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1. WO2020184445 - 光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置

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明 細 書

発明の名称 光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010  

先行技術文献

特許文献

0011  

非特許文献

0012  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0013   0014   0015  

課題を解決するための手段

0016   0017   0018   0019   0020   0021  

発明の効果

0022  

図面の簡単な説明

0023  

発明を実施するための形態

0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059  

産業上の利用可能性

0060  

符号の説明

0061  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3   4  

明 細 書

発明の名称 : 光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置

技術分野

[0001]
 本発明は、コヒーレント光通信用の光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来より、デジタル信号処理とコヒーレント検波を組み合わせたデジタルコヒーレント技術に基づいた光送受信機の開発が進んでいる。
[0003]
 1波長あたり100Gb/sの光送受信機では、ボーレート(Baud rate)と変調方式は例えば32Gbaud PDM-QPSK(偏波多重-4位相偏移変調)である。光送信機は直交した直線偏光(X偏波とY偏波)を、それぞれQPSKのベースバンド信号で変調することでPDM-QPSK光信号を生成する。光受信機は受信光と局発光をコヒーレント検波することで光信号をベースバンド信号に変換し、デジタル信号処理(DSP)によってQPSKを復調し送信データを再生する。
[0004]
 1波長あたりの伝送容量を増やすために、400Gb/sの光送受信機では、ボーレートと変調方式は例えば64Gbaud PDM-16QAM(偏波多重-16直交振幅位相変調)、又は43Gbaud PDM-64QAMである。このように、今後の光送受信機では、1波長あたりの伝送容量を拡大させるためにボーレートの上昇と変調方式の多値化が進む。
[0005]
 図1にデジタルコヒーレント光通信用の光受信機100の構成図を示す。光受信機100は、左の受信光(RX)、局発光(LO)の入力側から偏波分離器(PBSRX、PBSLO)、光90度ハイブリッド(HYBX、HYBY)、バランス型フォトダイオード(PD1~4)、トランスインピーダンスアンプ(TIA1~4)、及びA/D変換器(ADC1~4)とで構成される。
[0006]
 偏波分離器PBSRX、PBSLO)は、受信光(RX)、及び局発光(LO)をそれらの偏波状態に応じて異なる出力ポートに分岐する。光90度ハイブリッド(HYBX、HYBY)は、各偏波の受信光と局発光をそれぞれ分岐し、それらを干渉させる。その際、分岐された局発光のうち一方の局発光は他方の局発光に対して90度の位相差を与えて受信光と干渉される。各偏波の干渉光はフォトダイオード(PD1~4)とトランスインピーダンスアンプ(TIA1~4)とにより電気信号に変換され、A/D変換器(ADC1~4)によりアナログ電気信号からデジタル信号へ変換される。
[0007]
 変調方式の多値化が進むにつれ、光90度ハイブリッドの位相誤差(90度からのずれ)が伝送特性に与える影響は顕著となるため、DSP(Digital signal processing)を用いて光90度ハイブリッドの位相誤差を補償する方法が提案されている。例えば、特許文献1が示すように、既知信号を用いて光受信機の伝達関数(光90度ハイブリッドの位相誤差を含む)を補償することできる。
[0008]
 一方で、図2に示す従来の光90度ハイブリッドの位相誤差の評価方法として、非特許文献1に記載されているようなビート周波数を用いた光90度ハイブリッドの位相誤差の評価方法がある。この評価方法では、発振周波数の異なる2つのCW(Continious Waveform:連続波)光CW1(周波数f1)、CW2(周波数f2)を光受信機に入力し、トランスインピーダンスアンプから出力されるA/D変換前のビート電気信号(ビート電気信号の周波数は二つの光源の発振周波数の差に相当する)の位相差から90度ハイブリッドの位相誤差を評価することができる。
[0009]
 具体的には、トランスインピーダンスアンプの4つの出力チャネルをX偏波の同相成分(XI)、X偏波の直交成分(XQ)、Y偏波の同相成分(YI)、Y偏波の直交成分(YQ)とすると、X偏波の90度ハイブリッドの位相差が90度の場合(理想的な場合)には、XIチャネルとXQチャネルから出力されるビート電気信号の位相差も90度となる。
[0010]
 一方、X偏波の90度ハイブリッドの位相差が90度からずれている場合には、XIチャネルとXQチャネルから出力されるビート電気信号の位相差も90度に対してそのずれに相当した位相ずれが発生する。よって、XIチャネルとXQチャネルから出力されるビート電気信号の位相差から、X偏波の90度ハイブリッドの位相誤差を評価することができる。Y偏波の90度ハイブリッドの位相誤差の評価方法についても同様である。

先行技術文献

特許文献

[0011]
特許文献1 : 特許6319487号公報

非特許文献

[0012]
非特許文献1 : Implementation Agreement for CFP2-Analog Coherent Optics Module IA# OIF-CFP2-ACO-01.0

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0013]
 従来、既知信号を用いて光受信機の伝達関数を補償する場合には、光受信機で発生するその他の不完全性(例えば、チャネル間の利得バラつき)を含む伝達関数を推定及び補償していた。したがって、光90度ハイブリッドの位相誤差のみを推定することはできないという問題があった。
[0014]
 また、従来のビート周波数を用いた光90度ハイブリッドの位相誤差の評価方法では、光受信機のチャネル間にスキュー(遅延時間の差)がある場合には、光90度ハイブリッドの位相差を精度高く評価できないという課題があった。例えば、XIチャネルとXQチャネルとの間にスキューがある場合には、トランスインピーダンスアンプのXIチャネルとXQチャネルから出力されるビート電気信号の位相差にスキューに応じた位相差が加わってしまっていた。したがって、従来のビート周波数を用いた評価方法では、光90度ハイブリッドの位相差とチャネル間スキューに起因する位相差を分けて評価することができないため、光受信機にチャネル間スキューがある場合、光90度ハイブリッドの位相誤差を精度高く評価することができないという課題があった。
[0015]
 本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、光受信機にチャネル間スキューがある場合においても、光90度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0016]
 本発明の実施形態の一例は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。
[0017]
(構成1)
 光90度ハイブリッドを有する光受信機の評価方法において、前記光受信機の伝達関数を行列の積に分解する演算ステップと、
 前記演算ステップにより分解された行列の積により前記光90度ハイブリッドの位相誤差を算出して光受信機を評価するステップを備える
ことを特徴とする光受信機の評価方法。
[0018]
(構成2)
 前記行列の積に分解する演算ステップは、前記光受信機の伝達関数を表す行列を剪断行列、拡大縮小行列、および回転行列の積に分解する演算ステップであり、
 前記評価するステップは、前記剪断行列の係数から前記光受信機の光90度ハイブリッドの位相誤差を得るステップである
ことを特徴とする構成1に記載の光受信機の評価方法。
[0019]
(構成3)
 前記剪断行列は、前記光受信機の伝達関数を表す行列をQR分解によって回転行列と上三角行列の積に分解し、前記上三角行列を剪断行列と拡大縮小行列の積に分解して得る
ことを特徴とする構成2に記載の光受信機の評価方法。
[0020]
(構成4)
 光90度ハイブリッドを有する光受信機の評価装置であって、
 伝送路で接続された送信部と受信部を備え、
 前記送信部は、既知信号の系列を生成する既知信号生成部と、光送信機の伝達関数の推定結果を前記受信部の送信機伝達関数推定部から取得して光送信機の伝達関数を補償する送信機補償部、および光送信機を備え、
 前記受信部は、光受信機と、受信器補償部、第1及び第2の受信器伝達関数推定部、および前記送信機伝達関数推定部を備え、
 推定した前記光受信機の伝達関数を、90度ハイブリッドの位相誤差、チャネル間利得インバランス、残留回転の項に分解して前記光受信機を評価する
ことを特徴とする光受信機の評価装置。
[0021]
(構成5)
 前記送信機伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第1の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第1のデジタルデータと、前記光受信機の仮の伝達関数とから、前記光送信機の伝達関数を推定し、
 前記第1の受信器伝達関数推定部は、前記光受信機の入力端にASE信号を入力された時に前記受信部が取得したデジタルデータから、前記光受信機の仮の伝達関数を推定し、
 前記第2の受信器伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第2の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第2のデジタルデータと、推定した前記光送信機の伝達関数とから、前記光受信機の伝達関数を推定する、
ことを特徴とする構成4に記載の光受信機の評価装置。

発明の効果

[0022]
 本発明によれば、光受信機にチャネル間スキューがある場合においても光90度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0023]
[図1] 従来の光受信機の構成を示す図である。
[図2] 従来のビート周波数を用いた光90度ハイブリッドの位相誤差の評価方法を説明する図である。
[図3] 本発明の実施形態に係る光受信機の評価装置を示す図である。
[図4] 本発明の実施形態に係る光受信機の評価方法を示すフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0024]
 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
[0025]
(実施形態)
 図3は、本発明の実施形態に係る光受信機の評価装置300を示す図である。評価装置300の送信部400は、光ファイバ等を介して光信号を受信部500に送信する。
[0026]
 送信部400は、既知信号生成部401、送信機補償部402、及び光送信機403を備える。既知信号生成部401は、XIチャネル、XQチャネル、YIチャネル、YQチャネルに対して、それぞれ既知信号の系列を生成し、送信機補償部402に送信する。既知信号の系列は、送信部400と受信部500の間で共有されている。
[0027]
 送信機補償部402は、光送信機403の伝達関数の推定結果を、受信部500の送信機伝達関数推定部504から取得する。送信機補償部402は、その推定結果に基づいて光送信機403の伝達関数を補償する。
[0028]
 光送信機403は、送信機補償部402から出力された既知信号の系列で直交した直線偏光を変調することで、光信号を生成する。生成された光信号は、光伝送路を介して受信部500に供給される。
[0029]
 受信部500は光受信機600、受信器補償部502、第1及び第2の受信器伝達関数推定部503-1、2、及び局発LD(Laser Diode)501を備える。
[0030]
 評価対象となる光受信機600は図1と同様、偏波分離器(PBS1,2)、光90度ハイブリッド(HYB1,2)、フォトダイオード(PD1~4)、トランスインピーダンスアンプ(TIA1~4)、及びA/D変換器(ADC)とで構成される。
[0031]
 偏波分離器(PBS1,2)は、受信光及び局発LDから出力される局発光を、それらの偏波状態に応じて異なる出力ポートに分岐する。光90度ハイブリッド(HYB1,2)は、各偏波の受信光と局発光をそれぞれ分岐し、それらを干渉させる。その際、分岐された局発光のうち一方の局発光は他方の局発光に対して90度の位相差を与えて受信光と干渉される。各偏波の干渉光はフォトダイオード(PD1~4)とトランスインピーダンスアンプ(TIA1~4)とにより電気信号に変換され、A/D変換器(ADC)によりアナログ電気信号からデジタル信号へ変換される。
[0032]
 受信機補償部502は、光受信機600のデジタル出力を光受信機600から取得し、および光受信機600の伝達関数の推定結果を第2の受信機伝達関数推定部503-2から取得し、その推定結果に基づいて光受信機600の伝達関数を補償する。
[0033]
 第1の受信機伝達関数推定部503-1は、光受信機600の入力端に白色雑音に相当するASE(Amplified Spontaneous Emission)信号を入力された時に受信部500が取得したデジタルデータから、光受信機600の仮の伝達関数を推定する。ASE信号は光アンプから発生させることができる。伝送路(光ファイバ)に光アンプを含んでもよいし、別途光アンプを用意してもよい。
[0034]
 送信機伝達関数推定部504は、送信部400から受信部500に第1の既知信号を伝送させたときに受信部が取得した第1のデジタルデータと、光受信機600の仮の伝達関数とから、光送信機403の伝達関数を推定する。
[0035]
 第2の受信機伝達関数推定部503-2は、送信部400から受信部500に第2の既知信号を伝送させたときに受信部500が取得した第2のデジタルデータと、推定した光送信機403の伝達関数とから、光受信機600の伝達関数を推定する。
[0036]
 図4は、本発明の実施形態に係る光受信機の評価方法を示すフローチャートである。
[0037]
(ステップS1) まず、第1の受信機伝達関数推定部503-1にて、光受信機600の仮の伝達関数を推定する。
[0038]
(ステップS2) 次に、送信機伝達関数推定部504にて、光送信機403の伝達関数を推定する。
[0039]
(ステップS3) 次に、第2の受信機伝達関数推定部503-2にて、光受信機600の伝達関数を推定する。ここまでは従来技術と同様であるが、本願発明では、ステップS3で推定した受信機の伝達関数を、90度ハイブリッドの位相誤差、チャネル間利得インバランス、残留回転の項に分解して光受信機を評価するステップS4を有することが、特許文献1記載のフローチャートと異なる。ステップS1からステップS3までの詳細動作は特許文献1と同様のため詳細な説明は省略する。
[0040]
(ステップS4) ステップS4の詳細な内容について説明する。ステップS3により光受信機の伝達関数を推定した結果、その伝達関数は式1と式2に示す2x2行列で表現される。
[0041]
[数1]


[0042]
[数2]


[0043]
 式1の2x2行列は光受信機600のX偏波側の伝達関数を表し、式2の2x2表列は光受信機600のY偏波側の伝達関数を表す。光受信機600のX偏波側の伝達関数を表す2x2行列はX偏波側の90度ハイブリッドの位相誤差、XIチャネルとXQチャネルの利得誤差、及びステップS3で発生する種々の伝送特性補償誤差の積である。光受信機600のY偏波側の伝達関数を表す2x2行列も同様である。
[0044]
 ステップS4の目的は、これらの2x2行列から光90度ハイブリッドの位相誤差を表す行列を求めることである。以下,光受信機600のX偏波側の伝達関数を表す2x2行列から、X偏波側の光90度ハイブリッドの位相誤差を求める方法について説明する。
[0045]
 X偏波側の光90度ハイブリッドの位相誤差を表す行列は、式3の剪断行列で表される。
[0046]
[数3]


[0047]
 ここでδ X/2は、光90度ハイブリッドの位相誤差である。
[0048]
 また、XIチャネルとXQチャネルの利得誤差を表す行列は、式4の拡大縮小行列で表される。
[0049]
[数4]


[0050]
 ここでg XIはXIチャネルの利得、g XQはXQチャネルの利得であり、それらの比がチャネル間の利得誤差を表す。
[0051]
 また、ステップS3で発生する種々の伝送特性補償誤差は、式5の回転行列で表現される。
[0052]
[数5]


[0053]
 ここで、θ Xは回転角である。
[0054]
したがって、式1の行列を式3、式4、式5の積として表現し、X偏波側の光90度ハイブリッドの位相誤差を表す行列を求めることで、X偏波側の光90度ハイブリッドの位相誤差を算出することができる。
[0055]
 そのために、まず、式1の2x2行列をQR分解により、回転行列と上三角行列の積に分解する。すると式1の2x2行列は式6の式のように表される。
[0056]
[数6]


[0057]
 次に、式6の上三角行列を、式7の式のように分解することで、2x2行列を式3、式4、式5の積に分解することができる。
[0058]
[数7]


[0059]
 したがって、式7で得られたb/aの逆正接を求めることで、X偏波側の光90度ハイブリッドの位相誤差を算出することができ、この位相誤差に基づいて光受信機の評価を行うことができる。

産業上の利用可能性

[0060]
 以上説明したように、本発明によれば、光受信機にチャネル間スキューがある場合においても光90度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置を提供することができる。

符号の説明

[0061]
100 光受信機
300 評価装置
400 送信部
401 既知信号生成部
402 送信機補償部
403 光送信機
500 受信部
501 局発LD
502 受信器補償部
503-1、2 第1、第2の受信器伝達関数推定部
504 送信機伝達関数推定部
600 光受信機

請求の範囲

[請求項1]
 光90度ハイブリッドを有する光受信機の評価方法において、前記光受信機の伝達関数を行列の積に分解する演算ステップと、
 前記演算ステップにより分解された行列の積により前記光90度ハイブリッドの位相誤差を算出して光受信機を評価するステップを備える
ことを特徴とする光受信機の評価方法。
[請求項2]
 前記行列の積に分解する演算ステップは、前記光受信機の伝達関数を表す行列を剪断行列、拡大縮小行列、および回転行列の積に分解する演算ステップであり、
 前記評価するステップは、前記剪断行列の係数から前記光受信機の光90度ハイブリッドの位相誤差を得るステップである
ことを特徴とする請求項1に記載の光受信機の評価方法。
[請求項3]
 前記剪断行列は、前記光受信機の伝達関数を表す行列をQR分解によって回転行列と上三角行列の積に分解し、前記上三角行列を剪断行列と拡大縮小行列の積に分解して得る
ことを特徴とする請求項2に記載の光受信機の評価方法。
[請求項4]
 光90度ハイブリッドを有する光受信機の評価装置であって、
 伝送路で接続された送信部と受信部を備え、
 前記送信部は、既知信号の系列を生成する既知信号生成部と、光送信機の伝達関数の推定結果を前記受信部の送信機伝達関数推定部から取得して光送信機の伝達関数を補償する送信機補償部、および光送信機を備え、
 前記受信部は、光受信機と、受信器補償部、第1及び第2の受信器伝達関数推定部、および前記送信機伝達関数推定部を備え、
 推定した前記光受信機の伝達関数を、90度ハイブリッドの位相誤差、チャネル間利得インバランス、残留回転の項に分解して前記光受信機を評価する
ことを特徴とする光受信機の評価装置。
[請求項5]
 前記送信機伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第1の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第1のデジタルデータと、前記光受信機の仮の伝達関数とから、前記光送信機の伝達関数を推定し、
 前記第1の受信器伝達関数推定部は、前記光受信機の入力端にASE信号を入力された時に前記受信部が取得したデジタルデータから、前記光受信機の仮の伝達関数を推定し、
 前記第2の受信器伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第2の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第2のデジタルデータと、推定した前記光送信機の伝達関数とから、前記光受信機の伝達関数を推定する、
ことを特徴とする請求項4に記載の光受信機の評価装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]