JP2016025497A - 光受信器および光受信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 プラガブルモジュールに形成された光フロントエンド部を接続部材を用いてデジタル信号処理部に後付けする構成を有する光受信器において、信号の高周波成分の減衰を高精度且つ容易に補償できる光受信器およびそれを用いた光受信方法を提供する。
【解決手段】 本発明の光受信器10は、光フロントエンド手段20、高周波成分を追加するプリエンファシス手段30、高周波成分が追加された信号が伝送路を介して入力され、該入力された信号をデジタルコヒーレント受信処理するデジタル信号処理手段50、デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出する誤り検出手段60、および、プリエンファシス手段30におけるプリエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じてプリエンファシス手段30を制御するフィードバック制御手段70を備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明の光受信器10は、光フロントエンド手段20、高周波成分を追加するプリエンファシス手段30、高周波成分が追加された信号が伝送路を介して入力され、該入力された信号をデジタルコヒーレント受信処理するデジタル信号処理手段50、デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出する誤り検出手段60、および、プリエンファシス手段30におけるプリエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じてプリエンファシス手段30を制御するフィードバック制御手段70を備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、デジタルコヒーレント受信処理を行う光受信器および光受信方法に関し、特に、プラガブルモジュールに形成された光フロントエンド部をデジタル信号処理部に後付けする構成を有する光受信器およびそれを用いた光受信方法に関する。
近年の光伝送システムにおいては、光伝送路中を伝送されるデータ量は増加の一途を辿っている。これを収容すべく、光伝送路に対しても大容量化の強い要請がある。大容量化を実現できる技術の一つに、多値変調によって波長多重伝送時の周波数利用効率を増大させる技術がある。
高次の多値変調方式の光伝送システムにおいては、一般的に、受信した位相変調信号を局発光と合波して受信するコヒーレント検波が適用される。この際、光信号のキャリア周波数と局発光の周波数との差やそれらの位相変動を補償するため、光フロントエンド部およびデジタル信号処理部において、デジタル信号処理技術を用いたキャリア位相推定/補償等が行われる。従って、デジタルコヒーレント光伝送システムに適用される光受信装置においては、光フロントエンド部とデジタル信号処理部とは一体に形成されることが一般的であった。
近年、光フロントエンド部をプラガブルモジュールに形成し、デジタル信号処理部に対して後付けする構成が採用されつつある。しかし、両者を伝送路で接続する場合、一般的な伝送路はローパス・フィルタ(低域通過フィルタ)として機能するため、伝送路を伝送することにより信号の高周波成分が減衰する。
光フロントエンド部とデジタル信号処理部とを一体形成した場合のデジタル信号処理部における入力信号特性を図5の(a)に、光フロントエンド部をプラガブルモジュールに形成し、両者をコネクタおよび50mm長の伝送路で接続した場合のデジタル信号処理部における入力信号特性を図5の(b)に示す。なお、(a)においては、光フロントエンド部とデジタル信号処理部とは10mm長の伝送路で接続されている。図5から分かるように、光フロントエンド部とデジタル信号処理部とを一体形成した(a)の構成と比較して、両者をコネクタと伝送路とで接続する(b)の構成とすることにより、高周波成分の減衰が顕著に表れる。この周波数成分の減衰は周波数が高くなるほど大きくなる。
高周波成分の減衰を補償する技術としては、あらかじめ送信側で高周波成分を増幅し、受信側までに発生する高周波信号の劣化を打ち消す技術(プリエンファシス)や、生成した信号の特性に応じて新たに生成する信号の周波数特性をフィードバック制御する技術等がある。例えば、プリエンファシスを適用した光伝送システムは特許文献1に、生成する信号の周波数特性をフィードバック制御する光受信器は特許文献2に開示されている。
特許文献1の技術は、送信局から送信された光信号の波長ごとのパワーをスペクトルモニタにおいてモニタし、モニタ結果に応じて送信局におけるプリエンファシス量を制御する。しかし、光信号の波長ごとのパワーを用いる場合は精度に限界があり、光フロントエンド部とデジタル信号処理部との極短距離接続における高周波成分減衰の補償にそのまま適用することは困難である。
一方、特許文献2の技術は、等誤り率曲線のデータを逆フーリェ変換することによって周波数特性を求め、該周波数特性をキャンセルするようにAGC(Automatic Gain Control)アンプの利得を制御する。しかし、等誤り率曲線を取得して逆フーリェ変換することによってアンプの利得を制御する場合、制御が複雑になる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、プラガブルモジュールに形成された光フロントエンド部を、接続部材を用いてデジタル信号処理部に後付けする構成を有する光受信器において、信号の高周波成分の減衰を高精度に且つ容易に補償できる光受信器およびそれを用いた光受信方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明に係る光受信器は、入力された光信号を復調し、電気信号に変換して出力する光フロントエンド手段と、電気信号に高周波成分を追加するプリエンファシス手段と、高周波成分が追加された電気信号が伝送路を介して入力され、該入力された電気信号をデジタルコヒーレント受信処理するデジタル信号処理手段と、デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出する誤り検出手段と、プリエンファシス手段におけるプリエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じてプリエンファシス手段を制御するフィードバック制御手段と、を備える。
上記目的を達成するために本発明に係る光受信方法は、光受信器における光受信方法であって、光受信器は、電気信号の出力レベルを周波数ごとに調整するプリエンファシス手段を備え、入力された光信号を復調し、電気信号に変換し、プリエンファシス手段を用いて電気信号の出力レベルを周波数ごとに調整し、出力レベルが調整された電気信号を伝送路を介して伝送し、伝送された電気信号をデジタルコヒーレント受信処理し、デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出し、プリエンファシス手段におけるプリエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じてプリエンファシス手段を制御する。
上述した本発明の態様によれば、デジタル信号処理部に対して光フロントエンド部が接続部材を用いて後付けされた光受信器において、信号の高周波成分の減衰を高精度に且つ容易に補償できる。
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る光受信器のブロック構成図を図1に示す。図1において、光受信器10は、光フロントエンド手段20、プリエンファシス手段30、接続手段40、デジタル信号処理手段50、誤り検出手段60およびフィードバック制御手段70を備える。
本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る光受信器のブロック構成図を図1に示す。図1において、光受信器10は、光フロントエンド手段20、プリエンファシス手段30、接続手段40、デジタル信号処理手段50、誤り検出手段60およびフィードバック制御手段70を備える。
光フロントエンド手段20は、入力された光信号を復調し、電気信号に変換して出力する。光フロントエンド手段20は、光信号を検出して電気信号に変換する光検出器や、変換された電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプ等によって構成される。
プリエンファシス手段30は、光フロントエンド手段20において復調された電気信号に対して、高周波成分を追加して出力する。出力された電気信号は、接続手段40を介してデジタル信号処理手段50へ入力される。
接続手段40は、コネクタや伝送路(具体的には、電気配線等。)等によって構成され、プリエンファシス手段30から出力された電気信号をデジタル信号処理手段50まで伝送する。接続手段40の伝送路は、ローパス・フィルタ(低域通過フィルタ)として機能し、電気信号が伝送路中を伝送することにより、電気信号の高周波成分が減衰する。
デジタル信号処理手段50は、プリエンファシス手段30および接続手段40を介して光フロントエンド手段20から入力された電気信号をデジタルコヒーレント受信処理する。デジタル信号処理手段50は、入力されたアナログの電気信号を、デジタルの電気信号に変換するアナログ−デジタル変換回路や、デジタル変換された電気信号をデジタルコヒーレント受信処理するデジタルシグナルプロセッサ等によって構成することができる。
誤り検出手段60は、デジタル信号処理手段50におけるデジタルコヒーレント受信処理を監視し、デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出する。本実施形態に係る誤り検出手段60は、デジタルの電気信号についての信号誤りを検出することから、信号誤りを高精度にカウントすることができる。
フィードバック制御手段70は、誤り検出手段60において検出された信号誤りに基づいて、プリエンファシス手段30のプリエンファシス強度を制御する。本実施形態に係るフィードバック制御手段70は、プリエンファシス手段30のプリエンファシス強度を予め設定された初期値から上昇方向と低下方向とに変化させ、誤り検出手段60において検出された信号誤りが最も小さくなった時のプリエンファシス強度をプリエンファシス手段30に設定する。
以上のように構成された光受信器10において、誤り検出手段60は、デジタルの電気信号に対するデジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出することから、信号誤りを高精度にカウントすることができ、プリエンファシス手段30を高精度に制御することができる。さらに、フィードバック制御手段70は、プリエンファシス手段30のプリエンファシス強度を変化させ、デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りが最も小さくなった時のプリエンファシス強度をプリエンファシス手段30に設定することから、複雑な処理を要しない。
従って、本実施形態に係る光受信器10は、光フロントエンド手段20およびプリエンファシス手段30において処理された電気信号が接続手段40を介してデジタル信号処理手段50に入力される場合であっても、信号の高周波成分の減衰を高精度に、且つ、容易に補償して、最適にデジタルコヒーレント受信処理を行うことができる。
本実施形態に係る光受信器10において、フィードバック制御手段70によってプリエンファシス手段30のプリエンファシス強度が最適に制御されている場合の信号波形の変化を図2(a)に示す。一方、比較例として、プリエンファシス手段が配置されていない光受信器10’における信号波形の変化を図2(b)に示す。図2(a)、(b)において、基板上に光フロントエンド手段20、20’およびデジタル信号処理手段50、50’を配置し、両者を接続手段40、40’によって接続することによって光受信器10、10’を形成した。なお、図2(a)において、誤り検出手段60およびフィードバック制御手段70は図示を省略した。
図2(a)に示すように、プリエンファシス手段30を配置し、フィードバック制御手段70によってプリエンファシス手段30を最適に制御する場合、矩形型の信号に高周波成分が追加された信号が接続手段40へ出力される。高周波成分が追加された信号は、接続手段40を伝送することによって高周波成分が減衰し、デジタル信号処理手段50には矩形型の品質の高い信号が入力される。すなわち、プリエンファシス手段30によって予め高周波成分が適切に追加されることにより、デジタル信号処理手段50における入力信号特性が改善される。
一方、図2(b)に示すように、プリエンファシス手段が配置されていない場合、光フロントエンド手段20’から出力された矩形型の信号は、接続手段40’を伝送することによって高周波成分が減衰し、デジタル信号処理手段50’には劣化した信号が入力される。
なお、信号強度が大きい場合、プリエンファシス手段30の代わりに、低周波成分を削るデエンファシス手段を配置することもできる。
<第2の実施形態>
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る光受信回路の機能ブロック図を図3に示す。図3において、光受信回路100は、光フロントエンド部200、接続部材300、デジタル信号処理部400、および、フィードバック制御部500を備える。
第2の実施形態について説明する。本実施形態に係る光受信回路の機能ブロック図を図3に示す。図3において、光受信回路100は、光フロントエンド部200、接続部材300、デジタル信号処理部400、および、フィードバック制御部500を備える。
光フロントエンド部200は、検出した光信号を電気信号に変換し、出力を周波数ごとに所望のレベルに調整した後、接続部材300を介してデジタル信号処理部400へ出力する。本実施形態に係る光フロントエンド部200は、フォトダイオード(PD:Photodiode)210、トランスインピーダンスアンプ(TIA:Transimpedance Amplifier)220およびプリエンファシス回路230を備える。
PD210は、外部から入力された光信号を検出し、検出した光信号を電気信号に変換してTIA220へ出力する。
TIA220は、入力された電気信号を増幅してプリエンファシス回路230へ出力する。
プリエンファシス回路230は、フィードバック制御部400から入力された制御信号に基づいて、TIA220から入力された電気信号に高周波成分を追加して出力する。
接続部材300は、コネクタや電気配線等によって構成され、光フロントエンド部200とデジタル信号処理部400とを接続する。また、接続部材300は、光フロントエンド部200から出力された電気信号をデジタル信号処理部400まで伝送する。接続部材300は、ローパス・フィルタ(低域通過フィルタ)として機能し、接続部材300によって伝送されることにより、電気信号の高周波成分が減衰する。
デジタル信号処理部400は、入力された信号をデジタルコヒーレント処理する。本実施形態に係るデジタル信号処理部400は、アナログ−デジタル変換回路(ADC:Analog-to-digital converter)410、デジタルシグナルプロセッサ(DSP:digital signal processor)420および誤り検出器430を備える。
ADC410は、接続部材300を介して光フロントエンド部200から入力されたアナログの電気信号をデジタル変換し、デジタルの電気信号を出力する。
DSP420は、ADC410から入力されたデジタルの電気信号をデジタルコヒーレント受信処理する。
誤り検出器430は、DSP420におけるデジタルコヒーレント受信処理を監視し、信号誤りを検出する。誤り検出器430は、検出した信号誤りをデータ誤り量として図3に図示しない内部メモリに格納する。誤り検出器430は、デジタル処理における信号誤りを検出することから、信号誤りを高精度にカウントすることができる。
フィードバック制御部500は、デジタル信号処理部400の内部メモリに格納されたデータ誤り量を参照して、光フロントエンド部200のプリエンファシス回路230におけるプリエンファシス強度を決定する。フィードバック制御部500は、決定したプリエンファシス強度を設定するための制御信号を生成してプリエンファシス回路230へ出力する。
本実施形態に係るフィードバック制御部500は、プリエンファシス強度を初期値から上昇方向と低下方向とに変化させ、その時のデータ誤り量を参照し、信号誤りが最も小さくなった時のプリエンファシス強度を実施環境における最適値としてプリエンファシス回路230へ設定する。
上記のように構成された光受信回路100の動作手順を説明する。光受信回路100の動作フロー図を図4に示す。図4において、プリエンファシス回路230のプリエンファシス強度を設定する場合、フィードバック制御部500は、先ず、プリエンファシス回路230のプリエンファシス強度を初期値に設定する。誤り検出器430は、この時の信号誤りを検出し、検出した信号誤りをデータ誤り量X1としてプリエンファシス強度の初期値に紐づけて内部メモリに格納する(S1)。
次に、フィードバック制御部500は、プリエンファシス回路230に設定するプリエンファシス強度を基準値から所定量ずつ上昇させ(S2)、誤り検出器430において、この時の信号誤りを検出する。誤り検出器430は、検出した信号誤り(データ誤り量)をその時のプリエンファシス強度と紐付けて内部メモリに一時的に格納する(S3)。
そして、フィードバック制御部500は、プリエンファシス強度が予め設定された上限値に達した場合(S4のYES)、プリエンファシス強度を初期値に戻すと共に、S2、S3において内部メモリに一時的に格納されたデータ誤り量の中から、最も小さなデータ誤り量X2を抽出し、その時のプリエンファシス強度と紐づけて内部メモリへ格納する(S5)。
次に、フィードバック制御部500は、プリエンファシス回路230に設定するプリエンファシス強度を基準値から所定量ずつ低下させ(S6)、誤り検出器430において、この時の信号誤りを検出する。誤り検出器430は、検出した信号誤り(データ誤り量)をその時のプリエンファシス強度と紐付けて内部メモリに一時的に格納する(S7)。
そして、フィードバック制御部500は、プリエンファシス強度が予め設定された下限値に達した場合(S8のYES)、S6、S7において内部メモリに一時的に格納されたデータ誤り量の中から、最も小さなデータ誤り量X3を抽出し、その時のプリエンファシス強度と紐づけて内部メモリへ格納する(S9)。
フィードバック制御部500は、デジタル信号処理部400の内部メモリに格納されているデータ誤り量X1、X2、X3を比較し、最も小さいデータ誤り量に紐づけられているプリエンファシス強度を、実施環境における最適値としてプリエンファシス回路230へ設定する(S10)。
以上のように、本実施形態に係る光受信回路100において、フィードバック制御部500は、プリエンファシス回路230に設定するプリエンファシス強度を初期値から上昇方向と低下方向とに変化させ、信号誤りが最も小さくなった時のプリエンファシス強度を取得するだけで、実施環境におけるプリエンファシス強度の最適値を、容易に且つ自動的にプリエンファシス回路230へ設定することができる。ここで、誤り検出器430は、デジタルの電気信号に対するデジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出することから、信号誤りを高精度にカウントすることができる。
従って、本実施形態に係る光受信回路100は、接続部材300を用いて光フロントエンド部200がデジタル信号処理部400に後付けされる場合であっても、信号の高周波成分の減衰を高精度且つ容易に補償して、デジタル信号処理部400において精度の高いデジタルコヒーレント受信処理を行うことができる。
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
10 光受信器
20 光フロントエンド手段
30 プリエンファシス手段
40 接続手段
50 デジタル信号処理手段
60 誤り検出手段
70 フィードバック制御手段
100 光受信回路
200 光フロントエンド部
210 PD
220 TIA
230 プリエンファシス回路
300 接続部材
400 デジタル信号処理部
410 ADC
420 DSP
430 誤り検出器
500 フィードバック制御部
20 光フロントエンド手段
30 プリエンファシス手段
40 接続手段
50 デジタル信号処理手段
60 誤り検出手段
70 フィードバック制御手段
100 光受信回路
200 光フロントエンド部
210 PD
220 TIA
230 プリエンファシス回路
300 接続部材
400 デジタル信号処理部
410 ADC
420 DSP
430 誤り検出器
500 フィードバック制御部
Claims (7)
- 入力された光信号を復調し、電気信号に変換して出力する光フロントエンド手段と、
前記電気信号に高周波成分を追加するプリエンファシス手段と、
前記高周波成分が追加された電気信号が伝送路を介して入力され、該入力された電気信号をデジタルコヒーレント受信処理するデジタル信号処理手段と、
前記デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出する誤り検出手段と、
前記プリエンファシス手段におけるプリエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じて前記プリエンファシス手段を制御するフィードバック制御手段と、
を備える光受信器。 - 前記フィードバック制御手段は、プリエンファシス手段におけるプリエンファシス強度を初期値から上昇方向と低下方向とに変化させ、信号誤りが最も小さくなった時のプリエンファシス強度をプリエンファシス手段に設定する、請求項1に記載の光受信器。
- 前記光フロントエンド手段は、前記伝送路を含む接続手段によって光受信器に対して着脱可能に構成される、請求項1または2に記載の光受信器。
- 前記デジタル信号処理手段は、前記入力された電気信号をデジタルの電気信号に変換するアナログ−デジタル変換回路および前記デジタルの電気信号をデジタルコヒーレント受信処理するデジタルシグナルプロセッサを備える、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光受信器。
- 前記光フロントエンド手段は、光信号を検出して電気信号に変換する光検出器および前記変換された電気信号を増幅するトランスインピーダンスアンプを備える、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光受信器。
- 前記プリエンファシス手段の代わりに、電気信号から低周波成分を削るデエンファシス手段を備え、
前記フィードバック制御手段は、前記デエンファシス手段におけるデエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じて前記デエンファシス手段を制御する、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光受信器。 - 光受信器における光受信方法であって、
前記光受信器は、電気信号の出力レベルを周波数ごとに調整するプリエンファシス手段を備え、
入力された光信号を復調して電気信号に変換し、
前記プリエンファシス手段を用いて前記電気信号の出力レベルを周波数ごとに調整し、
前記出力レベルが調整された電気信号を伝送路を介して伝送し、
前記伝送された電気信号をデジタルコヒーレント受信処理し、
前記デジタルコヒーレント受信処理における信号誤りを検出し、
前記プリエンファシス手段におけるプリエンファシス強度を変化させ、その時に検出される信号誤りに応じて前記プリエンファシス手段を制御する、
光受信方法。
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