WO2010140289A1 - 光通信システム、その光受信機、その光通信方法 - Google Patents

光通信システム、その光受信機、その光通信方法 Download PDF

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communication system
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小笠原大作
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日本電気株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
    • H04B10/0795—Performance monitoring; Measurement of transmission parameters
    • H04B10/07951—Monitoring or measuring chromatic dispersion or PMD
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/06—Polarisation multiplex systems

Definitions

  • the present invention includes an optical transmitter that transmits an optical signal and an optical receiver that receives the optical signal, the carrier wave is provided in the same frequency band, and the two independent polarization states that are orthogonal to each other.
  • the present invention relates to a polarization multiplexing / demultiplexing optical communication system that demultiplexes an optical signal, an optical receiver thereof, and an optical communication method thereof.
  • the polarization demultiplexing technique multiplexes two independent optical signals whose carrier waves are arranged in the same frequency band and whose polarization states are orthogonal to each other in the optical transmitter, and in the optical receiver, This is a technology that realizes twice the transmission rate by separating two optical signals.
  • the symbol rate (baud rate) of the optical signal can be halved, the operation speed of the electric device can be reduced, and thus the device cost can be reduced.
  • optical communication system (hereinafter referred to as an optical communication system) using the polarization demultiplexing technique will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 10 shows a configuration example of the optical transmitter 10 in the conventional optical communication system.
  • the conventional optical transmitter 10 includes data source 101, data dividing unit 102, light source 103, optical branching unit 104, optical transmission unit 105-1, optical transmission unit 105-2, and polarization multiplexing unit 106. .
  • the data source 101 generates transmission data and transmits it to the data dividing unit 102.
  • the transmission data is normally supplied from another communication device connected to the optical transmitter, but here, for simplicity, it is assumed that the optical transmitter 10 itself generates transmission data.
  • the data division unit 102 divides the transmission data sent from the data source 101 into two (demultiplexing) and transmits the divided data to the optical transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2, respectively.
  • various methods such as a method of dividing each bit (bit interleaving) and a method of dividing each byte (byte interleaving) can be used.
  • the light source 103 outputs a laser beam having a predetermined frequency and transmits it to the optical branching unit 104.
  • the optical branching unit 104 bifurcates the laser light transmitted from the light source 103 and transmits the laser light having the same intensity to the optical transmitting unit 105-1 and the optical transmitting unit 105-2, respectively.
  • a method of supplying laser light from different light sources having the same optical frequency and the same light intensity can be applied to the optical transmitter 105-1 and the optical transmitter 105-2. Since it is desirable that the carrier frequency of the optical signal transmitted from each of the transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2 matches the line width, including the line width, a configuration in which the above-described single light source is bifurcated is recommended.
  • the optical transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2 use the laser beam transmitted from the optical branching unit 104 as a carrier wave and perform optical modulation with the data transmitted from the data dividing unit 102.
  • the type of the light modulation method is not limited.
  • the optical signals generated by the optical transmission units 105-1 and 105-2 are sent to the polarization multiplexing unit 106, respectively.
  • the polarization multiplexing unit 106 multiplexes the optical signals transmitted from the optical transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2 so that their polarization states are orthogonal to each other, and then transmits the multiplexed optical signal to the optical transmission line 200. .
  • the optical signal generated by the optical transmitter 10 propagates through the optical transmission line 200 and is then received by the optical receiver 30.
  • FIG. 11 shows a configuration example of the optical receiver 30 in the conventional optical communication system.
  • the optical receiver 30 includes an optical waveform equalization unit 301, a polarization separation unit 302, an optical reception unit 303-1, an optical reception unit 303-2, a data identification unit 304-1, a data identification unit 304-2, and a data multiplexing unit. 305.
  • the optical waveform equalization unit 301 optically compensates for waveform distortion due to chromatic dispersion that the optical signal received during propagation through the optical transmission line 200, and then transmits the compensated optical signal to the polarization separation unit 302.
  • the polarization separation unit 302 separates the optical signal received from the optical waveform equalization unit 301 into two optical signals generated by the optical transmission units 105-1 and 105-2, and the optical reception unit 302-1 and the optical signal, respectively.
  • the data is transmitted to the receiving unit 302-2.
  • the light receiving unit 303-1 converts the optical signal sent from the polarization separation unit 302 into an electrical signal and transmits it to the data identification unit 304-1. The same applies to the optical receiver 303-2.
  • the data identification unit 304-1 converts the electrical signal sent from the optical reception unit 303-1 into digital data based on a predetermined identification condition suitable for the optical modulation scheme, and transmits the digital data to the data multiplexing unit 305. The same applies to the data identification unit 304-2.
  • the data multiplexing unit 305 reproduces the original transmission data by multiplexing (multiplexing) the digital data sent from the data identification unit 304-1 and the data identification unit 304-2.
  • the configuration of the optical receiver 31 is that the optical signal received from the optical transmission line 200 is converted into an electrical signal by the optical receiver 303, and then the above-mentioned optical signal is converted from the electrical signal.
  • a method is also conceivable in which the electrical signals generated by the receiving units 303-1 and 303-2 are separated from each other.
  • FIG. 11A shows a configuration that optically performs polarization separation
  • FIG. 11B shows a configuration that performs polarization separation electrically.
  • the optical signal polarization-multiplexed by the optical transmitter is separated into independent optical signals by the optical receiver, and the original transmission data is reproduced.
  • a chromatic dispersion measuring device that does not depend on residual intensity modulation and accurately measures the group velocity dispersion of an optical component at a point where the input and output ends are separated such as a transmission line optical fiber (not shown).
  • chromatic dispersion measuring apparatus In the chromatic dispersion measuring apparatus, light emitted from a plurality of semiconductor lasers having different wavelengths is modulated by a plurality of light intensity modulators based on an electric signal pulse, and then synthesized by an optical coupler.
  • the synthesized light passes through the optical component to be measured and is detected by the photodiode.
  • the intensity of the DC component and i / NT (i is an integer from 1 to N-1) frequency component contained in the electric signal of the detection light is detected by a bandpass filter and a power meter.
  • the average photocurrent flowing through the photodiode is measured with an ammeter.
  • a dispersion value of the optical component to be measured is calculated from information on the measured i / NT component intensity, average photocurrent, pulse shape, and light source frequency (see, for example, Patent Document 1).
  • the optical transmission unit modulates and outputs any of the wavelength, transmission timing, and intensity of the light that is the transmission wave, using the low-frequency signal transmitted from the low-frequency generator.
  • the polarization multiplexer synthesizes the two modulated output lights in the orthogonal polarization state to generate a polarization multiplexed signal.
  • the polarization separator extracts and separates two orthogonal polarization components from the polarization multiplexed signal whose polarization state is controlled by the polarization controller.
  • the band pass filter extracts a component that passes through the pass band from the output signal of the optical receiver, and outputs the intensity of this component.
  • the control circuit generates a feedback control signal for maximizing the ratio of the components of the low frequency signal based on the output intensity from the band pass filter, and the polarization control unit uses the feedback control signal to generate the polarization multiplexed signal.
  • the polarization state is controlled (see, for example, Patent Document 2).
  • the propagation characteristics of the optical waveform equalization unit must match the inverse characteristics of the propagation characteristics of the optical transmission line. There is.
  • the propagation characteristic of the optical waveform equalizer is fixedly set after measuring the chromatic dispersion value of the optical transmission line in advance before the operation of the optical communication system.
  • the present invention has been made in view of the problems as described above, and does not adversely affect the transmission quality, and can easily and inexpensively reset the propagation characteristics of the optical waveform equalizer.
  • the optical receiver and the optical communication method are provided.
  • the optical communication system of the present invention has an optical transmitter that transmits an optical signal and an optical receiver that receives the optical signal, and the carrier waves are arranged in the same frequency band, and the polarization states are independent from each other.
  • a polarization multiplexing / demultiplexing type optical communication system for demultiplexing two optical signals, wherein an optical transmitter provides deviation providing means for giving a predetermined frequency deviation between carrier frequencies of optical signals to be transmitted, and light to be transmitted
  • Fluctuation applying means for applying periodic fluctuations having a predetermined frequency to the light intensity of the signal, and an information extraction means for the optical receiver to extract intensity information of frequency components of the periodic fluctuations from the received optical signal;
  • Dispersion value calculation means for calculating a chromatic dispersion value of the optical transmission line based on the extracted intensity information.
  • An optical receiver includes an optical transmitter that transmits an optical signal and an optical receiver that receives an optical signal, the carrier waves are arranged in the same frequency band, and the polarization states are independent from each other.
  • An optical receiver of a polarization multiplexing / demultiplexing optical communication system that demultiplexes two optical signals, information extracting means for extracting intensity information of frequency components of periodic fluctuations from the received optical signal, and extracted intensity information Dispersion value calculating means for calculating the chromatic dispersion value of the optical transmission line based on the above.
  • the optical communication method of the present invention includes an optical transmitter that transmits an optical signal and an optical receiver that receives the optical signal, the carrier waves are arranged in the same frequency band, and the polarization states are independent from each other.
  • An optical communication method of a polarization multiplexing / demultiplexing optical communication system that demultiplexes two optical signals, a deviation giving operation for giving a predetermined frequency deviation between the carrier frequencies of the optical signal to be transmitted, and the optical signal to be transmitted
  • Fluctuation applying operation for applying periodic fluctuations having a predetermined frequency to the light intensity of the light, information extracting operation for extracting intensity information of frequency components of the cyclic fluctuation from the received optical signal, and optical transmission based on the extracted intensity information
  • a dispersion value calculating operation for calculating a wavelength dispersion value of the path.
  • the various components of the present invention need only be formed so as to realize their functions.
  • dedicated hardware that exhibits a predetermined function
  • data processing in which a predetermined function is provided by a computer program It can be realized as an apparatus, a predetermined function realized in the data processing apparatus by a computer program, an arbitrary combination thereof, or the like.
  • a plurality of components are formed as a single member, and a single component is formed of a plurality of members. It may be that a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps with a part of another component, or the like.
  • the deviation adding means of the optical transmitter gives a predetermined frequency deviation between the carrier frequencies of the optical signals to be transmitted, and transmits the light.
  • the variation applying means applies a periodic variation having a predetermined frequency to the light intensity of the signal.
  • the information extraction unit of the optical receiver extracts the intensity information of the frequency component of the periodic fluctuation from the received optical signal, and the dispersion value calculation unit calculates the chromatic dispersion value of the optical transmission line based on the extracted intensity information To do. For this reason, it is possible to measure the chromatic dispersion value of the optical transmission line while operating the optical communication system. Therefore, it is possible to reset the propagation characteristics of the optical waveform equalization unit easily and at low cost without adversely affecting the transmission quality.
  • (a) is a block diagram showing the configuration of the optical transmitter of the optical communication system according to the embodiment of the present invention
  • (b) is a block diagram showing the configuration of the optical receiver. It is a block diagram which shows the structure of a light modulation part.
  • (A) is a characteristic diagram showing the time change of the electric signal generated by the intensity modulation signal generation unit
  • (b) is a characteristic diagram showing the time change of the electric signal generated by the intensity modulation signal generation unit. It is a characteristic view which shows the time change of the intensity
  • (A) is a characteristic diagram showing the time change of the electric signal generated by the phase modulation signal generation unit
  • (b) is a characteristic diagram showing the time change of the electric signal generated by the phase modulation signal generation unit. It is a characteristic view which shows the optical spectrum of the optical signal which an optical transmission part or an optical phase modulator sends out.
  • It is a block diagram which shows the structure of a wavelength dispersion value measurement part.
  • It is a block diagram which shows the structure of the optical receiver of this invention using an electrical waveform equalization part.
  • It is a block diagram which shows the structure of an electrical waveform equalization part.
  • (A) is a block diagram showing a configuration of a conventional optical receiver
  • (b) is a block diagram showing a configuration of the optical receiver.
  • the optical communication system 1000 includes an optical transmitter 100 that transmits an optical signal and an optical receiver 300 that receives the optical signal.
  • An optical communication system 1000 according to the present embodiment is a polarization multiplexing / demultiplexing optical communication system 1000 that multiplexes two independent optical signals whose carrier waves are arranged in the same frequency band and whose polarization states are orthogonal to each other. To separate.
  • the optical transmitter 100 includes a deviation imparting unit that imparts a predetermined frequency deviation between the carrier frequencies of the optical signal to be transmitted, and a variation imparting unit that imparts a periodic variation having a predetermined frequency to the optical intensity of the optical signal to be transmitted.
  • the optical receiver 300 includes an information extraction unit that extracts intensity information of a frequency component of a periodic variation from a received optical signal, a dispersion value calculation unit that calculates a chromatic dispersion value of an optical transmission line based on the extracted intensity information, Have.
  • the configuration of the optical transmitter 100 of the present embodiment is different from the configuration of the conventional optical transmitter in that an optical modulation unit 107 is newly provided as shown in FIG. .
  • the optical modulation unit 107 is a block that applies a predetermined carrier frequency deviation and a predetermined fluctuation of light intensity to the optical signals generated by the optical transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2.
  • the light modulation unit 107 corresponds to a deviation applying unit that applies a frequency deviation to the above-described optical signal and a variation applying unit that applies a periodic variation.
  • the magnitude (2 ⁇ f) of the carrier frequency deviation given to the optical signal and the frequency (f AM ) of fluctuation of the optical intensity are determined in advance and are shared by both the optical transmitter 100 and the optical receiver 300. To do.
  • FIG. 1B shows a configuration example of the optical receiver 300 of the present invention.
  • the configuration of the optical receiver 300 of the present invention is different from the configuration of the conventional optical receiver in that an optical branching unit 306 and a chromatic dispersion value measuring unit 307 are newly added.
  • the optical branching unit 306 bifurcates the optical signal sent from the optical transmission line 200, sends one to the optical waveform equalizing unit 301, and sends the other to the chromatic dispersion value measuring unit 307.
  • the only difference between the optical signals is the light intensity.
  • the light intensity of the optical signal transmitted to the chromatic dispersion value measuring unit 307 needs to be limited to a level that does not significantly affect the transmission quality.
  • the chromatic dispersion value measurement unit 307 calculates the chromatic dispersion value of the optical transmission line 200 based on the optical signal received from the optical branching unit 306 and then notifies the chromatic dispersion value to the optical waveform equalization unit 301. Therefore, the optical branching unit 306 corresponds to an information extracting unit that extracts intensity information from the above-described optical signal, and the chromatic dispersion value measuring unit 307 corresponds to a dispersion value calculating unit that calculates a chromatic dispersion value based on the intensity information. To do.
  • the optical waveform equalization unit 301 controls its own propagation characteristic to be the inverse characteristic of the propagation characteristic of the optical transmission line 200. An optical signal in which waveform distortion occurs due to wavelength dispersion of the transmission line 200 is compensated. Therefore, the chromatic dispersion of the optical transmission line can be measured in the optical receiver 300.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the light modulation unit 107 in the present embodiment.
  • the optical modulation unit 107 includes an optical intensity modulator 400-1 and an optical intensity modulator 400-2, an intensity modulation signal generation unit 401-1 and an intensity modulation signal generation unit 401-2, an optical phase modulator 402-1 and
  • the optical phase modulator 402-2 includes a phase modulation signal generation unit 403-1 and a phase modulation signal generation unit 403-2.
  • the intensity modulation signal generation unit 401-1 is a block that generates a periodic electrical signal that drives the light intensity modulator 400-1. The same applies to the intensity modulation signal generation unit 401-2.
  • FIGS. 3A and 3B show temporal changes in the electrical signals generated by the intensity modulation signal generation unit 401-1 and the intensity modulation signal generation unit 401-2, respectively.
  • any both electrical signal that is a sum of sinusoidal predetermined fixed value and the frequency f AM.
  • the phases of the sine waves are different from each other by ⁇ .
  • the amplitude of the sine wave is made sufficiently small with respect to a fixed value in order to minimize the influence on the transmission characteristics.
  • the above fixed value is 1 for simplicity.
  • the amplitude of the sine wave is A ⁇ 1.
  • a sine wave is used as the periodic electrical signal, but other periodic functions such as a sawtooth wave can also be used.
  • the optical intensity modulator 400-1 changes the optical intensity of the optical signal transmitted from the optical transmission unit 105-1 so as to be proportional to the electrical signal input from the intensity modulation signal generation unit 401-1, and outputs the optical signal. .
  • P 0 is the average light intensity of the optical signals transmitted from the optical transmitters 105-1 and 105-2.
  • 4 (a) and 4 (b) show temporal changes in the light intensity of the optical signals transmitted from the optical transmitter 105-1 and the optical transmitter 105-2, respectively. From the figure, it can be seen that optical pulses having the same amplitude are continuously transmitted from the optical transmitter 105-1 and the optical transmitter 105-2.
  • 4 (c) and 4 (d) show temporal changes in the optical signal intensity of the optical signals transmitted from the optical intensity modulator 400-1 and the optical intensity modulator 400-2, respectively. It can be seen that the amplitude of the optical pulse periodically changes in proportion to the periodic electrical signal generated by the intensity modulation signal generation unit 401-1 and the intensity modulation signal generation unit 401-2 shown in FIG.
  • the method using the light intensity modulator has been described as a method for changing the optical signal intensity.
  • the method can be easily realized by using an optical attenuator.
  • a Mach-Zehnder optical modulator is often used as a device that performs optical modulation in the optical transmitter.
  • a periodic signal having a predetermined frequency may be applied to the bias voltage of the Mach-Zehnder optical modulator.
  • the Mach-Zehnder type optical modulator operates stably by this method, the optical signal intensity periodically fluctuates at twice the frequency of the drive signal. Accordingly, it is possible to periodically change the optical signal intensity by using a Mach-Zehnder type optical modulator for optical modulation.
  • This method has an advantage over the above-described method in that the number of parts can be reduced.
  • the phase modulation signal generation unit 403-1 is a block that generates an electric signal for driving the optical phase modulator 402-1. The same applies to the phase modulation signal generation unit 402-2.
  • FIGS. 5A and 5B show electric signals generated by the phase modulation signal generation unit 403-1 and the phase modulation signal generation unit 403-2, respectively. Each electrical signal is represented as a linear function having a different slope.
  • the optical phase modulator 401-1 is a device that changes the optical phase of the optical signal generated by the optical transmission unit 105-1 by an amount proportional to the electrical signal input from the electrical signal generation unit 400-1. The same applies to the optical phase modulator 401-2.
  • the time derivative of the optical phase becomes a frequency displacement, so the carrier frequency of the optical signal that passes through the optical phase modulator 401-1 is It varies by an amount proportional to the time derivative of the electrical signal that drives the optical phase modulator.
  • FIGS. 6A and 6C show optical spectra of optical signals transmitted by the optical transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2, respectively.
  • the center frequency (carrier frequency) f 0 of each optical signal is the oscillation frequency of the laser light transmitted from the light source 103.
  • FIGS. 6B and 6D show optical spectra of optical signals transmitted by the optical phase modulator 400-1 and the optical phase modulator 400-2, respectively.
  • the center frequency of the optical signal transmitted from the optical phase modulator 400-1 is shifted from f 0 to f 0 + ⁇ f, and the center frequency of the optical signal transmitted from the optical phase modulator 400-2 is changed from f 0 to f 0 ⁇ . It can be seen that it is displaced to ⁇ f.
  • the carrier frequency deviation of the optical signals transmitted from the optical phase modulator 402-1 and the optical phase modulator 402-2 is 2 ⁇ f.
  • the electrical signal that can be input to the optical phase modulator it is necessary to generate a sawtooth wave as shown in FIG.
  • Optical phase modulation by sawtooth wave is generally called serodyne modulation. As described above, it is possible to add the carrier frequency deviation and the periodic fluctuation of the light intensity to the optical signals generated by the optical transmission unit 105-1 and the optical transmission unit 105-2.
  • FIG. 7 shows a configuration example of the chromatic dispersion value measurement unit 307.
  • the chromatic dispersion value measurement unit 307 includes an optical reception unit 500, a bandpass filter 501, and a chromatic dispersion value detection unit 502.
  • the optical receiving unit 500 converts the optical signal received from the optical branching unit 306 into an electrical signal, and transmits it to the bandpass filter 501.
  • the band pass filter 501 extracts a predetermined frequency component (component of the above-mentioned frequency f AM ) of the electrical signal sent from the optical receiver 500 and transmits the intensity information to the chromatic dispersion value detector 502.
  • the chromatic dispersion value detection unit 502 calculates the chromatic dispersion value from the intensity information sent from the bandpass filter 501, and notifies the optical waveform equalization unit 301 of the calculation result.
  • ⁇ 0 is an arbitrary constant
  • ⁇ 1 is group delay
  • ⁇ 2 is group velocity dispersion
  • ⁇ 3 is third-order dispersion.
  • the terms after the second order are omitted because they are very small.
  • the components of the frequency f AM of the optical signals output from the light intensity modulator 400-1 and the light intensity modulator 400-2 are P 0 Asin (2 ⁇ f AM t), respectively.
  • the transmission line loss of the optical transmission line 200 is ⁇
  • the component of the frequency f AM of the optical signal received by the optical receiving unit 500 is Psin (2 ⁇ f AM (t ⁇ 1 ))
  • Psin (2 ⁇ f AM (t ⁇ 2 )) Psin (2 ⁇ f AM D ⁇ ) sin (2 ⁇ f AM (t ⁇ L ⁇ 1 )) It can be expressed as.
  • the output of the bandpass filter 501 is Psin (2 ⁇ f AM D ⁇ ) It is expressed. Since the values of P, f AM and ⁇ are known fixed values, the chromatic dispersion value D can be calculated. As described above, according to the present invention, it is possible to measure the chromatic dispersion value of an optical transmission line even during operation of an optical communication system.
  • the optical receiver 300 according to the second embodiment does not include the optical waveform equalization unit 301 as compared with the optical receiver 300 according to the first embodiment, and includes an optical receiver 303-1 and an optical receiver 303.
  • -2 is provided with an electrical waveform equalization unit 308-1 and an electrical waveform equalization unit 308-2, respectively, and the chromatic dispersion value measurement unit 307 includes an electrical waveform equalization unit 308-1 and an electrical waveform. It differs from the optical receiver in the first embodiment in that the wavelength dispersion value is notified to both equalization units 308-2.
  • FIG. 9 shows a configuration example of the electrical waveform equalization unit 308-1.
  • the configuration of the electrical waveform equalizer 308-2 is the same.
  • the electrical waveform equalization unit 308-1 includes a filter processing unit 600 and a filter coefficient generation unit 601.
  • the filter processing unit 600 is a filter that can reproduce an arbitrary transfer function according to the parameters specified by the filter coefficient generation unit 601. For example, when performing digital signal processing, FIR (Finite Impulse Response) filters are frequently used. Also, frequency domain equalization using fast Fourier transform may be used.
  • FIR Finite Impulse Response
  • the filter coefficient generation unit 601 calculates a parameter for generating a filter having a reverse characteristic of the propagation characteristic of the optical transmission path from the chromatic dispersion value acquired from the chromatic dispersion value measurement unit 307 and notifies the filter processing unit 600 of the parameter. To do.
  • the coefficient of each tap of the FIR filter (hereinafter referred to as tap coefficient) is designated.
  • the propagation characteristic (transfer function) of the optical transmission line having a value obtained by inverting the sign of the chromatic dispersion value of the optical transmission line 200 is calculated on the frequency domain, and then subjected to inverse Fourier transform.
  • the impulse response is obtained.
  • the obtained impulse response may be notified to the filter processing unit 600 as each tap coefficient of the FIR filter.
  • the propagation characteristics on the frequency domain used for the calculation of the impulse response described above may be notified as they are.
  • the present invention can be applied even when the waveform equalization is performed electrically.
  • the present invention is not limited to the present embodiment, and various modifications are allowed without departing from the scope of the present invention.
  • the optical receiver 30 having the configuration shown in FIG.
  • the present invention can be applied to any configuration of the optical receiver 30 in FIG. 11A and the optical receiver 31 in FIG. 11B (not shown).
  • the content of the present invention has been described by taking an optical communication system using one carrier frequency as an example.
  • WDM wavelength division multiplexing

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Abstract

　偏光多重分離方式の光通信システム(１０００)であって、光送信機(１００)が、送信する光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与し、送信する光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を付与する。光受信機(３００)が、受信した光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出し、抽出された強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する。このため、光通信システムを運用しながら、光伝送路の波長分散値を測定することが可能である。これにより、伝送品質に悪影響を与えず、また簡便かつ低コストに光学的波形等化部の伝搬特性を再設定することができる光通信システムを提供する。

Description

光通信システム、その光受信機、その光通信方法
　本発明は、光信号を送信する光送信機と前記光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの前記光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システム、その光受信機、その光通信方法、に関する。
　現在、インターネットの普及により、基幹系通信システムのトラフィック量が急激に増大していることから、４０Ｇｂｐｓを越える超高速の光通信システムの早期実用化が待望されている。このような超高速の光通信システムを実現する技術として、偏光多重分離技術が注目されている。
　偏光多重分離技術は、光送信機において、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する二つの独立した光信号を多重し、また光受信機において、受信信号から前述の二つの光信号を分離することにより、二倍の伝送速度を実現する技術である。
　逆に、光信号のシンボルレート（ボーレート）を１／２にすることができるため、電気デバイスの動作速度を低減できるため、装置コストを削減可能であるとも言い換えることができる。
　以降では、偏光多重分離技術を用いた光通信システム（以降、光通信システムと記述する。）の動作を、図面を参照して説明する。
　最初に光送信機において光通信システムで使用される光信号を生成する過程を説明する。図１０に従来の光通信システムにおける光送信機１０の構成例を示す。
　従来の光送信機１０は、データ源１０１、データ分割部１０２、光源１０３、光分岐部１０４、光送信部１０５－１および光送信部１０５－２、偏光多重部１０６の各ブロックにより構成される。
　データ源１０１は送信データを生成した上で、それをデータ分割部１０２に送信する。なお、送信データは光送信機に接続される他の通信機器から供給されるのが通常であるが、ここでは簡単のため光送信機１０自身が送信データを生成するとする。
　データ分割部１０２は、データ源１０１から送られた送信データを二分割（デマルチプレクシング）した上で、それぞれ光送信部１０５－１と光送信部１０５－２とに送信する。
　送信データの分割方法としては、ビット毎に分割する方法（ビットインターリーブ）やバイト毎に分割する方法（バイトインターリーブ）のような各種方法を用いることができる。
　光源１０３は所定の周波数のレーザ光を出力して光分岐部１０４に送信する。光分岐部１０４は光源１０３から送信されたレーザ光を二分岐して、同一強度のレーザ光を、それぞれ光送信部１０５－１と光送信部１０５－２とに送信する。
　光送信部１０５－１と光送信部１０５－２には、同一の光周波数と同一の光強度を有する異なる光源から、それぞれレーザ光を供給する方法も適用可能であるが、本発明においては光送信部１０５－１と光送信部１０５－２からそれぞれ送信される光信号の搬送波周波数が線幅も含めて一致していることが望ましいため、上述の単一光源を二分岐する構成が推奨される。
　光送信部１０５－１と光送信部１０５－２は、光分岐部１０４から送られたレーザ光を搬送波として、データ分割部１０２から送られたデータにより光変調を行う。本発明においては光変調方式の種類は問わない。各光送信部１０５－１，２により生成された光信号は、それぞれ偏光多重部１０６に送られる。
　偏光多重部１０６は、光送信部１０５－１と光送信部１０５－２とから送られた光信号を、それらの偏光状態が互いに直交するように多重した上で、光伝送路２００に送出する。光送信機１０により生成された光信号は、光伝送路２００を伝搬した後、光受信機３０により受信される。
　つぎに、光受信機３０が受信した光信号から送信データを再生する処理の過程を説明する。図１１に従来の光通信システムにおける光受信機３０の構成例を示す。
　光受信機３０は、光学的波形等化部３０１、偏光分離部３０２、光受信部３０３－１、光受信部３０３－２、データ識別部３０４－１、データ識別部３０４－２、データ多重部３０５から構成される。
　光学的波形等化部３０１は、光信号が光伝送路２００の伝搬中に受けた波長分散による波形歪みを光学的に補償した後、補償後の光信号を偏光分離部３０２に送信する。
　偏光分離部３０２は、光学的波形等化部３０１より受信した光信号を光送信部１０５－１，１０５－２より生成された二つの光信号に分離し、それぞれ光受信部３０２－１および光受信部３０２－２に送信する。
　光受信部３０３－１は、偏光分離部３０２より送られた光信号を電気信号に変換し、データ識別部３０４－１に送信する。光受信部３０３－２も同様である。
　データ識別部３０４－１は、光受信部３０３－１から送られた電気信号を、光変調方式に適した所定の識別条件に基づいてデジタルデータに変換し、データ多重部３０５に送信する。データ識別部３０４－２も同様である。
　データ多重部３０５は、データ識別部３０４－１およびデータ識別部３０４－２から送られたデジタルデータを多重（マルチプレクシング）することにより、元の送信データを再生する。
　ところで、図１１（ｂ）に示すように、光受信機３１の構成としては、光伝送路２００から受信した光信号を光受信部３０３により電気信号に変換した後、その電気信号から前述の光受信部３０３－１，３０３－２により生成される電気信号を、それぞれ分離するような方式も考えられる。
　すなわち、図１１（ａ）は光学的に偏光分離を行う構成である一方、図１１（ｂ）は電気的に偏光分離を行う構成である。以上説明したようにして、光送信機で偏光多重された光信号は、光受信機でそれぞれ独立した光信号に分離された上で、元の送信データが再生される。
　なお、残留強度変調に依存しないで、伝送路光ファイバのような入出力端が離れた地点にある光部品の群速度分散を高精度に測定する波長分散測定装置の出願がある(図示せず)。
　その波長分散測定装置では、波長の異なる複数の半導体レーザが発光する光は、電気信号のパルスに基づいて、複数の光強度変調器によって変調された後、光カプラにより合成される。
　合成された光は被測定光部品を通過してフォトダイオードで検出される。そして、この検出光の電気信号に含まれる直流成分およびｉ／ＮＴ（ｉは１からＮ－１の整数）周波数成分の強度を、バンドパスフィルタとパワーメータにより検出する。
　さらに、フォトダイオードに流れる平均光電流を電流計により測定する。測定されたｉ／ＮＴ成分の強度、平均光電流、パルス形状および光源周波数の情報から被測定光部品の分散値を算出する（例えば、特許文献１参照）。
　また、簡易な構成で偏波成分を安定して分離させる偏波多重光通信システムの出願もある(図示せず)。その偏波多重光通信システムでは、光送信部は、低周波発生器から送信された低周波信号を用いて伝送波である光の波長、伝送タイミング、強度のいずれかを変調して出力する。
　偏波多重器は、変調された二つの出力光を互いに直交する偏波状態で合成して偏波多重信号を生成する。偏波分離器は、偏波制御部によって偏波状態が制御された偏波多重信号から直交する二つの偏波成分を抽出して分離する。
　バンドパスフィルタは、光受信部の出力信号から通過帯域を透過する成分を抽出し、この成分の強度を出力する。制御回路は、バンドパスフィルタからの出力強度に基づいて低周波信号の成分の比率を最大にさせるためのフィードバック制御信号を生成し、偏波制御部はフィードバック制御信号を用いて偏波多重信号の偏波状態を制御する（例えば、特許文献２参照）。
特開２００８－２６３５９０号公報 特開２０００－１９３５５８号公報
　しかしながら、上述した従来の技術においては、以下に述べるような問題がある。
　光学的波形等化部により、光伝送路の波長分散による光信号の波形歪みを補償するためには、光学的波形等化部の伝搬特性が光伝送路の伝搬特性の逆特性と一致させる必要がある。
　そのため、光通信システムの運用前に光伝送路の波長分散値を予め測定した上で、光学的波形等化部の伝搬特性が固定的に設定されるのが通常である。
　しかしながら、４０Ｇｂｐｓを越える超高速光通信システムにおいては、光伝送路周辺の環境変動による波長分散の変化が伝送品質に与える影響が大きいため、光学的波形等化部の伝搬特性を適応的に変更する必要がある。
　また、光ファイバの切断等の障害が原因で他の光伝送路に切り替えた場合に、光学的波形等化部の伝搬特性をなるべく迅速に再設定する必要がある。
　以上の理由より、光通信システムの運用前および運用中においても、光伝送路の波長分散値を常時監視し、光学的波形等化部の伝搬特性を再設定する機能が所望されている。しかしながら、光伝送路の波長分散値を常時監視する機能を、伝送品質に悪影響を与えず、また簡便かつ低コストに実現することは、非常に困難である。
　本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、伝送品質に悪影響を与えず、また簡便かつ低コストに光学的波形等化部の伝搬特性を再設定することができる光通信システム、その光受信機、その光通信方法を提供するものである。
　本発明の光通信システムは、光信号を送信する光送信機と光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システムであって、光送信機が、送信する光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与する偏差付与手段と、送信する光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を付与する変動付与手段と、を有し、光受信機が、受信した光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出手段と、抽出された強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出手段と、を有することを特徴とする。
　本発明の光受信機は、光信号を送信する光送信機と光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システムの光受信機であって、受信した光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出手段と、抽出された強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出手段と、を有することを特徴とする。
　本発明の光通信方法は、光信号を送信する光送信機と光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システムの光通信方法であって、送信する光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与する偏差付与動作と、送信する光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を付与する変動付与動作と、受信した光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出動作と、抽出された強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出動作と、を有することを特徴とする。
　なお、本発明の各種の構成要素は、その機能を実現するように形成されていればよく、例えば、所定の機能を発揮する専用のハードウェア、所定の機能がコンピュータプログラムにより付与されたデータ処理装置、コンピュータプログラムによりデータ処理装置に実現された所定の機能、これらの任意の組み合わせ、等として実現することができる。
　また、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
　本発明の光通信システムの光送信機と光受信機による光通信方法では、光送信機の偏差付与手段が、送信する光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与し、送信する光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を変動付与手段が付与する。すると、光受信機の情報抽出手段が、受信した光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出し、抽出された強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を分散値算出手段が算出する。このため、光通信システムを運用しながら、光伝送路の波長分散値を測定することが可能である。従って、伝送品質に悪影響を与えず、また簡便かつ低コストに光学的波形等化部の伝搬特性を再設定することができる。
　上述した目的、および、その他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、および、それに付随する以下の図面によって、さらに明らかになる。
(ａ)は本発明の実施の形態の光通信システムの光送信機の構成を示すブロック図、(ｂ)は光受信機の構成を示すブロック図である。 光変調部の構成を示すブロック図である。 （ａ）は強度変調信号生成部が生成する電気信号の時間変化を示す特性図、（ｂ）は強度変調信号生成部が生成する電気信号の時間変化を示す特性図である。 光送信部または光強度変調器が送出する光信号の強度の時間変化を示す特性図である。 （ａ）は位相変調信号生成部が生成する電気信号の時間変化を示す特性図、（ｂ）は位相変調信号生成部が生成する電気信号の時間変化を示す特性図である。 光送信部または光位相変調器が送出する光信号の光スペクトルを示す特性図である。 波長分散値測定部の構成を示すブロック図である。 電気的波形等化部を用いた本発明の光受信機の構成を示すブロック図である。 電気的波形等化部の構成を示すブロック図である。 従来の光送信機の構成を示すブロック図である。 （ａ）は従来の光受信機の構成を示すブロック図、（ｂ）は光受信機の構成を示すブロック図である。
　（実施の第一の形態）
　本発明の実施の第一の形態を図１ないし図７を参照して以下に説明する。ただし、本実施の形態に関して前述した一従来例と同一の部分は、同一の名称を使用して詳細な説明は省略する。なお、本発明は前述した図１１（ａ）と図１１（ｂ）の何れの構成にも適用可能であるが、簡単のため以降では図１１（ａ）の構成を有する光受信機について説明する。
　本実施の形態の光通信システム１０００は、図１(ａ)(ｂ)に示すように、光信号を送信する光送信機１００と光信号を受信する光受信機３００とを有する。本実施の形態の光通信システム１０００は、偏光多重分離方式の光通信システム１０００であって、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの光信号を多重分離する。
　光送信機１００は、送信する光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与する偏差付与手段と、送信する光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を付与する変動付与手段と、を有する。
　光受信機３００は、受信した光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出手段と、抽出された強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出手段と、を有する。
　より具体的には、本実施の形態の光送信機１００の構成は、図１(ａ)に示すように、光変調部１０７を新たに備えた点で、従来の光送信機の構成と異なる。光変調部１０７は、光送信部１０５－１と光送信部１０５－２で生成された光信号に対して、所定の搬送波周波数偏差と、所定の光強度の周期変動を付与するブロックである。
　従って、光変調部１０７は、上述の光信号に周波数偏差を付与する偏差付与手段と、周期変動を付与する変動付与手段と、に相当する。光信号に付与される搬送波周波数偏差の大きさ（２Δｆ）と光強度変動の周波数（ｆＡＭ）は予め定められており、光送信機１００と光受信機３００の双方で共有しているものとする。
　図１(ｂ)に本発明の光受信機３００の構成例を示す。本発明の光受信機３００の構成は、光分岐部３０６および波長分散値測定部３０７が新たに追加された点で、従来の光受信機の構成と異なる。
　光分岐部３０６は、光伝送路２００より送られた光信号を二分岐した上で、一方を光学的波形等化部３０１に送り、他方を波長分散値測定部３０７に送信する。光信号の相違点は光強度のみである。波長分散値測定部３０７に送信する光信号の光強度は、伝送品質に大きな影響を与えることない程度に留める必要がある。
　波長分散値測定部３０７は、光分岐部３０６より受信した光信号に基づいて、光伝送路２００の波長分散値を算出した後、波長分散値を光学的波形等化部３０１に通知する。従って、光分岐部３０６は、上述の光信号から強度情報を抽出する情報抽出手段に相当し、波長分散値測定部３０７は、強度情報に基づいて波長分散値を算出する分散値算出手段に相当する。
　光学的波形等化部３０１は、波長分散値測定部３０７より取得した波長分散値に基づいて、自身の伝搬特性が光伝送路２００の伝搬特性の逆特性となるように制御することにより、光伝送路２００の波長分散により波形歪みの生じた光信号を補償する。従って、光受信機３００において光伝送路の波長分散を測定することができる。
　図２は本実施の形態における光変調部１０７の構成例を示す。光変調部１０７は、光強度変調器４００－１および光強度変調器４００－２と、強度変調信号生成部４０１－１および強度変調信号生成部４０１－２と、光位相変調器４０２－１および光位相変調器４０２－２と、位相変調信号生成部４０３－１および位相変調信号生成部４０３－２から構成される。
　強度変調信号生成部４０１－１は光強度変調器４００－１を駆動する周期的電気信号を生成するブロックである。強度変調信号生成部４０１－２も同様である。図３（ａ）と図３（ｂ）は、それぞれ強度変調信号生成部４０１－１および強度変調信号生成部４０１－２が生成する電気信号の時間変化を示す。
　双方の電気信号はいずれも所定の固定値と周波数fＡＭの正弦波の和である。正弦波の位相は互いにπの差違を設ける。また正弦波の振幅は、伝送特性に対する影響を最小限に抑えるために、固定値に対して十分小さくする。
　以上より、強度変調信号生成部４０１－１が生成する電気信号は
　ｅ１（ｔ）＝１＋Ａｓｉｎ（２πfＡＭｔ）
と表せ、強度変調信号生成部４０１－２が生成する電気信号は
ｅ2（ｔ）＝１－Ａｓｉｎ（２πfＡＭｔ）
と表せる。
　前述の固定値は簡単のため１とした。また、正弦波の振幅はＡ＜＜１である。以上では、周期的電気信号として正弦波を用いたが、ノコギリ波等の他の周期的関数も使用することが可能である。
　光強度変調器４００－１は、光送信部１０５－１から送られた光信号の光強度を、強度変調信号生成部４０１－１から入力された電気信号に比例するように変化させて出力する。光強度変調器４００－２も同様である。
　従って、光強度変調器４００－１および光強度変調器４００－２が送信する光信号の平均光強度は、それぞれ
　Ｐ１（ｔ）＝Ｐ０ｅ１（ｔ）＝Ｐ０（１＋Ａｓｉｎ（２πfＡＭｔ））
　Ｐ２（ｔ）＝Ｐ０ｅ2（ｔ）＝Ｐ０（１－Ａｓｉｎ（２πfＡＭｔ））
と表せる。ここでＰ０は光送信部１０５－１および光送信部１０５－２から送信される光信号の平均光強度である。
　図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ光送信部１０５－１および光送信部１０５－２から送信される光信号の光強度の時間変化を示す。図より光送信部１０５－１および光送信部１０５－２から振幅の揃った光パルスが連続的に送出されていることが分かる。
　また、図４(ｃ)および図４（ｄ）は、それぞれ光強度変調器４００－１および光強度変調器４００－２から送信される光信号の光信号強度の時間変化を示す。図３に示す強度変調信号生成部４０１－１および強度変調信号生成部４０１－２が生成する周期的電気信号に比例して、光パルスの振幅が周期的に変化していることが分かる。
　以上では光信号強度を変化させる方法として光強度変調器を用いる方法を説明したが、光減衰器を使用しても容易に実現することができる。
　また光送信部１０５－１および光送信部１０５－２において光信号強度に周期的変動を付与する方法もある。光送信部において光変調を行うデバイスとして、マッハツェンダ型光変調器を用いることが多い。
　マッハツェンダ型光変調器の動作を安定化させることを目的に、マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧に所定の周波数の周期信号を印加する場合がある。マッハツェンダ型光変調器を安定に動作させるためには、マッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に適切なバイアス電圧を印加する必要がある。
　また、適切なバイアス電圧は時間変動するため、適切なバイアス電圧を動的に追尾する必要がある。その方法として、バイアス電圧に所定の周波数の周期的電気信号を加えた電圧をマッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加する方法が知られている。
　この方法によりマッハツェンダ型光変調器が安定的に動作している場合、光信号強度は駆動信号の周波数の二倍の周波数で周期的に変動することが分かっている。従って、光変調にマッハツェンダ型光変調器を使用することによっても、光信号強度に周期的変化を付与することが可能である。この方法は部品点数を削減できる点で上述の方法に対して優位性を有している。
　位相変調信号生成部４０３－１は光位相変調器４０２－１を駆動する電気信号を生成するブロックである。位相変調信号生成部４０２－２も同様である。
　図５（ａ），(ｂ)は、それぞれ位相変調信号生成部４０３－１および位相変調信号生成部４０３－２が生成する電気信号を示す。各電気信号は異なる傾きを有する一次関数として表される。
　以降では、波長分散値の計算を簡単にするため、傾きの絶対値が同一で、かつ、符号が互いに異なる一次関数を電気信号として使用する。時刻０における電気信号の値は任意であるため、ここでは０とする。以降では位相変調信号生成部４０３－１が生成する電気信号の傾きをΔｆ＞０とし、位相変調信号生成部４０３－２が生成する電気信号の傾きを－Δｆ＜０とする。
　光位相変調器４０１－１は、電気信号生成部４００－１から入力された電気信号に比例した量だけ、光送信部１０５－１により生成された光信号の光位相を変化させるデバイスである。光位相変調器４０１－２も同様である。
　光位相変調器４０１－１を駆動する電気信号が時間的に変化する場合、光位相の時間微分が周波数変位となることから、光位相変調器４０１－１を通過する光信号の搬送波周波数は、光位相変調器を駆動する電気信号の時間微分に比例する量だけ変化する。
　図６（ａ）および図６(ｃ)は、それぞれ光送信部１０５－１および光送信部１０５－２が送信する光信号の光スペクトルを示す。各光信号の中心周波数（搬送波周波数）ｆ０は光源１０３が送信するレーザ光の発振周波数である。
　図６（ｂ）および図６（ｄ）は、それぞれ光位相変調器４００－１および光位相変調器４００－２が送信する光信号の光スペクトルを示す。光位相変調器４００－１から送信される光信号の中心周波数はｆ０からｆ０＋Δｆに変位し、光位相変調器４００－２から送信される光信号の中心周波数はｆ０からｆ０－Δｆに変位していることが分かる。
　従って、光位相変調器４０２－１および光位相変調器４０２－２から送信される光信号の搬送波周波数偏差は２Δｆである。なお、実際には光位相変調器に入力可能な電気信号には上下限があるため、図５（ｂ）に示すようなノコギリ波を生成する必要がある。
　ノコギリ波による光位相変調は一般にセロダイン変調と呼ばれる。以上のように、光送信部１０５－１および光送信部１０５－２により生成された光信号に対して、搬送波周波数偏差と、光強度の周期変動を付与することが可能である。
　つぎに、光受信機３００の波長分散値測定部３０７が光信号より波長分散値を算出する方法を説明する。図７は波長分散値測定部３０７の構成例を示す。波長分散値測定部３０７は、光受信部５００と、バンドパスフィルタ５０１と、波長分散値検出部５０２から構成される。
　光受信部５００は光分岐部３０６より受信した光信号を電気信号に変換した上でバンドパスフィルタ５０１に送信する。
　バンドパスフィルタ５０１は光受信部５００より送られた電気信号の所定の周波数成分（上述の周波数ｆＡＭの成分）を抽出した上で、その強度情報を波長分散値検出部５０２に送信する。
　波長分散値検出部５０２は、バンドパスフィルタ５０１より送られた強度情報より波長分散値を算出した上で、その計算結果を光学的波形等化部３０１に通知する。
　つぎに、上述の構成により波長分散値を算出する方法を説明する。
　角周波数ω０＋ｄωの光信号が光伝送路を伝搬する場合の伝搬定数β（ω）は、
　β（ω）＝β０＋β１ｄω＋（１／２）β２ｄω２＋（１／３！）β３ｄω３＋…
と表すことができる。ここでβ０は任意の定数、β1は群遅延、β２は群速度分散、β３は三次分散である。
　従って、角周波数ω０＋ｄωの光信号が伝送路長Ｌの光伝送路を伝搬するのに要する時間は、
　τ＝（ｄβ（ω）／ｄω）Ｌ＝（β１＋β２ｄω）Ｌ＝Ｌβ１＋Ｄｄω
である。なお二次以降の項は微少であるため省略した。
　光強度変調器４００－１および光強度変調器４００－２が出力する光信号の周波数ｆＡＭの成分は、前述のように、それぞれ
　Ｐ０Ａｓｉｎ（２πｆＡＭｔ）
　－Ｐ０Ａｓｉｎ（２πｆＡＭｔ）
である。
　このため、光伝送路２００の伝送路損失をΓとすると、光受信部５００が受信した光信号の周波数ｆＡＭの成分は、
　Ｐｓｉｎ（２πｆＡＭ（ｔ－τ１））－Ｐｓｉｎ（２πｆＡＭ（ｔ－τ２））＝Ｐｓｉｎ（２πｆＡＭＤΔω）ｓｉｎ（２πｆＡＭ（ｔ－Ｌβ１））
と表すことができる。
　ここで、
　Ｐ＝Ｐ０ＡΓ、Δω＝２πΔｆ、τ１＝Ｌβ１＋ＤΔω、τ２＝Ｌβ１－ＤΔω
である。
　よって、バンドパスフィルタ５０１の出力は
　Ｐｓｉｎ（２πｆＡＭＤΔω）
と表される。Ｐ、ｆＡＭ、Δωの値は既知の固定値であるから、波長分散値Ｄを算出することが可能である。以上に説明したように、本発明によれば、光通信システムの運用中においても、光伝送路の波長分散値を測定することが可能である。
　（実施の第二の形態）
　実施の第二の形態においては電気的に波長分散を補償する場合の構成を説明する。実施の第二の形態における光送信機１００の構成は実施の第一の形態と同一である。実施の第二の形態における光受信機３００の構成例を図８に示す。
　実施の第二の形態における光受信機３００は、実施の第一の形態における光受信機３００に対して、光学的波形等化部３０１を備えず、光受信部３０３－１および光受信部３０３－２の直後に、それぞれ電気的波形等化部３０８－１および電気的波形等化部３０８－２を備え、また波長分散値測定部３０７が電気的波形等化部３０８－１および電気的波形等化部３０８－２の両方に波長分散値を通知する点において、実施の第一の形態における光受信機と異なる。
　図９は電気的波形等化部３０８－１の構成例を示す。電気的波形等化部３０８－２の構成も同様である。電気的波形等化部３０８－１は、フィルタ処理部６００と、フィルタ係数生成部６０１から構成される。
　フィルタ処理部６００は、フィルタ係数生成部６０１より指定されたパラメータに従って、任意の伝達関数を再現可能なフィルタである。例えば、デジタル信号処理を行う場合はＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタが多用される。また、高速フーリエ変換を利用した周波数領域等化も用いられることがある。
　フィルタ係数生成部６０１は、波長分散値測定部３０７より取得した波長分散値から、光伝送路の伝搬特性の逆特性のフィルタを生成するためのパラメータを算出した上で、フィルタ処理部６００に通知する。
　フィルタ処理部６００にＦＩＲフィルタを使用する場合は、ＦＩＲフィルタの各タップの係数（以降タップ係数と記述する）を指定する。各タップ係数を算出するには、光伝送路２００の波長分散値の符号を反転した値を有する光伝送路の伝搬特性（伝達関数）を周波数領域上で計算した後、それを逆フーリエ変換することによりインパルス応答を求める。
　得られたインパルス応答をＦＩＲフィルタの各タップ係数としてフィルタ処理部６００に通知すれば良い。また、周波数領域等化を使用する場合は、上述のインパルス応答の算出に用いた周波数領域上の伝搬特性をそのまま通知すれば良い。以上説明したように、本実施の形態によれば、電気的に波形等化を実施する場合に置いても、本発明を適用することができる。
　なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、前述のように上記形態では簡単のため以降では図１１（ａ）の構成を有する光受信機３０について説明した。しかし、本発明は前述した図１１（ａ）の光受信機３０と図１１（ｂ）の光受信機３１との、何れの構成にも適用可能である(図示せず)。
　また、以上の本発明の実施の第一／第二の形態の説明においては、一つの搬送波周波数を用いた光通信システムを例として本発明の内容を説明した。しかし、互いに異なる搬送波周波数を有する複数の光信号を波長分割多重（ＷＤＭ；Wavelenght Division Multiplexing）する光通信システムにおいても、搬送波毎に本発明を適用することにより、本発明を利用することが可能である。
　なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
　この出願は、２００９年　６月　５日に出願された日本出願特願２００９－１３６２１５号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。

Claims (12)

  1. 　光信号を送信する光送信機と前記光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの前記光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システムであって、
    　前記光送信機が、
    　送信する前記光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与する偏差付与手段と、
    　送信する前記光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を付与する変動付与手段と、を有し、
    　前記光受信機が、
    　受信した前記光信号から前記周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出手段と、
    　抽出された前記強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出手段と、を有することを特徴とする光通信システム。
  2. 　前記偏差付与手段は、
    　前記光信号の光位相をそれぞれ変化させる光位相変調器と、
    　前記光位相変調器の駆動信号を生成する信号生成手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
  3. 　前記信号生成手段は、前記光信号により異なる傾きを有する時刻の一次関数で表される前記駆動信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
  4. 　前記偏差付与手段は、前記光位相変調器によりセロダイン変調を実行し、前記セロダイン変調に用いるノコギリ波の傾きが光信号により異なることを特徴とする請求項２に記載の光通信システム。
  5. 　前記変動付与手段が、
    　前記光信号の光強度を入力される強度制御信号に比例するように変化させる光強度変調器と、
    　前記光強度変調器の前記強度制御信号を生成する強度制御手段と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
  6. 　前記変動付与手段が、
    　前記光信号の光強度を入力される減衰制御信号に対応して減衰させる光減衰器と、
    　前記光減衰器の前記減衰制御信号を生成する強度制御手段と、
    を有することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
  7. 　前記変動付与手段が、
    　安定制御のためにバイアス端子に印加される安定制御信号により前記光信号の光強度を変化させるマッハツェンダ型光変調器と、
    　前記マッハツェンダ型光変調器の前記安定制御信号を生成する強度制御手段と、
    　を有することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
  8. 　前記強度制御手段が、
    　前記光信号の光強度の周期変動が、その周波数が同一で、かつ、互いに同相又は逆相の何れかとなる、前記制御信号を生成することを特徴とする請求項６ないし８の何れか一項に記載の光通信システム。
  9. 　前記情報抽出手段が、バンドパスフィルタからなることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一項に記載の光通信システム。
  10. 　前記分散値算出手段が算出した前記波長分散値に基づいて光伝送路の波長分散による波形歪みを補償する波形等化手段を、さらに有することを特徴とする請求項１ないし９の何れか一項に記載の光通信システム。
  11. 　光信号を送信する光送信機と前記光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの前記光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システムの前記光受信機であって、
    　受信した前記光信号から周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出手段と、
    　抽出された前記強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出手段と、を有することを特徴とする光受信機。
  12. 　光信号を送信する光送信機と前記光信号を受信する光受信機とを有し、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する独立した二つの前記光信号を多重分離する偏光多重分離方式の光通信システムの光通信方法であって、
    　送信する前記光信号の搬送波周波数の間に所定の周波数偏差を付与する偏差付与動作と、
    　送信する前記光信号の光強度に所定の周波数を有する周期変動を付与する変動付与動作と、
    　受信した前記光信号から前記周期変動の周波数成分の強度情報を抽出する情報抽出動作と、
    　抽出された前記強度情報に基づいて光伝送路の波長分散値を算出する分散値算出動作と、
    を有することを特徴とする光通信方法。
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