JP6419395B2 - 光通信装置および周波数制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムを構成する光通信装置、および周波数制御方法に関する。

近年、光通信システムでは、さらなる伝送容量の拡大に向けて高密度に光信号を多重する技術が盛んに研究されている。複数の光信号を高密度に多重化する光伝送システムでは、長距離伝送における非線形光学効果の影響で伝送性能の劣化が顕著となる。デジタルコヒーレント方式での光伝送において一般的に使用される波長可変光源にはＧＨｚオーダの周波数ずれが生じる可能性があり、キャリア間のクロストークが伝送性能劣化の要因となる。特にスーパーチャネル技術などサブキャリアを高密度に多重するシステムではクロストークによる伝送性能の劣化が顕著となる。

ここで、光周波数のずれを補償する従来の発明が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の発明において、光送信部は、複数チャネルの波長のうち特定波長の光パワーを低下させて送信し、光受信部は、光パワーを低下させたチャネルの隣接チャネルの符号誤り率からチャネルクロストーク量を評価して波長ずれを検出する。そして、光送信部は、検出された波長ずれを補償して波長間隔を制御する。

特開２００７−１０４００８号公報

特許文献１に記載の技術では符号誤り率を用いて波長間隔を制御しているが、符号誤り率はチャネルクロストーク量だけではなく伝送路の非線形光学効果などの影響により変動する。そのため、符号誤り率ではチャネルクロストーク量を正確に評価することができず、符号誤り率を用いた波長間隔の制御は正確性に欠けるという問題があった。すなわち、特許文献１に記載の符号誤り率に基づく制御では各チャネルの波長を所望の値に調整できない可能性があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多重伝送される各光信号の波長を高精度に制御する光通信システムを実現可能な光通信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光通信装置は、複数の光信号が周波数多重された信号であり、複数の光信号の各々は複数のサブキャリアが多重化された構成の信号を受信する。光通信装置は、複数の光信号の中のいずれか一つの光信号が含まれている帯域を処理対象として受信処理を行い、処理対象の帯域に含まれている光信号である受信対象光信号とローカル光との間の周波数オフセット量と、受信対象光信号に隣接する光信号とローカル光との間の周波数間隔である搬送波周波数間隔と、を算出する複数の送受信器を備える。また、光通信装置は、複数の送受信器で算出された周波数オフセット量および搬送波周波数間隔に基づいて、複数の光信号の送信元の光通信装置が複数の光信号の周波数を調整する際の調整量を算出し、算出した調整量を送信元の光通信装置へ送信する周波数制御部を備える。

本発明にかかる光通信装置は、多重伝送される各光信号の波長を高精度に制御する光通信システムを実現できる、という効果を奏する。

実施の形態にかかる光通信装置を備えた光通信システムの構成例を示す図 サブキャリア多重光伝送システムで伝送される光信号の構成例を示す図 実施の形態にかかる送受信器のハードウェア構成例を示す図 実施の形態にかかるデジタル信号処理部において受信デジタル信号処理を行う機能ブロックの構成例を示す図 実施の形態にかかるデータ受信部の構成例を示す図 実施の形態にかかる搬送波周波数間隔検出部の構成例を示す図 コヒーレント検波による周波数オフセット補償の一例を示す図 実施の形態にかかる光通信システムにおいて光信号の周波数を調整する動作の概念を示す図 実施の形態にかかる光通信システムにおける光信号の周波数制御動作の一例を示すフローチャート 光通信システムにおいて伝送される各光信号の関係の一例を示す図 光通信システムにおける周波数制御動作を説明するための図 周波数制御部のハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる光通信装置および周波数制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかる光通信装置を備えた光通信システムの構成例を示す図である。図１に示した光通信システム１００はサブキャリア多重光伝送システムである。

光通信システム１００は、本実施の形態にかかる光通信装置である光通信装置１０１および１０３を備える。これらの光通信装置１０１および１０３は光ファイバ伝送路１０２により接続され、双方向で通信を行うことが可能である。光通信装置１０１から光通信装置１０３への通信動作と光通信装置１０３から光通信装置１０１への通信動作とは同じである。本実施の形態では、一例として、光通信装置１０１から光通信装置１０３への通信動作について説明する。そのため、光通信装置１０１については、信号を送信するために必要な処理について説明し、光通信装置１０３については信号を受信するために必要な処理について説明する。光通信装置１０３から光通信装置１０１への通信動作は、以下で説明する光通信装置１０１の処理と光通信装置１０３の処理とを入れ替えたものとなる。

また、本実施の形態にかかる光通信システム１００では、光通信装置１０１および１０３が、多重数が４の光信号、具体的には、波長が異なる４つの光信号が多重化された状態の光信号を送受信するものとする。

第１の光通信装置である光通信装置１０１は、第１の送受信器である送受信器１−１〜１−４、合分波器３および周波数制御部４を備える。

送受信器１−１〜１−４は、複数のサブキャリアが多重化された光信号であるサブキャリア多重光信号（以下、単に「光信号」と記載する）を生成して送信する。送受信器１−１〜１−４で生成される各光信号の中心周波数（以下、単に周波数と記載する）をｆ₁〜ｆ₄とし、ｆ₁＜ｆ₂＜ｆ₃＜ｆ₄であるものとする。以下の説明では各光信号の周波数を搬送波周波数と称する場合もある。合分波器３は、送受信器１−１〜１−４の各々から出力された各光信号を合波する。周波数制御部４は、送受信器１−１〜１−４が送信する光信号の周波数を制御する。

第２の光通信装置である光通信装置１０３は、第２の送受信器である送受信器２−１〜２−４、合分波器５および周波数制御部６を備える。

合分波器５は、光ファイバ伝送路１０２を介して送受信器１−１〜１−４から送信された光信号、すなわち周波数多重された状態の光信号を分波し、周波数多重される前の各光信号に分ける。また、合分波器５は、分波後の各光信号を送受信器２−１〜２−４のいずれかへ入力する。本実施の形態では、合分波器５は、周波数がｆ₁の光信号を送受信器２−１へ入力し、周波数がｆ₂の光信号を送受信器２−２へ入力し、周波数がｆ₃の光信号を送受信器２−３へ入力し、周波数がｆ₄の光信号を送受信器２−４へ入力する。なお、送受信器２−１〜２−４のそれぞれには、受信すべき信号成分が含まれる帯域よりも広い帯域の光が入力する。例えば、送受信器２−１には、周波数がｆ₁の光信号を含んだ帯域が入力する。

送受信器２−１〜２−４は、合分波器５を介して入力された光信号を受信する。また、送受信器２−１〜２−４は、内部の波長可変光源が発光する連続光であるローカル光の周波数と受信した光信号の周波数との間の誤差を示す周波数オフセット量を算出するとともに、ローカル光の周波数と受信した光信号に隣接する光信号の周波数との間隔である搬送波周波数間隔を算出する。

周波数制御部６は、送受信器２−１〜２−４で算出された周波数オフセット量および搬送波周波数間隔に基づいて、光通信装置１０１が送信する各光信号の周波数の調整量である周波数補償量を算出し、算出結果を光通信装置１０１へ送信する。

つづいて、本実施の形態で想定するサブキャリア多重光伝送システムについて説明する。図２は、サブキャリア多重光伝送システムで伝送される光信号の構成例を示す図である。図１に示した送受信器１−１〜１−４の各々から送信される各光信号は図２に示すチャネル単位で送信される。図１および図２に示したように、本実施の形態にかかる構成は４波の波長多重システムである。

図２では、波長多重システムで伝送される各光信号の理想的な周波数間隔を示している。すなわち、波長多重システムで伝送される各光信号の周波数の間隔は、図２の上段に示したように等間隔となるのが望ましい。そのため、本実施の形態の光通信システム１００では、波長多重伝送される各光信号の周波数の間隔が等間隔となるように各光信号の周波数ｆ_１〜ｆ₄を制御する。また、図２の下段には各チャネルの構成例を示している。各チャネルの構成は同じであり、図２では一例として周波数がｆ₁のチャネルに対応する光信号の構成を示している。図２の下段に示したように、１つのチャネルは複数のサブキャリアで構成される。１チャネルあたりの総伝送速度を１００Ｇｂｉｔ／ｓ（１００Ｇｂｐｓ）以上とする。図２では１チャネルあたり８サブキャリアを多重した構成のシステムとしているが一例であり、サブキャリアの多重数を８に限定するものではない。本実施の形態において許容できるサブキャリアの多重数は４以上とする。また、変調方式は偏波多重４値位相変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）を適用した場合を想定しており、サブキャリアあたりのボーレート（Baudrate）は１０ＧＢａｕｄ以下となる。このサブキャリア多重光伝送は、１サブキャリアあたりのボーレートを低く抑えることができるため、１００Ｇｂｐｓ相当の伝送速度の信号を伝送する場合に、１波で１００Ｇｂｐｓ（３２Ｇｂａｕｄ）を伝送するシステムと比較して伝送性能が優位となる特徴を有する。

本実施の形態にかかる光通信装置１０１および１０３の送受信器１−１〜１−４および２−１〜２−４の構成について説明する。これらの各送受信器は、取り扱う光信号の周波数が異なるものの、その構成は同一である。

図３は、本実施の形態にかかる送受信器のハードウェア構成例を示す図である。図３に示したように、送受信器１−１〜１−４，２−１〜２−４は、波長可変光源１１、光変調器１２、デジタル信号処理部１３、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１４、コヒーレントレシーバ１５およびＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１６を備える。

波長可変光源１１は、予め設定されている波長すなわち周波数の連続光（ＣＷ：Continuous Wave）を発光する。例えば、送受信器１−１を構成している波長可変光源１１は、周波数がｆ₁の連続光を発光する。また、波長可変光源１１は、連続光を発光する際、周波数制御部４または６から入力される制御信号に従い、発光する連続光の周波数をリアルタイムに調整する。すなわち、波長可変光源１１は、入力された制御信号が示す調整量に従い、発光する連続光の周波数を調整する。例えば、送受信器１−１を構成している波長可変光源１１は、周波数制御部４から入力された制御信号が示す調整量に従い、発光する連続光の周波数を調整する。波長可変光源１１が発光した連続光は、光変調器１２およびコヒーレントレシーバ１５へ出力される。

光変調器１２は、波長可変光源１１から発光された連続光をＤＡＣ１４から入力された信号で変調して送信信号を生成する。

デジタル信号処理部１３は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などにより構成され、送信データを生成してＤＡＣ１４に出力する処理および受信デジタル信号処理を行う。デジタル信号処理部１３は、受信デジタル信号処理において、ＡＤＣ１６から入力された信号の復調処理、対向する送受信器から受信した光信号とローカル光との間の周波数オフセット量を算出する処理、などを行う。ローカル光は、波長可変光源１１から入力される連続光である。

ＤＡＣ１４は、デジタル信号処理部１３で生成された送信データをデジタル信号からアナログ信号に変換して光変調器１２へ出力する。

コヒーレントレシーバ１５は、対向する光通信装置から送信され、合分波器５を介して入力された光信号である受信信号に対してコヒーレント検波を行う。具体的には、コヒーレントレシーバ１５は、合分波器５を介して入力された光信号と波長可変光源１１で発光された連続光とを混合干渉させることにより、受信信号を光信号から電気信号に変換する。コヒーレントレシーバ１５は、コヒーレント検波により得られた電気信号をＡＤＣ１６へ出力する。

ＡＤＣ１６は、コヒーレントレシーバ１５で電気信号に変換された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル信号処理部１３へ出力する。

デジタル信号処理部１３の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態にかかる光通信装置のデジタル信号処理部１３は、受信信号を処理する動作に特徴を有する。そのため、本実施の形態では受信信号の処理に関連する構成について説明を行い、送信動作に関連する構成については説明を省略する。送信動作に関連する構成および処理は、従来のコヒーレントレシーバと同様である。

図４は、実施の形態にかかるデジタル信号処理部１３において受信デジタル信号処理を行う機能ブロックの構成例を示す図である。デジタル信号処理部１３は、受信デジタル信号処理を行う機能ブロックとして、データ受信部２０−１〜２０−８および搬送波周波数間隔検出部３０を備える。データ受信部２０−１〜２０−８および搬送波周波数間隔検出部３０には、ＡＤＣ１６でデジタル信号に変換された受信信号であるデジタル受信信号が入力される。

データ受信部２０−１〜２０−８は、対応するサブキャリアの受信データを復調する。例えば、周波数が最も低いサブキャリアに対する復調処理をデータ受信部２０−１が行い、周波数が最も高いサブキャリアに対する復調処理をデータ受信部２０−８が行う。データ受信部２０−１〜２０−８は、内部構成が同一であり、処理対象のサブキャリアが異なる。

搬送波周波数間隔検出部３０は、自送受信器が受信するチャネルである自チャネルに隣接するチャネルの光信号とローカル光との間の搬送波周波数間隔を算出する。搬送波周波数間隔検出部３０は、搬送波周波数間隔を算出する際、隣接するチャネルの最端サブキャリアの周波数オフセット量を検出する。隣接するチャネル（以下、隣接チャネル）の最端サブキャリアとは、隣接チャネルを構成しているサブキャリアのうち、自チャネルに最も近いサブキャリアである。最端サブキャリアの周波数オフセット量は、ローカル光の周波数と隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数との差である。本実施の形態では、搬送波周波数間隔検出部３０は、自チャネルよりも周波数が高い隣接チャネルの最端サブキャリア周波数オフセットを検出し、さらに、自チャネルよりも周波数が高い隣接チャネルの光信号とローカル光との間の搬送波周波数間隔を算出する。

図５は、実施の形態にかかるデータ受信部２０−１〜２０−８の構成例を示す図である。データ受信部２０−１〜２０−８は、波長分散補償部２１、偏波分離部２２、周波数オフセット推定部２３、周波数オフセット補償部２４、搬送波位相復元部２５およびシンボル識別部２６を備える。

波長分散補償部２１は、デジタル受信信号が有する、光ファイバ伝送路１０２において発生した波長分散を補償する。偏波分離部２２は、波長分散補償が行われた後のデジタル受信信号を偏波状態が異なる２つの信号に分離する。周波数オフセット推定部２３は、偏波分離部２２で偏波分離された後のデジタル受信信号に対してデジタル信号処理を行い、対向する送受信器から受信した光信号の周波数と波長可変光源１１が発光した連続光の周波数との間の周波数オフセット量を推定する。周波数オフセット補償部２４は、デジタル受信信号が有する周波数オフセットを、周波数オフセット推定部２３での推定結果に基づいて補償する。搬送波位相復元部２５は、周波数オフセット補償部２４で周波数オフセットが補償された後のデジタル受信信号の位相を復元する。シンボル識別部２６は、搬送波位相復元部２５で位相が復元された後のデジタル受信信号を判定して受信データを再生する。

図６は、搬送波周波数間隔検出部３０の構成例を示す図である。搬送波周波数間隔検出部３０は、波長分散補償部３１、偏波分離部３２、サブキャリア周波数オフセット推定部３３および周波数間隔検出部３４を備える。

波長分散補償部３１は、データ受信部２０−１〜２０−８の波長分散補償部２１と同様の処理部であり、デジタル受信信号が有する波長分散を補償する。また、偏波分離部３２は、データ受信部２０−１〜２０−８の偏波分離部２２と同様の処理部であり、デジタル受信信号を偏波状態が異なる２つの信号に分離する。

サブキャリア周波数オフセット推定部３３は、偏波分離部３２で偏波状態が異なる２つの信号に分離された後の受信信号に対してデジタル信号処理を行い、隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数とローカル光の周波数の差を推定する。サブキャリア周波数オフセット推定部３３は、例えば、受信信号に対して離散フーリエ変換または高速フーリエ変換などの演算を実施して周波数領域の信号に変換し、受信信号のスペクトルを分析することにより、自チャネルの搬送波周波数と隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数との差である最端サブキャリアの周波数オフセット量を推定する。

周波数間隔検出部３４は、サブキャリア周波数オフセット推定部３３での推定結果に基づいて、ローカル光の周波数と隣接チャネルの周波数との間隔である搬送波周波数間隔を算出する。また、周波数間隔検出部３４は、データ受信部２０−１〜２０−８の周波数オフセット推定部２３から、受信した光信号の周波数とローカル光の周波数との間の周波数オフセット量を受け取り、受け取った周波数オフセット量と、算出した搬送波周波数間隔とを周波数制御部６へ出力する。

ここで、デジタル信号処理部１３が受信デジタル信号処理において搬送波周波数間隔を算出する原理について説明する。

従来、デジタルコヒーレント光伝送技術では、送信器で使用する光源と受信器で使用する光源の違いから生じる、各光源から発光される光の周波数誤差である周波数オフセットを補正するために周波数オフセット補償回路が用いられてきた。本実施の形態にかかる光通信装置では、上記の周波数オフセット補償回路を使用し、サブキャリア多重光伝送システムにおいて光源の周波数を調整することで周波数多重信号の各搬送波の周波数を高精度に制御する。

図７は、コヒーレント検波による周波数オフセット補償の一例を示す図である。図７は、図１に示した送受信器１−１から送信された光信号に対してコヒーレント検波を行う場合の例、すなわち、送受信器２−１が行うコヒーレント検波の例を示している。コヒーレント検波では、ローカル光と受信光とを混合干渉させることで、受信光に含まれる信号成分を検出する。また、コヒーレント検波後の信号に対してデジタル信号処理を行うことで、周波数ｆ₁の受信光と周波数ｆ₁'のローカル光との間の周波数オフセット量Δｆ_１を検出することが可能である。また、図７の上段に示したように、コヒーレント検波を行うコヒーレントレシーバが持つ受信帯域は受信光の信号帯域よりも広く、例えば３２Ｇｂａｕｄの信号に対しては±５ＧＨｚ程度広くなる。そのため、隣接チャネルの最端サブキャリアの信号成分を検出することができる。

図８は、実施の形態にかかる光通信システムにおいて光信号の周波数を調整する動作の概念を示す図である。図８は、周波数ｆ₂の光信号の周波数を調整する場合の動作例を示している。また、図８に示した例では、隣り合った光信号の間の理想的な周波数間隔をΔＦ、同一チャネル内において隣り合っているサブキャリアの間隔をΔＦ_sとしている。ΔＦおよびΔＦ_sは予め決められている固定値である。

周波数ｆ₁の光信号を受信する送受信器２−１は、上述したように、コヒーレント検波を行うことにより、隣接チャネルの最端サブキャリアの信号成分を検出することができ、隣接チャネルの最端サブキャリアとローカル光との間の周波数オフセット量Δｆ_sを推定可能である。なお、Δｆ_sの推定は、図６に示したサブキャリア周波数オフセット推定部３３が行う。周波数オフセット量Δｆ_sを推定可能であるため、光通信装置１０３は、周波数ｆ₂の光信号の周波数調整量である周波数補償量Δｆ₂を、周波数オフセット量Δｆ_sを用いて算出することができる。すなわち、サブキャリア間隔ΔＦ_sが既知であり、また、図８の上段に示したように、周波数ｆ₁と周波数ｆ₂との間隔Δｆ₁₂がΔｆ_s＋３.５ΔＦ_sであることから、光通信装置１０３では、周波数間隔Δｆ₁₂と搬送波周波数間隔ΔＦとを比較し、これらの差を周波数補償量Δｆ₂として求めることが可能である。周波数補償量Δｆ₂を求めることが可能であるため、図８の下段に示したように、光通信装置１０１では、送受信器１−２が、送信する光信号の周波数ｆ₂を補正してｆ₂'とすることが可能である。なお、周波数補償量Δｆ₂は光通信装置１０３の周波数制御部６で算出され、光通信装置１０１の周波数制御部４に通知される。

つづいて、本実施の形態にかかる光通信システム１００において伝送される各光信号の周波数を制御する動作の詳細について説明する。光通信システム１００における各光信号の周波数の制御は、大きく分けて、２つの動作で構成される。第１の動作では、受信側の光通信装置が、基準とする光信号の受信結果に基づいて、基準の光信号の周波数の調整量、および基準の光信号に隣接する光信号の周波数の調整量を算出し、算出した調整量に基づいて、送信側の光通信装置が基準の光信号およびこれに隣接する光信号の周波数を調整する。第２の動作では、受信側の光通信装置が、第１の動作により調整済みの光信号の周波数を基準として、残りの光信号の周波数の調整量を算出し、算出した調整量に基づいて、送信側の光通信装置が残りの光信号の周波数を調整する。

ここでは、図１に示した送受信器１−１が送信する光信号、すなわち周波数ｆ₁の光信号を基準の光信号として制御を行う場合について説明する。また、光通信システム１００の光通信装置１０１および１０３は、送受信器１−１〜１−４の各々が送信する各光信号の周波数の間隔がΔＦとなるように調整を行うものとする。

図９は、実施の形態にかかる光通信システムにおける光信号の周波数制御動作の一例を示すフローチャートである。図９に示した周波数制御動作は、光通信システム１００の起動時、すなわち光通信装置１０１および１０３の起動時に実行され、その後、一定周期で繰り返し実行される。周波数制御動作は、例えば、１日毎、１週間毎、または１か月毎など、システムの管理者により予め指定された周期で実行される。なお、周波数制御動作を実行する条件はこれらに限定されない。

光通信システム１００における光信号の周波数制御動作では、まず、光通信装置１０１が、周波数がｆ₁〜ｆ₄の光信号を生成し、周波数間隔がΔＦの周波数多重信号を送信する（ステップＳ１）。

次に、光通信装置１０３の送受信器２−１が、基準の光信号である周波数ｆ₁の光信号を受信し、ローカル光と受信した光信号との間の周波数オフセット量Δｆ₁を算出する（ステップＳ２）。図１０は、光通信システム１００において伝送される各光信号の関係の一例を示す図である。図１０では、各光信号と、送信側の送受信器１−１〜１−４および受信側の送受信器２−１〜２−４との対応関係を示している。図１０に示したように、光信号を受信する送受信器２−１〜２−４では隣接チャネルの最端サブキャリアも同時に受信する。例えば、送受信器２−１は、送受信器１−１から送信された自チャネルの各サブキャリアに加えて、送受信器１−２から送信された隣接チャネルの最端サブキャリアを受信する。送受信器２−２は、送受信器１−２から送信された自チャネルの各サブキャリアに加えて、送受信器１−３から送信された隣接チャネルの最端サブキャリアを受信する。

次に、送受信器２−１が、送受信器１−２から送信された搬送波周波数ｆ₂の隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数オフセット量Δｆ_sを算出する（ステップＳ３）。このステップＳ３の処理、すなわち周波数オフセット量Δｆ_sを算出する処理は、デジタル信号処理部１３の搬送波周波数間隔検出部３０を構成しているサブキャリア周波数オフセット推定部３３が行う。

次に、送受信器２−１が、予め決められている既知のサブキャリア周波数間隔ΔＦ_sとステップＳ３で算出した最端サブキャリアの周波数オフセット量Δｆ_sとに基づいて、搬送波周波数間隔Δｆ₁₂を算出する（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理、すなわち搬送波周波数間隔Δｆ₁₂を算出する処理は、デジタル信号処理部１３の搬送波周波数間隔検出部３０を構成している周波数間隔検出部３４が行う。なお、すでに説明したとおり、搬送波周波数間隔Δｆ₁₂＝Δｆ_s＋３.５ΔＦ_sである。

次に、光通信装置１０３の周波数制御部６が、ステップＳ５で算出された搬送波周波数間隔Δｆ₁₂に基づいて、送受信器１−２が送信する光信号の周波数補償量Δｆ₂を算出する（ステップＳ５）。具体的には、周波数制御部６は、ΔＦ＞Δｆ₁₂の場合、周波数補償量Δｆ₂としてΔＦ−Δｆ₁₂を求める。周波数制御部６は、ΔＦ＜Δｆ₁₂の場合、周波数補償量Δｆ₂としてΔｆ₁₂−ΔＦを求める。また、周波数制御部６は、ΔＦ＝Δｆ₁₂の場合、周波数補償量Δｆ₂＝０とする。

光通信装置１０３の周波数制御部６は、周波数補償量Δｆ₂を算出した後、上記ステップＳ２で算出した周波数オフセット量Δｆ₁と周波数補償量Δｆ₂とを光通信装置１０１へ送信する（ステップＳ６）。光通信装置１０３の周波数制御部６は、周波数オフセット量Δｆ₁および周波数補償量Δｆ₂を、光ファイバ伝送路１０２を使用して光通信装置１０１へ送信してもよいし、図示を省略した制御用回線を使用して光通信装置１０１へ送信してもよい。

光通信装置１０１は、周波数オフセット量Δｆ₁および周波数補償量Δｆ₂を光通信装置１０３から受信すると、送受信器１−１から送信する光信号および送受信器１−２から送信する光信号の周波数を補正する（ステップＳ７）。このステップＳ７では、光通信装置１０１の周波数制御部４が、送受信器１−１の波長可変光源１１に対して、発光する連続光の周波数を周波数オフセット量Δｆ₁だけ変更するように指示する制御信号を出力するとともに、送受信器１−２の波長可変光源１１に対して、発光する連続光の周波数を周波数補償量Δｆ₂だけ調整するように指示する制御信号を出力する。送受信器１−１の波長可変光源１１および送受信器１−２の波長可変光源１１は、周波数制御部４からの指示に従い、発光する連続光の周波数を調整する。この結果、送受信器１−１および１−２が送信する各光信号の周波数の調整が完了し、これらの光信号の搬送波周波数間隔がΔＦとなる。

次に、光通信装置１０３の送受信器２−２および２−３が、ローカル光と受信した光信号との間の周波数オフセット量と、隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数オフセット量とを算出する（ステップＳ８）。なお、送受信器２−２が受信する光信号は、上記のステップＳ７で周波数が補正された後の光信号である。また、送受信器２−４は、受信した光信号とローカル光との間の周波数オフセット量と、隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数オフセット量とを算出する必要はない。ステップＳ８において、送受信器２−２および２−３は、上述したステップＳ２およびＳ３で送受信器２−１が行う処理と同様の処理を行い、受信した光信号とローカル光との間の周波数オフセット量および隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数オフセット量を算出する。

次に、送受信器２−２および２−３が、ステップＳ８で算出した、隣接チャネルの最端サブキャリアの周波数オフセット量に基づいて、ローカル光と隣接チャネルとの間の搬送波周波数間隔を算出する（ステップＳ９）。このステップＳ９において、送受信器２−２は、ローカル光と周波数ｆ₃である隣接チャネルとの間の搬送波周波数間隔Δｆ₂₃を算出する。送受信器２−３は、ローカル光と周波数ｆ₄である隣接チャネルとの間の搬送波周波数間隔Δｆ₃₄を算出する。送受信器２−２および２−３は、上述したステップＳ４で送受信器２−１が行う処理と同様の処理を行い、搬送波周波数間隔を算出する。

次に、光通信装置１０３の周波数制御部６が、ステップＳ８で算出された周波数オフセット量と、ステップＳ９で算出された搬送波周波数間隔とに基づいて、光通信装置１０１の送受信器１−３が送信する光信号の周波数補償量Δｆ₃および送受信器１−４が送信する光信号の周波数補償量Δｆ₄を算出する（ステップＳ１０）。周波数補償量Δｆ₃およびΔｆ₄の算出方法の詳細については後述する。

光通信装置１０３は、周波数補償量Δｆ₃およびΔｆ₄を算出した後、周波数補償量Δｆ₃およびΔｆ₄を光通信装置１０１へ送信する（ステップＳ１１）。光通信装置１０３の周波数制御部６は、周波数補償量Δｆ₃およびΔｆ₄を、光ファイバ伝送路１０２を使用して光通信装置１０１へ送信してもよいし、図示を省略した制御用回線を使用して光通信装置１０１へ送信してもよい。

光通信装置１０１は、周波数補償量Δｆ₃およびΔｆ₄を光通信装置１０３から受信すると、送受信器１−３から送信する光信号および送受信器１−４から送信する光信号の周波数を補正する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２では、光通信装置１０１の周波数制御部４が、送受信器１−３の波長可変光源１１に対して、発光する連続光の周波数を周波数補償量Δｆ₃だけ変更するように指示する制御信号を出力するとともに、送受信器１−４波長可変光源１１に対して、発光する連続光の周波数を周波数補償量Δｆ₄だけ調整するように指示する制御信号を出力する。送受信器１−３の波長可変光源１１および送受信器１−４の波長可変光源１１は、周波数制御部４からの指示に従い、発光する連続光の周波数を調整する。この結果、送受信器１−３および１−４が送信する各光信号の周波数の調整が完了し、光通信装置１０３が送信する各光信号同士の搬送波周波数間隔がΔＦとなる。

このように、光通信システム１００においては、まず、４つのチャネルのうち、周波数が最も低い周波数ｆ₁のチャネルを基準チャネルとし、基準チャネルの光信号を送信する送受信器１−１の波長可変光源１１と、基準チャネルに隣接するチャネルの光信号を送信する送受信器１−２の波長可変光源１１とを調整する。次に、調整完了後の光信号の周波数ｆ₁'およびｆ₂'を基準として、残りの送受信器１−３および１−４が送信する光信号の周波数ｆ₃およびｆ₄の調整量を決定し、送受信器１−３および１−４の波長可変光源１１を調整する。すなわち、光通信システム１００では、基準チャネルの周波数ｆ₁の調整量が決まると、基準チャネルに隣接するチャネルの周波数ｆ₂の調整量も決まる。光通信システム１００では、これら２つのチャネルの周波数の調整量が決まった後は、これら２つのチャネルの周波数を調整し、さらに、調整後の２つのチャネルの周波数を基準として、その他のチャネルの周波数を調整する。なお、最も低周波側の周波数ｆ₁の光信号を基準チャネルとする場合の例を説明したが、最も高周波側の周波数ｆ₄の光信号を基準チャネルとして各チャネルの周波数を調整してもよい。この場合も上述した手順と同様の手順で各チャネルの周波数を調整することが可能である。また、本実施の形態では、搬送波の数、すなわち多重伝送する光信号の数を４としているが、搬送波の数がｎ（５以上の整数）の場合であっても同様の制御が可能である。現在の光通信システムには搬送波の数が１００波前後のシステムも存在するが、このようなシステムに対しても、上述した周波数制御を適用し、各搬送波の周波数を調整して各搬送波同士の周波数間隔を理想的な間隔とすることが可能である。

つづいて、上記ステップＳ１０で光通信装置１０３の周波数制御部６が周波数オフセット補償量Δｆ₃およびΔｆ₄を算出する方法について説明する。図１１は、光通信システム１００における周波数制御動作を説明するための図である。図１１の上段は、搬送波周波数ｆ₁およびｆ₂の調整が完了した後に送受信器１−１〜１−４が送信する各光信号の関係を示している。図１１の下段は、送受信器２−１〜２−４の各波長可変光源１１が発光する各ローカル光の周波数を上向きの矢印で示している。光通信システム１００における周波数制御動作では、送受信器１−１〜１−４が送信する光信号の周波数が目標周波数ｆ₁〜ｆ₄となるように調整を行う。

光通信装置１０１の送受信器１−１〜１−４および光通信装置１０３の送受信器２−１〜２−４は個別に波長可変光源を有しているため、光通信装置１０１と光通信装置１０３との間で送受信される各光信号には、固有の周波数誤差が存在する。図１１に示した状態では、送受信器１−１および１−２が送信する光信号の搬送波周波数は補正が完了して搬送波周波数間隔がΔＦとなっている。しかし、送受信器１−２が送信する光信号と送受信器１−３が送信する光信号との間の搬送波周波数間隔、および、送受信器１−３が送信する光信号と送受信器１−４が送信する光信号との間の搬送波周波数間隔は、ΔＦとなっていない。図１１に示した例では、送受信器１−２が送信する光信号と送受信器１−３が送信する光信号との間の搬送波周波数間隔をΔＦとするためには、送受信器１−３が送信する光信号の周波数を周波数補償量Δｆ₃だけ調整する必要がある。また、送受信器１−３が送信する光信号と送受信器１−４が送信する光信号との間の搬送波周波数間隔をΔＦとするためには、送受信器１−４が送信する光信号の周波数を周波数補償量Δｆ₄だけ調整する必要がある。

図１１において、Δｆ₂’は、送受信器１−２が送信する光信号と送受信器２−２の波長可変光源１１が発光するローカル光との間の周波数オフセット量を示す。Δｆ₃’は、送受信器１−３が送信する光信号と送受信器２−３の波長可変光源１１が発光するローカル光との間の周波数オフセット量を示す。Δｆ₄’は、送受信器１−４が送信する光信号と送受信器２−４の波長可変光源１１が発光するローカル光との間の周波数オフセット量を示す。なお、送受信器１−２が送信する光信号は周波数が調整済みの光信号である。また、Δｆ₂₃は、送受信器２−２のローカル光と送受信器１−３が送信する光信号の間の搬送波周波数間隔を示し、Δｆ₃₄は、送受信器２−３のローカル光と送受信器１−４が送信する光信号の間の搬送波周波数間隔を示す。すでに説明したとおり、Δｆ₂’およびΔｆ₂₃は送受信器２−２で算出される。また、Δｆ₃’およびΔｆ₃₄は送受信器２−３で算出され、Δｆ₄’は送受信器２−４で算出される。

図１１に示した例の場合、周波数制御部６は、次式（１）および（２）に従ってΔｆ₃およびΔｆ₄を算出する。
Δｆ₃＝ΔＦ−（Δｆ₂₃＋Δｆ₂’） …（１）
Δｆ₄＝（Δｆ₂’＋Δｆ₂₃＋Δｆ₃’＋Δｆ₃₄）−２ΔＦ …（２）

なお、図１１に示した例ではΔＦが（Δｆ₂₃＋Δｆ₂’）よりも大きいため、Δｆ₃の算出で式（１）を用いているが、ΔＦが（Δｆ₂₃＋Δｆ₂’）よりも小さい場合には、Δｆ₃の算出で次式（３）を用いればよい。
Δｆ₃＝（Δｆ₂₃＋Δｆ₂’）−ΔＦ …（３）

同様に、図１１に示した例では（Δｆ₂’＋Δｆ₂₃＋Δｆ₃’＋Δｆ₃₄）が２ΔＦよりも大きいため、Δｆ₄の算出で式（２）を用いているが、（Δｆ₂’＋Δｆ₂₃＋Δｆ₃’＋Δｆ₃₄）が２ΔＦよりも小さい場合には、Δｆ₄の算出で次式（４）を用いればよい。
Δｆ₄＝２ΔＦ−（Δｆ₂’＋Δｆ₂₃＋Δｆ₃’＋Δｆ₃₄） …（４）

なお、光信号の受信側の送受信器２−１〜２−４においてはローカル光と受信した光信号との間の周波数オフセットがゼロとなるようにローカル光の周波数を調整する必要があるが、この調整は従来と同様の手法で行う。

光通信装置１０１，１０３が備える送受信器の数が４の場合について説明したが５以上の場合も同様の方法で周波数オフセット補償量を算出することが可能である。すなわち、ｎを５以上の整数とした場合、送信側の光通信装置１０１において基準チャネルおよび基準チャネルに隣接するチャネルの周波数の調整が完了後、受信側の光通信装置１０３において、各送受信器の搬送波周波数間隔検出部が、ローカル光と受信光との間の周波数オフセット量およびローカル光と隣接チャネルとの間の搬送波周波数間隔を検出する。そして、光通信装置１０３において、周波数制御部が、各送受信器で検出された周波数オフセット量Δｆ₂'，ｆ₃'，…，ｆ_(n-1)'および搬送波周波数間隔Δｆ₁₂，Δｆ₂₃，…Δｆ_(n-1)nを用いて、残りのチャネルの周波数補償量Δｆ₃，Δｆ₄，…Δｆ_nを算出することが可能である。

以上のように、本実施の形態にかかる光通信システムの受信側の光通信装置において、複数の送受信器の各々は、受信対象の光信号である自チャネルの光信号とローカル光の周波数オフセット量、および、自チャネルに隣接するチャネルの光信号とローカル光との間の搬送波周波数間隔を算出し、周波数制御部は、各送受信器で算出された周波数オフセット量および搬送波周波数間隔に基づいて、送信側の光通信装置が送信する各光信号の周波数補償量を算出する。これにより、送信側の光通信装置と受信側の光通信装置との間で伝送される各光信号の周波数間隔を高精度に制御することができ、長距離伝送における伝送ペナルティを低減することが可能な光通信システムを実現できる。また、リアルタイムに搬送波周波数間隔をモニタして各光信号の周波数を調整することが可能であるため、経年劣化による光源の周波数ずれを補正することが可能な光通信システムを実現できる。

つづいて、光通信装置１０１の周波数制御部４，光通信装置１０３の周波数制御部６を実現するハードウェア構成について説明する。図１２は、周波数制御部４および６のハードウェア構成例を示す図である。周波数制御部４および６は、演算処理部２０１、メモリ２０２および出力部２０３を含んで構成される処理回路２００により実現される。演算処理部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ２０２としては、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが一般的に使用される。出力部２０３は、演算処理部２０１またはメモリ２０２から出力された情報を外部へ出力する電子回路である。

演算処理部２０１は、光信号の受信側の周波数制御部６を構成する場合、光信号の受信側の各送受信器で算出された周波数オフセット量および搬送波周波数間隔に基づいて、光信号の送信側の各送受信器が送信する光信号の周波数補償量を算出する。また、演算処理部２０１は、光信号の送信側の周波数制御部４を構成する場合、受信側の周波数制御部６で算出された周波数補償量に基づいて、送信側の各送受信器に対して光信号の周波数調整を指示する制御信号を生成する。メモリ２０２は、演算処理部２０１で算出された周波数補償量などの各種情報を一時的に記憶しておく。出力部２０３は、光信号の受信側の周波数制御部６を構成する場合、演算処理部２０１で算出された周波数補償量を受け取り、対向する周波数制御部４に向けて出力する。また、出力部２０３は、光信号の送信側の周波数制御部４を構成する場合、演算処理部２０１で生成された制御信号を対応する送受信器に向けて出力する。

本実施の形態にかかる光通信システムでは、受信側の光通信装置が各光信号の周波数の調整量である周波数補償量を算出して送信側の光通信装置へフィードバックし、フィードバックされた周波数補償量に基づいて送信側の光通信装置が各光信号の周波数を調整することとした。しかし、この構成は一例であり、各光信号の周波数補償量を送信側の光通信装置が算出するようにしてもよい。この場合、受信側の光通信装置は、受信した光信号とローカル光との間の周波数オフセット量、および、ローカル光と隣接チャネルの最端サブキャリアとの間の周波数オフセット量を送信側の光通信装置へフィードバックする。送信側の光通信装置が各光信号の周波数補償量を算出する方法は、受信側の光通信装置が各光信号の周波数補償量を算出する方法と同様である。

また、送信側および受信側の各光通信装置が備えている周波数制御部を独立した別の装置としてもよい。具体的には、上述した光通信装置１０１から周波数制御部４を削除するとともに光通信装置１０３から周波数制御部６を削除し、周波数制御部４および６の機能を有する制御装置が、光通信装置１０１の送受信器１−１〜１−４から送信される各光信号の周波数補償量を算出する構成の光通信システムとしてもよい。この場合、光通信装置１０３は、送受信器２−１〜２−４が、受信した光信号とローカル光との間の周波数オフセット量、および、ローカル光と隣接チャネルの最端サブキャリアとの間の周波数オフセット量を算出すると、算出結果を制御装置へ送信する。制御装置は、送受信器２−１〜２−４での算出結果を受け取ると、受け取った算出結果に基づいて、光通信装置１０１の送受信器１−１〜１−４から送信される各光信号の周波数補償量を算出する。また、制御装置は、算出した補償量を光通信装置１０１へ通知し、送受信器１−１〜１−４が送信する光信号の周波数の調整を指示する。光通信装置１０１の送受信器１−１〜１−４から送信される各光信号の周波数補償量を制御装置が算出する方法は、上述した光通信装置１０３の周波数制御部６が、光通信装置１０１の送受信器１−１〜１−４から送信される各光信号の周波数補償量を算出する方法と同様である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１−１〜１−４，２−１〜２−４ 送受信器、３，５ 合分波器、４，６ 周波数制御部、１１ 波長可変光源、１２ 光変調器、１３ デジタル信号処理部、１４ ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）、１５ コヒーレントレシーバ、１６ ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、２０−１〜２０−８ データ受信部、２１，３１ 波長分散補償部、２２，３２ 偏波分離部、２３ 周波数オフセット推定部、２４ 周波数オフセット補償部、２５ 搬送波位相復元部、２６ シンボル識別部、３０ 搬送波周波数間隔検出部、３３ サブキャリア周波数オフセット推定部、３４ 周波数間隔検出部、１００ 光通信システム、１０１，１０３ 光通信装置。

Claims (5)

1. 複数の光信号が周波数多重された信号であり、前記複数の光信号の各々は複数のサブキャリアが多重化された構成の信号を受信する光通信装置であって、
   前記複数の光信号の中のいずれか一つの光信号が含まれている帯域を処理対象として受信処理を行い、前記処理対象の帯域に含まれている光信号である受信対象光信号とローカル光との間の周波数オフセット量と、前記受信対象光信号に隣接する光信号と前記ローカル光との間の周波数間隔である搬送波周波数間隔と、を算出する複数の送受信器と、
   前記複数の送受信器で算出された前記周波数オフセット量および前記搬送波周波数間隔に基づいて、前記複数の光信号の送信元の光通信装置が前記複数の光信号の周波数を調整する際の調整量を算出し、前記算出した調整量を前記送信元の光通信装置へ送信する周波数制御部と、
   を備えることを特徴とする光通信装置。
2. 前記複数の送受信器の各々は、
   前記処理対象の帯域に対してコヒーレント検波を行い電気信号に変換するコヒーレントレシーバと、
   前記電気信号に対してデジタル信号処理を行い前記周波数オフセット量および前記搬送波周波数間隔を算出するデジタル信号処理部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
3. 前記デジタル信号処理部は、前記電気信号に含まれている、前記受信対象光信号に隣接する光信号の一部の信号成分に基づいて前記搬送波周波数間隔を算出することを特徴とする請求項２に記載の光通信装置。
4. 前記デジタル信号処理部は、前記受信対象光信号に隣接する光信号の信号成分に基づいて、前記ローカル光と前記受信対象光信号に隣接する光信号の前記受信対象光信号に近い側の端部に位置しているサブキャリアとの間の周波数間隔を算出し、算出した周波数間隔と、予め定められた隣接しているサブキャリア同士の周波数間隔とに基づいて前記搬送波周波数間隔を算出することを特徴とする請求項３に記載の光通信装置。
5. 複数のサブキャリアが多重化された光信号を送信可能な複数の第１の送受信器を有する第１の光通信装置と、前記複数の第１の送受信器から送信された光信号を受信する複数の第２の送受信器を有する第２の光通信装置と、を備えた光通信システムにおける周波数制御方法であって、
   前記第１の光通信装置の前記複数の第１の送受信器がそれぞれ異なる周波数の光信号を生成して送信する送信ステップと、
   前記第２の光通信装置の前記複数の第２の送受信器の各々が、前記送信ステップで送信された各光信号の中のいずれか一つの光信号が含まれている帯域を処理対象として受信処理を行い、前記処理対象の帯域に含まれている光信号である受信対象光信号とローカル光との間の周波数オフセット量と、前記受信対象光信号に隣接する光信号と前記ローカル光との間の周波数間隔である搬送波周波数間隔と、を算出する第１の算出ステップと、
   前記第２の光通信装置が、前記第１の算出ステップで算出された前記周波数オフセット量および前記搬送波周波数間隔に基づいて、前記複数の第１の送受信器が送信する光信号の周波数補償量を算出する第２の算出ステップと、
   前記第１の光通信装置が、複数の第１の送受信器が送信する光信号の周波数を前記第２の算出ステップで算出された前記周波数補償量に基づいて調整する調整ステップと、
   を含むことを特徴とする周波数制御方法。

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