JP6331509B2 - 光受信装置及び光受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光受信装置及び光受信方法に関する。特に、コヒーレント光受信を行う光受信装置及び光受信方法に関する。

近年の情報処理技術、通信技術の向上に伴い、基幹伝送システムのさらなる大容量化が求められている。大容量化を実現する技術として、コヒーレント光伝送システムが挙げられる。

コヒーレント光伝送システムにて信号光を受信するためには、コヒーレント光レシーバに入力される信号光のパワーを測定する必要がある。コヒーレント光レシーバでは、入力信号光のパワーに基づいて、局部発振光（ＬＯ；Local Oscillator）のパワーを制御するためである。

しかし、これまでのコヒーレント光レシーバには、入力される信号光のパワーを測定する機能が存在せず、パワーモニタ専用の受信器を別途用意する必要があった。図５を参照すると、信号光はコヒーレント光レシーバ３００の外部に配置された光分岐部３０３により分岐される。分岐された信号光は、フォトダイオード（ＰＤ；Photo Diode）からなる受光部３０４を介してパワーモニタ部３０５に送られ、信号光のパワーを測定する構成となっている。

特許文献１において、光多重信号を局部発振光の波長により選択的に受信する場合に、十分なダイナミックレンジを確保する技術が開示されている。

国際公開第２０１２／０６６８５９号

なお、上記先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。

近年、コヒーレント光レシーバとその周辺回路の縮小化が望まれる状況にあり、コヒーレント光レシーバの内部に光分岐部や受光部を取り込み、機能を集約することが検討されている。しかし、単に、光分岐部や受光部をコヒーレント光レシーバに組み込んだだけでは、局部発振光の一部が迷光として受光部に回り込むため、信号光の入力パワーを精度良く測定することが困難となる。

コヒーレント光レシーバには、局部発振光のパワーを大きくすると受信性能が向上する特性がある。従って、可能な限り大きいパワーを持った局部発振光を出力させる設定を、局部発振光源に設定するのが望ましい。

例えば、局部発振光の回り込みを−３０［ｄＢ］に抑えることができる信号光のパワーを測定するための受光部を内蔵するコヒーレント光レシーバを考える。この場合、局部発振光のパワーを大きく設定したいという要求を満たすため、コヒーレント光レシーバをパワー設定＋１５［ｄＢｍ］の局部発振光にて稼働させたとする。すると、受光部には、信号光が入力されていない場合でも、-１５[ｄＢｍ」の信号光が入力されているのと等価な状態となる。

一方、コヒーレント光レシーバには、信号光のパワーが小さい場合であっても、可能な限り受信できるようにしたいという要求がある。信号光のパワーを測定できる範囲は、コヒーレント光受信が可能な範囲より広い必要があるので、信号光のパワーを測定できる範囲の下限はできるだけ下げることが望まれる。

しかし、上述のように、局部発振光のパワーを大きくすると、受光部に入力されている信号光の見かけ上のパワーが上昇する。上記の例では、受光部に−１５［ｄＢｍ］のパワーを持った信号光が入力されているのと等価であって、信号光のパワーを測定できる範囲の下限が上昇する。信号光のパワーを測定できる範囲が狭くなることで、コヒーレント光レシーバは、パワーの小さい信号光が受信できなくなる。上記の例では、コヒーレント光レシーバは、−１５［ｄＢｍ］以下のパワーを持った信号光が受信できなくなる。

本発明は、コヒーレント光レシーバに、信号光を受光する受光部を取り込みつつ、信号光のパワー測定精度の低下を防止することに寄与する光受信装置及び光受信方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の視点によれば、局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得し、前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する、制御部と、前記局部発振光を出力する局部発振光源と、を備え、前記制御部は、前記局部発振光源の設定ごとに取得された前記パワーモニタ部のオフセット値に基づき、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を補正する、光受信装置が提供される。

本発明の第２の視点によれば、局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、前記局部発振光を出力する局部発振光源と、を備える光受信装置における光受信方法であって、信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得する工程と、前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する工程と、を含み、前記オフセット値に基づき補正する工程は、前記局部発振光源の設定ごとに取得された前記パワーモニタ部のオフセット値に基づき、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を補正する、光受信方法が提供される。

本発明の各視点によれば、コヒーレント光レシーバに、信号光を受光する受光部を取り込みつつ、信号光のパワー測定精度の低下を防止することに寄与する光受信装置及び光受信方法が、提供される。

一実施形態の概要を説明するための図である。 第１の実施形態に係るコヒーレント光受信装置の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るコヒーレント光受信装置の別の構成の一例を示す図である。 コヒーレント光受信装置の構成の一例を示す図である。

初めに、図１を用いて一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。

上述のように、コヒーレント光レシーバに、信号光を受光する受光部を取り込みつつ、信号光のパワー測定精度の低下を防止する光受信装置が、望まれる。

そこで、図１に示す光受信装置１００を提供する。光受信装置１００は、コヒーレント光レシーバ１０１と、パワーモニタ部１０２と、制御部１０３と、を備える。コヒーレント光レシーバ１０１は、局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含む。パワーモニタ部１０２は、受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定する。制御部１０３は、信号光がコヒーレント光レシーバ１０１に入力されていない状態にて、パワーモニタ部１０２に入力信号のパワーを測定させて、パワーモニタ部１０２のオフセット値を取得し、コヒーレント光レシーバ１０１に信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、パワーモニタ部１０２による信号光のパワー測定値を、オフセット値に基づき補正する。

光受信装置１００では、通常のコヒーレント光受信を開始する前に、コヒーレント光受信するための波長、パワーに設定された局部発振光がコヒーレント光レシーバ１０１に入力され、信号光が入力されていない状態にて、パワーモニタ部１０２による測定値を、局部発振光に起因するオフセット値として取得する。そして、制御部１０３は、通常のコヒーレント光受信時など、信号光のパワーを必要とする場合には、取得したオフセット値に基づいてパワーモニタ部１０２の測定値を補正する。その結果、受光部をコヒーレント光レシーバ１０１の内部に組み込んだ結果生じる、局部発振光の受光部への影響がキャンセルされ、信号光のパワー測定精度が劣化することがない。

［第１の実施形態］
第１の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。

図２は、第１の実施形態に係るコヒーレント光受信装置１の構成の一例を示す図である。

コヒーレント光受信装置１は、信号光が入力されるコヒーレント光レシーバ１０と、デジタル信号処理部２０と、局部発振光源３０と、制御部４０と、パワーモニタ部５０と、記憶部６０と、を含んで構成される。本実施形態では、変調方式としてＤＰ-ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）変調方式を用いた場合について説明する。但し、変調方式を限定する趣旨ではない。

コヒーレント光レシーバ１０は、信号光が多重された光多重信号を一括して受信し、局部発振光源３０が出力する局部発振光と干渉する信号光を光多重信号の中から選択的に検波し、出力する手段である。

デジタル信号処理部２０は、コヒーレント光レシーバ１０が出力する検波後の信号から、受信信号を復調する。

制御部４０は、局部発振光源３０の制御を行う。具体的には、制御部４０は、局部発振光源３０が出力する局部発振光のパワーを制御する。

パワーモニタ部５０は、コヒーレント光レシーバ１０の内部で分岐された信号光から生成された電気信号に基づき、信号光のパワーを測定する手段である。

制御部４０は、パワーモニタ部５０における信号光のパワー測定動作を制御する。パワーモニタ部５０は、制御部４０からの指示に従い、入力信号のパワーを測定し測定値を制御部４０に出力する。また、パワーモニタ部５０は、制御部４０から、信号光のパワー測定値を記憶部６０に格納する指示を受領した場合には、当該信号光のパワー測定値を記憶部６０に格納する。

なお、制御部４０は、コヒーレント光受信装置１に搭載されたコンピュータに、そのハードウェアを用いて、後に詳述する制御部４０の処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。

コヒーレント光レシーバ１０は、光分岐部２０１と、受光部２０２と、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarization-Beam Splitter）２０３及び２０４と、光ハイブリッド部２０５及び２０６と、光電変換器２０７と、インピーダンス変換増幅器２０８と、を含んで構成される。

光分岐部２０１は、信号光入力ポートより入力された信号光を、偏波ビームスプリッタ２０４と受光部２０２に分岐する。

受光部２０２は、入力された信号光を電気信号に変換し、パワーモニタ部５０に出力する。

偏波ビームスプリッタ２０３は、局部発振光を偏波分離し、光ハイブリッド部２０５及び２０６に出力する。偏波ビームスプリッタ２０４は、信号光を偏波分離し、光ハイブリッド部２０５及び２０６に出力する。

光ハイブリッド部２０５及び２０６は、信号光と、局部発振光源３０からの局部発振光と、を干渉させ、各信号成分に分離した複数の光信号を出力する。光ハイブリッド部２０５、２０６からは、２偏波（Ｘ偏波、Ｙ偏波）について、それぞれ同相成分（Ｉｘ、Ｉｙ）及び直交成分（Ｑｘ、Ｑｙ）からなる４チャンネルの信号成分を有する４波の光信号が出力される。

光電変換器２０７は、フォトダイオードを含んで構成され、光ハイブリッド部２０５及び２０６が出力する信号光を検波して、電気信号を出力する。

インピーダンス変換増幅器２８は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ；Transimpedance Amplifier）により構成され、光電変換器２０７の出力電流を電圧に変換する。

次に、コヒーレント光受信装置１の動作について説明する。

図３は、第１の実施形態に係る制御部４０の動作の一例を示すフローチャートである。

制御部４０は、コヒーレント光レシーバ１０での光受信に先立ち、局部発振光源３０に初期設定（波長、出力パワー等）を行う（ステップＳ１０１）。つまり、制御部４０は、コヒーレント光レシーバ１０に信号光が入力されていない状態にて、コヒーレント光受信に必要な局部発振光を局部発振光源３０から出力させる。

次に、制御部４０は、パワーモニタ部５０に対して、信号光のパワーを測定させる指示を行う（ステップＳ１０２）。但し、未だ信号光は入力されていない段階での信号光のパワー測定であるため、パワーモニタ部５０での測定値は、パワーモニタ部５０のオフセット値と捉えることができる。制御部４０は、本ステップにて測定した信号光のパワー測定値を、パワーモニタ部５０から記憶部６０に格納させる。

その後、コヒーレント光レシーバ１０は、信号光を入力し、通常のコヒーレント光受信を行う。その際、制御部４０は、パワーモニタ部５０が測定する信号光のパワー測定値から、記憶部６０に格納した測定値（オフセット値）を減算することで、パワーモニタ部５０のパワー測定値を補正する（ステップＳ１０３）。

制御部４０は、補正されたパワー測定値に基づき、局部発振光源３０の設定を変更する（ステップＳ１０４）。

[変形例]
なお、局部発振光源３０の設定が予め定まっている場合には、局部発振光源３０の各設定に対するオフセット値を、調整モード等にて予め取得しておくことができる。その際、取得したオフセット値を、局部発振光源３０の設定ごとに記憶部６０に格納しておき、制御部４０が必要とするタイミングにて、記憶部６０の値を参照する形態であってもよい（図４参照）。この場合、制御部４０から、必要な情報（局部発振光源３０の設定）をパワーモニタ部５０に渡すことが必要となる。

以上のように、本実施形態に係るコヒーレント光受信装置１では、信号光のパワー測定値のオフセット値を取得する。その後、コヒーレント光受信装置１は、通常のコヒーレント光受信を行う際に、パワーモニタ部５０のパワー測定値からオフセット値を減算し、測定値を補正する。パワーモニタ部５０の測定値を補正することで、受光部２０２をコヒーレント光レシーバ１０の内部に組み込んだ結果生じる、局部発振光の受光部２０２への影響をキャンセルできる。その結果、コヒーレント光レシーバに、信号光を受光する受光部を取り込みつつ、信号光のパワー測定精度が低下することを防止できる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
［付記１］
局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、
前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、
信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得し、前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する、制御部と、
を備える、光受信装置。
［付記２］
前記オフセット値を記憶する記憶部をさらに備える付記１の光受信装置。
［付記３］
前記局部発振光を出力する局部発振光源をさらに備える付記１又は２の光受信装置。
［付記４］
前記制御部は、前記局部発振光源の設定ごとに取得された前記パワーモニタ部のオフセット値に基づき、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を補正する付記３の光受信装置。
［付記５］
前記制御部は、前記補正された信号光のパワー測定値に基づき、前記局部発振光のパワーを制御する、付記１乃至４のいずれか一に記載の光受信装置。
［付記６］
局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、
前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、
を備える光受信装置における光受信方法であって、
信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得する工程と、
前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する工程と、
を含む、光受信方法。
［付記７］
前記補正されたパワー測定値に基づき、前記局部発振光のパワーを制御する工程をさらに含む、付記６の光受信方法。
［付記８］
局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、
前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、
を備える光受信装置を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得する処理と、
前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する処理と、
を実行させるプログラム。
なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録することができる。記憶媒体は、半導体メモリ、ハードディスク、磁気記録媒体、光記録媒体等の非トランジェント（non-transient）なものとすることができる。本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。
［付記９］
前記補正されたパワー測定値に基づき、前記局部発振光のパワーを制御する処理をさらに実行させる、付記８のプログラム。

なお、引用した上記の特許文献の開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

１ コヒーレント光受信装置
１０、１０１、３００ コヒーレント光レシーバ
２０、３０１ デジタル信号処理部
３０、３０２ 局部発振光源
４０、１０３ 制御部
５０、１０２、３０５ パワーモニタ部
６０ 記憶部
１００ 光受信装置
２０１、３０３ 光分岐部
２０２、３０４ 受光部
２０３、２０４ 偏波ビームスプリッタ
２０５、２０６ 光ハイブリッド部
２０７ 光電変換器
２０８ インピーダンス変換増幅器

Claims (5)

1. 局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、
   前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、
   信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得し、前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する、制御部と、
   前記局部発振光を出力する局部発振光源と、
   を備え、
   前記制御部は、前記局部発振光源の設定ごとに取得された前記パワーモニタ部のオフセット値に基づき、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を補正する、光受信装置。
2. 前記オフセット値を記憶する記憶部をさらに備える請求項１の光受信装置。
3. 前記制御部は、前記補正された信号光のパワー測定値に基づき、前記局部発振光のパワーを制御する、請求項１又は２に記載の光受信装置。
4. 局部発振光と干渉する信号光を検波するコヒーレント光レシーバであって、分岐された信号光を電気信号に変換する受光部を含むコヒーレント光レシーバと、
   前記受光部が出力する電気信号に基づき、信号光のパワーを測定するパワーモニタ部と、
   前記局部発振光を出力する局部発振光源と、
   を備える光受信装置における光受信方法であって、
   信号光が前記コヒーレント光レシーバに入力されていない状態にて、前記パワーモニタ部に入力信号のパワーを測定させて、前記パワーモニタ部のオフセット値を取得する工程と、
   前記コヒーレント光レシーバに信号光が入力されコヒーレント光受信を行っている状態にて、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を、前記オフセット値に基づき補正する工程と、
   を含み、
   前記オフセット値に基づき補正する工程は、前記局部発振光源の設定ごとに取得された前記パワーモニタ部のオフセット値に基づき、前記パワーモニタ部による信号光のパワー測定値を補正する、光受信方法。
5. 前記補正されたパワー測定値に基づき、前記局部発振光のパワーを制御する工程をさらに含む、請求項４の光受信方法。

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