CN110337788B - 光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计***及光传输特性补偿*** - Google Patents

光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计***及光传输特性补偿*** Download PDF

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Abstract

根据在从光收发器的发送部(1)向接收部(3)传输第1已知信号时接收部(3)所取得的第1数据、以及接收部(3)的光接收器(9)的临时的传递函数或者逆传递函数，估计发送部(1)的光发射器(7)的传递函数或者逆传递函数。根据在从发送部(1)向接收部(3)传输第2已知信号时接收部(3)所取得的第2数据、以及估计出的光发射器(7)的传递函数或者逆传递函数，估计光接收器(9)的传递函数或者逆传递函数。

Description

光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计 ***及光传输特性补偿***
技术领域
本发明涉及一种用于估计或者补偿光通信中的光收发器的传输特性的光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计***及光传输特性补偿***。
背景技术
为了应对通信业务量的增大，要求光收发器的高速·大容量化，近年来，持续引入的光收发器使用结合了数字信号处理(DSP)与相干检测(coherent detection)的数字相干技术。
在每1信道100Gb/s的光收发器中，波特率(Baud rate)与调制方式例如为32GbaudPDM-QPSK(偏振复用－4相位偏移调制)。光发射器分别按照QPSK的基带信号对正交的线偏振光(X偏振波和Y偏振波)进行调制，从而生成PDM-QPSK光信号。光接收器通过对接收到的光信号与本振光(局発光)进行相干检测而将光信号转换为基带信号，通过数字信号处理(DSP)对QPSK进行解调而再现发送数据。
为了增加每1信道的传输容量，在400Gb/s的光收发器中，波特率和调制方式例如为64Gbaud PDM-16QAM(偏振复用-16Quadrature amplitude modulation：正交幅度调制)、或者43Gbaud PDM-64QAM。由此，在今后的光收发器中，为了扩大每1信道的传输容量，进行波特率的增加和调制方式的多值化。
伴随着波特率的增加和多值化，要求光收发器在宽频带上具有良好的传输特性。该光收发器内的传输信号的传输特性用传递函数表现，一般来说，光收发器具有多个通道(lane)(X偏振波的同相成分XI、X偏振波的正交成分XQ、Y偏振波的同相成分YI、Y偏振波的正交成分YQ)，通道间的传递函数的差会引起***的综合传输特性劣化，因此也要求充分抑制通道间的传递函数的差。在光收发器的传递函数的频率特性不充分的情况或者通道间存在差的情况下，例如，需要通过DSP对传输特性或者该通道间的差进行补偿。与此相对，提出了在接收侧对光传输路径的色散或者接收侧的通道间的差进行补偿的方法(例如，参照非专利文献1、2)、以及在发送侧对发送侧的通道间的差进行补偿的方法(例如，参照专利文献1以及非专利文献3)。
现有技术文献
专利文献1：日本特许第6077696号公报
非专利文献1：RR Muller,J.Renaudier,"Blind Receiver Skew Compensationand Estimation for Long-Haul Non-Dispersion Managed Systems Using AdaptiveEqualizer",JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.33,NO.7,pp.1315-1318,APRIL 1,2015.
非专利文献2：J.C.M.Diniz,E.P da Silva,M.Piels,and D.Zibar,“Joint IQSkew and Chromatic Dispersion Estimation for Coherent Optical CommunicationReceivers”,Advanced Photonics Congress 2016.
非专利文献3：Ginni Khanna,Bernhard Spinnler,Stefano Calabro,Erik DeMan,and Norbert Hanik,"A Robust Adaptive Pre-Distortion Method for OpticalCommunication Transmitters",IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.28,NO.7,pp.752-755,APRIL 1,2016.
发明内容
发明要解决的问题
在通过DSP对光收发器的传递函数进行补偿的情况下，需要预先掌握构成光收发器的光电路或者模拟电气电路等的传递函数，基于这些传递函数根据需要设定补偿值。光发射器和光接收器分别具有需要根据波特率补偿的范围的传递函数的频率特性。在以往的光收发器中，当设定用于对上述的传递函数进行补偿的补偿值时，例如，通过根据光电路或者模拟电气电路供应商示出的传递函数的规格值或者预先测量出的代表个体的传递函数的评价结果等，对光发射器补偿部和接收器补偿部设定补偿值，从而能够得到充分的综合传输特性。
但是，在400Gb/s等的高速传输***中，具有如下问题：伴随波特率的上升和多值化，由于光电路或者模拟电气电路的传递函数的个体差异的原因，在基于供应商所示出的规格值或者代表个体的评价结果的补偿值设定中，不能得到充分的综合传输特性。
本发明是为了解决上述的问题而完成的，目的在于得到一种能够对光收发器的传输特性进行估计或者补偿的光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计***以及光传输特性补偿***。
用于解决问题的手段
根据本发明所涉及的光传输特性估计方法，一种由光传输特性估计***估计光收发器的光传输特性的光传输特性估计方法，其特征在于，所述方法具有如下步骤：第1步骤，根据在从所述光收发器的发送部向接收部传输第1已知信号时所述接收部所取得的第1数据、以及所述接收部的光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数，估计所述发送部的光发射器的传递函数或者逆传递函数；以及第2步骤，根据在从所述发送部向所述接收部传输第2已知信号时所述接收部所取得的第2数据、以及估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数，估计所述光接收器的传递函数或者逆传递函数。
发明效果
根据本发明，能够估计光收发器的传递函数。
附图说明
图1为示出具有本发明的实施方式所涉及的光传输特性估计***以及光传输特性补偿***的光收发器的图。
图2为示出本发明的实施方式所涉及的光传输特性估计方法的流程图。
图3为用于估计本发明的实施方式所涉及的光接收器的临时的传递函数(temporary transfer function)的流程图。
图4为示出本发明的实施方式1所涉及的第1接收器传递函数估计部的图。
图5为示出本发明的实施方式1所涉及的接收器补偿部的图。
图6为示出本发明的实施方式2所涉及的接收器补偿部的图。
图7为示出本发明的实施方式3所涉及的接收器补偿部的图。
图8为示出本发明的实施方式4所涉及的接收器补偿部的图。
图9为示出本发明的实施方式2所涉及的第1接收器传递函数估计部的图。
图10为示出本发明的实施方式3所涉及的第1接收器传递函数估计部的图。
图11为示出本发明的实施方式所涉及的光接收器的临时的传递函数的频率响应(振幅信息)的图。
图12为示出本发明的实施方式所涉及的光接收器的临时的逆传递函数的频率响应(振幅信息)的图。
图13为示出本发明的实施方式所涉及的发射器传递函数估计部的图。
图14为用于取得本发明的实施方式所涉及的光发射器的传递函数或者逆传递函数的流程图。
图15为示出由发射器传递函数估计部求出的光发射器的逆传递函数的时间响应的图。
图16为示出由发射器传递函数估计部求出的光发射器的逆传递函数的频率响应(振幅特性以及相位特性)的图。
图17为示出本发明的实施方式1所涉及的第2接收器传递函数估计部的图。
图18为用于估计本发明的实施方式所涉及的光接收器的真实的传递函数(truetransfer function)或者真实的逆传递函数(true inverse transfer function)的流程图。
图19为示出由第2接收器传递函数估计部求出的光接收器的逆传递函数的时间响应的图。
图20为示出由第2接收器传递函数估计部求出的光接收器的逆传递函数的频率响应(振幅特性、相位特性)的图。
图21为示出本发明的实施方式2所涉及的第2接收器传递函数估计部的图。
图22为基于本发明的实施方式所涉及的光传输特性补偿方法的补偿后的频谱。
图23为示出基于本发明的实施方式所涉及的光传输特性补偿方法的补偿后的Q值改善效果的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式所涉及的光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计***以及光传输特性补偿***进行说明。对相同或者对应的构件赋予相同的标号，省略说明的重复。另外，以下所使用的“传递函数”这样的用语不限于表示装置、部件、传播路径等的传输特性的规定函数，只要是表示某2个地点之间的传输特性的函数、数式、电路或者线路等即可，可以是任意的。此外，传递函数不限于线性，也可以是表示非线性的特性的函数等。进而，关于“传输”和“传递”，在本发明的范围内，基本上可以理解为同义。
图1为示出具有本发明的实施方式所涉及的光传输特性估计***以及光传输特性补偿***的光收发器的图。发送部1经由传输路径2向接收部3发送光信号。传输路径2例如由光纤和光放大器构成。
发送部1具有发送信号处理部4、已知信号***部5、发射器补偿部6以及光发射器7。发送信号处理部4、已知信号***部5以及发射器补偿部6的一部分或者全部例如可以由ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)或者FPGA(Field-Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)等的硬件构成。此外，这些的一部分或者全部也可以由通过CPU(Central Processing Unit)等的处理器执行存储部中存储的程序而发挥功能的软件构成。
已知信号***部5对发送信号处理部4所生成的XI通道(第1通道)、XQ通道(第2通道)、YI通道(第3通道)、YQ通道(第4通道)的调制对象信号序列分别***已知信号的序列。已知信号的序列在发送部1与接收部3之间共享。已知信号可以由规定的比特或者码元构成，例如由大约2000码元的信号序列构成。对于已知信号的序列的长度，希望至少比所计算的FIR滤波器的长度长。
发送信号处理部4根据发送数据序列生成帧数据。帧数据是用于在光发射器7中实施调制处理的信号序列(调制对象信号序列)。发送信号处理部4向发射器补偿部6发送***有已知信号序列的帧数据。
发射器补偿部6从后述的接收部3的发射器传递函数估计部8取得光发射器7的传递函数的估计结果。发射器补偿部6根据该估计结果对光发射器7的XI通道、XQ通道、YI通道、以及YQ通道的传递函数以及该通道间的差进行补偿。发射器补偿部6例如由FIR(FiniteImpulse Response：有限脉冲响应)滤波器等的数字滤波器构成，但也可以由模拟滤波器等构成。此外，发射器补偿部6可以具有功能部，该功能部具有单独地保证4通道间的延迟时间差的功能。
光发射器7利用补偿后的帧数据对正交的线偏振光进行调制而生成调制对象信号序列的光信号。光发射器7具有驱动放大器7a、激光模块7b(信号LD)、90°合成器7c、以及偏振波合成器7d。驱动放大器7a对补偿后的帧数据的电信号进行放大，以使电信号成为适当的振幅，并将其发送至90°合成器7c。90°合成器7c为Mach-Zehnder矢量调制器，其将从激光模块7b发送的线偏振光的CW(Continuous Wave：连续波)光分离为正交的线偏振光，通过帧数据对各线偏振光进行调制，从而生成调制对象信号序列的光信号。基于水平偏振波的光信号和基于垂直偏振波的光信号由偏振波合成器7d合成，并经由传输路径2被提供给接收部3。
接收部3具有光接收器9、数据缓冲器10、接收器补偿部11、接收信号处理部12、第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8。第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8构成用于估计光收发器的光传输特性的光传输特性估计***。该光传输特性估计***、发射器补偿部6以及接收器补偿部11构成对光收发器的光传输特性进行补偿的光传输特性补偿***。另外，在图1中，通过单独的块(block)表现发射器补偿部6和接收器补偿部11，但发射器补偿部6也可以是发送信号处理部4的一部分，接收器补偿部11也可以是接收信号处理部12的一部分。
光接收器9具有偏振波分离器9a、激光模块9b(本振LD)、偏振波分集90°混合器(polarization diversity 90-degree hybrid)9c、光电二极管(PD:Photo Diode)(未图示)、TIA9d(Transimpedance Amplifier：跨阻放大器)、以及A/D转换器9e。
激光模块9b向偏振波分集90°混合器9c发送线偏振光的CW光。偏振波分集90°混合器9c使接收到的光信号与CW光产生干扰。光电二极管对其进行光电转换。TIA9d将该电流信号转换为电压信号。A/D转换器9e对该电压信号进行A/D转换。由此，将接收到的光信号转换为基带的数字信号。
光接收器9的A/D转换器9e、数据缓冲器10、接收器补偿部11、接收信号处理部12、第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8的一部分或者全部例如可以由ASIC或者FPGA等的硬件构成。此外，这些的一部分或者全部也可以由通过CPU等的处理器执行存储部中存储的程序而发挥功能的软件构成。此外，第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8也可以由与光收发器分开设置的外部装置、例如PC或者相当于该PC的装置构成。此外，接收信号处理部12也具有与第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8同样的功能，能够进行与它们的共享化。
数据缓冲器10通常由存储器电路(RAM)构成，临时存储对由光接收器9接收到的信号进行A/D转换而得到的数据。数据缓冲器10中存储的数据被依次向后段的接收器补偿部11和接收信号处理部12发送。第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8能够取得这些数据。另外，也可以不使用数据缓冲器10，而是第1和第2接收器传递函数估计部13、14以及发射器传递函数估计部8实时且直接地取得A/D转换后的数据。以后，使用数据缓冲器10的数字数据进行说明的所有示例均包括实时且直接地取得接收数据的方法。
接收器补偿部11从第2接收器传递函数估计部14取得光接收器9的传递函数的估计结果，根据该估计结果对光接收器9的XI通道、XQ通道、YI通道、YQ通道的传递函数和该通道间的差进行补偿。接收器补偿部11例如由FIR滤波器等的数字滤波器构成。此外，接收器补偿部11可以具有功能部，该功能部具有单独地保证4通道间的延迟时间差的功能。
从接收器补偿部11向接收信号处理部12输入数字信号。在传输路径2中，例如由于色散(chromatic dispersion)、偏振模色散((Polarization-Mode Dispersion:PMD))、偏振波变动或者非线性光学效应，光信号中产生波形失真。接收信号处理部12对在传输路径2中产生的波形失真进行补偿。此外，接收信号处理部12对光发射器7的激光模块7b的光的频率与光接收器9的激光模块9b的本振光的频率之差进行补偿。进而，接收信号处理部12对与光发射器7的激光模块7b的光的谱线宽度和光接收器9的激光模块9b的本振光的谱线宽度对应的相位噪声进行补偿。
第1接收器传递函数估计部13根据在向光接收器9的输入端输入相当于白色噪声的ASE(Amplified Spontaneous Emission：放大自发辐射)信号时接收部3所取得的数字数据，来估计光接收器9的临时的传递函数或者逆传递函数。ASE信号可以从光放大器产生。在仅输出ASE的情况下，在未输入任何信号的状态下使用光放大器。对于该光放大器，可以单独准备，但也可以使用传输路径2的光放大器。由于ASE信号的光谱(频率特性)是均匀的，因此可以通过输入该ASE信号来取得频率特性。因此，在输入了ASE信号的状态下，第1接收器传递函数估计部13通过取得保存在数据缓冲器10中的数据，能够估计频率特性。可以按照每个通道进行估计。第1接收器传递函数估计部13的结构例如后所述。
关于频率特性的估计，可通过对数字数据进行傅立叶转换而作为传递函数来获得。进而，作为求取逆传递函数的方法，除了计算倒数以外，还存在求取自适应滤波器的解的方法。作为求取自适应滤波器的解的方法，通常有求取维纳解(Wiener solution)的方法、以及通过LMS(least mean square)算法或者RLS(recursive least square)算法等求解的方法。在此，由于传递函数在时间上不会产生相对变化，因此“自适应”不表示时间上的对应。以后，“自适应”表示针对用于求出收敛解的反馈电路的自适应。第1接收器传递函数估计部13的详细结构例如后所述。另外，上述的说明中使用了ASE信号，但不限于ASE信号，只要是光谱已知的信号，则能够使用任意的测试信号。
发射器传递函数估计部8根据在从发送部1向接收部3传输第1已知信号时接收部3所取得的第1数字数据、以及接收部3的光接收器9的临时的传递函数或者逆传递函数，估计光发射器7的传递函数或者逆传递函数。作为估计方法，例如使用自适应滤波器来估计光发射器7的传递函数。自适应滤波器例如为基于LMS算法的滤波器或者基于RMS算法的滤波器。
第2接收器传递函数估计部14根据从发送部1向接收部3传输第2已知信号时接收部3所取得的第2数字数据、以及估计出的光发射器7的传递函数或者逆传递函数，估计光接收器9的真实的传递函数或者逆传递函数。作为估计方法，例如使用自适应滤波器来估计光接收器9的逆传递函数。自适应滤波器例如为基于LMS算法的滤波器或者基于RLS算法的滤波器。在该情况下，也能够按照每个通道来进行估计。
接着，使用附图，对本实施方式所涉及的光传输特性估计***估计光收发器的光传输特性的方法进行说明。图2为示出本发明的实施方式所涉及的光传输特性估计方法的流程。首先，在第1接收器传递函数估计部13中，估计光接收器9的临时的传递函数或者逆传递函数(步骤S1)。接着，在发射器传递函数估计部8中，估计光发射器7的传递函数或者逆传递函数(步骤S2)。接着，在第2接收器传递函数估计部14中，估计光接收器9的真实的传递函数或者逆传递函数(步骤S3)。
接着，对各步骤的详细的动作进行说明。图3为用于估计本发明的实施方式所涉及的光接收器的临时的传递函数的流程图。首先，在光接收器9的输入中***ASE信号(步骤S101)。由于已知ASE信号的光谱是均匀的，因此能够通过输入该ASE信号而取得频率特性。接着，在输入了ASE信号的状态下，数据缓冲器10取得接收数据(步骤S102)。接着，第1接收器传递函数估计部13从数据缓冲器10取得数字数据，并进行FFT处理，取得临时的传递函数(步骤S103)。接着，根据取得的临时的传递函数计算临时的逆传递函数(步骤S104)。接着，对接收器补偿部11设定计算出的临时的逆传递函数(步骤S105)。
图4为示出本发明的实施方式1所涉及的第1接收器传递函数估计部的图。第1接收器传递函数估计部13具有对X偏振波的接收信号和Y偏振波的接收信号分别进行FFT(高速傅立叶转换)处理的FFT、以及对这些输出分别进行1/传递函数处理而计算逆传递函数的电路。另外，将X偏振波的接收信号设为XI+jXQ，将Y偏振波的接收信号设为YI+jYQ，但假设了在XI与XQ之间、以及YI与YQ之间不存在延迟差的情况。在存在延迟差的情况下，能够对XI、XQ、YI、YQ单独进行傅立叶转换以及1/传递函数处理。另外，只要是傅立叶转换即可，不需要限定为FFT处理，也可以是其它的方法。以后的“FFT”表述表示傅立叶转换的功能。
在数据缓冲器10中取得的数字数据由于为时域的数据，因此在X偏振波以及Y偏振波的通道中分别通过FFT处理而被转换为频域的数据。
【数式1】
Figure BDA0002179068600000091
XR(n)为在数据缓冲器10中取得的数字数据，XR(k)为FFT处理后的数据。FFT表示DFT(Discrete Furrier Transfer)的高速处理。另外，在针对连续信号的一般的FFT处理中，按照每N个有限的数据数量来进行，但毋庸置疑的是在与相邻的处理之间对数据进行重叠(overlap)处理(具有overlap-Add、overlap-Save等的方法)。在以后的FFT处理中也是同样的。XR(k)的绝对值表示振幅信息，作为临时的传递函数而得到该值。通过计算其倒数而能够得到临时的逆传递函数。可以对接收器补偿部11设定该逆传递函数。此外，也可以在估计光发射器7的传递函数时使用逆传递函数。在该情况下，不一定必须对接收器补偿部11设定临时的传递函数的逆传递函数。
图5为示出本发明的实施方式1所涉及的接收器补偿部的图。接收器补偿部11进行IQ矢量处理(时域处理)。即，将X偏振波以及Y偏振波分别显示为复矢量信号XI+jXQ、以及YI+jYQ，通过FIR滤波器对传输特性进行补偿。步骤S104中计算出的逆传递函数通过未图示的IFFT处理而转换为时间响应信号，被设定为FIR滤波器的滤波器系数。
图6为示出本发明的实施方式2所涉及的接收器补偿部的图。接收器补偿部11进行IQ矢量处理(频域处理)。即，将X偏振波以及Y偏振波分别显示为复矢量信号XI+jXQ、以及YI+jYQ，通过一次FFT处理转换为频域，通过与步骤S104中计算出的逆传递函数相乘而对传输特性进行补偿。之后，通过IFFT处理返回时域的信号。
图7为示出本发明的实施方式3所涉及的接收器补偿部的图。接收器补偿部11进行IQ专用处理(时域处理)。即，通过FIR滤波器分别对X偏振波的XI、XQ、以及Y偏振波的YI、YQ的传输特性进行补偿。在该情况下，关于各FIR滤波器的滤波器系数，在步骤S103～S105中，可以对XI、XQ、YI、以及YQ单独进行图4的第1接收器传递函数估计部13的处理，进而通过未图示的IFFT处理来求取。
图8为示出本发明的实施方式4所涉及的接收器补偿部的图。接收器补偿部11进行IQ专用处理(频域处理)。即，针对X偏振波的XI、XQ、以及Y偏振波的YI、YQ，分别通过一次FFT处理进行频率转换，与步骤S104中计算出的逆传递函数相乘，从而对传输特性进行补偿。在该情况下，关于各逆传递函数，在之前的步骤S103～S105中，可以对XI、XQ、YI、以及YQ单独进行图4的第1接收器传递函数估计部13的处理而求出。之后，通过IFFT处理返回至时域的信号。
接收器补偿部11可以采用上述的各种的结构，不限于上述的结构，只要能够对传递函数进行补偿，则可以是任意的结构。通过以下的数式示出由接收器补偿部11进行的频域中的补偿。但是，毋庸置疑的是能够分别通过IFFT在时域中使用FIR滤波器来进行补偿。
【数式2】
Figure BDA0002179068600000101
Figure BDA0002179068600000102
Figure BDA0002179068600000103
在此，Xout以及Yout分别为Xin＝XI+jXQ、Yin＝YI+jYQ的补偿后的数据。XIout、XQout、YIout以及YQout分别为XIin、XQin、YIin、以及YQin的补偿后的数据。H1～H16表示这种情况下的逆传递函数。
此外，虽然未图示，但也能够组合IQ矢量处理和IQ专用处理。例如，如下所示，在临时作为IQ矢量而通过复数滤波器进行了滤波处理之后，分为实部和虚部，通过实数滤波器对其分别进行滤波。
·
Figure BDA0002179068600000111
XQ＊实数滤波器(滤波器系数能够单独设定)
·
Figure BDA0002179068600000112
YQ＊实数滤波器(滤波器系数能够单独设定)
在此，X、Y分别表示复矢量显示，XI、XQ、YI、YQ分别表示实数显示，「＊」表示处理，
Figure BDA0002179068600000113
表示处理的流程。
此外，也可以考虑下述的结构。
·
Figure BDA0002179068600000114
Figure BDA0002179068600000115
·
Figure BDA0002179068600000116
Figure BDA0002179068600000117
在安装上，在不能按照每个通道单独设定与X以及Y对应的滤波器系数的情况或者为了减小电路规模而使用1个滤波器的情况下，可以考虑上述的结构。通过将滤波器系数设为相同，能够简化存储器或者选择器电路等。由此，能够减小电路规模。
另外，对于X或者Y等的复数信号的复数滤波，在频域中一并处理
Figure BDA0002179068600000118
Figure BDA0002179068600000119
与单独处理相比，能够减小电路规模。此外，对于实数滤波，通过时域中的处理(FIR滤波器(卷积运算))来进行处理，电路规模上更有效。综上所述，能够对频率特性以及延迟差进行补偿。
图9为示出本发明的实施方式2所涉及的第1接收器传递函数估计部的图。对数据缓冲器10的数字数据进行FFT处理，到求出振幅信息的传递函数的处理为止与图4所示的实施方式1相同，但在本实施方式中，求出逆传递函数的方法不同。通过使用了通常的自适应滤波器的称为自适应均衡的方法求出逆传递函数。在此，以将传递函数与任意波形信号相乘，再通过逆传递函数进行补偿，使其结果与当初的任意波形信号相同(实际上，平方误差最小)的方式进行处理。通过该处理，能够求出构成自适应滤波器的FIR滤波器的滤波器系数作为逆传递函数的时间响应。对于求出该逆传递函数的方法，一般公知的是如下所述的维纳解或者LMS(Least Mean Square)算法。
【数式3】
e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-h(n)Tx(n)
h(n)＝[x(n)Tx(n)]-1x(n)Ts(n)WinerSolution
h(n+1)＝h(n)+μ·e(n)x(n)LMS
在此，d(n)为已知信号，y(n)为自适应滤波器的输出，e(n)为d(n)与y(n)的差，h(n)为自适应滤波器的时间响应。
在通过传递函数的倒数计算逆传递函数的实施方式1的方法中，在传递函数的某个频率成分非常小且接近零的情况下，倒数向无穷大发散，构成不稳定的逆特性。在本实施方式的方法中，能够防止这种不稳定性，稳定地求出逆传递函数。另一方面，在使用了自适应滤波器的方法中，针对输入信号非常小的情况或者在带域外非常小的情况，有时会产生发散或者解变得不稳定。在该情况下，通过对输入信号附加微小的噪声，从而能够避免这些情况。另外，噪声可以在计算上附加于信号中，或在实际传输路径上附加于信号。在以后的自适应滤波器中也是同样的。
图10为示出本发明的实施方式3所涉及的第1接收器传递函数估计部的图。本实施方式与实施方式2相比，通过根据该传递函数转换得到的时间响应来进行FIR滤波器处理以代替将传递函数与任意波形信号相乘。应用传递函数的动作原理均是等效的。其它的电路和逆传递函数的解法与实施方式2相同。在该情况下，与求出逆传递函数的实施方式1的方法相比，也能够稳定地求出逆传递函数。
如上所述，可以通过实施方式1～3所涉及的第1接收器传递函数估计部13求出光接收器9的临时的传递函数或者逆传递函数。图11为示出本发明的实施方式所涉及的光接收器的临时的传递函数的频率响应(振幅信息)的图。图12为示出本发明的实施方式所涉及的光接收器的临时的逆传递函数的频率响应(振幅信息)的图。按照每个通道求出这些频率响应。
图13为示出本发明的实施方式所涉及的发射器传递函数估计部的图。发射器传递函数估计部8具有自适应滤波器，该自适应滤波器具有已知信号同步部8a、各种的传输特性补偿部8b、接收器补偿部8c、以及FIR滤波器8d和平方误差最小化部8e。各种传输特性补偿部8b包括色散补偿、频率偏移补偿、偏振波色散·偏振波旋转补偿、时钟相位补偿、相位噪声补偿等的对传输时的失真进行补偿的各种补偿电路。另外，已知信号同步部8a具有从数字数据中提取已知信号的功能，在各种估计块中估计根据提取出的已知信号的状态对后段的各种传输特性补偿进行设定的补偿数据。即，光发射器7的传递函数或者逆传递函数的估计包括对传输路径2的传输特性进行估计的处理。另外，接收器补偿部8c也能够配置在各种的传输特性补偿部8b的前段。
色散补偿部也能够配置在已知信号同步部8a的前段。各种传输特性补偿部的各补偿部的顺序可以替换。此外，偏振波色散·偏振波旋转补偿的(1TAP 2×2MIMO(MultiInput Multi Output：多输入多输出))意在表示设滤波器的抽头数为1，在该块中不对光收发器的带域特性进行补偿，仅进行偏振波旋转(在一般的多抽头的2×2MIMO滤波器中针对带域也进行补偿)。
此外，与图4的第1接收器传递函数估计部13同样地，发射器传递函数估计部8针对X偏振波以及Y偏振波分别作为复矢量信号进行处理，但也能够对XI、XQ、YI以及YQ的各通道进行独立的处理。在该情况下，关于通道间的延迟差也能够进行提取以及补偿。针对X偏振波作为复矢量信号进行处理是指将XI与XQ之间延迟差(Skew)视为零。在延迟差不能忽略的情况下，需要按照每个通道进行传递函数的提取以及补偿。关于Y偏振波，也是同样的。
图14为用于取得本发明的实施方式所涉及的光发射器的传递函数或者逆传递函数的流程图。首先，向发送信号处理部4的输入端输入已知信号，从光发射器7发送光调制信号(步骤S201)。此时，发射器补偿部6旁路(bypass)。另外，发射器补偿部6能够采取与图5～8所示的接收器补偿部11相同的结构。接着，在接收侧中由数据缓冲器10取得接收数据(步骤S202)。接着，发射器传递函数估计部8从数据缓冲器10取得数字数据(步骤S203)。已知信号同步部8a从取得的数字数据中提取已知信号。针对提取出的已知信号，进行各种传输特性的补偿以及光接收器补偿。使用在步骤S1中估计出的光接收器9的临时的逆传递函数进行光接收器补偿。在图13中，示出了在数据缓冲器10的后段在接收器补偿部11中通过临时的逆传递函数进行补偿的结构，但该补偿在上述发射器传递函数估计部8的处理中不是特别需要。
进行了各种传输特性的补偿以及光接收器补偿的处理的已知信号中残留有光发射器7的传递函数的影响。因此，对该信号应用设定了其逆特性的FIR滤波器8d作为自适应滤波器，再次对逆特性进行修正，以使该输出与已知信号的差分的平方最小。通过该处理，能够求出构成自适应滤波器的FIR滤波器8d的滤波器系数作为逆传递函数的时间响应。对于该求出逆传递函数的方法，一般公知为如下所述的维纳解或者LMS算法。
【数式4】
e(n)＝s(n)-y(n)＝s(n)-h(n)Tx(n)
h(n)＝[x(n)Tx(n)]-1x(n)Ts(n)WinerSolution
h(n+1)＝h(n)+μ·e(n)x(n)LMS
在此，s(n)为已知信号，y(n)为自适应滤波器的输出，e(n)为s(n)与y(n)的差，h(n)为自适应滤波器的时间响应。
在上述的示例中，由于能够利用自适应均衡的电路直接求出光发射器7的逆传递函数，因此步骤S203和步骤S204能够作为一体来进行处理。另一方面，在临时求出光发射器7的传递函数的情况下，计算逆传递函数(步骤S204)。
接着，对发射器补偿部6设定估计出的光发射器7的逆传递函数(步骤S205)。设定方法与步骤S105所示的方法相同。此时，如上所述，能够对XI、XQ、YI、以及YQ的各通道进行独立的处理。在该情况下，也能够对通道间的延迟差进行提取以及补偿。
由上所述，能够通过发射器传递函数估计部8求出光发射器7的传递函数或者逆传递函数。图15为示出由发射器传递函数估计部求出的光发射器的逆传递函数的时间响应的图。图16为示出由发射器传递函数估计部求出的光发射器的逆传递函数的频率响应(振幅特性以及相位特性)的图。
图17为示出本发明的实施方式1所涉及的第2接收器传递函数估计部的图。第2接收器传递函数估计部14具有已知信号同期部14a、色散补偿、频率偏移补偿、偏振波色散·偏振波旋转附加、时钟相位附加、相位噪声附加等的对传输时的失真进行模拟的电路14b、自适应均衡用的FIR滤波器14c以及平方误差最小化电路14d。已知信号同期部14a具有从数字数据中提取已知信号的功能，在各种估计块中估计对根据提取出的已知信号的状态模拟后段的失真的电路设定的附加数据。即，光接收器9的传递函数或者逆传递函数的估计包括对传输路径2的传输特性进行估计的处理。另外，色散补偿、频率偏移补偿、偏振波色散·偏振波旋转附加、时钟相位附加、相位噪声附加等的模拟传输时的失真的电路14b的顺序可以替换。
在第2接收器传递函数估计部14中，与图4的第1接收器传递函数估计部13的情况同样地，针对X偏振波以及Y偏振波，分别作为复矢量信号进行处理，但是也能够针对XI、XQ、YI、以及YQ的各通道进行独立的处理。在该情况下，也能够对通道间的延迟差进行提取以及补偿。针对X偏振波作为复矢量信号进行处理是指在XI与XQ之间延迟差被视为零的情况。在不能忽视延迟差的情况下，需要按照每个通道进行传递函数的提取以及补偿。关于Y偏振波也是同样的。
图18为用于估计本发明的实施方式所涉及的光接收器的真实的传递函数或者逆传递函数的流程图。首先，向发送信号处理部4的输入端输入已知信号，从发送部1的光发射器7向接收部3传输光调制信号(S301)。此时，对发射器补偿部6设定在图2的步骤S2中估计出的光发射器7的逆传递函数，对光发射器7的传输特性进行补偿。另外，发射器补偿部6可以采取与图5所示的接收器补偿部11相同的结构。
接着，在接收侧中由数据缓冲器10取得接收数据(步骤S302)。第2接收器传递函数估计部14从数据缓冲器10取得数字数据(步骤S303)。已知信号同期部14a从取得的数字数据中提取已知信号。提取出的已知信号被提供给作为自适应滤波器的FIR滤波器14c。另一方面，针对已知信号，附加上作为传输路径失真而估计出的色散、频率偏移、偏振波色散·偏振波旋转、时钟相位、相位噪声，并与自适应滤波器的输出进行比较。关于色散、频率偏移、偏振波色散·偏振波旋转、时钟相位、相位噪声的附加量，根据已知信号的状态通过各种估计块来估计。
在此，在自适应滤波器的输出中，视为由发射器补偿部6对光发射器7的传递函数进行补偿。如果由自适应滤波器对光接收器9的传递函数进行补偿，则自适应滤波器的输出仅受到传输路径失真的影响。该信号与附加有传输路径失真的已知信号进行比较，其差分(平方误差)被最小化，由此能够求出作为自适应滤波器的FIR滤波器14c的滤波器系数作为光接收器9的逆传递函数的时间响应。关于求出该逆传递函数的方法，一般公知为下述的维纳解或者LMS算法。
【数式5】
e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-h(n)Tx(n)
h(n)＝[x(n)Tx(n)]-1x(n)Td(n)WinerSolution
h(n+1)＝h(n)+μ·e(n)x(n)LMS
在此，d(n)为已知信号，y(n)为自适应滤波器的输出，e(n)为d(n)与y(n)的差，h(n)为自适应滤波器的时间响应。
在上述的示例中，由于能够通过自适应均衡的电路直接求出光发射器7的真实的逆传递函数，因此步骤S303和步骤S304能够作为一体来进行处。另一方面，在能够求出光接收器9的真实的传递函数的情况下，根据该传递函数计算真实的逆传递函数(步骤S304)。
接着，对接收器补偿部11设定估计出的光接收器9的真实的逆传递函数(步骤S305)。设定方法与步骤S105所示的方法相同。此时，如上所述，也能够对XI、XQ、YI、以及YQ的各通道进行独立的处理。在该情况下，也能够对通道间的延迟差进行提取以及补偿。
由上所述，能够通过第2接收器传递函数估计部14求出光接收器9的真实的传递函数或者逆传递函数。图19为示出由第2接收器传递函数估计部求出的光接收器的逆传递函数的时间响应的图。图20为示出由第2接收器传递函数估计部求出的光接收器的逆传递函数的频率响应(振幅特性、相位特性)的图。
图21为示出本发明的实施方式2所涉及的第2接收器传递函数估计部的图。与图13所示的实施方式1相比，在图18所示的步骤S301中，发射器补偿部6进行旁路，并且在步骤S303中对已知信号附加传输路径失真，除此以外，附加光发射器7的传递函数。其它的处理与实施方式1相同。在本实施方式中，不需要进行发送侧中的设定，因此仅通过接收侧的计算，就能够估计光发射器7的传递函数或者逆传递函数以及光接收器9的传递函数或者逆传递函数。在该情况下，可以将这些估计计算构成为单独的装置。特别是，可以由具有捕获数据缓冲器10的数字数据的接口的PC容易地构成。
图22为基于本发明的实施方式所涉及的光传输特性补偿方法的补偿后的频谱。在不存在光收发器的补偿的情况下，由于光发射器7的带域特性，光谱的两肩下降。另一方面，在未进行接收侧频率特性的划分而仅在发送侧进行补偿的情况下，结果是光接收器9的频率特性两肩上升。与此相对，当在光发射器7侧和光接收器9侧单独进行补偿时，能够确认理想的矩形光谱。在光传输中，由于光放大器的噪声(带域上平坦)占主导地位，因此在光谱为理想的形状(在本次的情况下，为矩形)的情况下，能够避免噪声增强(noise enhancement)的影响。由此，光发射器7的传递函数在光发射器7侧进行补偿，光接收器9的传递函数在光接收器9侧进行补偿在抑制噪声增强的影响上是非常重要的。本发明的实施方式能够实现上述效果。
图23为示出基于本发明的实施方式所涉及的光传输特性补偿方法的补偿后的Q值改善效果的图。Q值为表示错误率的指数。错误率越低，得到越高的Q值。OSNR为光信噪比。与图22所示的光谱同样地，在该情况下，当在光发射器7侧和光接收器9侧单独进行补偿时，相对于较宽的OSNR，Q值的改善量更大。
如以上所说明，根据本实施方式，能够分别估计光发射器7的传递函数或者逆传递函数和光接收器9的传递函数或者逆传递函数。即，能够估计光发射器7以及光接收器9的传输特性。对发射器补偿部6以及接收器补偿部11设定这些的传递函数或者逆传递函数，由此能够单独对光发射器7中的传递函数和光接收器9中的传递函数进行补偿。因此，由于能够对光发射器7以及光接收器9的传输特性进行补偿，因此能够得到图22以及图23所示的最佳的传输特性。此外，本实施方式所涉及的光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计***以及光传输特性补偿***能够由PC等容易地构成，作为光通信中的校准***也是有用的。
此外，在本实施方式中，将发送部1与接收部3设为连接状态，求出接收部3内的光接收器9的临时的传递函数或者逆传递函数，利用该函数求出发送部1内的光发射器7的传递函数或者逆传递函数，最终求出光接收器9的真实的传递函数或者真实的逆传递函数。然而，在事先取得或者校准了光发射器7和光接收器9中的一方的传递函数或者逆传递函数的情况下，能够根据从发送部1向接收部3传输已知信号时的接收部3中的数字数据、以及该事先取得或者校准的传递函数或者逆传递函数，估计光发射器7和光接收器9中的另一方的传递函数或者逆传递函数。在该情况下，仅在具有未知的传递函数的装置侧依次进行交换，就能够求出多个装置的传递函数或者逆传递函数。这些方法也包含在本发明的技术思想的范围内。
此外，可以将图2的流程图所示的步骤S3中估计出的光接收器9的真实的传递函数或者逆传递函数用作步骤S2的光接收器9的临时的传递函数或者逆传递函数，并重复2次以上的步骤S2以及步骤S3。由此，能够更高精度地估计光送接收器的传递函数或者逆传递函数。这也包含在本发明的技术思想的范围内。
标号说明：
1发送部、2传输路径、3接收部、6发射器补偿部、7光发射器、8发射器传递函数估计部、9光接收器、11接收器补偿部、13第1接收器传递函数估计部、14第2接收器传递函数估计部。

Claims (15)

1.一种光传输特性估计方法，由光传输特性估计***估计经由传输路径相互连接的发送部的光发射器与接收部的光接收器的传输特性，其特征在于，所述光传输特性估计方法具有如下步骤：
估计步骤，仅在所述接收部中估计所述光接收器的临时的传递函数或逆传递函数；
第1步骤，根据在从所述发送部向所述接收部传输第1已知信号时所述接收部所取得的第1数据、以及在所述估计步骤中估计出的所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数，按照使得所述第1数据的第1已知信号与原本的第1已知信号之差最小的方式估计所述光发射器的传递函数或者逆传递函数；以及
第2步骤，根据在从所述发送部向所述接收部传输第2已知信号时所述接收部所取得的第2数据、以及在所述第1步骤中估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数，按照使得所述第2数据的第2已知信号与原本的第2已知信号之差最小的方式估计所述光接收器的传递函数或者逆传递函数。
2.根据权利要求1所述的光传输特性估计方法，其特征在于，
在所述估计步骤中，根据在向所述光接收器的输入端输入光谱已知的测试信号时所述接收部所取得的第3数据，估计所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数。
3.根据权利要求2所述的光传输特性估计方法，其特征在于，
在所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数的估计中使用自适应滤波器。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的光传输特性估计方法，其特征在于，
所述光发射器的传递函数或者逆传递函数的估计以及所述光接收器的传递函数或者逆传递函数的估计包含：对所述传输路径的传输特性进行估计的处理。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的光传输特性估计方法，其特征在于，
在所述光发射器的传递函数或者逆传递函数的估计以及所述光接收器的传递函数或者逆传递函数的估计中使用自适应滤波器。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的光传输特性估计方法，其特征在于，
在从所述发送部向所述接收部传输所述第2已知信号时，使用估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数，对所述光发射器的传输特性进行补偿。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的光传输特性估计方法，其特征在于，
将所述第2步骤中估计出的所述光接收器的传递函数或者逆传递函数用作所述第1步骤的所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数，重复2次以上所述第1步骤以及所述第2步骤。
8.一种光传输特性补偿方法，其特征在于，所述光传输特性补偿方法具有如下步骤：
光传输特性补偿***使用通过权利要求1至3中的任一项所述的光传输特性估计方法估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数以及所述光接收器的传递函数或者逆传递函数，对所述光发射器以及所述光接收器的传输特性进行补偿。
9.一种光传输特性估计***，其估计经由传输路径相互连接的发送部的光发射器与接收部的光接收器的传输特性，其特征在于，所述光传输特性估计***具有：
临时的接收器传递函数估计部，其仅在所述接收部中估计所述光接收器的临时的传递函数或逆传递函数；
发射器传递函数估计部，其根据在从所述发送部向所述接收部传输第1已知信号时所述接收部所取得的第1数据、以及由所述临时的接收器传递函数估计部估计出的所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数，按照使得所述第1数据的第1已知信号与原本的第1已知信号之差最小的方式估计所述光发射器的传递函数或者逆传递函数；以及
接收器传递函数估计部，其根据在从所述发送部向所述接收部传输第2已知信号时所述接收部所取得的第2数据、以及所述发射器传递函数估计部估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数，按照使得所述第2数据的第2已知信号与原本的第2已知信号之差最小的方式估计所述光接收器的传递函数或者逆传递函数。
10.根据权利要求9所述的光传输特性估计***，其特征在于，
所述临时的接收器传递函数估计部根据在向所述光接收器的输入端输入光谱已知的测试信号时所述接收部所取得的第3数据，估计所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数。
11.根据权利要求10所述的光传输特性估计***，其特征在于，
在所述光接收器的临时的传递函数或者逆传递函数的估计中使用自适应滤波器。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的光传输特性估计***，其特征在于，
所述光发射器的传递函数或者逆传递函数的估计以及所述光接收器的传递函数或者逆传递函数的估计包含：对所述传输路径的传输特性进行估计的处理。
13.根据权利要求9至11中的任一项所述的光传输特性估计***，其特征在于，
在所述光发射器的传递函数或者逆传递函数的估计以及所述光接收器的传递函数或者逆传递函数的估计中使用自适应滤波器。
14.根据权利要求9至11中的任一项所述的光传输特性估计***，其特征在于，
在从所述发送部向所述接收部传输所述第2已知信号时，所述发送部使用估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数，对所述光发射器的传输特性进行补偿。
15.一种光传输特性补偿***，其特征在于，所述光传输特性补偿***具有：
权利要求10至12中的任一项所述的光传输特性估计***；
发射器补偿部，其使用估计出的所述光发射器的传递函数或者逆传递函数，对所述光发射器的传输特性进行补偿；以及
接收器补偿部，其使用估计出的所述光接收器的传递函数或者逆传递函数，对所述光接收器的传输特性进行补偿。
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