特許 6503143 直接検出型光通信システムの帯域内光干渉の軽減

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6503143

(24)【登録日】2019年3月29日

(45)【発行日】2019年4月17日

(54)【発明の名称】直接検出型光通信システムの帯域内光干渉の軽減

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/69 20130101AFI20190408BHJP

   H04B 10/2507 20130101ALI20190408BHJP

【ＦＩ】

   H04B10/69 170

   H04B10/2507

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-526931(P2018-526931)

(86)(22)【出願日】2016年12月20日

(65)【公表番号】特表2019-506767(P2019-506767A)

(43)【公表日】2019年3月7日

(86)【国際出願番号】US2016067797

(87)【国際公開番号】WO2017120036

(87)【国際公開日】20170713

【審査請求日】2018年9月14日

(31)【優先権主張番号】14/991,826

(32)【優先日】2016年1月8日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】502208397

【氏名又は名称】グーグル エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジョウ，シアン

(72)【発明者】

【氏名】浦田 涼平

(72)【発明者】

【氏名】マオ，アージ

(72)【発明者】

【氏名】リウ，ホン

(72)【発明者】

【氏名】ジョンソン，クリストファー・ライル

【審査官】 対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０１６７８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９６１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３０８０４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０４３４３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２４２２２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００−１４／０８

Ｈ０４Ｌ ２７／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号を受信するための光受信器であって、前記光受信器は、
前記光信号を受信することに応答して、第１の電気アナログ受信信号を生成するように構成された少なくとも１つの光検出器を備え、前記光信号は、変調光信号およびノイズ光信号を含み、
前記第１の電気アナログ受信信号を受信し、対応する第１のデジタル受信信号を生成するように構成されたアナログデジタル変換器と、
デジタル信号処理器とを備え、
前記デジタル信号処理器は、
前記第１のデジタル受信信号からデータ信号を減算することによって、中間デジタル信号を生成し、
前記中間デジタル信号から、干渉信号の周波数オフセットおよび帯域幅を決定し、前記干渉信号の前記周波数オフセットは、前記変調光信号の搬送波周波数と前記ノイズ光信号の搬送波周波数との間の差を表し、
前記干渉信号の前記周波数オフセットおよび前記帯域幅に各々等しい中心周波数および帯域幅を有するノッチフィルタを用いて、前記第１のデジタル受信信号をフィルタリングすることによって、フィルタリングされたデジタル受信信号を生成するように構成されている、光受信器。

【請求項2】

前記デジタル信号処理器はさらに、
光減衰および色分散の少なくとも一方を補正するように、前記フィルタリングされたデジタル受信信号を等化処理することによって、等化処理がなされたデジタル受信信号を生成し、
前記等化されたデジタル受信信号を利用して、前記データ信号を生成するように構成されている、請求項１に記載の光受信器。

【請求項3】

前記干渉信号の周波数オフセットは、ゼロに等しい、請求項１または２に記載の光受信器。

【請求項4】

前記干渉信号の前記周波数オフセットは、前記変調光信号の帯域幅よりも小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項5】

前記ノイズ光信号は、前記変調光信号の反射成分を構成し、
前記反射成分は、前記光信号を受信するための光リンク上で発生する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項6】

前記変調光信号は、第１の送信器から受信され、
前記ノイズ光信号は、前記第１の送信器と異なる第２送信器によって送信された第２の光信号の反射成分を構成し、
前記反射成分は、前記第２の光信号および前記変調光信号の両方を伝送するための双方向光リンク上で発生する、請求項１から４のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項7】

前記デジタル信号処理器は、前記中間デジタル信号の高速フーリエ変換の結果に基づいて、前記中間デジタル信号から、前記干渉信号の前記周波数オフセットおよび前記帯域幅を決定するように構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項8】

光信号を受信するための光受信器であって、前記光受信器は、
前記光信号を受信することに応答して、第１の電気アナログ受信信号を生成するように構成された少なくとも１つの光検出器を備え、前記光信号は、変調光信号およびノイズ光信号を含み、
前記第１の電気アナログ受信信号を受信し、対応する第１のデジタル受信信号を生成するように構成されたアナログデジタル変換器と、
デジタル信号処理器とを備え、
前記デジタル信号処理器は、
前記第１のデジタル受信信号からデータ信号を減算することによって、中間デジタル信号を生成し、
前記中間デジタル信号から、干渉信号の周波数および帯域幅を決定し、前記干渉信号の前記周波数は、前記変調光信号の搬送波周波数と前記ノイズ光信号の搬送波周波数との間の差を表し、
前記干渉信号の前記周波数および前記帯域幅に各々等しいフィルタリング周波数およびフィルタリング帯域幅を有するフィルタを用いて、前記中間デジタル信号をフィルタリングすることによって、推定干渉信号を生成し、
第１のデジタル受信信号から前記推定干渉信号を減算することによって、干渉抑制デジタル受信信号を生成するように構成されている、光受信器。

【請求項9】

前記デジタル信号処理器はさらに、
前記干渉抑制デジタル受信信号からデータシンボルを決定するように、当該干渉抑制デジタル受信信号を処理し、
前記データシンボルによって表される復調データを生成するように、当該データシンボルを復調するよう構成されている、請求項８に記載の光受信器。

【請求項10】

前記デジタル信号処理器はさらに、
前記干渉抑制デジタル受信信号から別のデータ信号を決定し、
前記干渉抑制デジタル受信信号および前記第１のデジタル受信信号の一方から前記別のデータ信号を減算することによって、別の中間デジタル信号を生成し、
前記干渉信号の前記周波数および前記帯域幅に各々等しい別のフィルタリング周波数および別のフィルタリング帯域幅を有する別のフィルタを用いて、前記別の中間デジタル信号をフィルタリングすることによって、別の推定干渉信号を生成し、
前記干渉抑制デジタル受信信号および前記第１のデジタル受信信号の一方から前記別の推定干渉信号を減算することによって、別の干渉抑制デジタル受信信号を生成するように構成されている、請求項８または９に記載の光受信器。

【請求項11】

前記変調光信号は、第１の送信器から受信され、
前記ノイズ光信号は、前記第１の送信器と異なる第２送信器によって送信された第２の光信号の反射成分を構成し、
前記反射成分は、前記第２の光信号および前記変調光信号の両方を伝送するための双方向光リンク上で発生する、請求項８から１０のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項12】

前記干渉信号の周波数は、前記変調光信号の帯域幅よりも小さい、請求項８から１１のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項13】

前記フィルタは、帯域フィルタであり、
前記帯域フィルタは、前記中間デジタル信号を乗算するための少なくとも２つの余弦関数乗算器と少なくとも２つの正弦関数乗算器とを含む、請求項８から１２のいずれか１項に記載の光受信器。

【請求項14】

前記デジタル信号処理器は、前記中間デジタル信号の高速フーリエ変換の結果に基づいて、前記中間デジタル信号から、前記干渉信号の前記周波数および前記帯域幅を決定するように構成されている、請求項８から１３のいずれか１項に記載の光受信器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本願は、２０１６年１月８日に出願され、「直接検出型光通信システムの帯域内光干渉の軽減」と題された米国特許出願第１４／９９１８２６号の優先権を主張するものであり、当該出願の全ての内容は、参照により本明細書に援用される。

【0002】

技術分野
本開示は、通信ネットワークの分野に関し、具体的には光送受信器に関する。

【背景技術】

【0003】

関連技術の説明
光通信システムなどの通信システムは、通信リンクを介してデータを伝達するための送信器および受信器を含む。いくつかの実装例において、光リンクに使用されるコネクタなどの光学部品によって引き起こされた反射は、光リンクを介して送信器と受信器との間で送信されている元の光信号を干渉する可能性がある。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

概要
一態様によれば、本開示に記載の主題は、光信号を受信するための光受信器に関する。受信器は、少なくとも１つの光検出器と、アナログデジタル変換器と、デジタル信号処理器とを含む。少なくとも１つの光検出器は、光信号を受信することに応答して第１の電気アナログ受信信号を生成するように構成され、光信号は、変調光信号およびノイズ光信号を含む。アナログデジタル変換器は、第１の電気アナログ受信信号を受信し、対応する第１のデジタル受信信号を生成するように構成されている。デジタル信号処理器は、第１のデジタル受信信号からデータ信号を減算することによって、中間デジタル信号を生成するように構成されている。また、デジタル信号処理器は、中間デジタル信号から、干渉信号の周波数オフセットおよび帯域幅を決定するように構成され、干渉信号の周波数オフセットは、変調光信号の搬送波周波数とノイズ光信号の搬送波周波数との間の差を表す。さらに、デジタル信号処理器は、干渉信号の周波数および帯域幅にそれぞれ実質的に等しい中心周波数および帯域幅を有するノッチフィルタを用いて、第１のデジタル受信信号をフィルタリングすることによって、フィルタリングされたデジタル受信信号を生成するように構成されている。

【0005】

別の態様によれば、本開示に記載の主題は、光信号を受信するための光受信器に関する。受信器は、少なくとも１つの光検出器と、アナログデジタル変換器と、デジタル信号処理器とを含む。少なくとも１つの光検出器は、光信号を受信することに応答して第１の電気アナログ受信信号を生成するように構成され、光信号は、変調光信号およびノイズ光信号を含む。アナログデジタル変換器は、第１の電気アナログ信号を受信し、対応する第１のデジタル受信信号を生成するように構成されている。デジタル信号処理器は、第１のデジタル受信信号からデータ信号を減算することによって、中間デジタル信号を生成するように構成されている。また、デジタル信号処理器は、中間デジタル信号から、干渉信号の周波数および帯域幅を決定するように構成され、干渉信号の周波数は、変調光信号の搬送波周波数とノイズ光信号との間の差を表す。また、デジタル信号処理器は、干渉信号の周波数および帯域幅に各々等しい周波数および帯域幅を有するフィルタを用いて、中間デジタル信号をフィルタリングすることによって、推定干渉信号を生成するように構成されている。さらに、デジタル信号処理器は、第１のデジタル受信信号から推定干渉信号を減算することによって、干渉抑制デジタル受信信号を生成するように構成されている。

【0006】

別の態様によれば、本開示に記載の主題は、搬送波周波数を有する光信号を生成するように構成されたレーザを含む光送信器に関する。送信器は、データ信号を用いて搬送波周波数を変調することによって、変調光信号を生成するための変調器を含む。また、送信器は、レーザの搬送波周波数を調整するように構成されたレーザチューナを含む。さらに、送信器は、処理器を含む。処理器は、遠隔受信器から干渉信号の周波数オフセットを受信するように構成され、干渉信号の周波数オフセットは、変調光信号の搬送波周波数とノイズ光信号との間の差を表す。また、処理器は、周波数オフセットを受信することに応答して、周波数オフセットを変調光信号の帯域幅と動的に比較し、周波数オフセットが帯域幅よりも小さいことに基づいて、受信された周波数オフセットが帯域幅よりも大きくなるように、レーザチューナを制御することによって、レーザの搬送波周波数を調整するように構成されている。

【0007】

本明細書に記載の主題の１つ以上の実装例の詳細は、添付の図面および以下の説明に記載されている。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面および特許請求の範囲から明らかになるであろう。なお、以下の図の相対的な寸法は、縮尺通りに描かれていない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】例示的な通信システムを示す図である。

【図2】別の例示的な通信システムを示す図である。

【図3】光信号における干渉を軽減することができる第１の受信器を示す図である。

【図4】光信号における干渉を軽減することができる第２の受信器を示す図である。

【図5】光信号における干渉を軽減することができる第３の受信器を示す図である。

【図6】図５に示す第４の受信器に使用される別の例示的な干渉軽減ブロックを示す図である。

【図7】例示的な帯域フィルタを示すブロック図である。

【図8】帯域内干渉を軽減するための別の例示的な送受信器を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

詳細な説明
様々な図面において、同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。

【0010】

上記で紹介され、以下でより詳細に説明される様々な概念は、特定の実装方法に限定されず、様々な方法で実施されてもよい。特定の実装例および応用例は、主に説明の目的で提供される。

【0011】

図１は、例示的な通信システム１００を示す。具体的には、通信システム１００は、通信リンク１０６を介して通信している第１の送受信器１０２と第２の送受信器１０４とを含む。第１の送受信器１０２および第２の送受信器１０４の各々は、各々の装置、例えば、ネットワークスイッチ、コンピュータ、データ記憶装置、ネットワークインターフェイスカード、ホストバスアダプタなどに接続することができる。第１の送受信器１０２および第２の送受信器１０４は、各々の装置間の通信を提供することができる。いくつかの実装例において、通信リンク１０６は、有線または無線の通信リンクを含むことができる。いくつかの実装例において、通信リンク１０６は、光リンクを含むことができる。

【0012】

第１の送受信器１０２は、第１の送信器１０８と、第１の受信器１１０とを含むことができる。同様に、第２の送受信器１０４は、第２の送信器１１２と、第２の受信器１１４とを含むことができる。第１の送信器１０８は、第１の光リンク１１６を介して第２の受信器１１４と通信することができ、第２の送信器１１２は、第２の光リンク１１８を介して第１の受信器１１０と通信することができる。いくつかの実装例において、第１の送受信器１０２および第２の送受信器１０４は、帯域外リンク（out-of-band link）を介して通信することができる。第１の送信器１０８および第２の送信器１１２は、光リンク１１６および１１８を各々介して送信されているデータを表す光信号を処理および送信するための回路を含むことができる。同様に、第１の受信器１１０および第２の受信器１１４は、第１の送信器１０８および第２の送信器１１２によって各々送信された光信号を受信および処理することによって、データを再生成するための回路を含むことができる。例えば、第１の送信器１０８は、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）１５２を含むことができ、第１の受信器１１０は、ＤＳＰ１５４を含むことができる。第２の送信器１１２は、ＤＳＰ１５８を含むことができ、第２の受信器１１４は、ＤＳＰ１５６を含むことができる。送信器および受信器の各々のＤＳＰは、制御動作および信号処理動作を実行することができ、受信器および送信器に設けられた様々な入出力光学的ポートおよび入出力電気的ポートと通信することもできる。いくつかの実装例において、光リンク１１８および１１６は、コネクタ１３２および１３４を各々含むことができる。コネクタ１３２および１３４は各々、２つの光ファイバの端部接続（end-to-end connection）を可能にすることによって、光リンク１１６および１１８の範囲を拡張することができる。

【0013】

図２は、別の例示的な通信システム２００を示す。通信システム２００は、通信システム１００と類似している。具体的に、図１に示す通信システム１００と同様に、通信システム２００も第１の送受信器１０２と第２の送受信器１０４とを含む。第１の送受信器１０２は、第１の送信器１０８と第１の受信器１１０とを含み、第２の送受信器１０４は、第２の送信器１１２と第２の受信器１１４とを含む。しかしながら、第１の送受信器１０２と第２の送受信器１０４とが別々の光リンク１１６および１１８を介して通信する通信システム１００とは異なり、通信システム２００の送受信器１０２および１０４は、単一の光リンク１４０を介して通信する。同様の光リンク１４０を介した通信を可能にするために、通信システムは、第１のサーキュレータ１４２と第２のサーキュレータ１４４を含むことができる。第１のサーキュレータ１４２および第２のサーキュレータ１４４は、反対方向に伝送されている光信号同士を分離することができる。したがって、第１のサーキュレータ１４２は、光リンク１４０を介して受信した光信号を第１の受信器１１０に送出し、第１の送信器１０８から受信した光信号を光リンク１４０に送出する。同様に、第２のサーキュレータは、光リンク１４０を介して受信した光信号を第２の受信器１１４に送出し、第２の送信器１１２から受信した光信号を光リンク１４０に送出する。いくつかの実装例において、光リンク１４０は、図１に示す光コネクタ１３２および１３４と同様のコネクタ１４６を含むことができる。

【0014】

いくつかの実装例において、図１および２に示されている第１の送受信器と第２の送受信器との間の光通信は、望ましくない干渉を受けることがある。例えば、図１を参照して、コネクタ１３２は、第１の光リンク１１６を介して伝送された光信号の反射を引き起こすことができる。具体的には、コネクタ１３２は、第１の送信器１０８から第２の受信器１１４に送信された光信号の反射をもたらすことができる。したがって、第２の受信器１１４は、第１の送信器１０８から送信された光信号だけではなく、反射された光信号も受信する。同様に、第１の受信器１１０は、コネクタ１３４による反射信号に加えて、第２の光リンク１１８を介して第２の送信器１１２から送信された光信号を受信することができる。いくつかの実装例において、一方向光リンクを介して送信された元の信号の反射に起因する干渉信号による信号干渉は、マルチパス干渉（ＭＰＩ）として知られている。反射された干渉信号は本質的に光リンクを介して送信された元の光信号の遅延コピーであるため、干渉信号は、元の信号に実質的に等しい搬送波周波数を有する。本明細書に言及するように、ノイズ光信号は、望ましくない光信号を含むことができる。望ましくない光信号の一例として、他の光信号の反射成分または干渉光信号が挙げられる。

【0015】

双方向光リンク１４０を含む図２の通信システム２００は、反射信号からの干渉を受ける可能性もある。例えば、コネクタ１４６は、第２の送信器１１２から第１の受信器１１０に送信された光信号の一部を反射して、第２の受信器１１４に戻すことができる。したがって、第２の受信器１１４は、第１の送信器１０８から送信された光信号だけではなく、第２の送信器１１２から送信された光信号の反射成分を受信する。同様に、第１の受信器１１０は、第２の送信器１１２から送信された光信号に加えて、第１の送信器１０８から送信された光信号の反射成分を受信することができる。いくつかの実装例において、第１の送信器１０８および第２の送信器１１２は、異なる搬送波波長で光信号を送信する。したがって、例えば、第１の受信器１１０で受信された反射信号は、第２の送信器１１４から送信された元の光信号と、第１の送信器１０８から送信された光信号の搬送波波長と同様の搬送波波長を有する干渉信号とを含む。第１の送信器１０８および第２の送信器１１２の搬送波波長がこれらの送信器から送信された光信号の帯域幅よりも小さい帯域幅で分離された場合、干渉反射信号は、帯域内干渉（in-band interference）をもたらす可能性がある。

【0016】

いくつかの実装例において、特に直接検出型光学システムにおいて、高次変調技術（例えば、ＰＡＭ４）またはエラー訂正技術（例えば、順方向エラー訂正（ＦＥＣ））を利用して、従来の付加的ガウス分布ノイズ、例えば、トランスインピーダンス増幅器からの熱ノイズの影響を低減することができる。しかしながら、このような技術は、例えば、図１および２に関連して上記で説明した光信号の反射に起因する帯域内干渉の影響を軽減する効果があまりない。以下の説明は、元の信号と、元の信号の搬送波周波数に実質的に等しい搬送波周波数を有する反射信号または元の光信号の帯域幅内にある搬送波周波数を有する反射信号との間の干渉によって引き起こされた帯域内ノイズを軽減するための技術に関する。

【0017】

いくつかの実装例において、光リンクを介して送信器から送信される強度変調光信号（本明細書では元の光信号とも呼ぶ）は、式（１）で表すことができる。

【0018】

【数1】

【0019】

一方、送信器から送信される光信号に加えて、受信器によって受信される干渉光信号は、式（２）で表すことができる。

【0020】

【数2】

【0021】

式中、Ｉ_0TおよびＩ_0Iは、元の変調信号の平均光信号強度および第２の受信器によって受信される干渉信号の平均光信号強度を各々表す。ａ（ｔ）およびｂ（ｔ）は、光信号の正規化されたＡ／Ｃ成分および干渉信号の正規化されたＡ／Ｃ成分を各々表す。ωＴおよびθ（ｔ）は、元の光信号の搬送波周波数および位相各々を表し、ω_Iおよびφ（ｔ）は、干渉信号の搬送波周波数および位相を各々表す。また、θ（ｔ）およびφ（ｔ）は、変調により誘発される搬送波位相の変化を表す。

【0022】

【数3】

【0023】

【数4】

【0024】

受信器に設けられた光検出器は、式（５）で表された元の強度変調光信号および式（６）で表された干渉信号の両方を受信する。光検出器は、当該光信号を変換することによって、対応する電気信号を生成する。元の光信号の偏光状態と干渉光信号の偏光状態とが整列している（最悪の場合）と仮定し且つ干渉信号の強度が元の光信号の強度よりも著しく小さいと仮定する場合、受光器の光検出器によって生成される電流は、以下の式（７）で表すことができる。

【0025】

【数5】

【0026】

図３は、光信号における干渉を軽減することができる第１の受信器３００を示す。具体的には、第１の受信器３００を用いて、図１および２に示す第１の受信器１１０および第２の受信器１１２を実装することができる。第１の受信器３００は、受信した光信号内の干渉信号を自動的に検出し、干渉をフィルタリングするようにノッチフィルタを設定することができる。第１の受信器３００は、光検出器３０２と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）３０４と、チューニング可能なノッチフィルタ３０６と、等化器３０８と、シンボル決定モジュール３１０と、復調器３１２と、周波数オフセットモニタ３１４とを含む。光検出器３０２は、入射レーザ光の強度を対応する電流に変換するように構成された半導体ＰＩＮダイオードであってもよい。送信信号の帯域幅に実質的に等しいかまたはそれより大きいスペクトル応答範囲を有するフォトダイオードを利用することができる。いくつかの実装例において、高感度および低暗電流のフォトダイオードを利用することもできる。

【0027】

光検出器３０２によって受信された光信号は、送信器から送信された元の強度変調光信号を含むだけではなく、光リンクに沿って１つ以上の反射に起因する干渉光信号も含む。光検出器３０２は、受信した光信号をアナログ電気受信信号に変換する。いくつかの実装例において、光検出器３０２は、受信した光信号に対応するアナログ電流を生成することができる。例えば、上記の式（７）に示す電流Ｉ（ｔ）は、光検出器３０２によって生成されたアナログ電気受信信号を表すことができる。

【0028】

いくつかの実装例において、増幅器を用いて、光検出器３０２によって生成された電流Ｉ（ｔ）を増幅および／または変換することができる。例えば、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を用いて、電流Ｉ（ｔ）を増幅することができ、電圧Ｖ（ｔ）に変換することができる。いくつかの実装例において、演算増幅器を用いて、ＴＩＡを実装することができる。

【0029】

光検出器３０２によって出力されたアナログ電気受信信号は、ＡＤＣ３０４に提供され、デジタル受信信号に変換され得る。ＡＤＣ３０４は、光検出器３０２によって出力されたアナログ電気受信信号をデジタル信号ｙ_ｋに変換する。ｙ_ｋは、アナログ電気受信信号のｋ番目サンプルのデジタル値ｙを表す。いくつかの実装例において、直接変換ＡＤＣ、逐次近似ＡＤＣ、ランプ比較ＡＤＣ、シグマデルタＡＤＣなどのいずれか１つを利用して、ＡＤＣ３０４を実装することができる。ＡＤＣ３０４によって出力されたデジタル受信信号は、周波数オフセットモニタ３１４およびチューニング可能なノッチフィルタ３０６に供給されてもよい。

【0030】

周波数オフセットモニタ３１４は、デジタル受信信号を処理することによって、チューニング可能なノッチフィルタ３０６の中心周波数を決定する。具体的には、周波数オフセットモニタ３１４は、干渉光信号のビート周波数Δωを決定する。このビート周波数Δωは、元の光信号の搬送波周波数ω_Ｔと干渉光信号の搬送波周波数ω_Ｉとの間の差である。ビート周波数Δωを決定するために、周波数オフセットモニタ３１４は、まず、デジタル受信信号ｙ_ｋからデータ変調を除去する。デジタル受信信号ｙ_ｋからデータ変調を除去するために、周波数オフセットモニタ３１４は、デジタル受信信号ｙ_ｋから、シンボル決定モジュール３１０の出力ｄ_ｋを減算する。減算の結果は、中間信号ｘ_ｋである。次に、周波数オフセットモニタ３１４は、中間信号ｘ_ｋに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）分析を実行することによって、ビート周波数Δωを決定する。具体的には、周波数オフセットモニタ３１４は、ＦＦＴ分析の結果を［Δω，Ｚ］に等しくする。式中、Ｚは、振幅スペクトルを表し、Δωは、Ｚから抽出したビート周波数を表す。その後、周波数オフセットモニタ３１４は、Ｚの最大値またはピーク値をもたらすΔωの値を決定する。Ｚの最大値またはピーク値をもたらすΔωは、干渉信号のビート周波数である。

【0031】

上記で説明したように、干渉信号がＭＰＩによる結果である場合、干渉光信号の搬送波周波数ω_Ｉは、元の光信号の搬送波周波数ω_Ｔに実質的に等しい。したがって、この場合のビート周波数Δωは、ゼロに等しい。しかしながら、干渉光信号および元の光信号が異なる送信器からの信号である帯域内干渉の場合、ビート周波数Δωは、非ゼロ値である。いくつかの実装例において、干渉信号がＭＰＩによる結果である場合、図３に示す第１の受信器３００において、周波数オフセットモニタ３１４を除外することができ、低域フィルタを用いて、チューニング可能なノッチフィルタ３０６を置き換えることができる。このような実装例において、低域フィルタは、アナログ低域フィルタであってもよく、光検出器３０２の後方且つＡＤＣ３０４の前方に配置されてもよい。いくつかの実装例において、上述したアナログ低域フィルタは、受信器にＡＤＣを設けていない通信システムに設けられてもよい。

【0032】

周波数オフセットモニタ３１４は、経時的に発生するビート周波数の変化を監視することができる。例えば、元の光信号の搬送波周波数ω_Ｔを生成するために使用されるレーザダイオードの周波数が経時的に変動する場合、周波数オフセットモニタ３１４は、搬送波周波数の変動を追跡することにより、干渉光信号のビート周波数Δωの修正値を決定する。

【0033】

ビート周波数Δωを決定した後、ビート周波数Δωの値は、チューニング可能なノッチフィルタ３０６に送信される。チューニング可能なノッチフィルタ３０６は、中心周波数の付近の狭帯域幅内の入力信号に高減衰を実行すると共に、狭帯域幅外側の入力信号の成分を実質的に変更しない。いくつかの実装例において、周波数オフセットモニタ３１４は、チューニング可能なノッチフィルタの中心周波数を提供するが、チューニング可能なノッチフィルタは、自らの帯域幅を比較的一定に保つことができる。例えば、いくつかの実装例において、元の光信号を生成するためのレーザの線幅が数ＭＨｚに制限され且つ元の光信号における変調誘起チャープが比較的小さい場合、干渉信号の実質的な部分は、ビート周波数Δωの数十ＭＨｚの範囲に制限される。したがって、チューニング可能なノッチフィルタの帯域幅は、数十ＭＨｚに設定することができる。例えば、いくつかの実装例において、（約１０ＭＨｚの線幅を有する）分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを用いて搬送波周波数を生成し且つ（変調誘導チャープが比較的小さい）外部変調器を使用する場合、チューニング可能なノッチフィルタ３０６の帯域幅は、数十ＭＨｚ、例えば、約１０ＭＨｚ〜約９０ＭＨｚになるように選択することができる。チューニング可能なノッチフィルタ３０６は、ビート周波数Δωの付近の所望の帯域幅内のデジタル受信信号ｙ_ｋの周波数成分を減衰させることによって、干渉信号を実質的に減衰させる。

【0034】

チューニング可能なノッチフィルタ３０６は、フィルタリングされたデジタル受信信号を出力し、等化器３０８に供給する。等化器３０８は、周波数依存の位相および振幅歪みなどの送信リンク損失を補償することによって、シンボル検出における損失を低減する。いくつかの実装例において、等化器３０８は、シンボル間干渉を低減することもできる。いくつかの実装例において、等化器３０８は、フィルタリングされたデジタル受信信号の光減衰および／または色分散を補正することができる。等化器３０８は、フィルタリングされたデジタル受信信号を処理することにより、等化されたデジタル受信信号を生成し、シンボル決定モジュール３１０に供給する。

【0035】

シンボル決定モジュール３１０は、等化されたデジタル受信信号からデータシンボルｄ_ｋを決定する。データシンボルｄ_ｋは、周波数オフセットモニタ３１４および復調器３１２に供給される。復調器３１２は、送信器に使用された符号化および変調技術に基づいて、シンボルによって表された実際のビットを復調する。

【0036】

いくつかの実装例において、チューニング可能なノッチフィルタ３０６を用いて、入来するデジタル受信信号を直接にフィルタリングすることで干渉信号を減衰させることにより、元のデータ信号を減衰させることもできる。元のデータ信号の減衰は、結果的に、信号損失およびデータ伝送のエラー率の増加をもたらす可能性がある。以下の説明は、元のデータ信号に実質的に影響することなく、望ましくない干渉信号をフィルタリングするための技術の利用に関する。

【0037】

図４は、光信号における干渉を軽減することができる第２の受信器４００を示す。具体的には、第２の受信器４００を利用して、受信した光信号におけるＭＰＩをフィルタリングすることができる。デジタル受信信号を直接にフィルタリングすることによって干渉信号を減衰させる図３の第１の受信器３００とは異なり、第２の受信器４００は、干渉信号を推定した後、デジタル受信信号から干渉信号の推定値を減算する。第２の受信器４００は、デジタル受信信号を直接にフィルタリングすることを回避することによって、干渉信号と共に元のデータ信号の一部を減衰させることを回避する。

【0038】

図３に示す第１の受信器３００と同様に、第２の受信器４００は、光検出器４０２およびＡＤＣ４０４を含む。光検出器４０２およびＡＤＣ４０４は各々、図３に関連して上記で説明した光検出器３０２およびＡＤＣ３０４と同様である。光検出器４０２は、光信号を受信する。この光信号は、元の光信号と、ＭＰＩに起因し且つ元の搬送波周波数に実質的に等しい搬送波周波数を有する干渉光信号とを含む。光検出器４０２は、受信した光信号に対応するアナログ受信信号を生成する。ＡＤＣ４０４は、このアナログ受信信号をデジタル受信信号にデジタル化する。

【0039】

また、第２の受信器４００は、図３に示す第１の受信器に関連して上記で説明した等化器３０８と類似する等化器４０８を含む。しかしながら、フィルタリングされたデジタル受信信号を等化する第１の受信器３００の等化器３０８とは異なり、第２の受信器４００の等化器４０８は、ＡＤＣ４０４によって出力されたデジタル受信信号を等化することによって、等化されたデジタル受信信号を生成する。デジタル受信信号を等化することによって、（以下にさらに説明する）ＭＰＩ軽減ブロック４１４で実行されるシンボル決定処理におけるエラーを低減することができる。

【0040】

第２の受信器４００は、ＭＰＩ軽減ブロック４１４をさらに含む。ＭＰＩ軽減ブロック４１４は、初期シンボル決定モジュール４１６と、データ除去モジュール４１８と、低域フィルタ４２０と、ＭＰＩ信号減算器４２２とを含む。また、第２の受信器４００は、最終シンボル決定および復調器ブロック４２４を含む。この最終シンボル決定および復調器ブロック４２４は、図３に示す第１の受信器３００に関連して上記で説明したシンボル決定モジュール３１０と復調器３１２との組み合わせと同様であり得る。

【0041】

再びＭＰＩ軽減ブロック４１４を参照すると、初期シンボル決定モジュール４１６は、等化器４０８によって出力された等化されたデジタル受信信号ｙ_ｋを処理することにより、受信信号に含まれたデータシンボルｃ_ｋを決定する。次いで、データ除去モジュール４１８は、デジタル受信信号ｙ_ｋからデータシンボルｃ_ｋを減算することによって、中間データ信号を生成する。その後、低域フィルタは、中間データ信号をフィルタリングすることによって、干渉信号の推定値ε_ｋを生成する。いくつかの実装例において、低域フィルタの帯域幅は、搬送波信号を生成するために使用されたレーザの信号搬送波の位相ノイズ（または線幅）に基づくことができる。例えば、ＤＦＢレーザおよび外部変調器が利用されるいくつかの実装例において、信号搬送波の線幅は、約１０ＭＨｚ〜約９０ＭＨｚであってもよい。このような実装例において、低域フィルタの帯域幅を約１０ＭＨｚ〜約９０ＭＨｚに選択することもできる。次いで、デジタル受信信号ｙ_ｋから干渉信号の推定値ε_ｋを減算することにより、干渉抑制デジタル受信信号を生成する。その後、最終シンボル決定および復調器ブロック４２４は、干渉抑制デジタル受信信号を処理することによって、干渉抑制デジタル受信信号に含まれたデータを抽出する。上述したように、干渉信号の推定値は、デジタル受信信号をフィルタリングするのではなく、デジタル受信信号から減算される。この方法は、干渉信号と共に元のデータ信号の一部をフィルタリングにより除去してしまうリスクを軽減する。

【0042】

図４に示す第２の受信器４００は、受信した光信号からＭＰＩを除去するように構成されているが、以下で説明する図５および６の受信器は、受信した光信号から任意の（ＭＰＩまたは帯域内）干渉信号を除去するように構成されている。

【0043】

図５は、光信号における干渉を軽減することができる第３の受信器５００を示す。具体的には、第３の受信器５００を利用して、受信した光信号からＭＰＩまたは帯域内干渉信号をフィルタリングすることができる。図４に示す第２の受信器４００と同様に、第３の受信器５００は、干渉信号の推定値を決定し、デジタル受信信号から干渉信号の推定値を減算することによって、デジタル受信信号から干渉信号を直接にフィルタリングする必要性を軽減する。また、第３の受信器５００は、元の光信号の搬送波周波数と干渉光信号の搬送波周波数との間のビート周波数を監視する。

【0044】

第３の受信器５００は、光検出器５０２と、ＡＤＣ５０４と、等化器５０８と、干渉軽減ブロック５１４と、最終シンボル決定および復調器モジュール５２４とを含む。干渉軽減ブロック５１４は、初期シンボル決定モジュール５１６と、データ除去モジュール５１８と、チューニング可能な帯域フィルタ５２０と、周波数オフセットモニタ５２６と、信号減算器５２２とを含む。光検出器５０２、ＡＤＣ５０４、等化器５０８、初期シンボル決定モジュール５１６、データ除去モジュール最終シンボル決定および復調器モジュール５２４は、図４に関連して上記で説明した光検出器４０２、ＡＤＣ４０４、等化器４０８、初期シンボル決定モジュール４１６、データ除去モジュール４１８、最終シンボル決定および復調器ブロック４２４と同様である。また、周波数オフセットモニタ５２６は、図３に関連して上記で説明した周波数オフセットモニタ３１４と同様である。

【0045】

干渉軽減ブロック５１４は、周波数オフセットモニタ５２６を利用して、ビート周波数Δωを監視および決定し、このビート周波数を用いて干渉信号の推定値ε_ｋを決定する。具体的には、周波数オフセットモニタ５２６は、デジタル受信信号ｙ_ｋから、初期シンボル決定モジュール５１６によって決定されたデータシンボルを減算することによって、中間信号ａ_ｋを生成する。次に、周波数オフセットモニタ５２６は、中間信号に対してＦＦＴ分析を行うことによって、ビート周波数Δωを決定する。上記で説明したように、ビート周波数Δωは、干渉信号の中心周波数を表す。チューニング可能な帯域フィルタ５２０の中心周波数は、周波数オフセットモニタによって決定されたビート周波数Δωに設定される。帯域フィルタ５２０は、データ除去モジュール５１８によって生成されたデータ除去デジタル受信信号をフィルタリングする。帯域フィルタ５２０の中心周波数および帯域幅は推定された中心周波数および干渉信号の帯域幅に設定されるため、帯域フィルタ５２０の出力は、干渉信号の推定値ε_ｋである。その後、デジタル受信信号ｙ_ｋからこの推定値を減算することによって、干渉抑制デジタル受信信号を生成する。シンボル決定および復調器モジュール５２４は、この干渉抑制デジタル受信信号を処理することによって、データを生成する。

【0046】

いくつかの実装例において、周波数オフセットモニタ５２６によって決定されるビート周波数の精度は、初期シンボル決定モジュール５１６によって行われたシンボル決定におけるエラーに依存し得る。いくつかの実装例において、シンボル決定におけるエラーが高い場合、周波数オフセットモニタ５２６によって決定されるビート周波数の精度は、許容できないほど低くなる可能性がある。これによって、干渉信号の推定精度およびデジタル受信信号から干渉信号を除去する際の干渉軽減ブロック５１４の有効性を低下させる。このようないくつかの実装例において、ビート周波数を決定するための反復的な手法を利用することができ、その一例を図６に関連して以下に説明する。

【0047】

図６は、図５に示す第３の受信器５００に使用される別の例示的な干渉軽減ブロック６１４を示す。具体的には、干渉軽減ブロック５１４の代わりに、干渉軽減ブロック６１４を使用することができる。干渉軽減ブロック６１４は、２つのサブブロック、すなわち、第１のサブブロック６５２および第２のサブブロック６５４を含む。第１のサブブロック６５２は、図５に示す干渉軽減ブロック５１４と同様であり、同様の参照番号を含む。第２のサブブロック６５４は、第２のシンボル決定モジュール６１６と、第２のデータ除去モジュール６１８と、第２のチューニング可能な帯域フィルタ６２０と、第２の信号減算器６２２とを含む。第２のシンボル決定モジュール６１６、第２のデータ除去モジュール６１８、第２のチューニング可能な帯域フィルタ６２０および第２の信号減算器６２２は、第１のサブブロック６５２に含まれたシンボル決定モジュール５１６、データ除去モジュール５１８、チューニング可能な帯域フィルタ５２０および信号減算器５２２と同様である。しかしながら、第２のサブブロック６５４は、例えば、第１のサブブロック６５２内の周波数オフセットモニタ５２６のような周波数オフセットモニタを含まない。その代わりに、第２のチューニング可能なフィルタ６２０は、周波数オフセットモニタ５２６からビート周波数を受信する。干渉軽減ブロック６１４は、第２のシンボル決定モジュール６１６を用いてシンボル決定を繰り返すことによって、干渉信号推定値の精度を改善する。したがって、シンボル決定モジュール５１６によって導入されたシンボル決定のエラーを軽減することができる。第２のシンボル決定モジュール６１６によって検出されたシンボルに基づいて、干渉信号の推定値を再決定し、デジタル受信信号からこの第２の推定値を減算する。いくつかの実装例において、図６に示すように、第２のデータ除去モジュール６１８は、第１のサブブロック６５２によって出力された干渉抑制デジタル受信信号からではなく、第１のサブブロック６５２によって受信された同様の光信号ｙ_ｋから、第２のシンボル決定モジュール６１６によって出力されたデータシンボルｃ_ｋを減算することができる。同様に、第２の信号減算器６２２は、第１のサブブロック６５２によって出力された干渉抑制デジタル受信信号からではなく、第１のサブブロック６５２によって受信された同一の光信号ｙ_ｋから、第２のチューニング可能なフィルタ６２０によって生成された干渉信号の推定値を減算することができる。

【0048】

いくつかの実装例において、図３に示すチューニング可能なノッチフィルタ３０６並びに図５および６に示すチューニング可能な帯域フィルタ５２０および６２０は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）デジタルフィルタを用いて実装することができる。しかしながら、ＩＩＲフィルタの動作は、不安定になることがある。以下の説明は、ＩＩＲフィルタに比べて改善された安定性を提供するチューニング可能なノッチフィルタおよびチューニング可能な帯域フィルタを実装するための代替の手法に関する。

【0049】

図７は、例示的な帯域フィルタ７００のブロック図を示す。具体的には、帯域フィルタ７００を用いて、図５および６に示す帯域フィルタを実装することができる。帯域フィルタ７００は、第１の余弦ブロック７０２と、第１の正弦ブロック７０４と、第１の低域フィルタ７０６と、第２の低域フィルタ７０８と、第２の余弦ブロック７１０と、第２の正弦ブロック７１２と、加算器７１４と、変倍ブロック７１６とを含む。図５および６に関連して上記で説明したように、帯域フィルタは、データ除去モジュール５１８および６１８によって提供されたデータ除去デジタル受信信号ａ_ｋをフィルタリングする。信号ａ_ｋは、第１の余弦ブロック７０２および第１の正弦ブロック７０４の両方に提供される。第１の余弦ブロック７０２は、信号ａ_ｋにｃｏｓ（ωｔ_ｋ）を乗算し、第１の正弦ブロック７０４は、信号ａ_ｋにｓｉｎ（ωｔ_ｋ）を乗算する。ωは、中心周波数（すなわち、Δω）を表す。第１の余弦ブロック７０２と第１の正弦ブロック７０４との両方は、信号ａ_ｋの高周波成分を低周波数成分にシフトする。信号ａ_ｋの高周波成分を低周波成分にシフトすることにより、帯域フィルタの代わりに、低域フィルタを用いて、信号ａ_ｋをフィルタリングすることができる。デジタル領域において、帯域フィルタに比べて低域フィルタをより効率的に実装することができるため、帯域フィルタの代わりに低域フィルタを使用することは、有利である。第１の低域フィルタ７０６および第２の低域フィルタ７０８の帯域幅は、周波数オフセットモニタによってモニタすることができる元の搬送波信号および干渉搬送波信号の線幅または帯域幅に実質的に等しくなるように選択することができる。低域フィルタ７０６および７０８は、干渉信号の必要なスペクトル成分を選択することにより、フィルタリングされた信号ｕ_ｋおよびｖ_ｋを各々生成する。第２の余弦ブロック７１０および第２の正弦ブロック７１２は、フィルタリングされた信号ｕ_ｋおよびｖ_ｋを各々アップコンバートまたはより高い周波数成分にシフトする。第２の余弦ブロック７１０および第２の正弦ブロック７１２は、アップコンバートされた信号を加算器７１４に出力する。加算器７１４は、アップコンバートされた信号を加算し、倍率αで変倍することにより、干渉信号の推定値ε_ｋを生成する。いくつかの実装例において、第１の低域フィルタ７０６および第２の低域フィルタ７０８は、ハードウェア効率的な移動平均フィルタを用いて実装することができる。いくつかの実装例において、移動平均フィルタの例示的なウィンドウサイズは、約６４個のサンプルであってもよい。

【0050】

いくつかの実装例において、図７に示す帯域フィルタ７００を用いて、ノッチフィルタ、例えば、図３に示すノッチフィルタ３０６を実装することができる。このような実装例において、ディジタル受信信号ｙ_ｋから帯域フィルタの出力ε_ｋを減算することは、中心周波数ωおよび帯域フィルタ７００と同様の帯域幅でディジタル受信信号ｙ_ｋをフィルタリングすることと等価である。

【0051】

図８は、帯域内干渉を軽減するための例示的な送受信器８００を示す。具体的には、送受信器８００を利用して、図２に示す通信システム２００の第１の送受信器１０２および第２の送受信器１０４の一方または両方を実装することができる。図２に関連して上記で説明したように、第１の受信器１１０は、第１の送信器１０８から第２の受信器１１２に送信された光信号の反射成分である干渉信号を受信することができる。第１の送信器１０８から送信された光信号の反射は、双方向光リンク１４０上のコネクタ１４６によって引き起こされる。いくつかの実装例において、第１の受信器１１０によって受信された元の光信号の搬送波周波数と（送信器１０８の搬送波周波数を有する）干渉信号の搬送波周波数との間の差が大きくなる場合、元の光信号に与える干渉信号の影響が小さくなる。いくつかの実装例において、搬送波周波数の差が受信器１１０によって受信された元の光信号の帯域幅よりも大きい場合、干渉信号は、もはや帯域内干渉信号ではなくなり、無視することができる。図８に示す送受信器８００は、得られた干渉信号の搬送波周波数が受信器によって受信された元の光信号の帯域外になるように、送信器の搬送波周波数を変更することができる。

【0052】

送受信器８００は、送信器８０２と、受信器８０４とを含む。送信器８０２は、送信器８０２に光搬送波信号を生成するためのレーザ８０６と、レーザ８０６によって生成された光搬送波信号をデータで変調するための変調器８０８と、レーザ８０６の波長（または搬送波周波数）を制御するための波長制御装置８１０とを含む。受信器８０４は、図３に関連して上記で説明した受信器３００と同様であり、受信器３００の構成要素と同様の構成要素を含む。具体的には、受信器８０４は、入力光信号を監視し、ビート周波数Δωを決定するための周波数オフセットモニタ３１４を含む。いくつかの実装例において、周波数オフセットモニタ３１４によって決定されたビート周波数Δωは、送信器８０２の波長制御装置８１０にも伝達される。波長制御装置８１０はまた、受信器８０４によって受信した光信号の帯域幅をメモリに記憶するまたは受信器８０４から光信号の帯域幅を受信する。その後、波長制御装置８１０は、ビート周波数Δωが受信器によって受信された光信号の帯域幅よりも大きくなるように、レーザ８０６の搬送波周波数を変更することができる。その結果、得られた干渉信号は、帯域外になり、受信器８０４で受信した元の光信号に最小の影響しか与えない。

【0053】

いくつかの実装例において、波長制御装置は、マイクロ制御装置、マイクロ処理器、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）の１つまたは複数を用いて実装することができる。いくつかの実装例において、波長制御装置は、熱電冷却器（ＴＥＣ）を制御して、レーザ８０６の動作温度を調整することによって、レーザの搬送波周波数を変更することができる。いくつかの実装例において、例えば、レーザ８０６の波長は、約０．１ｎｍ／℃の速度で変化することができる。このようないくつかの実装例において、約２℃の温度変化は、レーザ８０６の周波数に約３４ＧＨｚの変化をもたらすことができる。

【0054】

上記で説明したように、周波数オフセットモニタ、例えば、図３に示す周波数オフセットモニタ３１４は、通常のデータ送信中に、光信号からビート周波数Δωを決定することができる。いくつかの他の実装例において、パイロットトレーニングパルスを利用して、ビート周波数Δωを決定することもできる。例えば、図１を参照して、第１の送信器１０８は、パイロットトレーニングパルスを送信することができ、第２の受信器１１４は、干渉光信号と共にパイロットトレーニングパルスを受信することができる。第２の受信器１１４に設けられた周波数オフセットモニタ、例えば、図３に示す周波数オフセットモニタ３１４は、受信したパイロットトレーニングパルスを用いて、ビート周波数Δωを決定することができる。図５、６および８に示す周波数オフセットモニタも、受信したパイロットトレーニングパルスを用いて、ビート周波数Δωを決定することができる。このようないくつかの実装例において、周波数オフセットモニタは、パイロットトレーニングパルスが停止され、データ送信が開始された後に、周波数オフセットを監視し続けることができる。

【0055】

本開示に記載された実装例に対する様々な変更は、当業者にとって容易に分かるであろう。本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本開示に記載の一般的な原理を他の実装例に適用することができる。したがって、特許請求の範囲は、本開示に記載の実施例に限定されることを意図しておらず、本開示に記載の原理および新規な特徴と一致する最も広い範囲で解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】