(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】
(24)【登録日】2024-10-15
(45)【発行日】2024-10-23
(54)【発明の名称】光送信機および光送信機の制御方法
(51)【国際特許分類】
H04B 10/516 20130101AFI20241016BHJP
H04B 10/079 20130101ALI20241016BHJP
【ＦＩ】
H04B10/516
H04B10/079 190
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020168148
(22)【出願日】2020-10-05
(65)【公開番号】P2022060607
(43)【公開日】2022-04-15
【審査請求日】2023-06-08
【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）平成３０年度、国立研究開発法人情報通信研究機構、「高度通信・放送研究開発委託研究／高スループット・高稼動な通信を提供する順応型光ネットワーク技術の研究開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【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】110004185
【氏名又は名称】インフォート弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(72)【発明者】
【氏名】吉田 節生
(72)【発明者】
【氏名】小田 祥一朗
(72)【発明者】
【氏名】田島 一幸
(72)【発明者】
【氏名】星田 剛司
(72)【発明者】
【氏名】谷村 崇仁
【審査官】後澤 瑞征
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－０７５８７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５０６０３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７２９４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／５１６
Ｈ０４Ｂ １０／０７９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信データを表す光信号を生成する変調部と、受光器を用いて前記光信号の強度を検出し、検出した強度を表す第１の強度データを出力する二乗検波部と、
前記送信データに基づいて、前記変調部の状態に係わるパラメータを利用して前記変調部により生成される光信号の電界を計算する電界計算部と、
前記電界計算部により計算された電界に基づいて前記光信号の強度を表す第２の強度データを計算する強度計算部と、
前記第１の強度データと前記第２の強度データとの差分が小さくなるように前記パラメータを更新する更新部と、
前記パラメータに基づいて前記変調部の状態を制御する設定部と、
を備える光送信機。
【請求項2】
前記設定部は、前記差分が所定の閾値より小さいときに、前記パラメータに基づいて前記変調部の状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項3】
前記変調部は、第１のマッハツェンダ変調器、第２のマッハツェンダ変調器、および前記第１のマッハツェンダ変調器と前記第２のマッハツェンダ変調器との間の位相差を調整する位相付加部を含むＩＱ変調器を備え、前記パラメータは、前記第１のマッハツェンダ変調器のバイアス電圧のずれを表す第１のパラメータを含み、
前記設定部は、前記差分が前記閾値より小さくなったときの前記第１のパラメータの値に基づいて前記第１のマッハツェンダ変調器のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項4】
前記パラメータは、前記第１のマッハツェンダ変調器と前記第２のマッハツェンダ変調器との間の位相差のずれを表す第２のパラメータを含み、前記設定部は、前記差分が前記閾値より小さくなったときの前記第２のパラメータの値に基づいて前記位相付加部に印加されるバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の光送信機。
【請求項5】
前記強度計算部により計算される第２の強度データを平均化する低域通過フィルタをさらに備え、前記更新部は、前記第１の強度データと前記低域通過フィルタにより平均化された第２の強度データとの差分に基づいて前記第１のパラメータを更新する
ことを特徴とする請求項３に記載の光送信機。
【請求項6】
前記変調部は、前記送信データから第１の光信号および第２の光信号を生成し、前記変調部の出力側には、前記第１の光信号および前記第２の光信号を合波して偏波多重光信号を生成する合波器が設けられ、
前記電界計算部は、前記送信データに基づいて前記第１の光信号の電界および前記第２の光信号の電界を計算し、
前記電界計算部と前記強度計算部との間に、前記第１の光信号の電界および前記第２の光信号の電界に対して回転演算を行う偏波回転部を備え、
前記更新部は、前記第１の強度データと前記第２の強度データとの差分に基づいて前記偏波回転部による回転量を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項7】
前記強度計算部により計算される第２の強度データを平均化する低域通過フィルタをさらに備え、前記二乗検波部が第１のサンプリングレートで前記第１の強度データを生成するときには、前記強度計算部により計算される第２の強度データは、前記低域通過フィルタにより平均化されず、
前記二乗検波部が前記第１のサンプリングレートより遅い第２のサンプリングレートで前記第１の強度データを生成するときには、前記強度計算部により計算される第２の強度データは、前記低域通過フィルタにより平均化される
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項8】
送信データを表す光信号を生成する変調部を含む光送信機を制御する方法であって、受光器を用いて前記光信号の強度を表す第１の強度データを生成し、
前記送信データに基づいて、前記変調部の状態に係わるパラメータを利用して前記変調部により生成される光信号の電界を計算し、
前記電界に基づいて前記光信号の強度を表す第２の強度データを計算し、
前記第１の強度データと前記第２の強度データとの差分が小さくなるように前記パラメータを更新し、
前記パラメータに基づいて前記変調部の状態を制御する
ことを特徴とする光送信機の制御方法。
【請求項9】
光送信機および光受信機を備える光トランシーバであって、前記光送信機は、
送信データを表す光信号を生成する変調部と、
受光器を用いて前記光信号の強度を検出し、検出した強度を表す第１の強度データを出力する二乗検波部と、
前記送信データに基づいて、前記変調部の状態に係わるパラメータを利用して前記変調部により生成される光信号の電界を計算する電界計算部と、
前記電界計算部により計算された電界に基づいて前記光信号の強度を表す第２の強度データを計算する強度計算部と、
前記第１の強度データと前記第２の強度データとの差分が小さくなるように前記パラメータを更新する更新部と、
前記パラメータに基づいて前記変調部の状態を制御する設定部と、を備える
ことを特徴とする光トランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光送信機および光送信機を制御する方法に係わる。
【背景技術】
【0002】
大容量の通信システムを実現するために、品質の高い光信号を生成する光送信機が求められている。光送信機は、送信データから光信号を生成する光変調器を備える。そして、光送信機は、光変調器により生成される光信号を送信する。
【0003】
光送信機の状態は、様々な要因により変化し得る。例えば、周囲の温度に依存して光変調器の状態または特性が変化することがある。そして、光送信機の状態が変化すると、光信号の品質が劣化することがある。このため、光送信機の状態をモニタし、モニタ結果に応じて光送信機の状態を制御する方法が提案されている。例えば、コヒーレント受信器を用いて光信号の状態をモニタし、そのモニタ結果に応じて信号を補正する方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。また、関連技術として、分散予等化を行う分散予等化光送信器が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００８－１２４８９３号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】Ginni Khanna et al. A Robust Adaptive Pre-Distortion Method for Optical Communication Transmitters, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.28, NO.7, APRIL 1, 2016.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来技術においては、光送信機の状態をモニタして制御する回路の消費電力が大きい。例えば、光送信機にコヒーレント受信器を実装する場合、そのコヒーレント受信器の消費電力が大きくなる。加えて、光送信機のコストも高くなる。
【0007】
本発明の１つの側面に係わる目的は、光送信機の状態をモニタして制御する機能の消費電力を削減することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の１つの態様に係わる光送信機は、送信データを表す光信号を生成する変調部と、受光器を用いて前記光信号の強度を検出し、検出した強度を表す第１の強度データを出力する二乗検波部と、前記送信データに基づいて、前記変調部の状態に係わるパラメータを利用して前記変調部により生成される光信号の電界を計算する電界計算部と、前記電界計算部により計算された電界に基づいて前記光信号の強度を表す第２の強度データを計算する強度計算部と、前記第１の強度データと前記第２の強度データとの差分が小さくなるように前記パラメータを更新する更新部と、前記パラメータに基づいて前記変調部の状態を制御する設定部と、を備える。
【発明の効果】
【0009】
上述の態様によれば、光送信機の状態をモニタして制御する機能の消費電力が削減される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】光送信機に実装される変調部の一例を示す図である。
【図2】変調器のバイアス電圧のずれに起因する影響の一例を示す図である。
【図3】ＩＱ間の位相差を制御するバイアス電圧のずれに起因する影響の一例を示す図である。
【図4】ＩＱ間のゲイン偏差に起因する影響の一例を示す図である。
【図5】周波数特性に起因する影響の一例を示す図である。
【図6】ＩＱ間スキューに起因する影響の一例を示す図である。
【図7】本発明の第１の実施形態に係わる光送信機の一例を示す図である。
【図8】コントローラの動作の一例を示す図である。
【図9】コントローラの動作の一例を示すフローチャートである。
【図10】光送信機の構成例を示す図である。
【図11】第１の実施形態の光送信機のバリエーションを示す図である。
【図12】第１の実施形態の光送信機の他のバリエーションを示す図である。
【図13】第１の実施形態の光送信機のさらに他のバリエーションを示す図である。
【図14】本発明の第２の実施形態に係わる光送信機の一例を示す図である。
【図15】本発明の第３の実施形態に係わる光送信機の一例を示す図である。
【図16】本発明の第４の実施形態に係わる光送信機の一例を示す図である。
【図17】本発明の実施形態に係わる光送信機を含む光トランシーバの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図１は、光送信機に実装される変調部の一例を示す。この例では、変調部１は、デジタル信号処理器（ＤＳＰ）２、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１１ａ、１１ｂ、ドライバ１２ａ、１２ｂ、ＩＱ変調器１３を備える。なお、変調部１は、図１に示していない他の回路または機能を備えてもよい。また、レーザ光源（ＬＤ）９００は、変調部１の外部に設けられる。
【0012】
データ信号ｘは、不図示の信号生成器により送信データから生成される。データ信号ｘは、指定された変調方式に基づいてシンボル毎に生成される。各シンボルは、指定された変調方式に対応するビット数の送信データを表す。例えば、ＱＰＳＫにおいては各シンボルに２ビットが割り当てられ、１６ＱＡＭにおいては各シンボルに４ビットが割り当てられる。なお、データ信号ｘは、複素数で表される。
【0013】
ＤＳＰ２は、ＩＱ分離部３、遅延調整部４ａ、４ｂ、および波形整形部５ａ、５ｂを備える。ただし、ＤＳＰ２は、図１に示していない他の機能を備えてもよい。ＩＱ分離部３は、複素数で表されるデータ信号ｘを、シンボル毎に実数部分と虚数部分とに分離する。以下の記載では、実数部分を「データ信号Ｒｅ」または「データ信号Ｒｅ（ｘ）」と呼ぶことがある。虚数部分を「データ信号Ｉｍ」または「データ信号Ｉｍ（ｘ）」と呼ぶことがある。
【0014】
遅延調整部４ａは、データ信号Ｒｅを遅延させる。波形整形部５ａは、遅延調整部４ａの出力信号の波形を整形する。また、遅延調整部４ｂは、データ信号Ｉｍを遅延させる。波形整形部５ｂは、遅延調整部４ｂの出力信号の波形を整形する。遅延調整部４ａ、４ｂの遅延量は、不図示のコントローラから指示される。また、波形整形部５ａ、５ｂの処理も、不図示のコントローラにより制御される。
【0015】
ＤＡＣ１１ａは、ＤＳＰ２により生成されるデータ信号Ｒｅをアナログ信号に変換する。ドライバ１２ａは、ＤＡＣ１１ａから出力されるデータ信号Ｒｅを増幅する。同様に、ＤＡＣ１１ｂは、ＤＳＰ２により生成されるデータ信号Ｉｍをアナログ信号に変換する。ドライバ１２ｂは、ＤＡＣ１１ｂから出力されるデータ信号Ｉｍを増幅する。
【0016】
ＩＱ変調器１３は、マッハツェンダ変調器であり、Ｉアーム導波路およびＱアーム導波路を供える。Ｉアーム導波路上には、Ｉ成分変調器１４が設けられる。Ｑアーム導波路上には、Ｑ成分変調器１５、固定移相器１６、位相付加部１７が設けられる。そして、レーザ光源９００により生成される連続光がＩＱ変調器１３に入力される。連続光は、Ｉアーム導波路およびＱアーム導波路に導かれる。
【0017】
Ｉ成分変調器１４は、マッハツェンダ変調器であり、データ信号Ｒｅで連続光を変調して光信号Ｉを生成する。Ｑ成分変調器１５は、マッハツェンダ変調器であり、データ信号Ｉｍで連続光を変調して光信号Ｑを生成する。固定移相器１６は、Ｉアーム導波路とＱアーム導波路との間に所定の位相差（たとえば、π／２）を与える。ただし、固定移相器１６により生成される位相差は、目標値に対して誤差を有することがある。位相付加部１７は、Ｑアーム導波路を通過する光の位相をシフトさせる。位相付加部１７の移相量は、バイアス電圧ＶＰ（「Ｖ90_bias」と表記することがある）により制御される。そして、光信号Ｉおよび光信号Ｑを合波することで、送信データを表す変調光信号が生成される。尚、Ｉ成分変調器１４の動作点は、バイアス電圧ＶＩ（「ＶI_bias」と表記することがある）により制御され、Ｑ成分変調器１５の動作点は、バイアス電圧ＶＱ（「ＶQ_bias」と表記することがある）により制御される。
【0018】
上記構成の変調部１を含む光送信機の状態が正しく制御されているときは、変調部１により生成される光信号の品質は良好である。換言すると、光送信機の状態が正しく制御されていないときには、生成される光信号の品質が劣化することがある。例えば、変調部１のバイアス電圧が最適値からずれると、生成される光信号の品質が劣化する。
【0019】
【0020】
Ｉ成分変調器１４は、強度変調器として動作する。したがって、ドライバ１２ａの出力電圧に対応する強度の光信号が生成される。ここで、Ｉ成分変調器１４の動作点は、バイアス電圧ＶＩによって調整される。そして、バイアス電圧ＶＩが目標値ＶI0に調整されると、データ信号が「０」のときに、Ｉ成分変調器１４の出力光の強度は実質的にゼロになる。ところが、バイアス電圧ＶＩが目標値ＶI0からずれると、図２に示すように、データ信号が「０」のときにＩ成分変調器１４の出力光の強度はゼロにならない。すなわち、出力光信号の消光比が悪くなる。なお、この問題は、Ｉ成分変調器１４およびＱ成分変調器１５において同様に発生し得る。
【0021】
図３は、ＩＱ間の位相差を制御するバイアス電圧のずれに起因する影響の一例を示す。なお、図３では、変調部１は、１６ＱＡＭ光信号を生成する。すなわち、各シンボルに４ビットが割り当てられる。このとき、各シンボルは、割り当てられた４ビットの値に応じて、図３に示す１６個の信号点のうちの１つにマッピングされる。なお、各信号点は、光信号の振幅および位相を表す。
【0022】
バイアス電圧ＶＰが適切に制御されているときには、ＩＱ間の位相差は９０度であり、図３（ａ）に示すように、信号点は、Ｉ軸およびＱ軸に対してそれぞれ対称に分布する。ところが、バイアス電圧ＶＰが適切に制御されていないときには、図３（ｂ）に示すように、位相平面上での信号点の位置がシフトする。ここで、θは、固定移相器１６における「９０度」に対する誤差である。φは、位相付加部１７により付加される位相を表す。そして、理想的には、「θ＋φ」がゼロであることが好ましい。なお、図３（ｂ）に示すように、送信シンボルがマッピングされる信号点の振幅及び／又は位相が目標値からずれると、受信ノードにおいて誤りが発生する確率が高くなる。
【0023】
図４は、ＩＱ間のゲイン偏差に起因する影響の一例を示す。ゲイン偏差は、Ｉ成分変調器１４に与えられる駆動信号（即ち、データ信号Ｒｅ）の振幅とＱ成分変調器１５に与えられる駆動信号（即ち、データ信号Ｉｍ）の振幅との比に相当する。図４に示す例では、データ信号Ｉｍの振幅よりデータ信号Ｒｅの振幅の方が大きい。この場合、１６個の信号点の分布が、正方形ではなく、長方形になる。なお、図４に示すように、送信シンボルがマッピングされる信号点の振幅及び／又は位相が目標値からずれると、受信ノードにおいて誤りが発生する確率が高くなる。
【0024】
図５は、周波数特性に起因する影響の一例を示す。ここでは、グラフ３に示すように、所定の周波数領域において信号の強度がフラットである特性が要求されるものとする。この場合、伝達関数（ＤＡＣのアナログ出力回路、ドライバ、および変調器）の周波数特性が要求を満たさないときは、波形整形部５ａ、５ｂにおいてシンボル波形が補正される。例えば、グラフ１に示すように、高周波数領域で信号の強度が低下するものとする。この場合、波形整形部５ａ、５ｂは、周波数特性を補償する関数（グラフ２）を提供する。そして、この関数でデータ信号を処理することにより、要求された周波数特性が得られる。
【0025】
図６は、ＩＱ間スキューに起因する影響の一例を示す。ＩＱ間スキューは、Ｉ成分変調器１４にデータ信号Ｒｅが与えられるタイミングとＱ成分変調器１５にデータ信号Ｉｍが与えられるタイミングとの差分を表す。図６に示す例では、データ信号Ｒｅに対してデータ信号Ｉｍが遅れている。この場合、Ｉ成分変調器１４により生成される光信号Ｉに対してＱ成分変調器１５により生成される光信号Ｑが遅延する。そして、ＩＱ間スキューが大きくなると、図６に示すように、実質的なシンボル時間が短くなる。
【0026】
このように、光送信機（特に、変調部１）の状態が適切に制御されていないときは、光信号の品質が劣化することがある。したがって、光送信機は、自分の状態（特に、変調部１の状態）をモニタして制御する機能を備えることが好ましい。
【0027】
一例として、光送信機がコヒーレント受信器を備える構成が考えられる。この場合、このコヒーレント受信器は、光送信機から出力される光信号を受信することにより、その光信号の電界情報を検出する。そして、コントローラは、検出された電界情報に基づいて光送信機の状態を制御する。しかし、コヒーレント受信器の消費電力は大きく、また、コヒーレント受信のために使用されるレーザ光源は高価である。ここで、光送信機および光受信機を含む光トランシーバモジュールにおいては、光受信機内のコヒーレント受信器を利用して光送信機の状態を制御することも可能である。ただし、この場合、インサービス中に光送信機の状態を制御することはできない。なお、コヒーレント受信器を用いて光送信機の出力光信号をモニタする構成は、例えば、上述した文献Ginni Khanna et al.に記載されている。
【0028】
他の例として、光信号にテスト信号（または、ディザリング信号）を重畳する方式が考えられる。この場合、出力光信号からテスト信号を検出し、検出したテスト信号に基づいて光変調器の状態がモニタされる。この方式においては、コヒーレント受信器等の消費電力の大きい回路は不要である。しかし、この方式では、光信号にテスト信号が重畳されるので、光信号の品質が悪くなるおそれがある。この問題は、データ信号とは異なるタイムスロットにテスト信号を挿入すれば解決され得る。しかし、この場合、データの送信効率が低下する。なお、テスト信号またはディザリング信号を使用する方式は、例えば、下記の文献に記載されている。
C.R.S. Fludger et al. Low Cost Transmitter Self-Calibration of Time Delay and Frequency Response for High Baud-Rate QAM Transceivers, OFC2017, Th1D.3.
Y. Fan et al. Overall Frequency Response Measurement of DSP-based Optical Transmitter using Built-in Monitor Photodiode, ECOC2016.
C.R.S. Fludger et al. Low Cost Transmitter Self-Calibration of Time Delay and Frequency Response for High Baud-Rate QAM Transceivers, OFC2017, Th1D.3.
Y. Fan et al. Overall Frequency Response Measurement of DSP-based Optical Transmitter using Built-in Monitor Photodiode, ECOC2016.
【0029】
本発明の実施形態においては、これらの問題が解決または緩和される。すなわち、本発明の実施形態によれば、光送信機の状態を制御する機能の消費電力が削減される。また、本発明の実施形態によれば、インサービス中に、光送信機の状態をモニタして制御することができる。
【0030】
＜第１の実施形態＞
図７は、本発明の第１の実施形態に係わる光送信機の一例を示す。第１の実施形態に係わる光送信機１００は、変調部１、光分岐器２１、二乗検波部２２、およびコントローラ３０を備える。なお、光送信機１００は、図７に示していない他の回路または機能を備えてもよい。また、図７に示す変調部１は、図１に示す変調部１に相当する。したがって、変調部１は、送信データを表す光信号を生成する。
図７は、本発明の第１の実施形態に係わる光送信機の一例を示す。第１の実施形態に係わる光送信機１００は、変調部１、光分岐器２１、二乗検波部２２、およびコントローラ３０を備える。なお、光送信機１００は、図７に示していない他の回路または機能を備えてもよい。また、図７に示す変調部１は、図１に示す変調部１に相当する。したがって、変調部１は、送信データを表す光信号を生成する。
【0031】
光分岐器２１は、変調部１の出力光信号を分岐して二乗検波部２２に導く。なお、光分岐器２１は、例えば、光カプラにより実現される。
【0032】
二乗検波部２２は、光分岐器２１から導かれてくる光信号を検出する。ここで、二乗検波部２２は、例えば、受光器およびアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。この場合、受光器は、光信号の強度を表す電気信号を生成する。ＡＤＣは、受光器の出力信号をデジタル信号に変換する。よって、二乗検波部２２は、変調部１により生成される光信号の強度を表す強度データを出力する。なお、二乗検波部２２は、特に限定されるものではないが、この実施例では、送信シンボルごとに、光信号の強度を表す強度データを出力する。
【0033】
コントローラ３０は、モデル部４０、比較部４３、判定部４４、更新部４５、読み出し部４６、記憶部４７、パラメータ制御部４８、設定部４９を備える。なお、コントローラ３０は、図７に示していない他の機能を備えてもよい。また、コントローラ３０は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、プロセッサは、メモリに格納されているプログラムを実行することでコントローラ３０の機能を提供する。ただし、コントローラ３０の機能の一部をハードウェア回路で実現してもよい。
【0034】
モデル部４０は、仮想変調部４１および仮想二乗検波部４２を含む。そして、モデル部４０は、数式モデルを用いて、変調部１の出力信号および二乗検波部２２の出力信号を計算する。すなわち、モデル部４０において、変調部１および二乗検波部２２が仮想的に実現される。
【0035】
仮想変調部（電界計算部）４１は、送信データに基づいて、変調部１により生成される光信号の電界を計算する。計算された電界を表す信号を「電界情報信号」と呼ぶことがある。仮想二乗検波部（強度計算部）４２は、仮想変調部４１により生成される電界情報信号に基づいて、変調部１により生成される光信号の強度を表す強度データを計算する。
【0036】
仮想変調部４１は、変調部１にデータ信号ｘが与えられたときにＩ成分変調器１４から出力される光信号Ｉの電界Ｉを計算する。電界Ｉは、（１）式で表される。
【0037】
【数1】
【0038】
ｇIは、ＤＡＣ１１ａのアナログ出力回路、ドライバ１２ａ、およびＩ成分変調器１４の伝達関数を表す。伝達関数ｇIは、ＤＡＣ１１ａの特性、ドライバ１２ａの特性、Ｉ成分変調器１４の特性などに基づいて予め作成されているものとする。ΔＲｅは、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧のずれを表す。ｔは、時間を表す。ＷＩは、Ｉ成分のシンボル波形の特性関数を表す。特性関数ＷＩは、たとえば、光変調器の駆動信号（ここでは、データ信号Ｒｅ）の振幅および周波数特性を表す。ΔｔＩは、遅延調整部４ａの出力からＩ成分変調部１４までの電気信号の伝搬時間を表す。ΔｔＩは、例えば、予め測定されるようにしてもよい。ΔτＩは、遅延調整部４ａによる遅延時間を表す。
【0039】
また、仮想変調部４１は、変調部１にデータ信号ｘが与えられたときにＱ成分変調器１５から出力される光信号Ｑの電界Ｑを計算する。電界Ｑは、（２）式で表される。
【0040】
【数2】
【0041】
ｇQは、ＤＡＣ１１ｂのアナログ出力回路、ドライバ１２ｂ、およびＱ成分変調器１５の伝達関数を表す。伝達関数ｇQは、ＤＡＣ１１ｂの特性、ドライバ１２ｂの特性、Ｑ成分変調器１５の特性などに基づいて予め作成されているものとする。ΔＩｍは、Ｑ成分変調器１５のバイアス電圧のずれを表す。θは、固定移相器１６により付加される位相の誤差を表す。φは、位相付加部１７により付加される位相を表す。なお、φは、バイアス電圧ＶＰにより制御される。ＷＱは、Ｑ成分のシンボル波形の特性関数を表す。特性関数ＷＱは、たとえば、光変調器の駆動信号（ここでは、データ信号Ｉｍ）の振幅および周波数特性を表す。ΔｔＱは、遅延調整部４ｂの出力からＱ成分変調部１５までの電気信号の伝搬時間を表す。ΔｔＱは、例えば、予め測定されるようにしてもよい。ΔτＱは、遅延調整部４ｂによる遅延時間を表す。
【0042】
仮想二乗検波部４２は、仮想変調部４１により計算される複素数に対して二乗演算を実行する。この結果、変調部１により生成される光信号の強度を表す強度データが生成される。具体的には、（３）式により強度データＰが計算される。
【0043】
【数3】
【0044】
図７の説明に戻る。比較部４３は、二乗検波部２２により生成される強度データと仮想二乗検波部４２により生成される強度データとを比較する。二乗検波部２２により生成される強度データ（以下、「第１の強度データ」と呼ぶことがある。）は、変調部１により実際に生成される光信号の強度を表す。一方、仮想二乗検波部４２により生成される強度データ（以下、「第２の強度データ」と呼ぶことがある。）は、モデル部４０において数式モデルを利用して計算される光信号の強度を表す。なお、第１の強度データおよび第２の強度データは、適切に正規化されていることが好ましい。
【0045】
判定部４４は、第１の強度データと第２の強度データとの差分が所定の閾値より小さいか否かを判定する。そして、この判定結果は、更新部４５または読み出し部４６に通知される。なお、閾値は、十分に小さい値であることが好ましい。この場合、判定部４４は、第１の強度データと第２の強度データとの差分が実質的にゼロとみなせるか否かを判定する。
【0046】
第１の強度データと第２の強度データとの差分が閾値以上であるときには、更新部４５は、この差分を小さくするように変調部１の状態に係わるパラメータを更新する。「変調部１の状態に係わるパラメータ」は、仮想変調部４１において使用される下記のパラメータを含む。ただし、「変調部１の状態に係わるパラメータ」は、これらに限定されるものではない。
（１）Ｉ成分変調器１４に印加されるバイアス電圧のずれ量ΔＲｅ
（２）Ｑ成分変調器１５に印加されるバイアス電圧のずれ量ΔＩｍ
（３）ＩＱ間位相差の誤差を補償する位相量φ
（４）データ信号Ｒｅに対する遅延量ΔτＩ
（５）データ信号Ｉｍに対する遅延量ΔτＱ
（６）Ｉ成分変調器１４の駆動信号のゲインＷＩ
（７）Ｑ成分変調器１５の駆動信号のゲインＷＱ
（１）Ｉ成分変調器１４に印加されるバイアス電圧のずれ量ΔＲｅ
（２）Ｑ成分変調器１５に印加されるバイアス電圧のずれ量ΔＩｍ
（３）ＩＱ間位相差の誤差を補償する位相量φ
（４）データ信号Ｒｅに対する遅延量ΔτＩ
（５）データ信号Ｉｍに対する遅延量ΔτＱ
（６）Ｉ成分変調器１４の駆動信号のゲインＷＩ
（７）Ｑ成分変調器１５の駆動信号のゲインＷＱ
【0047】
更新部４５は、第１の強度データと第２の強度データとの差分が閾値より小さくなるまで、上記パラメータを更新する。このとき、更新部４５は、任意の順番でパラメータを更新してもよい。例えば、更新部４５は、ΔＲｅ以外のパラメータを固定した状態で、差分が最小になるΔＲｅの値を検出する。つづいて、更新部４５は、ΔＩｍ以外のパラメータを固定した状態で、差分が最小になるΔＩｍの値を検出する。以下、同様に、更新部４５は、差分が閾値より小さくなるまで、パラメータを１つずつ順番に選択して更新する処理を繰り返す。
【0048】
或いは、位相回復（phase retrieval）アルゴリズムを用いて変調部１の伝達関数Ｈを推定してもよい。例えば、入力信号ｘに対して二乗検波部２２の出力信号がｙであるものとする。この場合、出力信号ｙは、（４）式で表される。
【0049】
【数4】
【0050】
ここで、ｘは、データ信号であり、既知である。また、ｙは、二乗検波部２２の出力をモニタすることで得られる。よって、伝達関数Ｈを計算することができる。なお、位相回復アルゴリズムは、例えば、下記の文献に記載されている。
J. Liang et al. Phase Retrieval via the Alternating Direction Method of Multipliers, IEEE Signal Process. Lett. 25(1), 5-9 (2018)
J. Liang et al. Phase Retrieval via the Alternating Direction Method of Multipliers, IEEE Signal Process. Lett. 25(1), 5-9 (2018)
【0051】
第１の強度データと第２の強度データとの差分が閾値よりも小さくなると、判定部４４は、仮想変調部４１が変調部１の状態を表していると判定する。すなわち、仮想変調部４１において更新されたパラメータが変調部１の状態を表していると判定する。そうすると、判定部４４は、読み出し部４６に対して読出し指示を与える。
【0052】
読み出し部４６は、判定部４４から読出し指示を受け取ると、仮想変調部４１に設定されている最新のパラメータを読み出す。すなわち、更新部４５により更新されたΔＲｅ、ΔＩｍ、φ、ΔτＩ、ΔτＱ、ＷＩ、ＷＱが読み出される。
【0053】
パラメータ制御部４８は、読み出し部４６により読み出されたパラメータおよび記憶部４７に保存されている情報に基づいて、変調部１に設定すべきパラメータを決定する。ここで、記憶部４７には、現在の変調部１の状態を表す情報が保存されている。例えば、記憶部４７には下記の情報が保存されている。
（１）Ｉ成分変調器１４に印加されるバイアス電圧
（２）Ｑ成分変調器１５に印加されるバイアス電圧
（３）位相付加部１７に印加されるバイアス電圧
（４）遅延調整部４ａにおけるデータ信号Ｒｅに対する遅延量
（５）遅延調整部４ｂにおけるデータ信号Ｉｍに対する遅延量
（６）波形整形部５ａにおけるデータ信号Ｒｅに対するゲイン
（７）波形整形部５ｂにおけるデータ信号Ｉｍに対するゲイン
（１）Ｉ成分変調器１４に印加されるバイアス電圧
（２）Ｑ成分変調器１５に印加されるバイアス電圧
（３）位相付加部１７に印加されるバイアス電圧
（４）遅延調整部４ａにおけるデータ信号Ｒｅに対する遅延量
（５）遅延調整部４ｂにおけるデータ信号Ｉｍに対する遅延量
（６）波形整形部５ａにおけるデータ信号Ｒｅに対するゲイン
（７）波形整形部５ｂにおけるデータ信号Ｉｍに対するゲイン
【0054】
設定部４９は、パラメータ制御部４８により決定されたパラメータを変調部１に設定する。すなわち、パラメータ制御部４８および設定部４９は、モデル部４０において更新されたパラメータに基づいて変調部１の状態を制御する。
【0055】
上記構成の光送信機１００において、変調部１の状態は、例えば温度または経年により変化し得る。具体的には、Ｉ成分変調器１４およびＱ成分変調器１５の入力電圧－光出力特性が変化し得る。Ｉ成分変調器１４とＱ成分変調器１５との間の位相差（すなわち、ＩＱ間位相差）が変化し得る。ＤＳＰ２から各変調器１４までの伝搬時間、及び、ＤＳＰ２からＱ成分変調器１５までの伝搬時間が変化し得る。Ｉ成分変調器１４およびＱ成分変調器１５の駆動信号の電圧が変化し得る。そして、変調部１の状態が変化すると、変調部１により生成される光信号の品質が劣化する。
【0056】
そこで、光送信機１００において、コントローラ３０は、変調部１の状態をモニタし、そのモニタ結果に応じて変調部１の状態を制御する。ただし、コントローラ３０は、コヒーレント受信器等の消費電力の大きい回路を使用することなく、消費電力の小さい二乗検波回路により検出結果を利用して変調部１の状態をモニタする。以下、コントローラ３０の動作を説明する。
【0057】
図８は、コントローラ３０の動作の一例を示す。ここでは、ある時刻において、変調部１が理想的な状態に制御されているものとする。例えば、図８（ａ）に示すように、データ信号ｘ（ｔ）に対応する送信シンボルの振幅および位相が信号点Ｐ１で表される。このとき、変調部１において、Ｉ成分変調器１４に印加されるバイアス電圧ＶＩが「1.0」に制御されている。なお、図８に係わる記載では、説明を簡単にするために、変調部１の他のパラメータについては省略する。
【0058】
仮想変調部４１は、変調部１の状態を表している。即ち、仮想変調部４１において、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧（（１）式中のＶＩ）が「1.0」に制御されている。Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧の「ずれ」を表すΔＲｅはゼロである。なお、説明を簡単にするために、仮想変調部４１に設定される他のパラメータについての省略をする。
【0059】
二乗検波部２２の出力信号は、変調部１により生成される光信号の強度を表す。したがって、図８（ａ）に示す実施例では、二乗検波部２２により生成される第１の強度データは、位相平面の原点と信号点Ｐ１との間の距離を表す。一方、モデル部４０は、（１）～（３）式に基づいて、変調部１により生成される光信号の強度を表す第２の強度データを生成する。そして、図８（ａ）において、第１の強度データおよび第２の強度データの差分が実質的にゼロであるものとする。すなわち、仮想変調部４１は、変調部１の状態を正確に表している。
【0060】
この後、光送信機１の周囲の温度の変化等に起因して、変調部１の状態が変化するものとする。例えば、図８（ｂ）に示すように、データ信号ｘ（ｔ）に対応する送信シンボルの振幅および位相が信号点Ｐ２で表される。即ち、変調部１の状態の変化に起因して、送信シンボルの振幅／位相が変化している。なお、送信シンボルの振幅／位相が理想的な状態からシフトすると、変調部１により生成される光信号の品質が劣化する。
【0061】
図８（ｂ）示す状態において、コントローラ３０は、二乗検波部２２により生成される第１の強度データとモデル部４０から出力される第２の強度データとを比較する。このとき、第１の強度データは、位相平面の原点と信号点Ｐ２との間の距離を表す。一方、仮想変調部４１のパラメータが更新される前は、第２の強度データは、位相平面の原点と信号点Ｐ１との間の距離を表す。すなわち、第１の強度データと第２の強度データとの間で誤差が発生する。
【0062】
コントローラ３０は、第１の強度データと第２の強度データとの間の差分を小さくするように仮想変調部４１のパラメータを更新する。ここでは、説明を簡単にするために、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧に係わるパラメータのみが更新されるものとする。すなわち、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧のずれ量を表すパラメータΔＲｅが更新される。そして、図８（ｃ）に示すように、（１）～（３）式においてパラメータΔＲｅを「ゼロ」から「0.2」に更新することにより、第１の強度データと第２の強度データとの間の差分が実質的にゼロになる。
【0063】
第１の強度データと第２の強度データとの間の差分が実質的にゼロであるときは、仮想変調部４１が変調部１の状態を正確に表していると推定される。ここで、図８（ａ）に示す状態から図８（ｃ）に示す状態に移行する過程で、ΔＲｅが「ゼロ」から「0.2」に更新されている。したがって、コントローラ３０は、温度変化に起因して、変調部１において「ΔＲｅ＝0.2」に対応する状態変化が発生したと推定する。
【0064】
コントローラ３０は、変調部１の状態が理想的な状態に戻るように、仮想変調部４１のパラメータに基づいて変調部１を制御するパラメータを決定する。ここで、仮想変調部４１のパラメータの変化量は、変調部１の状態の変化量を表す。よって、仮想変調部４１のパラメータの変化量を補償するように変調部１の状態を変化させれば、変調部１の状態が理想的な状態に戻ると考えられる。
【0065】
そこで、パラメータ制御部４８は、図８（ｄ）に示すように、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧を「0.2」だけ小さくする。即ち、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧を「１」から「0.8」に変化させる。そして、設定部４９は、パラメータ制御部４８による決定に基づいて変調部１を制御する。すなわち、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧が「0.8」に制御される。この結果、データ信号ｘ（ｔ）の送信シンボルは、信号点Ｐ１に配置される。
【0066】
この後、仮想変調部４１のパラメータは、変調部１の状態を表すように更新される。この例では、変調部１のＩ成分変調器１４のバイアス電圧が「１」から「0.8」に更新されているので、図８（ｅ）に示すように、仮想変調部４１において（１）～（３）式で使用するバイアス電圧ＶＩも「１」から「0.8」に更新される。また、変調部１のＩ成分変調器１４のバイアス電圧の「ずれ」が解消されたので、（１）～（３）式で使用するパラメータΔＲｅは「ゼロ」に更新される。
【0067】
なお、図８に示す例では、１つのパラメータのみが更新されるが、実際には、仮想変調部４１において複数のパラメータが更新される。そして、各パラメータの更新に応じて変調部１が制御される。
【0068】
たとえば、ＩＱ変調器１３を構成するマッハツェンダ変調器（１４、１５）の特性が変化すると、図２に示すように、出力光信号の消光比が劣化する。この場合、マッハツェンダ変調器の動作点が最適点からずれるので、光強度の差分を小さくする処理において、少なくとも、更新部４５によりパラメータΔＲｅ及び／又はΔＩｍが更新されると考えられる。したがって、図８を参照した説明した手順で変調部１のパラメータが決定される。具体的には、（５）式を満足するように、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧が調整される。また、Ｑ成分変調器１５においても同様の調整が行われる。
【0069】
【数5】
【0070】
Ｉ成分変調器１４とＱ成分変調器１５との間の位相差（即ち、ＩＱ間位相差）が変化すると、図３に示すように、コンスタレーションの対称性が劣化する。このとき、ＩＱ間位相差の変化は、（２）式においてθで表される。そして、光強度の差分を小さくする処理においては、θの変化を補償するように、更新部４５によりパラメータφが更新されると考えられる。一例としては、（６）式を満足するように、位相付加部１７に印加されるバイアス電圧が調整される。なお、パラメータφは、バイアス電圧ＶＰの関数である。
【0071】
【数6】
【0072】
Ｉ成分変調器１４の駆動信号の振幅とＱ成分変調器１５の駆動信号の振幅とが一致しないときは、図４に示すように、Ｉ成分の信号点間距離およびＱ成分の信号点間距離が互いに異なってしまう。ここで、Ｉ成分変調器１４の駆動信号の振幅が変化すると、光強度の差分を小さくする処理において、振幅の変化を補償するように、（１）式中でパラメータＷＩが更新される。また、Ｑ成分変調器１５の駆動信号の振幅が変化すると、光強度の差分を小さくする処理において、振幅の変化を補償するように、（２）式中でパラメータＷＱが更新される。
【0073】
この後、モデル部４０において更新されたパラメータＷＩ、ＷＱに基づいて、変調部１の波形整形部５ａ、５ｂのゲインが調整される。例えば、図４に示すＩ成分振幅とＱ成分振幅との比を検出または推定できるときは、その比が「１：１」になるように波形整形部５ａ、５ｂのゲインが調整される。
【0074】
ＤＳＰ２とＩ成分変調器１４との間の伝搬時間とＤＳＰ２とＱ成分変調器１５との間の伝搬時間とが一致しないときは、図６に示すように、ＩＱ間スキューが発生し、実質的なシンボル時間が短くなる。このとき、ＤＳＰ２とＩ成分変調器１４との間の伝搬時間の変化は、（１）式においてΔｔＩで表される。そして、光強度の差分を小さくする処理においては、ΔｔＩの変化を補償するように、更新部４５によりパラメータΔτＩが更新されると考えられる。ＤＳＰ２とＱ成分変調器１５との間の伝搬時間の変化は、（２）式においてΔｔＱで表される。そして、光強度の差分を小さくする処理においては、ΔｔＱの変化を補償するように、更新部４５によりパラメータΔτＱが更新されると考えられる。
【0075】
この後、モデル部４０において更新されたパラメータΔτＩ、ΔτＱに基づいて、変調部１の遅延調整部４ａ、４ｂの遅延時間が調整される。例えば、（７）式の関係を満足するように遅延調整部４ａまたは４ｂの少なくとも一方の遅延量が調整される。この結果、ＩＱ間スキューがゼロになる。
【0076】
【数7】
【0077】
図９は、コントローラ３０の動作の一例を示すフローチャートである。なお、コントローラ３０および変調部１に同じデータ信号が入力される。
【0078】
Ｓ１において、コントローラ３０は、データ信号を取得する。この実施例では、コントローラ３０は、シンボル毎にデータ信号を取得する。
【0079】
Ｓ２において、仮想変調部４１は、入力データ信号に基づいて、変調部１により生成される光信号を表す電界を計算する。この電界は、（１）～（２）式により計算される。そして、仮想変調部４１は、計算した電界を表す電界情報信号を出力する。
【0080】
Ｓ３において、仮想二乗検波部４２は、仮想変調部４１により生成される電界情報信号に基づいて、変調部１の出力光信号の強度（即ち、第２の強度データ）を計算する。第２の強度データは、（３）式により計算される。このとき、二乗検波部２２は、実際の光信号の強度（第１の強度データ）を検出する。
【0081】
Ｓ４～Ｓ５において、比較部４３は、第１の強度データと第２の強度データとを比較する。すなわち、実際の光信号の強度とモデル部４０において計算される強度とが比較される。そして、第１の強度データと第２の強度データとの差分が所定の閾値以上であるときは、コントローラ３０の処理はＳ６に進む。
【0082】
Ｓ６において、更新部４５は、第１の強度データと第２の強度データとの差分が小さくなるように、仮想変調部４１のパラメータを更新する。即ち、（１）～（２）式で使用されるパラメータが更新される。このとき、更新部４５は、複数のパラメータのうちの１つのパラメータのみを更新してもよいし、２以上のパラメータを同時に更新してもよい。この後、コントローラ３０の処理はＳ１に戻る。すなわち、コントローラ３０は、次のデータ信号に対してＳ１～Ｓ６の処理を実行する。
【0083】
Ｓ１～Ｓ６の処理は、第１の強度データと第２の強度データとの差分が閾値より小さくなるまで繰り返し実行される。そして、この差分が閾値より小さくなると、コントローラ３０の処理はＳ１１に進む。なお、第１の強度データと第２の強度データとの差分が閾値より小さいときは、仮想変調部４１が変調部１の状態を精度よく表している。すなわち、この差分が閾値より小さいときは、（１）～（２）式は、変調部１の出力信号の電界を精度よく表している。
【0084】
Ｓ１１において、読み出し部４６は、モデル部４０のパラメータを取得する。即ち、更新されたパラメータが得られる。
【0085】
Ｓ１２において、パラメータ制御部４８は、モデル部４０のパラメータに基づいて、変調部１の状態を制御するパラメータを決定する。変調部１の状態を制御するパラメータを決定する手順の一例は、図８を参照して説明した通りである。なお、変調部１の現在の制御状態（各変調器１４、１５のバイアス電圧、位相付加部１７のバイアス電圧、遅延調整部４ａ、４ｂの遅延量、波形整形部５ａ、５ｂによるゲイン）は、例えば、記憶部４７に保存されている。この場合、パラメータ制御部４８は、変調部１の現在の制御状態およびモデル部４０のパラメータの変化量に基づいて、変調部１の状態を制御するパラメータを決定してもよい。
【0086】
Ｓ１３において、設定部４９は、パラメータ制御部４８が決定したパラメータを変調部１に設定する。すなわち、パラメータ制御部４８および設定部４９は、変調部１の状態を制御する。この後、変調部１に設定されたパラメータは、記憶部４７に保存される。すなわち、現在の変調部１の制御状態を表す情報が記憶部４７に保存される。
【0087】
Ｓ１４において、コントローラ３０は、モデル部４０のパラメータが変調部１の状態と一致するように、モデル部４０のパラメータを更新する。例えば、（１）式において、ＶＩは、Ｉ成分変調器１４のバイアス電圧値に更新される。（２）式において、ＶＱは、Ｑ成分変調器１５のバイアス電圧値に更新され、ＶＰは、位相付加部１７のバイアス電圧値に更新される。また、ΔＲｅ、ΔＩｍ、φは初期化される。
【0088】
【0089】
遅延要素６０１は、ＤＳＰ２の出力信号を遅延させる。ＦＩＦＯ６０２は、モデル部４０に与えられるデータ信号を一時的に保存する。そして、コントローラ３０ｘは、比較部４３において同じシンボルの強度データが比較されるように、遅延要素６０１、ＦＩＦＯ６０２、比較部４３を制御する。なお、図１０に示す破線矢印は、同期を制御する信号を表す。
【0090】
コントローラ３０ｘは、比較部４３による比較結果に基づいて、バイアス制御部６０３に対してバイアス設定値を与える。バイアス設定値は、Ｉ成分変調器１４を制御するバイアス電圧、Ｑ成分変調器１５を制御するバイアス電圧、位相付加部１７のバイアス電圧を指示する。なお、コントローラ３０ｘは、バイアス制御部６０３の現在値を取得する機能を備えてもよい。
【0091】
コントローラ３０ｘは、比較部４３による比較結果に基づいて、ＤＳＰ２による信号処理を制御する。具体的には、コントローラ３０ｘは、ＤＳＰ２にＩＱ間補償量、周波数特性補償量、振幅情報を与える。ＩＱ間補償量は、遅延調整部４ａ、４ｂの遅延量を表す。周波数特性補償量および振幅情報は、波形整形部５ａ、５ｂの信号処理を指示する。尚、コントローラ３０ｘは、ＤＳＰ２に設定されているパラメータの現在値を取得する機能を備えてもよい。
【0092】
図１１は、第１の実施形態の光送信機のバリエーションを示す。図１１に示す光送信機１００Ｂは、偏波多重光信号を送信する。よって、光送信機１００Ｂは、図７に示す変調部１の代わりに（または、図７に示す変調部１として）、Ｘ偏波変調部１Ｘ、Ｙ偏波変調部１Ｙ、合波器２３を備える。Ｘ偏波変調部１ＸおよびＹ偏波変調部１Ｙの構成は、それぞれ、図１に示す変調部１と実質的に同じである。合波器２３は、Ｘ偏波変調部１Ｘの出力光信号およびＹ偏波変調部１Ｙの出力光信号を合波して偏波多重光信号を生成する。なお、合波器２３は、例えば、偏波ビームコンバイナにより実現される。
【0093】
モデル部４０は、Ｘ偏波変調部１Ｘ、Ｙ偏波変調部１Ｙ、合波器２３に対応して、仮想Ｘ偏波変調部４１Ｘ、仮想Ｙ偏波変調部４１Ｙ、仮想合波器６１を備える。仮想Ｘ偏波変調部４１Ｘおよび仮想Ｙ偏波変調部４１Ｙは、それぞれ、仮想変調部４１と同様の計算を実行する。仮想合波器６１は、仮想Ｘ偏波変調部４１Ｘの計算結果および仮想Ｙ偏波変調部４１Ｙの計算結果を足し合わせる。そして、仮想二乗検波部４２は、仮想合波器６１の出力信号を二乗する。
【0094】
パラメータを更新する処理は、図７に示す光送信機１００および図１１に示す光送信機１００Ｂにおいて実質的に同じである。すなわち、二乗検波部２２により検出される第１の強度データとモデル部４０により計算される第２の強度データとの差分が閾値より小さくなるようにモデル部４０のパラメータが更新される。そして、更新されたパラメータに基づいてＸ偏波変調部１ＸおよびＹ偏波変調部１Ｙが制御される。
【0095】
図１２は、第１の実施形態の光送信機の他のバリエーションを示す。図１１に示す光送信機１００Ｂにおいては、偏波多重光信号の強度を利用してモデル部４０のパラメータが更新される。これに対して、図１２に示す光送信機１００Ｃにおいては、偏波ごとの強度を利用して偏波ごとにモデル部４０のパラメータが更新される。
【0096】
Ｘ偏波変調部１Ｘにより生成される光信号ＸおよびＹ偏波変調部１Ｙにより生成される光信号Ｙは、合波される前に、光分岐器２１Ｘおよび２１Ｙにより個々に分岐される。そして、二乗検波部２２Ｘおよび２２Ｙは、光信号Ｘの強度および光信号Ｙの強度をそれぞれに検出する。
【0097】
モデル部４０においては、Ｘ偏波変調部４１Ｘの計算結果およびＹ偏波変調部４１Ｙの計算結果は、それぞれ、仮想二乗検波部４２Ｘおよび仮想二乗検波部４２Ｙに渡される。そして、仮想二乗検波部４２Ｘおよび４２Ｙは、それぞれ、Ｘ偏波の強度およびＹ偏波の強度を計算する。そして、比較部４３Ｘは、Ｘ偏波について、検出される強度と計算される強度とを比較する。また、比較部４３Ｙは、Ｙ偏波について、検出される強度と計算される強度とを比較する。
【0098】
モデル部４０のパラメータを更新する処理は、図７に示す光送信機１００および図１２に示す光送信機１００Ｃにおいて実質的に同じである。ただし、光送信機１００Ｃにおいては、偏波ごとに、モデル部４０のパラメータが更新される。そして、偏波ごとに、更新されたパラメータに基づいて、Ｘ偏波変調部１ＸおよびＹ偏波変調部１Ｙが制御される。
【0099】
このように、図１２に示す光送信機１００Ｃにおいては、偏波ごとに変調部（１Ｘ、１Ｙ）が制御される。よって、図１１に示す光送信機１００Ｂと比べて、光送信機１００Ｃにおいては、光信号の品質の向上が期待される。ただし、受光器およびＡＤＣを含む二乗検波部の数が増加する。
【0100】
図１３は、第１の実施形態の光送信機のさらに他のバリエーションを示す。図１２に示す光送信機１００Ｃにおいては、２個の二乗検波部（２２Ｘ、２２Ｙ）を備える。これに対して、図１３に示す光送信機１００Ｄにおいては、光送信機１００Ｃに実装される２個の二乗検波部が、光スイッチ２４および１個の二乗検波部２２に置き換えられる。
【0101】
光スイッチ２４は、Ｘ偏波変調部１Ｘにより生成される光信号ＸまたはＹ偏波変調部１Ｙにより生成される光信号Ｙを選択して二乗検波部２２に導く。そして、二乗検波部２２は、光スイッチ２４により選択された光信号の強度を検出する。
【0102】
モデル部４０においては、Ｘ偏波変調部４１Ｘの計算結果またはＹ偏波変調部４１Ｙの計算結果を選択するセレクタ６２を備える。光スイッチ２４およびセレクタ６２は、互いに同期して動作する。そして、仮想二乗検波部４２は、セレクタ６２により選択された計算結果に対して二乗演算を行って強度を計算する。
【0103】
モデル部４０のパラメータを更新する処理は、図７に示す光送信機１００および図１３に示す光送信機１００Ｄにおいて実質的に同じである。ただし、光送信機１００Ｄにおいては、偏波ごとに、モデル部４０のパラメータが更新され、Ｘ偏波変調部１ＸおよびＹ偏波変調部１Ｙが個々に制御される。加えて、図１２に示す光送信機１００Ｃと比較して二乗検波部の個数が少ないので、コストが削減される。
【0104】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態に係わる光送信機１００においては、例えば、シンボルごとに強度データが生成される。このため、二乗検波部２２は、帯域の広い受光器および高速サンプリング可能なＡＤＣを備える。ただし、帯域の広い受光器および高速サンプリング可能なＡＤＣは高価である。また、高速サンプリング可能なＡＤＣの消費電力は大きい。
第１の実施形態に係わる光送信機１００においては、例えば、シンボルごとに強度データが生成される。このため、二乗検波部２２は、帯域の広い受光器および高速サンプリング可能なＡＤＣを備える。ただし、帯域の広い受光器および高速サンプリング可能なＡＤＣは高価である。また、高速サンプリング可能なＡＤＣの消費電力は大きい。
【0105】
【0106】
第２の実施形態に係わる光送信機２００は、図７に示す二乗検波部２２の代わりに、二乗検波部２２Ｌを備える。二乗検波部２２と同様に、二乗検波部２２Ｌも、受光器およびＡＤＣを備える。ただし、第１の実施形態の受光器と比較して、二乗検波部２２Ｌの受光器の帯域は狭い。すなわち、二乗検波部２２Ｌの受光器は、連続するＮ個のシンボルの平均光強度を検出できる帯域を有する。また、第１の実施形態のＡＤＣと比較して、二乗検波部２２ＬのＡＤＣのサンプリングレートは低い。すなわち、二乗検波部２２ＬのＡＤＣは、連続するＮ個のシンボルに対してサンプリング可能であればよい。したがって、光送信機２００において生成される第１の強度データは、Ｎ個シンボルの平均強度を表す。Ｎは、特に限定されるものではないが、例えば、２である。
【0107】
モデル部４０は、仮想変調部４１および仮想二乗検波部４２に加えて、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）７１を備える。ＬＰＦ７１は、Ｎ個のシンボルに対して、仮想二乗検波部４２の出力値の平均を計算する。よって、モデル部４０により計算される第２の強度データは、Ｎ個の送信シンボルの平均強度を表す。
【0108】
モデル部４０のパラメータを更新する処理は、図７に示す光送信機１００および図１４に示す光送信機２００において実質的に同じである。但し、光送信機２００においては、Ｎシンボルごとにモデル部４０のパラメータが更新され、その更新結果に基づいて変調部１が制御される。したがって、第１の実施形態と比べて、第２の実施形態によれば、低コスト化および低消費電力化が実現される。
【0109】
なお、第２の実施形態においても、位相回復アルゴリズムを利用して伝達関数を推定してもよい。ただし、第２の実施形態においては、ＬＰＦ７１の伝達関数も考慮して変調部１の伝達関数が推定される。
【0110】
＜第３の実施形態＞
図１１に示す光送信機１００Ｂは、偏波多重光信号を送信する。ただし、この構成においては、合波器２３から光分岐器２１に至る経路で光信号の偏波が回転することがある。そして、合波器２３から光分岐器２１に至る経路で光信号の偏波が回転するケースでは、モデル部４０が変調部１Ｘおよび１Ｙの状態を精度よく表さないことがある。すなわち、変調部１Ｘおよび１Ｙが精度よく制御されないことがある。
図１１に示す光送信機１００Ｂは、偏波多重光信号を送信する。ただし、この構成においては、合波器２３から光分岐器２１に至る経路で光信号の偏波が回転することがある。そして、合波器２３から光分岐器２１に至る経路で光信号の偏波が回転するケースでは、モデル部４０が変調部１Ｘおよび１Ｙの状態を精度よく表さないことがある。すなわち、変調部１Ｘおよび１Ｙが精度よく制御されないことがある。
【0111】
【0112】
光送信機３００においては、光分岐器２１は、合波器２３から出力される偏波多重光信号を分岐して偏波分離器２５に導く。偏波分離器２５は、入力光を互いに直交する１組の偏波成分に分離する。二乗検波部２２Ｘおよび２２Ｙは、各偏波成分の強度を検出する。これにより、各偏波成分について第１の強度データが得られる。
【0113】
モデル部４０において、偏波回転部７２は、仮想合波器６１の出力信号の位相を回転させる。この回転処理は、例えば、（８）式の回転ベクトルにより実現される。なお、位相回転量は、更新部４５により更新される。
【0114】
【数8】
【0115】
偏波分離器７３は、偏波回転部７２の出力信号を互いに直交する１組の偏波成分に分離する。仮想二乗検波部４２Ｘおよび４２Ｙは、（３）式を用いて各偏波成分の強度を計算する。これにより、各偏波成分について第２の強度データが得られる。そして、比較部４３Ｘは、一方の偏波について、第１の強度データと第２の強度データとを比較する。比較部４３Ｙは、他方の偏波について、第１の強度データと第２の強度データとを比較する。
【0116】
モデル部４０のパラメータを更新する処理は、図７に示す光送信機１００および図１５に示す光送信機３００において実質的に同じである。但し、光送信機３００においては、更新部４５は、各仮想変調部（４１Ｘ、４１Ｙ）のパラメータを更新すると共に、偏波回転部７２の回転量を更新する。具体的には、更新部４５は、比較部４３Ｘ、４３Ｙにおいて偏波ごとに比較される強度データの差分を小さくするように、各仮想変調部（４１Ｘ、４１Ｙ）のパラメータを更新すると共に、偏波回転部７２の回転量を更新する。この更新処理は、双方の差分がそれぞれ閾値より小さくなるまで継続される。そして、双方の差分がそれぞれ閾値より小さくなると、コントローラ３０は、仮想変調部４１Ｘおよび４１Ｙのパラメータに基づいて変調部１Ｘおよび１Ｙを制御する。
【0117】
このように、第３の実施形態では、合波器２３から光分岐器２１に至る経路で光信号の偏波の回転を考慮して変調部１Ｘおよび１Ｙが制御される。したがって、光送信機３００により生成される変調光信号の品質が改善する。
【0118】
なお、第２の実施形態および第３の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、図１５に示す仮想二乗検波部４２Ｘおよび４２Ｙの出力側に、それぞれ、図１４に示すＬＰＦ７１を設けてもよい。この場合、光送信機３００においても、受光器およびＡＤＣを含む二乗検波部の消費電力／コストが抑制される。
【0119】
＜第４の実施形態＞
第１の実施形態に係わる光送信機１００においては、例えば、シンボルごとに強度データが生成される。このため、二乗検波部２２は、帯域の広い受光器および高速サンプリング可能なＡＤＣを備える。ただし、通信システムが通常の動作を行っているときは、光送信機の状態が急激に変化することは稀である。すなわち、光送信機が通常の動作を行っているときは、二乗検波部２２は、必ずしも高速動作は要求されない。
第１の実施形態に係わる光送信機１００においては、例えば、シンボルごとに強度データが生成される。このため、二乗検波部２２は、帯域の広い受光器および高速サンプリング可能なＡＤＣを備える。ただし、通信システムが通常の動作を行っているときは、光送信機の状態が急激に変化することは稀である。すなわち、光送信機が通常の動作を行っているときは、二乗検波部２２は、必ずしも高速動作は要求されない。
【0120】
【0121】
モード切り替え部８０は、光送信機４００の動作モードに応じて、二乗検波部８１および可変ＬＰＦ７４に指示を与える。たとえば、光送信機４００の動作開始時、変調方式の変更時、およびボーレートの変更時には、光送信機４００の周波数特性が設定／変更される。図１に示す変調部１においては、波形整形部５ａ、５ｂにより、ＤＡＣ１１ａ、１１ｂ、ドライバ１２ａ、１２ｂ、ＩＱ変調器１３の周波数特性が補償される。そして、モード切り替え部８０は、周波数特性が設定／変更されたときから所定時間が経過するまで、二乗検波部８１に対して高速サンプリングの実行を指示する。他の期間は、モード切り替え部８０は、二乗検波部８１に対して低速サンプリングの実行を指示する。
【0122】
二乗検波部８１は、受光器およびＡＤＣを備える。そして、二乗検波部８１は、モード切り替え部８０から与えられる指示に応じてＡＤＣのサンプリングレートを切り替える。すなわち、高速サンプリングを表す指示が与えられたときは、二乗検波部８１は、シンボルごとに光信号の強度をサンプリングする速度でＡＤＣを動作させる。低速サンプリングを表す指示が与えられたときは、二乗検波部８１は、ＡＤＣのサンプリングレートをＮ分の１に下げる。Ｎは、例えば、２以上の整数である。
【0123】
なお、二乗検波部８１は、高速受光器および低速受光器を備えてもよい。この場合、高速サンプリングを表す指示が与えられたときは、高速受光器を用いて光信号が電気信号に変換され、低速サンプリングを表す指示が与えられたときは、低速受光器を用いて光信号が電気信号に変換される。
【0124】
可変ＬＰＦ７４は、高速サンプリングを表す指示が与えられたときは、ＬＰＦ演算を実行しない。この場合、仮想二乗検波部４２の演算結果が比較部４３に導かれる。一方、低速サンプリングを表す指示が与えられたときは、可変ＬＰＦ７４は、仮想二乗検波部４２の演算結果に対してＬＰＦ演算を実行する。この場合、平均化された強度データが比較部４３に導かれる。
【0125】
このように、第４の実施形態によれば、高速サンプリングが必要でないときは、二乗検波部８１の動作速度を下げることができる。よって、第１の実施形態と比較して、消費電力が削減される。
【0126】
＜光送受信機＞
図１７は、本発明の実施形態に係わる光送信機を含む光トランシーバの一例を示す。本発明の実施形態に係わる光トランシーバ５００は、光受信機６００および光送信機７００を含む。光送信機７００は、例えば、第１～第４の実施形態に係わる光送信機（１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、２００、３００、または４００）により実現される。
図１７は、本発明の実施形態に係わる光送信機を含む光トランシーバの一例を示す。本発明の実施形態に係わる光トランシーバ５００は、光受信機６００および光送信機７００を含む。光送信機７００は、例えば、第１～第４の実施形態に係わる光送信機（１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、２００、３００、または４００）により実現される。
【0127】
光受信機６００は、デジタルコヒーレント受信器であり、偏波ビームスプリッタＰＢＳ１、ＰＢＳ２、レーザ光源ＬＤ、９０度光ハイブリッド回路６０１、６０２、受光器ＰＤ１～ＰＤ４、ＡＤＣ１～ＡＤＣ４を備える。偏波ビームスプリッタＰＢＳ１は、入力光信号を互いに直交する偏波成分に分離して９０度光ハイブリッド回路６０１および６０２に導く。偏波ビームスプリッタＰＢＳ２は、レーザ光源ＬＤにより生成される連続光を互いに直交する偏波成分に分離して９０度光ハイブリッド回路６０１および６０２に導く。９０度光ハイブリッド回路６０１は、連続光を利用して、入力光からＩ成分およびＱ成分を抽出して受光器ＰＤ１およびＰＤ２に導く。受光器ＰＤ１およびＰＤ２は、それぞれ、入力光信号を電気信号に変換する。ＡＤＣ１およびＡＤＣ２は、それぞれ、受光器ＰＤ１およびＰＤ２の出力信号をデジタル信号に変換する。９０度光ハイブリッド回路６０２、受光器ＰＤ３およびＰＤ４、ＡＤＣ３およびＡＤＣ４の動作は、９０度光ハイブリッド回路６０１、受光器ＰＤ１およびＰＤ２、ＡＤＣ１およびＡＤＣ２と実質的に同じである。ＤＳＰ８００は、受信信号（ＨＩ、ＨＱ、ＶＩ、ＶＱ）からデータを再生する。
【0128】
光送信機７００は、図示しないが、図１に示す変調部１を備える。また、光送信機７００は、二乗検波部として使用される受光器ＰＤ５およびＡＤＣ５を備える。なお、この実施例では、図１に示すＤＳＰ２は、ＤＳＰ８００により実現される。また、この実施例では、光受信機６００および光送信機７００によりＤＳＰ８００が共有されるが、光受信機６００および光送信機７００がそれぞれＤＳＰを備えてもよい。
【0129】
なお、光トランシーバ５００がシリコンフォトニクス等の光集積技術で実装されるケースでは、受光器およびＡＤＣから構成される受信セットを追加することは容易である。この実施例では、光受信機６００に４個の受信セットが実装され、光送信機７００に１個の受信セットが実装されている。受光器ＰＤ１～ＰＤ５は、同じ製造工程で同時に形成される。ＡＤＣ１～ＡＤＣ５の構成は互いに同じである。そして、光送信機７００に実装される受信セットは、二乗検波部として使用される。
【0130】
また、光集積技術を利用すれば、容易に、合波器２３の入力側に光分岐器２１を設けることができる。すなわち、図１２に示す光送信機１００Ｃを含む光トランシーバを容易に製造することができる。
【0131】
さらに、光集積技術を利用すれば、容易に、チップ上に光スイッチを設けることができる。よって、図１３に示す光送信機１００Ｄを含む光トランシーバを容易に製造することができる。
【符号の説明】
【0132】
１ 変調部
１Ｘ Ｘ偏波変調部
１Ｙ Ｙ偏波変調部
２ デジタル信号処理器（ＤＳＰ）
４ａ、４ｂ 遅延調整部
５ａ、５ｂ 波形整形部
１１ａ、１１ｂ デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１２ａ、１２ｂ ドライバ
１３ ＩＱ変調器
１４ Ｉ成分変調器
１５ Ｑ成分変調器
１６ 固定移相器
１７ 位相付加部
２２、２２Ｌ 二乗検波部
３０ コントローラ
４０ モデル部
４１ 仮想変調部
４２ 仮想二乗検波部
４３ 比較部
４４ 判定部
４５ 更新部
４６ 読み出し部
４７ 記憶部
４８ パラメータ制御部
４９ 設定部
７１ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
７２ 偏波回転部
７４ 可変ＬＰＦ
８０ モード切り替え部
８１ 二乗検波部
１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、２００、３００、４００ 光送信機
５００ 光トランシーバ
１Ｘ Ｘ偏波変調部
１Ｙ Ｙ偏波変調部
２ デジタル信号処理器（ＤＳＰ）
４ａ、４ｂ 遅延調整部
５ａ、５ｂ 波形整形部
１１ａ、１１ｂ デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１２ａ、１２ｂ ドライバ
１３ ＩＱ変調器
１４ Ｉ成分変調器
１５ Ｑ成分変調器
１６ 固定移相器
１７ 位相付加部
２２、２２Ｌ 二乗検波部
３０ コントローラ
４０ モデル部
４１ 仮想変調部
４２ 仮想二乗検波部
４３ 比較部
４４ 判定部
４５ 更新部
４６ 読み出し部
４７ 記憶部
４８ パラメータ制御部
４９ 設定部
７１ 低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
７２ 偏波回転部
７４ 可変ＬＰＦ
８０ モード切り替え部
８１ 二乗検波部
１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、２００、３００、４００ 光送信機
５００ 光トランシーバ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】