JP6288143B2 - コヒーレント光受信装置 - Google Patents
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Description
特に、光変調器に印加するバイアス電圧を制御するオートバイアスコントロール回路の変動ドリフトや、オートバイアスコントロール回路が印加する誤差信号に起因して発生する光変調器の不完全性を、送信装置側のデジタル信号処理装置で補償することは困難であるという問題がある。
図1は、本実施形態によるコヒーレント光データ伝送システム100の構成を示すブロック図である。コヒーレント光データ伝送システム100は、コヒーレント光送信装置1と、コヒーレント光受信装置3とを備える。コヒーレント光送信装置1と、コヒーレント光受信装置3とは、光ファイバ2を介して接続されている。
コヒーレント光送信装置1は、例えば、送信データを、多値変調信号である偏波多重16QAM信号などにマッピングし、送信用レーザが出力するレーザ光に基づいて、偏波多重IQ光変調器により変調を行って、光信号を生成し、光ファイバ2に光信号を出力する。
局部発振レーザ11は、復調用の発振レーザ光をコヒーレント光受信フロントエンド部10に供給する。ここで、局部発振レーザ11は、上記のコヒーレント光送信装置1に適用される送信用レーザとは独立に動作しており、送信用レーザと周波数同期されていないものとする。
アナログデジタル変換器12は、4レーンのアナログ信号をデジタル信号に変換する。
デジタル信号処理部13は、アナログデジタル変換器12によって変換された変換後のデジタル信号に対して信号処理を行う。
補償部20は、波長、偏波による影響を補償してキャリア(搬送波)位相を再生する。
コンスタレーション歪補償部30は、コンスタレーション歪を補償する。
誤り訂正復号部90は、補償部20、コンスタレーション歪補償部30によって、補償処理がされたデジタル信号の誤り訂正復号処理を行って出力する。誤り訂正復号部90の出力先となる後段の回路としては、例えば、SerDes(SeRialize/DESerialize)などが適用される。
補償部20は、波長分散補償部21、偏波分離・偏波モード分散補償部22、周波数オフセット補償部23及びキャリア位相再生部24を備える。
波長分散補償部21は、波長分散によって受信した主信号に発生した歪を、例えば、デジタルフィルタによって補償する。ここで、主信号とは、伝送されるデータを構成する時系列の信号のことをいい、本実施形態では、上述したように4レーンの主信号、すなわちX偏波の同相位相成分と直交位相成分、及びY偏波の同相位相成分と直交位相成分の主信号を、アナログデジタル変換器12がデジタル信号処理部13に出力する。
周波数オフセット補償部23は、局部発振レーザ11が供給するレーザ光の周波数と、送信用レーザが供給するレーザ光の周波数のズレによって生じる歪を補償する。
キャリア位相再生部24は、光増幅器から生じる自然放出光雑音やレーザ位相雑音を除去し、正しい搬送波の位相、すなわちキャリア位相を抽出する。なお、補償部20の各機能部については、例えば、非特許文献1に示されるものが適用される。
コンスタレーション歪補償部30は、DCオフセット補償部40及びIQクロストーク補償部50を備える。
DCオフセット補償部40は、図3に示すように、4つのレーンに対応する4つのDCオフセット補償部40−1、40−2、40−3及び40−4を備えている。4つのDCオフセット補償部40−1、40−2、40−3及び40−4の各々は、X偏波の同相位相成分、X偏波の直交位相成分、Y偏波の同相位相成分、Y偏波の直交位相成分の各々の主信号に対して独立してDCオフセットの補償を行う。DCオフセット補償部40−1、40−2、40−3及び40−4は、供給される信号が異なることを除けば構成は同一である。そのため、以下、図3に示す、X偏波の同相位相成分のDCオフセット補償を行うDCオフセット補償部40−1を一例として内部構成を説明する。
サンプリング回路41−1は、主信号から時系列の一部をサンプリングする。
分岐回路42−1は、サンプリング回路41−1が出力する信号を分岐して出力する。
減算回路43−1は、分岐回路42−1が出力する信号から、平均化部48−1が出力するDCオフセットを減算して出力する。
平均化部48−1は、分岐された主信号から変調データ成分を無視できるレベルまで低減した信号を平均化してランダムノイズを除去してDCオフセットを抽出する。平均化部48−1は、変調データ成分除去部44−1及びフィルタ回路47−1を備える。
仮判定回路45−1は、主信号の仮判定を行って、変調データ成分を抽出する。ここで、仮判定の処理とは、例えば、主信号の位相や振幅に基づいて判定を行い、主信号に含まれる変調データ成分を抽出する処理である。
減算回路46−1は、仮判定により抽出された変調データ成分を減算してエラー信号を出力する。
フィルタ回路47−1は、例えば、FIR(Finite Impulse Response:有限長インパルス応答)フィルタ、IIR(Infinite Impulse Response:無限インパルス応答)フィルタ(IIRフィルタを、指数重み付けフィルタともいう)などである。フィルタ回路47−1は、エラー信号の平均化を行い、エラー信号に含まれるエラー信号波のランダムノイズを平均化により除去して、DCオフセットを抽出する。
IQクロストーク補償部50は、2つのIQクロストーク補償部50Xと、IQクロストーク補償部50Yとを備える。IQクロストーク補償部50Xは、X偏波の同相位相と直交位相の主信号のIQクロストーク補償を行う。IQクロストーク補償部50Yは、Y偏波の同相位相と直交位相の主信号のIQクロストーク補償を行う。図4は、IQクロストーク補償部50Xの内部構成を示すブロック図である。なお、IQクロストーク補償部50Yの構成は、IQクロストーク補償部50Yに対してY偏波の同相位相と直交位相の主信号が供給されることを除けば、IQクロストーク補償部50Xと同一の内部構成を有する。以下、図4に示す、IQクロストーク補償部50Xを例として内部構成を説明する。
分岐回路51X−1は、DCオフセット補償部40−1が出力するX偏波の同相成分の信号を分岐して出力する。
分岐回路51X−2は、DCオフセット補償部40−2が出力するX偏波の直交成分の信号を分岐して出力する。
仮判定回路53X−1(第1の仮判定回路)は、分岐回路51X−1が出力する同相位相の主信号の仮判定を行い、同相位相の変調データ成分を抽出する。
仮判定回路53X−2(第2の仮判定回路)は、分岐回路51X−2が出力する直交位相の主信号の仮判定を行い、直交位相の変調データ成分を抽出する。
係数乗算回路54X−2(第2の係数乗算回路)は、相関係数算出部60X−2が出力する直交位相レーンから同相位相レーンへの漏れ込み、すなわち同相位相成分側に含まれる直交成分の相関を示す相関係数(以下、δqiともいう)と、仮判定回路53X−2が出力する直交位相の変調データ成分とを乗算し、乗算した結果を出力する。
減算回路52X−1(第1の減算回路)は、同相位相成分の主信号から係数乗算回路54X−2が出力する乗算値を減算して出力する。
減算回路52X−2(第2の減算回路)は、直交位相成分の主信号から係数乗算回路54X−1が出力する乗算値を減算して出力する。
信号規格化回路61X−1(第1の信号規格化回路)は、仮判定回路53X−1から出力される同相位相の仮判定信号を規格化した値、すなわち、同相位相の仮判定信号の大きさの二乗で除算した値を出力する。
内積算出回路63X−1(第1の内積算出回路)は、信号規格化回路61X−1から出力された出力値と分岐回路51X−2から出力された出力値との内積を算出して出力する。
平均化回路64X−1(第1の平均化回路)は、内積算出回路63X−1が出力する値の統計平均を算出し、係数乗算回路54X−1に出力する。
信号規格化回路61X−2(第2の信号規格化回路)は、仮判定回路53X−2から出力される直交位相の信号を規格化した値、すなわち、直交位相の信号の大きさの二乗で除算した値を出力する。
内積算出回路63X−2(第2の内積算出回路)は、信号規格化回路61X−2から出力された出力値と分岐回路51X−1から出力された出力値との内積を算出して出力する。
平均化回路64X−2(第2の平均化回路)は、内積算出回路63X−2が出力する値の統計平均を算出し、係数乗算回路54X−2に出力する。
次に、図3に示すDCオフセット補償部40−1において行われるDCオフセット補償の処理について説明する。DCオフセット補償部40−1に対してキャリア位相再生部24からX偏波の同相位相成分の主信号Srkが供給される。サンプリング回路41−1は、主信号Srkから時系列の一部をサンプリングした信号を出力する。ここで、信号Srkは、次式(1)で表される信号である。
次に、図4に示すIQクロストーク補償部50XによるIQクロストークの補償処理について説明する。IQクロストーク補償部50Xに供給されるX偏波の信号の同相位相成分と直交位相成分をSrik、Srqkとすると、これらは、次式(5)、次式(6)として表される。
図7において横軸は時刻を表し、縦軸は振幅を表す。図7に示される符号1〜16が付された信号はそれぞれ、図6(b)のコンスタレーションにおいて同じ符号が付された信号に対応する。以下、符号1、5、9、13が付された各信号の関係について説明する。なお、他の信号群(符号2、6、10、14と、符号3、7、11、15と、符号4、8、12、16)のそれぞれについては、符号1、5、9、13が付された各信号の関係と同様の関係が成り立つ。
図8において横軸は時刻を表し、縦軸は振幅を表す。図8に示される符号1〜16が付された信号はそれぞれ、図6(b)のコンスタレーションにおいて同じ符号が付された信号に対応する。図8中の一点鎖線は、コンスタレーション歪みが生じていない場合(すなわち、図6(a)のコンスタレーション)における直交位相成分の信号の振幅を示している。図8からは、直交位相成分の信号のそれぞれには、負の値のDCオフセットdkが重畳されていることが分かる。例えば、符号2、3、6、7、10、11、14、15が付された各信号には、その絶対値が相対的に大きなDCオフセットdkが重畳されていることが分かる。そこで、直交位相成分の信号に対しては、対応する同相位相成分の振幅に応じて、補償に用いるDCオフセット値を調整するようにすればよい。
図9は、変形例によるDCオフセット補償部40の構成を示すブロック図である。図3に記載のDCオフセット補償部40と比較して異なる点は、DCオフセット補償部40−1、40−2、40−3及び40−4のそれぞれに、オフセット値調整部49が備えられる点である。以下、図3に記載のDCオフセット補償部40と異なる点についてのみ説明する。
DCオフセット補償部40−1が備える分岐回路42−1は、サンプリング回路41−1が出力するX偏波の同相位相成分の主信号を分岐して出力する。例えば、分岐回路42−1は、X偏波の同相位相成分の主信号をDCオフセット補償部40−2が備えるオフセット値調整部49に出力する。DCオフセット補償部40−3が備える分岐回路は、分岐回路42−1と同様に、DCオフセット補償部40−3が備えるサンプリング回路が出力するY偏波の同相位相成分の主信号を分岐して出力する。例えば、DCオフセット補償部40−3が備える分岐回路は、Y偏波の同相位相成分の主信号をDCオフセット補償部40−4が備えるオフセット値調整部49に出力する。
上記のような構成により、コヒーレント光受信装置3は、受信信号の各シンボルに応じた適切なDCオフセット補償を行うことができるようになる。
オフセット値調整部49は、分岐部491、重み係数wl積算部492、重み係数ws積算部493、振幅判定部494及び選択部495を備える。図10では、DCオフセット補償部40−1が備えるオフセット値調整部49を例に説明する。なお、DCオフセット補償部40−2、40−3及び40−4が備えるオフセット値調整部49も、DCオフセット補償部40−1が備えるオフセット値調整部49と同様の処理を行う。
分岐部491は、フィルタ回路47−1が出力するDCオフセットdを2つに分岐し、それぞれ重み係数wl積算部492及び重み係数ws積算部493に出力する。重み係数wl積算部492は、入力されたDCオフセットdに対して重み係数wlを積算することによってwl積算値を算出する。重み係数wl積算部492は、wl積算値を選択部495に出力する。重み係数ws積算部493は、入力されたDCオフセットdに対して重み係数wsを積算することによってws積算値を算出する。重み係数ws積算部493は、ws積算値を選択部495に出力する。振幅判定部494は、DCオフセット補償部40−2の分岐回路から出力されたX偏波の直交位相成分の主信号Srkの振幅の絶対値(|E|)と、所定の閾値(Eth)との大小関係を判定する。振幅判定部494は、判定結果を示す信号を選択部495に出力する。
分岐部491は、フィルタ回路47−1から出力されたDCオフセットdを、重み係数wl積算部492及び重み係数ws積算部493に出力する。重み係数wl積算部492は、分岐部491から出力されたDCオフセットdに対して重み係数wlを積算することによってwl積算値を算出する(ステップS101)。重み係数wl積算部492は、算出したwl積算値を選択部495に出力する。重み係数ws積算部493は、分岐部491から出力されたDCオフセットdに対して重み係数wsを積算することによってws積算値を算出する(ステップS102)。重み係数ws積算部493は、算出したws積算値を選択部495に出力する。ここで、重み係数wl及びwsは、図6(b)の歪んだコンスタレーションを正方格子状に補償するに足る係数であればよい。コンスタレーション歪みは、コヒーレント光送信装置1に用いられる偏波多重IQ光変調器の特性や、信号光の伝搬路である光ファイバ2の特性などによって異なる。予め適切な数値の重み係数wl及びwsをオフセット値調整部49に設定しておけばよい。
以上のとおり、X偏波及び/又はY偏波の同相位相成分のDCオフセット補償を行うDCオフセット補償部40に、X偏波及び/又はY偏波の同相位相成分の信号に与える(減算する)DCオフセットdを、対応する直交位相成分の振幅に応じて調整するオフセット値調整部49を備えるようにしたことで、コンスタレーションの歪みをさらに補償することができ、16QAMのような直交位相振幅変調のいずれのシンボルに対しても、同程度に優れた復調性能を提供することができるようになる。
積算部496は、選択部495aから出力された重み係数wl又はwsのいずれかと、DCオフセットdとを入力とする。積算部496は、入力されたDCオフセットdに対して重み係数を積算することによって積算値を算出する。具体的には、積算部496は、重み係数wlと、DCオフセットdとが入力された場合、入力されたDCオフセットdに対して重み係数wlを積算することによってwl積算値を算出する。また、積算部496は、重み係数wsと、DCオフセットdとが入力された場合、入力されたDCオフセットdに対して重み係数wsを積算することによってws積算値を算出する。積算部496は、算出した積算値を減算回路43−1に出力する。
以上のように構成されることによって、オフセット値調整部49は、必ずしもwl積算値及びws積算値を算出する必要がない。そのため、処理負荷を低減することができる。
また、上記の実施形態において、局部発振レーザ11は、コヒーレント光送信装置1に適用される送信用レーザとは独立に動作しており、送信用レーザと周波数同期されていないものとするとしているが、同期がされているものに、本実施形態の構成を適用してもよい。
Claims (8)
- レーザ光を供給する局部発振レーザと、
多値変調された光信号を受信して、前記レーザ光に基づいて、前記光信号を復調して電気のアナログ信号に変換するコヒーレント光受信フロントエンド部と、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
前記光信号の波長や偏波による分散の影響を補償して前記デジタル信号のキャリア位相を再生する補償部と、
前記補償部により分散の影響が補償された前記デジタル信号に含まれる前記多値変調のコンスタレーション歪を補償するコンスタレーション歪補償部と、
前記コンスタレーション歪が補償された前記デジタル信号の誤り訂正を行う誤り訂正復号部と、
を備え、
前記コンスタレーション歪補償部は、
前記コンスタレーション歪としてのDCオフセットを前記デジタル信号に対して補償するDCオフセット補償部を備え、
前記DCオフセット補償部は、
前記デジタル信号から変調データ成分を低減し、平均化によりランダムノイズを除去して、前記デジタル信号に含まれる前記DCオフセットを抽出する平均化部と、
前記平均化部が抽出する前記DCオフセットを、前記デジタル信号から減算する第1の減算回路と、
を備え、
前記平均化部は、
前記デジタル信号から前記変調データ成分を抽出する仮判定回路と、
前記仮判定回路が抽出する前記変調データ成分を前記デジタル信号から減算する第2の減算回路と、
前記デジタル信号から前記変調データ成分を減算した減算結果を平均化するフィルタ回路と、
を備えるコヒーレント光受信装置。 - レーザ光を供給する局部発振レーザと、
多値変調された光信号を受信して、前記レーザ光に基づいて、前記光信号を復調して電気のアナログ信号に変換するコヒーレント光受信フロントエンド部と、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
前記光信号の波長や偏波による分散の影響を補償して前記デジタル信号のキャリア位相を再生する補償部と、
前記補償部により分散の影響が補償された前記デジタル信号に含まれる前記多値変調のコンスタレーション歪を補償するコンスタレーション歪補償部と、
前記コンスタレーション歪が補償された前記デジタル信号の誤り訂正を行う誤り訂正復号部と、
を備え、
前記コンスタレーション歪補償部は、
前記コンスタレーション歪としてのDCオフセットを前記デジタル信号に対して補償するDCオフセット補償部を備え、
前記DCオフセット補償部は、
前記デジタル信号から変調データ成分を低減し、平均化によりランダムノイズを除去して、前記デジタル信号に含まれる前記DCオフセットを抽出する平均化部と、
前記平均化部が抽出する前記DCオフセットを、前記デジタル信号から減算する第1の減算回路と、
を備え、
前記DCオフセット補償部は、
前記デジタル信号の同相位相成分の信号に含まれる前記DCオフセットを補償する場合、前記デジタル信号の直交位相成分の信号の振幅に応じた重み係数を前記平均化部が抽出する前記DCオフセットに乗算し、前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号に含まれる前記DCオフセットを補償する場合、前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号の振幅に応じた重み係数を前記平均化部が抽出する前記DCオフセットに乗算し、前記重み係数が乗算された前記DCオフセットを前記第1の減算回路に出力するオフセット値調整部をさらに備え、
前記第1の減算回路は、前記オフセット値調整部から出力された前記重み係数が乗算された前記DCオフセットを、前記デジタル信号から減算するコヒーレント光受信装置。 - 前記平均化部は、
前記デジタル信号から前記変調データ成分を抽出する仮判定回路と、
前記仮判定回路が抽出する前記変調データ成分を前記デジタル信号から減算する第2の減算回路と、
前記デジタル信号から前記変調データ成分を減算した減算結果を平均化するフィルタ回路と、
を備える、請求項2に記載のコヒーレント光受信装置。 - 前記オフセット値調整部は、前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号に含まれる前記DCオフセットを補償する場合において前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号の振幅が所定の閾値より小さいとき、又は、前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号に含まれる前記DCオフセットを補償する場合において前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号の振幅が所定の閾値より小さいとき、前記重み係数を1より大きい値とする、請求項2又は3に記載のコヒーレント光受信装置。
- 前記オフセット値調整部は、前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号に含まれる前記DCオフセットを補償する場合において前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号の振幅が所定の閾値以上であるとき、又は、前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号に含まれる前記DCオフセットを補償する場合において前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号の振幅が前記閾値以上であるとき、前記重み係数を1より小さい値とする、請求項2から4のいずれか一項に記載のコヒーレント光受信装置。
- レーザ光を供給する局部発振レーザと、
多値変調された光信号を受信して、前記レーザ光に基づいて、前記光信号を復調して電気のアナログ信号に変換するコヒーレント光受信フロントエンド部と、
前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
前記光信号の波長や偏波による分散の影響を補償して前記デジタル信号のキャリア位相を再生する補償部と、
前記補償部により分散の影響が補償された前記デジタル信号に含まれる前記多値変調のコンスタレーション歪を補償するコンスタレーション歪補償部と、
前記コンスタレーション歪が補償された前記デジタル信号の誤り訂正を行う誤り訂正復号部と、
を備え、
前記コンスタレーション歪補償部は、
前記コンスタレーション歪みとしてのIQクロストークを前記デジタル信号の同相位相成分及び直交位相成分の信号に対して補償するIQクロストーク補償部を備え、
前記IQクロストーク補償部は、
前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号を仮判定して、同相位相変調データ成分を抽出する第1の仮判定回路と、
前記デジタル信号における前記同相位相成分の前記直交位相成分の信号への漏れ込み分を、前記同相位相変調データ成分に基づいて算出する第1の係数乗算回路と、
前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号を仮判定して、直交位相変調データ成分を抽出する第2の仮判定回路と、
前記デジタル信号における前記直交位相成分の前記同相位相成分の信号への漏れ込み分を、前記直交位相変調データ成分に基づいて算出する第2の係数乗算回路と、
前記デジタル信号の前記同相位相成分の信号から前記第2の係数乗算回路の出力値を減算する第1の減算回路と、
前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号から前記第1の係数乗算回路の出力値を減算する第2の減算回路と、
を備えるコヒーレント光受信装置。 - 前記IQクロストーク補償部は、
前記デジタル信号の前記直交位相成分の信号に含まれる前記同相位相成分と前記同相位相成分の信号との相関を示す第1の相関係数を算出する第1の相関係数算出部と、
前記デジタル信号の同相位相成分の信号に含まれる前記直交位相成分と前記直交位相成分の信号との相関を示す第2の相関係数を算出する第2の相関係数算出部と、
を備え、
前記第1の係数乗算回路は、
前記同相位相変調データ成分に、前記第1の相関係数を乗じて出力し、
前記第2の係数乗算回路は、
前記直交位相変調データ成分に、前記第2の相関係数を乗じて出力する、請求項6に記載のコヒーレント光受信装置。 - 前記第1の相関係数算出部は、
前記直交位相変調データ成分を前記直交位相変調データ成分のノルムの二乗で除算して出力する第1の信号規格化回路と、
前記第1の信号規格化回路の出力値と、前記同相位相成分の信号との内積を算出する第1の内積算出回路と、
前記第1の内積算出回路が算出する内積値を平均化して前記第1の相関係数を出力する第1の平均化回路と、
を備え、
前記第2の相関係数算出部は、
前記直交位相変調データ成分を前記直交位相変調データ成分のノルムの二乗で除算して出力する第2の信号規格化回路と、
前記第2の信号規格化回路の出力値と、前記直交位相成分の信号との内積を算出する第2の内積算出回路と、
前記第2の内積算出回路が算出する内積値を平均化して第2の相関係数を出力する第2の平均化回路と、
を備える、請求項7に記載のコヒーレント光受信装置。
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