルタ１２では、光電気変換器１１によって変換された電気信号に対して電気領域での帯域制限が行われる。低域通過フィルタ１２によって出力された帯域制限信号は、増幅器１３に入力されて信号レベルの調整が行われ、電気等化器１４に出力される。電気等化器１４では、増幅器１３によって出力レベルが調整された帯域制限信号に対して信号波形の等化処理が施されて図示しない識別器に出力される。

ここで、電気等化器１４が行う電気領域での等化処理は、光帯域制限フィルタ１０での帯域制限によって生ずる過剰な符号間干渉を効果的に抑圧することができる。すなわち、電気等化器１４の出力は、符号間干渉の抑圧が可能な信号として後段の識別器に出力することができる。

なお、この符号間干渉の抑圧を効果的に行うためには、光帯域制限フィルタ１０の帯域制限を効果的に行わなければならない。光帯域制限フィルタ１０のフィルタ特性を表す指標として、ある波長域内での信号強度が最高値の半分になる最短の波長と最長の波長との間の波長差で定義される半値全幅（ＦＷＨＭ：ｆｕｌｌｗｉｄｔｈａｔｈａｌｆｍａｘｉｍｕｍ）を考える。いま、光帯域制限フィルタ１０のフィルタ特性を示す半値全幅を”ＢＷ”とし、光信号のビットレート周波数を”Ｒｂ”とするとき、これらのＢＷとＲｂとの間で、ＢＷ＜Ｒｂの関係を満たすようなＢＷを選定することが好適である。すなわち、光帯域制限フィルタ１０の半値全幅を信号伝送速度と同程度以下の値に設定することが好適である。

以上説明したように、この実施の形態の光受信装置によれば、波長多重通信を行う場合に波長多重度を大きくした状態で所望の波長のみを帯域の充分狭い（例えば、ビットレート周波数と同程度）光帯域制限フィルタで選択通過させることにより、受信特性を劣化させることなく周波数利用効率の高い光受信装置を構築することができる。

なお、この実施の形態では、光電気変換器の直前に帯域制限機能を有する光帯域制限フィルタを挿入する構成としているが、光伝送システムの構成によってはこの光帯域制限フィルタを送信側に配置してもよい。

実施の形態２．
第２図は、この発明の実施の形態２にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信装置は、第１図に示す構成から光帯域制限フィルタ１０を取り除いた構成である。その他の構成は、第１図に示した光受信装置と同一あるいは同等の構成を有するものであり、同一部分には同一符号を付して示している。

つぎに、この光受信装置の動作について第２図および第３図を用いて説明する。なお、第３図（ａ）は、低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数を変化させた場合のペナルティを符号間干渉および信号対雑音比（ＳＮＲ：ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ）をそれぞれの観点から示したグラフであり、同図（ｂ）は、低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数と符号間干渉およびＳＮＲの両者のトータルペナルティとの関係を示したグラフである。

第２図において、光電気変換手段１１では、伝送後の光信号が入力されて電気信号に変換され、低域通過フィルタ１２に入力される。低域通過フィルタ１２では、光電気変換器１１によって変換された電気信号に対して電気領域での帯域制限が行われる。低域通過フィルタ１２によって出力された帯域制限信号は、増幅器１３に入力されて信号成分のレベル調整が行われ、電気等化器１４に出力される。電気等化器１４では、増幅器１３によって出力レベルが調整された帯域制限信号に対して信号波形の等化処理が施されて図示しない識別器に出力される。

ところで、実施の形態１では、符号間干渉による信号品質劣化を効果的に抑圧するために、光帯域制限フィルタ１０の半値全幅を好適な値に設定した。一方、実施の形態２では、受信光信号のＳＮＲに依存する信号品質劣化と低域通過フィルタ１２の帯域制限によって生じる符号間干渉に起因する信号品質劣化との両者を考慮した上で、低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数を好適な値に設定する必要がある。

第３図（ａ）において、曲線Ｃ１および曲線Ｃ２は、符号間干渉の観点から見た場合のカットオフ周波数（ｆｃ）とペナルティとの関係を示すグラフである。曲線Ｃ１は、電気等化器１４を設けない場合の例であり、曲線Ｃ２は、電気等化器１４を設けた場合の例である。両者ともカットオフ周波数を小さくするとペナルティが増加する傾向を示しているが、曲線Ｃ１に見られるように、電気等化器１４を設けない場合には、カットオフ周波数の減少によりペナルティが急激に増加している。

一方、曲線Ｃ３は電気等化器の有無に関わらず、受信光信号のＳＮＲの観点から見た場合のカットオフ周波数（ｆｃ）とペナルティとの関係を示すグラフである。曲線Ｃ１および曲線Ｃ２の特性とは異なり、ペナルティを最適にするカットオフ周波数（ｆｂ）が存在している。

また、第３図（ｂ）は、符号間干渉とＳＮＲとの両者の観点から見た場合のカットオフ周波数（ｆｃ）とペナルティとの関係をそれぞれ示すグラフである。すなわち、曲線Ｋ１は、電気等化器１４を設けない場合のカットオフ周波数（ｆｃ）とトータルペナルティとの関係を示すグラフであり、第３図（ａ）の曲線Ｃ１と曲線Ｃ３とを合成したものである。同様に、曲線Ｋ２は、電気等化器１４を設けた場合カットオフ周波数（ｆｃ）とトータルペナルティとの関係を示すグラフであり、第３図（ａ）の曲線Ｃ２と曲線Ｃ３とを合成したものである。

第３図（ｂ）に示すように、低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数を減少させて通過帯域幅を狭窄化すると、電気等化器１４の有無に関わらず、トータルペナルティを最適化するカットオフ周波数が存在する。

さらに、低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数をこの最適値以下に減少させて通過帯域幅を狭窄化していくと、トータルペナルティが増加する。この特性は、帯域制限によって発生する符合間干渉効果により、通過帯域幅の狭窄化が進むほど帯域制限を受けた光信号の信号波形が劣化するからである。

また、電気等化器１４がある場合とない場合とでは、トータルペナルティを最小（最適）にするカットオフ周波数が異なる。すなわち、電気等化器１４がない場合の最適カットオフ周波数は、曲線Ｋ１を最小にするｆａであり、電気等化器１４がある場合の最適カットオフ周波数は、曲線Ｋ２を最小にするｆｂである。

なお、このｆｂは、光信号のビットレート周波数Ｒｂの間では、ｆｂ＜（Ｒｂ／２）の関係を満たすようなｆｂに設定することが好適である。すなわち、低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数をビットレート周波数の１／２と同程度以下の値に設定することが好適である。

加えて、第３図（ｂ）に示すように、電気等化器１４を備えた場合には、トータルペナルティをΔＰだけ改善させる効果が生ずる。逆な見方をすれば、電気等化器１４を備えることによって、所望のトータルペナルティに設定するための低域通過フィルタ１２のカットオフ周波数の設定値の許容幅が広がることを意味する。すなわち、第３図（ｂ）に示すように、カットオフ周波数ｆｂの値をｆｂ_１からｆｂ_２（ｆｂ_１＜ｆｂ_２）の間の任意の値に設定することができ、帯域制限のパラメータ設定に関する自由度を増大させることができる。

以上説明したように、この実施の形態の光受信装置によれば、受信装置の電気帯域を決定する上で、帯域制限による符号間干渉の効果とＳＮＲの効果による信号品質劣化の度合を最小限に抑圧することで、高品質な信号の識別器への供給を容易に実現することができる。

なお、この実施の形態では、受信端に電気帯域制限機能を有する低域通過フィルタを備える構成としているが、光伝送システムの構成によっては、この電気帯域制限機能を有する電気帯域制限フィルタを送信端にも用いることができる。この場合、トータルの光伝送特性として最適な電気帯域設計が可能となることはいうまでもない。

実施の形態３．
第４図は、この発明の実施の形態３にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。同図に示す光受信装置は、第１図に示す構成に加えて、電気等化器１４の出力（電気信号）を受信する識別器１５と、識別器１５の出力（電気信号）を受信するＦＥＣ復号化器１６とを備えている。また、増幅器１３、電気等化器４および識別器１５と制御信号線で接続される制御回路１７を備えている。

つぎに、この光受信装置の動作について第４図を用いて説明する。なお、電気等化器１４によって出力レベルが調整された帯域制限信号が出力されるまでの動作は、実施の形態１と同様なので、ここでの説明は省略する。

第４図において、電気等化器１４からの出力信号が識別器１５に入力される。識別器１５では、入力された信号の識別再生を行い、再生したフレーム信号をＦＥＣ（ＦｏｒｗａｒｄＥｒｒｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎＣｏｄｅ）復号化器１６に出力する。ＦＥＣ復号化器１６は、入力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行う。その際に、ＦＥＣ復号化器１６自身が有する誤り情報検出機能や誤り情報訂正機能などに基づいて生成される伝送誤り情報（例えば、誤り訂正個数、アラーム情報）を制御回路１７に出力する。制御回路１７では、ＦＥＣ復号化器１６から伝達された伝送誤り情報に基づいて伝送誤りを是正するための制御信号を生成し、増幅器１３、電気等化器１４および識別器１５に対して制御信号を送信する。

なお、電気等化器１４の制御をより簡便に行うためには、電気等化器１４にて制御されるパラメータの推定が容易であることが必要となる。例えば、既知データ系列を用いた等化パラメータの推定を可能とすることで、完全なブラインド等化を行う場合に比較して、制御回路１７の演算量や回路規模を縮小することができる。

また、増幅器１３を制御することによって電気等化器１４への入力電気信号の振幅を伝送路の状態変動に合わせて随時調整することができ、電気等化器１４の安定動作を実現することができる。

加えて、電気等化器１４から識別器１５へ出力される信号波形は、一般的には、有限の帯域制限を受けたアナログ信号であるため、識別器１５の識別閾値の設定を常に最適な状態にしておくことで、電気等化器１４で生じる意図しない波形歪の影響を最小限度に抑圧することができる。

これらの機能の実現には、上述した誤り情報検出機能や誤り情報訂正機能に優れた誤り訂正符号を用いることが好適である。例えば、誤り訂正符号としてリードソロモン符号（２５５、２３９）やＢＣＨ（Ｂｏｓｅ−Ｃｈａｕｄｈｕｒｉ−Ｈｏｃｑｕｅｎｅｎｇｈｅｍ）符号等を用いることが好適である。

また、誤り訂正符号を用いる場合、通常ＩＴＵ−ＴＧ．７０９にて規定されたＯＴＮ（ＯｐｔｉｃａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔＮｅｔｗｏｒｋ）伝送フレームのようなフレーム構造が用いられる。特に、このＯＴＮ伝送フレームのオーバヘッド内に、誤り訂正符号の既知系列としてシステムに対する既知のビット列（例えば、フレーム同期パルス）を埋め込むことが可能である。このＯＴＮ伝送フレーム内に埋め込まれた既知のビット列を用いることにより、電気等化器１４に付与する最適な等化パラメータの推定を、少ない回路規模と演算量とによって実現することができる。

また、誤り訂正符号を用いると誤り訂正個数の検出が可能となるので、識別器１５に対する識別閾値制御において、検出誤り個数が最小となる位置に識別閾値を設定するような制御が可能となり、より高機能な光受信装置を実現することができる。

以上説明したように、この実施の形態の光受信装置によれば、電気等化手段を用いた光受信装置を構成する際、少ない回路規模にてより高性能な光受信装置を得ることが可能となり、電気等化器を用いた光受信装置を高機能かつ小型に構成可能である。

実施の形態４．
第５図は、この発明の実施の形態４にかかる光伝送システムの構成を示すブロック図である。同図に示す光伝送システムは、５波の波長多重信号を処理する受信装置として、第１図に示す光受信装置を適用している。

まず、第５図の構成について説明する。同図において、送信端では、５つの光送信器２０ａ〜２０ｅと、これらの光送信器２０ａ〜２０ｅの出力（光信号）が合波される光合波器２１と、光合波器２１の出力を受信する光帯域制限フィルタ１０とを備えている。なお、光帯域制限フィルタ１０の出力は光ファイバ２２に結合されて受信端側に伝送される。

受信端では、光ファイバ２２の出力を受信する光分波器２３と、光分波器２３によって分波された光信号を受信する５つの受信器２４ａ〜２４ｅとを備えている。これらの５つの受信器２４ａ〜２４ｅは、それぞれが同等の構成を有するものであり、それらの一つとして、受信器２４ｃの内部構成を示している。すなわち、受信器２４ｃは、波長多重信号の一つを選択するためのチャネル選択フィルタ２５と、チャネル選択フィルタ２５の出力（光信号）を受信する光電気変換器１１と、光電気変換器１１の出力（電気信号）を受信する低域通過フィルタ１２と、低域通過フィルタ１２の出力（電気信号）を受信する電気等化器１４とを備えている。

なお、実施の形態１〜３で示した増幅器１３や、実施の形態３で示した識別器１５、ＦＥＣ復号化器１６、制御回路１７については、説明の便宜上省略している。また、実施の形態１および２のところで、説明を加えたように、この実施の形態の光伝送システムでは、光帯域制限フィルタ１０を送信端に配置している。

つぎに、この光伝送システムの動作について第５図を用いて説明する。同図において、光送信器２０ａ〜２０ｅの各チャネルの信号が光合波器２１によって合波され、この合波された波長多重信号が光帯域制限フィルタ１０に出力される。光帯域制限フィルタ１０では、この波長多重信号に対して帯域制限が行われる。この光帯域制限フィルタ１０は、波長多重光信号を一括して帯域狭窄するために備えられるものであり、例えば、波長に対して周期性を有するフィルタ（例えば、インターリーバやＡＷＧ（ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ））を使用することができる。なお、光合波器２１において、合波と帯域制限とが同時に行えるように光通過帯域の設計がなされている場合には、光帯域制限フィルタ１０の機能と光合波器２１の機能とを兼用させることができる。

受信端では、光ファイバ２２によって伝送された波長多重信号が光分波器２３によって分離され、光受信器２４ｃに入力される。光受信器２４ｃ内のチャネル選択用フィルタ２５は、所望の光信号帯域外の雑音を除去するために挿入されており、光分波器２３での隣接チャネルの抑圧が不完全な場合や、ＡＳＥ（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｍｓｉｏｎ）雑音の抑圧が不完全な場合には、これらの不要波成分の抑圧のために挿入される。なお、光分波器２３のフィルタリング特性が充分な場合には、チャネル選択用フィルタ２５を省略することができる。

第６図および第７図は、波長多重化を行う際に多重度を増加させた場合の光スペクトルの変化の様子を説明するための説明図である。具体的には、第６図（ａ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光信号の周波数スペクトルを示す波形図であり、同図（ｂ）は、このＮＲＺ光信号を多重化する際の光合波器２１周辺の接続構成図であり、同図（ｃ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号の５波を１００［ＧＨｚ］間隔で多重した波長多重信号の周波数スペクトルを示す波形図である。なお、この第６図（ｃ）に示される波長多重信号の周波数利用効率は、０．１（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）である。

同様に、第７図（ａ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光信号の周波数スペクトルを示す波形図であり、同図（ｂ）は、このＮＲＺ光信号を多重化する際の光合波器２１周辺の接続構成図であり、同図（ｃ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ信号の５波を１０［ＧＨｚ］間隔で多重した波長多重信号の周波数スペクトルを示す波形図である。なお、この第７図（ｃ）に示される波長多重信号の周波数利用効率は、１（ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ）であり、第６図（ｃ）に示される波長多重信号の１０倍の値に設定されている。

通常、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号は第６図（ａ）および第７図（ａ）に示されるように、光スペクトルの帯域幅（全幅）として２０［ＧＨｚ］を有するので、第６図（ｃ）に示されるように、充分広い間隔にて多重を行った場合には、それぞれのチャネル間での漏話（クロストーク）によるペナルティはほとんど発生しない。

ところが、第７図（ｃ）に示されるように、周波数利用効率を増加させるために、チャネル単独のスペクトル幅と同等の間隔で波長多重を行うような場合には、隣接チャネルからのクロストークによるペナルティが無視できない。このため、例えば、第７図（ｂ）に示すように帯域制限フィルタ１０を設けて隣接チャネル間のクロストークを充分低減できるように、光スペクトル幅を制限して各チャネルの信号を多重することが必要である。

第８図は、伝送される波長多重信号の波形を考察する際の波形観測点を光伝送システムの構成図上に示した図であり、第９図は、第８図に示す各観測点での光信号または電気信号の周波数スペクトルまたはアイパターンを示す図であり、第１０図は、電気等化器１４の細部構成を示すブロック図である。

第９図に示す波形を具体的に説明すると、同図（ａ）は、送信１チャネルのＮＲＺ光信号（Ｓ１）の周波数スペクトルを示す波形図である。この例では、第６図（ａ）および第７図（ａ）で示した信号と同一信号である１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号を用いている。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）に示したＮＲＺ光信号（Ｓ１）のアイパターンを示す波形図であり、同図（ｃ）は、波長多重光信号（Ｓ２）の周波数スペクトルを示す波形図である。この例では、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号をそれぞれ１０ＧＨｚのフィルタ通過幅にて帯域制限し、１０ＧＨｚ間隔で５波多重した波長多重光信号を用いている。

さらに、同図（ｄ）は、光電気変換器１１に入力される直前の受信１チャネルの光信号（Ｓ３）の周波数スペクトルを示す波形図であり、同図（ｅ）は、電気等化器１４に入力される直前の受信１チャネルの電気信号（Ｓ４）のアイパターンを示す波形図であり、同図（ｆ）は、電気等化器１４としてＦＦＥ（ＦｅｅｄｆｏｒｗａｒｄＥｑｕａｌｉｚｅｒ）を用いたときの電気等化器通過後の出力信号（Ｓ５）のアイパターンを示す波形図であり、同図（ｇ）は、電気等化器１４としてＦＦＥおよびＤＦＥ（ＤｅｃｉｓｉｏｎＦｅｅｄｂａｃｋＥｑｕａｌｉｚｅｒ）を用いたときの電気等化器通過後の出力信号（Ｓ５）のアイパターンを示す波形図である。

また、第１０図に示す波形を具体的に説明すると、同図（ａ）は、前述のＦＦＥの構成の一例を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、前述のＦＦＥとＤＦＥとを組み合わせた構成の一例を示すブロック図である。

この電気等化器の構成は、遅延回路や加算回路などを組み合わせて、同図（ａ）のＦＦＥ１４ａに示すような構成とすることができる。同様に、ＦＦＥとＤＦＥとを組み合わせた電気等化器１４は、同図（ｂ）に示すように、ＦＦＥ１４ａの出力をＤＦＥ１４ｂが受信して処理する構成とすることができる。なお、同図（ｂ）に示すＤＦＥ１４ｂのブロック図中には、通常では、電気等化器の直後に配置される識別器を含んだ形で構成している。

第９図に戻って、同図の（ｅ）〜（ｆ）の波形に着目すると、以下に示す事項が明らかとなる。まず、同図（ｅ）に示すアイパターンを見ると、アイ開口が小さくなっており、受信信号が劣化していることが明らかである。この理由は、波長多重度（もしくは周波数利用効率）を向上させるために光信号段での帯域制限を行った結果、隣接チャネルのクロストークによるビートノイズが低減された代りに、帯域制限による符号間干渉の影響が増大しているからである。

つぎに、電気等化手段通過前の波形である同図（ｅ）と、電気等化手段通過後の波形である同図（ｆ）および同図（ｇ）のそれぞれの波形とを比較すると、電気等化手段通過前後でアイ開口の劣化が改善されていることが明らかである。このことは、過度の帯域制限によって符号間干渉が増大した場合であっても、電気信号波形の等化手段として用いられる電気等化器１４の能力が充分であれば、符号間干渉の影響が低減されることを意味している。また、これらの結果は、周波数利用効率を高めるために波長多重度を増加させた場合であっても、電気等化器１４を光信号の帯域制限と併用させることにより、帯域制限に起因する信号品質劣化を抑圧できることを示唆している。

第１１図は、電気等化器１４の有無による周波数利用効率とＱ値ペナルティとの関係を示すグラフである。同図に示すグラフは、第８図の構成において、電気等化器１４の効果を定量的に評価するために行った計算結果の一例である。この計算では、信号ビットレートを１０［Ｇｂ／ｓ］、帯域制限フィルタの通過帯域（半値全幅）は、波長多重間隔と同等（例えば、１０ＧＨｚ間隔にて多重する際はフィルタ通過帯域１０ＧＨｚ）、光信号のＳＮＲは２０ｄＢ（０．１ｎｍ分解能）とした。また、改善の度合を見積るためにＱ値ペナルティを指標として用いた。

同図において、”□”印でプロットされた曲線は電気等化器を用いない場合の特性を示すものであり、”○”印でプロットされた曲線は電気等化器として第１０図（ａ）に示すＦＦＥ１４ａを用いた場合の特性を示すものであり、”△”印でプロットされた曲線は電気等化器として第１０図（ｂ）に示すＦＦＥ１４ａおよびＤＦＥ１４ｂを用いた場合の特性を示すものである。

同図に示す計算結果より、以下のことが明らかとなる。いま、縦軸方向（Ｑ値ペナルティ）に着目すると、例えば、１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］の周波数利用効率（１０ＧＨｚ間隔で波長多重）において、電気等化器を用いたことにより３ｄＢ近い信号品質改善が得られている。一方、横軸方向（周波数利用効率）に着目すると、電気等化器を用いない０．８［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］の場合の信号品質を維持したまま、１［ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ］の周波数利用効率を得ることができる。すなわち、電気等化器と帯域制限技術を併用することで、周波数利用効率の改善が容易に実現できることを意味している。

このように、帯域制限の技術と電気等化手段を併用し、隣接チャネルのクロストークが充分抑圧できるよう光スペクトルの帯域制限を行い、かつ、過度の帯域制限によって発生した符合間干渉効果は電気等化手段によって抑圧することで、有限の伝送帯域に対してより効率的な波長多重伝送を実現できるため、伝送容量を容易に拡大することが可能である。

なお、この実施の形態では、１０［Ｇｂ／ｓ］にて変調された５波長の波長多重信号に関する説明を行ったが、ビットレート周波数や波長多重数、波長多重間隔等はこれに限定されるものではない。また、この実施の形態では、第１０図に示す２種類の電気等化器を例にとって評価したが、利用可能な電気等化器はこれに限定されるものではない。

以上説明したように、この発明にかかる光受信装置によれば、入力された光信号の帯域制限を行う光帯域制限フィルタの半値全幅が光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下の値に設定されているので、受信信号のＳＮＲを高めることができ、その一方で、光帯域制限によって発生する波形歪や符号間干渉を電気等化器による等化処理によって回復するようにしているので、周波数利用効率の高い光受信装置を容易に構築することができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光受信装置によれば、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれた誤り訂正符号の既知系列に基づいて電気等化器のパラメータ推定を行うようにしているので、電気等化器での最適等化パラメータの推定を高速にでき、かつ、回路規模を縮小することができるので、小型で高性能な光受信装置を得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光受信装置によれば、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれたフレーム同期パルスに基づいて、電気等化手段のパラメータ推定を行うようにしているので、電気等化器での最適等化パラメータの推定を高速にでき、かつ、回路規模を縮小することができるので、小型で高性能な光受信装置を得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光受信装置によれば、誤り訂正個数に基づいて識別器の識別閾値を設定するようにしているので、光受信装置の性能を高めることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光受信装置によれば、電気等化器への入力信号の振幅を伝送路の状態変動に合わせて随時調整するようにしているので、伝送路の状態変動などに伴う光波形変動に対しても、光受信装置を安定に動作させることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光受信装置によれば、低域通過フィルタのカットオフ周波数が、光信号のビットレート周波数の１／２と同程度か、それ以下の値に設定されているので、受信端におけるＳＮＲが最適となるように帯域制限を行うことができ、受信信号の品質を簡易に向上させることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光受信装置によれば、低域通過フィルタのカットオフ周波数は、信号対雑音比に依存する信号品質劣化と符号間干渉に起因する信号品質劣化とを補償するトータルペナルティがより小さい値になるように設定されるので、受信端におけるＳＮＲが最適となるように帯域制限を行うことができ、受信信号の品質を簡易に向上させることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、入力された光信号の帯域制限を行う光帯域制限フィルタの半値全幅が光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下の値に設定されているので、受信信号のＳＮＲを高めることができ、その一方で、光帯域制限によって発生する波形歪や符号間干渉を電気等化器による等化処理によって回復するようにしているので、周波数利用効率の高い光伝送システムを容易に構築することができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれた誤り訂正符号の既知系列に基づいて電気等化器のパラメータ推定を行うようにしているので、電気等化器での最適等化パラメータの推定を高速にでき、かつ、回路規模を縮小することができるので、小型で高性能な光伝送システムを得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれたフレーム同期パルスに基づいて、電気等化手段のパラメータ推定を行うようにしているので、電気等化器での最適等化パラメータの推定を高速にでき、かつ、回路規模を縮小することができるので、小型で高性能な光伝送システムを得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、誤り訂正個数に基づいて識別器の識別閾値を設定するようにしているので、光伝送システムの性能を高めることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、電気等化器への入力信号の振幅を伝送路の状態変動に合わせて随時調整するようにしているので、伝送路の状態変動などに伴う光波形変動に対しても、光伝送システムを安定に動作させることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、入力された光信号の帯域制限を行う光帯域制限フィルタの半値全幅を光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下の値に設定し、かつ、低域通過フィルタのカットオフ周波数を光信号のビットレート周波数の１／２と同程度か、それ以下の値に設定しているので、受信端におけるＳＮＲが最適となるような帯域制限を光領域および電気領域の両方で行うとともに、これらの帯域制限によって発生する波形歪や符号間干渉を電気等化器による等化処理によって回復するようにしているので、受信信号の品質を簡易に向上させることができ、また、周波数利用効率の高い光伝送システムを容易に構築することができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、低域通過フィルタのカットオフ周波数は、信号対雑音比に依存する信号品質劣化と符号間干渉に起因する信号品質劣化とを補償するトータルペナルティがより小さい値になるように設定されるので、受信端におけるＳＮＲが最適となるように帯域制限を行うことができ、受信信号の品質を簡易に向上させることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれたフレーム同期パルスに基づいて、電気等化手段のパラメータ推定を行うようにしているので、電気等化器での最適等化パラメータの推定を高速にでき、かつ、回路規模を縮小することができるので、小型で高性能な光受信装置を得ることができるという効果を奏する。

つぎの発明にかかる光伝送システムによれば、誤り訂正個数に基づいて識別器の識別閾値を設定するようにしているので、光受信装置の性能を高めることができるという効果を奏する。

以上のように、この発明にかかる光受信装置および光伝送システムは、例えば、伝送速度と周波数利用効率とを増大させるような光伝送システムの能力向上に適している。

第１図は、この発明の実施の形態１にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。第２図は、この発明の実施の形態２にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。第３図（ａ）は、低域通過フィルタのカットオフ周波数を変化させた場合のペナルティを符号間干渉およびＳＮＲのそれぞれの観点から示したグラフであり、同図（ｂ）は、低域通過フィルタのカットオフ周波数と符号間干渉およびＳＮＲの両者のトータルペナルティとの関係を示したグラフである。第４図は、この発明の実施の形態３にかかる光受信装置の構成を示すブロック図である。第５図は、この発明の実施の形態４にかかる光伝送システムの構成を示すブロック図である。第６図（ａ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号の周波数スペクトルを示す波形図であり、同図（ｂ）は、ＮＲＺ光信号を多重化する際の光合波器周辺の接続構成図であり、同図（ｃ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号の５波を１００［ＧＨｚ］間隔で多重した波長多重信号の周波数スペクトルを示す波形図である。第７図（ａ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ光信号の周波数スペクトルを示す波形図であり、同図（ｂ）は、ＮＲＺ光信号を多重化する際の光合波器周辺の接続構成図であり、同図（ｃ）は、１０［Ｇｂ／ｓ］のＮＲＺ信号の５波を１０［ＧＨｚ］間隔で多重した波長多重信号の周波数スペクトルを示す波形図である。第８図は、伝送される波長多重信号の波形を考察する際の波形観測点を光伝送システムの構成図上に示した図である。第９図は、第８図に示す各観測点での光信号または電気信号の周波数スペクトルまたはアイパターンを示す図である。第１０図（ａ）は、ＦＦＥの構成の一例を示すブロック図であり、同図（ｂ）は、ＦＦＥとＤＦＥとを組み合わせた構成の一例を示すブロック図である。第１１図は、電気等化器１４の有無による周波数利用効率とＱ値ペナルティとの関係を示すグラフである。

Claims

入力された光信号の帯域制限を行う光帯域制限フィルタと、
前記光帯域制限フィルタから出力された光信号を電気信号に変換する光電気変換器と、
前記光電気変換器から出力された電気信号の信号波形の等化処理を行う電気等化器と、
を備え、
前記光帯域制限フィルタの半値全幅が、前記光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下であることを特徴とする光受信装置。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれた誤り訂正符号の既知系列に基づいて前記電気等化器のパラメータ推定を行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光受信装置。
前記制御回路は、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれたフレーム同期パルスに基づいて、前記電気等化器のパラメータ推定を行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光受信装置。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記誤り訂正個数に基づいて前記識別器の識別閾値を設定することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光受信装置。
前記光受信装置は、
前記電気等化器への出力信号を増幅する増幅器と、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記増幅器を制御して、前記電気等化器への入力信号の振幅を伝送路の状態変動に合わせて随時調整することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光受信装置。
光送信装置と光受信装置とを備えた光伝送システムにおいて、
前記光送信装置は、
光信号の帯域制限を行う光帯域制限フィルタを備え、
前記光受信装置は、
前記光送信装置から送信された光信号を電気信号に変換する光電気変換器と、
前記光電気変換器が出力する電気信号波形の等化処理を行う電気等化器と、
を備え、
前記光帯域制限フィルタの半値全幅が、前記光信号のビットレート周波数と同程度か、それ以下であることを特徴とする光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれた誤り訂正符号の既知系列に基づいて前記電気等化器のパラメータ推定を行うことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれたフレーム同期パルスに基づいて、前記電気等化器のパラメータ推定を行うことを特徴とする請求の範囲第６項に記載の光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記誤り訂正個数に基づいて前記識別器の識別閾値を設定することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記電気等化器への出力信号を増幅する増幅器と、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記増幅器を制御して、前記電気等化器への入力信号の振幅を伝送路の状態変動に合わせて随時調整することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記光電気変換器から出力された電気信号の帯域制限を行う低域通過フィルタをさらに備え、
前記低域通過フィルタのカットオフ周波数が、前記光信号のビットレート周波数の１／２と同程度か、それ以下であることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の光伝送システム。
前記低域通過フィルタのカットオフ周波数は、信号対雑音比に依存する信号品質劣化と符号間干渉に起因する信号品質劣化とを補償するトータルペナルティがより小さい値になるように設定されることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、伝送フレームのオーバヘッド内に埋め込まれたフレーム同期パルスに基づいて、前記電気等化手段のパラメータ推定を行うことを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の光伝送システム。
前記光受信装置は、
前記電気等化器から出力される出力信号の識別再生を行う識別器と、
前記識別器から出力されたフレーム信号に対して誤り検出および誤り訂正を行うとともに、該フレーム信号の誤り訂正個数を検出するＦＥＣ復号化器と、
前記誤り訂正個数が伝送される制御回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記誤り訂正個数に基づいて前記識別器の識別閾値を設定することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の光伝送システム。