JP6464727B2

JP6464727B2 - 信号処理装置、光受信装置、光通信システム、信号処理方法および光受信方法

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Publication number: JP6464727B2
Application number: JP2014259793A
Authority: JP
Inventors: 和佳子安田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-12-24
Also published as: JP2016119641A

Description

本発明は、信号処理装置、光受信装置、光通信システム、信号処理方法および光受信方法に関し、特に、偏波多重ＱＰＳＫ（ＱｕａｔｅｒｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号や偏波多重１６ＱＡＭ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号等を扱う信号処理装置、光受信装置、光通信システム、信号処理方法および光受信方法に関する。

インターネットの普及に伴い、通信は我々の生活インフラの一部となっている。ユーザ一人当たりが取り扱うデータ量は年々増加しており、ネットワークトラフィックも増え続けている。ネットワークインフラの中でも基幹通信を担う光ファイバ伝送路では、１チャネル当たりの容量が１００Ｇｂ／ｓの光伝送システムが実用化され、今後は１００Ｇｂ／ｓシステムの長距離化、および、４００Ｇｂ／ｓシステムなどの大容量化が望まれる。

１００Ｇｂ／ｓシステムにおいて用いられる変調方式の一つに、偏波多重ＱＰＳＫ変調方式がある。一般的なデジタルコヒーレント受信器において、偏波多重ＱＰＳＫ信号は、コヒーレント光フロントエンドとデジタル信号処理ＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）との組み合わせによって受信される。

偏波多重ＱＰＳＫ信号は、コヒーレント光フロントエンドの９０°ハイブリッドにおいて、局所光と干渉されることによって光の搬送波成分の大部分がキャンセルされた後、光電変換およびアナログ・デジタル変換等が施され、デジタル信号処理ＬＳＩに入力される。そして、デジタル信号処理ＬＳＩは、偏波多重ＱＰＳＫ信号が伝送路を伝搬する際に受けた波長分散効果を補償し、ＣＭＡ（ＣｏｎｓｔａｎｔＭｏｄｕｌｕｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いて適応等化フィルタを制御し偏波多重信号を分離する。さらに、デジタル信号処理ＬＳＩは、ＤＤＰＬＬ（ＤｅｃｉｓｉｏｎＤｉｒｅｃｔｅｄＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）アルゴリズム等を用いて光信号と局所光の位相差および周波数差を補償することによって、ＱＰＳＫ変調方式の復調信号を出力する。上述のデジタルコヒーレント受信器は、特許文献１〜３等に開示されている。

一方、４００Ｇｂ／ｓシステムにおいては、ＱＰＳＫ変調方式よりも多値度が高い１６ＱＡＭ方式が最有力候補となっている。偏波多重１６ＱＡＭ信号を偏波分離する場合、ＣＭＡによる適応等化フィルタの係数制御では偏波多重信号を十分に分離することができない。そこで、偏波多重１６ＱＡＭ信号の偏波分離アルゴリズムとして、ＤＤ（ＤｅｃｉｓｉｏｎＤｉｒｅｃｔｅｄ）アルゴリズムやＲＤＥ（ＲａｄｉｕｓＤｉｒｅｃｔｅｄＥｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）アルゴリズムが用いられる。

国際公開第２０１２／１１１８４７号国際公開第２０１０／１２８５７７号特開２００９−２９６５９６号公報

光信号が伝送路で受けた波長分散効果を信号処理ＬＳＩで補償する場合、局所光のレーザ線幅の影響により波長分散補償を施しても完全に補償できず劣化が生じる。これを残留歪と呼ぶ。特に、ＱＰＳＫ信号を用いた長距離通信の場合、伝送路で受ける波長分散効果が大きくなるため、デジタル信号処理ＬＳＩにおける波長分散補償量も大きくなり、波長分散補償後の残留歪が大きくなる。さらに、１６ＱＡＭ信号の場合はＱＰＳＫ信号よりも多値度が高いことから、ＱＰＳＫ信号では許容できた残留歪が無視できなくなる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、局所光のレーザ線幅に起因する残留歪が緩和された高品質の復調信号を取得できる信号処理装置、光受信装置、光通信システム、信号処理方法および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信号処理装置は、局所光を用いて光信号をコヒーレント検波することにより得られるデジタル受信信号に対してフィルタ係数によって定まるフィルタ処理を施すフィルタ手段と、前記局所光のレーザ線幅と前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償するための波長分散補償量とに基づいて振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を決定するステップ係数決定手段と、前記第１のステップ係数、前記第２のステップ係数および前記光信号と前記局所光の位相差に基づいて前記フィルタ係数を更新する係数更新手段と、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装置は、入力された光信号を局所光源から出力された局所光と干渉させ、光電変換およびアナログ・デジタル変換してデジタル受信信号として出力する信号検出手段と、前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償して波長分散補償信号を出力する波長分散補償手段と、適応等化フィルタを用いて前記波長分散補償信号を偏波分離して偏波分離信号を出力する偏波分離手段と、前記偏波分離信号を復調して復調信号を出力する復調手段と、前記局所光源から出力された前記局所光のレーザ線幅と前記波長分散補償手段における波長分散補償量とに基づいてステップ係数を決定するステップ係数決定手段と、前記ステップ係数および前記信号検出手段において生じた前記光信号と前記局所光の位相差に基づいて前記適応等化フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光通信システムは、搬送波を変調して偏波多重することにより生成された光信号を伝送路へ出力する光送信装置と、前記伝送路を介して前記光信号が入力し、復調信号を生成して出力する上記の光受信装置と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る信号処理方法は、局所光を用いて光信号をコヒーレント検波することにより得られるデジタル受信信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ手段のフィルタ係数を更新する信号処理方法であって、前記局所光のレーザ線幅と前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償するための波長分散補償量とに基づいて振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を決定し、前記第１のステップ係数、前記第２のステップ係数および前記光信号と前記局所光の位相差に基づいて前記フィルタ係数を更新する。

上記目的を達成するために本発明に係る光受信方法は、入力された光信号を、局所光源から出力された局所光と干渉させ、光電変換およびアナログ・デジタル変換により信号検出してデジタル受信信号として出力し、前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を波長分散補償して波長分散補償信号を出力し、前記局所光源から出力された前記局所光のレーザ線幅と前記波長分散補償における波長分散補償量とに基づいてステップ係数を決定し、前記ステップ係数および前記信号検出で生じた前記光信号と前記局所光の位相差に基づいて適応等化フィルタのフィルタ係数を更新し、前記適応等化フィルタを用いて前記波長分散補償信号を偏波分離して偏波分離信号を出力し、前記偏波分離信号を復調して復調信号を出力する。

上述した本発明の態様によれば、局所光のレーザ線幅に起因する残留歪が緩和された高品質の復調信号を取得できる。

第１の実施形態に係る適応等化手段１の機能構成図である。第１の実施形態に係る光受信装置１０のブロック構成図である。第２の実施形態に係る光通信システム１００のシステム構成図である。第２の実施形態に係る光受信装置４００のブロック構成図である。第２の実施形態に係る偏波分離部６３０のフィルタ構成図である。第２の実施形態に係る復調部６４０およびその関連部のブロック構成図である。第２の実施形態に係る別の復調部６４０Ｂおよびその関連部のブロック構成図である。第３の実施形態に係る光受信装置４００Ｃのブロック構成図である。

＜第１の実施形態＞
本発明に係る第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る適応等化手段の機能構成図を図１に示す。図１において、適応等化手段１は、ステップ係数決定手段２、係数更新手段３およびフィルタ手段４を備える。ここで、適応等化手段１が請求項の信号処理装置に相当する。

ステップ係数決定手段２は、局所光のレーザ線幅と光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償するための波長分散補償量とに基づいて振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を決定する。ステップ係数決定手段２は、決定した第１のステップ係数および第２のステップ係数を係数更新手段３へ出力する。

係数更新手段３は、入力された第１のステップ係数、第２のステップ係数および光信号と局所光の位相差に基づいてフィルタ手段４のフィルタ係数を更新する。

フィルタ手段４は、局所光を用いて光信号をコヒーレント検波することにより得られるデジタル受信信号が入力されると共に、フィルタ係数が係数更新手段３によって適宜更新される。フィルタ手段４は、該更新されたフィルタ係数によって定まるフィルタ処理を、入力されたデジタル受信信号に施す。

以上のように構成された適応等化手段１は、局所光のレーザ線幅と、光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償するための波長分散補償量と、に基づいて振幅成分に係わる第１のステップ係数および位相成分に係わる第２のステップ係数を決定する。そして、決定した第１のステップ係数、第２のステップ係数、および光信号と局所光の位相差に基づいてフィルタ手段４のフィルタ係数を更新する。そして、フィルタ手段４は、更新されたフィルタ係数によって定まるフィルタ処理を入力されたデジタル受信信号に施す。これにより、デジタル受信信号から局所光のレーザ線幅に起因する残留歪が補償される。

次に、図１の適応等化手段１を光受信装置に適用する場合について説明する。この場合の光受信装置のブロック構成図を図２に示す。図２において、光受信装置１０は、信号検出手段２０、波長分散補償手段３０、偏波分離手段４０、復調手段５０、係数更新手段６０およびステップ係数決定手段７０を備える。

信号検出手段２０は、入力された光信号を、局所光を用いてコヒーレント検波することによってデジタル受信信号を生成し、波長分散補償手段３０へ出力する。具体的には、信号検出手段２０は、局所光を生成して出力する局所光源２１を備え、光受信装置１０に入力された光信号と局所光源２１において生成した局所光とを干渉させる。信号検出手段２０はさらに、干渉させた光信号を光電変換およびアナログ・デジタル変換し、デジタル受信信号を波長分散補償手段３０へ出力する。

波長分散補償手段３０は、入力されたデジタル受信信号に含まれている、光信号が伝送路を伝搬する際に受けた波長分散効果を補償し、波長分散補償信号を偏波分離手段４０へ出力する。

偏波分離手段４０は、フィルタ係数が係数更新手段６０によって適宜更新される適応等化フィルタから構成される。偏波分離手段４０は、適応等化フィルタを用いて、入力された波長分散補償信号を偏波分離すると共に局所光源２１から出力された局所光のレーザ線幅に起因する残留歪を補償し、偏波分離信号を復調手段５０へ出力する。

復調手段５０は、入力された偏波分離信号から、信号検出手段２０に入力された光信号と局所光源２１から出力された局所光との位相差を推定する。そして、復調手段５０は、推定した位相差について偏波分離信号を位相補償し、さらに、最も近い多値変調信号のシンボル位置を決定して復調信号を出力する。

係数更新手段６０は、信号検出手段２０で生じた光信号と局所光の位相差を取得し、取得した位相差およびステップ係数決定手段７０から出力されたステップ係数に基づいて、適応等化フィルタのフィルタ係数を適宜更新する。係数更新手段６０は、例えば、位相差を復調手段５０から取得することができる。

ステップ係数決定手段７０は、局所光源２１から出力された局所光のレーザ線幅と波長分散補償手段３０における波長分散補償量とを取得し、取得したレーザ線幅および波長分散補償量に基づいて最適なステップ係数を決定し、係数更新手段６０へ出力する。

本実施形態において、波長分散補償手段３０は、光信号が伝送路を伝搬する際に受けた波長分散効果を補償するが、局所光源２１から出力された局所光のレーザ線幅の影響により波長分散を十分に補償することはできず、残留歪が生じる。そこで、本実施形態においては、係数更新手段６０が、ＲＤＥアルゴリズムに基づく係数更新式に、位相差およびステップ係数を用いた係数更新式を加えることで、偏波分離手段４０においてレーザ線幅に起因する残留歪を補償する。

偏波分離手段４０、係数更新手段６０およびステップ係数決定手段７０について詳細に説明する。ステップ係数決定手段７０は、局所光源２１から出力された局所光のレーザ線幅と波長分散補償手段３０における波長分散補償量とを取得し、これらに対応するステップ係数を決定して係数更新手段６０へ出力する。本実施形態において、ステップ係数は、振幅成分に係る第１のステップ係数と位相成分に係る第２のステップ係数とを含む。この場合、ステップ係数決定手段７０は、レーザ線幅と波長分散補償量とに基づいて第１のステップ係数を決定し、レーザ線幅に基づいて第２のステップ係数を決定する。

係数更新手段６０は、信号検出手段２０で生じた光信号と局所光の位相差を取得し、取得した位相差とステップ係数決定手段７０から出力された第１のステップ係数および第２のステップ係数を用いて、適応等化フィルタのフィルタ係数を更新する。振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を用いて適応等化フィルタのフィルタ係数を更新することにより、偏波分離手段４０において、波長分散補償信号が偏波分離されると共に局所光源２１から出力されたレーザ線幅に起因する残留歪が補償される。

上記のように構成された光受信装置１０は、ステップ係数決定手段７０においてレーザ線幅および波長分散補償量に対応するステップ係数を決定し、係数更新手段６０において、信号検出手段２０で生じる光信号と局所光の位相差およびステップ係数に基づいて適応等化フィルタのフィルタ係数を更新する。これにより、偏波分離手段４０において、波長分散補償信号が偏波分離されると共に波長分散補償手段３０において生じた残留歪が補償される。従って、本実施形態に係る光受信装置１０は、局所光のレーザ線幅に起因する残留歪が緩和された高品質の復調信号を取得することができる。

＜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通信システムのシステム構成図を図３に示す。図３において、光通信システム１００は、光送信装置２００、伝送路３００および光受信装置４００によって構成される。本実施形態に係る光通信システム１００は、例えば、ＱＰＳＫ変調方式やＱＡＭ方式によって通信を行うシステムである。

光送信装置２００および光受信装置４００は、伝送路３００を介して互いに接続されている。光送信装置２００は、送信すべき複数の信号を用いて搬送波を変調することにより、偏波多重された光信号を生成する。生成された光信号は、伝送路３００を介して光受信装置４００へ送信される。伝送路３００は、光ファイバなどによって構成される。

光受信装置４００は、伝送路３００を介して光送信装置２００から送信された光信号を復調する。本実施形態に係る光受信装置４００のブロック構成図を図４に示す。図４において、光受信装置４００は、信号検出部５００および信号処理部６００を備える。

信号検出部５００は、局所光源（ＬＯ：ｌｏｃａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）５１０、光９０°ハイブリッド５２０、光電変換部（Ｏ／Ｅ：ｏｐｔｉｃ−ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）５３０およびアナログ・デジタル変換部（ＡＤＣ：ａｎａｌｏｇｔｏｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）５４０を備える。信号検出部５００は、伝送路３００を介して光送信装置２００から送信された光信号と局所光とを干渉させ、光電変換およびアナログ・デジタル変換を施して、４つのデジタル信号を信号処理部６００へ出力する。

信号処理部６００は、偏波信号生成部６１０、波長分散補償部６２０、偏波分離部６３０、復調部６４０、係数更新部６５０およびステップサイズ決定部６６０を備え、信号検出部５００から入力された４つのデジタル信号から復調信号を生成して出力する。

先ず、信号検出部５００の各要素について詳細に説明する。

ＬＯ５１０は、局所光を生成して光９０°ハイブリッド５２０へ出力する。

光９０°ハイブリッド５２０は、伝送路３００を介して光送信装置２００から入力された光信号と、ＬＯ５１０から入力された局所光とを干渉させて４つの光信号を生成し、Ｏ／Ｅ５３０へ出力する。本実施形態に係る光９０°ハイブリッド５２０は、光信号と局所光とを位相差０で干渉させて第１光信号（Ｉ_ｘ）を生成し、光信号と局所光とを位相差π／２で干渉させて第２光信号（Ｑ_ｘ）を生成する。さらに、光９０°ハイブリッド５２０は、光信号と局所光とを位相差０で干渉させて第３光信号（Ｉ_ｙ）を生成し、光信号と局所光とを位相差π／２で干渉させて第４光信号（Ｑ_ｙ）を生成する。第１光信号および第２光信号と、第３光信号および第４光信号とは、それぞれ１組の信号を形成する。

Ｏ／Ｅ５３０は、入力された４つの光信号を４つのアナログ信号へそれぞれ変換してＡＤＣ５４０へ出力する。Ｏ／Ｅ５３０は、第１光信号（Ｉ_ｘ）を第１アナログ信号（Ｉ_ｘ）へ、第２光信号（Ｑ_ｘ）を第２アナログ信号（Ｑ_ｘ）へ、第３光信号（Ｉ_ｙ）を第３アナログ信号（Ｉ_ｙ）へ、第４光信号（Ｑ_ｙ）を第４アナログ信号（Ｑ_ｙ）へ変換する。

ＡＤＣ５４０は、入力された４つのアナログ信号を４つのデジタル信号へそれぞれ変換して（量子化）、デジタル信号として信号処理部６００の偏波信号生成部６１０へ出力する。ＡＤＣ５４０は、第１アナログ信号（Ｉ_ｘ）を変換した第１デジタル信号（Ｉ_ｘ）および第２アナログ信号（Ｑ_ｘ）を変換した第２デジタル信号（Ｑ_ｘ）を偏波信号生成部６１０の複素信号生成部６１１へ出力し、第３アナログ信号（Ｉ_ｙ）を変換した第３デジタル信号（Ｉ_ｙ）および第４アナログ信号（Ｑ_ｙ）を変換した第４デジタル信号（Ｑ_ｙ）を偏波信号生成部６１０の複素信号生成部６１２へ出力する。

次に、信号処理部６００の各要素について詳細に説明する。

偏波信号生成部６１０は、複素信号生成部６１１、６１２を備える。複素信号生成部６１１は、入力された第１デジタル信号（Ｉ_ｘ）と第２デジタル信号（Ｑ_ｘ）とを用いて、複素信号である第１の偏波信号Ｅ_ｘを生成して波長分散補償部６２０へ出力する。一方、複素信号生成部６１２は、入力された第３デジタル信号（Ｉ_ｙ）と第４デジタル信号（Ｑ_ｙ）とを用いて、複素信号である第２の偏波信号Ｅ_ｙを生成して波長分散補償部６２０へ出力する。ここで、偏波信号Ｅ_ｘ、Ｅ_ｙは、下記の式（１）、（２）で表される。

波長分散補償部６２０は、入力された第１の偏波信号Ｅ_ｘおよび第２の偏波信号Ｅ_ｙについて、光信号が伝送路３００を伝播する際に受けた波長分散効果を補償し、波長分散補償信号ｅ_ｘ、ｅ_ｙを偏波分離部６３０へ出力する。波長分散補償部６２０は、光信号が伝送路３００を伝搬する際に受けた波長分散効果を補償するとき、ＬＯ５１０から出力された局所光のレーザ線幅の影響による波長分散を十分に補償できないため、歪が残存する。以下、これを残留歪と記載する。

例えば、ＱＰＳＫ変調方式を用いる場合、伝送路３００において受ける波長分散効果が大きいため、波長分散補償部６２０における波長分散補償量も大きくなり、波長分散補償後の残留歪も大きくなる。さらに、１６ＱＡＭ変調方式を用いる場合、ＱＰＳＫ信号よりも多値度が高いことからＱＰＳＫ信号では許容できた残留歪が無視できなくなる。そこで、本実施形態においては、局所光のレーザ線幅に起因する残留歪を、偏波分離部６３０において補償する。

偏波分離部６３０は、入力された波長分散補償信号ｅ_ｘ、ｅ_ｙの偏波成分を分離すると共に局所光のレーザ線幅に起因する残留歪を補償し、偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙを復調部６４０へ出力する。偏波分離部６３０のフィルタ構成図を図５に示す。図５において、偏波分離部６３０は、適応等化フィルタ６３１、６３２を含む偏波分離部６３０ｘと、適応等化フィルタ６３３、６３４を含む偏波分離部６３０ｙとに分類される。適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数をそれぞれｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙとすると、偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙは下記の式（３）、式（４）によって表される。

適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙは、係数更新部６５０によって適宜更新される。係数更新部６５０が適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新することにより、波長分散補償信号ｅ_ｘ、ｅ_ｙが偏波分離されると共に局所光のレーザ線幅に起因する残留歪が補償される。

復調部６４０は、入力された偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙを復調して復調信号ｄ_x、ｄ_ｙを出力する。復調部６４０およびその関連部のブロック構成図の一例を図６に示す。図６において、復調部６４０は復調部６４０ｘと復調部６４０ｙとに分類される。復調部６４０ｘ、６４０ｙはそれぞれ、位相補償部６４１ｘ、６４１ｙ、判定部６４２ｘ、６４２ｙ、位相比較部６４３ｘ、６４３ｙ、ループフィルタ部（ＬＦ：ＬｏｏｐＦｉｌｔｅｒ）６４４ｘ、６４４ｙおよび位相追従部６４５ｘ、６４５ｙを備える。

位相補償部６４１ｘ、６４１ｙは、偏波分離部６３０ｘ、６３０ｙから出力された偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙの位相を、位相追従部６４５ｘ、６４５ｙから出力された追従位相φ_x、φ_ｙに基づいて補償し、位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙを判定部６４２ｘ、６４２ｙへ出力する。これにより、光信号と局所光との位相差が補償される。位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙは、下記の式（５）、式（６）によって表される。

判定部６４２ｘ、６４２ｙは、入力された位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙについて最も近いシンボルを判定して、復調信号ｄ_x、ｄ_ｙを出力する。例えば、光信号がＱＰＳＫ変調方式の場合、判定部６４２ｘ、６４２ｙから出力される復調信号ｄ_x、ｄ_ｙは下記の式（７）に従う。また、例えば、光信号が１６ＱＡＭ方式の場合、判定部６４２ｘ、６４２ｙから出力される復調信号ｄ_x、ｄ_ｙは下記の式（８）に従う。ここで、ｚ＝ｘまたはｙである。なお、変調方式は、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭに限定されない。

位相比較部６４３ｘ、６４３ｙは、判定部６４２ｘ、６４２ｙへ入力された位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙと判定部６４２ｘ、６４２ｙから出力された復調信号ｄ_x、ｄ_ｙとの位相を比較し、位相差をＬＦ６４４ｘ、６４４ｙへ出力する。

ＬＦ６４４ｘ、６４４ｙは、入力された位相差から高周波成分を除去し、平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを取得して、位相追従部６４５ｘ、６４５ｙおよび係数更新部６５０ｘ、６５０ｙへ出力する。

位相追従部６４５ｘ、６４５ｙは、入力された平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙから追従位相φ_x、φ_ｙを算出し、算出した追従位相φ_x、φ_ｙを位相補償部６４１ｘ、６４１ｙへ出力する。

復調部６４０における一連のフィードバックループが収束することにより、位相追従部６４５ｘ、６４５ｙから出力される追従位相φ_x、φ_ｙは、光受信装置４００に入力された光信号とＬＯ５１０において生成された局所光との位相差と一致する。従って、位相補償部６４１ｘ、６４１ｙが入力された追従位相φ_x、φ_ｙに基づいて偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙの位相を補償することにより、光受信装置４００に入力された光信号と局所光との位相差が補償される。

係数更新部６５０には、ステップサイズ決定部６６０からステップサイズμ、ステップサイズＫが入力されると共に、復調６４０のＬＦ６４４から平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙが入力される。係数更新部６５０は、入力されたステップサイズμ、ステップサイズＫおよび平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを用いて、適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新する。ここで、係数更新部６５０は、係数更新部６５０ｘと係数更新部６５０ｙとに分類される。前出の図６に示すように、係数更新部６５０ｘは、偏波分離部６３０ｘの適応等化フィルタ６３１、６３２のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙを更新し、係数更新部６５０ｙは、偏波分離部６３０ｙの適応等化フィルタ６３３、６３４のフィルタ係数ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新する。係数更新部６５０におけるフィルタ係数の更新については後述する。

ステップサイズ決定部６６０は、例えば、ルックアップテーブルから構成され、波長分散補償量およびレーザ線幅に対応付けられたステップサイズμおよびステップサイズＫを複数保持する。ここで、ステップサイズμは振幅成分の補償度合を示し、ステップサイズＫは、位相成分の補償度合を示す。残留歪の振幅成分は局所光のレーザ線幅と波長分散補償量とによって決まることから、ステップサイズμは局所光のレーザ線幅と波長分散補償量とに基づいて決定される。一方、残留歪の位相成分は局所光のレーザ線幅に対応することから、ステップサイズＫは局所光のレーザ線幅に基づいて決定される。ここで、ステップサイズμが請求項の第１のステップ係数に相当し、ステップサイズＫが請求項の第２のステップ係数に相当する。

ステップサイズ決定部６６０は、例えば、波長分散補償部６２０における波長分散補償量および局所光のレーザ線幅を取得することにより、これらに対応するステップサイズμおよびステップサイズＫを抽出して係数更新部６５０へ出力する。ここで、レーザ線幅は、ＬＯ５１０から出力される局所光をモニタするモニタ部をＬＯ５１０の後段に配置することによって、該モニタ部から取得することができる。なお、レーザ線幅はＬＯ５１０から出力される局所光をモニタして取得することに限定されず、予めステップサイズ決定部６６０において保持しておくこともできるし、モニタ部以外から取得することもできる。

次に、係数更新部６５０におけるフィルタ係数更新について詳細に説明する。本実施形態に係る係数更新部６５０は、ＲＤＥアルゴリズムの係数更新式にステップサイズＫおよび平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを用いた位相方向の補償を加えることによって取得される係数更新式を用いて、適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新する。

ＲＤＥアルゴリズムに基づく係数更新式は、偏波分離部６３０ｘ、６３０ｙへの入力信号ｅ_x、ｅ_ｙ（複素共役はｅ^* _x、ｅ^* _ｙ）、偏波分離部６３０ｘ、６３０ｙからの出力信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙ、半径Ｒ_ｉ（なお、ＱＰＳＫの場合は半径Ｒ_１のみ、１６ＱＡＭの場合は３種Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３を使用する。）およびステップサイズμを用いて、下記の式（９）〜式（１２）で表される。ＲＤＥアルゴリズムに基づいて、式（９）〜式（１２）により適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新することにより、波長分散補償信号ｅ_ｘ、ｅ_ｙが偏波分離される。

しかし、ＲＤＥアルゴリズムは歪の振幅成分を補償できるものの、位相成分を補償することはできない。上述のように、局所光のレーザ線幅に起因する残留歪には、振幅成分と位相成分とが含まれることから、本実施形態に係る係数更新部６５０は、ＲＤＥアルゴリズムに基づく振幅成分の補償を表す係数更新式（９）〜式（１２）に、ステップサイズＫと平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙとを用いた位相成分の補償を加え、適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを下記の式（１３）〜式（１６）のように更新する。

係数更新部６５０が、式（１３）〜式（１６）を用いて適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新することにより、偏波分離部６３０において、波長分散補償信号ｅ_x、ｅ_ｙが偏波分離されると共に局所光のレーザ線幅に起因する残留歪が補償される。

以上のように、本実施形態に係る光受信装置４００は、局所光のレーザ線幅と波長分散補償量とに応じた最適なステップサイズμおよびステップサイズＫを適宜設定し、偏波分離アルゴリズムであるＲＤＥアルゴリズムに位相方向の補償を追加することにより、適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを制御する。これにより、波長分散補償部６２０における波長分散補償後の残留歪を、その後の偏波分離部６３０における適応等化フィルタ６３１〜６３４により高精度に補償できる。

また、波長分散補償量およびレーザ線幅に基づいて決定されるステップサイズμおよびステップサイズＫを予めステップサイズ決定部６６０に記憶しておき、その時の波長分散補償量およびレーザ線幅に対応するステップサイズμおよびステップサイズＫをステップサイズ決定部６６０から読み出して係数更新部６５０において用いることにより、光受信装置４００における処理負荷を低減することができる。

ここで、光受信装置４００に、図７に示す復調部６４０Ｂを適用することもできる。図７において、復調部６４０Ｂは、復調部６４０Ｂｘと復調部６４０Ｂｙとに分類される。復調部６４０Ｂｘ、６４０Ｂｙはそれぞれ、位相補償部６４１Ｂｘ、６４１Ｂｙ、判定部６４２Ｂｘ、６４２Ｂｙ、位相推定部６４６Ｂｘ、６４６Ｂｙおよびループフィルタ部（ＬＦ）６４７Ｂｘ、６４７Ｂｙを備える。

位相推定部６４６Ｂｘ、６４６Ｂｙは、例えば、Ｍ-th powerアルゴリズムを用いて偏波分離部６３０ｘ、６３０ｙから出力された偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙに含まれている位相差を算出してＬＦ６４７Ｂｘ、６４７Ｂｙへ出力する。

ＬＦ６４７Ｂｘ、６４７Ｂｙは、入力された位相差から高周波成分を除去し、取得した平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを、位相補償部６４１Ｂｘ、６４１Ｂｙおよび係数更新部６５０ｘ、６５０ｙへ出力する。

位相補償部６４１Ｂｘ、６４１Ｂｙは、偏波分離部６３０ｘ、６３０ｙから出力された偏波分離信号ｅ^' _x、ｅ^' _ｙの位相を、ＬＦ６４７Ｂｘ、６４７Ｂｙから出力された平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙに基づいて補償し、位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙを判定部６４２Ｂｘ、６４２Ｂｙへ出力する。本実施形態において、位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙは、下記の式（１７）、式（１８）によって表される。

判定部６４２Ｂｘ、６４２Ｂｙは、入力された位相補償信号ｅ^” _x、ｅ^” _ｙについて最も近いシンボルを判定して、前出の式（７）、式（８）等で表される復調信号ｄ_x、ｄ_ｙを出力する。

図７に示す復調部６４０Ｂを適用する場合においても、ステップサイズ決定部６６０は、局所光のレーザ線幅と分散補償量とに基づいてステップサイズμおよびステップサイズＫを決定する。そして、係数更新部６５０ｘ、６５０ｙは、ＲＤＥアルゴリズムの係数更新式に、決定されたステップサイズＫおよびＬＦ６４７Ｂｘ、６４７Ｂｙから出力された平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを用いた位相成分の補償を加え、前出の式（１３）〜式（１６）を用いて適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新する。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る光受信装置のブロック構成図を図８に示す。本実施形態に係る光受信装置４００Ｃは、第２の実施形態で説明した図４の光受信装置４００において、偏波信号生成部６１０の後段に、位相推定部７１０Ｃおよびループフィルタ部（ＬＦ）７２０Ｃを備える位相差算出部７００Ｃを配置することによって形成される。

位相推定部７１０Ｃは、例えば、２倍以上のオーバーサンプリングを施された第１の偏波信号Ｅ_ｘおよび第２の偏波信号Ｅ_ｙのそれぞれについて、１サンプル前の信号データの共役複素数との積を計算する。そして、位相推定部７１０Ｃは、これらの乗算結果である複素数値から偏角を算出し、位相差を出力する。

ＬＦ７２０Ｃは、位相推定部７１０Ｃから出力された位相差に含まれる高周波成分を除去し、取得した平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを係数更新部６５０へ出力する。

係数更新部６５０は、ＲＤＥアルゴリズムの係数更新式に、ステップサイズ決定部６６０から出力されたステップサイズＫおよび位相差算出部７００Ｃから出力された平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙによる位相成分の補償を加えた、前出の式（１３）〜式（１６）を用いて、適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙを更新する。

以上のように、本実施形態に係る光受信装置４００Ｃは、局所光のレーザ線幅および波長分散補償量に基づいて最適なステップサイズμおよびステップサイズＫを適宜設定し、偏波分離アルゴリズムであるＲＤＥアルゴリズムに位相成分の補償を追加する。そして、位相成分の補償が追加された前出の式（１３）〜式（１６）を用いて適応等化フィルタ６３１〜６３４のフィルタ係数ｈ_ｘｘ、ｈ_ｘｙ、ｈ_ｙｘ、ｈ_ｙｙが更新されることにより、波長分散補償部６２０における波長分散補償後の残留歪が偏波分離部６３０において高精度に補償される。

また、本実施形態に係る光受信装置４００Ｃは、位相差算出部７００Ｃにおいて平均位相差Δφ_x、Δφ_ｙを取得する。この場合、復調部６４０における負荷を低減させることができる。

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。

１適応等化手段
２ステップ係数決定手段
３係数更新手段
４フィルタ手段
１０光受信装置
２０信号検出手段
２１局所光源
３０波長分散補償手段
４０偏波分離手段
５０復調手段
６０係数更新手段
７０ステップ係数決定手段
１００光通信システム
２００光送信装置
３００伝送路
４００、４００Ｃ光受信装置
５００信号検出部
５１０局所光源
５２０光９０°ハイブリッド
５３０光電変換部
５４０アナログ・デジタル変換部
６００信号処理部
６１０偏波信号生成部
６２０波長分散補償部
６３０偏波分離部
６３１〜６３４適応等化フィルタ
６４０、６４０Ｂ復調部
６４１、６４１Ｂ位相補償部
６４２、６４２Ｂ判定部
６４３位相比較部
６４４ループフィルタ部
６４５位相追従部
６４６Ｂ位相推定部
６４７Ｂループフィルタ部
６５０係数更新部
６６０ステップサイズ決定部
７００Ｃ位相差算出部
７１０Ｃ位相推定部
７２０Ｃループフィルタ部

Claims

局所光を用いて光信号をコヒーレント検波することにより得られるデジタル受信信号に対してフィルタ係数によって定まるフィルタ処理を施すフィルタ手段と、
前記局所光のレーザ線幅と前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償するための波長分散補償量とに基づいて振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を決定するステップ係数決定手段と、
前記第１のステップ係数、前記第２のステップ係数および前記光信号と前記局所光の位相差を用いた偏波分離アルゴリズムに基づいて前記フィルタ係数を更新する係数更新手段と、
を備える信号処理装置。
入力された光信号を局所光源から出力された局所光と干渉させ、光電変換およびアナログ・デジタル変換してデジタル受信信号として出力する信号検出手段と、
前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償して波長分散補償信号を出力する波長分散補償手段と、
適応等化フィルタを用いて前記波長分散補償信号を偏波分離して偏波分離信号を出力する偏波分離手段と、
前記偏波分離信号を復調して復調信号を出力する復調手段と、
前記局所光源から出力された前記局所光のレーザ線幅と前記波長分散補償手段における波長分散補償量とに基づいてステップ係数を決定するステップ係数決定手段と、
前記ステップ係数および前記信号検出手段において生じた前記光信号と前記局所光の位相差を用いた偏波分離アルゴリズムに基づいて前記適応等化フィルタのフィルタ係数を更新する係数更新手段と、
を備える光受信装置。
前記ステップ係数は、振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を含む、請求項２に記載の光受信装置。
前記ステップ係数決定手段は、前記レーザ線幅および前記波長分散補償量に対応づけられた複数の前記第１のステップ係数および前記第２のステップ係数を予め保持し、前記局所光のレーザ線幅および前記波長分散補償手段における波長分散補償量に対応する前記第１のステップ係数および前記第２のステップ係数を選択する、請求項３に記載の光受信装置。
前記復調手段は、前記偏波分離信号に含まれている前記位相差を補償した位相補償信号と前記復調信号とを比較することによって前記位相差を推定し、前記係数更新手段へ出力する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光受信装置。
前記復調手段は、前記偏波分離信号から前記位相差を推定し、前記係数更新手段へ出力する、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光受信装置。
前記デジタル受信信号から偏波信号を生成して前記波長分散補償手段へ出力する偏波信号生成手段と、
前記偏波信号から前記位相差を推定して前記係数更新手段へ出力する位相推定手段と、
をさらに備える、
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光受信装置。
搬送波を変調して偏波多重することにより生成された光信号を伝送路へ出力する光送信装置と、
前記伝送路を介して前記光信号が入力し、復調信号を生成して出力する請求項２乃至７のいずれか１項に記載の光受信装置と、
を備える光通信システム。
局所光を用いて光信号をコヒーレント検波することにより得られるデジタル受信信号に対してフィルタ処理を施すフィルタ手段のフィルタ係数を更新する信号処理方法であって、
前記局所光のレーザ線幅と前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を補償するための波長分散補償量とに基づいて振幅成分に係る第１のステップ係数および位相成分に係る第２のステップ係数を決定し、
前記第１のステップ係数、前記第２のステップ係数および前記光信号と前記局所光の位相差を用いた偏波分離アルゴリズムに基づいて前記フィルタ係数を更新する、
信号処理方法。
入力された光信号を、局所光源から出力された局所光と干渉させ、光電変換およびアナログ・デジタル変換により信号検出してデジタル受信信号として出力し、
前記光信号が伝送路で受けた波長分散効果を波長分散補償して波長分散補償信号を出力し、
前記局所光源から出力された前記局所光のレーザ線幅と前記波長分散補償における波長分散補償量とに基づいてステップ係数を決定し、
前記ステップ係数および前記信号検出で生じた前記光信号と前記局所光の位相差を用いた偏波分離アルゴリズムに基づいて適応等化フィルタのフィルタ係数を更新し、
前記適応等化フィルタを用いて前記波長分散補償信号を偏波分離して偏波分離信号を出力し、
前記偏波分離信号を復調して復調信号を出力する、
光受信方法。