特開 2024-145438 光受信機及び光受信方法

(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】P2024145438

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】光受信機及び光受信方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2513 20130101AFI20241004BHJP

   H04B 10/61 20130101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

H04B10/2513

H04B10/61

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023057784

(22)【出願日】2023-03-31

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、国立研究開発法人情報通信研究機構、「革新的情報通信技術研究開発委託研究／Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ 超高速・大容量ネットワークを実現する小型低電力波長変換・フォーマット変換技術の研究開発 研究開発項目１ 小型波長変換・フォーマット変換用低電力デジタル信号処理技術の研究開発 副題：大容量光ネットワークの利用効率向上に向けた小型低電力波長変換・フォーマット変換技術の研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】中島 久雄

(72)【発明者】

【氏名】入江 博之

(72)【発明者】

【氏名】▲杉▼谷 樹一

(72)【発明者】

【氏名】金山 靖隆

(72)【発明者】

【氏名】喜志多 達郎

(72)【発明者】

【氏名】小菅 豊

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA01

5K102AD01

5K102AH14

5K102KA03

5K102KA33

5K102KA39

5K102RD26

(57)【要約】

【課題】光信号の伝送特性の低下を抑制する光受信機及び光受信方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光受信機は、光伝送路を介して受信した光信号に応じた電気信号に対し、前記光伝送路の波長分散を補償する分散補償回路と、前記分散補償回路による補償後の前記電気信号に対し、前記分散補償回路での補償の不足により残留する残留波長分散を適応的に補償する適応等化回路と、前記適応等化回路のタップ係数に基づいて、前記残留波長分散の分散スロープをモニタするモニタ回路と、を備え、前記分散補償回路は、前記分散スロープのモニタ値に基づいて、前記波長分散を補償する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光伝送路を介して受信した光信号に応じた電気信号に対し、前記光伝送路の波長分散を補償する分散補償回路と、
前記分散補償回路による補償後の前記電気信号に対し、前記分散補償回路での補償の不足により残留する残留波長分散を適応的に補償する適応等化回路と、
前記適応等化回路のタップ係数に基づいて、前記残留波長分散の分散スロープをモニタするモニタ回路と、を備え、
前記分散補償回路は、前記分散スロープのモニタ値に基づいて、前記波長分散を補償する、
ことを特徴とする光受信機。

【請求項2】

前記モニタ回路は、前記タップ係数に基づいて、前記残留波長分散をモニタし、
前記分散補償回路は、前記分散スロープのモニタ値と前記残留波長分散のモニタ値とに基づいて、前記波長分散を補償する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信機。

【請求項3】

前記モニタ回路は、前記残留波長分散のモニタ値と前記光信号の中心波長からの差との関係を１次関数に適合することにより、前記残留波長分散と前記分散スロープとを算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光受信機。

【請求項4】

前記モニタ回路は、前記関係を前記１次関数に適合する範囲を、前記光伝送路の信号帯域に基づいて決定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の光受信機。

【請求項5】

前記モニタ回路は、前記残留波長分散のモニタ値が閾値以下に補償された後に、前記分散スロープのモニタ値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光受信機。

【請求項6】

前記モニタ回路は、前記光信号の送信にサブキャリア変調が適用された場合、サブキャリアごとの前記残留波長分散のモニタ値に基づいて、前記分散スロープのモニタ値を算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光受信機。

【請求項7】

光伝送路を介して受信した光信号に応じた電気信号に対し、前記光伝送路の波長分散を補償し、
補償後の前記電気信号に対し、前記波長分散の補償の不足により残留する残留波長分散を適応的に補償し、
前記残留波長分散を適応的に補償する適応等化回路のタップ係数に基づいて、前記残留波長分散の分散スロープをモニタし、
前記分散スロープのモニタ値に基づいて、前記波長分散を補償する、
ことを特徴とする光受信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件は、光受信機及び光受信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

４０Ｇｂｉｔ／ｓ以上の波長多重光伝送システムにおいて、収容波長帯域に対して一括に分散補償を行うシステムが知られている。近年ではデジタル信号処理技術により光受信機で累積した波長分散を補償することも可能となっている。波長多重光伝送システムでは、光ファイバの波長分散の高次分散である波長分散スロープ（以下、単に分散スロープという）により、伝送距離および伝送容量が大きく制限される。このため、光伝送路の分散値や分散スロープを正確に把握し、分散スロープを含めた分散補償を行うことが重要である（例えば特許文献１及び２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２７３８０４号公報

【特許文献2】特開２００６－３３３３１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

波長多重光伝送システムに含まれる光送信機と光受信機の間には様々な種類の光伝送路が混在することがある。例えば、光送信機と光受信機の間には、ＥＬＥＡＦ（Enhanced Large Effective Area Fiber）やＳＭＦ（Single-Mode Fiber）といった光ファイバが光伝送路として混在する。また、光送信機と光受信機の間には様々な長さの光伝送路も混在する。

【0005】

上述した光伝送路の種類や長さは必ずしも判明しているとは限らず、部分的に不明な場合がある。光伝送路の種類や長さが不明な場合、光受信機は光伝送路の分散値や分散スロープを正確に把握することが難しい。この結果、光受信機では分散スロープを含めた高精度な分散補償が困難になり、光信号の伝送特性が低下するという問題がある。

【0006】

そこで、１つの側面では、光信号の伝送特性の低下を抑制する光受信機及び光受信方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

１つの実施態様では、光受信機は、光伝送路を介して受信した光信号に応じた電気信号に対し、前記光伝送路の波長分散を補償する分散補償回路と、前記分散補償回路による補償後の前記電気信号に対し、前記分散補償回路での補償の不足により残留する残留波長分散を適応的に補償する適応等化回路と、前記適応等化回路のタップ係数に基づいて、前記残留波長分散の分散スロープをモニタするモニタ回路と、を備え、前記分散補償回路は、前記分散スロープのモニタ値に基づいて、前記波長分散を補償する。

【発明の効果】

【0008】

光信号の伝送特性の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は波長多重光伝送システムの一例である。

【図2】図２は光受信機のブロック図の一例である。

【図3】図３はＤＳＰ（Digital Signal Processor）のブロック図の一例である。

【図4】図４は分散スロープに起因する伝送特性の低下例を説明するグラフである。

【図5】図５（ａ）乃至（ｃ）は残留波長分散の伝送距離ごとのモニタ値を示すグラフである。

【図6】図６は信号帯域の範囲を説明する図である。

【図7】図７は信号帯域の範囲の決定を説明する図である。

【図8】図８（ａ）は残留波長分散のモニタ値の一例を示すグラフである。図８（ｂ）は残留波長分散のモニタ値の他の一例を示すグラフである。

【図9】図９はモニタ回路の処理の一例を示すフローチャートである。

【図10】図１０（ａ）は高ボーレートの残留波長分散のモニタ値の他の一例を示すグラフである。図１０（ｂ）は低ボーレートの残留波長分散のモニタ値の他の一例を示すグラフである。

【図11】図１１（ａ）はサブキャリア変調適用時における光信号の分割例を説明する図である。図１１（ｂ）はサブキャリア変調適用時における分散スロープの算出例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本件を実施するための形態について図面を参照して説明する。

【0011】

図１に示すように、波長多重光伝送システムＳＴは光送信機１００と光受信機２００とを含んでいる。光受信機２００は光送信機１００から送信された光信号Ｏ（ｔ）を受信する。光信号Ｏ（ｔ）は光送信機１００から出力された信号であり、時間ｔの関数で表すことができる。図１では、１つの光送信機１００と１つの光受信機２００とを含む波長多重光伝送システムＳＴが示されているが、異なる複数の波長を多重化して光伝送を行う場合もある。この場合、波長多重光伝送システムＳＴは複数の光送信機と複数の光受信機とを含み、光信号Ｏ（ｔ）を波長ごとの光信号に分波し、波長別の光信号を合波して光信号Ｏ（ｔ）を生成する。光送信機１００と光受信機２００は様々な種類の光ファイバ５１，５２，５３，５４と複数の光増幅器５５，５６，５７，５８とによって接続されている。光ファイバ５１，５２，５３，５４は光伝送路の一例である。例えば、光ファイバ５１はＳＭＦである。光ファイバ５２はＥＬＥＡＦである。光ファイバ５３，５４はいずれも種類が明らかでない不特定光ファイバとする。

【0012】

また、光送信機１００と光受信機２００の接続には様々な長さの光ファイバ５１，５２，５３，５４が利用されている。例えば、光ファイバ５３の長さＬ１は８０ｋｍ（キロメートル）である。光ファイバ５４の長さＬ２は３０ｋｍである。一方で、光ファイバ５１の長さＬ３や光ファイバ５２の長さＬ４はいずれも判明していない。このように、波長多重光伝送システムＳＴでは、光ファイバ５３，５４の種類が判明していない場合もあれば、光ファイバ５１の長さＬ３や光ファイバ５２の長さＬ４が判明していない場合もある。

【0013】

次に、図２を参照して、光受信機２００の詳細について説明する。

【0014】

光受信機２００は、ＤＳＰ２１０と、ＡＤＣ（Analogue Digital Converter）２２０と、ＩＣＲ（Integrated Coherent Receiver）２３０と、ＩＴＬＡ（Integrable Tunable Laser Assembly）２４０と、制御部２５０とを有する。

【0015】

ＩＣＲ２３０には、光送信機１００から送信された光信号Ｏ（ｔ）が入力される。ＩＣＲ２３０は偏波ビームスプリッタ及び光－電気変換器などを有する。ＩＣＲ２３０は光信号Ｏ（ｔ）をＨ偏波及びＶ偏波の各成分に分離して、ＩＴＬＡ２４０から入力された局発光と混合することで光信号Ｏ（ｔ）に相当する情報を抽出したのちに、電気信号（具体的には電界信号）Ｅ（ｔ）に変換してＡＤＣ２２０に出力する。光信号Ｏ（ｔ）から変換される電気信号Ｅ（ｔ）は時間ｔの関数で表すことができる。

【0016】

ＡＤＣ２２０は電気信号Ｅ（ｔ）をアナログ形式からデジタル形式に変換してＤＳＰ２１０に出力する。詳細は後述するが、ＤＳＰ２１０は電気信号Ｅ（ｔ）に対し、例えば光ファイバ５１，５２，５３，５４の波長分散を補償するなど、様々なデジタル信号処理を実行し、出力する。制御部２５０は、プロセッサとメモリとを含み、ＤＳＰ２１０、ＩＣＲ２３０、及びＩＴＬＡ２４０の各動作を制御する。

【0017】

図３を参照して、ＤＳＰ２１０の詳細について説明する。

【0018】

ＤＳＰ２１０は、分散補償回路２１１と、適応等化回路２１２と、モニタ回路２１３と、周波数オフセット補償回路２１４とを有する。また、ＤＳＰ２１０は、搬送波位相推定回路２１５と、ＦＥＣ（Forward Error Correction）復号化回路２１６と、デフレーマ回路２１７とを有する。なお、ＤＳＰ２１０がモニタ回路２１３を有する代わりに、上述した制御部２５０がモニタ回路２１３を有していてもよい。この場合、制御部２５０は後述するフローチャートに応じた処理を実行すればよい。

【0019】

分散補償回路２１１はＡＤＣ２２０から入力された電気信号Ｅ（ｔ）に対し、光ファイバ５１，５２，５３，５４の累積した波長分散を固定的に一括して補償する。例えば、分散補償回路２１１は入力された電気信号Ｅ（ｔ）に対し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）を実施して電気信号Ｅ（ｔ）を周波数領域信号に変換する。次に、分散補償回路２１１は周波数領域信号に対し、モニタ回路２１３から入力された逆伝達関数Ｈ（ｆｎ）を分散補償係数として乗算することにより、波長分散を固定的に補償する。そして、分散補償回路２１１は、補償後の周波数領域信号に対し、ＩＦＦＴ（Inverse FFT：逆高速フーリエ変換）を実施することにより、時間ｔの関数で表される受信電気信号Ｅ（ｔ）の波長分散による波形歪みを補償し、適応等化回路２１２に出力する。

【0020】

なお、逆伝達関数Ｈ（ｆｎ）は以下の数式（１）によって表すことができる。２次の波長分散が分散スロープに関わる項である。
＜数式（１）＞
Ｈ（ｆｎ）＝ｅｘｐ［ｊ＊｛１／２＊（２π＊ｆｎ）^２＊Ｃ＊１次の波長分散／（２π＊Ｆｃ^２）＋１／６＊（２π＊ｆｎ）^３＊Ｃ＊（Ｃ／Ｆｃ＊２次の波長分散＋２＊１次の波長分散）／（（２π）^２＊Ｆｃ^３）｝］
Ｃ：光速
Ｆｃ：信号周波数
１次の波長分散：光ファイバ５１，５２，５３，５４の累積波長分散の逆数（ｐｓ／ｎｍ）
２次の波長分散：光ファイバ５１，５２，５３，５４の累積２次波長分散の逆数（ｐｓ／ｎｍ^２）
ｆｎ＝ｎ＊サンプリングレート／Ｎ＿ＦＦＴ（ｎは整数、０～Ｎ＿ＦＦＴ／２、－（Ｎ＿ＦＦＴ／２）＋１～－１）
ｊ：虚数単位

【0021】

適応等化回路２１２は、光ファイバ５１，５２，５３，５４の主に偏波変動や偏波モード分散に起因するひずみに合わせて、波形ひずみを適応的に補償する。適応等化回路２１２は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）フィルタといったデジタルフィルタ回路を備えていてもよい。

【0022】

また、適応等化回路２１２は、分散補償回路２１１で波長分散補償後の電気信号Ｅ（ｔ）である２系統の複素時系列に対し、分散補償回路２１１での補償の不足により残留する残留波長分散も適応的に補償する。分散補償回路２１１では、伝送路の波長分散量の情報やそのモニタによって分散補償を行うが、その情報が不確定な場合、分散補償が完全に実施されない場合がある。このため、適応等化回路２１２は、補償後の電気信号Ｅ（ｔ）に対し、残留波長分散を適応的に補償する。

【0023】

適応等化回路２１２は偏波変動や偏波モード分散に起因するひずみや残留波長分散などを補償すると、補償後の電気信号Ｅ（ｔ）を周波数オフセット補償回路２１４に出力する。周波数オフセット補償回路２１４は、補償後の電気信号Ｅ（ｔ）に基づいて、光信号Ｏ（ｔ）と局発光との間の周波数ずれ（オフセット）を補償し、搬送波位相推定回路２１５に出力する。搬送波位相推定回路２１５は、補償後の電気信号Ｅ（ｔ）から正しい搬送波（キャリア）位相を推定し、搬送波位相の復元を行う。搬送波位相推定回路２１５は推定したキャリア位相から送信信号を復元し、復元した電気信号Ｅ（ｔ）をＦＥＣ復号化回路２１６に出力する。

【0024】

ＦＥＣ復号化回路２１６は、例えば、光送信機１００でのデジタル信号処理によって光信号Ｏ（ｔ）に付加された誤り訂正符号に基づいて、電気信号Ｅ（ｔ）を誤り訂正復号化する。デフレーマ回路２１７は、電気信号Ｅ（ｔ）に対してデフレーマ処理を実施する。デフレーマ処理は電気信号Ｅ（ｔ）のフレームにマッピングされているクライアント信号をデマッピングする処理である。クライアント信号は、イーサネット（登録商標）のフレーム信号であってもよいし、ＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）又はＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical NETwork）のフレーム信号であってもよい。

【0025】

ここで、モニタ回路２１３は適応等化回路２１２のタップ係数Ｈｘｘ，Ｈｘｙ，Ｈｙｘ，Ｈｙｙに基づいて、残留波長分散を推定してモニタ（監視）し、残留波長分散のモニタ値に基づいて、残留波長分散と、残留波長分散の波長微分である分散スロープとを算出する。より詳しくは、モニタ回路２１３の残留分散モニタ２１３Ａが残留波長分散を推定してモニタし、残留波長分散のモニタ値に基づいて、残留波長分散を算出して決定する。そして、モニタ回路２１３の分散スロープモニタ２１３Ｂが残留波長分散のモニタ値に基づいて、分散スロープを算出して決定する。残留波長分散と分散スロープを決定すると、モニタ回路２１３は残留波長分散を１次の波長分散とし、分散スロープを２次の波長分散とし、上述した数式（１）に基づいて、逆伝達関数Ｈ（ｆｎ）を算出する。

【0026】

なお、残留分散モニタ２１３Ａによる残留波長分散の推定は、例えば以下の文献に開示されている。一方、分散スロープモニタ２１３Ｂによる分散スロープの算出は以下の文献に開示されておらず、公知でもない。
（１）Md. Saifuddin Faruk,et al, “Multi-Impairments Monitoring from the Equalizer in a Digital Coherent Optical Receiver”, ECOC 2010, Th.10.A.1, 19-23 September, 2010, Torino, Italy
（２）Gabriella Bosco,et al, “Joint DGD, PDL and Chromatic Dispersion Estimation in Ultra-Long-Haul WDM Transmission Experiments with Coherent Receivers”, ECOC 2010, Th.10.A.2, 19-23 September, 2010, Torino, Italy

【0027】

モニタ回路２１３は逆伝達関数Ｈ（ｆｎ）を算出すると、逆伝達関数Ｈ（ｆｎ）を分散補償係数として、分散補償回路２１１に入力する。これにより、分散補償回路２１１は残留波長分散といった１次の波長分散だけでなく、分散スロープといった高次（具体的には２次）の波長分散を考慮した、波長分散を補償することができる。

【0028】

ここで、図４を参照して、分散スロープに起因する光信号Ｏ（ｔ）の伝送特性の低下について説明する。

【0029】

光ファイバ５１，５２，５３，５４の波長分散は周波数依存性を持つことが知られており、この周波数依存性は分散スロープによって表すことができる。光受信機２００が３２Ｇｂａｕｄや６４Ｇｂａｕｄといった低ボーレートの光信号Ｏ（ｔ）を受信する場合、光信号Ｏ（ｔ）の信号帯域の範囲が狭いため、信号帯域の範囲内では波長分散が一定であると考えられる。このため、分散スロープに起因する光信号Ｏ（ｔ）の伝送特性が低下する影響は小さいと想定され、無視することもできる。

【0030】

一方、光受信機２００が１００Ｇｂａｕｄを超える高ボーレートの光信号Ｏ（ｔ）を受信する場合、光信号Ｏ（ｔ）の信号帯域の範囲が広いため、信号帯域の範囲内では波長分散が一定ではなく、ばらつくと考えられる。このため、分散スロープに起因する光信号Ｏ（ｔ）の伝送特性が低下する影響は大きいと想定される。例えば、図４に示すように、１６ＱＡＭの光変調方式で光変調された１３０Ｇｂａｕｄの光信号Ｏ（ｔ）を光受信機２００が受信する場合、光ファイバ５１と光ファイバ５２との間には、光信号Ｏ（ｔ）の伝送特性に大きな違いが現れる。

【0031】

具体的に説明すると、ＳＭＦである光ファイバ５１の伝送特性を表すグラフＧ１は、伝送距離の増加に対してＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）ペナルティが緩やかに増加する。すなわち、グラフＧ１は緩勾配である。このように、光ファイバ５１であれば、伝送距離が増加しても、波長分散の波長微分である分散スロープの影響は少ないためＳＮＲペナルティは小さく、伝送特性の低下は小さいと想定される。

【0032】

一方、ＥＬＥＡＦである光ファイバ５２の伝送特性を表すグラフＧ２は、伝送距離の増加に対して、超長距離領域ではＳＮＲペナルティが急激に増加する。すなわち、グラフＧ２は急勾配である。このように、光ファイバ５２であれば、伝送距離が増加すると、分散スロープの影響は多いいためＳＮＲペナルティは大きく、伝送特性の低下は大きいと想定される。例えば、伝送距離が６０００ｋｍ付近の場合、光ファイバ５１であれば、分散スロープにより伝送特性が１．５ｄＢ程度低下するが、光ファイバ５２であれば、分散スロープにより伝送特性が３．０ｄＢ以上低下する。

【0033】

光ファイバ５１，５２の種類や長さが判明している場合には、分散スロープはファイバ仕様により精度良く算出することができため、結果的に、分散スロープに対する補償を事前に準備して実施することができる。しかしながら、光送信機１００と光受信機２００との接続に、種類や長さが判明していない光ファイバ５３，５４が含まれている場合、分散スロープも不定であり、精度良く算出することができない。このため、結果的に、分散スロープに対する補償を事前に準備して実施することが難しい。

【0034】

本実施形態では、光送信機１００と光受信機２００との接続に、例えば種類が判明していない光ファイバ５３，５４や、長さが判明していない光ファイバ５１，５２が含まれている際に、累積された残留波長分散と分散スロープの両方が不定である場合を考慮した分散補償が実現されている。

【0035】

図５を参照して、モニタ回路２１３がモニタした残留波長分散と分散スロープとの伝送距離ごとの関係について説明する。なお、図５（ａ）乃至（ｃ）では、光送信機１００と光受信機２００が光ファイバ５２で接続されている場合の光信号Ｏ（ｔ）の中心波長からの差と残留波長分散との関係が示されており、１次の波長分散については、分散補償回路２１１で補償されている。

【0036】

まず、図５（ａ）に示すように、伝送距離が０ｋｍである場合、中心波長からの差が－０．３ｎｍ（ナノメートル）から０．３ｎｍまでの間では、残留波長分散のばらつきは少なく、０ｐｓ／ｎｍ付近で一定である。すなわち、伝送距離が０ｋｍである場合、分散スロープＤＳ１の勾配はほとんどなく、残留波長分散の周波数依存性がない又は少ないことが分かる。

【0037】

次に、図５（ｂ）に示すように、伝送距離が３２００ｋｍである場合、中心波長からの差が－０．３ｎｍから０．３ｎｍまでの間では、残留波長分散にばらつきある。具体的には、－０．３ｎｍ付近では－１００ｐｓ／ｎｍ付近であり、０．３ｎｍ付近では１００ｐｓ／ｎｍ付近である。このように、伝送距離が３２００ｋｍである場合、分散スロープＤＳ２は分散スロープＤＳ１から右肩上がりに傾斜し、分散スロープＤＳ２に分散スロープＤＳ１より大きな勾配が発生する。すなわち、伝送距離が延びると、残留波長分散の周波数依存性が増大することが分かる。

【0038】

さらに、図５（ｃ）に示すように、伝送距離が４８００ｋｍである場合、中心波長からの差が－０．３ｎｍから０．３ｎｍまでの間では、残留波長分散にばらつきある。具体的には、－０．３ｎｍ付近では－１００ｐｓ／ｎｍ付近であるが、０．３ｎｍ付近では１９０ｐｓ／ｎｍ付近である。このように、伝送距離が４８００ｋｍである場合、分散スロープＤＳ３は分散スロープＤＳ２からさらに右肩上がりに傾斜し、分散スロープＤＳ３に分散スロープＤＳ２よりさらに大きな勾配が発生する。すなわち、伝送距離が延びると、残留波長分散の周波数依存性がさらに増大することが分かる。

【0039】

次に、図６及び図７を参照して、本実施形態に係る分散スロープの推定手法について説明する。

【0040】

上述したように、残留波長分散は残留分散モニタ２１３Ａにより推定されてモニタされるため、図６に示すように、残留波長分散のモニタ値を表す折れ線グラフＧ３を利用して、分散スロープモニタ２１３Ｂは分散スロープＤＳ２を推定する。ここで、光信号Ｏ（ｔ）の信号帯域ＳＢの限界Ｌ付近よりも外側では、残留分散モニタ２１３Ａは信号帯域外雑音抑圧動作を実施するため、モニタ値の精度が低下する。信号帯域ＳＢの限界Ｌ付近よりも内側でも、モニタ精度や周波数分解能の影響により残留波長分散のばらつきが大きくなる。

【0041】

このような、信号帯域ＳＢの限界Ｌ付近よりも内側においてばらつきが大きくなる残留波長分散のモニタ値の折れ線グラフＧ３を、分散スロープモニタ２１３Ｂは１次関数に近似して、分散スロープＤＳ２を推定する。折れ線グラフＧ３の１次関数への近似は例えば最小二乗法などを利用すればよい。例えば、１次関数をｙ＝ａｘ＋ｂで表現した場合、係数ａを分散スロープに対応付けることができ、係数ｂを残留波長分散に対応付けることができる。このように、分散スロープモニタ２１３Ｂは、分散スロープに相当する係数ａと残留波長分散に相当する係数ｂとを算出して決定する。

【0042】

なお、分散スロープモニタ２１３Ｂは、折れ線グラフＧ３を１次関数に近似する信号帯域ＳＢの範囲を、例えば送受信機や伝送路の帯域である伝送路帯域のモニタ値に基づいて決定することができる。具体的には、分散スロープモニタ２１３Ｂは、以下の数式（２）に基づいて、伝送路帯域のモニタ値Ｍ（ｆ）を算出する。
＜数式（２）＞
Ｍ（ｆ）＝Ｈｘｘ（ｆ）＊Ｈｙｙ（ｆ）－Ｈｙｘ（ｆ）＊Ｈｘｙ（ｆ）
Ｈｘｘ（ｆ），Ｈｙｙ（ｆ），Ｈｙｘ（ｆ），Ｈｘｙ（ｆ）はそれぞれタップ係数Ｈｘｘ，Ｈｙｙ，Ｈｙｘ，Ｈｘｙの逆伝達関数を表している。

【0043】

モニタ値Ｍ（ｆ）を算出すると、分散スロープモニタ２１３Ｂは、以下の数式（３）に基づいて、伝送路帯域の逆特性Ｐ（ｆ）を算出する。
＜数式（３）＞
Ｐ（ｆ）＝１０＊ｌｏｇ（ａｂｓ（Ｍ（ｆ）））

【0044】

伝送路帯域の逆特性Ｐ（ｆ）を算出すると、分散スロープモニタ２１３Ｂは、図７に示すように、Ｐ（ｆ）が一定となる範囲を信号帯域ＳＢの範囲として決定する。これは、残留波長分散のモニタ値が線形に変化する範囲となることが多いためである。一方、分散スロープモニタ２１３Ｂは、Ｐ（ｆ）が上に凸となる変曲点の間を信号帯域ＳＢの範囲として決定してもよい。これは、実際の信号帯域ＳＢの範囲に近いためである。このように、分散スロープモニタ２１３Ｂは信号帯域ＳＢの範囲を決定し、その範囲内に含まれる残留波長分散のモニタ値を１次関数に近似し、その１次関数に基づいて残留波長分散と分散スロープとを算出して決定する。

【0045】

次に、図８及び図９を参照して、１次の残留波長分散の影響について説明する。

【0046】

まず、図８（ａ）に示すように、分散補償回路２１１による補償によっては、中心波長からの差が０ｎｍにおいて、１次の残留波長分散に相当する係数ｂが係数ｂ１（例えば２０ｐｓ／ｎｍなど）といった非常に小さな係数になる場合がある。すなわち、分散補償回路２１１によって十分な補償が実施されることにより、１次の残留波長分散がほとんどなく、０ｐｓ／ｎｍに近くなる場合がある。このように、１次の残留波長分散が０ｐｓ／ｎｍに近くなる状態では、分散スロープモニタ２１３Ｂは分散スロープＤＳ２を精度良く算出することができる。

【0047】

しかしながら、図８（ｂ）に示すように、分散補償回路２１１による補償によっては、中心波長からの差が０ｎｍにおいて、１次の残留波長分散に相当する係数ｂが係数ｂ１より大きな係数ｂ２（例えば１００ｐｓ／ｎｍなど）といった大きな係数になる場合がある。すなわち、１次の残留波長分散に対し、分散補償回路２１１によって十分な分散補償が実施されないことにより、１次の残留波長分散が増大し、０ｐｓ／ｎｍから大きく離隔する場合がある。このように、残留波長分散が０ｐｓ／ｎｍから遠ざかる状態では、分散スロープモニタ２１３Ｂは分散スロープＤＳ２を精度良く算出することができない可能性がある。

【0048】

このため、図９に示すように、モニタ回路２１３では、まず、残留分散モニタ２１３Ａが１次の残留波長分散のモニタ値を単独で分散補償回路２１１にフィードバックする（ステップＳ１）。そして、残留分散モニタ２１３Ａは分散補償回路２１１で復元された補償後の電気信号Ｅ（ｔ）の１次の残留波長分散のモニタ値が残留波長分散の少なさを判断する閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２）。当該閾値としては、例えば上述した２０ｐｓ／ｎｍなどを採用すればよい。１次の残留波長分散のモニタ値が閾値以下でない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、残留分散モニタ２１３Ａは再びステップＳ１の処理を実行する。

【0049】

このように、１次の残留波長分散のモニタ値が閾値以下になるまで、ステップＳ１とステップＳ２の処理を繰り返すことにより、１次の残留波長分散が閾値以下に収束し、分散スロープの算出精度の低下を抑制することができる。

【0050】

１次の残留波長分散のモニタ値が閾値以下になると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、残留分散モニタ２１３Ａと分散スロープモニタ２１３Ｂがそれぞれ１次の残留波長分散のモニタ値と分散スロープのモニタ値を分散補償回路２１１にフィードバックする（ステップＳ３）。そして、残留分散モニタ２１３Ａは分散補償回路２１１で伝送路の波長分散補償後の電気信号Ｅ（ｔ）の１次の残留波長分散のモニタ値が上述した閾値以下であるか否か、及び分散スロープのモニタ値が別の閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ４）。この別の閾値は分散スロープの少なさを判断する閾値であって、例えば５ｐｓ／ｎｍ^２や１０ｐｓ／ｎｍ^２などを採用すればよい。

【0051】

１次の残留波長分散のモニタ値が閾値以下でない場合、又は分散スロープのモニタ値が別の閾値以下でない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、残留分散モニタ２１３Ａと分散スロープモニタ２１３Ｂはそれぞれ再びステップＳ３の処理を実行する。ステップＳ１，Ｓ２の処理によって１次の残留波長分散のモニタ値が閾値以下になったと判断された状態で、ステップＳ３，Ｓ４の処理が繰り返されるため、分散スロープモニタ２１３Ｂは分散スロープを精度良く算出することができる。１次の残留波長分散のモニタ値が閾値以下になり、かつ、分散スロープのモニタ値が別の閾値以下になると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、残留分散モニタ２１３Ａと分散スロープモニタ２１３Ｂはそれぞれ処理を終了する。

【0052】

次に、図１０及び図１１を参照して、低ボーレートの影響について説明する。

【0053】

上述した実施形態では、図１０（ａ）に示すように、１２８Ｇｂａｕｄといった高ボーレートの場合の残留波長分散のモニタ値について説明した。一方、図１０（ｂ）に示すように、３２Ｇｂａｕｄといった低ボーレートの場合には、残留波長分散の信号帯域の範囲が狭くなるため、分散スロープの傾きが小さくなり、分散スロープの傾きに対して残留波長分散のモニタ値のばらつきが大きくなる。これにより、分散スロープの算出精度が低下する可能性がある。

【0054】

このような低ボーレートの場合は、光信号Ｏ（ｔ）の送信にサブキャリア変調が適用された場合に発生する。例えば、図１１（ａ）に示すように、シングルキャリアである１２８Ｇｂａｕｄの光信号Ｏ（ｔ）の送信にサブキャリア変調が適用されると、光送信機１００はこの光信号Ｏ（ｔ）を４分割して、ＦＤＭ（Frequency Division Multiplex）方式で３２Ｇｂａｕｄの４つの光信号Ｏ（ｔ）を送信する。このように、サブキャリア変調が適用されると、分散スロープの算出精度が低下する可能性がある。

【0055】

このような場合、分散スロープモニタ２１３Ｂはサブキャリアごとの１次の残留波長分散のモニタ値に基づいて、分散スロープを算出する。例えば、図１１（ｂ）に示すように、分散スロープモニタ２１３Ｂは、サブキャリアＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３，ＳＣ４の１次の残留波長分散の各モニタ値と、そのモニタ値から分散スロープＤＳ４を算出する。分散スロープの算出は最小二乗法などを利用してもよい。分散スロープモニタ２１３Ｂはこのような分散スロープＤＳ４を分散補償回路２１１に入力するようにしてもよい。

【0056】

以上、本実施形態によれば、光受信機２００は分散補償回路２１１と適応等化回路２１２とモニタ回路２１３とを備えている。分散補償回路２１１は、光ファイバ５１，５２，５３，５４を介して受信した光信号Ｏ（ｔ）に応じた電気信号Ｅ（ｔ）に対し、光ファイバ５１，５２，５３，５４の波長分散を補償する。適応等化回路２１２は分散補償回路２１１による補償後の電気信号Ｅ（ｔ）に対し、分散補償回路２１１での補償の不足により残留する残留波長分散を適応的に補償する。モニタ回路２１３は適応等化回路２１２のタップ係数に基づいて、残留波長分散の分散スロープをモニタする。そして、分散補償回路２１１は、少なくとも分散スロープのモニタ値に基づいて、波長分散を補償する。これにより、光信号Ｏ（ｔ）の伝送特性の低下を抑制することができる。

【0057】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0058】

１００ 光送信機
２００ 光受信機
２１０ ＤＳＰ
２１１ 分散補償回路
２１２ 適応等化回路
２１３ モニタ回路
２１３Ａ 残留分散モニタ
２１３Ｂ 分散スロープモニタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】