JP6419651B2

JP6419651B2 - 光受信装置

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Publication number: JP6419651B2
Application number: JP2015115137A
Authority: JP
Inventors: 遼胡間; 藤原　正満; 正満藤原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: JP2017005386A

Description

本発明は、ＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）において、デジタルコヒーレント信号を受信する光受信装置及び光受信方法に関する。

現在、全国に広く敷設されたＦＴＴＨサービスの運用・投資コストを削減するため、これまで光加入者系で広く提供されてきたＰＯＮ（ｐａｓｓｉｖｅｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋ）を長延化し、収容効率を向上することによって、通信局舎を統合することが望まれている。ＰＯＮシステムは、光カプラに代表される光受動素子を用い、局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｅｔｅｒｍｉｎａｌ）及び伝送路の一部を複数ユーザで共有することにより高速な通信を経済的に提供することが可能な通信システムである。

現在、加入者の光信号の多重化方式として、時分割多重方式（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が用いられている。現行のＴＤＭ−ＰＯＮでは、変調された光信号の強度をフォトダイオードによって検出する強度変調−直接検波方式（ＩＭ−ＤＤ：Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ｄｉｒｅｃｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が採用されている。

ＩＭ−ＤＤ方式を用いたＴＤＭ−ＰＯＮの長延化手法として、光増幅器の適用が検討されている。光増幅器を前置光増幅器として光受信器の前段に配置した場合、光増幅の効果により信号対雑音比が補償され、最小受光感度が改善する。

しかし、自然放出光雑音（ＡＳＥ雑音）の影響により、受信感度の改善効果はおおよそ１０ｄＢ弱程度に留まる。一方、中継増幅器として適用した場合、光増幅器の利得分の伝送路損失を補償可能であるが、中継局が必要となるため、上記の局統合による運用・投資コスト削減に寄与しない。

以上を鑑み、中継局を用いる事なく伝送距離を拡大する効果が期待できる手法として、デジタルコヒーレント受信技術の適用が検討されている（例えば、非特許文献１参照。）。本手法によれば、受信感度の向上効果に加えて、デジタル信号処理技術の適用により、高速信号を長距離伝送する際の課題である伝送路の波長分散、および偏波モード分散の影響による波形歪みも補償可能となる。したがって、伝送距離の大幅な拡大効果が期待される。

ＤａｙｏｕＱｉａｎ；Ｍａｔｅｏ，Ｅ．；Ｍｉｎｇ−ＦａｎｇＨｕａｎｇ，"Ａ１０５ｋｍｒｅａｃｈｆｕｌｌｙｐａｓｓｉｖｅ１０Ｇ−ＰＯＮｕｓｉｎｇａｎｏｖｅｌｄｉｇｉｔａｌＯＬＴ，" ＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＥＣＯＣ），２０１２３８ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎｏｎＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｔｕ．１．Ｂ．２，２０１２Ｎｉｓｈｉｈａｒａ，Ｓ．；Ｋｉｍｕｒａ，Ｓ．；Ｙｏｓｈｉｄａ，Ｔ．；Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｍ．；Ｔｅｒａｄａ，Ｊ．；Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，Ｋ．；Ｋｉｓｈｉｎｅ，Ｋ．；Ｋａｔｏ，Ｋ．；Ｏｈｔｏｍｏ，Ｙ．；Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，Ｎ．；Ｉｍａｉ，Ｔ．；Ｔｓｕｂｏｋａｗａ，Ｍ．， "ＡＢｕｒｓｔ−Ｍｏｄｅ３ＲＲｅｃｅｉｖｅｒｆｏｒ１０−Ｇｂｉｔ／ｓＰＯＮＳｙｓｔｅｍｓＷｉｔｈＨｉｇｈＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ＷｉｄｅＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅ，ａｎｄＦａｓｔＲｅｓｐｏｎｓｅ，" ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．１，ｐｐ．９９−１０７，Ｊａｎ．１，２００８Ｍ．Ｆｕｊｉｗａｒａｅｔａｌ， "Ｆｉｅｌｄｔｒｉａｌｏｆ１００−ｋｍｒｅａｃｈｓｙｍｍｅｔｒｉｃ−ｒａｔｅ１０Ｇ−ＥＰＯＮｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇａｕｔｏｍａｔｉｃｌｅｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｕｒｓｔ−ｍｏｄｅＳＯＡｓ，" ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．３１，ｎｏ．４，ｐｐ．６３４−６４０（２０１３）Ｓａｎｇ−ＹｕｅｐＫｉｍ，Ｋａｎｉ，Ｊ．−Ｉ．，Ｓｕｚｕｋｉ，Ｋ．−Ｉ．，Ｏｔａｋａ，Ａ．，"ＯＬＴＲｅｃｅｉｖｅｒｆｏｒＰｏｗｅｒＮｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＢｕｒｓｔＯＦＤＭＳｉｇｎａｌｓＥｎａｂｌｉｎｇＯＦＤＭ／ＴＤＭＡ−ＰＯＮ，" ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，ＩＥＥＥ，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．２４，ｐｐ．２４６９，２４７２，Ｄｅｃ．１５，２０１４

デジタルコヒーレント受信技術を用いたＴＤＭ−ＰＯＮでは、上り通信の受信ダイナミックレンジの確保が課題となる。ＴＤＭ−ＰＯＮの下り伝送では、各加入者装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋｕｎｉｔ）は、局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌｌｉｎｅｔｅｒｍｉｎａｌ）が全ＯＮＵに向け送信する下り連続信号光のうち、事前に割り当てられた自端末に対応する時間スロットの信号を選択的に受信する。よって、ＯＮＵの受信する信号光は連続光となる。

一方、上り伝送では、ＯＬＴの受信する信号光は、各ＯＮＵが事前に割り当てられたタイミングで送信する時間的に間欠な光信号となる。このような信号を一般的にバースト信号と呼ぶ。このとき、ＯＬＴの受信する信号光は、ＯＮＵとＯＬＴ間の距離の相違により、図１に示すように、ＯＮＵの送信する信号光ごとに異なる信号光パワーを持つ。このときに、局側装置で許容可能な信号光パワーの範囲が受信ダイナミックレンジである。

図２に、バースト信号を受信可能なデジタルコヒーレント受信技術を適用した光受信構成を示す。ＯＬＴ側の光受信器には、局発光源１１１と、光コヒーレント受信を行うためのフロントエンドモジュールである偏波・位相ダイバーシティ受信器１１２とを配置し、位相変調、ないしは強度変調された信号光と局発光のビート成分を受信信号として検出する。信号光と局発光間の偏波状態と位相状態の差異を補償するために、フロントエンドモジュールにおいて、偏波・位相ダイバーシティが実装されている。光電気変換された信号成分はトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１３１によって信号電圧に線形増幅され、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３２によりデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号はデジタル信号処理部（ＤＳＰ：ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）１４において、前述の波長・偏波モード分散などによる波形歪を補償したのち、識別される。

図１に示すようなバースト信号がＯＬＴ９１側の受信器に入力された場合を考える。このとき、ＡＤＣ１３２の入力レンジを強信号の入力振幅に合わせた場合、弱信号に対するＡＤ変換時の量子化雑音の影響が大きくなり、図３に示すように、最小受信感度が劣化する。結果として、受信ダイナミックレンジが制限される。したがって、受信ダイナミックレンジを十分に確保するためには、瞬時的に量子化誤差を低減するように受信信号を制御する機能が必要となる。

上記を実現する構成として、自動利得等化トランスインピーダンスアンプ（ＡＧＣ−ＴＩＡ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌＴｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（例えば、非特許文献２参照。）に代表される電気段での信号パワーの制御器や、ＡＬＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃｌｅｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌ）光増幅器に代表される光段での信号パワーの制御器の適用が考えられる。

前者のバースト信号の電気レベル等化器を適用した場合、光コヒーレント受信器によって光電変換された受信信号の平均電力を検出し、フィードバック制御によりＴＩＡ１３１の増幅利得をバースト信号毎に最適化する構成が考えられる。しかしこの構成では、広い入力レンジにわたって線形性を得ること、および偏波・位相変動によって生じる平均電力変動への対応が難しい。

一方、図４に示すように、光増幅器３１４と光可変減衰器３１２を用い、光信号の出力レベルを制御し、偏波・位相ダイバーシティ受信器１１２に入力される信号光パワーを制御する方式がある（例えば、非特許文献３参照。）。この構成では、光増幅後の信号光パワーを包絡線検波方式の光電変換器を用いたパワー検出・制御回路３１１によって計測するため、より広い範囲の信号光パワーを検出できる。また、検出するパワーは偏波・位相状態に依存しない為、安定動作が可能である。さらに、遅延線３１３によって主信号を遅延させることが可能なため、瞬時応答性も有する。一方で、光部品数が増大し、構成が複雑となる。

同様の技術を用いたバースト信号のデジタルコヒーレント受信構成として、図５に示すように、局発光のパワーを制御する光可変減衰器３１２を備え、信号光と局発光のビート成分量を制御する手法も検討されている（例えば、非特許文献４参照。）。本構成では、図４に示す光増幅器３１４と光可変減衰器３１２を用いる構成と比較し、比較的簡易な構成での実現が期待されるが、パワー検出・制御回路３１１に入力される信号光パワーが小さいため、検出可能な最小パワーに制限が生じる。したがって、広いダイナミックレンジを確保することが難しい。

本発明は以上の課題を鑑み、デジタルコヒーレント受信技術を適用した局側装置の受信部において、比較的簡易な構成で受信ダイナミックレンジを拡大し、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの長延化を実現することを目的とする。

本発明は、時分割で信号が送受信されるＰＯＮにおけるデジタルコヒーレント受信技術の光受信機を備えた局側装置（ＯＬＴ）の光受信器において、受信信号光パワーの瞬時的な変動に起因するアナログデジタル変換時の量子化誤差の影響を低減し、光受信器のダイナミックレンジを向上する。

具体的には、本発明に係る光受信装置は、
加入者装置が送信する時間的に間欠な光信号をデジタルコヒーレント受信する局側装置の光受信装置であって、
前記光信号の信号光パワーに応じて、前記光信号の信号光パワーを制御して出力する光信号レベル制御部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号の信号光パワーを検出するパワーモニタ部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号を光コヒーレント受信したのちに光電変換して出力する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を制御したのちにデジタル信号に変換して出力する電気信号制御部と、
前記電気信号制御部からの出力信号のデジタル処理を行うデジタル信号処理部と、
を備え、
前記電気信号制御部は、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を増幅するＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、
前記ＴＩＡからの出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、前記デジタル信号処理部に出力するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、を備え、
前記ＴＩＡは、前記パワーモニタ部で検出した信号光パワーに応じて、前記ＡＤＣに入力されるアナログ信号の振幅が所定の一定範囲になるように利得を切替えて、前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を増幅する利得可変ＴＩＡである。

具体的には、本発明に係る光受信装置は、
加入者装置が送信する時間的に間欠な光信号をデジタルコヒーレント受信する局側装置の光受信装置であって、
前記光信号の信号光パワーに応じて、前記光信号の信号光パワーを制御して出力する光信号レベル制御部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号の信号光パワーを検出するパワーモニタ部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号を光コヒーレント受信したのちに光電変換して出力する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を制御したのちにデジタル信号に変換して出力する電気信号制御部と、
前記電気信号制御部からの出力信号のデジタル処理を行うデジタル信号処理部と、
を備え、
前記電気信号制御部は、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を、予め定められた利得で増幅するＴＩＡと、
前記ＴＩＡからの出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、前記デジタル信号処理部に出力するＡＤＣと、を備え、
前記ＡＤＣは、前記パワーモニタ部で検出した信号光パワーに応じて、最大入力レンジを可変する入力レンジ可変のＡＤＣである。
また、本発明に係る光受信装置では、
前記光信号レベル制御部は、
前記光信号の信号光パワーを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器に入射する前記光信号の信号光パワーを検出する光電変換器と、
前記光電変換器で検出された信号光パワーを基に、前記光増幅器の利得を制御するパワー制御部と、を備え、
前記パワー制御部は、前記光電変換器で検出された信号光パワーと前記局側装置の受信ダイナミックレンジで定められるパワー閾値とを比較し、比較結果に基づいて、前記光信号の信号光パワーの範囲を削減してもよい。

本発明によれば、デジタルコヒーレント受信技術を適用した局側装置の受信部において、比較的簡易な構成で受信ダイナミックレンジを拡大し、ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの長延化を実現することができる。

バースト信号の一例を示す。関連するバースト信号受信構成の一例を示す。関連するバースト信号受信構成を用いた場合の最小受信感度の劣化の一例を示す。関連するバースト信号受信構成の第１例を示す。関連するバースト信号受信構成の第２例を示す。実施形態に係る局側装置（ＯＬＴ）の概略図を示す。偏波・位相ダイバーシティ受信器の一例を示す。実施形態１に係る光受信装置の一例を示す。実施形態１に係る第１の制御例における光信号レベル制御部の入出力特性例を示す。実施形態１に係る第１の制御例における利得可変ＴＩＡの第１の入出力特性例を示す。実施形態１に係る第１の制御例における利得可変ＴＩＡの第２の入出力特性例を示す。実施形態１に係る第２の制御例における光信号レベル制御部の入出力特性例を示す。実施形態１に係る第２の制御例における利得可変ＴＩＡの第１の入出力特性を示す。実施形態１に係る第２の制御例における利得可変ＴＩＡの第２の入出力特性例を示す。実施形態２に係る光受信装置の一例を示す。実施形態２に係る第１の制御例における光信号レベル制御部の入出力特性例を示す。実施形態２に係る第１の制御例におけるＡＤＣの第１の入出力特性例を示す。実施形態２に係る第１の制御例におけるＡＤＣの第１の入出力特性例を示す。実施形態２に係る第１の制御例における光信号レベル制御部の入出力特性例を示す。実施形態２に係る第１の制御例におけるＡＤＣの第１の入出力特性例を示す。実施形態２に係る第１の制御例におけるＡＤＣの第２の入出力特性例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図６に、本実施形態に係る局側装置（ＯＬＴ）の概略図を示す。本実施形態に係るデジタルコヒーレント受信技術を適用したＰＯＮシステムのＯＬＴ９１のバースト信号受信構成では、光信号レベル制御部２１と、パワーモニタ部２２と、光コヒーレント受信部１１と、デジタル信号処理部１４と、電気信号制御部１３と、制御情報伝達経路とを備える。制御情報伝達経路は、光コヒーレント受信部１１を迂回して、パワーモニタ部２２と電気信号制御部１３を接続する情報伝達経路である。

本実施形態に係る光受信方法は、光信号レベル制御ステップと、光コヒーレント受信ステップと、を順に有する。
光信号レベル制御ステップにおいて、光信号レベル制御部２１は、入射するバーストフレームの信号光パワーに応じて出力光パワーを制御する。
光コヒーレント受信ステップにおいて、光信号レベル制御部２１からの出力信号を光コヒーレント受信し、受信信号のデジタル処理を行う。このとき、パワーモニタ部２２は、光信号レベル制御部２１の出力パワーを検出する。パワーモニタ部２２の検出した信号光パワーは、制御情報伝達経路を経由して、電気信号制御部１３に伝達される。電気信号制御部１３は、パワーモニタ部２２の検出した信号光パワーに基づき、システムの想定する受信ダイナミックレンジを満たす入力信号となるよう、デジタル信号処理部１４への入力信号を制御する。

ＯＬＴ９１の光受信部１０は、光信号レベル制御部２１によって光コヒーレント受信部１１に入力する光パワーの範囲を低減し、かつパワーモニタ部２２で検出した入射信号光パワーをもとに電気信号制御部１３によって受信信号を制御することで、量子化雑音の影響を低減し、受信ダイナミックレンジを拡大する。

本実施形態において、光コヒーレント受信部１１は、例えば偏波・位相ダイバーシティ受信器である。図７に、偏波・位相ダイバーシティ受信器の一例を示す。偏波・位相ダイバーシティ受信器１１２は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２１によって信号光のＸおよびＹ偏波を分離し、９０°光ハイブリッド１２３Ｘ及び１２３Ｙによって位相を分離すると同時に、バランス受信器１２４により、局発光とのビート成分を検出する。

ここで、偏波・位相ダイバーシティ受信器１１２に入力する信号光の入力パワーをＰｓとし、また、局発光のパワーをＰ_Ｌｏとすると、各バランス受信器１２４で検出される受信電流は以下の式（１）〜式（４）で表される。

式（１）〜式（４）の受信電流はそれぞれ、各ＸＹ偏波のＩＱ成分に対応する。式中において、αはＸＹ偏波間のパワーの比率、偏波間δは位相差、θｓ（ｔ）は局発光と信号光のビート光の位相、θｎ（ｔ）は位相雑音を表す。強度変調の場合はＰｓに、位相変調の場合はθｓ（ｔ）の変動を検出し、信号処理により復号を行う。

図８に、本実施形態の例を示す。本実施形態において、光信号レベル制御部２１は、光スプリッタ２１７、利得可変の光増幅器２１４、信号光パワーを検出するための光電変換器２１５、ＡＤＣ２１６、パワー検出・制御回路２１１、および利得可変の光増幅器２１４をフィードフォワード制御するための遅延線２１３を有する。パワーモニタ部２２は、光信号レベル制御部２１と同様、光スプリッタ２２７、信号光パワーを検出するための光電変換器２２５、ＡＤＣ２２６、パワー検出・制御回路２２１、および電気信号制御部１３において、受信信号をフィードフォワード制御するための遅延線２２３を有する。光コヒーレント受信部１１は、局発光源１１１、および偏波・位相ダイバーシティ受信器１１２を備える。電気信号制御部１３は、例えば利得可変ＴＩＡ１３１ａと、ＡＤＣ１３２ａを備える。

光信号レベル制御部２１は、光スプリッタ２１７によって分岐した信号光の一部を、光電変換器２１５を用いて光電変換し、ＡＤＣ２１６を用いて標本化・量子化した後、パワー検出・制御回路２１１を用いて信号光パワーを検出する。パワー検出・制御回路２１１は、検出した信号光パワーと、予め設定したパワー閾値とを比較し、利得可変の光増幅器２１４の増幅利得を決定後、パワー検出・制御回路２１１によって光増幅器２１４をフィードフォワード制御する。

遅延線２１３を通った信号光（主信号）は、上記のとおり、パワー検出・制御回路２１１で検出した信号光パワーをもとに、高速のフィードフォワード制御によって増幅利得を二値で制御した利得可変の光増幅器２１４を用いて光増幅される。

光増幅された主信号は、パワーモニタ部２２の光スプリッタ２２７を用いて再度分岐される。光信号レベル制御部２１と同様に、分岐された主信号の一部を用いて、光電変換器２２５、およびＡＤＣ２２６によって、受信信号光を光電変換、および標本化・量子化したのち、パワー検出・制御回路２２１に入力される。パワー検出・制御回路２２１は、信号光パワーを検出し、パワー検出・制御回路２２１において予め設定した検出パワーと制御信号値のテーブルと比較し、電気信号制御部１３に伝達する制御信号値を決定する。検出した信号光パワーは、制御情報伝達経路により、電気信号制御部１３に伝達される。また、Ｘ・Ｙ偏波の各ＩＱ成分の利得可変ＴＩＡ１３１ａの増幅利得は、前述のパワーモニタ部２２によって決定される共通の値となる。

主信号はパワーモニタ部２２の遅延線２２３を通過後、偏波・位相ダイバーシティ受信器１１２において、偏波・位相分離、および局発光と合波されたのち、光電変換される。光電変換された主信号のＸ・Ｙ偏波の各ＩＱ成分の受信信号電流は、それぞれ利得可変ＴＩＡ１３１ａによって、システムの想定する電圧振幅の範囲となるよう電流／電圧変換され、ＡＤＣ１３２ａ、およびデジタル信号処理部１４に入力される。

上記の光信号レベル制御部２１の光電変換器２１５およびパワーモニタ部２２の光電変換器２２５では、信号光を二乗検波するため、検出パワーは信号光の位相、および偏波状態によらない。また、パワーモニタ部２２は光増幅後の信号光パワーを検出するため、光信号レベル制御部２１単体では検出できない低い信号光パワーを検出可能である。さらに、主信号の光増幅による信号帯雑音比の改善も期待される。

図９に、光信号レベル制御部２１の入出力特性例を示す。本実施形態に係るＯＬＴ９１において、想定する入力パワーの範囲の上限をＰ_１、下限をＰ_２とした場合、ＯＬＴ９１の受信ダイナミックレンジはＰ_１−Ｐ_２となる。このとき、図９に示すように、パワー閾値Ｐ_ｔｈを（Ｐ_１−Ｐ_２）／２とし、Ｐ_１、Ｐ_ｔｈのパワーを持つ信号光が入力されたとき、同一の出力パワーとなるよう低利得、および高利得で光増幅器２１４を制御した場合、固定利得の光増幅器の適用時と比較し、光コヒーレント受信部１１に入力される信号パワーの範囲は、半分に低減される。したがって、光信号レベル制御部２１から後段の各素子の受信ダイナミックレンジを軽減することができる。また、光増幅の効果によって、パワーモニタ部２２の最小受信感度が向上し、より低いパワーの信号光を検出することができるようになる。

図１０に、利得可変ＴＩＡ１３１ａの入出力特性例を示す。パワーモニタ部２２で検出した光増幅後のパワーをもとに、利得可変ＴＩＡ１３１ａの利得切替閾値と比較し、増幅利得を切り替えることで、ＡＤＣ１３２ａにおけるＡＤ変換時の量子化雑音の影響が無視可能な範囲であるＰ’_１からＰ’_２の範囲にまで受信信号パワーを制御する。

このとき、図１１に示すように、検出パワーに応じて利得を切替え、出力パワーを一定値にそろえても良い。この場合、ＡＤＣ１３２ａに入力される受信信号振幅はＯＬＴ９１への入力信号光パワーによらず一定となる。以上により、バースト信号受信時における受信ダイナミックレンジの狭窄化を防ぐことができる。

しかし、想定するシステムによっては、光信号レベル制御部２１のパワー閾値Ｐ_ｔｈが光信号レベル制御部２１のパワー検出・制御回路２１１の受光感度限界付近となってしまい、光信号レベル制御部２１および電気信号制御部１３の動作が不安定となる場合がある。そこで、図１２に示すように、光信号レベル制御部２１のパワー閾値Ｐ_ｔｈを、パワー検出のしやすい高入力パワーとなる値に設定することも考えられる。

図１３に、利得可変ＴＩＡ１３１ａの入出力特性例を示す。図１０と同様に、パワーモニタ部２２で検出した光増幅後のパワーをもとに、利得可変ＴＩＡ１３１ａの利得切替閾値と比較し、増幅利得を切り替えることで、ＡＤ変換時の量子化雑音の影響が無視可能な範囲であるＰ’_１からＰ’_２の範囲にまで受信信号パワーを制御する。

このとき、図１４に示すように、検出パワーに応じて利得を切替え、出力パワーを一定値にそろえても良い。図９〜図１１に記載の制御手法と比較し、光信号レベル制御部２１の後段の素子に要求される受信ダイナミックレンジは多少増大するものの、長期安定性が得られる。また、図９〜図１１に記載の制御手法と同様に、バースト信号受信時における受信ダイナミックレンジの狭窄化を防ぐことができる。

（実施形態２）
本実施形態の例を図１５に示す。本実施形態の電気信号制御部１３は、例えば固定利得ＴＩＡ１３１ｂと入力レンジ可変のＡＤＣ１３２ｂを備える。本実施形態では、実施形態１と同様に、光信号レベル制御部２１の利得可変の光増幅器２１４を制御し、光コヒーレント受信部１１に入力する信号パワーの範囲を狭めると同時に、パワーモニタ部２２において、光増幅器２１４で光増幅後の信号光パワーレベルを検出する。電気信号制御部１３では、主信号を線形に電流／電圧変換したのち、検出したパワーをもとにＡＤＣ１３２ｂの最大入力レンジをフィードフォワード制御し、標本化・量子化する。デジタル信号処理部１４は、ＡＤＣ１３２ｂからのデジタル信号値の範囲を、システムで想定する値の範囲内に制御する。

光信号レベル制御部２１、および電気信号制御部１３の入出力特性例を図１６に示す。図１７に、入力レンジが可変のＡＤＣ１３２ｂの入出力特性例を示す。パワーモニタ部２２で検出した光増幅後のパワーをもとに、ＡＤＣ１３２ｂの入力レンジ切替閾値と比較し、入力信号に応じてＡＤＣ１３２ｂの入力レンジを切り替えることで、量子化誤差による影響が無視可能な範囲まで受信信号振幅とＡＤＣ１３２ｂの入力レンジ間の比率を低減する。図１８に示すように、検出パワーに応じてＡＤＣ１３２ｂの入力レンジを線形に制御しても良い。この場合、デジタル信号処理部１４に入力されるデジタル信号値の範囲はＯＬＴ９１への入力信号光パワーによらず一定となる。

また、実施形態１と同様に、光信号レベル制御部２１のパワー閾値Ｐ_ｔｈが光信号レベル制御部２１のパワー検出・制御回路２１１の受光感度限界付近となってしまい、光信号レベル制御部２１および電気信号制御部１３の動作が不安定となる場合がある。そこで、図１９に示すように、光信号レベル制御部２１のパワー閾値Ｐ_ｔｈを、パワー検出のしやすい高入力パワーとなる値に設定することも考えられる。図１６〜図１８に記載の制御手法と比較し、光信号レベル制御部２１の後段の素子に要求される受信ダイナミックレンジは多少増大するものの、長期安定性が得られる。また、図１６〜図１８に記載の制御手法と同様に、バースト信号受信時における受信ダイナミックレンジの狭窄化を防ぐことができる。実施形態１の利得可変ＴＩＡと、入力レンジが可変のＡＤＣは組み合わせて適用することも可能である。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

９１：ＯＬＴ
９２：光スプリッタ
１０：光受信部
１１：光コヒーレント受信部
１１１：局発光源
１１２：偏波・位相ダイバーシティ受信器
１２１：ＰＢＳ
１２２：ＢＳ
１２３Ｘ、１２３Ｙ：９０°光ハイブリッド
１２４：バランス受信器
１３：電気信号制御部
１３１ａ：利得可変ＴＩＡ
１３１ｂ：固定利得ＴＩＡ
１３２、１３２ａ、１３２ｂ：ＡＤＣ
１４：デジタル信号処理部
２１：光信号レベル制御部
２１１、２２１：パワー検出・制御回路
２１３、２２３：遅延線
２１４：光増幅器
２１５、２２５：光電変換器
２１６、２２６：ＡＤＣ
２１７、２２７：光スプリッタ
２２：パワーモニタ部
３１１：パワー検出・制御回路
３１２：光可変減衰器
３１３：遅延線
３１４：光増幅器
３１７：光スプリッタ
１３１：高線形のＴＩＡ

Claims

加入者装置が送信する時間的に間欠な光信号をデジタルコヒーレント受信する局側装置の光受信装置であって、
前記光信号の信号光パワーに応じて、前記光信号の信号光パワーを制御して出力する光信号レベル制御部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号の信号光パワーを検出するパワーモニタ部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号を光コヒーレント受信したのちに光電変換して出力する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を制御したのちにデジタル信号に変換して出力する電気信号制御部と、
前記電気信号制御部からの出力信号のデジタル処理を行うデジタル信号処理部と、
を備え、
前記電気信号制御部は、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を増幅するＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と、
前記ＴＩＡからの出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、前記デジタル信号処理部に出力するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、を備え、
前記ＴＩＡは、前記パワーモニタ部で検出した信号光パワーに応じて、前記ＡＤＣに入力されるアナログ信号の振幅が所定の一定範囲になるように利得を切替えて、前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を増幅する利得可変ＴＩＡである、
光受信装置。
加入者装置が送信する時間的に間欠な光信号をデジタルコヒーレント受信する局側装置の光受信装置であって、
前記光信号の信号光パワーに応じて、前記光信号の信号光パワーを制御して出力する光信号レベル制御部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号の信号光パワーを検出するパワーモニタ部と、
前記光信号レベル制御部からの出力信号を光コヒーレント受信したのちに光電変換して出力する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を制御したのちにデジタル信号に変換して出力する電気信号制御部と、
前記電気信号制御部からの出力信号のデジタル処理を行うデジタル信号処理部と、
を備え、
前記電気信号制御部は、
前記光コヒーレント受信部からの出力信号の振幅を、予め定められた利得で増幅するＴＩＡと、
前記ＴＩＡからの出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、前記デジタル信号処理部に出力するＡＤＣと、を備え、
前記ＡＤＣは、前記パワーモニタ部で検出した信号光パワーに応じて、最大入力レンジを可変する入力レンジ可変のＡＤＣである、
光受信装置。
前記光信号レベル制御部は、
前記光信号の信号光パワーを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器に入射する前記光信号の信号光パワーを検出する光電変換器と、
前記光電変換器で検出された信号光パワーを基に、前記光増幅器の利得を制御するパワー制御部と、を備え、
前記パワー制御部は、前記光電変換器で検出された信号光パワーと前記局側装置の受信ダイナミックレンジで定められるパワー閾値とを比較し、比較結果に基づいて、前記光信号の信号光パワーの範囲を削減する、
請求項１又は２に記載の光受信装置。