JP5633352B2 - デジタルコヒーレント光受信器、適応等化型イコライザ及びデジタルコヒーレント光通信方法 - Google Patents
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Description
上記の適応等化型イコライザ11は、タップ係数とFIRフィルタの合成比率を、光ファイバの偏光変動よりも十分高速な更新時間でリアルタイムかつ適応的に更新することで、偏光状態の変動とPMDに対して安定な受信状態を実現することができる。PMD(Polarization Mode Dispersion)は偏波モード分散である。
H(n+1)=H(n)−μ・rn*(|yn|2−γ)yn
rn*=(Eh*,Ev*)=((Ih,-Qh), (Iv,-Qv)) :FIR入力信号
yn=(Eh’,Ev’):FIR出力信号
H(n):タップ係数、 γ:目標振幅定数
フィルタ係数適用制御回路23は、上記の式を用いて信号のピークパワーが一定となるようにフィルタのタップ係数を制御する。
適応等化型イコライザ36は、フィルタのタップ係数を適応的に更新して、偏波成分を分離した水平信号成分Eh’=(Ih’,Qh’)と垂直信号成分Eh’=(Iv’,Qh’)を出力する。適応等化型イコライザ36は、並列展開された信号のI成分、Q成分を処理する複数の回路を有する。
判定部39は、I,Q平面上の信号点を判定してデータを復調する。フレーム同期部40は、復調したデータを決められたフォーマットのフレームに組み立てる。
デジタルコヒーレント光受信器31は、上記の構成の回路に限らず、公知の他の構成の回路を用いることができる。
ヒストグラム生成部44vは、垂直信号成分Ev’の振幅値が、0からある値(最大値)まで等間隔に区切られた範囲のどこに存在するかを判定し、垂直信号成分Ev’の振幅値のヒストグラムを作成する。作成した水平信号成分Eh’及び垂直信号成分Ev’のヒストグラムのデータは、局所収束判定及びタップ係数修正回路45に出力される。
波長分散補償部35における波長分散補償設定処理が終了したなら(S11)、適応等化型イコライザ36における適応等化処理を開始する(S12)。ステップS12の適応等化処理では、フィルタ係数適用制御回路43又は局所収束判定及びタップ係数修正回路45から出力されるタップ係数を用いてFIRフィルタ42−1〜42−4のタップ係数が更新される。
CMA収束時間が経過しているときには(S13、YES)、モニタ開始通知が出力され、ステップS14のヒストグラム累積処理が実行される。ステップS14の処理では、例えば、ヒストグラム生成部44−1、44−2がヒストグラムの累積を開始する。
水平信号成分用のパワー値算出部51hは、水平信号成分EhのI成分を2乗した値HI2とQ成分を2乗した値HQ2の和を、水平信号成分Ehのパワー値(振幅値)として算出する。
最初に、ある振幅値を判定点として、その判定点より大きい振幅値のデータ数と、判定点以下(小さい)の振幅値のデータ数を比較することで局所収束判定を行う方法(以下、これを第1の局所収束判定方法と呼ぶ)について説明する。これは、ヒストグラムの分布に基づいて局所収束の有無を判定する場合の一例である。
局所収束判定回路61は、例えば、水平信号成分の局所収束を判定する回路と、垂直信号成分の局所収束を判定する回路の2つを有する。局所収束判定回路61は、図5の局所収束判定及びタップ係数修正回路45の一部である。
セレクタ62−0〜62−29は、閾値Index保持部63に保持されている閾値Indexと、INDEX_0〜INDEX_29の内の任意のINDEX番号を比較する。そして、INDEX番号が閾値Index以下のときには、その累積値を下側合計値算出部64に出力する。また、INDEX番号Aが閾値Indexより大きいときには、その累積値を上側合計値算出部65に出力する。
図10(A)に示すように、INDEX番号が閾値(例えば、INDEX_15)未満のデータ数の合計値が、閾値以上のINDEXのデータ数の合計値以下の場合には、正常収束と判定する。
次に、ある振幅値を判定点として、ヒストグラムのピーク値が判定点の上側にあるか、下側にあるかにより局所収束の有無を判定する方法(以下、この方法を第2の局所収束判定方法と呼ぶ)について説明する。これは、ヒストグラムの分布(例えば、ピーク値の位置)に基づいて、局所収束の有無を判定する場合の一例である。
局所収束判定回路71は、最大データ数選択部72と、閾値Index保持部73と、閾値判定部74を有する。
閾値判定部74は、最大度数選択部72から出力される最大データ数のINDEX番号と、閾値Index保持部73に保持されている閾値Indexを比較して、最大データ数のINDEX番号が閾値Indexより大きいか否かを判定する。すなわち、最大データ数の振幅値が、特定の振幅値(閾値又は基準値)より大きいか否かを判定する。
図12(A)、(B)は、例えば、閾値IndexとしてINDEX_14を設定した場合の例である。
他方、図12(B)に示すように、ヒストグラムの振幅のピーク値が、閾値Indexの振幅値より小さいときには、局所収束と判定する。
局所収束判定回路81は、閾値判定部82と、閾値保持部83を有する。閾値判定部82は、INDEX_0のデータ数と、閾値保持部83に保持されている閾値を比較して局所収束の有無を判定する。閾値判定部82は、INDEX_0のデータ数が閾値以下のときには正常収束と判定する。また、閾値判定部82は、INDEX_0のデータ数が閾値より大きいときは局所収束と判定する。
他方、図14、(B)に示すように、INDEX_0のデータ数が閾値より大きいときには、局所収束と判定する。
局所収束と判定した場合には、局所収束が発生していない側のタップ係数を用いてタップ係数初期値を設定する。
以下の説明では、FIRフィルタ42−1のタップ係数をhhh、FIRフィルタ42−2のタップ係数をhvh、とする。また、FIRフィルタ42−3のタップ係数をhhv、FIRフィルタ42−4のタップ係数をhvvとする。FIRフィルタ42−1〜42−4とタップ係数の関係は、図2に示したものと同じである。
局所収束している垂直側のFIRフィルタ42−3のタップ係数hhvは、正常収束している水平側のFIRフィルタ42−2のタップ係数hvhから、次の式で計算することができる。
hhv(tk)=(−avh(−tk),bvh(−tk)
局所収束している垂直側のFIRフィルタ42−4のタップ係数hvvは、正常収束している水平側のFIRフィルタ42−1のタップ係数hhhを用いて、次の式で計算することができる。
hvv(tk)=(ahh(-tk),−bhh(-tk))
図19は、第2の実施の形態の適応等化型イコライザ91の動作を示すフローチャートである。
ヒストグラムのピーク値の比較を行っていないときには(S26、NO)、ステップS27に進み、水平信号成分と垂直信号成分のヒストグラムのピーク値を比較する。
図20の三角印の点は水平信号成分の振幅値のヒストグラムを示し、□印の点は垂直信号成分の振幅値のヒストグラムを示す。図20の例では、水平信号成分のヒストグラムのピーク値の方が、垂直信号成分のピーク値より大きいので、水平側のタップ係数を用いて垂直側のタップ係数初期値が計算される。
図21は、局所収束・ピーク値選択及びタップ係数修正回路92の中のピーク選択回路101の一例を示す図である。
ピーク選択回路101により修正対象の信号が選択されると、局所収束・ピーク選択及びタップ係数修正回路92は、最大カウント値の大きい方のFIRフィルタのタップ係数を用いて、修正対象の水平又は垂直側のFIRフィルタのタップ係数を修正する。
(付記1)
光信号を変換して得られる電気信号を水平信号成分と垂直信号成分に分離する等化フィルタと、
前記等化フィルタの出力の水平信号成分と垂直信号成分のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
水平信号成分の前記ヒストグラムと垂直信号成分の前記ヒストグラムの分布に基づいて、局所収束の有無を判定する判定手段とを備えるデジタルコヒーレント光受信器。
(付記2)
前記判定手段は、水平信号成分の前記ヒストグラムのピーク値と前記垂直信号成分の前記ヒストグラムのピーク値を比較し、前記ピーク値の大きい方の前記等化フィルタのタップ係数を用いて、他方のタップ係数を修正する付記1記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記3)
前記判定手段は、水平信号成分の前記ヒストグラムのデータ数のピーク値を選択する水平側最大値選択部と、垂直信号成分の前記ヒストグラムのデータ数のピーク値を選択する垂直側最大値選択部と、水平側のピーク値と垂直側のピーク値を比較して、ピーク値の小さい側をタップ係数の修正対象として指定する大小比較部とを備える付記2記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記4)
前記判定手段は、水平又は垂直信号成分の振幅値又は振幅値に対応する値を基準値として、前記基準値以上の前記ヒストグラムの振幅値のデータ数の和と、前記基準値未満の前記ヒストグラムの振幅値のデータ数の和を比較し、前記基準値未満のデータ数の和が前記基準値以上のデータ数の和より大きいとき局所収束と判定する付記1、2又は3記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記5)
前記判定手段は、局所収束の判定の基準値を記憶する基準値記憶部と、前記ヒストグラムの複数の振幅値の内で前記準値以上の振幅値のデータ数の和を計算する上側合計値計算部と、前記ヒストグラムの複数の振幅値の内で前記基準値未満の振幅値のデータ数の和を計算する下側合計値計算部と、前記上側合計値計算部から出力される上側合計値と前記下側合計値計算部から出力される下側合計値を比較し、下側合計値が上側合計値より大きいとき局所収束と判定する局所収束判定部とを備える付記4記載のデジタルコヒーレント。
(付記6)
前記判定手段は、前記ヒストグラムの最大データ数の振幅値と基準値を比較し、最大データ数の振幅値が基準値以下のとき局所収束と判定する付記1、2又は3記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記7)
前記判定手段は、局所収束の判定の基準となる基準値を記憶する基準値記憶部と、前記ヒストグラムの各振幅値のデータ数の最大値を選択する最大値選択部と、前記最大値選択部で選択された最大値と前記基準値を比較し、前記最大値が前記基準値未満のとき局所収束と判定する局所収束判定部とを備える付記6記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記8)
前記判定手段は、前記ヒストグラムの一定値以下の特定の振幅値のデータ数と基準値を比較し、前記特定の振幅値のデータ数が前記基準値より大きいとき局所収束と判定する付記1、2又は3記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記9)
局所収束の判定の基準となる前記基準値を記憶する基準値記憶部と、前記ヒストグラムの前記特定の振幅値のデータ数と前記基準値を比較し、前記特定の振幅値のデータ数が前記基準値より大きいとき局所収束と判定する局所収束判定部とを備える付記8記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記10)
前記等化フィルタから出力される水平信号成分と垂直信号成分に基づいて、前記等化フィルタのフィルタ係数を算出してフィルタ係数算出回路と、
前記判定手段から出力されるフィルタ係数と前記フィルタ係数算出回路から出力されるフィルタ係数の一方を選択して前記等化フィルタに出力する選択回路とを有し、
前記判定手段は、前記等化フィルタから出力される水平信号成分と垂直信号成分とに基づいて、前記等化フィルタのフィルタ係数を算出し、算出したフィルタ係数を前記選択回路に出力すると共に、局所収束の有無の判定結果に基づいて、前記選択回路におけるフィルタ係数の選択の切り換えを指示する付記1乃至9の何れか1つに記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記11)
前記等化フィルタは複数のFIRフィルタであり、
前記判定手段は、前記複数のFIRフィルタから出力される水平信号成分と垂直信号成分に基づいて、水平側のFIRフィルタのタップ係数と垂直側のタップ係数を算出し、正常収束している側のタップ係数を局所収束が検出された側のタップ係数の初期値として出力する付記1乃至9の何れか1つに記載のデジタルコヒーレント光受信器。
(付記12)
光信号を変換して得られる電気信号を水平信号成分と垂直信号成分に分離する等化フィルタと、
前記等化フィルタの出力の水平信号成分と垂直信号成分のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
水平信号成分の前記ヒストグラムと垂直信号成分の前記ヒストグラムの分布に基づいて、局所収束の有無を判定する判定手段とを備える適応等化型イコライザ。
(付記13)
前記判定手段は、水平信号成分の前記ヒストグラムのピーク値と前記垂直信号成分の前記ヒストグラムのピーク値を比較し、前記ピーク値の大きい方の前記等化フィルタのタップ係数を用いて、他方の前記等化フィルタのタップ係数を修正する付記12記載の適応等化型イコライザ。
(付記14)
光信号を変換して得られる電気信号を等化フィルタにより水平信号成分と垂直信号成分に分離し、
前記等化フィルタの出力の水平信号成分と垂直信号成分のヒストグラムを作成し、
水平信号成分の前記ヒストグラムと垂直信号成分の前記ヒストグラムの分布に基づいて、局所収束の有無を判定するデジタルコヒーレント光通信方法。
(付記15)
水平信号成分の前記ヒストグラムのピーク値と垂直信号成分の前記ヒストグラムのピーク値を比較し、前記ピーク値の大きい方の前記等化フィルタのタップ係数を用いて、局所収束が発生している側の前記等化フィルタのタップ係数を修正する付記14記載のデジタルコヒーレント光通信方法。
12−1、12−2、12−3、12−4 FIRフィルタ
13 フィルタ係数適用制御回路
21 適応等化型イコライザ
22−1、22−2,22−3,22−4 FIRフィルタ
23 フィルタ係数適用制御回路
31 デジタルコヒーレント光受信器
32 90度ハイブリッド回路
33 アナログ・デジタル・コンバータ
34 Demux
35 波長分散補償部
36 適応等化型イコライザ
37 周波数オフセット制御部
38 搬送波位相推定制御部
39 判定部
40 フレーム同期部
42−1 FIRフィルタ
43 フィルタ係数適用制御回路
44h、44v ヒストグラム生成部
45 局所収束判定及びタップ係数修正回路
51 パワー値算出部
52 閾値判定部
53h、53v ヒストグラムカウンタ
54h、54v モニタ出力用レジスタ
55 カウンタ監視部
56 リード監視部
61 局所収束判定回路
62−1 セレクタ
63 閾値Index保持部
64 加算器
65 加算器
66 局所収束判定部
71 局所収束判定回路
72 最大度数選択部
73 閾値Index保持部
74 閾値判定部
81 局所収束判定回路
82 閾値判定部
83 閾値保持部
91 適応等化型イコライザ
92 局所収束・ピーク選択及びタップ係数修正回路
101 ピーク選択回路
102、103 最大度数選択部
104 大小比較部
Claims (13)
- 光信号を電気信号に変換する光電変換部と、
前記電気信号を水平偏波の信号成分と垂直偏波の信号成分に分離する等化フィルタと、
前記等化フィルタの出力の水平偏波の信号成分と垂直偏波の信号成分のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムと垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムの分布に基づいて、局所収束の有無を判定する判定手段と
を備えるデジタルコヒーレント光受信器。 - 前記判定手段は、水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムのピーク値と垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムのピーク値を比較し、前記ピーク値の大きい方の前記等化フィルタのタップ係数を用いて、他方のタップ係数を修正する請求項1記載のデジタルコヒーレント光受信器。
- 前記判定手段は、水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムのデータ数のピーク値を選択する水平側最大値選択部と、垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムのデータ数のピーク値を選択する垂直側最大値選択部と、水平側のピーク値と垂直側のピーク値を比較して、ピーク値の小さい方をタップ係数の修正対象として指定する大小比較部とを備える請求項1又は2記載のデジタルコヒーレント光受信器。
- 前記判定手段は、水平又は垂直偏波の信号成分の振幅値又は振幅値に対応する値を基準値とし、前記基準値以上の前記ヒストグラムの振幅値のデータ数の和と、前記基準値未満の前記ヒストグラムの振幅値のデータ数の和を比較し、前記基準値未満のデータ数の和が前記基準値以上のデータ数の和より大きいとき局所収束と判定する請求項1、2又は3記載のデジタルコヒーレント光受信器。
- 前記判定手段は、
局所収束の判定の基準値を記憶する基準値記憶部と、
前記ヒストグラムの複数の振幅値の内で前記準値以上の振幅値のデータ数の和を計算する上側合計値計算部と、
前記ヒストグラムの複数の振幅値の内で前記基準値未満の振幅値のデータ数の和を計算する下側合計値計算部と、
前記上側合計値計算部から出力される上側合計値と前記下側合計値計算部から出力される下側合計値を比較し、下側合計値が上側合計値より大きいとき局所収束と判定する局所収束判定部と
を備える請求項4記載のデジタルコヒーレント光受信器。 - 前記判定手段は、前記ヒストグラムの最大データ数の振幅値と基準値を比較し、最大データ数の振幅値が前記基準値未満のとき局所収束と判定する請求項1、2又は3記載のデジタルコヒーレント光受信器。
- 前記判定手段は、
局所収束の判定の基準となる基準値を記憶する基準値記憶部と、
前記ヒストグラムの各振幅値のデータ数の最大値を選択する最大値選択部と、
前記最大値選択部で選択された最大値と前記基準値を比較し、前記最大値が前記基準値未満のとき局所収束と判定する局所収束判定部と
を備える請求項6記載のデジタルコヒーレント光受信器。 - 前記判定手段は、前記ヒストグラムの一定値以下の特定の振幅値のデータ数と基準値を比較し、前記特定の振幅値のデータ数が基準値より大きいとき局所収束と判定する請求項1、2又は3記載のデジタルコヒーレント光受信器。
- 局所収束の判定の基準となる基準値を記憶する基準値記憶部と、
前記ヒストグラムの一定値以下の特定の振幅値のデータ数と前記基準値を比較し、前記特定の振幅値のデータ数が前記基準値より大きいとき局所収束と判定する局所収束判定部と
を備える請求項8記載のデジタルコヒーレント光受信器。 - 光信号を変換して得られる電気信号を水平偏波の信号成分と垂直偏波の信号成分に分離する等化フィルタと、
前記等化フィルタの出力の水平偏波の信号成分と垂直偏波の信号成分のヒストグラムを生成するヒストグラム生成手段と、
水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムと垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムの分布に基づいて、局所収束の有無を判定する判定手段と
を備える適応等化型イコライザ。 - 前記判定手段は、水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムのピーク値と前記垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムのピーク値を比較し、前記ピーク値の大きい方の前記等化フィルタのタップ係数を用いて、他方のタップ係数を修正する請求項10記載の適応等化型イコライザ。
- 光信号を電気信号に変換し、
前記電気信号を等化フィルタにより水平偏波の信号成分と垂直偏波の信号成分に分離し、
前記等化フィルタの出力の水平偏波の信号成分と垂直偏波の信号成分のヒストグラムを作成し、
水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムと垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムの分布に基づいて、局所収束の有無を判定するデジタルコヒーレント光通信方法。 - 水平偏波の信号成分の前記ヒストグラムのピーク値と前記垂直偏波の信号成分の前記ヒストグラムのピーク値を比較し、前記ピーク値の大きい方の前記等化フィルタのタップ係数を用いて、他方のタップ係数を修正する請求項12記載のデジタルコヒーレント通信方法。
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