WO2024201675A1 - 光受信装置及び信号処理方法 - Google Patents

光受信装置及び信号処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2024201675A1
WO2024201675A1 PCT/JP2023/012293 JP2023012293W WO2024201675A1 WO 2024201675 A1 WO2024201675 A1 WO 2024201675A1 JP 2023012293 W JP2023012293 W JP 2023012293W WO 2024201675 A1 WO2024201675 A1 WO 2024201675A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
waveform
signal
unit
electrical signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/012293
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
恭 蓑口
聖司 岡本
由明 木坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2025509301A priority Critical patent/JPWO2024201675A1/ja
Priority to PCT/JP2023/012293 priority patent/WO2024201675A1/ja
Publication of WO2024201675A1 publication Critical patent/WO2024201675A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
    • H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
    • H04B10/077—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using a supervisory or additional 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
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers

Definitions

  • the present invention relates to an optical receiving device and a signal processing method.
  • FIG 13 shows an example of the spectrum of an optical signal that has passed through an optical fiber transmission line and an optical amplifier and arrived at a receiver.
  • the receiver receives not only the optical signal but also noise.
  • P1 is the optical signal spectrum
  • P2 is the noise spectrum.
  • the quality of the optical signal received by the receiver is measured by the Optical to Signal and Noise Ratio (OSNR).
  • OSNR is the power ratio between the optical signal and noise. OSNR is calculated using the following formula (1).
  • OSNR optical signal power / noise power per 0.1 nm ... (1)
  • the frequency is equivalent to about 12.5 GHz.
  • an external measuring device In an environment where the OSNR of an optical fiber transmission line is to be measured, an external measuring device must be connected each time an OSNR measurement is performed. This makes the configuration and operation complicated.
  • the present invention aims to provide an optical receiving device and a signal processing method that can measure the OSNR in an optical fiber transmission line while reducing the complexity of the configuration and operation.
  • One aspect of the present invention is an optical receiving device that includes an optical signal receiving unit that receives a phase-modulated or quadrature amplitude-modulated optical signal generated by an optical transmitting device and converts the received optical signal into an electrical signal by coherent detection, an electrical signal processing unit that demodulates the electrical signal converted by the optical signal receiving unit, and an estimation unit that calculates a waveform consistency that quantitatively represents a match between a waveform represented by the electrical signal and a known waveform based on a demodulation result by the electrical signal processing unit, and estimates an optical signal-to-noise ratio using the calculated waveform consistency.
  • One aspect of the present invention is a signal processing method having a receiving step of receiving a phase-modulated or quadrature amplitude-modulated optical signal generated by an optical transmitting device and converting the received optical signal into an electrical signal by coherent detection, a signal processing step of demodulating the electrical signal, and an estimation step of calculating a waveform consistency that quantitatively represents a match between the waveform represented by the electrical signal and a known waveform based on the demodulation result in the signal processing step, and estimating an optical signal-to-noise ratio using the calculated waveform consistency.
  • the present invention makes it possible to measure the OSNR in optical fiber transmission paths while reducing the complexity of configuration and operation.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical communication system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of an optical transmitting unit according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of an optical receiving unit according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an analog device according to the embodiment.
  • 11 is a flowchart showing a procedure for calculating an OSNR of an optical transmission line according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a connection configuration for advance measurement of waveform consistency according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining OSNR estimation in the second embodiment.
  • 11 is a flowchart showing a procedure for calculating an OSNR of an optical transmission line according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a connection configuration for advance measurement of waveform consistency according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a waveform consistency advance measurement according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a connection configuration for advance measurement of waveform consistency according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a waveform consistency advance measurement according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the spectrum of an optical signal arriving at a receiver.
  • FIG. 1 illustrates a prior art optical receiving section.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of an optical communication system 1 according to the present embodiment.
  • the optical communication system 1 includes an optical transmitter 2, an optical transmission line 3, and an optical receiver 4.
  • the optical transmitting device 2 has an optical transmitting unit 20.
  • the optical transmitting unit 20 generates an optical signal and outputs the generated optical signal to the optical transmission path 3.
  • the optical transmission path 3 transmits the optical signal output by the optical transmitting device 2.
  • the optical signal transmitted through the optical transmission path 3 is input to the optical receiving device 4.
  • the optical transmission path 3 includes an optical fiber 31, which is a transmission medium for an optical signal. If the optical transmission path 3 includes an optical fiber 31, devices such as an optical amplifier 32, an optical switch (not shown), and a regenerative repeater may be inserted along the path.
  • the optical receiving device 4 has an optical receiving unit 40.
  • the optical receiving unit 40 receives the optical signal transmitted by the optical transmission path 3.
  • the optical receiving unit 40 measures the OSNR based on the received optical signal.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the optical transmission unit 20.
  • the optical transmission unit 20 may be an optical transmitter of the prior art.
  • the optical transmission unit 20 has an electrical signal generation unit 21 and an optical signal generation unit 26.
  • the electrical signal generating unit 21 encodes the information source and converts it into an electrical signal waveform.
  • the electrical signal waveform is the waveform of a digitally modulated signal that has been converted by phase modulation or quadrature amplitude modulation.
  • the electrical signal generating unit 21 includes an encoding unit 22, a mapping unit 23, a spectrum shaping unit 24, and a DA (digital-to-analog) conversion unit 25.
  • the encoding unit 22 generates a transmission signal by encoding a transmission bit sequence from an information source.
  • the mapping unit 23 maps the encoded transmission signal to symbols for phase modulation or quadrature amplitude modulation.
  • the spectrum shaping unit 24 shapes the spectrum (waveform) of the transmission signal by sampling the symbol-mapped transmission signal.
  • the spectrum shaping unit 24 may compensate for distortion of the waveform of the spectrum-shaped transmission signal by pre-equalization.
  • the DA conversion unit 25 converts the transmission signal from a digital signal to an analog signal, and outputs the converted analog signal to the optical signal generation unit 26.
  • FIG. 14 is a diagram showing the configuration of a conventional optical receiving unit 90.
  • a conventional optical communication system has an optical receiving unit 90 shown in FIG. 14 instead of the optical receiving unit 40 shown in FIG. 1.
  • the optical receiving unit 90 has an optical signal receiving unit 91, an electrical signal processing unit 92, and a branching unit 93.
  • the optical signal receiving unit 91 converts the received optical signal into an electrical signal and outputs the converted electrical signal to the electrical signal processing unit 92.
  • the electrical signal processing unit 92 performs digital signal reception processing on the electrical signal input from the optical signal receiving unit 91.
  • the branching unit 93 and the OSNR estimation device 94 are connected by an optical fiber.
  • the branching unit 93 branches a part of the optical signal input from the optical transmission path 3 to the optical signal receiving unit 91 and outputs it to the OSNR estimation device 94.
  • the OSNR estimation device 94 measures the OSNR using the optical signal branched by the branching unit 93.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the optical receiving unit 40.
  • the optical receiving unit 40 has an optical signal receiving unit 41 and an electrical signal processing unit 42.
  • the optical signal receiving unit 41 is a coherent optical receiving unit.
  • the optical signal receiving unit 91 included in the conventional optical receiving unit 90 may be used as the optical signal receiving unit 41.
  • the optical signal receiving unit 41 is configured with a 90-degree optical hybrid circuit, a local oscillator light source, a photodetector, and an optical fiber that couples them as a minimum unit.
  • the optical signal receiving unit 41 may include other optical devices such as an optical attenuator.
  • the optical signal receiving unit 41 receives an optical signal transmitted through the optical transmission path 3.
  • the optical signal receiving unit 41 converts the received optical signal into an electrical signal while maintaining the phase and amplitude of the optical signal, and outputs the converted electrical signal to the electrical signal processing unit 42.
  • the electrical signal processing unit 42 performs digital signal reception processing such as demodulation on the electrical signal input from the optical signal receiving unit 41.
  • the digital signal reception processing performed by the electrical signal processing unit 42 may be similar to the digital signal reception performed by the electrical signal processing unit 42 of the conventional optical receiving unit 90.
  • the electrical signal processing unit 42 estimates the OSNR of the optical transmission path 3 using the symbols obtained by demodulation.
  • the electrical signal processing unit 42 includes an analog-to-digital (AD) conversion unit 43, a demodulation unit 44, a decoding unit 45, and an OSNR estimation unit 46.
  • AD analog-to-digital
  • the AD conversion unit 43 converts the received signal output by the optical signal receiving unit 41 from an analog signal to a digital signal.
  • the demodulation unit 44 determines the symbol of the received signal converted to a digital signal by the AD conversion unit 43, and converts the determined symbol into binary data. Note that the demodulation unit 44 may compensate for the frequency characteristics of the optical signal receiving unit 41 and compensate for chromatic dispersion received in the optical transmission path 3 before symbol determination. Furthermore, the demodulation unit 44 may perform equalization processing on the compensated electrical signal.
  • the decoding unit 45 decodes the binary data demapped by the demodulation unit 44 to obtain a received bit sequence.
  • any processing method can be used for the compensation of frequency characteristics, compensation of chromatic dispersion, equalization processing, symbol determination in the demodulation unit 44, and decoding in the decoding unit 45.
  • the OSNR estimation unit 46 calculates the OSNR of the optical transmission path 3 using the difference between the symbol determined in the demodulation unit 44 and a known symbol.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of an analog device in the optical communication system 1 shown in FIG. 1.
  • the optical transmitting unit 200 is used as the optical transmitting unit 20 shown in FIG. 2, and the optical receiving unit 400 is used as the optical receiving unit 40 shown in FIG. 3.
  • the optical transmitting unit 200 has a digital circuit 211, a DAC (digital-to-analog converter) 212, and an optical signal generating unit 260.
  • the digital circuit 211 corresponds to the encoding unit 22, mapping unit 23, and spectrum shaping unit 24 shown in FIG. 2
  • the DAC 212 corresponds to the DA conversion unit 25 shown in FIG. 2
  • the optical signal generating unit 260 corresponds to the optical signal generating unit 26 shown in FIG. 2.
  • the optical receiving unit 400 has an optical signal receiving unit 410, an ADC (analog-to-digital converter) 421, and a digital circuit 422.
  • the optical signal receiving unit 410 corresponds to the optical signal receiving unit 41 shown in FIG. 3
  • the ADC 421 corresponds to the AD conversion unit 43 shown in FIG. 3
  • the digital circuit 422 corresponds to the demodulation unit 44, the decoding unit 45, and the OSNR estimation unit 46 shown in FIG. 3.
  • the optical 90-degree hybrid 411 of the optical signal receiving unit 410 receives the optical signal output by the optical transmitting unit 200.
  • the X-polarized wave of the received optical signal is SX
  • the Y-polarized wave of the received optical signal is SY
  • the local light output from the LD (laser diode) 412 is L
  • the local light with a phase shift of 90 degrees is Lj.
  • the optical 90-degree hybrid 411 outputs SX+L to PD (photodiode) 413-1, SX-L to PD413-2, SX+Lj to PD413-3, SX-Lj to PD413-4, SY+L to PD413-5, SY-L to PD413-6, SY+Lj to PD413-7, and SY-Lj to PD413-8.
  • the amplifier 414-1 amplifies the I component (XI) of the X-polarized wave extracted as the difference between the photocurrents output from PD413-1 and PD413-2, and outputs it to the ADC 421.
  • the amplifier 414-2 amplifies the Q component (XQ) of the X-polarized wave extracted as the difference between the photocurrents output from PD413-3 and PD413-4, and outputs it to the ADC 421.
  • the amplifier 414-3 amplifies the I component (YI) of the Y-polarized wave extracted as the difference between the photocurrents output from PD413-5 and PD413-6, and outputs it to the ADC 421.
  • the amplifier 414-4 amplifies the Q component (YQ) of the Y-polarized wave extracted as the difference between the photocurrents output from PD413-7 and PD413-8, and outputs it to the ADC 421.
  • the ADC 421 converts the electrical signals output from the amplifiers 414-1 to 414-4 from analog to digital signals, and outputs the converted digital signals to the digital circuit 422.
  • the digital circuit 422 performs digital signal reception processing, including demodulation, demapping, and decoding, on the digital signals received from the ADC 421, and performs OSNR estimation.
  • the optical signal generating unit 260 and the optical signal receiving unit 410 are analog devices 11.
  • the waveform consistency ⁇ is calculated and defined as the following formula (2).
  • step S11 is a flow diagram showing a procedure for calculating the OSNR of the optical transmission line 3.
  • FIG. 6 is a diagram showing a connection configuration in the pre-measurement in step S11.
  • a communication device 51 having an optical transmitting unit 20 and a communication device 52 having an optical receiving unit 40 are connected by a short optical transmission path 53.
  • the communication device 51 may be the optical transmitting device 2, and the communication device 52 may be the optical receiving device 4.
  • the optical transmitting unit 20 generates an optical signal of a known signal and outputs it to the optical transmission path 53.
  • the optical receiving unit 40 receives the optical signal transmitted through the optical transmission path 53 and performs reception processing.
  • the OSNR estimator 46 of the optical receiving unit 40 receives the determination result of N symbols from the demodulator 44.
  • the determination result indicates the received symbols s(1) to s(N).
  • the OSNR estimator 46 calculates the waveform matching ⁇ pre by using the received symbol s(k) and the known symbol d(k) according to the formula (2) (k is an integer between 1 and N).
  • the OSNR in the operating environment of the optical transmitter 2 and the optical receiver 4 is calculated (step S12). That is, in the optical communication system 1 in the operating environment shown in Fig. 1, the optical transmitter 20 of the optical transmitter 2 generates an optical signal of a known signal and outputs it to the optical transmission line 3.
  • the optical receiver 40 of the optical receiver 4 receives the optical signal transmitted through the optical transmission line 3 and performs reception processing.
  • the OSNR estimator 46 receives the judgment result of N symbols from the demodulator 44.
  • the OSNR estimator 46 calculates the waveform matching ⁇ est by using the received symbol s(k) of the judgment result and the known symbol d(k) according to the formula (2) (k is an integer between 1 and N).
  • the OSNR estimator 46 of the optical receiver 40 previously acquires and stores the waveform matching ⁇ pre measured in step S11.
  • the OSNR estimator 46 estimates the OSNR in the optical transmission path 3.
  • the OSNR in the optical transmission path 3 is calculated by the following formula (4).
  • BDR is the baud rate of the signal (unit: Gbaud).
  • Formula (4) is a formula assuming that the central wavelength of the optical signal is 1550 nm. Therefore, in accordance with the definition of OSNR, BDR is divided by 12.5 GHz, which is the frequency conversion of the wavelength. If the central wavelength of the optical signal is in another wavelength band, a value other than 12.5 can be used in formula (4) according to the frequency conversion of the central wavelength.
  • the OSNR estimator 46 subtracts the reciprocal ⁇ pre -1 of the waveform consistency ⁇ pre measured in step S11 from the reciprocal ⁇ est -1 of the waveform consistency ⁇ est calculated in step S12 (step S13).
  • the OSNR estimator 46 substitutes the calculation result of ( ⁇ est ⁇ 1 ⁇ pre ⁇ 1 ) in step S13 into equation (4) to calculate the OSNR taking into account the baud rate of the optical signal (step S14).
  • the OSNR measured by an optical spectrum analyzer such as the OSNR estimation device 94 shown in FIG. 14 is expressed as the difference between the signal power and the noise power, and the measured OSNR does not include the power of distortion.
  • the OSNR estimation unit 46 of this embodiment calculates the OSNR by subtracting the power of distortion from the waveform consistency, thereby improving the accuracy of estimating the OSNR in the optical transmission path 3.
  • an OSNR is measured without the influence of the bit width of an analog device or a digital circuit or signal processing.
  • the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining OSNR estimation in the second embodiment.
  • the digital circuit (A) such as the electrical signal generation unit 21 of the optical transmission unit 20 and the electrical signal processing unit 42 of the optical reception unit 40, experiences an increase in bit width and control errors, resulting in a decrease in waveform consistency.
  • the waveform consistency affected by the digital circuit (A) is denoted as ⁇ dsp .
  • the waveform consistency is further decreased by the imperfection (B) of the analog device, which includes the optical signal generation unit 26 of the optical transmission unit 20 and the optical signal reception unit 41 of the optical reception unit 40.
  • the waveform consistency affected by the imperfection (B) of this analog device is denoted as ⁇ dev .
  • the true value of the OSNR in the optical transmission line 3 is measured immediately before being output to the optical receiving unit 40 (C).
  • the waveform consistency estimated after the optical receiving unit 40 performs reception processing includes the effects of ⁇ dsp and ⁇ dev , and is therefore smaller than the true value of the OSNR measured by an external measuring device or the like. Therefore, the OSNR estimator 46 of the optical receiving unit 40 estimates the true value of the OSNR that accounts for only the noise generated in the optical transmission line 3 by subtracting the degradation due to ⁇ dsp and ⁇ dev from the measured OSNR.
  • FIG. 9 is a diagram showing a connection configuration for advance measurement of waveform consistency ⁇ dev .
  • an ideal waveform generator 61 To advance measurement of waveform consistency ⁇ dev , an ideal waveform generator 61, an analog device 62, an ideal waveform extractor 63, and an offline waveform processor 64 are connected in this order.
  • the ideal waveform extractor 63 is, for example, a Digital Storage Oscilloscope.
  • the ideal waveform extractor 63 converts the electrical signal output by the analog device 62 from an analog signal to a digital signal, and outputs it to the offline waveform processing device 64.
  • the waveform generator 65 performs offline processing similar to that performed by the encoding unit 22, mapping unit 23, and spectrum shaping unit 24 of the electric signal generator 21. This generates a digital signal having a transmission signal waveform with a certain bit width and a large control error.
  • the offline waveform processor 64 performs offline digital signal reception processing similar to that performed by the demodulator 44 of the electric signal processor 42 on the digital signal generated by the waveform generator 65.
  • the offline waveform processor 64 measures waveform consistency ⁇ dsp according to equation (2) using the difference between the received symbol obtained in the digital signal reception processing and a known symbol.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of pre-measurement of waveform consistency ⁇ dsp by simulation.
  • a simulator (not shown) performs the following processing by offline processing described in C, C#, MATLAB (registered trademark), python, etc.
  • the simulator generates a digital signal of a transmission signal waveform with a bit width and a large control error by processing similar to that of the coding unit 22, mapping unit 23, and spectrum shaping unit 24 of the electric signal generating unit 21 (step S41).
  • the simulator performs processing similar to that of step S34 of FIG. 10, and performs offline digital signal reception processing similar to that of the demodulation unit 44 of the electric signal processing unit 42 on the signal obtained in step S41.
  • the simulator measures waveform consistency ⁇ dsp by equation (2) using the difference between the received symbol obtained in the digital signal reception processing and the known symbol (step S42).
  • the OSNR in the operating environment of the optical transmitting device 2 and the optical receiving device 4 is calculated (step S23). This is performed in the same manner as step S12 in the first embodiment shown in Fig. 5. That is, in the optical communication system 1 in the operating environment shown in Fig. 1, the optical transmitting unit 20 of the optical transmitting device 2 generates an optical signal of a known signal and outputs it to the optical transmission line 3. The optical receiving unit 40 of the optical receiving device 4 receives the optical signal transmitted through the optical transmission line 3 and performs reception processing. The OSNR estimating unit 46 of the optical receiving unit 40 calculates the waveform consistency ⁇ est by equation (2) using the symbol determined by the demodulating unit 44.
  • the OSNR estimation unit 46 estimates the OSNR in the optical transmission path 3.
  • the OSNR in the optical transmission path 3 is calculated by the following formula (5).
  • BDR is the baud rate of the signal (unit: Gbaud).
  • Formula (5) is a formula assuming that the central wavelength of the optical signal is 1550 nm. Therefore, in accordance with the definition of OSNR, BDR is divided by 12.5 GHz, which is the frequency conversion of the wavelength. If the central wavelength of the optical signal is in another wavelength band, a value other than 12.5 can be used in formula (5) according to the frequency conversion of the central wavelength.
  • the OSNR estimator 46 of the optical receiver 40 acquires and stores the waveform consistency ⁇ dev measured in step S21 and the waveform consistency ⁇ dsp measured in step S22.
  • the OSNR estimator 46 substitutes the calculation result of ( ⁇ est ⁇ 1 ⁇ dev ⁇ 1 ⁇ dsp ⁇ 1 ) in step S24 into equation (5) to calculate the OSNR taking into account the baud rate of the optical signal (step S25).
  • the OSNR estimator 46 calculates the OSNR using ( ⁇ est -1 - ⁇ dsp -1 ) instead of ( ⁇ est -1 - ⁇ dev -1 - ⁇ dsp -1 ).
  • the OSNR estimator 46 calculates the OSNR using ( ⁇ est -1 - ⁇ dev -1 ) instead of ( ⁇ est -1 - ⁇ dev -1 - ⁇ dsp -1 ).
  • the electrical signal processing unit 42 may include a processor, memory, auxiliary storage device, etc., which are connected via a bus, and the processor may execute a program to realize the functions of the OSNR estimation unit 46.
  • the processor may be, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit). All or part of the functions of the OSNR estimation unit 46 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 program of the OSNR estimation unit 46 may be recorded on a computer-readable recording medium.
  • Examples of computer-readable recording media include 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 program of the OSNR estimation unit 46 may be transmitted via a telecommunications line.
  • the OSNR estimator 46 may be provided outside the electrical signal processor 42 or outside the optical receiver 40.
  • the estimation unit may acquire a second waveform consistency ⁇ dev calculated based on a demodulation result when the optical signal receiving unit converts a second optical signal generated by modulating an electrical signal having an ideal signal waveform free of distortion and noise by a first analog device of the optical transmitting device into a second electrical signal, and the electrical signal processing unit demodulates the second electrical signal.
  • the estimation unit may estimate an optical signal-to-noise ratio excluding influences on the signal waveform by the first analog device and the second analog device used in the optical signal receiving unit, using the first waveform consistency ⁇ est and the second waveform consistency ⁇ dev .
  • the first analog device corresponds to the optical signal generating unit 26, 260 of the embodiment
  • the second analog device corresponds to the optical signal receiving unit 41, 410 of the embodiment.
  • the estimation unit may obtain a third waveform consistency ⁇ dsp calculated based on a demodulation result when a third electrical signal generated by a first digital circuit of the optical transmitting device is demodulated in an electrical signal processing unit.
  • the estimation unit estimates an optical signal-to-noise ratio excluding influences on a signal waveform by the first digital circuit and a second digital circuit used in the electrical signal processing unit, using the first waveform consistency ⁇ est and the third waveform consistency ⁇ dsp .
  • the first digital circuit corresponds to the encoding unit 22, the mapping unit 23, the spectrum shaping unit 24, and the digital circuit 211 of the embodiment
  • the second digital circuit corresponds to the demodulation unit 44 and the digital circuit 422 of the embodiment.
  • the estimation unit may estimate an optical signal-to-noise ratio excluding effects on the signal waveforms by the first analog device, the second analog device, the first digital circuit, and the second digital circuit, using the first waveform consistency ⁇ est , the second waveform consistency ⁇ dev, and the third waveform consistency ⁇ dsp .
  • the estimation unit may acquire a fourth waveform consistency ⁇ pre calculated based on a demodulation result when the optical signal receiving unit converts a fourth optical signal received from the optical transmitting device without passing through an optical amplifier into a fourth electrical signal and the electrical signal processing unit demodulates the fourth electrical signal.
  • the estimation unit estimates an optical signal-to-noise ratio excluding an influence of signal distortion due to the optical amplifier by using the first waveform consistency ⁇ est and the fourth waveform consistency ⁇ pre .
  • Optical communication system 2 Optical transmitter 3 Optical transmission path 4 Optical receiver 11 Analog device 21 Electric signal generator 22 Encoder 23 Mapping unit 24 Spectral shaping unit 25 DA converter 26 Optical signal generator 31 Optical fiber 32 Optical amplifier 41 Optical signal receiver 42 Electric signal processor 43 AD converter 44 Demodulator 45 Decoder 46 OSNR estimator 51, 52 Communication device 61 Ideal waveform generator 62 Analog device 63 Ideal waveform extractor 64 Offline waveform processor 65 Waveform generator 200 Optical transmitter 211 Digital circuit 212 DAC 260 Optical signal generating unit 261 Amplifier 262 Optical modulator 263 LD 411 Optical 90 degree hybrid 412 LD 413-1 to 413-8 PD 414-1 to 414-8 Amplifier 421 ADC 422 Digital Circuit

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

光受信装置は、光信号受信部と、電気信号処理部と、推定部とを有する。光信号受信部は、光送信装置が生成した位相変調または直交振幅変調の光信号を受信し、受信した光信号をコヒーレント検波して電気信号に変換する。電気信号処理部は、光信号受信部が変換した電気信号を復調する。推定部は、電気信号処理部による復調結果に基づいて、電気信号が表す波形と既知の波形との一致を定量的に表す波形一致性を算出し、算出した波形一致性を用いて光信号対雑音比を推定する。

Description

光受信装置及び信号処理方法
　本発明は、光受信装置及び信号処理方法に関する。
　コヒーレント光通信においては、偏波／位相ダイバーシティ送受信が実現されている。また、受信側で得られる位相情報を活用したデジタル信号処理が実現されている（例えば、非特許文献１、２参照）。
　図１３は、光ファイバ伝送路や光増幅器を通過して受信機に着信した光信号のスペクトルの例を示す図である。受信機は、光信号だけではなく、雑音も受信する。Ｐ１は光信号スペクトルであり、Ｐ２は雑音スペクトルである。受信機が受信した光信号の品質は、Optical to Signal and Noise Ratio（ＯＳＮＲ）により測られる。ＯＳＮＲは、光信号と雑音の電力比である。ＯＳＮＲは、以下の式（１）により算出される。
ＯＳＮＲ＝光信号電力／０．１ｎｍあたりの雑音電力　　　…（１）
　例えば、１５５０ｎｍ付近では、周波数換算すると約１２．５ＧＨｚである。
Seb J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers," Optics express, Vol. 16, Issue 2, pp. 804-817 (2008). K. Kikuchi, "Fundamentals of Coherent Optical Fiber Communications," in Journal of Lightwave Technology, Vol. 34, No. 1, pp. 157-179, 1 Jan.1, 2016.
　光ファイバ伝送路におけるＯＳＮＲを計測する環境下では、ＯＳＮＲ測定を実施する都度、外部測定器を接続する必要がある。そのため、構成およびその運用が煩雑化する。
　上記事情に鑑み、本発明は、構成及び運用の煩雑化を低減しながら光ファイバ伝送路におけるＯＳＮＲを計測することができる光受信装置及び信号処理方法を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、光送信装置が生成した位相変調または直交振幅変調の光信号を受信し、受信した前記光信号をコヒーレント検波して電気信号に変換する光信号受信部と、前記光信号受信部が変換した前記電気信号を復調する電気信号処理部と、前記電気信号処理部による復調結果に基づいて、前記電気信号が表す波形と既知の波形との一致を定量的に表す波形一致性を算出し、算出した前記波形一致性を用いて光信号対雑音比を推定する推定部と、を備える光受信装置である。
　本発明の一態様は、光送信装置が生成した位相変調または直交振幅変調の光信号を受信し、受信した前記光信号をコヒーレント検波して電気信号に変換する受信ステップと、前記電気信号を復調する信号処理ステップと、前記信号処理ステップにおける復調結果に基づいて、前記電気信号が表す波形と既知の波形との一致を定量的に表す波形一致性を算出し、算出した前記波形一致性を用いて光信号対雑音比を推定する推定ステップと、を有する信号処理方法である。
　本発明により、構成及び運用の煩雑化を低減しながら光ファイバ伝送路におけるＯＳＮＲを計測可能となる。
本発明の第１の実施形態による光通信システムの構成図である。 同実施形態による光送信部の構成例を示す図である。 同実施形態による光受信部の構成例を示す図である。 同実施形態によるアナログデバイスの例を示す図である。 同実施形態による光伝送路のＯＳＮＲ算出手順を示すフロー図である。 同実施形態による波形一致性事前測定のための接続構成を示す図である。 第２の実施形態におけるＯＳＮＲ推定を説明するための図である。 同実施形態による光伝送路のＯＳＮＲ算出手順を示すフロー図である。 同実施形態による波形一致性事前測定のための接続構成を示す図である。 同実施形態による波形一致性事前測定の例を示す図である。 同実施形態による波形一致性事前測定のための接続構成を示す図である。 同実施形態による波形一致性事前測定の例を示す図である。 受信機に着信した光信号のスペクトルの例を示す図である。 従来技術の光受信部を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１の実施形態］
　図１は、本実施形態の光通信システム１の構成例を示す図である。光通信システム１は、光送信装置２と、光伝送路３と、光受信装置４とを有する。
　光送信装置２は、光送信部２０を有する。光送信部２０は、光信号を生成し、生成した光信号を光伝送路３に出力する。光伝送路３は、光送信装置２が出力した光信号を伝送する。光伝送路３を伝送した光信号は、光受信装置４に入力される。光伝送路３は、光信号の伝送媒体である光ファイバ３１を含む。光伝送路３は、光ファイバ３１を含んでいれば、途中で光増幅器３２や図示しない光スイッチ、再生中継器などのデバイスが挿入されてもよい。光受信装置４は、光受信部４０を有する。光受信部４０は、光伝送路３が伝送した光信号を受信する。光受信部４０は、受信した光信号に基づいてＯＳＮＲを測定する。
　図２は、光送信部２０の構成例を示す図である。光送信部２０には、従来技術の光送信機を用いることができる。光送信部２０は、電気信号生成部２１と、光信号生成部２６とを有する。
　電気信号生成部２１は、情報源を符号化して電気信号波形に変換する。電気信号波形は、位相変調または直交振幅変調により変換されたデジタル変調信号の波形である。電気信号生成部２１は、符号化部２２と、マッピング部２３と、スペクトル整形部２４と、ＤＡ（デジタルアナログ）変換部２５とを備える。
　符号化部２２は、情報源の送信ビット系列を符号化して送信信号を生成する。マッピング部２３は、符号化された送信信号を、位相変調または直交振幅変調のシンボルにマッピングする。スペクトル整形部２４は、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ことにより、送信信号のスペクトル（波形）を整形する。スペクトル整形部２４は、スペクトルを整形した送信信号の波形の歪みを予等化により補償してもよい。ＤＡ変換部２５は、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信号生成部２６に出力する。
　光信号生成部２６は、局部発振レーザが出力した光を、電気信号生成部２１から出力された電気信号波形により変調し、変調信号が重畳された光信号に変換する。光信号生成部２６は、変換された光信号を光伝送路３に出力する。
　ここで、本実施形態の光受信部４０の構成を説明する前に、ＯＳＮＲ測定を行うための従来の構成を説明する。図１４は、従来の光受信部９０の構成を示す図である。従来の光通信システムは、図１に示す光受信部４０に代えて、図１４示す光受信部９０を有する。光受信部９０は、光信号受信部９１と、電気信号処理部９２と、分岐部９３とを有する。光信号受信部９１は、受信した光信号を電気信号に変換し、変換された電気信号を電気信号処理部９２へ出力する。電気信号処理部９２は、光信号受信部９１から入力した電気信号にデジタル信号受信処理を行う。ＯＳＮＲの測定時、分岐部９３とＯＳＮＲ推定装置９４とが光ファイバにより接続される。分岐部９３は、光伝送路３から光信号受信部９１へ入力される光信号の一部を分岐してＯＳＮＲ推定装置９４に出力する。ＯＳＮＲ推定装置９４は、分岐部９３が分岐した光信号を用いて、ＯＳＮＲを測定する。
　このように、従来のＯＳＮＲ測定では、光伝送路３と光信号受信部９１との間に分岐部９３を挿入してＯＳＮＲ推定装置９４を接続する必要があった。加えて、ＯＳＮＲ推定装置９４は大型の装置であることが多い。よって、ＯＳＮＲ測定のための構成や運用は煩雑であった。
　図３は、光受信部４０の構成例を示す図である。光受信部４０は、光信号受信部４１と、電気信号処理部４２とを有する。光信号受信部４１は、コヒーレント光受信部である。光信号受信部４１として、従来の光受信部９０が備える光信号受信部９１を用いてもよい。光信号受信部４１は、９０度光ハイブリッド回路、局部発振光源、光検出器およびそれらを結合する光ファイバを最小単位として構成される。光信号受信部４１は、光減衰器など他の光デバイスを含んでも構わない。光信号受信部４１は、光伝送路３を伝送した光信号を受信する。光信号受信部４１は、受信した光信号の位相及び振幅を保ったまま電気信号に変換し、変換された電気信号を電気信号処理部４２へ出力する。
　電気信号処理部４２は、光信号受信部４１から入力した電気信号に復調などのデジタル信号受信処理を行う。電気信号処理部４２が行うデジタル信号受信処理は、従来の光受信部９０の電気信号処理部４２が行うデジタル信号受信と同様でもよい。さらに、電気信号処理部４２は、復調により得られたシンボルを用いて、光伝送路３のＯＳＮＲを推定する。電気信号処理部４２は、アナログデジタル（ＡＤ）変換部４３と、復調部４４と、復号部４５と、ＯＳＮＲ推定部４６とを備える。
　ＡＤ変換部４３は、光信号受信部４１が出力した受信信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。復調部４４は、ＡＤ変換部４３によりデジタル信号に変換され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。なお、復調部４４は、シンボル判定前に、受信信号に、光信号受信部４１における周波数特性の補償や、光伝送路３において受けた波長分散の補償などを行ってもよい。さらに、復調部４４は、補償が行われた電気信号に等化処理を行ってもよい。復号部４５は、復調部４４によりデマッピングされたバイナリデータを復号して受信ビット系列を得る。
　なお、復調部４４における周波数特性の補償、波長分散の補償、等化処理、シンボル判定、及び、復号部４５における復号には任意の処理方式を用いることができる。ＯＳＮＲ推定部４６は、復調部４４において判定されたシンボルと、既知のシンボルとの差分を用いて、光伝送路３のＯＳＮＲを算出する。
　図４は、図１に示す光通信システム１におけるアナログデバイスの例を示す図である。光送信部２００は、図２に示す光送信部２０として用いられ、光受信部４００は、図３に示す光受信部４０として用いられる。
　光送信部２００は、デジタル回路２１１と、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）２１２と、光信号生成部２６０とを有する。デジタル回路２１１は、図２に示す符号化部２２、マッピング部２３及びスペクトル整形部２４に対応し、ＤＡＣ２１２は、図２示すＤＡ変換部２５に対応し、光信号生成部２６０は、図２に示す光信号生成部２６に対応する。
　デジタル回路２１１は、送信ビット列を符号化し、符号化された送信信号をシンボルにマッピングする。デジタル回路２１１は、シンボルマッピングされた送信信号のアップサンプリングを行い、サンプリングされた送信信号に帯域制限や、波形の歪みを補償する予等化を行った後、ＤＡＣ２１２に出力する。ＤＡＣ２１２は、送信信号のＸ偏波及びＹ偏波それぞれのＩ（同相）成分及びＱ（直交）成分を光信号生成部２６０に出力する。
　光信号生成部２６０の増幅器２６１－１～２６１－４はそれぞれ、ＤＡＣ２１２から入力したＸ偏波のＩ成分（ＸＩ）、Ｘ偏波のＱ成分（ＸＱ）、Ｙ偏波のＩ成分（ＹＩ）、Ｙ偏波のＱ成分（ＹＩ）を増幅して光変調器２６２に出力する。光変調器２６２は、ＬＤ（Laser Diode；半導体レーザ）２６３が出力した光を、Ｘ偏波のＩ成分（ＸＩ）及びＸ偏波のＱ成分（ＸＱ）により変調してＸ偏波の光信号を生成する。さらに、光変調器２６２は、ＬＤ２６３が出力した光を、Ｙ偏波のＩ成分（ＸＩ）及びＸ偏波のＱ成分（ＸＱ）により変調してＹ偏波の光信号を生成する。光変調器２６２は、Ｘ偏波の光信号とＹ偏波の光信号とを偏波合成した光信号を出力する。
　光受信部４００は、光信号受信部４１０と、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）４２１と、デジタル回路４２２とを有する。光信号受信部４１０は、図３に示す光信号受信部４１に対応し、ＡＤＣ４２１は、図３に示すＡＤ変換部４３に対応し、デジタル回路４２２は、図３に示す復調部４４、復号部４５及びＯＳＮＲ推定部４６に対応する。
　光信号受信部４１０の光９０度ハイブリッド４１１は、光送信部２００が出力した光信号を受信する。受信した光信号のＸ偏波をＳＸ、受信した光信号のＹ偏波をＳＹとし、ＬＤ（レーザーダイオード）４１２から出力された局発光をＬ、位相を９０度ずらした局発光をＬｊとする。光９０度ハイブリッド４１１は、ＳＸ＋ＬをＰＤ（フォトダイオード）４１３－１に、ＳＸ－ＬをＰＤ４１３－２に、ＳＸ＋ＬｊをＰＤ４１３－３に、ＳＸ－ＬｊをＰＤ４１３－４に、ＳＹ＋ＬをＰＤ４１３－５に、ＳＹ－ＬをＰＤ４１３－６に、ＳＹ＋ＬｊをＰＤ４１３－７に、ＳＹ－ＬｊをＰＤ４１３－８に出力する。
　増幅器４１４－１は、ＰＤ４１３－１及びＰＤ４１３－２それぞれから出力された光電流の差分として抽出されたＸ偏波のＩ成分（ＸＩ）を増幅してＡＤＣ４２１に出力する。増幅器４１４－２は、ＰＤ４１３－３及びＰＤ４１３－４それぞれから出力された光電流の差分として抽出されたＸ偏波のＱ成分（ＸＱ）を増幅してＡＤＣ４２１に出力する。増幅器４１４－３は、ＰＤ４１３－５及びＰＤ４１３－６それぞれから出力された光電流の差分として抽出されたＹ偏波のＩ成分（ＹＩ）を増幅してＡＤＣ４２１に出力する。増幅器４１４－４は、ＰＤ４１３－７及びＰＤ４１３－８それぞれから出力された光電流の差分として抽出されたＹ偏波のＱ成分（ＹＱ）を増幅してＡＤＣ４２１に出力する。
　ＡＤＣ４２１は、増幅器４１４－１～４１４－４それぞれから出力された電気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デジタル回路４２２に出力する。デジタル回路４２２は、ＡＤＣ４２１から受信したデジタル信号に復調、デマッピング及び復号を含むデジタル信号受信処理と、ＯＳＮＲ推定とを行う。
　図４の構成において、光信号生成部２６０及び光信号受信部４１０は、アナログデバイス１１である。
　続いて、光伝送路３のＯＳＮＲの算出について説明する。ここでまず、波形一致性について説明する。波形一致性γは、以下の式（２）のように算出及び定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（２）において、ｋはインデックスであり、Ｎは波形一致性γを算出する対象のシンボル数であり、ｓ（ｋ）はインデックスｋの受信シンボルであり、ｄ（ｋ）はインデックスｋの既知シンボルである。歪みが残留する状況化においては、式（３）の関係が成立する。
γ＝信号電力／（雑音電力＋歪みの電力）　　　　…（３）
　図５は、光伝送路３のＯＳＮＲ算出手順を示すフロー図である。まず、光増幅器３２による雑音がない条件下において、光送信部２０から送信された光信号を、光受信部４０が受信した場合の波形一致性γｐｒｅを事前測定する（ステップＳ１１）。
　図６は、ステップＳ１１の事前測定における接続構成を示す図である。図６に示すように、事前測定においては、光送信部２０を備えた通信装置５１と光受信部４０を備えた通信装置５２とを、短い光伝送路５３により接続する。通信装置５１は光送信装置２でもよく、通信装置５２は光受信装置４でもよい。光送信部２０は既知信号の光信号を生成し、光伝送路５３に出力する。光受信部４０は、光伝送路５３を伝送した光信号を受信し、受信処理を行う。光受信部４０のＯＳＮＲ推定部４６は、復調部４４からＮ個のシンボルの判定結果を受信する。判定結果は、受信シンボルｓ（１）～ｓ（Ｎ）を示す。ＯＳＮＲ推定部４６は、受信シンボルｓ（ｋ）と、既知シンボルｄ（ｋ）とを用いて、式（２）により波形一致性γｐｒｅを算出する（ｋは１以上Ｎ以下の整数）。
　続いて、図５に示すように、光送信装置２及び光受信装置４の運用環境下におけるＯＳＮＲを算出する（ステップＳ１２）。すなわち、図１に示す運用環境の光通信システム１において、光送信装置２の光送信部２０は既知信号の光信号を生成し、光伝送路３に出力する。光受信装置４の光受信部４０は、光伝送路３を伝送した光信号を受信し、受信処理を行う。ＯＳＮＲ推定部４６は、復調部４４からＮ個のシンボルの判定結果を受信する。ＯＳＮＲ推定部４６は、判定結果の受信シンボルｓ（ｋ）と、既知シンボルｄ（ｋ）とを用いて、式（２）により波形一致性γｅｓｔを算出する（ｋは１以上Ｎ以下の整数）。なお、光受信部４０のＯＳＮＲ推定部４６は、ステップＳ１１において測定された波形一致性γｐｒｅを予め取得し、記憶している。
　続いて、ＯＳＮＲ推定部４６は、光伝送路３におけるＯＳＮＲを推定する。光伝送路３におけるＯＳＮＲは、以下の式（４）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（４）において、ＢＤＲは、信号のボーレート（単位：Ｇｂａｕｄ）である。式（４）は、光信号の中心波長が１５５０ｎｍである場合を想定した式である。そのため、ＯＳＮＲの定義に従い、その波長を周波数換算した１２．５ＧＨｚによりＢＤＲを除算している。光信号の中心波長が他の波長帯にある場合は、その中心波長の周波数換算に応じて１２．５以外の値が式（４）に使用され得る。ＯＳＮＲ推定部４６は、ステップＳ１２において算出された波形一致性γｅｓｔの逆数γｅｓｔ －１から、ステップＳ１１において測定された波形一致性γｐｒｅの逆数γｐｒｅ －１を減算する（ステップＳ１３）。
　ＯＳＮＲ推定部４６は、ステップＳ１３における（γｅｓｔ －１－γｐｒｅ －１）の算出結果を式（４）に代入し、光信号のボーレートを考慮したＯＳＮＲを算出する（ステップＳ１４）。
　本実施形態により、光ファイバ伝送路のＯＳＮＲを計測する場合に、計測のための構成およびその運用に必要な装置点数を削減し、システム規模を小さくすることができる。
　また、一般に、図１４に示すＯＳＮＲ推定装置９４などの光スペクトラムアナライザで計測されるＯＳＮＲは、信号電力と雑音電力の差で表され、計測されるＯＳＮＲには歪みの電力は表れない。本実施形態のＯＳＮＲ推定部４６は、歪みの電力を波形一致性から差し引いて計算するため、光伝送路３におけるＯＳＮＲの推定精度を高めることができる。
［第２の実施形態］
　第２の実施形態では、アナログデバイスやデジタル回路のビット幅や信号処理の影響を除いたＯＳＮＲを測定する。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の実施形態の光通信システムの構成は、図１に示す第１の実施形態の光通信システム１と同様である。図７は、第２の実施形態におけるＯＳＮＲ推定を説明するための図である。
　光送信部２００のデジタル回路２１１に相当する光送信部２０の回路においてビット幅がない理想波形の電気信号が生成されたとする。この場合、光送信部２０の電気信号生成部２１や光受信部４０の電気信号処理部４２などのデジタル回路（Ａ）で、ビット幅の広がりや制御誤差が発生するため、波形一致性が低下する。デジタル回路（Ａ）の影響を受けた波形一致性をγｄｓｐとする。また、光送信部２０の光信号生成部２６及び光受信部４０の光信号受信部４１を含むアナログデバイスの不完全性（Ｂ）により、さらに波形一致性が低下する。このアナログデバイスの不完全性（Ｂ）の影響を受けた波形一致性をγｄｅｖとする。
　光伝送路３におけるＯＳＮＲの真値は、光受信部４０へ出力される直前に計測される（Ｃ）。しかしながら、光受信部４０が受信処理を行った後に推定される波形一致性には、γｄｓｐ及びγｄｅｖの影響が含まれるため、外部測定器などで測定されるＯＳＮＲの真値よりも小さな値となる。そこで、光受信部４０のＯＳＮＲ推定部４６は、測定したＯＳＮＲから、γｄｓｐ及びγｄｅｖによる劣化分を差し引くことで、光伝送路３で生じる雑音のみを計上したＯＳＮＲの真値を推定する。
　図８は、光伝送路３のＯＳＮＲ算出手順を示すフロー図である。まず、光送信部３０及び光受信部４０のアナログデバイスに理想信号波形を通過させた後に計測される波形一致性γｄｅｖを、図９又は図１０に示すように事前測定する（ステップＳ２１）。
　図９は、波形一致性γｄｅｖの事前測定における接続構成を示す図である。波形一致性γｄｅｖの事前測定のため、理想波形生成機６１、アナログデバイス６２、理想波形抽出機６３、及び、オフライン波形処理装置６４を順に接続する。
　理想波形生成機６１は、Arbitrary Waveform Generatorなどの実験用の装置である。理想波形生成機６１は、ＤＡ変換部２５からの出力を模擬し、Ｘ偏波のＩ成分（ＸＩ）、Ｘ偏波のＱ成分（ＸＱ）、Ｙ偏波のＩ成分（ＹＩ）、Ｙ偏波のＱ成分（ＹＩ）を出力する。ただし、理想波形生成機６１は、ＤＡ変換部２５よりもビット幅の階調が小さいため、ビット幅がない理想波形の信号を生成する。
　アナログデバイス６２は、光信号生成部２６と光信号受信部４１とを、例えば、短い光伝送路５３により接続して構成される。アナログデバイス６２は、例えば、図４に示すアナログデバイス１１に相当する。光信号生成部２６は、理想波形生成機６１から出力された電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を出力する。光信号受信部４１は、光信号生成部２６から出力された光信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を出力する。
　理想波形抽出機６３は、例えば、Digital Storage Oscilloscopeなどである。理想波形抽出機６３は、アナログデバイス６２が出力した電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、オフライン波形処理装置６４に出力する。
　オフライン波形処理装置６４は、理想波形抽出機６３からデジタルの電気信号を受信する。この電気信号は、ビット幅がなく、かつ、制御誤差も小さい。オフライン波形処理装置６４は、受信した電気信号に対して、電気信号処理部４２の復調部４４と同様のデジタル信号受信処理をオフラインで実行する。オフライン波形処理装置６４は、デジタル信号受信処理において得られた受信シンボルと、既知のシンボルとの差分を用いて、式（２）により波形一致性γｄｅｖを測定する。
　図１０は、シミュレーションによる波形一致性γｄｅｖの事前測定の例を示す図である。図示しないシミュレータは、C、C#、MATLAB（登録商標）、pythonなどにより記述されたオフライン処理により以下の処理を行う。まず、シミュレータは、ビット幅がない理想波形のＸ偏波のＩ成分（ＸＩ）、Ｘ偏波のＱ成分（ＸＱ）、Ｙ偏波のＩ成分（ＹＩ）、Ｙ偏波のＱ成分（ＹＩ）を生成する（ステップＳ３１）。シミュレータは、アナログデバイス６２の数理モデルを用いて、光信号生成部２６がステップＳ３１において生成した電気信号を光信号に変換し、光信号受信部４１が、その光信号を電気信号に変換して得られるアナログの電気信号を計算する（ステップＳ３２）。シミュレータは、ステップＳ３２において計算されたアナログ信号をデジタル信号に変換して、ビット幅がない信号を得る（ステップＳ３３）。シミュレータは、ステップＳ３３において得られた信号に対して、電気信号処理部４２の復調部４４と同様のデジタル信号受信処理をオフラインで実行し、式（２）により波形一致性γｄｅｖを計測する（ステップＳ３４）。
　図８の説明に戻る。ステップＳ２１の処理の後、デジタル回路のビット幅や信号処理の影響を受けた信号の波形一致性γｄｓｐを、図１１又は図１２に示すように事前測定する（ステップＳ２２）。なお、ステップＳ２２の処理を、ステップＳ２１の処理と並行して、又は、ステップＳ２１の処理の前に行ってもよい。
　図１１は、波形一致性γｄｓｐの事前測定における接続構成を示す図である。波形一致性γｄｓｐの事前測定のため、波形生成機６５、及び、オフライン波形処理装置６４を順に接続する。
　波形生成機６５は、電気信号生成部２１の符号化部２２、マッピング部２３及びスペクトル整形部２４と同様の処理をオフラインで実行する。これにより、ビット幅があり、制御誤差が大きな送信信号波形のデジタル信号が生成される。オフライン波形処理装置６４は、波形生成機６５が生成したデジタル信号に対して、電気信号処理部４２の復調部４４と同様のデジタル信号受信処理をオフラインで実行する。オフライン波形処理装置６４は、デジタル信号受信処理において得られた受信シンボルと、既知のシンボルとの差分を用いて、式（２）により波形一致性γｄｓｐを測定する。
　図１２は、シミュレーションにより波形一致性γｄｓｐの事前測定の例を示す図である。図示しないシミュレータは、C、C#、MATLAB（登録商標）、pythonなどにより記述されたオフライン処理により以下の処理を行う。まず、シミュレータは、電気信号生成部２１の符号化部２２、マッピング部２３及びスペクトル整形部２４と同様の処理により、ビット幅があり、制御誤差が大きな送信信号波形のデジタル信号を生成する（ステップＳ４１）。シミュレータは、図１０のステップＳ３４と同様の処理を行い、ステップＳ４１において得られた信号に対して、電気信号処理部４２の復調部４４と同様のデジタル信号受信処理をオフラインで実行する。シミュレータは、デジタル信号受信処理において得られた受信シンボルと、既知のシンボルとの差分を用いて、式（２）により波形一致性γｄｓｐを計測する（ステップＳ４２）。
　続いて、図８に示すように、光送信装置２及び光受信装置４の運用環境下におけるＯＳＮＲを算出する（ステップＳ２３）。これは、図５に示す第１の実施形態のステップＳ１２と同様に行われる。すなわち、図１に示す運用環境の光通信システム１において、光送信装置２の光送信部２０は既知信号の光信号を生成し、光伝送路３に出力する。光受信装置４の光受信部４０は、光伝送路３を伝送した光信号を受信し、受信処理を行う。光受信部４０のＯＳＮＲ推定部４６は、復調部４４が判定したシンボルを用いて、式（２）により波形一致性γｅｓｔを算出する。
　ＯＳＮＲ推定部４６は、光伝送路３におけるＯＳＮＲを推定する。光伝送路３におけるＯＳＮＲは、以下の式（５）により算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（５）において、ＢＤＲは、信号のボーレート（単位：Ｇｂａｕｄ）である。式（５）は、光信号の中心波長が１５５０ｎｍである場合を想定した式である。そのため、ＯＳＮＲの定義に従い、その波長を周波数換算した１２．５ＧＨｚによりＢＤＲを除算している。光信号の中心波長が他の波長帯にある場合は、その中心波長の周波数換算に応じて１２．５以外の値が式（５）に使用され得る。光受信部４０のＯＳＮＲ推定部４６は、ステップＳ２１において測定された波形一致性γｄｅｖ及びステップＳ２２において測定された波形一致性γｄｓｐを取得し、記憶している。ＯＳＮＲ推定部４６は、ステップＳ２３において算出された波形一致性γｅｓｔの逆数γｅｓｔ －１から、ステップＳ２１において測定された波形一致性γｄｅｖの逆数γｄｅｖ －１及びステップＳ２２において測定された波形一致性γｄｓｐの逆数γｄｓｐ －１を減算する（ステップＳ２４）。
　ＯＳＮＲ推定部４６は、ステップＳ２４における（γｅｓｔ －１－γｄｅｖ －１－γｄｓｐ －１）の算出結果を式（５）に代入し、光信号のボーレートを考慮したＯＳＮＲを算出する（ステップＳ２５）。
　なお、ステップＳ２１の処理を行わない場合、ＯＳＮＲ推定部４６は、（γｅｓｔ －１－γｄｅｖ －１－γｄｓｐ －１）に代えて（γｅｓｔ －１－γｄｓｐ －１）を用いてＯＳＮＲを算出する。また、ステップＳ２２の処理を行わない場合、ＯＳＮＲ推定部４６は、（γｅｓｔ －１－γｄｅｖ －１－γｄｓｐ －１）に代えて、（γｅｓｔ －１－γｄｅｖ －１）を用いてＯＳＮＲを算出する。
　電気信号処理部４２は、バスで接続されたプロセッサやメモリや補助記憶装置などを備え、プロセッサがプログラムを実行することによってＯＳＮＲ推定部４６の機能を実現してもよい。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）である。なお、ＯＳＮＲ推定部４６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。ＯＳＮＲ推定部４６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よい。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である。ＯＳＮＲ推定部４６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。
　ＯＳＮＲ推定部４６は、電気信号処理部４２の外部又は光受信部４０の外部に設けられてもよい。
　上述した実施形態によれば、光受信装置は、光信号受信部と、電気信号処理部と、推定部とを有する。光信号受信部は、光送信装置が生成した位相変調または直交振幅変調の第一の光信号を受信し、受信した第一の光信号をコヒーレント検波して第一の電気信号に変換する。電気信号処理部は、光信号受信部が変換した第一の電気信号を復調する。推定部は、電気信号処理部による復調結果に基づいて、第一の電気信号が表す波形と既知の波形との一致を定量的に表す第一の波形一致性γｅｓｔを算出し、算出した第一の波形一致性を用いて光信号対雑音比を推定する。
　推定部は、光送信装置の第一のアナログデバイスが歪みおよび雑音が重畳されていない理想信号波形の電気信号を変調して生成した第二の光信号を、光信号受信部が第二の電気信号に変換し、電気信号処理部が第二の電気信号を復調した場合の復調結果に基づき算出された第二の波形一致性γｄｅｖを取得してもよい。推定部は、第一の波形一致性γｅｓｔと第二の波形一致性γｄｅｖとを用いて、第一のアナログデバイスおよび光信号受信部に用いられる第二のアナログデバイスによる信号波形への影響を除いた光信号対雑音比を推定してもよい。例えば、第一のアナログデバイスは実施形態の光信号生成部２６、２６０に対応し、第二のアナログデバイスは実施形態の光信号受信部４１、４１０に対応する。
　推定部は、光送信装置の第一のデジタル回路が生成した第三の電気信号を電気信号処理部において復調した場合の復調結果に基づき算出された第三の波形一致性γｄｓｐを取得してもよい。推定部は、第一の波形一致性γｅｓｔと第三の波形一致性γｄｓｐとを用いて、第一のデジタル回路及び電気信号処理部に用いられる第二のデジタル回路による信号波形への影響を除いた光信号対雑音比を推定する。例えば、第一のデジタル回路は実施形態の符号化部２２、マッピング部２３及びスペクトル整形部２４、デジタル回路２１１に対応し、第二のデジタル回路は実施形態の復調部４４、デジタル回路４２２に対応する。
　推定部は、第一の波形一致性γｅｓｔと、第二の波形一致性γｄｅｖと、第三の波形一致性γｄｓｐとを用いて、第一のアナログデバイス、第二のアナログデバイス、第一のデジタル回路及び第二のデジタル回路による信号波形への影響を除いた光信号対雑音比を推定してもよい。
　推定部は、光送信装置から光増幅器を経由せずに受信した第四の光信号を、光信号受信部が第四の電気信号に変換し、電気信号処理部が第四の電気信号を復調した場合の復調結果に基づき算出された第四の波形一致性γｐｒｅを取得してもよい。推定部は、第一の波形一致性γｅｓｔと第四の波形一致性γｐｒｅとを用いて、光増幅器による信号歪みの影響を除いた光信号対雑音比を推定する。
　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　光通信システム
２　光送信装置
３　光伝送路
４　光受信装置
１１　アナログデバイス
２１　電気信号生成部
２２　符号化部
２３　マッピング部
２４　スペクトル整形部
２５　ＤＡ変換部
２６　光信号生成部
３１　光ファイバ
３２　光増幅器
４１　光信号受信部
４２　電気信号処理部
４３　ＡＤ変換部
４４　復調部
４５　復号部
４６　ＯＳＮＲ推定部
５１、５２　通信装置
６１　理想波形生成機
６２　アナログデバイス
６３　理想波形抽出機
６４　オフライン波形処理装置
６５　波形生成機
２００　光送信部
２１１　デジタル回路
２１２　ＤＡＣ
２６０　光信号生成部
２６１　増幅器
２６２　光変調器
２６３　ＬＤ
４１１　光９０度ハイブリッド
４１２　ＬＤ
４１３－１～４１３－８　ＰＤ
４１４－１～４１４－８　増幅器
４２１　ＡＤＣ
４２２　デジタル回路

Claims (6)

  1. 　光送信装置が生成した位相変調または直交振幅変調の第一の光信号を受信し、受信した前記第一の光信号をコヒーレント検波して第一の電気信号に変換する光信号受信部と、
    　前記光信号受信部が変換した前記第一の電気信号を復調する電気信号処理部と、
    　前記電気信号処理部による復調結果に基づいて、前記第一の電気信号が表す波形と既知の波形との一致を定量的に表す第一の波形一致性を算出し、算出した前記第一の波形一致性を用いて光信号対雑音比を推定する推定部と、
    　を備える光受信装置。
  2. 　前記推定部は、
    　前記光送信装置の第一のアナログデバイスが歪みおよび雑音が重畳されていない理想信号波形の電気信号を変調して生成した第二の光信号を、前記光信号受信部が第二の電気信号に変換し、前記電気信号処理部が前記第二の電気信号を復調した場合の復調結果に基づき算出された第二の波形一致性を取得し、
    　前記第一の波形一致性と前記第二の波形一致性とを用いて、前記第一のアナログデバイスおよび前記光信号受信部に用いられる第二のアナログデバイスによる信号波形への影響を除いた光信号対雑音比を推定する、
    　請求項１に記載の光受信装置。
  3. 　前記推定部は、
    　前記光送信装置の第一のデジタル回路が生成した第三の電気信号を前記電気信号処理部において復調した場合の復調結果に基づき算出された第三の波形一致性を取得し、
    　前記第一の波形一致性と前記第三の波形一致性とを用いて、前記第一のデジタル回路及び前記電気信号処理部に用いられる第二のデジタル回路による信号波形への影響を除いた光信号対雑音比を推定する、
    　請求項１に記載の光受信装置。
  4. 　前記推定部は、
    　前記光送信装置の第一のデジタル回路が生成した第三の電気信号を前記電気信号処理部において復調した場合の復調結果に基づき算出された第三の波形一致性をさらに取得し、
    　前記第一の波形一致性と前記第二の波形一致性と前記第三の波形一致性とを用いて、前記第一のアナログデバイス、前記光信号受信部に用いられる第二のアナログデバイス、前記第一のデジタル回路、及び、前記電気信号処理部に用いられる第二のデジタル回路による信号波形への影響を除いた光信号対雑音比を推定する、
    　請求項２に記載の光受信装置。
  5. 　前記推定部は、
    　前記光送信装置から光増幅器を経由せずに受信した第四の光信号を、前記光信号受信部が第四の電気信号に変換し、前記電気信号処理部が前記第四の電気信号を復調した場合の復調結果に基づき算出された第四の波形一致性を取得し、
    　前記第一の波形一致性と、前記第四の波形一致性とを用いて、前記光増幅器による信号歪みの影響を除いた光信号対雑音比を推定する、
    　請求項１に記載の光受信装置。
  6. 　光送信装置が生成した位相変調または直交振幅変調の光信号を受信し、受信した前記光信号をコヒーレント検波して電気信号に変換する受信ステップと、
    　前記電気信号を復調する信号処理ステップと、
    　前記信号処理ステップにおける復調結果に基づいて、前記電気信号が表す波形と既知の波形との一致を定量的に表す波形一致性を算出し、算出した前記波形一致性を用いて光信号対雑音比を推定する推定ステップと、
    　を有する信号処理方法。
PCT/JP2023/012293 2023-03-27 2023-03-27 光受信装置及び信号処理方法 Ceased WO2024201675A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2025509301A JPWO2024201675A1 (ja) 2023-03-27 2023-03-27
PCT/JP2023/012293 WO2024201675A1 (ja) 2023-03-27 2023-03-27 光受信装置及び信号処理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2023/012293 WO2024201675A1 (ja) 2023-03-27 2023-03-27 光受信装置及び信号処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024201675A1 true WO2024201675A1 (ja) 2024-10-03

Family

ID=92904234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/012293 Ceased WO2024201675A1 (ja) 2023-03-27 2023-03-27 光受信装置及び信号処理方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2024201675A1 (ja)
WO (1) WO2024201675A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005101703A1 (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Nec Corporation 光信号監視システム
JP2012124755A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ｏｓｎｒ算出方法および装置
JP2018182485A (ja) * 2017-04-10 2018-11-15 富士通株式会社 評価装置、および評価方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005101703A1 (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Nec Corporation 光信号監視システム
JP2012124755A (ja) * 2010-12-09 2012-06-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Ｏｓｎｒ算出方法および装置
JP2018182485A (ja) * 2017-04-10 2018-11-15 富士通株式会社 評価装置、および評価方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2024201675A1 (ja) 2024-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20190326998A1 (en) Method and apparatus for transmitter iq skew and insertion loss detection for coherent optical systems
JP5411303B2 (ja) データパターン依存信号歪を含む信号内のデータの検出
US8515277B2 (en) Nonlinear distortion detecting circuit, optical receiver, optical transmission system, and method for detecting nonlinear distortion
CN102349246B (zh) 相干光信号接收器中的数据模式相关信号失真补偿
US20170222729A1 (en) All-optical silicon-photonic constellation conversion of amplitude-phase modulation formats
Sun et al. Experimental demonstration of complex-valued DSB signal field recovery via direct detection
US8977140B2 (en) Optical receiver and optical reception method
WO2012004890A1 (ja) 光受信器及び光伝送システム
CN103392295A (zh) 用于在光信号接收机中从硬决策产生软决策可靠性信息的系统和方法
US12500672B2 (en) Optical receiving apparatus and frequency offset compensation method
CN116210175A (zh) 用于在相干收发器中执行同相和正交偏斜校准的装置和方法
JP6409493B2 (ja) 受信信号処理装置及び受信信号処理方法
US9143265B2 (en) Optical polarization multilevel signal receiving apparatus, optical polarization multilevel signal transmitting apparatus, and optical polarization multilevel signal transmission apparatus
JP2009218837A (ja) 光受信装置および光受信方法
US20140186057A1 (en) Method of demodulating a phase modulated optical signal
US12542613B2 (en) Signal processing apparatus, signal processing method and communication system
US9686013B2 (en) Communication system for a nonlinear fiber channel
WO2024201675A1 (ja) 光受信装置及び信号処理方法
EP4173169B1 (en) Self-calibrating device and method for in-phase and quadrature time skew and conjugation in a coherent transmitter
US20250158721A1 (en) Signal processing method, signal processing apparatus and communication system
US11381444B2 (en) Method and apparatus for coherent transmitter calibration
US20220021451A1 (en) Optical receiver and optical space communication system
US20250038860A1 (en) Estimation method, optical receiving apparatus, and computer program
WO2026022892A1 (ja) 受信装置及び周波数オフセット推定方法
JP6094068B2 (ja) 受信信号処理装置、受信信号処理方法およびプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23930315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025509301

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2025509301

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23930315

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1