WO2024111047A1 - 光伝送システム、制御装置、補償量決定方法及びプログラム - Google Patents

光伝送システム、制御装置、補償量決定方法及びプログラム Download PDF

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WO2024111047A1
WO2024111047A1 PCT/JP2022/043154 JP2022043154W WO2024111047A1 WO 2024111047 A1 WO2024111047 A1 WO 2024111047A1 JP 2022043154 W JP2022043154 W JP 2022043154W WO 2024111047 A1 WO2024111047 A1 WO 2024111047A1
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signal
optical
unit
noise
compensation amount
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PCT/JP2022/043154
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English (en)
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Inventor
瑠那 金子
健生 笹井
政則 中村
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • 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
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/073—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an out-of-service signal
    • 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
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation

Definitions

  • the present invention relates to an optical transmission system, a control device, a compensation amount determination method, and a program.
  • Non-Patent Document 1 In optical transmission systems, signal distortion caused by the bandwidth limitation of analog devices is compensated for by signal processing (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • an optical transmitting device performs Digital Predistortion (DPD) on the transmitting side to pre-equalize signal distortion caused by the bandwidth limitation of the analog device of the transmitter.
  • an optical receiving device performs receiver-side equalization on the receiving side to equalize the effects of the bandwidth limitation that could not be completely removed on the transmitting side.
  • DPD Digital Predistortion
  • PAPR peak to average power ratio
  • the optimal amount of DPD compensation could not be determined unless the noise of the transmitter and the noise of the transmission path were known.
  • This required expensive equipment such as an optical spectrum analyzer to measure the optical signal to noise ratio (OSNR).
  • OSNR optical signal to noise ratio
  • post-FEC forward error correction
  • BER Bit Error Rate
  • the present invention aims to provide an optical transmission system, a control device, a compensation amount determination method, and a program that can determine the compensation amount on the transmitting side without measuring the noise of the transmitter or the transmission path.
  • One aspect of the present invention is an optical transmission system including an optical transmitting device, an optical receiving device, and a control device, the optical transmitting device including a transmission signal generating unit that generates a transmission signal that has been subjected to pre-equalization, and an optical transmitting unit that converts the transmission signal from an electrical signal to an optical signal and transmits the converted optical signal, the optical receiving device including an optical receiving unit that receives the optical signal and converts the received optical signal into an electrical received signal, a signal processing unit that performs reception processing including demodulation and decoding of the received signal, and a noise loading unit that loads noise onto the optical signal received by the optical receiving unit or the received signal converted by the optical receiving unit, the control device including an information acquiring unit that acquires information on the signal quality of the received signal when the compensation amount in the pre-equalization and the magnitude of the noise loaded onto the optical signal or the received signal are changed, and a compensation amount determining unit that determines the compensation amount of the pre-equalization in the optical transmitting device based on the information acquired by
  • One aspect of the present invention includes an information acquisition unit that acquires information on the signal quality of a received signal when the amount of compensation for pre-equalization is changed in an optical transmitting device that converts a pre-equalized transmission signal from an electrical signal to an optical signal and transmits the converted optical signal, and an optical receiving device that converts the received optical signal into an electrical received signal and demodulates and decodes the converted received signal, and the amount of noise loaded on the optical signal or the received signal is changed, and a compensation amount determination unit that determines the amount of compensation for pre-equalization in the optical transmitting device based on the information acquired by the information acquisition unit.
  • One aspect of the present invention includes a transmitting step in which an optical transmitting device converts a pre-equalized transmission signal from an electrical signal to an optical signal and transmits the converted optical signal; a receiving step in which an optical receiving device receives the optical signal and converts the received optical signal into an electrical received signal; a signal processing step in which the optical receiving device performs reception processing including demodulation and decoding of the received signal; a noise loading step in which the optical receiving device loads noise on the optical signal received in the receiving step or the received signal converted in the receiving step; an information acquisition step in which a control device obtains information on the signal quality of the received signal when the compensation amount in the pre-equalization and the magnitude of the noise loaded on the received signal are changed; and a compensation amount determination step in which the control device determines the compensation amount of the pre-equalization in the optical transmitting device based on the information acquired in the information acquisition step.
  • One aspect of the present invention is a program for causing a computer to function as the control device described above.
  • the present invention makes it possible to determine the amount of compensation on the transmitting side without measuring the noise of the transmitter or transmission path.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a configuration diagram of an optical transmission system according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a configuration diagram of an optical transmission system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a control device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flow diagram showing a process of the optical transmission system according to the first embodiment. 4 is a diagram illustrating a relationship between noise amount and NGMI (Normalized Generalized Mutual Information) in the optical transmission system according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a filter coefficient and a noise amount in the optical transmission system according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a flow diagram showing a process of the optical transmission system according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a flow chart showing a process of the optical transmission system according to the third embodiment.
  • FIG. 13 is a configuration diagram of an optical transmission system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of an embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of a control device according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the optical transmission system 1 includes an optical transmitter 2, an optical receiver 3, and a control device 4.
  • the optical transmitter 2 and the optical receiver 3 are connected by a transmission path 5.
  • the transmission path 5 transmits an optical signal.
  • the transmission path 5 is, for example, an optical fiber.
  • the transmission path 5 may be provided with an amplifier for amplifying the optical signal.
  • the optical transmission system 1 is operated with an OSNR that has a sufficiently larger margin than the minimum required OSNR (Required OSNR: ROSNR) for error-free decoding.
  • ROSNR Required OSNR
  • the difference between the ROSNR and the OSNR during operation is also simply referred to as the "margin.”
  • the actual ROSNR of the optical transmission system 1 is unknown.
  • the optical transmitting device 2 includes a digital signal processing unit 21 and a transmitter 22.
  • the digital signal processing unit 21 uses DSP (digital signal processing) to generate a transmission signal that is an electrical signal that has been subjected to DPD.
  • the transmitter 22 converts the transmission signal generated by the digital signal processing unit 21 from an electrical signal to an optical signal, and outputs the converted optical signal to the transmission path 5.
  • the frequency characteristics of the transmitter 22 are known.
  • the optical receiving device 3 includes a receiver 31 and a digital signal processing unit 32.
  • the receiver 31 receives an optical signal transmitted through the transmission path 5.
  • the receiver 31 converts the received optical signal into an electrical received signal and outputs it to the digital signal processing unit 32.
  • the digital signal processing unit 32 loads noise simulated using random numbers by a DSP onto the received signal output from the receiver 31, and performs signal reception processing on the received signal loaded with noise.
  • the digital signal processing unit 32 demodulates and decodes the received signal through signal reception processing.
  • the frequency characteristics of the transmitter 22 can be obtained as follows. For example, an optical signal that has not been compensated for in the optical transmitting device 2 is transmitted. Then, the frequency characteristics are obtained by examining the effect of band limiting on the optical signal after transmission through the transmission path 5. Alternatively, the frequency characteristics may be confirmed from the specification sheet of the analog device. Furthermore, the frequency characteristics of the transmitter 22 can be obtained by any method, not limited to these.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an optical transmission system 11.
  • the same parts as those in the optical transmission system 1 shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and their description will be omitted.
  • the optical transmission system 11 differs from the optical transmission system 1 shown in FIG. 1 in that it includes an optical receiving device 6 instead of the optical receiving device 3.
  • the optical receiving device 6 includes a receiver 61 and a digital signal processing unit 62.
  • the receiver 61 receives an optical signal transmitted through the transmission path 5.
  • the receiver 61 adds noise to the received optical signal.
  • an amplifier is inserted in the receiver 61, and the amplifier amplifies the received optical signal to add noise.
  • the receiver 61 converts the optical signal with the noise added to an electrical received signal and outputs it to the digital signal processing unit 62.
  • the digital signal processing unit 62 performs signal reception processing by DSP on the received signal received from the receiver 61.
  • the digital signal processing unit 62 demodulates and decodes the received signal by signal reception processing similar to that of the digital signal processing unit 32 shown in FIG. 1.
  • the optical transmitter 2 transmits a signal to which an arbitrary amount of DPD compensation has been applied, and the optical receivers 3 and 6 add noise to the received signal.
  • the control device 4 obtains the maximum noise when the signal to which noise has been added in the optical receivers 3 and 6 satisfies a predetermined signal quality.
  • the control device 4 determines whether the predetermined signal quality is satisfied by using an index value representing the signal quality. For example, when the margin is small, the index may be NGMI (normalized generalized mutual information), Q value (quality factor), pre-FEC BER (BER before error correction), post-FEC BER (BER before error correction), the number of FEC corrections, EVM (Error Vector Magnitude), etc.
  • NGMI normalized generalized mutual information
  • Q value quality factor
  • pre-FEC BER BER before error correction
  • post-FEC BER BER before error correction
  • EVM Error Vector Magnitude
  • the control device 4 determines that the amount of DPD compensation applied by the optical transmitter 2 to the signal to which the maximum noise has been added in the optical receivers 3 and 6, which satisfies the predetermined signal quality, is the optimal compensation amount for the system.
  • the control device 4 instructs the optical transmitter 2 on the optimal amount of DPD compensation.
  • First Embodiment Fig. 3 is a configuration diagram of an optical transmission system 100 according to the first embodiment.
  • the optical transmission system 100 corresponds to the optical transmission system 1 shown in Fig. 1.
  • the optical transmission system 100 includes an optical transmitting device 200, an optical receiving device 300, and a control device 400.
  • the optical transmitting device 200 and the optical receiving device 300 are connected by a transmission line 5.
  • the optical transmitting device 200, the optical receiving device 300, and the control device 400 correspond to the optical transmitting device 2, the optical receiving device 3, and the control device 4 shown in Fig. 1, respectively.
  • the optical transmitting device 200 includes a transmission signal generating unit 210 and an optical transmitting unit 220.
  • the transmission signal generating unit 210 corresponds to the digital signal processing unit 21 shown in FIG. 1, and the optical transmitting unit 220 corresponds to the transmitter 22 shown in FIG. 1.
  • the transmission signal generation unit 210 performs DSP.
  • the transmission signal generation unit 210 has an encoding unit 211, a mapping unit 212, a waveform shaping unit 213, a pre-equalization unit 214, and a digital-to-analog conversion unit 215.
  • the encoding unit 211 outputs a transmission signal obtained by performing FEC encoding on the transmission bit string.
  • the mapping unit 212 maps the transmission signal output from the encoding unit 211 to a symbol and samples the mapped symbol.
  • the waveform shaping unit 213 limits the band of the sampled transmission signal.
  • the pre-equalization unit 214 compensates for distortion of the waveform of the transmission signal band-limited by the waveform shaping unit 213, and outputs it to the digital-to-analog conversion unit 215.
  • the digital-to-analog conversion unit 215 is a DAC (Digital Analog Converter).
  • the digital-to-analog conversion unit 215 will be referred to as DAC 215.
  • the DAC 215 converts the transmission signal input from the pre-equalization unit 214 from a digital signal to an analog signal, and outputs the converted analog signal to the optical transmission unit 220.
  • the optical transmission unit 220 includes a modulator driver 221 and a modulation unit 222.
  • the modulator driver 221 amplifies the I (in-phase) component of the X-polarized wave, the Q (quadrature) component of the X-polarized wave, the I component of the Y-polarized wave, and the Q component of the Y-polarized wave of the transmission signal output from the DAC 215, and drives the modulation unit 222 with these amplified signal components.
  • the modulation unit 222 includes a modulator (not shown), a light source (not shown), and a multiplexing unit (not shown).
  • the modulator modulates light from the light source using the analog signal of the I component of the X-polarized wave and the analog signal of the Q component of the X-polarized wave output from the modulator driver 221 to generate an X-polarized optical signal. Furthermore, the modulator modulates light from the light source using the analog signal of the I component of the Y-polarized wave and the analog signal of the Q component of the Y-polarized wave output from the modulator driver 221 to generate a Y-polarized optical signal.
  • the multiplexing unit multiplexes the X-polarized optical signal and the Y-polarized optical signal generated by the modulator to generate a polarization-multiplexed optical signal, and outputs the generated optical signal to the transmission path 5.
  • the optical receiving device 300 includes a coherent receiving unit 310, a noise loading unit 320, a demodulation/decoding unit 330, and an index value calculation unit 340.
  • the coherent receiving unit 310 corresponds to the receiver 31 in FIG. 1
  • the noise loading unit 320 and the demodulation/decoding unit 330 correspond to the digital signal processing unit 32 in FIG. 1.
  • the coherent receiving unit 310 receives the optical signal transmitted through the transmission path 5 and coherently receives the received optical signal.
  • the coherent receiving unit 310 converts the optical signal into an electrical receiving signal while maintaining the phase and amplitude of the polarization multiplexed optical signal through coherent reception, and outputs the converted receiving signal.
  • the coherent receiving unit 310 separates the received optical signal into X-polarized and Y-polarized waves.
  • the coherent receiving unit 310 converts the I and Q components extracted by interfering with the X-polarized optical signal and the local oscillator light into electrical signals.
  • the coherent receiving unit 310 converts the I and Q components extracted by interfering with the Y-polarized optical signal and the local oscillator light into electrical signals.
  • the coherent receiving unit 310 outputs the electrical signals of the I and Q components of the X-polarized wave and the electrical signals of the I and Q components of the Y-polarized wave to the noise load unit 320.
  • the noise loading unit 320 loads simulated noise using random numbers onto the received signal output from the coherent receiving unit 310 using the DSP.
  • the noise loading unit 320 outputs the received signal with the noise loaded to the demodulation and decoding unit 330.
  • the demodulation/decoding unit 330 performs signal reception processing of the received signal using a DSP.
  • the demodulation/decoding unit 330 includes an analog-to-digital conversion unit 331, a chromatic dispersion compensation unit 332, a polarization fluctuation compensation unit 333, a frequency offset unit 334, a carrier phase compensation unit 335, a symbol determination unit 336, and a decoding unit 337.
  • the analog-to-digital conversion unit 331 is an ADC (Analog Digital Converter). Hereinafter, the analog-to-digital conversion unit 331 will be referred to as ADC 331.
  • the ADC 331 converts the received signal output from the noise load unit 320 from an analog signal to a digital signal, and outputs the converted digital signal to the wavelength dispersion compensation unit 332.
  • the wavelength dispersion compensation unit 332 compensates for the wavelength dispersion suffered by the received signal in the transmission path 5, and outputs the wavelength dispersion compensated received signal to the polarization fluctuation compensation unit 333.
  • the polarization fluctuation compensation unit 333 compensates for the polarization fluctuation suffered by each of the X polarization and Y polarization of the received signal in the transmission path 5, and outputs the polarization fluctuation compensated received signal to the frequency offset unit 334.
  • the frequency offset unit 334 performs a frequency offset on the received signal whose polarization fluctuation has been compensated for by the polarization fluctuation compensation unit 333.
  • the carrier phase compensation unit 335 performs carrier phase compensation on the received signal whose frequency has been offset by the polarization fluctuation compensation unit 333.
  • the symbol determination unit 336 determines the symbol of the received signal for which the carrier phase compensation unit 335 has performed carrier phase compensation, and converts the determined symbol into binary data.
  • the decoding unit 337 obtains a received bit sequence by performing error correction decoding processing such as FEC on the binary data demapped by the symbol determination unit 336.
  • the index value calculation unit 340 calculates an index value that indicates the signal quality of the received signal that has been subjected to signal reception processing by the demodulation and decoding unit 330.
  • the index may be NGMI, Q value, pre-FEC BER, post-FEC BER, the number of FEC corrections, EVM, etc. If the margin is large, the index used is post-FEC BER.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the control device 400.
  • the control device 400 includes a storage unit 410, a compensation amount designation unit 420, a noise load designation unit 430, an information acquisition unit 440, and a compensation amount determination unit 450.
  • the storage unit 410 stores information linking the DPD compensation amount and the noise amount.
  • the DPD compensation amount is the amount of DPD compensation applied to the transmission signal by the pre-equalization unit 214 of the optical transmitting device 200.
  • the noise amount represents the magnitude of noise loaded onto the received signal by the noise load unit 320 of the optical receiving device 300.
  • the storage unit 410 may further store information on index values linked to the DPD compensation amount and the noise amount.
  • the compensation amount instruction unit 420 instructs the optical transmitting device 200 on the DPD compensation amount.
  • the noise load instruction unit 430 instructs the optical receiving device 300 on the noise load on the received signal.
  • the information acquisition unit 440 acquires an index value representing the signal quality of the received signal from the optical receiving device 300.
  • the information acquisition unit 440 judges whether the acquired index value satisfies a predetermined condition.
  • the predetermined condition is a condition for judging that the signal quality is better than a predetermined condition.
  • the information acquisition unit 440 writes information in the storage unit 410 that associates the amount of DPD compensation used by the optical transmitting device 200 to generate the signal for which an index value satisfying the predetermined condition was obtained, with the amount of noise imposed on the signal by the optical receiving device 300.
  • the information acquisition unit 440 may write information in the storage unit 410 that associates the index value with the amount of DPD compensation and the amount of noise.
  • the compensation amount determination unit 450 obtains a DPD compensation amount associated with a noise amount larger than a predetermined amount from among the DPD compensation amounts whose index value satisfies a predetermined condition.
  • the noise amount larger than a predetermined amount is, for example, the maximum noise amount.
  • the compensation amount determination unit 450 may obtain a DPD compensation amount corresponding to a noise amount slightly lower than the maximum noise amount.
  • the compensation amount determination unit 450 determines the obtained DPD compensation amount as the DPD compensation amount to be used in the optical transmission device 200.
  • the compensation amount determination unit 450 may determine a value close to the obtained DPD compensation amount as the DPD compensation amount to be used in the optical transmission device 200.
  • the control device 400 can be realized, for example, by a computer device.
  • a program for realizing the functions of the control device 400 may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read into a computer system and executed to realize the functions.
  • computer system here includes hardware such as an OS and peripheral devices.
  • computer-readable recording medium refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs, and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into a computer system.
  • the term "computer-readable recording medium” may also include devices that dynamically hold a program for a short period of time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and devices that hold a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is the server or client in such a case.
  • the above program may be for realizing part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system.
  • the control device 400 may be an integrated device with the optical transmitting device 200 or the optical receiving device 300. Some of the functional units of the control device 400 may be provided in the optical transmitting device 200 or the optical receiving device 300. Some of the functional units of the control device 400 may be realized by the optical transmitting device 200 and the control device 400, or by the optical receiving device 300 and the control device 400.
  • the compensation amount instruction unit 420 of the control device 400 instructs the optical transmission device 200 to change the DPD compensation amount (step S1). For example, the compensation amount instruction unit 420 selects a DPD compensation amount that has not yet been instructed to the optical transmission device 200, and transmits a compensation amount change instruction including the selected DPD compensation amount to the optical transmission device 200.
  • the pre-equalization unit 214 of the optical transmission device 200 sets the DPD compensation amount read from the compensation amount change instruction.
  • the compensation amount instruction unit 420 may transmit a compensation amount change instruction that does not include the DPD compensation amount to the optical transmission device 200.
  • the pre-equalization unit 214 of the optical transmission device 200 receives the compensation amount change instruction, it selects a DPD compensation amount that has not yet been selected. The pre-equalization unit 214 sets the selected DPD compensation amount, and further notifies the control device 400 of information on the set DPD compensation amount.
  • the optical transmission device 200 starts transmitting an optical signal to which the compensation amount of DPD set in step S1 has been applied (step S2). That is, the encoding unit 211 of the optical transmission device 200 performs FEC encoding on the transmission bit string to generate a transmission signal.
  • the mapping unit 212 maps the transmission signal to a symbol and samples the symbol-mapped transmission signal.
  • the waveform shaping unit 213 limits the band of the sampled transmission signal.
  • the pre-equalization unit 214 compensates the band-limited transmission signal with the compensation amount of DPD specified by the control device 400.
  • the DAC 215 converts the transmission signal to which DPD has been applied from a digital signal to an analog signal.
  • the modulator driver 221 drives the modulation unit 222 with the transmission signal converted to an analog signal.
  • the modulation unit 222 modulates the light from the light source with the transmission signal to generate an optical signal in which the X-polarized optical signal and the Y-polarized optical signal are polarization-multiplexed.
  • the modulation unit 222 outputs the generated optical signal to the transmission path 5.
  • the noise load instruction unit 430 of the control device 400 instructs the optical receiving device 300 on the noise load (step S3).
  • the noise load instruction unit 430 may also instruct the optical receiving device 300 on the amount of noise.
  • the noise load unit 320 of the optical receiving device 300 starts loading noise onto the received signal.
  • the optical receiving device 300 performs signal reception processing of the optical signal transmitted from the optical transmitting device 200 (step S4). That is, the coherent receiving unit 310 of the optical receiving device 300 receives the optical signal transmitted from the optical transmitting device 200 and transmitted through the transmission path 5.
  • the coherent receiving unit 310 coherently receives the received optical signal and converts it into an electrical received signal.
  • the noise load unit 320 loads noise onto the electrical received signal.
  • the demodulation and decoding unit 330 performs signal reception processing of the noise-loaded received signal.
  • the ADC 331 converts the received signal from an analog signal to a digital signal
  • the chromatic dispersion compensation unit 332 compensates for the chromatic dispersion of the received signal
  • the polarization fluctuation compensation unit 333 compensates for the polarization fluctuation of the received signal
  • the frequency offset unit 334 performs a frequency offset on the received signal
  • the carrier phase compensation unit 335 performs carrier phase compensation on the received signal.
  • the symbol determination unit 336 determines the symbols of the received signal and converts it into binary data.
  • the decoding unit 337 performs FEC on the binary data to obtain a received bit string.
  • the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 calculates an index value representing the signal quality of the received signal that has been subjected to signal reception processing by the demodulation and decoding unit 330, and notifies the control device 400 of information on the calculated index value.
  • the information acquisition unit 440 of the control device 400 receives the index value notified from the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300. Furthermore, the information acquisition unit 440 receives information on the amount of noise loaded onto the received signal from the noise loading unit 320 of the optical receiving device 300 (step S5).
  • the information acquisition unit 440 determines whether the signal quality satisfies the predetermined quality by comparing the index value with a threshold value (step S6).
  • the threshold value is a value that can determine whether the current OSNR can be considered to be below the ROSNR.
  • the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 may output an error notification when it determines, by comparing the index value with the threshold value, that the signal quality does not satisfy the predetermined quality.
  • the information acquisition unit 440 of the control device 400 detects that the signal quality does not satisfy the predetermined quality by the error notification output from the optical receiving device 300.
  • the noise load instruction unit 430 instructs the optical receiving device 300 to increase the amount of noise.
  • the noise load instruction unit 430 may instruct the optical receiving device 300 of the increased amount of noise.
  • the noise load unit 320 of the optical receiving device 300 increases the amount of noise to be loaded onto the received signal (step S7).
  • the optical transmission system 100 repeats the process from step S4.
  • step S6 determines that the signal quality does not satisfy the predetermined quality
  • step S8 it performs the process of step S8. That is, the information acquisition unit 440 writes information linking the maximum noise amount when the signal quality satisfied the predetermined quality during the period in which the current DPD compensation amount is used to the current DPD compensation amount instructed in step S1 into the storage unit 410 (step S8).
  • the maximum noise amount is the noise amount immediately before it is increased to the current noise amount.
  • the compensation amount instruction unit 420 determines whether the sweeping of the DPD compensation amount has been completed (step S9). If the compensation amount instruction unit 420 determines that the sweeping has not been completed and that there is still a DPD compensation amount that has not been applied to the optical transmission device 200 (step S9: NO), it repeats the process from step S1.
  • the compensation amount instruction unit 420 determines that the sweeping of the DPD compensation amount has ended (step S9: YES), it notifies the compensation amount determination unit 450 of the end of the sweeping.
  • the compensation amount determination unit 450 refers to the storage unit 410 and selects the DPD compensation amount associated with the maximum noise amount (step S10). When the noise amount is maximum, it can be considered that the ROSNR of the system transmission is minimum.
  • the compensation amount determination unit 450 sets the selected DPD compensation amount in the pre-equalization unit 214 of the optical transmission device 200.
  • the optical transmission system 100 used has a transmission signal of Uniform 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation), a modulation speed of 100 Gbaud, and the 3 dB bandwidths of the optical receiving device 300 are 45 GHz for the DAC 215, 66 GHz for the modulator driver 221, and 35 GHz for the modulator of the modulation section 222.
  • Uniform 64QAM Quadrature Amplitude Modulation
  • the 3 dB bandwidths of the optical receiving device 300 are 45 GHz for the DAC 215, 66 GHz for the modulator driver 221, and 35 GHz for the modulator of the modulation section 222.
  • a DPD that compensates for the transmission side band limit was created in the pre-equalization unit 214 of the optical transmission device 200.
  • the frequency characteristic of the analog device used in the optical transmission unit 220 of the optical transmission device 200 is assumed to be known and is represented as H(f).
  • f is the frequency.
  • the control device 400 determines the filter coefficient ⁇ that can maximize the performance of the transmission path 5.
  • Figure 6 shows the relationship between the noise level and NGMI for each filter coefficient ⁇
  • Figure 7 shows the relationship between the filter coefficient ⁇ and the noise level at the NGMI threshold. Note that in Figures 6 and 7, the noise level is expressed as the relative noise level [dB] loaded onto the received signal. From the results of Figures 6 and 7, a filter coefficient ⁇ (amount of compensation) of 0.6 was determined.
  • the optical receiving device adds noise to the received signal.
  • the margin between the ROSNR of the optical transmission system and the OSNR during operation of the optical transmission system is small, the optical receiving device does not need to add noise.
  • the second embodiment will be described below, focusing on the differences from the first embodiment.
  • the configuration of the optical transmission system of the second embodiment is similar to that of the optical transmission system 100 of the first embodiment shown in FIG. 3. However, the optical receiving device 300 does not need to have the noise load unit 320.
  • FIG. 8 is a flow diagram showing the processing of the optical transmission system 100 of the second embodiment.
  • the compensation amount instruction unit 420 of the control device 400 instructs the optical transmission device 200 to change the DPD compensation amount (step S1).
  • the optical transmission device 200 starts transmitting an optical signal to which the changed DPD compensation amount instructed by the compensation amount instruction unit 420 of the control device 400 in step S1 has been applied (step S2).
  • the optical receiving device 300 receives the optical signal transmitted from the optical transmitting device 200 and performs reception processing (step S21). That is, the coherent receiving unit 310 of the optical receiving device 300 receives the optical signal transmitted by the optical transmitting device 200 and transmitted through the transmission path 5.
  • the coherent receiving unit 310 converts the received optical signal into an electrical reception signal. Since the noise loading unit 320 is not instructed to load noise, it outputs the reception signal output by the coherent receiving unit 310 to the demodulation and decoding unit 330 without loading noise. Alternatively, if the optical receiving device 300 does not have a noise loading unit 320, the coherent receiving unit 310 outputs the reception signal obtained by coherent reception to the demodulation and decoding unit 330.
  • the demodulation and decoding unit 330 performs signal reception processing by DSP on the reception signal.
  • the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 calculates an index value representing the signal quality of the received signal that has been subjected to signal reception processing by the demodulation and decoding unit 330, and notifies the control device 400 of information on the calculated index value.
  • the index may be NGMI, Q value, pre-FEC BER, post-FEC BER, number of FEC corrections, EVM, or the like.
  • the information acquisition unit 440 of the control device 400 receives the information on the index value notified by the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 (step S22).
  • the information acquisition unit 440 writes information linking the compensation amount instructed in step S1 with the received index value to the storage unit 410.
  • the compensation amount indication unit 420 determines whether the sweeping of the DPD compensation amount has been completed (step S9). If the compensation amount indication unit 420 determines that the sweeping has not been completed (step S9: NO), it repeats the process from step S1.
  • the compensation amount instruction unit 420 determines that the sweeping of the DPD compensation amount has ended (step S9: YES), it notifies the compensation amount determination unit 450 of the end of the sweeping.
  • the compensation amount determination unit 450 refers to the storage unit 410 and acquires the DPD compensation amount that can be considered as the smallest ROSNR (step S23). Since the OSNR cannot be measured directly, for example, when the NGMI or Q value is used as an index, the compensation amount determination unit 450 selects the DPD compensation amount with the largest NGMI or Q value.
  • the compensation amount determination unit 450 selects the DPD compensation amount with the smallest pre-FEC BER, post-FEC BER, number of FEC corrections, or EVM. The compensation amount determination unit 450 sets the selected DPD compensation amount in the pre-equalization unit 214 of the optical transmitting device 200.
  • the second embodiment in an optical transmission system in which the frequency characteristics of the optical receiving device are known, even if the noise of the optical receiving device, the noise of the transmission path, and the ROSNR are unknown, it is easier than in the first embodiment to determine the amount of DPD compensation that maximizes noise tolerance, thereby maximizing transmission performance.
  • the optical receiving device searches for the amount of DPD compensation by adding noise to the received signal, and when the margin is small, the optical receiving device searches for the amount of DPD compensation without adding noise to the received signal.
  • FIG. 9 is a flow diagram showing the processing of the optical transmission system 100 of the third embodiment.
  • the same processes as those of the first embodiment shown in FIG. 5 and the second embodiment shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations thereof will be omitted.
  • the compensation amount instruction unit 420 of the control device 400 instructs the optical transmission device 200 to change the amount of DPD compensation (step S1).
  • the pre-equalization unit 214 of the optical transmission device 200 starts transmitting an optical signal to which the changed amount of DPD compensation instructed by the compensation amount instruction unit 420 of the control device 400 in step S1 has been applied (step S2).
  • the noise load instruction unit 430 of the control device 400 determines whether the margin in the optical transmission system 100 is known (step S31). If the noise load instruction unit 430 determines that the margin is known (step S31: YES), it determines whether the margin is large enough that the optimal DPD compensation amount changes between the ROSNR and the operational OSNR (step S32). If the noise load instruction unit 430 determines that the margin is not known (step S31: NO) or that the margin is large (step S32: YES), it instructs the optical receiving device 300 to load noise (step S3). The noise load unit 320 of the optical receiving device 300 starts loading noise onto the received signal. Note that the noise load instruction unit 430 may proceed to the process of step S3 even if the margin is small.
  • the optical receiving device 300 performs signal reception processing of the optical signal transmitted from the optical transmitting device 200 (step S4). That is, the coherent receiving unit 310 coherently receives the optical signal transmitted from the optical transmitting device 200 and transmitted through the transmission path 5.
  • the noise loading unit 320 loads noise onto the received signal obtained by coherent reception.
  • the demodulation and decoding unit 330 performs signal reception processing of the received signal loaded with noise.
  • the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 calculates an index value of the received signal that has been subjected to signal reception processing by the demodulation and decoding unit 330.
  • the index used is the post-FEC BER. If the margin is small, the index may be the NGMI, Q value, pre-FEC BER, post-FEC BER, number of FEC corrections, or EVM.
  • the information acquisition unit 440 of the control device 400 receives information on the index value from the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300, and receives information on the amount of noise loaded onto the received signal from the noise loading unit 320 (step S5).
  • the information acquisition unit 440 compares the index value with a threshold value to determine whether the signal quality satisfies a predetermined quality (step S6).
  • the threshold value is a value that can determine whether the current OSNR can be considered to be below the ROSNR.
  • the information acquisition unit 440 may detect that the current OSNR has fallen below the ROSNR through an error notification output from the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300.
  • the noise load instruction unit 430 instructs the optical receiving device 300 to increase the amount of noise.
  • the noise load unit 320 of the optical receiving device 300 increases the amount of noise to be loaded onto the received signal (step S7).
  • the optical transmission system 100 repeats the process from step S4.
  • step S6 determines that the signal quality does not satisfy the predetermined quality (step S6: NO)
  • step S8 it performs the process of step S8. That is, the information acquisition unit 440 writes information linking the maximum noise amount when the signal quality satisfies the predetermined quality during the period in which the current DPD compensation amount is used to the current DPD compensation amount instructed in step S1 to the storage unit 410 (step S8). Furthermore, the information acquisition unit 440 writes information linking the current DPD compensation amount to the index value to the storage unit 410 (step S33).
  • the compensation amount indication unit 420 determines whether the sweeping of the DPD compensation amount has been completed (step S9). If the compensation amount indication unit 420 determines that the sweeping has not been completed (step S9: NO), it repeats the process from step S1.
  • step S32 if the noise load instruction unit 430 of the control device 400 determines that the margin is small (step S32: NO), it instructs the optical receiving device 300 to stop the noise load.
  • the optical receiving device 300 receives the optical signal transmitted from the optical transmitting device 200 and performs reception processing (step S21). That is, the coherent receiving unit 310 of the optical receiving device 300 converts the received optical signal into an electrical reception signal.
  • the noise load unit 320 outputs the reception signal output by the coherent receiving unit 310 to the demodulation and decoding unit 330 without loading noise onto it.
  • the demodulation and decoding unit 330 performs signal reception processing on the reception signal using a DSP.
  • the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 calculates an index value representing the signal quality of the received signal that has been subjected to signal reception processing by the demodulation and decoding unit 330, and notifies the control device 400 of information on the calculated index value.
  • the index may be NGMI, Q value, pre-FEC BER, post-FEC BER, the number of FEC corrections, EVM, or the like.
  • the information acquisition unit 440 of the control device 400 receives the information on the index value notified from the index value calculation unit 340 of the optical receiving device 300 (step S22).
  • the information acquisition unit 440 writes information linking the compensation amount instructed in step S1 with the received index value in the storage unit 410 (step S33). If the compensation amount instruction unit 420 determines that the sweeping of the DPD compensation amount has not been completed (step S9: NO), it repeats the process from step S1.
  • the compensation amount instruction unit 420 determines that the sweeping of the DPD compensation amount has ended (step S9: YES), it notifies the compensation amount determination unit 450 of the end of the sweeping.
  • the compensation amount determination unit 450 refers to the storage unit 410 and acquires the DPD compensation amount that can be considered as the minimum ROSNR (step S34). Specifically, when noise is added to the received signal in the optical receiving device 300, the compensation amount determination unit 450 selects the DPD compensation amount linked to the maximum noise amount.
  • the compensation amount determination unit 450 selects the DPD compensation amount linked to the maximum NGMI or Q value, or the DPD compensation amount linked to the minimum pre-FEC BER, post-FEC BER, number of FEC corrections, or EVM.
  • the compensation amount determination unit 450 sets the selected DPD compensation amount in the pre-equalization unit 214 of the optical transmitting device 200.
  • the optical receiving device adds noise to the received signal converted into an electrical signal by the DSP.
  • the optical receiving device adds noise to an optical signal.
  • FIG. 10 is a configuration diagram of an optical transmission system 101 of the fourth embodiment.
  • the optical transmission system 101 corresponds to the optical transmission system 11 shown in FIG. 2.
  • the same parts as those in the optical transmission system 100 according to the first embodiment shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and their description will be omitted.
  • the optical transmission system 101 differs from the optical transmission system 100 according to the first embodiment shown in FIG. 3 in that the optical transmission system 101 includes an optical receiving device 301 instead of the optical receiving device 300.
  • the optical receiving device 301 corresponds to the optical receiving device 6 shown in FIG. 2.
  • the optical receiving device 301 includes a noise loading unit 350, a coherent receiving unit 310, a demodulation/decoding unit 330, and an index value calculation unit 340.
  • the noise loading unit 350 and the coherent receiving unit 310 correspond to the receiver 61 shown in FIG. 2, and the demodulation/decoding unit 330 corresponds to the digital signal processing unit 62 shown in FIG. 2.
  • the noise loading unit 350 is, for example, an amplifier or a variable attenuator.
  • the noise loading unit 350 receives an optical signal transmitted through the transmission path 5, and loads noise onto the received optical signal.
  • the noise loading unit 350 outputs the optical signal loaded with noise to the coherent receiving unit 310.
  • the processing of the optical transmission system 101 is the same as that of the optical transmission system 100 of the first embodiment shown in FIG. 5, that of the optical transmission system 100 of the second embodiment shown in FIG. 8, and that of the optical transmission system 100 of the third embodiment shown in FIG. 9, except for the following points. That is, in step S3 of FIG. 5 and FIG. 9, the noise loading unit 350 of the optical receiving device 301 starts loading noise onto the received signal. In step S4 of FIG. 5 and FIG. 9, the noise loading unit 350 of the optical receiving device 301 receives the optical signal transmitted by the optical transmitting device 200 and transmitted through the transmission path 5. The noise loading unit 350 loads noise onto the received optical signal and outputs it to the coherent receiving unit 310. The coherent receiving unit 310 coherently receives the optical signal output from the noise loading unit 350.
  • the coherent receiving unit 310 converts the optical signal into an electrical received signal by coherent reception, and outputs the converted received signal to the demodulation and decoding unit 330. Also, in step S7 in FIG. 5 and FIG. 9, the noise load instruction unit 430 instructs the noise load unit 350 of the optical receiving device 301 to increase the amount of noise, and the noise load unit 350 increases the noise to be loaded onto the received signal. Also, in the processing of step S21 in FIG. 8 and FIG. 9, the noise load unit 350 of the optical receiving device 301 receives the optical signal transmitted by the optical transmitting device 200 and transmitted through the transmission path 5, and outputs the received optical signal to the coherent receiving unit 310 without loading noise onto the received optical signal. The coherent receiving unit 310 converts the optical signal into an electrical received signal by coherent reception, and outputs the converted received signal to the demodulation and decoding unit 330.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between OSNR and NGMI in an optical transmission system.
  • the lower limit limit indicates the lower limit value of the NGMI at which the demodulation and decoding result in the optical receiving device becomes error-free.
  • the ROSNR of the optical transmission system corresponds to the OSNR at which the NGMI becomes the lower limit limit.
  • the optical transmission system is usually operated at an OSNR with an arbitrary margin from the ROSNR.
  • Figure 12 shows the relationship between OSNR and NGMI for different amounts of DPD compensation.
  • the NGMI falls along the curve that represents the relationship between OSNR and NGMI, approaching the lower limit limit.
  • the NGMI falls below the lower limit limit.
  • an error occurs in the signal reception processing in the optical receiving device. The greater the amount of noise added before the error occurs, the higher the NGMI before the noise is added is above the lower limit limit, and the lower the ROSNR is.
  • the optical transmission system therefore determines, for each DPD with a different compensation amount, the amount of noise added until an error occurs in the optical receiving device, i.e., until the NGMI falls below the lower limit limit.
  • the amount of noise added until the NGMI falls below the lower limit limit is at its maximum, the DPD with the optimal compensation amount with the highest noise tolerance is applied, and the ROSNR of the optical transmission system can be considered to be the lowest.
  • Figure 13 shows the relationship between OSNR and NGMI when the margin is small.
  • the control device can obtain the index value at the optical receiving device while changing the amount of DPD compensation at the optical transmitting device, and obtain the compensation amount when the index value is the best.
  • the indexes in this case are NGMI, Q value, pre-FEC BER, post-FEC BER, number of FEC corrections, EVM, etc.
  • NGMI Network-to-Network Interface
  • GMI Generalized Mutual Information
  • LLR log likelihood ratio
  • N is the number of symbols used in calculating the GMI
  • n is an index representing the nth symbol
  • M is the number of bit levels
  • m is the mth digit of the bit level
  • b m,n and l m,n are the mth digit transmission bit and received LLR in the nth symbol.
  • H(s m ) is the entropy of s m when the probability distribution of the symbol with amplitude s m is P(s m ).
  • the GMI depends on the modulation format. Therefore, the NGMI is calculated by normalizing as shown in the following equations (2) and (3). The NGMI can be compared regardless of the modulation format (see, for example, Reference 2).
  • Pre-FEC BER is an index of the quality of the communication path using the BER before error correction.
  • Post-FEC BER is an index of the quality after FEC decoding using the BER after error correction.
  • the FEC error rate is an index of the error rate during error correction.
  • EVM is an index that measures how far the symbol point is shifted from the original symbol point (for example, see Reference 3).
  • Figure 14 shows the relationship between OSNR and NGMI in an optical transmission system when the margin is large.
  • Figure 15 shows the relationship between OSNR and SNR in an optical transmission system when the margin is large.
  • the optimal point of ROSNR is found by loading noise in the optical receiving device of the optical transmission system.
  • the post-FEC BER can be used as an index representing the reception quality. This is because, since the OSNR is unknown (cannot be measured), even if the NGMI or the like is used as an index, it does not mean that the system is optimized with the operational OSNR.
  • the optimal compensation amount for DPD may change in the operational OSNR even if the ROSNR is optimized.
  • the premise of this embodiment is that the objective is to "minimize the ROSNR in order to maximize the performance of the optical transmission system."
  • OSNR which is the ROSNR plus a certain margin
  • index values such as pre-FEC BER, Q factor, and NGMI are not values near the ROSNR, but are much better than the values at the NGMI lower limit limit where there is no error, i.e., values much better than the values when operating at the ROSNR.
  • index values such as pre-FEC BER, Q factor, and NGMI are not values near the ROSNR, but are much better than the values at the NGMI lower limit limit limit where there is no error, i.e., values much better than the values when operating at the ROSNR.
  • the post-FEC BER is error-free when the OSNR is higher than the ROSNR, and bit errors occur when the OSNR is lower than the ROSNR. This coincides with the fact that in Figure 14, when the NGMI exceeds the lower limit limit, the BER becomes error-free.
  • the NGMI is used as an index, the relationship between the OSNR and the NGMI will cross as shown in Figure 6 when the margin is large. Therefore, when the margin is large, the post-FEC BER is used as an index.
  • FIG. 16 is a device configuration diagram showing an example of the hardware configuration of the control device 4.
  • the control device 4, 400 includes a processor 91, a storage unit 92, a communication interface 93, and a user interface 94.
  • the processor 91 is a central processing unit that performs calculations and control.
  • the processor 91 is, for example, a CPU (central processing unit) or a GPU (Graphics Processing Unit).
  • the processor 91 reads and executes programs from the memory unit 92.
  • the memory unit 92 further has a work area when the processor 91 executes various programs.
  • the communication interface 93 connects to other devices so that they can communicate with each other.
  • the user interface 94 is an input device such as a keyboard, a pointing device (a mouse, a tablet, etc.), a button, a touch panel, etc., and a display device such as a display. Human operations are input via the user interface 94.
  • control devices 4, 400 are realized by the processor 91 reading and executing a program from the memory unit 92. Note that all or part of these functions may be realized using hardware such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a PLD (Programmable Logic Device), or an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the programs of the control devices 4, 400 may be transmitted via telecommunications lines.
  • the optical transmission system includes an optical transmitting device, an optical receiving device, and a control device.
  • the optical transmitting device includes a transmission signal generating unit and an optical transmitting unit.
  • the transmission signal generating unit generates a transmission signal that has been pre-equalized.
  • the optical transmitting unit converts the transmission signal from an electrical signal to an optical signal and transmits the converted optical signal.
  • the optical receiving device includes an optical receiving unit, a signal processing unit, and a noise loading unit.
  • the optical receiving unit corresponds to the coherent receiving unit 310 of the embodiment
  • the signal processing unit corresponds to the demodulation and decoding unit 330 of the embodiment.
  • the optical receiving unit receives an optical signal from the optical transmitting device and converts the received optical signal into an electrical received signal.
  • the signal processing unit performs reception processing including demodulation and decoding of the received signal.
  • the noise loading unit loads noise on the optical signal received by the optical receiving unit or the received signal converted by the optical receiving unit.
  • the control device includes an information acquiring unit and a compensation amount determining unit.
  • the information acquiring unit acquires information on the signal quality of the received signal when the compensation amount in pre-equalization and the magnitude of the noise loaded on the optical signal or the received signal are changed.
  • the compensation amount determination unit determines the compensation amount for pre-equalization in the optical transmitting device based on the information acquired by the information acquisition unit.
  • the transmission signal generator performs Digital Predistortion (DPD) processing on the transmission signal to pre-equalize signal distortion caused by the bandwidth limitations of the analog devices in the optical transmission device.
  • DPD Digital Predistortion
  • the compensation amount determination unit obtains the compensation amount when the condition that the signal quality is better than a predetermined quality is met and the noise is at its maximum.
  • the information acquisition unit acquires information on the signal quality of the received signal when no noise is added and the compensation amount in pre-equalization is changed.
  • the compensation amount determination unit determines the compensation amount of pre-equalization in the optical transmitting device based on the information acquired by the information acquisition unit.
  • the above conditions are for signal quality that allows error-free decoding.
  • Reference Signs List 1 11 Optical transmission system 2 Optical transmitting device 3, 6 Optical receiving device 4 Control device 5 Transmission path 21 Digital signal processing unit 22 Transmitter 31 Receiver 32 Digital signal processing unit 61 Receiver 62 Digital signal processing unit 91 Processor 92 Storage unit 93 Communication interface 94 User interface 100, 101 Optical transmission system 200 Optical transmitting device 210 Transmission signal generating unit 211 Encoding unit 212 Mapping unit 213 Waveform shaping unit 214 Pre-equalization unit 215 Digital-to-analog conversion unit 220 Optical transmitting unit 221 Modulator driver 222 Modulation unit 300, 301 Optical receiving device 310 Coherent receiving unit 320 Noise load unit 330 Demodulation/decoding unit 331 Analog-to-digital conversion unit 332 Chromatic dispersion compensation unit 333 Polarization fluctuation compensation unit 334 Frequency offset unit 335 Carrier phase compensation unit 336 Symbol decision unit 337 Decoding unit 340 Index value calculation unit 350 Noise load unit 400 Control device 410 Storage unit 420 Compensation

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Abstract

光伝送システムは、光送信装置と、光受信装置と、制御装置とを備える。光送信装置は、予等化を行った送信信号を生成する送信信号生成部と、送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した光信号を送信する光送信部とを備える。光受信装置は、受信した光信号を電気信号の受信信号に変換する光受信部と、受信信号の復調及び復号を含む受信処理を行う信号処理部と、光受信部が受信する光信号又は光受信部が変換した受信信号に雑音を負荷する雑音負荷部とを備える。制御装置は、予等化における補償量と、光信号又は受信信号に負荷される雑音の大きさとを変化させたときの受信信号の信号品質の情報を取得する情報取得部と、情報取得部が取得した情報に基づいて、光送信装置における予等化の補償量を決定する補償量決定部とを備える。

Description

光伝送システム、制御装置、補償量決定方法及びプログラム
　本発明は、光伝送システム、制御装置、補償量決定方法及びプログラムに関する。
　光伝送システムでは、アナログデバイスの帯域制限による信号歪みを信号処理で補償する（例えば、非特許文献１参照）。例えば、光送信装置は、送信器のアナログデバイスの帯域制限による信号歪みを送信側で予等化するDigital Predistortion（ＤＰＤ）を行う。また、光受信装置は、送信側で除去しきれなかった帯域制限の影響を受信側で等化する受信側等化を行う。ＤＰＤを用いる際には、送信器の雑音や伝送路の雑音量を考慮した上で、最適な補償量を選択する必要がある。ＤＰＤの補償量が大きいと、信号のピーク電力対平均電力比（Peak to Average Power Ratio：ＰＡＰＲ）が大きくなるために量子化雑音の影響が大きくなる。一方、ＤＰＤの補償量が小さいと、伝送路雑音量が大きい場合に受信側等化でノイズエンハンスの影響を受ける。
S. T. Le and J. Cho, "OSNR-Aware Digital Pre-Emphasis for High Baudrate Coherent Optical Transmissions", Optical Fiber Communications Conference (OFC), March 2022, M3H.4.
　従来は、送信器の雑音と伝送路の雑音が既知でなければ、最適なＤＰＤの補償量が分からなかった。そのため、光信号対雑音比（Optical Signal to Noise Ratio：ＯＳＮＲ）を測定するための光スペアナのような高価な装置が必要であった。さらには、送信側帯域制限を完全に補償するＤＰＤを予め施した光信号を伝送する必要がある。また、光伝送システムがどの程度の雑音量までならエラーフリーでいられるかのｐｏｓｔ－ＦＥＣ（forward error correction：前方誤り訂正）　ＢＥＲ（Bit Error Rate：ビット誤り率）特性を知らなければならなかった。
　上記事情に鑑み、本発明は、送信器や伝送路の雑音を計測することなく、送信側における補償量を決定することができる光伝送システム、制御装置、補償量決定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、光送信装置と、光受信装置と、制御装置とを備える光伝送システムであって、前記光送信装置は、予等化を行った送信信号を生成する送信信号生成部と、前記送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した前記光信号を送信する光送信部とを備え、前記光受信装置は、前記光信号を受信し、受信した前記光信号を電気信号の受信信号に変換する光受信部と、前記受信信号の復調及び復号を含む受信処理を行う信号処理部と、前記光受信部が受信する前記光信号又は前記光受信部が変換した前記受信信号に雑音を負荷する雑音負荷部とを備え、前記制御装置は、前記予等化における補償量と、前記光信号又は前記受信信号に負荷される前記雑音の大きさとを変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する補償量決定部とを備える。
　本発明の一態様は、予等化を行った送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した前記光信号を送信する光送信装置における前記予等化の補償量と、受信した前記光信号を電気信号の受信信号に変換し、変換された前記受信信号の復調及び復号を行う光受信装置において前記光信号又は前記受信信号に負荷する雑音の大きさとを変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を得る情報取得部と、前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する補償量決定部と、を備える。
　本発明の一態様は、光送信装置が、予等化を行った送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した前記光信号を送信する送信ステップと、光受信装置が、前記光信号を受信し、受信した前記光信号を電気信号の受信信号に変換する受信ステップと、前記光受信装置が、前記受信信号の復調及び復号を含む受信処理を行う信号処理ステップと、前記光受信装置が、前記受信ステップにおいて受信する前記光信号又は前記受信ステップにおいて変換された前記受信信号に雑音を負荷する雑音負荷ステップと、制御装置が、前記予等化における補償量と、前記受信信号に負荷される雑音の大きさとを変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を得る情報取得ステップと、前記制御装置が、前記情報取得ステップにおいて取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する補償量決定ステップと、を有する。
　本発明の一態様は、コンピュータを上述した制御装置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、送信器や伝送路の雑音を計測することなく、送信側における補償量を決定することが可能となる。
本発明の実施形態による光伝送システムの構成図である。 本発明の実施形態による光伝送システムの構成図である。 第１の実施形態による光伝送システムの構成図である。 第１の実施形態による制御装置の機能ブロック図である。 第１の実施形態による光伝送システムの処理を示すフロー図である。 第１の実施形態による光伝送システムにおける雑音量とＮＧＭＩ（規格化一般化相互情報量）の関係を示す図である。 第１の実施形態による光伝送システムにおけるフィルタ係数と雑音量との関係を示す図である。 第２の実施形態による光伝送システムの処理を示すフロー図である。 第３の実施形態による光伝送システムの処理を示すフロー図である。 第４の実施形態による光伝送システムの構成図である。 実施形態の原理を説明するための図である。 実施形態の原理を説明するための図である。 実施形態の原理を説明するための図である。 実施形態の原理を説明するための図である。 実施形態の原理を説明するための図である。 実施形態の制御装置のハードウェア構成を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
　図１は、本発明の実施形態における光伝送システム１の構成図である。光伝送システム１は、光送信装置２と、光受信装置３と、制御装置４とを備える。光送信装置２と光受信装置３とは、伝送路５により接続される。伝送路５は、光信号を伝送する。伝送路５は、例えば、光ファイバである。伝送路５には、光信号を増幅する増幅器が備えられてもよい。光伝送システム１は、エラーフリーな復号のために、最低限必要なＯＳＮＲ（Required OSNR：ＲＯＳＮＲ）よりも十分大きなマージンのＯＳＮＲによって運用されている。以下では、ＲＯＳＮＲと運用におけるＯＳＮＲとの差を単に「マージン」とも記載する。光伝送システム１の実際のＲＯＳＮＲは不明である。
　光送信装置２は、デジタル信号処理部２１と、送信器２２とを備える。デジタル信号処理部２１は、ＤＳＰ（デジタル信号処理）により、ＤＰＤを施した電気信号の送信信号を生成する。送信器２２は、デジタル信号処理部２１が生成した送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換された光信号を伝送路５に出力する。なお、送信器２２の周波数特性は既知である。
　光受信装置３は、受信器３１と、デジタル信号処理部３２とを備える。受信器３１は、伝送路５を伝送した光信号を受信する。受信器３１は、受信した光信号を電気信号の受信信号に変換して、デジタル信号処理部３２に出力する。デジタル信号処理部３２は、ＤＳＰにより、乱数を用いて模擬した雑音を受信器３１から出力された受信信号に負荷し、雑音が負荷された受信信号に信号受信処理を行う。デジタル信号処理部３２は、信号受信処理により、受信信号を復調及び復号する。
　なお、送信器２２の周波数特性は以下により求めることができる。例えば、光送信装置２において何らの補償を行なっていない光信号を伝送する。そして、伝送路５を伝送後の光信号における帯域制限の影響を調べることにより周波数特性を得る。あるいは、アナログデバイスのスペックシートより周波数特性を確認してもよい。また、これらに限らず、任意の方法によって送信器２２の周波数特性を得ることができる。
　本実施形態の光伝送システムの他の構成について説明する。図２は、光伝送システム１１の構成図である。図２に示す光伝送システム１１において、図１に示す光伝送システム１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。光伝送システム１１が、図１に示す光伝送システム１と異なる点は、光受信装置３に代えて光受信装置６を備える点である。
　光受信装置６は、受信器６１と、デジタル信号処理部６２とを備える。受信器６１は、伝送路５を伝送した光信号を受信する。受信器６１は、受信した光信号に雑音を負荷する。例えば、受信器６１に増幅器を挿入し、増幅器が受信した光信号を増幅することにより雑音を負荷する。受信器６１は、雑音が負荷された光信号を電気信号の受信信号に変換して、デジタル信号処理部６２に出力する。デジタル信号処理部６２は、受信器６１から受信した受信信号に、ＤＳＰによる信号受信処理を行う。デジタル信号処理部６２は、図１に示すデジタル信号処理部３２と同様の信号受信処理により、受信信号を復調及び復号する。
　上記の構成により、光送信装置２は、任意の補償量のＤＰＤを適用した信号を送信し、光受信装置３、６は、受信した信号に雑音を負荷する。制御装置４は、光受信装置３、６において雑音を負荷した信号が所定の信号品質を満たすときの最大の雑音を得る。制御装置４は、所定の信号品質を満たすことを、信号品質を表す指標値を用いて判断する。指標として、例えば、マージンが小さい場合、ＮＧＭＩ（規格化一般化相互情報量）、Ｑ値（quality factor）、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ（誤り訂正前のＢＥＲ）、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ（誤り訂正前のＢＥＲである）、ＦＥＣの訂正数、ＥＶＭ（Error Vector Magnitude：エラーベクトル振幅）などを用いることができる。なお、マージンが大きい場合には、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲを使用する。制御装置４は、所定の信号品質を満たし、かつ、光受信装置３、６において最大の雑音が負荷された信号に光送信装置２が施したＤＰＤの補償量を、システムの最適な補償量と判断する。制御装置４は、最適なＤＰＤの補償量を光送信装置２に指示する。以下に、各実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図３は、第１の実施形態の光伝送システム１００の構成図である。光伝送システム１００は、図１に示す光伝送システム１に対応する。光伝送システム１００は、光送信装置２００と、光受信装置３００と、制御装置４００とを備える。光送信装置２００と光受信装置３００とは、伝送路５により接続される。光送信装置２００、光受信装置３００及び制御装置４００はそれぞれ、図１に示す光送信装置２、光受信装置３及び制御装置４に対応する。
　光送信装置２００は、送信信号生成部２１０と、光送信部２２０とを備える。送信信号生成部２１０は図１に示すデジタル信号処理部２１に対応し、光送信部２２０は図１に示す送信器２２に対応する。
　送信信号生成部２１０は、ＤＳＰを行う。送信信号生成部２１０は、符号化部２１１と、マッピング部２１２と、波形整形部２１３と、予等化部２１４と、デジタルアナログ変換部２１５とを有する。符号化部２１１は、送信ビット列にＦＥＣ符号化を行って得られた送信信号を出力する。マッピング部２１２は、符号化部２１１から出力された送信信号をシンボルにマッピングし、マッピングされたシンボルをサンプリングする。波形整形部２１３は、サンプリングされた送信信号の帯域を制限する。予等化部２１４は、波形整形部２１３により帯域制限された送信信号の波形の歪みを補償し、デジタルアナログ変換部２１５に出力する。デジタルアナログ変換部２１５は、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）である。以下、デジタルアナログ変換部２１５を、ＤＡＣ２１５と記載する。ＤＡＣ２１５は、予等化部２１４から入力した送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、変換されたアナログ信号を光送信部２２０に出力する。
　光送信部２２０は、変調器ドライバ２２１と、変調部２２２とを備える。変調器ドライバ２２１は、ＤＡＣ２１５から出力された送信信号のＸ偏波のＩ（同相）成分、Ｘ偏波のＱ（直交）成分、Ｙ偏波のＩ成分、及び、Ｙ偏波のＱ成分をそれぞれ増幅し、増幅したこれらの信号成分により変調部２２２を駆動する。変調部２２２は、変調器（図示せず）と、光源（図示せず）と、合波部（図示せず）とを有する。変調器は、変調器ドライバ２２１から出力されたＸ偏波のＩ成分のアナログ信号とＸ偏波のＱ成分のアナログ信号とを用いて光源からの光を変調し、Ｘ偏波の光信号を生成する。さらに、変調器は、変調器ドライバ２２１から出力されたＹ偏波のＩ成分のアナログ信号とＹ偏波のＱ成分のアナログ信号とを用いて光源からの光を変調し、Ｙ偏波の光信号を生成する。合波部は、変調器が生成したＸ偏波の光信号とＹ偏波の光信号とを合波して偏波多重された光信号を生成し、生成された光信号を伝送路５に出力する。
　光受信装置３００は、コヒーレント受信部３１０と、雑音負荷部３２０と、復調復号部３３０と、指標値算出部３４０とを備える。コヒーレント受信部３１０は、図１の受信器３１に対応し、雑音負荷部３２０及び復調復号部３３０は、図１のデジタル信号処理部３２に対応する。
　コヒーレント受信部３１０は、伝送路５を伝送した光信号を受信し、受信した光信号をコヒーレント受信する。コヒーレント受信部３１０は、コヒーレント受信により、偏波多重された光信号の位相及び振幅を保ったまま光信号を電気信号の受信信号に変換し、変換された受信信号を出力する。具体的には、コヒーレント受信部３１０は、受信した光信号をＸ偏波とＹ偏波とに分離する。コヒーレント受信部３１０は、Ｘ偏波の光信号と、局部発振光とを干渉させて抽出したＩ成分及びＱ成分を電気信号に変換する。同様に、コヒーレント受信部３１０は、Ｙ偏波の光信号と、局部発振光とを干渉させて抽出したＩ成分及びＱ成分を電気信号に変換する。コヒーレント受信部３１０は、Ｘ偏波のＩ成分及びＱ成分それぞれの電気信号と、Ｙ偏波のＩ成分及びＱ成分の電気信号とを雑音負荷部３２０に出力する。
　雑音負荷部３２０は、ＤＳＰにより、コヒーレント受信部３１０から出力された受信信号に、乱数を用いて模擬した雑音を負荷する。雑音負荷部３２０は、雑音が負荷された受信信号を復調復号部３３０に出力する。
　復調復号部３３０は、ＤＳＰにより受信信号の信号受信処理を行う。復調復号部３３０は、アナログデジタル変換部３３１と、波長分散補償部３３２と、偏波変動補償部３３３と、周波数オフセット部３３４と、キャリア位相補償部３３５と、シンボル判定部３３６と、復号部３３７とを備える。
　アナログデジタル変換部３３１は、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）である。以下、アナログデジタル変換部３３１をＡＤＣ３３１と記載する。ＡＤＣ３３１は、雑音負荷部３２０から出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換されたデジタル信号を波長分散補償部３３２に出力する。波長分散補償部３３２は、受信信号が伝送路５において受けた波長分散を補償し、波長分散補償された受信信号を偏波変動補償部３３３に出力する。偏波変動補償部３３３は、受信信号のＸ偏波及びＹ偏波それぞれが伝送路５において受けた偏波変動を補償し、偏波変動が補償された受信信号を周波数オフセット部３３４に出力する。周波数オフセット部３３４は、偏波変動補償部３３３が偏波変動を補償した受信信号に対して、周波数オフセットを行う。キャリア位相補償部３３５は、偏波変動補償部３３３が周波数オフセットを行った受信信号にキャリア位相補償を行う。シンボル判定部３３６は、キャリア位相補償部３３５がキャリア位相補償を行なった受信信号のシンボルを判定し、判定したシンボルをバイナリデータに変換する。復号部３３７は、シンボル判定部３３６によりデマッピングされたバイナリデータにＦＥＣなどの誤り訂正復号処理を行うことにより、受信ビット列を得る。
　指標値算出部３４０は、復調復号部３３０が信号受信処理を行った受信信号の信号品質を表す指標値を算出する。指標には、ＮＧＭＩ、Ｑ値、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、ＥＶＭなどを用いることができる。なお、マージンが大きい場合、指標には、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲが用いられる。
　図４は、制御装置４００の構成を示す機能ブロック図である。制御装置４００は、記憶部４１０と、補償量指示部４２０と、雑音負荷指示部４３０と、情報取得部４４０と、補償量決定部４５０とを備える。
　記憶部４１０は、ＤＰＤ補償量と、雑音量とを紐づけた情報を記憶する。ＤＰＤ補償量は、光送信装置２００の予等化部２１４において送信信号に施されたＤＰＤの補償量である。雑音量は、光受信装置３００の雑音負荷部３２０が受信信号に負荷した雑音の大きさを表す。記憶部４１０は、ＤＰＤ補償量及び雑音量に紐づけて、指標値の情報をさらに記憶してもよい。補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量を光送信装置２００に指示する。雑音負荷指示部４３０は、受信信号への雑音の負荷を光受信装置３００へ指示する。
　情報取得部４４０は、光受信装置３００から受信信号の信号品質を表す指標値を取得する。情報取得部４４０は、取得した指標値が、所定条件を満たすか否かを判断する。所定条件は、信号品質が所定よりも良いと判断するための条件である。情報取得部４４０は、所定条件を満たす指標値が得られた信号の生成に光送信装置２００が用いたＤＰＤ補償量と、その信号に光受信装置３００が負荷した雑音量とを対応付けた情報を記憶部４１０に書き込む。情報取得部４４０は、ＤＰＤ補償量及び雑音量に、指標値を対応付けた情報を記憶部４１０に書き込んでもよい。
　補償量決定部４５０は、記憶部４１０に記憶されている情報に基づいて、指標値が所定条件を満たすＤＰＤ補償量のうち、所定よりも大きな雑音量に紐づけられたＤＰＤ補償量を得る。所定よりも大きな雑音量は、例えば、最大の雑音量である。なお、補償量決定部４５０は、最大の雑音量より少し低い雑音量に対応したＤＰＤ補償量を得てもよい。補償量決定部４５０は、得られたＤＰＤ補償量を、光送信装置２００において用いるＤＰＤ補償量として決定する。なお、補償量決定部４５０は、得られたＤＰＤ補償量の近傍の値を光送信装置２００において用いるＤＰＤ補償量として決定してもよい。
　制御装置４００は、例えば、コンピュータ装置で実現することができる。その場合、制御装置４００の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ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等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
　また、制御装置４００は、光送信装置２００又は光受信装置３００と一体の装置であってもよい。また、制御装置４００の一部の機能部が、光送信装置２００又は光受信装置３００に備えられてもよい。また、制御装置４００の一部の機能部が、光送信装置２００と制御装置４００とにより、又は、光受信装置３００と制御装置４００とにより実現されてもよい。
　図５は、光伝送システム１００の処理を示すフロー図である。制御装置４００の補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の変更を光送信装置２００に指示する（ステップＳ１）。例えば、補償量指示部４２０は、まだ光送信装置２００に指示していないＤＰＤ補償量を選択し、選択したＤＰＤ補償量を含む補償量変更指示を光送信装置２００に送信する。光送信装置２００の予等化部２１４は、補償量変更指示から読み出したＤＰＤ補償量を設定する。あるいは、補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量を含まない補償量変更指示を光送信装置２００に送信してもよい。光送信装置２００の予等化部２１４は、補償量変更指示を受信すると、まだ選択してないＤＰＤ補償量を選択する。予等化部２１４は、選択したＤＰＤ補償量を設定し、さらに、設定したＤＰＤ補償量の情報を制御装置４００に通知する。
　光送信装置２００は、ステップＳ１において設定された補償量のＤＰＤを適用した光信号の伝送を開始する（ステップＳ２）。すなわち、光送信装置２００の符号化部２１１は、送信ビット列にＦＥＣ符号化を行って送信信号を生成する。マッピング部２１２は、送信信号をシンボルにマッピングし、シンボルマッピングされた送信信号をサンプリングする。波形整形部２１３は、サンプリングされた送信信号の帯域を制限する。予等化部２１４は、帯域制限された送信信号を、制御装置４００から指示された補償量のＤＰＤにより補償する。ＤＡＣ２１５は、ＤＰＤが施された送信信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。変調器ドライバ２２１は、アナログ信号に変換された送信信号により変調部２２２を駆動する。変調部２２２は、送信信号により光源からの光を変調し、Ｘ偏波の光信号とＹ偏波の光信号とが偏波多重された光信号を生成する。変調部２２２は、生成された光信号を伝送路５に出力する。
　制御装置４００の雑音負荷指示部４３０は、雑音の負荷を光受信装置３００に指示する（ステップＳ３）。雑音負荷指示部４３０は、雑音量を光受信装置３００に指示してもよい。光受信装置３００の雑音負荷部３２０は、受信信号への雑音の負荷を開始する。光受信装置３００は、光送信装置２００から送信された光信号の信号受信処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、光受信装置３００のコヒーレント受信部３１０は、光送信装置２００から送信され、伝送路５を伝送した光信号を受信する。コヒーレント受信部３１０は、受信した光信号をコヒーレント受信し、電気信号の受信信号に変換する。雑音負荷部３２０は、電気信号の受信信号に雑音を負荷する。復調復号部３３０は、雑音が負荷された受信信号の信号受信処理を行う。具体的には、ＡＤＣ３３１は、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、波長分散補償部３３２は、受信信号の波長分散を補償し、偏波変動補償部３３３は、受信信号の偏波変動を補償し、周波数オフセット部３３４は、受信信号の周波数オフセットを行い、キャリア位相補償部３３５は、受信信号のキャリア位相補償を行う。シンボル判定部３３６は、受信信号のシンボルを判定し、バイナリデータに変換する。復号部３３７は、バイナリデータにＦＥＣを行って受信ビット列を得る。
　光受信装置３００の指標値算出部３４０は、復調復号部３３０が信号受信処理を行った受信信号の信号品質を表す指標値を算出し、算出した指標値の情報を制御装置４００に通知する。制御装置４００の情報取得部４４０は、光受信装置３００の指標値算出部３４０から通知された指標値を受信する。さらに、情報取得部４４０は、受信信号に負荷した雑音量の情報を光受信装置３００の雑音負荷部３２０から受信する（ステップＳ５）。
　情報取得部４４０は、指標値と閾値との比較により、信号品質が所定の品質を満たすか否かを判断する（ステップＳ６）。閾値は、現在のＯＳＮＲがＲＯＳＮＲを下回ったと見なせるかを判断可能な値である。なお、光受信装置３００の指標値算出部３４０は、指標値と閾値との比較により、信号品質が所定の品質を満たさないと判断した場合にエラーの通知を出力してもよい。制御装置４００の情報取得部４４０は、光受信装置３００から出力されたエラーの通知によって、信号品質が所定の品質を満たさないことを検出する。
　情報取得部４４０が、信号品質は所定の品質を満たしていると判断すると（ステップＳ６：ＹＥＳ）、雑音負荷指示部４３０は、光受信装置３００に雑音量の増加を指示する。雑音負荷指示部４３０は、光受信装置３００に増加させた雑音量を指示してもよい。光受信装置３００の雑音負荷部３２０は、受信信号に負荷する雑音量を増加させる（ステップＳ７）。光伝送システム１００は、ステップＳ４からの処理を繰り返す。
　そして、情報取得部４４０は、信号品質が所定の品質を満たしていないと判断すると（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ８の処理を行う。すなわち、情報取得部４４０は、現在のＤＰＤ補償量が用いられている期間において、信号品質が所定の品質を満たしていたときの最大の雑音量と、ステップＳ１において指示した現在のＤＰＤ補償量とを紐づけた情報を記憶部４１０に書き込む（ステップＳ８）。最大の雑音量は、現在の雑音量に増加させる直前の雑音量である。
　補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了したか否かを判断する（ステップＳ９）。補償量指示部４２０は、掃引が終了しておらず、まだ光送信装置２００に適用されていないＤＰＤ補償量があると判断した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ１からの処理を繰り返す。
　補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了したと判断した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、掃引終了を補償量決定部４５０に通知する。補償量決定部４５０は、記憶部４１０を参照し、最大の雑音量に紐づけられたＤＰＤ補償量を選択する（ステップＳ１０）。雑音量が最大のときは、システム伝送のＲＯＳＮＲが最小であるとみなすことができる。補償量決定部４５０は、選択したＤＰＤ補償量を光送信装置２００の予等化部２１４に設定する。
　光伝送システム１００の実施例を説明する。ここでは、送信信号がＵｎｉｆｏｒｍ　６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交位相振幅変調）、変調速度が１００Ｇｂａｕｄ（ギガボー）であり、光受信装置３００の各３ｄＢ帯域幅は、ＤＡＣ２１５が４５ＧＨｚ、変調器ドライバ２２１が６６ＧＨｚ、変調部２２２の変調器が３５ＧＨｚである光伝送システム１００を用いた。
　また、光送信装置２００の予等化部２１４に、送信側帯域制限を補償するＤＰＤを作成した。光送信装置２００の光送信部２２０に用いられるアナログデバイスの周波数特性を既知と仮定してＨ（ｆ）とする。ｆは、周波数である。予めこの周波数特性の逆特性であるＨ（ｆ）－１を送信信号に畳み込む補償を行なうことで、光送信部２２０のアナログデバイスの帯域制限の影響を打ち消すことが可能である。そこで、光送信装置２００の予等化部２１４に送信側帯域制限を補償するＨ（ｆ）－αのＤＰＤを作成した。αは、フィルタ係数であり、ＤＰＤ補償量を表す。送信信号に畳み込む逆特性をＨ（ｆ）－α（０≦α≦１）と置くことで、補償量の大きさを、フィルタ係数αを用いて調節可能とした。
　また、光伝送システム１００では、ＦＥＣが２１％の運用において、ＮＧＭＩが０．８５７（ＮＧＭＩ閾値）のときエラーフリー復号が可能である。ここでは、フィルタ係数αごとに、ＮＧＭＩがＮＧＭＩ閾値のときに受信信号に負荷された雑音量を取得した。制御装置４００は、この結果に基づいて、伝送路５で最大性能を引き出せるフィルタ係数αを求めた。
　図６は、フィルタ係数αごとの雑音量とＮＧＭＩとの関係を示す図であり、図７は、ＮＧＭＩ閾値のときのフィルタ係数αと雑音量との関係を示す図である。なお、図６及び図７において、雑音量は、受信信号に負荷した相対的な雑音量［ｄＢ］で表している。図６及び図７の結果から、フィルタ係数α（補償量）＝０．６が求められた。
　上述した実施形態によれば、光受信装置の周波数特性が既知の光伝送システムにおいて、光受信装置の雑音、伝送路の雑音、及び、ＲＯＳＮＲが未知であっても、雑音耐力が最大となるようなＤＰＤの補償量が決定でき、伝送性能を最大化することができる。
（第２の実施形態）
　第１の実施形態においては、光受信装置において受信信号に雑音を負荷していた。しかし、光伝送システムのＲＯＳＮＲと、光伝送システムの運用におけるＯＳＮＲとの差であるマージンが小さい場合には、光受信装置における雑音の負荷を行わなくてもよい。以下では、第２の実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
　第２の実施形態の光伝送システムの構成は、図３に示す第１の実施形態の光伝送システム１００と同様である。ただし、光受信装置３００は、雑音負荷部３２０を有さなくてもよい。
　図８は、第２の実施形態の光伝送システム１００の処理を示すフロー図である。図８において、図５に示す第１の実施形態と同一の処理には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。制御装置４００の補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の変更を光送信装置２００に指示する（ステップＳ１）。光送信装置２００は、ステップＳ１において制御装置４００の補償量指示部４２０から指示された変更後のＤＰＤ補償量を適用した光信号の伝送を開始する（ステップＳ２）。
　光受信装置３００は、光送信装置２００から送信された光信号を受信し、受信処理を行う（ステップＳ２１）。すなわち、光受信装置３００のコヒーレント受信部３１０は、光送信装置２００が送信し、伝送路５を伝送した光信号を受信する。コヒーレント受信部３１０は、受信した光信号を電気信号の受信信号に変換する。雑音負荷部３２０は、雑音の負荷が指示されていないため、コヒーレント受信部３１０が出力した受信信号に雑音を負荷せずに復調復号部３３０へ出力する。あるいは、光受信装置３００が雑音負荷部３２０を有していない場合、コヒーレント受信部３１０は、コヒーレント受信により得られた受信信号を、復調復号部３３０に出力する。復調復号部３３０は、受信信号にＤＳＰによる信号受信処理を行う。
　光受信装置３００の指標値算出部３４０は、復調復号部３３０が信号受信処理を行った受信信号の信号品質を表す指標値を算出し、算出した指標値の情報を制御装置４００に通知する。指標には、ＮＧＭＩ、Ｑ値、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、ＥＶＭなどを用いることができる。制御装置４００の情報取得部４４０は、光受信装置３００の指標値算出部３４０から通知された指標値の情報を受信する（ステップＳ２２）。情報取得部４４０は、ステップＳ１において指示した補償量と、受信した指標値とを紐づけた情報を記憶部４１０に書き込む。
　補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了したか否かを判断する（ステップＳ９）。補償量指示部４２０は、掃引が終了していないと判断した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ１からの処理を繰り返す。
　補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了したと判断した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、掃引終了を補償量決定部４５０に通知する。補償量決定部４５０は、記憶部４１０を参照し、ＲＯＳＮＲが最小と見なせるＤＰＤ補償量を取得する（ステップＳ２３）。ＯＳＮＲは直接測れないため、例えば、指標としてＮＧＭＩ、又は、Ｑ値を用いた場合、補償量決定部４５０は、ＮＧＭＩ、又は、Ｑ値が最大のＤＰＤ補償量を選択する。また、指標としてｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、又は、ＥＶＭを用いた場合、補償量決定部４５０は、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、又は、ＥＶＭが最小のＤＰＤ補償量を選択する。補償量決定部４５０は、選択したＤＰＤ補償量を、光送信装置２００の予等化部２１４に設定する。
　第２の実施形態によれば、光受信装置の周波数特性が既知の光伝送システムにおいて、光受信装置の雑音、伝送路の雑音、及び、ＲＯＳＮＲが未知であっても、雑音耐力が最大となるようなＤＰＤの補償量を第１の実施形態よりも容易に決定でき、伝送性能を最大化することができる。
（第３の実施形態）
　第３の実施形態の光伝送システムは、マージンが大きいときは光受信装置において受信信号に雑音を負荷してＤＰＤ補償量を探索し、マージンが小さいときには光受信装置において受信信号に雑音を負荷することなくＤＰＤ補償量を探索する。
　第３の実施形態の光伝送システムの構成は、図３に示す第１の実施形態の光伝送システム１００と同様である。図９は、第３の実施形態の光伝送システム１００の処理を示すフロー図である。図９において、図５に示す第１の実施形態及び図８に示す第２の実施形態と同一の処理には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
　制御装置４００の補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の変更を光送信装置２００に指示する（ステップＳ１）。光送信装置２００の予等化部２１４は、ステップＳ１において制御装置４００の補償量指示部４２０から指示された変更後のＤＰＤ補償量を適用した光信号の伝送を開始する（ステップＳ２）。
　制御装置４００の雑音負荷指示部４３０は、光伝送システム１００におけるマージンは既知か否かを判断する（ステップＳ３１）。雑音負荷指示部４３０は、マージンが既知と判断した場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、マージンはＲＯＳＮＲと運用上のＯＳＮＲとで最適なＤＰＤ補償量が変化する程度に大きいか否かを判断する（ステップＳ３２）。雑音負荷指示部４３０は、マージンが既知ではないと判断した場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、又は、マージンが大きいと判断した場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、雑音の負荷を光受信装置３００に指示する（ステップＳ３）。光受信装置３００の雑音負荷部３２０は、受信信号への雑音の負荷を開始する。なお、雑音負荷指示部４３０は、マージンが小さい場合にもステップＳ３の処理にすすんでもよい。
　光受信装置３００は、光送信装置２００から送信された光信号の信号受信処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、コヒーレント受信部３１０は、光送信装置２００から送信され、伝送路５を伝送した光信号をコヒーレント受信する。雑音負荷部３２０は、コヒーレント受信により得られた受信信号に雑音を負荷する。復調復号部３３０は、雑音が負荷された受信信号の信号受信処理を行う。
　光受信装置３００の指標値算出部３４０は、復調復号部３３０が信号受信処理を行った受信信号の指標値を算出する。指標には、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲを用いる。マージンが小さい場合、指標にＮＧＭＩ、Ｑ値、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、ＥＶＭを用いてもよい。制御装置４００の情報取得部４４０は、光受信装置３００の指標値算出部３４０から指標値の情報を受信し、雑音負荷部３２０から受信信号に負荷した雑音量の情報を受信する（ステップＳ５）。
　情報取得部４４０は、指標値と閾値との比較により、信号品質が所定の品質を満たすか否かを判断する（ステップＳ６）。閾値は、現在のＯＳＮＲがＲＯＳＮＲを下回ったと見なせるかを判断可能な値である。あるいは、情報取得部４４０は、光受信装置３００の指標値算出部３４０から出力されたエラーの通知によって、現在のＯＳＮＲがＲＯＳＮＲを下回ったことを検出してもよい。
　情報取得部４４０が、信号品質は所定の品質を満たしていると判断すると（ステップＳ６：ＹＥＳ）、雑音負荷指示部４３０は、光受信装置３００に雑音量の増加を指示する。光受信装置３００の雑音負荷部３２０は、受信信号に負荷する雑音量を増加させる（ステップＳ７）。光伝送システム１００は、ステップＳ４からの処理を繰り返す。
　情報取得部４４０は、信号品質が所定の品質を満たしていないと判断すると（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ８の処理を行う。すなわち、情報取得部４４０は、現在のＤＰＤ補償量が用いられている期間において、信号品質が所定の品質を満たしていたときの最大の雑音量と、ステップＳ１において指示した現在のＤＰＤ補償量とを紐づけた情報を記憶部４１０に書き込む（ステップＳ８）。さらに、情報取得部４４０は、現在のＤＰＤ補償量と指標値とを紐づけた情報を記憶部４１０に書き込む（ステップＳ３３）。
　補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了したか否かを判断する（ステップＳ９）。補償量指示部４２０は、掃引が終了していないと判断した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ１からの処理を繰り返す。
　一方、ステップＳ３２において、制御装置４００の雑音負荷指示部４３０は、マージンが小さいと判断した場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、光受信装置３００に雑音負荷の停止を指示する。光受信装置３００は、光送信装置２００から送信された光信号を受信し、受信処理を行う（ステップＳ２１）。すなわち、光受信装置３００のコヒーレント受信部３１０は、受信した光信号を電気信号の受信信号に変換する。雑音負荷部３２０は、コヒーレント受信部３１０が出力した受信信号に雑音を負荷せずに復調復号部３３０へ出力する。復調復号部３３０は、受信信号にＤＳＰによる信号受信処理を行う。
　光受信装置３００の指標値算出部３４０は、復調復号部３３０が信号受信処理を行った受信信号の信号品質を表す指標値を算出し、算出した指標値の情報を制御装置４００に通知する。指標には、ＮＧＭＩ、Ｑ値、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、ＥＶＭなどを用いることができる。制御装置４００の情報取得部４４０は、光受信装置３００の指標値算出部３４０から通知された指標値の情報を受信する（ステップＳ２２）。情報取得部４４０は、ステップＳ１において指示した補償量と、受信した指標値とを紐づけた情報を記憶部４１０に書き込む（ステップＳ３３）。補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了していないと判断した場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ１からの処理を繰り返す。
　補償量指示部４２０は、ＤＰＤ補償量の掃引が終了したと判断した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、補償量決定部４５０に掃引終了を通知する。補償量決定部４５０は、記憶部４１０を参照し、ＲＯＳＮＲが最小と見なせるＤＰＤ補償量を取得する（ステップＳ３４）。具体的には、補償量決定部４５０は、光受信装置３００において受信信号に雑音が負荷された場合、最大の雑音量に紐づけられたＤＰＤ補償量を選択する。補償量決定部４５０は、光受信装置３００において受信信号に雑音が負荷されなかった場合、最大のＮＧＭＩ又はＱ値に紐づけられたＤＰＤ補償量、あるいは、最小のｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、又は、ＥＶＭに紐づけられたＤＰＤ補償量を選択する。補償量決定部４５０は、選択したＤＰＤ補償量を、光送信装置２００の予等化部２１４に設定する。
（第４の実施形態）
　第１～第３の実施形態において、光受信装置は、電気信号へ変換された受信信号にＤＳＰにより雑音を負荷していた。第４の実施形態では、光受信装置は、光信号に雑音を負荷する。
　図１０は、第４の実施形態の光伝送システム１０１の構成図である。光伝送システム１０１は、図２に示す光伝送システム１１に対応する。図１０において、図３に示す第１の実施形態による光伝送システム１００と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。光伝送システム１０１が、図３に示す第１の実施形態の光伝送システム１００と異なる点は、光受信装置３００に代えて光受信装置３０１を備える点である。光受信装置３０１は、図２に示す光受信装置６に対応する。
　光受信装置３０１は、雑音負荷部３５０と、コヒーレント受信部３１０と、復調復号部３３０と、指標値算出部３４０とを備える。雑音負荷部３５０及びコヒーレント受信部３１０は、図２に示す受信器６１に対応し、復調復号部３３０は、図２に示すデジタル信号処理部６２に対応する。雑音負荷部３５０は、例えば、増幅器や可変減衰器である。雑音負荷部３５０は、伝送路５を伝送した光信号を受信し、受信した光信号に雑音を負荷する。雑音負荷部３５０は、雑音が負荷された光信号をコヒーレント受信部３１０に出力する。
　光伝送システム１０１の処理は、以下の点を除いて、図５に示す第１の実施形態の光伝送システム１００の処理、図８に示す第２の実施形態の光伝送システム１００の処理、及び、図９に示す第３の実施形態の光伝送システム１００の処理と同様である。すなわち、図５及び図９のステップＳ３において、光受信装置３０１の雑音負荷部３５０は、受信信号への雑音の負荷を開始する。図５及び図９のステップＳ４において、光受信装置３０１の雑音負荷部３５０は、光送信装置２００が送信し、伝送路５を伝送した光信号を受信する。雑音負荷部３５０は、受信した光信号に雑音を負荷してコヒーレント受信部３１０に出力する。コヒーレント受信部３１０は、雑音負荷部３５０から出力された光信号をコヒーレント受信する。コヒーレント受信部３１０は、コヒーレント受信により光信号を電気信号の受信信号に変換し、変換された受信信号を復調復号部３３０に出力する。また、図５及び図９のステップＳ７において、雑音負荷指示部４３０は、光受信装置３０１の雑音負荷部３５０に雑音量の増加を指示し、雑音負荷部３５０は、受信信号に負荷する雑音を増加させる。また、図８及び図９のステップＳ２１の処理において、光受信装置３０１の雑音負荷部３５０は、光送信装置２００が送信し、伝送路５を伝送した光信号を受信し、受信した光信号に雑音を負荷せずにコヒーレント受信部３１０へ出力する。コヒーレント受信部３１０は、コヒーレント受信により光信号を電気信号の受信信号に変換し、変換された受信信号を復調復号部３３０に出力する。
（本実施形態の原理）
　上述した実施形態により、最適なＤＰＤ補償量が得られる原理について説明する。図１１は、光伝送システムにおけるＯＳＮＲとＮＧＭＩとの関係を示す図である。図１１に示すように、ＯＳＮＲが高いほど、光受信装置におけるＮＧＭＩは高く、ＦＥＣの訂正数も少なくなる。下限値ｌｉｍｉｔは、光受信装置における復調復号結果がエラーフリーとなるＮＧＭＩの下限値を示す。光伝送システムのＲＯＳＮＲは、ＮＧＭＩが下限値ｌｉｍｉｔとなるＯＳＮＲに相当する。しかしながら、ＲＯＳＮＲは不明であるため、通常、光伝送システムは、ＲＯＳＮＲから任意のマージンを持ったＯＳＮＲで運用されている。
　図１２は、異なるＤＰＤ補償量毎のＯＳＮＲとＮＧＭＩとの関係を示す図である。光送信装置におけるＤＰＤの補償量を一定にしたまま、光受信装置において雑音を加えると、ＯＳＮＲとＮＧＭＩとの関係を表す曲線に沿ってＮＧＭＩは低下し、下限値ｌｉｍｉｔに近づく。さらに大きな雑音を加えていくと、ＮＧＭＩは、下限値ｌｉｍｉｔを下回る。つまり、ある雑音量を超えると、光受信装置における信号受信処理にエラーが発生する。エラーの発生までに加えた雑音量が大きいほど、雑音を加える前のＮＧＭＩは下限値ｌｉｍｉｔよりもより高く、かつ、ＲＯＳＮＲはより低い。
　そこで、光伝送システムは、異なる補償量のＤＰＤごとに、光受信装置においてエラーが発生するまで、すなわち、ＮＧＭＩが下限値ｌｉｍｉｔよりも低くなるまでに加えた雑音量を求める。ＮＧＭＩが下限値ｌｉｍｉｔよりも低くなるまでに加えた雑音量が最大のとき、雑音耐力が最大の最適補償量のＤＰＤが適用されており、光伝送システムのＲＯＳＮＲは最も低いとみなせる。
　図１３は、マージンが小さい場合のＯＳＮＲとＮＧＭＩの関係を示す図である。マージンが小さい場合、図１３に示すように、雑音量によるＤＰＤ補償量の変化は少ない。この場合、どこで最適化しても問題がないため、必ずしも光受信装置において受信信号に雑音を負荷する必要はない。そこで、制御装置は、光送信装置におけるＤＰＤの補償量を変えながら、光受信装置における指標値を取得し、最も指標値が良いときの補償量を得ればよい。この場合の指標は、ＮＧＭＩ、Ｑ値、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、ＦＥＣの訂正数、ＥＶＭなどである。
　ＮＧＭＩは、以下のように測定される。まず、ＧＭＩ（一般化相互情報量）は、伝送後の受信信号１シンボルが持つ情報量を表す。ＧＭＩは、対数尤度比（Log Likelihood Ratio：ＬＬＲ）と送信ビットとから以下の式（１）のように計算される（例えば、参考文献１参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ＮはＧＭＩの計算に用いるシンボル数、ｎはｎ個目のシンボルを表すインデックス、Ｍはビットレベル数、ｍはビットレベルのｍ桁目、ｂｍ，ｎおよびｌｍ，ｎはｎ個目のシンボルにおけるｍ桁目の送信ビットと受信ＬＬＲである。また、Ｈ（ｓｍ）は、振幅ｓｍのシンボルの確率分布をＰ（ｓｍ）とした時のｓｍのエントロピーである。ＧＭＩは変調フォーマットに依存する。そこで、以下の式（２）、（３）のように規格化することによってＮＧＭＩを算出する。ＮＧＭＩは、変調フォーマットによらず比較が可能である（例えば、参考文献２参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、ＢＥＲは、受信した全データに対する誤ったデータの率を表す。ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲは、誤り訂正前のＢＥＲを用いて通信経路の品質を見る指標である。ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲは、誤り訂正後のＢＥＲを用いて、ＦＥＣデコード後の品質を見る指標である。通常、誤り訂正をする前には誤りがかなりあるため、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲは大きい値であり、誤り訂正後には１０～１５などのような小さな値になる。Ｑ値は、通信経路の品質の指標である。ｅｒｆｃを誤差補関数（相補誤差関数）とすると、ＢＥＲ＝（１／２）ｅｒｆｃ（Ｑ／√２）として算出されるため、Ｑ値は、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲとほぼ同義である。ＦＥＣの誤り率もＢＥＲの測定同様、誤り訂正時の誤り率を見る指標である。ＥＶＭは、本来のシンボル点からどれくらいずれているかを測る指標である（例えば、参考文献３参照）。
（参考文献１）中村政則，「長距離・大容量ファイバ伝送に向けた光変復調方式の高度化に関する研究」，70-71頁，[online]，2021，インターネット<https://ir.library.osaka-u.ac.jp/repo/ouka/all/82241/31916_Dissertation.pdf>
（参考文献２）J. Cho, et al., "Normalized Generalized Mutual Information as a Forward Error Correction Threshold for Probabilistically Shaped QAM", European Conference on Optical Communication (ECOC) 2017.
（参考文献３）大阪工業大学　工学部　電子情報通信工学科　知的ネットワーク研究室ホームページ，講義資料、８．デジタル通信と雑音　８．５　ＥＶＭ，[online]，[２０２２年１１月８日検索]、インターネット<http://www.oit.ac.jp/elc/~kumamoto/radio/08.pdf>
　図１４は、マージンが大きい場合の光伝送システムにおけるＯＳＮＲとＮＧＭＩの関係を示す図である。また、図１５は、マージンが大きい場合の光伝送システムにおけるＯＳＮＲとＳＮＲとの関係を示す図である。ＲＯＳＮＲと運用上のＯＳＮＲとの間の差であるマージンが大きい場合、図１４に示すように、伝送路の雑音量によってＤＰＤの最適補償量は大きく変化する。これは、図１５に示すように、送信側で完全に補償するＤＰＤ（α＝１）では、伝送路雑音量が大きい（ＯＳＮＲが小さい）ときはＳＮＲが向上するが、伝送路雑音量が小さい（ＯＳＮＲが大きい）ときは補償しない（α＝０）ときよりもＳＮＲが劣化するためである。そこで、光伝送システムの光受信装置において雑音を負荷することによってＲＯＳＮＲの最適点を求める。この場合、受信品質を表す指標として、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲを用いることができる。これは、ＯＳＮＲは分からない（測定できない）ことから、ＮＧＭＩ等を指標にしても運用上のＯＳＮＲで最適化したことにならないためである。
　マージンが大きいときに、ＮＧＭＩ等の誤り訂正前の指標を参考にしてしまうと、ＲＯＳＮＲで最適化しても運用上でのＯＳＮＲでは、ＤＰＤの最適な補償量が変わる恐れがある。本実施形態の前提として、「光伝送システムの性能を最大化するために、ＲＯＳＮＲを最低にする」という目的がある。一方で、上述のように、実際の光伝送システムでは、ビットエラーがないよう、ＲＯＳＮＲにあるマージンを足した高いＯＳＮＲで運用を行うことが一般的である。ＲＯＳＮＲを低くできれば、ＲＯＳＮＲにマージンを足したあとのＯＳＮＲも低くなるため、より長距離（低ＯＳＮＲのシステム）の信号伝送が可能となる。
　ここで、ＲＯＳＮＲよりも高いＯＳＮＲで運用するということは、ｐｒｅ－ＦＥＣ　ＢＥＲ、Ｑ値、ＮＧＭＩなどの指標値は、ＲＯＳＮＲ付近の値ではなく、エラーフリーとなるＮＧＭＩ下限値ｌｉｍｉｔでの値よりも、すなわち、ＲＯＳＮＲで運用した場合の値よりも、ずっと良い値を示す。このような、ＲＯＳＮＲよりもずっと高いＯＳＮＲの領域で雑音を負荷して最適なＤＰＤ補償量を探しても、どの雑音量で最適ＤＰＤ量を決定すればよいのかはわからないため、ＲＯＳＮＲを最低にしたいという、元の目的を果たすことはできない。例えば、図６において、α＝０．６の場合とα＝０．８の場合とがクロスしていることからも、ＯＳＮＲの高い領域（すなわち、相対的な負荷した雑音量が少ない領域）と、ＲＯＳＮＲ付近の領域（すなわち、ＮＧＭＩの下限値ｌｉｍｉｔ付近の領域）で最適なＤＰＤが若干変化していることがわかる。
　一方、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲは、ＲＯＳＮＲより高いＯＳＮＲではエラーフリー、ＲＯＳＮＲより低いＯＳＮＲではビットエラーが生じる。これは、図１４において、ＮＧＭＩが下限値ｌｉｍｉｔを上回るとエラーフリーになることと合致する。しかし、ＮＧＭＩを指標にすると、マージンが大きいときに図６に示すようにＯＳＮＲとＮＧＭＩとの関係がクロスしてしまう。そこで、マージンが大きいときには、ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲを指標に用いる。ｐｏｓｔ－ＦＥＣ　ＢＥＲをモニタしながら、光受信装置で負荷する雑音量を増やしていくことによって、ＲＯＳＮＲに相当する雑音量になったかどうかを、ビットエラーが出たかどうかで判断可能である。この雑音量を、異なるＤＰＤ補償量の信号で比較し、最も雑音量を負荷できたＤＰＤ補償量が、ＲＯＳＮＲ付近での最適ＤＰＤ補償量であると判断できる。
　制御装置４、４００のハードウェア構成例を説明する。図１６は、制御装置４のハードウェア構成例を示す装置構成図である。制御装置４、４００は、プロセッサ９１と、記憶部９２と、通信インタフェース９３と、ユーザインタフェース９４とを備える。
　プロセッサ９１は、演算や制御を行う中央演算装置である。プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）である。プロセッサ９１は、記憶部９２からプログラムを読み出して実行する。記憶部９２は、さらに、プロセッサ９１が各種プログラムを実行する際のワークエリアなどを有する。通信インタフェース９３は、他装置と通信可能に接続するものである。ユーザインタフェース９４は、キーボード、ポインティングデバイス（マウス、タブレット等）、ボタン、タッチパネル等の入力装置や、ディスプレイなどの表示装置である。ユーザインタフェース９４により、人為的な操作が入力される。
　制御装置４、４００の機能は、プロセッサ９１が記憶部９２からプログラムを読み出して実行することより実現される。なお、これらの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よい。制御装置４、４００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。
　上述した実施形態によれば、光伝送システムは、光送信装置と、光受信装置と、制御装置とを備える。光送信装置は、送信信号生成部と、光送信部とを備える。送信信号生成部は、予等化を行った送信信号を生成する。光送信部は、送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した光信号を送信する。光受信装置は、光受信部と、信号処理部と、雑音負荷部とを備える。例えば、光受信部は実施形態のコヒーレント受信部３１０に対応し、信号処理部は実施形態の復調復号部３３０に対応する。光受信部は、光送信装置からの光信号を受信し、受信した光信号を電気信号の受信信号に変換する。信号処理部は、受信信号の復調及び復号を含む受信処理を行う。雑音負荷部は、光受信部が受信する光信号又は光受信部が変換した受信信号に雑音を負荷する。制御装置は、情報取得部と、補償量決定部とを備える。情報取得部は、予等化における補償量と、光信号又は受信信号に負荷される雑音の大きさとを変化させたときの受信信号の信号品質の情報を取得する。補償量決定部は、情報取得部が取得した情報に基づいて、光送信装置における予等化の補償量を決定する。
　送信信号生成部は、送信信号に、光送信装置のアナログデバイスの帯域制限による信号歪みを予等化するDigital Predistortion（ＤＰＤ）処理を行う。
　補償量決定部は、信号品質が所定より良い品質である条件を満たし、かつ、雑音が最大のときの補償量を取得する。
　光受信装置が受信する光信号の運用上の伝送品質と、信号品質が所定より良い品質である条件を満たすための最低限の伝送品質との差分が小さい場合、情報取得部は、雑音を負荷せず、かつ、予等化における補償量を変化させたときの受信信号の信号品質の情報を取得する。補償量決定部は、情報取得部が取得した情報に基づいて、光送信装置における予等化の補償量を決定する。
　上記の条件は、エラーフリーの復号が可能な信号品質である。
　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、具体的な構成はこれら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。
１、１１　光伝送システム
２　光送信装置
３、６　光受信装置
４　制御装置
５　伝送路
２１　デジタル信号処理部
２２　送信器
３１　受信器
３２　デジタル信号処理部
６１　受信器
６２　デジタル信号処理部
９１　プロセッサ
９２　記憶部
９３　通信インタフェース
９４　ユーザインタフェース
１００、１０１　光伝送システム
２００　光送信装置
２１０　送信信号生成部
２１１　符号化部
２１２　マッピング部
２１３　波形整形部
２１４　予等化部
２１５　デジタルアナログ変換部
２２０　光送信部
２２１　変調器ドライバ
２２２　変調部
３００、３０１　光受信装置
３１０　コヒーレント受信部
３２０　雑音負荷部
３３０　復調復号部
３３１　アナログデジタル変換部
３３２　波長分散補償部
３３３　偏波変動補償部
３３４　周波数オフセット部
３３５　キャリア位相補償部
３３６　シンボル判定部
３３７　復号部
３４０　指標値算出部
３５０　雑音負荷部
４００　制御装置
４１０　記憶部
４２０　補償量指示部
４３０　雑音負荷指示部
４４０　情報取得部
４５０　補償量決定部

Claims (8)

  1. 　光送信装置と、光受信装置と、制御装置とを備える光伝送システムであって、
    　前記光送信装置は、
    　予等化を行った送信信号を生成する送信信号生成部と、
    　前記送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した前記光信号を送信する光送信部とを備え、
    　前記光受信装置は、
    　前記光信号を受信し、受信した前記光信号を電気信号の受信信号に変換する光受信部と、
    　前記受信信号の復調及び復号を含む受信処理を行う信号処理部と、
    　前記光受信部が受信する前記光信号又は前記光受信部が変換した前記受信信号に雑音を負荷する雑音負荷部とを備え、
    　前記制御装置は、
    　前記予等化における補償量と、前記光信号又は前記受信信号に負荷される前記雑音の大きさとを変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を取得する情報取得部と、
    　前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する補償量決定部とを備える、
    　光伝送システム。
  2. 　前記送信信号生成部は、前記送信信号に、前記光送信装置のアナログデバイスの帯域制限による信号歪みを予等化するDigital Predistortion（ＤＰＤ）処理を行う、
    　請求項１に記載の光伝送システム。
  3. 　前記補償量決定部は、前記信号品質が所定より良い品質である条件を満たし、かつ、前記雑音が最大のときの補償量を取得する、
    　請求項１に記載の光伝送システム。
  4. 　前記光受信装置が受信する前記光信号の運用上の伝送品質と、信号品質が所定より良い品質である条件を満たすための最低限の伝送品質との差分が小さい場合、
    　前記情報取得部は、前記雑音を負荷せず、かつ、前記予等化における補償量を変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を取得し、
    　前記補償量決定部は、前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する、
    　請求項１に記載の光伝送システム。
  5. 　前記条件は、エラーフリーの復号が可能な信号品質である、
    　請求項３又は請求項４に記載の光伝送システム。
  6. 　予等化を行った送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した前記光信号を送信する光送信装置における前記予等化の補償量と、受信した前記光信号を電気信号の受信信号に変換し、変換された前記受信信号の復調及び復号を行う光受信装置において前記光信号又は前記受信信号に負荷する雑音の大きさとを変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を得る情報取得部と、
    　前記情報取得部が取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する補償量決定部と、
    　を備える制御装置。
  7. 　光送信装置が、予等化を行った送信信号を電気信号から光信号に変換し、変換した前記光信号を送信する送信ステップと、
    　光受信装置が、前記光信号を受信し、受信した前記光信号を電気信号の受信信号に変換する受信ステップと、
    　前記光受信装置が、前記受信信号の復調及び復号を含む受信処理を行う信号処理ステップと、
    　前記光受信装置が、前記受信ステップにおいて受信する前記光信号又は前記受信ステップにおいて変換された前記受信信号に雑音を負荷する雑音負荷ステップと、
    　制御装置が、前記予等化における補償量と、前記受信信号に負荷される雑音の大きさとを変化させたときの前記受信信号の信号品質の情報を得る情報取得ステップと、
    　前記制御装置が、前記情報取得ステップにおいて取得した前記情報に基づいて、前記光送信装置における前記予等化の補償量を決定する補償量決定ステップと、
    　を有する補償量決定方法。
  8. 　コンピュータを、
    　請求項６に記載の制御装置として機能させるためのプログラム。
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US20140341595A1 (en) * 2013-05-20 2014-11-20 Ciena Corporation Digital noise loading for optical receivers
JP2020191548A (ja) * 2019-05-22 2020-11-26 Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社 光伝送特性補償方法及び光伝送特性補償システム

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