特開 2024-131792 光受信機及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024131792

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】光受信機及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/60 20130101AFI20240920BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20240920BHJP

   H04B 10/2507 20130101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H04B10/60

H04J14/00

H04B10/2507

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042257

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】別府 翔平

(72)【発明者】

【氏名】吉兼 昇

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA52

5K102AD00

5K102KA01

5K102MH03

5K102MH17

5K102MH19

5K102PA00

5K102PA11

5K102PH31

5K102RD11

5K102RD27

5K102RD28

(57)【要約】

【課題】光受信機の各ＦＩＲフィルタのタップ数を適切にする。
【解決手段】光受信機は、第１受信信号から第Ｎ受信信号に基づき第ｍ送信信号（ｍは１からＮまでの整数）を生成する第ｍ等化手段を備え、第ｍ等化手段は、第ｎ受信信号（ｎは１からＮまでの整数）を処理して第ｍ送信信号成分を生成する第ｎパスと、第１パスから第Ｎパスそれぞれで生成された第ｍ送信信号成分を合成することで第ｍ送信信号を生成する合成手段と、を備え、第ｎパスは、フィルタ手段と遅延手段と、を含み、第１パスから第Ｎパスの内の第ｍパスとは異なるパスのフィルタ手段の時間窓の幅は、光送信機から光受信機までの第ｎ送信光の第１伝搬遅延と、第ｍ送信光の第２伝搬遅延との遅延差に基づき設定されている。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光送信機が第１送信信号から第Ｎ送信信号（Ｎは２以上の整数）に基づき生成して光伝送路に送信した第１送信光から第Ｎ送信光を、第１受信光から第Ｎ受信光として受信する光受信機であって、
前記第１受信光から前記第Ｎ受信光に基づき第１受信信号から第Ｎ受信信号を出力する受信手段と、
前記第１受信信号から前記第Ｎ受信信号に基づき第ｍ送信信号（ｍは１からＮまでの整数）を生成する第ｍ等化手段と、
を備え、
前記第ｍ等化手段は、
第ｎ受信信号（ｎは１からＮまでの整数）を処理して第ｍ送信信号成分を生成する第ｎパスと、
第１パスから第Ｎパスそれぞれで生成された前記第ｍ送信信号成分を合成することで前記第ｍ送信信号を生成する合成手段と、
を備え、
前記第ｎパスは、前記第ｎ受信信号をフィルタリングするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の上流側又は下流側に設けられる遅延手段と、を含み、
前記第１パスから前記第Ｎパスの内の第ｍパスとは異なるパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅は、前記光送信機から前記光受信機までの第ｎ送信光の第１伝搬遅延と、前記光送信機から前記光受信機までの第ｍ送信光の第２伝搬遅延との遅延差に基づき設定されている、光受信機。

【請求項2】

前記第ｍパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅は、所定値に設定されている、請求項１に記載の光受信機。

【請求項3】

前記第ｍパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅は、前記光送信機から前記光受信機までの前記第ｍ送信光の偏波の違いによる遅延差に基づき設定されている、請求項１に記載の光受信機。

【請求項4】

前記第ｍパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅は、前記第１パスから前記第Ｎパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅の中で最も小さい、請求項１に記載の光受信機。

【請求項5】

前記第ｎパスの前記遅延手段における遅延量は、前記第１伝搬遅延と、前記光送信機から前記光受信機までの前記第１送信光から前記第Ｎ送信光の伝搬遅延の最大値と、の遅延差に基づき設定されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項6】

前記第ｎパスの前記遅延手段における遅延量は、前記第１伝搬遅延と、前記最大値との遅延差の半分の値に基づき設定されている、請求項５に記載の光受信機。

【請求項7】

前記第ｍ等化手段の前記合成手段が生成する前記第ｍ送信信号の品質に基づき前記第ｍ等化手段の前記第ｎパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅を制御する制御手段をさらに備えている請求項１から４のいずれか１項に記載の光受信機。

【請求項8】

光送信機が第１送信信号から第Ｎ送信信号（Ｎは２以上の整数）に基づき生成して光伝送路に送信した第１送信光から第Ｎ送信光を、第１受信光から第Ｎ受信光として受信し、前記第１受信光から前記第Ｎ受信光に基づき第１受信信号から第Ｎ受信信号を出力する光受信機の１つ以上のプロセッサで実行されるコンピュータプログラムであって、
前記コンピュータプログラムは、前記１つ以上のプロセッサで実行されると、前記１つ以上のプロセッサを、前記第１受信信号から前記第Ｎ受信信号に基づき第ｍ送信信号（ｍは１からＮまでの整数）を生成する第ｍ等化手段として機能させ、
前記第ｍ等化手段は、
第ｎ受信信号（ｎは１からＮまでの整数）を処理して第ｍ送信信号成分を生成する第ｎパスと、
第１パスから第Ｎパスそれぞれで生成された前記第ｍ送信信号成分を合成することで前記第ｍ送信信号を生成する合成手段と、
を備え、
前記第ｎパスは、前記第ｎ受信信号をフィルタリングするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の上流側又は下流側に設けられる遅延手段と、を含み、
前記第１パスから前記第Ｎパスの内の第ｍパスとは異なるパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅は、前記光送信機から前記光受信機までの第ｎ送信信号の第１伝搬遅延と、前記光送信機から前記光受信機までの前記第ｍ送信信号の第２伝搬遅延との遅延差に基づき設定されている、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光通信システムの光受信機に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、結合型のマルチコア光ファイバを用いた空間多重光通信システムを開示している。特許文献１によると、光受信機での信号処理負荷を低減させるため、光受信機のＭＩＭＯ（多入力多出力）等化器における各ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタのタップ数を所定範囲内にしている。ＦＩＲフィルタのタップ数は、フィルタリングする時間窓の幅に対応する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１５２８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

空間多重光通信システムで伝送される各信号光間の伝搬遅延差はそれぞれ異なるため、各ＦＩＲフィルタに最適なタップ数はそれぞれ異なる。特許文献１に記載の構成は、各信号光間の伝搬遅延差を考慮することなく各ＦＩＲフィルタのタップ数を所定範囲内にしているため、タップ数が最適化されない。

【0005】

本開示は、光受信機の各ＦＩＲフィルタのタップ数を適切にする技術を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様によると、光送信機が第１送信信号から第Ｎ送信信号（Ｎは２以上の整数）に基づき生成して光伝送路に送信した第１送信光から第Ｎ送信光を、第１受信光から第Ｎ受信光として受信する光受信機は、前記第１受信光から前記第Ｎ受信光に基づき第１受信信号から第Ｎ受信信号を出力する受信手段と、前記第１受信信号から前記第Ｎ受信信号に基づき第ｍ送信信号（ｍは１からＮまでの整数）を生成する第ｍ等化手段と、を備え、前記第ｍ等化手段は、第ｎ受信信号（ｎは１からＮまでの整数）を処理して第ｍ送信信号成分を生成する第ｎパスと、第１パスから第Ｎパスそれぞれで生成された前記第ｍ送信信号成分を合成することで前記第ｍ送信信号を生成する合成手段と、を備え、前記第ｎパスは、前記第ｎ受信信号をフィルタリングするフィルタ手段と、前記フィルタ手段の上流側又は下流側に設けられる遅延手段と、を含み、前記第１パスから前記第Ｎパスの内の第ｍパスとは異なるパスの前記フィルタ手段の時間窓の幅は、前記光送信機から前記光受信機までの第ｎ送信光の第１伝搬遅延と、前記光送信機から前記光受信機までの第ｍ送信光の第２伝搬遅延との遅延差に基づき設定されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示によると、光受信機の各ＦＩＲフィルタのタップ数を適切にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】空間多重光通信システムの構成図。

【図2】光受信機の構成図。

【図3】ＭＩＭＯ等化器の構成図。

【図4】第ｍ等化部の構成図。

【図5】３つの送信光の遅延差を示す図。

【図6】各等化部の各ＦＩＲフィルタの時間窓の幅の例を示す図。

【図7】各等化部の各遅延回路の時間窓の幅の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

【0010】

図１は、本実施形態の説明に使用する空間多重光通信システムを示している。光送信機１は、光伝送路３を介して、それぞれが情報を搬送するＮ個（Ｎは２以上の整数）の信号を光受信機２に送信する。以下では、光送信機１におけるＮ個の信号（電気領域）を第１送信信号～第Ｎ送信信号と表記する。光送信機１は、第ｎ送信信号（ｎは１からＮまでの整数）を第ｎ送信光に変換し、第１送信光～第Ｎ送信光を空間多重して光受信機２に送信する。空間多重の方式は任意である。例えば、光伝送路３がマルチモード光ファイバを有する場合、光送信機１は、第１送信光～第Ｎ送信光それぞれを異なる伝搬モードに変換してマルチモード光ファイバのコアに出力する。また、例えば、光伝送路３が結合型のマルチコア光ファイバを有する場合、光送信機１は、第ｎ送信光を、結合型のマルチコア光ファイバの１つのコアに出力する。

【0011】

図２は、光受信機２の構成図である。光受信機２は、光伝送路３から空間多重された第１受信光～第Ｎ受信光を受信する。第ｎ受信光は第ｎ送信光に対応する。例えば、光伝送路３がマルチモード光ファイバを有する場合、第ｎ受信光は、第ｎ送信光と同じ伝搬モードの受信光である。また、光伝送路３が結合型のマルチコア光ファイバを有する場合、第ｎ受信光は、第ｎ送信光が入力されたコアから出力される受信光である。光受信機２の受信部２１は、第ｎ受信光を復調又は光電変換することで第ｎ受信信号を出力する。

【0012】

空間多重におけるクロストークにより、第ｎ受信光は、第ｎ送信光の成分に加えて第ｎ送信光とは異なる送信光の成分を含んでいる。つまり、第ｎ受信光は、第１送信光から第Ｎ送信光それぞれの成分を含んでいる。したがって、第ｎ受信信号も、第１送信信号～第Ｎ送信信号それぞれの成分を含んでいる。言い換えると、第１受信信号～第Ｎ受信信号それぞれは、第ｍ送信信号（ｍは、１からＮまでの整数）の成分（以下、第ｍ送信信号成分と表記する。）を含んでいる。このため、ＭＩＭＯ等化器２２は、第１受信信号～第Ｎ受信信号それぞれに含まれる第ｍ送信信号成分を取り出して合成するＭＩＭＯ処理を行う。ＭＩＭＯ等化器２２は、第ｍ送信信号成分を合成した信号を第ｍ送信信号として出力する。

【0013】

図３は、ＭＩＭＯ等化器２２の構成図である。ＭＩＭＯ等化器２２は、第１等化部～第Ｎ等化部のＮ個の等化部を有する。第ｍ等化部は、第１受信信号～第Ｎ受信信号に基づき第ｍ送信信号を生成して出力する。第１等化部～第Ｎ等化部の構成は基本的に同様である。

【0014】

図４は、第ｍ等化部の構成を示している。第ｍ等化部は、第１受信信号～第Ｎ受信信号それぞれを処理するための第１パス～第Ｎパスを有する。第ｎパスは、遅延回路５と、ＦＩＲフィルタ６と、を有する。第ｎ受信信号は、第ｎパスの遅延回路５において遅延を与えられ、ＦＩＲフィルタ６でフィルタリングされる。第ｎパスのＦＩＲフィルタ６は、第ｎ受信信号に含まれる第ｍ送信信号成分を取り出す。合成部７は、第１パス～第Ｎパスより受信するＮ個の第ｍ送信信号成分を合成（加算）することで第ｍ送信信号を生成する。遅延回路５は、第１パス～第Ｎパスそれぞれからの第ｍ送信信号成分の時間差を調整するために設けられる。なお、図４では、ＦＩＲフィルタ６の上流側に遅延回路５を配置しているが、遅延回路５をＦＩＲフィルタ６と合成部７との間に配置する構成であっても良い。この場合、遅延回路５は、第ｎ受信信号ではなく、第ｎ受信信号からＦＩＲフィルタ６で取り出された第ｍ送信信号成分に遅延を与えることになる。

【0015】

以下では、Ｎ＝３として、第１送信信号～第３送信信号を出力するためにＭＩＭＯ等化器２２に設けられるＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅（タップ数）と、遅延回路５で与える遅延量と、について説明する。Ｎ＝３であるため、光送信機１は、第１送信信号～第３送信信号に基づく第１送信光～第３送信光を光伝送路３に送信する。光送信機１から光受信機２までの第１送信光～第３送信光それぞれの伝搬遅延は異なる。例えば、光伝送路３がマルチモード光ファイバを有する場合、第１送信光～第３送信光の伝搬モードは異なることになるが、伝搬モードの違いにより光伝送路３における第１送信光～第３送信光の伝搬遅延は異なることになる。したがって、光送信機１から光受信機２までの第１送信信号～第３送信信号の伝搬遅延も、第１送信光～第３送信光の伝搬遅延に応じて異なる。以下の説明では、光送信機１から光受信機２までの伝搬遅延が第１送信光、第２送信光、第３送信光の順で大きくなるものとする。より具体的には、図５に示す様に、第２送信光（第２送信信号）は第１送信光（第１送信信号）よりＡだけ遅延が大きく、第３送信光（第３送信信号）は第２送信光（第２送信信号）よりＢだけ遅延が大きいものとする。

【0016】

図６は、ＭＩＭＯ等化器２２の第１等化部～第３等化部の各パスに設けられるＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅を示している。なお、第ｋ等化部（ｋは１から３までの整数）は、第ｋ送信信号を出力する。また、第ｋパスは、第ｋ受信信号を処理する。図６によると、第１等化部の第２パスには、時間窓の幅がＡのＦＩＲフィルタ６を使用する。以下、第１等化部の第２パスに時間窓の幅がＡのＦＩＲフィルタ６を使用する理由、言い換えると、第２受信信号から第１送信信号成分を取り出すために時間窓の幅がＡのＦＩＲフィルタ６を使用する理由について説明する。

【0017】

第１送信光から第２送信光へのクロストークにより、あるタイミングで光送信機１が送信した第１送信光の成分は、第１送信光と第２送信光との遅延差に対応する期間Ａに渡って第２送信光に含まれることになる。よって、あるタイミングで光送信機１が送信した第１送信光に対応する第１送信信号成分は、期間Ａに渡って第２受信信号に含まれることになる。この期間Ａに渡って第２受信信号に含まれる第１送信信号成分を取り出すために、第２受信信号に対して時間窓の幅がＡのＦＩＲフィルタ６を使用する。同様の理由により、第１等化部の第３パスには、時間窓の幅が、第１送信光と第３送信光との遅延差に対応するＡ＋ＢであるＦＩＲフィルタ６を使用する。

【0018】

また、第１等化部の第１パスには、時間窓の幅がＸ１のＦＩＲフィルタ６を使用する。Ｘ１は、所定値であり、例えば、光伝送路３における第１送信光の偏波による遅延差と同じか、或いは、それより大きくなる様に決定される。具体的には、第１偏波の第１送信光と第２偏波の第１送信光との遅延差の最大値以上となる様にＸ１の値を決定する。なお、偏波の違いによる遅延差は、空間多重における異なる信号光の遅延差（Ａ、Ｂ等）よりも大変小さいため、第１等化部の第２パスや第３パスで使用するＦＩＲフィルタ６においては偏波の違いによる遅延差を無視できる。第１等化部において、第１パスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅が最も小さい。

【0019】

第２等化部及び第３等化部の各パスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅についても同様である。即ち、第２等化部の第１パスには時間窓の幅がＡのＦＩＲフィルタ６を使用し、第２パスには時間窓の幅がＸ２のＦＩＲフィルタ６を使用し、第３パスには時間窓の幅がＢのＦＩＲフィルタ６を使用する。また、第３等化部の第１パスには、時間窓の幅がＡ＋ＢのＦＩＲフィルタ６を使用し、第２パスには時間窓の幅がＢのＦＩＲフィルタ６を使用し、第３パスには、時間窓の幅がＸ３のＦＩＲフィルタ６を使用する。

【0020】

上記内容をより一般的に述べると、第ｍ等化部が有する第１パス～第Ｎパスの内の、第ｍパスとは異なる第ｎパスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅は、第ｎ送信光の第１伝搬遅延と、第ｍ送信光の第２伝搬遅延との遅延差に基づき設定される。また、第ｍ等化部の第ｍパスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅は、所定値に設定される。或いは、第ｍ等化部の第ｍパスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅は、第ｍ送信光の偏波の違いによる遅延差に基づき設定される。第ｍ等化部の第ｍパスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅は、第１パス～第ＮパスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅の中で最も小さい。

【0021】

図７は、ＭＩＭＯ等化器２２の第１等化部～第３等化部の各パスに設けられる遅延回路５が与える遅延量を示している。図７に示す様に、第１等化部～第３等化部それぞれについて、第ｎパスの遅延回路５が与える遅延量は同じである。まず、第１パスには、（Ａ＋Ｂ）／２の遅延量を与える遅延回路５を使用し、第２パスには、Ｂ／２の遅延量を与える遅延回路５を使用し、第３パスには、０の遅延量を与える遅延回路５を使用する。遅延回路５を設けるのは、各受信信号から取り出した送信信号成分の遅延の違いを補償するためである。本実施形態では、図７に示す様に、第ｎパスには、最も遅延の大きい第３送信光と第ｎ送信光との遅延差の半分の値に対応する遅延量を与える遅延回路５を設ける。なお、第３受信信号に対しては遅延を与える必要がないため、第３受信信号に対する遅延回路５を省略する構成とすることもできる。なお、同じ等化部の第１パス～第Ｎパスの遅延回路５が与える遅延量は、図６に示す値に所定値Ｄを加えた値とすることもできる。この場合、第１パスにはＤ＋（（Ａ＋Ｂ）／２）の遅延量を与える遅延回路５を使用し、第２パスにはＤ＋（Ｂ／２）の遅延量を与える遅延回路５を使用し、第３パスにはＤの遅延量を与える遅延回路５を使用する。

【0022】

上記内容をより一般的に述べると、第ｎパスの遅延回路５における遅延量は、第ｎ送信光の第１伝搬遅延と、第１送信光から第Ｎ送信光の伝搬遅延の最大値と、の遅延差に基づき設定される。より詳しくは、第ｎパスの遅延回路５における遅延量は、第１伝搬遅延と、第１送信光から第Ｎ送信光の伝搬遅延の最大値と、の遅延差の半分の値に基づき設定される。

【0023】

本実施形態では、例えば、Ｎ個の送信光（送信信号）それぞれの光送信機１から光受信機２までの伝搬遅延を予め測定する。そして、測定した伝搬遅延に基づき各ＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅と、各遅延回路５で与える遅延量を決定する。

【0024】

なお、例えば、光受信機２の制御部２３（図２参照）が、ＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅を動的に制御する構成とすることができる。例えば、各送信信号に対して周期的にトレーニング期間を設ける。光送信機１は、第ｍ送信信号のトレーニング期間においてトレーニングパターンを送信する。各送信信号のトレーニングパターンを示す情報は、予め光受信機２の制御部２３に格納されている。制御部２３は、ＭＩＭＯ等化器２２の第ｍ等化部が生成する第ｍ送信信号のトレーニング期間に含まれるパターンとトレーニングパターンとを比較することで第ｍ送信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を判定する。制御部２３は、第ｍ等化器の各パスのＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅を変化させながらＳＮＲを測定することで、ＳＮＲが最も大きくなる各ＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅を判定することができる。また、ＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅に加えて各遅延回路５の遅延量も同様に制御することができる。

【0025】

なお、トレーニングパターンを使用してＳＮＲを判定することに本発明は限定されない。例えば、第ｍ等化部が出力する第ｍ送信信号のＳＮＲを任意の方法で判定し、ＳＮＲが大きくなる様に各ＦＩＲフィルタ６の時間窓の幅や、各遅延回路５の遅延量を制御する構成とすることもできる。

【0026】

なお、ＭＩＭＯ等化器２２は、１つの以上のプロセッサを有する装置で実行されると、当該装置を上述したＭＩＭＯ等化器２２として機能させるコンピュータプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

【0027】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【0028】

以上の構成により、光受信機の各ＦＩＲフィルタのタップ数を適切にすることができる。したがって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

【符号の説明】

【0029】

２１：受信部、２２：ＭＩＭＯ等化器、５：遅延回路、６：ＦＩＲフィルタ、７：合成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】