JP5407403B2 - 信号処理装置および光受信装置 - Google Patents
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Description
または、プロセッサにて再生される信号の品質を維持するための、DSP部に入力される各チャンネル信号に相当するデジタル電気信号に対するスキューの余裕度を広げることも、他の目的ととらえることもできる。
(1)多値位相変調光を復調するとともにアナログ/デジタル変換して得られる、同相信号および直交信号について、それぞれ、デジタル信号処理により位相制御を行なう位相制御部と、位相制御部の出力に基づき、フィードバック制御によって、前記位相制御により前記同相信号および前記直交信号の間のスキューが補償される該位相制御部での制御量を決定し、決定した制御量を該位相制御部に与える制御量付与部と、をそなえ、該位相制御部は、N(Nは3以上の整数)タップの有限インパルス応答フィルタである、信号処理装置を用いることができる。
また、プロセッサにて再生される信号の品質を維持するための、プロセッサに入力される各チャンネル信号に相当するデジタル電気信号に対するスキューの余裕度を広げることができる利点もある。
〔A〕第1実施形態
・対比例
図1に光受信装置(コヒーレント光受信機)1の構成の例を示す。図1に例示する光受信装置1は、コヒーレント光送受信システムに適用することができる。コヒーレント受信機1としては、互いに直交する2つの偏波成分に各々データを持つ受信信号(光信号)を受信するとともに、電気信号に変換された信号を用いてデータを再生する。
光ハイブリッド2は、光源(LD:Laser Diode)2aからの光を局部発振光(LO光)として用いて、互いに直交する2つの偏波成分に各々データを持つ受信信号(光信号)を受信し、4チャンネルの光信号として出力する。即ち、光ハイブリッド2は、偏波多重を適用した光位相変調光をデモジュレートするための光コヒーレントミキサである。
DSP6は、プロセッサであり、データリカバリ(Data Recovery)部6aおよびディシジョン(Decision)部6bをそなえる。データリカバリ部6aは、ADC5−iからのデジタル信号について、それぞれFIR(Finite Impulse Response)フィルタ等による信号処理を行なって信号歪みを補償し、データを再生する。又、ディシジョン部6bにおいては、データリカバリ部6aで再生されたデータ用いて信号点判定を行なう。
DSP6においては、FIRフィルタの代わりにIIRフィルタを用いても同様な結果を得ることができる。FIRフィルタおよびIIRフィルタ等を併せて「フィルタ」と呼ぶことがある。DSPはプロセッサであるが、このプロセッサは論理回路で構成してもよく、また多値位相変調信号の伝送速度や信号処理を行う処理速度にもよるがFPGAなどで構成することもできる。つまり、プロセッサは論理回路およびFPGA等を含む。尚、ここで補償しようとする波形歪みには、例えば光伝送路における波長分散、偏波モード分散、SPM(Self Phase Modulation)等に起因するものを含めることができる。
すなわち、光ハイブリッド2では、上述の多値位相変調光を受信し、4チャンネルに対応付けられる偏波成分ごとのI信号,Q信号を出力する。そして、光電変換部3−i,TIA4−iおよびADC5−iにおける処理を経て、各チャンネル対応のデジタル電気信号としてDSP6に入力される。
上述のごときサンプリングデータのスキューを補償する機能を有しないDSP6においては、入力される各チャンネルのデジタル信号間のスキューに許容される余裕度は、求められる再生データの品質を具備するためシビアなレベルが求められる。
そこで、第1実施形態の光受信装置(コヒーレント光受信機)10においては、図3に例示するように、データリカバリ部6aの前段において、ADC5−iから入力されるサンプリングデータのスキューを補償するための位相制御部6cを含むDSP16をそなえる。尚、図3中、図1に示したTIA4−iについては図示が省略されている。他の実施形態にかかる図においても同様である。
なお、図3に例示するデータリカバリ部6aにおいて、GVDC(Group Velocity Dispersion Compensator)16a−1,16a−2は、それぞれ、各偏波成分について、群速度分散(Group Velocity Dispersion)による光パルス歪を補償する回路である。以下、例えば、図中「−1」付きの符号はX偏波成分について、「−2」付きの符号はY偏波成分についての回路とすることができる。
さらに、データリカバリ部6aにおいて、FOC(Frequency Offset Compensator)16c−1,16c−2は、信号点配置の位相回転を補償し、信号点配置を固定させる回路である。位相回転は、光コヒーレント通信において、送信側レーザ(信号光)と受信側レーザ(局部発振光)の周波数が異なる場合に引き起こされる。
さらに、ディシジョン部6bにおいては、データリカバリ部6aで上述のごとくデータリカバリされた各チャンネル信号の値をもとに信号点判定を行なう。ディシジョン部6bにおいて、16e−1は、X偏波成分について信号点判定を行なうディシジョン回路であり、16e−2は、Y偏波成分について信号点判定を行なうディシジョン回路である。
すなわち、各位相制御部6c−iは、等価的に、遅延器11−1,11−2,乗算器12−1〜12−3および加算器13を含む。遅延器11−1は、入力されるサンプリングデータを1タップ遅延させ、遅延器11−2は、遅延器11−1で1タップ遅延されたサンプリングデータを更に1タップ遅延させる。
さらに、乗算器12−3は、遅延器11−2から出力されたサンプリングデータと、係数算出部9−3で算出、設定される係数値と、を乗算する。そして、加算器14は、3つの乗算器13−1〜13−3での乗算結果を加算し、位相制御された(スキューについての補償処理が施された)サンプリングデータとして出力する。
また、制御量付与部17は、位相制御部6c−iからの出力に基づき、当該位相制御部6c−iでの位相制御量を与える。第1実施形態においては、位相制御部6−iの出力側に設けられたデータリカバリ部6aでデータリカバリが行われた結果をもとに、上述の位相制御量を位相制御部6c−iに与える。
品質モニタの他の例としては、例えば、ディシジョン部6bの後段に備えられるFEC(Forward Error Correction)回路でカウントされる、エラー訂正個数を上述の品質モニタ値として用いてもよい。即ち、当該FEC回路は品質モニタの他の例である。
補償量制御部7は、Qモニタ17aからのQ値から補償すべき位相シフト量を得る。即ち、Qモニタ17aからのQ値を、補償すべき位相シフト量(またはIおよびQ信号間の位相誤差)に引きなおす。例えば、X偏波成分の値Qxに基づき、X偏波成分のI信号およびQ信号(この場合にはチャンネル♯1,♯2)についてのスキューの補償のための位相シフト量を得る。同様に、Y偏波成分の値Qyに基づき、Y偏波成分のI信号およびQ信号(この場合にはチャンネル♯3,♯4)についてのスキューの補償のための位相シフト量を得る。
なお、補償量制御部7においては、例えば、上述のQモニタ17aからのモニタ結果が最適となるように位相シフト量の設定を行なうようにしてもよいし、モニタ結果から所定の演算等を通じて位相シフト量を導出するようにしてもよい。
この図5に示すように、二次関数による補完式を用いて1シンボルあたり2個のサンプリング点でデータリカバリを行なう場合を想定する。この場合には、サンプリング点の間隔は1シンボルの間隔の1/2とすることができる。3点の連続するサンプルポイントを通る曲線は二次関数V=αt2+βt+γで近似できる。
t0=δ−1/2 (1)
t1=δ (2)
t2=δ+1/2 (3)
また、そして、最適なタイミングをt=0とし、そのときのサンプリングデータをVoptと置くと、上述の二次関数の補完式からVopt=V(0)=γである。これにより、Voptを、式(4)に示すようにV0〜V2と係数C0〜C2とを用いた式であらわしたときには、係数C0〜C2はそれぞれ式(5)〜(7)のようにあらわすことができる。
C0=2δ2+δ (5)
C1=1−4δ2 (6)
C2=2δ2−δ (7)
すなわち、図4に示すような3タップのFIRフィルタである位相制御部6c−iが、上述の式(5)〜(7)に示す係数C0〜C2が与えられることにより、式(4)に相当する最適な位相シフトが与えられたときのサンプリングデータについての補完値を得ることができるようになる。この場合においては、式(5)〜(7)の係数はそれぞれ係数設定部9−1〜9−3で設定されるようになっている。
位相制御部6c−iの一つをなすFIRフィルタとしては、図8に例示するような、Nタップ(Nは3以上)のものとしてもよい。この図8に例示するFIRフィルタは、遅延器11−k(k;1〜N−1),乗算器12−m(m;1〜N)および加算器13を含む。この場合には、サンプリングデータについて(N−1)次関数での補完を行なうことで、最適なスキューが得られるときのサンプリングデータの補完値を得ることができる。
位相制御部6c−iにおける係数が初期値に設定されると、Qモニタ17aにおいては、そのときのQ値(Qx,Qy)をモニタし、そのモニタ結果を制御量決定部17bの補償量制御部7に出力する。補償量制御部7では、上述のモニタ結果のQ値を変数Qpreの記憶領域に記憶しておく(ステップA2)。
位相制御部6c−iにおける係数が上述のδの変更により変更されると、Qモニタ17aにおいては、そのときのQ値(Qx,Qy)をモニタし、そのモニタ結果を制御量決定部17bの補償量制御部7に出力する。補償量制御部7では、上述のモニタ結果のQ値を変数Qの記憶領域に記憶しておく(ステップA4)。尚、上述の変数Qpre,Qの記憶領域については、補償量制御部7の内部にそなえてもよいし、外部にそなえてもよい。
このように、Qモニタ17aでのモニタ値Qが、上述のQpre以下となった場合には(ステップA5のnoルート)、δおよび変数Qpreの値を直前の値に戻してから(ステップA7,ステップA6)、もとのループ(ステップA3)に戻す。これにより、δの値を、Q値が最適値付近に安定化できるような値とすることができる。
図7のAは、第1実施形態における光受信装置10におけるIQスキューの補償により、入力される各チャンネルのデジタル信号間のスキューに許容される余裕度についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。又、図7のBは、スキューを補償する機能を有しないDSP6(図1参照)を有する光受信装置1の場合のシミュレーション結果を示す図である。
また、DSP16にて再生される信号の品質を維持するための、DSP16に入力される各チャンネル信号に相当するデジタル電気信号に対するスキューの余裕度を広げることができる利点もある。
図9は第2実施形態における光受信装置20を示す図である。この図9に示す光受信装置20は、第1実施形態における光受信装置10(図3参照)と比べ、制御量付与部27が異なっている。尚、その他の要素については基本的に同様であり、図中、図3と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。
また、第2実施形態においても、偏波多重された光信号を受信するようになっているので、各偏波成分におけるIQスキューの補償のために、個別にスキュー検出部27aおよび制御量決定部27bを設けることができる。尚、制御量付与部27は、第1実施形態の場合と同様に、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアのいずれにおいても実現可能である。
−average((dataI(n−2)−dataI(n))・dataI(n−1))
(8)
このため、スキュー検出部27aは、等価的に、2タップ遅延器121i,121q,1タップ遅延器122i,122q,125i,125q,加算器123i,123q,129,乗算器124i,124q,カウンタ126i,126q,セレクタ127i,127q,平均化回路128i,128qおよび加算器129をそなえる。
ここで、2タップ遅延器121i,1タップ遅延器122i,加算器123iおよび乗算器124iにおいて、(dataI(n−2)−dataI(n))・dataI(n−1)を演算する。
上述のごとく検出されたIQスキューついては、制御量決定部27bに入力される。制御量決定部27bでは、スキュー検出部27aで検出されたIQスキューに基づいて、対応する位相制御部6c−iへの係数を設定制御する。
補償量制御部7′は、スキュー検出部27aにて検出されたIQスキューの値から補償すべき位相シフト量を得る。即ち、スキュー検出部27aからのIQスキュー値を、補償すべき位相シフト量(またはIおよびQ信号間の位相誤差)に引きなおす。このために、検出されたIQスキューの量について、乗算により位相シフト量に変換するための制御パラメータAを設定しておく。
このように、第2実施形態においても、光フロントエンド部と、デジタル電気信号について処理を行なうDSP部と、の間の各チャンネルの経路に生じたスキューを補償することができる利点がある。
〔C〕第3実施形態
図13は第3実施形態における光受信装置30を示す図である。この図13に示す光受信装置30は、第1,第2実施形態における光受信装置10,20(図3,図9参照)と比べ、制御量付与部37が異なっている。尚、その他の要素については基本的に同様であり、図中、図3,図9と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。
まず、制御量付与部37の制御量決定部37bにおいて、各位相制御部6c−iごとに初期値の係数を設定する。例えば、図14に示すように、補償量制御部7Aおよび正規化部8により、係数設定部9−1〜9−3における係数導出のためのδの初期値を設定する。そして、IQスキューの検出値から補償量制御部7Aにおける位相シフト量を得るための制御パラメータAを設定する(ステップC1)。尚、上述のδの初期値としては前述の第1実施形態の場合と同様に、δの値として変動可能な範囲における最小値付近又は最小値とすることができる。
位相制御部6c−iにおける係数が上述のδの変更により変更されると、Qモニタ17aにおいて、そのときのQ値(Qx,Qy)をモニタし、そのモニタ結果を制御量決定部37bの補償量制御部7Aに出力する。補償量制御部7Aでは、上述のモニタ結果のQ値を変数Qの記憶領域に記憶しておく(ステップC4)。尚、上述の変数Qpre,Qの記憶領域については、補償量制御部7Aの内部にそなえてもよいし、外部にそなえてもよい。
すなわち、スキュー検出部27aにおいては、そのずらしたδの値のときのIQスキューを検出し、その検出結果を制御量決定部37bの補償量制御部7Aに出力する。補償量制御部7Aでは、上述の検出結果の値を変数Mskewの記憶領域に記憶しておく(ステップC7)。尚、上述の変数Mskewの記憶領域については、補償量制御部7Aの内部にそなえてもよいし、外部にそなえてもよい。
このように、第3実施形態においても、光フロントエンド部と、デジタル電気信号について処理を行なうDSP部と、の間の各チャンネルの経路に生じたスキューを補償することができる利点がある。
〔D〕第4実施形態
図16は第4実施形態を示す図である。この図16に示す光受信装置40は、前述の図13に示す光受信装置30と比べ、位相制御部6c−iおよびGVDC16a−1,16a−2の機能を具備する構成とともに、制御量付与部47としての構成が異なっている。
ここで、Qモニタ17aおよびスキュー検出部27aは、それぞれ、第1,第2実施形態にて示したものと同様である。又、GVDモニタ47aは、PMDC16bの出力からX偏波成分およびY偏波成分ごとの群速度分散の値(GVDx,GVDy)をモニタする。
具体的には、Qモニタ17aにてモニタされたQ値(Qx,Qy)およびスキュー検出部27aにて検出された各偏波成分のIQスキューの検出値を併用して、信号処理部6d−1,6d−2でのフィルタ係数の設定によりIQスキューの補償を行なっている。
〔E〕その他
上述の開示にかかわらず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形することが可能である。
さらに、上述の各実施形態において、各偏波成分のIQスキューを補償する制御の前段において、X偏波成分およびY偏波成分の偏差について補償する処理を追加することとしてもよい。
この場合には、制御量決定部17bをなす補償量制御部7および正規化部8(図4参照)を通じて、位相制御部6c−1ではδ=0が、位相制御部6c−2ではδ=δxが、それぞれ係数導出のための初期設定値として与えられる。同様に、位相制御部6c−3ではδ=δDが、位相制御部6c−4ではδ=δy+δDが、それぞれ係数導出のための初期設定値として与えられる。但し、X偏波成分およびY偏波成分間の偏差を補償する制御は開示の態様に限定されるものではない。
また、上述した実施形態の開示により、当業者は開示の装置を製造することが可能である。
2 光ハイブリッド
2a 局部発振光源
3−1〜3−4 光電変換部
4−1〜4−4 トランスインピーダンスアンプ
5−1〜5−4アナログ/デジタル変換部
6,16,46 DSP
6a データリカバリ部
6b ディシジョン部
6c−1〜6c−4 位相制御部
6d−1,6d−2 信号処理部
7,7′,7A 補償量制御部
8 正規化部
9−1〜9−3 係数設定部
11−1〜11−N−1 遅延器
12−1〜12−N 乗算器
13 加算器
16a−1,16a−2 GVDC
16b PMDC
16c−1,16c−2 FOC
16d−1,16d−2 CPR
16e−1,16e−2 ディシジョン回路
17,27,37,47 制御量付与部
17a Qモニタ
17b,27b,37b,47b 制御量決定部
27a スキュー検出部
47a GVDモニタ
121i,121q 2タップ遅延器
122i,122q,125i,125q 1タップ遅延器
123i,123q,129 加算器
124i,124q 乗算器
126i,126q カウンタ
127i,127q セレクタ
128i,128q 平均化回路
129 加算器
Claims (10)
- 多値位相変調光を復調するとともにアナログ/デジタル変換して得られる、同相信号および直交信号について、それぞれ、デジタル信号処理により位相制御を行なう位相制御部と、
該位相制御部の出力に基づき、フィードバック制御によって、前記位相制御により前記同相信号および前記直交信号の間のスキューが補償される該位相制御部での制御量を決定し、決定した制御量を該位相制御部に与える制御量付与部と、をそなえ、
該位相制御部は、N(Nは3以上の整数)タップの有限インパルス応答フィルタである、信号処理装置。 - 該位相制御部はデジタル信号処理を行なうプロセッサからなる、請求項1記載の信号処理装置。
- 該プロセッサは、該位相制御部にて位相制御が行なわれた前記同相信号および前記直交信号をもとにデータリカバリを行なうデータリカバリ部を含む、請求項2記載の信号処理装置。
- 該制御量付与部は、
該データリカバリ部からの出力から再生データの品質をモニタする品質モニタと、
該品質モニタにおけるモニタ結果を用いて該位相制御部での前記制御量を決定し該位相制御部に出力する制御量決定部と、をそなえた、請求項3記載の信号処理装置。 - 該制御量付与部は、
該位相制御部から出力される前記同相信号および前記直交信号の間に残存するスキューを検出するスキュー検出部と、
該スキュー検出部での前記スキューの検出結果を用いて該位相制御部での前記制御量を決定し該位相制御部に出力する制御量決定部と、をそなえた、請求項1記載の信号処理装置。 - 該制御量付与部は、
該データリカバリ部からの出力から再生データの品質をモニタする品質モニタと、
該位相制御部から出力される前記同相信号および前記直交信号の間に残存するスキューを検出するスキュー検出部と、
該品質モニタにおけるモニタ結果および該スキュー検出部での前記スキューの検出結果を用いて該位相制御部での前記制御量を決定し該位相制御部に出力する制御量決定部と、をそなえた、請求項3記載の信号処理装置。 - 前記多値位相変調光に含まれる群速度分散による歪みを補償する群速度分散補償部をそなえ、
該位相制御部および該群速度分散補償部は、単一の前記有限インパルス応答フィルタに含まれた、請求項1〜6のいずれか1項記載の信号処理装置。 - 前記多値位相変調光は直交する2つの偏波成分についてそれぞれ多値位相変調された光であり、
該位相制御部は、各偏波成分における前記位相制御において、対応する前記同相信号および前記直交信号の少なくとも一方について、前記位相制御を行なうとともに、
該制御量付与部は、各偏波成分について得られる前記同相信号および前記直交信号について、それぞれ、該位相制御部での制御量を与える、請求項1〜7のいずれか1項記載の信号処理装置。 - 該制御量付与部は、前記位相制御により、各偏波成分について得られる前記同相信号および前記直交信号の間のスキューとともに、各偏波成分間でのスキューを補償する制御量を与える、請求項8記載の信号処理装置。
- 多値位相変調光を受信して同相信号および直交信号を光信号として出力する受信部と、
該受信手段から出力された光信号の同相信号および直交信号について、光電変換処理によりそれぞれアナログ電気信号に変換する光電変換部と、
前記アナログ電気信号の前記同相信号と前記直交信号とをそれぞれデジタル電気信号に変換するアナログ/デジタル変換部と、
前記アナログ/デジタル変換部で前記デジタル電気信号に変換された前記同相信号および前記直交信号について、それぞれ、デジタル信号処理により位相制御を行なう位相制御部、および、該位相制御部にて位相制御が行なわれた前記同相信号および前記直交信号をもとにデータリカバリを行なうデータリカバリ部、を含むプロセッサと、
該位相制御部の出力に基づき、フィードバック制御によって、前記位相制御により前記同相信号および前記直交信号の間のスキューが補償される該位相制御部での制御量を決定し、決定した制御量を該位相制御部に与える制御量付与部と、をそなえ、
該位相制御部は、N(Nは3以上の整数)タップの有限インパルス応答フィルタである、光受信装置。
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