JPWO2013128835A1 - 光受信器および光通信システム - Google Patents

Abstract

多値変調方式を用いた光通信システムにおいては、送信光信号における歪を光送信器で補償することが困難であり、受信性能が劣化するため、本発明の光受信器は、位相変調された送信光信号を、伝送路を通して受信し、電気信号に変換して受信電気信号を出力する光電変換部と、受信電気信号を入力する逆伝達特性部を有し、逆伝達特性部は、送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、受信電気信号における送信光信号に基づく歪を補償して出力する。

Description

本発明は、光受信器および光通信システムに関し、特に、多値変調方式を用いた光受信器および光通信システムに関する。

インターネットの幅広い普及や映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスに対する急激な需要増加に伴い、長距離大容量かつ高信頼な光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。光ファイバ通信システムにおいては、光伝送路である光ファイバの敷設コストの低減や、光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めることが重要である。このため、デジタル光送受信方式を用いたデジタルコヒーレント光通信技術の重要性が増大している。デジタルコヒーレント光通信技術によれば、従来の大容量光通信システムにおいて一般に広く用いられているオンオフ変調方式（Ｏｎ−Ｏｆｆ ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）などによるアナログ光送受信方式に比べ、３〜６ｄＢの受信感度の向上を実現することができる。さらに、デジタルコヒーレント光通信技術においては、波長分散や偏波分散などによる波形歪みを、送信側または受信側におけるデジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：ＤＳＰ）技術によって補償することが可能である。そのため、光通信装置の性能向上、低コスト化などを実現することができる。

デジタルコヒーレント光通信技術に用いるデジタル光送信器には、従来のアナログ送信器のような２値によるデータ変調ではなく、多値変調が可能な光変調器が必要とされている。このような光変調器の一つに、光導波路型のマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）型干渉計に光導波路型の光位相変調器を組み込んだ、ＭＺ型光変調器がある。ＭＺ型光変調器は、印加電圧と干渉計の構成を調整することにより、強度変調や位相変調などの種々の光変調信号を生成することが可能である。

ＭＺ型光変調器を用いた関連する光送信器の一例が特許文献１に記載されている。関連する光送信器においては、まず、多値変調信号を構成する同相（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ：Ｉ）信号と直交位相（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ：Ｑ）信号をデジタル信号処理する。その後、デジタル／アナログ変換器（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＤＡＣ）によりアナログ信号に変換する。そして、ＭＺ型光変調器を用いた光ＩＱ変調器（光直交変調器）に入力することによって、光ＩＱ信号にアップコンバートして出力する構成としている。

ここで、ＭＺ型光変調器の伝達特性は、正弦波（サイン）カーブという非線形な特性として与えられるため、この非線形伝達特性が送信信号に歪みを与えることになる。この問題への対応策として、デジタル信号処理によってＭＺ型光変調器の特性の逆特性（アークサイン特性）を付加して歪みを補償する手法がある。しかし、この手法には、ＭＺ型光変調器の非線形性の補償効果が、後段のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）の分解能によって大きく制限される、という問題があった。

そこで特許文献１では、関連するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いて、このような非線形な特性を精度良く実現することとしている。すなわち、関連するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）では、バイナリ重み付けされたデジタル入力信号を適切なコードにコード変換を施した上で、適切な電流値係数を用いて電流源の電流値を制御することとしている。具体的には、バイナリ重み付けがなされたバイナリ・コードのデジタル入力信号を各ビットの重みがない温度計・コードの信号にデコードする。それととともに、電流スイッチセルの電流源から供給される電流値を、所望の非線形出力特性に応じてあらかじめ定めた重み付けをした電流値係数によって各電流スイッチセルごとに変更する。これによって、デコードされた温度計・コードにしたがって、オンになった各電流スイッチセルから供給される電流の電流値の合計が、所望の非線形特性の電流値に推移するように動作させることができる。この構成により、必要とする非線形特性に応じたＤ／Ａ変換を精度良く行うことが可能となり、ＭＺ型光変調器の非線形性を補償することができるとしている。

特開２０１０−１９９７７０号公報（段落「０００２」〜「００６１」）

しかし、関連するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）においては、温度計・コードに展開して動作することとしているので、必要とする電流スイッチセルの個数が増加する。そのため、回路規模および消費電力が増大することになる。つまり、関連するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いてＭＺ型光変調器の非線形性を補償しようとすると、光送信器の消費電力が増大してしまう。

上述したように、多値変調方式を用いた光通信システムにおいて、光送信器に用いられる光変調器は駆動電気信号に対して非線形な応答を行う。さらに、製造ばらつきなどに起因して、変調された光信号が所望の値にならず、出力された送信光信号に波形歪みが生じる。その結果、光受信器の受信性能が劣化するという問題があった。一方、送信光信号における波形歪みを光送信器で補償しようとすると、光送信器の消費電力が増大するという問題があった このように、多値変調方式を用いた光通信システムにおいては、送信光信号における歪を光送信器で補償することが困難であり、受信性能が劣化する、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、多値変調方式を用いた光通信システムにおいては、送信光信号における歪を光送信器で補償することが困難であり、受信性能が劣化する、という課題を解決する光受信器および光通信システムを提供することにある。

本発明の光受信器は、位相変調された送信光信号を、伝送路を通して受信し、電気信号に変換して受信電気信号を出力する光電変換部と、受信電気信号を入力する逆伝達特性部を有し、逆伝達特性部は、送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、受信電気信号における送信光信号に基づく歪を補償して出力する。

本発明の光通信システムは、位相変調された送信光信号を出力する光送信器と、伝送路を通して送信光信号を受信する光受信器を有し、光送信器は、光源と、光源の出力光を位相変調する光変調器を備え、光受信器は、送信光信号を受信し、電気信号に変換して受信電気信号を出力する光電変換部と、受信電気信号を入力する逆伝達特性部を有し、逆伝達特性部は、送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、受信電気信号における送信光信号に基づく歪を補償して出力する。

本発明の光受信器および光通信システムによれば、多値変調方式を用いた光通信システムにおいて、送信光信号における歪を補償することができ、受信性能の劣化を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光受信器の別の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光通信システムに用いられるＭＺ型光変調器の動作を説明するためのブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光通信システムの別の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムに用いられる光送信器の動作を説明するためのブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの別の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムに用いられる別の光送信器の動作を説明するためのブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムに用いられる分割電極構造光位相変調器における、ＯＮ電圧を印加する分割電極数に対するトータル位相変調量の関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの別の構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光受信器１００の構成を示すブロック図である。光受信器１００は、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１０と逆伝達特性部１２０を有する。光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１０は、伝送路を通して位相変調された送信光信号を受信し、電気信号に変換して受信電気信号を逆伝達特性部１２０に出力する。逆伝達特性部１２０は、送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、受信電気信号における送信光信号に基づく歪を補償して出力する。

逆伝達特性部１２０として、逆伝達特性フィルタ１２１を用いることができる。また、これに限らず、図２に示すように、逆伝達特性部１２０はアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２と、識別レベル調整部１２３を備えた構成とすることもできる。ここで、識別レベル調整部１２３は、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２の伝達特性が送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性となるように、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２の識別レベルを調整する。

このような構成により、送信光信号がマッハツェンダ（ＭＺ）型光変調器により多値位相変調された光信号であり、ＭＺ型光変調器の非線形性等に基づく歪を含んでいる場合であっても、送信光信号における歪を補償することができる。そのため、受信性能の劣化を抑制することができる。ここで、逆伝達特性部１２０が備える伝達特性は、典型的には、ＭＺ型光変調器の特性の逆特性であるアークサイン特性とすることができる。

図３に、本発明の第１の実施形態に係る光通信システム１０００の構成を示す。光通信システム１０００は、位相変調された送信光信号を出力する光送信器２００と、伝送路３００を通して送信光信号を受信する光受信器１００を有する。光送信器２００は、少なくとも光源２１０と、光源２１０の出力光を位相変調する光変調器としてのＭＺ型光変調器２２０を備える。

光受信器１００は、上述したように、送信光信号を受信し、電気信号に変換して受信電気信号を出力する光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１０と、受信電気信号を入力する逆伝達特性部１２０を有する。逆伝達特性部１２０は、送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、受信電気信号における送信光信号に基づく歪を補償して出力する。なお、逆伝達特性部１２０の具体的な構成は、図１に示したように逆伝達特性フィルタ１２１を用いた構成であっても、図２に示したアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２と識別レベル調整部１２３を備えた構成であってもよい。

光送信器２００は図３に示すように、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２３０とドライバアンプ２４０をさらに備えた構成とすることができる。また、光受信器１００は、逆伝達特性部１２０の後段に信号処理部としてのデジタル信号処理部（ＤＳＰ）１３０を備えた構成とすることができる。デジタル信号処理部（ＤＳＰ）１３０は、逆伝達特性部１２０の出力信号を復調した復調信号を出力する。

光送信器２００のデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２３０は、送信デジタル信号をアナログ信号に変換する。ＭＺ型光変調器２２０は、変換されたアナログ信号を用いてドライバアンプ２４０により駆動される。そして、ＭＺ型光変調器２２０は光源２１０から出力された光信号に光変調を加え、送信光信号として伝送路３００に送出する。

伝送路３００を介して受信された送信光信号は、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１０により電気信号に変換され、逆伝達特性部１２０に入力される。逆伝達特性部１２０のアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２によってデジタル信号に変換された受信信号は、デジタル信号処理部（ＤＳＰ）１３０によって波形等化、クロック抽出、および誤り訂正などの信号復調処理が行われる。

次に図４を用いて、ＭＺ型光変調器２２０の動作について説明する。ここではプッシュ−プル型光変調器を例として説明する。光源２１０からＭＺ型光変調器２２０に入力された光信号は２つの経路に分岐される。ＭＺ型光変調器２２０では、それぞれの経路に光位相変調器２２１および光位相変調器２２２が配置されている。光位相変調器２２１および２２２では、印加された電圧に比例した位相変調が施される。すなわち、光位相変調器２２１および光位相変調器２２２に印加される電気信号をそれぞれＶ_１、Ｖ_２とし、光位相変調器２２１および光位相変調器２２２における位相変調量をφ_１、φ_２とすると、下記のように表すことができる。
φ_１＝ｋ_１Ｖ_１、φ_２＝ｋ_２Ｖ_２ （ｋ_１、ｋ_２は比例定数）
光位相変調器２２１および光位相変調器２２２で位相変調を施された信号光は合波された後、ＭＺ型光変調器２２０から出力される。このとき、ＭＺ型光変調器２２０の出力電場強度Ｅ_ｏｕｔは、例えば、ｅｘｐ（ｊφ_１）+ｅｘｐ（ｊφ_２）（ｊは虚数単位）に比例した信号として出力される。ここで、２つの光位相変調器２２１、２２２を駆動するドライバアンプ２４０が差動アンプである場合には、Ｖ_１＝−Ｖ_２＝Ｖ_ｍｏｄとなる。これより、ＭＺ型光変調器２２０の出力電場強度Ｅ_ｏｕｔは以下のように表される。
Ｅ_ｏｕｔ∝｛ｅｘｐ（ｊｋＶ_ｍｏｄ）+ｅｘｐ（−ｊｋＶ_ｍｏｄ）｝＝２ｃｏｓ（ｋＶ_ｍｏｄ）
ただし、ｋ＝ｋ_１＝ｋ_２とした。

上記説明では、ＭＺ型光変調器２２０が理想的な動作をする場合について記述した。しかし、上述したように、ＭＺ型光変調器では原理的な歪みが生じる。さらに、ドライバアンプ２４０における歪み、および調整誤差や素子の製造ばらつきなどが存在する。これらを考慮すると、ＭＺ型光変調器２２０の出力電場強度Ｅ_ｏｕｔは一般的に、Ｖ_ｍｏｄの関数ｆを用いてＥ_ｏｕｔ＝ｆ（Ｖ_ｍｏｄ）と表現することができる。すなわち、ＭＺ型光変調器２２０に印加される電気信号Ｖ_ｍｏｄに対して、ＭＺ型光変調器２２０の出力光信号は伝達関数ｆで表現される歪みを含んだ光信号となる。

次に、光受信器１００の逆伝達特性部１２０の動作について図３を用いて説明する。逆伝達特性部１２０は逆伝達特性フィルタ１２１およびアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２を含む構成である。逆伝達特性部１２０に入力されたアナログ信号は、送信光信号Ｅ_ｏｕｔの伝達関数ｆの逆関数ｆ^−１の伝達特性を有する逆伝達特性フィルタ１２１に入力される。したがって、逆伝達特性フィルタ１２１からは、ＭＺ型光変調器２２０の駆動電気信号Ｖ_ｍｏｄに比例した信号が出力される。逆伝達特性フィルタ１２１の出力信号は、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２に入力され、デジタル信号に変換される。

ここで、逆伝達特性フィルタ１２１は、Ｌ（インダクタ／コイル）、Ｃ（キャパシタ／コンデンサ）、Ｒ（抵抗器）などのアナログ回路素子を用いて構成することができる。これに限らず、フィードフォワード型等化器（Ｆｅｅｄ−Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ：ＦＦＥ）や判定帰還型等化器（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ：ＤＦＥ）などの等化器を用いることとしてもよい。また、これらを組み合わせて構成することもできる。

また、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２の識別レベルを、識別レベル調整部１２３を用いて調整することにより、送信光信号Ｅ_ｏｕｔの伝達関数ｆの逆関数ｆ^−１と等化な伝達特性を実現することが可能である。すなわち、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２を不等間隔な任意の量子化レベルで量子化することにより、ｆ^−１と等化である非線形な伝達特性を実現することができる。

図５に、本発明の第１の実施形態に係る別の構成の光通信システム１０１０を示す。ここで図３に示した光通信システム１０００と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。光通信システム１０１０は、送信器２００が第１の伝達関数を有する送信側逆伝達特性部２５０を備える構成とした点において、図３に示した光通信システム１０００と異なる。送信側逆伝達特性部２５０は、送信情報を入力し、光変調器としてのＭＺ型光変調器２２０を変調するための送信電気信号を出力する。具体的には、送信側逆伝達特性部２５０はデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２５１と、第１の伝達関数ｇ^−１を有する送信側逆伝達特性フィルタ２５２を備えた構成とすることができる。

このとき、光受信器１００の逆伝達特性部１２０が備える逆伝達特性フィルタ１５１は、第２の伝達関数ｈ^−１を有する。そして、第１の伝達関数ｇ^−１と第２の伝達関数ｈ^−１の積が、送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数ｆ^−１に略等しくなるように構成されている。

図３に示した光通信システム１０００では、光送信器２００の歪み伝達特性ｆを、光受信器１００が備える逆伝達特性部１２０の伝達特性ｆ^−１によって補償する構成とした。それに対して、図５に示した光通信システム１０１０においては、送信側逆伝達特性部２５０と逆伝達特性部１２０との組み合わせによって、光送信器２００の歪み伝達特性ｆを打ち消す構成とした。ここで上述したように、送信側逆伝達特性フィルタ２５２の伝達特性（第１の伝達関数）をｇ^−１、逆伝達特性フィルタ１５１の伝達特性（第２の伝達関数）をｈ^−１とする。このとき、ｆ^−１＝ｇ^−１×ｈ^−１となる任意の組み合わせで送信側逆伝達特性フィルタ２５２と逆伝達特性フィルタ１５１を構成することができる。

このように、光送信器と光受信器でバランスをとった信号送受信を行うことにより、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２５１とアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２にそれぞれ必要とされる分解能を低減することができる。そのため、回路実装を簡易化し、消費電力を低減することが可能となる。

なお、光受信器１００に記憶部を備え、記憶部に送信光信号における歪を表す伝達関数に関する情報を蓄積する構成としてもよい。例えば、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１２２の識別レベルをプリセット値としてＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）に記憶しておくことができる。また、外部のマイコン（ＣＰＵ）などからメモリに設定することとしてもよい。さらに、光送信器２００および光受信器１００を起動するときに、トレーニング的に送受信を行うことにより、送信光信号における歪を表す伝達関数に関する情報を決定することもできる。

送信側逆伝達特性フィルタ２５２は、逆伝達特性フィルタ１２１と同様に、アナログ回路素子を用いた構成や、フィードフォワード型等化器（ＦＦＥ）や判定帰還型等化器（ＤＦＥ）などの等化器を用いた構成とすることができる。また、送信側逆伝達特性フィルタ２５２によらず、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２５１の量子化レベル間隔を不等間隔で非線形に調整することにより、逆伝達特性を実現する構成とすることもできる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る光通信システム２０００の構成を示すブロック図である。ここで、図３に示した第１の実施形態による光通信システム１０００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。本実施形態の光通信システム２０００においては、送信光信号は直交位相変調された光信号とした。すなわち、光送信器２００が備える光変調器はＩ−Ｑ光変調器２２３である。

光受信器１００は、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１１、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１４２、および信号処理部１４０を有する。信号処理部１４０は、前置デジタル信号処理部（前置ＤＳＰ）１４３、逆伝達特性部としての逆伝達特性フィルタ１４１、およびデジタル信号処理部（ＤＳＰ）１４４を備える。

光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１１は、同相成分である第１の受信電気信号（Ｉ信号）と、直交位相成分である第２の受信電気信号（Ｑ信号）をそれぞれアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１４２に出力する。逆伝達特性部は、第１の受信電気信号（Ｉ信号）を入力する第１の逆伝達特性部としての逆伝達特性フィルタ（ｆ_Ｉ ^−１）１４１と、第２の受信電気信号（Ｑ信号）を入力する第２の逆伝達特性部としての逆伝達特性フィルタ（ｆ_Ｑ ^−１）１４１を含んで構成される。

光送信器２００が備えるデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２３０は、Ｉチャンネル（Ｉ−ｃｈ）およびＱチャンネル（Ｑ−ｃｈ）の送信デジタル信号をそれぞれアナログ信号に変換する。Ｉ−Ｑ光変調器２２３は、Ｉチャンネル（Ｉ−ｃｈ）およびＱチャンネル（Ｑ−ｃｈ）ごとにドライバアンプ２４０によってそれぞれ駆動される。Ｉ−Ｑ光変調器２２３は、光源２１０から出力された光信号に光変調を施し、送信光信号として伝送路に送出する。

伝送路を介して光受信器１００で受信された送信光信号は、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１１によってＩ−ｃｈとＱ−ｃｈの電気信号（Ｉ信号、Ｑ信号）にそれぞれ変換される。その後、Ｉ−ｃｈ用およびＱ−ｃｈ用のアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１４２にそれぞれ入力される。アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）１４２によってデジタル信号に変換された受信信号に対して、信号処理部１４０は波形等化、クロック抽出、誤り訂正などの信号復調処理を行う。

なお、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１１は、９０度ハイブリッド回路、フォトダイオード、およびトランスインピーダンスアンプなどにより構成される。

次に、本実施形態に係る光送信器２００の動作について図７を用いて説明する。光送信器２００を構成するＩ−Ｑ光変調器２２３は、Ｉ−ｃｈ用のＭＺ型光変調器２２０、Ｑ−ｃｈ用のＭＺ型光変調器２２０、π／２位相変調器２２４を含んで構成される。ここで、それぞれのＭＺ型光変調器２２０として、例えば、図４に示したプッシュ−プル型光変調器を使用することができる。

光源２１０から出力された光信号はＩ−Ｑ光変調器２２３に入力され、Ｉ−ｃｈ導波路とＱ−ｃｈ導波路に分岐される。ＭＺ型光変調器２２０はドライバアンプ２４０からの電気信号Ｖ_ＩおよびＶ_Ｑにより、それぞれ駆動される。このとき、Ｉ−ｃｈ用のＭＺ型光変調器２２０によって変調された電場Ｅ_Ｉは、Ｉ−ｃｈにおける歪み伝達特性を表す伝達関数ｆ_Ｉを用いてｆ_Ｉ（Ｖ_Ｉ）と表すことができる。同様に、Ｑ−ｃｈ用のＭＺ型光変調器２２０によって変調された電場Ｅ_Ｑは、Ｑ−ｃｈにおける歪み伝達特性を表す伝達関数ｆ_Ｑを用いてｆ_Ｑ（Ｖ_Ｑ）と表すことができる。

ＭＺ型光変調器２２０の後段に配置されたπ／２位相変調器２２４は、電気信号Ｖ_ｆｉｘによりπ／２位相変調を施す。Ｉ−ｃｈ導波路およびＱ−ｃｈ導波路を通過した光信号はＩ−Ｑ光変調器２２３の出力段で合波される。このとき、出力電場強度Ｅ_ｏｕｔは例えば以下の式で与えられる。
Ｅ_ｏｕｔ＝Ｅ_Ｉ+ｊＥ_Ｑ＝ｆ_Ｉ（Ｖ_Ｉ）+ｊｆ_Ｑ（Ｖ_Ｑ） （ｊは虚数単位）
なお、図７では、π／２位相変調器２２４をＱ−ｃｈ導波路内（Ｑ−ｃｈ用のＭＺ型光変調器２２０の後段）に配置した場合を示したが、Ｉ−ｃｈ導波路内の任意の位置に−π／２位相変調器を配置することとしてもよい。また、Ｉ−ｃｈ導波路内の任意の位置に−π／４位相変調器を、Ｑ−ｃｈ導波路内の任意の位置にπ／４位相変調器を配置する構成であってもよい。すなわち、変調器の構成や導波路の形状に応じて、Ｉ−ｃｈ導波路とＱ−ｃｈ導波路との間にπ／２の位相差が生じる構成であれば、自由に配置を変更することができる。

次に図６を用いて、信号処理部１４０の動作について説明する。信号処理部１４０に入力されたデジタル信号は、前置デジタル信号処理部（前置ＤＳＰ）１４３によって、例えば伝送路の波長分散補償、キャリア周波数補償などのデジタル信号処理が行われる。前置デジタル信号処理部（前置ＤＳＰ）１４３の出力信号は逆伝達特性フィルタ１４１に入力される。逆伝達特性フィルタ１４１は、Ｉ−ｃｈの歪み伝達特性ｆ_ＩおよびＱ−ｃｈの歪み伝達特性ｆ_Ｑを、それぞれ逆伝達特性ｆ_Ｉ ^−１およびｆ_Ｑ ^−１によって補償する。逆伝達特性フィルタ１４１の出力信号はデジタル信号処理部（ＤＳＰ）１４４に入力され、波形等化、識別処理、および誤り訂正などの信号復調処理が行われる。

以上説明したように、本実施形態の光通信システム２０００によれば、送信光信号がＭＺ型光変調器により直交位相変調された光信号であり、ＭＺ型光変調器の非線形性等に基づく歪を含んでいる場合であっても、送信光信号における歪を補償することができる。そのため、受信性能の劣化を抑制することができる。

なお上記説明では、単一チャネルのＩ−Ｑ信号を送受信する光通信システムについて説明した。しかし、これに限らず、偏波多重（Ｄｕａｌ−Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ：ＤＰ）信号などにより複数チャネルを用いるＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号や、ＤＰ−ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号などを用いた光通信システムに適応することも可能である。その場合には、前置デジタル信号処理部（前置ＤＳＰ）１４３またはデジタル信号処理部（ＤＳＰ）１４４において、偏波分離処理を行う構成とすればよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの別の構成について説明する。図８に、本実施形態に係る別の構成の光通信システム２０１０を示す。ここで、図６に示した光通信システム２０００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。光通信システム２０１０は、光送信器４００の構成が異なり、光受信器１００の構成は光通信システム２０００におけるものと同様である。

光送信器４００は、光源２１０、Ｉ−Ｑ光変調器４２０、エンコーダ４３０、およびドライバアンプ４４０を備える。エンコーダ４３０は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの送信デジタル信号をそれぞれ２値もしくは多値のアナログ信号に変換する。Ｉ−Ｑ光変調器４２０は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈのそれぞれｎ個からなるドライバアンプ４４０によって駆動される。Ｉ−Ｑ光変調器４２０は光源１０４から出力された光信号に光変調を施し、送信光信号として直交位相変調された光信号を伝送路に送出する。

伝送路を介して光受信器１００によって受信された送信光信号は、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１１によって電気信号に変換され、以降は上述した光通信システム２０００における場合と同様に信号処理される。

次に、本実施形態に係る光送信器４００の動作について図９を用いて説明する。光送信器４００を構成するＩ−Ｑ光変調器４２０は、Ｉ−ｃｈ導波路の分割電極型ＭＺ型光変調器４２１とＱ−ｃｈ導波路の分割電極型ＭＺ型光変調器４２２を有する。そして分割電極型ＭＺ型光変調器４２１、４２２はそれぞれ、分割電極構造光位相変調器４２３と固定光位相変調器４２４を備える。

Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈに対する分割電極型ＭＺ型光変調器４２１、４２２はそれぞれ、分割電極構造光位相変調器４２３を構成するｎ個の複数電極を備える。すなわち光変調器としての分割電極型ＭＺ型光変調器４２１、４２２は、分割電極を備えたマッハツェンダ型光変調器である。そして各電極に与える電気信号Ｖ_Ｉ１〜Ｖ_Ｉｎ、およびＶ_Ｑ１〜Ｖ_Ｑｎを個別に調整することが可能な構成である。エンコーダ４３０は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈに対応した各送信データ信号の振幅情報を、Ｖ_Ｉ１〜Ｖ_ＩｎおよびＶ_Ｑ１〜Ｖ_ＱｎにおけるＯｎ／Ｏｆｆ情報に変換する。したがって、Ｖ_Ｉ１〜Ｖ_ＩｎおよびＶ_Ｑ１〜Ｖ_Ｑｎをそれぞれデジタル的にＯｎ／Ｏｆｆすることにより、各電極における光位相変調をデジタル的に加算することが可能となる。固定光位相変調器４２４においては、Ｉ−ｃｈの光信号とＱ−ｃｈの光信号との間の位相差がπ／２となるように、駆動電圧Ｖ_ＩｆｉｘおよびＶ_Ｑｆｉｘが調整される。Ｉ−ｃｈ導波路およびＱ−ｃｈ導波路においてそれぞれ位相変調された光信号は合波され、Ｉ−Ｑ光変調器４２０から送信信号として送出される。

図１０に、分割電極構造光位相変調器４２３における、ＯＮ電圧を印加する分割電極数に対するトータル位相変調量の関係の一例を示す。分割電極の数はｎ個とした。ここで例えば、ｎ＝２^ｍ（ｍは整数）とし、分割電極構造光位相変調器４２３の各電極でそれぞれπ／２^ｍの位相変調が施されるように駆動電圧Ｖ_Ｉ１〜Ｖ_ＩｎおよびＶ_Ｑ１〜Ｖ_Ｑｎを調整する。これにより、各分割電極に対する駆動電圧のＯＮ／ＯＦＦによって、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２３０、２５１を用いた光送信機と等化な光送信機を構成することができる。すなわち、Ｉ−Ｑ光変調器４２０からの送信信号は、Ｉ−ｃｈにおける歪み伝達特性ｆ_ＩおよびＱ−ｃｈにおける歪み伝達特性ｆ_Ｑを用いて、以下のように表すことができる。
Ｅ_ｏｕｔ＝Ｅ_Ｉ+ｊＥ_Ｑ＝ｆ_Ｉ（Ｖ_Ｉ１，Ｖ_Ｉ２，・・・，Ｖ_Ｉｎ）+ｊｆ_Ｑ（Ｖ_Ｑ１，Ｖ_Ｑ２，・・・，Ｖ_Ｑｎ）
つまり、上述したデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２３０を用いた光送信器２００と同様な手法により、光送信器４００の歪み特性を補償することが可能である。

上記説明では、エンコーダ４３０は、Ｉ−ｃｈおよびＱ−ｃｈにおけるそれぞれの送信データ信号の振幅情報を、駆動電圧Ｖ_Ｉ１〜Ｖ_ＩｎおよびＶ_Ｑ１〜Ｖ_ＱｎのＯＮ／ＯＦＦ情報に変換することとした。しかし、これに限らず、送信データ信号の振幅情報を複数振幅（多値）の情報に変換することとしてもよい。この場合には、より高精度なＩ−Ｑ光変調器を構成することができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第３の実施形態に係る光通信システム３０００の構成を示すブロック図である。ここで、図６に示した第２の実施形態による光通信システム２０００と同一の構成には同一符号を付して、その説明を省略する。

光通信システム３０００を構成する光送信器５００は、送信信号処理部５１０と波長分散量設定部５２０をさらに備える点において、光通信システム２０００を構成する光送信器２００と異なる。送信信号処理部５１０は符号化器５１１と予等化演算部５１２を含んで構成される。ここで予等化演算部５１２は、伝送路で発生する波長分散を補償する処理を行う。

光通信システム３０００を構成する光受信器６００は、モニタ部６１０と制御部としての逆伝達特性調整部６２０をさらに備える点において、光通信システム２０００を構成する光受信器１００と異なる。モニタ部６１０は、信号処理部１４０が出力する復調信号を検知し、検知情報を出力する。逆伝達特性調整部６２０は検知情報に基づいて逆伝達特性部としての逆伝達特性フィルタ１４１を制御する。

送信信号処理部５１０に入力された送信信号データは、符号化器５１１によって符号化される。符号化器５１１では、ＱＡＭ変調などの多値変調方式やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式などに対応した符号化が行われる。符号化器５１１で符号化された送信信号は、予等化演算部５１２に入力される。予等化演算部５１２は、波長分散量設定部５２０により設定された波長分散量に基づいて、伝送路で発生する波長分散をあらかじめ光送信器５００で補償するための予等化演算を行う。

予等化演算部５１２の出力信号はＩ−ｃｈおよびＱ−ｃｈの送信信号に分岐され、それぞれデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）２３０に入力される。この後、送信光信号が送出されるまでの動作は、図６に示した光送信器２００における動作と同様であるので、説明は省略する。

伝送路を介して受信された送信光信号は、光電変換部（Ｏ／Ｅ）１１１によってＩ−ｃｈとＱ−ｃｈの電気信号にそれぞれ変換される。その後、光受信器６００におけるデジタル信号処理部（ＤＳＰ）１４４から復調信号が出力されるまでの動作は、図６に示した光受信器１００における動作と同様であるので、説明は省略する。

デジタル信号処理部（ＤＳＰ）１４４の出力信号は、モニタ部６１０によってモニタされる。モニタ部６１０の検知情報として、例えば、波形モニタなどによる信号品質情報や、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）などによる誤り訂正情報を用いることができる。モニタ部６１０による検知情報は、逆伝達特性調整部６２０に入力される。逆伝達特性調整部６２０は逆伝達特性フィルタ１４１のフィルタ係数を制御し、信号品質が好適になるように伝達特性ｆ_Ｉ ^−１およびｆ_Ｑ ^−１を調整する。したがって、第１の実施形態による光送受信器１００のように、送信光信号における歪を表す伝達関数に関する情報をプリセット値として蓄積したり、トレーニング送受信によって設定する処理は不要となる。さらに、逆伝達特性フィルタ１４１の伝達特性ｆ_Ｉ ^−１およびｆ_Ｑ ^−１が時間的に変動する場合であっても、適応的な制御を行うことが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の光通信システム３０００によれば、送信光信号がＭＺ型光変調器により直交位相変調された光信号であり、ＭＺ型光変調器の非線形性等に基づく歪を含んでいる場合であっても、送信光信号における歪を補償することができる。そのため、受信性能の劣化を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの別の構成について説明する。図１２に、本実施形態に係る別の構成の光通信システム３０１０を示す。ここで、図１１に示した光通信システム３０００と同一の構成には同一の符号を付して、その説明は省略する。

光通信システム３０１０は、光受信器６５０の構成が異なる。すなわち、光受信器６５０は制御部としての識別レベル調整部６６０を備え、識別レベル調整部６６０にアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）６４２が接続された構成とした。

信号処理部１４０の出力信号はモニタ部６１０によってモニタされ、モニタ部６１０による検知情報（モニタ情報）は識別レベル調整部６６０に入力される。識別レベル調整部６６０はモニタ情報に基づいて、信号品質が好適になるようにアナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）６４２の識別レベルを調整する。すなわち、識別レベル調整部６６０は、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）６４２の伝達特性が光送信器５００の歪み伝達特性ｆ_Ｉおよびｆ_Ｑを補償するように、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）６４２の識別レベルを調整する。具体的には、識別レベル調整部６６０は、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）６４２における量子化を不等間隔（非線形）な任意の量子化レベルで行うように制御する。これにより、アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）６４２の伝達特性がそれぞれｆ_Ｉ ^−１およびｆ_Ｑ ^−１となるように調整することが可能となる。

光通信システム３０１０によっても上述した実施形態と同様に、送信光信号がＭＺ型光変調器により直交位相変調された光信号であり、ＭＺ型光変調器の非線形性等に基づく歪を含んでいる場合であっても、送信光信号における歪を補償することができる。そのため、受信性能の劣化を抑制することができる。

なお、上記実施形態における各光通信システムにおいては、光送信器と光受信器が伝送路を挟んで配置された構成として説明した。これに限らず、各実施形態における光送信器と光受信器を一体の光通信モジュールまたは光通信装置として構成し、これらの光通信モジュールまたは光通信装置が伝送路を介して配置された構成の光通信システムであっても本発明を適用することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

この出願は、２０１２年３月１日に出願された日本出願特願２０１２−０４５７５８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。

１００、６００、６５０ 光受信器
１１０、１１１ 光電変換部（Ｏ／Ｅ）
１２０ 逆伝達特性部
１２１、１４１、１５１ 逆伝達特性フィルタ
１２２、１４２、６４２ アナログ−デジタル変換部（ＡＤＣ）
１２３ 識別レベル調整部
１３０ デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
１４０ 信号処理部
１４３ 前置デジタル信号処理部（前置ＤＳＰ）
１４４ デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
２００、４００、５００ 光送信器
２１０ 光源
２２０ ＭＺ型光変調器
２２１、２２２ 光位相変調器
２２３、４２０ Ｉ−Ｑ光変調器
２２４ π／２位相変調器
２３０、２５１ デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器（ＤＡＣ）
２４０、４４０ ドライバアンプ
２５０ 送信側逆伝達特性部
２５２ 送信側逆伝達特性フィルタ
３００ 伝送路
４２１、４２２ 分割電極型ＭＺ型光変調器
４２３ 分割電極構造光位相変調器
４２４ 固定光位相変調器
４３０ エンコーダ
５１０ 送信信号処理部
５１１ 符号化器
５１２ 予等化演算部
５２０ 波長分散量設定部
６１０ モニタ部
６２０ 逆伝達特性調整部
６６０ 識別レベル調整部
１０００、１０１０、２０００、２０１０、３０００、３０１０ 光通信システム

Claims (10)

1. 位相変調された送信光信号を、伝送路を通して受信し、電気信号に変換して受信電気信号を出力する光電変換手段と、
   前記受信電気信号を入力する逆伝達特性手段を有し、
   前記逆伝達特性手段は、前記送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、前記受信電気信号における前記送信光信号に基づく歪を補償して出力する
   光受信器。
2. 請求項１に記載した光受信器において、
   前記逆伝達特性手段は、逆伝達特性フィルタを備える
   光受信器。
3. 請求項１に記載した光受信器において、
   前記逆伝達特性手段は、アナログ−デジタル変換手段と、識別レベル調整手段を備え、
   前記識別レベル調整手段は、前記アナログ−デジタル変換手段の伝達特性が前記送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性となるように、前記アナログ−デジタル変換手段の識別レベルを調整する
   光受信器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載した光受信器において、
   記憶手段をさらに備え、
   前記記憶手段は、前記送信光信号における歪を表す伝達関数に関する情報を蓄積する
   光受信器。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載した光受信器において、
   前記送信光信号は、直交位相変調された光信号であり、
   前記光電変換手段は、同相成分である第１の受信電気信号と、直交位相成分である第２の受信電気信号を出力し、
   前記逆伝達特性手段は、前記第１の受信電気信号を入力する第１の逆伝達特性手段と、前記第２の受信電気信号を入力する第２の逆伝達特性手段を含む
   光受信器。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載した光受信器において、
   信号処理手段と、モニタ手段と、制御手段をさらに有し、
   前記信号処理手段は、前記逆伝達特性手段の出力信号を復調した復調信号を出力し、
   前記モニタ手段は、前記復調信号を検知して検知情報を出力し、
   前記制御手段は、前記検知情報に基づいて前記逆伝達特性手段を制御する
   光受信器。
7. 位相変調された送信光信号を出力する光送信器と、伝送路を通して前記送信光信号を受信する光受信器を有し、
   前記光送信器は、光源と、前記光源の出力光を位相変調する光変調器を備え、
   前記光受信器は、
   前記送信光信号を受信し、電気信号に変換して受信電気信号を出力する光電変換手段と、
   前記受信電気信号を入力する逆伝達特性手段を有し、
   前記逆伝達特性手段は、前記送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数で表される伝達特性を有し、前記受信電気信号における前記送信光信号に基づく歪を補償して出力する
   光通信システム。
8. 請求項７に記載した光通信システムにおいて、
   前記光送信器は、第１の伝達関数を有する送信側逆伝達特性手段を備え、
   前記送信側逆伝達特性手段は、送信情報を入力して、前記光変調器を変調するための送信電気信号を出力し、
   前記光受信器の前記逆伝達特性手段は、第２の伝達関数を有し、
   前記第１の伝達関数と前記第２の伝達関数の積が、前記送信光信号における歪を表す伝達関数の逆関数に略等しい
   光通信システム。
9. 請求項７または８に記載した光通信システムにおいて、
   前記送信光信号は、直交位相変調された光信号であり、
   前記光変調器は、分割電極を備えたマッハツェンダ型光変調器であり、
   前記光電変換手段は、同相成分である第１の受信電気信号と、直交位相成分である第２の受信電気信号を出力し、
   前記逆伝達特性手段は、前記第１の受信電気信号を入力する第１の逆伝達特性手段と、前記第２の受信電気信号を入力する第２の逆伝達特性手段を含む
   光通信システム。
10. 請求項７から１０のいずれか一項に記載した光通信システムにおいて、
    前記光送信器は、予等化演算手段をさらに備え、
    前記予等化演算手段は、前記伝送路で発生する波長分散を補償する処理を行う
    光通信システム。

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