(57)【要約】【課題】光通信システムにおいて波長分散を正しく推定する構成または方法を提供する。【解決手段】波長分散相関量系列に基づいて波長分散を推定する波長分散モニタ器は、波長分散相関量系列に対して位相差分演算を行うことにより位相差分系列を生成する位相差分部と、位相差分系列に対して位相差差分演算を行うことにより位相差差分系列を生成する位相差差分部と、位相差差分系列に基づいて波長分散を推定する波長分散推定部、を有する。【選択図】図２
2010130698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分散相関量系列に基づいて波長分散を推定する波長分散モニタ器であって、
前記波長分散相関量系列に対して位相差分演算を行うことにより位相差分系列を生成する位相差分部と、
前記位相差分系列に対して位相差差分演算を行うことにより位相差差分系列を生成する位相差差分部と、
前記位相差差分系列に基づいて波長分散を推定する波長分散推定部、
を有する波長分散モニタ器。
【請求項２】
請求項１に記載の波長分散モニタ器であって、
前記位相差分部は、第１の共役乗算演算を行うことにより、前記波長分散相関量系列に基づいて第１の共役積系列を生成する第１の共役積算出部を備え、
前記第１の共役乗算演算は、前記波長分散相関量系列の中の１つの要素と、前記波長分散相関量系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する処理であり、
前記位相差差分部は、第２の共役乗算演算を行うことにより、前記第１の共役積系列に基づいて第２の共役積系列を生成する第２の共役積算出部を備え、
前記第２の共役乗算演算は、前記第１の共役積系列の中の１つの要素と、前記第１の共役積系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する処理であり、
前記波長分散推定部は、前記第２の共役積系列に基づいて波長分散を推定する
ことを特徴とする波長分散モニタ器。
【請求項３】
請求項２に記載の波長分散モニタ器であって、
前記第１の共役積算出部は、
2010130698.tif 000056
に従って前記第１の共役乗算演算を実行し、
piは、前記第１の共役積系列のｉ番目の要素であり、
hiは、前記波長分散相関量系列のｉ番目の要素であり、
ｊがゼロよりも大きくＮよりも小さい整数であるときは、ｉは１以上かつＮ−ｊ以下の整数であり、
ｊがゼロよりも小さく−Ｎよりも大きい整数であるときは、ｉは１−ｊ以上かつＮ以下の整数であり、
Ｎは、前記波長分散相関量系列の長さであり、
min(i,i+j)は、ｉとｉ＋ｊとのうちの小さい方を出力する演算子であり、
2010130698.tif 000057
は、hi+jの複素共役であり、
前記第２の共役積算出部は、
2010130698.tif 000058
に従って前記第２の共役乗算演算を実行し、
qiは、前記第２の共役積系列のｉ番目の要素であり、
ｍがゼロよりも大きく
2010130698.tif 000059
よりも小さい整数であるときは、
2010130698.tif 000060
であり、
ｍがゼロよりも小さく
2010130698.tif 000061
よりも大きい整数であるときは、
2010130698.tif 000062
であり、
2010130698.tif 000063
は、pi+mの複素共役であり、
前記波長分散推定部は、
【数２１】
2010130698.tif 000064
または
【数２２】
2010130698.tif 000065
に従って波長分散推定のためのパラメータａを算出し、
arg( )は、複素数の偏角を算出する演算子であり、
mean( )は、平均を算出する演算子であり、
fsは、システムのサンプリングレートである
ことを特徴とする波長分散モニタ器。
【請求項４】
請求項１に記載の波長分散モニタ器であって、
前記位相差分部は、前記波長分散相関量系列の各波長分散相関量について偏角を計算すると共に、それらの偏角間の差分を計算して偏角差分系列を生成する偏角差分部を備え、
前記位相差差分部は、差分演算を実行することにより、前記偏角差分系列に基づいて偏角差差分系列を生成する偏角差差分部を備え、
前記波長分散推定部は、前記偏角差差分系列に基づいて波長分散を推定する
ことを特徴とする波長分散モニタ器。
【請求項５】
請求項４に記載の波長分散モニタ器であって、
前記偏角差分部は、pmin(i,i+j)＝arg(hi)−arg(hi+j)に従って前記偏角差分系列を生成し、
piは、前記偏角差分系列のｉ番目の要素であり、
hiは、前記波長分散相関量系列のｉ番目の要素であり、
ｊがゼロよりも大きくＮよりも小さい整数であるときは、ｉは１以上かつＮ−ｊ以下の整数であり、
ｊがゼロよりも小さく−Ｎよりも大きい整数であるときは、ｉは１−ｊ以上かつＮ以下の整数であり、
Ｎは、前記波長分散相関量系列の長さであり、
min(i,i+j)は、ｉとｉ＋ｊとのうちの小さい方を出力する演算子であり、
arg( )は、複素数の偏角を計算する演算子であり、
前記偏角差差分部は、qmin(i,i+m)＝pi−pi+mに従って前記偏角差差分系列を生成し、
qiは、前記偏角差差分系列のｉ番目の要素であり、
ｍがゼロよりも大きく
2010130698.tif 000066
よりも小さい整数であるときは、
2010130698.tif 000067
であり、
ｍがゼロよりも小さく
2010130698.tif 000068
よりも大きい整数であるときは、
2010130698.tif 000069
であり、
前記波長分散推定部は、
【数２３】
2010130698.tif 000070
に従って波長分散推定のためのパラメータａを算出し、
mod(qi+π,2π)は、２πでqi+πのモジュロを計算する演算子であり、
mean( )は、平均を算出する演算子であり、
fsは、システムのサンプリングレートである
ことを特徴とする波長分散モニタ器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長分散モニタ器を備える波長分散補償器。
【請求項７】
請求項６に記載の波長分散補償器であって、
前記波長分散モニタ器により得られる波長分散推定値に基づいて波長分散を補償する第１の波長分散補償部と、
前記第１の波長分散補償部による波長分散補償処理において残留する波長分散を補償する第２の波長分散補償部と、
前記第２の波長分散補償部のフィルタ係数に基づいて波長分散相関量を計算する波長分散相関量算出部、をさらに備え、
前記波長分散モニタ器は、前記波長分散相関量に基づいて波長分散をモニタする
ことを特徴とする波長分散補償器。
【請求項８】
波長分散相関量系列に基づいて波長分散を推定する波長分散モニタ方法であって、
前記波長分散相関量系列に対して位相差分演算を行うことにより位相差分系列を生成し、
前記位相差分系列に対して位相差差分演算を行うことにより位相差差分系列を生成し、
前記位相差差分系列に基づいて波長分散を推定する、
ことを特徴とする波長分散モニタ方法。
【請求項９】
請求項８に記載の波長分散モニタ方法であって、
前記波長分散相関量系列の中の１つの要素と、前記波長分散相関量系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する第１の共役乗算演算を行うことにより、前記波長分散相関量系列に基づいて第１の共役積系列を生成し、
前記第１の共役積系列の中の１つの要素と、前記第１の共役積系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する第２の共役乗算演算を行うことにより、前記第１の共役積系列に基づいて第２の共役積系列を生成し、
前記第２の共役積系列に基づいて波長分散を推定する
ことを特徴とする波長分散モニタ方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の波長分散モニタ方法であって、
前記波長分散相関量系列の各波長分散相関量について偏角を計算すると共に、それらの偏角間の差分を計算して偏角差分系列を生成し、
差分演算を実行することにより前記偏角差分系列に基づいて偏角差差分系列を生成し、
前記偏角差差分系列に基づいて波長分散を推定する
ことを特徴とする波長分散モニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、光通信システムにおける波長分散の推定および補償に係わる。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバの波長分散は、伝送パルスの幅を広げる効果を有しているので、ビット誤りの原因となる。光通信システムにおいては、波長分散の影響を排除するために、波長分散補償モジュールが設けられる。また、波長分散が時間変化するシステムにおいては、波長分散をリアルタイムでモニタして補償する構成が必要である。なお、フィルタ係数分析に基づいてリアルタイムで波長分散をモニタする方法は、例えば、非特許文献１に記載されている。
【０００３】
図１は、リアルタイムで波長分散をモニタする方法のための波長分散モニタ装置を示す図である。図１に示すように、従来の波長分散モニタ装置は、適応フィルタ１０１、波長分散相関量算出部１０２、波長分散モニタ器１０５を備える。そして、波長分散モニタ器１０５は、位相抽出アンラップ部１０３および波長分散推定部１０４を備える。
【０００４】
適応フィルタ１０１は、例えば、単一偏波システムではＦＩＲ適応フィルタにより実現され、２重偏波システムではバタフライ構成を有する１組の適応フィルタにより実現される。波長分散相関量算出部１０２は、所定のアルゴリズムで、フィルタ係数に基づいて波長分散相関成分Ｈ（ω）を抽出する。Ｈ（ω）は、フィルタ係数長（すなわち、デジタルフィルタの段数、または、デジタルフィルタに与えられる係数の個数）Ｎと同じ長さの離散的な系列であり、h1, h2, …, hNで表される。ここで、系列h1, h2, …, hNにおいて、各要素は、下記の形式で表される。
【数１】
2010130698.tif 000003
【０００５】
「ａ」は、システムの波長分散量に一意に対応する値である。Ａ、ｂ、ｃは、波長分散に依存しない定数である。ｎは、ノイズ成分である。
位相抽出アンラップ部１０３は、Ｈ（ω）の位相を抽出する。ここで、抽出される位相は、常に、[０、２π)の範囲に属すので、２次曲線の実際の値はその範囲を越えてしまうことがある。したがって、位相抽出アンラップ部１０３は、位相を抽出する際に、アンラップ処理が要求される。波長分散推定部１０４は、２次フィッティングにより上記パラメータａを取得し、波長分散を推定する。
【０００６】
この方法は、適応フィルタを用いてシステムを均衡させ、収束したフィルタ係数に基づいて波長分散相関部分を抽出し、位相角の２次フィッティングによりパラメータａを推定し、システムの波長分散量を取得する。このため、この推定方法は、位相ラップの問題を有する。すなわち、位相ラップが誤っている場合には、波長分散量を正しく推定することはできない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】OFC2008 OThW2 “Optical Performance Monitoring from FIR Filter Coefficients in Coherent Receivers”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、光通信システムにおいて波長分散を正しく推定する構成または方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様は、波長分散相関量系列に基づいて波長分散を推定する波長分散モニタ器であって、前記波長分散相関量系列に対して位相差分演算を行うことにより位相差分系列を生成する位相差分部と、前記位相差分系列に対して位相差差分演算を行うことにより位相差差分系列を生成する位相差差分部と、前記位相差差分系列に基づいて波長分散を推定する波長分散推定部、を有する。
【００１０】
第２の態様は、第１の態様に係る波長分散モニタ器であって、前記位相差分部は、第１の共役乗算演算を行うことにより、前記波長分散相関量系列に基づいて第１の共役積系列を生成する第１の共役積算出部を備え、前記第１の共役乗算演算は、前記波長分散相関量系列の中の１つの要素と、前記波長分散相関量系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する処理であり、前記位相差差分部は、第２の共役乗算演算を行うことにより、前記第１の共役積系列に基づいて第２の共役積系列を生成する第２の共役積算出部を備え、前記第２の共役乗算演算は、前記第１の共役積系列の中の１つの要素と、前記第１の共役積系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する処理であり、前記波長分散推定部は、前記第２の共役積系列に基づいて波長分散を推定する。
【００１１】
第３の態様は、第２の態様に係る波長分散モニタ器であって、前記波長分散相関量系列の各要素の大きさ（または、振幅）の影響を取り除くために、前記波長分散相関量系列の各要素を変換する機能をさらに備える。この態様は、例えば、偏角を計算する関数、および指数関数（
2010130698.tif 000004
、
2010130698.tif 000005
、ｃは定数）を含むアルゴリズムにより実現される。
【００１２】
第４の態様は、第２の態様に係る波長分散モニタ器であって、前記第１の共役積算出部は、
2010130698.tif 000006
に従って前記第１の共役乗算演算を実行し、piは、前記第１の共役積系列のｉ番目の要素であり、hiは、前記波長分散相関量系列のｉ番目の要素であり、ｊがゼロよりも大きくＮよりも小さい整数であるときは、ｉは１以上かつＮ−ｊ以下の整数であり、ｊがゼロよりも小さく−Ｎよりも大きい整数であるときは、ｉは１−ｊ以上かつＮ以下の整数であり、Ｎは、前記波長分散相関量系列の長さであり、min(i,i+j)は、ｉとｉ＋ｊとのうちの小さい方を出力する演算子であり、
2010130698.tif 000007
は、hi+jの複素共役であり、前記第２の共役積算出部は、
2010130698.tif 000008
に従って前記第２の共役乗算演算を実行し、qiは、前記第２の共役積系列のｉ番目の要素であり、ｍがゼロよりも大きく
2010130698.tif 000009
よりも小さい整数であるときは、
2010130698.tif 000010
であり、ｍがゼロよりも小さく
2010130698.tif 000011
よりも大きい整数であるときは、
2010130698.tif 000012
であり、
2010130698.tif 000013
は、pi+mの複素共役であり、前記波長分散推定部は、
【数２】
2010130698.tif 000014
または
【数３】
2010130698.tif 000015
に従って波長分散推定のためのパラメータａを算出し、arg( )は、複素数の偏角を算出する演算子であり、mean( )は、平均を算出する演算子であり、fsは、システムのサンプリングレートである。
【００１３】
第５の態様は、第１の態様に係る波長分散モニタ器であって、前記位相差分部は、前記波長分散相関量系列の各波長分散相関量について偏角を計算すると共に、それらの偏角間の差分を計算して偏角差分系列を生成する偏角差分部を備え、前記位相差差分部は、差分演算を実行することにより、前記偏角差分系列に基づいて偏角差差分系列を生成する偏角差差分部を備え、前記波長分散推定部は、前記偏角差差分系列に基づいて波長分散を推定する。
【００１４】
第６の態様は、第５の態様に係る波長分散モニタ器であって、前記偏角差分部は、
pmin(i,i+j)＝arg(hi)−arg(hi+j)に従って前記偏角差分系列を生成し、piは、前記偏角差分系列のｉ番目の要素であり、hiは、前記波長分散相関量系列のｉ番目の要素であり、ｊがゼロよりも大きくＮよりも小さい整数であるときは、ｉは１以上かつＮ−ｊ以下の整数であり、ｊがゼロよりも小さく−Ｎよりも大きい整数であるときは、ｉは１−ｊ以上かつＮ以下の整数であり、Ｎは、前記波長分散相関量系列の長さであり、min(i,i+j)は、ｉとｉ＋ｊとのうちの小さい方を出力する演算子であり、arg( )は、複素数の偏角を計算する演算子であり、前記偏角差差分部は、qmin(i,i+m)＝pi−pi+mに従って前記偏角差差分系列を生成し、qiは、前記偏角差差分系列のｉ番目の要素であり、ｍがゼロよりも大きく
2010130698.tif 000016
よりも小さい整数であるときは、
2010130698.tif 000017
であり、ｍがゼロよりも小さく
2010130698.tif 000018
よりも大きい整数であるときは、
2010130698.tif 000019
であり、前記波長分散推定部は、
【数４】
2010130698.tif 000020
に従って波長分散推定のためのパラメータａを算出し、mod(qi+π,2π)は、２πでqi+πのモジュロを計算する演算子であり、mean( )は、平均を算出する演算子であり、fsは、システムのサンプリングレートである。
【００１５】
第７の態様は、第１〜第６のいずれかに係る波長分散モニタ器を備える波長分散波長分散補償器である。
第８の態様は、第７の態様に係る波長分散補償器であって、前記波長分散モニタ器により得られる波長分散推定値に基づいて波長分散を補償する第１の波長分散補償部と、前記第１の波長分散補償部による波長分散補償処理において残留する波長分散を補償する第２の波長分散補償部と、前記第２の波長分散補償部のフィルタ係数に基づいて波長分散相関量を計算する波長分散相関量算出部、をさらに備える。前記波長分散モニタ器は、前記波長分散相関量に基づいて波長分散をモニタする。
【００１６】
第９の態様は、波長分散相関量系列に基づいて波長分散を推定する波長分散モニタ方法であって、前記波長分散相関量系列に対して位相差分演算を行うことにより位相差分系列を生成し、前記位相差分系列に対して位相差差分演算を行うことにより位相差差分系列を生成し、前記位相差差分系列に基づいて波長分散を推定する。
【００１７】
第１０の態様は、第９の態様に係る波長分散モニタ方法であって、前記波長分散相関量系列の中の１つの要素と、前記波長分散相関量系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する第１の共役乗算演算を行うことにより、前記波長分散相関量系列に基づいて第１の共役積系列を生成し、前記第１の共役積系列の中の１つの要素と、前記第１の共役積系列の中の他の要素の複素共役との間の積を計算する第２の共役乗算演算を行うことにより、前記第１の共役積系列に基づいて第２の共役積系列を生成し、前記第２の共役積系列に基づいて波長分散を推定する。
【００１８】
第１１の態様は、第９の態様に係る波長分散モニタ方法であって、前記波長分散相関量系列の各波長分散相関量について偏角を計算すると共に、それらの偏角間の差分を計算して偏角差分系列を生成し、差分演算を実行することにより前記偏角差分系列に基づいて偏角差差分系列を生成し、前記偏角差差分系列に基づいて波長分散を推定する。
【００１９】
第１２の態様は、コンピュータが実行可能なソフトウェア（すなわち、プログラム）であって、コンピュータまたは他の論理デバイスにより命令が実行されたときに、そのコンピュータまたは他の論理デバイスに上記方法のステップを実施させる命令を含む。なお、上記実行は、命令がコンパイルされた後の実行を含む。
【００２０】
第１３の態様は、第１２の態様のソフトウェアを格納するコンピュータ読取り可能な記録媒体である。コンピュータ読取り可能な記録媒体は、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ソフトディスク、磁気テープ、ハードディスクドライバ、フラッシュメモリ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。
【００２１】
本発明に係る装置または方法を利用することにより、波長分散の推定において、アンラッピング処理および２次フィッティング処理を無くすことができるので、波長分散の推定の信頼性が向上する。
【００２２】
明細書および図面を参照すれば、本発明に係る上述のおよび更なる態様および特徴は明確である。また、明細書および図面は、本発明の具体的な実施形態を十分に開示すると共に、本発明の趣旨および本発明の適用方法を明示している。ただし、本発明の範囲は、明細書および図面に限定されるものではない。すなわち、特許請求の範囲に記載の趣旨の範囲において、本発明は、様々な変更、変形、および均等物／均等方法を含む。
【００２３】
１つの実施形態として記載または示す特徴は、同一または類似の他の実施形態の特徴と組み合わせることにより、または、そのような他の実施形態の特徴と置き換えることにより、１または複数の他の実施形態において使用することができる。
【００２４】
本特許出願において「備える」または「有する」は、要素等が存在することを意味し、他の要素等を加えることを排除するものではない。
本発明の態様は、図面を参照することでより理解が深まる。ただし、図中の要素は、発明の趣旨を説明するためのものであり、必ずしも適切な比率で描かれていない。本発明のいくつかの部分の説明または記載を容易にするために、図中の対応する要素は、強調（すなわち、本発明に基づいて実際に実施されるデバイスにおいて他の要素よりも大きく）されている。また、ある図面に描かれている要素および特徴、または本発明の実施形態は、１または複数の他の図面に描かれている要素および特徴、または他の実施形態と組み合わせることができる。さらに、図中の対応する要素を表す類似の要素番号は、１以上の実施形態の対応する要素を表すために使用される。
【発明の効果】
【００２５】
本出願において開示される構成または方法によれば、光通信システムにおいて波長分散を正しく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の波長分散モニタ装置を示す図である。
【図２】実施形態の波長分散モニタ装置を示す図である。
【図３】実施形態の波長分散モニタ器のブロック図である。
【図４】他の実施形態の波長分散モニタ器のブロック図である。
【図５】実施形態の波長分散モニタ器を備える波長分散補償器のブロック図である。
【図６】実施形態の波長分散モニタ方法を示すフローチャートである。
【図７】光受信器の構成を示す図である。
【図８】ＦＩＲフィルタの実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。実施形態の構成または方法は、位相差分を利用して位相ラッピングの問題を解決し、波長分散の推定の信頼性を高めるものである。
【００２８】
図２は、実施形態の波長分散モニタ装置を示す図である。図２に示すように、実施形態の波長分散モニタ装置は、適応フィルタ１０１、波長分散相関量算出部１０２、波長分散モニタ器２０４を備える。適応フィルタ１０１および波長分散相関量算出部１０２は、例えば、上述した公知技術（非特許文献１）により実現することができるので、説明を省略する。また、波長分散モニタ器２０４は、位相差分部２０１、位相差差分部２０２、波長分散推定部２０３を備える。
【００２９】
ここで、システム（例えば、光受信器システム）のＡＤサンプリングレート（例えば、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレート）は、ｆsであるものとする。また、波長分散相関量算出部１０２は、波長分散相関量Ｈ（ω）を抽出するものとする。Ｈ（ω）は、フィルタ係数長Ｎと同じ長さの離散系列であり、h1, h2, …, hNで表される。なお、Ｎは、例えば、適応フィルタ１０１の段数、または、適応フィルタ１０１に与えられる係数の個数に相当する。
【００３０】
波長分散モニタ器２０４は、位相差分部２０１、位相差差分部２０２、波長分散推定部２０３を備え、系列h1, h2, …, hNの共役積を算出する処理を含む動作方法、或いは、偏角系列arg(h1), arg(h2), …, arg(hN)の差分を算出する処理を含む動作方法で、波長分散を推定することができる。なお、「arg( )」は、複素数の偏角を計算する演算子である。
【００３１】
図３は、波長分散モニタ器２０４が系列h1, h2, …, hNの共役積を算出する処理の実施例を示す。ここで、第１の共役積算出部３０１、第２の共役積算出部３０２、波長分散推定部３０３は、それぞれ、図２に示す位相差分部２０１、位相差差分部２０２、波長分散推定部２０３に対応する。
【００３２】
波長分散相関量算出部１０２から出力される波長分散相関量Ｈ（ω）は、図３に示すように、h1, h2, …, hNで表される系列２０５である。この系列２０５は、第１の共役積算出部３０１に入力される。
【００３３】
第１の共役積算出部３０１は、共役積演算により、系列２０５の共役積の系列を得る。共役積演算は、第１の複素数と第２の複素数の複素共役とを積算する演算に相当する。ここで、第１および第２の複素数は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。そして、第１の共役積算出部３０１における共役積演算により、位相差分系列に相当する第１の共役積系列３０６が得られる。ここで、第１の共役積系列３０６は、下式で表すことができる。
【数５】
2010130698.tif 000021
「pi」は、第１の共役積系列３０６のｉ番目の要素である。「min(i,i+j)」はiとi+jとのうちの小さい方を出力する演算子である。「*」は、複素共役を表す。１つの例として、Ｎ＞ｊ＞０であるときは、ｉ＝１，２，．．．，Ｎ−ｊである。例えば、Ｎ＝７、ｊ＝１であるものとする。この場合、第１の共役積系列３０６として、下記p1〜p6が生成される。
p1=h1h2*，p2=h2h3*，p3=h3h4*，p4=h4h5*，p5=h5h6*，p6=h6h7*
また、他の例として、−Ｎ＜ｊ＜０であるときは、ｉ＝１−ｊ，２−ｊ，．．．，Ｎである。例えば、Ｎ＝７、ｊ＝−１であるものとする。この場合、第１の共役積系列３０６として、下記p1〜p6が生成される。
p1=h2h1*，p2=h3h2*，p3=h4h3*，p4=h5h4*，p5=h6h5*，p6=h7h6*
このように、第１の共役積算出部３０１による共役積演算は、波長分散相関量系列の中のある波長分散相関量（hi）と、その隣りまたは１以上の要素を隔てた位置に存在する波長分散相関量（hi+j）の共役との間の掛け算に相当する。この例では、例えば、h1、h2間の距離は「１」であり、h1、h3間の距離は「２」であるものとする。
【００３４】
第２の共役積算出部３０２は、共役積演算により、第１の共役積系列３０６に対する共役積（以下、第２の共役積系列３０７）を得る。第２の共役積系列３０７は、下式で表される。
【数６】
2010130698.tif 000022
「qi」は、第２の共役積系列３０７のｉ番目の要素である。１つの例として、
2010130698.tif 000023
であるときは
2010130698.tif 000024
である。また、他の例として、
2010130698.tif 000025
であるときは
2010130698.tif 000026
である。例えば、Ｎ＝７、ｊ＝１、ｍ＝１であるものとする。この場合、第２の共役積系列３０７として、下記のq1〜q5が生成される。
q1=p1p2*，q2=p2p3*，q3=p3p4*，q4=p4p5*，q5=p5p6*
【００３５】
なお、本特許出願において、系列２０５は波長分散相関量系列に対応し、第１の共役積系列３０６は位相差分系列に対応し、第２の共役積系列３０７は位相差差分系列に対応する。また、式
2010130698.tif 000027
を用いる演算は、位相差分演算に対応し、式
2010130698.tif 000028
を用いる演算は、位相差差分演算に対応する。
【００３６】
波長分散推定部３０３は、平均化演算および位相角の導出により、波長分散に一意に対応するパラメータａを推定する。たとえば、波長分散推定部３０３は、先に位相角を導出し、その後に平均化演算を行うことでパラメータａを推定することができる。この場合、パラメータａは、下式で算出される。
【数７】
2010130698.tif 000029
すなわち、まず、第２の共役積系列３０７の各要素qiについて偏角が算出され、続いてそれらの平均が算出され、最後にその平均値が正規化定数で除算される。
【００３７】
或いは、波長分散推定部３０３は、先に平均化演算を行い、その後に偏角を導出することで、パラメータａを推定することもできる。この場合、パラメータａは、下式で算出される。
【数８】
2010130698.tif 000030
すなわち、まず、各要素qiの平均が計算され、続いて計算された平均値について偏角が算出され、最後に偏角が正規化定数で除算される。なお、「arg( )」は、複素数の偏角を得る演算子である。また、「mean( )」は、平均を算出する演算子である。そして、波長分散量は、公知の技術により、パラメータａから直接的に求めることができる。
【００３８】
上記方法は、複素数演算を伴うが、これは位相角に関連するものであり、モジュール値Ａとは無関係である。すなわち、波長分散相関量系列の各要素について
2010130698.tif 000031
を得ることができる。ここで、ｃは、任意の定数であり、好ましくはｃ＝１である。この場合、
2010130698.tif 000032
が得られる。以下では、第１の共役演算は、hiを
2010130698.tif 000033
に置きかえて行うものとする。
【００３９】
系列h1, h2, …, hNは、下記の形式を有している。
【数９】
2010130698.tif 000034
ただし、実際のシステムでは、系列h1, h2, …, hNの各要素のモジュール値Ａは、互いに完全に一致しているわけではなく、僅かな差異を有している。したがって、下式においてＡの影響が除去されれば、波長分散の推定の信頼性が高くなる。なお、Ａの影響は、他の演算により除去することが可能である。
【数１０】
2010130698.tif 000035
【００４０】
次に、図３に示す実施形態に係る方法について、ｊ＝１、ｍ＝１である場合を例に説明する。
系列h1, h2, …, hNは、下記の形式を有している。
【数１１】
2010130698.tif 000036
そうすると、系列p1, p2, …, pN-1は、下式で表される。
【数１２】
2010130698.tif 000037
ここで、系列p1, p2, …, pN-1においては、ｃは除去されている。
【００４１】
さらに、系列q1, q2, …, qN-2は、下式で表される。
【数１３】
2010130698.tif 000038
ここで、系列q1, q2, …, qN-2において、ｂは除去されており、この系列は一定である。よって、この演算は、アンラップであることの必要性がない。また、パラメータａの推定に際して平均化演算が行われた結果、ノイズの影響が除去されるので、より精度の高い波長分散推定が実現される。
【００４２】
図４は、波長分散モニタ器２０４が偏角系列arg(h1), arg(h2), …, arg(hN)を処理する実施例を示す。ここで、偏角差分部４０１、偏角差差分部４０２、波長分散推定部４０３は、それぞれ、図２に示す位相差分部２０１、位相差差分部２０２、波長分散推定部２０３に対応する。
【００４３】
波長分散相関量算出部１０２から出力される波長分散相関量Ｈ（ω）は、図４に示すように、h1, h2, …, hNで表される系列２０５であり、この系列２０５は偏角差分部４０１に入力される。
【００４４】
偏角差分部４０１は、系列２０５の各要素の偏角arg(h1), arg(h2), …, arg(hN)を生成する。そして、偏角差分部４０１は、偏角系列arg(h1), arg(h2), …, arg(hN)に対して差分演算を行うことにより、偏角差分系列４０６を生成する。偏角差分系列４０６は、下式で表される。
【数１４】
2010130698.tif 000039
「pi」は、偏角差分系列４０６のｉ番目の要素である。１つの例として、Ｎ＞ｊ＞０であるときは、ｉ＝１，２，．．．，Ｎ−ｊである。他の例として、−Ｎ＜ｊ＜０であるときは、ｉ＝１−ｊ，２−ｊ，．．．，Ｎである。ここで、例えば、Ｎ＝７、ｊ＝１であるものとする。この場合、偏角差分系列４０６として、下記p1〜p6が生成される。
p1=arg(h1)−arg(h2)，p2=arg(h2)−arg(h3)，p3=arg(h3)−arg(h4)，
p4=arg(h4)−arg(h5)，p5=arg(h5)−arg(h6)，p6=arg(h6)−arg(h7)
すなわち、偏角差分部４０１において、系列２０５のある要素の偏角と、その要素から所定距離だけ離れた要素（隣りの要素を含む）の偏角との間の差分が取得される。なお、この例では、例えば、h1、h2間の距離は「１」であり、h1、h3間の距離は「２」であるものとする。
【００４５】
偏角差差分部４０２は、差分演算により、偏角差差分系列４０７を生成する。偏角差差分系列４０７は、下式で表される。
【数１５】
2010130698.tif 000040
「qi」は偏角差差分系列４０７のｉ番目の要素である。１つの例として、
2010130698.tif 000041
であるときは
2010130698.tif 000042
である。他の例として、
2010130698.tif 000043
であるときは
2010130698.tif 000044
である。例えば、例えば、Ｎ＝７、ｊ＝１、ｍ＝１であるものとする。この場合、偏角差差分系列４０７として、下記q1〜q5が生成される。
q1=p1−p2，q2=p2−p3，q3=p3−p4，q4=p4−p5，q5=p5−p6
【００４６】
波長分散推定部４０３は、偏角差差分系列４０７の各要素が(−π，π]の範囲内に制限されるように、系列
2010130698.tif 000045
の各要素にπを加算し、２πによるモジュロ演算（すなわち、modulo ２π）を行う。これにより、系列
2010130698.tif 000046
が得られる。この系列の各要素は、
2010130698.tif 000047
で表される。なお、「qi」は偏角差差分系列４０７のｉ番目の要素である。また、「modulo(qi+π,2π)」は、qi+πについての２πモジュロ演算を表す。そして、上記系列の各要素についての平均が算出され、下式の推定が行われる。
【数１６】
2010130698.tif 000048
「mean( )」は、平均を算出する演算子である。そして、波長分散量は、公知の技術により、パラメータａから直接的に求めることができる。なお、図４に示す構成においても、任意のアルゴリズムで、Ａの影響を除去することができる。
【００４７】
次に、図４に示す実施形態に係る方法について、ｊ＝１、ｍ＝１である場合を例に説明する。
系列h1, h2, …, hNは、下記の形式を有している。
【数１７】
2010130698.tif 000049
そうすると、系列p1, p2, …, pN-1は、下式で表される。
【数１８】
2010130698.tif 000050
ここで、系列p1, p2, …, pN-1においては、ｃは除去されている。
【００４８】
さらに、系列q1, q2, …, qN-2は、下式で表される。
【数１９】
2010130698.tif 000051
ここで、系列q1, q2, …, qN-2において、ｂは除去されており、この系列は一定である。この演算は、アンラップであることの必要性がない。また、パラメータａの推定に際して平均化演算が行われた結果、ノイズの影響が除去されるので、より精度の高い波長分散推定が実現される。
【００４９】
実施形態の波長分散モニタ器は、様々な構成に適用可能である。例えば、実施形態の波長分散モニタ器は、波長分散補償器、あるいはシステムの状態を検出する装置に適用可能である。
【００５０】
例えば、OFC/NFOEC2007 OTuA1 “Transmission of 42.8Gbit/s Polarization Multiplexed NRZ-QPSK over 6400km of Standard Fiber with no Optical Dispersion Compensation” は、光ファイバ伝送システムの損失を補償するために２段フィルタを使用する構成に言及している。このようなシステムでは、通常、分散を補償するために、プリセットされた（または、予め決められた）係数で動作するＦＩＲが使用されるが、完全なプリセット値は不明である。このプリセット値は、下記のＦＩＲを使用することにより、実施形態の波長分散モニタ器を利用して推定することができる。
【００５１】
図５は、実施形態の波長分散補償器を示す図である。図５に示すように、実施形態の波長分散補償器は、第１ステージフィルタ５０１、第２ステージフィルタ５０２、波長分散相関量算出部１０２、波長分散モニタ器２０４を備える。
【００５２】
第１ステージフィルタ５０１は、静的な係数で動作する係数長の長いフィルタでフィルタリングを行うことで、比較的大きな波長分散を補償する。第２ステージフィルタ５０２は、係数長の短い適応フィルタでフィルタリングを行うことで、システムの変化をリアルタイムでトラッキングし、第１ステージフィルタ５０１で補償されずに残る残留分散および偏波依存分散を補償する。また、第２ステージフィルタ５０２は、偏波多重システムにおいて、例えばバタフライ構成を導入することにより、偏波分離を行うこともできる。なお、第２ステージフィルタ５０２は、例えば、図１または図２に示す適応フィルタ１０１に対応する。
【００５３】
システムの変化が大きいときは、第１ステージフィルタ５０１による処理の後に残っている残留分散は、第２ステージフィルタ５０２による最大補償量に近いか、またはその最大補償量を越えることがある。この場合、残留分散が第２ステージフィルタ５０２の補償範囲内に収まるように、第１ステージフィルタ５０１のフィルタ係数は調整される。ここで、第１ステージフィルタ５０１のフィルタ係数の決定は、システムの分散値を知る必要がある。そして、システムの分散値は、第２ステージフィルタ５０２のフィルタ係数に基づいて算出することができる。
【００５４】
したがって、本実施形態では、第２ステージフィルタ５０２は、そのフィルタ係数を波長分散相関量算出部１０２へ出力する。そうすると、波長分散相関量算出部１０２は、図２を参照しながら説明したように、系列２０５（h1, h2, …, hN）を生成する。また、波長分散モニタ器２０４は、系列２０５に基づいて波長分散量を推定する。さらに、波長分散モニタ器２０４により推定された波長分散量は、第１ステージフィルタ５０１に与えられる。そして、第１ステージフィルタ５０１は、与えられた波長分散量に基づいてフィルタ係数を決定し、波長分散を補償する。
【００５５】
このように、実施形態の波長分散モニタ器は、係数長の短いフィルタのフィルタ係数をモニタし、システムの分散値を算出することで、係数長の長いフィルタの分散補償量を調整する。このため、システムの分散の変化が大きい場合であっても、係数長の長いフィルタを用いて、大部分の分散を補償することができる。そして、係数長の長いフィルタによる処理の後に残っている残留分散は、係数長の短いフィルタの補償範囲内に収まることとなる。
【００５６】
上述の実施例は、２段階のフィルタリングで波長分散を補償する波長分散補償器を示しているが、本出願の技術分野の当業者であれば、実施形態の波長分散モニタ器を、１段階のフィルタリングで波長分散を補償する波長分散補償器に使用する構成を思い付くことができる。また、モニタされる分散値は直接的に推定され、その推定分散値は要求に応じて他のモジュールに送信することができる。
【００５７】
図６は、実施形態の波長分散モニタ方法を示すフローチャートである。
ステップＳ６０１において、適応フィルタ１０１は、適応フィルタリングを行う。ステップＳ６０２において、波長分散相関量算出部１０２は、波長分散相関量を算出し、波長分散相関量系列h1, h2, …, hNを生成する。
【００５８】
ステップＳ６０３において、位相差分演算が実行される。このステップでは、図３を参照しながら説明したように、第１の共役積算出部３０１により上述したアルゴリズムで第１の共役乗算演算が実行される。これにより、波長分散相関量系列h1, h2, …, hNに対応する第１の共役積系列
2010130698.tif 000052
が生成される。或いは、ステップＳ６０３において、図４を参照しながら説明したように、偏角差分部４０１により差分演算が実行されてもよい。これにより、波長分散相関量系列h1, h2, …, hNに対応する偏角差分系列
2010130698.tif 000053
が生成される。なお、偏角差分系列の各要素は
2010130698.tif 000054
で表される。
【００５９】
ステップＳ６０４において、位相差差分演算が実行される。ここで、ステップＳ６０３において第１の共役積系列が計算された場合には、ステップＳ６０４において第２の共役積系列が計算される。この演算は、図３に示す第２の共役積演算部３０２により上述したアルゴリズムで実現される。一方、ステップＳ６０３において偏角差分系列が計算された場合には、ステップＳ６０４において偏角差差分系列が計算される。この演算は、図４に示す偏角差差分部４０２により上述したアルゴリズムで実現される。
【００６０】
ステップＳ６０５において、波長分散の推定が実行される。波長分散の推定は、ステップＳ６０４の計算結果に基づいて、図３に示す波長分散推定部３０３により、または図４に示す波長分散推定部４０３により、実行される。
【００６１】
なお、実施形態の構成および方法は、説明のためのものであり、本出願の技術分野の当業者であれば、本発明を理解し、実施することができる。したがって、実際の条件下で存在するものであって当業者にとって明らかな構成要素については、実施形態の記載において省略されている。
【００６２】
本発明の具体的な実施例は、上述の通りである。ただし、当業者であれば、本発明の変更、変形、置換えが可能であることを理解できる。よって、本発明の特許請求の範囲に記載の趣旨を逸脱しない変更、変形、置換えは、本発明により保護される範囲に属する。
【００６３】
図７は、光受信器の構成を示す図である。この光受信器は、光信号をコヒーレント受信する光受信回路１０、および光受信回路１０の後段に設けられるデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２０を備える。なお、入力光信号は、特に限定されるものではないが、例えば、光ｍＰＳＫ（ＤｍＰＳＫ）変調信号または光ＱＡＭ変調信号である。
【００６４】
光受信回路１０は、局発光源１１、偏波制御部１２、光ハイブリッド部１３、受光部１４、Ａ／Ｄ変換部１５を備える。局発光源１１は、入力光の周波数とほぼ同じ周波数を有する局発光を生成する。局発光は、例えば、連続光である。偏波制御部１２は、入力光および局発光の偏波が互いに一致するように、入力光の偏波を制御する。光ハイブリッド部１３は、局発光から互いに直交する１組の局発sin光および局発cos光を生成する。そして、光ハイブリッド部１３は、入力光と局発sin光とを合波すると共に、入力光と局発cos光とを合波する。これにより、Ｉ成分光信号およびＱ成分光信号が得られる。
【００６５】
受光部１４は、例えばフォトダイオードを含んで構成され、Ｉ成分光信号およびＱ成分光信号をそれぞれ電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部１５は、再生されたクロック信号を利用して、受光部１４により得られる１組の電気信号をデジタルデータに変換する。ここで、クロック信号は、例えば、伝送信号のシンボルレートに同期している。これにより、Ｉ成分データおよびＱ成分データが得られる。ここで、１組のＩ成分データおよびＱ成分データは、１つの複素数を表す。この例では、Ｉ成分データはある複素数の実部の値を表し、Ｑ成分データはその複素数の虚部の値を表す。また、Ｉ成分データおよびＱ成分データにより、入力光信号の光電界（光振幅および光位相）が表される。すなわち、光受信回路１０は、コヒーレント受信により、入力光の光電界を表す光電界データを生成する。
【００６６】
なお「コヒーレント受信」は、図７に示すような局発光を利用する方式に限定されるものではなく、局発光を利用しないセルフコヒーレント受信であってもよい。いずれにしても、光受信回路１０は、コヒーレント受信により、光振幅情報および光位相情報を生成する。
【００６７】
デジタル信号処理部２０は、ＦＩＲフィルタ２１、識別部２２、品質モニタ部２３、波長分散モニタ部２４を備える。なお、デジタル信号処理部２０は、汎用的なプロセッサに置き換えることも可能である。
【００６８】
ＦＩＲフィルタ２１は、光受信回路１０から光電界データ（Ｉ成分データおよびＱ成分データ）が入力され、その光電界データに対して、例えば、光信号を等化するためのフィルタ演算を行う。この実施例では、ＦＩＲフィルタ２１によるフィルタ演算において、光ファイバ伝送路の分散（ここでは、波長分散）が補償される。すなわち、光電界データに対して、波長分散の逆特性が与えられる。
【００６９】
図８は、ＦＩＲフィルタ２１の実施例である。ＦＩＲフィルタ２１は、この実施例においては、遅延要素３１−１〜３１−ｎ、乗算部３２−０〜３２−ｎ、加算部３３、係数管理部３４を備える。なお、ＦＩＲフィルタ２１の係数長は、この例では、ｎ＋１である。
【００７０】
遅延要素３１−１〜３１−ｎは、直列的に接続されており、それぞれ、入力信号を時間τだけ遅延させる。従って、遅延要素３１−１〜３１−ｎにより、τ〜ｎτだけ遅延された信号が得られる。乗算部３２−０は、入力信号に係数Ｃ0を掛け合わせる。乗算部３２−１は、遅延要素３１−１の出力信号に係数Ｃ1を掛け合わせる。同様に、乗算部３２−２〜３２−ｎは、それぞれ、遅延要素３１−２〜３１−ｎの出力信号に係数Ｃ2〜Ｃnを掛け合わる。係数Ｃ0〜Ｃnは、入力信号の波形歪（例えば、光ファイバ伝送路の累積波長分散による影響）を補償するための重み付け係数である。なお、係数Ｃ0〜Ｃnは、係数管理部３４により管理されている。
【００７１】
加算部３３は、乗算部３２−０〜３２−ｎによる乗算結果を足し合わせて出力する。係数管理部３４は、複数セットの係数Ｃ0〜Ｃnを保持している。そして、波長分散を補償する係数Ｃ0〜Ｃnが係数管理部３４から読み出され、乗算部３２−０〜３２−ｎに与えられる。これにより、ＦＩＲフィルタ２１において波長分散が補償される。
【００７２】
図７に戻る。識別部２２は、ＦＩＲフィルタ２１により等化された光電界データに基づいて、シンボル毎にデータを識別する。なお、識別部２２は、光信号の周波数オフセット（入力光と局発光の周波数の差分）を補償する機能、および位相同期機能を備えていてもよい。
【００７３】
品質モニタ部２３は、ＦＩＲフィルタ２１により等化された光電界データに基づいて、光信号の品質をモニタする。品質モニタ部２３によりモニタされる品質は、例えば、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ：Optical Signal-to-Noise Ratio）である。波長分散モニタ部２４は、ＦＩＲフィルタ２１のフィルタ係数（Ｃ0〜Ｃn）に基づいて、光ファイバ伝送路の波長分散を推定する。
【００７４】
なお、ＦＩＲフィルタ２１において使用されるフィルタ係数は、特に限定されるものではないが、例えば、波長分散モニタ部２４により推定される波長分散量に基づいて決定されるようにしてもよい。あるいは、フィルタ係数は、品質モニタ部２３により検出される品質が最適化されるように決定されてもよい。さらに、フィルタ係数は、ＦＩＲフィルタ２１において加算部３３の出力に基づいて決定するようにしてもよい。
【００７５】
図７に示す光受信器において、実施形態の波長分散モニタ器は、例えば、デジタル信号処理部２０により実現される。この場合、実施形態の波長分散モニタ器または波長分散モニタ装置は、例えば、図７に示す波長分散モニタ部２４に相当する。また、図７に示すＦＩＲフィルタ２１は、適応フィルタ１０１に相当してもよいし、第１ステージフィルタ５０１および第２ステージフィルタ５０２の一方または双方に相当してもよい。波長分散相関量系列h1, h2, …, hNは、図７に示すＦＩＲフィルタ２１のフィルタ係数Ｃ0〜Ｃnから生成されるようにしてもよい。この場合、Ｎ＝ｎ＋１である。
【００７６】
或いは、実施形態の波長分散モニタ器または波長分散モニタ装置は、デジタル信号処理部２０とは別に設けられるプロセッサにより実現されてもよい。この場合、光受信回路１０により生成される光電界データは、実施形態の波長分散モニタ器または波長分散モニタ装置に入力される。
【００７７】
ＦＩＲフィルタ２１は、適切なフィルタ係数を使用することにより、波長分散を補償することができる。ここで、波長分散β2[s2/m]を持つ光ファイバの長さをＬ[m]とすると、その光ファイバの伝達関数Ｈは下式で表される。
Ｈ（ω）＝exp (−jω2β2L／２)
そうすると、波長分散を補償するための伝達関数は下式で表される。
Ｈ-1（ω）＝exp (jω2β2L／２)
そして、このような補償を行うためのフィルタ係数は、例えば、下式で与えられる。
【数２０】
2010130698.tif 000055
「Ｔs」はサンプリング周波数の逆数である。そして、「ｋ」として０〜ｎを与えることにより、フィルタ係数Ｃ0〜Ｃnが得られる。ここで、ｎ＋１＝Ｎとすると、Ｎ個のフィルタ係数が得られる。
【符号の説明】
【００７８】
１０１  適応フィルタ
１０２  波長分散相関量算出部
２０１  位相差分部
２０２  位相差差分部
２０３  波長分散推定部
２０４  波長分散モニタ器
３０１  第１の共役積算出部
３０２  第２の共役積算出部
３０３  波長分散推定部
４０１  偏角差分部
４０２  偏角差差分部
４０３  波長分散推定部
５０１  第１ステージフィルタ
５０２  第２ステージフィルタ
【図１】
2010130698.tif 000071
【図２】
2010130698.tif 000072
【図３】
2010130698.tif 000073
【図４】
2010130698.tif 000074
【図５】
2010130698.tif 000075
【図６】
2010130698.tif 000076
【図７】
2010130698.tif 000077
【図８】
2010130698.tif 000078