JP5583631B2

JP5583631B2 - デジタルコヒーレント受信装置

Info

Publication number: JP5583631B2
Application number: JP2011104996A
Authority: JP
Inventors: 福太郎濱岡; 剛志関; 俊哉松田; 明那賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: JP2012238941A

Description

本発明は、偏波多重信号をデジタルコヒーレント検波方式を用いて受信処理するデジタルコヒーレント受信装置に関する。

100 Ｇbps を超える光伝送を実現するために、コヒーレント光通信技術とデジタル信号処理技術とを組み合わせたデジタルコヒーレント技術の研究が活発に行われている。デジタルコヒーレント技術を用いた伝送方式では、受信側でコヒーレントレシーバを用いたコヒーレント検波技術により高感度に偏波多重信号を分離して電気信号として出力し、それをＡＤ（Analog to Digital ）コンバータでデジタル信号に変換した後に、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ： Digital Signal Processor ）を用いたデジタル信号処理により伝送路で歪んだ受信波形をデジタル領域で補償する（非特許文献１）。この受信技術により、偏波分離と波形の歪みの補正が簡易な構成で行えるため、偏波多重方式を適用した大容量かつ高速な伝送システムが実現可能である。

また、偏波多重光信号の偏波分離を、ＤＳＰを用いずに偏波コントローラを自動制御して実現する手法もある（非特許文献２）。この手法では、偏波多重光信号を偏波ビームスプリッタに入力し、その一方の偏波成分出力をフォトダイオードで光電気変換後にＲＦパワーモニタで監視して、そのパワーが最小になるように自動制御系を用いて偏波コントローラを制御することで偏波分離を実現している。

S. J. Savory, "Digital filters for coherent optical receivers, "Optics Express, vol.16, no.2, pp.804-814, Jan. 2008. M.Yagi, S. Satomi, and S. Ryu,"Field Trial of 160-Gbit/s, Polarization-Division Multiplexed RZ-DQPSK Transmission System using Automatic Polarization Control, "OFC/NFOEC, OThT7, California, USA, Feb. 2008. 濱岡福太郎，関剛志，松田俊哉，那賀明，織田一弘，"デジタルコヒーレント方式における偏波状態変動耐力の評価"，信学技報，OCS2010-100 ，2010． L. Liu, Z. Tao, W. Yan, S. Oda, T. Hoshida, and J. C. Rasmussen,"Initial Tap Setup of Constant Modulus Algorithm for Polarization De-multiplexing in Optical Coherent Receivers, "OSA/OFC/NFOEC, OMT2, California, USA, Mar. 2009. S. Hinz, D. Sandel, F. Wust, and R. Noe,"Interface detection enabling 2×20Gbit/s RZ polarization division multiplex transmission, "Electronics Letters, vol.37, no.8, pp.511-512, Apr. 2001. S. Hinz, D. Sandel, R. Noe, and F. Wust,"Optical NRZ 2 ×10Gbit/s polarization division multiplex transmission with endless polarization control driven by correlation signals,"Electronics Letters, vol.36, no.16, pp.1402-1403, Aug. 2000.

デジタルコヒーレント受信装置では、ＤＳＰでデジタル信号処理を施すことにより、偏波多重光信号の偏波分離および伝送路で生じた波形歪みの補償を同時に実現する。しかし、偏波多重光信号が伝送路を通過することによって、偏波状態（ＳＯＰ： State of Polarization）変化や偏波依存性損失（ＰＤＬ： Polarization Dependent Loss）が生じてしまうと、ＤＳＰ部の信号処理の不安定性増加や計算負荷増大の要因となり得る。例えば、伝送路中の高速なＳＯＰ変動に起因したデジタル信号処理の追従性低下によるビットエラーレートの悪化（非特許文献３）や、偏波多重信号がＰＤＬを有するデバイスを通過することにより偏波間に光強度差が生じるとデジタル信号処理の不安定性増加を招くこと（非特許文献４）が知られている。これらの問題はデジタル信号処理のアルゴリズムを改良することによって改善可能であるが、計算アルゴリズムの複雑化は、ＤＳＰ回路規模の増大や、ＤＳＰの処理速度低下を招いてしまう。

また、非特許文献２のような偏波コントローラの自動制御のみによる偏波分離手法では、偏波モード分散（ＰＭＤ： Polarization Mode Dispersion ）は補償できず、制御系にＰＭＤ値に応じた遅延素子が必要となる。そして、ＰＭＤに高次の成分が存在する場合には、補償系に分散補償器が必要となる等、制御系が複雑なものとなってしまう。

本発明は、簡単な構成で、コヒーレント受信器に入力する偏波多重光信号の偏波状態を最適化し、後段のＤＳＰの負荷軽減および安定性向上を図ることができるデジタルコヒーレント受信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、偏波多重光信号の偏波状態を変化させる偏波コントローラと、偏波コントローラから出力される偏波多重光信号とローカル光を入力し、偏波分離してコヒーレント検波を行い、Ｘ偏波およびＹ偏波に対応する電気信号を出力するコヒーレント受信器と、コヒーレント受信器から出力されるＸ偏波およびＹ偏波に対応する電気信号をアナログ−デジタル変換して出力するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータから出力されるデジタル信号をデジタル信号処理により復調するデジタルシグナルプロセッサと、コヒーレント受信器から出力されるＸ偏波の電気信号からＸ偏波のＲＦパワーを検出し、該Ｘ偏波のＲＦパワーに含まれるＹ偏波のクロストーク成分を除去するために、該Ｘ偏波のＲＦパワーが最小になるように偏波コントローラを制御する偏波コントローラ制御装置とを備える。

本発明のデジタルコヒーレント受信装置は、コヒーレント受信器から出力されるＸ偏波およびＹ偏波に対応する電気信号のＲＦパワーをモニタし、コヒーレント受信器へ入力される偏波多重光信号の偏波状態を光領域で最適化して各偏波におけるクロストーク成分を最小化することにより、デジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理の負荷の軽減および安定性の向上を図ることができる。

本発明の実施例１の構成例を示す図である。本発明の実施例２の構成例を示す図である。本発明の実施例３の構成例を示す図である。

図１〜図３は、本発明の実施例１〜実施例３の構成例を示す。
図１〜図３において、偏波多重光信号を偏波コントローラ１１に入力し、その出力と局発光源１３から出力されるローカル光をコヒーレント受信器１２に入力する。コヒーレント受信器１２は、偏波コントローラ１１の出力とローカル光をそれぞれ偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）でＸ偏波とＹ偏波に分離し、各偏波ごとにコヒーレント検波する構成であり、Ｘ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉx ，Ｑｘと、Ｙ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉy ，Ｑy が取り出される。これらの電気信号出力は、ＡＤコンバータ１４でデジタル信号に変換した後に、ＤＳＰ１５によるデジタル信号処理により偏波多重信号が復調される。

実施例１では、コヒーレントレシーバ１２から出力されるＸ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉx ，Ｑｘを分岐し、偏波コントローラ制御装置１５へ入力する。偏波コントローラ制御装置１５は、Ｘ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉx ，ＱｘからＸ偏波のＲＦパワーを検出する。

実施例２では、コヒーレントレシーバ１２から出力されるＹ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉy ，Ｑy を分岐し、偏波コントローラ制御装置１５へ入力する。偏波コントローラ制御装置１５は、Ｙ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉy ，Ｑy からＹ偏波のＲＦパワーを検出する。

実施例３では、コヒーレントレシーバ１２から出力されるＸ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉx ，ＱｘおよびＹ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉy ，Ｑy を分岐し、偏波コントローラ制御装置１５へ入力する。偏波コントローラ制御装置１５は、Ｘ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉx ，ＱｘからＸ偏波のＲＦパワーを検出し、Ｙ偏波のＩチャネルおよびＱチャネルの電気信号出力Ｉy ，Ｑy からＹ偏波のＲＦパワーを検出する。

非特許文献５，６によると、偏波多重光信号を偏波ビームスプリッタで分離した後に、フォトダイオードで光電気変換して得られる光電流ｉ₁，ｉ₂は、
ｉ₁∝ｂ₁cos²ψ/2＋ｂ₂sin²ψ/2＋２ｂ₁ｂ₂cosφsinψ …(1)
ｉ₂∝ｂ₁sin²ψ/2＋ｂ₂cos²ψ/2−２ｂ₁ｂ₂cosφsinψ …(2)
で表される。ここで、φは送信機におけるＸＹ偏波間の位相差、ｂ₁およびｂ₂はＸ偏波およびＹ偏波の情報ビット（ｂ₁,ｂ₂∈｛0, 1｝）、ψは偏波ビームスプリッタの軸に対する入射角度を示している。 (1)式の第２項および第３項は、Ｘ偏波に対応する光電流ｉ₁におけるＹ偏波のクロストーク成分を示す。 (2)式の第１項および第３項は、Ｙ偏波に対応する光電流ｉ₂におけるＸ偏波のクロストーク成分を示す。

したがって、偏波多重光信号の偏波分離におけるＸＹ偏波間のクロストーク成分（ (1)式の第２項および第３項、および (2)式の第１項および第３項）を除去するために、ψ＝０となるように、すなわち実施例１ではＸ偏波のＲＦパワー（ (1)式の光電流ｉ ₁ に比例）が最小となるように、偏波コントローラ制御装置１５が偏波コントローラ１１を用いて入力側の偏波状態を最適化すれば、各偏波におけるクロストーク成分が最小化してｉ₁＝ｂ₁、ｉ₂＝ｂ₂となる。

これにより、コヒーレント受信器１２へ入力される偏波多重光信号の偏波状態を光領域で最適化することができるので、ＤＳＰ１５のデジタル信号処理の負荷の軽減および安定性の向上を図ることができる。また、偏波コントローラ１１の自動制御単独では補償することのできないＰＭＤによる波形歪みは、ＤＳＰ１５を用いて補償することにより、簡易で高性能なデジタルコヒーレント受信装置を実現することができる。

１１偏波コントローラ
１２コヒーレント受信器
１３局発光源
１４ＡＤコンバータ
１５ＤＳＰ
１６偏波コントローラ制御装置

Claims

偏波多重光信号の偏波状態を変化させる偏波コントローラと、
前記偏波コントローラから出力される偏波多重光信号とローカル光を入力し、偏波分離してコヒーレント検波を行い、Ｘ偏波およびＹ偏波に対応する電気信号を出力するコヒーレント受信器と、
前記コヒーレント受信器から出力されるＸ偏波およびＹ偏波に対応する電気信号をアナログ−デジタル変換して出力するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータから出力されるデジタル信号をデジタル信号処理により復調するデジタルシグナルプロセッサと、
前記コヒーレント受信器から出力されるＸ偏波の電気信号からＸ偏波のＲＦパワーを検出し、該Ｘ偏波のＲＦパワーに含まれるＹ偏波のクロストーク成分を除去するために、該Ｘ偏波のＲＦパワーが最小になるように前記偏波コントローラを制御する偏波コントローラ制御装置と
を備えたことを特徴とするデジタルコヒーレント受信装置。