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(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】2024-11-26
(45)【発行日】2024-12-04
(54)【発明の名称】光信号制御装置、光信号制御方法、および光信号伝送システム
(51)【国際特許分類】
H04B 10/516 20130101AFI20241127BHJP
【ＦＩ】
H04B10/516
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2023525226
(86)(22)【出願日】2021-06-02
(86)【国際出願番号】 JP2021020929
(87)【国際公開番号】W WO2022254594
(87)【国際公開日】2022-12-08
【審査請求日】2023-10-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000004226
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中村 政則
(72)【発明者】
【氏名】吉田 光輝
(72)【発明者】
【氏名】山崎 悦史
(72)【発明者】
【氏名】木坂 由明
【審査官】後澤 瑞征
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３２３８７１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１７５４４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】KHANNA, Ginni，A Robust Adaptive Pre-Distortion Method for Optical Communication Transmitters，IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，2016年，VOL. 28, NO. 7
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １０／５１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シンボル周期間隔の等化器と、サンプリング位相調整機能を有するシンボル周期間隔サンプリングレートで動作するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）とを備える光送信機の前記等化器の補償係数と前記ＤＡＣの前記サンプリング位相とを制御する光信号制御装置であって、デバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、同相成分と直交成分との群遅延差からサンプリング位相量を算出し、算出した前記サンプリング位相量を前記ＤＡＣに出力するＳｋｅｗ算出部と、
前記ＤＡＣのナイキスト周波数の位相特性が０またはπの整数倍となる前記補償係数を算出し、算出した前記補償係数を前記等化器に出力する補償係数算出部と、
を備える光信号制御装置。
【請求項2】
前記Ｓｋｅｗ算出部は、前記同相成分と前記直交成分との前記群遅延差を無くし、前記ＤＡＣにおけるナイキスト周波数の位相特性を０もしくはπの整数倍となる前記同相成分と前記直交成分の伝達関数に群遅延を付加する、請求項１に記載の光信号制御装置。
【請求項3】
前記Ｓｋｅｗ算出部は、前記同相成分と前記直交成分の伝達関数の振幅特性と、前記同相成分と前記直交成分の前記伝達関数の前記位相特性を前記補償係数算出部へ出力し、前記補償係数算出部は、前記振幅特性の逆特性を算出し、前記位相特性に対してダウンサンプリングされた係数を算出する、
請求項１または請求項２に記載の光信号制御装置。
【請求項4】
前記デバイスおよび伝送路の特性情報は、偏波の前記同相成分の伝達特性と、前記直交成分の伝達特性である、請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の光信号制御装置。
【請求項5】
光信号を受信する光受信機から受信された受信信号を取得し、取得した前記受信信号の伝達関数を算出し、算出した伝達関数を前記Ｓｋｅｗ算出部に出力する伝達関数推定部、をさらに備え、前記伝達関数推定部は、前記伝達関数に対して逆伝達関数を算出し、
前記Ｓｋｅｗ算出部は、前記ＤＡＣにおけるナイキスト周波数の位相特性を０もしくはπの整数倍となるように前記逆伝達関数に群遅延を付加する、
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の光信号制御装置。
【請求項6】
シンボル周期間隔の等化器と、サンプリング位相調整機能を有するシンボル周期間隔サンプリングレートで動作するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）とを備える光送信機の前記等化器の補償係数と前記ＤＡＣの前記サンプリング位相とを制御する光信号制御装置の光信号制御方法であって、デバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、同相成分と直交成分との群遅延差からサンプリング位相量を算出し、算出した前記サンプリング位相量を前記ＤＡＣに出力し、
前記ＤＡＣのナイキスト周波数の位相特性が０またはπの整数倍となる前記補償係数を算出し、算出した前記補償係数を前記等化器に出力する、
光信号制御方法。
【請求項7】
シンボル周期間隔の等化器と、サンプリング位相調整機能を有するシンボル周期間隔サンプリングレートで動作するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、を備える光送信機と、デバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、同相成分と直交成分との群遅延差からサンプリング位相量を算出し、算出した前記サンプリング位相量を前記ＤＡＣに出力するＳｋｅｗ算出部と、前記ＤＡＣのナイキスト周波数の位相特性が０またはπの整数倍となる補償係数を算出し、算出した前記補償係数を前記等化器に出力する補償係数算出部と、を備える光信号制御装置と、
を備える光信号伝送システム。
【請求項8】
光信号を受信する光受信機と、前記光受信機から受信された受信信号を取得し、取得した前記受信信号の伝達関数を算出する伝達関数推定部と、
を備える請求項７に記載の光信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光信号制御装置、光信号制御方法、および光信号伝送システムの技術に関する。
【背景技術】
【0002】
通信トラヒックの増大に対応するために、光送受信機の高速と大容量化が求められている。高速と大容量化のため、光送受信機は、例えば、デジタル信号処理（ＤＳＰ）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を用いている。このような手法を用いる場合は、十分な総合伝送特性を得るために光送受信機の伝送特性を推定又は補償する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第６３１９４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来技術では、光送受信機の低消費電力化のため、シンボル周期と同じでサンプリングレートでＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）を駆動させる際に、振幅特性を変化させないために位相特性が０またはｎπ（ｎは整数）（すなわちπの整数倍）となるため、サンプリング定理よりサンプリングレートの半分の周波数(ナイキスト周波数)において振幅特性と位相特性を独立に設定することが出来ない。これにより従来技術では、伝達特性の補償効果を十分に得ることができないという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、伝達特性を補償することができる技術の提供を目的としている。
上記事情に鑑み、本発明は、伝達特性を補償することができる技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様は、シンボル周期間隔の等化器と、サンプリング位相調整機能を有するシンボル周期間隔サンプリングレートで動作するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）とを備える光送信機の前記等化器の補償係数と前記ＤＡＣの前記サンプリング位相とを制御する光信号制御装置であって、デバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、同相成分と直交成分との群遅延差からサンプリング位相量を算出し、算出した前記サンプリング位相量を前記ＤＡＣに出力するＳｋｅｗ算出部と、前記ＤＡＣのナイキスト周波数の位相特性が０またはπの整数倍となる前記補償係数を算出し、算出した前記補償係数を前記等化器に出力する補償係数算出部と、を備える光信号制御装置である。
【0006】
本発明の一態様は、シンボル周期間隔の等化器と、サンプリング位相調整機能を有するシンボル周期間隔サンプリングレートで動作するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）とを備える光送信機の前記等化器の補償係数と前記ＤＡＣの前記サンプリング位相とを制御する光信号制御装置の光信号制御方法であって、デバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、同相成分と直交成分との群遅延差からサンプリング位相量を算出し、算出した前記サンプリング位相量を前記ＤＡＣに出力し、前記ＤＡＣのナイキスト周波数の位相特性が０またはπの整数倍となる前記補償係数を算出し、算出した前記補償係数を前記等化器に出力する、光信号制御方法である。
【0007】
本発明の一態様は、シンボル周期間隔の等化器と、サンプリング位相調整機能を有するシンボル周期間隔サンプリングレートで動作するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、を備える光送信機と、デバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、同相成分と直交成分との群遅延差からサンプリング位相量を算出し、算出した前記サンプリング位相量を前記ＤＡＣに出力するＳｋｅｗ算出部と、前記ＤＡＣのナイキスト周波数の位相特性が０またはπの整数倍となる補償係数を算出し、算出した前記補償係数を前記等化器に出力する補償係数算出部と、を備える光信号制御装置と、を備える光信号伝送システムである。
【発明の効果】
【0008】
本発明により、伝送特性を補償することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る光信号制御装置を含む光信号送信システムの構成例を示す図である。
【図2】第１実施形態に係るＤＡＣの構成例を示す図である。
【図3】第１実施形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。
【図4】第１実施形態に係るＳｋｅｗ算出・群遅延特性付加部の動作例を説明するための図である。
【図5】第１実施形態に係る補償係数算出部の動作例を説明するための図である。
【図6】第１実施形態に係る光信号制御装置の処理手順例のフローチャートである。
【図7】式（２）において初期位相θ０を変化させた場合の規格化時間ｋと振幅（ｋ）の関係を示す図である。
【図8】群遅延特性を付加する理由を説明するための図である。
【図9】第２実施形態に係る光信号送信システムの構成例を示す図である。
【図10】光受信機の構成例を示す図である。
【図11】第２実施形態に係る伝達関数推定部の構成例を示す図である。
【図12】第２実施形態に係る伝達特性の逆特性の算出方法例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0011】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る光信号制御装置を含む光信号送信システムの構成例を示す図である。図１のように、光信号送信システム１は、光送信機２、および光信号制御装置３を備える。
光送信機２は、例えば、フレーミング処理部２１、シンボルマッピング部２２、等化器２３、クロック生成部２４、ＤＡＣ２５、レーザー光源２６、および光フロントエンド回路２７を備える。
図１は、本実施形態に係る光信号制御装置を含む光信号送信システムの構成例を示す図である。図１のように、光信号送信システム１は、光送信機２、および光信号制御装置３を備える。
光送信機２は、例えば、フレーミング処理部２１、シンボルマッピング部２２、等化器２３、クロック生成部２４、ＤＡＣ２５、レーザー光源２６、および光フロントエンド回路２７を備える。
【0012】
光送信機２は、外部装置（不図示）から入力される送信ビット系列を光信号に変換する。
【0013】
フレーミング処理部２１は、送信ビット系列を伝送に適した形式のフレームに変換する。フレーミング処理部２１は、誤り訂正符号の符号化やパイロット信号の挿入等を行ってもよい。
【0014】
シンボルマッピング部２２は、フレーミングされたビット系列をシンボル系列に変換する。
【0015】
等化器２３は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタや周波数領域イコライザにより送信デバイス、受信デバイス、伝送路などによる応答の逆特性となる伝達関数を付加する。等化器２３は、シンボル周期のサンプリング間隔の等化器である。等化器２３は、光信号制御装置３が出力する補償係数を用いて、送信デバイス、受信デバイス、伝送路などの伝達関数を補償する。
【0016】
クロック生成部２４は、所定の周波数のクロック信号を生成し、生成したクロック信号をＤＡＣ２５へ出力する。
【0017】
ＤＡＣ２５は、４チャネルのＤＡＣである。ＤＡＣ２５は、光信号制御装置３が出力するサンプリング位相情報（以下、「Ｓｋｅｗ情報」という）を用いて、ＤＡＣ２５の入力される４チャネルの信号（ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱ）それぞれの位相を変化させる。なお、ＸＩは水平偏波（Ｘ偏波）の同相（Ｉ）成分であり、ＸＱは水平偏波の直交（Ｑ）成分である。ＹＩは垂直偏波（Ｙ偏波）の同相成分であり、ＹＱは垂直偏波の直交成分である。なお、ＤＡＣ２５
は２チャネルであってもよい。ＤＡＣ２５が２チャネルの場合、光送信機２は単一偏波送信機である。この場合、ＤＡＣ２５は、ＩチャネルのＤＡＣとＱチャネルのＤＡＣを備えるようにしてもよい。なお、ＤＡＣ２５の構成については後述する。
は２チャネルであってもよい。ＤＡＣ２５が２チャネルの場合、光送信機２は単一偏波送信機である。この場合、ＤＡＣ２５は、ＩチャネルのＤＡＣとＱチャネルのＤＡＣを備えるようにしてもよい。なお、ＤＡＣ２５の構成については後述する。
【0018】
レーザー光源２６は、光変調器２７２に連続波（ＣＷ）光を供給する。
【0019】
光フロントエンド回路２７は、ＤＡＣ２５から出力された変調信号を増幅するドライバアンプ２７１と光変調器２７２を備える。光フロントエンド回路２７は、電気信号を光信号に変換する。
【0020】
光信号制御装置３は、外部装置（不図示）からデバイスおよび伝送路の特性情報（例えば伝達関数等）を取得し、取得したデバイスおよび伝送路の特性情報に基づいて、補償係数とＳｋｅｗ情報を生成する。なお、光信号制御装置３は、光送信機２が備えていてもよい。なお、光信号制御装置３の構成については後述する。
【0021】
（ＤＡＣ２５の構成例）
次に、ＤＡＣ２５の構成例を説明する。
図２は、本実施形態に係るＤＡＣの構成例を示す図である。図２のように、ＤＡＣ２５は、例えば、ＤＡＣ２５１～２５４、および移相器２５５～２５８を備える。
次に、ＤＡＣ２５の構成例を説明する。
図２は、本実施形態に係るＤＡＣの構成例を示す図である。図２のように、ＤＡＣ２５は、例えば、ＤＡＣ２５１～２５４、および移相器２５５～２５８を備える。
【0022】
ＤＡＣ２５１は、入力されるＸＩチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＸＩチャネルの信号を移相器２５５に出力する。
ＤＡＣ２５２は、入力されるＸＱチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＸＱチャネルの信号を移相器２５６に出力する。
ＤＡＣ２５３は、入力されるＹＩチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＹＩチャネルの信号を移相器２５７に出力する。
ＤＡＣ２５４は、入力されるＹＱチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＹＱチャネルの信号を移相器２５８に出力する。
なお、ＤＡＣ２５１～２５４それぞれには駆動するクロック信号がクロック生成部２４から入力される。
ＤＡＣ２５２は、入力されるＸＱチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＸＱチャネルの信号を移相器２５６に出力する。
ＤＡＣ２５３は、入力されるＹＩチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＹＩチャネルの信号を移相器２５７に出力する。
ＤＡＣ２５４は、入力されるＹＱチャネルのデジタル信号をアナログ信号に変換し、変換したＹＱチャネルの信号を移相器２５８に出力する。
なお、ＤＡＣ２５１～２５４それぞれには駆動するクロック信号がクロック生成部２４から入力される。
【0023】
移相器２５５は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＸＩチャネルの信号の位相を変化させる。
移相器２５６は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＸＱチャネルの信号の位相を変化させる。
移相器２５７は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＹＩチャネルの信号の位相を変化させる。
移相器２５８は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＹＱチャネルの信号の位相を変化させる。
移相器２５６は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＸＱチャネルの信号の位相を変化させる。
移相器２５７は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＹＩチャネルの信号の位相を変化させる。
移相器２５８は、光信号制御装置３が出力するＳｋｅｗ情報を用いてＹＱチャネルの信号の位相を変化させる。
【0024】
なお、移相器２５５～２５８は、ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱチャネル間の位相を変化させてもよく、ＤＡＣ２５１～２５４を駆動するクロックの位相をＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱチャネル間で変化させてもよく、レーン間（例えばＸＩとＸＱ）のＳｋｅｗを変更できれば他の構成であってもよい。
【0025】
（光信号制御装置３の構成例）
次に、光信号制御装置３の構成例を説明する。
図３は、本実施形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。図３のように、光信号制御装置３は、例えば、Ｘ偏波算出部３１、およびＹ偏波算出部３２を備える。
Ｘ偏波算出部３１は、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１（Ｓｋｅｗ算出部）、および補償係数算出部３１２を備える。
Ｙ偏波算出部３２は、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１（Ｓｋｅｗ算出部）、および補償係数算出部３２２を備える。
次に、光信号制御装置３の構成例を説明する。
図３は、本実施形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。図３のように、光信号制御装置３は、例えば、Ｘ偏波算出部３１、およびＹ偏波算出部３２を備える。
Ｘ偏波算出部３１は、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１（Ｓｋｅｗ算出部）、および補償係数算出部３１２を備える。
Ｙ偏波算出部３２は、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１（Ｓｋｅｗ算出部）、および補償係数算出部３２２を備える。
【0026】
Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、外部装置から入力されるＸＩチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＸＩＴと、ＸＱチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＸＩＴとを用いて、ＸＩ－ＸＱ間の群遅延特性差（ＤＣ周りもしくは平均値など）Ｓｋｅｗを算出する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、算出したＸＩ－ＸＱ間のＳｋｅｗ情報をＤＡＣ２５へ出力する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、ＸＩチャネルまたはＸＱチャネルの群遅延特性を群遅延特性の差分だけ特性をシフトさせる。さらに、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数の位相特性が０となるように群遅延をＸＩチャネルおよびＸＱチャネルの特性に付加する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、群遅延特性を変化させたＸＩチャネルとＸＱチャネルの伝達関数の振幅特性と伝達特性を補償係数算出部３１２に出力する。
【0027】
補償係数算出部３１２は、群遅延特性を変化させたＸＩチャネルとＸＱチャネルの伝達関数の振幅特性と伝達特性の逆特性を算出する。この際、補償係数算出部３１２は、入力された伝達関数に対してダウンサンプリングされたＸＩチャネル用の補償係数ＸＩＦとＸＱチャネル用の補償係数ＸＱＦを算出し、算出したＸＩチャネル用の補償係数ＸＩＦとＸＱチャネル用の補償係数ＸＱＦを等化器２３へ出力する。
【0028】
Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、外部装置から入力されるＹＩチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＹＩＴと、ＹＱチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＹＩＴとを用いて、ＹＩ－ＹＱ間の群遅延特性差（ＤＣ周りもしくは平均値など）Ｓｋｅｗを算出する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、算出したＹＩ－ＹＱ間のＳｋｅｗ情報をＤＡＣ２５へ出力する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、ＹＩチャネルまたはＹＱチャネルの群遅延特性を群遅延特性の差分だけ特性をシフトさせる。さらに、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数の位相特性が０となるように群遅延をＹＩチャネルおよびＹＱチャネルの特性に付加する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、変化させたＹＩチャネルまたはＹＱチャネルの群遅延特性を補償係数算出部３２２に出力する。
【0029】
補償係数算出部３２２は、変化させたＹＩチャネルまたはＹＱチャネルの群遅延特性の逆特性を算出する。この際、補償係数算出部３２２は、入力された伝達関数に対してダウンサンプリングされたＹＩチャネル用の補償係数ＹＩＦとＹＱチャネル用の補償係数ＹＱＦを算出し、算出したＹＩチャネル用の補償係数ＹＩＦとＹＱチャネル用の補償係数ＹＱＦを等化器２３へ出力する。
【0030】
なお、光信号制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成されていてもよい。光信号制御装置３は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、Ｘ偏波算出部３１、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１、補償係数算出部３１２、Ｙ偏波算出部３２、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１、および補償係数算出部３２２として機能するようにしてもよい。なお、光信号制御装置３の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体記憶装置（例えばＳＳＤ：Solid State Drive）等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線や光回線を介して送信されてもよい。
【0031】
（光信号制御装置３の動作例）
次に、光信号制御装置３の動作例を説明する。まず、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部の動作例を、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１を例に説明する。
図４は、本実施形態に係るＳｋｅｗ算出・群遅延特性付加部の動作例を説明するための図である。なお、図４では、ＸＩ、ＸＱについて説明するが、ＹＩ、ＹＱについても同様の処理が行われる。
次に、光信号制御装置３の動作例を説明する。まず、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部の動作例を、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１を例に説明する。
図４は、本実施形態に係るＳｋｅｗ算出・群遅延特性付加部の動作例を説明するための図である。なお、図４では、ＸＩ、ＸＱについて説明するが、ＹＩ、ＹＱについても同様の処理が行われる。
【0032】
図４において、グラフｇ１００は、変化させる前の群遅延特性例である。グラフｇ１００において、横軸は周波数であり、縦軸は群遅延量である。実線ｇ１０１はＸＩチャネルの群遅延特性であり、鎖線ｇ１０２はＸＩチャネルの群遅延特性の平均値である。実線ｇ１０３はＸＱチャネルの群遅延特性であり、鎖線ｇ１０４はＸＱチャネルの群遅延特性の平均値である。Ｓｋｅｗ量は、ＸＩチャネルの群遅延特性の平均値（ｇ１０２）と、ＸＱチャネルの群遅延特性の平均値（ｇ１０４）との差である。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、このように、例えば、ＸＩチャネルの群遅延特性の平均値と、ＸＱチャネルの群遅延特性の平均値との差からＳｋｅｗ量を算出する。なお、図４のように、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、振幅特性を変化させない。
【0033】
グラフｇ１１０とグラフｇ１２０は、群遅延を付加する処理を説明するためのグラフである。グラフｇ１１０とグラフｇ１２０の横軸は周波数であり、グラフｇ１１０の縦軸は遅延量であり、グラフｇ１２０の縦軸は位相量である。また、グラフｇ１１０とグラフｇ１２０において、周波数ｆｓ／２は、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数である。また、ｆｓは、シンボルレートである。実線ｇ１１１はＳｋｅｗ量を補正した後のＸＩチャネルの群遅延量であり、実線ｇ１１３はＳｋｅｗ量を補正した後のＸＱチャネルの群遅延量である。なお、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、Ｓｋｅｗ量を補正した後の群遅延量を、グラフｇ１１０のように最小値を例えばＤＣ（＝０）とする。
【0034】
さらに、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、グラフｇ１２０のようにＤＡＣ２５におけるナイキスト周波数の位相特性における位相量を０またはｎπ（ｎは整数）となるように、ＸＩチャネルとＸＱチャネルの伝達関数に群遅延を付加する。グラフｇ１２０において、線ｇ１２１は群遅延を付加したＸＩチャネルの伝達特性であり、ｇ１２３は群遅延を付加したＸＱチャネルの伝達特性である。
【0035】
次に、補償係数算出部の動作例を、補償係数算出部３１２を例に説明する。
図５は、本実施形態に係る補償係数算出部の動作例を説明するための図である。
補償係数算出部３１２は、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１が出力する伝達係数の振幅特性（グラフｇ１５０）と、伝達関数の位相特性（グラフｇ１６０）を取得する。グラフｇ１５０とｇ１６０の横軸は周波数であり、グラフｇ１５０の縦軸は振幅の大きさであり、グラフｇ１６０の縦軸は位相量である。グラフｇ１５０とｇ１６０において、線ｇ１５１とｇ１６１はＸＩチャネルの特性であり、線ｇ１５２とｇ１６２はＸＱチャネルの特性である。なお、図５では、ＸＩ、ＸＱについて説明するが、ＹＩ、ＹＱについても同様の処理が行われる。
図５は、本実施形態に係る補償係数算出部の動作例を説明するための図である。
補償係数算出部３１２は、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１が出力する伝達係数の振幅特性（グラフｇ１５０）と、伝達関数の位相特性（グラフｇ１６０）を取得する。グラフｇ１５０とｇ１６０の横軸は周波数であり、グラフｇ１５０の縦軸は振幅の大きさであり、グラフｇ１６０の縦軸は位相量である。グラフｇ１５０とｇ１６０において、線ｇ１５１とｇ１６１はＸＩチャネルの特性であり、線ｇ１５２とｇ１６２はＸＱチャネルの特性である。なお、図５では、ＸＩ、ＸＱについて説明するが、ＹＩ、ＹＱについても同様の処理が行われる。
【0036】
補償係数算出部３１２は、伝達係数の振幅特性と、伝達関数の位相特性それぞれの逆特性の算出と、伝達特性のダウンサンプリングを行う。この結果、補償係数算出部３１２は、伝達特性（グラフｇ１７０の振幅特性と、グラフｇ１８０の位相特性）を得る。この伝達特性（グラフｇ１７０の振幅特性と、グラフｇ１８０の位相特性）が、補償係数である。補償係数算出部３１２は、この補償係数を等化器２３へ出力する。
【0037】
（光信号制御装置３の処理手順例）
次に、光信号制御装置３の処理手順例を説明する。図６は、本実施形態に係る光信号制御装置３の処理手順例のフローチャートである。
次に、光信号制御装置３の処理手順例を説明する。図６は、本実施形態に係る光信号制御装置３の処理手順例のフローチャートである。
【0038】
（ステップＳ１）Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、外部装置からＸＩチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＸＩＴと、ＸＱチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＸＩＴと取得する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、外部装置からＹＩチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＹＩＴと、ＹＱチャネルデバイスおよび伝送路の特性情報ＹＩＴと取得する。
【0039】
（ステップＳ２）Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、取得した情報を用いてＸＩ－ＸＱ間の群遅延特性差（ＤＣ周りもしくは平均値など）Ｓｋｅｗを算出し、算出したＳｋｅｗ情報をＤＡＣ２５に出力する。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、取得した情報を用いてＹＩ－ＹＱ間の群遅延特性差（ＤＣ周りもしくは平均値など）Ｓｋｅｗを算出し、算出したＳｋｅｗ情報をＤＡＣ２５に出力する。
【0040】
（ステップＳ３）Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、群遅延特性を群遅延特性の差分だけ特性をシフトさせ、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数の位相特性が０となるように群遅延をＸＩチャネルおよびＸＱチャネルの特性に付加し群遅延特性を変化させる。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３２１は、群遅延特性を群遅延特性の差分だけ特性をシフトさせ、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数の位相特性が０となるように群遅延をＹＩチャネルおよびＹＱチャネルの特性に付加し群遅延特性を変化させる。
【0041】
（ステップＳ４）補償係数算出部３１２は、群遅延特性を変化させたＸＩチャネルとＸＱチャネルの伝達関数の振幅特性と伝達特性の逆特性を算出する。補償係数算出部３２２は、群遅延特性を変化させたＹＩチャネルとＹＱチャネルの伝達関数の振幅特性と伝達特性の逆特性を算出する。
【0042】
（ステップＳ５）補償係数算出部３１２は、入力された伝達関数に対してダウンサンプリングされたＸＩチャネル用の補償係数ＸＩＦとＸＱチャネル用の補償係数ＸＱＦを算出し、算出したＸＩチャネル用の補償係数ＸＩＦとＸＱチャネル用の補償係数ＸＱＦを等化器２３へ出力する。補償係数算出部３２２は、入力された伝達関数に対してダウンサンプリングされたＹＩチャネル用の補償係数ＹＩＦとＹＱチャネル用の補償係数ＹＱＦを算出し、算出したＹＩチャネル用の補償係数ＹＩＦとＹＱチャネル用の補償係数ＹＱＦを等化器２３へ出力する。
【0043】
次に、サンプリングレートの半分の周波数(ナイキスト周波数)において任意の振幅特性と位相特性を両立することができない理由を説明する。
周期Ｔ０でサンプリングされた周波数ｆ、初期位相θ０の正弦波について、ｋ番目のサンプリング点の振幅Ａ（ｋ）は、次式（１）のように示される。
周期Ｔ０でサンプリングされた周波数ｆ、初期位相θ０の正弦波について、ｋ番目のサンプリング点の振幅Ａ（ｋ）は、次式（１）のように示される。
【0044】
【数1】
【0045】
サンプリング周期Ｔ０におけるナイキスト周波数は、ｆ＝１／２Ｔ０で次式（２）となる。
【0046】
【数2】
【0047】
図７は、式（２）において初期位相θ０を変化させた場合の規格化時間ｋと振幅（ｋ）の関係を示す図である。図６において、横軸は規格化時間ｋ［ａ．ｕ．（任意単位）］であり、縦軸は振幅（ｋ）［ａ．ｕ．］である。図６のように、初期位相が０度もしくは１８０度のようにπの倍数となっていない場合は振幅が縮小する。この理由は、伝達関数において式（１）の初期位相が位相特性に対応するため、位相特性を変化させることで振幅特性も変化するからである。従って、ナイキスト周波数において任意の振幅特性を実現するためには、位相特性はｎπ（ｎは整数）とする必要がある。
【0048】
次に、群遅延特性を付加する理由を説明する。
図８は、群遅延特性を付加する理由を説明するための図である。
グラフｇ２００は、伝達係数の振幅特性である。グラフｇ２１０は、仮に群遅延特性を付加しなかった場合の伝達関数の位相特性である。グラフｇ２００とｇ２１０の横軸は周波数であり、グラフｇ２００の縦軸は振幅の大きさであり、グラフｇ２１０の縦軸は位相量である。グラフｇ２００とｇ２１０において、線ｇ２０１とｇ２１１はＸＩチャネルの特性であり、線ｇ２０２とｇ２１２はＸＱチャネルの特性である。
グラフｇ２１０のように、群遅延特性を付加しなかった場合は、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数ｆｓ／２において、位相特性が０またはｎπではない。
図８は、群遅延特性を付加する理由を説明するための図である。
グラフｇ２００は、伝達係数の振幅特性である。グラフｇ２１０は、仮に群遅延特性を付加しなかった場合の伝達関数の位相特性である。グラフｇ２００とｇ２１０の横軸は周波数であり、グラフｇ２００の縦軸は振幅の大きさであり、グラフｇ２１０の縦軸は位相量である。グラフｇ２００とｇ２１０において、線ｇ２０１とｇ２１１はＸＩチャネルの特性であり、線ｇ２０２とｇ２１２はＸＱチャネルの特性である。
グラフｇ２１０のように、群遅延特性を付加しなかった場合は、ＤＡＣ２５のナイキスト周波数ｆｓ／２において、位相特性が０またはｎπではない。
【0049】
グラフｇ２２０とｇ２３０は、群遅延特性を付加せずに、伝達係数の振幅特性と伝達関数の位相特性それぞれの逆特性の算出と、伝達特性のダウンサンプリングを行った特性である。グラフｇ２２０とｇ２３０の横軸は周波数であり、グラフｇ２２０の縦軸は振幅の大きさであり、グラフｇ２３０の縦軸は位相量である。グラフｇ２２０とｇ２３０において、線ｇ２２１とｇ２３１はＸＩチャネルの特性であり、線ｇ２２２とｇ２２２はＸＱチャネルの特性である。
【0050】
群遅延特性を付加せずに振幅特性の逆特性を算出した場合は、グラフｇ２２０の破線で囲んだ円ｇ２２３のようにＤＡＣ２５のナイキスト周波数ｆｓ／２において振幅特性が急激に変化してしまう。
このようなナイキスト周波数ｆｓ／２における振幅特性の変化を防ぐため、本実施形態では群遅延特性を付加する。
このようなナイキスト周波数ｆｓ／２における振幅特性の変化を防ぐため、本実施形態では群遅延特性を付加する。
【0051】
このように構成された光信号送信システム１および光信号制御装置３では、係数算出時にサンプリング位相をシフトさせることでナイキスト周波数の位相特性を０またはｎπに近づけるため、シンボル周期サンプリングのＤＡＣ２５を用いた際においても高精度にデバイスの伝達特性を補償することが可能となる。
【0052】
【0053】
光受信機４は、受信した光信号を、ベースバンドのデジタル信号に変換する。なお、光受信機４の構成例は後述する。
【0054】
伝達関数推定部５は、光受信機４からＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱチャネルの信号を取得し、取得したＸＩ、ＸＱ、ＹＩおよびＹＱチャネルの信号を用いて送信デバイス、受信デバイス、伝送路等の伝達関数を推定する。伝達関数推定部５は、推定した伝達関数を光信号制御装置３へ出力する。なお、伝達関数推定部５の構成例は後述する。また、伝達関数推定部５は、例えば光受信機４が備えていてもよい。
【0055】
（光受信機の構成例）
次に、光受信機４の構成例を説明する。
図１０は、光受信機の構成例を示す図である。図１０のように、光受信機４は、例えば、偏波分離器４１、局発ＬＤ４２（レーザモジュール）、偏波ダイバーシティ９０°ハイブリッド部４３、ＰＤ４４（フォトダイオード）、ＴＩＡ(Transimpedance Amplifier）４５（４５ＸＩ，４５ＸＱ，４５ＹＩ，４５ＹＱ）、およびＡＤ変換器４６を備える（例えば特許文献１参照）。
次に、光受信機４の構成例を説明する。
図１０は、光受信機の構成例を示す図である。図１０のように、光受信機４は、例えば、偏波分離器４１、局発ＬＤ４２（レーザモジュール）、偏波ダイバーシティ９０°ハイブリッド部４３、ＰＤ４４（フォトダイオード）、ＴＩＡ(Transimpedance Amplifier）４５（４５ＸＩ，４５ＸＱ，４５ＹＩ，４５ＹＱ）、およびＡＤ変換器４６を備える（例えば特許文献１参照）。
【0056】
局発ＬＤ４２は、直線偏光のＣＷ光を偏波ダイバーシティ９０°ハイブリッド部４３に送る。偏波ダイバーシティ９０°ハイブリッド部４３は、受信した光信号とＣＷ光を干渉させる。ＰＤ４４は、干渉させた光を光電変換する。ＴＩＡ４５は、ＰＤ４４が光電変換した電流信号を電圧信号に変換する。ＡＤ変換器４６は、ＴＩＡ４５が電圧に変換したアナログ信号の電圧信号をデジタル信号に変換する。
なお、図１０に示した光受信機４の構成は一例であり、これに限らない。
なお、図１０に示した光受信機４の構成は一例であり、これに限らない。
【0057】
（伝達関数推定部の構成例）
次に、伝達関数推定部５の構成例を説明する。
図１１は、本実施形態に係る伝達関数推定部の構成例を示す図である。図１１のように、伝達関数推定部５は、例えば、ＦＦＴ５１、ＦＦＴ５２、逆伝達関数算出部５３、逆伝達関数算出部５４を備える（例えば特許文献１参照）。
なお、図１１に示した伝達関数推定部５の構成例は一例であり、これに限らない。
次に、伝達関数推定部５の構成例を説明する。
図１１は、本実施形態に係る伝達関数推定部の構成例を示す図である。図１１のように、伝達関数推定部５は、例えば、ＦＦＴ５１、ＦＦＴ５２、逆伝達関数算出部５３、逆伝達関数算出部５４を備える（例えば特許文献１参照）。
なお、図１１に示した伝達関数推定部５の構成例は一例であり、これに限らない。
【0058】
ＦＦＴ５１は、Ｘ偏波の受信信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理する。ＦＦＴ５２は、Ｙ偏波の受信信号をそれぞれＦＦＴ処理する。逆伝達関数算出部５３は、ＦＦＴ５１の出力を１／伝達関数処理して逆伝達関数を計算する。逆伝達関数算出部５４は、ＦＦＴ５２の出力を１／伝達関数処理して逆伝達関数を計算する。
【0059】
なお、逆伝達関数算出部５３と逆伝達関数算出部５４は、算出した逆伝達関数を光信号制御装置３へ送信するようにしてもよい。これにより、本実施形態によれば、補償係数算出部３１２，３２２における逆特性を求める処理が不要となる。また、逆伝達関数算出部５３と逆伝達関数算出部５４は、逆特性から順特性に変換するようにしてもよい。また、逆伝達関数算出部５３と逆伝達関数算出部５４は、伝達関数推定時に光送信機２におけるＤＡＣ２５のサンプリングレートを高速で使用し、シンボルレートのナイキスト周波数よりも高周波まで伝達関数を推定してもよい。
【0060】
なお、伝達関数推定部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとメモリーとを用いて構成されていてもよい。伝達関数推定部５は、プロセッサーがプログラムを実行することによって、ＦＦＴ５１、ＦＦＴ５２、逆伝達関数算出部５３、および逆伝達関数算出部５４として機能するようにしてもよい。なお、伝達関数推定部５の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体記憶装置（例えばＳＳＤ：Solid State Drive）等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線や光回線を介して送信されてもよい。
【0061】
（伝達特性の逆特性の算出方法例）
次に本実施形態の伝達特性の逆特性の算出方法例を説明する。本実施形態では、第１実施形態のＳｋｅｗ算出処理で入力される伝達関数を伝送路の逆伝達関数とし、第１実施形態の補償係数算出において入力された伝達関数の逆特性を求める処理を実施しないようにしてもよい。本実施形態では、伝達関数の逆特性に群遅延を付加することで、第１実施形態の伝達関数に群遅延を付加した後に逆特性を求めることと同じ結果を得ることができる。
次に本実施形態の伝達特性の逆特性の算出方法例を説明する。本実施形態では、第１実施形態のＳｋｅｗ算出処理で入力される伝達関数を伝送路の逆伝達関数とし、第１実施形態の補償係数算出において入力された伝達関数の逆特性を求める処理を実施しないようにしてもよい。本実施形態では、伝達関数の逆特性に群遅延を付加することで、第１実施形態の伝達関数に群遅延を付加した後に逆特性を求めることと同じ結果を得ることができる。
【0062】
図１２は、本実施形態に係る伝達特性の逆特性の算出方法例を説明するための図である。なお、図１２では、ＸＩ、ＸＱについて説明するが、ＹＩ、ＹＱについても同様の処理が行われる。
Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、グラフｇ３００のようにＸＩ（ｇ３０１）とＸＱ（ｇ３０２）との群遅延差からＳｋｅｗを算出する。グラフｇ３００において、横軸は周波数、縦軸は群遅延量である。
Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、グラフｇ３００のようにＸＩ（ｇ３０１）とＸＱ（ｇ３０２）との群遅延差からＳｋｅｗを算出する。グラフｇ３００において、横軸は周波数、縦軸は群遅延量である。
【0063】
次に、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部３１１は、グラフｇ３１０とｇ３２０のように、ＸＩとＸＱの群遅延差を無くすと同時に、ＤＡＣ２５におけるナイキスト周波数の位相特性を０もしくはｎπとなるようにＸＩとＸＱの伝達関数に群遅延を付加する。グラフｇ３１０は群遅延特性であり、横軸が周波数、縦軸が群遅延量である。グラフｇ３２０は位相特性であり、横軸が周波数、縦軸が位相量である。
【0064】
このように構成された光信号送信システム１および光信号制御装置３と伝達関数推定部５では、係数算出時にサンプリング位相をシフトさせることでナイキスト周波数の位相特性を０またはｎπに近づけるため、シンボル周期サンプリングのＤＡＣ２５を用いた際においても高精度にデバイスの伝達特性を補償することが可能となる。
【0065】
（変形例）
上述した実施形態では光信号制御装置３が、２つのＳｋｅｗ算出・群遅延特性付加部と２つの補償係数算出部を備える例を説明したが、これに限らない。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部と補償係数算出部は、それぞれ１つずつであってもよい。この場合、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部は、Ｘ偏波の成分とＹ偏波の成分に対して、例えば時分割処理を行うようにしてもよい。また、補償係数算出部は、Ｘ偏波の成分とＹ偏波の成分に対して、例えば時分割処理を行うようにしてもよい。
また、上述した例では、光送信機２と光受信機４とが別体の例を説明したが、送信機と受信機の機能を有する光送受信機であってもよい。
上述した実施形態では光信号制御装置３が、２つのＳｋｅｗ算出・群遅延特性付加部と２つの補償係数算出部を備える例を説明したが、これに限らない。Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部と補償係数算出部は、それぞれ１つずつであってもよい。この場合、Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部は、Ｘ偏波の成分とＹ偏波の成分に対して、例えば時分割処理を行うようにしてもよい。また、補償係数算出部は、Ｘ偏波の成分とＹ偏波の成分に対して、例えば時分割処理を行うようにしてもよい。
また、上述した例では、光送信機２と光受信機４とが別体の例を説明したが、送信機と受信機の機能を有する光送受信機であってもよい。
【0066】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【0067】
本発明は、光送信機や光受信機や光送受信機の光信号の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【0068】
１…光信号送信システム、２…光送信機、３…光信号制御装置、４…光受信機、５…伝達関数推定部、２１…フレーミング処理部、２２…シンボルマッピング部、２３…等化器、２４…クロック生成部、２５…ＤＡＣ、２６…レーザー光源、２７…光フロントエンド回路、３１…Ｘ偏波算出部、３２…Ｙ偏波算出部、３１１…Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部、３１２…補償係数算出部、３２１…Ｓｋｅｗ算出・群遅延特性付加部、３２２…補償係数算出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】