JP2016025497A - 光受信器および光受信方法 - Google Patents

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

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。

特開平９−２６１２０５号公報 特開平６−１０４６７０号公報

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の実施形態に係る光受信器１０のブロック構成図である。 （ａ）第１の実施形態に係る光受信器１０における信号波形の変化、（ｂ）比較例における信号波形の変化、を示す図である。 第２の実施形態に係る光受信回路１００の機能ブロック図である。 第２の実施形態に係る光受信回路１００の動作フロー図である。 デジタル信号処理部における入力信号特性の一例である。

＜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。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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