JP6522964B2 - 光送受信器 - Google Patents

Description

本発明は、光送受信器に関し、より詳しくは、光ファイバで伝送される多値の光情報の送受信に適用される光送受信器に関する。

インターネットトラフィックは年々増加しており、光ファイバを介してデータ通信を行う光伝送システムの大容量化が求められている。その一方で、これらデータ通信を実現する通信機器の消費電力の増加が大きな問題となっている。このうち約半分程度は比較的短距離のデータ通信を行うアクセスネットワーク由来であり、うち光送受信器による消費電力が全体の２割程度を占める。このため現状よりも高速伝送を実現し、かつ、ネットワーク全体の消費電力減を達成するためには、ＬＡＮ（Local Area Network）向け光送受信器の低消費電力化が不可欠である。これらを背景に標準化団体ＩＴＵ−ＴやＩＥＥＥ８０２．３などにおいて、次世代の４００Ｇ級光伝送方式の標準化が進められている。特にＩＥＥＥ８０２．３においてはＬＡＮ用途の光送受信器向けの変復調方式としては、光送受信器の小型・低消費電力が期待できる強度変調・直接検波（ＩＭ／ＤＤ：Intensity Modulation / Direct Detection）方式を中心に議論が進められている。

さて、ＩＥＥＥ８０２．３では同じデータ量（ペイロード）を伝送する光伝送規格においても、伝送距離や光ファイバ種類に応じて、それぞれ独立に規格を制定している。例えば、毎秒１００Ｇｂｉｔのデータ量を通信する規格の場合、１００ＧＢＡＳＥ−ＳＲ１０は情報伝送に１０Ｇｂｐｓで強度変調された１０チャネルの光信号を利用し、伝送媒体として１００ｍ程度のマルチモードファイバ１０本を束ねたアレイファイバを利用する空間多重方式であり、装置間やビル内などの短い距離の光伝送に用いられる。また、１００ＧＢＡＳＥ−ＬＲ４、１００ＧＢＡＳＥ−ＥＲ４は、約２５Ｇｂｐｓで強度変調された波長の異なる４チャネルの光信号を束ねて２５Ｇｂｐｓ×４＝１００Ｇｂｐｓのデータ伝送を実現する波長多重方式であり、伝送媒体にはシングルモード光ファイバ１本を用いる。これは伝送ファイバが１本で済み、また伝送歪みの比較的小となるシングルモードファイバを用いるため長距離伝送に適しており、それぞれ伝送最大距離は１０ｋｍ、４０ｋｍである。また現在進められている標準プロジェクトでは先の距離とは別にシングルモードファイバ５００ｍやシングルモードファイバ２ｋｍも標準化が検討されている。このように細かい伝送距離の粒度で決められる理由は、それぞれの距離や伝送媒体によって求められる光送受信器のコスト、サイズが異なっているためであり、すなわち標準化ではそれぞれの規格に適した方式制定が必要となっている。

特許文献１では、都市間や都市内の数１００ｋｍ〜数１０００ｋｍ程度の長距離ネットワーク向けに隣接する二つのネットワークエレメント間（局間）のリンクにおいて、ネットワークエレメントが備える光送受信器の信号伝送能力を判定し、判定の結果である伝送マージンの大小に応じて、光送受信器を構成する変調器やドライバなどのデバイスは変更せずに、電気側で適用する誤り訂正符号（ＦＥＣ：Forward Error Correction coding）の訂正能力を異なる種類に変更することや、変調方式を変更することで伝送マージンを確保して異なる伝送距離を通信する方法が報告されている。

特開２０１３−５５６５４号公報

しかし、長距離ネットワーク向けの光送受信器は、短距離ネットワークに比べてコストやサイズに関する要求は厳しくなく、広い範囲の伝送距離において、高い伝送性能が求められているため、高精度の変調が可能な光変調器と高い受信感度を実現するデジタルコヒーレント受信方式が用いられており、異なる距離においても共通の光変調器とデジタルコヒーレント受信方式を利用しているためサイズに変化がない。一方、ＬＡＮ向けなどの短距離ネットワーク用途の光送受信器は、先述したように細かい伝送距離の粒度および伝送媒体で区別し、それぞれに応じてコストやサイズへの要求を配慮しながら、設計開発を行う必要がある。そのため、従来の１００Ｇ級の短距離光伝送向けに使用される光送受信器には、変調精度の低い光変調器を用いたり、受信側はフォトダイオードのみの簡易構成で実現されたりと、伝送品質の低減と引き換えにコスト減やサイズ縮小を実現されてきた。しかしこのような方法で伝送速度の高速化を実施すると次に述べるような問題が発生する。

次世代以降の４００Ｇ級や１Ｔ級の光伝送でも従来と同じように複数サブレーンの信号を束ねることでレーンあたり変調速度の低減を試みているが、それでもひとつひとつの信号が５０Ｇｂｉｔ／ｓ／レーンや１００Ｇｂｉｔ／ｓ／レーンなど非常に高速となってきており、これまで利用できた光変調器では帯域不足や非線形性などによる信号品質の低下が起こり、実現が厳しくなってきている。

そこで、ＬＡＮ向けの光送受信器に従来長距離向け光送受信器に適用してきたデジタル信号処理の利用により、変調精度や受信感度の改善や受信劣化の補償などが望まれている。例えば、光送受信器に使用されるデジタル信号処理は送信側では、光送受信器の電気インタフェースから入力されたデータ列に誤り訂正符号や変調マッピング、送信側デバイスの帯域補正、変調器の非線形補正、分散予等化など複数の処理を行う。一方、受信側では光信号を受信器で受信後にタイミング調整、受信側デバイスの帯域補正、分散補償、変調デマッピング、誤り訂正処理などを行う。光送受信器のデジタル信号処理回路は一般的に、特定の用途向けに複数機能の回路をひとつにまとめた集積回路（ＡＳＩＣ）などに実装して使用される。ＡＳＩＣは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタを相補形に配置したゲート構造をもつＣＭＯＳで実現される。

ここで、ＬＡＮ向けの光送受信器では伝送距離や伝送媒体によって使用される変調方式や光変調器が異なり、それに応じてＡＳＩＣに実装される機能も異なるため、例えば２ｋｍ向けの光送受信器用のＡＳＩＣの開発、１０ｋｍ向けの光送受信器用のＡＳＩＣの開発などがそれぞれ必要となり、開発コストの増大につながる問題が懸念されている。

本発明は上記実情を鑑みて為されたものであり、変調器が異なる複数種の光送受信器において共通で利用できる送信側ＩＣを用いた光送受信器を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するために、本発明にかかる光送受信器は、光出力部と、前記光出力部から出力される光信号の変調に用いるデジタル情報信号を前記光信号の多値レベルの強度に対応させたデジタル多値変調信号とする変調マッピング部と、前記光出力部の非線形特性を補正するよう前記デジタル多値変調信号を非線形補正する非線形補正部と、前記デジタル多値変調信号を前記光出力部に入力するためのアナログ多値変調信号に変換する変換部と、前記非線形補正部による非線形補正処理の有効／無効を切り替える切り替え部と、を含む。

（２）上記（１）に記載の光送受信器であって、前記光出力部の種類を取得する取得部、をさらに含み、前記切り替え部は、前記光出力部の種類に応じて前記非線形補正処理の有効／無効を切り替える、ことを特徴とする。

（３）上記（１）または（２）に記載の光送受信器であって、前記光出力部の変調特性変化を補償するよう前記デジタル多値変調信号を線形補償する線形補償部、をさらに含む、ことを特徴とする。

（４）上記（３）に記載の光送受信器であって、前記光出力部の種類に応じて前記非線形補正部による非線形補正のパラメータ値、及び前記線形補償部による線形補償のパラメータ値、を決定する、ことを特徴とする。

（５）上記（１）から（４）のいずれか一項に記載の光送受信器であって、前記デジタル多値変調信号に対して前記光信号を伝送する伝送路で生じる波長分散を予等化する分散予等化部と、前記分散予等化部による分散予等化処理の有効／無効を切り替える切り替え部と、をさらに含むことを特徴とする。

（６）上記（１）から（５）のいずれか一項に記載の光送受信器であって、前記デジタル多値変調信号に対して前記光信号を受信する受信側においてビット誤りを検出し訂正するよう符号化する誤り訂正符号部、をさらに含むことを特徴とする。

（７）上記（１）から（６）のいずれか一項に記載の光送受信器であって、前記デジタル多値変調信号に対してナイキスト第一基準を満たすよう帯域圧縮するナイキスト帯域圧縮部、をさらに含むことを特徴とする。

（８）上記（１）から（７）のいずれか一項に記載の光送受信器であって、前記光出力部に印加する電圧の設定値を、前記光出力部の種類と、前記光出力部から出力される前記光信号のレベルと、に基づいて決定するバイアス調整部、をさらに含むことを特徴とする。

（９）上記（１）から（８）のいずれか一項に記載の光送受信器であって、各機能部による処理の有効／無効の切り替え、各機能部による処理のパラメータ値の決定、を制御する制御部、をさらに含むことを特徴とする。

（１０）上記（９）に記載の光送受信器であって、前記制御部は、前記光信号を伝送する伝送路の距離に関する情報を取得し、前記伝送路の距離に応じた累積波長分散を補償するパラメータ値を前記分散予等化部による分散予等化処理のパラメータ値として決定する、ことを特徴とする。

本発明により、異なる光変調器を用いる場合にも共通で利用できる送信側ＩＣを含む光送受信器が提供される。

第１実施形態に係る光送受信器の構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係る送信側電気処理部の構成の一例を示す図である。 光出力部にＥＡ変調器と半導体レーザを用いた場合の送信側電気処理部の動作を示す図である。 ＥＡ変調器の印加電圧に対する光強度の関係（光透過特性）を示す図である。 光出力部に直接変調レーザを用いた場合の送信側電気処理部の動作を示す図である。 直接変調レーザの駆動電流に対する光強度の関係（光透過特性）を示す図である。 第１実施形態に係る送信側電気処理部の構成の第二の例を示す図である。 第２実施形態に係る送信側電気処理部の構成の一例を示す図である。 第２実施形態に係る制御部が実行する送信側電気処理部の機能の切り替えを示すフロー図である。 デジタル多値変調信号（ＰＡＭ４）を光の電界情報として示した光電界平面図である。 ＩＱ変調器を構成するＭＺ型の光変調部の印加電圧に対する光振幅の関係（光透過特性の光電界表示）を示す図である。 受信側電気処理部の構成の一例を示す図である。 分散予等化処理を実施しない場合のＭＺ変調器の印加電圧に対する光強度の関係（光透過特性）を示す図である。 第２実施形態に係る送信側電気処理部においてオフセット発生部を備える構成の一例を示す図である。 ＭＺ変調器の光透過特性においてオフセットされたバイアス点の一例を示す。 第２実施形態における光出力部にＥＡ変調器を用いた場合の送信側電気処理部の動作を示す図である。 第２実施形態における光出力部に直接変調レーザを用いた場合の送信側電気処理部の動作を示す図である。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面に基づき詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、第１実施形態に係る光送受信器の構成の一例を示す図である。図１に示すように、第１実施形態に係る光送受信器１００は、光送信部１０１及び光受信部１０２を含んで構成される。

光送信部１０１は、送信側電気インタフェース部１１１、送信側電気処理部１１２、光出力部１１３、及び送信側光インタフェース部１１４を含んで構成される。

送信側電気インタフェース部１１１は、光送信部１０１と外部の電気ケーブルや電気コネクタとを接続するインタフェースであり、外部から電気信号を受信して送信側電気処理部１１２へ出力する。

送信側電気処理部１１２は、ＣＭＯＳ−ＡＳＩＣといったデジタルＩＣを組み合わせたデジタル電気回路で構成される送信側ＩＣであり、１以上の入力端子と１以上の出力端子とを備えている。なお、送信側電気処理部１１２は、アナログＩＣを組み合わせたアナログ電気回路で構成されてもよい。送信側電気処理部１１２は、入力端子を介して送信側電気インタフェース部１１１から入力される電気信号に対して各種の処理を行った後、出力端子を介して光出力部１１３へ出力する。送信側電気処理部１１２が実行する処理については後述する。

光出力部１１３は、送信側電気処理部１１２から入力される電気信号によって変調される光信号を送信側光インタフェース部１１４に出力する。光出力部１１３の構成としては主に、光源及び光変調器を含む外部変調方式と、直接変調される光源を含む直接変調方式とがある。外部変調方式の場合は、送信側電気処理部１１２から出力される電気信号が光変調器に入力され、一方で光源から出力される連続光が光変調器に入力される。そして、光変調器は、光源から入力される連続光を、送信側電気処理部１１２から入力される電気信号によって変調した光信号を出力する。また、直接変調方式の場合は、送信側電気処理部１１２から出力される電気信号がレーザ駆動回路に入力され、当該レーザ駆動回路は入力された電気信号の電圧変化に対応した変動を有する電流を出力する。そして、当該電流を光源である半導体レーザの駆動電流として使用することで、半導体レーザは送信側電気処理部１１２から入力される電気信号で直接変調した光信号を出力する。

送信側光インタフェース部１１４は、光送信部１０１と外部の光ファイバケーブルとを接続するインタフェースであり、光出力部１１３から入力された光信号を光ファイバケーブルに出力する。

光受信部１０２は、受信側光インタフェース部１２１、光受光部１２２、受信側電気処理部１２３、及び受信側電気インタフェース部１２４を含んで構成される。

受信側光インタフェース部１２１は、光受信部１０２と外部の光ファイバケーブルとを接続するインタフェースであり、外部から光信号を受信して光受光部１２２へ出力する。

光受光部１２２は、受信側光インタフェース部１２１から入力される光信号を電気信号に光電変換して受信側電気処理部１２３へ出力する。

受信側電気処理部１２３は、ＣＭＯＳ−ＡＳＩＣといったデジタルＩＣを組み合わせたデジタル電気回路で構成され、１以上の入力端子と１以上の出力端子とを備えている。なお、受信側電気処理部１２３は、アナログＩＣを組み合わせたアナログ電気回路で構成されてもよい。受信側電気処理部１２３は、入力端子を介して光受光部１２２から入力される電気信号に対して各種の処理を行った後、出力端子を介して受信側電気インタフェース部１２４へ出力する。受信側電気処理部１２３が実行する処理については後述する。

受信側電気インタフェース部１２４は、光受信部１０２と外部の電気ケーブルや電気コネクタとを接続するインタフェースであり、受信側電気処理部１２３から入力される電気信号を電気ケーブル等に出力する。

ここで、光出力部１１３に用いる機器の違いにより送信側電気処理部１１２により実行される処理が異なる。従来は光出力部１１３に用いる機器ごとに対応する送信側電気処理部１１２を構築していたが、本発明の送信側電気処理部１１２は複数種類の光出力部に適用できる構成としている。以下に本発明の送信側電気処理部１１２の具体的な構成について説明する。

図２は、第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２の構成の一例を示す図である。図２に示すように、第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２は、外部とのインタフェースとして、主信号である電気信号を入力する一つ以上の電気入力機構と、主信号である電気信号を出力する一つ以上の電気出力機構と、光出力部１１３（図２においては図示せず）に印加する動作直流電圧、すなわち設定電圧を変更する制御線の出力機構と、光出力部１１３の現在の設定電圧を検出した情報（例えば、光レベル）を入力する制御線の入力機構と、光出力部１１３の種類を入力する端子または光出力部１１３の種類を入力する機構と、を備えている。そして、送信側電気処理部１１２は、変調マッピング部２０２、スイッチ部２０５、非線形補正部２０７、ＤＡ変換部２１０、制御部２１２、メモリ２１４、及びバイアス調整部２１６を含んで構成される。

変調マッピング部２０２は、送信側電気インタフェース部１１１から入力されるデジタル情報である電気信号を取得し、当該電気信号が有する情報ビットを２つ以上の電気信号の振幅（ＰＡＭ４の場合は４つの振幅で１シンボルあたり２ビットの情報を表現する）で表現したデジタル多値変調信号を生成する。そして、一つ以上の電気信号の振幅で表現した電気信号を電気ドライバアンプ４０３を介して光出力部１１３の電気コネクタに入力することでレーザ光源から出力された連続光に重畳することで光強度変調信号が生成する符号化を実行する。

スイッチ部２０５は、制御部２１２からの指示に応じて、デジタル多値変調信号を非線形補正部２０７に入力する経路と、非線形補正部２０７をバイパスする経路と、の切り替えを行う。これにより、デジタル多値変調信号に対する非線形補正部２０７による非線形補正処理の有効／無効（Ｅｎａｂｌｅ／Ｄｉｓａｂｌｅ）を切り替えることができる。

非線形補正部２０７は、光出力部１１３に含まれる光変調器の非線形性を補正するためにデジタル多値変調信号に対して非線形補正を行う。光変調器の非線形性とは、印加電圧や印加電流の変動量と光変調信号の光振幅や光強度の変動量が１次関数ｙ＝ａ・ｘ＋ｂ（ｙ：光振幅や光強度の変動量、ｘ：印加電圧や印加電流の変動量、ａ，ｂ：任意の係数）で表現できないことを指しており、例えばＩＱ変調器やＭＺ変調器はｙ＝ａ・ｓｉｎ（ｘ）＋ｂのように三角関数で表現され、ＥＡ変調器はｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｘ）＋ｂのように指数関数で近似的に表現される。一方で直接変調レーザは印加電流と光強度の関係が高い線形性を示すため光出力部１１３に直接変調レーザを用いる場合は非線形補正処理を必要としない。したがって、光出力部１１３に光変調器を含む場合に非線形補正処理が必要となる。また、光変調器の種類により光変調器の非線形性が異なるため、光変調器の種類に応じて光変調器の非線形性を補正するための関数（非線形補正部２０７への入力値に対する出力値を示すＬＵＴなど）を非線形補正部２０７に設定することにより各種光変調器に応じた非線形補正を行うことができる。このような非線形補正部２０７による非線形補正処理により、出力光信号の品質改善や、その他のデジタル信号処理部の効果を改善することが可能となる。なお、直接変調レーザを用いる場合は必ずしも非線形補正処理を必要としないが、必要に応じて非線形補正処理を実施することとしてもよい。

ＤＡ変換部２１０は、デジタル多値変調信号の振幅の値を、ＤＡ変換部２１０の仕様の一つである量子化ビット数に応じて量子化された離散値に変換し、アナログ多値変調信号として出力する。

制御部２１２は、光出力部１１３の種類を入力する端子または光出力部１１３の種類を入力する機構から伝達される光出力部１１３の種類の情報を入力する機構と、一つ以上の制御線の入力端子と一つ以上の制御線の出力端子とを備え、使用される光出力部１１３の種類の情報を取得し、取得した光出力部１１３の種類に応じて要求される仕様を満たすため送信側電気処理部１１２に含まれる各機能部への指示を行う。ここでは、制御部２１２は、スイッチ部２０５に対して経路の切り替えを指示すること、光出力部１１３の種類に応じた設定電圧基準値をメモリ２１４から取得してバイアス調整部２１６に入力することを行う。なお、制御部２１２は、変調マッピング部２０２が生成するデジタル多値変調信号の多値数（例えば、４値、８値など）を決定するためのパラメータ値を入力することとしてもよい。

バイアス調整部２１６は、制御部２１２から入力された光出力部１１３の種類に応じた設定電圧基準値を取得し、光出力部１１３から出力された出力光信号のレベル（光強度レベル、または光振幅レベル）を取得する。バイアス調整部２１６は、取得した出力光信号のレベルから示される設定電圧の現在値と、取得した設定電圧基準値とに基づいて、設定電圧を決定する。

第１実施形態の送信側電気処理部１１２は、光出力部１１３にＥＡ変調器を用いる場合と直接変調レーザを用いる場合とで共通で利用できる構成となっている。ここで、図２に示す送信側電気処理部１１２における光出力部１１３の種類（ここでは、ＥＡ変調器と直接変調レーザ）に応じた動作の具体例を説明する。

まず、予め非線形補正部２０７には、ＥＡ変調器に対応する非線形補正のための関数の設定がなされていることとする。具体的には、ＥＡ変調器の光透過特性はｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｘ）＋ｂのように指数関数で近似的に表現されるため、非線形補正部２０７ではその逆関数で補正することとする。すなわち、ＥＡ変調器の場合に非線形補正部２０７に設定する関数はｘ＝ｌｎ（ｘ´）（ｘ´：入力値、ｘ：出力値）となる。なお、ＥＡ変調器の非線形性は近似式から外れることがあるため、実際のＥＡ変調器の光透過特性データｙ＝ｆ（ｘ）を取得して、その逆関数ｘ＝ｆ^−１（ｘ´）を設定してもよい。このようにＥＡ変調器の光透過特性の逆関数をデジタル多値変調信号の電圧値に演算することで、ＥＡ変調器における印加電圧ｘと光振幅ｙの関係が線形となり、変調精度の向上や線形補償部２０９における線形補償処理の精度改善が得られることとなる。なお、非線形補正部２０７に対する、ＥＡ変調器に対応する非線形補正のための関数の設定は制御部２１２によって実行されてもよい。このとき制御部２１２は、ＥＡ変調器に対応する非線形補正のための関数を外部から取得してもよいし、メモリ２１４に予め記憶されているＥＡ変調器に対応する非線形補正のための関数を取得してもよい。

図３は、光出力部１１３にＥＡ変調器と半導体レーザ（ＬＤ）を用いた場合の送信側電気処理部１１２の動作を示す図である。ＥＡ変調器は、電界吸収型変調器のことを指し、電界印加によりその波長に依存した吸収係数を変化させて信号の光強度を変調することを特徴とした変調器である。ＥＡ変調器の材料にはインジウムガリウムヒ素リン系やインジウムガリウムアルミニウムヒ素などの半導体材料が用いられ、同じ材料で作成するＤＦＢレーザと一体集積化することでより小型化が可能となる。

光出力部１１３にＥＡ変調器と半導体レーザを用いる場合は、制御部２１２が光出力部１１３にＥＡ変調器を用いることを示す情報を取得し、メモリ２１４に記憶されているＥＡ変調器に対応する各機能部の設定を示す情報に基づいて送信側電気処理部１１２に含まれる各機能部（スイッチ部２０５、バイアス調整部２１６）への指示を行う。

まず、制御部２１２が光出力部１１３にＥＡ変調器を用いることを示す情報を取得すると、制御部２１２はスイッチ部２０５に対して非線形補正部２０７を有効とする指示を出力する。そして、スイッチ部２０５は図３に示すようにデジタル多値変調信号を非線形補正部２０７に入力する経路を確立させる。また、制御部２１２は、メモリ２１４に記憶されているＥＡ変調器に対応した設定電圧基準値を取得しバイアス調整部２１６に入力する。

そして、バイアス調整部２１６は、制御部２１２から入力されたＥＡ変調器に対応した設定電圧基準値を取得し、光出力部１１３から出力され光カプラ４０４により分岐された出力光信号のレベルを検出するＰＤ（フォトダイオード）４０５から出力光信号のレベルを取得する。バイアス調整部２１６は、取得した出力光信号のレベルから示される設定電圧の現在値と、取得した設定電圧基準値とに基づいてバイアスＴ４０２に印加するバイアス電圧を決定する。ここでは、バイアスＴ４０２とバイアス調整部２１６との間に定電圧源４０１を備え、定電圧源４０１ではバイアス調整部２１６で設定した設定電圧に応じたバイアス電圧を出力しバイアスＴ４０２にバイアス電圧を供給する。なお、バイアス調整部２１６が定電圧を供給する機能を含んでいてもよい。図４にＥＡ変調器の印加電圧に対する光強度の関係（光透過特性）を示す。図４に示すようにバイアス電圧は光強度でみて４つ信号レベルが等間隔となるようにバイアス調整部２１６において、例えばＰＤ４０５で取得した光レベルの情報からその光レベルを一定に保つように調整される。

図５は、光出力部１１３に直接変調レーザ（ＤＭＬ）を用いた場合の送信側電気処理部１１２の動作を示す図である。直接変調レーザは、主にレーザ駆動回路４１６から出力される駆動電流に応じて光出力強度が変わる半導体レーザのことを指し、光通信で一般的に使用されるのは活性層の近傍に光の伝搬方向に沿って凹凸構造を設け、等化的に屈折率の周期変化を持たせることで特定の波長の光を強く反射させ、単一縦モードの発振が得られることを特徴とするＤＦＢレーザや、活性層の上下に誘電体多層膜で作成されたミラーが形成されていて、この多層膜で反射が生じることを特徴とするＶＣＳＥＬレーザなどがある。

光出力部１１３に直接変調レーザを用いる場合は、制御部２１２が光出力部１１３に直接変調レーザを用いることを示す情報を取得し、メモリ２１４に記憶されている直接変調レーザに対応する各機能部の設定を示す情報に基づいて送信側電気処理部１１２に含まれる各機能部（スイッチ部２０５、バイアス調整部２１６）への指示を行う。

まず、制御部２１２が光出力部１１３に直接変調レーザを用いることを示す情報を取得すると、スイッチ部２０５に対して非線形補正部２０７を無効とする指示を出力する。そして、スイッチ部２０５は非線形補正部２０７をバイパスする経路を確立させる。また、制御部２１２は、メモリ２１４に記憶されている直接変調レーザに対応した設定電圧基準値を取得しバイアス調整部２１６に入力する。

そして、バイアス調整部２１６は、制御部２１２から入力された直接変調レーザに対応した設定電圧基準値を取得し、ＰＤ４０５から出力光信号のレベルを取得する。バイアス調整部２１６は、ＰＤ４０５から取得した出力光信号のレベルから示されるバイアス電流を表す現在の設定電圧値と、取得した設定電圧基準値とに基づいてバイアスＴ４０２に印加するバイアス電流を決定する。ここでは、バイアスＴ４０２とバイアス調整部２１６との間に定電流源４１５を備え、定電流源４１５ではバイアス調整部２１６で設定した設定電圧に応じたバイアス電流を出力しバイアスＴ４０２にバイアス電流を供給する。これにより、レーザ駆動回路４１６から出力される駆動電流にバイアス電流を加えたものが直接変調レーザに入力される。図６に直接変調レーザの駆動電流に対する光強度の関係（光透過特性）を示す。図６に示すようにバイアス電流は光強度でみて４つ信号レベルが等間隔となるようにバイアス調整部２１６において、例えばＰＤ４０５で取得した光レベルの情報からその光レベルを一定に保つように調整される。

このように、第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２によれば予め非線形補正部２０７にＥＡ変調器に対応した非線形補正のための関数を設定しておき、非線形補正部２０７による非線形補正処理の有効／無効を切り替えることで、光出力部１１３にＥＡ変調器を用いる場合と直接変調レーザを用いる場合とで共通の送信側電気処理部１１２を利用することが可能となる。その結果、従来は変調方式や光変調器ごとに開発されていた送信側電気処理部１１２（ＡＳＩＣ、送信側ＩＣ）が、一つの開発で複数の変調方式、光変調器に適用できるため開発コストの低減、ひいては送信側電気処理部１１２自体の価格低減の効果が得られ、低コストな光送受信器を提供することができる。

次に、光出力部１１３にＥＡ変調器を用いる場合と直接変調レーザを用いる場合とで共通で利用できる送信側電気処理部の別の構成について説明する。図７は、第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２の構成の第二の例を示す図である。図７に示すように、第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２の構成の第二の例は、図２に示す送信側電気処理部１１２の構成と、線形補償部２０９を含む点と制御部２２２による処理が異なることを除けばその他は同一であるため、同一の構成には同符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示す第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２の第二の例においては、非線形補正部２０７に予めＥＡ変調器に対応する非線形補正のための関数の設定を行わず、メモリ２１４に光出力部１１３の種類に対応する送信側電気処理部１１２に含まれる各機能部の設定を示す情報が記憶されていることとする。

線形補償部２０９は、デジタル多値変調信号に対して、ＤＡ変換部２１０や電気ドライバアンプ４０３や光出力部１１３といった周波数特性を有するデバイスによって生じる符号間干渉による出力光信号の波形劣化を予め補償する処理を実行する。ここで、周波数特性を有するデバイスによって生じる符号間干渉による出力光信号の波形劣化は、多値変調信号を用いる場合に顕著に現れるため、送信側電気処理部１１２に線形補償部２０９を備えることで多値変調信号を用いる光送受信器により適した構成となる。

制御部２２２は、使用される光出力部１１３の種類の情報を取得し、取得した光出力部１１３の種類に応じて要求される仕様を満たすため送信側電気処理部１１２に含まれる各機能部への指示を行う。ここでは、制御部２１２は、スイッチ部２０５に対して経路の切り替えを指示すること、メモリ２１４に記憶されている光出力部１１３の種類に対応した非線形補正のためのパラメータ値となる関数を取得して線形補償部２０９に設定すること、メモリ２１４に記憶されている光出力部１１３の種類に対応した線形補償のパラメータ値を取得して線形補償部２０９に設定すること、光出力部１１３の種類に応じた設定電圧基準値をメモリ２１４から取得してバイアス調整部２１６に入力することを行う。

具体的には、制御部２２２は、光出力部１１３の種類に応じた関数を線形補償部２０９に設定し、例えば、メモリ２１４に記憶されている非線形補正部２０７への入力値に対する出力値を示したＬＵＴを取得して非線形補正部２０７に設定する。具体的には、ＥＡ変調器の光透過特性はｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｘ）＋ｂのように指数関数で近似的に表現されるため、光出力部１１３がＥＡ変調器の場合には非線形補正部２０７に設定する関数（ＬＵＴ）はｘ＝ｌｎ（ｘ´）（ｘ´：入力値、ｘ：出力値）となる。また、光出力部１１３が直接変調レーザの場合には非線形補正部２０７に何も設定されないこととする。

また、制御部２２２は、光出力部１１３の種類に応じたパラメータ値を線形補償部２０９に設定する。具体的には、制御部２２２は、光出力部１１３の種類に対応した線形補償のパラメータ値を取得して線形補償部２０９に設定する。まず、光出力部１１３がＥＡ変調器の場合は、メモリ２１４に記憶されているＥＡ変調器に対応した線形補償部２０９のパラメータ値を取得して線形補償部２０９に設定する。ここでは、ＥＡ変調器、ＤＡ変換部２１０、電気ドライバアンプ４０３などで生じる帯域不足に起因する符号間干渉による出力光信号の劣化を補償するためのパラメータ値が設定される。次に、光出力部１１３が直接変調レーザの場合は、メモリ２１４に記憶されている直接変調レーザに対応した線形補償部２０９のパラメータ値を線形補償部２０９に設定する。ここでは、直接変調レーザやＤＡ変換部２１０などで生じる帯域不足に起因する符号間干渉による出力光信号の劣化を補償するためのパラメータ値が設定される。

このように、第１実施形態に係る送信側電気処理部１１２の第二の例によれば、非線形補正部２０７による非線形補正処理の有効／無効を切り替えるとともに、光出力部１１３の種類に応じて設定の異なる機能部（ここでは、非線形補正部２０７、線形補償部２０９）の設定を切り替えることで、光出力部１１３にＥＡ変調器を用いる場合と直接変調レーザを用いる場合とで共通の送信側電気処理部１１２を利用することが可能となる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、光出力部１１３にＥＡ変調器を用いた場合と直接変調レーザを用いた場合とで共通に利用することができる送信側電気処理部について示したが、第２実施形態ではその他の種類の光変調器（主にＩＱ変調器、ＭＺ変調器）を用いる場合に共通に利用することができる送信側電気処理部について説明する。

図８は、第２実施形態に係る送信側電気処理部の構成の一例を示す図である。図８に示すように、第２実施形態に係る送信側電気処理部１３２は、誤り訂正符号部２０１、変調マッピング部２０２、ナイキスト帯域圧縮部２０３、分散予等化部２０４、非線形補正部２０７（２０７ａ、２０７ｂ）、線形補償部２０９（２０９ａ、２０９ｂ）、ＤＡ変換部２１０（２１０ａ、２１０ｂ）、制御部３１２、レジスタ２１３、メモリ２１４、及びバイアス調整部２１６を含んで構成される。ここで、図６に示す第１実施形態に係る送信側電気処理部の第２の例と共通するものには同符号を付し重複する説明は省略する。なお、図８に示す送信側電気処理部１３２に非線形補正部２０７、線形補償部２０９、ＤＡ変換部２１０をそれぞれ２つずつ含む例を示したが、これらは２以上であってもよい。

制御部３１２は、光出力部１１３の種類を入力する端子または光出力部１１３の種類を入力する機構から伝達される光出力部１１３の種類の情報を入力する機構と、一つ以上の制御線の入力端子と一つ以上の制御線の出力端子とを備えている。そして、光出力部１１３の種類を示す情報を取得すると、使用する光出力部１１３に応じて要求される仕様を満たすために、制御部３１２は、メモリ２１４に記憶された光出力部１１３の種類に対する送信側電気処理部１３２に含まれる機能の組合せなどを示す情報に基づいて、レジスタ２１３を書き換えることにより、送信側電気処理部１３２の各機能部を切り替えることや、各処理部が処理を実行するためのパラメータ値を設定する。

図９は、第２実施形態に係る制御部３１２が実行する送信側電気処理部の機能の切り替えを示すフロー図である。第２実施形態に係る制御部３１２が実行する送信側電気処理部の機能の切り替えについて図９に示すフロー図に従って説明する。

まず、制御部３１２に光出力部１１３の種類を示す情報が入力されると（Ｓ１）、制御部３１２はメモリ２１４にアクセスし、光出力部１１３の種類に対する送信側電気処理部１３２に含まれる各機能部の組合せを示す情報に基づいて、レジスタ２１３の書き換えを行う（Ｓ２）。ここで、光出力部１１３の種類は、ＩＱ変調器、ＭＺ変調器、ＥＡ変調器、直接変調レーザの４種類とする。

処理Ｓ２においてレジスタが書き換えられることにより、送信側電気処理部１３２の各機能部（誤り訂正符号部２０１、変調マッピング部２０２、ナイキスト帯域圧縮部２０３、分散予等化部２０４、非線形補正部２０７、線形補償部２０９、ＤＡ変換部２１０）は光出力部１１３の種類に応じてＥｎａｂｌｅ状態とＤｉｓａｂｌｅ状態に切り替わる（Ｓ３）。具体的には、ＩＱ変調器及びＭＺ変調器の場合は、少なくとも変調マッピング部２０２、分散予等化部２０４、非線形補正部２０７ａ及び２０７ｂ、線形補償部２０９ａ及び２０９ｂ、ＤＡ変換部２１０ａ及び２１０ｂがＥｎａｂｌｅ状態となる。ＥＡ変調器の場合は、少なくとも変調マッピング部２０２、非線形補正部２０７ａ（または２０７ｂ）、線形補償部２０９ａ（または２０９ｂ）、ＤＡ変換部２１０ａ（または２１０ｂ）がＥｎａｂｌｅ状態となる。直接変調レーザの場合は、少なくとも変調マッピング部２０２、線形補償部２０９ａ（または２０９ｂ）、ＤＡ変換部２１０ａ（または２１０ｂ）がＥｎａｂｌｅ状態となる。また、各機能部のうち一つ以上の機能部は、その性質をＦＩＲフィルタのフィルタ係数によって決定されるため、処理Ｓ３において、例えば線形補償部２０９のフィルタ係数を、ＤＡ変換部２１０、電気ドライバアンプ４０３、光出力部１１３といった周波数特性を有するデバイスによって生じる符号間干渉による出力光信号の波形劣化を予め補償するフィルタ係数に更新することや、送信側でスペクトル圧縮を行うためにレイズドコサインフィルタやルートレイズドコサインフィルタを実現するフィルタ係数に更新することなどを行う。これらのフィルタ係数はメモリ２１４に記憶してある数値を使用してもよいし、光出力部の種類の情報を入力する際に制御部３１２に入力してもよいし、光送信信号や光受信信号の信号品質情報（例えばＥＶＭやアイ開口、ＢＥＲ）に基づいて更新してもよい。

なお、処理Ｓ３における送信側電気処理部１３２の各機能部のＥｎａｂｌｅ／Ｄｉｓａｂｌｅの切り替えは、第１実施形態に示したようなスイッチ部２０５を用いてデジタル多値変調信号が各機能部に入力される経路と、各機能部をバイパスする経路とを切り替えることで実現してもよい。また、分散予等化部２０４や線形補償部２０９のようにＦＩＲフィルタで構成された箇所では入力と出力が変化しないタップ係数（例：０、・・・、０、０、０、１、０、０、０、…、０）を設定することでＤｉｓａｂｌｅを実現してもよいし、非線形補正部２０７のように設定する関数の計算式を入力と出力が変化しないように設定することでＤｉｓａｂｌｅを実現してもよい。また、各機能部への供給電流を落とすことでＤｉｓａｂｌｅを実現してもよい。

続いて、非線形補正部２０７に設定する光変調器の非線形性を補正する関数を更新する（Ｓ４）。前述したように光変調器の透過特性は、例えばＩＱ変調器やＭＺ変調器はｙ＝ａ・ｓｉｎ（ｘ）＋ｂのように三角関数で表現され、ＥＡ変調器はｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｘ）＋ｂのように指数関数で近似的に表現される。したがって、このような非線形性を補正するために透過特性の逆関数となる関数を非線形補正部２０７に設定する。これにより出力光信号の品質改善や、その他のデジタル信号処理部の効果を改善することが可能となる。ここで、直接変調レーザは非線形性を有さないので非線形補正処理を必要とせず非線形性を補正する関数を更新する処理Ｓ４はスキップされる。

そして、長距離伝送（例えば４０ｋｍ以上）を行う場合などに光信号を伝送する光ファイバケーブルの波長分散によって生じる波形劣化を送信側であらかじめ逆特性（例えば、伝送路の累積波長分散が正の場合は、負の波長分散）を印加することで受信側における波形劣化を軽減する分散予等化部２０４において、光ファイバケーブルの距離あたりの波長分散値と伝送距離に応じて変化する補償量を変更する（Ｓ５）。ここで、分散予等化部２０４による分散予等化の方法としては、分散予等化部２０４に入力する電気信号（光電界情報）をＦＦＴ（高速フーリエ変換）して周波数領域上で光ファイバケーブルの累積波長分散量の伝達関数の逆関数を印加し、印加後にＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を行う方法や、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタなどを用いて時間領域上で補償する方法などが公知である。ここで、光出力部１１３の種類がＥＡ変調器または直接変調レーザの場合は分散予等化処理を必要としないので処理Ｓ５はスキップされる。

そして、ＢＥＲ観測やフレームチェックなどによる導通確認を行い（Ｓ６）、導通がない場合は（Ｓ６：Ｎ）、処理Ｓ５に戻り、ＥＶＭなどの信号品質の情報を受信側で観測し、その観測情報を送信側に伝達することで適応的に分散予等化部２０４の補償量を調整する。または、波長分散耐力の大きい低速の変調信号を送受することで伝送論の波長分散量を検出することも可能である。これにより、伝送距離が不明の場合に分散予等化部２０４で設定する補償量すなわち累積波長分散量も不明である場合も処理Ｓ６：Ｎ及び処理Ｓ５の処理を行うことで適応可能である。

このように、光出力部１１３の種類が、ＩＱ変調器、ＭＺ変調器、ＥＡ変調器、直接変調レーザの場合で、送信側電気処理部１３２に含まれる各機能部による処理の有効／無効の切り替え、各機能部の設定の切り替え、を行うことで共通の送信側電気処理部１３２を利用することが可能となる。以下に、光出力部１１３の各種類における図８に示す送信側電気処理部１３２の動作を説明する。

まず、図８に示す送信側電気処理部１３２において光出力部１１３にＩＱ変調器と半導体レーザを用い、変調方式にナイキストＰＡＭ４を用いた場合の動作について説明する。

ＩＱ変調器は、光を光カプラで一度半分ずつに分岐して、分岐した光それぞれ（Ｉ相およびＱ相）に電気コネクタを介して入力する電圧や電界の変化によって屈折率を変化させることで位相変調を印加した後に再び合波するＭＺ変調器を２つ並列に組み合わせ、それぞれの位相を変更させることが可能な変調器であり、材料には光学結晶のニオブ酸リチウムや半導体のインジウムリンやガリウムヒ素、シリコンなどが用いられる変調器である。

ＰＡＭ４は、光出力部１１３から出力される光信号の光強度（もしくは光電界の振幅）を４値（例えば、［０、＋１／３、＋２／３、１］）に変調する方式であり、それぞれのレベルが［００、０１、１１、１０］の２ビット情報を示し、ここでいうナイキストは信号の周波数スペクトルをそのインパルス応答がナイキスト第一基準を満たすフィルタによって、シンボルレート周波数の約半分に帯域圧縮処理することを意味しており、ナイキストＰＡＭ４はそれらを組み合わせた変調方式である。図８において、ＰＡＭ４とナイキストの信号処理は、それぞれ変調マッピング部２０２とナイキスト帯域圧縮部２０３によって実現される。言い換えれば、ナイキストＰＡＭ４変調方式を用いる場合は送信側電気処理部１３２にナイキスト帯域圧縮部２０３を備える必要がある。

誤り訂正符号部２０１は、送信側電気インタフェース部１１１から入力されるデジタル情報である電気信号を取得し、デジタル情報に予め設定されたアルゴリズムに従い冗長性を付与することで、受信側において誤りを検出し訂正するための符号化を行い、変調マッピング部２０２に出力する。そして、変調マッピング部２０２により生成されたデジタル多値変調信号（ここでは、ＰＡＭ４）はナイキスト帯域圧縮部２０３に入力される。

ナイキスト帯域圧縮部２０３は、入力されたデジタル多値変調信号（ＰＡＭ４）の周波数スペクトルをそのインパルス応答がナイキスト第一基準を満たすように、シンボルレート周波数の約半分に帯域圧縮する処理を実行し、分散予等化部２０４へ出力する。ナイキスト帯域圧縮部２０３がナイキスト帯域圧縮を行うことで、ＤＡ変換部２１０のサンプリング速度Ｒｓとシンボル速度Ｒｍの関係は、Ｒｓ≧（１＋α）Ｒｍを満たしていればよい。ここで、αはレイズドコサインフィルタやルートレイズドコサインフィルタのロールオフファクターである。そして、ロールオフファクターα＝０の場合は、信号のスペクトルは矩形（相対光強度で周波数０〜Ｒｍで１、Ｒｍを超えると０）となり、ロールオフファクターα＞０の場合は、相対光強度１から０への遷移が滑らかになる。ナイキスト帯域圧縮部２０３に入力されたデジタル多値変調信号は１シンボルあたり２サンプルのサンプル数で表現されたデジタル信号である場合、１シンボルあたり（１＋α）サンプル以上にリサンプル（ダウンサンプリング）することで、ＤＡ変換部２１０のサンプリング速度がシンボル速度の２倍に満たない場合でも、２Ｓａ／シンボルにおけるデジタル信号処理と同性能のデジタル信号処理（分散予等化、線形等化など）を実施することが可能となる。なお、ナイキスト帯域圧縮部２０３において実施されるリサンプルの量（例えば、６４ＧＳａ／ｓｅｃの場合にリサンプルして１．３Ｓａ／ｓｙｍｂｏｌにダウンサンプルしたとき５１．２Ｇｂａｕｄ、リサンプルして４Ｓａ／ｓｙｍｂｏｌとアップサンプルしたとき１６Ｇｂａｕｄ）を変更することで、変調速度の変更も可能となるが、このときナイキスト定理を満たす必要があることは言うまでもない。

分散予等化部２０４は、入力されたデジタル多値変調信号（ＰＡＭ４）を、振幅ａと位相φを用いて表現される光の電界情報［（Ｉ、Ｑ）＝ａ・ｅｘｐ（−ｊ・φ）、Ｉは電界情報の実部、Ｑは電界情報の虚部、ｊは複素数］に変換し、その次に電界情報（Ｉ、Ｑ）に伝送路の累積波長分散による波形歪みを打ち消す伝達関数を印加する。図１０は、デジタル多値変調信号（ＰＡＭ４）を光の電界情報として示した光電界平面図である。図１０に示すように、光の電界情報としてデジタル多値変調信号（ＰＡＭ４）の光電界信号点が光電界平面上に示される。感度向上のためには信号点配置とバイアス点は光電界上、図１０に示すように４５度の位相になることが望ましいがＩ軸（位相０度）やＱ軸（位相９０度）でも構わない。

このとき、デジタル信号処理内の電界情報と実際の光電界情報は一致している必要があるため、図１０に示すバイアス点は、デジタル信号処理内の電界情報と一致するよう光電界上で４つのレベルが等間隔（光アンプを使用するような系では光電界上で等間隔であると光の雑音による感度劣化が軽減可能）になるようバイアス調整部２１６により調整される。そのため受信側において２乗検波をする場合は、ＰＤにて信号を受光後、ＡＤ変換によりデジタル化した信号にルート演算を行うことで送信側と受信側の信号レベルが一致する。

非線形補正部２０７ａ及び２０７ｂは、分散予等化部２０４から出力された２つの信号、Ｉ信号およびＱ信号にそれぞれ非線形補正を行う。ＩＱ変調器を構成するＭＺ型の光変調部の印加電圧に対する光振幅の関係（光透過特性の光電界表示）は、図１１に示すようにｙ＝ａ・ｓｉｎ（ｘ）＋ｂ（ｙ：光振幅、ｘ：印加電圧、ａ，ｂ：任意の係数）で表すことができる。図１１に示すようにＩＱ変調器から出力される光振幅は印加電圧に対して線形ではないため、ｓｉｎ（ｘ）の逆関数を印加電圧である電気信号の電圧値ｘに演算することで、ｘ´＝ｓｉｎ^−１（ｘ）が得られ、光変調部における印加電圧ｘ´と光振幅ｙの関係を線形とすることができる。これにより変調精度向上の効果や後段の線形補償部２０９における信号処理の精度改善などが得られる。

線形補償部２０９ａ及び２０９ｂでは、非線形補正部２０７ａ及び２０７ｂから出力されたＩ信号およびＱ信号に対して、ＤＡ変換部２１０、電気ドライバアンプ４０３、ＩＱ変調器といった周波数特性を有するデバイスによって生じる符号間干渉による出力光信号の波形劣化を予め補償する処理を実行する。

ＤＡ変換部２１０ａ及び２１０ｂは、線形補償部２０９ａ及び２０９ｂから出力されたＩ信号及びＱ信号それぞれの振幅の値をＤＡ変換部２１０の仕様の一つである量子化ビット数に応じて量子化された離散値に変換し、それぞれアナログ信号として出力する。

ここで、受信側電気処理部１２３の具体的な構成について説明する。図１２は、受信側電気処理部１２３の構成の一例を示す図である。図１２に示す受信側電気処理部１２３は、例えば図８に示した光送信部１０１から出力された光信号を受信し、元のビット情報（ＰＡＭ４の場合は２ビット情報）に変換することが可能な構成となっている。

光受信部１０２に入力された光信号は、ＰＤ４０６において光電変換して、光信号の強度レベルに対応した電圧値（電気信号）に変換される。そして、電気信号はＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）４０７において、その電圧振幅が増幅されたのち、受信側電気処理部１２３のＡＤ変換部４０９に入力される。

受信側電気処理部１２３においては、ＡＤ変換部４０９で入力されたアナログの電気信号はあるサンプリング速度でアナログデジタル変換され、デジタル信号となる。このときのサンプリング速度が変調速度のちょうど２倍となる場合以外は、リサンプル部４１０におけるリサンプル処理で、１シンボルあたり２サンプルのサンプル数にアップサンプリング（サンプル点の追加）もしくはダウンサンプリング（サンプル点の間引き）を行う。２Ｓａ／ｓと変換された電気信号は適応等化補償部４１１において、電気信号に重畳されている符号間干渉を取り除く処理を行う。適応等化補償は、例えば、タップ係数の更新が可能なＦＩＲフィルタと、前記のＦＩＲフィルタを通過した電気信号と、基準信号（理想的な信号列もしくは、ＰＡＭ４であれば４つのレベル［−１，−１／３，＋１／３，＋１］）との誤差を判定する誤差判定機構を備えることを特徴として、その誤差を減じるように特定周期毎にタップ係数を更新することで、入力電気信号から、使用するデバイスの帯域幅不足による符号間干渉や波長分散による符号間干渉を取り除く。

続いて、適応等化補償部４１１から出力された電気信号は、ＣＤＲ部４１２において、クロック抽出を実施して、シンボルの中央時刻における電気信号の電圧値（信号レベル）を検出し、その電圧情報を変調デマッピング部４１３に入力する。変調デマッピング部４１３では入力された電圧情報（理想的には［−１，−１／３，＋１／３，＋１］）からビット情報［００，０１，１１，１０］に復号する。最後に誤り訂正復号部４１４において、誤り訂正符号部２０１において符号化した誤り訂正符号を基に、変調デマッピング部４１３において復号されたビット情報に生じたビット誤りを訂正したのちに図１に示す受信側電気インタフェース部１２４経由で光送受信器１００の外部に出力する。

次に、図８に示す送信側電気処理部１３２において光出力部１１３にＭＺ変調器と半導体レーザを用い、変調方式にナイキストＰＡＭ４を用いた場合の動作について説明する。ＭＺ変調器を用いる場合は、ＩＱ変調器を用いる場合と分散予等化部２０４の処理が異なる点を除けば他は同一であるため、重複する説明は省略する。

分散予等化部２０４は、入力されたデジタル多値変調信号（ＰＡＭ４）を、振幅ｒと位相φを用いて表現される電界情報［（Ｉ、Ｑ）＝ｒ・ｅｘｐ（−ｊ・φ），Ｉは電界情報の実部、Ｑは電界情報の虚部、ｊは複素数］に変換し、その次に電界情報（ｒ、φ）に伝送路の累積波長分散による波形歪みを打ち消す伝達関数を印加して、分散予等化後の電界情報（ｒ´、φ´）を生成する。最後に電界情報の振幅ｒ´と位相φ´とからＭＺ変調器に印加する電気信号Ｖ１＝ａｃｏｓ（ｒ）＋φ、Ｖ２＝ａｃｏｓ（ｒ）−φに変換し、分散予等化部２０４から出力する。ここでａｃｏｓ（ｋ）はコサインの値がｋになるような角を返す関数のことである。

なお、伝送距離が短いなどで分散予等化処理を実施しない場合もあり、その場合は分散予等化部２０４をレジスタ書き換え等によりＤｉｓａｂｌｅとすることができる。分散予等化処理を実施しない場合のＭＺ変調器の印加電圧に対する光強度の関係（光透過特性）を図１３に示す。図１３に示すように、分散予等化処理を実施しない場合のＭＺ変調器のバイアス点は受信側に設置したフォトダイオードなどで２乗検波した時に４つの光レベルが等間隔となるように調整されるため、図１１に示すような光電界時のレベルとは異なる。また、図８では両相駆動のＭＺ変調器が記載されているが、強度等間隔の変調では単相駆動のＭＺ変調器を用いることが可能となるため、Ｑ信号に関わる片側の非線形補正部、片側の線形補償部、片側のＤＡ変換部をＤｉｓａｂｌｅとすることも可能である。

また、ＭＺ変調器は通過する光キャリアの位相を変更する周波数チャープ特性を有するため、故意にＭＺ変調器の製造時に周波数チャープを持つように作りこむことで波長分散による波形歪の影響を緩和することができるが、短距離ネットワーク用で一般的に使用される波長は１３１０ｎｍ付近で、伝送用光ファイバであるシングルモードファイバのゼロ分散波長に近いため使用波長によって、伝送後の累積波長分散が正分散となるか負分散となるか変わる。そこで、使用する波長の情報に従い、バイアス調整部２１６から出力される設定電圧に応じたバイアス電圧の設定値にＭＺ変調器のＶｐｉ（位相がπだけ変わる電圧）をオフセット（加算もしくは減算）するオフセット発生部５０２を備えることとしてもよい。図１４に第２実施形態に係る送信側電気処理部１３２においてオフセット発生部を備える構成の一例を示す。図１４に示すように、オフセット発生部５０２は、バイアス調整部２１６から出力される設定電圧に応じたバイアス電圧の設定値Ｖｂに、レジスタ２１３から取得する使用波長に応じたオフセット電圧Ｖｐｉをオフセットして出力する。図１５に、図１３におけるＭＺ変調器の光透過特性においてオフセットされたバイアス点の一例を示す。図１５に示すように、バイアス点はオフセット発生部５０２によりオフセット電圧Ｖｐｉ減算されている。このようにオフセット発生部５０２によりバイアス電圧の設定値が変更されることで、正分散／負分散どちらへの影響をも緩和することが可能となる。

また、図８に示す第２実施形態における送信側電気処理部１３２において光出力部１１３にＥＡ変調器を用いた場合の送信側電気処理部１３２の動作を図１６に示す。図１６に示すように、光出力部１１３にＥＡ変調器を用いた場合は、分散予等化部２０４、非線形補正部２０７ｂ、線形補償部２０９ｂ、ＤＡ変換部２１０ｂがＤｉｓａｂｌｅ状態となり、ナイキスト帯域圧縮部２０３から出力されたデジタル多値変調信号は非線形補正部２０７ａ、線形補償部２０９ａ、ＤＡ変換部２１０ａを介して送信側電気処理部１３２から出力される。

また、図８に示す第２実施形態における送信側電気処理部１３２において光出力部１１３に直接変調レーザを用いた場合の送信側電気処理部１３２の動作を図１７に示す。図１７に示すように、光出力部１１３に直接変調レーザを用いた場合は、分散予等化部２０４、非線形補正部２０７ａ及び２０７ｂ、線形補償部２０９ｂ、ＤＡ変換部２１０ｂがＤｉｓａｂｌｅ状態となり、ナイキスト帯域圧縮部２０３から出力されたデジタル多値変調信号は線形補償部２０９ａ、ＤＡ変換部２１０ａを介して送信側電気処理部１３２から出力される。

このように第２実施形態に係る送信側電気処理部１３２によれば、光出力部１１３にＩＱ変調器、ＭＺ変調器、ＥＡ変調器、直接変調レーザを用いる場合において分散予等化部２０４、非線形補正部２０７、線形補償部２０９、ＤＡ変換部２１０の有効／無効の切り替えと各機能部の設定値を設定することができ、光出力部１１３にＩＱ変調器、ＭＺ変調器、ＥＡ変調器、直接変調レーザを用いる場合において共通の送信側電気処理部１１２を利用することが可能となる。その結果、従来は変調方式や光変調器ごとに開発されていた送信側電気処理部１１２（ＡＳＩＣ、送信側ＩＣ）が、一つの開発で複数の変調方式、光変調器に適用できるため開発コストの低減、ひいては送信側電気処理部１１２自体の価格低減の効果が得られ、低コストな光送受信器を提供することができる。

なお、第２実施形態以降では変調方式がナイキストＰＡＭ４変調の場合を例にして説明したが、レジスタ２１３の書き換えにより、ナイキスト帯域圧縮部２０３をＤｉｓａｂｌｅにすることで、通常の４値変調方式の変調を可能とする。また、誤り訂正符号部２０１についても必要に応じてレジスタ２１３の書き換え等により、Ｅｎａｂｌｅ／Ｄｉｓａｂｌｅを切り替え可能としてもよいし、必要ない場合は送信側電気処理部１３２に含まない構成としてもよい。また分散予等化部２０４についても伝送距離に応じてレジスタ２１３の書き換え等により、Ｅｎａｂｌｅ／Ｄｉｓａｂｌｅを切り替え可能としてもよいし、必要ない場合は送信側電気処理部１３２に含まない構成としてもよい。

１００ 光送受信器、１０１ 光送信部、１０２ 光受信部、１１１ 送信側電気インタフェース部、１１２，１３２ 送信側電気処理部、１１３ 光出力部、１１４ 送信側光インタフェース部、１２１ 受信側光インタフェース部、１２２ 光受光部、１２３ 受信側電気処理部、１２４ 受信側電気インタフェース部、２０１ 誤り訂正符号部、２０２ 変調マッピング部、２０３ ナイキスト帯域圧縮部、２０４ 分散予等化部、２０５ スイッチ部、２０７，２０７ａ，２０７ｂ 非線形補正部、２０９，２０９ａ，２０９ｂ 線形補償部、２１０，２１０ａ，２１０ｂ ＤＡ変換部、２１２，２２２,３１２ 制御部、２１３ レジスタ、２１４ メモリ、２１６ バイアス調整部、４０１ 定電圧源、４０２ バイアスＴ、４０３,４０３ａ,４０３ｂ 電気ドライバアンプ、４０４ 光カプラ、４０５,４０６ ＰＤ、４０７ ＴＩＡ、４０９ ＡＤ変換部、４１０ リサンプル部、４１１ 適応等化補償部、４１２ ＣＤＲ部、４１３ 変調デマッピング部、４１４ 誤り訂正復号部、４１５ 定電流源、４１６ レーザ駆動回路、５０２ オフセット発生部。

Claims (11)

1. 光出力部と、
   前記光出力部から出力される光信号の変調に用いるデジタル情報信号を前記光信号の多値レベルの強度に対応させたデジタル多値変調信号とする変調マッピング部と、
   前記光出力部の非線形特性を補正するよう前記デジタル多値変調信号を非線形補正する非線形補正部と、
   前記デジタル多値変調信号を前記光出力部に入力するためのアナログ多値変調信号に変換する変換部と、
   前記非線形補正部による非線形補正処理の有効／無効を切り替える切り替え部と、
   前記光出力部の種類を取得する取得部と、を含み、
   前記切り替え部は、前記光出力部の種類に応じて前記非線形補正処理の有効／無効を切り替える、
   ことを特徴とする光送受信器。
2. 請求項１に記載の光送受信器であって、
   前記光出力部の変調特性変化を補償するよう前記デジタル多値変調信号を線形補償する線形補償部、
   をさらに含むことを特徴とする光送受信器。
3. 請求項２に記載の光送受信器であって、
   前記光出力部の種類に応じて前記非線形補正部による非線形補正のパラメータ値、及び前記線形補償部による線形補償のパラメータ値、を決定する、
   ことを特徴とする光送受信器。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光送受信器であって、
   前記デジタル多値変調信号に対して前記光信号を伝送する伝送路で生じる波長分散を予等化する分散予等化部と、
   前記分散予等化部による分散予等化処理の有効／無効を切り替える切り替え部と、
   をさらに含むことを特徴とする光送受信器。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の光送受信器であって、
   前記デジタル多値変調信号に対して前記光信号を受信する受信側処理部においてビット誤りを検出し訂正するよう符号化する誤り訂正符号部、
   をさらに含むことを特徴とする光送受信器。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の光送受信器であって、
   前記デジタル多値変調信号に対してナイキスト第一基準を満たすよう帯域圧縮するナイキスト帯域圧縮部、
   をさらに含むことを特徴とする光送受信器。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の光送受信器であって、
   前記光出力部に印加する電圧の設定値を、前記光出力部の種類と、前記光出力部から出力される前記光信号のレベルと、に基づいて決定するバイアス調整部、
   をさらに含むことを特徴とする光送受信器。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の光送受信器であって、
   各機能部による処理の有効／無効の切り替え、各機能部による処理のパラメータ値の決定、を制御する制御部、
   をさらに含むことを特徴とする光送受信器。
9. 請求項４に記載の光送受信器であって、
   前記制御部は、前記光信号を伝送する伝送路の距離に関する情報を取得し、前記伝送路の距離に応じた累積波長分散を補償するパラメータ値を前記分散予等化部による分散予等化処理のパラメータ値として決定する、
   ことを特徴とする光送受信器。
10. 光出力部と、
    前記光出力部から出力される光信号の変調に用いるデジタル情報信号を前記光信号の多値レベルの強度に対応させたデジタル多値変調信号とする変調マッピング部と、
    前記光出力部の非線形特性を補正するよう前記デジタル多値変調信号を非線形補正する非線形補正部と、
    前記デジタル多値変調信号を前記光出力部に入力するためのアナログ多値変調信号に変換する変換部と、
    前記非線形補正部による非線形補正処理の有効／無効を切り替える切り替え部と、
    前記光出力部の変調特性変化を補償するよう前記デジタル多値変調信号を線形補償する線形補償部と、を含み、
    前記光出力部の種類に応じて前記非線形補正部による非線形補正のパラメータ値、及び前記線形補償部による線形補償のパラメータ値、を決定する、
    ことを特徴とする光送受信器。
11. 光出力部と、
    前記光出力部から出力される光信号の変調に用いるデジタル情報信号を前記光信号の多値レベルの強度に対応させたデジタル多値変調信号とする変調マッピング部と、
    前記光出力部の非線形特性を補正するよう前記デジタル多値変調信号を非線形補正する非線形補正部と、
    前記デジタル多値変調信号を前記光出力部に入力するためのアナログ多値変調信号に変換する変換部と、
    前記非線形補正部による非線形補正処理の有効／無効を切り替える切り替え部と、
    前記光出力部に印加する電圧の設定値を、前記光出力部の種類と、前記光出力部から出力される前記光信号のレベルと、に基づいて決定するバイアス調整部、
    を含む光送受信器。

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