JP6297004B2

JP6297004B2 - 光伝送装置および光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法

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Publication number: JP6297004B2
Application number: JP2015045654A
Authority: JP
Inventors: 聖史斧原; 和夫久保; 杉原　隆嗣; 隆嗣杉原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2035-03-09
Also published as: JP2016167655A

Description

本発明は、光通信システムなどのディジタル通信装置に適用される多値変調方式において、クライアント信号を分割して複数のサブキャリアを用いて伝送する際に課題となる隣接チャネルの信号干渉を精度よく補償する、光伝送装置および光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法に関するものである。

従来の光送受信装置で採用される光変調方式としては、ＯｎＯｆｆＫｅｙｉｎｇ（ＯＯＫ）、２相位相変調（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、などがある。近年、インターネットにおけるトラフィックの増大により、光通信システムの大容量化が求められており、ディジタル信号処理技術を用いた多値の位相変調信号を扱う方式が研究されている。

ここで、多値変調信号には、４相位相変調（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）、差動４相位相変調（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＱＰＳＫ：ＤＱＰＳＫ）、８相位相変調（ＥｉｇｈｔＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：８ＱＡＭ）などがある。

光強度のオン／オフを２値信号に割り当てて直接検波する従来の方式に対して、ディジタルコヒーレント受信方式は、光強度と位相情報をコヒーレント受信方式により抽出する。そして、抽出された強度と位相情報を、アナログ／ディジタル（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器により量子化し、ディジタル信号処理部によって復調を行う。

ディジタルコヒーレント受信方式の利点の１つとして、受信光の周波数および位相と局部発振光源の周波数および位相を同期させるメカニズムを、ディジタル信号処理として実装できるという利点が挙げられる。

これにより、実現難度の高い光ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）を実装しなくても、受信光の周波数および位相と局部発振光源の周波数および位相を同期させることができる。

また、ディジタルコヒーレント受信方式は、光信号対雑音比（ＯｐｔｉｃａｌＳｉｇｎａｌ―ｔｏ―ＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ：ＯＳＮＲ）耐力および伝送路の波形歪耐力があるという特徴を有する。

波形歪は、伝送路である光ファイバの屈折率が、波長の関数になることから生じる現象、あるいは、光の強度で屈折率が変わることから生じる現象であり、前者は、波長分散、後者は、非線形効果とも呼ばれる。前者の場合、一般に、信号は、ある波長帯域を持つために、それぞれの波長が感じる屈折率の違いから波形が歪む。ディジタルコヒーレント受信方式では、この波形歪みと逆関数の特性を持つディジタルフィルタ（分散補償器）を使用することにより、波形歪み補正を行う。

この時、分散補償器は、伝送路である光ファイバの波長分散の大きさを知る必要があり、このために、送受信機間で既知信号となるトレーニング系列を設ける。トレーニング系列の波形歪みの状態から、分散補償器であるディジタルフィルタの係数を求めることが可能となる（例えば、特許文献１参照）。

また、後者についても、既知信号となるトレーニング系列から非線形効果による波形歪を補正することができる（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−３１３０１３号公報特開平５−１６０８６５号公報

ＩＴＵ−ＴＲｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎＧ．７０９

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
４００Ｇｂｐｓや１Ｔｂｐｓといった超高速信号を伝送する場合には、クライアント信号を分割して複数のサブキャリア（搬送波）を用いる方法が提案されている。すなわち、１つのチャネル（周波数帯域）内でたくさんの搬送波を用意して、それぞれの搬送波により、分割したクライアント信号を並列に送信する方法がある。

この方法によれば、周波数利用効率を上げるために、ナイキストフィルタによりチャネル間隔を狭めることができる。すなわち、狭められたチャネル内で、サブキャリアの周波数を適切に選ぶことで、分割したクライアント信号を並列に送信することが可能となる。しかしながら、このような方法を採用するに当たっては、伝送中に光ファイバの波長分散や非線形効果によって生じる隣接チャネル間のチャネル間干渉を補償することが重要となる。

複数のサブキャリア間での隣接チャネル間干渉を補償するためには、復調部の適応フィルタ部にて、隣接チャネルの信号を相互に交換する必要がある。この時、受信側では、隣接チャネルの信号を、送信側からの送信時のタイミングに揃え、復調前に遅延差を補償する必要がある。

しかしながら、従来手法では、伝送路における波長分散の影響によるサブキャリア間の遅延差については、復調後のフレーム同期部等にて補償していた。このため、復調時においては、チャネル間干渉を補償することができなかった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、復調時に隣接チャネル間の遅延差を補償することのできる光伝送装置および光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法を得ることを目的とする。

本発明に係る光伝送装置は、伝送路を介してクライアント信号を複数の波長に配置して送信する送信部と、受信側で波長分離を行うことによって受信信号に対して復調処理を行う復調部を有する受信部とを備えた光伝送装置であって、受信部において、復調部の後段に設けられ、波長分離されたそれぞれのチャネルごとに、復調部から出力された復調信号からフレームを検出し、フレームの先頭を示すフレームパルスを生成するフレーム同期部と、フレーム同期部で生成された隣接チャネルのそれぞれのフレームパルスの差分値を算出することで、隣接チャネル間の時間遅延差情報を生成し、生成した時間遅延差情報を復調部にフィードバックするチャネル間遅延検出部とをさらに有し、復調部は、フィードバックされた時間遅延差情報に基づいて、ディジタルフィルタのタップ重心を移動させることで、受信信号に対して遅延補償を行った後の信号に対して復調処理を行うものである。

また、本発明に係る光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法は、伝送路を介してクライアント信号を複数の波長に配置して送信する送信部と、受信側で波長分離を行うことによって受信信号に対して復調処理を行う受信部とを備えた光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法であって、受信部において、波長分離されたそれぞれのチャネルごとに、復調処理後の信号からフレームを検出し、フレームの先頭を示すフレームパルスを生成するフレーム同期ステップと、フレーム同期ステップで生成された隣接チャネルのそれぞれのフレームパルスの差分値を算出することで、隣接チャネル間の時間遅延差情報を生成するチャネル間遅延検出ステップと、時間遅延差情報に基づいて、ディジタルフィルタのタップ重心を移動させることで、受信信号に対して遅延補償を行い、遅延補償後の信号に対して復調処理を行う復調処理ステップとを有するものである。

本発明によれば、チャネル間遅延検出部で検出した隣接チャネル間の遅延量を復調部にフィードバックする構成を備えることで、復調処理前に隣接チャネル間の遅延差を精度よく補償することのできる光伝送装置および光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るディジタル通信システムを示す構成図である。本発明の実施の形態１における図１に示した光伝送装置の詳細を示す構成図であり、サブキャリア多重送信装置の構成図に相当する。本発明の実施の形態１における図１に示した光伝送装置の詳細を示す構成図であり、サブキャリア多重受信装置の構成図に相当する。本発明の実施の形態１における図３に示した光受信フロントエンドの詳細を示す構成図である。本発明の実施の形態１における光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法に関する一連処理を示したフローチャートである。

以下、本発明の光伝送装置および光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るディジタル通信システムを示す構成図である。以下の説明においては、このようなディジタル通信システムのことを、単に「光通信システム」と称す。図１における光通信システムは、２つの光伝送装置１ａ、１ｂ、および通信路２で構成されている。

なお、以下では、光伝送装置１ａが、クライアントからの送信信号を受信して光信号を出力する光信号送信側の役目を果たすサブキャリア多重送信装置であり、光伝送装置１ｂが、通信路２を介して光信号を受信してクライアントに信号を出力する光信号受信側の役目を果たすサブキャリア多重受信装置である場合を例に説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における図１に示した光伝送装置１ａの詳細を示す構成図であり、サブキャリア多重送信装置の構成図に相当する。図２における光伝送装置１ａは、ＯＴＵｋ（ｋ＝０、１、２、３、４・・・）（ＯｐｔｉｃａｌｃｈａｎｎｅｌＴｒａｎｓｐｏｒｔＵｎｉｔ―ｋ）フレーマ生成部１１、誤り訂正符号化部１２（１）、１２（２）、シンボルマッピング部１３（１）、１３（２）、光変調部１４（１）、１４（２）、波長多重部１５を備えて構成されている。なお、ＯＴＵｋフレームに関しては、非特許文献１を参照することができ、詳細は省略する。

ＯＴＵｋフレーマ生成部１１は、クライアント送信信号を、データフレームとしてのＯＴＵｋフレームにマッピングし、フレーム同期や保守制御に必要な情報を付加して、光伝送フレームを生成する。

誤り訂正符号化部１２（１）、１２（２）は、ＯＴＵｋフレーマ生成部１１で生成されたＯＴＵｋフレームのＦＥＣ（ＦｏｒｗａｒｄＥｒｒｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）部に、誤り訂正用の冗長ビットを生成する。

シンボルマッピング部１３（１）、１３（２）は、誤り訂正符号化部１２（１）、１２（２）による符号化後の信号をシンボルマッピングし、多値変調信号を生成する。光変調部１４（１）、１４（２）は、シンボルマッピング部１３（１）、１３（２）で生成された電気信号である多値変調信号を、光信号に変換する。

そして、波長多重部１５は、光変調部１４（１）、１４（２）で変換された光信号を多重化して、伝送路に出力する。

次に、図３は、本発明の実施の形態１における図１に示した光伝送装置１ｂの詳細を示す構成図であり、サブキャリア多重受信装置の構成図に相当する。図３における光伝送装置１ｂは、波長分離部２１、光受信フロントエンド２２（１）、２２（２）、Ａ／Ｄ変換部２３（１）、２３（２）、復調部２４（１）、２４（２）、フレーム同期部２５（１）、２５（２）、誤り訂正復号部２６（１）、２６（２）、ＯＴＵｋフレーマ受信部２７、およびチャネル間遅延検出部２８を備えて構成されている。

波長分離部２１は、受信光信号を波長チャネル毎に分離する。光受信フロントエンド２２（１）、２２（２）は、波長チャネル毎に分離された光信号を電気信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換部２３（１）、２３（２）は、光受信フロントエンド２２（１）、２２（２）から出力されたアナログ電気信号を、ディジタル信号に変換する。

復調部２４（１）、２４（２）は、Ａ／Ｄ変換部２３（１）、２３（２）により変換されたディジタル信号に対してディジタル信号処理を施すことにより、送信信号を復調する。

フレーム同期部２５（１）、２５（２）は、復調部２４（１）、２４（２）により出力された復調信号から、ＯＴＵｋフレームを検出する。誤り訂正復号部２６（１）、２６（２）は、送信側で付加された冗長ビットを使用して、誤り訂正を行う。

そして、ＯＴＵｋフレーマ受信部２７は、誤り訂正復号部２６（１）、２６（２）による誤り訂正後のＯＴＵｋフレームに対して、フレーム同期や保守制御に必要な情報を終端し、クライアント受信信号をＯＴＵｋフレームからデマッピングし、クライアント受信信号を出力する。

図４は、本発明の実施の形態１における図３に示した光受信フロントエンド２２の詳細を示す構成図である。図４における光受信フロントエンド２２は、通信路２からの光受信信号を電気のアナログ信号に変換する。具体的には、この受信フロントエンド２２は、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２１、ローカルオシレータ（ＬＯ）２２２、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２３、９０°光ハイブリッド２２４（１）、２２４（２）、光電気変換器（Ｏ／Ｅ）２２５（１）〜２２５（４）、およびアンプ（ＡＭＰ）２２６（１）〜２２６（４）を備えて構成されている。

ＰＢＳ２２１は、通信路２から受信した光信号をＸ偏波とＹ偏波に分離する。一方、ＰＢＳ２２３は、ＬＯ２２２から出力されるＬＯを偏波分離する。

９０°光ハイブリッド２２４（１）、２２４（２）は、ＰＢＳ２２３により偏波分離されたそれぞれの光信号と、ＰＢＳ２２１により分離されたＸ偏波信号およびＹ偏波信号のそれぞれと、を混合する。Ｏ／Ｅ２２５（１）〜２２５（４）は、受信した光信号を電気信号に変換する。さらに、ＡＭＰ２２６（１）〜２２６（４）は、Ｏ／Ｅ変換された信号を増幅する。

なお、本実施の形態１における図３に示した光伝送装置１ｂは、波長チャネル毎のフレーム同期部２５（１）、２５（２）を跨る形で、フレーム同期部２５（１）、２５（２）からのフレーム同期信号を受信し、隣接する波長チャネルのフレーム同期のタイミングの遅延を検出し、復調部２４（１）、２４（２）にフィードバックするチャネル間遅延検出部２８を有している点を技術的特徴としている。そこで、このチャネル間遅延検出部２８の機能について、以下に詳述する。

フレーム同期部２５（１）、２５（２）は、ＯＴＵｋフレームの先頭に配置されたフレームアライメントシグナル（ＦｒａｍｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔＳｉｇｎａｌ）と呼ばれる既知の固定パターンを検出し、フレームの先頭を示すフレームパルスを生成する。

チャネル間遅延検出部２８は、フレーム同期部２５（１）、２５（２）から受信したフレームパルスに基づいて、隣接チャネル間のフレームパルスの時間遅延差情報を算出し、フレーム同期部２５（１）、２５（２）の前段である復調部２４（１）、２４（２）に送信する。

復調部２４（１）、２４（２）は、図３の右上に示すように、複数のタップからなるトランスバーサルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）として構成されている。そして、このような構成を備えた復調部２４（１）、２４（２）は、タップ毎に信号重み演算を行って、復調を行う。この時、復調部２４（１）、２４（２）は、タップの信号重みから求められる重心位置を変更することにより、タイミング調整を行う。

さらに、復調部２４（１）、２４（２）は、時間遅延差が補償された状態で、チャネル間干渉を補償するために、隣接波長チャネル間の信号を相互交換する。これにより、本実施の形態１に係る光伝送装置は、従来手法と比べて、精度よく信号干渉を補償することが可能となる。

図５は、本発明の実施の形態１における光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法に関する一連処理を示したフローチャートである。

まず、ステップＳ５０１において、受信側の復調部２４（１）、２４（２）の後段に設けられたフレーム同期部２５（１）、２５（２）のそれぞれは、ＯＴＵｋフレームの先頭に配置されたフレームアライメントシグナルと呼ばれる既知の固定パターンを検出し、フレームの先頭を示すフレームパルスを生成する。

次に、ステップＳ５０２において、チャネル間遅延検出部２８は、フレーム同期部２５（１）、２５（２）から受信したフレームパルスに基づいて、隣接チャネル間のフレームパルスの時間遅延差情報を算出する。さらに、チャネル間遅延検出部２８は、フレーム同期部２５（１）、２５（２）の前段である復調部２４（１）、２４（２）に対して、算出した時間遅延差情報をフィードバックする。

次に、ステップＳ５０３において、復調部２４（１）、２４（２）は、タップ毎に信号重み演算を行って、復調を行う。この時、復調部２４（１）、２４（２）は、フィードバックされた時間遅延差情報に基づいて、タップの信号重みから求められる重心位置を変更することにより、タイミング調整を行うことで、チャネル間の時間遅延差を補償する。

次に、ステップＳ５０４において、復調部２４（１）、２４（２）は、時間遅延差が補償された状態で、隣接波長チャネル間の信号を相互交換することで、タイミングが揃った隣接チャネルの信号と自身の信号とを用いて、隣接チャネル間干渉を補償する。

以上のように、実施の形態１によれば、クライアント信号を複数の波長に配置し伝送する際に、誤り訂正符号化後の光信号の受信側において、フレーム同期部で検出した隣接チャネル間の遅延量を復調部にフィードバックし、復調部にてディジタルフィルタのタップ重心を移動させることで遅延補償を行い、遅延補償後の信号を相互交換することで、チャネル間干渉量の計算および補償を復調部で行う構成を備えている。この結果、復調時に、隣接チャネル間での遅延差を補償することができるとともに、隣接チャネル間干渉を精度よく補償することが可能となる。

なお、上述した実施の形態１では、隣接チャネル間の遅延差および信号干渉を補償する場合について説明したが、本発明は、このようなシステムに限定されるものではない。マルチコアファイバやマルチモードファイバなど、複数のコア、あるいはモードを用いて伝送するシステムに対しても、適応可能である。そして、本発明によれば、波長、偏波、モード、コアの異なる信号間の遅延差を、復調部で補償することが可能となる。

１ａ、１ｂ光伝送装置、２通信路、１１ＯＴＵｋフレーマ生成部、１２（１）、１２（２）誤り訂正符号化部、１３（１）、１３（２）シンボルマッピング部、１４（１）、１４（２）光変調部、１５波長多重部、２１波長分離部、２２（１）、２２（２）光受信フロントエンド、２３（１）、２３（２）Ａ／Ｄ変換部、２４（１）、２４（２）復調部、２５（１）、２５（２）フレーム同期部、２６（１）、２６（２）誤り訂正復号部、２７ＯＴＵｋフレーマ受信部、２８チャネル間遅延検出部、２２１偏波ビームスプリッタ、２２２ローカルオシレータ、２２３偏波ビームスプリッタ、２２４（１）、２２４（２）９０°光ハイブリッド、２２５（１）〜２２５（４）光電気変換器、２２６（１）〜２２６（４）アンプ。

Claims

伝送路を介してクライアント信号を複数の波長に配置して送信する送信部と、
受信側で波長分離を行うことによって受信信号に対して復調処理を行う復調部を有する受信部と
を備えた光伝送装置であって、
前記受信部において、前記復調部の後段に設けられ、波長分離されたそれぞれのチャネルごとに、前記復調部から出力された復調信号からフレームを検出し、前記フレームの先頭を示すフレームパルスを生成するフレーム同期部と、
前記フレーム同期部で生成された隣接チャネルのそれぞれの前記フレームパルスの差分値を算出することで、前記隣接チャネル間の時間遅延差情報を生成し、生成した前記時間遅延差情報を前記復調部にフィードバックするチャネル間遅延検出部と
をさらに有し、
前記復調部は、フィードバックされた前記時間遅延差情報に基づいて、ディジタルフィルタのタップ重心を移動させることで、前記受信信号に対して遅延補償を行った後の信号に対して復調処理を行う
光伝送装置。
前記送信部は、前記クライアント信号を波長多重して送信する
請求項１に記載の光伝送装置。
前記隣接チャネルは、マルチコアファイバあるいはマルチモードファイバの隣接モードであり、
前記受信部は、波長または偏波が異なる信号間に対して前記遅延補償を行う
請求項１または２に記載の光伝送装置。
前記復調部は、前記受信信号に対して前記遅延補償を行った後の信号を、前記隣接チャネル間同士で相互交換することで隣接チャネル間干渉を補償し、前記隣接チャネル間干渉を補償した後の信号に対して前記復調処理を行う
請求項１から３のいずれか１項に記載の光伝送装置。
伝送路を介してクライアント信号を複数の波長に配置して送信する送信部と、
受信側で波長分離を行うことによって受信信号に対して復調処理を行う受信部と
を備えた光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法であって、
前記受信部において、
波長分離されたそれぞれのチャネルごとに、前記復調処理後の信号からフレームを検出し、前記フレームの先頭を示すフレームパルスを生成するフレーム同期ステップと、
前記フレーム同期ステップで生成された隣接チャネルのそれぞれの前記フレームパルスの差分値を算出することで、前記隣接チャネル間の時間遅延差情報を生成するチャネル間遅延検出ステップと、
前記時間遅延差情報に基づいて、ディジタルフィルタのタップ重心を移動させることで、前記受信信号に対して遅延補償を行い、遅延補償後の信号に対して前記復調処理を行う復調処理ステップと
を有する光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法。
前記受信部において、
前記復調処理ステップは、前記受信信号に対して前記遅延補償を行った後の信号を、前記隣接チャネル間同士で相互交換することで隣接チャネル間干渉を補償し、前記隣接チャネル間干渉を補償した後の信号に対して前記復調処理を行う
請求項５に記載の光伝送装置に適用される隣接チャネル間の遅延差補償方法。