(57)【要約】【課題】光送受信機を小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる光送信機、光受信機及び光送受信機を提供する。【解決手段】光送信機は、半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、利得係数の逆特性を表す値を送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、利得係数の逆特性を表す値が乗算された送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを備える。【選択図】図１
2018019255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、
前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器と
を備える光送信機。
【請求項２】
半導体光増幅器によって非線形信号歪みが生じた送信信号に基づく光信号を光送信機から取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、
前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、
推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部と
を備える光受信機。
【請求項３】
半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、
前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器と
を有する光送信機と、
前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、
前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、
推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部と
を有する光受信機と
を備える光送受信機。
【請求項４】
半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、
前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器と
を有する光送信機と、
前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、
前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、
を有する光受信機と
を備え、
前記光受信機は、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部
をさらに備える、光送受信機。
【請求項５】
半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、
前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器と
を有する光送信機と、
前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と
を有する光受信機と
を備え、
前記光受信機は、
前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、
推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部と
をさらに備える、光送受信機。
【請求項６】
送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器と
を有する光送信機と、
前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、
前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、
推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部と
を有する光受信機と
を備え、
前記光受信機は、
前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値に応じたアナログ信号を前記受信信号に乗算する非線形信号歪み補償部
をさらに備える、光送受信機。
【請求項７】
送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器と
を有する光送信機と、
前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、
前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、
推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部と
を有する光受信機と
を備え、
前記光受信機は、
前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記受信信号に乗算する非線形信号歪み補償部
をさらに備える、光送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機、光受信機及び光送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムの光送受信機は、コヒーレント光通信技術とデジタル信号処理技術とが組み合わされたデジタルコヒーレント技術によって通信する。光送受信機は、ＰＤＭ−ＱＰＳＫ（Polarization Division Multiplexed Quadrature Phase Shift Keying）変調方式によって、１チャネルあたり１００Ｇｂｉｔ／ｓで光信号を送信する。光送受信機は、８０波の光信号を波長多重伝送技術によって多重することによって、１本の光ファイバで総伝送容量８Ｔｂｉｔ／ｓの大容量化を実現する（非特許文献１）。
【０００３】
さらに、光送受信機は、総伝送容量を数十Ｔｂｉｔ／ｓに拡大するために１チャネルあたりの光伝送容量を拡大して、ＰＤＭ−１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の多値変調技術と、多値変調信号をサブキャリア信号として多重して１チャネルの光信号として扱うマルチキャリア光伝送技術とを用いる（非特許文献２）。
【０００４】
メトロネットワーク等の比較的短距離な伝送路における光伝送システムでは、光送受信機の小型化及び低消費電力化が求められている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】川崎岳，井波政朗，島崎大作，行田克俊，“100Gbit/s高速大容量パケットトランスポートシステムの実用化開発，”信学論(B), vol.J99-B, no.4, pp.275-282, 2016.
【非特許文献２】H. Maeda, T. Kotanigawa, K. Saito, M. Yokota, S. Yamamoto, F. Hamaoka, M. Yoshida, M. Suzuki, and T. Seki, “Field Trial of Simultaneous 100-Gbps and 400-Gbps Transmission Using Advanced Digital Coherent Technologies,”OFC2016, W1K.4.
【非特許文献３】A. A. M. Saleh, “Nonlinear Models of Travelling-wave Optical Amplifiers,”Electronics Letters, vol.24, no.14, pp.835-837, 1988.
【非特許文献４】N. Kamitani, Y. Yoshida, and K. Kitayama, “Experimental Study on Impact of SOA Nonlinear Phase Noise in 40Gbps Coherent 16QAM Transmissions,”ECOC2012, P1.04.
【非特許文献５】S. Okamoto, M. Yoshida, K. Yonenaga, and T. Kataoka. “Adaptive Pre-equalization using Bidirectional Pilot Sequences to Estimate and Feed Back Amplitude Transfer Function and Chromatic Dispersion,”OFC2015 Th2A.29.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、低消費電力で駆動する半導体光増幅器を光送受信機に内蔵等することによって、光送受信機を小型化及び低消費電力化することが検討されている。しかしながら、従来の光送受信機は、光送受信機を小型化及び低消費電力化した場合には、信号品質を向上させることができないという問題があった。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、光送受信機を小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる光送信機、光受信機及び光送受信機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】
【０００８】
本発明の一態様は、半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを備える光送信機である。
【０００９】
本発明の一態様は、半導体光増幅器によって非線形信号歪みが生じた送信信号に基づく光信号を光送信機から取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部とを備える光受信機である。
【００１０】
本発明の一態様は、半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを有する光送信機と、前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部とを有する光受信機とを備える光送受信機である。
【００１１】
本発明の一態様は、半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを有する光送信機と、前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、を有する光受信機とを備え、前記光受信機は、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部をさらに備える、光送受信機である。
【００１２】
本発明の一態様は、半導体光増幅器によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記送信信号に乗算する非線形信号歪み補償部と、前記利得係数の逆特性を表す値が乗算された前記送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを有する光送信機と、前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機とを有する光受信機とを備え、前記光受信機は、前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部とをさらに備える、光送受信機である。
【００１３】
本発明の一態様は、送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを有する光送信機と、前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部とを有する光受信機とを備え、前記光受信機は、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値に応じたアナログ信号を前記受信信号に乗算する非線形信号歪み補償部をさらに備える、光送受信機である。
【００１４】
本発明の一態様は、送信信号を変調し、光信号を生成する光変調器とを有する光送信機と、前記送信信号に基づく前記光信号を取得し、前記光信号に基づく受信信号を生成する光コヒーレント受信機と、前記送信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号の比較結果に基づいて、半導体光増幅器によって前記送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する非線形信号歪み推定部と、推定された前記非線形信号歪みに基づいて前記半導体光増幅器の物理パラメータを推定し、前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値を前記光送信機に出力する物理パラメータ推定部とを有する光受信機とを備え、前記光受信機は、前記半導体光増幅器によって前記送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を前記半導体光増幅器の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、前記利得係数の逆特性を表す値を前記受信信号に乗算する非線形信号歪み補償部をさらに備える、光送受信機である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、光送受信機を小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における、光送受信機の構成の例を示す図である。
【図２】第１実施形態における、送信信号生成部の構成の例を示す図である。
【図３】第２実施形態における、光送受信機の構成の例を示す図である。
【図４】第３実施形態における、光送受信機の構成の例を示す図である。
【図５】第４実施形態における、光送受信機の構成の例を示す図である。
【図６】第５実施形態における、光送受信機の構成の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、光送受信機１ａの構成の例を示す図である。光送受信機１ａ（光伝送システム）は、光信号を用いた通信機器である。光送受信機１ａは、光送信機２ａと、伝送路３と、光受信機４ａと、制御チャネル５とを備える。光送信機２ａは、光信号を送信する通信機器である。光送信機２ａは、送信信号生成部２０ａと、光変調器２１とを備える。光送信機２ａは、半導体光増幅器２２を内蔵又は外付けで備える。光受信機４ａは、半導体光増幅器２２を備えてもよい。伝送路３は、半導体光増幅器２２を備えてもよい。送信信号生成部２０ａは、バイナリ情報である送信データ系列に基づいて、変調信号系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）を生成する。
【００１９】
図２は、送信信号生成部２０ａの構成の例を示す図である。送信信号生成部２０ａは、ビットマッピング部２００と、波形整形部２０１と、非線形信号歪み補償部２０２と、ＤＡＣ２０３（デジタルアナログ変換部、Digital-to-Analog Converter）とを備える。
【００２０】
ビットマッピング部２００は、送信データ系列を取得する。ビットマッピング部２００は、送信データ系列の送信ビットを、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等のシンボル点に割り当てる。なお、シンボル点は、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭ以外の変調フォーマットのシンボル点でもよい。
【００２１】
波形整形部２０１は、レイズド・コサイン・フィルタ（Raised Cosine Filter）やルート・レイズド・コサイン・フィルタ（Root Raised Cosine Filter）等を用いたフィルタリング処理を、送信信号に対して実行する。波形整形部２０１は、前置波長分散補償や前置非線形光学効果補償等の前置信号補償を実行してもよい。波形整形部２０１は、電気回路や光変調器２１における周波数特性の補償を実行してもよい。
【００２２】
非線形信号歪み補償部２０２は、送信信号を波形整形部２０１から取得する。第１実施形態では、非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定値を、光受信機４ａから取得する。非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定値に基づいて、未知の送信信号に半導体光増幅器２２によって生じる非線形信号歪みを推定し、非線形信号歪みを補償する。
【００２３】
非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）を、半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定値に基づいて算出する。非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性の利得係数−ｈ（ｔ）を用いて、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性を表す値（ｅｘｐ（（−ｈ（ｔ）（１＋ｊα））/２））を算出する。非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性を表す値（ｅｘｐ（（−ｈ（ｔ）（１＋ｊα））/２））を、送信信号に乗算する。これにより、非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みを、予等化することができる。
【００２４】
半導体光増幅器２２が取得した光信号と半導体光増幅器２２が出力した光信号との関係は、式（１）に示す物理モデルで示される（非特許文献３及び非特許文献４参照）。
【００２５】
【数１】
2018019255.tif 000003
【００２６】
ここで、ＥＩ（ｔ）は、半導体光増幅器２２が取得した光信号（送信信号生成部２０ａの送信信号）の複素振幅を示す。Ｅｏ（ｔ）は、半導体光増幅器２２が送信した光信号（光受信機４ａの受信信号）の複素振幅を示す。ｈ（ｔ）は、利得係数を示す。αは、線幅増大係数を示す。ｊは、虚数単位を示す。ｅｘｐ（ｈ（ｔ）（１＋ｊα）／２）は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みを示す。
【００２７】
式（１）に示す物理モデルでは、利得係数ｈ（ｔ）は、式（２）に示す微分方程式で表現される。
【００２８】
【数２】
2018019255.tif 000004
【００２９】
ここで、τｃは、キャリア寿命を示す。ｈ０は、非飽和利得を示す。Ｐｓａｔは、飽和出力を示す。これらは、式（１）に示す線幅増大係数αとともに、半導体光増幅器２２の物理パラメータである。式（１）に示す物理モデルでは、これらの物理パラメータが求まれば、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みの挙動は、表現可能である。
【００３０】
半導体光増幅器２２が取得した光信号のパワーに利得係数ｈ（ｔ）の時間変化が依存していることは、式（２）に示されている。したがって、半導体光増幅器２２の物理パラメータが分かれば、光信号のパワーに依存した利得係数ｈ（ｔ）は、式（２）から求めることができる。
【００３１】
非線形信号歪み補償部２０２は、例えば、オイラー法やＮ次（Ｎは正の整数）のルンゲクッタ法による時間発展解法によって、式（２）から利得係数ｈ（ｔ）を数値解として求めることができる。非線形信号歪み補償部２０２は、式（２）から利得係数ｈ（ｔ）を求める場合、解析解が存在すれば解析解を用いてもよい。
【００３２】
非線形信号歪み補償部２０２は、利得係数ｈ（ｔ）の逆特性の利得係数（−ｈ（ｔ））を用いて、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性を表す値（ｅｘｐ（−ｈ（ｔ）（１＋ｊα）／２））を算出する。
【００３３】
非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性を表す値（ｅｘｐ（−ｈ（ｔ）（１＋ｊα）／２））を送信信号ＥＩ（ｔ）に乗算することによって、半導体光増幅器２２で送信信号に生じる非線形信号歪みを補償する。これにより、非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みを、予等化することができる。
【００３４】
なお、非線形信号歪み補償部２０２は、時間発展解法以外の解法によって、式（２）から利得係数ｈ（ｔ）を求めてもよい。半導体光増幅器２２の物理パラメータが推定されていない場合、非線形信号歪み補償部２０２は、利得係数ｈ（ｔ）を０にしてもよい。半導体光増幅器２２の物理パラメータが推定されていない場合、送信信号は、非線形信号歪み補償部２０２を迂回してもよい。
【００３５】
ＤＡＣ２０３は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。ＤＡＣ２０３は、アナログ信号である送信信号を光変調器２１に出力する。
【００３６】
図１に戻り、光送受信機１ａの構成の例を説明する。
光変調器２１は、ドライバアンプと、レーザモジュールと、偏波多重のマッハチェンダ型ベクトル変調器（偏波多重ＩＱ変調器）とを備える。ドライバアンプは、送信信号の振幅をレーンごとに増幅する。光変調器２１は、レーザモジュールの代わりに、直接変調光源を備えてもよい。光変調器２１は、強度変調器でもよい。光変調器２１は、変調信号系列を変調する。光変調器２１は、偏波多重の光変調信号を半導体光増幅器２２に出力する。なお、光変調器２１は、単一偏波の光変調信号を半導体光増幅器２２に出力してもよい。
【００３７】
半導体光増幅器２２は、変調された光信号（光変調信号）を光変調器２１から取得する。半導体光増幅器２２は、光信号の強度を増幅する。半導体光増幅器２２では、半導体内のキャリア再結合に伴い、光信号の強度に依存して利得変動が生じる。このため、パターン効果による非線形信号歪みが光信号に生じて、信号特性が劣化する。半導体光増幅器２２は、非線形信号歪みが生じた光信号を、伝送路３を介して光受信機４ａに出力する。
【００３８】
伝送路３は、光ファイバ３０と、光増幅器３１とを備える。伝送路３は、光信号の経路を切り替えるための経路切り替え器をさらに備えてもよい。光ファイバ３０は、光信号を伝送する。光増幅器３１は、光信号の強度を増幅する。
【００３９】
光受信機４ａは、光信号を受信する通信機器である。光受信機４ａは、光コヒーレント受信機４０と、デジタル信号処理部４１と、受信データ復調部４２と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４とを備える。光受信機４ａは、レーザモジュールをさらに備える。光コヒーレント受信機４０は、レーザモジュールによる局発光を用いて、アナログ信号である受信信号（ベースバンド信号）に光信号を変換する。
【００４０】
デジタル信号処理部４１は、アナログ信号である受信信号をデジタル信号である受信信号に変換する。デジタル信号処理部４１は、伝送路３で光信号に生じた波長分散、偏波変動、非線形光学効果による波形劣化を、デジタル信号処理によって補償する。デジタル信号処理部４１は、光送信機２ａのレーザと光受信機４ａのレーザとの周波数誤差と、光送信機２ａ及び光受信機４ａのレーザの線幅による位相雑音とを、デジタル信号処理によって補償する。
【００４１】
受信データ復調部４２は、波形劣化が補償された受信信号を、デジタル信号処理部４１から取得する。受信データ復調部４２は、デジタル信号である受信信号に基づいて、送信データ系列のバイナリ情報を復調する。
【００４２】
非線形信号歪み推定部４３は、光送信機２ａの送信信号に基づくデジタル信号である受信信号を、デジタル信号処理部４１から取得する。非線形信号歪み推定部４３は、光送信機２ａの送信信号を、参照信号として光送信機２ａから取得する。例えば、非線形信号歪み推定部４３は、コミュニケーションチャネル（非特許文献５参照）、ＮＥ−ＯｐＳ（Network Element-Operations Systems）又はＮＷ−ＯｐＳ（Network-Operations System）等である制御チャネル５を介して、光送信機２ａの送信信号を参照信号として光送信機２ａから取得する。例えば、非線形信号歪み推定部４３は、送信データ系列の一部の既知信号を、参照信号として光送信機２ａから取得する。例えば、非線形信号歪み推定部４３は、例えば、非線形信号歪み推定部４３は、受信信号のシンボルの値の系列を、参照信号として光送信機２ａから取得する。
【００４３】
非線形信号歪み推定部４３は、測定された光信号Ｅｏ（ｔ）を光信号ＥＩ（ｔ）で除算した結果と式（１）とに基づいて、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みを表す値（ｅｘｐ（ｈ（ｔ）（１＋ｊα）／２））と線幅増大係数αとを、式（３）のように求める。
【００４４】
【数３】
2018019255.tif 000005
【００４５】
非線形信号歪み推定部４３は、参照信号を繰り返し信号として同一シンボルの平均値を算出してもよい。これにより、非線形信号歪み推定部４３は、白色雑音による信号歪みを軽減することができる。非線形信号歪み推定部４３は、非線形信号歪みの推定精度を上げることができる。
【００４６】
非線形信号歪み推定部４３は、半導体光増幅器２２による非線形信号歪みが大きい場合、信号品質の劣化により、非線形信号歪みを精度よく推定することができない場合がある。非線形信号歪み推定部４３は、一度推定した値をフィードバックして推定を繰り返してもよい。これにより、非線形信号歪み推定部４３は、半導体光増幅器２２による非線形信号歪みが大きい場合でも、より高い精度で伝達関数を補償することができる。
【００４７】
半導体光増幅器２２の物理パラメータの測定値は、半導体光増幅器２２の製造誤差等に起因する個体差によって、半導体光増幅器２２の物理パラメータの設計値とは異なる場合がある。そこで、物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２の物理パラメータを、デジタル信号処理によって推定する。これによって、光送信機２ａの非線形信号歪み補償部２０２は、光送信機２ａの半導体光増幅器２２の個体差を吸収して、非線形信号歪みを補償することができる。非線形信号歪み補償部２０２は、未知の物理パラメータを有する半導体光増幅器２２に対しても、非線形信号歪みを補償することができる。物理パラメータ推定部４４は、非線形信号歪み推定部４３が参照信号に基づいて非線形信号歪みを推定した結果に基づいて、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定する。
【００４８】
物理パラメータ推定部４４は、式（３）を用いて求められた利得係数ｈ（ｔ）と式（２）とよって、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定する。半導体光増幅器２２の物理パラメータは、例えば、キャリア寿命τｃ、非飽和利得ｈ０、飽和出力Ｐｓａｔである。
【００４９】
物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定する方法は、特定の方法に限定されない。例えば、物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２の物理パラメータを、最小二乗法によるフィッティングや、連立方程式による算出等によって推定してもよい。
【００５０】
物理パラメータ推定部４４は、コミュニケーションチャネル（非特許文献５参照）、ＮＥ−ＯｐＳ又はＮＷ−ＯｐＳ等の制御チャネル５を通じて、半導体光増幅器２２の物理パラメータを非線形信号歪み補償部２０２にフィードバックする。
【００５１】
なお、物理パラメータ推定部４４は、光送信機２ａと光受信機４ａとが専用線で直結されている場合、伝送路３の代わりに専用線を伝送された光信号に基づいて、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定してもよい。物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定した後において、参照信号が加えられた送信信号から参照信号を削除した結果の信号を光送信機２ａ及び受信データ復調部４２に送信することができる。この後に、物理パラメータを再度推定する必要がある場合、物理パラメータ推定部４４は、送信信号に参照信号を再び加えてもよい。物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２に注入される電流が変化しない場合や、半導体光増幅器２２が取得する光信号の強度が変化しない場合、半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定結果を継続的に使用することができる。これらの場合、物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定を一時停止してもよいし、半導体光増幅器２２の物理パラメータを継続的及び定期的に算出してもよい。物理パラメータ推定部４４は、半導体光増幅器２２に注入される電流が変化しない場合や、半導体光増幅器２２が取得する光信号の強度が変化した場合、半導体光増幅器２２の物理パラメータを再び算出する。
【００５２】
以上のように、第１実施形態の光送受信機１ａは、光送信機２ａと、光受信機４ａとを備える。光送信機２ａは、非線形信号歪み補償部２０２と、光変調器２１とを有する。非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、利得係数の逆特性を表す値を送信信号に乗算する。光変調器２１は、利得係数の逆特性を表す値が乗算された送信信号を変調し、光信号を生成する。光受信機４ａは、光コヒーレント受信機４０と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４とを有する。光コヒーレント受信機４０は、送信信号に基づく光信号を取得し、光信号に基づく受信信号を生成する。非線形信号歪み推定部４３は、送信信号を取得し、送信信号及び受信信号の比較結果に基づいて、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じた非線形信号歪みを推定する。物理パラメータ推定部４４は、推定された非線形信号歪みに基づいて半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定し、半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定値を光送信機２ａに出力する。
【００５３】
この構成によって、非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みの利得係数を半導体光増幅器２２の物理パラメータの推定値に基づいて算出し、利得係数の逆特性を表す値を送信信号に乗算する。これによって、第１実施形態の光送受信機１ａは、光送受信機１ａを小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる。
【００５４】
（第２実施形態）
第２実施形態では、光送信機が物理パラメータ推定部４４を備える点が、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００５５】
図３は、光送受信機１ｂの構成の例を示す図である。光送受信機１ｂは、光送信機２ｂと、伝送路３と、光受信機４ｂと、制御チャネル５とを備える。光送信機２ｂは、光信号を送信する通信機器である。光送信機２ｂは、送信信号生成部２０ｂと、光変調器２１と、物理パラメータ推定部４４とを備える。光送信機２ｂは、半導体光増幅器２２を内蔵又は外付けで備える。光受信機４ｂは、半導体光増幅器２２を備えてもよい。伝送路３は、半導体光増幅器２２を備えてもよい。光受信機４ｂは、光信号を受信する通信機器である。光受信機４ｂは、光コヒーレント受信機４０と、デジタル信号処理部４１と、受信データ復調部４２と、非線形信号歪み推定部４３とを備える。
【００５６】
非線形信号歪み推定部４３は、非線形信号歪みを推定した結果である利得係数ｈ（ｔ）及び線幅増大係数αを、制御チャネル５を介して物理パラメータ推定部４４に送信する。物理パラメータ推定部４４は、非線形信号歪み推定部４３が参照信号に基づいて非線形信号歪みを推定した結果に基づいて、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定する。
【００５７】
以上のように、第２実施形態の光送受信機１ｂは、光送信機２ｂと、光受信機４ｂとを備える。光送信機２ｂは、非線形信号歪み補償部２０２と、光変調器２１と、物理パラメータ推定部４４とを有する。光受信機４ｂは、光コヒーレント受信機４０と、非線形信号歪み推定部４３とを有する。これによって、第２実施形態の光送受信機１ｂは、光送受信機１ｂを小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる。
【００５８】
（第３実施形態）
第３実施形態では、光送信機が非線形信号歪み推定部４３及び物理パラメータ推定部４４を備える点が、第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００５９】
図４は、光送受信機１ｃの構成の例を示す図である。光送受信機１ｃは、光送信機２ｃと、伝送路３と、光受信機４ｃと、制御チャネル５とを備える。光送信機２ｃは、光信号を送信する通信機器である。光送信機２ｃは、送信信号生成部２０ｃと、光変調器２１とを備える。光送信機２ｃは、半導体光増幅器２２を内蔵又は外付けで備える。光受信機４ｃは、半導体光増幅器２２を備えてもよい。伝送路３は、半導体光増幅器２２を備えてもよい。光受信機４ｃは、光信号を受信する通信機器である。光受信機４ｃは、光コヒーレント受信機４０と、デジタル信号処理部４１と、受信データ復調部４２と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４とを備える。
【００６０】
デジタル信号処理部４１は、波形劣化が補償された受信信号を、制御チャネル５を介して非線形信号歪み推定部４３に送信する。非線形信号歪み推定部４３は、非線形信号歪みを推定した結果である利得係数ｈ（ｔ）及び線幅増大係数αを、物理パラメータ推定部４４に送信する。物理パラメータ推定部４４は、非線形信号歪み推定部４３が参照信号に基づいて非線形信号歪みを推定した結果に基づいて、半導体光増幅器２２の物理パラメータを推定する。
【００６１】
以上のように、第３実施形態の光送受信機１ｃは、光送信機２ｃと、光受信機４ｃとを備える。光送信機２ｃは、非線形信号歪み補償部２０２と、光変調器２１と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４とを有する。光受信機４ｃは、光コヒーレント受信機４０を有する。これによって、第３実施形態の光送受信機１ｃは、光送受信機１ｃを小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる。
【００６２】
（第４実施形態）
第４実施形態では、光受信機が光コヒーレント受信機４０の後段に非線形信号歪み補償部２０２を備える点が、第３実施形態と相違する。第４実施形態では、第３実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００６３】
図５は、光送受信機１ｄの構成の例を示す図である。光送受信機１ｄは、光送信機２ｄと、伝送路３と、光受信機４ｄとを備える。光送信機２ｄは、光信号を送信する通信機器である。光送信機２ｄは、送信信号生成部２０ｄと、光変調器２１とを備える。光送信機２ｄは、半導体光増幅器２２を内蔵又は外付けで備える。光受信機４ｄは、半導体光増幅器２２を備えてもよい。伝送路３は、半導体光増幅器２２を備えてもよい。送信信号生成部２０ｄは、ビットマッピング部２００と、波形整形部２０１と、ＤＡＣ２０３とを備える。
【００６４】
光受信機４ｄは、光信号を受信する通信機器である。光受信機４ｄは、光コヒーレント受信機４０と、デジタル信号処理部４１と、受信データ復調部４２と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４とを備える。光受信機４ｄは、光コヒーレント受信機４０の後段に、非線形信号歪み補償部２０２を備える。光受信機４ｄは、非線形信号歪み補償部２０２の後段に、デジタル信号処理部４１を備える。
【００６５】
非線形信号歪み補償部２０２は、アナログ信号である受信信号を、光コヒーレント受信機４０から取得する。非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２の物理パラメータを、物理パラメータ推定部４４から取得する。
【００６６】
非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性を表す値（ｅｘｐ（−ｈ（ｔ）（１＋ｊα）／２））に応じたアナログ信号を受信信号Ｅｏ（ｔ）に乗算することによって、半導体光増幅器２２で送信信号に生じる非線形信号歪みを補償する。これにより、非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みを、等化することができる。
【００６７】
以上のように、第４実施形態の光送受信機１ｄは、光送信機２ｄと、光受信機４ｄとを備える。光送信機２ｄは、光変調器２１を有する。光受信機４ｂは、光コヒーレント受信機４０と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４と、非線形信号歪み補償部２０２とを有する。非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数の逆特性を表す値に応じたアナログ信号を受信信号に乗算する。これによって、第４実施形態の光送受信機１ｄは、光送受信機１ｄを小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる。
【００６８】
（第５実施形態）
第５実施形態では、光受信機がデジタル信号処理部４１の後段に非線形信号歪み補償部２０２を備える点が、第４実施形態と相違する。第５実施形態では、第４実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００６９】
図６は、光送受信機１ｅの構成の例を示す図である。光送受信機１ｅは、光送信機２ｅと、伝送路３と、光受信機４ｅとを備える。光送信機２ｅは、光信号を送信する通信機器である。光送信機２ｅは、送信信号生成部２０ｅと、光変調器２１とを備える。光送信機２ｅは、半導体光増幅器２２を内蔵又は外付けで備える。光受信機４ｅは、半導体光増幅器２２を備えてもよい。伝送路３は、半導体光増幅器２２を備えてもよい。送信信号生成部２０ｅは、ビットマッピング部２００と、波形整形部２０１と、ＤＡＣ２０３とを備える。
【００７０】
光受信機４ｅは、光信号を受信する通信機器である。光受信機４ｅは、光コヒーレント受信機４０と、デジタル信号処理部４１と、受信データ復調部４２と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４とを備える。光受信機４ｅは、デジタル信号処理部４１の後段に、非線形信号歪み補償部２０２を備える。光受信機４ｅは、非線形信号歪み補償部２０２の後段に、受信データ復調部４２を備える。
【００７１】
非線形信号歪み補償部２０２は、デジタル信号である受信信号を、デジタル信号処理部４１から取得する。非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２の物理パラメータを、物理パラメータ推定部４４から取得する。
【００７２】
非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数ｈ（ｔ）の逆特性を表す値（ｅｘｐ（−ｈ（ｔ）（１＋ｊα）／２））を受信信号Ｅｏ（ｔ）に乗算することによって、半導体光増幅器２２で送信信号に生じる非線形信号歪みを補償する。これにより、非線形信号歪み補償部２０２は、半導体光増幅器２２によって送信信号に生じる非線形信号歪みを、等化することができる。
【００７３】
以上のように、第５実施形態の光送受信機１ｅは、光送信機２ｅと、光受信機４ｅとを備える。光送信機２ｅは、光変調器２１を有する。光受信機４ｅは、光コヒーレント受信機４０と、非線形信号歪み推定部４３と、物理パラメータ推定部４４と、非線形信号歪み補償部２０２とを有する。非線形信号歪み補償部２０２は、非線形信号歪みの利得係数の逆特性を表す値を受信信号に乗算する。これによって、第５実施形態の光送受信機１ｅは、光送受信機１ｅを小型化及び低消費電力化した場合でも、信号品質を向上させることが可能となる。
【００７４】
上述した実施形態における光送信機、光受信機及び光送受信機の少なくとも一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能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に読み込ませ、実行することによって実現してもよい。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。さらに「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を送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その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のように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。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く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすで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であってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【００７５】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、光伝送システムの通信機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１ａ〜１ｅ…光送受信機、２ａ…光送信機、３…伝送路、４ａ〜４ｅ…光受信機、５…制御チャネル、２０ａ〜２０ｅ…送信信号生成部、２１…光変調器、２２…半導体光増幅器、３０…光ファイバ、３１…光増幅器、４０…光コヒーレント受信機、４１…デジタル信号処理部、４２…受信データ復調部、４３…非線形信号歪み推定部、４４…物理パラメータ推定部、２００…ビットマッピング部、２０１…波形整形部、２０２…非線形信号歪み補償部、２０３…ＤＡＣ
【図１】
2018019255.tif 000006
【図２】
2018019255.tif 000007
【図３】
2018019255.tif 000008
【図４】
2018019255.tif 000009
【図５】
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【図６】
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