(57)【要約】【課題】本発明は、コヒーレント光受信器に対する局部発振光の入力レベルを可変光減衰器によって制御する事でコヒーレント光受信器にて受信する光信号のレベル差を軽減する光受信装置において、信号レベル検出器の最小受光感度限界によってダイナミックレンジが制限されることを防ぐ光受信装置及びコヒーレント光受信方法の提供を目的とする。【解決手段】本願発明の光受信装置は、間欠的に入射するバースト状の光信号を予め定められた増幅率で増幅する光増幅器と、コヒーレント光受信器１２に入力される光信号の信号レベルを検出する信号レベル検出器１５と、コヒーレント光受信器１２の受信電流が一定になるように、信号レベル検出器１５の検出する信号レベルに応じて局部発振光を減衰させる可変光減衰器１８と、を備える。【選択図】図１
2014230162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠的に入射するバースト状の光信号を予め定められた増幅率で増幅する光増幅器と、
前記光増幅器の増幅した前記光信号を分岐する光分岐器と、
前記光分岐器で分岐された光信号の一方を、コヒーレント検波方式を用いて電気信号に変換するコヒーレント光受信器と、
前記コヒーレント光受信器において利用される局部発振光を、前記コヒーレント光受信器へ供給する局部発振光源と、
前記光分岐器で分岐された光信号の他方を用いて、前記コヒーレント光受信器に入力される光信号の信号レベルを検出する信号レベル検出器と、
前記コヒーレント光受信器の受信電流が一定になるように、前記信号レベル検出器の検出する信号レベルに応じて前記局部発振光を減衰させる可変光減衰器と、
を備える光受信装置。
【請求項２】
前記光増幅器は、前記信号レベル検出器に入力される光信号の信号レベルが予め定められた一定範囲内になるような増幅率で、前記光信号を増幅することを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項３】
前記光増幅器は、一定の増幅率で増幅する利得クランプ型光増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項４】
前記光増幅器は、
ポンプ光を用いて前記光信号を増幅する光ファイバ増幅器であって、
予め定められた閾値を超える信号レベルの光信号が入力されると、前記ポンプ光の光レベルを予め定められた光レベルに増大させる
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
【請求項５】
間欠的に入射するバースト状の光信号を予め定められた増幅率で増幅する光増幅手順と、
前記光増幅手順で増幅した光信号の信号レベルを検出し、コヒーレント検波方式を用いて電気信号に変換するコヒーレント光受信器の受信電流が一定になるように、光信号の信号レベルに応じて局部発振光を減衰させる光レベル調整手順と、
前記光レベル調整手順で減衰させた局部発振光を前記コヒーレント光受信器に入射し、前記光増幅手順で増幅した光信号を、前記コヒーレント光受信器を用いて電気信号に変換するコヒーレント光受信手順と、
を順に有するコヒーレント光受信方法。
【請求項６】
前記光増幅手順において、信号レベル検出器に入力される光信号の信号レベルが予め定められた一定範囲内になるような増幅率で、光信号を増幅することを特徴とする請求項５に記載のコヒーレント光受信方法。
【請求項７】
前記光増幅手順において、一定の増幅率で増幅する利得クランプ型光増幅器を用いて、光信号を増幅することを特徴とする請求項５に記載のコヒーレント光受信方法。
【請求項８】
前記光増幅手順において、ポンプ光を用いて光信号を増幅する光ファイバ増幅器を用いて光信号を増幅し、
光信号が予め定められた閾値を超えた場合に、前記ポンプ光の光レベルを予め定められた光レベルに増大させることを特徴とする請求項５に記載のコヒーレント光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）における局側の終端装置であるＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｔｅｒｍｉｎａｌ）に備わる装置及び光受信方法に関し、特にコヒーレント検波方式を用いた光受信装置及び光受信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光アクセスネットワークにおける伝送容量の大容量化、省エネ化及び経済化の要求が高まる中、それを実現する手段として、ＰＯＮの研究が進められている。ＰＯＮとは、光受動素子による光合分岐器を用いて１個の局側装置及び伝送路の一部を複数ユーザで共有することにより、経済化を図る光通信システムである。ＰＯＮでは、局側の終端装置であるＯＬＴと加入者側の終端装置である各ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｕｎｉｔ）間の距離がそれぞれ異なるため、ＯＮＵ−ＯＬＴ間での光損失が経路によって異なる。また、送信機出力にも個体によってばらつきが存在するため、結果としてＯＬＴの受信する光信号の信号レベルの強度は大きく変動する。同時に、上り伝送においては、例えば時分割で信号を多重するＴＤＭ−ＰＯＮを用いる場合、いずれかのＯＮＵが送信している時間と、どのＯＮＵも送信していない時間とが生じるため、間欠的に入射するバースト信号となる。以上の事より、ＯＬＴの光受信部では、強度の異なるバースト信号を受信する広いダイナミックレンジが要求される。
【０００３】
現在、近年のデジタルコヒーレント通信技術の急速な発展に伴い、広域化によるさらなる経済化を実現する構成として、コヒーレント検波方式をアクセスネットワークに適用する機運が再度高まり、様々な報告がなされている。従来のアクセスネットワークでは、搬送波の光の強度を線形に変化させ、情報を重畳する方式である、強度変調直接検波方式（ＩＭ−ＤＤ方式）が用いられている。コヒーレント検波方式は、送信する光信号に、発振光線幅の狭いコヒーレント光を用い、局部発振光との混合光を検波する事により、位相雑音等の各種雑音の影響を低減し、搬送波の振幅や位相に情報を重畳する事が可能となる。これにより、多値での位相、振幅変調が可能となる。また、近年発展の著しい超高速デジタル信号処理技術を取り入れる事による実現可能性の高まりは、コヒーレント検波方式のアクセスネットワークへの適用機運を高め、将来ネットワークにおける高速化を実現するものとして、期待がされている。同時にコヒーレント検波方式では、光信号を局部発振光により増幅する事で、受信機感度が向上される。以上の事から、ネットワークの広域化および長延化の実現も期待されるものである。上記の方式は、前述のＩＭ−ＤＤ方式に対して構成が複雑となり、機器単体でのコストは増大するが、広域化および長延化によるＯＰＥＸの削減効果は上記の問題を補って余りのあるものであると考えられる。
【０００４】
しかしながら、アクセスネットワークでの適用に際して、以下の点が課題となる。
前述の通り、ＰＯＮにおいては、強度の異なるバースト信号を局側装置の光受信部で受信することとなる。この光信号の強度差に起因し、信号の量子化時に、設定した閾値に対する各信号の標本値が相対的に異なり、検出誤差となる。
【０００５】
現在の、強度変調かつ直接検波を用いるＰＯＮにおける光受信器では、例えば非特許文献１に挙げられるように、フォトダイオードによって光／電気変換された電流信号を、差動増幅器であるトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）を用いて電圧信号に変換および増幅し、その後リミッタアンプを用いて受信した信号レベルに応じて増幅率を制御し、出力信号を一定レベルとなるよう波形整形を行う事で前述の課題を解決している。また、非特許文献２に記載のように、光受信器の前段に、信号レベルの検出器および半導体光増幅器（ＳＯＡ）を設置し、検知した信号レベルに応じて増幅器の増幅率を変化させる事で、フォトダイオードに入射する光信号を一定レベルに制御する手法も提案されている。
【０００６】
非特許文献１においては電気段において、非特許文献２においては光段において信号レベルを一定に保つ制御を行うものであり、変調速度やＰＯＮ構成などにより、適用される方式は異なる事が考えられる。しかしながら、コヒーレント検波方式をアクセスネットワークにおいて適用する際においては、受信感度の向上により、従来の方式と比較し、より低い信号レベルの光信号がコヒーレント光受信器に入射する為、非特許文献１に記載されるような電気段において波形整形を行う形式では、トランスインピーダンスアンプおよびリミッタアンプに対し、広いダイナミックレンジと増幅率の線形性が要求される。その為、実現は難しく、非特許文献２に記載されるような光段において一定レベル制御を行う方式が望まれる。
【０００７】
コヒーレント検波方式を用いる場合において、光段の一定レベル制御機能を実現する方式には、非特許文献２に記載される、光信号の信号レベルを検出し、ＡＬＣ（Ａｕｔｏ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）機能を備える光増幅器により、コヒーレント光受信器に入射する光信号のレベル差を低減する手法と、コヒーレント光受信器に入射する局部発振光の入力レベルを制御し、受信信号のレベル差を低減する手法と、が考えられる。いずれの方法においても、コヒーレント光受信器のダイナミックレンジを向上するものであり、強度差のあるバースト信号の受信を可能とする。以上の技術を適用する事により、ＰＯＮの広域化、長延化によるアクセスネットワークの経済化の実現が期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】中村誠，楳田洋太郎，遠藤潤，赤津祐史，“ＰＯＮ用バースト伝送対応光受信回路技術”  ＮＴＴ技術ジャーナル  ２００６年７月
【非特許文献２】Ｂｅｎｎ  Ｃ．  Ｔｈｏｍｓｅｎ，  Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ｊ．  Ｐｕｔｔｍａｎ，  Ｐｏｌｉｎａ  Ｂａｙｖｅｌ  “Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｅｑｕａｌｉｚｅｄ  １０  Ｇｂ／ｓ  ＮＲＺ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｂｕｒｓｔ−ｍｏｄｅ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｆｏｒ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ”  ２３  Ｊｕｌｙ  ２００７／  ｖｏｌ．  １５，  Ｎｏ．  １５／  ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ
【非特許文献３】Ｋａｚｕｒｏ  Ｋｉｋｕｃｈｉ，  Ｓａｔｏｓｈｉ  Ｔｓｕｋａｍｏｔｏ，“Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ”，ＪＯＵＲＮＡＬ  ＯＦ  ＬＩＧＨＴＷＡＶＥ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ，ＶＯＬ．  ２６，Ｎｏ．  １３  ，  ２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＯＬＴの備えるコヒーレント光受信器に対する局部発振光の入力レベルを可変光減衰器によって制御する事で、コヒーレント光受信器にて受信する光信号のレベル差を軽減する光受信装置において、各ＯＮＵの送信する光信号の信号レベルを検出する信号レベル検出器には、非常に低い信号レベルの光信号が入射する事が考えられる。この場合において、信号レベル検出部の最小受光感度限界により、光受信装置のダイナミックレンジが制限される事が想定される。
【００１０】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、コヒーレント光受信器に対する局部発振光の入力レベルを可変光減衰器によって制御する事でコヒーレント光受信器にて受信する光信号のレベル差を軽減する光受信装置において、信号レベル検出器の最小受光感度限界によってダイナミックレンジが制限されることを防ぐ光受信装置及び光受信方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の光受信装置は、
間欠的に入射するバースト状の光信号を予め定められた増幅率で増幅する光増幅器と、
前記光増幅器の増幅した前記光信号を分岐する光分岐器と、
前記光分岐器で分岐された光信号の一方を、コヒーレント検波方式を用いて電気信号に変換するコヒーレント光受信器と、
前記コヒーレント光受信器において利用される局部発振光を、前記コヒーレント光受信器へ供給する局部発振光源と、
前記光分岐器で分岐された光信号の他方を用いて、前記コヒーレント光受信器に入力される光信号の信号レベルを検出する信号レベル検出器と、
前記コヒーレント光受信器の受信電流が一定になるように、前記信号レベル検出器の検出する信号レベルに応じて前記局部発振光を減衰させる可変光減衰器と、
を備える。
【００１２】
本願発明の光受信装置では、前記光増幅器は、前記信号レベル検出器に入力される光信号の信号レベルが予め定められた一定範囲内になるような増幅率で、前記光信号を増幅してもよい。
【００１３】
本願発明の光受信装置では、前記光増幅器は、一定の増幅率で増幅する利得クランプ型光増幅器であってもよい。
【００１４】
本願発明の光受信装置では、前記光増幅器は、ポンプ光を用いて前記光信号を増幅する光ファイバ増幅器であって、予め定められた閾値を超える信号レベルの光信号が入力されると、前記ポンプ光の光レベルを予め定められた光レベルに増大させてもよい。
【００１５】
本願発明の光受信方法は、
間欠的に入射するバースト状の光信号を予め定められた増幅率で増幅する光増幅手順と、
前記光増幅手順で増幅した光信号の信号レベルを検出し、コヒーレント検波方式を用いて電気信号に変換するコヒーレント光受信器の受信電流が一定になるように、光信号の信号レベルに応じて局部発振光を減衰させる光レベル調整手順と、
前記光レベル調整手順で減衰させた局部発振光を前記コヒーレント光受信器に入射し、前記光増幅手順で増幅した光信号を、前記コヒーレント光受信器を用いて電気信号に変換する光受信手順と、
を順に有する。
【００１６】
本願発明の光受信方法では、前記光増幅手順において、信号レベル検出器に入力される光信号の信号レベルが予め定められた一定範囲内になるような増幅率で、光信号を増幅してもよい。
【００１７】
本願発明の光受信方法では、前記光増幅手順において、一定の増幅率で増幅する利得クランプ型光増幅器を用いて、光信号を増幅してもよい。
【００１８】
本願発明の光受信方法では、前記光増幅手順において、ポンプ光を用いて光信号を増幅する光ファイバ増幅器を用いて光信号を増幅し、光信号が予め定められた閾値を超えた場合に、前記ポンプ光の光レベルを予め定められた光レベルに増大させてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、信号レベル検出器へ入力する信号レベルを光増幅器が調整し、可変光減衰器がコヒーレント光受信器の受信電流を一定にするため、信号レベル検出器の最小受光感度限界によってダイナミックレンジが制限されることを防ぐことができる。これにより、本発明は、信号レベル検出器の受光感度の向上による、高感度のバースト対応一定レベル制御機能を有する光受信装置を実現し、ＰＯＮの広域化、長延化によるアクセスネットワークの経済化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光受信装置の一例を示す。
【図２】コヒーレント光受信器の一例を示す。
【図３】ＯＮＵの送信する光フレーム信号の構成の一例を示す。
【図４】信号レベル検出器における検出感度の説明図である。
【図５】第１の実施形態に係る光受信装置の動作の一例を示す。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光受信装置の一例を示す。
【図７】ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣの構成の一例を示す。
【図８】ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣの制御例を示す。
【図９】第２の実施形態に係る光受信装置の動作の一例を示す。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光増幅器の構成の一例を示す。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る光増幅器の構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００２２】
＜第一の実施形態＞
コヒーレント検波方式の特徴としては、前述のように受信器感度が非常に高い事が挙げられる。この時、ショット雑音限界等の高受信器感度の実現には、局部発振光を非常に高いパワーレベルで入力する必要がある。しかしながら、機器構成や、コヒーレント光受信器の過負荷限界の影響などにより、局部発振光のパワーレベルに制限が存在する場合においては、十分な受信感度が得られない場合がある。このような場合において、コヒーレント光受信器に入力する光信号を前置増幅器により増幅する事は、コヒーレント受信感度を向上させる有効な手法である（非特許文献３）。
【００２３】
本発明の第１の実施形態を図１に示す。本発明に係る光受信装置９１は、アクセスネットワークにおける局側装置であるＯＬＴにおける光信号受信部として機能する。本発明の光受信装置９１は、ＯＮＵから送信された光信号をコヒーレント受信するための構成を備える。例えば、本発明の光受信装置９１は、コヒーレント光受信器１２と、局部発振光源１３と、を備える。局部発振光源１３は、コヒーレント受信器１２に入力する局部発振光を出力する。コヒーレント光受信器１２は、局部発振光を用いて、光信号をコヒーレント受信する。
【００２４】
本発明の光受信装置９１は、さらに、コヒーレント光受信器１２で受信する光信号の強度を一定レベルに制御するための構成を備える。例えば、本発明の光受信装置９１は、ＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣと、光分岐器１４と、信号レベル検出器１５と、レベル測定器１６と、局部発振光制御回路１７と、可変光減衰器１８と、を備える。
【００２５】
ＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣは、ＯＮＵから送信されたバースト状の上り信号の光信号を、予め定められた増幅率で増幅する。バースト状の光信号は、例えば、先頭にプリアンブルが載せられた光フレーム信号である。
光分岐器１４は、ＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣからの光信号を２分岐する。分岐された一方がコヒーレント光受信器１２に入力され、分岐された他方が信号レベル検出器１５に入力される。
信号レベル検出器１５は、光分岐器１４からの光信号の光強度を検出する。
レベル測定器１６は、信号レベル検出器１５の検出した光強度に応じた信号レベルを測定する。
可変光減衰器１８は、局部発振光源１３からの局部発振光の光強度を減衰させる。
局部発振光制御回路１７は、レベル測定器１６の測定した信号レベルに応じて、可変光減衰器１８の局部発振光の減衰量を変化させる。
【００２６】
本構成においては、信号レベル検出器１５として、例えばＰＩＮ−ＰＤ又はＡＰＤといった光検出手段を用いることができる。光分岐器１４の構成としては、例えば、Ｎ：１の非対称カプラが用いる事ができる。また、信号レベルを測定するための高感度受信手段として、コヒーレント光受信器１２の前段にＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣを備える。このＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣは、本光受信装置９１の想定する光信号の入力レベルの範囲内においては、一定の増幅率を持つものである。
【００２７】
本発明に係る光受信方法は、光増幅手順と、光レベル調整手順と、コヒーレント光受信手順と、を順に有する。
光増幅手順では、コヒーレント光受信器１２の前段に接続されたＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣが、バースト状の光信号を予め定められた増幅率で増幅する。
光レベル調整手順では、コヒーレント光受信器１２の受信電流が一定になるように、光信号の信号レベルに応じて局部発振光を減衰させる。例えば、局部発振光制御回路１７は、コヒーレント光受信器１２に入射する光の強度を一定レベルに制御する。
コヒーレント光受信手順では、光レベル調整手順で減衰させた局部発振光をコヒーレント光受信器１２に入射し、光増幅手順で増幅した光信号を、コヒーレント光受信器１２を用いて電気信号に変換する。
【００２８】
本発明は、光レベル調整手順において、コヒーレント光受信器１２に入射する光の強度を一定レベルに制御する。これにより、本発明は、コヒーレント検波方式をアクセスネットワークに適用する際において問題となる、上り信号における信号強度のバラつきにより生じる誤検出を軽減することができる。
【００２９】
（局部発振光レベル制御）
コヒーレント光受信器１２は、例えば、図２に記載の偏波ダイバーシティコヒーレント受信器を用いることができる。偏波ダイバーシティコヒーレント受信器は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２１Ｓと、ビームスプリッタ（ＢＳ）２１Ｌと、９０度光ハイブリッド２２Ｘ及び２２Ｙと、バランス型光検出器２３ＸＩ、２３ＸＱ、２３ＹＩ、２３ＹＱと、を備える。
【００３０】
ＰＢＳ２１Ｓは、光信号ＰＳのＸ偏波およびＹ偏波を分離し、Ｘ偏波を９０度光ハイブリッド２２Ｘに出力し、Ｙ偏波を９０度光ハイブリッド２２Ｙに出力する。ＢＳ２１Ｌは、局部発振光を９０度光ハイブリッド２２Ｘ及び２２Ｙに分岐する。９０度光ハイブリッド２２Ｘ及び２２Ｙは、光信号の位相を分離する。バランス型光検出器２３ＸＩ、２３ＸＱ、２３ＹＩ、２３ＹＱは、それぞれ、Ｘ偏波のＩ軸成分、Ｘ偏波のＱ軸成分、Ｙ偏波のＩ軸成分、Ｙ偏波のＱ軸成分を受信する。これにより、コヒーレント光受信器１２の感度は光信号の偏波状態によらない。
【００３１】
ここで、コヒーレント光受信器１２に入力する光信号の信号レベルをＰｓとし、また、局部発振光の入力レベルをＰＬｏとすると、各バランス型光検出器２３ＸＩ、２３ＸＱ、２３ＹＩ、２３ＹＱで検出される受信電流は以下の式であらわされる。
【数１】
2014230162.tif 000003
【数２】
2014230162.tif 000004
【数３】
2014230162.tif 000005
【数４】
2014230162.tif 000006
式中において、αはＸＹ偏波間の信号レベルの比率、δは位相差である。上記の受信電流はそれぞれ、各ＸＹ偏波のＩＱ成分に対応し、この値を基に、信号処理により復号を行う。
以上の式より、各バランス型光検出器２３ＸＩ、２３ＸＱ、２３ＹＩ、２３ＹＱで検出される受信電流は、ＰｓとＰＬｏを乗じたものとなる。
【００３２】
この時、前述のように、アクセスネットワークにおいては、各ＯＮＵから送信される光信号の信号レベルＰｓは、経路損失の値が異なることから、値に差が生じる。コヒーレント光受信器１２から出力される光電変換後の電気信号に対してリミッタアンプを用いて波形整形を行う手法では、広いダイナミックレンジにおいて増幅率の線形性を補償するリミッタアンプが必要となるが、実現は難しい。これに対し、本実施形態に係る光受信装置９１は、例えばＰｓ×ＰＬｏ≒Ａを満たすように、局部発振光制御回路１７が局部発振光の入力レベルの制御をする。制御目標値となる光信号と局部発振光の積の値Ａはコヒーレント光受信器１２の機構成等により異なる。
【００３３】
（信号レベル）
ＯＮＵの送信するバースト状の光信号は以下の通りである。
ＯＮＵの送信する光フレーム信号の構成の一例を図３に示す。光フレーム信号は、プリアンブルおよびデータおよびエンドオブバーストの三区間により構成される。プリアンブルは、光フレーム信号の先頭に配置される。レベル測定部１６がプリアンブルの信号レベル（前記Ｐｓ）を検出すると、局部発振光制御回路１７は、プリアンブルの信号レベルに基づいて可変光減衰器１８の減衰量を決定する。ここでは、前述のように、例えばＰｓ×ＰＬｏ≒Ａを満たすような減衰量とする。
【００３４】
また、レベル測定部１６が光フレーム信号の立下りを検出すると、局部発振光制御回路１７は、可変光減衰器１８の減衰量の設定を解除し、新たなプリアンブルの検出を待つことが好ましい。これにより、任意の光フレーム信号に対し、信号レベル制御が可能である。
【００３５】
以上のように、本実施形態に係る光受信装置９１は、各光フレーム信号のプリアンブルの信号レベルに対し、局部発振光の入力レベルを制御する事により、例えば、強度変調が用いられている場合においても、光信号に重畳された情報を損なう事なく一定の光レベルでの光信号の受信が可能であり、光信号強度のバラつきにより生じる誤検出を軽減することができる。
【００３６】
（信号レベル検出器１５に入射する光信号の信号レベル）
図４に１０ＧｂｐｓのＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式を用いた光信号を偏波ダイバーシティコヒーレント光受信器で受信した際の受信感度例を示す。図中において、ＳＮＬはショット雑音限界を示し、ＰＬＡはＰＬｏ＝１０ｄＢｍの場合を示し、ＰＬＢはＰＬｏ＝５ｄＢｍの場合を示し、ＰＬＣはＰＬｏ＝０ｄＢｍの場合を示し、ＰＬＤはＰＬｏ＝−５ｄＢｍの場合を示す。
【００３７】
コヒーレント検波方式を用いた場合、局部発振光の入力レベルを増大する事により、受信感度をショット雑音限界ＳＮＬまで向上する事が可能である。図４に示す場合においては、ショット雑音限界ＳＮＬで検波した場合において、−５２ｄＢｍが最小受光感度となる。このようにコヒーレント検波方式を用いる事で、受光感度の大幅な向上が見られる反面、信号レベル検出器１５においても、同等の検出感度が求められる。
【００３８】
（受信信号一定レベル制御時の動作例）
本構成における受信信号一定レベル制御時の動作例を図５に示す。ここでは、例として、光分岐器１４に３ｄＢカプラを用いた構成を示す。また、コヒーレント光受信器１２には、例えば、偏波ダイバーシティコヒーレント受信器が用いられる。この時、各バランス型光検出器２３ＸＩ、２３ＸＱ、２３ＹＩ及び２３ＹＱで検出される受信電流は、式（１）から式（４）であらわされる。
【００３９】
ＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣの増幅率をＧとし、光分岐器１４の前段に備えられたＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣに入力される光信号の信号レベルをＰｉｎとし、光分岐器１４の損失をβとすると、コヒーレント光受信器１２に入力される光信号の信号レベルＰｓは、以下で表される。
【数５】
2014230162.tif 000007
【００４０】
信号レベル検出器１５で検出されたコヒーレント光受信器１２に入力する、１つめの光信号の信号レベルＰＳがｂであり、２つめの光信号の信号レベルＰＳがｂよりも小さなａであるとする。また、局部発振光源１３から出力される局部発振光の光レベルがｃであり、可変光減衰器１８で減衰後の局部発振光の光レベルがｄであるとする。この場合、局部発振光制御回路１７はａ×ｄ＝ｂ×ｃ≒Ａとなるように制御する。
【００４１】
このように、コヒーレント光受信器１２に入力する光信号が増幅されることから、ある一定レベルに信号レベルを制御する時に必要となる局部発振光の入力レベルが低減される。その為、本構成は、前述の通り、局部発振光の入力レベルに制限が存在する場合において、光受信装置９１の感度の向上に関して特に効果的に働くものである。
【００４２】
第１の実施形態の変形例として、信号レベル検出器１５が、局部発振光源１３を備えるコヒーレント検波方式の受信機能を有していても良い。本構成は、前記の実施形態と同様に、信号レベル検出器１５の高感度化により、強度差のあるバースト信号に対応する高感度のデジタルコヒーレント受信機を実現し、ＰＯＮの広域化、長延化によるアクセスネットワークの経済化を実現するものである。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態を図６に示す。本発明に係る光受信装置９１は、実施形態１のＡＧＣ光増幅器１１ＡＧＣに代えてＡＬＣ（Ａｕｔｏ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）光増幅器１１ＡＬＣを備える。ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣは、本光受信装置９１が想定する入力信号レベルの範囲内において一定範囲の信号レベルの光信号を出力するよう増幅率を制御する。
【００４４】
ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣの構成の一例を図７に示す。ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣは、分岐器１１１と、受光器１１２と、増幅率制御回路１１３と、光半導体増幅器１１４と、を備える。受光器１１２は、分岐器１１１の分岐した光信号を受光する。増幅率制御回路１１３は、受光器１１２の受光した光信号の信号レベルに応じて光半導体増幅器１１４のゲインを切りかえる。このように、ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣは、入力される光信号の信号レベルに応じて、ゲインを切りかえる。
【００４５】
図８に、ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣの制御例を示す。ＲＡＬＣ’はＲＡＬＣから光分岐器１４による損失分減衰した値である。入力信号レベルに対して、ある閾値を増幅率制御回路１１３に設定する。増幅率制御回路１１３は、閾値よりも低いレベルの光信号に対しては高い増幅率で、閾値よりも高いレベルの光信号に対しては低い増幅率で入力信号の増幅を行う。これにより、光半導体増幅器１１４からの出力信号レベルが予め定められた一定範囲ＲＡＬＣ内に収まる。
【００４６】
図９に、本構成における受信信号一定レベル制御時の動作例を示す。光受信装置９１に入射する光信号の信号レベル差が大きい場合であっても、ＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣから出力される光信号の信号レベル差（ａ−ｂ）は小さくなっている。このため、信号レベル検出器１５が高感度で光信号の信号レベルを検出することができる。
【００４７】
本実施形態によれば、間欠的に入射するバースト状の光信号を受信する、コヒーレント検波方式を用いたコヒーレント光受信器１２に要求される高ダイナミックレンジ性をＡＬＣ光増幅器１１ＡＬＣおよび信号レベル検出器１５において代替するものであり、第１の実施形態と比較して、それぞれの信号機器に要求されるダイナミックレンジは低減される。
【００４８】
また、同時に光受信装置９１のコヒーレント光受信器１２に入力される光信号も増幅されることから、制御目標値となるある一定レベルに光信号の信号レベルを制御する時に必要となる局部発振光の入力レベルが低減される。例えば、局部発振光の光レベルの差（ｃ−ｄ）を、第１の実施形態よりも小さくすることができる。その為、本構成は、前述の通り、局部発振光の入力レベルに制限が存在する場合において、光受信装置９１の感度の向上に関して特に効果的に働くものである。
【００４９】
以上の事から、本構成は第１の実施形態同様に、信号レベル検出器１５の高感度化と同時に、光受信装置９１のダイナミックレンジを拡大し、強度差のあるバースト信号に対応する高感度のデジタルコヒーレント受信装置を実現するものである。本発明の適用によりＰＯＮの広域化、長延化によるアクセスネットワークの経済化が実現される。
【００５０】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態を以下に示す。本構成においては、第１の実施形態のＡＧＣ光増幅器又は第２の実施形態のＡＬＣ光増幅器に代えて、例えば図１０に示すような利得クランプ型光ファイバ増幅器１１ＣＬＡＭＰを備える。本実施形態に係る利得クランプ型光ファイバ増幅器１１ＣＬＡＭＰは、ポンプ光源１２３と、ＷＤＭカプラ１２２と、増幅用光ファイバ１２４と、サーキュレータ１２６を備える。ＷＤＭカプラ１２２は、ポンプ光と光信号を合波する。増幅用光ファイバ１２４は、ポンプ光を用いて光信号を増幅する。
【００５１】
ＷＤＭカプラ１２５はポンプ光の波長成分をカットする。サーキュレータ１２６は、利得クランプ光を増幅用光ファイバ１２４に入射させる。これにより、利得クランプ型光ファイバ増幅器においては、一定の増幅率で増幅可能な光信号の信号レベルの範囲を拡大する事が出来る。その為、システムの想定する信号レベルの範囲内においては、入射する信号レベルの変化によって生じる光サージを抑圧する事が出来る。
【００５２】
以上の事から本実施形態に拠れば、光受信装置９１の想定する信号レベルにおいて一定の増幅率を得ることが可能となる。これにより、信号レベル検出器１５は広いダイナミックレンジを持つこととなり、本構成は前記の実施形態同様に、信号レベル検出器１５の高感度化と同時に光受信装置９１のダイナミックレンジを拡大し、強度差のあるバースト信号に対応する高感度のデジタルコヒーレント受信装置を実現するものである。本発明の適用によりＰＯＮの広域化、長延化によるアクセスネットワークの経済化が実現される。
【００５３】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態を以下に示す。本構成においては、第１の実施形態のＡＧＣ光増幅器又は第２の実施形態のＡＬＣ光増幅器に代えて、例えば図１１に示すように本光受信装置９１が想定する入力信号の範囲内において光信号の信号レベルに応じて、ポンプ光の入力レベルを制御する事を特徴とする光ファイバ増幅器１１ＦＩＢＥＲを備える。本実施形態に係る光ファイバ増幅器１１ＦＩＢＥＲは、光カプラ１３１と、ポンプ光源１３４と、可変光減衰器１３５と、ポンプ光制御回路１３３と、信号レベル検出器１３２と、ＷＤＭカプラ１３６と、増幅用光ファイバ１３７を備える。
【００５４】
ＷＤＭカプラ１３６は、光信号とポンプ光源１３４からのポンプ光を合波する。増幅用光ファイバ１３７は、ポンプ光を用いて光信号を増幅する。可変光減衰器１３５は、ポンプ光を減衰させる。信号レベル検出器１３２は、光カプラ１３１の分岐した光信号の信号レベルを検出する。ポンプ光制御回路１３３は、信号レベル検出器１３２の検出した信号レベルが光サージを誘起するような強い信号レベルであるか否かを判定し、そのような信号レベルである場合は可変光減衰器１３５の減衰率を下げる。ポンプ光制御回路１３３の判定は、例えば、予め定められた閾値を超えるか否かを判定することによって行う。
【００５５】
本実施形態では、光サージを誘起するような強い信号レベルの光信号が入射した場合、ポンプ光制御回路１３３がポンプ光の入力レベルを増大させる。これにより、光ファイバ増幅器１１ＦＩＢＥＲに入射する光信号の信号レベルの変化によって生じる光サージを抑圧する事ができ、光受信装置９１の想定する入力光信号レベルにおいて一定の増幅率を得ることが可能となる。以上の事から、信号レベル検出器１５は広いダイナミックレンジを持つこととなり、本構成は前記の実施形態同様に、信号レベル検出器１５の高感度化と同時に光受信装置９１のダイナミックレンジを拡大し、強度差のあるバースト信号に対応する高感度のデジタルコヒーレント受信装置を実現するものである。本発明の適用によりＰＯＮの広域化、長延化によるアクセスネットワークの経済化が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１１ＡＧＣ：ＡＧＣ光増幅器
１１ＡＬＣ：ＡＬＣ光増幅器
１１ＣＬＡＭＰ：利得クランプ型光ファイバ増幅器
１１ＦＩＢＥＲ：光ファイバ増幅器
１２：コヒーレント光受信器
１３：局部発振光源
１４：光分岐器
１５：信号レベル検出器
１６：レベル測定器
１７：局部発振光制御回路
１８：可変光減衰器
２１Ｓ：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２１Ｌ：ビームスプリッタ（ＢＳ）
２２Ｘ、２２Ｙ：９０度光ハイブリッド
２３ＸＩ、２３ＸＱ、２３ＹＩ、２３ＹＱ：バランス型光検出器
９１：光受信装置
１１１：分岐器
１１２：受光器
１１３：増幅率制御回路
１１４：光半導体増幅器
１２１：アイソレータ
１２２、１２５：ＷＤＭカプラ
１２３：ポンプ光源
１２４：増幅用光ファイバ
１２６：サーキュレータ
１３１：光カプラ
１３２：信号レベル検出器
１３３：ポンプ光制御回路
１３４：ポンプ光源
１３５：可変光減衰器
１３６：ＷＤＭカプラ
１３７：増幅用光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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