(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリングクロックにもとづいて、アナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、前記スペクトル狭窄化の特性と逆特性のフィルタ特性で、前記スペクトル狭窄化による帯域制限を補償するディジタルフィルタと、レベル制御部とを含むフィルタ部と、
前記スペクトル狭窄化の補償後の信号にもとづいて、前記サンプリングクロックの位相ずれを検出して、サンプリングタイミングの同期をとるサンプリング同期化部と、
を備え、
前記ディジタルフィルタは、所定帯域を抽出するフィルタ特性を有し、前記Ａ／Ｄコンバータから出力されたスペクトル狭窄化を受けている信号に対しては高周波帯域を抽出し、
前記ディジタルフィルタの後段に配置される前記レベル制御部は、前記ディジタルフィルタからの複数の出力信号のレベルの自乗和が一定レベルとなるような増幅制御を行う、
ことを特徴とするサンプリングクロック同期装置。
【請求項２】
前記フィルタ部は、前記スペクトル狭窄化の特性に周波数オフセットが生じている場合は、前記周波数オフセットの量に応じて、前記フィルタ特性の中心周波数を適応的にシフトすることを特徴とする請求項１記載のサンプリングクロック同期装置。
【請求項３】
サンプリングクロックにもとづいて、アナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、所定帯域のみを透過するフィルタ特性を有するディジタルフィルタと、レベル制御部とを含むフィルタ部と、
抽出された前記所定帯域の信号にもとづいて、前記サンプリングクロックの位相ずれを検出して、サンプリングタイミングの同期をとるサンプリング同期化部と、
を備え、
前記ディジタルフィルタは、前記Ａ／Ｄコンバータから出力されたスペクトル狭窄化を受けている信号に対しては高周波帯域を抽出し、
前記ディジタルフィルタの後段に配置される前記レベル制御部は、前記ディジタルフィルタからの複数の出力信号のレベルの自乗和が一定レベルとなるような増幅制御を行う、
ことを特徴とするサンプリングクロック同期装置。
【請求項４】
前記フィルタ部は、前記スペクトル狭窄化の特性に周波数オフセットが生じている場合は、前記周波数オフセットの量に応じて、前記フィルタ特性の中心周波数を適応的にシフトすることを特徴とする請求項３記載のサンプリングクロック同期装置。
【請求項５】
受信光信号と、局部発振光とをミキシングして、前記受信光信号の電界情報を出力する光ハイブリッド回路と、
前記電界情報を電気のアナログ信号に変換する光電変換部と、
サンプリングクロックにもとづいて、前記アナログ信号のディジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータと、
前記サンプリングクロックの位相ずれを検出して、サンプリングタイミングの同期をとるサンプリング同期化部と、
前記Ａ／Ｄコンバータから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、前記サンプリングクロックの位相ずれ検出の感度低下を抑制するフィルタ制御を施すフィルタ部と、
受信データ検波を行うディジタルコヒーレント検波部と、
を備え、
前記フィルタ部は、ディジタルフィルタとレベル制御部を含み、前記Ａ／Ｄコンバータからの出力信号に対して、所定帯域のみを透過するフィルタ特性による前記フィルタ制御を行い、
前記ディジタルフィルタは、前記Ａ／Ｄコンバータから出力されたスペクトル狭窄化を受けている信号に対しては高周波帯域を抽出し、
前記ディジタルフィルタの後段に配置される前記レベル制御部は、前記ディジタルフィルタからの複数の出力信号のレベルの自乗和が一定レベルとなるような増幅制御を行う、
ことを特徴とするディジタルコヒーレント受信装置。
【請求項６】
前記フィルタ部は、前記Ａ／Ｄコンバータからの出力信号に対して、前記スペクトル狭窄化の特性と逆特性のフィルタ特性で、前記スペクトル狭窄化による帯域制限を補償する前記フィルタ制御を行うことを特徴とする請求項５記載のディジタルコヒーレント受信装置。
【請求項７】
前記ディジタルコヒーレント検波部は、前記受信光信号の搬送波周波数と、前記局部発振光の周波数との周波数オフセットを検出し、
前記フィルタ部は、前記周波数オフセットの量に応じて、前記フィルタ特性の中心周波数を適応的にシフトすることを特徴とする請求項６記載のディジタルコヒーレント受信装置。
【請求項８】
前記ディジタルコヒーレント検波部は、前記受信光信号の搬送波周波数と、前記局部発振光の周波数との周波数オフセットを検出し、
前記フィルタ部は、前記周波数オフセットの量に応じて、前記フィルタ特性の中心周波数を適応的にシフトすることを特徴とする請求項５記載のディジタルコヒーレント受信装置。
【請求項９】
Ａ／Ｄコンバータにより、サンプリングクロックにもとづいて、スペクトル狭窄化を受けているアナログ信号をディジタル信号に変換し、
ディジタルフィルタにより、前記ディジタル信号に対して、前記スペクトル狭窄化の特性と逆特性のフィルタ特性で、前記スペクトル狭窄化による帯域制限を補償し、
前記スペクトル狭窄化の補償後の信号にもとづいて、前記サンプリングクロックの位相ずれを検出して、サンプリングタイミングの同期をとり、
前記ディジタルフィルタは、所定帯域を抽出するフィルタ特性を有し、前記Ａ／Ｄコンバータから出力されたスペクトル狭窄化を受けている信号に対しては高周波帯域を抽出し、
前記ディジタルフィルタからの複数の出力信号のレベルの自乗和が一定レベルとなるような増幅制御を行う、
ことを特徴とするサンプリングクロック同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプリングクロックの同期を行うサンプリングクロック同期装置、ディジタルコヒーレント受信を行うディジタルコヒーレント受信装置およびサンプリングクロックの同期を行うサンプリングクロック同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットトラフィックの増大により、基幹網のさらなる大容量化が望まれており、大容量・長距離伝送を実現するための技術として、ディジタルコヒーレント受信技術（Digital Coherent Receiver Technology）が注目されている。
【０００３】
コヒーレント受信は、受信した光信号と、受信器の局部発振光とをミキシングして、受信光信号の電界情報（光の位相および強度）を電気信号に変換した後に復調する受信技術である。コヒーレント受信を行うことにより、雑音耐力を大幅に向上させることが可能になる。
【０００４】
また、ディジタルコヒーレント受信は、抽出した電界情報の電気信号を、Ａ／Ｄコンバータで量子化してディジタル信号に変換し、ディジタル信号処理によって復調を行うものである。
【０００５】
一般に、光ファイバ通信で発生する波長分散や偏波モード分散等の波形歪みは、分散補償モジュールといった光学部品を用いて歪み補償が行われていた。これに対し、ディジタルコヒーレント受信では、波形歪みをディジタル信号処理で補償する。
【０００６】
したがって、ディジタルコヒーレント受信を用いることにより、波形歪み補償用の光学部品が不要となるので、光学部品が持っていた光損失がなくなり、コストも低減できる等のメリットがある。
【０００７】
また、ディジタル信号処理による波形歪み補償は、理論的には、通常の光学部品の補償能力の限界を超えての補償が可能であるため、波形歪み耐力を大幅に向上させることが可能になる。
【０００８】
従来技術として、波形歪みを補償する等化器で、サンプリング位相ずれを抑制する技術が提案されている。また、伝送路上で帯域制限を受けた光信号の伝送劣化を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２３５８９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４７５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
基幹網を構築する光伝送システムでは、異なる複数の波長を多重化して伝送を行う波長多重技術（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いている。
光ファイバ伝送路上に設けられた光中継器では、光中継増幅を行う光増幅器だけでなく、光フィルタを備えている。光フィルタによって波長分波、波長合波の処理が行われることで、各光中継器において、通信要求に応じた任意の波長チャネルの挿入・分岐が可能になる。
【００１１】
一方、光フィルタでフィルタリングされた光信号は、信号スペクトルの狭窄化を受ける。このため、光中継器が多く配置される光ネットワークでは、光ファイバを伝送する光信号は、多段に渡って光フィルタを透過することになるので、信号スペクトルの狭窄化が顕著となる。
【００１２】
このようなスペクトル狭窄化は信号品質の劣化をもたらすだけでなく、光信号の変調周波数成分が減少するため、光信号の変調周波数とＡ／Ｄコンバータのサンプリングクロック周波数を同期させるために必要な、サンプリングクロックずれ検出回路の感度を低下させ、光信号のジッタおよびワンダの耐力の低下により受信品質が劣化するといった問題があった。
【００１３】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、ジッタおよびワンダの耐力を高めて、受信品質の向上を図ったサンプリングクロック同期装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、ジッタおよびワンダの耐力を高めて、受信品質の向上を図ったディジタルコヒーレント受信装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、ジッタおよびワンダの耐力を高めて、受信品質の向上を図ったサンプリングクロック同期方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、サンプリングクロック同期装置が提供される。サンプリングクロック同期装置は、サンプリングクロックにもとづいて、アナログ／ディジタル変換を行うＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、前記スペクトル狭窄化の特性と逆特性のフィルタ特性で、前記スペクトル狭窄化による帯域制限を補償するディジタルフィルタと、レベル制御部とを含むフィルタ部と、前記スペクトル狭窄化の補償後の信号にもとづいて、前記サンプリングクロックの位相ずれを検出して、サンプリングタイミングの同期をとるサンプリング同期化部と、を備え、前記ディジタルフィルタは、所定帯域を抽出するフィルタ特性を有し、前記Ａ／Ｄコンバータから出力されたスペクトル狭窄化を受けている信号に対しては高周波帯域を抽出し、前記ディジタルフィルタの後段に配置される前記レベル制御部は、前記ディジタルフィルタからの複数の出力信号のレベルの自乗和が一定レベルとなるような増幅制御を行う。
【発明の効果】
【００１６】
受信品質の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】サンプリングクロック同期装置の構成例を示す図である。
【図２】光伝送システムの構成例を示す図である。
【図３】狭窄化前の光信号のスペクトルを示す図である。
【図４】狭窄化後の光信号のスペクトルを示す図である。
【図５】多段に接続された光フィルタを透過した際のスペクトル狭窄化を示す図である。
【図６】強度変調された光信号の送信波形および受信波形を示す図である。
【図７】ディジタルコヒーレント受信装置の構成例を示す図である。
【図８】光ハイブリッド回路の構成例を示す図である。
【図９】スペクトル狭窄化の特性を示す図である。
【図１０】ディジタルフィルタの特性を示す図である。
【図１１】ディジタルフィルタ特性の他の形状例を示す図である。
【図１２】スペクトル狭窄化の特性を示す図である。
【図１３】ディジタルフィルタの特性を示す図である。
【図１４】サンプリングクロック同期装置の構成例を示す図である。
【図１５】ディジタルコヒーレント受信装置の構成例を示す図である。
【図１６】ディジタルフィルタの特性を示す図である。
【図１７】ディジタルフィルタ特性の他の形状例を示す図である。
【図１８】ディジタルフィルタ特性の他の形状例を示す図である。
【図１９】ディジタルフィルタの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１はサンプリングクロック同期装置の構成例を示す図である。サンプリングクロック同期装置１は、Ａ／Ｄコンバータ１ａ、フィルタ部１ｂおよびサンプリング同期化部１ｃを備える。
【００１９】
Ａ／Ｄコンバータ１ａは、サンプリングクロックにもとづいて、アナログ／ディジタル変換を行う。フィルタ部１ｂは、Ａ／Ｄコンバータ１ａから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、スペクトル狭窄化の特性と逆特性のフィルタ特性で、スペクトル狭窄化による帯域制限を補償する。
【００２０】
サンプリング同期化部１ｃは、スペクトル狭窄化の補償後の信号にもとづいて、サンプリングクロックの位相ずれを検出して、サンプリングクロックの位相を調整し、サンプリングタイミングの同期をとる。
【００２１】
次にサンプリングクロック同期装置１が適用される光伝送システムについて説明する。図２は光伝送システムの構成例を示す図である。光伝送システム３は、光送信局３１、光受信局３２、光中継器（光中継局）３３−１〜３３−ｎおよび光送受信装置３４−１〜３４−ｎを備え、ＷＤＭ伝送を行うシステムである。
【００２２】
光送信局３１、光受信局３２、光中継器３３−１〜３３−ｎおよび光送受信装置３４−１〜３４−ｎは、光ファイバ伝送路Ｆで接続される。光送信局３１は、光送信部３１ａ−１〜３１ａ−ｎおよび波長多重部３１ｂを含む。光中継器３３−１〜３３−ｎは、光増幅器３３ａおよび光フィルタ３３ｂを含む。
【００２３】
光送信局３１において、光送信部３１ａ−１〜３１ａ−ｎは、互いに異なる波長λ１〜λｎの光信号を送信する。波長多重部３１ｂは、波長λ１〜λｎの光信号を多重化し、波長多重光であるＷＤＭ信号を生成して、光ファイバ伝送路Ｆから送出する。
【００２４】
光中継器３３−１〜３３−ｎにおいて、光増幅器３３ａは、受信したＷＤＭ信号を増幅する。光フィルタ３３ｂは、波長分波・合波のフィルタリング処理を行う。すなわち、増幅後のＷＤＭ信号に対して、波長分波のフィルタリング処理を行い、通信要求に応じて、所定の波長チャネルの光信号を、トリビュタリ側の光送受信装置３４−１〜３４−ｎへ分岐する。
【００２５】
または、通信要求に応じて、光送受信装置３４−１〜３４−ｎから挿入された所定の波長チャネルの光信号を、光中継されてきたＷＤＭ信号に対して合波するフィルタリング処理を行う。
【００２６】
なお、図１に示したサンプリングクロック同期装置１は、例えば、光受信局３２および光送受信装置３４−１〜３４−ｎ内の光受信部に配置される。また、上記の光伝送システム３は、一例としてライン状のトポロジとしたが、リング、メッシュ等の任意のネットワークトポロジでも構築される。
【００２７】
次に信号スペクトルの狭窄化について説明する。図３は狭窄化前の光信号のスペクトルを示す図である。スペクトルｓ１は、例えば、光伝送システム３の光送信部３１ａ−１〜３１ａ−ｎから出力される光信号のスペクトル狭窄化前のスペクトルの形状を示している。
【００２８】
図４は狭窄化後の光信号のスペクトルを示す図である。スペクトルｓ２は、スペクトルｓ１の光信号が光中継器で中継され、光中継器内の光フィルタ３３ｂでフィルタリングされた後のスペクトルの形状を示している。
【００２９】
光信号のスペクトルｓ１は、光フィルタ３３ｂを透過すると、光フィルタ３３ｂ自身の帯域ｓ０により、斜線領域の帯域が削られて、スペクトルが狭窄化する。
図５は多段に接続された光フィルタ３３ｂを透過した際のスペクトル狭窄化を示す図である。実際の光フィルタ３３ｂ自身の帯域ｓ０の形状は、完全な矩形型形状ではなくエッジ部分が曲線形状であり、光中継器３３−１〜３３−ｎに配置される光フィルタ３３ｂ毎にばらつく場合もある。
【００３０】
このため、光フィルタが多段に接続された場合の仮想的な光フィルタ透過帯域幅は、帯域ｓ０−１のように光フィルタの多段接続数が多くなるにつれて次第に狭くなる傾向を持つ。
【００３１】
したがって、多くの光フィルタ３３ｂを透過するほど、光信号のスペクトルの帯域が多く除去され、光信号のスペクトル帯域はより細くなる。
次にスペクトル狭窄化により、光信号変調周波数とＡ／Ｄコンバータのサンプリングクロックとの位相ずれを検出する回路の検出感度が低下し、検出感度の低下によりディジタルコヒーレント受信のジッタおよびワンダの耐力が低下して、受信品質が劣化する理由について説明する。上述したように、ディジタルコヒーレント受信では、受信光信号と、局部発振光（以下、局発光と呼ぶ）とをミキシングして、受信光信号の電界情報を抽出し、抽出した電界情報の電気信号を、Ａ／Ｄコンバータで量子化してディジタル信号に変換する。
【００３２】
ここで、Ａ／Ｄコンバータには、サンプリングクロック源からサンプリングクロックが供給され、Ａ／Ｄコンバータで量子化するタイミングは、サンプリングクロック周波数によって決まる。
【００３３】
このとき、受信光信号の変調周波数（光信号の搬送波に、数十Ｇｂ／ｓのデータを変調させるときの周波数）と、サンプリングクロック周波数とを一致させることが重要となる。
【００３４】
このため、受信光信号の変調周波数と、サンプリングクロック周波数との位相ずれを検出して、検出した位相ずれ量にもとづいて、サンプリングタイミングの同期をとる必要がある。サンプリングタイミングの同期方法としては、位相ずれ検出結果にもとづいて、Ａ／Ｄコンバータのサンプリングクロック周波数を調整する方法や、ディジタル信号処理により信号位相を調整する方法があるが、本発明ではそれらの構成に限定されるものではない。
【００３５】
そして、サンプリングタイミングの同期をとった信号に対して、ディジタルコヒーレント検波処理を施して、受信データの復調を行うことにより、送信側や伝送路上で生じたジッタやワンダに追従することができ、安定した受信性能を実現することが可能になる。
【００３６】
上記のように、ディジタルコヒーレント受信では、受信光信号の変調周波数と、サンプリングクロック周波数との位相ずれ検出が行われる。しかし、図４、図５で示したような、スペクトル狭窄化がある場合、サンプリング位相ずれ検出の感度が低下して、正確な位相ずれ量を検出できなくなる。
【００３７】
感度の低下について図６を用いて説明する。図６は強度変調された光信号の送信波形および受信波形を示す図である。送信波形ｓ１１は、スペクトル狭窄化前の状態のアイパターンを示しており、受信波形ｓ１２は、スペクトル狭窄化が生じている状態のアイパターンを示している。
【００３８】
送信波形ｓ１１では、スペクトル狭窄化がないので、アイの立ち上がり、立ち下がりのエッジ部分も急峻であり、アイの開口度も大きい。これに対し、受信波形ｓ１２のように、スペクトル狭窄化がある場合は、変調された信号の高周波成分が除去されるので、アイの立ち上がり、立ち下がりのエッジ部分がなまってしまい、アイの開口度が小さくなっている。
【００３９】
サンプリングタイミング同期を行うための位相ずれ検出方法として、例えばエッジを検出することにより信号位相の検出を行う。そのため、スペクトル狭窄化によってエッジ部分の急峻性が低減してなまってくると、サンプリング位相ずれ検出の感度が低下し、精度よくジッタ、ワンダに追従することができなくなってしまう。また、光フィルタの透過数に依存した受信スペクトルの変化による検出感度のばらつきも発生することになる。図６では説明を容易にするため強度変調方式の例について説明したが、位相変調および多値変調、例えばＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ等や、直交分割多重方式（ＯＦＤＭ）を用いた場合も同様である。このように、スペクトル狭窄化がある信号に対して、ディジタルコヒーレント受信を行うと、ジッタおよびワンダの耐力が低下してしまい、受信品質が劣化してしまう。
【００４０】
本技術は、これらの点に鑑みてなれたものであり、スペクトル狭窄化がある信号を受信しても、ジッタおよびワンダの耐力を高めて、サンプリングクロック位相ずれ検出を精度よく行い、受信性能を向上させたサンプリングクロック同期装置およびディジタルコヒーレント受信装置を提供するものである。
【００４１】
次にサンプリングクロック同期装置１が適用される光受信装置として、ディジタルコヒーレント受信装置を挙げて、ディジタルコヒーレント受信装置の構成および動作について以降詳しく説明する。
【００４２】
図７はディジタルコヒーレント受信装置の構成例を示す図である。ディジタルコヒーレント受信装置１０は、局発光源１１、光ハイブリッド回路１２、Ｏ／Ｅ部１３−１〜１３−４、サンプリングクロック源１４、Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−４、ディジタルフィルタ１６、位相調整部１７、サンプリング位相ずれ検出部１８およびディジタルコヒーレント検波部１９を備える。
【００４３】
なお、図１のサンプリングクロック同期装置１の構成要素との対応関係は、Ａ／Ｄコンバータ１ａは、Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−４に対応し、フィルタ部１ｂは、ディジタルフィルタ１６に対応する、また、サンプリング同期化部１ｃは、位相調整部１７とサンプリング位相ずれ検出部１８の両機能に対応する。なお、サンプリング位相を調整する方法としてサンプリングクロック周波数を制御する方法でもよい。そのため、位相調整部１７がない構成、もしくは位相調整回路とサンプリングクロック周波数制御を組み合わせる構成でもよい。
【００４４】
局発光源１１は、局発光を自走出力する。光ハイブリッド回路１２は、伝送されてきた受信光信号と、局発光とをミキシングして、受信光信号の電界情報（光の位相および強度）に対応した４つの電気信号（詳細は図８で後述する）を出力する（光ハイブリッド回路１２の構成は図８で後述する）。
【００４５】
Ｏ／Ｅ部１３−１〜１３−４は、電界情報をアナログの電気信号に変換する。サンプリングクロック源１４は、Ａ／Ｄコンバータのサンプリングタイミングを決定するサンプリングクロックを出力する。Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−４は、受信したサンプリングクロックのサンプリングタイミングで、電界情報を含むアナログ信号を量子化し、ディジタル信号に変換して出力する。
【００４６】
ディジタルフィルタ１６は、Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−ｎから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、サンプリングクロックの位相ずれ検出の感度低下を抑制するためのフィルタ制御を施す。
【００４７】
具体的には、スペクトル狭窄化による帯域制限を補償する周波数特性を有し、周波数オフセットにもとづいて、帯域が制限された周波数成分を補償するフィルタリング処理を行う（詳細は後述する）。
【００４８】
なお、ディジタルフィルタ１６は、位相調整部１７の前段または後段のいずれに配置してもよい。また、ディジタルフィルタ１６は、波長分散等の波長歪みを補償するフィルタと共用する構成にしてもよい。
【００４９】
位相調整部１７は、サンプリング位相ずれ検出部１８から送信された位相ずれ量にもとづいて、変調周波数に対するサンプリングクロック周波数の位相調整を行って、サンプリングタイミングの同期をとる。サンプリング位相ずれ検出部１８は、受信光信号の変調周波数と、サンプリングクロック周波数との位相ずれを検出し、検出した位相ずれ量の結果を位相調整部１７へ出力する。
【００５０】
ディジタルコヒーレント検波部１９は、サンプリングタイミングの同期がとられた信号を検波して、受信データの復調を行って出力する。また、受信光信号の搬送波周波数と局発光の周波数とのずれ（周波数オフセット）をモニタしており、検出した周波数オフセットをディジタルフィルタ１６へフィードバックする。
【００５１】
ここで、ディジタルコヒーレント検波の概要について説明する。局発光に位相ゆらぎがなく、受信光信号にも位相ゆらぎがない場合（位相変調であれば、変調される分の位相だけ回転しているが、それ以外の位相ゆらぎが全くない場合）を考える。
【００５２】
このとき、受信光信号の搬送波周波数と局発光の周波数とを一致させる。すると、光ハイブリッド回路１２内では、受信光信号と局発光とが干渉して、互いの位相が一致すれば強め合って１となり、互いの位相がπずれていれば弱め合って０となることで、光ハイブリッド回路１２からベースバンド信号が出力される。
【００５３】
このように、受信光信号と局発光とに位相ゆらぎがなく、周波数を一致させた受信光信号と局発光とを干渉させて生成したベースバンド信号から検波を行う方式をホモダイン検波と呼ぶ。
【００５４】
ディジタル化する以前のコヒーレント受信でホモダイン検波を行う場合、位相ゆらぎを検知し、検知した位相ゆらぎを局発光源にフィードバックして、周波数の一致を図っていた。
【００５５】
これに対し、ディジタルコヒーレント受信による検波では、受信光信号と局発光との位相ゆらぎや、受信光信号の搬送波周波数のずれを、ディジタルコヒーレント検波部１９のディジタル処理で補償することができる。
【００５６】
よって、ディジタルコヒーレント検波部１９が、受信光信号と局発光との位相および周波数の同期をとるので、局発光源１１も自走でよい。また、波長分散や偏波モード分散等の波形歪みについても、ディジタルコヒーレント検波部１９内でのディジタル処理によって補償されてもよい。
【００５７】
次に光ハイブリッド回路１２について説明する。図８は光ハイブリッド回路１２の構成例を示す図である。光ハイブリッド回路１２は、偏波ダイバーシティ型の９０°ハイブリッド回路であり、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）１２ａ−１、１２ａ−２、９０°ハイブリッド回路１２ｂ−１、１２ｂ−２を含む。
【００５８】
ＰＢＳ１２ａ−１は、受信光信号の互いに直交している偏波状態の光を２分岐し、一方の偏波ビームａ１を９０°ハイブリッド回路１２ｂ−１へ送信し、他方の偏波ビームａ２を９０°ハイブリッド回路１２ｂ−２へ送信する。
【００５９】
また、ＰＢＳ１２ａ−２は、局発光の互いに直交している偏波状態の光を２分岐し、一方の偏波ビームｂ１を９０°ハイブリッド回路１２ｂ−１へ送信し、他方の偏波ビームｂ２を９０°ハイブリッド回路１２ｂ−２へ送信する。
【００６０】
なお、偏波ビームａ１と偏波ビームｂ１との偏波は一致しており、偏波ビームａ２と偏波ビームｂ２との偏波は一致している。
９０°ハイブリッド回路１２ｂ−１では、偏波ビームａ１と偏波ビームｂ１とをミキシングして、一方の偏波状態におけるＩ（実部:In phase）成分を出力する。また、偏波ビームａ１と、偏波ビームｂ１の位相を９０°遅延させたビームとをミキシングして、一方の偏波状態におけるＱ（虚部:Quadrature phase）成分を出力する。
【００６１】
９０°ハイブリッド回路１２ｂ−２では、偏波ビームａ２と偏波ビームｂ２とをミキシングして、他方の偏波状態におけるＩ成分を出力する。また、偏波ビームａ２と、偏波ビームｂ２の位相を９０°遅延させたビームとをミキシングして、他方の偏波状態におけるＱ成分を出力する。
【００６２】
光ハイブリッド回路として、例えば、９０°ハイブリッド回路１２ｂ−１単体の２入力端子へ、光信号と局発光とをそれぞれ直接入力してミキシングし、Ｉ、Ｑを出力させる構成とすることもできる。
【００６３】
しかし、この場合には、光信号と局発光との偏波状態を合わせる制御が別途必要となる（偏波が一致している光同士をミキシングしないと、ビートを打たないので、Ｉ、Ｑが出力されない）。
【００６４】
一方、上記の光ハイブリッド回路１２のような偏波ダイバーシティ型の構成にすることにより、各偏波状態における、受信光信号の光の位相および強度の電界情報を効率よく抽出することができる。
【００６５】
次にディジタルフィルタ１６について説明する。ディジタルフィルタ１６のフィルタ特性は、伝送された光信号が受けるスペクトル狭窄化の特性に対して逆特性となる形状を有する。
【００６６】
なお、スペクトル狭窄化は、主に光中継器内の光フィルタを透過することにより生じるが、光フィルタ透過に限るものでなく、伝送中の様々な要因によって生じる。例えば、送信器、受信器のアナログ電気帯域が伝送信号の帯域に対して狭い場合にもスペクトル狭窄化は生じる。
【００６７】
したがって、どの箇所でスペクトル狭窄化が生じたかについては関係なく、ディジタルフィルタ１６の入力段までに信号が受けたスペクトル狭窄化を対象にして補償するものである。
【００６８】
図９はスペクトル狭窄化の特性を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがない状態の場合を示している。信号スペクトルに対して、例えば、スペクトル狭窄化特性ｃ０が図に示す位置にあるとする。スペクトル狭窄化特性ｃ０の内側領域が通過帯域である。
【００６９】
このようなスペクトル狭窄化特性ｃ０によって、帯域が制限された信号が補償されずに入力すると、サンプリング位相ずれ検出部１８では、上述した理由から、高精度にサンプリング位相ずれを検出することができない。
【００７０】
図１０はディジタルフィルタ１６の特性を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがない状態の場合を示している。ディジタルフィルタ特性ｃ１は、スペクトル狭窄化特性ｃ０の逆特性となっている。ディジタルフィルタ特性ｃ１で示される放物線の外側が通過領域である。
【００７１】
図１１はディジタルフィルタ特性の他の形状例を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがない状態の場合を示している。ディジタルフィルタ特性ｃ３は、ノイズ除去性も考慮して、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、図に示すような、信号帯域外の高周波側を除去する構成でもよい。
【００７２】
このような特性にすることにより、スペクトル狭窄化特性ｃ０のエッジ近傍の帯域を補償することができる。このため、補償後の信号でサンプリング位相ずれ検出を行うことにより、ジッタおよびワンダの耐力を高めて、サンプリング位相ずれ検出の感度を高めることができ、受信品質の向上を図ることが可能になる。
【００７３】
図１２はスペクトル狭窄化の特性を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがある状態の場合を示している。周波数オフセットΔｆがある場合、信号スペクトルおよびスペクトル狭窄化特性ｃ０が、中心周波数からΔｆだけ高周波側にずれた状態として光ハイブリッド回路出力の電界情報として抽出される。
【００７４】
図１３はディジタルフィルタ１６の特性を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがある状態の場合を示している。ディジタルフィルタ特性ｃ１の中心周波数は、周波数オフセットΔｆ分高周波側にずれた場所で、スペクトル狭窄化特性の逆特性となっている。
【００７５】
このように、周波数オフセットがある場合は、ディジタルフィルタ特性ｃ１の中心周波数を、ディジタルコヒーレント検波回路で検出された周波数オフセット分適応的にシフトして、ディジタルフィルタ１６で補償する周波数成分を周波数オフセット量に応じて可変する。これにより、周波数オフセット量に応じて、スペクトル狭窄化による帯域削減を適切に補償することが可能になる。なお、周波数オフセット量を局発光源へフィードバックし周波数オフセット自体を補償する方法もある。
【００７６】
次に他の実施の形態について説明する。図１４はサンプリングクロック同期装置の構成例を示す図である。サンプリングクロック同期装置１−１は、Ａ／Ｄコンバータ１ａ、フィルタ部２、サンプリング同期化部１ｃを備える。なお、サンプリング位相を調整する方法としてサンプリングクロック周波数を制御する方法でもよい。そのため、位相調整部１７がない構成、もしくは位相調整回路とサンプリングクロック周波数制御を組み合わせる構成でもよい。Ａ／Ｄコンバータ１ａとサンプリング同期化部１ｃの動作は、図１で説明した内容と同じである。
【００７７】
フィルタ部２は、Ａ／Ｄコンバータ１ａから出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、スペクトル狭窄化の通過帯域の中から所定帯域を抽出するフィルタ特性を有している。すなわち、サンプリング同期化部１ｃでサンプリングクロックの位相ずれ検出を行うために必要な所定の帯域を抽出するフィルタリングを行う。
【００７８】
次にサンプリングクロック同期装置１−１が適用される光受信装置として、ディジタルコヒーレント受信装置の構成および動作について詳しく説明する。
図１５はディジタルコヒーレント受信装置の構成例を示す図である。ディジタルコヒーレント受信装置１０−１は、局発光源１１、光ハイブリッド回路１２、Ｏ／Ｅ部１３−１〜１３−４、サンプリングクロック源１４、Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−４、位相調整部１７、サンプリング位相ずれ検出部１８、ディジタルコヒーレント検波部１９およびフィルタ部２０を備える。
【００７９】
なお、図７で示した装置との差異は、ディジタルコヒーレント受信装置１０−１では、Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−４と位相調整部１７との間にディジタルフィルタがなく、位相調整部１７とディジタルコヒーレント検波部１９との間にフィルタ部２０が配置されている点である。それ以外の構成は同様なので、フィルタ部２０について説明する。
【００８０】
フィルタ部２０は、ディジタルフィルタ２１およびレベル制御部２２を含み、Ａ／Ｄコンバータ１５−１〜１５−４から出力された、スペクトル狭窄化を受けている信号に対して、サンプリングクロックの位相ずれ検出の感度低下を抑制するためのフィルタ制御を施す。
【００８１】
ディジタルフィルタ２１は、スペクトル狭窄化の通過帯域の中の、後段のサンプリング位相ずれ検出部１８において位相ずれ検出を行うのに必要な所定帯域を通過させるフィルタ特性を有する。
【００８２】
レベル制御部２２は、ディジタルフィルタ２１から出力されたレベルが一定レベルとなるように増幅する。例えば、図の場合、ディジタルフィルタ２１から出力された４本の出力信号に対して、４本の出力信号のレベルの自乗和が一定レベルとなるような増幅制御を行う。レベル制御部２２は必須の構成ではなく、ディジタルフィルタに固定利得を持たせる構成でもよい。レベル制御部２２を備えることにより、例えば通過中継器数が異なる光信号を受信した場合のスペクトル狭窄率の変動によるサンプリング位相ずれ感度のばらつきを補償することができる。
【００８３】
次にディジタルフィルタ２１について説明する。図１６はディジタルフィルタ２１の特性を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがない状態の場合を示している。なお、スペクトル狭窄化特性ｃ０の状態は、図９と同じである。
【００８４】
ディジタルフィルタ特性ｃ２は、スペクトル狭窄化特性ｃ０の通過帯域に対して、後段のサンプリング位相ずれ検出部１８で位相ずれ検出を行うのに必要な所定帯域のみを通過させる特性を有する。例えば、サンプリング位相ずれ検出部１８では、信号の主に高周波成分によって位相ずれ検出を行う場合、信号の直流成分は、ほとんどノイズとなり感度を低下させる原因となる。
【００８５】
したがって、ディジタルフィルタ特性ｃ２は、具体的には、スペクトル狭窄化で通過した帯域の中から、高周波帯域を抽出するバンドパスフィルタ特性となっている（ディジタルフィルタ特性ｃ２の内側が通過帯域）。このようなフィルタ特性にして、スペクトル狭窄化の通過帯域の中から高周波帯域を抽出し、抽出された高周波成分を含む信号から、サンプリング位相ずれ検出を行う。
【００８６】
これにより、サンプリング位相ずれ検出部１８の感度を高めることによりジッタおよびワンダの耐力を高めて、受信品質の向上を図ることが可能になる。
図１７、図１８はディジタルフィルタ特性の他の形状例を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがない状態の場合を示している。上記では、バンドパスフィルタ特性としたが、例えば、ハイパスフィルタ特性にして高周波成分を抽出してもよいし、サンプリング位相ずれ検出方式によっては、図１０に示すような主信号成分が透過できる形状でもよい。また、図１７、図１８に示すように、透過帯域が２つある形状でもよい。
【００８７】
図１９はディジタルフィルタ２１の特性を示す図である。横軸は周波数、縦軸は強度であり、周波数オフセットがある状態の場合を示している。なお、周波数オフセットがあるときのスペクトル狭窄化特性ｃ０の状態は、図１２と同じである。
【００８８】
受信信号成分が周波数オフセットによりΔｆ分高周波側にずれているような場合、高周波帯域を抽出するディジタルフィルタ特性ｃ２の中心周波数を、周波数オフセットがないときのディジタルフィルタ特性ｃ２の中心周波数から、周波数オフセットのΔｆ分高周波側にずらす。
【００８９】
このように、周波数オフセットがある場合は、ディジタルフィルタ特性ｃ２の中心周波数をディジタルコヒーレント検波部で検出した周波数オフセット分適応的にシフトして、ディジタルフィルタ２１で補償する周波数成分を周波数オフセット量に応じて可変する。
【００９０】
これにより、周波数オフセット量に対応して、サンプリング位相ずれ検出に必要な所定帯域を適切に抽出することが可能になる。なお、周波数オフセット量を局発光源へフィードバックし周波数オフセット自体を補償する方法もある。
【００９１】
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  サンプリングクロック同期装置
１ａ  Ａ／Ｄコンバータ
１ｂ  フィルタ部
１ｃ  サンプリング同期化部
【図１】
0005707981.tif 000002
【図２】
0005707981.tif 000003
【図３】
0005707981.tif 000004
【図４】
0005707981.tif 000005
【図５】
0005707981.tif 000006
【図６】
0005707981.tif 000007
【図７】
0005707981.tif 000008
【図８】
0005707981.tif 000009
【図９】
0005707981.tif 000010
【図１０】
0005707981.tif 000011
【図１１】
0005707981.tif 000012
【図１２】
0005707981.tif 000013
【図１３】
0005707981.tif 000014
【図１４】
0005707981.tif 000015
【図１５】
0005707981.tif 000016
【図１６】
0005707981.tif 000017
【図１７】
0005707981.tif 000018
【図１８】
0005707981.tif 000019
【図１９】
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