JP2018042073A - 光送信機、光伝送システム及び光受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】信号品質の劣化を改善すること。【解決手段】送信データ系列から複数の低速信号を生成する送信信号生成部と、複数の低速信号を、２つ以上の低速信号を含む組み合わせに分け、複数の低速信号をデジタルアナログ変換して組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する高速信号生成部と、生成される高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、送信信号生成部が生成する複数の低速信号を、伝達関数に基づいて補償して高速信号生成部に出力する伝達関数補償部と、を備える光送信機。【選択図】図１

Description

本発明は、光送信機、光伝送システム及び光受信機に関する。

光通信システムの基幹網において、近年の通信トラヒックの拡大と、４００Ｇｂｐｓ（Gigabits per second）や１Ｔｂｐｓ（Terabits per second）のＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）をはじめとするクライアント信号を収容する回線の容量増加により、１チャネルあたりの伝送容量の拡大が求められている。現在の１チャネルあたり１００Ｇｂｐｓを有するシステムでは、変調速度が３２ＧＢａｕｄ（Baud）であり、変調方式としてＤＰ−ＱＰＳＫ(Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying)を用いるデジタルコヒーレント光伝送方式が採用されている（例えば、非特許文献１参照）。

１チャネルあたりの伝送容量拡大に向け、次世代の４００Ｇｂｐｓ、１Ｔｂｐｓ級の伝送では、変調速度の向上が検討されている（例えば、非特許文献２参照）。変調速度を向上させる上でＤＡＣ(Digital to Analog Converter)のアナログ帯域の制限が課題となる。ＤＡＣのアナログ帯域を拡大する技術として、複数の低速信号をアナログ的に合成し高速信号を生成する技術が提案されている（例えば、非特許文献３及び４参照）。

Joe Berthold et.al, "100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document", OIF(OPTICAL INTERNETWORKING FORUM), June 30, 2009. G. Raybon, A. L. Adamiecki, P. Winzer, C. Xie, A. Konczykowska, F. Jorge, J.-Y. Dupuy, L. L. Buhl, S. Chandrashekhar, S. Draving, M. Grove, and K. Rush, "Single-carrier 400G interface and 10-channel WDM transmission over 4,800 km using all-ETDM 107-Gbaud PDM-QPSK" in Optical Fiber Communication Conference/National Fiber Optic Engineers Conference 2013, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2013), paper PDP5A.5. H. Yamazaki et al., "160-Gbps Nyquist PAM4 Transmitter Using a Digital-Preprocessed Analog-Multiplexed DAC" Optical Communication (ECOC), 2015 European Conference on, Valencia, 2015, pp. 1-3. X. Chen, S. Chandrasekhar, S. Randel, G. Raybon, A. Adamiecki, P. Pupalaikis, and P. Winzer, "All-electronic 100-GHz Bandwidth Digital-to-Analog Converter Generating PAM Signals up to 190-GBaud" in Optical Fiber Communication Conference Postdeadline Papers, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2016), paper Th5C.5.

しかしながら、非特許文献３及び４に記載された技術では、低速信号に基づいて高速信号を生成する際に複数のＤＡＣが用いられ、合成部にはアナログデバイスが用いられる。そのため、ＤＡＣの個体差や、アナログデバイスの不完全性により、低速信号間の周波数特性が異なることによる信号品質の劣化が発生してしまうという問題があった。

上記事情に鑑み、本発明は、信号品質の劣化を改善することができる光送信機、光伝送システム及び光受信機の提供を目的としている。

本発明の一態様は、送信データ系列から複数の低速信号を生成する送信信号生成部と、前記複数の低速信号を、２つ以上の前記低速信号を含む組み合わせに分け、前記複数の低速信号をデジタルアナログ変換して前記組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する高速信号生成部と、生成される前記高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、前記送信信号生成部が生成する前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償して前記高速信号生成部に出力する伝達関数補償部と、を備える光送信機である。

本発明の一態様は、上記の光送信機であって、前記伝達関数推定部は、前記送信信号生成部が生成する複数の低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、予め既知信号として定められている前記送信データ系列の一部を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、前記高速信号の受信シンボルを判定して得られるシンボル系列から前記低速信号を生成し、生成した前記低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出する。

本発明の一態様は、光送信機と、光受信機と、前記光送信機と前記光受信機とに接続される伝送路と、を備える光伝送システムであって、前記光送信機は、送信データ系列から複数の低速信号を生成する送信信号生成部と、前記複数の低速信号を、２つ以上の前記低速信号を含む組み合わせに分け、前記複数の低速信号をデジタルアナログ変換して前記組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する高速信号生成部と、前記高速信号を変調した光信号を前記伝送路に対して送信する光変調器と、を有し、前記光受信機は、前記伝送路から前記光信号を受信し、受信する前記光信号から得られる前記高速信号を出力する受信部と、前記受信部が出力する前記高速信号に基づいて、前記送信データ系列に含まれるバイナリ情報を復調する受信データ復調部と、を有し、前記光送信機、または、前記光受信機に備えられ、前記高速信号生成部が生成する前記高速信号、または、前記光受信機において生成される前記高速信号のいずれかの前記高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、前記光送信機、または、前記光受信機に備えられ、前記光送信機、または、前記光受信機において生成される前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、を備える光伝送システムである。

本発明の一態様は、上記の光伝送システムであって、前記伝達関数推定部は、前記送信信号生成部が生成する前記複数の低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、予め既知信号として定められている前記送信データ系列の一部を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、前記高速信号の受信シンボルを判定し、判定によって得られるシンボル系列から前記低速信号を生成し、生成した前記低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出する。

本発明の一態様は、上記の光伝送システムであって、前記伝達関数推定部は、前記送信信号生成部が、前記伝送路における波形歪を補償する波形整形を行っている場合、前記波形整形が行われていない前記複数の低速信号を前記参照信号として用いるか、または、前記高速信号に対して同一の前記波形整形を行ってから前記伝達関数の算出を行う。

本発明の一態様は、複数の低速信号を、２つ以上の前記低速信号を含む組み合わせに分け、前記複数の低速信号をデジタルアナログ変換して前記組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する光送信機が送信する光信号を受信する光受信機であって、前記光信号を受信する受信部と、前記受信部が受信する前記光信号から得られる前記高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、前記受信部が受信する前記光信号から得られる前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、前記伝達関数補償部が補償する前記複数の低速信号を合成して前記高速信号を生成する信号合成部と、生成される前記高速信号に基づいて、送信データ系列に含まれるバイナリ情報を復調する受信データ復調部と、を備える光受信機である。

本発明の一態様は、上記の光受信機であって、前記伝達関数推定部は、前記光送信機から前記複数の低速信号を受信し、受信した前記複数の低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、予め既知信号として定められている前記送信データ系列の一部を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、受信した前記光信号から得られる前記高速信号の受信シンボルを判定し、判定によって得られるシンボル系列から前記低速信号を生成し、生成した前記低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出する。

本発明の一態様は、上記の光受信機であって、前記受信部が受信する前記光信号から得られる前記高速信号を分離して前記複数の低速信号を生成する高速信号分離部を備えており、前記伝達関数補償部は、前記高速信号分離部が生成する前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償する。

この発明によれば、信号品質の劣化を改善することが可能となる。

第１実施形態における光送信機の構成を示すブロック図である。 送信信号生成部の構成を示すブロック図である。 高速信号生成部の構成を示すブロック図である。 伝達関数推定部の構成を示すブロック図である。 光送信機の他の構成例を示すブロック図である。 第２実施形態における光伝送システムの構成を示すブロック図である。 第３実施形態における光伝送システムの構成を示すブロック図である。 光受信機に適用される伝達関数推定部の構成を示すブロック図（その１）である。 光受信機に適用される伝達関数推定部の構成を示すブロック図（その２）である。 第２実施形態の光伝送システムを用いた実験結果を示すグラフである。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態における光送信機の構成を示すブロック図である。光送信機１０は、送信信号生成部１１、伝達関数補償部１２、高速信号生成部１３−１〜１３−４、光変調器１４及び伝達関数推定部１５を備える。なお、以下の記載において、低速信号及び高速信号の用語における低速と高速の意味は、アナログ帯域の帯域幅の狭さと広さを示しており、例えば、高速信号の帯域幅がｆｃ［ＧＨｚ］である場合、低速信号の帯域幅はｆｃ［ＧＨｚ］より小さい値となる。本実施形態では、高速信号≒低速信号×Ｎ（Ｎは整数でＤＡＣの個数）程度の帯域幅とする。

送信信号生成部１１は、図２に示す内部構成を有しており、ビットマッピング部１１１、波形整形部１１２及び高速信号生成部用前置信号処理部１１３を備える。ビットマッピング部１１１は、外部から供給されるバイナリ情報である送信データ系列に対して、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等のシンボル点に対する送信ビットの割り当てを行い、高速信号である変調信号系列（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を生成する。波形整形部１１２は、ビットマッピング部１１１が出力する変調信号系列に対してＲａｉｓｅｄ Ｃｏｓｉｎｅ ＦｉｌｔｅｒやＲｏｏｔ Ｒａｉｓｅｄ Ｃｏｓｉｎｅ Ｆｉｌｔｅｒ等のフィルタリング処理を行う。なお、波形整形部１１２において、伝送路での波形歪を補償する前置波長分散補償や前置非線形光学効果補償等の任意の信号処理を行うようにしてもよい。

高速信号生成部用前置信号処理部１１３は、出力する低速信号が高速信号生成部１３−１〜１３−４により合成された際に、所望の信号が生成されるように信号処理を行って低速信号を生成する。低速信号の生成の手法としては、例えば、非特許文献３に示す手法がある。非特許文献３に示す手法では、波形整形部１１２によってフィルタリング処理された高速信号である変調信号系列（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を周波数領域で分割し、高周波成分を折り返し、低周波成分と加算した信号と、低周波成分から減算した信号とをそれぞれ低速信号として出力する。また、高速信号生成部用前置信号処理部１１３は、非特許文献３に示す手法以外の任意の手法を用いて低速信号を生成してもよい。

伝達関数補償部１２は、伝達関数推定部１５が算出する伝達関数に基づいて、高速信号生成部１３−１〜１３−４内における周波数特性の補償を行う。ここで、伝達関数に基づく周波数特性の補償の方式としては、任意の方式を適用することができ、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタやＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ等を使ったデジタル信号処理方式、または、位相器や遅延線等のアナログフィルタを用いたアナログ方式が適用される。

高速信号生成部１３−１〜１３−４は、同一の内部構成を有しており、一例として、図３に、高速信号生成部１３−１の内部構成を示す。高速信号生成部１３−１は、２つのＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１及び１３２−１と、アナログ多重器１３３−１を備える。２つのＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１及び１３２−１は、デジタル信号である低速信号をアナログ信号に変換する。アナログ多重器１３３−１は、２つのＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１及び１３２−１それぞれによって変換されたアナログ信号を合成して高速信号を生成する。このように、２つのＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１及び１３２−１を用いることで、単一のＤＡＣにより高速信号を生成する場合に対して、２つのＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１及び１３２−１の各々に要求される帯域を大幅に低減することができる。

光変調器１４は、偏波多重型マッハツェンダ型ベクトル変調器、ドライバアンプ、レーザモジュールを備える偏波多重ＩＱ変調器である。また、光変調器１４において、高速信号生成部１３−１〜１３−４が出力する４レーンの高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に対して、各々のレーンに設置されるドライバアンプが増幅を行い、増幅した高速信号を偏波多重型マッハツェンダ型ベクトル変調器に変調信号として出力する。偏波多重型マッハツェンダ型ベクトル変調器は、当該変調信号に基づいてレーザモジュールからの光信号を変調し、変調した光信号を伝送路に対して出力する。

伝達関数推定部１５は、図４に示す内部構成を有しており、高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）の４つのレーンごとの伝達関数推定部１５−１〜１５−４を備えている。伝達関数推定部１５−１〜１５−４の各々は、同一の内部構成を有しており、一例として、図４に伝達関数推定部１５−１の内部構成を示す。伝達関数推定部１５−１は、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１と、２つの伝達関数推定回路１５２−１，１５３−１を備える。

高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１は、前述した送信信号生成部１１が備える高速信号生成部用前置信号処理部１１３の１レーン分の高速信号を処理する機能を有している。高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１は、高速信号（ＸＩ）から低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２）を生成する。また、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１は、低速信号（ＸＩ_１）を伝達関数推定回路１５２−１に出力し、低速信号（ＸＩ_２）を伝達関数推定回路１５３−１に出力する。

伝達関数推定回路１５２−１は、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１）を参照用の信号として取得し、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１が出力する低速信号（ＸＩ_１）と、参照用の低速信号（ＸＩ_１）（以下「参照信号」という。）とを同期して周波数応答を算出する。ここで、周波数応答の算出手法としては、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１が出力する低速信号（ＸＩ_１）と、参照信号（ＸＩ_１）との誤差を最小化するようにデジタルフィルタのタップ係数を最適化するＬＭＳ(Least Mean Square)アルゴリズムやＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズムを用いる適用フィルタを利用する手法がある。また、これら以外の手法として、ＺＦ（Zero-Forcing）法や、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法等を適用してもよい。

伝達関数推定回路１５３−１も同様に、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_２）を参照用信号として取得し、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１が出力する低速信号（ＸＩ_２）と、参照信号（ＸＩ_２）とを同期して周波数応答を算出する。このようにして、伝達関数推定部１５−２，１５−３，１５−４の各々において、高速信号（ＸＱ）と参照信号（ＸＱ_１，ＸＱ_２）、高速信号（ＹＩ）と参照信号（ＹＩ_１，ＹＩ_２）、及び高速信号（ＹＱ）と参照信号（ＹＱ_１，ＹＱ_２）における周波数応答を算出することにより伝達関数を算出する。

なお、光変調器１４と伝達関数推定部１５における高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）の受信方式については、例えば、高速のＡＤＣ（Analog Digital Converter）を用いる方式や、低速のＡＤＣを用いて、高速信号の周期と相対位相を変化させ、繰り返しデータを受信することで、高速信号を受信する方式がある。また、高速信号の受信方式として、これら以外の任意の方式を適用してもよい。

上記の第１実施形態の構成では、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号とし、高速信号生成部１３−１〜１３−４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）から伝達関数推定部１５が伝達関数を算出する。伝達関数補償部１２は、算出された伝達関数に基づいて、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）に対して補償する演算を行う。これにより、高速信号生成部１３−１〜１３−４において複数のＤＡＣ（例えば、Ｓｕｂ−ＤＡＣ１３１−１，１３２−１）を用いることで発生する低速信号間の周波数特性の差と、高速信号生成部１３−１〜１３−４内でのアナログデバイスの不完全性とを補償することができ、信号品質の改善が可能となる。

また、上記の第１実施形態では、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号としているが、本発明の実施の形態は、当該実施の形態に限られない。例えば、送信データ系列の一部を既知の信号とし、伝達関数推定部１５において当該既知の信号を予め記憶させておき、当該既知の信号が送信される際に伝達関数の算出を行うことで、送信信号生成部１１が出力する低速信号を用いることなく伝達関数の算出を行うことができる。また、伝達関数推定部１５において、高速信号生成部１３−１〜１３−４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）から高速信号の受信シンボルを判定し、判定によって得られたシンボル系列から低速信号を生成し、生成した低速信号を参照信号としてもよい。このように、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号として用いない場合、伝達関数推定部１５に替えて、図５に示す伝達関数推定部１５ａを適用して、伝達関数推定部１５ａと送信信号生成部１１の出力端とが接続しない構成とすることができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態における光伝送システムの構成を示すブロック図である。第１実施形態の光送信機１０，１０ａと同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。光伝送システム１は、光送信機１０ｂ、光受信機２０、光送信機１０ｂと光受信機２０とに接続される伝送路４、及び光送信機１０ｂと光受信機２０とに接続される通信回線５を備える。光送信機１０ｂは、送信信号生成部１１、伝達関数補償部１２、高速信号生成部１３−１〜１３−４、光変調器１４を備え、第１実施形態の光送信機１０と異なり、伝達関数推定部１５を備えない。

伝送路４は、光ファイバ４−１と光増幅器４−２とを有し、光送信機１０ｂから出力される光信号は、光ファイバ４−１により伝送され、光増幅器４−２により増幅されて、光受信機２０が受信する。通信回線５は、例えば、下記の参考文献１に示されるコミュニケーションチャネルや、ＮＥ−Ｏｐｓ（Network Element Operation System）やＮＷ−Ｏｐｓ（Network Operation System）等の制御チャネルである（参考文献１：S. Okamoto, M. Yoshida, K. Yonenaga, and T. Kataoka. “Adaptive Pre-equalization using Bidirectional Pilot Sequences to Estimate and Feed Back Amplitude Transfer Function and Chromatic Dispersion”, OFC2015 Th2A.29）。

通信回線５は、光送信機１０ｂの送信信号生成部１１の出力端と光受信機２０の伝達関数推定部１５とに接続され、また、当該伝達関数推定部１５と光送信機１０ｂの伝達関数補償部１２とに接続される。また、通信回線５は、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を光受信機２０の伝達関数推定部１５に送信される際、また、伝達関数推定部１５が算出した伝達関数が光送信機１０ｂの伝達関数補償部１２に送信される際に用いられる。

光受信機２０は、受信部２１、受信データ復調部２５、及び第１実施形態の光送信機１０に備えられる伝達関数推定部１５を備える。受信部２１は、光コヒーレント受信部２２、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２３−１〜２３−４、デジタル信号処理部２４を備える。光コヒーレント受信部２２は、内部にレーザモジュールを有しており、伝送路４から受信した光信号を、レーザモジュールからの局発光によりベースバンド信号に変換して電気信号として出力する。ＡＤＣ２３−１〜２３−４は、アナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換して出力する。

デジタル信号処理部２４は、伝送路４において発生する波長分散、偏波変動、非線形光学効果による波形劣化を補償する。また、デジタル信号処理部２４は、光送信機１０ｂ側のレーザと光受信機２０側のレーザの周波数誤差と各々のレーザが有する線幅による位相雑音の補償を行って高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を伝達関数推定部１５と、受信データ復調部２５とに出力する。受信データ復調部２５は、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を判定して光送信機１０ｂが送信したバイナリ情報を復調する。

伝達関数推定部１５は、通信回線５を通じて受信する光送信機１０ｂの送信信号生成部１１が生成する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号として、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に基づいて伝達関数の算出を行う。また、伝達関数推定部１５は、算出した伝達関数を通信回線５を通じて光送信機１０ｂの伝達関数補償部１２に送信する。

上記の第２実施形態の構成では、光送信機１０ｂが出力した光信号が伝送路４によって伝送され、光受信機２０が当該光信号を受信し、受信部２１が受信した光信号から高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を生成する。光受信機２０が備える伝達関数推定部１５は、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を通信回線５を通じて受信し、当該低速信号を参照信号とし、受信部２１が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に基づいて伝達関数の算出を行う。伝達関数推定部１５は、算出した伝達関数を通信回線５を通じて光送信機１０ｂの伝達関数補償部１２に送信する。伝達関数補償部１２は、受信した伝達関数に基づいて、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）に対して補償する演算を行う。これにより、光送信機１０ｂの高速信号生成部１３−１〜１３−４及び光変調器１４において生じる低速信号間や高速信号間の周波数特性差やアナログデバイスの不完全性を補償する伝達関数を算出することができ、算出した伝達関数による補償を行うことで信号品質の改善を行うことが可能となる。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態における光伝送システムの構成を示すブロック図である。第１実施形態の光送信機１０，１０ａ及び第２実施形態の光伝送システム１と同一の構成については同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。光伝送システム２は、光送信機１０ｃ、光受信機２０ｃ、光送信機１０ｃと光受信機２０ｃとに接続される伝送路４、及び光送信機１０ｃと光受信機２０ｃとに接続される通信回線５ｃを備える。光送信機１０ｃは、送信信号生成部１１、高速信号生成部１３−１〜１３−４、光変調器１４を備え、第２実施形態の光送信機１０ｂと異なり、伝達関数補償部１２を備えない。

光受信機２０ｃは、受信部２１、高速信号分離部２６、第１及び第２実施形態の光送信機１０，１０ａ，１０ｂに備えられる伝達関数補償部１２、信号合成部２８−１〜２８−４、受信データ復調部２５、伝達関数推定部１５を備える。伝達関数推定部１５は、通信回線５ｃを通じて受信する光送信機１０ｃの送信信号生成部１１が生成する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号として、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に基づいて伝達関数の算出を行う。また、伝達関数推定部１５は、算出した伝達関数を伝達関数補償部１２に送信する。

高速信号分離部２６は、送信信号生成部１１の高速信号生成部用前置信号処理部１１３と同一の処理を行い、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）から低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を生成する。

伝達関数補償部１２は、生成された低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）に対して、伝達関数推定部１５が算出した伝達関数に基づく補償する処理を行う。信号合成部２８−１〜２８−４の各々は、伝達関数補償部１２によって補償の処理がされた低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２）、低速信号（ＸＱ_１，ＸＱ_２）、低速信号（ＹＩ_１，ＹＩ_２）、及び低速信号（ＹＱ_１，ＹＱ_２）の各々に基づいて高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を生成する。受信データ復調部２５は、信号合成部２８−１〜２８−４が生成した高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）からバイナリ情報を復調する。なお、信号合成部２８−１〜２８−４は、高速信号生成部１３−１〜１３−４と同様にアナログ部品で構成してもよいし、同様の回路構成をデジタル的に再現して構成してもよい。

上記の第３実施形態の構成では、光送信機１０ｃが出力した光信号が伝送路４によって伝送され、光受信機２０ｃが当該光信号を受信し、受信部２１が受信した光信号から高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）を生成する。光受信機２０ｃが備える伝達関数推定部１５は、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を通信回線５ｃを通じて受信し、当該低速信号を参照信号とし、受信部２１が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に基づいて伝達関数の算出を行う。伝達関数推定部１５は、算出した伝達関数を伝達関数補償部１２に出力する。高速信号分離部２６は、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）から低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を生成する。伝達関数補償部１２は、当該伝達関数に基づいて、高速信号分離部２６が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）に対して補償を行う。これにより、光送信機１０ｃの高速信号生成部１３−１〜１３−４及び光変調器１４において生じる低速信号間や高速信号間の周波数特性差やアナログデバイスの不完全性を補償する伝達関数を算出することができ、算出した伝達関数による補償を行うことで信号品質の改善を行うことが可能となる。

なお、上記の第３実施形態において、高速信号分離部２６は、デジタル信号処理部２４が生成して出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に基づいて、低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を生成するようになっているが、本発明の構成は、当該実施の形態に限られない。例えば、伝達関数推定部１５が生成する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）に基づいて、低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を生成し、伝達関数補償部１２が当該低速信号に対して補償を行うようにしてもよい。

なお、上記の第２、第３実施形態の構成において、伝達関数推定部１５は、通信回線５，５ｃを通じて受信する送信信号生成部１１が生成する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号としているが、本発明の構成は当該実施の形態に限られない。例えば、送信データ系列の一部を既知の信号とし、伝達関数推定部１５において当該既知の信号を予め記憶させておき、当該既知の信号が送信される際に伝達関数の算出を行うことで、送信信号生成部１１が出力する低速信号を用いることなく伝達関数の算出を行うことができる。また、伝達関数推定部１５において、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）から高速信号の受信シンボルを判定し、判定によって得られたシンボル系列から低速信号を生成し、生成した低速信号を参照信号としてもよい。このように、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を参照信号として用いない場合、送信信号生成部１１の出力端と伝達関数推定部１５とを接続する通信回線５，５ｃを備えなくてもよく、また、伝達関数推定部１５に替えて、図５に示す伝達関数推定部１５ａが適用されることになる。

また、上記の第２、第３実施形態において、光送信機１０ｂ，１０ｃの送信信号生成部１１の波形整形部１１２において、伝送路４の波形歪を補償する前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行う場合、送信信号生成部１１が出力する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）に伝送路４において生じる波形歪が内在することになる。光受信機２０，２０ｃでは、デジタル信号処理部２４において伝送路４において生じる波形歪を補償してしまうため、伝達関数推定部１５が、伝送路４において生じる波形歪が内在した低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を用いて、伝達関数を算出しようとしても光送信機１０ｂ，１０ｃ内の伝達関数のみを推定することができない。

この場合、送信信号生成部１１の波形整形部１１２において前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行う信号を出力させるとともに、前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行わない信号を出力させる。前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行った信号に基づいて高速信号生成部用前置信号処理部１１３が低速信号を生成して光送信機１０ｂの伝達関数補償部１２、または、光送信機１０ｃの高速信号生成部１３−１〜１３−４に出力する。一方、前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行わない信号に基づいて高速信号生成部用前置信号処理部１１３が低速信号を生成し、生成した低速信号を、例えば、通信回線５，５ｃを通じて伝達関数推定部１５に送信する。伝達関数推定部１５は、受信した低速信号を伝達関数の算出の際の参照信号として用いることで、前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行いつつ、光送信機１０ｂ，１０ｃ内の伝達関数のみを算出することが可能となる。

また、他の手法として、伝達関数推定部１５に替えて、図８に示す伝達関数推定部１５ｄを用いる手法がある。伝達関数推定部１５ｄは、高速信号のレーンに対応する伝達関数推定部１５ｄ−１〜１５ｄ−４を備えている。伝達関数推定部１５ｄ−１〜１５ｄ−４は、同一の内部構成を有しており、図８では、一例として、伝達関数推定部１５ｅ−１の内部構成を示している。各々の伝達関数推定部１５ｄ−１〜１５ｄ−４は、各々が備える高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１〜１５１−４の前段に波形整形部１５４−１〜１５４−４を備えている。当該波形整形部１５４−１〜１５４−４は、送信信号生成部１１の波形整形部１１２と同一の波形整形を行う。波形整形部１５４−１〜１５４−４による波形整形後の信号に基づいて、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１〜１５１−４が低速信号を生成する。これにより、送信信号生成部１１の波形整形部１１２において前置分散補償や前置非線形光学効果補償が行われていたとしても、伝達関数推定部１５ｄにおいても、同様の補償処理を行うため、送信信号生成部１１が生成する低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を用いて、光送信機１０ｂ，１０ｃ内の伝達関数のみを算出することが可能となる。

また、更に、他の手法として、伝達関数推定部１５に替えて、図９に示す伝達関数推定部１５ｅを用いる手法がある。伝達関数推定部１５ｅは、高速信号のレーンに対応する伝達関数推定部１５ｅ−１〜１５ｅ−４を備えている。伝達関数推定部１５ｅ−１〜１５ｅ−４は、同一の内部構成を有しており、図９では、一例として、伝達関数推定部１５ｅ−１の内部構成について説明する。伝達関数推定部１５ｅ−１は、シンボル同期部１５５−１、波形整形部１５４−１、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１、伝達関数推定回路１５２ｅ−１，１５３ｅ−１を備える。波形整形部１５４−１については、前述した伝達関数推定部１５ｄが備えるものと同一の構成であり、高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１も伝達関数推定部１５、１５ａ、１５ｄが備えるものと同一の構成である。

伝達関数推定部１５ｅを適用する前提として、図６及び図７に示す通信回線５，５ｃのうち伝達関数推定部１５と送信信号生成部１１の出力端を接続する回線の一端が、送信信号生成部１１の出力端に替えて、送信信号生成部１１のビットマッピング部１１１の出力端に接続されているものとする。シンボル同期部１５５−１は、ビットマッピング部１１１から受信するシンボル情報を参照信号として、デジタル信号処理部２４が出力する高速信号（ＸＩ）とシンボル同期を行う。シンボル同期部１５５−１は、デジタル信号処理部２４が出力した高速信号（ＸＩ）と、シンボル同期を行った高速信号（ｓＸＩ）とを波形整形部１５４−１に出力する。

波形整形部１５４−１は、高速信号（ＸＩ）と高速信号（ｓＸＩ）に対して、送信信号生成部１１の波形整形部１１２と同一の波形整形を行う。波形整形部１５４−１による波形整形後の信号に基づいて高速信号生成部用前置信号処理部１５１−１が４つの低速信号（ＸＩ_１，ｓＸＩ_１，ＸＩ_２，ｓＸＩ_２）を生成する。伝達関数推定回路１５２ｃ−１，１５３ｃ−１の各々は、低速信号（ＸＩ_１，ｓＸＩ_１）と低速信号（ＸＩ_２，ｓＸＩ_２）とに基づいて伝達関数の算出を行う。伝達関数推定部１５ｅ−２〜１５ｅ−４も同様に伝達関数の算出を行う。これにより、送信信号生成部１１の波形整形部１１２において前置分散補償や前置非線形光学効果補償が行われていたとしても、これらの補償処理が施される前のビットマッピング部１１１が出力するシンボル情報を用いることで、送信信号生成部１１の波形整形部１１２において前置分散補償や前置非線形光学効果補償を行いつつ、伝達関数推定部１５ｅにおいて、光送信機１０ｂ，１０ｃ内の伝達関数のみを算出することが可能となる。

なお、上記の第２、第３実施形態において、デジタル信号処理部２４が、波形等化前のデジタル信号を伝達関数推定部１５に出力し、伝達関数推定部１５において伝送路４において生じる波形歪を補償した後に伝達関数の算出を行うようにしてもよい。
また、上記の第２、第３実施形態において、伝送路４において、経路切り替え機を設置しても良い。

（実験結果）
図１０に第２実施形態の光伝送システム１を用いた実験による効果を示す。変調方式として偏波多重１６ＱＡＭ（ＤＰ−１６ＱＡＭ）を用い、変調速度は９６ＧＢａｕｄとした。伝送路４は、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋ条件として実験を行った。この場合、高速信号生成部１３−１〜１３−４において、低速信号が、９６ＧＳａｍｐｌｅ／ｓｅｃのサンプリングレートでＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１〜１３１−４，１３２−１〜１３２−４に与えられる。アナログ多重器１３３−１〜１３３−４は、Ｓｕｂ−ＤＡＣ１３１−１〜１３１−４，１３２−１〜１３２−４からの出力を合成して９６ＧＢａｕｄの高速信号として出力する。

図１０において、横軸は、光信号対雑音電力（OSNR: Optical Signal to Noise Ratio）であり、縦軸は、受信Ｑ値である。図１０において、実線は、９６ＧＢａｕｄ−ＤＰ−１６ＱＡＭの理論値の線である。四角のプロットが伝達関数補償無しの実験結果で、丸のプロットが第２実施形態の光伝送システム１において伝達関数補償を行った際の実験結果である。伝達関数補償により、ＯＳＮＲ４０ｄＢの場合、受信Ｑ値で約２．５ｄＢ改善し、受信Ｑ値５ｄＢ付近においてＯＳＮＲ耐力が約２ｄＢ改善していることが分かる。

また、上記の第１、第２、及び第３実施形態では、非特許文献３に示される例と同様に、２つのＳｕｂ−ＤＡＣ１３１−１，１３２−１と１つのアナログ多重器１３３−１により高速信号を生成しているが、本発明の実施の形態は、当該実施の形態に限られない。例えば、非特許文献４に示す例のように３つのＤＡＣと、１つのアナログ多重器によって高速信号を生成するようにしてもよいし、４つ以上のＤＡＣを用いるようにしてもよい。また、２つの低速信号から１つの高速信号を生成する構成と、３つ以上の低速信号から１つの高速信号を生成する構成とが混在していてもよい。

なお、上記の第１、第２、及び第３実施形態の構成では、偏波多重信号を対象としているが、単一偏波信号でもよい。また、上記の第１、第２、及び第３実施形態の構成では、ＩＱ変調信号を対象としているが、強度変調信号でもよく、この場合、光変調器１４は、前述した偏波多重型マッハツェンダ型ベクトル変調器ではなく、強度変調器タイプのものや、レーザモジュールに直接変調光源を用いるものが適用される。

また、上記の第１、第２、及び第３実施形態の構成では、ビットマッピング部１１１が割り当てるシンボル点として、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭのシンボル点を適用しているが、これら以外の変調フォーマットを適用してもよい。

また、上記の第１、第２、及び第３実施形態において、周波数特性による波形歪が大きい際は、信号品質が劣化により、伝達関数推定部１５，１５ａ，１５ｄ，１５ｅにおいて正確な推定ができない場合が考えられる。その場合、算出した伝達関数を伝達関数補償部１２にフィードバックして、伝達関数の算出を繰り返していくことで、より高い精度での伝達関数による補償が可能となる。

また、上記の第１実施形態の光送信機１０において、図４に示す伝達関数推定部１５に替えて、図８や図９に示す伝達関数推定部１５ｄや伝達関数推定部１５ｅを適用するようにしてもよい。図９に示す伝達関数推定部１５ｅを光送信機１０に適用する場合、送信信号生成部１１の出力端から低速信号（ＸＩ_１，ＸＩ_２，ＸＱ_１，ＸＱ_２，ＹＩ_１，ＹＩ_２，ＹＱ_１，ＹＱ_２）を受信する構成ではなく、送信信号生成部１１のビットマッピング部１１１の出力端からシンボル情報を参照信号として受信することになる。

上述した第１、第２、及び第３実施形態における光送信機１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ、光受信機２０，２０ｃをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０…光送信機， １１…送信信号生成部， １２…伝達関数補償部， １３−１〜１３−４…高速信号生成部， １４…光変調器， １５…伝達関数推定部， ２０…光受信機， ２１…受信部， ２２…光コヒーレント受信部， ２３−１〜２３−４…ＡＤＣ， ２４…デジタル信号処理部， ２５…受信データ復調部

Claims (8)

1. 送信データ系列から複数の低速信号を生成する送信信号生成部と、
   前記複数の低速信号を、２つ以上の前記低速信号を含む組み合わせに分け、前記複数の低速信号をデジタルアナログ変換して前記組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する高速信号生成部と、
   生成される前記高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、
   前記送信信号生成部が生成する前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償して前記高速信号生成部に出力する伝達関数補償部と、
   を備える光送信機。
2. 前記伝達関数推定部は、
   前記送信信号生成部が生成する複数の低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、予め既知信号として定められている前記送信データ系列の一部を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、前記高速信号の受信シンボルを判定して得られるシンボル系列から前記低速信号を生成し、生成した前記低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出する、請求項１に記載の光送信機。
3. 光送信機と、光受信機と、前記光送信機と前記光受信機とに接続される伝送路と、を備える光伝送システムであって、
   前記光送信機は、
   送信データ系列から複数の低速信号を生成する送信信号生成部と、
   前記複数の低速信号を、２つ以上の前記低速信号を含む組み合わせに分け、前記複数の低速信号をデジタルアナログ変換して前記組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する高速信号生成部と、
   前記高速信号を変調した光信号を前記伝送路に対して送信する光変調器と、を有し、
   前記光受信機は、
   前記伝送路から前記光信号を受信し、受信する前記光信号から得られる前記高速信号を出力する受信部と、
   前記受信部が出力する前記高速信号に基づいて、前記送信データ系列に含まれるバイナリ情報を復調する受信データ復調部と、
   を有し、
   前記光送信機、または、前記光受信機に備えられ、前記高速信号生成部が生成する前記高速信号、または、前記光受信機において生成される前記高速信号のいずれかの前記高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、
   前記光送信機、または、前記光受信機に備えられ、前記光送信機、または、前記光受信機において生成される前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、
   を備える光伝送システム。
4. 前記伝達関数推定部は、
   前記送信信号生成部が生成する前記複数の低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、予め既知信号として定められている前記送信データ系列の一部を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、前記高速信号の受信シンボルを判定し、判定によって得られるシンボル系列から前記低速信号を生成し、生成した前記低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出する、請求項３に記載の光伝送システム。
5. 前記伝達関数推定部は、
   前記送信信号生成部が、前記伝送路における波形歪を補償する波形整形を行っている場合、前記波形整形が行われていない前記複数の低速信号を前記参照信号として用いるか、または、前記高速信号に対して同一の前記波形整形を行ってから前記伝達関数の算出を行う、請求項３又は４に記載の光伝送システム。
6. 複数の低速信号を、２つ以上の前記低速信号を含む組み合わせに分け、前記複数の低速信号をデジタルアナログ変換して前記組み合わせごとに合成することにより高速信号を生成する光送信機が送信する光信号を受信する光受信機であって、
   前記光信号を受信する受信部と、
   前記受信部が受信する前記光信号から得られる前記高速信号と、参照信号とに基づいて伝達関数を算出する伝達関数推定部と、
   前記受信部が受信する前記光信号から得られる前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、
   前記伝達関数補償部が補償する前記複数の低速信号を合成して前記高速信号を生成する信号合成部と、
   生成される前記高速信号に基づいて、送信データ系列に含まれるバイナリ情報を復調する受信データ復調部と、
   を備える光受信機。
7. 前記伝達関数推定部は、
   前記光送信機から前記複数の低速信号を受信し、受信した前記複数の低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、予め既知信号として定められている前記送信データ系列の一部を前記参照信号として前記伝達関数を算出するか、または、受信した前記光信号から得られる前記高速信号の受信シンボルを判定し、判定によって得られるシンボル系列から前記低速信号を生成し、生成した前記低速信号を前記参照信号として前記伝達関数を算出する、請求項６に記載の光受信機。
8. 前記受信部が受信する前記光信号から得られる前記高速信号を分離して前記複数の低速信号を生成する高速信号分離部を備えており、
   前記伝達関数補償部は、
   前記高速信号分離部が生成する前記複数の低速信号を、前記伝達関数に基づいて補償する、請求項６又は７に記載の光受信機。

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