(57)【要約】【課題】光受信機にチャネル間スキューがある場合においても、光９０度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び評価装置を提供する。【解決手段】光受信機の伝達関数を行列の積に分解する演算により、前記光９０度ハイブリッドの位相誤差を算出して光受信機を評価することを特徴とする光９０度ハイブリッドを有する光受信機の評価方法及び評価装置とした。【選択図】図３
2020150302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光９０度ハイブリッドを有する光受信機の評価方法において、前記光受信機の伝達関数を行列の積に分解する演算ステップと、
前記演算ステップにより分解された行列の積により前記光９０度ハイブリッドの位相誤差を算出して光受信機を評価するステップを備える
ことを特徴とする光受信機の評価方法。
【請求項２】
前記行列の積に分解する演算ステップは、前記光受信機の伝達関数を表す行列を剪断行列、拡大縮小行列、および回転行列の積に分解する演算ステップであり、
前記評価するステップは、前記剪断行列の係数から前記光受信機の光９０度ハイブリッドの位相誤差を得るステップである
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信機の評価方法。
【請求項３】
前記剪断行列は、前記光受信機の伝達関数を表す行列をＱＲ分解によって回転行列と上三角行列の積に分解し、前記上三角行列を剪断行列と拡大縮小行列の積に分解して得る
ことを特徴とする請求項２に記載の光受信機の評価方法。
【請求項４】
光９０度ハイブリッドを有する光受信機の評価装置であって、
伝送路で接続された送信部と受信部を備え、
前記送信部は、既知信号の系列を生成する既知信号生成部と、光送信機の伝達関数の推定結果を前記受信部の送信機伝達関数推定部から取得して光送信機の伝達関数を補償する送信機補償部、および光送信機を備え、
前記受信部は、光受信機と、受信器補償部、第１及び第２の受信器伝達関数推定部、および前記送信機伝達関数推定部を備え、
推定した前記光受信機の伝達関数を、９０度ハイブリッドの位相誤差、チャネル間利得インバランス、残留回転の項に分解して前記光受信機を評価する
ことを特徴とする光受信機の評価装置。
【請求項５】
前記送信機伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第１の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第１のデジタルデータと、前記光受信機の仮の伝達関数とから、前記光送信機の伝達関数を推定し、
前記第１の受信器伝達関数推定部は、前記光受信機の入力端にＡＳＥ信号を入力された時に前記受信部が取得したデジタルデータから、前記光受信機の仮の伝達関数を推定し、
前記第２の受信器伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第２の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第２のデジタルデータと、推定した前記光送信機の伝達関数とから、前記光受信機の伝達関数を推定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の光受信機の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光通信用の光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタル信号処理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に基づいた光送受信機の開発が進んでいる。
【０００３】
１波長あたり１００Ｇｂ／ｓの光送受信機では、ボーレート（Ｂａｕｄ  ｒａｔｅ）と変調方式は例えば３２Ｇｂａｕｄ  ＰＤＭ−ＱＰＳＫ（偏波多重−４位相偏移変調）である。光送信機は直交した直線偏光（Ｘ偏波とＹ偏波）を、それぞれＱＰＳＫのベースバンド信号で変調することでＰＤＭ−ＱＰＳＫ光信号を生成する。光受信機は受信光と局発光をコヒーレント検波することで光信号をベースバンド信号に変換し、デジタル信号処理（ＤＳＰ）によってＱＰＳＫを復調し送信データを再生する。
【０００４】
１波長あたりの伝送容量を増やすために、４００Ｇｂ／ｓの光送受信機では、ボーレートと変調方式は例えば６４Ｇｂａｕｄ  ＰＤＭ−１６ＱＡＭ（偏波多重−１６直交振幅位相変調）、又は４３Ｇｂａｕｄ  ＰＤＭ−６４ＱＡＭである。このように、今後の光送受信機では、１波長あたりの伝送容量を拡大させるためにボーレートの上昇と変調方式の多値化が進む。
【０００５】
図１にデジタルコヒーレント光通信用の光受信機１００の構成図を示す。光受信機１００は、左の受信光（ＲＸ）、局発光（ＬＯ）の入力側から偏波分離器（ＰＢＳRX、ＰＢＳLO）、光９０度ハイブリッド（ＨＹＢX、ＨＹＢY）、バランス型フォトダイオード（ＰＤ１〜４）、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ１〜４）、及びＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ１〜４）とで構成される。
【０００６】
偏波分離器ＰＢＳRX、ＰＢＳLO）は、受信光（ＲＸ）、及び局発光（ＬＯ）をそれらの偏波状態に応じて異なる出力ポートに分岐する。光９０度ハイブリッド（ＨＹＢX、ＨＹＢY）は、各偏波の受信光と局発光をそれぞれ分岐し、それらを干渉させる。その際、分岐された局発光のうち一方の局発光は他方の局発光に対して９０度の位相差を与えて受信光と干渉される。各偏波の干渉光はフォトダイオード（ＰＤ１〜４）とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ１〜４）とにより電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ１〜４）によりアナログ電気信号からデジタル信号へ変換される。
【０００７】
変調方式の多値化が進むにつれ、光９０度ハイブリッドの位相誤差（９０度からのずれ）が伝送特性に与える影響は顕著となるため、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いて光９０度ハイブリッドの位相誤差を補償する方法が提案されている。例えば、特許文献１が示すように、既知信号を用いて光受信機の伝達関数（光９０度ハイブリッドの位相誤差を含む）を補償することできる。
【０００８】
一方で、図２に示す従来の光９０度ハイブリッドの位相誤差の評価方法として、非特許文献１に記載されているようなビート周波数を用いた光９０度ハイブリッドの位相誤差の評価方法がある。この評価方法では、発振周波数の異なる２つのＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｉｏｕｓ  Ｗａｖｅｆｏｒｍ：連続波）光ＣＷ1（周波数ｆ1）、ＣＷ2（周波数ｆ2）を光受信機に入力し、トランスインピーダンスアンプから出力されるＡ／Ｄ変換前のビート電気信号（ビート電気信号の周波数は二つの光源の発振周波数の差に相当する）の位相差から９０度ハイブリッドの位相誤差を評価することができる。
【０００９】
具体的には、トランスインピーダンスアンプの４つの出力チャネルをＸ偏波の同相成分（ＸＩ）、Ｘ偏波の直交成分（ＸＱ）、Ｙ偏波の同相成分（ＹＩ）、Ｙ偏波の直交成分（ＹＱ）とすると、Ｘ偏波の９０度ハイブリッドの位相差が９０度の場合（理想的な場合）には、ＸＩチャネルとＸＱチャネルから出力されるビート電気信号の位相差も９０度となる。
【００１０】
一方、Ｘ偏波の９０度ハイブリッドの位相差が９０度からずれている場合には、ＸＩチャネルとＸＱチャネルから出力されるビート電気信号の位相差も９０度に対してそのずれに相当した位相ずれが発生する。よって、ＸＩチャネルとＸＱチャネルから出力されるビート電気信号の位相差から、Ｘ偏波の９０度ハイブリッドの位相誤差を評価することができる。Ｙ偏波の９０度ハイブリッドの位相誤差の評価方法についても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許６３１９４８７号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ  ｆｏｒ  ＣＦＰ２−Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｍｏｄｕｌｅ  ＩＡ＃  ＯＩＦ−ＣＦＰ２−ＡＣＯ−０１．０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来、既知信号を用いて光受信機の伝達関数を補償する場合には、光受信機で発生するその他の不完全性（例えば、チャネル間の利得バラつき）を含む伝達関数を推定及び補償していた。したがって、光９０度ハイブリッドの位相誤差のみを推定することはできないという問題があった。
【００１４】
また、従来のビート周波数を用いた光９０度ハイブリッドの位相誤差の評価方法では、光受信機のチャネル間にスキュー（遅延時間の差）がある場合には、光９０度ハイブリッドの位相差を精度高く評価できないという課題があった。例えば、ＸＩチャネルとＸＱチャネルとの間にスキューがある場合には、トランスインピーダンスアンプのＸＩチャネルとＸＱチャネルから出力されるビート電気信号の位相差にスキューに応じた位相差が加わってしまっていた。したがって、従来のビート周波数を用いた評価方法では、光９０度ハイブリッドの位相差とチャネル間スキューに起因する位相差を分けて評価することができないため、光受信機にチャネル間スキューがある場合、光９０度ハイブリッドの位相誤差を精度高く評価することができないという課題があった。
【００１５】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、光受信機にチャネル間スキューがある場合においても、光９０度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の実施形態の一例は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。
【００１７】
（構成１）
光９０度ハイブリッドを有する光受信機の評価方法において、前記光受信機の伝達関数を行列の積に分解する演算ステップと、
前記演算ステップにより分解された行列の積により前記光９０度ハイブリッドの位相誤差を算出して光受信機を評価するステップを備える
ことを特徴とする光受信機の評価方法。
【００１８】
（構成２）
前記行列の積に分解する演算ステップは、前記光受信機の伝達関数を表す行列を剪断行列、拡大縮小行列、および回転行列の積に分解する演算ステップであり、
前記評価するステップは、前記剪断行列の係数から前記光受信機の光９０度ハイブリッドの位相誤差を得るステップである
ことを特徴とする構成１に記載の光受信機の評価方法。
【００１９】
（構成３）
前記剪断行列は、前記光受信機の伝達関数を表す行列をＱＲ分解によって回転行列と上三角行列の積に分解し、前記上三角行列を剪断行列と拡大縮小行列の積に分解して得る
ことを特徴とする構成２に記載の光受信機の評価方法。
【００２０】
（構成４）
光９０度ハイブリッドを有する光受信機の評価装置であって、
伝送路で接続された送信部と受信部を備え、
前記送信部は、既知信号の系列を生成する既知信号生成部と、光送信機の伝達関数の推定結果を前記受信部の送信機伝達関数推定部から取得して光送信機の伝達関数を補償する送信機補償部、および光送信機を備え、
前記受信部は、光受信機と、受信器補償部、第１及び第２の受信器伝達関数推定部、および前記送信機伝達関数推定部を備え、
推定した前記光受信機の伝達関数を、９０度ハイブリッドの位相誤差、チャネル間利得インバランス、残留回転の項に分解して前記光受信機を評価する
ことを特徴とする光受信機の評価装置。
【００２１】
（構成５）
前記送信機伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第１の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第１のデジタルデータと、前記光受信機の仮の伝達関数とから、前記光送信機の伝達関数を推定し、
前記第１の受信器伝達関数推定部は、前記光受信機の入力端にＡＳＥ信号を入力された時に前記受信部が取得したデジタルデータから、前記光受信機の仮の伝達関数を推定し、
前記第２の受信器伝達関数推定部は、前記送信部から前記受信部に第２の既知信号を伝送させたときに前記受信部が取得した第２のデジタルデータと、推定した前記光送信機の伝達関数とから、前記光受信機の伝達関数を推定する、
ことを特徴とする構成４に記載の光受信機の評価装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光受信機にチャネル間スキューがある場合においても光９０度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来の光受信機の構成を示す図である。
【図２】従来のビート周波数を用いた光９０度ハイブリッドの位相誤差の評価方法を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光受信機の評価装置を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光受信機の評価方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態）
図３は、本発明の実施形態に係る光受信機の評価装置３００を示す図である。評価装置３００の送信部４００は、光ファイバ等を介して光信号を受信部５００に送信する。
【００２６】
送信部４００は、既知信号生成部４０１、送信機補償部４０２、及び光送信機４０３を備える。既知信号生成部４０１は、ＸＩチャネル、ＸＱチャネル、ＹＩチャネル、ＹＱチャネルに対して、それぞれ既知信号の系列を生成し、送信機補償部４０２に送信する。既知信号の系列は、送信部４００と受信部５００の間で共有されている。
【００２７】
送信機補償部４０２は、光送信機４０３の伝達関数の推定結果を、受信部５００の送信機伝達関数推定部５０４から取得する。送信機補償部４０２は、その推定結果に基づいて光送信機４０３の伝達関数を補償する。
【００２８】
光送信機４０３は、送信機補償部４０２から出力された既知信号の系列で直交した直線偏光を変調することで、光信号を生成する。生成された光信号は、光伝送路を介して受信部５００に供給される。
【００２９】
受信部５００は光受信機６００、受信器補償部５０２、第１及び第２の受信器伝達関数推定部５０３−１、２、及び局発ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）５０１を備える。
【００３０】
評価対象となる光受信機６００は図１と同様、偏波分離器（ＰＢＳ１，２）、光９０度ハイブリッド（ＨＹＢ１，２）、フォトダイオード（ＰＤ１〜４）、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ１〜４）、及びＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）とで構成される。
【００３１】
偏波分離器（ＰＢＳ１，２）は、受信光及び局発ＬＤから出力される局発光を、それらの偏波状態に応じて異なる出力ポートに分岐する。光９０度ハイブリッド（ＨＹＢ１，２）は、各偏波の受信光と局発光をそれぞれ分岐し、それらを干渉させる。その際、分岐された局発光のうち一方の局発光は他方の局発光に対して９０度の位相差を与えて受信光と干渉される。各偏波の干渉光はフォトダイオード（ＰＤ１〜４）とトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ１〜４）とにより電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）によりアナログ電気信号からデジタル信号へ変換される。
【００３２】
受信機補償部５０２は、光受信機６００のデジタル出力を光受信機６００から取得し、および光受信機６００の伝達関数の推定結果を第２の受信機伝達関数推定部５０３−２から取得し、その推定結果に基づいて光受信機６００の伝達関数を補償する。
【００３３】
第１の受信機伝達関数推定部５０３−１は、光受信機６００の入力端に白色雑音に相当するＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）信号を入力された時に受信部５００が取得したデジタルデータから、光受信機６００の仮の伝達関数を推定する。ＡＳＥ信号は光アンプから発生させることができる。伝送路（光ファイバ）に光アンプを含んでもよいし、別途光アンプを用意してもよい。
【００３４】
送信機伝達関数推定部５０４は、送信部４００から受信部５００に第１の既知信号を伝送させたときに受信部が取得した第１のデジタルデータと、光受信機６００の仮の伝達関数とから、光送信機４０３の伝達関数を推定する。
【００３５】
第２の受信機伝達関数推定部５０３−２は、送信部４００から受信部５００に第２の既知信号を伝送させたときに受信部５００が取得した第２のデジタルデータと、推定した光送信機４０３の伝達関数とから、光受信機６００の伝達関数を推定する。
【００３６】
図４は、本発明の実施形態に係る光受信機の評価方法を示すフローチャートである。
【００３７】
（ステップＳ１）  まず、第１の受信機伝達関数推定部５０３−１にて、光受信機６００の仮の伝達関数を推定する。
【００３８】
（ステップＳ２）  次に、送信機伝達関数推定部５０４にて、光送信機４０３の伝達関数を推定する。
【００３９】
（ステップＳ３）  次に、第２の受信機伝達関数推定部５０３−２にて、光受信機６００の伝達関数を推定する。ここまでは従来技術と同様であるが、本願発明では、ステップＳ３で推定した受信機の伝達関数を、９０度ハイブリッドの位相誤差、チャネル間利得インバランス、残留回転の項に分解して光受信機を評価するステップＳ４を有することが、特許文献１記載のフローチャートと異なる。ステップＳ１からステップＳ３までの詳細動作は特許文献１と同様のため詳細な説明は省略する。
【００４０】
（ステップＳ４）  ステップＳ４の詳細な内容について説明する。ステップＳ３により光受信機の伝達関数を推定した結果、その伝達関数は式１と式２に示す２ｘ２行列で表現される。
【００４１】
【数１】
2020150302.tif 000003
【００４２】
【数２】
2020150302.tif 000004
【００４３】
式１の２ｘ２行列は光受信機６００のＸ偏波側の伝達関数を表し、式２の２ｘ２表列は光受信機６００のＹ偏波側の伝達関数を表す。光受信機６００のＸ偏波側の伝達関数を表す２ｘ２行列はＸ偏波側の９０度ハイブリッドの位相誤差、ＸＩチャネルとＸＱチャネルの利得誤差、及びステップＳ３で発生する種々の伝送特性補償誤差の積である。光受信機６００のＹ偏波側の伝達関数を表す２ｘ２行列も同様である。
【００４４】
ステップＳ４の目的は、これらの２ｘ２行列から光９０度ハイブリッドの位相誤差を表す行列を求めることである。以下，光受信機６００のＸ偏波側の伝達関数を表す２ｘ２行列から、Ｘ偏波側の光９０度ハイブリッドの位相誤差を求める方法について説明する。
【００４５】
Ｘ偏波側の光９０度ハイブリッドの位相誤差を表す行列は、式３の剪断行列で表される。
【００４６】
【数３】
2020150302.tif 000005
【００４７】
ここでδX／２は、光９０度ハイブリッドの位相誤差である。
【００４８】
また、ＸＩチャネルとＸＱチャネルの利得誤差を表す行列は、式４の拡大縮小行列で表される。
【００４９】
【数４】
2020150302.tif 000006
【００５０】
ここでｇXIはＸＩチャネルの利得、ｇXQはＸＱチャネルの利得であり、それらの比がチャネル間の利得誤差を表す。
【００５１】
また、ステップＳ３で発生する種々の伝送特性補償誤差は、式５の回転行列で表現される。
【００５２】
【数５】
2020150302.tif 000007
【００５３】
ここで、θXは回転角である。
【００５４】
したがって、式１の行列を式３、式４、式５の積として表現し、Ｘ偏波側の光９０度ハイブリッドの位相誤差を表す行列を求めることで、Ｘ偏波側の光９０度ハイブリッドの位相誤差を算出することができる。
【００５５】
そのために、まず、式１の２ｘ２行列をＱＲ分解により、回転行列と上三角行列の積に分解する。すると式１の２ｘ２行列は式６の式のように表される。
【００５６】
【数６】
2020150302.tif 000008
【００５７】
次に、式６の上三角行列を、式７の式のように分解することで、２ｘ２行列を式３、式４、式５の積に分解することができる。
【００５８】
【数７】
2020150302.tif 000009
【００５９】
したがって、式７で得られたｂ／ａの逆正接を求めることで、Ｘ偏波側の光９０度ハイブリッドの位相誤差を算出することができ、この位相誤差に基づいて光受信機の評価を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上説明したように、本発明によれば、光受信機にチャネル間スキューがある場合においても光９０度ハイブリッドの位相誤差のみを精度高く評価することを可能とする光受信機の評価方法及び光受信機の評価装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１００  光受信機
３００  評価装置
４００  送信部
４０１  既知信号生成部
４０２  送信機補償部
４０３  光送信機
５００  受信部
５０１  局発ＬＤ
５０２  受信器補償部
５０３−１、２  第１、第２の受信器伝達関数推定部
５０４  送信機伝達関数推定部
６００  光受信機
【図１】
2020150302.tif 000010
【図２】
2020150302.tif 000011
【図３】
2020150302.tif 000012
【図４】
2020150302.tif 000013