JP7070431B2 - 受信装置、送信装置、光通信システムおよび光通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに関するものであり、特に、スーパーナイキスト方式による光通信システムに関するものである。

近年、１００Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）超の大容量基幹系光通信システムでは、デジタルコヒーレント方式が用いられている。また、そのような光通信システムでは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）といった多値変調方式による通信が実用化されている。また、さらなる大容量化を目指して３２ＱＡＭや６４ＱＡＭといった、より高次の多値変調方式の開発も行われている。

このような多値化による大容量化と並行して、信号帯域を狭窄化して波長多重化（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexer）することにより周波数利用効率を向上させる伝送方式の研究開発も盛んに行われている。代表的な例としては、これまで広く用いられてきたＮＲＺ（Non - Return Zero）方式の伝送と比べて、より信号スペクトルの狭帯域化が可能なナイキスト伝送方式のような方式が挙げられる。また、信号ボーレートよりもさらに信号帯域幅を狭くするスーパーナイキスト伝送方式といった高度な信号帯域狭窄技術も研究されている。このように、信号帯域を狭窄化することにより波長多重伝送時のチャネル間隔を密にし、光ファイバ１本当たりの伝送容量を向上させるアプローチも、多値化と合わせて重要視されている。

特に、１Ｔｂｐｓ（Tera bit per second）以上の光伝送システムでは、実現可能性を考慮すると、複数のサブキャリアを波長多重して１Ｔｂｐｓ伝送を実現するサブキャリア多重方式が有効である。サブキャリア間隔が密になればなるほど、周波数利用効率が向上するため、サブキャリア多重間隔を狭くして伝送を行う技術が重要となる。そのため、サブキャリア間隔を密にして波長多重伝送を行う技術の開発が盛んに行われている。そのような、サブキャリア間隔を密にして波長多重伝送を行う技術としては、例えば、非特許文献１のような技術が開示されている。

非特許文献１の光伝送システムは、デジタルコヒーレント方式の偏波多重多値光信号の伝送を行う通信システムである。非特許文献１の光伝送システムでは、主信号を狭帯域化するスペクトル整形処理が施されている。非特許文献１は、狭帯域化を行うことで、チャネル間の干渉を抑制しながら波長多重間隔を狭めることができるとしている。

Ｋｏｊｉ Ｉｇａｒａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．、"Ｕｌｔｒａ－Ｌｏｎｇ－Ｈａｕｌ Ｈｉｇｈ－Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｓｕｐｅｒ－Ｎｙｑｕｉｓｔ－ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒｓ"、ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、２０１５年３月１日、ＶＯＬ．３３、ＮＯ．５、ｐ１０２７－１０３６

しかしながら、非特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。非特許文献１のように、送信する信号に信号ボーレートよりも狭くなるような狭帯域化の処理を施した場合には、ナイキストの第１基準を満たさなくなることから主信号波形には歪みが生じる。そのような、波形の歪みの影響は、帯域を狭くするほど顕著となり伝送特性を大きく劣化させる。非特許文献１では、このような波形歪みによる特性劣化をＭＬＳＥ（Maximum Likelihood Sequence Estimation）等化器に代表される最尤推定アルゴリズムを用いて、送信シンボルを復元する方式が開示されている。この手法は偏波分離や偏波モード分散補償に代表される動的な波形整形処理を実現する受信側の適応等化が適切に行われることを前提としている。そのため、波形歪みが原因で適応等化の収束性が悪化、あるいは、収束しない場合など、復調処理が不安定な状態に対しては対応することができない。すなわち、スーパーナイキスト方式のようなボーレート以下の帯域の信号を伝送するために送信側で狭帯域化を施すと、波形歪みが顕著となり、受信側において信号を正しく復元することが出来ずに通信が不安定になる恐れがある。そのため、非特許文献１に開示された方式では、スーパーナイキスト方式のようなボーレート以下の間隔でサブキャリアを多重化した信号を伝送し、通信を安定して行う技術としては十分ではない。

本発明は、上記の課題を解決するため、ボーレート以下の間隔でサブキャリアを多重化した通信を安定して行うことができる受信装置、送信装置および光通信方法を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の送信装置は、複数の光送信手段と、多重手段を備えている。また、光送信手段は、帯域狭窄手段と、電気／光変換手段をさらに備えている。帯域狭窄手段は、受信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、信号の帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う処理を帯域狭窄フィルタ処理として施す。電気／光変換手段は、帯域狭窄手段が帯域幅をボーレート以下にした信号を基に、それぞれ割り当てられたチャネルに対応する光信号を生成する。多重手段は、複数の光送信手段から出力される各チャネルの光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化し多重信号として出力する。

また、本発明の受信装置は、分離手段と、複数の光受信手段を備えている。また、光受信手段は、光／電気変換手段と、帯域復元手段をさらに備えている。分離手段は、送信側において各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号をチャネルごとの光信号に分離する。光／電気変換手段は、それぞれ割り当てられたチャネルの光信号を電気信号に変換し受信信号として出力する。帯域復元手段は、送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、受信信号に帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して受信信号の帯域を復元する。

本発明の光通信方法は、各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号をチャネルごとの光信号に分離する。本発明の光通信方法は、それぞれ割り当てられたチャネルの光信号を電気信号に変換して受信信号として出力する。本発明の光通信方法は、送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、受信信号に帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して受信信号の帯域を復元する。

本発明によると、ボーレート以下の間隔でサブキャリアを波長多重化した通信を安定して行うことができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第１の実施形態の送信装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の受信装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の光送信器の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態の光受信器の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態における送信信号の信号スペクトルのイメージを示す図である。 本発明の第２の実施形態における帯域狭窄フィルタ特性の例を示した図である。 本発明の第２の実施形態における受信信号の信号スペクトルのイメージを示す図である。 本発明と対比した構成の光通信システムの構成の例を示す図である。 ＮＲＺ波形の信号スペクトルの例を示す図である。 ナイキスト波形の信号スペクトルの例を示す図である。 ナイキスト方式の波長多重のイメージを示す図である。 本発明と対比した構成の光通信システムの構成の例を示す図である。 スーパーナイキスト波形の信号スペクトルの例を示す図である。 スーパーナイキスト波形の波長多重イメージを示す図である。 本発明の第３の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第３の実施形態の光受信器の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第４の実施形態の光受信器の構成を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の光通信システムの構成の概要を示したものである。本実施形態の光通信システムは、送信装置１０と、受信装置２０を備えている。送信装置１０と受信装置２０は、伝送路３００を介して接続されている。

送信装置１０の構成について説明する。図２は、本実施形態の送信装置１０の構成を示したものである。本実施形態の送信装置１０は、複数の光送信手段１１と、多重手段１２を備えている。また、光送信手段１１は、帯域狭窄手段１３と、電気／光変換手段１４をさらに備えている。帯域狭窄手段１３は、受信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、信号の帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う処理を帯域狭窄フィルタ処理として施す。電気／光変換手段１４は、帯域狭窄手段１３が帯域幅をボーレート以下にした信号を基に、それぞれ割り当てられたチャネルに対応する光信号を生成する。多重手段１２は、複数の光送信手段１１から出力される各チャネルの光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化して多重信号として出力する。また、電気／光変換手段１４は、デジタル領域で帯域狭窄フィルタ処理されたデジタル信号をアナログ電気信号に変換するデジタル／アナログ変換手段を含む。デジタル／アナログ変換手段は、図２において省略している。

受信装置２０の構成について説明する。図３は、本実施形態の受信装置２０の構成を示したものである。本実施形態の受信装置２０は、分離手段２１と、複数の光受信手段２２を備えている。また、光受信手段２２は、光／電気変換手段２３と、帯域復元手段２４をさらに備えている。分離手段２１は、送信側において各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号をチャネルごとの光信号に分離する。光／電気変換手段２３は、それぞれ割り当てられたチャネルの光信号を電気信号に変換し受信信号として出力する。帯域復元手段２４は、送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、受信信号に帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して受信信号の帯域を復元する。また、光／電気変換手段２３は、光信号から電気信号に変換されたアナログ信号をデジタル信号へと変換するアナログ／デジタル変換手段を含む。アナログ／デジタル変換手段は、図３において省略している。

本実施形態の送信装置１０は、帯域狭窄手段１３において受信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、信号の帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う処理を行っている。また、本実施形態の送信装置１０は、多重手段１２において複数の光送信手段１１から出力される各チャネルの光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化して出力している。本実施形態の送信装置１０は、受信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、帯域幅をボーレート以下にしている。

また、本実施形態の受信装置２０は、分離手段２１においてボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号をチャネルごとの光信号に分離し、帯域復元手段２４において送信側で施された帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の帯域復元フィルタ処理を施している。すなわち、帯域復元手段２４において、送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて受信信号の帯域を復元していることから、帯域狭窄前の送信原信号により近い信号スペクトルを復元することができる。そのため、本実施形態の受信装置２０は、受信した信号の処理を安定して行うことができる。その結果、本実施形態の受信装置２０を用いることで、ボーレート以下の間隔でサブキャリアを波長多重化して伝送する光通信システムにおいて、安定した通信を行うことができる。

また、本実施形態の光通信システムでは、各チャネルの信号がボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号が伝送路３００を介して送信装置１０から受信装置２０に伝送される。本実施形態の光通信システムは、送信装置１０および受信装置２０によって通信を行うことで、ボーレート以下の間隔でサブキャリアを波長多重化して伝送する際に、安定した通信を行うことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図４は、本実施形態の光通信システムの構成の概要を示したものである。本実施形態の光通信システムは、送信装置１００と、受信装置２００を備えている。送信装置１００と受信装置２００は、光ファイバ伝送路３０１を介して接続されている。

本実施形態の光通信システムは、送信装置１００から受信装置２００に光ファイバ伝送路３０１を介して波長多重化された光信号を伝送するデジタル光通信システムである。本実施形態の光通信システムは、サブキャリアを多重化したデジタルコヒーレント方式の通信を行う。また、本実施形態の通信システムは、ボーレート以下の帯域幅のサブキャリアをボーレート以下の波長間隔で波長多重化するスーパーナイキスト伝送方式によって通信を行う。

送信装置１００は、複数の光送信器３０と、合波器５１を備えている。送信装置１００は、各光送信器３０が生成する各チャネルに対応するボーレート以下の帯域幅のサブキャリアを、合波器５１でボーレート以下の波長間隔で波長多重化した波長多重信号を光ファイバ伝送路３０１に送信する。

光送信器３０の構成について説明する。図５は、本実施形態の光送信器３０の構成を示したものである。光送信器３０は、送信線形等化器３１と、電気／光変換器３３と、送信係数演算部３４を備えている。また、送信線形等化器３１は、帯域狭窄フィルタ３２をさらに備えている。本実施形態の光送信器３０は、第１の実施形態の光送信手段１１に相当する。

送信線形等化器３１は、帯域狭窄フィルタ３２によって送信原信号の信号帯域幅をボーレート以下に帯域制限する。帯域狭窄フィルタ３２によって送信原信号にフィルタ処理を施して帯域制限を行う際のフィルタ形状は、送信係数演算部３４から入力される。また、本実施形態の送信線形等化器３１および帯域狭窄フィルタ３２は、第１の実施形態の帯域狭窄手段１３に相当する。

電気／光変換器３３は、送信線形等化器３１から入力される電気信号を光信号に変換して出力する。電気／光変換器３３は、光源と、送信線形等化器３１から入力される電気信号を基に光源から出力された光に変調を施す変調器を備えている。電気／光変換器３３の出力する光信号の波長は、割り当てられたチャネルと光通信システムの波長設計に基づいて設定されている。電気／光変換器３３から出力された光信号はサブキャリアとして合波器５１に送られる。また、本実施形態の電気／光変換器３３は、第１の実施形態の電気／光変換手段１４に相当する。

送信係数演算部３４は、外部から入力される帯域狭窄パラメータに基づいて、帯域狭窄フィルタ３２のフィルタ形状を設定する。送信係数演算部３４は、受信装置２００の光受信器４０と帯域狭窄パラメータの情報を共有している。

合波器５１は、各光送信器３０からサブキャリアとして入力される光信号を波長多重化して光ファイバ伝送路３０１に出力する。合波器５１には、例えば、アレイ導波路回折格子（Arrayed Waveguide Gratings：ＡＷＧ）が用いられる。合波器５１は、複数の光送信器３０から送られてくるボーレート以下の波長間隔のサブキャリアを多重化して出力する。また、本実施形態の合波器５１は、第１の実施形態の多重手段１２に相当する。

受信装置２００は、複数の光受信器４０と、分波器５２を備えている。受信装置２００は、光ファイバ伝送路３０１を介して、ボーレート以下の波長間隔でサブキャリアが波長多重化された多重信号を、分波器５２で分離し、各チャネルに対応する光受信器４０で受信信号の処理を行う。送信装置１００の光送信器３０および受信装置２００の光受信器４０は、光通信システムで通信を行う際のチャネルの数に対応するように備えられている。

光受信器４０の構成について説明する。図６は、本実施形態の光受信器４０の構成を示したものである。光受信器４０は、光／電気変換器４１と、静的線形等化器４２と、適応等化器４４と、識別器４５と、受信係数演算部４６を備えている。また、静的線形等化器４２は、帯域復元フィルタ４３をさらに備えている。本実施形態の光受信器４０は、第１の実施形態の光受信手段２２に相当する。

光／電気変換器４１は、分波器５２から入力される光信号を電気信号に変換する。光／電気変換器４１は、入力された光信号を電気信号に変換する受光素子を備えている。光／電気変換器４１は、電気信号に変換した受信信号をデジタル信号として静的線形等化器４２に送る。また、本実施形態の光／電気変換器４１は、第１の実施形態の光／電気変換手段２３に相当する。

静的線形等化器４２は、光ファイバ伝送路３０１で生じる波長分散による波形歪みを補償する波長分散補償など、デジタルコヒーレント方式で一般的に実施される静的な波形歪み補償に加え、信号の帯域を復元する機能を有する。静的線形等化器４２は、送信側で施された帯域狭窄フィルタ処理とは逆の特性を有するフィルタ処理を行って帯域を復元する。

静的線形等化器４２は、帯域復元フィルタ４３によって送信側で施した帯域狭窄フィルタ処理とは逆の特性を有するフィルタ処理を行って受信信号の帯域を復元する。帯域復元フィルタ４３は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error：最小２乗誤差）規範に基づいて帯域の復元を行う。帯域復元フィルタ４３が受信信号に帯域復元処理を施す際のフィルタ形状は、受信係数演算部４６からフィルタ係数として入力される。帯域復元フィルタ４３において帯域復元処理が行われた受信信号は、適応等化器４４に送られる。また、本実施形態の静的線形等化器４２および帯域復元フィルタ４３は、第１の実施形態の帯域復元手段２４に相当する。

適応等化器４４は、静的線形等化器４２の帯域復元フィルタ４３から送られてくる受信信号に対し、偏波分離や偏波モード分散補償などデジタルコヒーレント方式で一般的に実施される動的な波形整形処理を実現するための適応等化処理を施す。適応等化器４４は、適応等化処理を施した受信信号を識別器４５に送る。

識別器４５は、適応等化器４４から入力される受信信号を「１」または「０」のデジタルビット列に識別して、ビット列の信号として出力する。

受信係数演算部４６は、送信側と情報を共有している帯域狭窄パラメータと、受信信号の品質に基づく雑音パラメータを基に、送信側の帯域狭窄フィルタ特性とは逆のフィルタ特性をフィルタ係数として算出する。受信係数演算部４６は、送信側の帯域狭窄フィルタ特性とは逆のフィルタ係数をＭＭＳＥ規範に基づいて算出する。送信側で帯域を制限する際に用いた帯域狭窄フィルタの情報は、あらかじめ対応する光送信器３０との間で共有されている。送信側で帯域を制限する際に用いた帯域狭窄フィルタの情報は、例えば、通信管理システムや管理者によって受信係数演算部４６に入力される。

分波器５２は、光ファイバ伝送路３０１から入力される多重信号を各サブキャリア、すなわち、各チャネルの光信号に分離し、各チャネルに対応する光受信器４０に送る。分波器５２は、例えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が用いられる。また、本実施形態の分波器５２は、第１の実施形態の分離手段２１に相当する。

光ファイバ伝送路３０１は、光ファイバおよび光増幅器等によって構成され、波長多重化された光信号を伝送する。

本実施形態の光通信システムの動作について説明する。光通信システムの稼動開始の際の設定時などに、帯域狭窄パラメータの情報が光送信器３０および光受信器４０に設定される。帯域狭窄パラメータの情報の設定は、通信管理システムや管理者等によって行われる。帯域狭窄パラメータは、送信原信号にどのようなフィルタ処理を施して、信号の帯域を狭めるかを示した情報である。

光送信器３０に入力された帯域狭窄パラメータの情報は、送信係数演算部３４に送られる。送信係数演算部３４は、帯域狭窄パラメータの情報を受け取ると、帯域狭窄パラメータと送信線形等化器の特性を基に、帯域狭窄フィルタ３２が送信原信号にフィルタ処理を施す際のフィルタ係数を算出する。

帯域狭窄フィルタについて説明する。図７は、帯域狭窄フィルタ３２において、信号スペクトルを整形する際のスペクトル形状のイメージを示している。図７の上段は、送信原信号のスペクトル形状を示している。図７の中段は、帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）のフィルタ特性を示している。また、図７の下段は、帯域狭窄フィルタ３２でフィルタ処理を施した後の信号スペクトルの形状を示している。

スーパーナイキスト方式では、ナイキスト方式の送信原信号に対して、さらに帯域狭窄フィルタを施すことでボーレート以下の帯域幅に制限した送信用の信号が生成される。

図７の上段では、送信原信号のスペクトル帯域幅はボーレート近傍まで制限されてはいるが、信号成分は、ボーレートよりもやや広がっている。通常のナイキスト伝送方式の場合には、図７の上段のようなスペクトル形状の信号を波長多重するが、ボーレート以下の間隔で波長多重を行うと、隣接チャネルとのクロストークによって信号の特性が著しく劣化する。

一方で、本実施形態で用いているスーパーナイキスト方式では、図７の中段に示す帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）による処理を送信原信号に施すことにより、信号スペクトル帯域幅は、ボーレート以下に狭窄される。帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）による処理を施された図７の下段のように信号スペクトル帯域幅の信号を多重化することで、クロストークによる特性劣化を生じさせることなくボーレート以下の間隔で波長多重を行うことが可能となる。帯域狭窄フィルタによる処理を施すことにより、符号間干渉が生じて信号品質劣化が生じる恐れはあるが、受信側で補償することで符号間干渉の影響を抑制することができる。よって、帯域狭窄によるボーレート以下の波長多重間隔による多重信号の伝送を行うスーパーナイキスト方式を用いることで、周波数利用効率を向上することができる。

図８は、帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）の例を示している。図８は、ベースバンド信号に対するフィルタ特性を示している。すなわち、図８は、図７の中段に示した光スペクトルに対するフィルタ特性において、キャリア周波数を０とした時の片側半分だけを示したものである。図８に示す帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）は、ナイキストフィルタで用いられるコサインロールオフフィルタのロールオフ特性を、そのまま低周波側にシフトした特性を持つ。通常のコサインロールオフフィルタでは、ボーレートの１／２の周波数ｆ１で、振幅特性も０．５と半分になる。一方で、図８の帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）では、振幅特性が０．５となる周波数ｆ２が低周波側に平行シフトしている。ｆ２／ｆ１の比率を帯域狭窄パラメータとすると、帯域狭窄パラメータが小さい程、信号スペクトル帯域幅が狭くなる。例えば、帯域狭窄パラメータが０．９の場合、通常のナイキスト方式と比較して１０パーセント帯域幅が狭窄される。

図８では、コサインロールオフ特性を基にした帯域狭窄フィルタの例を示しているが、信号帯域を狭窄化する特性に基づいたものであれば、他の帯域狭窄フィルタを用いてもよい。

光送信器３０に光ファイバ伝送路３０１で伝送を行うための信号が送信原信号として入力されると、送信原信号は送信線形等化器３１に送られる。送信線形等化器３１に送信原信号が入力されると、帯域狭窄フィルタ３２は、送信原信号に帯域狭窄フィルタ処理を施す。帯域狭窄フィルタ３２は、送信係数演算部３４から受け取るフィルタ係数に基づいて、送信原信号にフィルタ処理を施す。

帯域狭窄フィルタ３２は、フィルタ処理を施した信号を電気／光変換器３３に送る。電気／光変換器３３は、信号を受け取ると受け取った信号を基に光信号を生成する。電気／光変換器３３は、生成した光信号を合波器５１に送る。

各光送信器３０から光信号が各チャネルのサブキャリアとして入力されると、合波器５１は、各光送信器３０からの光信号、すなわち、サブキャリアを波長多重化する。合波器５１は、各光送信器３０から送られてくるサブキャリアをボーレート以下の波長間隔で波長多重化して多重信号として光ファイバ伝送路３０１に送信する。送信装置１００の合波器５１から送信された多重信号は、光ファイバ伝送路３０１を伝送され、受信装置２００に送られる。

光ファイバ伝送路３０１を伝送された多重信号は、受信装置２００の分波器５２に入力される。分波器５２は、入力された多重信号を各チャネルに対応する光信号に分離して、対応する光受信器４０にそれぞれ送る。各光受信器４０に送られた光信号は、光／電気変換器４１に入力される。

光／電気変換器４１は、入力された光信号、すなわち、受信信号を電気信号に変換し、デジタル信号として静的線形等化器４２に送る。

受信信号が入力されると、静的線形等化器４２は、帯域復元フィルタ４３で受信信号にフィルタ処理を施し、送信側で帯域狭窄が行われた受信信号の帯域を復元する。帯域復元フィルタは、送信側の帯域狭窄フィルタとは逆の特性を有する。帯域復元フィルタのフィルタ係数は、受信係数演算部４６の演算処理によって決定され、受信係数演算部４６から帯域復元フィルタ４３に入力される。

受信係数演算部４６は、通信管理システムや管理者から入力される帯域狭窄パラメータおよび光ファイバ伝送路３０１の雑音を示す雑音パラメータを基に帯域復元フィルタの形状を示すデータを生成する。

帯域復元フィルタ処理について説明する。図９は、受信信号を処理する際のスペクトル形状のイメージを示している。図９の上段は、受信信号のスペクトル形状を示している。図９の中段は、帯域復元フィルタＨｒｘ（ｆ）のフィルタ形状を示している。また、図９の下段は、帯域復元後の信号のスペクトル形状を示している。図９の上段に示すとおり、送信側で帯域狭窄フィルタを施しているため、帯域復元前の受信信号は、信号主成分であるボーレート帯域内のうち、特に高周波成分が大きく減衰して波形が大きく歪んだスペクトル形状となっている。

図９の上段のような大きな波形歪みを伴った信号を次段の適応等化器に入力すると、適応等化アルゴリズムの収束性が著しく損なわれ、安定性を失う恐れがある。場合によっては、歪み波形が元になって収束せず発散して、同期外れが生じる可能性がある。そのような状態は、光通信システムとしては致命的な問題となり得る。

本実施形態の光通信システムでは、送信側で行われる帯域狭窄フィルタ処理とは逆の特性を有するような帯域復元フィルタ処理を行うことで、図９の下段に示す通り、高周波成分が持ち上げられる。そのため、帯域復元フィルタ処理によって、信号スペクトルを送信原信号のスペクトルに近づかせることができる。高周波成分が持ち上げられることで波形歪みを抑圧することができるので、後段の適応等化器の収束性は改善される。そのため、本実施形態の光通信システムでは、同期外れのない安定な通信状態を維持することができる。

また、図９の下段に示す通り、送信側で一度欠落した信号は、完全には元通りに復元不可能であるため、帯域復元フィルタ処理後の信号には若干の波形歪みが残留し、特性劣化が生じる。しかし、特性劣化量が誤り訂正限界を下回っていれば、正常に通信を継続することができる。そのため、本実施形態の光通信システムでは、回路規模や電力の使用量が大きいＭＬＳＥ（Maximum Likelihood Sequence Estimation）等化器を用いなくても、周波数利用効率を向上させつつ正常な通信の継続を行うことが可能になる。

帯域復元フィルタＨｒｘ（ｆ）の例について説明する。送信側で高周波成分を除去して帯域狭窄を行った場合、受信側ではその逆特性として高周波成分を増幅させる処理を行えばよい。しかし、伝送後の受信信号には雑音成分が重畳されるため、高周波成分を増幅させると、信号成分だけでなく雑音成分も増幅されることで信号対雑音比が悪化して受信特性の劣化が生じる。そのため、雑音成分を考慮しながら減衰した信号成分を増幅するように適切なフィルタリング処理を施す必要がある。雑音成分を考慮しながら減衰した信号成分を増幅するように適切な特性を有するフィルタとしては、例えば、以下の数式１に示すＭＭＳＥ規範に基づいたフィルタ特性を有する帯域復元フィルタＨｒｘ（ｆ）を用いることができる。数式１に示す帯域復元フィルタＨｒｘ（ｆ）を用いてフィルタ処理を施すことで、高周波の雑音成分を増幅しすぎることなく、適切に信号成分を補償することが可能になる。

上記の数式１におけるＨｔｘ（ｆ）は、送信側で行った帯域狭窄フィルタの特性を示す。また、γは、雑音パラメータを示す。数式１に示す通り、雑音パラメータγは、例えば、光通信システムの立ち上げ時に、雑音パラメータγをスイープさせて適切な値を設定値として用いることができる。送信側で帯域狭窄を行う際の帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）の特性のデータは、通信管理システムや管理によって受信係数演算部４６に入力される。また、送信側の帯域狭窄フィルタＨｔｘ（ｆ）のデータは、光送信器３０で用いる帯域狭窄パラメータの情報が通信管理システムや管理者によって受信係数演算部４６に入力されあらかじめ共有されている。

受信係数演算部４６は、帯域狭窄パラメータと雑音パラメータγから数式１に基づいたフィルタ形状のデータを生成し、フィルタ係数として帯域復元フィルタ４３に送る。帯域復元フィルタ４３は、受信係数演算部４６から受け取るフィルタ係数を基に、受信信号に図９に示すような帯域復元フィルタ処理を施す。帯域復元フィルタ４３は、帯域復元フィルタ処理を行った受信信号を適応等化器４４に送る。

帯域復元フィルタ処理が行われた信号が入力されると、適応等化器４４は、入力された信号に適応等化処理を行い、識別器４５に送る。識別器４５は、適応等化器４４から信号を受け取ると、デジタルビット列として識別を行い、識別を行ったビット列に基づく信号を出力する。光／電気変換器４１、静的線形等化器４２、帯域復元フィルタ４３、適応等化器４４および識別器４５は、受信信号が入力されるごとに上記の動作を繰り返し行う。

図１０は、本実施形態の光通信システムとの対比した例として、ナイキスト伝送方式の光通信システムの構成を示した図である。図１０のＥ／Ｏ変換器は、本実施形態の電気／光変換器に相当する。また、図１０のＯ／Ｅ変換器は、本実施形態の光／電気変換器に相当する。図１１Ａは、ＮＲＺ（Non Return to Zero）方式の信号スペクトルを示している。また、図１１Ｂは、ナイキスト伝送方式における信号スペクトル示している。また、図１１Ｃは、ナイキスト伝送方式のサブキャリア波長多重のスペクトルイメージを示している。

ナイキスト伝送方式では、送信側の送信線形等化器および受信側の静的線形等化器がそれぞれコサインロールオフフィルタに基づいたルートナイキストフィルタを施す。コサインロールオフフィルタは、ナイキストの第１基準を満たす帯域制限フィルタとして用いられる。このような処理を行うことで、ナイキスト伝送方式では、符号間干渉（ＩＳＩ：Inter - Symbol interference）が無い状態で、信号帯域をボーレート近辺にまで狭窄することができる。よって、ナイキスト伝送方式ではＮＲＺ方式の信号スペクトルと比べて帯域幅を大幅に絞ることが可能となる。その結果、ナイキスト伝送方式では、図１１Ｃに示すように、高密度な波長多重を行うことが可能となる。

図１１Ｃでは、隣接サブキャリア信号とのクロストークが生じない最も狭い波長多重間隔で多重化した場合を示しているため、波長多重間隔は、信号ボーレートよりも若干広くなる。また、コサインロールオフフィルタは、ロールオフ率を可能な限り０に近づけると、信号スペクトル形状を矩形に近づけることが可能となり、限りなくボーレートに近い間隔で波長多重を実現することが可能になる。しかし、ロールオフ率が０の理想的な送信信号を実機で生成するには、Ｅ／Ｏ変換器を構成する光変調器やその駆動回路など送信フロントエンドデバイスのアナログ特性に対する要求が極めて厳しくなる。アナログ特性は、例えば、周波数特性、帯域内フラットネス、反射などの特性が該当する。また、波長多重間隔をボーレート以下にすることによってクロストークの影響により特性が著しく劣化する。

また、図１２は、本実施形態の方式による帯域狭窄および復元処理を行わずにボーレート以下の波長多重間隔で波長多重化を行う、通常のスーパーナイキスト伝送方式の構成の例を示したものである。図１２のようなスーパーナイキスト伝送方式では、送信線形等化器において信号帯域幅をボーレートよりも狭くするような帯域狭窄フィルタ処理を施し、ボーレート以下の高密度な波長多重間隔を実現している。

図１３Ａは、スーパーナイキスト方式における信号スペクトルイメージを示している。また、図１３Ｂは、スーパーナイキスト方式における波長多重イメージを示している。スーパーナイキスト方式では、図１３Ａおよび図１３Ｂに示しように、ボーレート以下の間隔で波長多重を行って周波数利用効率を向上させることが可能となる。しかし、スーパーナイキスト方式では、送信信号帯域をボーレート以下に削って情報量を欠落させているため、通常通りの受信処理では送信信号を復元することは困難である。そのため、図１２に示すように、受信側においてＭＬＳＥ（Maximum Likelihood Sequence Estimation）等化器に代表される最尤推定アルゴリズムを用いて、送信シンボルを復元する方式が用いられることがある。

しかし、そのようなスーパーナイキスト伝送方式では主に２つの大きな問題がある。１つ目の問題は、波形等化の安定性である。光受信器においては、波長分散補償などの静的な波形歪みを補償する静的線形等化器と、偏波処理を含む時間変動を伴う波形歪みを補償するための適応等化器の２つの波形等化処理が実施される。しかし、スーパーナイキスト伝送方式では、送信原信号の帯域よりも狭い帯域幅の信号を受信する。そのため、受信側で元の信号を復元する必要があるが、波長多重間隔を狭くして周波数利用効率を向上するために、信号帯域幅を狭くすればするほど、受信信号の波形歪みが大きくなり、適応等化部の収束性が著しく劣化する。場合によっては同期外れを起こす可能性があり、安定な通信ができなくなる。

２つ目の問題は、最尤推定アルゴリズムを用いた信号復元処理は、非常に複雑であることから、回路規模ならびに消費電力の増大を生じる。特に、光通信で適用される１００Ｇｂｐｓ以上のスループットでのＭＬＳＥ等化器をＬＳＩ実装することは技術的難易度が高いだけでなく、その回路規模は、現在の最先端プロセス用いても現実的ではない。

一方で、本実施形態の光通信システムは、送信側で送信原信号の帯域をボーレート以下にするために施した帯域狭窄フィルタと逆の特性を有する帯域復元フィルタ処理を受信側で施すことで受信信号の歪みを小さくすることができる。そのため、後段の適応等化器における適応等化処理における収束性が安定し、安定した通信を継続することが可能になる。

本実施形態の光通信システムは、光送信器３０において送信側と受信側であらかじめ共有されている帯域狭窄パラメータに基づいて、送信原信号に帯域狭窄フィルタ処理を施し各チャネルのサブキャリアに対応する光信号に変換している。また、各光送信器３０から出力されるサブキャリアを合波器５１でボーレート以下の波長間隔で多重化して、多重信号を光ファイバ伝送路３０１で伝送している。そのため、本実施形態の通信システムでは、周波数の利用効率を向上することができる。また、受信側において多重信号は、分波器５２において各チャネルの光信号に分離され、光／電気変換器４１で電気信号に変換された後、帯域狭窄フィルタとは逆の特性を有する帯域復元フィルタによって帯域の復元処理が施される。

本実施形態の光通信システムでは、光受信器４０において送信側とあらかじめ共有されている帯域狭窄パラメータと逆特性のフィルタ処理を施すことで、帯域狭窄前の送信原信号の信号スペクトルにより近い信号スペクトルを復元することができる。そのため、信号の歪みの影響を抑制することができるので適応等化器などにおける受信信号の処理を安定して行うことができる。そのため、回路規模や電力消費量の増大を生じるＭＬＳＥ等化器など用いなくても、信号を安定して復元することができるので、回路の小型化や省電力化を行うことができる。以上より、本実施形態の光通信システムは、複数のサブキャリア信号をボーレート以下の間隔で波長多重することが可能となり、周波数利用効率を向上させつつ通信を安定して行うことができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１４は、本実施形態の光通信システムの構成の概要を示したものである。

本実施形態の光通信システムは、送信装置１００と、受信装置４００を備えている。送信装置１００と受信装置４００は、光ファイバ伝送路３０１を介して接続されている。

本実施形態の光通信システムは、第２の実施形態と同様に送信装置１００から受信装置４００に光ファイバ伝送路３０１を介して波長多重化された光信号を伝送するデジタル光通信システムである。本実施形態の光通信システムは、第２の実施形態と同様にデジタルコヒーレント方式およびスーパーナイキスト伝送方式によって通信を行う。

第２の実施形態では、雑音パラメータにあらかじめ設定された固定値を用いて、受信側において帯域復元処理フィルタのフィルタ係数の算出を行っている。本実施形態では、そのような構成に代えて、光ファイバ伝送路３０１における雑音を計測した結果に基づいて雑音パラメータを決定し、帯域復元フィルタのフィルタ係数を算出することを特徴とする。

本実施形態の送信装置１００および光ファイバ伝送路３０１の構成と機能は、第２の実施形態と同様である。

受信装置４００は、複数の光受信器６０と、分波器５２を備えている。本実施形態の分波器５２の構成と機能は、第２の実施形態の分波器５２と同様である。また、光受信器６０は、本実施形態の光通信システムにおいて通信を行うチャネル数に対応するように備えられている。

光受信器６０の構成について説明する。図１５は、光受信器６０の構成を示したものである。光受信器６０は、光／電気変換器６１と、静的線形等化器６２と、適応等化器６４と、識別器６５と、受信係数演算部６６と、ＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio）モニタ部６７を備えている。また、静的線形等化器６２は、帯域復元フィルタ６３をさらに備えている。本実施形態の光／電気変換器６１、静的線形等化器６２、帯域復元フィルタ６３、適応等化器６４および識別器６５の構成と機能は、第２の実施形態の同名称の部位と同様である。

受信係数演算部６６は、あらかじめ光送信器３０との間で共有している帯域狭窄フィルタ特性と、ＯＳＮＲモニタ部６７から入力される受信信号のＯＳＮＲモニタ結果を用いて、ＭＭＳＥ規範に基づいた帯域復元フィルタ６３のフィルタ係数を算出する。受信係数演算部６６は、帯域復元フィルタ６３のフィルタ係数の算出結果を帯域復元フィルタ６３に送る。

受信係数演算部６６は、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果と雑音パラメータγとの関係を示すデータをあらかじめ保存している。受信係数演算部６６は、例えば、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果と最適な雑音パラメータγとの関係を示すデータを、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果と最適な雑音パラメータγの相関を測定したデータを基に多項式近似を行った近似曲線として保存している。また、受信係数演算部６６は、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果と最適な雑音パラメータγとの関係を示すデータを、受信信号のＯＳＮＲの測定値に基づくＬＵＴ（Look Up Table）として保存していてもよい。受信係数演算部６６は、あらかじめ保存しているデータを基に、ＯＳＮＲモニタ結果に対応する最適な雑音パラメータγを求め、フィルタ係数の演算を行う。受信信号のＯＳＮＲモニタ結果と最適な雑音パラメータγの関係のデータは、例えば、光受信器６０の製造時や光通信システム設置時等に行われる測定結果を基に作成される。

ＯＳＮＲモニタ部６７は、光／電気変換器６１の出力信号を監視し、受信信号のＯＳＮＲを計測する。ＯＳＮＲモニタ部６７は、受信信号のＯＳＮＲの測定結果を受信係数演算部６６にＯＳＮＲモニタ結果として送る。

本実施形態の光通信システムの動作について説明する。本実施形態の光通信システムにおいて、送信装置１００の各光送信器３０が送信原信号に帯域狭窄フィルタ処理を施して、波長多重化した多重信号を送信する動作は、第２の実施形態と同様である。また、本実施形態の光通信システムの受信装置４００の光受信器６０において、受信信号に帯域復元フィルタ処理を施し、識別器６５でデジタルビット列を識別して出力する動作も第２の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態の光通信システムは、帯域復元フィルタ６３のフィルタ係数を受信係数演算部６６がＯＳＮＲモニタ結果を基に算出する動作のみが、第２の実施形態の光通信システムの動作と異なる。よって、以下では、帯域復元フィルタ６３のフィルタ係数を受信係数演算部６６がＯＳＮＲモニタ結果を基に算出する動作について主に説明する。

光ファイバ伝送路３０１を伝送された多重信号は、受信装置４００の分波器５２で各チャネルの光信号に分離され、対応する光受信器６０に送られる。光受信器６０の光／電気変換器６１に光信号が入力されると、光信号は電気信号に変換されて、静的線形等化器６２およびＯＳＮＲモニタ部６７に送られる。

受信信号が入力されると、ＯＳＮＲモニタ部６７は、受信信号のＯＳＮＲを計測し、ＯＳＮＲモニタ結果として受信係数演算部６６に送る。受信係数演算部６６は、ＯＳＮＲモニタ結果を受け取ると、あらかじめ保存されているＯＳＮＲモニタ結果と雑音パラメータγの関係のデータを基に、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果に対応する雑音パラメータγを決定する。受信信号のＯＳＮＲモニタ結果に対応する雑音パラメータγを決定すると、受信係数演算部６６は、あらかじめ保存している帯域狭窄フィルタ特性と決定した雑音パラメータγを基に、帯域復元フィルタ６３のフィルタ係数を算出する。受信係数演算部６６は、帯域復元フィルタ６３のフィルタ係数を算出すると、算出したフィルタ係数を帯域復元フィルタ６３に送る。

帯域復元フィルタ６３は、受信信号とフィルタ係数を受け取ると、受信信号に受信係数演算部６６から受け取ったフィルタ係数に基づく帯域復元フィルタ処理を施す。帯域復元フィルタ処理を施すと、帯域復元フィルタ６３は、帯域復元を行った受信信号を適応等化器６４に送る。適応等化器６４は、帯域復元フィルタ６３から受信信号を受け取ると、受け取った受信信号に適応等化処理を施して識別器６５に出力する。識別器６５は、適応等化器６４から受信信号を受け取ると、受信信号のデジタルビット列を識別し、ビット列の信号として出力する。光受信器６０は、上記の動作によりＯＳＮＲモニタ結果を基に雑音パラメータγの最適化を繰り返しながら、受信信号の帯域復元および復号等の動作を継続する。

本実施形態の光通信システムは、第２の実施形態の光通信システムと同様の効果を有する。また、本実施形態の光通信システムでは、光受信器６０のＯＳＮＲモニタ部６７の監視結果を基にした雑音パラメータを基に、受信係数演算部６６において帯域復元フィルタのフィルタ形状を設定している。そのため、本実施形態の光通信システムは、光ファイバ伝送路３０１において実際に生じる雑音を考慮して、帯域復元フィルタの形状を設定することができるので、信号の復元の精度が向上し通信がより安定する。その結果、本実施形態の光通信システムは、複数のサブキャリア信号をボーレート以下の波長間隔で多重化して周波数効率を向上させつつ、より安定して通信を行うことができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１６は、本実施形態の光通信システムの構成を示したものである。本実施形態の光通信システムは、送信装置１００と、受信装置５００を備えている。送信装置１００と受信装置５００は、光ファイバ伝送路３０１を介して接続されている。

本実施形態の光通信システムは、第２の実施形態と同様に送信装置１００から受信装置５００に光ファイバ伝送路３０１を介して波長多重化された光信号を伝送するデジタル光通信システムである。本実施形態の光通信システムは、第２の実施形態と同様にデジタルコヒーレント方式およびスーパーナイキスト伝送方式によって通信を行う。

第３の実施形態では、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果を基に雑音パラメータを最適化していたが、本実施形態では、ＯＳＮＲに加えて最終的なビットエラーレート（ＢＥＲ：Bit Error Rate）を用いて雑音パラメータを最適化することを特徴とする。

本実施形態の送信装置１００および光ファイバ伝送路３０１の構成と機能は、第２の実施形態と同様である。

受信装置５００は、複数の光受信器７０と、分波器５２を備えている。本実施形態の分波器５２の構成と機能は、第３の実施形態の分波器５２と同様である。また、光受信器７０は、本実施形態の光通信システムにおいて通信を行うチャネル数に対応するように備えられている。

光受信器７０の構成について説明する。図１７は、光受信器７０の構成を示したものである。光受信器７０は、光／電気変換器７１と、静的線形等化器７２と、適応等化器７４と、識別器７５と、受信係数演算部７６と、ＯＳＮＲモニタ部７７と、雑音パラメータ算出部７８と、ＢＥＲモニタ部７９を備えている。また、静的線形等化器７２は、帯域復元フィルタ７３をさらに備えている。本実施形態の光／電気変換器７１、静的線形等化器７２、帯域復元フィルタ７３、適応等化器７４および識別器７５の構成と機能は第２の実施形態の同名称の部位と同様である。

受信係数演算部７６は、あらかじめ光送信器３０と共有している帯域狭窄パラメータと、雑音パラメータ算出部７８から入力される雑音パラメータγを基に、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を算出する。受信係数演算部７６は、雑音パラメータ算出部７８から入力される雑音パラメータγを用いて第２の実施形態と同様に帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を算出する。受信係数演算部７６は、算出した帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を帯域復元フィルタ７３に送る。

ＯＳＮＲモニタ部７７は、光／電気変換器７１の出力信号を監視し、受信信号のＯＳＮＲを計測する。ＯＳＮＲモニタ部７７は、受信信号のＯＳＮＲの測定結果をＯＳＮＲモニタ結果として雑音パラメータ算出部７８に送る。

雑音パラメータ算出部７８は、ＯＳＮＲモニタ部７７から送られてくるＯＳＮＲモニタ結果と、ＢＥＲモニタ部７９から送られてくるＢＥＲ情報を基に、雑音パラメータγを算出する。雑音パラメータ算出部７８は、初期状態、すなわち、ＢＥＲが入力されていない場合には、第４の実施形態の受信係数演算部６６と同様に、雑音パラメータγを決定する。すなわち、初期状態では、雑音パラメータ算出部７８は、近似曲線やＬＵＴを用いてＯＳＮＲモニタ結果を基に雑音パラメータγを決定する。

雑音パラメータ算出部７８は、ＯＳＲＮモニタ結果とＢＥＲのデータを受け取った場合には、ＢＥＲの値が最小になるように雑音パラメータγを微修正しながら最適な雑音パラメータγを見つけて設定する。雑音パラメータ算出部７８は、雑音パラメータγを、短時間で設定可能なＯＳＮＲモニタ結果のみから算出する粗調整の段階と、ＯＳＮＲモニタ結果とＢＥＲのデータのフィードバックを基に最適化する調整を行う段階との２段階で制御する。このように雑音パラメータγを設定することで、後段の適応等化器７４の収束性を損なうことなく、最適な雑音パラメータγを設定することができるので伝送特性を最大限まで引き出すことができる。

ＢＥＲモニタ部７９は、識別器７５の出力信号を監視し、ビットエラーレートを計測する。ＢＥＲモニタ部７９は、ビットエラーレートの計測結果をＢＥＲ情報として、雑音パラメータ算出部７８に送る。

BERモニタ部７９は、例えば、送信装置１００において付加されたエラー訂正符号を用いたエラー訂正処理を監視し、エラー訂正の発生率を基にビットエラーレートを計測する。エラー訂正は、例えば、前方誤り訂正（Forward Error Correction：ＦＥＣ）によって行われる。

本実施形態の光通信システムの動作について説明する。本実施形態の光通信システムにおいて、送信装置１００の光送信器３０が送信原信号に帯域狭窄フィルタ処理を施して、光信号を送信する動作は、第２の実施形態と同様である。また、本実施形態の光通信システムにおいて、受信装置５００の光受信器７０において、受信信号に帯域復元フィルタ処理を施し、識別器７５でデジタルビット列を識別して出力する動作も第２の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態の光通信システムは、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を受信係数演算部７６がＯＳＮＲモニタ結果およびＢＥＲ情報を基に演算する動作のみが、第２の実施形態の光通信システムの動作と異なる。よって、以下では、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を受信係数演算部７６がＯＳＮＲモニタ結果およびＢＥＲ情報を基に演算する動作を中心に説明する。

光ファイバ伝送路３０１を伝送された多重信号は、受信装置５００の分波器５２で各チャネルの光信号に分離され、対応する光受信器７０に送られる。光受信器７０の光／電気変換器７１に光信号が入力されると、光信号は電気信号に変換されて、静的線形等化器７２およびＯＳＮＲモニタ部７７に送られる。

受信信号が入力されると、ＯＳＮＲモニタ部７７は、受信信号のＯＳＮＲを計測し、ＯＳＮＲモニタ結果として雑音パラメータ算出部７８に送る。雑音パラメータ算出部７８は、ＯＳＮＲモニタ結果を受け取ると、あらかじめ保存されているＯＳＮＲモニタ結果と最適な雑音パラメータγの関係のデータを基に、受信信号のＯＳＮＲモニタ結果に対応する雑音パラメータγを決定する。受信信号のＯＳＮＲモニタ結果に対応する雑音パラメータγを決定すると、雑音パラメータ算出部７８は、雑音パラメータγを受信係数演算部７６に送る。雑音パラメータγを受け取ると、受信係数演算部７６は、あらかじめ保存している帯域狭窄フィルタ特性と受け取った雑音パラメータγを基に、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を算出する。受信係数演算部７６は、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を算出すると、算出したフィルタ係数を帯域復元フィルタ７３に送る。

帯域復元フィルタ７３は、受信信号とフィルタ係数を受け取ると、受信信号に受け取ったフィルタ係数に基づく帯域復元フィルタ処理を施して、帯域復元を行った受信信号を適応等化器７４に送る。適応等化器７４は、帯域復元フィルタ７３から受信信号を受け取ると、受け取った信号に適応等化処理を施して識別器７５に出力する。

識別器７５は、適応等化器７４から受信信号を受け取ると、受信信号のデジタルビット列を識別し、データ列の信号として出力する。

ＢＥＲモニタ部７９は、識別器７５の出力信号を監視し、ビットエラーレートを計測する。ＢＥＲモニタ部７９は、ビットエラーレートを計測すると、計測結果をＢＥＲ情報として雑音パラメータ算出部７８に送る。

雑音パラメータ算出部７８は、ＢＥＲ情報を受け取ると、ＯＳＮＲモニタ部７７から入力されるＯＳＮＲモニタ結果と、ＢＥＲ情報を基に雑音パラメータγの値を再設定する。雑音パラメータ算出部７８は、例えば、ＯＳＮＲモニタ部７７から入力されるＯＳＮＲモニタ結果を基に雑音パラメータを算出し、ＢＥＲが最小になるように雑音パラメータを補正して、出力する雑音パラメータγを決定する。

雑音パラメータγを決定すると、雑音パラメータ算出部７８は、雑音パラメータγを受信係数演算部７６に送る。雑音パラメータγを受け取ると、受信係数演算部７６は、あらかじめ保存している帯域狭窄フィルタ特性と受け取った雑音パラメータγを基に、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を算出する。受信係数演算部７６は、帯域復元フィルタ７３のフィルタ係数を算出すると、算出したフィルタ係数を帯域復元フィルタ７３に送る。

帯域復元フィルタ７３は、受信信号とフィルタ係数を受け取ると、受信信号に新たに受け取ったフィルタ係数を基に帯域復元フィルタ処理を施して、帯域復元を行った受信信号を適応等化器７４に送る。適応等化器７４は、帯域復元フィルタ７３から受信信号を受け取ると、受け取った信号に適応等化処理を施して識別器７５に出力する。

識別器７５は、適応等化器７４から受信信号を受け取ると、受信信号のデジタルビット列を識別し、ビット列の信号として出力する。

ＢＥＲモニタ部７９は、識別器７５の出力信号を監視し、ＢＥＲの値を雑音パラメータ算出部７８に送り、再度、フィードバックを行う。光受信器７０は、上記の動作によりＯＳＮＲモニタ結果とＢＥＲ情報を基に雑音パラメータγの最適化を繰り返しながら、受信信号の帯域復元および復号等の動作を継続する。

ＯＳＮＲモニタ結果のみから雑音パラメータγを算出する方法は、伝送路特性や送受信器特性等の前提条件によって最適な雑音パラメータγが変動するので、完全な最適化はできない。完全な最適化を行うためには、最終的なビットエラーレートが最小になるように、雑音パラメータγを調整する必要がある。しかし、ＢＥＲ情報は様々な伝送劣化要因を全て含んだ情報であるため、ＢＥＲ情報から直接、雑音パラメータγを算出することは難しい。よって、雑音パラメータγを細かく可変しながらＢＥＲ測定を行う必要があり、雑音パラメータγの最適化には時間を要する。また、雑音パラメータγが最適値から大きく離れると、帯域復元フィルタ特性が大きく変わってしまうため、同期外れ等の致命的な問題を引き起こす可能性がある。

本実施形態の光通信システムでは、雑音パラメータ算出部７８は、始めに、ＯＳＮＲモニタ情報のみから、最適値に近い雑音パラメータγを算出する。ＯＳＮＲモニタ情報のみから算出された雑音パラメータγは、受信係数演算部７６へと引き渡され、雑音パラメータγと帯域狭窄パラメータを基にＭＭＳＥ規範に基づく帯域復元フィルタのフィルタ係数の算出が行われる。このように算出されたフィルタ係数を基に、帯域復元フィルタ７３によってある程度最適化された条件で帯域復元フィルタ処理が行われるので、後段の適応等化器７４の収束性は損なわれない。そのため、光受信器７０は、通信開始後、時間を要さずに受信動作を開始することができる。

ＯＳＮＲモニタ結果のみから雑音パラメータγを基にした帯域復元フィルタによって受信動作が開始されると、雑音パラメータ算出部７８は、ＢＥＲが最小となるように雑音パラメータγを微調整する。雑音パラメータ算出部７８は、ＯＳＮＲモニタ結果から算出した雑音パラメータγに加えて、ＢＥＲ情報をフィードバックして、ＢＥＲが最小となるように雑音パラメータγを微調整する。すなわち、本実施形態では、ＯＳＮＲモニタ結果を用いて雑音パラメータγを短時間で粗調整する段階と、さらにＢＥＲ情報を用いて雑音パラメータγを微調整して最適化する段階の２段階の最適化調整を行う。このような方法で雑音パラメータγを最適化することで、本実施形態の光通信システムは、通信を早期に確立しつつ、受信動作時のビットエラーレートの計測結果に基づいて条件を最適化することができるので安定した通信を継続することができる。

本実施形態の光通信システムは、第２および第３の実施形態の光通信システムと同様の効果を有する。また、本実施形態の光通信システムは、ＯＳＮＲモニタ結果に加え、ＢＥＲモニタ部７９で監視しているビットエラーレートを考慮して雑音パラメータを算出している。そのように算出した雑音パラメータを基に、受信係数演算部７６において波長復元フィルタのフィルタ形状を設定することで、受信信号に応じた最適なフィルタ形状を設定することができる。そのため、後段の適応等化処理等をより安定して行うことができるので、通信の安定性を向上することができる。その結果、本実施形態の光通信システムは、複数のサブキャリア信号をボーレート以下の間隔で波長多重して周波数効率を向上しつつ、より安定して通信を行うことができる。

第１乃至第４の実施形態では、光送信器および光受信器は、１台の送信装置および受信装置内に備えられている構成の例を示したが、光送信器および光受信器は、複数の装置に分かれて備えられていてもよい。そのような構成とする場合には、合波器や分波器は、光信号の多重化や分離ができるように光送信器や光受信器の配置に応じて設置される。

第２乃至第４の実施形態の光送信器の送信線形等化器および送信係数演算部は、例えば、各機能の処理を行う回路が形成された半導体装置を用いて構成することができる。また、第２乃至第４の実施形態の光受信器の静的線形等化器、適応等化器、識別器および受信係数演算部は、例えば、各機能の処理を行う回路が形成された半導体装置を用いて構成することができる。第３の実施形態のＯＳＮＲモニタ部、並びに、第４の実施形態のＯＳＮＲモニタ部、雑音パラメータ算出部およびＢＥＲモニタ部も同様に各機能の処理を行う回路が形成された半導体装置を用いて構成することができる。上記の各部位における処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ素子等によって構成される装置上で各機能の処理を行うプログラムを実行することで行われてもよい。

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うるが、以下には限られない。

（付記１）
各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号を前記チャネルごとの光信号に分離する分離手段と、
それぞれ割り当てられた前記チャネルの前記光信号を電気信号に変換した受信信号として出力する光／電気変換手段と、送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、前記受信信号に前記帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して前記受信信号の帯域を復元する帯域復元手段とを有する複数の光受信手段と
を備えることを特徴とする受信装置。

（付記２）
送信側とあらかじめ共有している前記パラメータと、前記光信号の雑音を示す雑音パラメータを基に、前記帯域復元フィルタ処理を施す際のフィルタ特性を算出する受信フィルタ特性算出手段をさらに備え、
前記帯域復元手段は、前記フィルタ特性に基づいて前記帯域復元フィルタ処理を施すことを特徴とする付記１に記載の受信装置。

（付記３）
前記光信号の雑音を計測する雑音計測手段をさらに備え、
前記受信フィルタ特性算出手段は、前記雑音計測手段が計測した雑音を基にした雑音パラメータと、前記パラメータを基に前記帯域復元フィルタ処理を施す際の前記フィルタ特性を算出することを特徴とする付記２に記載の受信装置。

（付記４）
前記雑音パラメータは、前記雑音計測手段が計測した前記光信号の雑音とあらかじめ設定された近似曲線またはルックアップテーブルを基に設定されることを特徴とする付記３に記載の受信装置。

（付記５）
帯域が復元された前記電気信号の復号した際のビットエラーレートを監視するエラーレート監視手段と、
前記光信号の雑音と前記ビットエラーレートを基に前記雑音パラメータを算出する雑音パラメータ算出手段とをさらに備え、
前記雑音パラメータ算出手段は、前記光信号の雑音を基に算出した前記雑音パラメータを基に復号を行った際の前記ビットエラーレートを基に、前記雑音パラメータを最適化することを特徴とする付記２から４いずれかに記載の受信装置。

（付記６）
前記受信フィルタ特性算出手段は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）規範に基づいて、前記フィルタ特性を算出することを特徴とする付記２から５いずれかに記載の受信装置。

（付記７）
受信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、信号の帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う処理を帯域狭窄フィルタ処理として施す帯域狭窄手段と、前記帯域狭窄手段が帯域幅をボーレート以下にした前記信号を基に、それぞれ割り当てられたチャネルに対応する光信号を生成する電気／光変換手段とを有する複数の光送信手段と、
複数の前記光送信手段から出力される各チャネルの前記光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化して多重信号として出力する多重手段と
を備えることを特徴とする送信装置。

（付記８）
前記帯域狭窄フィルタ処理は、ルートコサインロールオフフィルタのロールオフ特性を低周波側に平行移動させたフィルタ特性を算出する送信フィルタ特性算出手段をさらに備え、
前記帯域狭窄手段は、前記帯域狭窄フィルタ処理を前記送信フィルタ特性算出手段が算出した前記フィルタ特性に基づいて施すことを特徴とする付記７に記載の送信装置。

（付記９）
付記７または８に記載の送信装置と、
付記１から６いずれかに記載の受信装置と、
を備え、
各チャネルの信号がボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号が伝送路を介して前記送信装置から前記受信装置に伝送されることを特徴とする光通信システム。

（付記１０）
各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号を前記チャネルごとの光信号に分離し、
それぞれ割り当てられた前記チャネルの前記光信号を電気信号に変換して受信信号として出力し、
送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、前記受信信号に前記帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して前記受信信号の帯域を復元することを特徴する光通信方法。

（付記１１）
送信側とあらかじめ共有している前記パラメータと、前記光信号の雑音を示す雑音パラメータを基に、前記帯域復元フィルタ処理を施す際のフィルタ特性を算出し、
前記フィルタ特性に基づいて前記帯域復元フィルタ処理を施すことを特徴とする付記１０に記載の光通信方法。

（付記１２）
前記光信号の雑音を計測し、
計測した雑音を基にした雑音パラメータと、前記パラメータを基に前記帯域復元フィルタ処理を施す際の前記フィルタ特性を算出することを特徴とする付記１１に記載の光通信方法。

（付記１３）
前記雑音パラメータは、計測した前記光信号の雑音とあらかじめ設定された近似曲線またはルックアップテーブルを基に設定されることを特徴とする付記１１または１２に記載の光通信方法。

（付記１４）
帯域が復元された前記電気信号の復号した際のビットエラーレートを監視し、
前記光信号の雑音を基に前記雑音パラメータを基に算出し、
前記光信号の雑音を基に算出した前記雑音パラメータを基に復号を行った際の前記ビットエラーレートを基に、前記雑音パラメータを最適化することを特徴とする付記１１から１３いずれかに記載の光通信方法。

（付記１５）
ＭＭＳＥ規範に基づいて、前記フィルタ特性を算出することを特徴とする付記１１から１４いずれかに記載の光通信方法。

（付記１６）
受信側とあらかじめ共有している前記パラメータに基づいて、複数の前記信号のそれぞれの帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う前記帯域狭窄フィルタ処理を施し、
帯域幅をボーレート以下にした複数の前記信号を基に、前記信号にそれぞれ割り当てられた前記チャネルに対応する前記光信号を生成し、
複数の前記チャネルの前記光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化して前記多重信号として出力することを特徴とする付記１０から１５いずれかに記載の光通信方法。

（付記１７）
ルートコサインロールオフフィルタのロールオフ特性を低周波側に並行移動させることで前記帯域狭窄フィルタ処理のフィルタ特性を算出し、
前記帯域狭窄フィルタ処理を算出した前記フィルタ特性に基づいて施すことを特徴とする付記１６に記載の光通信方法。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１６年１２月２８日に出願された日本出願特願２０１６－２５５１８９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 送信装置
１１ 光送信手段
１２ 多重手段
１３ 帯域狭窄手段
１４ 電気／光変換手段
２０ 受信装置
２１ 分離手段
２２ 光受信手段
２３ 光／電気変換手段
２４ 帯域復元手段
３０ 光送信器
３１ 送信線形等化器
３２ 帯域狭窄フィルタ
３３ 電気／光変換器
３４ 送信係数演算部
４０ 光受信器
４１ 光／電気変換器
４２ 静的線形等化器
４３ 帯域復元フィルタ
４４ 適応等化器
４５ 識別器
４６ 受信係数演算部
５１ 合波器
５２ 分波器
６０ 光受信器
６１ 光／電気変換器
６２ 静的線形等化器
６３ 帯域復元フィルタ
６４ 適応等化器
６５ 識別器
６６ 受信係数演算部
６７ ＯＳＮＲモニタ部
７０ 光受信器
７１ 光／電気変換器
７２ 静的線形等化器
７３ 帯域復元フィルタ
７４ 適応等化器
７５ 識別器
７６ 受信係数演算部
７７ ＯＳＮＲモニタ部
７８ 雑音パラメータ算出部
７９ ＢＥＲモニタ部
１００ 送信装置
２００ 受信装置
３００ 伝送路
３０１ 光ファイバ伝送路
４００ 受信装置
５００ 受信装置

Claims (9)

1. 各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号を前記チャネルごとの光信号に分離する分離手段と、
   それぞれ割り当てられた前記チャネルの前記光信号を電気信号に変換した受信信号として出力する光／電気変換手段と、送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、前記受信信号に前記帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して前記受信信号の帯域を復元する帯域復元手段とを有する複数の光受信手段と
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 送信側とあらかじめ共有している前記パラメータと、前記光信号の雑音を示す雑音パラメータを基に、前記帯域復元フィルタ処理を施す際のフィルタ特性を算出する受信フィルタ特性算出手段をさらに備え、
   前記帯域復元手段は、前記フィルタ特性に基づいて前記帯域復元フィルタ処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記光信号の雑音を計測する雑音計測手段をさらに備え、
   前記受信フィルタ特性算出手段は、前記雑音計測手段が計測した雑音を基にした雑音パラメータと、前記パラメータを基に前記帯域復元フィルタ処理を施す際の前記フィルタ特性を算出することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 帯域が復元された前記電気信号の復号した際のビットエラーレートを監視するエラーレート監視手段と、
   前記光信号の雑音と前記ビットエラーレートを基に前記雑音パラメータを算出する雑音パラメータ算出手段とをさらに備え、
   前記雑音パラメータ算出手段は、前記光信号の雑音を基に算出した前記雑音パラメータを基に復号を行った際の前記ビットエラーレートを基に、前記雑音パラメータを最適化することを特徴とする請求項２または３に記載の受信装置。
5. 請求項１から４いずれかに記載の受信装置と、
   送信装置と、
   を備え、
   前記送信装置は、
   受信側とあらかじめ共有している前記パラメータに基づいて、信号の帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う処理を帯域狭窄フィルタ処理として施す帯域狭窄手段と、前記帯域狭窄手段が帯域幅をボーレート以下にした前記信号を基に、それぞれ割り当てられたチャネルに対応する光信号を生成する電気／光変換手段とを有する複数の光送信手段と、
   複数の前記光送信手段から出力される各チャネルの前記光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化して多重信号として出力する多重手段と
   を備え、
   各チャネルの信号がボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号が伝送路を介して前記送信装置から前記受信装置に伝送されることを特徴とする光通信システム。
6. 前記送信装置は、ルートコサインロールオフフィルタのロールオフ特性を低周波側に平行移動させたフィルタ特性を算出する送信フィルタ特性算出手段をさらに備え、
   前記帯域狭窄手段は、前記帯域狭窄フィルタ処理を前記送信フィルタ特性算出手段が算出した前記フィルタ特性に基づいて施すことを特徴とする請求項５に記載の光通信システム。
7. 各チャネルの信号に帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形が帯域狭窄フィルタ処理として施され、ボーレート以下の間隔で波長多重化された多重信号を前記チャネルごとの光信号に分離し、
   それぞれ割り当てられた前記チャネルの前記光信号を電気信号に変換して受信信号として出力し、
   送信側とあらかじめ共有しているパラメータに基づいて、前記受信信号に前記帯域狭窄フィルタ処理とは逆特性の処理を帯域復元フィルタ処理として施して前記受信信号の帯域を復元することを特徴する光通信方法。
8. 送信側とあらかじめ共有している前記パラメータと、前記光信号の雑音を示す雑音パラメータを基に、前記帯域復元フィルタ処理を施す際のフィルタ特性を算出し、
   前記フィルタ特性に基づいて前記帯域復元フィルタ処理を施すことを特徴とする請求項７に記載の光通信方法。
9. 受信側とあらかじめ共有している前記パラメータに基づいて、複数の前記信号のそれぞれの帯域幅をボーレート以下にするスペクトル整形を行う前記帯域狭窄フィルタ処理を施し、
   帯域幅をボーレート以下にした複数の前記信号を基に、前記信号にそれぞれ割り当てられた前記チャネルに対応する前記光信号を生成し、
   複数の前記チャネルの前記光信号をボーレート以下の間隔で波長多重化して前記多重信号として出力することを特徴とする請求項７または８に記載の光通信方法。

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