JP6058175B2

JP6058175B2 - 光受信器

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Publication number: JP6058175B2
Application number: JP2015562622A
Authority: JP
Inventors: 光子三重野; 吉田　剛; 剛吉田; 宏彰新宅; 周作林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: CN105993141A; US9768886B2; EP3107226A4; WO2015121946A1; EP3107226A1; JPWO2015121946A1; US20160337044A1

Description

この発明は光受信器に関し、特に、デジタルコヒーレント方式を用いた光受信器に関するものである。

大容量光伝送を実現するためには、波長多重数の増加や光ファイバ網の新規敷設だけでは、需要に十分でない。そのため、伝送速度を従来の１０Ｇｂｐｓから、４０Ｇｂｐｓ、１００Ｇｂｐｓと向上させている（例えば、特許文献１，２参照）。

しかしながら、特に長距離伝送を行う光伝送システムにおいては、高速化に伴い、通信路の光ファイバの波長分散や偏波モード分散による光信号波形の歪み等の伝送ペナルティが、深刻になる。

この問題を解決するために、受信側にデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）を設けることにより、電気領域で波長分散と偏波モード分散を補償でき、かつ、多様な多値変調方式に対応できるデジタルコヒーレント通信方式が用いられている。

また、近年、デジタルコヒーレント方式の一つであるＤＰ−ＱＰＳＫ（ＤｕａｌＰｏｌａｌｉｚａｔｉｏｎＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調方式、および、ＤＰ−ＢＰＳＫ（ＤｕａｌＰｏｌａｌｉｚａｔｉｏｎＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調方式などの多値変調が用いられている。

さらに、長距離伝送が可能な高密度波長多重を実現するために、偏波多重方式（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用い、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方式が知られている。偏波多重方式においては、直交する２つの偏波成分に、独立の送信信号をそれぞれ割り当てる。

特開２０１２−１１９７５９号公報国際公開第２０１０／０３３４０２号パンフレット

上述したように、ＤＳＰを用いたデジタルコヒーレント通信方式を用いれば、長距離伝送に伴う伝送ペナルティは低減することができる。しかしながら、偏波分離多重光伝送システムにおいて、一般的な包絡線一定化規範（ＣＭＡ：ＣｏｎｓｔａｎｔＭｏｄｕｌｕｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）に基づく適応等化フィルタを用いると、適応等化フィルタが誤収束し、偏波分離を安定して行うことができないという問題点があった。また、適応等化フィルタでの偏波分離後、同一偏波内で遅延干渉が残留すると、フレーム同期に異常をきたすという問題点があった。

ここで、適応等化フィルタの誤収束について以下に説明する。図１は、一般的な偏波多重２値位相変調方式を用いた光送受信器の全体構成図である。図１に示すように、光送信器１０１が変調光を出力する。当該変調光は光伝送部１０７により伝送される。伝送後、当該変調光は光受信器１０８に入力され、受信処理が行われる。受信処理には、検波、偏波分離、適応等化、および、復号が含まれる。光送信器１０１は、光源１０２、パルスカーバ１０３、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部１０４、Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部１０５、偏波多重部１０６で構成されている。光受信器１０８は、コヒーレント検波部１１０、局部発振光源１０９、偏波分離・適応等化部１１１、復号部１１２、復号部１１３で構成されている。光受信器１０８の偏波分離・適応等化部１１１には、適応等化フィルタが設けられている。このとき、適応等化フィルタの出力信号をｙ（ｋ）、Ｘ偏波の信号をｓ_i1（ｋ）｛１，−１｝、Ｙ偏波の信号をｓ_i2（ｋ）｛１，−１｝とすると、
ｙ（ｋ）＝ｃｏｓ（φ）ｓ_i1（ｋ）＋ｊｓｉｎ（φ）ｓ_i2（ｋ）
が満たされる条件では、出力信号振幅｜ｙ（ｋ）｜が一定化される。このうち、φ＝０，π／２，π，−π／２が、偏波分離できている状態である。それ以外は、偏波分離できていない状態（すなわち、同一偏波内で遅延干渉が残留し、φ＝０，π／２，π，−π／２に収束できていない状態）である。偏波分離できていない状態を「誤収束」という。

また、光送信器において、信号光の位相を変調するため、信号光レベルが低下することがある。その場合、自動バイアス制御に用いる信号光の制御感度が低下し、自動バイアス制御が外れる可能性がある。遅延干渉検出感度を高めることは可能である。しかしながら、遅延干渉検出感度と、信号光の受信後に算出する符号誤り率（ＢＥＲ：ＢｉｔＥｒｒｏｒＲａｔｅ）との間には、トレードオフの関係がある。そのため、遅延干渉検出感度を高めた場合には、ＢＥＲの安定性や最適化を実現することは難しい。

偏波分離を正常に行う方法は、例えば特許文献１にも記載されている。特許文献１では、Ｘ偏波とＹ偏波の中心周波数を所定量だけ異なるように周波数シフトした光信号を偏波多重することで正常な偏波分離を行っている。しかしながら、特許文献１の方法においては、周波数シフト量にも因るが、送信光に対して、ＷＳＳなどの部品による光フィルタリングを行うことにより、信号の劣化が生じるという問題点があった。

また、特許文献２では、受信器で測定したＢＥＲを最小化するための制御信号を受信器から送信器に送ることで、受信器におけるエラーカウントを最小化している。しかしながら、特許文献２の方法においては、ＢＥＲを最小化するための制御信号を送信器に送る必要があり、受信側でＢＥＲの最小化の処理ができないという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解消するためになされたものであり、光受信器側において、局部発振光に位相変調をかけることで、コヒーレント検波後の偏波分離を安定させて、ＢＥＲを低減させる、光受信器を得ることを目的としている。

この発明は、光信号を受信するための光受信器であって、局部発振光を生成し、前記局部発振光の位相を変調して出力する位相変調部と、受信した前記光信号と前記位相変調部により位相変調された前記局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、前記コヒーレント検波部から出力される前記電気信号を偏波分離する偏波分離部と、前記偏波分離部から出力された前記偏波分離された電気信号を復号する復号部とを備え、前記位相変調部は、前記復号部におけるボーレートの１／１０の周波数を有するクロック信号を生成するクロック生成部と、前記局部発振光を生成し、前記局部発振光に対して前記クロック信号を用いてπ／４の位相変調を行う局部発振光源とを備えている、光受信器である。

この発明によれば、光受信器側において、局部発振光に位相変調をかけるようにしたので、コヒーレント検波後の偏波分離を安定させることができ、ＢＥＲを低減させることができる。

従来の光送受信器の構成を示した構成図である。本発明の実施の形態１に係る光送受信器の構成図である。本発明の実施の形態２に係る光受信器の構成図である。本発明の実施の形態３に係る光受信器の構成図である。本発明の実施の形態３に係る位相変調度とＢＥＲの関係を示した図である。本発明の実施の形態１に係る光送受信器の偏波分離・適応等化部の構成を示した構成図である。位相変調振幅と光スペクトルの関係を示した図である。

実施の形態１．
図２は、本発明の実施の形態１に係る光送受信器の全体構成を示した構成図である。図２に示すように、まず、光送信器１が変調光を出力する。当該光信号は、光伝送部７により伝送される。伝送後の光信号は光受信器１４に入力され、受信処理が行われる。

光送信器１は、光源２、パルスカーバ３、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４、Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部５、偏波多重部６で構成されている。光伝送部７は、光ファイバから構成される。光受信器１４は、コヒーレント検波部１０、位相変調部１５、偏波分離・適応等化部１１、復号部１２、復号部１３で構成されている。また、位相変調部１５は、クロック生成部１６、振幅増幅部１７、局部発振光源１８で構成されている。

ここで、局部発振光源１８に用いる光源は、数ＧＨｚ以上の高速な光信号を発生させる必要がないため、外部変調光源ではなく、安価で小型な直接変調光源を使用することができる。本実施の形態においては、光受信器１４において、局部発振光源１８からコヒーレント検波部１０に入力される局部発振光に対して、復号部１２，１３におけるボーレート（baud rate）の１／１０の周波数を有するクロック信号を用いて、π／４の位相変調を行う。これにより、コヒーレント検波される光信号間の相対位相関係がランダムになるので、偏波分離後に、同一偏波内での遅延干渉が発生しなくなり、正常に偏波分離を行うことができる。なお、ボーレートとは、電気信号（デジタルデータ）を１秒間に何回だけ変復調できるか示す値である。

光送信器１に設けられた各構成について説明する。

光源２は、無変調の光を出力する。

パルスカーバ３は、光源２から出力された無変調の光に対し、ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）パルス化変調を行う。ＲＺパルスか変調された光をＸ偏波およびＹ偏波に分離し、分離されたＸ偏波およびＹ偏波は、それぞれ、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４およびＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部５に入力される。

Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４は、入力されたＸ偏波を差動符号化し、差動符号化されたＸ偏波をＩ軸用及びＱ軸用に複製することで、ＸＩ，ＸＱの２レーン信号を生成する。

Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部５は、入力されたＹ偏波を差動符号化し、差動符号化されたＹ偏波をＩ軸用及びＱ軸用に複製することで、ＹＩ，ＹＱの２レーン信号を生成する。

偏波多重部６は、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４で生成された２レーン信号（ＸＩ，ＸＱ）およびＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部５で生成された２レーン信号（ＹＩ、ＹＱ）を、直交偏波に多重化し、偏波多重２値位相変調信号を生成する。当該偏波多重２値位相変調信号は、光伝送部７に出力される。

次に、光受信器１４に設けられた各構成について説明する。

位相変調部１５は、光送信器１におけるボーレートの１／１０の周波数で発振する局部発振光を生成する。このとき、位相変調部１５は、複号部１２，１３におけるボーレートの１／１０の周波数のクロック信号を生成する。当該クロック信号を位相変調用信号として用いて、局部発振光にπ／４の位相変調をかける。

コヒーレント検波部１０には、位相変調部１５から出力される上記の位相変調された局部発振光が入力される。また、コヒーレント検波部１０には、光伝送部７により伝送されてきた偏波多重２値位相変調信号が入力される。コヒーレント検波部１０は、コヒーレント検波により、偏波多重２値位相変調信号を電気信号に変換する。すなわち、コヒーレント検波部１０は、局部発振光と偏波多重２値位相変調信号との干渉によって、偏波多重２値位相変調信号の振幅と位相を測定し、偏波多重２値位相変調信号を電気信号として抽出する。抽出した電気信号は、必要に応じて、増幅する。なお、干渉の際には、コヒーレント検波部１０は、局部発振光と偏波多重２値位相変調信号とを、直交偏波（Ｘｒ／Ｙｒ）単位、および、直交位相（Ｉｒ／Ｑｒ）単位で干渉させる。コヒーレント検波部１０は、こうして、コヒーレント検波により、２偏波かつＩ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある４レーンの電気信号（ＸｒＩｒ，ＸｒＱｒ，ＹｒＩｒ，ＹｒＱｒ）を生成する。コヒーレント検波部１０は、さらに、これらの電気信号（ＸｒＩｒ，ＸｒＱｒ，ＹｒＩｒ，ＹｒＱｒ）をアナログ・デジタル変換して、４レーンのデジタル信号を得て、偏波分離・適応等化部１１に出力する。

偏波分離・適応等化部１１は、コヒーレント検波部１０から出力される４レーンのデジタル信号を基に、例えば包絡線一定化規範（ＣＭＡ）を用いて、直交偏波分離および適応等化を行う。図６に、偏波分離・適応等化部１１の内部構成を示す。図６に示す例は、バタフライ型の有限インパルス応答（ＦＩＲ：ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタである。偏波分離・適応等化部１１は、図６に示すＦＩＲフィルタを用いて、Ｘｒ偏波複素信号Ｅｘ’［ｔ］とＹｒ偏波複素信号Ｅｙ'[ｔ］とを、送信時の２偏波成分であるＸ偏波信号Ｅｘ［ｔ］とＹ偏波信号Ｅｙ［ｔ］とに分離する。ここで、Ｘｒ偏波複素信号Ｅｘ’［ｔ］は、コヒーレント検波部１０から入力される４レーン信号のうち、ＸｒＩｒを実部とし、ＸｒＱｒを虚部として構成される複素信号である。また、Ｙｒ偏波複素信号Ｅｙ'[ｔ］は、コヒーレント検波部１０から入力される４レーン信号のうち、ＹｒＩｒを実部とし、ＹｒＱｒを虚部として構成される複素信号である。一般には、当該ＦＩＲフィルタの１タップの遅延長は１／２シンボル時間以下、タップ長は１０以上として設計されるが、図６では、図の簡略化のため、１タップの遅延長を１シンボル、タップ長５として記載した。ＦＩＲフィルタのタップ係数ｈｐｑ[ｋ]（ｐ＝｛ｘ，ｙ｝、ｑ＝｛ｘ，ｙ｝、ｋ＝｛０，１，２，３，４｝）は、ＣＭＡのような適応アルゴリズムにより逐次更新される。偏波分離・適応等化部１１は、偏波分離・適応等化により得られたＸ偏波信号およびＹ偏波信号を、それぞれ、復号部１２及び１３に出力する。このように、適応等化フィルタが、複数のタップから構成されている場合、ある時点の信号が配置される軸と、そこからある時間離れた点にある信号が配置される軸との相対位相関係に配置（位相）のランダム性があるように構成する。もし、ある時点の信号が配置される軸と、そこからある時間離れた点にある信号が配置される軸との相対位相関係が常に同一である（すなわち、ランダムでない）と、適応等化フィルタを通過することによって同一偏波内で干渉が発生してしまう。一方、相対位相関係がランダムだと同一偏波内の干渉を防ぐことができる。

復号部１２は、偏波分離・適応等化部１１から偏波分離・適応等化されたＸ偏波信号が入力される。復号部１２は、Ｘ偏波信号を復号し、復号結果を外部に出力する。また、復号部１２は、復号処理の後に、ＢＥＲを算出する。

復号部１３は、偏波分離・適応等化部１１から偏波分離・適応等化されたＹ偏波信号が入力される。復号部１３は、Ｙ偏波信号を復号し、復号結果を外部に出力する。また、復号部１３は、復号処理の後に、ＢＥＲを算出する。

次に、位相変調部１５に設けられた各構成について説明する。
クロック生成部１６は、クロック生成回路（クロック生成ＩＣ）から構成され、ボーレート（baud rate）の１／１０の周波数のクロック信号を生成する。
振幅増幅部１７は、上記クロック信号の振幅を増幅して、位相変調用信号を生成する。この位相変調用信号は局部発振光源１８に出力される。
局部発振光源１８は、光送信器１におけるボーレートの１／１０の周波数で発振する局部発振光を生成する。また、局部発振光源１８は、当該局部発振光に、振幅増幅部１７から出力された位相変調用信号を用いて、π／４の位相変調をかける。局部発振光源１８は、位相変調した局部発振光をコヒーレント検波部１０に出力する。

本実施の形態に係る光送受信器の動作を図２を用いて説明する。
光送信器１では、まず、光源２が無変調の光を生成し、パルスカーバ３に出力する。パルスカーバ３は、当該光に対しＲＺパルス化変調を行い、Ｘ偏波およびＹ偏波に分離する。パルスカーバ３は、生成したＸ偏波およびＹ偏波を、それぞれ、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４およびＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部５に入力する。Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４およびＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部５では、Ｘ偏波およびＹ偏波それぞれで差動符号化し、差動符号化されたＸ偏波およびＹ偏波をＩ軸用およびＱ軸用に複製することで、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの４レーン信号を生成する。これらの４レーンの信号は、偏波多重部６に入力される。偏波多重部６は、これらの４レーンの信号を直交偏波に多重化し、生成した偏波多重２値位相変調信号を光伝送部７に出力する。

光伝送部７では、光送信器１から出力された偏波多重２値位相変調信号を光受信器１４に伝送する。

光受信器１４では、光伝送部７が伝送した偏波多重２値位相変調信号を、コヒーレント検波部１０に入力する。また、コヒーレント検波部１０には、位相変調部１５から局部発振光も入力される。コヒーレント検波部１０は、偏波多重２値位相変調と局部発振光とを干渉させ、コヒーレント検波を行う。なお、上述したように、コヒーレント検波部１０に入力される局部発振光は、位相変調部１５において、ボーレートの１／１０の周波数のクロック信号でπ／４の位相変調がかけられている。局部発振光の位相をランダム化するためには、矩形波状ではなく正弦波状や三角波状の電気波形で光変調器を駆動する必要があるが、クロック生成回路によっては、変調周波数が低くなると、電気駆動波形として正弦波や三角波でなく、矩形波状の波形が生成されることが多い。その場合、変調後の変調振幅を推定することができなくなり、正しく変調されていることを確かめられないため、正常に偏波分離が行えなくなる。これを解決するためには、通過帯域の狭い低域通過フィルタが必要になり、制御系が複雑になる。反対に、変調周波数が高くなると、適応等化フィルタのタップ長に対して位相変調周期が十分な長さを確保できず、適応等化フィルタの誤収束を招きやすくなる。従って、本実施の形態では、位相変調部１５で、局部発振光に、ボーレートの１／１０の周波数のクロック信号でπ／４の位相変調を行う。これにより、偏波分離・適応等化部１１の適応等化フィルタの誤収束を防ぎ、偏波分離を安定して行うことができる。

コヒーレント検波部１０から出力される電気信号は、上述したように、２偏波かつＩ／Ｑ軸の信号が混合された状態の４レーンの信号である。偏波分離・適応等化部１１では、ＣＭＡを実装した適応等化フィルタを用いて、これらの４レーンの電気信号を分離する。局部発振光を、上記の変調周波数により位相変調することで、適応等化フィルタの誤収束を防ぎ、偏波分離を安定させることができる。本実施の形態では、４レーン中２レーンは不定信号となり、４レーンのバルク処理を行うと誤り過多で導通不能になることを避けるために、偏波分離後の復号部１２と復号部１３ではＸＩ／ＸＱ／ＹＩ／ＹＱの４レーンで別々に復号化を行う。復号後に、復号部１２，１３は、内部に設けられたＤＳＰを用いて、伝送路推定、分散補償、誤り訂正復号し、エラーカウントに基づき、ＢＥＲを計算する。

適応等化フィルタは、上述したように、有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）で構成されている。変調規則は偶数シンボル離れた２つの信号軸の相対位相の大半がπ／２になることで、同一偏波内で遅延干渉が発生する。それを解決するために、信号点配置軸の相対位相関係をランダム化し、適応等化フィルタのタップ長よりも長い周期で緩やかに光位相を変化させる。局部発振光を、互いに位相がπ/２異なる２つの変調パターンで位相変調することで、２位相信号ではなく、ランダムに４位相をとる信号に見せかけることができる。これにより、ＣＭＡの誤収束の回避を図ることができる。２つの変調パターンを切り替えるタイミングをＸ偏波とＹ偏波で半周期ずらしておくことにより、両偏波間でも位相関係をランダムにし、ランダムな４位相信号により近づけることができ、ＣＭＡの誤収束回避に有効である。

長距離伝送を行う場合、光伝送部７を構成する光ファイバ中で非線形光学効果に起因する波形歪みが生じた場合においても、位相擾乱の影響で偏波分離を正常に行いやすくなる。また、光受信器１４の局部発振光に位相変調を行う位相変調部１５を備えることで、偏波分離を正常に行うための位相変調を、主信号に変調する必要がなくなる。そのため、光送信器１の変調損失が小さくなり、パルスカーバ３、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部４、Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部５における自動バイアス制御について、誤差信号感度が小さくなる問題を回避できる。

また、本実施の形態１では、光受信器１４の位相変調部１５で、偏波分離を安定させるための位相変調を局部発振光に対して行うこととしたが、光送信器１から光受信器１４に入力する入力信号（偏波多重２値位相変調信号）に位相変調を適用することもできる。その場合、偏波無依存の位相変調器が必要になるが、適応等化フィルタの誤収束を同様に防ぐことができる。当該原理は局部発振光を位相変調する場合と同様で、局部発振光または入力信号のどちらか一方に位相変調をかけ、両偏波間の位相関係をランダムにし、ランダムな４位相信号にすればよい。

以上のように、従来の光受信器では、ＣＭＡによりタップ係数が逐次更新させる受信側の適応等化フィルタで誤収束することが起こり得る。この問題を解決するために、本実施の形態１に係る光受信器においては、局部発振光にπ／４の位相変調を行う。当該位相変調の結果、コヒーレント検波される光信号間の相対位相関係がランダムになり、同一偏波内での干渉を防ぐことができる。これにより、適応等化フィルタの誤収束を防ぎ、偏波分離を安定して行うことができる。また、位相変調を、光送信器１からの信号光ではなく、局部発振光にかけるため、位相変調による信号光の変調損失を考慮しなくてよく、信号光の消光比を維持できる。また、位相変調は１６Ｓｙｍｂｏｌ周期まで長周期化することができ、外部変調を行う必要がないため、１０ＧＨｚ以上の高速な外部変調器を使用せずに、安価な構成で実現できる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る光受信器１４Ａを示す図である。図３に示すように、本実施の形態２に係る光受信器１４Ａにおいては、図２に示した実施の形態１の光受信器１４の構成に対して、ＢＥＲモニタ部２０と周波数制御部１９とが追加されている。他の構成については、上記の実施の形態１と同じであるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。

ＢＥＲモニタ部２０は、図３に示すように、復号部１２，１３に接続されている。復号部１２，１３は、偏波分離・適応等化部１１から出力される信号の復号を行うが、当該復号化処理のあとに、復号信号のＢＥＲを算出する。ＢＥＲモニタ部２０は、復号部１２，１３で算出される復号信号のＢＥＲをモニタリング（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）する。
周波数制御部１９は、図３に示すように、位相変調部１５Ａ内に設けられている。周波数制御部１９は、ＢＥＲモニタ部２０でモニタリングされたＢＥＲが入力される。周波数制御部１９は、当該ＢＥＲに基づいて、当該ＢＥＲの変動がゼロに近づくように、クロック生成部１６のクロック信号の周波数をフィードバック制御し、ＢＥＲが安定する方向にクロック信号の周波数を変化させる。

なお、本実施の形態２においては、光送信器の構成は図示されていないが、上記の実施の形態１の図２と同じであるため、ここでは説明を省略する。

復号部１２，１３で算出するＢＥＲの安定度は、局部発振光を生成する局部発振光源１８の変調周波数にも影響する。変調周波数はクロック生成部１６で生成するクロック信号の周波数である。周波数によってＢＥＲの標準偏差が大きくなると、安定した伝送特性を得ることができない。それを防ぐために、復号部１２と復号部１３に接続されたＢＥＲモニタ部２０によってＢＥＲをモニタリングする。また、周波数制御部１９が、ＢＥＲモニタ部２０のモニタリング結果に応じて、クロック生成部１６のクロック信号の周波数を制御し、ＢＥＲが安定する方向に周波数を変化させる。これにより、復号部１２，１３で算出するＢＥＲの揺らぎを最小にでき、安定した伝送特性を得られる。

偏波分離・適応等化部１１を構成する適応等化フィルタの収束確率は位相変調用信号の周波数によって変わる。従って、ＢＥＲモニタ部２０と周波数制御部１９とにより、クロック生成部１６で生成するクロック信号の周波数を、最適な周波数に調整することによって、適応等化フィルタの誤収束発生確率を最小化でき、ＢＥＲの安定度を高められる。適応等化フィルタの誤収束発生確率は、信号配置軸の相対位相関係によって決まるが、部品ばらつき等によって最適な周波数が異なるため、本実施の形態２で示すＢＥＲモニタ部２０と周波数制御部１９とから構成されたフィードバック制御回路が有効である。

他の動作については、上記の実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

以上のように、本実施の形態２に係る光受信器は、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態２においては、ＢＥＲモニタ部２０により、復号部１２，１３で算出されたＢＥＲをモニタリングし、位相変調用信号であるクロック生成部１６から出力されるクロック信号の周波数をモニタリング結果に応じて制御することにより、ＢＥＲの変動を最小化する制御を行い、伝送特性の向上および伝送距離の拡大を図る。

なお、本実施の形態２においては、上記の実施の形態１と同様に、光受信器１４Ａにおいて、光送信器からコヒーレント検波部１０に入力される入力信号を位相変調してもよい。その場合においても、正常な偏波分離を行うことができる。ただし、この場合、偏波保持可能な位相変調器を用いる必要がある。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る光受信器を示す図である。図４に示すように、本実施の形態３に係る光受信器１４Ｂにおいては、図２に示した実施の形態１の光受信器１４の構成に対して、ＢＥＲモニタ部２０と位相変調度制御部２１とが追加されている。他の構成については、上記の実施の形態１と同じであるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。

ＢＥＲモニタ部２０は、図４に示すように、復号部１２，１３に接続されている。ＢＥＲモニタ部２０は、復号部１２，１３で算出される復号信号のＢＥＲをモニタリング（ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）する。
位相変調度制御部２１は、図４に示すように、位相変調部１５Ｂ内に設けられている。位相変調度制御部２１には、ＢＥＲモニタ部２０でモニタリングされたＢＥＲが入力される。位相変調度制御部２１は、当該ＢＥＲに基づいて、当該ＢＥＲの値が最小値に近づくように、振幅増幅部１７の振幅値をフィードバック制御して、ＢＥＲを最小化する。なお、当該ＢＥＲを最小にする位相変調度は、環境変化や部品の特性ばらつきによって変動するものである。

復号部１２，１３で算出するＢＥＲは、局部発振光源１８で位相変調を行うための位相変調用信号の振幅、すなわち位相変調度の影響を受ける。位相変調度は、振幅増幅部１７によるクロック信号の振幅の増幅値に基づいて決定される。復号部１２と復号部１３に接続されたＢＥＲモニタ部２０によって、ＢＥＲの値をモニタリングする。そのモニタリング結果に応じ、位相変調度制御部２１が、振幅増幅部１７の増幅値を決定し、ＢＥＲを最小化する。しかしながら、偏波分離を安定して行うためには位相変調度を高くすることが必要である。

位相変調度が小さいほどＢＥＲは小さくなるが、適応等化フィルタが正常に動作する確率は低くなるため、適応等化フィルタの安定度を維持できる範囲で、ＢＥＲを最小化する。位相変調度制御部２１における位相変調度とＢＥＲとの関係は図５のようになる。

また、図７は、位相変調振幅と光スペクトルの関係を示した図である。変調振幅を変化させると、図７に示すように、光スペクトル形状が変化する。位相変調用信号の振幅を大きく（すなわち、位相変調度を大きく）していくと、光スペクトルにおいて中心周波数の両隣りに第２ピークが現れる。この第２ピークが小さいほどＢＥＲは小さくなり、逆に、第２ピークが大きくなればＢＥＲは大きくなる。一方、位相変調度が小さくなると、ランダムな４位相信号に近づけず、誤収束する確率が高くなる。従って、本実施の形態３に係る光受信器においては、復号部１２，１３が復号化後に算出するＢＥＲをＢＥＲモニタ部２０でモニタリングし、そのモニタリング結果により位相変調度制御部２１により位相変調度を変化させることで、偏波分離を安定して行いながら、ＢＥＲを最小化する。ＢＥＲの値を最小化することにより、伝送特性劣化を抑制し、伝送距離の拡大が可能になる。

以上のように、本実施の形態３に係る光受信器は、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、復号化後に算出するＢＥＲをＢＥＲモニタ部２０でモニタリングし、位相変調度制御部２１が、当該モニタリング結果により位相変調用信号の位相変調度を変化させ、偏波分離を安定して行いながらＢＥＲを最小化する。ＢＥＲの値を最小化することにより、伝送特性劣化を抑制し、伝送距離の拡大が可能になる。

Claims

光信号を受信するための光受信器であって、
局部発振光を生成し、前記局部発振光の位相を変調して出力する位相変調部と、
受信した前記光信号と前記位相変調部により位相変調された前記局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
前記コヒーレント検波部から出力される前記電気信号を偏波分離する偏波分離部と、
前記偏波分離部から出力された前記偏波分離された電気信号を復号する復号部と
を備え、
前記位相変調部は、
前記復号部におけるボーレートの１／１０の周波数を有するクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記局部発振光を生成し、前記局部発振光に対して前記クロック信号を用いてπ／４の位相変調を行う局部発振光源と
を備えている、
光受信器。
前記復号部は、前記復号後に、前記受信した光信号の符号誤り率を算出するものであって、
前記復号部で算出された前記符号誤り率をモニタリングするモニタリング部をさらに備え、
前記位相変調部は、
前記モニタリング部によってモニタリングされた前記符号誤り率に基づいて、前記クロック生成部で生成される前記クロック信号の周波数をフィードバック制御する周波数制御部をさらに備えている
請求項１に記載の光受信器。
前記復号部は、前記復号後に、前記受信した光信号の符号誤り率を算出するものであって、
前記復号部で算出された前記符号誤り率をモニタリングするモニタリング部をさらに備え、
前記位相変調部は、
前記クロック生成部と前記局部発振光源との間に接続され、前記クロック生成部から出力される前記クロック信号の振幅を増幅させる振幅増幅部と、
前記モニタリング部によってモニタリングされた前記符号誤り率に基づいて、前記振幅増幅部における前記振幅の増幅値をフィードバック制御することで、前記クロック信号の位相変調度を制御する位相変調度制御部と
をさらに備えた請求項１に記載の光受信器。