JP2011211516A - Optical transmission apparatus, optical transmission method, and optical transmission and reception system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光送信器に関し、特に、光ファイバで伝送される光信号の送受信に適した光情報伝送技術に関する。 The present invention relates to an optical transmitter, and more particularly to an optical information transmission technique suitable for transmission / reception of an optical signal transmitted through an optical fiber.
超高速光ファイバで伝送する場合、光ファイバ及び光ファイバで用いられる部品の波長分散、偏波分散、及び帯域制限によって、伝送速度及び伝送距離が制限される。波長分散(CD: Chromatic Dispersion)とは、波長の異なる光が光ファイバ中を異なる速度で伝送される現象である。高速で変調された光信号の光スペクトルは異なる波長成分を含む。異なる波長成分は、波長分散の影響によってそれぞれ異なった時刻に受信端に到着する。従って、伝送後の光波形は大きく歪む。波長分散補償(以下、分散補償とも呼ぶ)は、このような波長分散による波形の歪を避ける技術である。波長分散補償の一例は、伝送路に用いられる光ファイバと逆の波長分散特性をもつ光デバイスを光送信器及び光受信器内に配置する技術である。これにより、光ファイバの波長分散特性が打ち消され、光波形の歪みが防止される。波長分散補償に用いられる光デバイスの例は、伝送路の波長分散と逆符号の波長分散をもつ分散補償ファイバ、光干渉計、光回路、及び光ファイバグレーティングである。上述の光デバイスでは、補償量がデバイスのサイズ及び損失によって制限されることがある。 In the case of transmission using an ultrahigh-speed optical fiber, the transmission speed and transmission distance are limited by the chromatic dispersion, polarization dispersion, and band limitation of the optical fiber and components used in the optical fiber. Chromatic dispersion (CD) is a phenomenon in which light having different wavelengths is transmitted through optical fibers at different speeds. The optical spectrum of an optical signal modulated at high speed includes different wavelength components. Different wavelength components arrive at the receiving end at different times due to the influence of chromatic dispersion. Therefore, the optical waveform after transmission is greatly distorted. Chromatic dispersion compensation (hereinafter also referred to as dispersion compensation) is a technique for avoiding waveform distortion due to such chromatic dispersion. An example of chromatic dispersion compensation is a technique in which an optical device having a chromatic dispersion characteristic opposite to that of an optical fiber used in a transmission path is arranged in an optical transmitter and an optical receiver. Thereby, the chromatic dispersion characteristic of the optical fiber is canceled, and distortion of the optical waveform is prevented. Examples of optical devices used for chromatic dispersion compensation are a dispersion compensating fiber, an optical interferometer, an optical circuit, and an optical fiber grating having a chromatic dispersion opposite in sign to the chromatic dispersion of the transmission line. In the optical device described above, the amount of compensation may be limited by the size and loss of the device.
波長分散補償の他の例は、変調方式を工夫することによって波長分散耐力を増加させる技術、及び、電気信号処理を用いて波長分散を補償する技術である。これら技術のうち光予等化(プリディストーション)伝送は、送信器において予め等化を行う電気信号処理である。すなわち、送信器において、光信号の電界に波長分散の逆関数を印加することにより光電界信号が生成される。生成された光電界信号が光ファイバを用いて伝送されることによって、光ファイバのもつ波長分散の影響が打ち消される。このような予等化伝送の基本概念は、数10年前から存在する。近年では、予等化を高速デジタル信号処理で実施するデジタル予等化送信器が提案されている。特許文献1や非特許文献1は、従来のデジタル予等化送信器の技術を開示する。
Other examples of chromatic dispersion compensation include a technique for increasing the chromatic dispersion tolerance by devising a modulation scheme, and a technique for compensating for chromatic dispersion using electric signal processing. Among these techniques, optical pre-equalization (predistortion) transmission is electrical signal processing in which equalization is performed in advance in a transmitter. That is, in the transmitter, an optical electric field signal is generated by applying an inverse function of chromatic dispersion to the electric field of the optical signal. The generated optical electric field signal is transmitted using an optical fiber, thereby canceling the influence of chromatic dispersion of the optical fiber. The basic concept of such pre-equalization transmission has existed for several tens of years. In recent years, digital pre-equalization transmitters that perform pre-equalization with high-speed digital signal processing have been proposed.
非特許文献1の図2は、予等化光送信器の全体の構成を示す。従来の送信器において、伝送する2値のビット列(例えば、01101110…)は、デジタル信号処理部(DSP)に入力される。ビット列は、オーバーサンプリング処理によって、1ビットあたり少なくとも二つのサンプル点をもつ複素電界信号(実部及び居部の2組のデジタルデータ)に変換される。DSP部は、さらに、デジタル演算によって実部及び虚部の複素電界信号に、予め、光ファイバ伝送路のもつ波長分散の逆関数を印加する。逆関数が印加された複素電界信号は、多重化された回路である高速のDA(Digital Analog)変換器に転送され、それぞれアナログ信号に変換される。その後、アナログ信号は、光電界変調器(非特許文献1の図2に示す例ではDUAL-DRIVE TRIPLE MACH-ZEHNDER Modulator)の二つの電気信号入力端子(I,Q)に入力される。レーザ光は、所望の光電界ETx(実部I,虚部Q)に変換されて出力される。
FIG. 2 of
なお、DSP(Digital Signal Processing)部でオーバーサンプリング処理を行う理由は、ナイキストの定理に基づいて信号がサンプリングされるためである。すなわち、サンプリング速度は、少なくともサンプリングする信号の最高周波数(ビットレートRbに相当)の2倍が必要となる。このため、光予等化伝送では、少なくともビットレート(Rb)の2倍で動作する超高速のDA変換器及びデジタル信号処理回路が必要となる。 The reason why the oversampling process is performed in the DSP (Digital Signal Processing) unit is that the signal is sampled based on the Nyquist theorem. That is, the sampling speed needs to be at least twice the highest frequency (corresponding to the bit rate Rb) of the signal to be sampled. For this reason, optical pre-equalization transmission requires an ultra-high speed DA converter and a digital signal processing circuit that operate at least twice the bit rate (Rb).
波長分散補償に必要な演算は、電気的に生成された電界波形に伝送路の波長分散の逆伝達関数H(ω)=exp(jβLω2/2)を印加する複素線形演算である。ここで、ωは光信号の中心からの周波数差であり、βは波長分散係数であり、Lは伝送距離である。デジタル信号処理(DSP)部は、ルックアップテーブル方法及び複素係数の線形FIRフィルタ等によって実現できる。 Operations required chromatic dispersion compensation is a complex linear operation for applying a reverse transfer of electrical wavelength dispersion of the transmission line to the generated electric field waveform function H (ω) = exp (jβLω 2/2). Here, ω is a frequency difference from the center of the optical signal, β is a chromatic dispersion coefficient, and L is a transmission distance. The digital signal processing (DSP) unit can be realized by a look-up table method, a complex coefficient linear FIR filter, or the like.
このような予等化伝送方式は、理論上、デジタル信号処理量を増やすと、補償量が制限されず無制限の線形歪の補償ができる。しかし、予等化の際には予め伝送路の波長分散量を精度よく測定するか、又は、受信器から波長分散などの劣化情報をフィードバックする必要がある。また、温度変化などによる伝送路の波長分散量の変動を考慮する必要がある。 In theory, such a pre-equalization transmission system can compensate for unlimited linear distortion without limiting the compensation amount when the digital signal processing amount is increased. However, at the time of pre-equalization, it is necessary to accurately measure the chromatic dispersion amount of the transmission path in advance or feed back deterioration information such as chromatic dispersion from the receiver. In addition, it is necessary to consider fluctuations in the amount of chromatic dispersion in the transmission line due to temperature changes and the like.
図1は、前述した問題を解決する従来の予等化伝送方式の一例を示す。図1の予等化送信器は、受信器から波長分散などの劣化情報をフィードバックし、温度変化などによる伝送路の波長分散量の変動に対処する。図1では、2値のデジタル信号が光送信器100に入力されると、入力されたデジタル信号が符号化回路101にて複素電界信号(実部及び虚部の2組のデジタルデータ)に変換、出力される。出力された複素電界信号は、予等化回路102に入力され、ビットパターンに応じて波長分散の伝達関数の逆関数が印加される。逆関数が印加された複素電界信号の実部がDA変換器103−1に入力される。逆関数が印加された複素電界信号の虚部がDA変換器103−2に入力される。DA変換器103−1、103−2は、入力されたデジタルデータ信号(複素電界信号の実部と虚部)をアナログデータ信号に変換する。DA変換器103−1、103−2からのアナログデータ信号は、それぞれ光電界変調器104(IQ変調器)のI、Q入力端子に入力される。これらアナログデータ信号を用いて、光電界変調器104は、レーザ光源105から出力された光電界信号の実部及び虚部をそれぞれ変調する。光電界変調器104から出力された光電界信号は、光ファイバ伝送路106を通って伝送され、光受信器107のデータ復調部108に入力される。光電界信号が光ファイバ伝送路106で伝送される間、予等化回路102で印加した波長分散の伝達関数の逆関数が、光ファイバ伝送路106の波長分散の伝達関数と打ち消しあう。このため、理論上、光受信器107には、波長分散の影響のない光波形が入力される。
FIG. 1 shows an example of a conventional pre-equalization transmission system that solves the above-described problem. The pre-equalization transmitter of FIG. 1 feeds back deterioration information such as chromatic dispersion from the receiver, and copes with fluctuations in the amount of chromatic dispersion in the transmission path due to temperature changes and the like. In FIG. 1, when a binary digital signal is input to the
しかしながら、光ファイバ伝送路106の波長分散は温度変化などの環境変化に伴い、わずかに変化する。このため、実際には光受信器107に入力する光波形は、波長分散によって歪んでしまう。そこで、光受信器107における劣化観測部109は、受信信号の劣化情報として、ビット誤り率や受信波形の歪を観測する。観測された劣化情報は、受信情報送信部110によって、光送信器100内部に設置された受信情報受信部111にフィードバックされる。フィードバックされた劣化情報は、受信情報受信部111によって、タップ係数制御部112に伝達される。タップ係数制御部112は、伝達された劣化情報に基づき、ビット誤り率が減少するように、又は、受信波形歪が改善するように、予等化回路102で印加する波長分散の伝達関数の逆関数を変更する。これにより、光受信器107に波長分散の影響のない光波形が入力される。実際の予等化回路102は、タップ係数がデータ伝送前に決定されるプリセット型の複素係数の線形FIRフィルタで構成されている。タップ係数の変更は、予等化回路102で印加する波長分散の伝達関数の逆関数の変更に相当する。
However, the chromatic dispersion of the optical
タップ係数制御部112は、線形FIRフィルタのタップ係数を、ビット誤り率や受信波形の歪などの劣化情報に基づいて、ビット誤り率や受信波形歪が減少するように決定してよい。タップ係数制御部112は、劣化観測部109で計測された光ファイバ伝送路の波長分散量と、波長分散量とタップ係数を関係付けるルックアップテーブルを利用して、タップ係数を決定してよい。又、タップ係数制御部112は、既知の2値データ列をトレーニング信号として、光受信器107で受信されたトレーニング信号と元のトレーニング信号との誤差が最小になるよう収束演算などを行って、タップ係数を決定してよい。
The tap
線形FIRフィルタのタップ数Nは、補償する波長分散量に比例する。例えば、50(N=50)程度のタップを有するプリセット型の線形FIRフィルタは、最大で、シングルモード光ファイバ(SMF)300km程度の伝送可能距離に相当する波長分散量(5000ps/nm)を補償できる。プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数を最適タップ係数に変更するには、FPGA(Field Programmable Gate Array)のようなプログラマブルロジックデバイス内部の論理回路を書き換えることが必要となる。例えば、50タップ程度のプリセット型の線形FIRフィルタの場合、論理回路の書き換えは、50〜100μs程度の時間を要する。従って、ビット誤り率の増加、又は、受信波形の歪などに関する劣化情報が光受信器から光送信器にフィードバックされてから、プログラマブルロジックデバイス内部の論理回路が書き換えられるまでの期間は、実質サービス中断となる伝送断の状態となる。このため、商用の光ファイバ伝送路に従来技術を適用することは極めて困難である。 The number of taps N of the linear FIR filter is proportional to the amount of chromatic dispersion to be compensated. For example, a preset type linear FIR filter with about 50 (N = 50) taps compensates for chromatic dispersion (5000 ps / nm) corresponding to a maximum transmission distance of about 300 km of single mode optical fiber (SMF). it can. In order to change the tap coefficient of the preset type linear FIR filter to the optimum tap coefficient, it is necessary to rewrite a logic circuit in a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array). For example, in the case of a preset type linear FIR filter of about 50 taps, rewriting of the logic circuit takes about 50 to 100 μs. Therefore, during the period from when the degradation information related to the increase in bit error rate or distortion of the received waveform is fed back from the optical receiver to the optical transmitter until the logic circuit inside the programmable logic device is rewritten, the service is substantially interrupted. It becomes the state of transmission interruption. For this reason, it is extremely difficult to apply the prior art to a commercial optical fiber transmission line.
さらに、従来の予等化伝送には波長分散耐力が向上しないという問題がある。予等化伝送では、送信器で予め波長分散を打ち消すことが可能であるが、伝送後の光信号の波長分散耐力が向上するわけではない。例えば、通常のNRZ(non return to zero)信号の分散耐力は10Gbit/sのビットレートで伝送する場合には1200ps/nmであり、40Gbit/sのビットレートで伝送する場合には80ps/nmである。1000ps/nmの予等化を行った場合、これらの信号の伝送可能な範囲は、10Gbit/sのビットレートの伝送で、1000±600ps/nmであり、40Gbit/sのビットレートの伝送で、1000±40ps/nmである。波長分散耐力をSMFの長さに換算すると、10Gbit/sのビットレートで伝送する場合には±37kmであり、40Gbit/sのビットレートで伝送する場合には±2kmである。40Gbit/sのビットレートで伝送する場合には波長分散耐力が不足する。さらに光信号を100Gbit/sのビットレートで伝送することは、きわめて困難となる。 Further, the conventional pre-equalization transmission has a problem that the chromatic dispersion tolerance is not improved. In pre-equalization transmission, chromatic dispersion can be canceled in advance by a transmitter, but the chromatic dispersion tolerance of an optical signal after transmission is not improved. For example, the dispersion tolerance of a normal NRZ (non return to zero) signal is 1200 ps / nm when transmitting at a bit rate of 10 Gbit / s, and 80 ps / nm when transmitting at a bit rate of 40 Gbit / s. is there. When pre-equalization of 1000 ps / nm is performed, the transmittable range of these signals is 1000 ± 600 ps / nm at a transmission rate of 10 Gbit / s, and at a transmission rate of 40 Gbit / s, 1000 ± 40 ps / nm. When the chromatic dispersion tolerance is converted into the length of SMF, it is ± 37 km when transmitting at a bit rate of 10 Gbit / s, and ± 2 km when transmitting at a bit rate of 40 Gbit / s. When transmitting at a bit rate of 40 Gbit / s, the chromatic dispersion tolerance is insufficient. Furthermore, it becomes extremely difficult to transmit an optical signal at a bit rate of 100 Gbit / s.
本発明の目的は、温度変化などの環境変化に伴って光ファイバ伝送路の波長分散が変動する場合でも、波長分散耐力を増加し、安定した光伝送を実現することである。 An object of the present invention is to increase the chromatic dispersion tolerance and realize stable optical transmission even when the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line fluctuates with an environmental change such as a temperature change.
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、入力されるビット列を複素信号に変換する符号化回路と、レーザ光源から出力された光を変調し光ファイバ伝送路を介して送信する光電界変調器と、を有する光送信器であって、送信される光信号の線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の基準の波長分散に対応する第一の伝達関数の逆関数を印加する第一の畳み込み演算を行う第一の補償部と、前記送信される光信号の時間変動する線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の波長分散の時間変動分に対応する第二の伝達関数の逆関数を印加する第二の畳み込み演算を行う第二の補償部と、前記第二の補償部から出力された信号と、受信器での復調により得られた受信信号から生成された基準信号との誤差を決定する誤差決定部と、を備え、前記第二の補償部は、前記誤差に基づいて、前記第二の畳み込み演算によって印加される逆関数を調整することを特徴とする光送信器である。 A typical example of the present invention is as follows. That is, an optical transmitter having an encoding circuit that converts an input bit string into a complex signal, and an optical electric field modulator that modulates light output from a laser light source and transmits the light via an optical fiber transmission line. A first convolution that applies an inverse function of a first transfer function corresponding to a reference chromatic dispersion of the optical fiber transmission line to the complex signal in order to compensate in advance for linear distortion of the transmitted optical signal Corresponding to the time variation of the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line with respect to the complex signal in order to compensate in advance for the first compensation unit that performs the calculation and the linear distortion that varies with time of the transmitted optical signal A second compensation unit for performing a second convolution operation for applying an inverse function of the second transfer function, a signal output from the second compensation unit, and a received signal obtained by demodulation at the receiver The error from the generated reference signal It includes an error determining unit for constant, a, the second compensator, based on the error, an optical transmitter and adjusts the inverse function applied by the second convolution.
本発明の実施形態によると、環境変化に伴って光ファイバ伝送路の波長分散が変動する場合でも、波長分散耐力が向上し、安定した光伝送が可能になる。 According to the embodiment of the present invention, even when the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line fluctuates with environmental changes, the chromatic dispersion tolerance is improved and stable optical transmission is possible.
[第一実施形態]
図2は、第一実施形態に係る光送信器及び光送受信システムの構成図である。
[First embodiment]
FIG. 2 is a configuration diagram of the optical transmitter and the optical transmission / reception system according to the first embodiment.
光送信器200は、光電界信号(光信号とも呼ばれる)を、光ファイバ伝送路207を介して、光受信器208に送信する。光送信器200、光ファイバ伝送路207、光受信器208は、光送受信システムを構成する。
The
光送信器200は、符号化回路201、予等化回路202、適応型等化回路203、DA変換器204−1、204−2、光電界変調器205、レーザ光源206、受信側情報受信部211、誤差決定部212と、を備える。
The
符号化回路201には、送信系列元データとして、伝送される2値のデジタル信号(ビット列)が入力される。符号化回路201は、デジタル信号処理部(DSP)を有する。符号化回路201は、入力されたデジタル信号を、オーバーサンプリング処理によって1ビットあたり少なくとも2つのサンプル点をもつ複素信号(実部及び虚部の2組のデジタルデータ)に変換する。変換された複素信号(複素電界信号)は、予等化回路202に入力される。
A binary digital signal (bit string) to be transmitted is input to the
予等化回路202は、光ファイバ伝送路で生じる基準の波長分散(当初の波長分散)の伝達関数の逆関数H(ω)=exp(jβLω2/2)を印加し、基準の波長分散により生じる伝送劣化(線形歪)に対して等化を行う。逆関数H(ω)は、波長分散の時間変動を考慮しない基準の逆関数(当初の逆関数)であり、第一の逆関数と呼ばれる。そして、予等化回路202は、波長分散による伝送劣化に対して予め等化を行った複素信号を出力する。このように、予等化回路202は、光ファイバ伝送路207における光電界信号の基準の線形歪(当初の線形歪)を予め補償する第一の補償部を構成する。予等化回路202から出力された複素信号は、適応型等化回路203に入力される。なお、予等化回路202の詳細な構成は後述する。
適応型等化回路203は、温度変化などの環境変化による波長分散量の時間変動によって生じる伝送劣化(線形歪)に対して等化を行う。即ち、適応型等化回路203は、予等化回路202から入力された複素信号に対して、第二の逆関数ΔH(ω)=exp[j(Δβ)Lω2/2]を印加する。第二の逆関数ΔH(ω)は、光ファイバ伝送路で生じる波長分散の時間変動分に対応する伝達関数の逆関数である。ここで、Δβは波長分散係数の時間変化を示す。このように、適応型等化回路203は、光ファイバ伝送路207における光電界信号の時間変動する線形歪(線形歪の時間変動部分)を予め補償する第二の補償部を構成する。適応型等化回路203は複素信号を出力する。出力された複素信号の実部I及び虚部Qは、それぞれDA変換器204−1、204−2に入力される。適応型等化回路203の詳細な構成は後述する。
The
光送信器200全体で印加される逆関数は、第一と第二の逆関数の積H(ω)・ΔH(ω) =exp{j(β+Δβ)Lω2/2}である。光電界信号が光ファイバ伝送路207で伝送される間、印加した逆関数H(ω)・ΔH(ω)が、光ファイバ伝送路106の波長分散の伝達関数H-1(ω)・ΔH-1(ω)=exp[-j(β+Δβ)Lω2/2]と打ち消しあう。ここで、基準の波長分散の伝達関数(第一の伝達関数)は、exp[-jβLω2/2]である。波長分散の時間変動分の伝達関数(第二の伝達関数)は、exp[-j(Δβ)Lω2/2]である。
Inverse function applied across the
受信側情報受信部211は、光受信器208が復調により受信した受信信号の情報(例えば、受信シンボルの情報)を光受信器208から受信する。
The reception-side
誤差決定部212には、適応型等化回路203の出力信号と、受信側情報受信部211からの受信信号の情報が入力される。例えば、誤差決定部212は、シンボルごとに、適応型等化回路203の出力信号と光受信器208が受信した受信信号との誤差を演算する。誤差決定部212は、適応型等化回路203に誤差に関する情報を出力する。
The
DA変換器204−1、204−2は、適応型等化回路203から入力された複素信号の実部I及び虚部Qを高速のアナログ電気信号に変換する。アナログ電気信号は、光電界変調器205に入力される。
The DA converters 204-1 and 204-2 convert the real part I and the imaginary part Q of the complex signal input from the
光電界変調器205は、DA変換器から入力されたアナログ電気信号を用いて、レーザ光源206から出力された無変調のレーザ光を変調し、光電界信号(光信号)を生成、出力する。光電界変調器205から出力された光電界信号は、光ファイバ伝送路207に入力され、光受信器208へ伝送される。
The optical
光受信器208は、データ復調部209と受信側情報送信部210(受信側情報送信手段)を備える。光受信器208へ伝送された光電界信号は、光受信器208のデータ復調部209に入力される。データ復調部209は、光電界信号を2値のデジタル信号に変換する。この復調に得られた2値のデジタル信号を受信信号と呼ぶ。受信側情報送信部210は、受信信号の情報を送信器200の受信側情報受信部211(受信側情報受信手段)へ送る。データ復調部209は、コヒーレント方式か、又は、非コヒーレント方式のどちらを用いてもよい。データ復調部209は、デジタル信号処理方式か、又は、アナログ信号処理方式のどちらを用いてもよい。
The
光送信器200において、符号化回路201、予等化回路202、適応型等化回路203、誤差決定部212は、CPU(中央演算処理装置)とRAM(ランダムアクセスメモリ:例えばSRAM)を搭載した単一のFPGA上に、構築されてよい。FPGAは、何度も容易に書き換え可能であり、プロトコル変更や仕様変更等に頻繁に対応する必要がある通信機器において一般的に用いられている。
In the
次に、図3を参照して、予等化回路202(第一の補償部)の詳細な構成を説明する。本実施形態では、予等化回路202は、図3のようなプリセット型線形FIRフィルタで実現される。プリセット型線形FIRフィルタのタップ数Nは、例えば、50である。タップ数Nは、プリセット型線形FIRフィルタで補償する基準の波長分散量に比例する。
Next, the detailed configuration of the pre-equalization circuit 202 (first compensation unit) will be described with reference to FIG. In this embodiment, the
図3の予等化回路202は、符号化回路201からの入力301 (複素信号)を、シフトレジスタ302で1から(N-1)回、固定の時間Tだけ遅延させる。予等化回路202の出力304(p(n))は、遅延された入力x(n),x(n-1)…x(n-(N-1))それぞれをタップ係数303(h(0),h(1)...h(N-1))で重み付け(乗算)して加算したものである。タップ係数(h(0),h(1)...h(N-1))は、複素数である。nはシンボルの番号である。予等化回路202の出力p(n)は、以下の数式(1)で与えられる。
The
このように、予等化回路202は、符号化回路201からの複素信号に対して、基準の波長分散に対応する第一の伝達関数の逆関数を印加するための第一の畳み込み演算を行う。第一の畳み込み演算で印加する逆関数は、プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数で定められている。
As described above, the
プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数h(0),h(1)...h(N-1)は、固定されており、光送受信器システムがサービスを開始する前(データ伝送が開始する前)に、予め定められている。タップ係数は、既知又は測定した光ファイバ伝送路の波長分散量と、波長分散量とタップ係数を関係付けるルックアップテーブルとを用いて決定されてよい。又は、予等化回路202に入力されたトレーニング信号と光受信器208で受信されたトレーニング信号を比較(誤差決定)することにより、入力トレーニング信号と受信トレーニング信号の誤差が最小になるようにタップ係数の最適化されてよい。トレーニング信号は、既知の2値のデータ列である。予等化回路202のタップ係数は、別な方法で定められてもよい。
The tap coefficients h (0), h (1) ... h (N-1) of the preset type linear FIR filter are fixed, and before the optical transceiver system starts service (before data transmission starts) ) In advance. The tap coefficient may be determined using a known or measured chromatic dispersion amount of the optical fiber transmission line and a look-up table relating the chromatic dispersion amount and the tap coefficient. Alternatively, the training signal input to the
次に、図4を参照して、適応型等化回路203(第二の補償部)の詳細な構成を説明する。本実施形態では、適応型等化回路203は、図4のような複素係数の適応型線形FIRフィルタで実現される。適応型線形FIRフィルタのタップ数Mは、例えば、5である。タップ数Mが大きいほど正確に波長分散量の時間変動が補償されるが、演算負荷が大きくなる。このため、好適には、適応型線形FIRフィルタのタップ数Mは、波長分散量の最大の時間変動量(適応型線形FIRフィルタで補償されるべき波長分散量)に比例するよう設定される。従って、適応型線形FIRフィルタのタップ数Mは、プリセット型線形FIRフィルタのタップ数Nより小さくなる。比率M/Nは、基準の波長分散量に対する波長分散の最大変動量の比率に等しくてよい。
Next, a detailed configuration of the adaptive equalization circuit 203 (second compensation unit) will be described with reference to FIG. In this embodiment, the
適応型線形FIRフィルタは、予等化回路202からの複素信号入力p(n)をシフトレジスタ402で1から(M-1)回、固定の時間Tだけ遅延させる。適応型等化回路203の出力404(y(n))は、遅延された入力p(n),p(n-1)…p(n-(M-1))を、タップ係数403(h'(0),h'(1)...h'(M-1))で重み付け(乗算)してから加算したものである。タップ係数(h'(0),h'(1)...h'(M-1))は、複素数である。適応型等化回路203の出力y(n)は、以下の数式(2)で与えられる。
The adaptive linear FIR filter delays the complex signal input p (n) from the
このように、適応型等化回路203は、符号化回路201からの複素信号に対して、波長分散における基準の波長分散からの時間変動分に対応する第二の伝達関数の逆関数を印加するための第二の畳み込み演算を行う。第二の畳み込み演算で印加する逆関数は、適応型線形FIRフィルタのタップ係数で定められている。タップ係数は、所定のアルゴリズムに従って最適化され、更新される。
As described above, the
前述の誤差決定部212は、適応型等化回路203の出力406y(n)と、基準信号405を取得する。フィルタ制御部408は、適応型線形FIRフィルタのタップ係数h'(0),h'(1)...h'(M-1) を、基準信号405と適応型等化回路の出力406の誤差を最小にするように随時更新する。従って、この誤差に基づいて、第二の畳み込み演算で印加する逆関数が調整される。なお、基準信号405は、受信信号から生成される信号である。例えば、基準信号405は、受信側情報受信部211から送られた受信信号(例えば受信シンボルの情報)そのものでよい。タップ係数を最適化するアルゴリズムによっては、基準信号405は、受信信号に演算を施して生成した信号でもよい。なお、適応型等化回路203の出力y(n)が発生してから、受信信号が光ファイバ伝送路を介して光受信器208から誤差決定部212に伝達されるまで、遅延時間が発生する。誤差決定部212は、シンボルごとに、この遅延時間分を遅延した適応型等化回路203の出力y(n)と基準信号との誤差を決定してよい。これにより、最良なタップ係数が求められる。
The
伝送すべきデータ(送信系列元データ)の一部に周期的にトレーニング信号(例えば10万シンボルのうち500シンボル分)が含められてよい。この場合、0.02μs(シンボルレートが10Gbaudの場合)程度の余分なデータを送信するだけで、適応型等化回路203を構成する線形FIRフィルタのタップ係数の更新が可能となる。誤差決定部212は、シンボルごとに、適応等化回路203からの出力トレーニング信号の実部及び虚部を、それぞれ受信側で受信されたトレーニング信号の実部及び虚部と比較して誤差を求めてよい。例えばLMS(最小二乗法)アルゴリズムで、誤差を最小にする最適なタップ係数が求められる。トレーニング信号の使用により、タップ係数は、データ伝送中でも、短い時間間隔で周期的に更新される。なお、光送信器200は、トレーニング信号を発生するトレーニング信号発生部を有してよい。
A training signal (for example, 500 symbols out of 100,000 symbols) may be periodically included in a part of data to be transmitted (transmission sequence original data). In this case, the tap coefficient of the linear FIR filter constituting the
フィルタ制御部408は、公知のブラインド等化アルゴリズムによって、最適なタップ係数を求めてよい。ブラインド等化アルゴリズムでは、シンボルごとの誤差を決定して、タップ係数の更新を行うのではなく、シンボルの統計量に対して誤差を判定し、タップ係数の更新を行う。ブラインド等化アルゴリズムを使用すれば、トレーニング信号などの余分なデータを使用しないため、タップ係数の更新が随時行われる。
The
このように、適応型等化回路203を構成する適応型線形FIRフィルタは、線形FIRフィルタのタップ係数を周期的、又は、連続的に更新できる点で、予等化回路202を構成するプリセット型線形FIRフィルタと異なる。
Thus, the adaptive linear FIR filter constituting the
フィルタ制御部408が更新したタップ係数は、FPGAのRAMに一時的に保存される。なお、RAMの書き換え時間は、遅くとも数十nsであるため、適応型等化回路203のタップ係数の更新はデータ伝送を中断させない。
The tap coefficient updated by the
なお、仮に予等化回路202を適応型とすれば、論理回路を常に更新させるため、データ伝送の中断が生じるばかりでなく、予等化回路202のタップ数が多いためFPGAに搭載したCPUの演算負荷が大きくなる。
If the
次に、図5を参照して、適応型等化回路203を構成する線形FIRフィルタのタップ係数の更新方法を説明する。
Next, a method for updating the tap coefficient of the linear FIR filter constituting the
図5は、本実施形態の適応型等化回路を構成する線形FIRフィルタのタップ係数を更新するシーケンスを示す。図5の縦方向は時間の経過を示す。図5の矢印は、図2の光送受信システムの構成図に示した機能ブロック間のデータ、又は、情報の授受を示す。細線矢印は電気信号を、太線矢印は光電界信号を示す。また、図5の実線は各機能ブロックにおける処理を示しており、点線は各機能ブロックの待機状態を示す。 FIG. 5 shows a sequence for updating the tap coefficients of the linear FIR filter constituting the adaptive equalization circuit of this embodiment. The vertical direction in FIG. 5 shows the passage of time. The arrows in FIG. 5 indicate the exchange of data or information between the functional blocks shown in the block diagram of the optical transmission / reception system in FIG. A thin line arrow indicates an electric signal, and a thick line arrow indicates an optical electric field signal. Further, the solid line in FIG. 5 indicates processing in each functional block, and the dotted line indicates a standby state of each functional block.
光送信器200内部において、適応型等化回路203から出力された電気信号(複素信号)は、DA変換器204−1(204−2)によって、デジタルアナログ変換される。このアナログ信号は光電界変調器205によって、光電界信号に変換される。光電界変調器205によって生成された光電界信号は、光受信器208まで伝送され、光受信器208内部のデータ復調部209によって復調される。そして、データ復調部209は、受信信号の情報(例えば、受信シンボルの情報)を、受信側情報送信部210に伝達する。受信側情報送信部210は、受信信号の情報を、光送信器200内部に設置した受信側情報受信部211に伝達する。そして、受信側情報受信部211は、受信信号の情報を誤差決定部212に伝達する。誤差決定部212は、適応型等化回路203の出力と、受信信号の情報から生成される基準信号との誤差を算出する。算出された誤差は、適応型等化回路203に入力される。適応型等化回路203は、誤差決定部212から入力された誤差を最小化するように、適応型等化回路203を構成する線形FIRフィルタのタップ係数(複素係数)を更新する。
In the
なお、図5で示したように、適応型等化回路203を構成する線形FIRフィルタのタップ係数を更新してから、更新したタップ係数によって生じる誤差が求められるまでに、シーケンス周期509に相当する時間(例えば、1ms)が経過する。しかしながら、適応型等化回路203には、シーケンス周期509に比べて、短い時間間隔でデジタル複素信号が随時入力される。そのため、タップ係数の更新を過剰に行う可能性がある。本実施形態では、タップ係数の過剰な更新を避けるため(つまり、緩やかにタップ係数を更新するため)、タップ係数の更新周期をシーケンス周期と同じに設定して長くするか、又は、更新されるタップ係数の変化量を少量とすることが好ましい。
Note that, as shown in FIG. 5, it corresponds to the
図6(a)−(c)は、予等化回路と適応型等化回路による波長分散耐力の変化を説明する図である。横軸は、波長分散量を、縦軸は、OSNR感度の劣化量を表す。感度の劣化量が1dBとなる波長分散量の範囲を波長分散耐力とする。 6A to 6C are diagrams for explaining changes in the chromatic dispersion tolerance due to the pre-equalization circuit and the adaptive equalization circuit. The horizontal axis represents the amount of chromatic dispersion, and the vertical axis represents the amount of OSNR sensitivity degradation. The range of the chromatic dispersion amount in which the sensitivity deterioration amount is 1 dB is defined as the chromatic dispersion tolerance.
図6(a)は、予等化回路と適応型等化回路が設置されない光送受信システムにおいて、光ファイバによる信号伝送が行われる前の波長分散耐力を説明する。図6(b)は、予等化回路のみが設置された光送受信システムにおいて、100kmの光ファイバによる信号伝送が行われた後の波長分散耐力を説明する。図6(c)は、予等化回路と適応型等化回路の両方が設置された光送受信システムにおいて、100kmの光ファイバによる信号伝送が行われた後の波長分散耐力を説明する。光送受信システムに予等化回路のみが設置された場合、図6(b)の波長分散耐力のグラフは、図6(a)のグラフをそのまま1700ps/nm(SMFファイバ100kmの波長分散量に相当)平行移動するだけで、波長分散耐力は向上しない。そのため、温度変化などによって光ファイバの波長分散量に変動が生じた場合、波長分散による伝送劣化が生じてしまう。次に、光送受信システムに予等化回路と適応型等化回路の両方が設置された場合、波長分散量が1700ps/nmからずれたとしても、適応型等化回路を構成する線形FIRフィルタのタップ係数が随時(端的にはシンボルごとに)更新される。このため、この場合、波長分散による伝送劣化は予め補償されるため、波長分散耐力は図6(c)のように向上する。
FIG. 6A illustrates the chromatic dispersion tolerance before optical signal transmission is performed in an optical transmission / reception system in which a pre-equalization circuit and an adaptive equalization circuit are not installed. FIG. 6B illustrates the chromatic dispersion tolerance after signal transmission is performed using a 100 km optical fiber in an optical transmission / reception system in which only the pre-equalization circuit is installed. FIG. 6C illustrates chromatic dispersion tolerance after signal transmission is performed using a 100 km optical fiber in an optical transmission / reception system in which both a pre-equalization circuit and an adaptive equalization circuit are installed. When only the pre-equalization circuit is installed in the optical transmission / reception system, the chromatic dispersion tolerance graph of FIG. 6B is equivalent to the chromatic dispersion amount of 1700 ps / nm (the
−作用効果−
光送信器は、予等化回路(第一の補償部)、適応型等化回路(第二の補償部)、誤差決定部を備える。誤差決定部は、第二の補償部から出力された信号と、受信器での復調により得られた受信信号から生成された基準信号との誤差を決定する。第二の補償部は、この誤差に基づいて、畳み込み演算で印加する逆関数を調整する。このため、環境変化に伴って光ファイバ伝送路の波長分散が変動する場合でも、データの伝送を中断することなく、波長分散耐力が向上する。
-Effect-
The optical transmitter includes a pre-equalization circuit (first compensation unit), an adaptive equalization circuit (second compensation unit), and an error determination unit. The error determination unit determines an error between the signal output from the second compensation unit and the reference signal generated from the reception signal obtained by demodulation at the receiver. The second compensation unit adjusts the inverse function applied by the convolution calculation based on this error. For this reason, even when the chromatic dispersion of the optical fiber transmission line fluctuates with environmental changes, the chromatic dispersion tolerance is improved without interrupting data transmission.
第二の補償部は、適応型線形FIRフィルタからなるため、第二の補償部で印加する逆関数はタップ係数の変更により容易に調整できる。 Since the second compensation unit includes an adaptive linear FIR filter, the inverse function applied by the second compensation unit can be easily adjusted by changing the tap coefficient.
トレーニング信号を用いる場合、余分なデータを短時間送信するだけで、データ転送を中断することなく、第二の補償部を構成する適応型線形FIRフィルタのタップ係数の更新が可能となる。ブラインド等化アルゴリズムを使用すれば、余分なデータを使用しないため、第二の補償部を構成する適応型線形FIRフィルタのタップ係数の更新が随時行われる。 When the training signal is used, it is possible to update the tap coefficient of the adaptive linear FIR filter constituting the second compensation unit without transmitting data by simply transmitting extra data for a short time. If the blind equalization algorithm is used, extra data is not used, so that the tap coefficient of the adaptive linear FIR filter constituting the second compensation unit is updated as needed.
第一の補償部の前記プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数は、基準の波長分散量に比例し、第二の補償部の前記適応型線形FIRフィルタのタップ係数は、波長分散の最大変動量に比例する。このため、演算量が過度に増大することなく、光信号の線形歪を予め補償することができる。 The tap coefficient of the preset linear FIR filter of the first compensation unit is proportional to the reference chromatic dispersion amount, and the tap coefficient of the adaptive linear FIR filter of the second compensation unit is the maximum variation amount of chromatic dispersion. Proportional. For this reason, the linear distortion of the optical signal can be compensated in advance without excessively increasing the calculation amount.
[第二実施形態]
第一実施形態では、適応型等化回路203は、予等化回路202の後段に設けられ、予等化回路202から出力された複素信号が適応型等化回路203に入力される。しかし、第二実施形態では、適応型等化回路203は、予等化回路202の前段に設けられ、適応型等化回路203から出力された複素信号が予等化回路202に入力される。他の構成は、第一実施形態と同じである。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the
図7に、第二実施形態に係る送受信システムを示す。適応型等化回路203は、波長分散の時間変動分に対応する伝達関数の逆関数ΔH(ω)=exp(jΔβLω2/2)を印加する。その後、予等化回路202は、基準の波長分散に対応する伝達関数の逆関数H(ω)=exp(jβLω2/2)を印加する。光送信器200全体で印加される逆関数は、第一実施形態と同様にH(ω)・ΔH(ω)=exp{j(β+Δβ)Lω2/2}である。
FIG. 7 shows a transmission / reception system according to the second embodiment. Adaptive equalizing
誤差決定部212には、適応型等化回路203の出力信号と、受信側情報受信部211からの基準信号(受信信号から生成される)が入力される。誤差決定部212は、適応型等化回路203に両信号の誤差に関する情報を出力する。
The
[第三実施形態]
図8は、本発明の第三実施形態に係る光送信器及び光送受信システムの構成図である。第三実施形態では、第一実施形態と異なり、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数は変更可能である。
[Third embodiment]
FIG. 8 is a configuration diagram of an optical transmitter and an optical transmission / reception system according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, unlike the first embodiment, the tap coefficient of the linear FIR filter constituting the
図8では、光送信器700は、レーザ光源706から出力される無変調のレーザ光を光電界変調器705に入力し、所要の電界変調を行った光電界信号を、光ファイバ伝送路707に出力する。光ファイバ伝送路に出力された光電界信号を、光受信器708が受信する。
In FIG. 8, the
光送信器700には、送信系列元データとして、伝送する2値のデジタル信号が入力される。符号化回路701は、入力されたデジタル信号から複素信号(実部及び虚部の2組のデジタルデータ)を生成する。生成された複素信号は、予等化回路702に入力される。
The
予等化回路702は、光ファイバ伝送路707で生じる波長分散の伝達関数の逆関数を印加し、伝送劣化に対して等化を行う。予等化回路702は、波長分散による伝送劣化を予め補償した複素信号を出力する。予等化回路702は、本実施形態では、図4のようなプリセット型の複素係数の線形FIRフィルタから構成される。プリセット型FIRフィルタのタップ係数は、光送受信器システムがサービスを開始する前(データ伝送される前)に、定められている。第一実施形態と同様に、タップ係数は、光ファイバ伝送路の波長分散量とルックアップテーブルを用いて決定されてよい。予等化回路702に入力されたトレーニング信号と光受信器708で受信されたトレーニング信号を比較(誤差決定)することにより、入力トレーニング信号系列と受信トレーニング信号系列の誤差が最小になるように、タップ係数の最適化処理が行われてよい。なお、トレーニング信号は、既知の2値のデータ列である。予等化回路702から出力された複素信号は、適応型等化回路703に入力される。
The
適応型等化回路703は、入力された複素信号に対して、温度変化などの環境変化による波長分散の時間変動によって生じる伝送劣化を予め補償する。適応型等化回路703は、第一実施形態と同じ適応型の複素係数の線形FIRフィルタを備える。タップ係数403は、基準信号405と適応型等化回路の出力406の誤差を最小化するように随時更新される。適応型等化回路703は、タップ係数を周期的、又は、連続的に更新できる点で、予等化回路702と異なる。適応型等化回路703のタップ係数の更新は、図5に示したシーケンスに従う。予等化回路702から出力された複素信号の実部I及び虚部Qは、それぞれDA変換器704−1,704−2に入力される。
The
DA変換器704−1、704−2は、適応型等化回路703から入力された複素信号の実部I及び虚部Qを高速のアナログ電気信号に変換する。アナログ電気信号は、光電界変調器705に入力される。光電界変調器705は、DA変換器から入力されたアナログ電気信号を用いて、レーザ光源706から出力されたレーザ光を変調し、光電界信号を出力する。光電界変調器705から出力された光電界信号は、光ファイバ伝送路707に入力され、光受信器708へ伝送される。
The DA converters 704-1 and 704-2 convert the real part I and the imaginary part Q of the complex signal input from the
光受信器708は、データ復調部709と、劣化観測部710と、受信側情報送信部711を備える。光受信器208へ伝送された光電界信号は、光受信器708のデータ復調部709に入力される。データ復調部709は、光電界信号を2値のデジタル信号(受信信号)に変換する。また、データ復調部709は、受信信号の情報(例えば、元のデジタル信号や、受信シンボルの情報)や、光ファイバ伝送路の経路変更の情報を、劣化観測部710と受信側情報送信部711に入力する。光ファイバ伝送路の経路変更の情報は、データのヘッダーとして光送信器700や図示しない中継器などから光受信器708に送られてよい。
The
劣化観測部710は、受信信号の伝送劣化(例えば、ビット誤り率)を観測し、観測した伝送劣化の情報を受信側情報送信部711に伝達する。劣化観測部710は、論理回路(CPU、DSP等でもよい)及び/又はメモリ等から構成してよい。なお、ビット誤り率は、光送信器700を介して既知のテスト信号(トレーニング信号でもよい)を光受信器708に送ることにより測定してよい。又、劣化観測部710は、受信波形の歪を観測し、受信波形の歪(波長分散量)の変化を、経路変更の情報としてしてもよい。
The
受信側情報送信部711は、受信信号の情報(例えば、受信シンボルの情報)と、経路変更に関する情報と、劣化観測部710で観測した伝送劣化の情報を、光送信器700内部に設置されている受信側情報受信部712に伝達する。受信側情報受信部712は、受信信号の情報を誤差決定部713に伝達する。また、受信側情報受信部712は、経路変更(経路切換え)に関する情報及び伝送劣化の情報をタップ係数制御部714に伝達する。
The reception-side
誤差決定部713には、適応型等化回路703の出力信号と、受信側情報受信部712からの受信信号の情報が入力される。例えば、誤差決定部713は、シンボルごとに、適応型等化回路703の出力信号と光受信器708が受信した受信信号との誤差を演算する。誤差決定部713は、適応型等化回路703に誤差に関する情報を出力する。
The
光送信器700において、符号化回路701、予等化回路702、適応型等化回路703、誤差決定部713、タップ係数制御部714は、CPU(中央演算処理装置)とRAM(ランダムアクセスメモリ:例えばSRAM)を搭載した単一のFPGA上に、構築されてよい。
In the
図9のフローチャートに従って、タップ係数制御部714は、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数の最適化処理を実施する。フローチャートの最適化処理は、所定の時間間隔で繰り返し実行される。
According to the flowchart of FIG. 9, the tap
ステップS81において、タップ係数制御部714は、入力された経路変更の情報から、経路変更を検出する。タップ係数制御部714が経路変更を検出しない場合、ルーチンはステップS82へ進む。タップ係数制御部714が経路変更を検出した場合、ルーチンはステップS84へ進む。ステップS84において、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数は、最適化され、更新される。
In step S81, the tap
ステップS82において、タップ係数制御部714は、劣化観測部710で観測した伝送劣化の情報から、ビット誤り率がある閾値(例えば、1×10-5)以上であるか否か判断する。ビット誤り率が閾値より小さい場合、ルーチンはステップS83へ進む。この場合、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数は変更されない。また、ビット誤り率が閾値以上である場合、ルーチンはステップS84へ進む。ステップS84において、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数は、最適化され、更新される。
In step S < b > 82, the tap
ステップS83において、適応型等化回路703のフィルタ制御部408は、適応型線形FIRフィルタのタップ係数を更新する。タップ係数の更新後は、ルーチンはステップS81へ戻る。
In step S83, the
ステップS84において、タップ係数制御部714は、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数を最適化する。タップ係数の最適化後は、ルーチンはステップS81へ戻る。
In step S84, the tap
予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数が最適化された後、再び適応型等化回路703を構成する線形FIRフィルタのタップ係数が更新され得る。
After the tap coefficients of the linear FIR filter constituting the
図9のフローチャートによると、光ファイバ伝送路の経路が変更された場合か、又は、波長分散による伝送劣化によって、ビット誤り率が閾値(例えば、1×10-5)以上になった場合、タップ係数制御部714は、予等化回路702を構成する線形FIRフィルタのタップ係数を更新する。予等化回路702のタップ係数は、サービスが開始される前に実施するタップ係数の最適化と同じように最適化される。光ファイバ伝送路の波長分散量とルックアップテーブルを用いて、予等化回路702のタップ係数は最適化されてよい。又は、予等化回路702への入力トレーニング信号とデータ復調部709で復調されたトレーニング信号との誤差が最小になるように予等化回路702のタップ係数は最適化されてよい。又は、予等化回路702のタップ係数は、他の公知の方法で最適化されてよい。
According to the flowchart of FIG. 9, when the path of the optical fiber transmission line is changed, or when the bit error rate exceeds a threshold value (for example, 1 × 10 −5 ) due to transmission degradation due to chromatic dispersion, tap is performed. The
−作用効果−
第三実施形態では、光送信器は、光ファイバ伝送路の経路変更を検出する機能や、ビット誤り率の急激な劣化を検出する機能を備える。経路変更があった場合、又は、前記受信信号のビット誤り率が閾値以上である場合に、タップ係数制御部は、予等化回路(第一の補償部)のプリセット型線形FIRフィルタのタップ係数を更新する。これにより、波長分散耐力が向上させながら、より安定したデータ伝送が可能となる。
-Effect-
In the third embodiment, the optical transmitter has a function of detecting a path change of the optical fiber transmission line and a function of detecting a rapid deterioration of the bit error rate. When there is a path change or when the bit error rate of the received signal is greater than or equal to a threshold value, the tap coefficient control unit taps the preset linear FIR filter of the pre-equalization circuit (first compensation unit) Update. Thus, more stable data transmission can be achieved while improving the chromatic dispersion tolerance.
200 光送信器
201 符号化回路
202 予等化回路
203 適応型等化回路
204−1 DA変換器
204−2 DA変換器
205 光電界変調器
206 レーザ光源
207 光ファイバ伝送路
208 光受信器
209 データ復調部
210 受信側情報送信部
211 受信側情報受信部
212 誤差決定部
302 シフトレジスタ
303 タップ係数
402 シフトレジスタ
403 タップ係数
405 基準信号
406 出力
408 フィルタ制御部
710 劣化観測部
714 タップ係数制御部
200
Claims (19)
送信される光信号の線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の基準の波長分散に対応する第一の伝達関数の逆関数を印加する第一の畳み込み演算を行う第一の補償部と、
前記送信される光信号の時間変動する線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の波長分散の時間変動分に対応する第二の伝達関数の逆関数を印加する第二の畳み込み演算を行う第二の補償部と、
前記第二の補償部から出力された信号と、受信器での復調により得られた受信信号から生成された基準信号との誤差を決定する誤差決定部と、を備え、
前記第二の補償部は、前記誤差に基づいて、前記第二の畳み込み演算によって印加される逆関数を調整することを特徴とする光送信器。 An optical transmitter comprising: an encoding circuit that converts an input bit string into a complex signal; and an optical electric field modulator that modulates light output from a laser light source and transmits the modulated light via an optical fiber transmission line.
A first convolution operation that applies an inverse function of a first transfer function corresponding to a reference wavelength dispersion of the optical fiber transmission line to the complex signal in order to compensate in advance for linear distortion of an optical signal to be transmitted. A first compensation unit for performing
In order to compensate in advance for the time-varying linear distortion of the transmitted optical signal, an inverse function of a second transfer function corresponding to the time-varying chromatic dispersion of the optical fiber transmission line is applied to the complex signal. A second compensator for performing a second convolution operation,
An error determination unit that determines an error between the signal output from the second compensation unit and the reference signal generated from the reception signal obtained by demodulation at the receiver;
The second compensation unit adjusts an inverse function applied by the second convolution operation based on the error.
前記第二の補償部は、前記第一の補償部から入力された複素信号に対して、前記第二の伝達関数の逆関数を印加することを特徴とする請求項1に記載の光送信器。 The first compensation unit is provided before the second compensation unit, and inputs a complex signal obtained by applying an inverse function of the first transfer function to the second compensation unit,
The optical transmitter according to claim 1, wherein the second compensation unit applies an inverse function of the second transfer function to the complex signal input from the first compensation unit. .
前記第一の補償部は、前記第二の補償部から入力された複素信号に対して、前記第一の伝達関数の逆関数を印加することを特徴とする請求項1に記載の光送信器。 The second compensation unit is provided before the first compensation unit, and inputs a complex signal to which an inverse function of the second transfer function is applied to the first compensation unit,
The optical transmitter according to claim 1, wherein the first compensation unit applies an inverse function of the first transfer function to the complex signal input from the second compensation unit. .
前記受信器での復調により得られた受信信号の情報を受信する受信側情報受信部と、を備え、
前記符号化回路は、入力される2値のビット列を、オーバーサンプリング処理によって1ビットあたり少なくとも2つのサンプル点をもつ複素信号に変換し、
前記符号化回路から前記第一と第二の補償部を通過した前記複素信号の実部と虚部は、前記DA変換器に入力され、
前記DA変換器は、前記アナログ信号を前記光電界変調器の電気信号入力端子に入力し、
前記光電界変調器は、前記レーザ光源から出力された光を、前記アナログ信号を用いて光信号に変調し、前記光信号を前記光ファイバ伝送路に入力し、
前記光信号は、前記光ファイバ伝送路を通過し、前記受信器の復調部に入力され、
前記復調部は、前記入力された光信号を前記2値のビット列に復調して前記受信信号を生成し、前記受信信号を前記受信器の受信側情報送信部に入力し、
前記受信側情報送信部は、前記受信信号を前記光送信器の前記受信側情報受信部に伝達することを特徴とする請求項1に記載の光送信器。 A DA converter that converts the complex signal that has passed through the first and second compensation units into an analog signal and inputs the analog signal to the optical electric field modulator;
A receiving side information receiving unit for receiving information of a received signal obtained by demodulation at the receiver,
The encoding circuit converts an input binary bit string into a complex signal having at least two sample points per bit by an oversampling process,
The real part and the imaginary part of the complex signal that has passed through the first and second compensation units from the encoding circuit are input to the DA converter,
The DA converter inputs the analog signal to an electric signal input terminal of the optical electric field modulator,
The optical electric field modulator modulates the light output from the laser light source into an optical signal using the analog signal, and inputs the optical signal to the optical fiber transmission line,
The optical signal passes through the optical fiber transmission line and is input to the demodulation unit of the receiver.
The demodulation unit demodulates the input optical signal into the binary bit string to generate the reception signal, and inputs the reception signal to the reception side information transmission unit of the receiver,
The optical transmitter according to claim 1, wherein the reception-side information transmission unit transmits the reception signal to the reception-side information reception unit of the optical transmitter.
前記プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数は、前記光ファイバ伝送路の波長分散量とルックアップテーブルを利用して決定されるか、又は、既知の2値データ列をトレーニング信号として用いて、前記プリセット型線形FIRフィルタへ入力されたトレーニング信号と受信されたトレーニング信号との誤差を最小とするアルゴリズムで決定されることを特徴とする請求項1に記載の光送信器。 The first compensation unit includes a pre-equalization circuit including a preset linear FIR filter of complex coefficients,
The tap coefficient of the preset type linear FIR filter is determined using a chromatic dispersion amount of the optical fiber transmission line and a lookup table, or using a known binary data string as a training signal, The optical transmitter according to claim 1, wherein the optical transmitter is determined by an algorithm that minimizes an error between the training signal input to the mold linear FIR filter and the received training signal.
前記第二の補償部は、前記第二の補償部が印加する逆関数を調整するため、前記誤差決定部によって決定された前記誤差を最小とするアルゴリズムに従って、前記適応型線形FIRフィルタのタップ係数を更新することを特徴とする請求項1に記載の光送信器。 The second compensation unit includes an adaptive equalization circuit including an adaptive linear FIR filter of complex coefficients,
The second compensation unit adjusts an inverse function applied by the second compensation unit, and according to an algorithm that minimizes the error determined by the error determination unit, tap coefficients of the adaptive linear FIR filter. The optical transmitter according to claim 1, wherein the optical transmitter is updated.
前記第二の補償部は、複素係数の適応型線形FIRフィルタからなる適応型等化回路を備え、
前記第一の補償部の前記プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数は、前記基準の波長分散に比例し、
前記第二の補償部の前記適応型線形FIRフィルタのタップ係数は、波長分散の最大変動量に比例することを特徴とする請求項1に記載の光送信器。 The first compensation unit includes a pre-equalization circuit including a complex-coefficient preset type linear FIR filter, and the second compensation unit includes an adaptive equalization circuit including a complex-coefficient adaptive linear FIR filter,
The tap coefficient of the preset linear FIR filter of the first compensation unit is proportional to the reference chromatic dispersion,
The optical transmitter according to claim 1, wherein a tap coefficient of the adaptive linear FIR filter of the second compensation unit is proportional to a maximum fluctuation amount of chromatic dispersion.
前記送信器は、
入力されるビット列を複素信号に変換する符号化回路と、レーザ光源から出力された光を変調し光ファイバ伝送路を介して送信する光電界変調器と、を有する光送信器であって、
送信される光信号の線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の基準の波長分散に対応する第一の伝達関数の逆関数を印加する第一の畳み込み演算を行う第一の補償部と、
前記送信される光信号の時間変動する線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の波長分散の時間変動分に対応する第二の伝達関数の逆関数を印加する第二の畳み込み演算を行う第二の補償部と、
前記第二の補償部から出力された信号と、前記受信器での復調により得られた受信信号から生成された基準信号との誤差を決定する誤差決定部と、を備え、
前記第二の補償部は、前記誤差に基づいて、前記第二の畳み込み演算によって印加される逆関数を調整することを特徴とする光送受信システム。 An optical transmission / reception system having a transmitter, an optical fiber transmission line to which an optical signal is input from the transmitter, and a receiver to which the optical signal is transmitted through the optical fiber transmission line,
The transmitter is
An optical transmitter comprising: an encoding circuit that converts an input bit string into a complex signal; and an optical electric field modulator that modulates light output from a laser light source and transmits the modulated light via an optical fiber transmission line.
A first convolution operation that applies an inverse function of a first transfer function corresponding to a reference wavelength dispersion of the optical fiber transmission line to the complex signal in order to compensate in advance for linear distortion of an optical signal to be transmitted. A first compensation unit for performing
In order to compensate in advance for the time-varying linear distortion of the transmitted optical signal, an inverse function of a second transfer function corresponding to the time-varying chromatic dispersion of the optical fiber transmission line is applied to the complex signal. A second compensator for performing a second convolution operation,
An error determination unit that determines an error between a signal output from the second compensation unit and a reference signal generated from a reception signal obtained by demodulation in the receiver;
The second compensation unit adjusts an inverse function applied by the second convolution operation based on the error.
前記第二の補償部は、前記第一の補償部から入力された複素信号に対して、前記第二の伝達関数の逆関数を印加することを特徴とする請求項10に記載の光送受信システム。 The first compensation unit is provided before the second compensation unit, and inputs a complex signal obtained by applying an inverse function of the first transfer function to the second compensation unit,
The optical transmission / reception system according to claim 10, wherein the second compensation unit applies an inverse function of the second transfer function to the complex signal input from the first compensation unit. .
前記第一の補償部は、前記第二の補償部から入力された複素信号に対して、前記第一の伝達関数の逆関数を印加することを特徴とする請求項10に記載の光送受信システム。 The second compensation unit is provided before the first compensation unit, and inputs a complex signal to which an inverse function of the second transfer function is applied to the first compensation unit,
The optical transmission / reception system according to claim 10, wherein the first compensation unit applies an inverse function of the first transfer function to the complex signal input from the second compensation unit. .
前記受信器は、前記伝達された光信号を復調して受信信号を生成する復調部と、前記受信信号が入力される受信側情報送信部と、を備え、
前記符号化回路は、入力される2値のビット列を、オーバーサンプリング処理によって1ビットあたり少なくとも2つのサンプル点をもつ複素信号に変換し、
前記符号化回路から前記第一と第二の補償部を通過した前記複素信号の実部と虚部は、前記DA変換器に入力され、
前記DA変換器は、前記アナログ信号を前記光電界変調器の電気信号入力端子に入力し、
前記光電界変調器は、前記レーザ光源から出力された光を、前記アナログ信号を用いて光信号に変調し、前記光信号を前記光ファイバ伝送路に入力し、
前記光信号は、前記光ファイバ伝送路を通過し、前記受信器の復調部に入力され、
前記復調部は、前記入力された光信号を前記2値のビット列に復調して前記受信信号を生成し、前記受信信号を前記受信器の受信側情報送信部に入力し、
前記受信側情報送信部は、前記受信信号を前記光送信器の前記受信側情報受信部に伝達することを特徴とする請求項10に記載の光送受信システム。 The transmitter converts the complex signal that has passed through the first and second compensation units into an analog signal, and inputs the analog signal to the optical electric field modulator, and demodulation at the receiver A receiving side information receiving unit that acquires information of the received signal obtained by
The receiver includes a demodulation unit that demodulates the transmitted optical signal to generate a reception signal, and a reception-side information transmission unit to which the reception signal is input,
The encoding circuit converts an input binary bit string into a complex signal having at least two sample points per bit by an oversampling process,
The real part and the imaginary part of the complex signal that has passed through the first and second compensation units from the encoding circuit are input to the DA converter,
The DA converter inputs the analog signal to an electric signal input terminal of the optical electric field modulator,
The optical electric field modulator modulates the light output from the laser light source into an optical signal using the analog signal, and inputs the optical signal to the optical fiber transmission line,
The optical signal passes through the optical fiber transmission line and is input to the demodulation unit of the receiver.
The demodulation unit demodulates the input optical signal into the binary bit string to generate the reception signal, and inputs the reception signal to the reception side information transmission unit of the receiver,
The optical transmission / reception system according to claim 10, wherein the reception-side information transmission unit transmits the reception signal to the reception-side information reception unit of the optical transmitter.
前記プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数は、前記光ファイバ伝送路の波長分散量とルックアップテーブルを利用して決定されるか、又は、既知の2値データ列をトレーニング信号として用いて、前記プリセット型線形FIRフィルタへ入力されたトレーニング信号と受信されたトレーニング信号との誤差を最小とするアルゴリズムで決定されることを特徴とする請求項10に記載の光送受信システム。 The first compensation unit includes a pre-equalization circuit including a preset linear FIR filter of complex coefficients,
The tap coefficient of the preset type linear FIR filter is determined using a chromatic dispersion amount of the optical fiber transmission line and a lookup table, or using a known binary data string as a training signal, The optical transmission / reception system according to claim 10, wherein the optical transmission / reception system is determined by an algorithm that minimizes an error between the training signal input to the linear linear FIR filter and the received training signal.
前記第二の補償部は、前記第二の補償部が印加する逆関数を調整するため、前記誤差決定部によって決定された前記誤差を最小とするアルゴリズムに従って、前記適応型線形FIRフィルタのタップ係数を更新することを特徴とする請求項10に記載の光送受信システム。 The second compensation unit includes an adaptive equalization circuit including an adaptive linear FIR filter of complex coefficients,
The second compensation unit adjusts an inverse function applied by the second compensation unit, and according to an algorithm that minimizes the error determined by the error determination unit, tap coefficients of the adaptive linear FIR filter. The optical transmission / reception system according to claim 10, wherein the optical transmission / reception system is updated.
前記第二の補償部は、複素係数の適応型線形FIRフィルタからなる適応型等化回路を備え、
前記第一の補償部の前記プリセット型線形FIRフィルタのタップ係数は、前記基準の波長分散に比例し、
前記第二の補償部の前記適応型線形FIRフィルタのタップ係数は、波長分散の最大変動量に比例することを特徴とする請求項10に記載の光送受信システム。 The first compensation unit includes a pre-equalization circuit including a complex-coefficient preset type linear FIR filter, and the second compensation unit includes an adaptive equalization circuit including a complex-coefficient adaptive linear FIR filter,
The tap coefficient of the preset linear FIR filter of the first compensation unit is proportional to the reference chromatic dispersion,
The optical transmission / reception system according to claim 10, wherein a tap coefficient of the adaptive linear FIR filter of the second compensation unit is proportional to a maximum fluctuation amount of chromatic dispersion.
送信される光信号の線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の基準の波長分散に対応する第一の伝達関数の逆関数を印加する第一の畳み込み演算を行う第一の補償ステップと、
前記送信される光信号の時間変動する線形歪を予め補償するため、前記複素信号に対して、前記光ファイバ伝送路の波長分散の時間変動分に対応する第二の伝達関数の逆関数を印加する第二の畳み込み演算を行う第二の補償ステップと、
前記第二の補償ステップにより出力された信号と、受信器での復調により得られた受信信号から生成された基準信号との誤差を決定する誤差決定ステップと、を備え、
前記第二の補償ステップでは、前記誤差に基づいて、前記第二の畳み込み演算によって印加される逆関数が調整されることを特徴とする光送信方法。 Optical transmission for use in an optical transmitter having an encoding circuit that converts an input bit string into a complex signal, and an optical electric field modulator that modulates light output from a laser light source and transmits the modulated light via an optical fiber transmission line A method,
A first convolution operation that applies an inverse function of a first transfer function corresponding to a reference wavelength dispersion of the optical fiber transmission line to the complex signal in order to compensate in advance for linear distortion of an optical signal to be transmitted. A first compensation step,
In order to compensate in advance for the time-varying linear distortion of the transmitted optical signal, an inverse function of a second transfer function corresponding to the time-varying chromatic dispersion of the optical fiber transmission line is applied to the complex signal. A second compensation step for performing a second convolution operation,
An error determination step for determining an error between the signal output by the second compensation step and a reference signal generated from the reception signal obtained by demodulation at the receiver;
In the second compensation step, an inverse function applied by the second convolution operation is adjusted based on the error.
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