(57)【要約】コヒーレント光受信器においては、レーン間にスキューが生じると十分な復調ができず、受信性能が劣化するため、本発明のコヒーレント光受信器は、局所光源と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器と、アナログ−デジタル変換器と、スキュー付与部と、ＦＦＴ演算部を有し、９０度ハイブリッド回路は、多重化された信号光を局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、光電変換器は、光信号を検波して検波電気信号を出力し、アナログ−デジタル変換器は、検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、スキュー付与部は、９０度ハイブリッド回路の各出力レーンに接続された各レーンにおける伝播遅延差であるスキュー量と絶対値が等しく符号が反対の付与スキュー量を検波デジタル信号に付加し、ＦＦＴ演算部は、スキュー付与部が出力する信号に対して高速フーリエ変換処理を施す。
2012086831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所光源と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器と、アナログ−デジタル変換器と、スキュー付与部と、ＦＦＴ演算部を有し、
前記９０度ハイブリッド回路は、多重化された信号光を前記局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、
前記光電変換器は、前記光信号を検波して検波電気信号を出力し、
前記アナログ−デジタル変換器は、前記検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、
前記スキュー付与部は、前記９０度ハイブリッド回路の各出力チャネルに接続された各レーンにおける伝播遅延差であるスキュー量と絶対値が等しく符号が反対の付与スキュー量を前記検波デジタル信号に付加し、
前記ＦＦＴ演算部は、前記スキュー付与部が出力する信号に対して高速フーリエ変換処理を施す
コヒーレント光受信器。
【請求項２】
コヒーレント光受信器と、検査光源と、制御ブロックとを有し、
前記コヒーレント光受信器は、局所光源と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器と、アナログ−デジタル変換器と、スキュー付与部と、ＦＦＴ演算部を備え、
前記９０度ハイブリッド回路は、多重化された信号光を前記局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、
前記光電変換器は、前記光信号を検波して検波電気信号を出力し、
前記アナログ−デジタル変換器は、前記検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、
前記スキュー付与部は、所定の付与スキュー量を前記検波デジタル信号に付加し、
前記ＦＦＴ演算部は、前記スキュー付与部が出力する信号に対して高速フーリエ変換処理を施したＦＦＴデータを出力し、
前記制御ブロックは、前記ＦＦＴデータから、前記９０度ハイブリッド回路の各出力チャネルに対応した各レーンにおける伝播遅延差であるスキュー量を算出し、前記スキュー量と絶対値が等しく符号が反対の値を前記スキュー付与部における付与スキュー量に設定する
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置において、
制御ブロックは、ピーク検出部と、スキュー算出部と、絶対値演算部と、スキュー量保持部、および設定スキュー量制御部を有し、
前記ピーク検出部は、前記ＦＦＴデータを入力し、前記ＦＦＴデータ中に含まれるピーク周波数成分における周波数と、前記周波数における位相角度の情報を含むピーク情報を算出して前記スキュー算出部に出力し、
前記スキュー算出部は、前記ピーク情報に基づいて前記スキュー量を算出して前記絶対値演算部に出力し、
前記絶対値演算部は、前記スキュー量の絶対値を算出し、
前記スキュー量保持部は、前記スキュー量の絶対値を入力して保持し、前記スキュー量の絶対値に符号を付加したスキュー量を算出し、
前記設定スキュー量制御部は、前記スキュー量と絶対値が等しく符号が反対の値を前記スキュー付与部における付与スキュー量に設定する
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置において、
前記ＦＦＴ演算部は、実部入力データと虚部入力データを入力とし、前記９０度ハイブリッド回路の出力チャネルに対応した出力信号レーンのうちの２個の出力信号レーンに接続され、前記出力信号レーンの一方からの出力信号を前記実部入力データとし、他方からの出力信号を前記虚部入力データとする
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置において、
前記ＦＦＴ演算部は、前記９０度ハイブリッド回路の出力チャネルに対応した出力信号レーンのうちの２個の出力信号レーンに接続され、
前記２個の出力信号レーンの内いずれか一方の出力信号レーンにおける前記スキュー付与部と前記ＦＦＴ演算部との間にスイッチ部を備え、
前記スイッチ部は、非動作状態時はゼロ値を出力し、動作状態時は入力をそのまま出力する
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置。
【請求項６】
検査光源からの検査光を局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、
前記光信号を検波して検波電気信号を出力し、
前記検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、
前記検波デジタル信号に高速フーリエ変換処理を施し、
前記高速フーリエ変換処理した結果から前記複数の信号成分間の伝播遅延差に相当するスキュー量の絶対値を算出し、
前記スキュー量の符号を判別する
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法。
【請求項７】
請求項６に記載したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法において、
前記スキュー量の符号を判別する処理は、
前記スキュー量の絶対値を保持し、
前記スキュー量と絶対値が等しく符号が反対のスキュー補償量を算出し、
前記スキュー補償量を前記検波デジタル信号に付加して高速フーリエ変換処理した結果から第２のスキュー量の絶対値を算出し、
前記第２のスキュー量の絶対値と、保持している前記スキュー量の絶対値との大きさを比較し、前記第２のスキュー量の絶対値の方が大きいと判断した場合は、保持している前記スキュー量の符号を反転し、前記第２のスキュー量の絶対値が前記スキュー量の絶対値と等しいかまたは小さいと判断した場合は、保持している前記スキュー量の符号をそのまま維持する
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法において、
前記スキュー量の絶対値を算出する処理は、
前記高速フーリエ変換処理した結果が最大値をとるときのピーク周波数とピーク位相を前記複数の信号成分ごとに算出し、
前記複数の信号成分にそれぞれ対応した前記ピーク位相の差分を前記ピーク周波数の１次間数としたときの傾きを前記スキュー量の絶対値とする処理を含む
コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光受信器、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置および検出方法に関し、特に、光偏波多重信号をコヒーレント検波とデジタル信号処理により受信するコヒーレント光受信器、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置および検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの幅広い普及により、ネットワーク内のデータ容量は年々増加している。大都市間を結ぶ大動脈通信路では、１チャネル当たりの伝送容量が１０Ｇｂ／ｓおよび４０Ｇｂ／ｓの光伝送路がすでに導入されている。１０Ｇｂ／ｓ伝送では変調方式としてオンオフ変調（Ｏｎ−Ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）が用いられている。４０Ｇｂ／ｓ伝送においてもＯＯＫ方式が用いられるが、時間軸方向に対する光パルスの幅が２５ｐｓと狭くなり波長分散の影響を大きく受ける。このため、ＯＯＫ方式は４０Ｇｂ／ｓ以上の伝送容量における長距離伝送には不適当である。そのため位相による多値変調方式および偏波多重方式が用いられるようになっており、１００Ｇｂ／ｓ級伝送では偏波多重４相位相変調（Ｄｕａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＰ−ＱＰＳＫ）方式が主流となっている。
送信器でＤＰ−ＱＰＳＫ変調を施された光信号は、コヒーレント光受信器で受信され復調される（例えば、非特許文献１参照）。図９に、関連するコヒーレント光受信器の構成の一例を示す。関連するコヒーレント光受信器６００は、局所光源６１０、９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）６２０、光電変換器（Ｏ／Ｅ）６３０、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）６４０、およびデジタル信号処理部（ＤＳＰ）６５０を有する。
信号光および局所光は、それぞれ片偏波信号として次式で表すことができる。
Ｓ（ｔ）＝ｅｘｐ［ｊωｔ］                      （１）
Ｌ（ｔ）＝ｅｘｐ［ｊ（ω−Δω）ｔ］            （２）
ここで、Δωは信号光と局所光の周波数オフセットを表す。信号光と局所光は９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）６２０に入力され、光学干渉系を通って差動構成のフォトダイオードからなる光電変換器（Ｏ／Ｅ）６３０によって電気信号に変換される。このとき、９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）６２０の出力チャネル（ＩＸ、ＱＸ）に接続された伝送路（以下、「レーン」という）ＩＸレーンおよびＱＸレーンからそれぞれ次式（３）、（４）で表わされる出力が得られる。
ＩＸ（ｔ）＝ｃｏｓ（Δωｔ）                    （３）
ＱＸ（ｔ）＝ｓｉｎ（Δωｔ）                    （４）
偏波多重信号の場合は、Ｓ（ｔ）＝ＥＸ＋ＥＹとなり、ＩＸおよびＩＹレーンには混合信号ＥＸ＋ＥＹのｃｏｓ成分が、ＱＸおよびＱＹレーンには混合信号ＥＸ＋ＥＹのｓｉｎ成分が出力される。
各レーンから出力された信号は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）６４０によってＡＤ変換された後にデジタル信号処理部（ＤＳＰ）６５０に入力される。デジタル信号処理部（ＤＳＰ）６５０では、偏波分離処理によりＥＸ信号とＥＹ信号を分離し、さらに位相推定処理によりＥＸとＥＹをそれぞれ４値復調している。
このようにして、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号はコヒーレント光受信器を用いて復調することができる。
【非特許文献１】Ｍ．Ｇ．Ｔａｙｌｏｒ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｕｓｉｎｇ  ＤＳＰ  ｆｏｒ  Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  ａｎｄ  Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ  Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｉｍｐａｉｒｍｅｎｔｓ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００４，ｐ．６７４−６７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した式（３）、（４）で得られる信号は、コヒーレント光受信器６００において９０度ハイブリッド回路６２０の出力からアナログ−デジタル変換器６４０の入力までの間の４本のレーンの長さがすべて等しい場合にのみ成立する。しかし、９０度ハイブリッド回路６２０の出力から光電変換器６３０の入力までの光ファイバ、および光電変換器６３０の出力からアナログ−デジタル変換器６４０の入力までの同軸線のそれぞれを、４チャネル間で厳密に等長配線とすることは困難である。
ここで４本のレーンが等長でない場合、信号の伝達に遅延、すなわちスキューが生じる。上述の式（３）で表わされる信号ＩＸを出力するＩＸレーンに対して、上述の式（４）で表わされる信号ＱＸを出力するＱＸレーンにスキューＴが存在する場合、上述の（４）式は下記（５）式になる。
ＱＸ（ｔ）＝ｓｉｎ（Δω（ｔ−Ｔ））            （５）
このようなレーン間のスキューが発生すると、デジタル信号処理によって偏波分離および位相推定を行うことが困難になり、十分な性能が得られない。このように、コヒーレント光受信器においては、レーン間にスキューが生じると十分な復調ができず、受信性能が劣化する、という問題があった。
本発明の目的は、上述した課題である、コヒーレント光受信器においては、レーン間にスキューが生じると十分な復調ができず、受信性能が劣化する、という課題を解決するコヒーレント光受信器、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置および検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のコヒーレント光受信器は、局所光源と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器と、アナログ−デジタル変換器と、スキュー付与部と、ＦＦＴ演算部を有し、９０度ハイブリッド回路は、多重化された信号光を局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、光電変換器は、光信号を検波して検波電気信号を出力し、アナログ−デジタル変換器は、検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、スキュー付与部は、９０度ハイブリッド回路の各出力チャネルに接続された各レーンにおける伝播遅延差であるスキュー量と絶対値が等しく符号が反対の付与スキュー量を検波デジタル信号に付加し、ＦＦＴ演算部は、スキュー付与部が出力する信号に対して高速フーリエ変換処理を施す。
本発明のコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置は、コヒーレント光受信器と、検査光源と、制御ブロックとを有し、コヒーレント光受信器は、局所光源と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器と、アナログ−デジタル変換器と、スキュー付与部と、ＦＦＴ演算部を備え、９０度ハイブリッド回路は、多重化された信号光を局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、光電変換器は、光信号を検波して検波電気信号を出力し、アナログ−デジタル変換器は、検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、スキュー付与部は、所定の付与スキュー量を検波デジタル信号に付加し、ＦＦＴ演算部は、スキュー付与部が出力する信号に対して高速フーリエ変換処理を施したＦＦＴデータを出力し、制御ブロックは、ＦＦＴデータから、９０度ハイブリッド回路の各出力チャネルに対応した各レーンにおける伝播遅延差であるスキュー量を算出し、スキュー量と絶対値が等しく符号が反対の値をスキュー付与部における付与スキュー量に設定する。
本発明のコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法は、検査光源からの検査光を局所光源からの局所光と干渉させて複数の信号成分に分離した複数の光信号を出力し、光信号を検波して検波電気信号を出力し、検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力し、検波デジタル信号に高速フーリエ変換処理を施し、高速フーリエ変換処理した結果から複数の信号成分間の伝播遅延差に相当するスキュー量の絶対値を算出し、スキュー量の符号を判別する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のコヒーレント光受信器によれば、レーン間にスキューが生じた場合であっても十分な復調が可能であり、受信性能の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器の構成を示すブロック図である。
図２は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置の構成を示すブロック図である。
図３は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法を説明するためのフローチャートである。
図４は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー絶対値の算出方法を説明するためのフローチャートである。
図５は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器のＦＦＴ演算部が導出するＦＦＴデータの絶対値をインデックスに対してプロットしたときの概略図である。
図６は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器のＱｘポートおよびＩｙポートにおける位相差と角周波数との関係をプロットした概略図である。
図７は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置の別の構成を示すブロック図である。
図８は本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置のさらに別の構成を示すブロック図である。
図９は関連するコヒーレント光受信器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器１００の構成を示すブロック図である。コヒーレント光受信器１００は、局所光源（ＬＯ）１１０、９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）１２０、光電変換器（Ｏ／Ｅ）１３０、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４０を有する。さらに、コヒーレント光受信器１００はスキュー付与部１５０およびＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０を備える。
９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）１２０は、多重化された信号光（Ｓｉｇｎａｌ）を局所光源１１０からの局所光と干渉させて、各信号成分に分離した複数の光信号を出力する。本実施形態では、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調方式を用いた場合について説明する。したがって９０度ハイブリッド回路１２０からは、２偏波（Ｘ偏波、Ｙ偏波）についてそれぞれ同相成分（ＩＸ、ＩＹ）および直交成分（ＱＸ、ＱＹ）からなる４チャンネルの信号成分をそれぞれ有する４波の光信号が出力される。
光電変換器（Ｏ／Ｅ）１３０は、９０度ハイブリッド回路１２０が出力する４波の光信号をそれぞれ検波し、４組の検波電気信号を出力する。アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４０は、各検波電気信号をデジタル化して検波デジタル信号を出力する。
スキュー付与部１５０は、９０度ハイブリッド回路１２０の各出力チャネルに接続された各レーンにおける伝播遅延差（以下、「スキュー」と言う）を補償する。すなわちスキュー付与部１５０は、各レーンにおけるスキュー量と絶対値が等しく符号が反対の付与スキュー量を検波デジタル信号に付加し、ＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０に出力する。ＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０は、スキュー付与部１５０から入力した信号に対して高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、以下では「ＦＦＴ」と言う）処理を施し、ＦＦＴデータを出力する。
次に、コヒーレント光受信器１００におけるレーン間スキュー検出装置について図２を用いて説明する。図２に示すように、コヒーレント光受信器１００に検査光源１７０と制御ブロック１８０が接続され、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１０００を構成する。
制御ブロック１８０は、ピーク検出部１８１、スキュー算出部１８２、絶対値演算部１８３、スキュー量保持部１８４、および設定スキュー量制御部１８５を有する。ＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０が出力するＦＦＴデータは４組のピーク検出部１８１にそれぞれ入力される。ピーク検出部１８１はＦＦＴデータ中に含まれるピークに対応する周波数と、その周波数における位相角度の情報を含むピーク情報を算出し、スキュー算出部１８２に出力する。
スキュー算出部１８２は算出された周波数および位相角度の情報に基づいてスキュー量を算出し、絶対値演算部１８３に出力する。絶対値演算部１８３はスキュー量の絶対値を算出する。スキュー量保持部１８４は絶対値演算部１８３の出力を入力し、算出されたスキュー量を保持する。そして入力されたスキュー量と保持しているスキュー量を比較することにより、スキュー量の符号を判定する。スキュー量保持部１８４の情報はスキュー付与部１５０のスキュー量を設定する設定スキュー量制御部１８５に通知される。設定スキュー量制御部１８５は、算出されたスキュー量と絶対値が等しく符号が反対の値をスキュー付与部１５０における付与スキュー量に設定する。スキュー付与部１５０は、付与スキュー量を検波デジタル信号に付与する。ここで制御ブロック１８０は、専用の信号処理回路により構成することもできるし、中央演算処理装置（ＣＰＵ）とＣＰＵに処理を実行させるプログラムから構成することとしてもよい。
次に、コヒーレント光受信器１００におけるレーン間スキューの検出方法について図３に示したフローチャートを参照しながら説明する。まず、スキュー検出開始時に、設定スキュー量制御部１８５は設定スキュー量をゼロ（０）とし、スキュー付与部１５０に通知する。スキュー付与部１５０は付与スキュー量をゼロ（０）とする（ステップＳ１００）。
図２に示すように、９０度ハイブリッド回路１２０のシグナル・ポートには検査光源１７０が接続され、ローカル・ポートには局所光源１１０が接続されている。ステップＳ１００に続いて、検査光源１７０および局所光源１１０を動作状態（ＯＮ）とし各出射光を９０度ハイブリッド回路１２０に入力する（ステップＳ２００）。ここで、検査光源１７０および局所光源１１０からの出射光はともに無変調で強度一定のコヒーレント光である。この後、コヒーレント光受信器１００におけるレーン間スキューの絶対値の算出を行う（ステップＳ３００）。
スキュー絶対値の算出について、図４に示したフローチャートを用いて詳細に説明する。レーン間スキュー絶対値の算出においては、まず、検査光源１７０と局所光源１１０からの出射光の間に周波数差Δωが発生するように、検査光源１７０または局所光源１１０からの出射光の周波数を設定する（ステップＳ３１０）。このとき、式（２）からわかるように、検査光の周波数が局所光の周波数より高い場合、Δωは正の値となる。なお、この周波数差Δωの値は後述するピーク検出部１８１で正確な値を算出するため、ここでは概略の周波数差が生じるように設定すればよい。例えば、光電変換器１３０およびアナログ−デジタル変換器１４０の帯域以下の値とすることができる。具体的には、１００Ｇｂ／ｓ用のコヒーレント光受信器におけるスキュー評価に用いる場合には、数ＧＨｚ程度の周波数差が設けられていればよい。
検査光源１７０および局所光源１１０は、単一モードの無変調光を発生させるデバイスであればよい。高精度の測定を行う場合には、光源線幅の狭いデバイス、例えば外部鏡レーザを用いることが望ましい。なお、光源線幅がメガヘルツ（ＭＨｚ）以下である半導体レーザを用いることも十分可能である。また、各光源からの出射光の強度はアナログ−デジタル変換器１４０への入力振幅が適切な値となる光強度であればよい。
検査光源１７０からの出射光と局所光源１１０からの出射光は９０度ハイブリッド回路１２０内で干渉し、周波数Δωのビート信号が出力される。このとき、９０度ハイブリッド回路１２０の出力チャネルに対応するＩＸレーン、ＱＸレーン、ＩＹレーン、ＱＹレーンからそれぞれ出力されるビート信号光は、それぞれ光電変換器１３０に入力され電気信号に変換される。光電変換器１３０からの各出力信号は下記（６）式から（９）式で表わされる。
ＩＸレーン：ｃｏｓ（Δωｔ＋φＩＸ）                  （６）
ＱＸレーン：ｓｉｎ（Δωｔ＋φＱＸ）                    （７）
ＩＹレーン：ｃｏｓ（Δωｔ＋φＩＹ）                  （８）
ＱＹレーン：ｓｉｎ（Δωｔ＋φＱＹ）                    （９）
ここで、φＩＸ、φＱＸ、φＩＹ、φＱＹは各レーンのスキュー量に起因して発生する位相である。これらの光電変換器１３０の出力信号は４組のアナログ−デジタル変換器１４０によりデジタル信号に変換される。このときのデジタル信号の出力は、例えば８ビットのアナログ−デジタル変換器を用いた場合、８ビットの精度を有することになるが、アナログ−デジタル変換器のビット数は８ビットに制限されることはない。
デジタル信号出力は、スキュー付与部１５０が付与スキュー量をゼロ（０）に設定しているので、スキュー付与部１５０をそのまま通過し、ＦＦＴ演算部１６０の入力信号側の実数部に格納される。このとき、ＦＦＴ演算部１６０の入力信号側の虚数部はゼロ（０）とする。これらの複素数入力データに対して、ＦＦＴ演算部１６０は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施す（ステップＳ３２０）。その結果、ＦＦＴ演算部１６０の出力としてＮ組のデータを有する行列Ｉ＾ｘ、Ｑ＾ｘ、Ｉ＾ｙ、Ｑ＾ｙが得られる。ここで「Ｎ」はＦＦＴの次数であり、Ｎの値は例えば１０２４または４０９６など、２のべき乗であることが回路構成の簡易化の観点から好ましい。
ＦＦＴ演算部１６０の出力であるＦＴＴデータＩ＾ｘ、Ｑ＾ｘ、Ｉ＾ｙ、Ｑ＾ｙは、４組のピーク検出部１８１に入力される（ステップＳ３３０）。ピーク検出部１８１は、ＦＦＴデータＩ＾ｘのＮポイント、例えば４０９６ポイントの中から、その大きさが最大であるデータＩ＾ｘ（Ｎｍａｘ）を抽出する。そして、そのときの周波数（ピーク周波数）ｆｍａｘと位相（ピーク位相）φｍａｘを計算によって求める（ステップＳ３４０）。
ピーク周波数ｆｍａｘの算出は以下のように行う。ＦＦＴ演算部１６０からのＮ個の複素数ＦＴＴデータに対して、インデクスｋが１からＮ／２の範囲におけるＦＴＴデータの絶対値を計算し、絶対値が最大となるＦＦＴデータのインデクスＮｍａｘを求める。図５に、インデクスｋに対してＦＦＴデータＩ＾ｘ（ｋ）をプロットしたときの概略図の一例を示す。ここでＦＦＴデータＩ＾ｘ（ｋ）は複素数であるので、同図の縦軸はＩ＾ｘ（ｋ）の大きさ｜Ｉ＾ｘ（ｋ）｜であり、横軸はＦＦＴデータのインデクスｋである。図５に示すように、｜Ｉ＾ｘ（ｋ）｜がインデクスＮｍａｘでピークを持つとした場合、ピーク検出部１８１はＩ＾ｘ（Ｎｍａｘ）を検出する。
ここで、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１４０におけるサンプリング周波数をｆＴとすると、ＦＦＴの周波数間隔はｆＴ／Ｎとなる。よって、Ｉ＾ｘ（Ｎｍａｘ）がピークとなるときのピーク周波数ｆｍａｘはＮｍａｘｆＴ／Ｎとなる。一方、検査光源１７０からの出射光は無変調であるため、ＦＦＴ演算部１６０への入力信号はそれぞれ周波数差Δωの正弦波である。したがって、ＦＦＴ演算部１６０からの出力であるＦＴＴデータはこのΔωに絶対値のピークを持つスペクトルとなる。以上より、周波数差Δωは、ここで求めたインデクスＮｍａｘと、デジタル−アナログ変換器のサンプリング周波数ｆＴを用いて、以下の式により求められる。
Δω＝２×π×ｆＴ／Ｎ×Ｎｍａｘ                        （１０）
ここで、πは円周率を表す。
続いて、ピーク周波数がｆｍａｘのときのＦＦＴデータＩ＾ｘ（Ｎｍａｘ）からピーク位相情報φｍａｘ＝ａｎｇｌｅ（Ｉ＾ｘ（Ｎｍａｘ））を計算する。ピーク位相情報φｍａｘは、９０度ハイブリッド回路１２０の４つ出力レーンに対してそれぞれ算出される。ピーク検出部１８１は、各出力レーンに対して算出したピーク位相情報であるφＩＸ、φＱＸ、φＩＹ、φＱＹをスキュー算出部１８２に出力する（ステップＳ３５０）。
スキュー算出部１８２は、ピーク位相情報を用いてスキューを計算する（ステップＳ３６０）。例えば、ＩＸレーンを基準として、ＱＸ、ＩＹ、ＱＹの各レーンの位相差をそれぞれ以下のように求める。
φＩＸ＝０
φＱＸ−φＩＸ
φＩＹ−φＩＸ
φＱＹ−φＩＸ
図６に、ＩＸレーンを基準としたときのＱＸレーンおよびＩＹレーンにおけるそれぞれの位相差φＱＸ−ＩＸ、φＩＹ−ＩＸと角周波数２πｆｍａｘ（＝Δω）との関係をプロットした概略図を示す。ここでＩ−Ｑレーン間の９０度誤差が無視できる場合には、ＱＸレーンおよびＩＹレーンについて一次関数による近似式を以下のようにそれぞれ算出することができる。
φＱＸ−ＩＸ＝ａ１（２πｆ）＋π／２
φＩＹ−ＩＸ＝ａ２（２πｆ）
ＱＹレーンについても同様にして以下のように近似式を算出することができる。
φＱＹ−ＩＸ＝ａ３（２πｆ）＋π／２
ここで求めた傾きａ１、ａ２、ａ３がＩＸレーンに対するスキューとなる。すなわち、ＩＸレーンとＱＸレーン間のスキューΔｔ（ＱＸ−ＩＸ）は以下の式から求められる。
Δｔ（ＱＸ−ＩＸ）＝｜φＱＸ−φＩＸ｜／Δω                    （１１）
同様にして、ＩＸレーンとＩＹレーン間のスキューΔｔ（ＩＹ−ＩＸ）、ＩＸレーンとＱＹレーン間のスキューΔｔ（ＱＹ−ＩＸ）を、ピーク位相情報φＩＸ、φＱＸ、φＩＹ、φＱＹを用いて求めることができる。このように、スキュー算出部１８２はＩＸレーンを基準とするスキューを算出し、絶対値演算部１８３においてスキュー量の絶対値を算出する（図３のステップＳ３００）。
なお、スキュー量の絶対値を算出する処理（ステップＳ３００）を複数回繰り返して複数個のスキュー量絶対値を算出し、平均化することによって測定誤差による影響を軽減し、算出精度の向上を図ることができる。また、９０度ハイブリッド回路１２０においてＩレーンとＱレーン間に９０度誤差が存在する場合であっても、複数の周波数差Δωについてピーク検出測定を行うことにより、スキュー量絶対値を高精度に算出することができる。
ここで、上述したスキューの算出には、検査光源１７０と局所光源１１０からの出射光間の周波数差Δωの値が符号を含めて正確に取得できている必要がある。つまり、検査光源１７０と局所光源１１０のからの出射光間の周波数の高低が何らかの手段で既知である必要がある。このような周波数の高低を測定するためには、検査光と局所光間の周波数差を、光の一般的な周波数である数１００テラヘルツ（ＴＨｚ）に対して非常に小さい値、例えば数ギガヘルツ（ＧＨｚ）に制御する必要がある。さらに、高精度の波長制御が可能な波長可変光源、または高精度の波長測定が可能な測定器が必要となる。しかしながら、これらの装置は高価であるため評価のためのコストが増大し、また、波長測定や波長制御のための手順が増加するため評価手順が煩雑になる、という問題がある。
また、コヒーレント光通信に用いる光源の中には、波長を特定の値に安定化させるため、波長を微小に変動させ、その変動を検出することにより安定化させる手法が採用されている。このような光源デバイスの場合、微小な変動幅がスキュー検出に必要な周波数差を上回ってしまう場合があり、この場合には周波数差Δωの符号が時間経過に従って反転を繰り返す現象が生じる。このような場合においては、スキュー検出を行う瞬間時における周波数差Δωの絶対値は正確に測定できるが、Δωの符号を特定することは非常に困難である。
しかし、本実施形態によれば以下に説明するように、検査光と局所光の周波数差Δωの符号を検出することが可能であるので、コヒーレント光受信器のレーン間スキュー検出におけるコストの増大を抑制し、また、検出手順を簡易化することができる。
再び図２および図３を参照すると、絶対値演算部１８３はＩＸレーンを基準とする３つのスキュー量の絶対値Δｔ（ＱＸ−ＩＸ）、Δｔ（ＩＹ−ＩＸ）、Δｔ（ＱＹ−ＩＸ）をスキュー量保持部１８４に出力し、スキュー量保持部１８４はこれらのスキュー量の絶対値を保持する（ステップＳ４００）。
次に、スキュー量保持部１８４は保持しているスキュー量の絶対値を設定スキュー量制御部１８５に通知する。設定スキュー量制御部１８５は通知されたスキュー量の絶対値と同じ大きさのスキュー補償量をスキュー付与部１５０に設定する（ステップＳ５００）。ここでスキュー補償量の符号は、実際に発生しているスキューの符号を「正」と仮定した場合には、それと反対の「負」に設定する。この場合、具体的には、各レーンのスキュー付与部１５０にスキュー補償量として下記の値が設定される。
ＱＸレーン：  −Δｔ（ＱＸ−ＩＸ）
ＩＹレーン：  −Δｔ（ＩＹ−ＩＸ）
ＱＹレーン：  −Δｔ（ＱＹ−ＩＸ）
ここで、ＩＸレーンはスキュー算出の基準レーンであるため、ＩＸレーンのスキュー付与部には数値ゼロ（０）が設定される。
スキュー補償量の設定が完了した後、再び検査光および局所光を入力し（ステップＳ６００）、２回目のスキュー検出を行う。このスキュー検出プロセスは前回のプロセスと同様の手順に従い、スキュー算出部１８２が第２のスキュー量を算出し、絶対値演算部１８３は第２のスキュー量の絶対値を出力する（ステップＳ７００）。このとき、検査光と局所光の周波数差Δωは１回目のプロセスと同じ値である必要はなく、周波数差が生じていればよい。
２回目のスキュー検出プロセスにおいては、スキュー量保持部１８４は１回目のプロセスと異なる動作を行う。各レーンにおいてスキュー量保持部１８４は、絶対値演算部１８３から通知された第２のスキュー量の絶対値と、スキュー量保持部１８４が保持しているスキュー量を比較する（ステップＳ８００）。第２のスキュー量が増大している場合（ステップＳ８００／ＹＥＳ）、スキュー量保持部１８４は１回目に設定したスキュー量の符号が誤っていたと判断し、保持しているスキュー量の符号を反転する（ステップＳ９００）。一方、通知された第２のスキュー量の絶対値が保持しているスキュー量の絶対値に比べて減少またはゼロ（０）となった場合（ステップＳ８００／ＮＯ）、設定したスキュー量が正しいと判断し、保持しているスキュー量の符号をそのまま維持する。
以上のプロセスにより、スキュー量保持部１８４に格納されている値は符号を含めて正しいスキュー量となる。なお上述の説明では、スキュー算出にあたりＩＸレーンを基準レーンとした場合について述べた。これに限らず、他のレーン、ＱＸレーン、ＩＹレーン、またはＱＹレーンを基準レーンとしてスキューを算出することとしてもよい。
また、上述の説明では、実際に発生しているスキューの符号を「正」と仮定し、スキュー補償量の符号はそれと反対の「負」に設定した場合について説明した（ステップＳ５００）。これとは逆に、実際に発生しているスキューの符号を「負」と仮定し、スキュー補償量の符号はそれと反対の「正」に設定した場合であっても、本実施形態によれば、符号を含めて正しいスキュー量を得ることができる。すなわち、スキュー補償量は絶対値演算部１８３において算出されるスキュー量の絶対値と等しい大きさであれば、符号は「正」または「負」のいずれにも設定することができる。そして、ここで算出された符号を含めて正しいスキュー量と絶対値が等しく符号が反対の付与スキュー量が、スキュー付与部１５０において検波デジタル信号に付加される。これによって、９０度ハイブリッド回路１２０の各レーンにおけるスキューを補償することができる。
上述したように、本実施形態においては、まず検査光と局所光を入力してスキューを算出する。スキューの算出手順は、９０度ハイブリッド回路からの出力を電気信号に変換した後にフーリエ変換処理して得たＦＴＴデータから算出されるピーク位相φの値から式（１１）を用いて求める。この式（１１）を用いた算出においては、ピーク位相φからスキューΔｔを算出することとしているため、ピーク位相を与える周波数ｆが必要となる。このときの周波数は検査光と局所光の周波数差に等しい。しかしながら、この周波数差は検査光と局所光の周波数の高低関係によって符号が変わる。ピークレベルを与えるＦＴＴデータから、周波数差の絶対値の情報は取得することができるが、符号は判別できない。
そこで、この符号の不確定を取り除くために、式（１１）から算出されるスキュー量の絶対値をまず算出する。これにより、スキューの値は絶対値は正しく、符号のみが不確定な情報となる。次に、このスキューの値を正しいと仮定し、そのスキュー値と絶対値が等しく符号が反対、すなわち負の値のスキューを補償量としてスキュー付与部に入力する。このとき、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキューの値が正の値で正しければ、付与した補償量によりスキューが除去される。一方、レーン間のスキューが負の値である場合、補償量の付与により発生するスキューの量は２倍となる。
このことから、補償量を与えた後に再度スキュー測定を行うことにより、スキューの符号を判別することができる。すなわち、測定結果の絶対値がゼロ（０）もしくは元のスキューの値に比べて小さな値であれば、スキューの符号は正であることがわかる。逆に、測定結果の絶対値が元の値より大きくなった場合は、スキューの符号は負であることがわかる。
このように、スキューの検出と検出したスキューの補償量を付与した検証プロセスという二回のスキュー測定のプロセスによって、スキューの符号を確定することができる。以上より、本実施形態によれば、検査光と局所光の周波数の高低関係を求めることなく、符号を含めて正しいスキューの値を取得することができる。
上述の説明では、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１０００は図２に示すように、９０度ハイブリッド回路１２０の出力に対応した各レーン毎にＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０を備えることとした。しかしこれに限らず、図７に示すように、ＩＸレーンとＱＸレーンに共通に１個のＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１を備え、ＩＹレーンとＱＹレーンに共通に１個のＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１を備えた構成としてもよい。すなわち、コヒーレント光受信器１００は２系統のＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１を備え、これに対応して制御ブロック１８０が２系統のピーク検出部１８６を備えたコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１１００としてもよい。
ここで、ＩＸレーンにおける信号をＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１の実部入力データとして扱い、ＱＸレーンにおける信号をＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１の虚部入力データとして扱うことによって、ＦＦＴデータを算出する。同様に、ＩＹレーンにおける信号をＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１の実部入力データとして扱い、ＱＹレーンにおける信号をＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１の虚部入力データとして扱うことによって、ＦＦＴデータを算出する。この場合も、本実施形態によるコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出方法を用いることができる。
図７に示したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１１００においては、ＩＸレーンとＩＹレーン、およびＱＸレーンとＱＹレーンのそれぞれのレーン間のスキューを算出することは困難である。それに対して、図８に示したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１２００においては、ＱＸレーンとＱＹレーンにおけるスキュー付与部１５０とＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１との間に、それぞれスイッチ部１６２を設けた構成とした。この構成により、ＩＸレーンとＩＹレーン間のスキューの算出が可能となる。ここで、スイッチ部１６２は、非動作（ＯＦＦ）状態の時は常に値ゼロ「０」を出力し、動作（ＯＮ）状態の場合は入力データをそのまま出力する。なお、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１２００は、２系統のＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１と２系統のピーク検出部１８６を備える。
次に、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１２００の動作について説明する。まずスイッチ部１６２を動作（ＯＮ）状態にし、入力データをそのまま出力させる。これにより、上述のコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１１００と同様にＩＸレーンとＱＸレーン、およびＩＹレーンとＱＹレーンのそれぞれのレーン間のスキューを算出することができる。
続いて、スイッチ部１６２を非動作（ＯＦＦ）状態とする。このとき、ＩＸレーンに接続されたＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１には入力信号側の実数部に検波デジタル信号が、虚数部にはゼロ（０）が入力される。したがって、ＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１は図２に示したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１０００におけるＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０と同じ動作をする。同様に、ＩＹレーンに接続されたＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１は、図２に示したコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１０００におけるＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６０と同じ動作をする。よって、これら２個のＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１の出力から、図４に示した算出手順に従ってＩＹレーンとＩＸレーン間のスキューを求めることができる。
以上より、コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置１２００によれば、ＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）１６１を２系統だけ備えた構成であっても、４レーン間のスキューをそれぞれ検出することが可能である。
以上説明したように、本実施形態によるコヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置およびその検出方法によれば、各出力レーン間のスキューを算出することが可能となる。すなわち、９０度ハイブリッド回路のシグナル・ポートに検査光を入力し、検査光と局所光のビート信号をアナログ−デジタル変換器で観測し、ＦＦＴ演算を行って得られた位相情報からスキューを算出することができる。そして本実施形態によるコヒーレント光受信器１００は、ここで得たスキュー量と絶対値が等しく符号が反対のスキュー補償量をスキュー付与部１５０に設定する。これにより、本実施形態によるコヒーレント光受信器１００によれば、レーン間にスキューが生じた場合であっても十分な復調が可能となり、受信性能の劣化を抑制することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
この出願は、２０１０年１２月２１日に出願された日本出願特願２０１０−２８４３０９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０００８】
１００  コヒーレント光受信器
１１０  局所光源
１２０  ９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）
１３０  光電変換器（Ｏ／Ｅ）
１４０  アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
１５０  スキュー付与部
１６０、１６１  ＦＦＴ演算部（ＦＦＴ）
１６２  スイッチ部
１７０  検査光源
１８０  制御ブロック
１８１、１８６  ピーク検出部
１８２  スキュー算出部
１８３  絶対値演算部
１８４  スキュー量保持部
１８５  設定スキュー量制御部
６００  関連するコヒーレント光受信器
６１０  局所光源
６２０  ９０度ハイブリッド回路（９０−ｄｅｇ  ｈｙｂｒｉｄ）
６３０  光電変換器（Ｏ／Ｅ）
６４０  アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
６５０  デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
１０００、１１００、１２００  コヒーレント光受信器におけるレーン間スキュー検出装置
【図１】
2012086831.tif 000003
【図２】
2012086831.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012086831.tif 000008
【図７】
2012086831.tif 000009
【図８】
2012086831.tif 000010
【図９】
2012086831.tif 000011
【国際調査報告】
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2012086831.tif 000013
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