JP7070589B2

JP7070589B2 - 光送信装置および光受信装置

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Description

本発明は、デジタルコヒーレント方式の光通信技術に関するものであり、特に、受信品質を維持する技術に関するものである。

高速で大容量の伝送が可能な光通信技術としてデジタルコヒーレント光通信方式が用いられている。デジタルコヒーレント光通信方式には、偏波多重方式や多値変調方式などの様々な変調方式が提案されてきた。多値変調方式としては、例えば、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）または８ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などが用いられている。

デジタルコヒーレント方式では、受信された光信号と局部発振器からの出力光（局発光）を掛け合わせることにより、ベースバンド信号を生成する。このベースバンド信号をアナログ／デジタル変換し、デジタル信号処理を行うことにより、元の送信信号が再生される。そのため、受信品質を維持するためには、光信号のコヒーレント検波を安定的に行う必要がある。そのような、光信号のコヒーレント検波を安定的に行い信号品質を維持する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１は、デジタルコヒーレント方式の光伝送装置に関するものである。特許文献１の光伝送装置は、受信信号の信号品質が高まるように、局発光の波長及びパワーの調整し、光信号と局発光の波長差が生じないように局発光の波長を制御している。特許文献１は、そのような構成とすることで光信号の高精度な受信性能を実現できるとしている。また、特許文献２および特許文献３においても、同様に、デジタルコヒーレント方式の光伝送装置に関する技術が開示されている。

特開２０１５－１７０９１６号公報国際公開第２０１２／１３２３７４号特開２０１５－１７１０８３号公報

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。受信側においてコヒーレント検波を行う際に、光信号と局発光の周波数が一致していると、シンボルがＩ（In - phase）軸またはＱ（Quadrature）軸に固定される可能性がある。そのような場合に、光信号の検出素子において出力振幅が一定になるように自動的に利得を制御すると、軸に固定された状態の成分が０の成分は入力信号が無いため出力振幅を大きくしようと利得が大きく設定され得る。利得が大きく設定されると信号のノイズが高くなり、信号の品質劣化が生じる。また、特許文献２および特許文献３の技術も、同様に信号の品質劣化を防止する技術としては十分ではない。そのため、特許文献１、特許文献２および特許文献３の技術は、デジタルコヒーレント方式の光通信システムにおいて、安定した受信処理を行うことができる受信品質を維持するための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、安定した受信処理を行える受信品質を維持することができる光送信装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の光送信装置は、光出力手段と、光変調手段と、受信情報取得手段と、周波数調整手段を備えている。光出力手段は、自装置に割り当てられた周波数の光を出力する。光変調手段は、光出力手段が出力する光を互いに直交する偏波に分離し、それぞれの同相成分および直交成分に変調を施し、変調を施した各成分波を偏波合成した光信号を出力する。受信情報取得手段は、光信号の送信先の光受信装置における光信号の受信状態の情報を取得する。周波数調整手段は、受信状態の情報を基に光出力手段が出力する光の周波数を制御し、光受信装置が光信号をコヒーレント検波する際に用いる局発光の周波数と、光出力手段が出力する光の周波数との差である周波数オフセットを調整する。

本実施形態の光通信方法は、自装置に割り当てられた周波数の光を出力し、出力した光を互いに直交する偏波に分離し、それぞれの同相成分および直交成分に変調を施し、変調を施した各成分波を偏波合成した光信号を出力する。本実施形態の光通信方法は、光信号の送信先の光受信装置における光信号の受信状態の情報を取得する。本実施形態の光通信方法は、記受信状態の情報を基に出力する光の周波数を制御し、光受信装置が光信号をコヒーレント検波する際に用いる局発光の周波数と、出力する光の周波数との差である周波数オフセットを調整する。

本発明によると、受信側において安定したコヒーレント検波を行い受信信号の品質を維持することができる。

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装置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装置の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の光通信システムの動作フローを示す図である。本発明の第２の実施形態における周波数オフセットごとのエラー数の計測結果の例を示す図である。本発明の第２の実施形態の他の構成の例において送信されるフレームの例を示した図である。多値変調方式におけるコンスタレーションの例を示す図である。多値変調方式におけるコンスタレーションの変化の例を示す図である。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の実施形態の光送信装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態の光受信装置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の実施形態の光送信装置の構成を示す図である。本発明の第４の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。本発明の第４の実施形態の光通信システムの動作フローを示す図である。本発明の第５の実施形態の構成の概要を示す図である。本発明の第５の実施形態の光送信装置の構成を示す図である。本発明の第５の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。本発明の第６の実施形態の構成の概要を示す図である。本発明の第６の実施形態の光送信装置の構成を示す図である。本発明の第６の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。本発明の第６の実施形態の光通信システムの動作フローを示す図である。本発明の第７の実施形態の構成の概要を示す図である。本発明の第７の実施形態の光送信装置の構成を示す図である。本発明の第７の実施形態の光受信装置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、本実施形態の光送信装置の構成の概要を示したものである。本実施形態の光送信装置は、光出力手段１と、光変調手段２と、受信情報取得手段３と、周波数調整手段４を備えている。光出力手段１は、自装置に割り当てられた周波数の光を出力する。光変調手段２は、光出力手段１が出力する光を互いに直交する偏波に分離し、それぞれの同相成分および直交成分に変調を施し、変調を施した各成分波を偏波合成した光信号を出力する。受信情報取得手段３は、光信号の送信先の光受信装置における光信号の受信状態の情報を取得する。周波数調整手段４は、受信状態の情報を基に光出力手段１が出力する光の周波数を制御し、光受信装置が光信号をコヒーレント検波する際に用いる局発光の周波数と、光出力手段１が出力する光の周波数との差である周波数オフセットを調整する。

本実施形態の光送信装置は、受信情報取得手段３において光受信装置における受信状態の情報を取得し、周波数調整手段４において光受信装置の局発光の周波数と、光出力手段１が出力する光の周波数との差である周波数オフセットを調整している。本実施形態の光送信装置では、局発光の周波数と、光出力手段１が出力する光の周波数にオフセットを付加することで、光受信装置の信号の検出素子において出力振幅が０になる成分が生じない。そのため、光受信装置において利得を大きくしようとして信号にノイズが発生する状態を防ぐことができるので受信品質を維持することができる。その結果、本実施形態の光送信装置を用いることで、受信側において安定したコヒーレント検波を行い受信信号の品質を維持することができる。

（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２は、本実施形態の光通信システムの構成の概要を示す図である。本実施形態の光通信システムは、光送信装置１０と、光受信装置２０を備えている。光送信装置１０と、光受信装置２０は、通信路２０１と、通信路２０２を介して互いに接続されている。本実施形態の光通信システムは、光送信装置１０と光受信装置２０の間で、通信路２０１を介したデジタルコヒーレント方式の光通信を行うネットワークシステムである。

光送信装置１０の構成について説明する。図３は、本実施形態の光送信装置１０の構成を示したものである。光送信装置１０は、クライアント信号入力部１１と、信号処理部１２と、信号変調部１３と、光源部１４と、周波数調整部１５を備えている。

クライアント信号入力部１１は、通信路２０１を介して伝送するクライアント信号の入力ポートである。クライアント信号入力部１１に入力されたクライアント信号は、信号処理部１２に送られる。

信号処理部１２は、入力されたクライアント信号に冗長化等の処理を施し、通信路２０１で伝送する際のフレームにマッピングする。

信号変調部１３は、光源部１４から入力される光に、信号処理部１２から入力される信号を基に変調を施し、通信路２０１に送信する光信号を生成する。本実施形態の信号変調部１３は、例えば、
ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調方式によって変調を行う。変調方式は、ＢＰＳＫ以外のＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や８ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）など他の多値変調方式であってもよい。また、本実施形態の信号変調部１３の機能は、第１の実施形態の光変調手段２に相当する。

光源部１４は、所定の周波数の連続光を信号変調部１３に出力する。所定の周波数は、光通信ネットワークの波長設計に基づいて割り当てられている。光源部１４は、所定の周波数を設定値として、設定値に対してオフセットを付加した周波数の光を出力する。周波数のオフセット量は、周波数調整部１５によって制御される。また、本実施形態の光源部１４の機能は、第１の実施形態の光出力手段１に相当する。

周波数調整部１５は、光源部１４の周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部１５は、光受信装置２０から送られてくるエラー情報に基づいて、周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部１５は、エラー情報として送られてくるＢＥＲ（Bit Error Rate）が小さくなるように周波数のオフセット量を制御する。また、本実施形態の周波数調整部１５の機能は、第１の実施形態の受信情報取得手段３および周波数調整手段４に相当する。

光受信装置２０の構成について説明する。図４は、本実施形態の光受信装置２０の構成を示したものである。光受信装置２０は、クライアント信号出力部２１と、ＰＢＳ２２と、９０度ハイブリッド２３と、光検出部２４を備えている。また、光受信装置２０は、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２５と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２６と、局発光出力部２７と、エラー検出部２８を備えている。

クライアント信号出力部２１は、復調されたクライアント信号を出力する出力ポートである。

ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter）２２は、入力された光信号を偏波分離して出力する。ＰＢＳ２２は、光信号を偏波分離するＰＢＳ２２－１と、局発光を偏波分離するＰＢＳ２２－２が備えられている。ＰＢＳ２２－１は、通信路２０１から入力された光信号を偏波分離し、Ｘ偏波を９０度ハイブリッド２３－１に出力し、Ｙ偏波を９０度ハイブリッド２３－２に送る。また、ＰＢＳ２２－２は、局発光出力部２７から入力される光を偏波分離し、Ｘ偏波を９０度ハイブリッド２３－１に出力し、Ｙ偏波を９０度ハイブリッド２３－２に送る。

９０度ハイブリッド２３は、入力された光信号と局発光を位相が９０度異なる２つの経路で合波する。９０度ハイブリッド２３－１は、ＰＢＳ２２－１から入力される光信号のＸ偏波成分と、ＰＢＳ２２－２から入力される局発光のＸ偏波成分を位相が互いに９０度異なる２つの経路で合波する。

９０度ハイブリッド２３－１は、光信号と局発光を位相が９０度異なる経路で合波することで生成したＩ相（In - phase）成分とＱ相（Quadrature）成分の信号を光検出部２４－１に送る。９０度ハイブリッド２３－２は、ＰＢＳ２２－１から入力される光信号のＹ偏波成分と、ＰＢＳ２２－２から入力される局発光のＹ偏波成分を位相が互いに９０度異なる２つの経路で合波する。９０度ハイブリッド２３－２は、光信号と局発光を位相が９０度異なる経路で合波することで生成したＩ相成分とＱ相成分の信号を光検出部２４－２に送る。

光検出部２４は、入力された光信号を電気信号に変換して出力する。光検出部２４は、フォトダイオードを用いて構成されている。光検出部２４－１は、９０度ハイブリッド２３－１から入力されるＸ偏波のＩ相成分とＱ相成分の光信号をそれぞれ電気信号に変換しＡＤＣ２５－１に送る。また、光検出部２４－２は、９０度ハイブリッド２３－２から入力されるＹ偏波のＩ相成分とＱ相成分の光信号をそれぞれ電気信号に変換しＡＤＣ２５－２に送る。

ＡＤＣ２５は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤＣ２５－１は、光検出部２４－１から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ２６に送る。また、ＡＤＣ２５－２は、光検出部２４－２から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ２６に送る。

ＤＳＰ２６は、入力された信号の歪み補正、復号および誤り訂正等の受信処理を行ってクライアント信号を復調する。ＤＳＰ２６は、半導体装置によって構成されている。ＤＳＰ２６の受信処理機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成されていてもよい。また、ＤＳＰ２６の受信処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のような汎用プロセッサがコンピュータプログラムを実行することで行われてもよい。ＤＳＰ２６は、復調したクライアント信号をクライアント信号出力部２１に送る。

局発光出力部２７は、通信路２０１を介して伝送されてくる光信号と合波し、中間周波数の光信号を生成する際に用いる局発光を生成する。局発光出力部２７は、半導体レーザを備え、通信路２０１を介して伝送されてくる光信号の周波数を基に設定されている周波数の光を出力する。

エラー検出部２８は、ＤＳＰ２６における誤り訂正処理を監視し、エラーの数を計測する。本実施形態のエラー検出部２８は、計測したエラーの数を基にＢＥＲを算出し、算出したＢＥＲの情報をエラー情報として通信路２０２を介して光送信装置１０に送る。また、エラー検出部２８は、ＤＳＰ２６の一部としてＤＳＰ２６と一体化されていてもよい。。

通信路２０１は、光ファイバを用いた光通信ネットワークとして構成されている。通信路２０１は、光送信装置１０から光受信装置２０の方向に光信号を伝送する。通信路２０２は、光受信装置２０から光送信装置に制御信号等を送信する通信ネットワークである。通信路２０２は、例えば、通信管理システムによる各装置の制御用の回線として備えられている。

本実施形態の光通信システムの動作について説明する。始めに、クライアント信号入力部１１に、通信路２０１で伝送を行うクライアント信号が入力される。クライアント信号としては、例えば、ＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＦＣ（Fiber Channel）またはＯＴＮ（Optical Transport Network）などの信号が用いられる。クライアント信号入力部１１に、入力されたクライアント信号は、信号処理部１２に送られる。

クライアント信号が入力されると、信号処理部１２は、クライアント信号を通信路２０１で伝送する際のフレームにマッピングする。マッピングを行うと、信号処理部１２は、マッピングした信号を信号変調部１３に送る。

マッピングされたフレームのデータに基づく信号が入力されると、信号変調部１３は、光源部１４から出力される光に信号処理部１２から入力されるフレームのデータに基づいて変調を施す。信号変調部１３は、ＢＰＳＫ方式を用いて電気信号から光信号への変換を行う。信号変調部１３は、変調を施して生成した光信号を通信路２０１に送信する。

通信路２０１に送信された光信号は、通信路２０１を伝送され、光受信装置２０に送られる。光受信装置２０において受信された光信号は、ＰＢＳ２２-１に入力される。光信号が入力されると、ＰＢＳ２２は、入力された光信号を偏波分離し、Ｘ偏波の光信号を９０度ハイブリッド２３－１に送り、Ｙ偏波の光信号を９０度ハイブリッド２３－２に送る。

ＰＢＳ２２－１から光信号が入力されると、９０度ハイブリッド２３－１および９０度ハイブリッド２３－２は、ＰＢＳ２２－１から入力される光信号とＰＢＳ２２－２から入力される局発光を合波し、Ｉ相成分とＱ相成分に対応する中間周波数の信号を生成する。９０度ハイブリッド２３－１および９０度ハイブリッド２３－２は、生成した中間周波数の光信号を光検出部２４－１および光検出部２４－２に送る。

光信号が入力されると、光検出部２４－１および光検出部２４－２は、入力された光信号を電気信号に変換し、ＡＤＣ２５－１およびＡＤＣ２５－２に送る。光信号から変換された電気信号が入力されると、ＡＤＣ２５－１およびＡＤＣ２５－２は、入力された信号をデジタル信号に変換しＤＳＰ２６に送る。

ＤＳＰ２６に信号が入力されると、ＤＳＰ２６は、入力された信号に受信処理を施してクライアント信号を復調し、復調したクライアント信号をクライアント信号出力部２１に送る。クライアント信号出力部２１は、入力されたクライアント信号を通信ネットワークや通信装置に出力する。

ＤＳＰ２６において受信処理が行われている際に、エラー検出部２８は、ＤＳＰ２６におけるエラー訂正処理を監視し、受信した信号のエラーの数を計測する。本実施形態のエラー検出部２８は、エラーの数をＢＥＲとして算出する。ＢＥＲを算出すると、エラー検出部２８は、算出したＢＥＲの情報をエラー情報として光送信装置１０に通信路２０２を介して送る。

通信路２０２を介して光送信装置１０が受信したエラー情報は、周波数調整部１５に送られる。周波数調整部１５は、エラー情報を受け取ると、ＢＥＲの値が小さくなるように光源部１４の周波数オフセットを調整する。周波数調整部１５は、ＢＥＲの変化に基づいて、周波数のオフセット量を変化させ、ＢＥＲが最小となるように周波数のオフセット量を制御する。光源部１４は、オフセット量が補正された周波数の光を信号変調部１３に出力する。

光送信装置１０において光源部１４が出力する光の周波数を調整する際の動作についてより詳細に説明する。図５は、光源部１４が出力する光の周波数を調整する際の動作フローを示したものである。

始めに、周波数調整部１５は、周波数オフセットの探索範囲、すなわち、エラー数が最小となるときの光源部１４が出力する周波数を調べる際に周波数のオフセット量を変化させる範囲を設定する（ステップＳ１１）。周波数のオフセットの探索範囲は、あらかじめ、周波数調整部１５に記憶されていてもよく、作業者等によって探索範囲の設定値が入力されてもよい。

周波数オフセットの探索範囲を設定すると、周波数調整部１５は、周波数オフセットｏｆｓ、すなわち、光源部１４から出力する光の周波数の設定値からのずれ量をｏｆｓ＝０として設定する（ステップＳ１２）。ｏｆｓ＝０のとき、光源部１４は、設定値、すなわち、自装置に割り当てられている周波数の光を出力する。

周波数調整部１５は、光受信装置２０から受け取るエラー情報からエラー数の情報を抽出し、エラーの最小値ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔにｏｆｓ＝０のときのエラー数を代入する（ステップＳ１３）。また、最小値ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔに代入されたデータに対応する周波数オフセットの情報を示すｏｆｓ＿ｂｅｓｔに、設定されている周波数オフセットｏｆｓの値を代入する（ステップＳ１４）。ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔに、ｏｆｓ＝０のときのエラー数を代入した場合には、ｏｆｓ＿ｂｅｓｔ＝０となる。

周波数オフセットが０のときのエラー数を保存すると、周波数調整部１５は、周波数オフセットｏｆｓの設定値を、ｏｆｓ＝ｍｉｎ、すなわち、周波数オフセットの探索範囲の最小値ｍｉｎに設定する（ステップＳ１５）。

周波数調整部１５は、周波数オフセットｏｆｓの値を設定すると、設定した周波数オフセットｏｆｓの値を周波数オフセットの探索範囲の最大値ｏｆｓ＿ｍａｘと比較する。周波数オフセットｏｆｓが最大値ｏｆｓ＿ｍａｘ以下であるとき（ステップＳ１６でＮｏ）、周波数調整部１５は、光源の周波数を、周波数オフセットｏｆｓに基づいて補正する。周波数調整部１５は、光源部１４が出力する周波数を、光源の周波数＝周波数設定値＋ｏｆｓとして算出して設定する（ステップＳ１７）。

周波数オフセットｏｆｓを基に光源部１４の周波数が設定されると、光源部１４から設定値からのオフセットがかけられた周波数の光が出力される。オフセットがかけられた周波数の光が通信路２０１に出力されると、送信先の光受信装置２０からエラー数の情報が送られてくる。

エラー数の情報を受け取ると、周波数調整部１５は、ｏｆｓ＿ｅｒｒにエラー数を代入し（ステップＳ１８）、それまでの最小値として保存されているｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔと受け取ったエラー数ｏｆｓ＿ｅｒｒを比較する。新たに受け取ったエラー数のほうが小さいとき（ステップＳ１９Ｙｅｓ）、周波数調整部１５は、ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔを新たに受け取ったエラー数ｏｆｓ＿ｅｒｒの値で更新する（ステップＳ２０）。ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔを更新すると、周波数調整部１５は、周波数オフセットｏｆｓの値を最小値ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔに対応する周波数オフセットの情報を示すｏｆｓ＿ｂｅｓｔに代入する（ステップＳ２１）。

最小値ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔに対応する周波数オフセットの情報を更新すると、周波数調整部１５は、周波数オフセットｏｆｓをｏｆｓ＝ｏｆｓ＋Δｆとして変化させ（ステップＳ２２）、ステップＳ１６からの動作を行う。周波数オフセットを変化させる量であるΔｆは、あらかじめ設定されている。Δｆは、周波数オフセットの探索範囲をあらかじめ設定された数で割ることによって設定されてもよい。

新たに受け取ったエラー数がそれまでの最小値以上であったとき（ステップＳ１９でＮｏ）、周波数調整部１５は、周波数オフセットｏｆｓをｏｆｓ＝ｏｆｓ＋Δｆとして変化させ（ステップＳ２２）、ステップＳ１６からの動作を行う。

また、ステップＳ１６において、周波数オフセットｏｆｓが探索範囲の最大値ｏｆｓ＿ｍａｘよりも大きいとき（ステップＳ１６でＹｅｓ）、周波数調整部１５は、光源部１４の周波数の設定を最小値ｏｆｓ＿ｅｒｒ＿ｂｅｓｔに対応する周波数に設定する。周波数調整部１５は、光源の周波数＝周波数設定値＋ｏｆｓ＿ｂｅｓｔとして算出し、算出した周波数となるように光源部１４が出力する信号の周波数を制御する（ステップＳ２３）。

図６は、周波数のオフセット量とエラー数の関係の例を示したグラフである。図６の例ではΔｆごとに周波数のオフセット量を変化させることによってエラー数を計測している。図６の例では、エラー数が最小となる－３Δｆが光源部１４が出力する光の周波数のオフセット量として設定される。

本実施形態の光通信システムでは、光受信装置２０から光送信装置１０に通信路２０２を介してエラー情報を送信しているが、双方向の光通信を行う場合には、光受信装置２０から光送信装置１０に主信号として送られるフレームにエラー情報を付加してもよい。図７は、ＯＴＮフレームの構成を示したものである。図７のようなＯＴＮフレームによるデータ通信が行われる場合には、例えば、オーバーヘッドのＲｅｓｅｒｖｅｄｂｉｔにエラー情報を付加することで、光受信装置２０から光送信装置１０にエラー情報を送ることができる。また、そのような構成とすることで、通信路２０２を用いた通信が不要になるので構成が簡略化する。

図８は、ＢＰＳＫ変調方式およびＱＰＳＫ変調方式を用いた場合のコンスタレーションを示す図である。図８のコンスタレーションでは、搬送波と同じ位相成分をＩ軸、搬送波と直交する位相成分をＱ軸とした平面に信号のシンボルを記載している。ＢＰＳＫ変調方式の場合シンボルがＩ軸上にマッピングされるため、光信号と局発光における周波数オフセットが小さい場合、図８の左側の状態となり、光信号のＱ相成分は０となる。この状態において光検出部２４において出力振幅が一定になるよう自動的に利得を制御した場合、Ｑ相成分の信号が入力されるＱ－ｃｈへの入力信号が無いため、Ｑ－ｃｈの信号を増幅する際に出力振幅は大きくならない。そのため、Ｑ－ｃｈの信号の出力振幅を大きくするために利得が大きく設定され、ノイズ成分がＱ-ｃｈに付加され信号品質の劣化が生じる。

一方で、光信号の光源と局発光の光源の間で周波数オフセットが生じていた場合には、図９に示すようにコンスタレーションが回転する。図８に示したＢＰＳＫ方式では、Ｉ軸成分のみを有しているが、周波数オフセットを意図的に発生させことで、Ｉ軸成分だけでなくＱ軸成分も値を持たせることができる。Ｑ軸成分を持たせることで、適正な利得が設定されるため信号のノイズが大きくなりすぎることを抑制し、信号品質劣化を防ぐことができる。

本実施形態の光通信システムは、光受信装置２０のエラー検出部２８において検出したエラー情報を基に、光送信装置１０の周波数調整部１５が光源部１４から出力される光の周波数の調整を行っている。エラー数が減少するように、周波数の調整を調整することで、光送信装置１０から送信される光信号の周波数と、光受信装置２０において受信信号の検波に用いる局発光の周波数に適正なオフセットが付加され得る。その結果、本実施形態の光通信システムは、受信信号に生じるノイズの影響を抑制し受信品質を維持することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の光通信システムについて説明する。図１０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、光送信装置３０と、光受信装置４０を備えている。光送信装置３０と、光受信装置４０は、通信路２０１を介して互いに接続されている。

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通信路２０１を介したデジタルコヒーレント方式の光通信を行うネットワークシステムである。第２の実施形態の光通信ネットワークでは、光送信装置の光源の周波数のオフセット量を調整していたが、本実施形態の光通信ネットワークは、光受信装置の局発光の周波数のオフセット量を調整することを特徴とする。

光送信装置３０の構成について説明する。図１１は、本実施形態の光送信装置３０の構成を示したものである。光送信装置３０は、クライアント信号入力部１１と、信号処理部１２と、信号変調部１３と、光源部３１を備えている。本実施形態のクライアント信号入力部１１、信号処理部１２および信号変調部１３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。

光源部３１は、出力する光の周波数のオフセット機能以外は、第２の実施形態の光源部１４と同様の機能を有する。すなわち、光源部３１は、半導体レーザを備え、所定の周波数の連続光を信号変調部１３に出力する。所定の周波数は、光通信ネットワークの波長設計に基づいて割り当てられている。

光受信装置４０の構成について説明する。図１２は、本実施形態の光受信装置４０の構成を示したものである。光受信装置４０は、クライアント信号出力部２１と、ＰＢＳ２２と、９０度ハイブリッド２３と、光検出部２４と、ＡＤＣ２５と、ＤＳＰ２６と、局発光出力部４１と、エラー検出部４２と、周波数調整部４３を備えている。

本実施形態のクライアント信号出力部２１、ＰＢＳ２２、９０度ハイブリッド２３、光検出部２４、ＡＤＣ２５およびＤＳＰ２６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。すなわち、ＰＢＳ２２として、通信路２０１を介して入力される光信号を偏波分離するＰＢＳ２２－１と、局発光を偏波分離するＰＢＳ２２－２が備えられている。また、Ｘ偏波の信号を処理する９０度ハイブリッド２３－１、光検出部２４－１およびＡＤＣ２５－１と、Ｙ偏波の信号を処理する９０度ハイブリッド２３－２、光検出部２４－２およびＡＤＣ２５－２がそれぞれ備えられている。

局発光出力部４１は、通信路２０１を介して伝送されてくる光信号と合波し、中間周波数の光信号を生成する際に用いる所定の周波数の局発光を生成する。局発光出力部４１は、半導体レーザを用いて構成されている。所定の周波数は、通信路２０１を介して伝送されてくる光信号の周波数を基に設定されている。また、局発光出力部４１は、所定の周波数にオフセットを付加した周波数の光を出力する。周波数のオフセット量は、周波数調整部４３によって制御される。

エラー検出部４２は、第２の実施形態のエラー検出部２８と同様の機能を有する。本実施形態のエラー検出部４２は、ＤＳＰ２６における信号の受信処理を監視し、誤り訂正の数を基にエラー数を計測する。エラー検出部４２は、エラーの計測結果を基に算出したエラー情報を自装置内の周波数調整部４３に送る。本実施形態のエラー検出部４２は、ＢＥＲをエラー情報として周波数調整部４３に送る。また、エラー検出部４２は、ＤＳＰ２６の一部としてＤＳＰ２６と一体化されていてもよい。

周波数調整部４３は、局発光出力部４１の周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部４３は、エラー検出部４２から送られてくるエラー情報に基づいて、周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部４３は、エラー情報として送られてくるＢＥＲが小さくなるように周波数のオフセット量を制御する。

本実施形態の光通信システムの動作について説明する。本実施形態の光通信システムは、光信号と局発光の周波数オフセットを調整する以外の動作では、第２の実施形態の光通信システムと同様に動作する。本実施形態の光通信システムは、光受信装置４０におけるエラー数の検出結果を基に、光信号と局発光の周波数オフセットを調整している。すなわち、本実施形態の光通信システムは、光受信装置４０の周波数調整部４３が局発光出力部４１から出力される局発光の周波数の設定値からのオフセット量を変化させ、エラー数が最小となるときのオフセット量を基に局発光の周波数の制御を行う。

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、エラー数を基に光受信装置４０側が局発光の周波数を調整するので、エラー数を光送信装置３０に送る必要は無いためシステムの構成をより簡略化することができる。

（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１３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、光送信装置５０と、光受信装置６０を備えている。光送信装置５０と光受信装置６０は、通信路２０１および通信路２０２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通信路２０１を介したデジタルコヒーレント方式の光通信を行うネットワークシステムである。第２の実施形態の光通信システムは、エラー数が最小になるように光信号の調整を行うことで、光信号と局発光の周波数のオフセットを調整している。本実施形態の光通信システムは、そのような構成に代えて、光信号の周波数を監視し、光信号と局発光の周波数オフセットが設定値になるように光源部から出力される光の周波数を調整することを特徴とする。

光送信装置５０の構成について説明する。図１４は、本実施形態の光送信装置５０の構成を示したものである。光送信装置５０は、クライアント信号入力部１１と、信号処理部１２と、信号変調部１３と、光源部１４と、周波数モニタ部５１と、周波数調整部５２を備えている。

本実施形態のクライアント信号入力部１１、信号処理部１２、信号変調部１３および光源部１４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。

周波数モニタ部５１は、信号変調部１３の出力信号の周波数を計測する機能を有する。周波数モニタ部５１には、たとえば、信号変調部１３の出力信号が光カプラで分岐されて入力される。周波数モニタ部５１は、信号変調部１３の出力信号の周波数の情報を周波数調整部５２に送る。

周波数調整部５２は、周波数モニタ部５１から送られてくる出力信号の周波数と、光受信装置６０から通信路２０２を介して送られてくる局発光の周波数に基づいて、光源部１４が出力する光の周波数のオフセット値を制御する。周波数調整部５２は、周波数モニタ部５１から送られてくる出力信号の周波数と、光受信装置６０から送られてくる局発光の周波数の差、すなわち、周波数オフセットを監視する。周波数調整部５２は、周波数オフセットが０にならないように設定されている周波数オフセットの設定値を基に光源部１４が出力する光の周波数のオフセット量を制御する。

光受信装置６０の構成について説明する。図１５は、本実施形態の光受信装置６０の構成について示したものである。光受信装置６０は、クライアント信号出力部２１と、ＰＢＳ２２と、９０度ハイブリッド２３と、光検出部２４と、ＡＤＣ２５と、ＤＳＰ２６と、局発光出力部２７と、周波数モニタ部６１を備えている。

本実施形態のクライアント信号出力部２１、ＰＢＳ２２、９０度ハイブリッド２３、光検出部２４、ＡＤＣ２５、ＤＳＰ２６および局発光出力部２７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。すなわち、ＰＢＳ２２として、通信路２０１を介して入力される光信号を偏波分離するＰＢＳ２２－１と、局発光を偏波分離するＰＢＳ２２－２が備えられている。また、Ｘ偏波を処理する９０度ハイブリッド２３－１、光検出部２４－１およびＡＤＣ２５－１と、Ｙ偏波を処理する９０度ハイブリッド２３－２、光検出部２４－２およびＡＤＣ２５－２がそれぞれ備えられている。

周波数モニタ部６１は、局発光出力部２７の出力光の周波数を計測する機能を有する。周波数モニタ部６１は、局発光出力部２７の出力光が、例えば、光カプラで分岐されて入力される。周波数モニタ部６１は、局発光出力部２７の出力光の周波数の情報を通信路２０２を介して光送信装置５０の周波数調整部５２に送る。

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は、光信号と局発光の周波数オフセットを調整する以外の動作では、第２の実施形態の光通信システムと同様に動作する。

本実施形態の光送信装置５０において光源部１４が出力する周波数を調整する動作について説明する。図１６は、光源部１４が出力する光の周波数を調整する際の動作フローを示したものである。

始めに、周波数調整部５２は、周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔを設定する（ステップＳ３１）。周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔとは、光源部１４が出力する光の周波数と局発光出力部４１が出力する光の周波数の差の目標のことをいう。周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔは、あらかじめ、周波数調整部５２に記憶されている。また、周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔは、作業者等によって設定値が入力されてもよい。

周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔを設定すると、周波数調整部５２は、光信号の周波数オフセットｓｉｇ＿ｏｆｓ、すなわち、実際に出力される光信号の周波数と光信号の周波数の設定値との差を算出する（ステップＳ３２）。周波数調整部５２は、周波数モニタ部５１から送られてくる光信号の周波数のモニタ結果を基に光信号の周波数オフセットｓｉｇ＿ｏｆｓを算出する。周波数調整部５２は、光信号の周波数オフセットを、周波数オフセットｓｉｇ＿ｏｆｓ＝光信号の周波数モニタ値－光信号の周波数設定値として算出する。

光信号の周波数オフセットを算出すると、周波数調整部５２は、局発光の周波数オフセットｌｏ＿ｏｆｓ、すなわち、光受信装置６０において実際に出力されている局発光の周波数と局発光の周波数の設定値との差を算出する（ステップＳ３３）。周波数調整部５２は、周波数モニタ部６１から通信路２０２を介して送られてくる局発光の周波数のモニタ結果を基に局発光の周波数オフセットｌｏ＿ｏｆｓを算出する。周波数調整部５２は、局発光の周波数オフセットを、周波数オフセットｌｏ＿ｏｆｓ＝局発光の周波数のモニタ結果－局発光の周波数設定値として算出する。

光信号と局発光のそれぞれの周波数オフセットを算出すると、周波数調整部５２は、光信号と局発光の周波数オフセットｔｏｔａｌ＿ｏｆｓを算出する（ステップＳ３４）。周波数調整部５２は、光信号と局発光の周波数オフセットを、周波数のオフセットｔｏｔａｌ＿ｏｆｓ＝光信号の周波数オフセットｓｉｇ＿ｏｆｓ－局発光の周波数オフセットｌｏ＿ｏｆｓによって算出する。

光信号と局発光の周波数の差、すなわち、周波数オフセットを算出すると、周波数調整部５２は、周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔの正負を確認し、光源部１４が出力する光の周波数の補正量ｄｉｆｆを算出する際の係数ＳＩＧＮを決定する。

周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔの値が０以上のとき（ステップＳ３５でＹｅｓ）、周波数調整部５２は、係数ＳＩＧＮを＋１として設定する（ステップＳ３６）。周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔの値が０より小さいとき（ステップＳ３５でＮｏ）、周波数調整部５２は、係数ＳＩＧＮを－１として設定する（ステップＳ３９）。

光源部１４が出力する光の周波数の補正量ｄｉｆｆを算出する際の係数ＳＩＧＮを決定すると、周波数調整部５２は、周波数オフセットの補正量ｄｉｆｆを算出する（ステップＳ３７）。周波数調整部５２は、補正量ｄｉｆｆをｄｉｆｆ＝ＳＩＧＮ×ｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔ－ＳＩＧＮ×ｔｏｔａｌ＿ｏｆｓとして算出する。

周波数の補正量ｄｉｆｆを算出すると、周波数調整部５２は、光源部１４が出力する光の周波数を周波数設定値＋ＳＩＧＮ×ｄｉｆｆとしてする（ステップＳ３８）。光源部１４が出力する光の周波数を算出すると、周波数調整部５２は、算出した周波数の光が出力されるように光源部１４を制御する。

本実施形態の光通信システムは、光信号および局発光の周波数を監視し、光信号と局発光との周波数の差である周波数オフセットが設定値となるように周波数調整部５２が光源部１４から出力される光の周波数を制御している。そのように、光信号と局発光の周波数の差を０以外の設定値に保ち、光信号と局発光の間で周波数オフセットを有するようにすることでＱ－ｃｈの信号に生じる雑音を抑制することができる。その結果、本実施形態の光通信システムは、受信信号に生じるノイズの影響を抑制し受信品質を維持することができる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１７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、光送信装置７０と、光受信装置８０を備えている。光送信装置７０と光受信装置８０は、通信路２０１および通信路２０３を介して接続されている。通信路２０３は、光送信装置７０から光受信装置８０に制御信号等を送る通信ネットワークである。

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通信路２０１を介したデジタルコヒーレント方式の光通信を行うネットワークシステムである。本実施形態の光通信システムは、光信号と局発光の周波数の計測結果を基に、光信号と局発光の周波数オフセットが設定値になるように光受信装置８０の局発光の周波数の制御を行うことを特徴とする。

光送信装置７０の構成について説明する。図１８は、本実施形態の光送信装置７０の構成を示したものである。光送信装置７０は、クライアント信号入力部１１と、信号処理部１２と、信号変調部１３と、光源部７１と、周波数モニタ部７２を備えている。本実施形態のクライアント信号入力部１１、信号処理部１２および信号変調部１３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。

光源部７１は、出力する光の周波数のオフセット機能以外は、第２の実施形態の光源部１４と同様の機能を有する。すなわち、光源部７１は、半導体レーザを備え、所定の周波数の連続光を信号変調部１３に出力する。所定の周波数は、光通信ネットワークの波長設計に基づいて割り当てられている。

周波数モニタ部７２は、信号処理部１２の出力信号の周波数を計測する機能を有する。周波数モニタ部７２には、たとえば、信号変調部１３の出力信号が光カプラで分岐されて入力される。周波数モニタ部７２は、信号変調部１３の出力信号の周波数の情報を光受信装置８０の周波数調整部８２に通信路２０３を介して送る。

光受信装置８０の構成について説明する。図１９は、本実施形態の光受信装置８０の構成を示したものである。光受信装置８０は、クライアント信号出力部２１と、ＰＢＳ２２と、９０度ハイブリッド２３と、光検出部２４と、ＡＤＣ２５と、ＤＳＰ２６と、局発光出力部２７と、周波数モニタ部８１と、周波数調整部８２を備えている。

周波数モニタ部８１は、局発光出力部２７の出力光の周波数を計測する機能を有する。周波数モニタ部８１は、局発光出力部２７の出力光が、例えば、光カプラで分岐されて入力される。周波数モニタ部８１は、局発光出力部２７の出力光の周波数の情報を自装置の周波数調整部８２に送る。

周波数調整部８２は、光送信装置７０の周波数モニタ部７２から通信路２０３を介して送られてくる出力信号の周波数と、自装置の周波数モニタ部８１から送られてくる局発光の周波数に基づいて、局発光出力部２７が出力する光の周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部８２は、光送信装置７０から送られてくる光信号の周波数と、局発光の周波数を監視し、オフセットの合計が０にならないように設定された周波数オフセットの設定値を基に局発光出力部２７が出力する局発光の周波数のオフセット量を制御する。

本実施形態の光通信システムの動作について説明する。本実施形態の光通信システムは、光受信装置側で局発光の周波数を制御することで周波数オフセットを調整する以外は、第４の実施形態と同様に動作する。本実施形態の光通信システムでは、光受信装置８０の周波数調整部８２が光送信装置７０から送られてくる光信号の周波数と、自装置で計測された局発光の周波数を基に周波数の差を算出する。周波数調整部８２は、光信号と局発光の周波数の差と周波数オフセットの設定値を基に、局発光の周波数を調整する。周波数調整部８２は、算出した光信号と局発光の周波数の差と周波数オフセットの設定値が一致するように、局発光出力部２７から出力される局発光の周波数を調整する。

本実施形態の光通信システムは、第４の実施形態の光通信システムと同様の効果を有する。すなわち、本実施形態の光通信システムは、光信号および局発光の周波数を監視し、光信号と局発光との周波数の差である周波数オフセットが設定値となるように周波数調整部８２が局発光出力部２７から出力される光の周波数を制御している。そのように、光信号と局発光の周波数の差を０以外の設定値に保ち、光信号と局発光の間で周波数オフセットを有するようにすることでＱ－ｃｈの信号に生じる雑音を抑制することができる。その結果、本実施形態の光通信システムは、受信信号に生じるノイズの影響を抑制し受信品質を維持することができる。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２０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、光送信装置９０と、光受信装置１００を備えている。光送信装置９０と光受信装置１００は、通信路２０１および通信路２０２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通信路２０１を介したデジタルコヒーレント方式の光通信を行うネットワークシステムである。第４および第５の実施形態の光通信システムでは、光信号と局発光の周波数を計測することで、周波数差を算出しているが、本実施形態の光通信システムは、光受信装置の信号処理を監視することで光信号と局発光の周波数差の情報を取得することを特徴とする。

光送信装置９０の構成について説明する。図２１は、本実施形態の光送信装置９０の構成を示したものである。光送信装置９０は、クライアント信号入力部１１と、信号処理部１２と、信号変調部１３と、光源部１４と、周波数調整部９１を備えている。

周波数調整部９１は、光受信装置１００の周波数オフセット検出部１０１から通信路２０２を介して送られてくる光送信装置９０が送信した光信号の周波数と、光受信装置１００の局発光の周波数のオフセット量に基づいて、光源部１４が出力する光の周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部９１は、光受信装置１００から送られてくる光信号と局発光の周波数のオフセット量を基に、オフセットの合計が０にならないように光源部１４の周波数のオフセット量を制御する。

光受信装置１００の構成について説明する。図２２は、本実施形態の光受信装置１００の構成を示したものである。光受信装置１００は、クライアント信号出力部２１と、ＰＢＳ２２と、９０度ハイブリッド２３と、光検出部２４と、ＡＤＣ２５と、ＤＳＰ２６と、局発光出力部２７と、周波数オフセット検出部１０１を備えている。

本実施形態のクライアント信号出力部２１、ＰＢＳ２２、９０度ハイブリッド２３、光検出部２４、ＡＤＣ２５、ＤＳＰ２６および局発光出力部２７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。すなわち、ＰＢＳ２２として、通信路２０１を介して入力される光信号を偏波分離するＰＢＳ２２－１と、局発光を偏波分離するＰＢＳ２２－２が備えられている。また、Ｘ偏波の信号を処理する９０度ハイブリッド２３－１、光検出部２４－１およびＡＤＣ２５－１と、Ｙ偏波の信号を処理する９０度ハイブリッド２３－２、光検出部２４－２およびＡＤＣ２５－２がそれぞれ備えられている。

周波数オフセット検出部１０１は、ＤＳＰ２６における受信処理を監視し、光送信装置９０が送信する光信号の周波数と、局発光出力部２７が出力する局発光の周波数の差を周波数オフセットとして検出する。周波数オフセット検出部１０１は、検出した光信号と局発光の周波数の差を示す周波数オフセットの情報を、通信路２０２を介して光送信装置９０の周波数調整部９１に送る。また、周波数オフセット検出部１０１は、ＤＳＰ２６の一部としてＤＳＰ２６と一体化されていてもよい。

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は、光信号と局発光の周波数オフセットを調整する以外の動作では、第２の実施形態の光通信システムと同様に動作する。本実施形態の光送信装置９０において光源部１４が出力する周波数を調整する動作について説明する。図２３は、光源部１４が出力する光の周波数を調整する際の動作フローを示したものである。

始めに、周波数調整部９１は、周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔを設定する（ステップＳ４１）。周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔとは、光源部１４が出力する光の周波数と局発光出力部２７が出力する光の周波数の差の目標のことをいう。周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔは、あらかじめ、周波数調整部９１に記憶されていてもよく、作業者等によって設定値が入力されてもよい。

周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔを設定すると、周波数調整部９１は、光信号と局発光の周波数オフセットｔｏｔａｌ＿ｏｆｓのデータを取得する（ステップＳ４２）。光信号と局発光の周波数オフセットｔｏｔａｌ＿ｏｆｓのデータは、通信路２０２を介して光受信装置１００の周波数オフセット検出部１０１から受信する。

光信号と局発光の周波数オフセットのデータを受信すると、周波数調整部９１は、周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔの正負を確認し、周波数オフセットの補正量ｄｉｆｆを算出する際の係数ＳＩＧＮを決定する。

周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔの値が０以上のとき（ステップＳ４３でＹｅｓ）、周波数調整部９１は、係数ＳＩＧＮを＋１として設定する（ステップＳ４４）。周波数オフセットのターゲットｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔの値が０より小さいとき（ステップＳ４３でＮｏ）、周波数調整部９１は、係数ＳＩＧＮを－１として設定する（ステップＳ４７）。

補正量ｄｉｆｆを算出する際の係数ＳＩＧＮを決定すると、周波数調整部９１は、周波数オフセットの補正量ｄｉｆｆを算出する（ステップＳ４５）。周波数調整部９１は、補正量ｄｉｆｆをｄｉｆｆ＝ＳＩＧＮ×ｏｆｓ＿ｔａｒｇｅｔ－ＳＩＧＮ×ｔｏｔａｌ＿ｏｆｓとして算出する。

周波数の補正量ｄｉｆｆを算出すると、周波数調整部９１は、光源部１４が出力する光の周波数を周波数設定値＋ＳＩＧＮ×ｄｉｆｆとして算出する（ステップＳ４６）。光源部１４が出力する光の周波数を算出すると、周波数調整部９１は、算出した周波数の光が出力されるように光源部１４を制御する。

本実施形態の光通信システムは、光信号および局発光の周波数を周波数オフセット検出部１０１から取得し、光信号と局発光との周波数の差を示す周波数オフセットが設定値となるように光源部１４から出力される光の周波数を制御している。そのように、光信号と局発光の周波数の差を０以外の設定値に保ち、光信号と局発光の間で周波数オフセットを有するようにすることでＱ－ｃｈの信号に生じる雑音を抑制することができる。その結果、本実施形態の光通信システムは、受信信号に生じるノイズの影響を抑制し受信品質を維持することができる。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２４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、光送信装置１１０と、光受信装置１２０を備えている。光送信装置１１０と、光受信装置１２０は、通信路２０１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通信路２０１を介したデジタルコヒーレント方式の光通信を行うネットワークシステムである。第６の実施形態の光通信システムは、ＤＳＰ２６における受信信号の処理を周波数オフセット検出部１０１が監視し、光信号と局発光の周波数の差の情報を取得し、光送信装置９０において光信号の周波数の調整を行っている。本実施形態の光通信システムは、ＤＳＰ２６における受信信号の処理を周波数オフセット検出部１２２が監視し、局発光の周波数を調整することで光信号と局発光の周波数オフセットを調整することを特徴とする。

光送信装置１１０の構成について説明する。図２５は、本実施形態の光送信装置１１０の構成を示したものである。光送信装置１１０は、クライアント信号入力部１１と、信号処理部１２と、信号変調部１３と、光源部１１１を備えている。本実施形態のクライアント信号入力部１１、信号処理部１２および信号変調部１３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。

光源部１１１は、出力する光の周波数のオフセット機能以外は、第２の実施形態の光源部１４と同様の機能を有する。すなわち、光源部１１１は、半導体レーザを備え、所定の周波数の連続光を信号変調部１３に出力する。所定の周波数は、光通信ネットワークの波長設計に基づいて割り当てられている。

光受信装置１２０の構成について説明する。図２６は、本実施形態の光受信装置１２０の構成を示したものである。光受信装置１２０は、クライアント信号出力部２１と、ＰＢＳ２２と、９０度ハイブリッド２３と、光検出部２４と、ＡＤＣ２５と、ＤＳＰ２６と、局発光出力部１２１と、周波数オフセット検出部１２２と、周波数調整部１２３を備えている。

局発光出力部１２１は、通信路２０１を介して伝送されてくる光信号と合波し、中間周波数の光信号を生成する際に用いる所定の周波数の局発光を生成する。局発光出力部１２１は、半導体レーザを備え、通信路２０１を介して伝送されてくる光信号の周波数を基に設定されている周波数の光を出力する。また、局発光出力部１２１は、所定の周波数を中心周波数として周波数のオフセットを付加した光を出力する。周波数のオフセットは、周波数調整部１２３によって制御される。

周波数オフセット検出部１２２は、ＤＳＰ２６における受信処理を監視し、光送信装置１１０が送信する光信号の周波数と、局発光出力部１２１が出力する局発光の周波数のオフセット量として検出する。周波数オフセット検出部１２２は、周波数のオフセット量の情報を自装置の周波数調整部１２３に送る。また、周波数オフセット検出部１２２は、ＤＳＰ２６の一部としてＤＳＰ２６と一体化されていてもよい。

周波数調整部１２３は、局発光出力部１２１が出力する局発光の周波数のオフセット量を制御する。周波数調整部１２３は、周波数オフセット検出部１２２から送られてくる光信号と局発光の周波数オフセットの情報に基づいて、局発光出力部１２１が出力する局発光の周波数のオフセット量を制御する。

本実施形態の光通信システムでは、光受信装置側で局発光の周波数を制御することで周波数オフセットを調整する以外は第６の実施形態と同様に動作する。本実施形態の光通信システムでは、光受信装置１２０の周波数調整部１２３は、周波数オフセット検出部１２２が検出した光信号と局発光の周波数を差の情報を取得する。周波数調整部１２３は、光信号の周波数と局発光の周波数の差を示す周波数オフセットの設定値を基に、局発光の周波数を調整する。周波数調整部１２３は、算出した光信号と局発光の周波数の差と周波数オフセットの設定値が一致するように、局発光出力部１２１から出力される局発光の周波数を調整する。

本実施形態の光通信システムは、光信号および局発光の周波数を周波数オフセット検出部１２２から取得し、光信号と局発光との周波数の差を示す周波数オフセットが設定値となるように局発光出力部１２１から出力される光の周波数を制御している。そのように、光信号と局発光の周波数の差を０以外の設定値に保ち、光信号と局発光の間で周波数オフセットを有するようにすることで、本実施形態の光通信システムは、Ｑ－ｃｈの信号に生じる雑音を抑制することができる。その結果、本実施形態の光通信システムは、受信信号に生じるノイズの影響を抑制し受信品質を維持することができる。

第２乃至第７の実施形態の光通信システムでは、光送信装置から光受信装置へ光信号を送信する１方向の通信を行う構成について示している。そのような構成に代えて、各実施形態の光通信システムにおいて双方向の光通信が行われてもよい。双方向の光通信を行う場合には、光信号と局発光の周波数の差である周波数オフセットの制御は、それぞれの方向に対して行われる。また、双方向の通信を行う場合に、エラー情報、光の周波数の情報および光信号と局発光の周波数差の情報などの情報は、対向する装置に送るフレーム内に付加して送信する構成としてもよい。

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］
自装置に割り当てられた周波数の光を出力する光出力手段と、
前記光出力手段が出力する光を互いに直交する偏波に分離し、それぞれの同相成分および直交成分に変調を施し、変調を施した各成分波を偏波合成した光信号を出力する光変調手段と、
前記光信号の送信先の光受信装置における前記光信号の受信状態の情報を取得する受信情報取得手段と、
前記受信状態の情報を基に前記光出力手段が出力する光の周波数を制御し、前記光受信装置が前記光信号をコヒーレント検波する際に用いる局発光の周波数と、前記光出力手段が出力する光の周波数との差である周波数オフセットを調整する周波数調整手段と
を備えることを特徴とする光送信装置。

［付記２］
前記受信情報取得手段は、前記受信状態の情報として前記光信号のエラー数の情報を取得し、
前記周波数調整手段は、前記エラー数が最小になるように前記光出力手段が出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記１に記載の光送信装置。

［付記３］
前記光変調手段から出力される前記光信号の周波数を計測する周波数計測手段をさらに備え、
前記受信情報取得手段は、前記光受信装置から前記局発光の周波数の情報を取得し、
前記周波数調整手段は、前記周波数計測手段が計測した前記光信号の周波数と、前記受信情報取得手段が取得した前記局発光の周波数を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように前記光出力手段が出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記１に記載の光送信装置。

［付記４］
前記受信情報取得手段は、前記光受信装置から受信した前記光信号の周波数と前記局発光の周波数の差を示す情報を取得し、
前記周波数調整手段は、前記受信情報取得手段が取得した、前記光受信装置から受信した前記光信号の周波数と前記局発光の周波数の差を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように前記光出力手段が出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記１に記載の光送信装置。

［付記５］
直交する偏波のそれぞれの同相成分および直交成分に光送信装置において変調が施された光信号の周波数を基に設定された周波数の局発光を出力する局発光出力手段と、
前記光信号と前記局発光とを合波し、電気信号に変換する光信号受信手段と、
前記光信号受信手段が変換した前記電気信号を元に復調処理を行う復調手段と、
前記光信号の受信状態の情報を基に前記局発光出力手段が出力する光の周波数を制御し、前記光信号の周波数と前記局発光出力手段が出力する前記局発光の周波数との差である周波数オフセットを調整する局発光調整手段と
を備えることを特徴とする光受信装置。

［付記６］
前記局発光調整手段は、前記復調手段が検出するエラー数が最小になるように前記局発光出力手段が出力する前記局発光の周波数を制御することを特徴とする付記５に記載の光受信装置。

［付記７］
前記局発光出力手段から出力される前記局発光の周波数を計測する局発光計測手段と、
前記光送信装置から前記光信号の周波数の情報を取得する送信情報取得手段と
をさらに備え、
前記局発光調整手段は、前記局発光計測手段が計測した前記局発光の周波数と、前記送信情報取得手段が取得した前記光信号の周波数を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように前記局発光出力手段が出力する前記局発光の周波数を制御することを特徴とする付記５に記載の光受信装置。

［付記８］
前記局発光調整手段は、前記復調手段において検出される前記光信号の周波数と前記局発光の周波数の差を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように前記局発光出力手段が出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記５に記載の光受信装置。

［付記９］
付記１から４いずれかに記載の光送信装置と、
付記５に記載の光受信装置と
を備え、
前記光送信装置の前記周波数調整手段は、前記光受信装置から取得する前記光信号の受信状態の情報を基に、前記光出力手段が出力する光の周波数との差である周波数オフセットを調整することを特徴とする光通信システム。

［付記１０］
自装置に割り当てられた周波数の光を出力し、
出力した前記光を互いに直交する偏波に分離し、それぞれの同相成分および直交成分に変調を施し、変調を施した各成分波を偏波合成した光信号を出力し、
前記光信号の送信先の光受信装置における前記光信号の受信状態の情報を取得し、
前記受信状態の情報を基に出力する前記光の周波数を制御し、前記光受信装置が前記光信号をコヒーレント検波する際に用いる局発光の周波数と、出力する前記光の周波数との差である周波数オフセットを調整することを特徴とする光通信方法。

［付記１１］
前記受信状態の情報として前記光信号のエラー数の情報を取得し、
前記エラー数が最小になるように出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記１０に記載の光通信方法。

［付記１２］
出力される前記光信号の周波数を計測し、
前記光受信装置から前記局発光の周波数の情報を取得し、
計測した前記光信号の周波数と、取得した前記局発光の周波数を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記１０に記載の光通信方法。

［付記１３］
前記光受信装置から受信した前記光信号の周波数と前記局発光の周波数の差を示す情報を取得し、
取得した、前記光受信装置から受信した前記光信号の周波数と前記局発光の周波数の差を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする付記１０に記載の光通信方法。

［付記１４］
直交する偏波のそれぞれの同相成分および直交成分に光送信装置において変調が施された光信号の周波数を基に設定された周波数の前記局発光を出力し、
受信した前記光信号と前記局発光とを合波し、電気信号に変換し、
変換した前記電気信号を元に復調処理を行い、
前記光信号の受信状態の情報を基に出力する前記局発光の周波数を制御し、
前記光信号の周波数と前記局発光の周波数との差である周波数オフセットを調整することを特徴とする付記１０から１３いずれか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、２０１８年２月８日に出願された日本出願特願２０１８－２０９９５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。

１光出力手段
２光変調手段
３受信情報取得手段
４周波数調整手段
１０光送信装置
１１クライアント信号入力部
１２信号処理部
１３信号変調部
１４光源部
１５周波数調整部
２０光受信装置
２１クライアント信号出力部
２２ＰＢＳ
２３９０度ハイブリッド
２４光検出部
２５ＡＤＣ
２６ＤＳＰ
２７局発光出力部
２８エラー検出部
３０光送信装置
３１光源部
４０光受信装置
４１局発光出力部
４２エラー検出部
４３周波数調整部
５０光送信装置
５１周波数モニタ部
５２周波数調整部
６０光受信装置
６１周波数モニタ部
７０光送信装置
７１光源部
７２周波数モニタ部
８０光受信装置
８１周波数モニタ部
８２周波数調整部
９０光送信装置
９１周波数調整部
１００光受信装置
１０１周波数オフセット検出部
１１０光送信装置
１１１光源部
１２０光受信装置
１２１局発光出力部
１２２周波数オフセット検出部
１２３周波数調整部
２０１通信路
２０２通信路
２０３通信路

Claims

自装置に割り当てられた周波数の光を出力する光出力手段と、
前記光出力手段が出力する前記光を互いに直交する偏波に分離し、それぞれの同相成分および直交成分に変調を施し、変調を施した各成分波を偏波合成した光信号を出力する光変調手段と、
前記光信号の送信先の光受信装置における前記光信号の受信状態の情報を取得する受信情報取得手段と、
前記受信状態の情報を基に前記光出力手段が出力する前記光の周波数を制御し、前記光受信装置が前記光信号をコヒーレント検波する際に用いる局発光の周波数と、前記光出力手段が出力する前記光の周波数との差である周波数オフセットを調整する周波数調整手段と、
前記光変調手段から出力される前記光信号の周波数を計測する周波数計測手段、とを備え、
前記受信情報取得手段は、前記光受信装置から前記局発光の周波数の情報を取得し、
前記周波数調整手段は、前記周波数計測手段が計測した前記光信号の周波数と、前記受信情報取得手段が取得した前記局発光の周波数を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように前記光出力手段が出力する前記光の周波数を制御することを特徴とする光送信装置。
直交する偏波のそれぞれの同相成分および直交成分に光送信装置において変調が施された光信号の周波数を基に設定された周波数の局発光を出力する局発光出力手段と、
前記光信号と前記局発光とを合波し、電気信号に変換する光信号受信手段と、
前記光信号受信手段が変換した前記電気信号を元に復調処理を行う復調手段と、
前記光信号の受信状態の情報を基に前記局発光出力手段が出力する前記局発光の周波数を制御し、前記光信号の周波数と前記局発光出力手段が出力する前記局発光の周波数との差である周波数オフセットを調整する局発光調整手段と、
前記局発光出力手段から出力される前記局発光の周波数を計測する局発光計測手段と、
前記光送信装置から前記光信号の周波数の情報を取得する送信情報取得手段、とを備え、
前記局発光調整手段は、前記局発光計測手段が計測した前記局発光の周波数と、前記送信情報取得手段が取得した前記光信号の周波数を基に、前記周波数オフセットがあらかじめ設定された値となるように前記局発光出力手段が出力する前記局発光の周波数を制御することを特徴とする光受信装置。