JP6040288B1 - 光データ伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】送信側において、受信側で受信される信号の波形歪を相殺可能な予等化を適正に行う。【解決手段】光データ伝送システムは、光ファイバの両端に光トランシーバを備える。各光トランシーバは光受信装置及び光送信装置を有する。光受信装置は、光信号を受信後に復調された主信号の波形歪を測定し、波形歪情報を推定する推定部６５と、他方側の光トランシーバにおいて上記推定と同様に推定された波形歪情報を、当該他方側からの光信号の受信後に復号する復号部６３とを備える。光送信装置は、推定部６５で推定された波形歪情報と、他方側へ送信する主信号とを多重化する多重部４２と、復号部６３で復号された波形歪情報で示される波形歪を打ち消すように、多重化された主信号の予等化を行う予等化部４４と、予等化された主信号及び前記推定された波形歪情報を含む多重化信号で偏波を変調して光信号に変換するＥ／Ｏ変換部とを備える。【選択図】 図２
Description
本発明は、一方側の光トランシーバにおいて信号の波形歪を抑制する予等化を行い、この予等化された信号を光伝送路を介して他方側の光トランシーバへ光伝送する光データ伝送システムに関する。
現在、デジタルコヒーレント方式を適用した高速長距離通信において、チャネル容量１００Ｇｂｉｔ／ｓの伝送容量が実現されている。１００Ｇｂｉｔ／ｓの光トランスポート技術は、偏波多重ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式を採用しており、３２ＧＢａｕｄ程度のボーレートで動作させている。偏波多重ＱＰＳＫは、情報シンボル当たり４ｂｉｔの情報を送受信することができ、ボーレート３２ＧＢａｕｄでは、凡そ１２７Ｇｂｉｔ／ｓの通信容量を確保している。この内、１００Ｇｂｉｔ／ｓを情報ペイロードに、２８Ｇｂｉｔ／ｓを前方誤り訂正等の冗長ビットに割り当てることで、信頼性の高い情報伝送を実現している。
このような伝送技術により、インターネット網を支える基幹ネットワークの大幅な大容量化が実現されると同時に、ビット当たりの伝送単価が劇的に低下している。しかし、コアネットワークに流入する伝送容量は年々増大しており、このことから、コアネットワークのチャネル容量を将来的に更に増大する必要がある。
光伝送容量を増大するため、今後は多値化や高ボーレート化といった技術的アップグレードが行われる可能性が高い。多値化とは、光信号の位相だけでなく、振幅も利用して情報伝送を行う方式である。
つまり、現状の１００Ｇｂｉｔ／ｓチャネルでは、光の位相を４つに区切り、情報ビットと光信号の位相を対応させることで情報伝送を行うＱＰＳＫ方式が主に用いられている。これに対して、光の位相だけでなく振幅にも情報を載せる多値化を行って伝送容量を向上させる方式により、光伝送容量を増大させることが可能となる。
例えば、光の位相を４つに区切ると共に、４段階の振幅で変調する１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）方式が、次世代光トランスポートネットワークでの変調方式の候補の一つとなっている。一方、高ボーレート化とは、情報シンボルの送受信レートを単純に向上させることである。現状は３２ＧＢａｕｄ程度であるが、これを６４ＧＢａｕｄに向上させることで、伝送容量を倍増させることが可能となる。
しかしながら、多値化や高ボーレート化を実施することにより、送受信装置を構成するアナログ電子回路に対する要求はよりシビアなものになる。多値化を行うためには、アナログ電子回路の特性が線形である必要がある。このことは、とりわけ光変調器や変調器ドライバには厳しい要求となる。ＱＰＳＫまでの変調であれば、アナログ電子回路は２値信号を扱うのみでよい。このため、アナログ電子回路の特性は非線形でも問題なく、むしろ非線形なリミッティング動作により、特性が改善する場合すらあった。
しかし、１６ＱＡＭのような多値信号を用いる場合には、アナログ電子回路の伝達関数は線形であることが必要となる。また、高ボーレート化は、信号の広帯域化をもたらすため、アナログ電子回路もそれに合わせて広帯域化しなければ、アナログ電子回路の帯域がシステム性能上の制約となる。
つまり、多値化や高ボーレート化のためにアナログ電子回路の性能を向上させる必要があるが、一方で、デジタル信号処理によりアナログ電子回路の不完全性を補うアプローチも考えられる。例えば、多値信号の利用の際に問題となるアナログ電子回路の非線形性は、送信側ＤＳＰ（Digital Signal Processor）にリニアライザを用意し、アナログ電子回路の非線形性を補償するような非線形伝達関数を信号に作用させることで非線形性の影響を軽減できる。
また、高ボーレート化の際に顕在化するであろうアナログ電子回路の周波数帯域不足は、ある程度、送信側でのプリエンファシスで補うことができる。プリエンファシスとは、予等化のことであり、伝送路固有の高周波数における減衰特性に応じて伝送信号の高域側を増幅して送信側から送出し、受信側で受ける信号の周波数特性を改善する変調技術である。
これらデジタル信号処理による補償・軽減のアプローチは、その補償・軽減を送信側ＤＳＰで行うことが効果的である。何故なら、帯域補償を受信側で行えば、ノイズエンハンスの問題によって効果が限定され、また非線形性補償を受信側で行うと、ノイズプロファイルを変化させてしまうため、軟判定誤り訂正符号の復号に悪影響を与えるからである。
このため、従来技術では送信側ＤＳＰで予等化を行ってきた。この予等化を用いた通信技術として非特許文献１に記載の技術がある。この技術では、アナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する受信信号の波形歪を、送信側で計算し、この計算された波形歪の逆の歪を送信信号の波形に与えて伝送し、受信時に信号の波形歪がキャンセル（相殺）されるようにしている。
杉原隆嗣「高速光通信における予等化技術の現状と展望」信学技報IEICE Technical Report OCS2011-41 (2011-7) pp.83-88.
しかしながら、アナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する波形歪は、受信側であれば受信信号又はトレーニング信号を用いて計測することが可能であるが、送信側では計測することが基本的にできない。このため、非特許文献１のように計算により波形歪を求めても実際とは誤差があるので、送信側で適正な予等化ができないという問題があった。
また、予め受信側で信号の波形歪を計測しておき、この波形歪を送信側で用いて予等化を行うことも可能であるが、この場合、環境変化等によりアナログ電子回路の非線形性や周波数特性が変動すると、予め求めた波形歪と誤差が生じるので、送信側で適正な予等化ができなくなるという問題が生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、送信側において、受信側で受信される信号の波形歪を相殺可能な予等化を適正に行うことができる光データ伝送システムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、伝送データとしての主信号で偏波を変調した光信号を光伝送路へ送信する光送信装置と、当該送信された光信号を受信して前記主信号を復調する光受信装置とを備える光トランシーバを、光伝送路の両端に備えて光伝送を行う光データ伝送システムであって、前記光受信装置は、一方側の光トランシーバで光信号を受信後に前記復調された主信号の波形歪を測定し、当該波形歪に係る波形歪情報を推定する推定部と、他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された波形歪情報を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号する復号部と、を備え、前記推定部は、前記復調された主信号の非線形歪を測定し、当該測定された非線形歪から、前記波形歪情報としての非線形伝達関数を推定すると共に、他方側の光トランシーバから受信した主信号に多重化されたトレーニング信号系列の特定周波数帯域のエネルギーを測定し、当該測定された特定周波数帯域のエネルギー量に対応する線形伝達関数を推定し、前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定部で推定された前記線形伝達関数及び前記非線形伝達関数を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、前記光送信装置は、前記推定部で推定された前記線形伝達関数及び前記非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成する生成部と、前記主信号に、特定周波数帯域にエネルギーが集中した既知のトレーニング信号系列を多重化する系列多重部と、前記推定部で推定された波形歪情報と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化する多重部と、前記復号部で復号された波形歪情報で示される波形歪を打ち消すように、前記多重化された主信号の予等化を行う予等化部と、前記予等化された主信号及び前記推定された波形歪情報を含む多重化信号で偏波を変調して光信号に変換する変換部と、を備え、前記生成部は、前記推定部で推定された前記線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する前記系列多重部でトレーニング信号系列が多重された主信号とを多重化し、前記予等化部は、前記復号部で復号された線形伝達関数及び非線形伝達関数を用いて、他方側の光トランシーバで受信される光信号の波形歪を打ち消すように、前記多重化された主信号の予等化を行うことを特徴とする光データ伝送システムである。
この構成によれば、一方側の光トランシーバ（一方側ともいう）が光伝送路を介して他方側の光トランシーバ（他方側ともいう）に光信号を送信する際に、一方側から光送信する多重化信号に含まれる主信号に対して、他方側から受信した波形歪情報で示される波形歪を打ち消すように、これから送信する多重化信号中の主信号の予等化を行う。上記の波形歪情報は、一方側が送信した光信号を他方側が受信して推定した波形歪情報なので、一方側のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する信号の波形歪を示している。
このことから、上述したように一方側において、他方側から受信した波形歪情報で、他方側へ送信する主信号に対して予等化を行えば、次のような作用効果が得られる。即ち、一方側から送信された光信号が他方側で受信された際に、光信号には本来発生する波形歪が打ち消されるように予等化処理が施されているので、他方側で受信された光信号において波形歪を低減又は無くすことができる。このように、本発明によれば、送信側（一方側の光トランシーバ）において、受信側（他方側の光トランシーバ）で受信される信号の波形歪を相殺可能な予等化を適正に行うことができる。また、予等化を行う波形歪情報として、他方側からの光信号を復調した主信号の線形歪及び非線形歪を測定し推定した線形伝達関数及び非線形伝達関数を用いるようにした。これらの伝達関数は、一方側から光信号を光伝送路を介して他方側へ送信した際に、他方側へどのように伝達されるかの信号状態を関数で表している。このため、それらの伝達関数を予等化に用いれば、一方側から他方側へ送信する主信号の予等化を、より精度良く行うことができる。更に、トレーニング信号系列の特定周波数のエネルギーを測定すると、エネルギーが低下していれば、その周波数の信号波形が歪んでいることが分かる。この歪んだ信号は、他方側から送信されてきたものなので、他方側のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する波形歪が生じたものである。そこで、上記の低下したエネルギー量に対応付けられた線形伝達関数を他方側へ送信し、他方側の予等化部で、その線形伝達関数を前述したように用いて予等化を行う。この予等化により、他方側から主信号を光信号として送信し、一方側で受信すれば、受信された主信号には線形歪成分が低減又は無い状態となる。
請求項２に係る発明は、前記光受信装置において、前記推定部は、仮判定処理により他方側の光トランシーバから受信した主信号を既知の基準主信号と比較して波形歪を求め、この波形歪の線形歪成分が最小となるように、適応等化アルゴリズムにより前記線形伝達関数に対応するタップ係数ベクトルを推定し、前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された前記タップ係数ベクトルを、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、前記光送信装置において、前記生成部は、前記推定されたタップ係数ベクトルをコード化して制御信号を生成し、前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化し、前記予等化部は、ＦＩＲフィルタを備え、前記多重化された主信号の予等化を行うように、当該ＦＩＲフィルタの重み付け係数として前記復号部で復号されたタップ係数ベクトルを用いることを特徴とする請求項１に記載の光データ伝送システムである。
この構成によれば、次のような作用効果を得ることができる。例えば、受信された主信号系列において、現信号よりも１つ前の信号（シンボル）が現信号に混ざって波形歪が生じているとする。この場合に、ＦＩＲフィルタにおいて、１つ前の信号を、線形伝達関数に対応する重み付け係数としてのタップ係数ベクトルでマイナスとし、これを現信号に加算すれば、上記の混ざりを無くして波形歪の線形歪成分を相殺できる。このように、ＦＩＲフィルタのタップ係数ベクトルを推定して重み付けを行えば、他方側へ送信する主信号の線形歪を打ち消すように、主信号の予等化を行うことができる。
請求項３に係る発明は、前記光受信装置において、前記推定部は、他方側の光トランシーバから受信した主信号と既知の基準主信号との差分を取って波形歪を求め、この波形歪の非線形歪成分が最小となるように、適応等化アルゴリズムにより前記非線形伝達関数に対応するタップ係数ベクトルを推定し、前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された前記タップ係数ベクトルを、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、前記光送信装置において、前記生成部は、前記推定されたタップ係数ベクトルをコード化して制御信号を生成し、前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化し、前記予等化部は、非線形ＦＩＲフィルタを備え、前記多重化された主信号の予等化を行うように、当該非線形ＦＩＲフィルタの重み付け係数として前記復号部で復号されたタップ係数ベクトルを用いることを特徴とする請求項１に記載の光データ伝送システムである。
この構成によれば、次のような作用効果を得ることができる。例えば、受信された主信号系列において、現信号よりも１つ前の信号（シンボル）が現信号に混ざって波形歪が生じている場合に、非線形ＦＩＲフィルタにおいて、１つ前の信号を重み付け係数としての、非線形伝達関数に対応するタップ係数ベクトルでマイナスとする。これを現信号に加算すれば、その混ざりを無くして波形歪の非線形歪成分を相殺できる。このように、非線形ＦＩＲフィルタのタップ係数ベクトルを推定して重み付けを行えば、他方側へ送信する主信号の非線形歪を打ち消すように、主信号の予等化を行うことができる。
請求項４に係る発明は、前記光受信装置において、前記推定部は、仮判定処理により他方側の光トランシーバから受信した主信号のシンボルの分布が偏ったエラーベクトル群の平均値を算出し、当該算出された平均値に対応する前記非線形伝達関数を推定し、前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された非線形伝達関数を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、前記光送信装置において、前記生成部は、前記推定された非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化し、前記予等化部は、前記復号部で復号された非線形伝達関数を用いて、前記他方側の光トランシーバで受信される光信号の波形歪を打ち消すように、前記多重化された主信号の予等化を行うことを特徴とする請求項１に記載の光データ伝送システムである。
この構成によれば、予等化が、波形歪が生じていることを示すエラーベクトル群の平均値（非線形伝達関数）で行なわれるが、言い換えれば、エラーベクトル群の平均値を打ち消す逆ベクトルを発生し、この逆ベクトルで他方側へ送信する主信号に対して予等化が行なわれている。このように、一方側が、他方側から受信した主信号から、波形歪を示すエラーベクトル群の平均値に対応する非線形伝達関数を復号する。この復号された非線形伝達関数は、一方側のアナログ電子回路の非線形性に起因する非線形歪に対応している。従って、一方側において、その復号された非線形伝達関数で、他方側へ光送信する主信号に対して予等化を行えば、他方側で受信された主信号には非線形歪成分が低減又は無い状態となる。
本発明によれば、送信側において、受信側で受信される信号の波形歪を相殺可能な予等化を適正に行うことができる光データ伝送システムを提供することができる。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る光データ伝送システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す光データ伝送システム１０は、並列に布設された光伝送路としての２本の光ファイバ１１，１２と、光ファイバ１１，１２の両端に接続された光トランシーバ１４，１５とを備えて構成されている。光ファイバ１１，１２の途中には、必要に応じて光増幅器１７，１８が介挿されるようになっている。例えば、光ファイバ１１，１２の長さが概ね１００ｋｍを超える場合には、光ファイバ１１，１２の途中に光増幅器１７，１８が接続されて、光信号の増幅を行う。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る光データ伝送システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す光データ伝送システム１０は、並列に布設された光伝送路としての２本の光ファイバ１１，１２と、光ファイバ１１，１２の両端に接続された光トランシーバ１４，１５とを備えて構成されている。光ファイバ１１，１２の途中には、必要に応じて光増幅器１７，１８が介挿されるようになっている。例えば、光ファイバ１１，１２の長さが概ね１００ｋｍを超える場合には、光ファイバ１１，１２の途中に光増幅器１７，１８が接続されて、光信号の増幅を行う。
光トランシーバ１４，１５は、光送信装置２０及び光受信装置３０を備える。光トランシーバ１４の光送信装置２０と、光トランシーバ１５の光受信装置３０とが１本の光ファイバ１１で接続され、光トランシーバ１５の光送信装置２０と、光トランシーバ１４の光受信装置３０とが１本の光ファイバ１２で接続されている。
本実施形態の特徴は、まず、一方側の光トランシーバ１４の光受信装置３０で受信された信号の波形歪を測定して波形歪情報を推定する。その測定された波形歪は、他方側の光トランシーバ１５のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する波形歪である。次に、一方側の光トランシーバ１４の光送信装置２０において、その推定された波形歪情報を制御信号として主信号に多重化し、この多重化された信号を光ファイバ１１へ送信する。
その光ファイバ１１を経由して送信されてきた信号を、他方側の光トランシーバ１５の光受信装置３０で受信して制御信号を分離し、他方側の光トランシーバ１５の光送信装置２０において、その分離された制御信号に示される波形歪情報で主信号の予等化を行う。つまり、波形歪情報による波形歪を打ち消す波形歪（例えば、逆の波形歪）で送信信号の予等化を行うようにした。
その予等化は、一方側の光トランシーバ１４においても同様に行なわれる。また、波形歪の推定も他方側の光トランシーバ１５において同様に行なわれる。
但し、主信号は、伝送データ系列（送信情報）を含むデジタル信号である。また、波形歪情報は、後述する線形伝達関数と非線形伝達関数を含む。また、一方側の光トランシーバ１４は一方側、他方側の光トランシーバ１５は他方側とも称す。
但し、主信号は、伝送データ系列（送信情報）を含むデジタル信号である。また、波形歪情報は、後述する線形伝達関数と非線形伝達関数を含む。また、一方側の光トランシーバ１４は一方側、他方側の光トランシーバ１５は他方側とも称す。
光送信装置２０は、主信号を、平行又は直交するＸ偏波とＹ偏波とを利用して光ファイバ１１，１２を介して並列伝送する機能を有し、送信信号処理部４０と、Ｅ／Ｏ（電気／光）変換部５０とを備えて構成されている。なお、請求項記載の変換部は、Ｅ／Ｏ変換部５０で構成される。
光受信装置３０は、光ファイバ１１，１２から受信した信号を復調する機能を有し、受信信号処理部６０と、Ｏ／Ｅ（光／電気）変換部７０とを備えて構成されている。
光受信装置３０は、光ファイバ１１，１２から受信した信号を復調する機能を有し、受信信号処理部６０と、Ｏ／Ｅ（光／電気）変換部７０とを備えて構成されている。
また、光トランシーバ１４，１５の各々において、受信信号処理部６０と送信信号処理部４０は、データの入出力処理を行うデジタルＩＦ（インタフェース）８０で接続されている。デジタルＩＦ８０には、例えば、シリアル通信を行うためのシリアルバスであるＩ２Ｃ(Inter-Integrated Circuit)が用いられる。
送信信号処理部４０は、図２に示すように、入力ＩＦ４１と、制御信号多重部４２と、制御信号生成部４３と、送信側予等化部４４と、出力ＩＦ４５とを備えて構成されている。なお、制御信号多重部４２を多重部４２、制御信号生成部４３を生成部４３、送信側予等化部４４を予等化部４４とも称す。なお、入力ＩＦ４１及び出力ＩＦ４５は、信号又はデータの入出力処理を行う。
受信信号処理部６０は、入力ＩＦ６１と、制御信号分離部６２と、制御信号復号部６３と、受信側等化部６４と、線形・非線形伝達関数推定部６５と、出力ＩＦ６６とを備えて構成されている。なお、制御信号分離部６２は分離部６２、制御信号復号部６３は復号部６３、受信側等化部６４は等化部６４、線形・非線形伝達関数推定部６５は推定部６５とも称す。また、線形・非線形伝達関数推定部６５は、線形伝達関数推定部と、非線形伝達関数推定部とに分けて設けてもよい。入力ＩＦ６１及び出力ＩＦ６６は、信号又はデータの入出力処理を行う。
受信信号処理部６０において、分離部６２は、他方側の光トランシーバ１５（図１）から送信されて一方側で受信された光信号が、Ｏ／Ｅ変換部７０で光電気変換された電気信号である主信号を、制御信号と主信号とに分離し、制御信号を復号部６３へ出力すると共に、主信号を等化部６４及び推定部６５へ出力する。
等化部６４は、主信号の等化処理を行って送信側の送信情報を復元し、これを出力ＩＦ６６を介して出力する。
推定部６５は、主信号から後述のように他方側の波形歪情報としての線形伝達関数と非線形伝達関数を推定（第１推定）する。主信号には、他方側の光トランシーバ１５のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する波形歪が含まれており、この波形歪は、線形歪と非線形歪とから成る。そこで、推定部６５は、受信信号の線形歪を測定し、この測定された線形歪データから、信号波形に線形歪を与えた線形伝達関数を推定（第１推定）すると共に、受信信号の非線形歪を測定し、この測定された非線形歪データから、非線形歪を与えた非線形伝達関数を推定（第１推定）する。この推定された他方側の線形伝達関数と非線形伝達関数は、生成部４３へ出力される。
復号部６３は、分離部６２で分離された他方側から送信されてきた制御信号を復号して、一方側の光トランシーバ１４の線形伝達関数と非線形伝達関数を取得し、これら伝達関数を予等化部４４へ出力する。これら伝達関数は、一方側から他方側へ光信号を送信した際に他方側の光トランシーバ１５がその主信号を受信し、この主信号に含まれる波形歪から、他方側の推定部６５が上述同様に推定（第１推定）した一方側の線形伝達関数と非線形伝達関数である。つまり、これら伝達関数は、一方側の光トランシーバ１５のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する波形歪に係るものである。
送信信号処理部４０において、生成部４３は、推定部６５で推定された他方側の線形伝達関数及び非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、制御信号を多重部４２へ出力する。その制御信号は、一方側から他方側の光トランシーバ１５に通知され、他方側の光送信装置２０（図１）での予等化処理に用いられる。
多重部４２は、生成部４３で生成された制御信号と、入力ＩＦ４１から入力された主信号とを多重化し、この多重化信号を予等化部４４へ出力する。
予等化部４４は、多重部４２からの多重化信号を出力ＩＦ４５を介してＥ／Ｏ変換部５０へ出力すると共に、復号部６３で復号された一方側の線形伝達関数と非線形伝達関数を用いて後述の予等化の処理を行う。即ち、予等化部４４は、一方側の光トランシーバ１４から送信する多重化信号に含まれる主信号に対して、一方側の線形伝達関数で線形予等化を行うと共に、一方側の非線形伝達関数で非線形予等化を行う。これら予等化は、一方側の光トランシーバ１４から他方側の光トランシーバ１５へ届いた光信号（主信号）の波形歪を打ち消すように、送信対象の主信号の振幅と位相を制御して行なわれる。言い換えれば、予等化は、一方側の光トランシーバ１４から他方側の光トランシーバ１５へ届いた光信号の波形歪を打ち消す波形歪（例えば、逆の波形歪）で主信号に対して行なわれる。
つまり、予等化部４４によって主信号には、他方側の光トランシーバ１５で受信された際に、本来発生する波形歪が打ち消されるように予等化処理が施されているので、他方側で受信された光信号では波形歪が低減又は無い状態となる。
＜光トランシーバの具体構成及び動作＞
上述した予等化処理を行う光トランシーバ１４，１５を、デバイスにより具体的に構成した例を図３に示す。なお、光トランシーバ１４を第１光トランシーバ１４、光トランシーバ１５を第２光トランシーバ１５とも称す。
図３の光送信装置２０に示すように、送信信号処理部４０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）４０ａにより構成され、Ｅ／Ｏ変換部５０は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）４７ａ〜４７ｄと、偏波多重ＱＰＳＫ変調器モジュール５０ａ（モジュール５０ａともいう）と、送信用ＬＤ（Laser Diode）５０ｂとを備えて構成されている。
上述した予等化処理を行う光トランシーバ１４，１５を、デバイスにより具体的に構成した例を図３に示す。なお、光トランシーバ１４を第１光トランシーバ１４、光トランシーバ１５を第２光トランシーバ１５とも称す。
図３の光送信装置２０に示すように、送信信号処理部４０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）４０ａにより構成され、Ｅ／Ｏ変換部５０は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）４７ａ〜４７ｄと、偏波多重ＱＰＳＫ変調器モジュール５０ａ（モジュール５０ａともいう）と、送信用ＬＤ（Laser Diode）５０ｂとを備えて構成されている。
モジュール５０ａは、光変調器５２ｘ，５２ｙと、ドライバ５３ａ〜５３ｄと、偏波合成器５４とを備えて構成されている。
光変調器５２ｘ，５２ｙは、図４に光変調器５２ｘを代表して示すように、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等の光学材料基板Ｋの上に光導波路５５が形成され、１本の光導波路５５を２分岐した分岐光導波路５５ａ，５５ｂの上に電極Ｅａ，Ｅｂが載置固定されている。更に、分岐光導波路５５ａ，５５ｂが、光送信信号の出力側で１本の光導波路５５に結合されて光変調器５２ｘ，５２ｙが構成されている。
光変調器５２ｘ，５２ｙは、図４に光変調器５２ｘを代表して示すように、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）等の光学材料基板Ｋの上に光導波路５５が形成され、１本の光導波路５５を２分岐した分岐光導波路５５ａ，５５ｂの上に電極Ｅａ，Ｅｂが載置固定されている。更に、分岐光導波路５５ａ，５５ｂが、光送信信号の出力側で１本の光導波路５５に結合されて光変調器５２ｘ，５２ｙが構成されている。
図４に示すように、ＤＳＰ４０ａで構成される予等化部４４（図２参照）は、送信側予等化部４４ｃと、送信側予等化部４４ｓとから構成されている。予等化部４４ｃは、Ｘ偏波におけるｃｏｓ成分（直交位相成分）を与えるためのデジタル予等化信号を出力する。予等化部４４ｓは、ｓｉｎ成分（同相位相成分）を与えるためのデジタル予等化信号を出力する。
予等化部４４ｃの出力側は、出力ＩＦ４５ｃ、ＤＡＣ４７ａ及びドライバ５３ａを介して、分岐光導波路５５ａ上の電極Ｅａに接続されている。
予等化部４４ｓの出力側は、出力ＩＦ４５ｓ、ＤＡＣ４７ｂ及びドライバ５３ｂを介して、分岐光導波路５５ｂ上の電極Ｅｂに接続されている。
予等化部４４ｓの出力側は、出力ＩＦ４５ｓ、ＤＡＣ４７ｂ及びドライバ５３ｂを介して、分岐光導波路５５ｂ上の電極Ｅｂに接続されている。
光変調器５２ｘの入力側の光導波路５５には、送信用ＬＤ５０ｂ（図３）のレーザ光出力側が接続されている。出力側の光導波路５５には、偏波合成器５４（図３）が接続されている。偏波合成器５４の出力側は光ファイバ１１（図３）に接続されている。
このＸ偏波の光変調器５２ｘと同様に、Ｙ偏波の光変調器５２ｙも構成されている。
このＸ偏波の光変調器５２ｘと同様に、Ｙ偏波の光変調器５２ｙも構成されている。
次に、図３に戻って、光トランシーバ１５の光受信装置３０に示すように、Ｏ／Ｅ変換部７０は、光受信フロントエンドモジュール７０ａ（モジュール７０ａともいう）及び局部発振ＬＤ（Laser Diode）７０ｂを備えて構成され、受信信号処理部６０は、ＤＳＰ６０ａにより構成されている。
モジュール７０ａは、偏波分離器７１と、９０度ハイブリッドＰＤ（Photo Diode）７２ｘ，７２ｙと、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）７３ａ〜７３ｄとを備えて構成されている。
偏波分離器７１の入力側は、光ファイバ１１に接続されている。偏波分離器７１のＸ偏波側とＹ偏波側に分岐した出力側は、Ｘ偏波の出力側が局部発振ＬＤ７０ｂのレーザ光出力側と一対に、９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘの入力側に接続され、Ｙ偏波の出力側が局部発振ＬＤ７０ｂのレーザ光出力側と一対に、９０度ハイブリッドＰＤ７２ｙの入力側に接続されている。
９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘ，７２ｙの出力側は、ＡＤＣ７３ａ〜７３ｄを介してＤＳＰ６０ａに接続されている。
偏波分離器７１の入力側は、光ファイバ１１に接続されている。偏波分離器７１のＸ偏波側とＹ偏波側に分岐した出力側は、Ｘ偏波の出力側が局部発振ＬＤ７０ｂのレーザ光出力側と一対に、９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘの入力側に接続され、Ｙ偏波の出力側が局部発振ＬＤ７０ｂのレーザ光出力側と一対に、９０度ハイブリッドＰＤ７２ｙの入力側に接続されている。
９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘ，７２ｙの出力側は、ＡＤＣ７３ａ〜７３ｄを介してＤＳＰ６０ａに接続されている。
このような構成の光送信装置２０及び光受信装置３０を備える光トランシーバ１４，１５の動作を説明する。
第１光トランシーバ１４の光送信装置２０において、ＤＳＰ４０ａでは前述の送信信号処理部４０での処理と同様な処理が行なわれる。即ち、ＤＳＰ４０ａの処理によりデジタル主信号とデジタルの制御信号との多重化信号中の主信号が予等化され、この予等化後のデジタルの多重化信号がＤＡＣ４７ａ〜４７ｄでアナログ信号に変換される。この変換されたアナログの多重化信号は、ドライバ５３ａ〜５３ｄで増幅された後、光変調器５２ｘ，５２ｙの電極Ｅａ，Ｅｂに印加される。
第１光トランシーバ１４の光送信装置２０において、ＤＳＰ４０ａでは前述の送信信号処理部４０での処理と同様な処理が行なわれる。即ち、ＤＳＰ４０ａの処理によりデジタル主信号とデジタルの制御信号との多重化信号中の主信号が予等化され、この予等化後のデジタルの多重化信号がＤＡＣ４７ａ〜４７ｄでアナログ信号に変換される。この変換されたアナログの多重化信号は、ドライバ５３ａ〜５３ｄで増幅された後、光変調器５２ｘ，５２ｙの電極Ｅａ，Ｅｂに印加される。
Ｘ偏波側の光変調器５２ｘの各光導波路５５には、送信用ＬＤ５０ｂのレーザ光が入射されているので、このレーザ光が、電極Ｅａ，Ｅｂに印加された多重化信号に応じて振幅及び位相が変調されたＸ偏波の光信号（変調光ともいう）となる。Ｘ偏波の変調光は各々が、ｃｏｓ成分及びｓｉｎ成分を有する。
Ｙ偏波側も同様に変調される。また、Ｘ偏波とＹ偏波とは、平行又は直交状態となる。
Ｙ偏波側も同様に変調される。また、Ｘ偏波とＹ偏波とは、平行又は直交状態となる。
上記の変調では、多重化信号中の主信号が予等化されているので、Ｘ偏波とＹ偏波の変調光における主信号成分が予等化された状態となっている。Ｘ偏波とＹ偏波の変調された光信号は、偏波合成器５４で偏波合成され、光ファイバ１１へ送信される。
光ファイバ１１を伝送した光信号は、第２光トランシーバ１５の光受信装置３０で受信され、偏波分離器７１により、その受信した光信号に対して光領域で偏波分離が行なわれ、２つの直交する偏波（Ｘ偏波、Ｙ偏波）に分離されて各９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘ，７２ｙへ入射される。この際、９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘ，７２ｙには、局部発振ＬＤ７０ｂからのレーザ光も入射されている。
９０度ハイブリッドＰＤ７２ｘ，７２ｙは、光電気変換を行うものであり、局部発振ＬＤ７０ｂからのレーザ光を用いてコヒーレント受信したＸ偏波及びＹ偏波の信号光の、光電界を直交する成分に分離し、アナログの電気信号に変換する。この変換されたＸ偏波のｃｏｓ成分とｓｉｎ成分の信号は、ＡＤＣ７３ａ，７３ｂでデジタル信号に変換され、Ｙ偏波のｃｏｓ成分とｓｉｎ成分の信号は、ＡＤＣ７３ｃ，７３ｄでデジタル信号に変換されてＤＳＰ６０ａに入力される。
ＤＳＰ６０ａは、入力されるデジタル信号から、前述した受信信号処理部６０と同様の処理を行い、第１光トランシーバ１４側（第１側）の線形伝達関数と非線形伝達関数を推定すると共に、第１光トランシーバ１４が送信した制御信号を復号して、第２光トランシーバ１５側（第２側）の線形伝達関数と非線形伝達関数を求める。第１側の線形伝達関数及び非線形伝達関数と、第２側の線形伝達関数及び非線形伝達関数とは、第２側の光送信装置２０へ出力される。
第２側の光送信装置２０では、図示せぬＤＳＰにより構成される送信信号処理部４０が前述と同様に、第１側の線形伝達関数及び非線形伝達関数から第１側の制御信号を生成し、この制御信号を主信号に多重化する。また、第２側の線形伝達関数及び非線形伝達関数により第２側から第１側へ送信する主信号に対して前述した予等化処理を行う。この光信号として送信される主信号には、第１光トランシーバ１４で受信された際に、本来発生する波形歪が打ち消されるように予等化処理が施されているので、第１光トランシーバ１４で受信された光信号では波形歪が低減又は無い状態となる。
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の光データ伝送システム１０は、伝送データとしての主信号で偏波を変調した光信号を光ファイバ１１又は１２へ送信する光送信装置２０と、当該送信された光信号を受信して主信号を復調する光受信装置３０とを備える光トランシーバを、光ファイバ１１，１２の両端に備えて光伝送を行うシステムである。
以上説明したように、本実施形態の光データ伝送システム１０は、伝送データとしての主信号で偏波を変調した光信号を光ファイバ１１又は１２へ送信する光送信装置２０と、当該送信された光信号を受信して主信号を復調する光受信装置３０とを備える光トランシーバを、光ファイバ１１，１２の両端に備えて光伝送を行うシステムである。
本実施形態の特徴は、光受信装置３０を、一方側の光トランシーバ１４で光信号を受信後に復調された主信号の波形歪を測定し、この波形歪に係る波形歪情報を推定する推定部６５と、他方側の光トランシーバ１５において上記推定と同様に推定された波形歪情報を、当該他方側の光トランシーバ１５からの光信号の受信後に復号する復号部６３とを備える構成とした。
また、光送信装置２０を、推定部６５で推定された波形歪情報と、他方側の光トランシーバ１５へ送信する主信号とを多重化する多重部４２と、復号部６３で復号された波形歪情報で示される波形歪を打ち消すように、多重化された主信号の予等化を行う予等化部４４と、予等化された主信号及び前記推定された波形歪情報を含む多重化信号で偏波を変調して光信号に変換するＥ／Ｏ変換部５０とを備える構成とした。
この構成によれば、一方側の光トランシーバ１４（一方側ともいう）が光ファイバ１１を介して他方側の光トランシーバ１５（他方側ともいう）に光信号を送信する際に、一方側から光送信する多重化信号に含まれる主信号に対して、他方側から光ファイバ１２を介して受信した波形歪情報で示される波形歪を打ち消すように、これから送信される多重化信号中の主信号の予等化を行う。上記の波形歪情報は、一方側が送信した光信号を他方側が受信して推定した波形歪情報なので、一方側のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する信号の波形歪を示している。
このことから、上述したように一方側において、他方側へ送信する主信号に対して予等化を行えば次のような作用効果が得られる。即ち、一方側から送信された光信号が他方側で受信された際に、光信号には本来発生する波形歪が打ち消されるように予等化処理が施されているので、他方側で受信された光信号において波形歪を低減又は無くすことができる。このように、本発明によれば、送信側（一方側の光トランシーバ１４）において、受信側（他方側の光トランシーバ１５）で受信される信号の波形歪を相殺可能な予等化を適正に行うことができる。
また、推定部６５は、一方側で光信号を受信後に復調された主信号の線形歪及び非線形歪を測定し、この測定された線形歪及び非線形歪から、上記の波形歪情報としての線形伝達関数及び非線形伝達関数を推定（第１推定）する。復号部６３は、他方側の光トランシーバ１５において上記推定（第１推定）と同様に推定された波形歪情報としての線形伝達関数及び非線形伝達関数を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号する。
更に、光送信装置２０は、推定部６５で第１推定された線形伝達関数及び非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成する生成部４３を備える。
多重部４２は、その生成された制御信号と、他方側の光トランシーバ１５へ送信する主信号とを多重化し、予等化部４４は、復号部６３で復号された線形伝達関数及び非線形伝達関数を用いて、他方側の光トランシーバ１５で受信される光信号の波形歪を打ち消すように、多重化された主信号の予等化を行うようにした。
多重部４２は、その生成された制御信号と、他方側の光トランシーバ１５へ送信する主信号とを多重化し、予等化部４４は、復号部６３で復号された線形伝達関数及び非線形伝達関数を用いて、他方側の光トランシーバ１５で受信される光信号の波形歪を打ち消すように、多重化された主信号の予等化を行うようにした。
このように、予等化を行う波形歪情報として、他方側からの光信号を復調した主信号の線形歪及び非線形歪を測定し推定した線形伝達関数及び非線形伝達関数を用いるようにした。これらの伝達関数は、一方側から光信号を光ファイバを介して他方側へ送信した際に、他方側へどのように伝達されるかの信号状態を関数で表している。このため、それらの伝達関数を予等化に用いれば、一方側から他方側へ送信する主信号の予等化を、より精度良く行うことができる。
＜実施形態の変形例１＞
次に、本実施形態の変形例１について説明する。但し、変形例１では、推定部６５は前述した実施形態のように、線形歪の測定は行なわない。これは後述の変形例２〜４においても同様である。
次に、本実施形態の変形例１について説明する。但し、変形例１では、推定部６５は前述した実施形態のように、線形歪の測定は行なわない。これは後述の変形例２〜４においても同様である。
変形例１の特徴は、まず、図２に示す予等化部４４を、図５に示すＦＩＲ(Finite Impulse Response：有限インパルス応答)フィルタ９０を備えて構成した。
更に、図２に示す推定部６５は、仮判定処理により他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号を、図示せぬ記憶部に記憶された基準主信号と比較して波形歪を求める。更に、推定部６５は、適応等化アルゴリズムとしての判定指向ＬＭＳ(Least Mean Square)アルゴリズムによって、その求めた波形歪の線形歪成分が最小となるように、ＦＩＲフィルタ９０で用いられるタップ係数ベクトル（タップ係数ともいう）を推定（第２推定）する。このタップ係数は、前述した線形伝達関数として扱われる。
更に、図２に示す推定部６５は、仮判定処理により他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号を、図示せぬ記憶部に記憶された基準主信号と比較して波形歪を求める。更に、推定部６５は、適応等化アルゴリズムとしての判定指向ＬＭＳ(Least Mean Square)アルゴリズムによって、その求めた波形歪の線形歪成分が最小となるように、ＦＩＲフィルタ９０で用いられるタップ係数ベクトル（タップ係数ともいう）を推定（第２推定）する。このタップ係数は、前述した線形伝達関数として扱われる。
そして、生成部４３が、推定（第２推定）されたタップ係数をコード化して制御信号を生成し、多重部４２へ出力する。多重部４２が、主信号と制御信号とを多重化し、この多重化信号が光信号に変換されて他方側の光トランシーバ１５へ送信されるようにした。
また、他方側の光トランシーバ１５（図１）において上記と同様に推定（第２推定）された線形伝達関数に対応するタップ係数が、主信号に多重化されて光変換された光信号を一方側の光トランシーバ１４で受信する。更に、復号部６３で、その受信信号からタップ係数を復号する。この復号されたタップ係数をＦＩＲフィルタ９０に重み付け係数として付与し、予等化を行うようにした。
ここで、図５に示すＦＩＲフィルタ９０について説明する。ＦＩＲフィルタ９０は、直列に多段接続された複数の遅延回路９１ａ〜９１ｃと、複数の乗算器９２ａ〜９２ｄと、加算器９３とを備えて構成されている。遅延回路９１ａの信号入力側には乗算器９２ａが接続され、遅延回路９１ａ，９１ｂ間には乗算器９２ｂ、遅延回路９１ｂ，９１ｃ間には乗算器９２ｃ、遅延回路９１ｃの信号出力側には乗算器９２ｄが接続されている。各乗算器９２ａ〜９２ｄの出力側は、加算器９３に接続されている。
各遅延回路９１ａ〜９１ｃで、入力信号系列ｘｋを一定時間遅延させて行くことで、過去の信号を遡って検出可能となっている。次に、各乗算器９２ａ〜９２ｄで個々の重み付け係数＊ａ０，＊ａ１，＊ａ２，＊ａ２を、入力信号系列ｘｋ及び各遅延回路９１ａ〜９１ｃの遅延信号の個々に乗算して重み付けを行い、これら結果を加算器９３で加算して出力信号系列ｙｋとして出力する。出力信号系列ｙｋは、入力信号系列ｘｋが１つ入力される毎に１つ出力される。
このＦＩＲフィルタ９０は、入力信号系列ｘｋと出力信号系列ｙｋとの入出力関係が下式（１）で表される。
…式（１）
但し、ａｍはタップ係数（重み付け係数）に対応している。
…式（１）
但し、ａｍはタップ係数（重み付け係数）に対応している。
このＦＩＲフィルタ９０では、推定されるタップ係数が、各重み付け係数＊ａ０〜＊ａ２として各乗算器９２ａ〜９２ｄに用いられるようになっている。
ここで、ＦＩＲフィルタ９０においては、送信側光トランシーバの波形歪を補償するために、信号の歪が最適に除去できる丁度良い重み付け係数がある。この係数について説明する。
ここで、ＦＩＲフィルタ９０においては、送信側光トランシーバの波形歪を補償するために、信号の歪が最適に除去できる丁度良い重み付け係数がある。この係数について説明する。
例えば、受信信号の波形が歪んでいる場合は、時間軸上において前後の主信号シンボルの成分が少し混ざった状態となっている。この例として、主信号系列において、現信号よりも１つ前の信号（シンボル）が現信号に混ざっているのであれば、ＦＩＲフィルタ９０において、１つ前の信号を線形伝達関数に対応するタップ係数（重み付け係数）でマイナスとし、これを現信号に加算すれば、その混ざりを無くして波形歪における線形歪成分をキャンセルできる。このように、ＦＩＲフィルタ９０のタップ係数を推定して重み付けを行えば、他方側の光トランシーバ１５へ送信する主信号の線形歪の線形歪成分を打ち消すように、主信号の予等化を行うことができる。
＜実施形態の変形例２＞
次に、本実施形態の変形例２について説明する。変形例２の特徴は、まず、予等化部４４を、図６に示す非線形ＦＩＲフィルタ１００を備えて構成した。
更に、図２に示す推定部６５が、他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号と、図示せぬ記憶部に記憶された基準主信号との差分を取って波形歪を求める。更に、推定部６５が、判定指向ＬＭＳアルゴリズムによって、その求めた波形歪の非線形歪成分が最小となるように、非線形ＦＩＲフィルタ１００で用いられるタップ係数を推定（第３推定）する。このタップ係数は、前述した非線形伝達関数として扱われる。
次に、本実施形態の変形例２について説明する。変形例２の特徴は、まず、予等化部４４を、図６に示す非線形ＦＩＲフィルタ１００を備えて構成した。
更に、図２に示す推定部６５が、他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号と、図示せぬ記憶部に記憶された基準主信号との差分を取って波形歪を求める。更に、推定部６５が、判定指向ＬＭＳアルゴリズムによって、その求めた波形歪の非線形歪成分が最小となるように、非線形ＦＩＲフィルタ１００で用いられるタップ係数を推定（第３推定）する。このタップ係数は、前述した非線形伝達関数として扱われる。
そして、生成部４３が、推定（第３推定）されたタップ係数をコード化して制御信号を生成し、多重部４２へ出力する。多重部４２が、主信号と制御信号とを多重化し、この多重化信号が光信号に変換されて他方側の光トランシーバ１５へ送信されるようにした。
また、他方側の光トランシーバ１５（図１）において、上記と同様に推定（第３推定）された非線形伝達関数に対応するタップ係数が、主信号に多重化されて光変換された光信号を一方側の光トランシーバ１４で受信する。更に、復号部６３で、その受信信号からタップ係数を復号する。この復号されたタップ係数を非線形ＦＩＲフィルタ１００に重み付け係数として付与し、予等化を行うようにした。
ここで、図６に示す非線形ＦＩＲフィルタ１００について説明する。非線形ＦＩＲフィルタ１００は、複数の累乗回路１０１ａ〜１０１ｂと、複数の乗算器１０２ａ〜１０２ｃと、加算器１０３とを備えて構成されている。但し、累乗回路１０１ａは２乗回路１０１ａであり、累乗回路１０１ｂは３乗回路１０１ｂであるとする。
乗算器１０２ａ、２乗回路１０１ａ及び３乗回路１０１ｂには、入力信号系列ｘｋが並列入力される構成となっている。２乗回路１０１ａの出力側には乗算器１０２ｂが接続され、３乗回路１０１ｂの出力側には乗算器１０２ｃが接続されている。各乗算器１０２ａ〜１０２ｃの出力側は、加算器１０３に接続されている。
乗算器１０２ａには、入力信号系列ｘｋがそのまま入力される。２乗回路１０１ａは入力信号系列ｘｋを２乗し、この非線形信号を乗算器１０２ｂへ入力し、３乗回路１０１ｂは入力信号系列ｘｋを３乗し、この非線形信号を乗算器１０２ｃへ入力する。次に、各乗算器１０２ａ〜１０２ｃで個々の重み付け係数＊ｂ０，＊ｂ１，＊ｂ２を、入力信号系列ｘｋ及び各非線形信号の個々に乗算して重み付けを行い、これら結果を加算器１０３で加算して出力信号系列ｙｚとして出力する。出力信号系列ｙｚは、入力信号系列ｘｋが１つ入力される毎に１つ出力される。
この非線形ＦＩＲフィルタ１００では、推定されるタップ係数が、各重み付け係数＊ｂ０〜＊ｂ２として各乗算器１０２ａ〜１０２ｄに用いられるようになっている。
ここで、非線形ＦＩＲフィルタ１００においては、送信側光トランシーバの波形歪を補償するために、信号の歪が最適に除去できる丁度良い重み付け係数がある。この係数について説明する。
ここで、非線形ＦＩＲフィルタ１００においては、送信側光トランシーバの波形歪を補償するために、信号の歪が最適に除去できる丁度良い重み付け係数がある。この係数について説明する。
例えば、受信信号の波形が歪んでいる場合は、時間軸上において前後の主信号シンボルの成分が少し混ざった状態となっている。この例として、主信号系列において、現信号よりも１つ前の信号（シンボル）が現信号に混ざっているのであれば、非線形ＦＩＲフィルタ１００において、１つ前の信号を非線形伝達関数に対応するタップ係数（重み付け係数）でマイナスとする。これを現信号に加算すれば、その混ざりを無くして波形歪の非線形歪成分をキャンセルできる。このように、非線形ＦＩＲフィルタ１００のタップ係数を推定して重み付けを行えば、他方側の光トランシーバ１５へ送信する主信号の非線形歪を打ち消すように、主信号の予等化を行うことができる。
＜実施形態の変形例３＞
次に、本実施形態の変形例３について説明する。変形例３では、図７に示すように、送信信号処理部４０に、トレーニング信号系列多重部（系列多重部ともいう）４６を備え、受信信号処理部６０の推定部６５に、ルックアップテーブル（記憶テーブルともいう）６５ｔを備えた。
次に、本実施形態の変形例３について説明する。変形例３では、図７に示すように、送信信号処理部４０に、トレーニング信号系列多重部（系列多重部ともいう）４６を備え、受信信号処理部６０の推定部６５に、ルックアップテーブル（記憶テーブルともいう）６５ｔを備えた。
系列多重部４６は、主信号に、後述する特定の周波数帯域にエネルギーが集中した既知のトレーニング信号系列を多重化して、多重部４２へ出力する。
記憶テーブル６５ｔは、推定部６５で後述のように測定される特定周波数帯域のエネルギー量に、前述した線形伝達関数が予め対応付けられて格納されている。つまり、測定される大小のエネルギー量に、当該エネルギー量に応じた大小の線形伝達関数が予め対応付けられている。
記憶テーブル６５ｔは、推定部６５で後述のように測定される特定周波数帯域のエネルギー量に、前述した線形伝達関数が予め対応付けられて格納されている。つまり、測定される大小のエネルギー量に、当該エネルギー量に応じた大小の線形伝達関数が予め対応付けられている。
但し、上述の特定の周波数帯域にエネルギーが集中する、言い換えれば、複数の特定周波数にエネルギーが集中するとは、図８（ａ）に示すように、横軸に周波数ｆ、縦軸にパワーＰｗを取った際に、ｆ軸上の特定周波数ｆ１，ｆ２に棒グラフで示すパワー成分が突出することをいう。パワー成分は、ピーク周波数である。
更に説明すると、例えばＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）信号の−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，Ｓ，…を、図８（ｂ）に示すように、Ｉ，Ｑの時間軸上に時間波形（＝信号系列）Ｓ，−Ｓで表し、この時間波形Ｓ，−ＳをＦＦＴ(高速フーリエ変換)して周波数領域で見ると、上記パワー成分となる。このパワー成分（ピーク周波数）を、「特定周波数帯域にエネルギーが集中する」と表現している。
変形例３の特徴は、図７に示す一方側の光トランシーバ１４の推定部６５が、他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号に多重化されたトレーニング信号系列を分離し、この分離したトレーニング信号系列の特定周波数帯域のエネルギーを測定（第４推定）する。更に、推定部６５は、その測定された特定周波数帯域のエネルギー量に対応付けられた線形伝達関数を、記憶テーブル６５ｔから検索して推定し、生成部４３へ出力する。
そして、生成部４３は、その推定（第４推定）された線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、多重部４２へ出力する。多重部４２は、系列多重部４６にてトレーニング信号系列が多重された主信号と、制御信号とを多重化し、この多重化信号が光信号に変換されて他方側の光トランシーバ１５へ送信されるようにした。
また、他方側の光トランシーバ１５において、上記と同様に推定（第４推定）された線形伝達関数が、主信号に多重化されて光変換された光信号を一方側の光トランシーバ１４で受信する。更に、復号部６３で、その受信信号から線形伝達関数を復号する。予等化部４４で、その復号された線形伝達関数で予等化を行うようにした。
このように、特定周波数のエネルギーを測定すると、エネルギーが低下していれば、その周波数の信号波形が歪んでいることが分かる。この歪んだ信号は、他方側の光トランシーバ１５から送信されてきたものなので、他方側のアナログ電子回路の非線形性や周波数特性に起因する波形歪が生じたものである。そこで、前記の低下したエネルギー量に対応付けられた線形伝達関数を他方側へ送信し、他方側の予等化部４４で、その線形伝達関数を前述したように用いて予等化を行う。この予等化により、他方側から主信号を光信号として送信し、一方側の光トランシーバ１４で受信すれば、受信された主信号には線形歪成分が低減又は無い状態となる。
＜実施形態の変形例４＞
次に、本実施形態の変形例４について説明する。
変形例４の特徴は、図２に示す推定部６５が、まず、仮判定処理により他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号のシンボルのエラーベクトル（後述）の平均値を算出する。
次に、本実施形態の変形例４について説明する。
変形例４の特徴は、図２に示す推定部６５が、まず、仮判定処理により他方側の光トランシーバ１５（図１）から受信した主信号のシンボルのエラーベクトル（後述）の平均値を算出する。
ここで、図９に示すＩＱ平面上の例えば第１象限において、上記のように受信したシンボルの信号点ｇ２が、本来の信号点ｇ１からずれていた場合において、ｇ１からｇ２に向かう矢印Ｖ１をエラーベクトルという。このエラーベクトルＶ１が、例えば第１象限の破線楕円１１０で示すように、ある範囲に集中して分布している（分布が偏っている）場合、破線楕円１１０の部分で、受信された主信号に波形歪が生じていることが分かる。そこで、推定部６５は、受信信号シンボルの分布が偏ったエラーベクトルＶ１群の平均値（エラーベクトル平均値という）を算出する。
更に、図２に示す推定部６５は、その算出される大小のエラーベクトル平均値に、当該エラーベクトル平均値に応じた非線形伝達関数が予め対応付けられた図示せぬ記憶テーブル（上述の記憶テーブル６５ｔ参照）を有している。推定部６５は、上記の算出されたエラーベクトル平均値に対応付けられた非線形伝達関数を、記憶テーブルから検索して推定（第５推定）し、生成部４３へ出力する。
生成部４３は、推定（第５推定）された非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、多重部４２へ出力する。多重部４２は、主信号と制御信号とを多重化し、この多重化信号が光信号に変換されて他方側の光トランシーバ１５へ送信されるようにした。
また、他方側の光トランシーバ１５において、上記と同様に推定（第５推定）された非線形伝達関数が、主信号に多重化されて光変換された光信号を一方側の光トランシーバ１４で受信する。更に、復号部６３で、その受信信号から非線形伝達関数を復号する。予等化部４４で、その復号された線形伝達関数で、他方側へ送信する主信号に対して予等化を行うようにした。
つまり、その予等化は、波形歪が生じていることを示すエラーベクトル平均値に対応する非線形伝達関数で行なわれるが、言い換えれば、エラーベクトル平均値を打ち消す逆ベクトルを発生し、この逆ベクトルで送信主信号に対して予等化が行なわれることになる。
このように、一方側の光トランシーバ１４が、他方側の光トランシーバ１５から受信した主信号から、波形歪を示すエラーベクトル平均値に対応する非線形伝達関数を復号する。この復号された非線形伝達関数は、一方側のアナログ電子回路の非線形性に起因する非線形歪に対応している。従って、一方側において、その復号された非線形伝達関数で、他方側へ光送信する主信号に対して予等化を行えば、他方側で受信された主信号には非線形歪成分が低減又は無い状態となる。
以上説明した本実施形態及び変形例１〜４によって、光ファイバ１１，１２を介した両側の光トランシーバ１４，１５で光信号を送受信する際に、その信号品質が改善され、ビットエラーレートの改善を図ることができる。
一般的に、光信号の送信レートが高くなる程に信号品質が低下するので、高速化すると１シンボル当たりに使用できるエネルギーが低下する。このため、光送信装置の周波数特性が３２ＧＢａｕｄまでであれば信号品質を保持可能であるが、６４ＧＢａｕｄになると信号が歪んで信号品質が保持できない。
しかし、本発明では、上述したように信号品質を改善することができるので、光トランシーバ１４，１５のアナログ電子回路の帯域や線形性等の性能により制約されていた光データ伝送のスループットを大幅に向上することが可能である。例えば、従来３２ＧＢａｕｄ程度であったボーレートを例えば６４ＧＢａｕｄに向上させることができる。これにより、従来の倍の２５４Ｇｂｉｔ／ｓの通信容量を確保することができる。更には、従来のＱＰＳＫ方式に対し、１６ＱＡＭ方式を使うことが可能になり、光データ伝送のスループットを大幅に向上させることが可能になる。
１０ 光データ伝送システム
１１，１２ 光ファイバ
１４，１５ 光トランシーバ
２０ 光送信装置
３０ 光受信装置
４０ 送信信号処理部
４２ 制御信号多重部（多重部）
４３ 制御信号生成部（生成部）
４４ 送信側予等化部（予等化部）
４６ トレーニング信号系列多重部（系列多重部）
６０ 受信信号処理部
６２ 制御信号分離部
６３ 制御信号復号部（復号部）
６４ 受信側等化部
６５ 線形・非線形伝達関数推定部（推定部）
６５ｔ ルックアップテーブル
５０ Ｅ／Ｏ（電気／光）変換部
７０ Ｏ／Ｅ（光／電気）変換部
１１，１２ 光ファイバ
１４，１５ 光トランシーバ
２０ 光送信装置
３０ 光受信装置
４０ 送信信号処理部
４２ 制御信号多重部（多重部）
４３ 制御信号生成部（生成部）
４４ 送信側予等化部（予等化部）
４６ トレーニング信号系列多重部（系列多重部）
６０ 受信信号処理部
６２ 制御信号分離部
６３ 制御信号復号部（復号部）
６４ 受信側等化部
６５ 線形・非線形伝達関数推定部（推定部）
６５ｔ ルックアップテーブル
５０ Ｅ／Ｏ（電気／光）変換部
７０ Ｏ／Ｅ（光／電気）変換部
Claims (4)
- 伝送データとしての主信号で偏波を変調した光信号を光伝送路へ送信する光送信装置と、当該送信された光信号を受信して前記主信号を復調する光受信装置とを備える光トランシーバを、光伝送路の両端に備えて光伝送を行う光データ伝送システムであって、
前記光受信装置は、
一方側の光トランシーバで光信号を受信後に前記復調された主信号の波形歪を測定し、当該波形歪に係る波形歪情報を推定する推定部と、
他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された波形歪情報を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号する復号部と、
を備え、
前記推定部は、前記復調された主信号の非線形歪を測定し、当該測定された非線形歪から、前記波形歪情報としての非線形伝達関数を推定すると共に、他方側の光トランシーバから受信した主信号に多重化されたトレーニング信号系列の特定周波数帯域のエネルギーを測定し、当該測定された特定周波数帯域のエネルギー量に対応する線形伝達関数を推定し、
前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定部で推定された前記線形伝達関数及び前記非線形伝達関数を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、
前記光送信装置は、
前記推定部で推定された前記線形伝達関数及び前記非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成する生成部と、
前記主信号に、特定周波数帯域にエネルギーが集中した既知のトレーニング信号系列を多重化する系列多重部と、
前記推定部で推定された波形歪情報と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化する多重部と、
前記復号部で復号された波形歪情報で示される波形歪を打ち消すように、前記多重化された主信号の予等化を行う予等化部と、
前記予等化された主信号及び前記推定された波形歪情報を含む多重化信号で偏波を変調して光信号に変換する変換部と、
を備え、
前記生成部は、前記推定部で推定された前記線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、
前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する前記系列多重部でトレーニング信号系列が多重された主信号とを多重化し、
前記予等化部は、前記復号部で復号された線形伝達関数及び非線形伝達関数を用いて、他方側の光トランシーバで受信される光信号の波形歪を打ち消すように、前記多重化された主信号の予等化を行う
ことを特徴とする光データ伝送システム。 - 前記光受信装置において、
前記推定部は、仮判定処理により他方側の光トランシーバから受信した主信号を既知の基準主信号と比較して波形歪を求め、この波形歪の線形歪成分が最小となるように、適応等化アルゴリズムにより前記線形伝達関数に対応するタップ係数ベクトルを推定し、
前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された前記タップ係数ベクトルを、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、
前記光送信装置において、
前記生成部は、前記推定されたタップ係数ベクトルをコード化して制御信号を生成し、
前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化し、
前記予等化部は、ＦＩＲフィルタを備え、前記多重化された主信号の予等化を行うように、当該ＦＩＲフィルタの重み付け係数として前記復号部で復号されたタップ係数ベクトルを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の光データ伝送システム。 - 前記光受信装置において、
前記推定部は、他方側の光トランシーバから受信した主信号と既知の基準主信号との差分を取って波形歪を求め、この波形歪の非線形歪成分が最小となるように、適応等化アルゴリズムにより前記非線形伝達関数に対応するタップ係数ベクトルを推定し、
前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された前記タップ係数ベクトルを、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、
前記光送信装置において、
前記生成部は、前記推定されたタップ係数ベクトルをコード化して制御信号を生成し、
前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化し、
前記予等化部は、非線形ＦＩＲフィルタを備え、前記多重化された主信号の予等化を行うように、当該非線形ＦＩＲフィルタの重み付け係数として前記復号部で復号されたタップ係数ベクトルを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の光データ伝送システム。 - 前記光受信装置において、
前記推定部は、仮判定処理により他方側の光トランシーバから受信した主信号のシンボルの分布が偏ったエラーベクトル群の平均値を算出し、当該算出された平均値に対応する前記非線形伝達関数を推定し、
前記復号部は、前記他方側の光トランシーバにおいて前記推定と同様に推定された非線形伝達関数を、当該他方側の光トランシーバからの光信号の受信後に復号し、
前記光送信装置において、
前記生成部は、前記推定された非線形伝達関数をコード化して制御信号を生成し、
前記多重部は、前記生成された制御信号と、前記他方側の光トランシーバへ送信する主信号とを多重化し、
前記予等化部は、前記復号部で復号された非線形伝達関数を用いて、前記他方側の光トランシーバで受信される光信号の波形歪を打ち消すように、前記多重化された主信号の予等化を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の光データ伝送システム。
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