WO2022113268A1 - 光伝送システム、光受信装置、光送信装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

光伝送システム、光受信装置、光送信装置、制御方法およびプログラム Download PDF

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WO2022113268A1
WO2022113268A1 PCT/JP2020/044223 JP2020044223W WO2022113268A1 WO 2022113268 A1 WO2022113268 A1 WO 2022113268A1 JP 2020044223 W JP2020044223 W JP 2020044223W WO 2022113268 A1 WO2022113268 A1 WO 2022113268A1
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optical
unit
channel distribution
distribution information
linear
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PCT/JP2020/044223
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English (en)
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政則 中村
健生 笹井
悦史 山崎
孝行 小林
福太郎 濱岡
由明 木坂
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • 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
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmission system, an optical receiver, an optical transmitter, a control method, and a program technology.
  • DBP digital backpropagation
  • the present invention aims to provide a technique capable of realizing higher performance optical communication.
  • One aspect of the present invention is the optical receiving device in an optical transmission system for transmitting an optical signal between an optical transmitting device and an optical receiving device connected via an optical fiber transmission line, and is transmitted from the optical transmitting device.
  • a channel distribution estimation unit that estimates channel distribution information in the transmission direction from the optical signal and the reference signal, and a non-linear compensation unit that performs non-linear compensation based on the channel distribution information estimated by the channel distribution estimation unit. It is an optical receiver equipped.
  • One aspect of the present invention is a non-linear compensation unit that performs non-linear compensation based on channel distribution information in the transmission direction estimated from an optical signal and a reference signal transmitted from an optical transmission device connected via an optical fiber transmission line. It is an optical receiver equipped with.
  • One aspect of the present invention is an optical transmission system in which an optical signal is transmitted between an optical transmitter and an optical receiver connected via an optical fiber transmission path, wherein the optical receiver is transmitted from the optical transmitter.
  • the optical transmission device includes a channel distribution estimation unit that estimates channel distribution information in the transmission direction for performing nonlinear compensation from an optical signal and a reference signal, and the optical transmission device has the channel distribution information estimated by the channel distribution estimation unit. Based on the above, optical transmission provided with a nonlinear predictor that preliminarily adds the inverse characteristics of the wavelength dispersion, polarization mode dispersion, and optical nonlinear effect generated in the optical fiber transmission line to the optical signal transmitted to the optical receiver. It is a system.
  • One aspect of the present invention is the optical fiber transmission line based on the channel distribution information in the transmission direction estimated from the optical signal and the reference signal transmitted to the optical transmission device connected via the optical fiber transmission line. It is an optical transmission device provided with a non-linear predictor that preliminarily adds the inverse characteristics of the wavelength dispersion, polarization mode dispersion, and optical non-linear effect generated in the above to the optical signal transmitted to the optical receiver.
  • One aspect of the present invention is a control method for an optical receiver in an optical transmission system in which an optical signal is transmitted between an optical transmitter and an optical receiver connected via an optical fiber transmission line, and is a channel distribution estimation unit.
  • the channel distribution estimation step for estimating the channel distribution information in the transmission direction from the optical signal and the reference signal transmitted from the optical transmission device, and the non-linear compensation unit are the channels estimated by the channel distribution estimation step. It is a control method including a non-linear compensation step when non-linear compensation is performed based on distribution information.
  • One aspect of the present invention is a program for making the optical receiver function as a computer in an optical transmission system in which an optical signal is transmitted between an optical transmitter and an optical receiver connected via an optical fiber transmission line.
  • the channel distribution estimation unit that estimates the channel distribution information in the transmission direction from the optical signal and the reference signal transmitted from the optical transmission device, and the channel distribution information estimated by the channel distribution estimation unit.
  • This is a program for functioning as a non-linear compensation unit that performs non-linear compensation based on the above.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission system 1 in the configuration example 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission system 100 in the configuration example 2.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission system 200 in the configuration example 3.
  • FIG. It is a block diagram which shows the structure of the optical transmission system 300 in the configuration example 4.
  • It is a graph which shows the group delay difference.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the optical transmission system 1 according to the configuration example 1 in the embodiment.
  • the optical transmission system 1 includes an optical transmission device 10, an optical reception device 20, and an optical transmission line 30.
  • the optical transmission device 10 and the optical reception device 20 are communicably connected via the optical transmission line 30.
  • the optical transmission line 30 is composed of an optical fiber, an optical amplifier, or the like, and transmits an optical signal transmitted by the optical transmission device 10 to the optical reception device 20.
  • the optical transmission device 10 is composed of a coding unit 11, a symbol mapping unit 12, a reference signal insertion unit 13, a waveform shaping unit 14, a digital-to-analog conversion unit 15, and an optical modulation unit 16.
  • the coding unit 11 encodes the input bit sequence using an arbitrary error correction code and outputs it to the symbol mapping unit 12.
  • the symbol mapping unit 12 maps the input bit sequence to a predetermined symbol such as QPSK (Quaternary phase-shift keying) or QAM (Quadrature amplitude modulation), and outputs it to the reference signal insertion unit 13.
  • the reference signal insertion unit 13 inserts the reference signal and outputs it to the waveform shaping unit 14.
  • the waveform shaping unit 14 performs Nyquist filtering or the like on the input symbol sequence and outputs it to the digital-to-analog conversion unit 15. At this time, the waveform shaping unit 14 may predict the inverse characteristics of the transfer function of the analog device or the optical transmission line used in the optical transmission device 10.
  • the digital-to-analog conversion unit 15 converts the input digital signal into an analog signal and outputs it to the optical modulation unit 16.
  • the optical modulation unit 16 converts the input electric signal into an optical signal and outputs it to the optical transmission line 30.
  • the optical receiver 20 is composed of an optical detection unit 21, an analog-digital conversion unit 22, a non-linear compensation unit 23, an adaptive equalization unit 24, a decoding unit 25, and a channel distribution estimation unit 26.
  • the optical detection unit 21 converts a signal modulated at a carrier frequency into a baseband analog electric signal by coherent detection or square detection that interferes with the received light signal and local emission, and outputs the signal to the analog digital conversion unit 22.
  • the analog-to-digital conversion unit 22 converts the analog signal into a digital signal and outputs it to the nonlinear compensation unit 23 and the channel distribution estimation unit 26.
  • the channel distribution estimation unit 26 estimates the channel distribution information (intensity distribution, polarization state, wavelength dispersion, etc.) in the transmission direction (longitudinal direction) in the optical fiber using the reference signal 27, and obtains the channel distribution information. It is output to the non-linear compensation unit 23.
  • the non-linear compensation unit 23 performs non-linear compensation based on the channel distribution information and outputs it to the adaptive equalization unit 24. Specifically, the non-linear compensation unit 23 repeatedly executes processing by the linear compensation unit by the FIR filter and frequency domain equalization and the non-linear phase rotation compensation unit according to the intensity of the signal waveform, and the wavelength dispersion generated in the transmission line. , Polarization mode dispersion, equalize optical non-linear effect. At this time, the linear compensation unit may also perform waveform shaping such as compensation for the transfer function of the analog device of the optical receiver 20 at the same time. The detailed configuration of the nonlinear compensation unit 23 and the channel distribution estimation unit 26 will be described later.
  • the adaptive equalization unit 24 dynamically changes the polarization state, laser frequency offset / phase noise, clock phase, etc. that occur in the optical transmission line by digital signal processing such as FIR filter and frequency region equalization. It is estimated, compensated, and output to the decoding unit 25. Further, the adaptive equalization unit 24 operates a matching filter according to the noise added by the optical transmission device 10, the optical transmission line 30, and the optical reception device 20. The decoding unit 25 corrects an error from the input symbol sequence or likelihood sequence.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the optical transmission system 100 according to the configuration example 2 in the embodiment.
  • the optical transmission system 100 includes an optical transmission device 110, an optical reception device 120, and an optical transmission line 130.
  • the optical transmission device 110 and the optical reception device 120 are communicably connected via the optical transmission line 130.
  • the optical transmission line 130 is composed of an optical fiber, an optical amplifier, or the like, and transmits an optical signal transmitted by the optical transmission device 110 to the optical reception device 120.
  • the optical transmission device 110 includes a coding unit 111, a symbol mapping unit 112, a waveform shaping unit 114, a digital-to-analog conversion unit 115, and an optical modulation unit 116.
  • Configuration example 2 has a configuration in which the reference signal insertion unit 13 is removed from configuration example 1.
  • the coding unit 111 encodes the input bit sequence using an arbitrary error correction code and outputs it to the symbol mapping unit 112.
  • the symbol mapping unit 112 maps the input bit sequence to a predetermined symbol such as QPSK or QAM, and outputs it to the waveform shaping unit 114.
  • the waveform shaping unit 114 performs Nyquist filtering or the like on the input symbol sequence and outputs it to the digital-to-analog conversion unit 115. At this time, the waveform shaping unit 114 may predict the inverse characteristics of the transfer function of the analog device or the optical transmission line used in the optical transmission device 110.
  • the digital-to-analog conversion unit 115 converts the input digital signal into an analog signal and outputs it to the optical modulation unit 116.
  • the optical modulation unit 116 converts the input electric signal into an optical signal and outputs it to the optical transmission line 130.
  • the optical receiver 120 is composed of an optical detection unit 121, an analog-digital conversion unit 122, a non-linear compensation unit 123, an adaptive equalization unit 124, and a decoding unit 125.
  • Configuration Example 2 has a configuration in which the channel distribution estimation unit 26 is removed from Configuration Example 1.
  • the optical detection unit 121 converts the signal modulated at the carrier frequency into a baseband analog electric signal by coherent detection or square detection that interferes with the received light signal and the station emission, and outputs the signal to the analog digital conversion unit 122.
  • the analog-to-digital conversion unit 122 converts the analog signal into a digital signal and outputs it to the nonlinear compensation unit 123.
  • the nonlinear compensation unit 123 receives channel distribution information from another device in addition to the output from the analog-to-digital conversion unit 122.
  • the non-linear compensation unit 123 performs non-linear compensation based on the channel distribution information and outputs it to the adaptive equalization unit 124.
  • the non-linear compensation unit 23 repeatedly executes processing by the linear compensation unit by the FIR filter and frequency domain equalization and the non-linear phase rotation compensation unit according to the intensity of the signal waveform, and the wavelength dispersion generated in the transmission line. , Polarization mode dispersion, equalize optical non-linear effect.
  • the linear compensation unit may simultaneously perform waveform shaping such as compensation for the transfer function of the analog device of the optical receiver 120.
  • the nonlinear compensation unit 123 performs nonlinear compensation based on the channel distribution measured value and the design value, and outputs the nonlinear compensation to the adaptive equalization unit 124.
  • the adaptive equalization unit 124 dynamically changes the polarization state, laser frequency offset / phase noise, clock phase, etc. that occur in the optical transmission line by digital signal processing such as FIR filter and frequency region equalization. It is estimated, compensated, and output to the decoding unit 125. Further, the adaptive equalization unit 24 operates a matching filter according to the noise added by the optical transmission device 110, the optical transmission line 130, and the optical reception device 120. The decoding unit 125 corrects an error from the input symbol sequence or likelihood sequence. (Configuration Example 3)
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the optical transmission system 200 according to the configuration example 3 in the embodiment.
  • the optical transmission system 200 includes an optical transmission device 210, an optical reception device 220, and an optical transmission line 230.
  • the optical transmission device 210 and the optical reception device 220 are communicably connected via the optical transmission line 230.
  • the optical transmission line 230 is composed of an optical fiber, an optical amplifier, or the like, and transmits an optical signal transmitted by the optical transmission device 210 to the optical reception device 220.
  • the optical transmission device 210 is composed of a coding unit 211, a symbol mapping unit 212, a waveform shaping unit 214, a digital-to-analog conversion unit 215, an optical modulation unit 216, and a nonlinear estimation unit 217.
  • the configuration example 3 has a configuration in which the non-linear estimation unit 217 is added except for the reference signal insertion unit 13 from the configuration example 1.
  • the coding unit 211 encodes the input bit sequence using an arbitrary error correction code and outputs it to the symbol mapping unit 212.
  • the symbol mapping unit 212 maps the input bit sequence to a predetermined symbol such as QPSK or QAM, and outputs it to the waveform shaping unit 214.
  • the waveform shaping unit 214 performs Nyquist filtering or the like on the input symbol series and outputs it to the digital-to-analog conversion unit 215. At this time, the waveform shaping unit 214 may predict the inverse characteristics of the transfer function of the analog device or the optical transmission line used in the optical transmission device 210.
  • the digital-to-analog conversion unit 215 converts the input digital signal into an analog signal and outputs it to the optical modulation unit 216.
  • the optical modulation unit 216 converts the input electric signal into an optical signal and outputs it to the nonlinear preequalization unit 217.
  • the nonlinear estimation unit 217 is connected to the channel distribution estimation unit 226 described later by a control channel or a communication channel, and channel distribution information is input from the channel distribution estimation unit 226.
  • the non-linear estimation unit 217 Based on the channel distribution information, the non-linear estimation unit 217 adds in advance the inverse characteristics of the wavelength dispersion, the polarization mode dispersion, and the optical non-linear effect generated in the transmission line, and outputs the signal to the optical transmission line 230.
  • the optical receiver 220 is composed of an optical detection unit 221, an analog-digital conversion unit 222, a channel distribution estimation unit 226, a residual nonlinear compensation unit 228, an adaptive equalization unit 224, and a decoding unit 225.
  • Configuration Example 3 has a configuration in which the nonlinear compensation unit 23 is removed from Configuration Example 1 and the residual nonlinear compensation unit 228 is added.
  • the optical detection unit 221 converts the signal modulated at the carrier frequency into a baseband analog electric signal by coherent detection or square detection that interferes with the received light signal and the station emission, and outputs the signal to the analog digital conversion unit 222.
  • the analog-to-digital conversion unit 222 converts the analog signal into a digital signal and outputs it to the channel distribution estimation unit 226 and the residual nonlinear compensation unit 228.
  • the channel distribution estimation unit 226 estimates the channel distribution information (intensity distribution, polarization state, wavelength dispersion, etc.) in the transmission direction in the optical fiber, and outputs the channel distribution information to the nonlinear estimation unit 217.
  • the residual nonlinear compensation unit 228 is compensated by the nonlinear estimation unit 217 by repeatedly executing the processing by the linear compensation unit by the FIR filter and the frequency region equalization and the nonlinear phase rotation compensation unit according to the intensity of the signal waveform.
  • the wavelength dispersion, polarization mode dispersion, and optical nonlinear effect that could not be equalized are output to the adaptive equalization unit 224.
  • the residual linear compensation unit 228 may simultaneously perform waveform shaping such as compensation for the transfer function of the analog device of the optical receiver 220.
  • the adaptive equalization unit 224 dynamically changes the polarization state, laser frequency offset / phase noise, clock phase, etc. that occur in the optical transmission line by digital signal processing such as FIR filter and frequency region equalization. It is estimated, compensated, and output to the decoding unit 225. Further, the adaptive equalization unit 24 operates a matching filter according to the noise added by the optical transmission device 210, the optical transmission line 230, and the optical reception device 220. The decoding unit 225 corrects an error from the input symbol sequence or likelihood sequence.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the optical transmission system 300 according to the configuration example 4 in the embodiment.
  • the optical transmission system 300 includes an optical transmission device 310, an optical reception device 320, and an optical transmission line 330.
  • the optical transmission device 310 and the optical reception device 320 are communicably connected via the optical transmission line 330.
  • the optical transmission line 330 is composed of an optical fiber, an optical amplifier, or the like, and transmits an optical signal transmitted by the optical transmission device 310 to the optical reception device 320.
  • the optical transmission device 310 includes a coding unit 311, a symbol mapping unit 312, a waveform shaping unit 314, a digital-to-analog conversion unit 315, an optical modulation unit 316, and a nonlinear estimation unit 317.
  • the configuration example 4 has a configuration in which the non-linear estimation unit 317 is added except for the reference signal insertion unit 13 from the configuration example 1.
  • the coding unit 311 encodes the input bit sequence using an arbitrary error correction code and outputs it to the symbol mapping unit 312.
  • the symbol mapping unit 312 maps the input bit sequence to a predetermined symbol such as QPSK or QAM, and outputs it to the waveform shaping unit 314.
  • the waveform shaping unit 314 performs Nyquist filtering or the like on the input symbol series and outputs it to the digital-to-analog conversion unit 315. At this time, the waveform shaping unit 314 may predict the inverse characteristics of the transfer function of the analog device or the optical transmission line used in the optical transmission device 110.
  • the digital-to-analog conversion unit 315 converts the input digital signal into an analog signal and outputs it to the optical modulation unit 316.
  • the optical modulation unit 316 converts the input electric signal into an optical signal and outputs it to the nonlinear preequalization unit 317.
  • channel distribution information is input from another device in addition to the output from the optical modulation unit 316. Based on the channel distribution information, the non-linear predictor 317 adds in advance the inverse characteristics of the wavelength dispersion, the polarization mode dispersion, and the optical non-linear effect generated in the transmission line, and outputs the signal to the optical transmission line 330.
  • a channel distribution measured value and a design value may be input as the channel distribution information.
  • the nonlinear compensation unit 123 adds an inverse characteristic based on the channel distribution measured value and the design value, and outputs the signal to the optical transmission line 30.
  • the optical receiver 320 is composed of an optical detection unit 321, an analog-to-digital conversion unit 322, a residual nonlinear compensation unit 328, an adaptive equalization unit 324, and a decoding unit 325.
  • Configuration Example 4 has a configuration in which the channel distribution estimation unit 26 and the nonlinear compensation unit 23 are removed from the configuration example 1, and the residual nonlinear compensation unit 328 is added.
  • the optical detection unit 321 converts the signal modulated at the carrier frequency into a baseband analog electric signal by coherent detection or square detection that interferes with the received light signal and the station emission, and outputs the signal to the analog digital conversion unit 322.
  • the analog-to-digital conversion unit 322 converts the analog signal into a digital signal and outputs it to the residual nonlinear compensation unit 328.
  • the residual nonlinear compensation unit 328 is compensated by the nonlinear estimation unit 317 by repeatedly executing the processing by the linear compensation unit by the FIR filter and the frequency region equalization and the nonlinear phase rotation compensation unit according to the intensity of the signal waveform.
  • the wavelength dispersion, polarization mode dispersion, and optical nonlinear effect that could not be equalized are output to the adaptive equalization unit 324.
  • the residual linear compensation unit 328 may simultaneously perform waveform shaping such as compensation for the transfer function of the analog device of the optical receiver 320.
  • the adaptive equalization unit 324 dynamically processes the dynamically fluctuating polarization state, laser frequency offset / phase noise, clock phase, etc. generated in the optical transmission line by digital signal processing such as FIR filter and frequency region equalization. It is estimated, compensated, and output to the decoding unit 325. Further, the adaptive equalization unit 324 operates a matching filter according to the noise added by the optical transmission device 310, the optical transmission line 330, and the optical reception device 320. The decoding unit 325 corrects an error from the input symbol sequence or likelihood sequence.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a first configuration example of the channel distribution estimation units 26 and 226.
  • the configuration shown in FIG. 5 shows a configuration when an estimation method based on the back-propagation method is used.
  • the channel distribution estimation units 26 and 226 include the linear transfer function unit 410-1, 410-N, ..., 410-N + 1, the nonlinear response unit 420-1, ..., 420-N, the error calculation unit 430, and the error back propagation unit. 440 is provided.
  • the linear transfer function units 410-1, 410-N, ..., 410-N + 1 are not distinguished from each other, any one is expressed as the linear transfer function unit 410.
  • the non-linear response units 420-1, ..., 420-N do not distinguish between them, any one is expressed as the non-linear response unit 420.
  • FIGS. 1 to 4 when the reference signal is transmitted, even if the reference signal is transmitted before the operation, it is inserted into the signal in operation. May be.
  • the linear transfer function unit 410 performs the calculation of (1) below.
  • the non-linear response unit 420 performs the calculation of (2) below.
  • the error back propagation unit 440 performs the calculation of (3) below.
  • the linear transfer function unit 410 calculates the above (1) based on the received signal and the output of the error back propagation unit 440, and outputs the channel distribution information.
  • the nonlinear response unit 420 calculates the above (2) based on the received signal and the output of the error back propagation unit 440, and outputs the channel distribution information.
  • the error calculation unit 430 calculates the above (3) based on the received signal and the reference signal.
  • the error back propagation unit 440 has ⁇ 2 (z), H xx ( ⁇ , z), Hyx ( ⁇ , z), and H xy ( ⁇ , z) so that the ⁇ output by the error calculation unit 430 is reduced.
  • the channel distribution information is information indicating, for example, the wavelength dispersion in the transmission direction, the intensity distribution, the polarization state, etc. estimated from the elements of the wavelength dispersion ⁇ 2 (z), the power p (z), and the Jones matrix. Is.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a second configuration example of the channel distribution estimation unit 26 and 226.
  • the configuration shown in FIG. 6 shows a configuration when an estimation method based on the one-step digital backward propagation method is used.
  • the channel distribution estimation unit 26 and 226 include a linear transfer function unit 510-1, 510-2, a nonlinear response unit 520, an error calculation unit 530, an estimation distance change unit 550, and an update unit 560.
  • any one is expressed as the linear transfer function unit 510.
  • the linear transfer function unit 510 performs the calculation of the above (1), the nonlinear response unit 520 performs the calculation of the above (2), and the error calculation unit 530 performs the calculation of the above (3).
  • ⁇ 21 + ⁇ 22 constant.
  • the update unit 560 updates the power p (z) at each transmission distance Z so that the ⁇ output by the error calculation unit 530 decreases, and outputs the power p (z) to the nonlinear response unit 520.
  • FIG. 7 shows a configuration when the backward propagation back propagation method is used. It should be noted that any of the configurations of the non-linear compensation units 23 and 123, the non-linear estimation units 217 and 317, and the residual non-linear compensation units 228 and 328 are the configurations shown in FIG. Therefore, in the description of FIG. 7, the non-linear compensation unit 23 will be described.
  • the non-linear compensation unit 23 includes linear compensation units 610-1, 610-N, ..., 610-N + 1, and non-linear compensation units 620-1, ..., 620-N.
  • linear compensation units 610-1, 610-N, ..., 610-N + 1 are not distinguished from each other, any one is expressed as the linear compensation unit 610.
  • non-linear compensation units 620-1, ..., And 620-N are not distinguished from each other, any one is expressed as the non-linear compensation unit 620.
  • Channel distribution information is input to both the linear compensation unit 610 and the nonlinear compensation unit 620. Further, the linear compensation unit 610 receives a received signal or an output signal from the non-linear compensation unit 620 in the previous stage. The non-linear compensation unit 620 receives an output signal from the linear compensation unit 610 in the previous stage. The linear compensation unit 610 performs the calculation of (1) above, and the nonlinear compensation unit 620 performs the calculation of (2) above.
  • the non-linear compensation units 23 and 123 perform non-linear compensation based on the channel distribution information.
  • the nonlinear estimation unit 217 and 317 add in advance the inverse characteristics of the wavelength dispersion, the polarization mode dispersion, and the optical nonlinear effect generated in the transmission line based on the channel distribution information.
  • the residual nonlinear compensation unit 228 and 328 equalize the wavelength dispersion, the polarization mode dispersion, and the optical nonlinear effect that could not be compensated by the nonlinear prediction unit.
  • FIG. 8 is a graph showing the group delay difference.
  • the vertical axis indicates the group delay difference ⁇ DGD
  • the horizontal axis indicates the frequency.
  • the band is divided into, for example, M pieces, and the group delay difference between the polarizations is regarded as constant in each band.
  • the group delay difference regarded as constant in the band is shown by a straight line parallel to the horizontal axis.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration example in which a channel distribution estimation unit is provided corresponding to a band divided into M pieces.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration example of a nonlinear compensation unit when a channel distribution estimation unit is provided corresponding to a band divided into M pieces.
  • the signal output from the analog-digital conversion unit 22 in FIG. 1 is divided by the band division unit 710 and input to the channel distribution estimation unit 720 provided corresponding to each band.
  • the channel distribution estimation unit 720 is provided with M channels distribution estimation units (1) to (M) corresponding to the bands divided into M units.
  • the configuration of the channel distribution estimation unit (1) to (M) is the same as the configuration shown in FIG. 5, but the linear transfer function unit 410 replaces the above-mentioned equation (1) with the calculation of the following (7). I do.
  • ⁇ DGD in (7) indicates the group delay difference regarded as constant in the band.
  • the channel distribution estimation unit 720 performs the calculation according to (7) above and outputs the channel distribution information to the nonlinear compensation unit 23 in FIG. 1 or the nonlinear estimation unit 217 in FIG.
  • the polarization mode dispersion can be expressed by a simple model, and the channel distribution estimation accuracy can be improved.
  • FIG. 9 shows a configuration example applied to the configuration of FIG. 1, it can also be applied to the configuration of FIG.
  • the front stage of the band division unit 710 in FIG. 9 is an analog-digital conversion unit 222 instead of the analog-digital conversion unit 22, and the rear stage of the channel distribution estimation unit 720 is a non-linear estimation unit 217 instead of the non-linear compensation unit 23. be.
  • the nonlinear compensation unit 820 is provided with M non-linear compensation units (1) to (M) corresponding to the band divided into M units.
  • the non-linear compensation unit (k) performs non-linear compensation based on the channel distribution information and outputs the non-linear compensation unit (k) to the band synthesis unit 830.
  • the band synthesis unit 830 synthesizes the output from the nonlinear compensation unit (k) and outputs it to the adaptive equalization unit 24.
  • FIG. 10 shows a configuration example applied to the configuration of FIG. 1, it can also be applied to the configuration of FIG.
  • the front stage of the band division unit 710 in FIG. 10 is an analog-to-digital conversion unit 222 instead of the analog-to-digital conversion unit 22.
  • the M non-linear compensation units are M non-linear estimation units (k) corresponding to the band in which the non-linear estimation unit 217 is divided into M units.
  • the non-linear estimation unit (k) is input with the channel distribution information output from the channel distribution estimation unit (k). Based on the channel distribution information, the non-linear estimation unit (k) adds the inverse characteristics of the wavelength dispersion, the polarization mode dispersion, and the optical non-linear effect generated in the transmission line in advance, and outputs the signal to the band synthesis unit 830.
  • the band synthesizing unit 830 synthesizes the output from the non-linear estimation unit (k) and outputs it to the optical transmission line 230 instead of the adaptive equalization unit 24.
  • FIG. 11 is a graph showing the channel distribution (intensity distribution) estimation result (measurement wavelength: 1545.32 nm, Pin: 5 dBm / channel) in the configuration of FIG. 1 to which the configuration of FIG. 6 is applied.
  • the horizontal axis represents the distance Z (km), and the vertical axis represents p (z) (dB).
  • FIG. 12 is an enlarged graph of the area surrounded by the broken line in the graph shown in FIG. As shown in FIG. 12, in the enlarged region, the peak arrives at a distance of less than 2100 km, the peak arrives again at a distance increased by about 80 km from the peak, and the peak arrives again at a distance increased by 160 km from a little less than 2100 km. It has been shown to arrive.
  • FIG. 13 is a graph showing Pin (dBm) per channel and SNR (dB) at that time.
  • the horizontal axis indicates Pin (dBm) per channel
  • the vertical axis indicates SNR (dB).
  • the graph shown by the broken line shows the SNR when only the wavelength dispersion compensation is performed (also referred to as "conventional technique 1").
  • the graph shown by the alternate long and short dash line shows the SNR when compensation is performed by digital backward propagation with a constant intensity distribution (also referred to as "conventional technique 2").
  • the graph shown by the solid line shows the SNR in the configuration shown in FIGS. 1 and 6 (also referred to as “this configuration”).
  • the SNR of this configuration is larger than that of the prior art techniques 1 and 2.
  • the SNR of this configuration is about 0.18 (dB) larger than that of the prior art 1 and 0.1 (dB) larger than that of the prior art 2.
  • the channel distribution estimation unit 26, 226, and 720 may be configured by using a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory. In this case, the channel distribution estimation unit 26, 226, 720 functions as the channel distribution estimation unit 26, 226, 720 by executing the program by the processor. All or part of each function of the channel distribution estimation unit 26, 226, and 720 uses hardware such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), PLD (Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array). It may be realized.
  • the above program may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include, for example, flexible disks, magneto-optical disks, ROMs, CD-ROMs, portable media such as semiconductor storage devices (for example, SSD: Solid State Drive), hard disks and semiconductor storage built in computer systems. It is a storage device such as a device.
  • the above program may be transmitted over a telecommunication line.
  • the present invention is applicable to an optical transmission system that transmits on an optical fiber transmission line.
  • Optical transmission system 10 ... Optical transmission device, 11 ... Coding unit, 12 ... Symbol mapping unit, 13 ... Reference signal insertion unit, 14 ... Waveform shaping unit, 15 ... Digital analog conversion unit, 16 ... Optical modulation unit, 20 ... Optical receiver, 21 ... Optical detection unit, 22 ... Analog digital conversion unit, 23 ... Non-linear compensation unit, 24 ... Adaptive equalization unit, 25 ... Decoding unit, 26 ... Channel distribution estimation unit, 27 ... Reference signal, 30 ... Optical transmission line, 100 ... Optical transmission system, 110 ... Optical transmission device, 111 ... Coding unit, 112 ... Symbol mapping unit, 114 ... Wave shape shaping unit, 115 ...

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Abstract

本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおける光受信装置であって、光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部と、チャネル分布推定部により推定されたチャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部と、を備えた光受信装置である。

Description

光伝送システム、光受信装置、光送信装置、制御方法およびプログラム
　本発明は、光伝送システム、光受信装置、光送信装置、制御方法およびプログラムの技術に関する。
　データ通信需要の増大に伴い、大容量で長距離の光信号を伝送する技術が研究されている。光ファイバを用いた伝送においては、光ファイバ伝送路中で生じる非線形光学効果による光信号の波形ひずみを補償する必要がある。従来、光ファイバ伝送において伝送距離を長延化する技術として、光ファイバ中の非線形光学現象をデジタル信号処理を用いて補償する、デジタル後方伝搬（Digital backpropagation :ＤＢＰ）が知られている（非特許文献１参照）。
Ezra Ip, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 28, NO. 6, p.939, (2010)
　上記ＤＢＰでは、光ファイバ中の伝送方向（長手方向）の情報を考慮していないため、十分な補償を行うことができず、高性能な光通信の実現が困難であるという課題があった。
　上記事情に鑑み、本発明は、より高性能な光通信を実現することができる技術の提供を目的としている。
　本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおける前記光受信装置であって、前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部と、前記チャネル分布推定部により推定された前記チャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部と、を備えた光受信装置である。
　本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置から送信された光信号と参照信号とから推定された、伝送方向におけるチャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部を備えた光受信装置である。
　本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおいて、前記光受信装置は、前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、非線形補償を行うための伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部を備え、前記光送信装置は、前記チャネル分布推定部により推定された前記チャネル分布情報に基づき、前記光ファイバ伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、および光学非線形効果の逆特性を、前記光受信装置に送信する光信号に予め付加する非線形予等化部を備えた光伝送システムである。
　本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置に対して送信された光信号と参照信号とから推定された、伝送方向におけるチャネル分布情報に基づき前記光ファイバ伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、および光学非線形効果の逆特性を、前記光受信装置に送信する光信号に予め付加する非線形予等化部を備えた光送信装置である。
　本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおける前記光受信装置の制御方法であって、チャネル分布推定部が、前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定ステップと、非線形補償部が、前記チャネル分布推定ステップにより推定された前記チャネル分布情報に基づき非線形補償を行うと非線形補償ステップと、を備えた制御方法である。
　本発明の一態様は、光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおいて前記光受信装置をコンピュータとして機能させるためのプログラムであって、前記コンピュータを、前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部と、前記チャネル分布推定部により推定された前記チャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部として機能させるためのプログラムである。
　本発明により、より高性能な光通信を実現することが可能となる。
構成例１での光伝送システム１の構成を示すブロック図である。 構成例２での光伝送システム１００の構成を示すブロック図である 構成例３での光伝送システム２００の構成を示すブロック図である。 構成例４での光伝送システム３００の構成を示すブロック図である。 チャネル分布推定部２６、２２６の構成例を示すブロック図である。 チャネル分布推定部２６、２２６の構成例を示すブロック図である。 非線形補償部等の構成を示すブロック図である。 群遅延差を示すグラフである。 分割させた帯域に対応させてチャネル分布推定部を設ける構成例を示す図である。 チャネル分布推定部から計Ｍ個のチャネル分布情報が出力される場合の非線形補償部の構成例を示す図である。 チャネル分布（強度分布）推定結果を示すグラフである。 破線で囲まれた領域を拡大したグラフである。 ＰｉｎとＳＮＲを示すグラフである。
　本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下で説明される各光伝送システムは、コヒーレント技術を用いて光を送受信するシステムである。
（構成例１）
　図１は、実施形態における構成例１での光伝送システム１の構成を示すブロック図である。光伝送システム１は、光送信装置１０、光受信装置２０、および光伝送路３０で構成される。光送信装置１０と、光受信装置２０は、光伝送路３０を介して通信可能に接続される。光伝送路３０は、光ファイバや光増幅器などで構成され、光送信装置１０が送信する光信号を光受信装置２０に伝送する。
　光送信装置１０は、符号化部１１、シンボルマッピング部１２、参照信号挿入部１３、波形整形部１４、デジタルアナログ変換部１５、および光変調部１６で構成される。
　符号化部１１は、入力されたビット系列を任意の誤り訂正符号を用いて符号化し、シンボルマッピング部１２に出力する。シンボルマッピング部１２は、入力されたビット系列をＱＰＳＫ（Quaternary phase-shift keying）やＱＡＭ（Quadrature amplitude modulation）等、所定のシンボルにマッピングし、参照信号挿入部１３に出力する。参照信号挿入部１３は、参照信号を挿入し、波形整形部１４に出力する。
　波形整形部１４は、入力されたシンボル系列にナイキストフィルタリング等を行い、デジタルアナログ変換部１５に出力する。このとき、波形整形部１４は、光送信装置１０で用いられるアナログデバイスや光伝送路の伝達関数の逆特性を予等化しても良い。デジタルアナログ変換部１５は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、光変調部１６に出力する。光変調部１６は、入力された電気信号を光信号に変換し、光伝送路３０に出力する。
　光受信装置２０は、光検波部２１、アナログデジタル変換部２２、非線形補償部２３、適応等化部２４、復号部２５、およびチャネル分布推定部２６で構成される。
　光検波部２１は、受信光信号と局発光を干渉させるコヒーレント検波や二乗検波により、キャリア周波数で変調された信号をベースバンドのアナログ電気信号に変換し、アナログデジタル変換部２２に出力する。アナログデジタル変換部２２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、非線形補償部２３およびチャネル分布推定部２６に出力する。チャネル分布推定部２６は、参照信号２７を用いて、光ファイバ中での伝送方向(長手方向)におけるチャネル分布情報(強度分布、偏波状態、波長分散等)の推定を行い、チャネル分布情報を非線形補償部２３に出力する。
　非線形補償部２３は、チャネル分布情報に基づき非線形補償を行い、適応等化部２４に出力する。具体的に、非線形補償部２３は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化による線形補償部と信号波形の強度に応じた非線形位相回転補償部とによる処理を繰り返し実行することで伝送路で生じた波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果を等化する。このとき、上記線形補償部は、光受信装置２０のアナログデバイスの伝達関数の補償等の波形整形も同時行っても良い。非線形補償部２３およびチャネル分布推定部２６の詳細な構成については後述する。
　適応等化部２４は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化等のデジタル信号処理により、光伝送路中で生じる動的に変動する偏波状態やレーザー周波数オフセット・位相雑音、クロック位相などを動的に推定、補償し、復号部２５に出力する。また適応等化部２４は、光送信装置１０、光伝送路３０、および光受信装置２０で付加された雑音に応じた整合フィルタを動作させる。復号部２５は、入力されたシンボル系列、または尤度系列から誤り訂正を行う。
（構成例２）
　図２は、実施形態における構成例２での光伝送システム１００の構成を示すブロック図である。光伝送システム１００は、光送信装置１１０、光受信装置１２０、および光伝送路１３０で構成される。光送信装置１１０と、光受信装置１２０は、光伝送路１３０を介して通信可能に接続される。光伝送路１３０は、光ファイバや光増幅器などで構成され、光送信装置１１０が送信する光信号を光受信装置１２０に伝送する。
　光送信装置１１０は、符号化部１１１、シンボルマッピング部１１２、波形整形部１１４、デジタルアナログ変換部１１５、および光変調部１１６で構成される。構成例２は、構成例１から参照信号挿入部１３を除いた構成となっている。
　符号化部１１１は、入力されたビット系列を任意の誤り訂正符号を用いて符号化し、シンボルマッピング部１１２に出力する。シンボルマッピング部１１２は、入力されたビット系列をＱＰＳＫやＱＡＭ等、所定のシンボルにマッピングし、波形整形部１１４に出力する。
　波形整形部１１４は、入力されたシンボル系列にナイキストフィルタリング等を行い、デジタルアナログ変換部１１５に出力する。このとき、波形整形部１１４は、光送信装置１１０で用いられるアナログデバイスや光伝送路の伝達関数の逆特性を予等化しても良い。デジタルアナログ変換部１１５は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、光変調部１１６に出力する。光変調部１１６は、入力された電気信号を光信号に変換し、光伝送路１３０に出力する。
　光受信装置１２０は、光検波部１２１、アナログデジタル変換部１２２、非線形補償部１２３、適応等化部１２４、および復号部１２５で構成される。構成例２は、構成例１からチャネル分布推定部２６を除いた構成となっている。
　光検波部１２１は、受信光信号と局発光を干渉させるコヒーレント検波や二乗検波により、キャリア周波数で変調された信号をベースバンドのアナログ電気信号に変換し、アナログデジタル変換部１２２に出力する。アナログデジタル変換部１２２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、非線形補償部１２３に出力する。
　非線形補償部１２３は、アナログデジタル変換部１２２からの出力の他に、他装置からチャネル分布情報が入力される。非線形補償部１２３は、チャネル分布情報に基づき非線形補償を行い、適応等化部１２４に出力する。具体的に、非線形補償部２３は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化による線形補償部と信号波形の強度に応じた非線形位相回転補償部とによる処理を繰り返し実行することで伝送路で生じた波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果を等化する。このとき、上記線形補償部は、光受信装置１２０のアナログデバイスの伝達関数の補償等の波形整形も同時行っても良い。非線形補償部１２３の詳細な構成については後述する。なお、チャネル分布情報として、チャネル分布測定値、および設計値（非線形補償を行うための予め定められたパラメータ等）が入力されてよい。この場合、非線形補償部１２３は、チャネル分布測定値、および設計値に基づき非線形補償を行い、適応等化部１２４に出力する。
　適応等化部１２４は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化等のデジタル信号処理により、光伝送路中で生じる動的に変動する偏波状態やレーザー周波数オフセット・位相雑音、クロック位相などを動的に推定、補償し、復号部１２５に出力する。また適応等化部２４は、光送信装置１１０、光伝送路１３０、および光受信装置１２０で付加された雑音に応じた整合フィルタを動作させる。復号部１２５は、入力されたシンボル系列、または尤度系列から誤り訂正を行う。
（構成例３）
　図３は、実施形態における構成例３での光伝送システム２００の構成を示すブロック図である。光伝送システム２００は、光送信装置２１０、光受信装置２２０、および光伝送路２３０で構成される。光送信装置２１０と、光受信装置２２０は、光伝送路２３０を介して通信可能に接続される。光伝送路２３０は、光ファイバや光増幅器などで構成され、光送信装置２１０が送信する光信号を光受信装置２２０に伝送する。
　光送信装置２１０は、符号化部２１１、シンボルマッピング部２１２、波形整形部２１４、デジタルアナログ変換部２１５、光変調部２１６、および非線形予等化部２１７で構成される。構成例３は、構成例１から参照信号挿入部１３を除き、非線形予等化部２１７を追加した構成となっている。
　符号化部２１１は、入力されたビット系列を任意の誤り訂正符号を用いて符号化し、シンボルマッピング部２１２に出力する。シンボルマッピング部２１２は、入力されたビット系列をＱＰＳＫやＱＡＭ等、所定のシンボルにマッピングし、波形整形部２１４に出力する。
　波形整形部２１４は、入力されたシンボル系列にナイキストフィルタリング等を行い、デジタルアナログ変換部２１５に出力する。このとき、波形整形部２１４は、光送信装置２１０で用いられるアナログデバイスや光伝送路の伝達関数の逆特性を予等化しても良い。デジタルアナログ変換部２１５は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、光変調部２１６に出力する。光変調部２１６は、入力された電気信号を光信号に変換し、非線形予等化部２１７に出力する。
　非線形予等化部２１７は、後述するチャネル分布推定部２２６と制御チャネルまたはコミュニケーションチャネルで接続され、チャネル分布推定部２２６からチャネル分布情報が入力される。
　非線形予等化部２１７は、チャネル分布情報に基づき、伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果の逆特性を予め付加し、光伝送路２３０に出力する。
　光受信装置２２０は、光検波部２２１、アナログデジタル変換部２２２、チャネル分布推定部２２６、残留非線形補償部２２８、適応等化部２２４、および復号部２２５で構成される。構成例３は、構成例１から非線形補償部２３を除き、残留非線形補償部２２８を加えた構成となっている。
　光検波部２２１は、受信光信号と局発光を干渉させるコヒーレント検波や二乗検波により、キャリア周波数で変調された信号をベースバンドのアナログ電気信号に変換し、アナログデジタル変換部２２２に出力する。アナログデジタル変換部２２２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、チャネル分布推定部２２６と、残留非線形補償部２２８に出力する。
　チャネル分布推定部２２６は、光ファイバ中での伝送方向におけるチャネル分布情報(強度分布、偏波状態、波長分散等)の推定を行い、チャネル分布情報を非線形予等化部２１７に出力する。
　残留非線形補償部２２８は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化による線形補償部と信号波形の強度に応じた非線形位相回転補償部とによる処理を繰り返し実行することで、非線形予等化部２１７で補償することが出来なかった波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果を等化し、適応等化部２２４に出力する。このとき残留線形補償部２２８において光受信装置２２０のアナログデバイスの伝達関数の補償等の波形整形も同時行っても良い
　適応等化部２２４は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化等のデジタル信号処理により、光伝送路中で生じる動的に変動する偏波状態やレーザー周波数オフセット・位相雑音、クロック位相などを動的に推定、補償し、復号部２２５に出力する。また適応等化部２４は、光送信装置２１０、光伝送路２３０、および光受信装置２２０で付加された雑音に応じた整合フィルタを動作させる。復号部２２５は、入力されたシンボル系列、または尤度系列から誤り訂正を行う。
（構成例４）
　図４は、実施形態における構成例４での光伝送システム３００の構成を示すブロック図である。光伝送システム３００は、光送信装置３１０、光受信装置３２０、および光伝送路３３０で構成される。光送信装置３１０と、光受信装置３２０は、光伝送路３３０を介して通信可能に接続される。光伝送路３３０は、光ファイバや光増幅器などで構成され、光送信装置３１０が送信する光信号を光受信装置３２０に伝送する。
　光送信装置３１０は、符号化部３１１、シンボルマッピング部３１２、波形整形部３１４、デジタルアナログ変換部３１５、光変調部３１６、および非線形予等化部３１７で構成される。構成例４は、構成例１から参照信号挿入部１３を除き、非線形予等化部３１７を追加した構成となっている。
　符号化部３１１は、入力されたビット系列を任意の誤り訂正符号を用いて符号化し、シンボルマッピング部３１２に出力する。シンボルマッピング部３１２は、入力されたビット系列をＱＰＳＫやＱＡＭ等、所定のシンボルにマッピングし、波形整形部３１４に出力する。
　波形整形部３１４は、入力されたシンボル系列にナイキストフィルタリング等を行い、デジタルアナログ変換部３１５に出力する。このとき、波形整形部３１４は、光送信装置１１０で用いられるアナログデバイスや光伝送路の伝達関数の逆特性を予等化しても良い。デジタルアナログ変換部３１５は、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換し、光変調部３１６に出力する。光変調部３１６は、入力された電気信号を光信号に変換し、非線形予等化部３１７に出力する。
　非線形予等化部３１７は、光変調部３１６からの出力の他に、他装置からチャネル分布情報が入力される。非線形予等化部３１７は、チャネル分布情報に基づき、伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果の逆特性を予め付加し、光伝送路３３０に出力する。なお、チャネル分布情報として、チャネル分布測定値、および設計値（逆特性を付加するための予め定められたパラメータ等）が入力されてよい。この場合、非線形補償部１２３は、チャネル分布測定値、および設計値に基づき逆特性を付加し、光伝送路３０に出力する。
　光受信装置３２０は、光検波部３２１、アナログデジタル変換部３２２、残留非線形補償部３２８、適応等化部３２４、および復号部３２５で構成される。構成例４は、構成例１からチャネル分布推定部２６と非線形補償部２３とを除き、残留非線形補償部３２８を加えた構成となっている。
　光検波部３２１は、受信光信号と局発光を干渉させるコヒーレント検波や二乗検波により、キャリア周波数で変調された信号をベースバンドのアナログ電気信号に変換し、アナログデジタル変換部３２２に出力する。アナログデジタル変換部３２２は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、残留非線形補償部３２８に出力する。
　残留非線形補償部３２８は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化による線形補償部と信号波形の強度に応じた非線形位相回転補償部とによる処理を繰り返し実行することで、非線形予等化部３１７で補償することが出来なかった波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果を等化し、適応等化部３２４に出力する。このとき残留線形補償部３２８において光受信装置３２０のアナログデバイスの伝達関数の補償等の波形整形も同時行っても良い
　適応等化部３２４は、ＦＩＲフィルタや周波数領域等化等のデジタル信号処理により、光伝送路中で生じる動的に変動する偏波状態やレーザー周波数オフセット・位相雑音、クロック位相などを動的に推定、補償し、復号部３２５に出力する。また適応等化部３２４は、光送信装置３１０、光伝送路３３０、および光受信装置３２０で付加された雑音に応じた整合フィルタを動作させる。復号部３２５は、入力されたシンボル系列、または尤度系列から誤り訂正を行う。
　次に、チャネル分布推定部２６、２２６の２つの構成例について説明する。図５は、チャネル分布推定部２６、２２６の１つめの構成例を示すブロック図である。図５に示される構成は、誤差逆伝播法による推定方式を用いた場合の構成を示している。
　チャネル分布推定部２６、２２６は、線形伝達関数部４１０－１、４１０－Ｎ、…、４１０－Ｎ＋１、非線形応答部４２０－１、…、４２０－Ｎ、誤差計算部４３０、および誤差逆伝播部４４０を備える。以下の説明において、線形伝達関数部４１０－１、４１０－Ｎ、…、４１０－Ｎ＋１をそれぞれ区別しない場合には、任意の１つを線形伝達関数部４１０と表現する。非線形応答部４２０－１、…、４２０－Ｎも同様に、これらをそれぞれ区別しない場合には、任意の１つを非線形応答部４２０と表現する。なお、上記図１～図４に示した構成例１～構成例４のいずれにおいても、参照信号を伝送する場合には、参照信号を運用前に伝送しても、運用中の信号に挿入しても良い。
　線形伝達関数部４１０は、下記（１）の計算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　非線形応答部４２０は、下記（２）の計算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　誤差逆伝播部４４０は、下記（３）の計算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、各パラメータは以下の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 Ｘ or Ｙ偏波に対応する信号の周波数成分
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 Ｘ or Ｙ偏波に対応する信号の時間波形
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 参照信号の時間波形
　β２（ｚ）：距離Ｚにおける波長分散
　Ｈｘｘ（ω,ｚ）、Ｈｙｘ（ω,ｚ）、Ｈｘｙ（ω,ｚ）、Ｈｙｙ（ω,ｚ）：距離Ｚ、角周波数ωにおけるジョーンズ行列
　ｐ（ｚ）：距離Ｚにおけるパワー
　γ：非線形係数
　線形伝達関数部４１０は、受信信号と誤差逆伝播部４４０の出力とに基づき、上記（１）を計算し、チャネル分布情報を出力する。非線形応答部４２０は、受信信号と誤差逆伝播部４４０の出力とに基づき、上記（２）を計算し、チャネル分布情報を出力する。誤差計算部４３０は、受信信号と参照信号に基づき、上記（３）を計算する。誤差逆伝播部４４０は、誤差計算部４３０により出力されるεが減少するように、β２（ｚ）、Ｈｘｘ（ω,ｚ）、Ｈｙｘ（ω,ｚ）、Ｈｘｙ（ω,ｚ）、Ｈｙｙ（ω,ｚ）、ｐ（ｚ）を更新し、線形伝達関数部４１０および非線形応答部４２０に出力する。ここで、チャネル分布情報は、例えば上記波長分散β２（ｚ）、パワーｐ（ｚ）、およびジョーンズ行列の要素から推定された、伝送方向の波長分散、強度分布、偏波状態などを示す情報である。
　図６は、チャネル分布推定部２６、２２６の２つめの構成例を示すブロック図である。図６に示される構成は、ワンステップデジタル後方伝播法による推定方式を用いた場合の構成を示している。チャネル分布推定部２６、２２６は、線形伝達関数部５１０－１、５１０－２、非線形応答部５２０、誤差計算部５３０、推定距離変更部５５０、および更新部５６０を備える。以下の説明において、線形伝達関数部５１０－１、５１０－２をそれぞれ区別しない場合には、任意の１つを線形伝達関数部５１０と表現する。
　線形伝達関数部５１０は、上記（１）の計算を行い、非線形応答部５２０は、上記（２）の計算を行い、誤差計算部５３０は、上記（３）の計算を行う。推定距離変更部５５０は、距離Ｚに対応させるように、距離Ｚに応じて、線形伝達関数部５１０－１におけるβ２（ｚ）（＝β２１とする）と線形伝達関数部５１０－２におけるβ２（ｚ）（＝β２２とする）を変更し、線形伝達関数部５１０に出力する。このとき、β２１＋β２２＝一定となるようにする。更新部５６０は、誤差計算部５３０により出力されるεが減少するように各伝送距離Ｚにおけるパワーｐ（ｚ）を更新し、非線形応答部５２０に出力する。
　次に、非線形補償部２３、１２３、非線形予等化部２１７、３１７、残留非線形補償部２２８、３２８の構成例について図７を用いて説明する。図７に示される構成は、後方伝播逆伝播法を用いた場合の構成を示している。なお、非線形補償部２３、１２３、非線形予等化部２１７、３１７、残留非線形補償部２２８、３２８のいずれの構成も、図７に示される構成である。そのため、図７の説明では、非線形補償部２３として説明する。
　非線形補償部２３は、線形補償部６１０－１、６１０－Ｎ、…、６１０－Ｎ＋１、および非線形補償部６２０－１、…、６２０－Ｎを備える。以下の説明において線形補償部６１０－１、６１０－Ｎ、…、６１０－Ｎ＋１をそれぞれ区別しない場合には、任意の１つを線形補償部６１０と表現する。非線形補償部６２０－１、…、６２０－Ｎも同様に、これらをそれぞれ区別しない場合には、任意の１つを非線形補償部６２０と表現する。
　線形補償部６１０、非線形補償部６２０のいずれもチャネル分布情報が入力される。また、線形補償部６１０は、受信信号または前段の非線形補償部６２０からの出力信号が入力される。非線形補償部６２０は、前段の線形補償部６１０からの出力信号が入力される。線形補償部６１０は、上記（１）の計算を行い、非線形補償部６２０は、上記（２）の計算を行う。
　これにより、非線形補償部２３、１２３は、チャネル分布情報に基づき非線形補償を行う。非線形予等化部２１７、３１７は、チャネル分布情報に基づき、伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果の逆特性を予め付加する。残留非線形補償部２２８、３２８は、非線形予等化部で補償することが出来なかった波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果を等化する。
　次に、偏波モード分散の影響を低減し推定や補償精度を向上させるための構成例について説明する。図８は、群遅延差を示すグラフである。図８のグラフは、縦軸が群遅延差τＤＧＤを示し、横軸が周波数を示す。
　図８に示されるように、帯域を例えばＭ個に分割し、各帯域内において偏波間の群遅延差を一定とみなす。図８では、帯域内において一定とみなした群遅延差を横軸と平行な直線で示している。
　図９は、Ｍ個に分割させた帯域に対応させてチャネル分布推定部を設ける構成例を示す図である。図１０は、Ｍ個に分割させた帯域に対応させてチャネル分布推定部を設けた場合の非線形補償部の構成例を示す図である。
　図９において、図１におけるアナログデジタル変換部２２から出力された信号は、帯域分割部７１０によって分割され、それぞれの帯域に対応して設けられたチャネル分布推定部７２０に入力される。チャネル分布推定部７２０は、Ｍ個に分割された帯域に対応して、チャネル分布推定部（１）～（Ｍ）までＭ個設けられている。
　チャネル分布推定部（１）～（Ｍ）の構成は、図５に示した構成と同じであるが、線形伝達関数部４１０は、上述した式（１）に代えて、下記（７）の計算を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 （７）におけるτＤＧＤは、帯域内において一定とみなした群遅延差を示す。
　チャネル分布推定部７２０は、上記（７）による計算などを行い、チャネル分布情報を図１における非線形補償部２３または図３における非線形予等化部２１７に出力する。図９に示した構成により、偏波間での群遅延差が累積する長距離伝送において、簡易なモデルで偏波モード分散を表現することが可能となり、チャネル分布推定精度を向上させることができる。
　なお、図９では、図１の構成に適用した構成例を示しているが、図３の構成にも適用できる。この場合、図９における帯域分割部７１０の前段は、アナログデジタル変換部２２に代わりアナログデジタル変換部２２２であり、チャネル分布推定部７２０の後段は非線形補償部２３に代わり非線形予等化部２１７である。
　次に、チャネル分布推定部７２０から計Ｍ個のチャネル分布情報が出力される場合の非線形補償部の構成例について説明する。図１０に示されるように、図１におけるアナログデジタル変換部２２から出力された信号は、帯域分割部８１０によって分割され、それぞれの帯域に対応して設けられた非線形補償部８２０に入力される。非線形補償部８２０は、Ｍ個に分割された帯域に対応して、非線形補償部（１）～（Ｍ）までＭ個設けられている。
　非線形補償部（ｋ）（ｋ＝１～Ｍ）は、チャネル分布推定部（ｋ）から出力されたチャネル分布情報が入力される。非線形補償部（ｋ）は、チャネル分布情報に基づき非線形補償を行い、帯域合成部８３０に出力される。帯域合成部８３０は、非線形補償部（ｋ）からの出力を合成し、適応等化部２４に出力する。
　なお、図１０では、図１の構成に適用した構成例を示しているが、図３の構成にも適用できる。この場合、図１０における帯域分割部７１０の前段は、アナログデジタル変換部２２に代わりアナログデジタル変換部２２２である。Ｍ個の非線形補償部は、非線形予等化部２１７をＭ個に分割させた帯域に対応させたＭ個の非線形予等化部（ｋ）である。
　非線形予等化部（ｋ）は、チャネル分布推定部（ｋ）から出力されたチャネル分布情報が入力される。非線形予等化部（ｋ）は、チャネル分布情報に基づき、伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、光学非線形効果の逆特性を予め付加し、帯域合成部８３０に出力する。帯域合成部８３０は、非線形予等化部（ｋ）からの出力を合成し、適応等化部２４に代えて、光伝送路２３０に出力する。
　図１１は、図６の構成を適用した図１の構成におけるチャネル分布（強度分布）推定結果（測定波長：1545.32 nm, Pin： 5dBm/channel）を示すグラフである。横軸は距離Ｚ（ｋｍ）を示し、縦軸はｐ（ｚ）（ｄＢ）を示す。図１２は、図１１に示されるグラフにおいて、破線で囲まれた領域を拡大したグラフである。図１２に示されるように、拡大された領域では、距離が２１００ｋｍ弱でピークが到来し、そこから約８０ｋｍ増加した距離で再びピークが到来し、さらに２１００ｋｍ弱から１６０ｋｍ増加した距離で再びピークが到来することが示されている。
　次に、図６の構成を適用した図１の構成における適応等化部２４が出力したシンボルと、送信シンボルとの一致性（ＳＮＲ）のファイバ入力パワーの依存性について説明する。図１３は、チャネルあたりのＰｉｎ（ｄＢｍ）とそのときのＳＮＲ（ｄＢ）を示すグラフである。図１３に示されるグラフは、横軸がチャネルあたりのＰｉｎ（ｄＢｍ）を示し、縦軸がＳＮＲ（ｄＢ）を示す。また、破線で示されるグラフは、波長分散補償のみを行った場合（「従来技術１」ともいう）のＳＮＲを示す。一点破線で示されるグラフは、強度分布を一定としたデジタル後方伝搬による補償を行った場合（「従来技術２」ともいう）のＳＮＲを示す。実線で示されるグラフは、図１、図６に示した構成（「本構成」ともいう）でのＳＮＲを示す。
　図１３に示されるように、いずれのＰＩＮにおいても、従来技術１、２より本構成の方がＳＮＲが大きくなっている。例えば、Ｐｉｎが３（ｄＢｍ）の場合、本構成のＳＮＲは、従来技術１より約０．１８（ｄＢ）だけ大きく、従来技術２より０．１（ｄＢ）だけ大きいことが示されている。このように、従来技術１、２と比較して、十分な補償を行うことができるため、高性能な光通信を実現することができる。
　チャネル分布推定部２６、２２６、７２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成されてもよい。この場合、チャネル分布推定部２６、２２６、７２０は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、チャネル分布推定部２６、２２６、７２０として機能する。なお、チャネル分布推定部２６、２２６、７２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体記憶装置（例えばＳＳＤ：Solid State Drive）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
　本発明は、光ファイバ伝送路で伝送を行う光伝送システムに適用可能である。
１…光伝送システム、１０…光送信装置、１１…符号化部、１２…シンボルマッピング部、１３…参照信号挿入部、１４…波形整形部、１５…デジタルアナログ変換部、１６…光変調部、２０…光受信装置、２１…光検波部、２２…アナログデジタル変換部、２３…非線形補償部、２４…適応等化部、２５…復号部、２６…チャネル分布推定部、２７…参照信号、３０…光伝送路、１００…光伝送システム、１１０…光送信装置、１１１…符号化部、１１２…シンボルマッピング部、１１４…波形整形部、１１５…デジタルアナログ変換部、１１６…光変調部、１２０…光受信装置、１２１…光検波部、１２２…アナログデジタル変換部、１２３…非線形補償部、１２４…適応等化部、１２５…復号部、１３０…光伝送路、２００…光伝送システム、２１０…光送信装置、２１１…符号化部、２１２…シンボルマッピング部、２１４…波形整形部、２１５…デジタルアナログ変換部、２１６…光変調部、２１７…非線形予等化部、２２０…光受信装置、２２１…光検波部、２２２…アナログデジタル変換部、２２４…適応等化部、２２５…復号部、２２６…チャネル分布推定部、２２８…残留非線形補償部、２３０…光伝送路、３００…光伝送システム、３１０…光送信装置、３１１…符号化部、３１２…シンボルマッピング部、３１４…波形整形部、３１５…デジタルアナログ変換部、３１６…光変調部、３１７…非線形予等化部、３２０…光受信装置、３２１…光検波部、３２２…アナログデジタル変換部、３２４…適応等化部、３２５…復号部、３２８…残留非線形補償部、３３０…光伝送路、４１０、４１０－１、４１０－Ｎ…線形伝達関数部、４２０、４２０－１…非線形応答部、４３０…誤差計算部、４４０…誤差逆伝播部、５１０、５１０－１、５１０－２…線形伝達関数部、５２０…非線形応答部、５３０…誤差計算部、５５０…推定距離変更部、５６０…更新部、６１０、６１０－１、６１０－Ｎ…線形補償部、６２０、６２０－１…非線形補償部、７１０…帯域分割部、７２０…チャネル分布推定部、８１０…帯域分割部、８２０…非線形補償部、８３０…帯域合成部

Claims (8)

  1. 　光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおける前記光受信装置であって、
    　前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部と、
    　前記チャネル分布推定部により推定された前記チャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部と、
    　を備えた光受信装置。
  2. 　光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置から送信された光信号と参照信号とから推定された、伝送方向におけるチャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部を備えた光受信装置。
  3. 　前記チャネル分布情報は、前記光ファイバ伝送路での伝送方向における強度分布、偏波状態、および波長分散である請求項１または請求項２に記載の光受信装置。
  4. 　光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおいて、
    　前記光受信装置は、
    　前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、非線形補償を行うための伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部を備え、
    　前記光送信装置は、
    　前記チャネル分布推定部により推定された前記チャネル分布情報に基づき、前記光ファイバ伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、および光学非線形効果の逆特性を、前記光受信装置に送信する光信号に予め付加する非線形予等化部を備えた光伝送システム。
  5. 　前記チャネル分布情報は、前記光ファイバ伝送路での伝送方向における強度分布、偏波状態、および波長分散である請求項４に記載の光伝送システム。
  6. 　光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置に対して送信された光信号と参照信号とから推定された、伝送方向におけるチャネル分布情報に基づき前記光ファイバ伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散、および光学非線形効果の逆特性を、前記光受信装置に送信する光信号に予め付加する非線形予等化部を備えた光送信装置。
  7. 　光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおける前記光受信装置の制御方法であって、
    　チャネル分布推定部が、前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定ステップと、
    　非線形補償部が、前記チャネル分布推定ステップにより推定された前記チャネル分布情報に基づき非線形補償を行うと非線形補償ステップと、
    　を備えた制御方法。
  8. 　光ファイバ伝送路を介して接続される光送信装置と光受信装置とで光信号を伝送する光伝送システムにおいて前記光受信装置をコンピュータとして機能させるためのプログラムであって、
    　前記コンピュータを、
    　前記光送信装置から送信された光信号と参照信号とから、伝送方向におけるチャネル分布情報の推定を行うチャネル分布推定部と、
    　前記チャネル分布推定部により推定された前記チャネル分布情報に基づき非線形補償を行う非線形補償部として機能させるためのプログラム。
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