JP2015019191A - 光送受信機及び光受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】変復調方式に依存せず光信号を受信可能とする。
【解決手段】光送信機２は、入力された電気信号に誤り訂正符号を追加する誤り訂正部２１と、誤り訂正符号が追加された電気信号を差動符号化する差動符号化部２２と、光を発光する光源２５と、差動符号化された電気信号に応じて、発光された光を変調して光信号に変換する変調器２６とを備え、光受信機３は、光を発光する光源３１と、入力された光信号と光源３１からの光とをコヒーレント検波するコヒーレント検波部３２と、コヒーレント検波された電気信号を差動検波する差動検波部３５と、差動検波された電気信号に対して誤り訂正処理を行う誤り訂正部３６と、誤り訂正部３６における誤り訂正数が最小となるように光源３１により発光される光の周波数を調整する制御部３７とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、変復調方式に依存せず光信号を受信できるデジタルコヒーレント方式の光送受信機及び光受信機に関するものである。

近年、情報通信需要の増加も伴い、光伝送容量の大容量化が求められている。波長多重数の増加や光ファイバ網の新規敷設だけでは、需要増に十分に応えられないため、伝送速度を従来の１０Ｇｂｐｓから、４０Ｇｂｐｓや１００Ｇｂｐｓに向上する必要がある。特に長距離伝送を行う光伝送システムにおいて、通信路の光ファイバの波長分散や偏波モード分散による光信号波形の歪み等の伝送ペナルティが高速化に伴い深刻になる。

この問題を解決するために受信側にデジタル信号プロセッサを用いることにより、電気領域で波長分散と偏波モード分散を補償でき、また、多様な多値変調方式に対応できるデジタルコヒーレント通信方式が、近年、活発に研究開発されている（例えば特許文献１〜３参照）。

図５にデジタルコヒーレント通信方式の一種である偏波多重４値位相変調方式（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：ＤＰ−ＱＰＳＫ）を用いた、従来の光送受信機１０１の構成例を示す。光送受信機１０１は、光送信機１０２及び光受信機１０３から構成される。光送信機１０２は、誤り訂正部１０２１、送信信号生成部１０２２、ＱＰＳＫ変調器（以下、変調器と称す）１０２３，１０２４、光源１０２５、偏波ビームスプリッタ１０２６及び偏波ビーム合成器１０２７を備えている。光受信機１０３は、コヒーレント検波部１０３１、光源１０３２、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）１０３３及び誤り訂正部１０３４を備えている。

以下に、従来の光送受信機１０１の動作を説明する。
光送信機１０２において、まず、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光１０６１が光源１０２５から出力される。ＣＷ光１０６１は偏波ビームスプリッタ１０２６に入力され、Ｘ偏波成分１０６２とＹ偏波成分１０６３に分離される。その後、それぞれ変調器１０２３，１０２４に入力される。一方、送信電気信号１０５１が誤り訂正部１０２１に入力され、当該送信電気信号１０５１に誤り訂正用のパリティ（誤り訂正符号）が追加される。誤り訂正符号が追加された送信電気信号１０５２は送信信号生成部１０２２に入力され、高速電気信号１０５３，１０５４に変換される。さらに、高速電気信号１０５３，１０５４はそれぞれ変調器１０２３，１０２４に入力される。これらにより、ＣＷ光１０６１のＸ偏波成分１０６２とＹ偏波成分１０６３が変調され、それぞれ光変調信号１０６４，１０６５に変換される。これらは偏波ビーム合成器１０２７で合波され、送信光信号１０６６が光送受信機１０１から送出される。

次に、光受信機１０３において、まず、受信光信号１０７１が受信される。その後、受信光信号１０７１はコヒーレント検波部１０３１に入力される。また、ＣＷ光１０７２が光源１０３２から出力され、コヒーレント検波部１０３１に局発光として入力される。コヒーレント検波部１０３１において、受信光信号１０７１のＸ偏波成分とＣＷ光１０７２のＸ偏波成分、また、受信光信号１０７１のＹ偏波成分とＣＷ光１０７２のＹ偏波成分がそれぞれコヒーレント検波され、電気パラレル信号１０８１に変換される。電気パラレル信号１０８１はＤＳＰ１０３３に入力され、電気パラレル信号１０８２が出力される。最後に、電気パラレル信号１０８２は誤り訂正部１０３４において誤り訂正処理を施されて、ビットエラーが低減された受信電気信号１０８３が出力される。

図６にＤＳＰ１０３３の機能部構成を示す。
ＤＳＰ１０３３の初段には、ＡＤＣ部（アナログデジタル変換部）１０３５が備わり、コヒーレント検波部１０３１から出力された電気パラレル信号１０８１を受け、アナログデジタル変換して、デジタルパラレル信号１０８４を出力する。次に、デジタルパラレル信号１０８４は等化処理部１０３６においてデジタル信号処理され、波長分散、偏波依存損失や偏波モード分散を補償した電気パラレル信号１０８５が出力される。電気パラレル信号１０８５は、周波数オフセット補償部１０３７に入力され、信号光と局発光の周波数オフセットがデジタル信号処理により算出される。その後、算出された周波数オフセットを補償した電気パラレル信号１０８６が周波数オフセット補償部１０３７から出力される。電気パラレル信号１０８６は、位相同期部１０３８に入力され、信号光と局発光の間の位相差をデジタル信号処理により除去した電気パラレル信号１０８７が出力される。最後に、電気パラレル信号１０８７は、デコード部１０３９に入力され、識別判定された電気パラレル信号１０８２が出力される。

特開２００９−１３５９３０号公報 特開２０１２−２４８９４４号公報 特開２０１０−２６８２１０号公報

デジタルコヒーレント方式では、２値位相変調方式と４値位相変調方式など複数の方式が使用されている。しかしながら、図６のＤＰＳ１０３３では、周波数オフセット補償部１０３７及び位相同期部１０３８は変復調方式に依存するため、異なる変復調方式を同一の光受信機１０３では受信できないという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、変復調方式に依存せず光信号を受信できる光送受信機及び光受信機を提供することを目的としている。

この発明に係る光送受信機は、入力された電気信号を光信号に変換して出力する光送信機と、対向する光送信機から入力された光信号を電気信号に変換して出力する光受信機とを備え、光送信機は、入力された電気信号に誤り訂正符号を追加する誤り訂正部と、誤り訂正部により誤り訂正符号が追加された電気信号を差動符号化する差動符号化部と、光を発光する第１の光源と、差動符号化部により差動符号化された電気信号に応じて、第１の光源により発光された光を変調して光信号に変換する変調器とを備え、光受信機は、光を発光する第２の光源と、光送信機から入力された光信号と第２の光源からの光とをコヒーレント検波するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波部によりコヒーレント検波された電気信号を差動検波する差動検波部と、差動検波部により差動検波された電気信号に対して誤り訂正処理を行う誤り訂正部と、誤り訂正部における誤り訂正数が最小となるように第２の光源により発光される光の周波数を調整する制御部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、位相推定・周波数オフセット補償をＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）で行わず、周波数オフセットに対する許容量の大きい差動検波を行うことと、誤り訂正数に応じて第２の光源による光の周波数を調整することで、変調方式に依存せず光信号を受信できる効果がある。

この発明の実施の形態１に係る光送受信機の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光送信機の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る光受信機の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る光送受信機の概略構成を示す図である。 従来のデジタルコヒーレント通信方式の光送受信機の概略構成を示す図である。 一般的なデジタル信号プロセッサの機能ブロックを示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１係る光送受信機１の概略構成を示す図である。
光送受信機１は、図１に示すように、光送信機２及び光受信機３から構成される。

まず、光送信機２の構成について説明する。
光送信機２は、入力された送信電気信号５１を送信光信号６２に変換して出力するものである。この光送信機２は、誤り訂正部２１、差動符号化部２２、送信信号集約部２３、ドライバ２４、光源（第１の光源）２５及び変調器２６を備えている。

誤り訂正部２１は、外部から入力された送信電気信号５１に、誤り訂正用のパリティ（誤り訂正符号）を追加するものである。この誤り訂正部２１により誤り訂正符号が追加された電気信号（送信電気信号５２）は差動符号化部２２に出力される。

差動符号化部２２は、誤り訂正部２１からの送信電気信号５２を差動符号化するものである。この差動符号化部２２により差動符号化された電気信号（差動符号化信号５３）は送信信号集約部２３に出力される。

送信信号集約部２３は、差動符号化部２２からの差動符号化信号５３を集約するものである。この送信信号集約部２３により集約された電気信号（高速電気信号５４）はドライバ２４に出力される。

ドライバ２４は、送信信号集約部２３からの高速電気信号５４を増幅するものである。このドライバ２４により増幅された電気信号（高速電気信号５５）は変調器２６に出力される。

光源２５は、ＣＷ光６１を発光するものである。この光源２５により発光されたＣＷ光６１は変調器２６に出力される。

変調器２６は、ドライバ２４からの高速電気信号５５に応じて、光源２５からのＣＷ光６１を変調するものである。この変調器２６により変調された光信号（送信光信号６２）は外部（対向する光受信機３）に出力される。

次に、光受信機３の構成について説明する。
光受信機３は、対向する光送信機２から入力された受信光信号７２を受信電気信号８５に変換して出力するものである。この光受信機３は、光源（第２の光源）３１、コヒーレント検波部３２、ＡＤＣ部（アナログデジタル変換部）３３、等価処理部３４、差動検波部３５、誤り訂正部３６及び制御部３７を備えている。

光源３１は、ＣＷ光を発光するものである。この光源３１により発光されたＣＷ光は局発光７１としてコヒーレント検波部３２に出力される。

コヒーレント検波部３２は、外部（対向する光送信機２）から入力された受信光信号７２と光源３１からの局発光７１とをコヒーレント検波するものである。このコヒーレント検波部３２によりコヒーレント検波された電気信号（電気パラレル信号８１）はＡＤＣ部３３に出力される。

ＡＤＣ部３３は、コヒーレント検波部３２からの電気パラレル信号８１に対してアナログデジタル変換を行い、アナログ信号をデジタル信号に変換するものである。このＡＤＣ部３３によりアナログデジタル変換された電気信号（デジタルパラレル信号８２）は等価処理部３４に出力される。

等価処理部３４は、ＡＤＣ部３３からのデジタルパラレル信号８２に対してデジタル信号処理を行い、波長分散等を補償するものである。この等価処理部３４によりデジタル信号処理された電気信号（電気パラレル信号８３）は差動検波部３５に出力される。

差動検波部３５は、等価処理部３４からの電気パラレル信号８３を差動検波するものである。この差動検波部３５により差動検波された電気信号（電気パラレル信号８４）は誤り訂正部３６に出力される。

誤り訂正部３６は、差動検波部３５からの電気パラレル信号８４に対して誤り訂正処理を行うものである。この誤り訂正部３６により誤り訂正処理された電気信号（受信電気信号８５）は外部に出力される。

制御部３７は、誤り訂正部３６における誤り訂正数に応じて、光源３１により発光されるＣＷ光の周波数を調整するものである。この際、制御部３７は、誤り訂正数が最小となるように光源３１により発光されるＣＷ光の周波数を制御することで、受信光信号７２と局発光７１の周波数オフセットを補償し、伝送品質を向上させる。

次に、上記のように構成された光送受信機１の動作について説明する。
まず、光送信機２の動作について、図２を参照しながら説明する。
光送信機２の動作では、図２に示すように、まず、誤り訂正部２１は、外部から入力された送信電気信号５１に誤り訂正符号を追加する（ステップＳＴ２０１）。この誤り訂正部２１により誤り訂正符号が追加された電気信号（送信電気信号５２）は差動符号化部２２に出力される。

次いで、差動符号化部２２は、誤り訂正部２１からの送信電気信号５２を差動符号化する（ステップＳＴ２０２）。この差動符号化部２２により差動符号化された電気信号（差動符号化信号５３）は送信信号集約部２３に出力される。

次いで、送信信号集約部２３は、差動符号化部２２からの差動符号化信号５３を集約する（ステップＳＴ２０３）。この送信信号集約部２３により集約された電気信号（高速電気信号５４）はドライバ２４に出力される。

次いで、ドライバ２４は、送信信号集約部２３からの高速電気信号５４を増幅する（ステップＳＴ２０４）。このドライバ２４により増幅された電気信号（高速電気信号５５）は変調器２６に出力される。

一方、光源２５は、ＣＷ光６１を発光する（ステップＳＴ２０５）。この光源２５により発光されたＣＷ光６１は変調器２６に出力される。

次いで、変調器２６は、ドライバ２４からの高速電気信号５５に応じて、光源２５からのＣＷ光６１を変調する（ステップＳＴ２０６）。この変調器２６により変調された光信号（送信光信号６２）は外部に出力される。

次に、光送信機２の動作について、図３を参照しながら説明する。
光受信機３の動作では、図３に示すように、まず、光源３１は、ＣＷ光を発光する（ステップＳＴ３０１）。この光源３１により発光されたＣＷ光は局発光７１としてコヒーレント検波部３２に出力される。

次いで、コヒーレント検波部３２は、外部から入力された受信光信号７２と光源３１からの局発光７１とをコヒーレント検波する（ステップＳＴ３０２）。このコヒーレント検波部３２によりコヒーレント検波された電気信号（電気パラレル信号８１）はＡＤＣ部３３に出力される。

次いで、ＡＤＣ部３３は、コヒーレント検波部３２からの電気パラレル信号８１に対してアナログデジタル変換を行い、アナログ信号をデジタル信号に変換する（ステップＳＴ３０３）。このＡＤＣ部３３によりアナログデジタル変換された電気信号（デジタルパラレル信号８２）は等価処理部３４に出力される。

次いで、等価処理部３４は、ＡＤＣ部３３からのデジタルパラレル信号８２に対してデジタル信号処理を行い、波長分散等を補償する（ステップＳＴ３０４）。この等価処理部３４によりデジタル信号処理された電気信号（電気パラレル信号８３）は差動検波部３５に出力される。

次いで、差動検波部３５は、等価処理部３４からの電気パラレル信号８３を差動検波する（ステップＳＴ３０５）。ここで、差動検波は、ある時刻の信号と１シンボル前の信号との位相差を検出することで行い、これにより電気パラレル信号８４に復調する。この差動検波部３５により復調された電気パラレル信号８４は誤り訂正部３６に出力される。

次いで、誤り訂正部３６は、差動検波部３５からの電気パラレル信号８４に対して誤り訂正処理を行う（ステップＳＴ３０６）。この誤り訂正部３６により誤り訂正処理された電気信号（受信電気信号８５）は外部に出力される。

次いで、制御部３７は、誤り訂正部３６における誤り訂正数に応じて、光源３１により発光されるＣＷ光の周波数を調整する（ステップＳＴ３０７）。この際、制御部３７は、誤り訂正数が最小となるように光源３１により発光されるＣＷ光の周波数を制御することで、受信光信号７２と局発光（ＣＷ光）７１の周波数オフセットを補償し、伝送品質を向上させる。

ここで、従来のデジタルコヒーレント通信方式の光受信機３では、デジタル信号処理による周波数オフセット補償・位相同期が変調方式に依存するため、変調方式が異なる受信光信号は受信できない。それに対して、本発明の光受信機３では、差動検波及び誤り訂正数に応じて周波数オフセットを補償することによって、変調方式によらない光信号を受信できる効果がある。

なお、本実施の形態の光送信機２の変調方式は２値位相変調方式、４値位相変調方式など各種のデジタルコヒーレント通信方式にも適用できる。

以上のように、この実施の形態１によれば、光送信機２は、入力された電気信号に誤り訂正符号を追加する誤り訂正部２１と、誤り訂正部２１により誤り訂正符号が追加された電気信号を差動符号化する差動符号化部２２と、光を発光する光源２５と、差動符号化部２２により差動符号化された電気信号に応じて、光源２５により発光された光を変調して光信号に変換する変調器２６とを備え、光受信機３は、光を発光する光源３１と、光送信機２から入力された光信号と光源３１からの光とをコヒーレント検波するコヒーレント検波部３２と、コヒーレント検波部３２によりコヒーレント検波された電気信号を差動検波する差動検波部３５と、差動検波部３５により差動検波された電気信号に対して誤り訂正処理を行う誤り訂正部３６と、誤り訂正部３６における誤り訂正数が最小となるように光源３１により発光される光の周波数を調整する制御部３７とを備えるように構成したので、位相推定・周波数オフセット補償をＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）で行わず、周波数オフセットに対する許容量の大きい差動検波を行うことと、誤り訂正数に応じて光源３１によるＣＷ光の周波数を調整することで、変調方式に依存せず光信号を受信できる効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、光送信機２及び光受信機３にそれぞれ一つずつ光源２５，３１を備えた場合について示した。それに対して、実施の形態２では、光源３１の出力光を分岐して、その分岐光を光送信機２のＣＷ光６１と光受信機３の局発光７１として用いる場合について示す。
図４はこの発明の実施の形態２係る光送受信機１の概略構成を示す図である。図４に示す実施の形態２に係る光送受信機１は、図１に示す実施の形態１に係る光送受信機１の光送信機２から光源２５を削除し、光受信機３に光分岐部３８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

光分岐部３８は、光源３１により発光されたＣＷ光を２分岐するものである。この光分岐部３８により２分岐された一方のＣＷ光はＣＷ光６１として変調器２６に出力され、もう一方のＣＷ光は局発光７１としてコヒーレント検波部３２に出力される。

ここで、光源３１からの光を２分岐してＣＷ光６１及び局発光７１として用い、光源３１によるＣＷ光の周波数を制御部３７にて調整することで、光受信機３における周波数オフセットを補償するだけでなく、光送信機２のＣＷ光６１も同時に調整できる。そのため、対向する光送受信機１に合わせて送受両方調整することで、対向する光送受信機１の周波数オフセット補償方法によらずに、調整時間の短縮及び最適な伝送特性を実現できる効果が得られる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 光送受信機、２ 光送信機、３ 光受信機、２１ 誤り訂正部、２２ 差動符号化部、２３ 送信信号集約部、２４ ドライバ、２５ 光源（第１の光源）、２６ 変調器、３１ 光源（第２の光源）、３２ コヒーレント検波部、３３ ＡＤＣ部（アナログデジタル変換部）、３４ 等価処理部、３５ 差動検波部、３６ 誤り訂正部、３７ 制御部、３８ 光分岐部、５１，５２ 送信電気信号、５３ 差動符号化信号、５４，５５ 高速電気信号、６１ ＣＷ光、６２ 送信光信号、７１ 局発光、７２ 受信光信号、８１，８３，８４ 電気パラレル信号、８２ デジタルパラレル信号、８５ 受信電気信号。

Claims (3)

1. 入力された電気信号を光信号に変換して出力する光送信機と、対向する前記光送信機から入力された光信号を電気信号に変換して出力する光受信機とを備えた光送受信機において、
   前記光送信機は、
   前記入力された電気信号に誤り訂正符号を追加する誤り訂正部と、
   前記誤り訂正部により誤り訂正符号が追加された電気信号を差動符号化する差動符号化部と、
   光を発光する第１の光源と、
   前記差動符号化部により差動符号化された電気信号に応じて、前記第１の光源により発光された光を変調して前記光信号に変換する変調器とを備え、
   前記光受信機は、
   光を発光する第２の光源と、
   前記光送信機から入力された光信号と前記第２の光源からの光とをコヒーレント検波するコヒーレント検波部と、
   前記コヒーレント検波部によりコヒーレント検波された電気信号を差動検波する差動検波部と、
   前記差動検波部により差動検波された電気信号に対して誤り訂正処理を行う誤り訂正部と、
   前記誤り訂正部における誤り訂正数が最小となるように前記第２の光源により発光される光の周波数を調整する制御部とを備えた
   ことを特徴とする光送受信機。
2. 前記第１の光源に代えて、前記第２の光源により発光された光を２分岐する光分岐部を備え、
   前記変調器は、前記光分岐部により２分岐された一方の光を用い、
   前記コヒーレント検波部は、前記光分岐部により２分岐されたもう一方の光を用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の光送受信機。
3. 入力された光信号を電気信号に変換して出力する光受信機において、
   光を発光する第２の光源と、
   対向する光送信機により誤り訂正符号が追加され差動符号化された電気信号に応じて変調された前記光信号と、前記第２の光源からの光とをコヒーレント検波するコヒーレント検波部と、
   前記コヒーレント検波部によりコヒーレント検波された電気信号を差動検波する差動検波部と、
   前記差動検波部により差動検波された電気信号に対して誤り訂正処理を行う誤り訂正部と、
   前記誤り訂正部における誤り訂正数が最小となるように前記第２の光源により発光される光の周波数を調整する制御部とを備えた
   ことを特徴とする光受信機。

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