(57)【要約】【課題】波長分散による遅延時間が大きい場合でも効率よく波長分散補償を行うことができる波長分散補償装置、波長分散補償方法及び通信装置を得る。【解決手段】帯域分割タイミング調整部１０が、受信信号を複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた複数の信号を結合する。波長分散補償部１７が、帯域分割タイミング調整部１０の出力信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償する。【選択図】図２
2018093280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する帯域分割タイミング調整部と、
前記帯域分割タイミング調整部の出力信号の波長分散を前記複数の周波数帯域ごとに補償する波長分散補償部とを備えることを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項２】
受信信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償する波長分散補償部と、
前記波長分散補償部の出力信号を前記複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する帯域分割タイミング調整部とを備えることを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項３】
前記波長分散補償部は所定の数のデータを処理範囲として順次的に補償処理を行い、隣接する処理範囲の間で一部のデータが共通となるオーバーラップ部分が存在することを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分散補償装置。
【請求項４】
前記オーバーラップ部分のオーバーラップ量は前記複数の周波数帯域ごとの波長分散に依存することを特徴とする請求項３に記載の波長分散補償装置。
【請求項５】
前記波長分散補償部は、
入力した信号をフーリエ変換によって周波数領域に変換する第１の高速フーリエ変換部と、
前記第１の高速フーリエ変換部の出力信号に前記複数の周波数帯域ごとに各周波数帯域に応じた波長分散を補償する逆伝達関数を乗算する逆伝達関数乗算部と、
前記逆伝達関数乗算部の出力信号を逆フーリエ変換によって時間領域に変換する第１の逆高速フーリエ変換部とを有することを特徴とする請求項３又は４に記載の波長分散補償装置。
【請求項６】
前記波長分散補償部は有限インパルス応答フィルタを有し、
前記有限インパルス応答フィルタのフィルタ係数は、前記複数の周波数帯域ごとに各周波数帯域に応じた波長分散を補償する逆伝達関数を逆フーリエ変換して生成したインパルス応答であることを特徴とする請求項３又は４に記載の波長分散補償装置。
【請求項７】
前記帯域分割タイミング調整部は、
入力した信号をフーリエ変換によって周波数領域に変換し、前記複数の周波数帯域ごとに分割する第２の高速フーリエ変換部と、
前記第２の高速フーリエ変換部の複数の出力信号をそれぞれ時間領域へ変換して前記複数の信号を得る複数の第２の逆高速フーリエ変換部と、
前記複数の信号の遅延量を調整してタイミングを時間領域において揃える遅延部と、
タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する結合部とを有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の波長分散補償装置。
【請求項８】
波長分散による前記受信信号の歪みを補償する請求項１〜７の何れか１項に記載の波長分散補償装置と、
偏波変動による前記受信信号の歪みを補償する等化処理を行う偏波処理・適応等化部と、
前記受信信号の誤りを検出して訂正する誤り訂正部とを備えることを特徴とする通信装置。
【請求項９】
光信号を受信して前記受信信号に変換する光信号受信部を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の通信装置。
【請求項１０】
帯域分割タイミング調整部が、受信信号を複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合するステップと、
波長分散補償部が、前記帯域分割タイミング調整部の出力信号の波長分散を前記複数の周波数帯域ごとに補償するステップとを備えることを特徴とする波長分散補償方法。
【請求項１１】
波長分散補償部が、受信信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償するステップと、
帯域分割タイミング調整部が、前記波長分散補償部の出力信号を前記複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合するステップとを備えることを特徴とする波長分散補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信における波長分散補償装置、波長分散補償方法及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレント光通信において、高速に変調された光信号が光ファイバ中を伝搬する際に波長分散が生じて、受信信号波形が歪むことが問題となっている。波長分散は、光ファイバ中を進む光の速度が波長（周波数）によって異なる現象である。即ち、光が光ファイバを伝搬する際の遅延時間は周波数によって異なる。光信号は、複数の周波数成分を持つため、波長分散の影響により波形ひずみが生じる。波長分散の影響は、光ファイバの長さが長い程大きくなる。そこで、主に受信側において伝送特性の補償及び遅延量の正確な同期を行うことで大容量化を図っている。
【０００３】
特許文献１には、波長分散による影響（周波数による遅延時間の関係）が模式的に示され、周波数領域又は時間領域において逆特性を付加することで補償する方法が示されている。また、非特許文献１には、受信側のデジタル信号処理により周波数領域において補償する方法が示されている。この方法では、時間領域にある受信信号をフーリエ変換によって周波数領域に変換し、周波数領域に変換された受信信号に波長分散特性とは逆の伝達関数を乗算し、逆フーリエ変換で再び時間領域に戻す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７８５６２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】総合報告「光通信ネットワークの大容量化に向けたディジタルコヒーレント信号処理技術の研究開発」鈴木扇太他、電子情報通信学会誌Ｖｏｌ．９５，Ｎｏ．１２，２０１２，ｐｐ１１００−１１１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の波長分散補償方法では、光ファイバの長さが長くなるほど、補償する遅延時間量も大きくする必要がある。このため、補償部自体の増大化を招くという問題があった。また、実装した補償部では補償できない場合もあった。特に、フーリエ変換によって周波数領域に変換して周波数領域で補償する方法では、有限のサンプル数毎の処理になる。フーリエ変換で処理する場合、隣接する処理範囲のオーバーラップ量を遅延時間量に応じて増大させる必要がある。これにより、フーリエ変換処理におけるオーバーラップ量の割合が大きくなり、処理速度の劣化と消費電力の増加を招くという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は波長分散による遅延時間が大きい場合でも効率よく波長分散補償を行うことができる波長分散補償装置、波長分散補償方法及び通信装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る波長分散補償装置は、受信信号を複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する帯域分割タイミング調整部と、前記帯域分割タイミング調整部の出力信号の波長分散を前記複数の周波数帯域ごとに補償する波長分散補償部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、波長分散による遅延時間が大きい場合でも効率よく波長分散補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコヒーレント光通信装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る波長分散補償装置を示す図である。
【図３】比較例に係る通信装置を示す図である。
【図４】比較例の波長分散補償の基本動作を説明するための図である。
【図５】比較例の波長分散補償におけるＦＦＴ処理方法を示す図である。
【図６】比較例のＦＦＴ処理におけるオーバーラップを説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る帯域分割タイミング調整部の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る波長分散補償部の動作原理を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る波長分散補償装置を一般化した例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る波長分散補償装置を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る波長分散補償部の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る帯域分割タイミング調整部の動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る波長分散補償装置を一般化した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る波長分散補償装置、波長分散補償方法及び通信装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信装置を示す図である。送信装置において、データ生成部１が生成したデータを光信号送信部２が光信号に変換して光ファイバ３に送信する。受信装置において、光信号受信部４が光ファイバ３から光信号を受信して受信信号に変換する。
【００１３】
光信号受信部４において、偏波分離器５が光信号を２つの直交偏波成分に分離する。これらの光信号と局発光源（不図示）の局発光が９０°ハイブリッド回路（不図示）に入力され、両光を互いに同相及び逆相で干渉させた１組の出力光、直交（９０°）及び逆直交（−９０°）で干渉させた１組の出力光の計４つの出力光が得られる。これらの出力光はフォトダイオード（不図示）によりそれぞれアナログ信号に変換される。これらのアナログ信号はＡＤ変換器６によりデジタル信号である受信信号に変換される。
【００１４】
光ファイバ３中を光信号が伝搬する際に、波長分散によって信号波形が歪む。波長分散補償装置７は、その歪の大きさを受信信号から推定して、波長分散による受信信号の歪みを補償する。また、光通信において水平偏波と垂直偏波を合成して送信し受信において分離する際に、偏波モード分散によって偏波変動が生じ波形が歪む。偏波処理・適応等化部８は、偏波変動による受信信号の歪みを補償する等化処理を行う。偏波分離は最初に光復調器によって行われるが、偏波処理・適応等化部８においてより完全に偏波分離が処理される。送信側でトレーニング信号やパイロット信号を挿入し、受信した該信号との誤差を最小にする方法等が提案されている。その後、誤り訂正部９が受信信号の誤りを検出して訂正する。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態１に係る波長分散補償装置を示す図である。帯域分割タイミング調整部１０において、周波数分割部１１が、サンプルデータに変換された受信信号を２つの周波数帯域ごとに分割して２つの信号を出力する。周波数分割部１１はＦＦＴ演算部１２と２つのＩＦＦＴ演算部１３，１４を有する。遅延部１５は、遅延量を調整して２つの信号のタイミングを時間領域において揃える。結合部１６は、タイミングを揃えた２つの信号を結合して再び１つの信号とする。
【００１６】
次に、波長分散補償部１７が、帯域分割タイミング調整部１０の出力信号の波長分散を２つの周波数帯域ごとに補償する。波長分散補償部１７は、ＦＦＴ演算部１８と、逆伝達関数乗算部１９と、ＩＦＦＴ演算部２０とを有する。
【００１７】
続いて、本実施の形態の動作を比較例と比較して説明する。図３は、比較例に係る通信装置を示す図である。比較例には帯域分割タイミング調整部１０が存在しない。
【００１８】
送信信号の占有帯域幅がＦＧＨｚ、その波長の広がりが１ｎｍ、光ファイバ３を含む光伝送路での波長分散がＤｐｓ／ｎｍとすると、受信装置における遅延時間は、Ｄｐｓ／ｎｍ×１ｎｍ＝Ｄｐｓとなる。波長分散による中心周波数ｆｃから広がる周波数に対する位相回転量は、一般的に下記の式で表される（例えば、特許文献１参照）。
【数１】
2018093280.tif 000003
【００１９】
図３の左下に、波長分散による位相回転量を示す。ここでは中心周波数ｆｃにおける位相回転量を基準（ゼロ）としている。実際の位相回転量はｅｘｐ（ｊφ）のφの部分に相当する。位相回転量は、３次の項を２次の項に比べて小さく無視し得ると考えると、中心周波数ｆｃからの周波数差ｆｃ−ｆの２次関数で近似できる。光速をｃとすると、波長の広がりは、ｃ／（ｆｃ−δｆ）−ｃ／（ｆｃ＋δｆ）となる。
【００２０】
波長分散補償部１７では、まず、ＦＦＴ演算部１８が受信信号ｘ（ｎ）をＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数領域Ｘ（ｋ）に変換する。
【数２】
2018093280.tif 000004
ここで、ｎは時間領域におけるサンプリングの順番を示す時間に関係する変数であり、ｋは周波数領域における周波数に関係する変数である。
【００２１】
次に、逆伝達関数乗算部１９が、上記の位相回転が逆回転になるようにＨ（ｋ）＝ｅｘｐ（−ｊφ）を乗ずる。これにより、波長分散による周波数に対する遅延を補償（相殺）できる。
【数３】
2018093280.tif 000005
次に、ＩＦＦＴ演算部２０が、Ｙ（ｋ）をＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）により時間領域の信号ｙ（ｎ）に戻す。
【数４】
2018093280.tif 000006
【００２２】
なお、中心周波数ｆｃの信号に対する周波数ｆｃ−ｆの信号の遅延時間δｔは、以下の式で示される。
【数５】
2018093280.tif 000007
この式から、遅延時間δｔは、中心周波数ｆｃからの周波数の広がりに比例することが分る。なお、波長分散Ｄは、送信側で予め情報系列に既知信号を埋め込み、受信側で既知信号を検出して比較することで精度よく推定することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【００２３】
図４は、比較例の波長分散補償の基本動作を説明するための図である。送信信号イメージの横軸には時間、縦軸には中心周波数ｆｃ及び占有帯域に相当するｆｃ＋δｆ〜ｆｃ−δｆが記されている。細線はサンプルのイメージを示す。各サンプルのデータはｆｃ±δｆの周波数成分を含んでおり、それらの周波数成分が合成されている。太線の範囲は、任意のサンプルデータの範囲が後にどのように変化するか分るように、便宜的に記載したものである。
【００２４】
ここで、光ファイバ３を含む伝送路で、中心周波数からの周波数差に対して２次関数で近似される波長分散による位相回転が発生したとする。送信信号イメージで示した範囲には、受信信号イメージに示すように、周波数が増加するにつれてほぼ線形に遅延が生じる。送信信号イメージでは長方形だった範囲は、受信信号イメージでは平行四辺形に変化する。
【００２５】
サンプリング速度をＳ［ｓ／ｓｅｃ］とすると、サンプリング周期は１／Ｓ［ｓｅｃ］となる。これにより、遅延時間Ｄ［ｐｓ］はＤ÷（１／Ｓ）＝Ｔサンプルと表すこともできる。この場合、中心周波数ｆｃからｆｃ＋δｆにおいてＴ／２サンプル分の遅れ、中心周波数ｆｃからｆｃ−δｆにおいてＴ／２サンプル分の進みとなる。各サンプルでは、隣接するサンプルから遅れた信号又は進んだ信号が結合される。これらが波形歪の原因となる。
【００２６】
上述した波長分散による遅延は、図４の下段に示した逆伝達関数の乗算によって補償される。補償後の信号イメージは、図４の下段右端に示した長方形に戻される。これは、時間領域において各周波数の信号が揃っていることを示している。各周波数の信号間の遅延差がほぼ無くなるため、波形歪が解消される。
【００２７】
図５は、比較例の波長分散補償におけるＦＦＴ処理方法を示す図である。ここでは、サンプリングされたディスクリート信号を処理するため、ＦＦＴを用いる例を示しているが、本動作原理はアナログ的な処理にも適用可能であることは言うまでもない。
【００２８】
波長分散がない場合は、図５の（ａ）に示すように、ＦＦＴ処理をオーバーラップなしに順次的に行う。ＦＦＴ処理はＤＦＴ（ディスクリートフーリエ変換）処理を高速したものである。ここでは、ＤＦＴの一般式を用いて処理の手順について説明する。
【数６】
2018093280.tif 000008
【００２９】
ｘ（ｎ）は受信信号を時間領域でサンプリングしたデータ、ｎはサンプリングされたデータの順番を示す変数である。ｎにサンプリング周期を乗ずると、時間が得られる。Ｎは１回の処理におけるサンプルデータの数であり、一般的には“ＦＦＴ処理範囲”、“ＦＦＴサイズ”又は“ＦＦＴのポイント数”と称される。ｋはＦＦＴによって周波数領域に変換されたデータの順番を示す変数であり、周波数に関連する変数である。ｋにサンプリング周波数／Ｎを乗ずると、周波数が得られる。
【００３０】
上述したように、１回のＦＦＴ処理では、Ｎ個のサンプルデータずつ処理が行われる。ここで、波長分散が無い場合は、ＦＦＴ処理の範囲（Ｎ）において、各サンプルデータの周波数成分は遅延差なく受信側に伝送されるので、周波数に対する遅延差による歪を考える必要はない。従って、各ＦＦＴ処理は、遅延を考慮したオーバーラップなしで順次的に処理を行うことができる。この場合は、１回のＦＦＴ処理で処理が行えるサンプル数は、Ｎのままである。勿論、ＦＦＴ処理を行う上で、エイリアシングを考慮した計算は必要であることは言うまでもない。
【００３１】
しかし、波長分散がある場合は、図５の（ｂ）に示すように、波長分散補償部１７は所定の数のデータを処理範囲として順次的に補償処理を行い、隣接する処理範囲の間で一部のデータが共通となるオーバーラップ部分が必要となる。オーバーラップ部分のオーバーラップ量は、複数の周波数帯域ごとの波長分散による遅延量に応じて決まる。この図では、ＦＦＴ処理範囲の半分がオーバーラップとして使用される例を示している。
【００３２】
図６は、比較例のＦＦＴ処理におけるオーバーラップを説明するための図である。各サンプルデータの周波数成分では、図４の受信信号イメージで示したように、周波数に応じて遅延量が変化する。図６の上段の図において、ＦＦＴの処理範囲の後端のＴ／２サンプルの部分に着目する。この部分のサンプルデータに関して、中心周波数ｆｃからｆｃ＋δｆまでの周波数成分には、遅延によりＦＦＴ処理範囲の外に出る成分Ａと、遅延によりＦＦＴ処理範囲に残る成分Ｂがある。また、中心周波数ｆｃからｆｃ−δｆまでの周波数成分には、ＦＦＴ処理範囲の外から進みによって入ってくる成分Ｃがある。
【００３３】
ここで、成分Ｂは、それよりも時間的に前のデータの補償に使用される。成分Ａは、ＦＦＴ処理範囲にないためこのＦＦＴ処理では補償に使用できない。即ちＴ／２のｆｃ〜ｆｃ＋δｆの周波数範囲は正しく補償されない。また、成分Ｃは、ＦＦＴ処理範囲外のｆｃ〜ｆｃ−δｆの範囲のデータが入り込んできているため、この部分についても正しく補償されない。即ち、Ｔ／２の部分は、それよりも時間的に前のデータの補償に使用されるが、その部分自体は正しく補償されない。従って、この部分が、各ＦＦＴ処理範囲のオーバーラップ部分となり、中央部のデータの補償には必要であるが、自身の補償は行えず、補償処理後は破棄される。上述したように、一般的にオーバーラップ部分は、Ｔ／２とすることが望ましい。なお、波長分散補償は、それぞれのＦＦＴ処理結果に逆伝達関数を乗ずることで行われる。
【００３４】
上述の結果から、波長分散により周波数に対して遅延が生じた受信信号をＦＦＴ処理する場合は、遅延量に対応したオーバーラップが必要である。そして、遅延時間の増加に対してオーバーラップ量も大きくする必要がある。オーバーラップ量の増大は、ＦＦＴ処理範囲の増大にもつながり、計算量と消費電力が増える。逆に、ＦＦＴ処理範囲（＝ＦＦＴサイズ）が決まっていると、ＦＦＴ処理範囲からオーバーラップ部分を引いた量が、実質的に１回の処理で補償処理が行える範囲となる。この補償処理が行える範囲が小さくなると、全体の処理速度の低下に繋がる。
【００３５】
図７は、本発明の実施の形態１に係る帯域分割タイミング調整部の動作を説明するための図である。ＦＦＴ演算部１２が受信信号をＦＦＴにより周波数領域に変換する。その出力を２つに分けることで周波数帯域を２つに分ける。次に、図７の上段の左側の図に示すように、２つに分けた周波数帯域の信号をＩＦＦＴ演算部１３，１４がＩＦＦＴによりそれぞれ時間領域に変換する。次に、図７の上段の右側の図に示すように、遅延部１５が、時間領域に戻した２つの信号の片側に、２つの信号の遅延差に相当する遅延を挿入する。この遅延は、サンプル遅延量をずらすことで容易に実施できる。これにより、２つの信号のタイミングを揃えることで、全体の遅延量を帯域分割前の遅延量の半分に低減することができる。この例では、ＦＦＴ処理の前端と後端の遅延量をそれぞれＴ／４に低減できる。
【００３６】
なお、帯域分割タイミング調整部１０のＦＦＴ演算部１２の処理範囲Ｍは、波長分散補償部１７のＦＦＴ演算部１８の処理範囲Ｎと同じである必要はない。順次的にＭデータずつ処理することで、図７の最下段の図に示すように、波長分散による遅延量を処理前の半分にしたサンプルデータ列を作ることができる。各帯域における信号の遅延量が比較例と比べて１／２になったため、波長分散補償部１７のＦＦＴ処理におけるオーバーラップ量も半分にすることができる。なお、本実施の形態では帯域分割タイミング調整部１０にＦＦＴを用いた例を示したが、これに限らず、帯域フィルタ等、周波数を分ける方法であればよい。
【００３７】
本実施の形態に係る波長分散補償部１７の構成は比較例と基本的には同じであるが、逆伝達関数乗算部１９の関数設定が異なる。図８は、本発明の実施の形態１に係る波長分散補償部の動作原理を説明するための図である。
【００３８】
帯域分割タイミング調整部１０によって遅延調整された２つの信号における波長分散に関する遅延量が比較例の半分になった。従って、図８の上段に示すように、波長分散補償部１７のＦＦＴ処理のオーバーラップ量も、比較例の半分であるＴ／４にできる。更に、この信号の２つの周波数帯域にそれぞれ波長分散が生じていると考えられるため、逆伝達関数の乗算による補償はそれぞれの周波数帯域に対して実行される。具体的には、図８に示した逆伝達関数のように、それぞれの周波数帯域に対する２次関数の共役値が逆伝達関数となる。
【００３９】
本実施の形態では、オーバーラップ量は片側Ｔ／４サンプルである。ＦＦＴ処理範囲はＮサンプルのため、それから両側のオーバーラップ量を減ずると、１回のＦＦＴで処理されるサンプル数はＮ−Ｔ／４×２となる。一方、比較例では、オーバーラップ量は片側Ｔ／２サンプルであるため、１回のＦＦＴで処理されるサンプル数はＮ−Ｔ／２×２となる。ＦＦＴ処理範囲Ｎの半分をオーバーラップとする１／２オーバーラップＦＦＴの場合、Ｎ＝Ｔ／２×２×２＝２Ｔとなる。従って、１回のＦＦＴで処理されるサンプル数は、比較例ではＮ−Ｔ／２×２＝Ｔとなり、本実施の形態ではＮ−Ｔ／４×２＝（３／２）Ｔとなる。よって、本実施の形態の処理速度は比較例と比べて１．５倍となる。また、オーバーラップの処理に要する電力も半減できる。
【００４０】
図９は、本発明の実施の形態１に係る波長分散補償装置を一般化した例を示す図である。この例では、上記の実施の形態を更に一般化して複数の周波数帯域に分けて処理する。即ち、帯域分割タイミング調整部１０は、波長分散によって周波数に応じて遅延した受信信号を複数の周波数帯域ごとに分割する。具体的には、ＦＦＴ演算部１２が、入力した信号をＦＦＴによって周波数領域に変換し、複数の周波数帯域ごとに分割して出力する。複数のＩＦＦＴ演算部１３，１４が、ＦＦＴ演算部１２の複数の出力信号をそれぞれ時間領域へ変換して複数の信号を得る。遅延部１５が、それらの複数の信号の遅延量を調整してタイミングを時間領域において揃える。結合部１６が、タイミングを揃えた複数の信号を結合する。
【００４１】
波長分散補償部１７は、帯域分割タイミング調整部１０の出力信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償する。具体的には、ＦＦＴ演算部１８が、入力した信号をＦＦＴによって周波数領域に変換する。逆伝達関数乗算部１９が、ＦＦＴ演算部１８の出力信号に複数の周波数帯域ごとに各周波数帯域に応じた波長分散を補償する逆伝達関数を乗算する。ＩＦＦＴ演算部２０が、逆伝達関数乗算部１９の出力信号を逆フーリエ変換によって時間領域に変換する。
【００４２】
分割された複数の信号の各周波数帯域は元の受信信号の周波数帯域に比べて小さいため、分割された各信号における波長分散による遅延量も元の受信信号の遅延量より小さくなる。従って、各帯域における遅延量は分割前の帯域の遅延量よりも低減される。また、周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを揃えることで全体の遅延量を低減することができる。従って、補償に要する処理を減らすことができるため、波長分散による遅延時間が大きい場合でも効率よく波長分散補償を行うことができる。
【００４３】
また、波長分散補償部１７におけるフーリエ変換などの補償処理において、隣接する処理範囲のオーバーラップ量は遅延量に応じて増大させる必要がある。これに対して、本実施の形態では、帯域分割タイミング調整部１０が、複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号を時間領域においてシフト調整してタイミングを揃える。このため、波長分散による遅延時間が大きい場合でも波長分散補償のオーバーラップ量を増やさなくてもよい。よって、処理速度を向上させ、消費電力を限定することができる。本例では、周波数分割数が大きい程、効果も向上するが、その効果は飽和すると共に回路が複雑化する。実質的な分割数は、上記のバランスを考慮して決定することが望ましい。
【００４４】
実施の形態２．
実施の形態１では、受信信号を帯域分割して時間領域で遅延調整を行い、その時間信号に対して波長分散補償を行う。これらは時間領域において独立的な線形処理であるので、順番を逆にしても同様の効果が得られる。
【００４５】
図１０は、本発明の実施の形態２に係る波長分散補償装置を示す図である。帯域分割タイミング調整部１０と波長分散補償部１７の配置が実施の形態１とは逆である。波長分散補償部１７の構成は比較例と基本的には同じであるが、逆伝達関数乗算部１９の関数設定が異なる。
【００４６】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る波長分散補償部の動作を説明するための図である。受信信号には、波長分散によって周波数帯域に対してＴサンプルの遅延が生じている。なお、ＦＦＴ処理範囲内に描かれている太字で囲まれている平行四辺形は、周波数帯域に対する遅延を分りやすく表現するために便宜上描いているもので、補償されるデータのみを表してはいない。
【００４７】
波長分散補償部１７は、実施の形態１と同様の処理を行う。即ち、オーバーラップ量をＦＦＴ処理範囲の前端と後端で片側Ｔ／４サンプルとしてＦＦＴ処理を行い、そのオーバーラップ量で処理できる遅延量に対応する周波数帯域に分ける。その分けた周波数帯域ごとに逆伝達関数を設定することで、一度の乗算で補償処理を行う。
【００４８】
これにより各周波数帯域で補償が行われるが、図１１の上段の右端に示すように、補償された２つの周波数帯域の信号間には補償前の２つの周波数帯域の信号間の遅延差とほぼ同じ遅延差が生じる。次のＦＦＴ処理範囲においても同様の信号が形成される。この遅延差を持った２つの周波数帯域の信号が時間領域において帯域分割タイミング調整部１０に供給される。
【００４９】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る帯域分割タイミング調整部の動作を説明するための図である。ＦＦＴ演算部１２が、帯域分割タイミング調整部１０に入力された信号をＦＦＴにより再び周波数領域に変換し、波長分散補償部１７で分けた周波数帯域ごとに分割する。ＩＦＦＴ演算部１３，１４が、それぞれの信号をＩＦＦＴにより時間領域の信号にする。遅延部１５が、時間領域に戻した２つの信号の片側に、２つの信号の遅延差に相当する遅延を挿入して２つの信号のタイミングを揃える。次に、結合部１６が、シフト調整した２つの信号を結合する。
【００５０】
上記の処理により、実施の形態１と同様に、波長分散補償部１７でのＦＦＴ処理のオーバーラップ量を比較例のオーバーラップ量よりも半減できる。従って、ＦＦＴ処理範囲からオーバーラップ量を減じた１回当たりのＦＦＴ処理量及び処理速度は比較例の１．５倍となる。また、オーバーラップの処理に要する電力を半減できる。
【００５１】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る波長分散補償装置を一般化した例を示す図である。この例では、上記の実施の形態を更に一般化して複数の周波数帯域に分けて処理する。
【００５２】
波長分散補償部１７の逆伝達関数乗算部１９には、複数の周波数帯域ごとに、それぞれの波長分散によって生じる遅延を補償する逆伝達関数が設定される。分割数をｐとすると、分割後の各周波数帯域の遅延量は分割前の遅延量の１／ｐとなる。従って、ＦＦＴ処理におけるオーバーラップ量も分割前の１／ｐに減らすことができる。この波長分散補償部１７によって補償された受信信号では、時間領域において、複数の周波数帯域の間で１／ｐの遅延量とほぼ等しい遅延差が生じる。そこで、帯域分割タイミング調整部１０において、複数の周波数帯域ごとに信号を分割した後、複数の遅延部１５が複数の信号を時間領域においてシフト調整して波長分散による遅延量を揃える。これにより、実施の形態１と同様に、複数の周波数帯域の信号のタイミングが一致するように調整される。
【００５３】
これにより、波長分散補償部１７のＦＦＴ処理のオーバーラップ量を図１０の例よりも低減することができる。その分、１回当たりのＦＦＴ処理量を増大できるため、処理速度が速くなる。また、オーバーラップの処理に要する電力を１／ｐにできる。本例では、周波数分割数が大きい程、効果も向上するが、その効果は飽和すると共に回路が複雑化する。実質的な分割数は、上記のバランスを考慮して決定することが望ましい。
【００５４】
なお、実施の形態１，２では、波長分散補償部１７をＦＦＴで構成する例を示したが、この構成に限定されない。例えば、図１０および図１３のＩＦＦＴ演算部２０とＦＦＴ演算部１２が、図１０および図１３のように接続された場合、データに対して恒等的な演算となるため、これを省略することができる。即ち、逆伝達関数乗算部１９の出力を直接的に周波数分割部１１のＩＦＦＴ演算部に入力できる。この場合、ＦＦＴ演算のポイント数に差があっても、分割する周波数帯域をほぼ同じにすればよい。波長分散補償部１７が所定の数のデータ（有限のサンプルデータ）を処理範囲として順次的に補償処理を行い、隣接する処理範囲の間で一部のデータが共通となるオーバーラップ部分が存在すればよい。この場合において、周波数帯域を分割して各帯域の遅延を低減する帯域分割タイミング調整部１０を組み合わせることで、上記と同様にオーバーラップ量を低減することができる。例えば、波長分散補償部１７は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタでも構成できる。この場合、複数の周波数帯域ごとに各周波数帯域に応じた波長分散を補償する上述の逆伝達関数を逆フーリエ変換して生成したインパルス応答を有限インパルス応答フィルタのフィルタ係数として使用することができる。この方法はトランスバーサルフィルタとして用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【００５５】
また、実施の形態１，２の波長分散補償方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステム又はプログラマブルロジックデバイスに読み込ませ、実行することにより波長分散補償を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
４  光信号受信部、７  波長分散補償装置、８  偏波処理・適応等化部、９  誤り訂正部、１０  帯域分割タイミング調整部、１２  ＦＦＴ演算部（第２の高速フーリエ変換部）、１３，１４  ＩＦＦＴ演算部（第２の逆高速フーリエ変換部）、１５  遅延部、１６  結合部、１７  波長分散補償部、１８  ＦＦＴ演算部（第１の高速フーリエ変換部）、１９  逆伝達関数乗算部、２０  ＩＦＦＴ演算部（第１の逆高速フーリエ変換部）
【図１】
2018093280.tif 000009
【図２】
2018093280.tif 000010
【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】
2018093280.tif 000017
【図１０】
2018093280.tif 000018
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月10日(2018.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償する波長分散補償部と、
前記波長分散補償部の出力信号を前記複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する帯域分割タイミング調整部とを備えることを特徴とする波長分散補償装置。
【請求項２】
前記波長分散補償部は所定の数のデータを処理範囲として順次的に補償処理を行い、隣接する処理範囲の間で一部のデータが共通となるオーバーラップ部分が存在することを特徴とする請求項１に記載の波長分散補償装置。
【請求項３】
前記オーバーラップ部分のオーバーラップ量は前記複数の周波数帯域ごとの波長分散に依存することを特徴とする請求項２に記載の波長分散補償装置。
【請求項４】
前記波長分散補償部は、
入力した信号をフーリエ変換によって周波数領域に変換する第１の高速フーリエ変換部と、
前記第１の高速フーリエ変換部の出力信号に前記複数の周波数帯域ごとに各周波数帯域に応じた波長分散を補償する逆伝達関数を乗算する逆伝達関数乗算部と、
前記逆伝達関数乗算部の出力信号を逆フーリエ変換によって時間領域に変換する第１の逆高速フーリエ変換部とを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の波長分散補償装置。
【請求項５】
前記波長分散補償部は有限インパルス応答フィルタを有し、
前記有限インパルス応答フィルタのフィルタ係数は、前記複数の周波数帯域ごとに各周波数帯域に応じた波長分散を補償する逆伝達関数を逆フーリエ変換して生成したインパルス応答であることを特徴とする請求項２又は３に記載の波長分散補償装置。
【請求項６】
前記帯域分割タイミング調整部は、
入力した信号をフーリエ変換によって周波数領域に変換し、前記複数の周波数帯域ごとに分割する第２の高速フーリエ変換部と、
前記第２の高速フーリエ変換部の複数の出力信号をそれぞれ時間領域へ変換して前記複数の信号を得る複数の第２の逆高速フーリエ変換部と、
前記複数の信号の遅延量を調整してタイミングを時間領域において揃える遅延部と、
タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する結合部とを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の波長分散補償装置。
【請求項７】
波長分散による前記受信信号の歪みを補償する請求項１〜６の何れか１項に記載の波長分散補償装置と、
偏波変動による前記受信信号の歪みを補償する等化処理を行う偏波処理・適応等化部と、
前記受信信号の誤りを検出して訂正する誤り訂正部とを備えることを特徴とする通信装置。
【請求項８】
光信号を受信して前記受信信号に変換する光信号受信部を更に備えることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
波長分散補償部が、受信信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償するステップと、
帯域分割タイミング調整部が、前記波長分散補償部の出力信号を前記複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合するステップとを備えることを特徴とする波長分散補償方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る波長分散補償装置は、受信信号の波長分散を複数の周波数帯域ごとに補償する波長分散補償部と、前記波長分散補償部の出力信号を前記複数の周波数帯域ごとに分割した複数の信号のタイミングを時間領域において揃え、タイミングを揃えた前記複数の信号を結合する帯域分割タイミング調整部とを備えることを特徴とする。