(57)【要約】【課題】簡便で且つ補償効果の高い電気分散補償を実現する。【解決手段】チャープパラメータを持つ光送信器１から送信された光信号を、光ファイバ２を介して受光素子３で受信して、該光ファイバ２の群速度分散によって生じる波形劣化を電気分散補償フィルタ４で補償するとき、分散補償の振幅特性が、光送信器１と光ファイバ２と受光素子３によって構成される伝達関数Ｉres(f)の振幅特性においてほぼ極小となる周波数ｆd0でほぼ最大利得となり、同伝達関数Ｉres(f)の振幅特性においてほぼ極大となる周波数ｆu1でほぼ最小利得となるようにする。【選択図】図１
2008271073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャープパラメータを持つ光送信器から送信された光信号を、光ファイバを介して受信し、該光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する光受信器の分散補償方法において、
前記分散補償の伝達関数における振幅特性が、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性のほぼ極小となる周波数でほぼ極大となり、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性のほぼ極大となる周波数においてほぼ極小となることを特徴とする分散補償方法。
【請求項２】
チャープパラメータがαの光送信器から送信された波長がλの光信号を、伝送距離がＬで分散パラメータがＤの光ファイバで伝搬した後に受信し、電気信号に変換する光受光素子と、前記光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する分散補償器とを備えた光受信器において、
前記分散補償器は２つのフィルタの縦列接続から構成され、一方のフィルタは式(1)に示す周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタであり、他方のフィルタは式(2)に示す周波数ｆu1においてほぼ最小利得となる帯域阻止又は低域通過フィルタであることを特徴とする光受信器。
2008271073.tif 000031
ただし、ｃは真空における光速である。
【請求項３】
請求項２に記載の光受信器において、
前記式(1)に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタ、又は前記式(2)に示すほぼ周波数ｆu1を減衰させる帯域阻止又は低域通過フィルタ、又はその両者をトランスバーサルフィルタで実現したことを特徴とする光受信器。
【請求項４】
請求項３に記載の光受信器において、
前記式(1)に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔ1が可変のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ1，ａ2，ａ3とタップ遅延Ｔ1をほぼ以下の式で求められる値とすることを特徴とする光受信器。
2008271073.tif 000032
【請求項５】
請求項３に記載の光受信器において、
前記式(2)に示すほぼ周波数ｆu1においてほぼ最小利得となる帯域阻止又は低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔ２が可変のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ4，ａ5，ａ6とタップ遅延Ｔ２をほぼ以下の式で求められる値としたことを特徴とする光受信器。
2008271073.tif 000033
【請求項６】
請求項３に記載の光受信器において、
前記式(1)に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔｃが固定のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ1，ａ2，ａ3とタップ遅延Ｔｃをほぼ以下の式で求められる値としたことを特徴とする光受信器。
2008271073.tif 000034
ただし、周波数ｆdcは、想定される最大伝送距離Ｌmaxと最大分散パラメータＤmaxを前記式(1)に代入して求められる周波数ｆd0max、および想定される最小伝送距離Ｌminと最小分散パラメータＤminを前記式(1)に代入して求められる周波数ｆd0minにおいて、
2008271073.tif 000035
を満たすものとする。
【請求項７】
請求項３に記載の光受信器において、
前記式（１）に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利持となる低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔｃが固定のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ1，ａ2，ａ3とタップ遅延Ｔｃをほぼ以下の式で求められる値とし、ａ2／ａ1を０から−０．４５の間の値に設定することを特徴とする光受信器。
2008271073.tif 000036
2008271073.tif 000037
ただし、ｆdcは、想定される最大伝送距離Ｌmaxと最大分散パラメータＤmaxを前記式(1)に代入して求められる周波数ｆd0max、および想定される最小伝送距離Ｌminと最小分散パラメータＤminを前記式(1)に代入して求められる周波数ｆd0minにおいて、
2008271073.tif 000038
を満たすものとする。
【請求項８】
請求項３に記載の光受信器において、
前記式(2)に示すほぼ周波数ｆu1においてほぼ最小利待となる帯域阻止または低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔ2が固定のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ4，ａ5，ａ6とタップ遅延Ｔ2をほぼ以下の式で求められる値としたことを特徴とする光受信器。
2008271073.tif 000039
ただし、ｆucは、想定される最大伝送距離Ｌmaxと最大分散パラメータＤmaxを前記式(2)に代入して求められる周波数ｆu1max、および想定される最小伝送距離Ｌminと最小分散パラメータＤminを前記式(2)に代入して求められる周波数ｆu1minにおいて、
2008271073.tif 000040
を満たすものとする。
【請求項９】
チャープパラメータを持つ光送信器から送信された光信号を、光ファイバを介して受信し、該光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する光受信器の分散補償装置において、
前記分散補償の振幅特性が、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性においてほぼ極小となる周波数でほぼ最大利得となり、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性においてほぼ極大となる周波数でほぼ最小利得となることを特徴とする分散補償装置。
【請求項１０】
チャープパラメータがαの光送信器から送信された波長がλの光信号が、伝送距離がＬで分散パラメータがＤの光ファイバを伝搬した後に受信され、受光素子で電気信号に変換されて入力し、前記光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する分散補償装置において、
２つのフィルタの縦列接続から構成され、一方のフィルタは式(32)に示す周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタであり、他方のフィルタは式(33)に示す周波数ｆu1おいてほぼ最小利得となる帯域阻止又は低域通過フィルタであることを特徴とする分散補償装置。
2008271073.tif 000041
ただし、ｃは真空における光速である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送における波長分散の影響による信号劣化を補償する分散補償方法、光受信器および分散補償回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ユーザ宅と通信事業者の収容局とを光ファイバで結ぶ区間で構成される光アクセスネットワークにおいては、地理的に分散しているユーザと収容局の間を、通信の有無にかかわらず物理的に常時接続する必要があり、そのための設備の設置、運用保守などのコストが必要となる。よって、より価格競争力のある光アクセスサービスを提供するためには、これらのコストを徹底的に低減させることが求められる。
【０００３】
ところが、信号が高速になるほど、光ファイバ中を伝搬する信号が光ファイバの波長分散の影響を受けることは非特許文献１などによってよく知られている。また、電気信号を光信号に変換する際に用いられるレーザダイオードは、例えば非特許文献２に示されるようにチャープ特性（発振光周波数の揺らぎ）を持ち、光ファイバの波長分散の影響をより大きく受けることが知られている。たとえば１０Ｇｂｉｔ／ｓを超える伝送速度のＮＲＺ信号を、１．５μｍ帯の波長をもつレーザダイオードを直接変調して伝送する場合は、光アクセスネットワークで想定される２０ｋｍ程度までの伝送距離においても、波長分散や周波数チャープ特性の影響を受けて信号波形が劣化するため、受信器の最小受光感度ペナルティが発生する。
【０００４】
その対策として、従来から中継ネットワークで用いられた分散補償技術を用いることが考えられる。しかし、一般に中継ネットワークで用いられる技術は、大きい分散量に対する高い補償効果は得られるものの、高価な部品を用いたり、精度の高い調整が必要となるなど、光アクセスネットワークにおいて重要なコスト削減という観点からは望ましくない。よって、コスト負担を最小限にして光送受信器の経済性を実現する、光アクセスネットワークに適した分散補償技術が求められる。
【０００５】
これらの問題を解決するために、受信光信号を電気信号に変換した後に、波長分散によって劣化した信号波形を補償する電気分散補償技術が提案されている。電気分散補償回路は集積回路によって実現されるため、大量生産や検査の自動化が可能であり、低価格で製造することが可能である。また、等化増幅回路など光受信器内に実装される他の集積回路と同じく、プリント基板上に一括して実装することが可能である。よって、電気分散補償回路を追加するコスト負担はわずかとなる。この構成は、分散補償用の光ファイバを追加したり、光送信器に外部変調器を用いるなど比較的コストの高い技術を応用するよりも、コスト条件の厳しい光アクセスネットワークに適した補償技術である。
【０００６】
図１７に、電気分散補償技術を用いた従来の光受信器の構成を示す。シングルモード光ファイバ２を介して光受信器に入力された光信号は、光モジュールの受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）３によって光信号から電気信号に変換される。受光素子３によって変換される電気信号は非常に微弱であるため、光モジュール内に受光素子３と一体化して実装されるプリアンプ５によって増幅される。その後、電気分散補償回路６によって、波長分散によって劣化した信号が補償される。補償された信号は後段のクロック・データ・リカバリ（ＣＤＲ）回路７によって識別再生される。
【０００７】
図１８に、図１７に示した電気分散補償回路６の構成例を示す。プリアンプ５から入力された電気信号は増幅器６１に入力される。この増幅器６１は出力信号の振幅が一定値になるよう利得が調整される自動利得制御型増幅器（Gain Controlled Amplifier:ＧＣＡ）である。これは、後段の電気分散補償フィルタ６２に受信レベルの異なる信号が入力されると、受信信号レベルに応じた補償を行わなければならず、電気分散補償フィルタ６２に不必要なダイナミックレンジ特性を課すことを避けるためである。電気分散補償フィルタ６２は、分散によって歪みが発生した波形を、分散量に応じた周波数特性で等化するフィルタである。
【０００８】
電気分散補償フィルタ６２の一例として、非特許文献３に示すような、入力信号を分岐するごとに遅延を加え、分岐した信号それぞれに係数を乗じた後、それらの総和を出力する有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いたフィードフォワードイコライザ（ＦＦＥ）と、判定回路（ＤＥＣ）で閾値判定した信号をＦＩＲフィルタでフィルタリングした結果をフィードバックさせる判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）から構成される。判定回路（ＤＥＣ）はある一定の閾値を持ち、供給されるクロック信号で指定されたタイミングにおいて閾値を超えたかどうかを判定する。閾値を超えた場合はマーク信号を出力し、閾値を超えない場合はスペース信号を出力する。
【０００９】
図１９に、図１８に示した電気分散補償フィルタ６２をフィードフォワードイコライザ６２１と判定帰還イコライザ６２２で構成した例を示す。イコライザ６２１，６２２それぞれのＦＩＲフィルタの各信号に乗ずる係数をタップ係数という。このタップ係数を変化させることによって、各イコライザ６２１，６２２は異なる周波数、位相伝達特性を示し、異なる伝送距離の波長分散による信号劣化を、送信した波形と同じ波形になるよう等化を行うことが可能である。
【００１０】
図１８において、アイモニタ回路６３は、電気分散補償フィルタ６２によって補償されたアイパターンをモニタリングする。アイモニタ回路６３によって、アイパターンの劣化量を検出し、その劣化量から補償量を計算して、タップ係数制御部６４に伝える。タップ係数制御部６４はアイモニタ回路６３から指示された補償量に応じて電気分散補償フィルタ６２のタップ係数を制御する。これにより、適応的にタップ係数を最適化することが可能である。よって、光ファイバを用いて通信を行うに先立って分散量を測定することなく、分散量に応じたタップ係数の最適化を自動化し、装置の設定に関する作業を簡略化することができる。
【００１１】
図２０に、非特許文献６に示される別の電気分散補償回路６Ａの例の構成を示す。図１８の構成に比較して、増幅器（ＧＣＡ）６１の記述は省略している。６５はトランスバーサルフィルタ（ＴＦ）、６６は適応タップ係数制御機構、６７は判定帰還イコライザ（ＤＥＦ）、６８は適応タップ係数制御機構である。この構成は、非特許文献３，４に記載のLeast mean square（ＬＭＳ）アルゴリズムを実現する。ＬＭＳアルゴリズムは実際に受信した信号と、理想的な受信信号との誤差を求め、その誤差量に応じてタップ係数を時間ごとに更新していき、適応的に最適値へ収束させるアルゴリズムである。よって、アイモニタ回路６３と同様に、自動的に分散補償量を最適化して、補償量に応じたタップ係数の設定に関する作業を簡略化することができる。
【非特許文献１】Govind P.Agrawal著、"Fiber-optic communication systems",John Wiley ＆ Sons,1997.
【非特許文献２】Amnon Yariv 著、多田・神谷監訳、”光エレクトロニクス  基礎編”、丸善、２０００．
【非特許文献３】D.S.McPherson他、”A 10Gb/s adaptive equalizer with integrated clock and data recovery for optical transmission systems",in Optical Fiber Communication Conference,2005,paper OFO3.
【非特許文献４】Proakis著、坂庭好一翻訳主幹、”ディジタルコミュニケーション”、科学技術出版、１９９９、pp.739-744．
【非特許文献５】F.Devaux 他,"Simple measurement of fiber dispersion and of chirp parameter of intensity modurated light emitter",IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,vol.11,pp.1937-1940,Dec.1993.
【非特許文献６】H.Bulow,"Electric equalization of transmission impairments",Optical Fiber Communication Conference and Exhibit 2002(OFC2002),paperTuE4,2002.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、前記の電気分散補償回路６を実際の光通信に用いる場合、以下の問題が発生する。まず、電気分散補償フィルタ６２の判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）６２２には、受信信号が与えられた閾値Ｕref以上であるか、以下であるかで符号が１か０かを判定回路６２２ａで判定し、その結果にタップ係数を乗じてフィードバックさせることにより、フィードフォワードイコライザ（ＦＦＥ）６２１よりも高い分散補償能力を実現する。このように、判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）６２２には、判定回路（ＤＥＣ）６２２ａが必須である。また、図２０のようにＬＭＳアルゴリズムを用いる場合においても、判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）６７には判定タイミングにおける理想信号と受信信号の誤差を出力するための判定回路（ＤＥＣ）６７ａが必須である。さらに、判定回路（ＤＥＣ）６２２ａ，６７ａには判定タイミングを決めるためにクロック信号ＣＬＫが必要である。このクロック信号ＣＬＫは後段に接続されるＣＤＲ回路７、または判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）やＬＭＳと同じ集積回路内に実現されたＣＤＲ回路から供給されることになる。また、ＬＭＳアルゴリズムは逐次的にそのタップ係数の更新量を計算し、即座にタップ係数に反映しなくてはならない。信号の伝送速度が上昇すれば、タップ係数の更新間隔が短くなり、更新タイミングをそろえるための回路設計が難しくなる。
【００１３】
光アクセスネットワークにおいては、分散によって生じる符号間干渉による最小受感度劣化は生じるものの、電気分散補償回路に判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）を用いるほどの大きな補償量を必要としない。これまで提案されてきた、判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）を用いた電気分散補償回路は、数十から数百ｋｍの伝送距離の光ファイバ伝送において発生する、数百から数千ピコ秒の分散量を補償できるよう設計されている。しかし、光アクセスネットワークにおいて伝送距離は概ね最大２０ｋｍ程度である。よって、その分散量は１５５０ｎｍ帯において最大４００ピコ秒程度であり、電気分散補償回路に大きな補償能力を必要としない。
【００１４】
よって、従来大きな分散量の補償に必要であった判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）やＬＭＳアルゴリズムを用ないことで、判定回路（ＤＥＣ）の削減が実現できれば、光アクセスネットワークに適用される電気分散補償回路の規模や消費電力を削減することが可能になる。また、判定回路（ＤＥＣ）が不要になれば、さらにこれらのクロック信号の供給の必要が無くなり、クロック供給タイミングの調整にかかわる回路や基板設計の負担が軽減される。よって、判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）やＬＭＳアルゴリズムを用いず、簡易なフィードフォワードイコライザ（ＦＦＥ）のみで、分散による受信感度ペナルティを補償するを実現することが課題であった。
【００１５】
本発明の目的は、簡便で且つ補償効果の高い電気分散補償を実現することことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の電気分散補償方法は、チャープパラメータを持つ光送信器から送信された光信号を、光ファイバを介して受信し、該光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する光受信器の分散補償方法において、前記分散補償の伝達関数における振幅特性が、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性のほぼ極小となる周波数でほぼ極大となり、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性のほぼ極大となる周波数においてほぼ極小となることを特徴とする。
請求項２にかかる発明の光受信器は、チャープパラメータがαの光送信器から送信された波長がλの光信号を、伝送距離がＬで分散パラメータがＤの光ファイバで伝搬した後に受信し、電気信号に変換する光受光素子と、前記光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する分散補償器とを備えた光受信器において、前記分散補償器は２つのフィルタの縦列接続から構成され、一方のフィルタは式(1)’に示す周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタであり、他方のフィルタは式(2)’に示す周波数ｆu1においてほぼ最小利得となる帯域阻止又は低域通過フィルタであることを特徴とする。
2008271073.tif 000003
ただし、ｃは真空における光速である。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載の光受信器において、前記式(1)’に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタ、又は前記式(2)’に示すほぼ周波数ｆu1を減衰させる帯域阻止又は低域通過フィルタ、又はその両者をトランスバーサルフィルタで実現したことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載の光受信器において、前記式(1)’に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔ1が可変のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ1，ａ2，ａ3とタップ遅延Ｔ1をほぼ以下の式で求められる値とすることを特徴とする。
2008271073.tif 000004
2008271073.tif 000005
請求項５にかかる発明は、請求項３に記載の光受信器において、前記式(2)’に示すほぼ周波数ｆu1においてほぼ最小利得となる帯域阻止又は低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔ２が可変のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ4，ａ5，ａ6とタップ遅延Ｔ２をほぼ以下の式で求められる値としたことを特徴とする。
2008271073.tif 000006
請求項６にかかる発明は、請求項３に記載の光受信器において、前記式(1)’に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔｃが固定のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ1，ａ2，ａ3とタップ遅延Ｔｃをほぼ以下の式で求められる値としたことを特徴とする。
2008271073.tif 000007
2008271073.tif 000008
ただし、周波数ｆdcは、想定される最大伝送距離Ｌmaxと最大分散パラメータＤmaxを前記式(1)’に代入して求められる周波数ｆd0max、および想定される最小伝送距離Ｌminと最小分散パラメータＤminを前記式(1)’に代入して求められる周波数ｆd0minにおいて、
2008271073.tif 000009
を満たすものとする。
請求項７にかかる発明は、請求項３に記載の光受信器において、前記式（１）’に示すほぼ周波数ｆd0においてほぼ最大利持となる低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔｃが固定のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ1，ａ2，ａ3とタップ遅延Ｔｃをほぼ以下の式で求められる値とし、ａ2／ａ1を０から−０．４５の間の値に設定することを特徴とする。
2008271073.tif 000010
ただし、ｆdcは、想定される最大伝送距離Ｌmaxと最小分散パラメータDmaxを前記式(1)’に代入して求められる周波数ｆd0max、および想定される最小伝送距離Ｌminと最小分散パラメータＤminを前記式(1)’に代入して求められる周波数ｆd0minにおいて、
2008271073.tif 000011
を満たすものとする。
請求項８にかかる発明は、請求項３に記載の光受信器において、前記式(2)’に示すほぼ周波数ｆu1においてほぼ最小利待となる帯域阻止または低域通過フィルタとして、タップ数を３とし、タップ遅延Ｔ2が固定のトランスバーサルフィルタを用い、３つのタップ係数ａ4，ａ5，ａ6とタップ遅延Ｔ2をほぼ以下の式で求められる値としたことを特徴とする。
2008271073.tif 000012
ただし、ｆucは、想定される最大伝送距離Ｌmaxと最大分散パラメータDmaxを前記式(2)’に代入して求められる周波数ｆu1max、および想定される最小伝送距離Ｌminと最小分散パラメータＤminを前記式(2)’に代入して求められる周波数ｆu1minにおいて、
2008271073.tif 000013
を満たすものとする。
請求項９にかかる発明の分散補償装置は、チャープパラメータを持つ光送信器から送信された光信号を、光ファイバを介して受信し、該光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する光受信器の分散補償装置において、前記分散補償の振幅特性が、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性においてほぼ極小となる周波数でほぼ最大利得となり、前記光送信器と前記光ファイバによって構成される伝達関数の振幅特性においてほぼ極大となる周波数でほぼ最小利得となることを特徴とする。
請求項１０にかかる発明の分散補償装置は、チャープパラメータがαの光送信器から送信された波長がλの光信号が、伝送距離がＬで分散パラメータがＤの光ファイバを伝搬した後に受信され、受光素子で電気信号に変換されて入力し、前記光ファイバの群速度分散によって生じる波形劣化を補償する分散補償装置において、２つのフィルタの縦列接続から構成され、一方のフィルタは式(32)’に示す周波数ｆd0においてほぼ最大利得となる低域通過フィルタであり、他方のフィルタは式(33)’に示す周波数ｆu1おいてほぼ最小利得となる帯域阻止又は低域通過フィルタであることを特徴とする。
2008271073.tif 000014
ただし、ｃは真空における光速である。
【発明の効果】
【００１７】
従来の判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）による電気分散補償フィルタやＬＭＳアルゴリズムによるタップ係数決定手法では、受信信号波形がマークかスペースかを判出して出力する判定回路（ＤＥＣ）を搭載し、さらに、判定回路（ＤＥＣ）の判定タイミングを決めるために、判定回路（ＤＥＣ）の出力からクロック信号成分を抽出して判定回路（ＤＥＣ）に供給しなければならなかった。これに対し、本発明によれば、２つのトランスバーサルフィルタ（低域通過フィルタや帯域阻止フィルタ）等のみを用い、タップ遅延とタップ係数の両方またはタップ係数のみを、光ファイバの分散値と光送信器のチャープパラメータαと伝送距離Ｌに応じて最適化することにより、効果的に分散補償を実現できる。このため、判定帰還イコライザ（ＤＦＥ）や判定回路（ＤＥＣ）を用いることなく、簡易な構成で、分散量に応じた効果的な分散の補償を行い、受信感度ペナルティを改善することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
＜本発明の原理＞
まず、本発明における光ファイバの波長分散と光送信器の周波数チャープによる波形劣化を補償する電気分散補償フィルタの原理を説明するする。
【００１９】
図１に、本発明に用いる光伝送路と光送受信器のモデルを示す。入力電気信号ｘ(t)は、チャープパラメータαをもつ光送信器１に入力され、光送信器１は波長λ、強度Ｉ0の光搬送波を入力電気信号ｘ(t)に従って振幅変調して光送信信号として出力する。光送信器１は周波数チャープ量を示すチャープパラメータαを持つ以外は、周波数応答の増幅はすべての周波数で１であり、直線位相特性の理想的な光送信器であるとする。光信号は、波長分散パラメータＤを持つ光ファイバ２をユーザまでの伝送距離Ｌだけ伝搬した後に、受光素子３へ入力され、光信号から電気信号ｘｒ(t)に変換される。受光素子３は光信号を自乗検波し、低域周波数成分を通過させることによって、光信号の包絡線を電気信号ｘｒ(t)に変換する素子であるとし、その周波数応答の振幅特性はすべての周波数で平坦であり、直線位相特性となる理想的な受光素子とする。本発明における電気分散補償フィルタ４はこの電気信号ｘｒ(t)を入力して電気信号ｙ(t)を出力する。
【００２０】
非特許文献５によれば、ｘ(t)を入力信号、ｘｒ(t)を出力信号としたときの、直流成分を基準にした伝送路の伝達関数Ｉres(f)は以下のように表される。
2008271073.tif 000015
ただし、ｃは真空における光速度、vgは光搬送波の群速度、ｆは周波数である。よって、振幅応答｜Ｉres(f)｜は、
2008271073.tif 000016
となる。式(35)は、
2008271073.tif 000017
の場合に最小となる。そのときの周波数をｆdnとすると、
2008271073.tif 000018
となる。また、式(35)は、
2008271073.tif 000019
の場合に最大となる。そのときの周波数をｆunとすると、
2008271073.tif 000020
となる。
【００２１】
図２に、式(35)で示される｜Ｉres｜の特性例を示す。λ＝１５５０ｎｍ、Ｌ＝２０ｋｍ、Ｄ＝１８ｐｓ／ｎｍｋｍとした。図２からわかるように、６ＧＨｚ付近（ｆd0）および１９ＧＨｚ付近（ｆd1）に振幅応答が最小になる周波数が、１４ＧＨｚ付近（ｆu1）に振幅応答が最大（ＤＣ比√（１＋α2）倍）となる周波数が存在する。
【００２２】
図３に、チャープパラメータαを３，４，５としたときの伝送距離Ｌに対する周波数ｆd0、図４に同様の周波数ｆd1を、図５に同様の周波数ｆu1を示す。図３において、５ｋｍ付近より周波数ｆd0が１０ＧＨｚを下回ってくる。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ信号を伝送する場合、非特許文献１によれば、ＮＲＺ信号の再生にはビットレートの０．７倍まで、すなわち直流から７ＧＨｚ付近までの透過周波数帯域が必要とされ、伝送距離が増加すれば周波数ｆd0付近の減衰が７ＨＧｚを下回り、１０Ｇｂｉｔ／ｓの信号に影響を与えることがわかる。図４においては、光アクセスネットワークの伝送距離として想定される２０ｋｍまでであれば、周波数ｆd1付近の周波数成分の滅哀が１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ信号に影響しないことがわかる。一方、図５に示すように、周波数ｆu1は１０ｋｍを越えるあたりより２０ＧＨｚを下回ってくる。通常、ビットレート以上の周波数成分は信号の再生に必要ないため、低域通過フィルタで遮断されるが、完全には遮断することはできない。そのため、周波数ｆu1付近で強調された成分が受信信号に現れることで信号の波形が歪むことがわかる。
【００２３】
以上の考察より、光信号が分散を持つ光ファイバ２を伝送すると、信号ｘｒ(t)の波形には、以下のような問題が生じる。
問題ａ：周波数ｆd0付近の振幅特性は、直流（ＤＣ）付近よりも減衰する。この減衰は、伝送距離が短い場合には問題とならないが、伝送距離が長くなる、もしくはチャープパラメータαが大きくなると、周波数ｆd0は小さくなるため、信号の伝搬に必要な帯域内で減衰することになり、信号ｘｒ(t)の波形劣化が発生する。
問題ｂ：周波数ｆu1付近の振幅特性は、直流（ＤＣ）付近よりも強調される。その結果、信号の伝搬に不必要な周波数成分が強調されると、受信アイパターンにその高調波成分が現れ、信号ｘｒ(t)の波形劣化が発生する。
【００２４】
そこで、この問題を解決し、もともとの送信波形である信号ｘ(t)に近い波形をｙ(t)として出力する電気分散補償フィルタ４を以下の方針で構成する。ただし、電気分散補償フィルタ４の伝達関数をＨEDC(f)とする。
方針ａ：周波数ｆd0付近において、電気分散補償フィルタ４の振幅成分を強調することにより、ｘ(t)からｙ(t)への、すなわち通信路全体の伝達関数の振幅特性｜Ires(f)・ＨEDC(f)｜をできるだけ平坦化する。
方針ｂ：周波数ｆu1付近において、電気分散補償フィルタ４の振幅成分を抑圧することにより、ｘ(t)からｙ(t)への、すなわち通信路全体の伝達関数の振幅特性｜Ires(f)・ＨEDC(f)｜をできるだけ平坦化する。
【００２５】
＜第１の実施例＞
まず、以上説明した周波数特性を実現するための電気分散補償フィルタ４を構成する第１の実施例を図６に示す。図６に示す電気分散補償フィルタ４は２つのトランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２から構成される。トランスバーサルフィルタＴＦ１はタップ数３（ａ1，ａ2，ａ3）、遅延器４１１の遅延がＴ１のトランスバーサルフィルタである。４１２は乗算器、４１３は加算器である。トランスバーサルフィルタＴＦ２はタップ数３（ａ4，ａ5，ａ6）、遅延器４２１の遅延がＴ２のトランスバーサルフィルタである。４２２は乗算器、４２３は加算器である。両トランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２の遅延器のタップ遅延Ｔ１，Ｔ２は共に可変である。本実施例ではトランスバーサルフィルタＴＦ１を前記方針ａを実現するためのフィルタとし、トランスバーサルフィルタＴＦ２を前記方針ｂを実現するためのフィルタとするが、その順序を入れ替えたとしても電気分散補償フィルタとしての特性は変化しない。
【００２６】
まず、式(35)によりわかるとおり、伝達関数Ｉres(f)における位相は直線位相特性である。そのため、電気分散補償フィルタ４の位相特性についても直線位相、またはそれに近い特性が望ましい。そこで、トランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２は直線位相特性を満足するために、そのタップ係数を、
2008271073.tif 000021
とする。
【００２７】
次に、トランスバーサルフィルタＴＦ１の構成法について説明する。ＴＦ１は光送信器１０と光ファイバ２０によって周波数ｆd0で最大となる減衰を補償するために、周波数ｆd0において利得が最大になるよう構成する。ＴＦ１の伝達関数ＨTF1(f)は、
2008271073.tif 000022
となることから、
2008271073.tif 000023
とすればよい。
【００２８】
次に、タップ係数ａ1，ａ2を以下のように設定する。式(42)から、トランスバーサルフィルタＴＦ１による周波数ｆdoにおける強調量は、｜ａ2／ａ1｜に比例する。しかし、｜ａ2／ａ1｜を無制限に大きくすることはできない。なぜなら、｜ａ2／ａ1｜を大きくしすぎると、光送信器１から受光素子３、トランスバーサルフィルタＴＦ１を含めた伝達関数Ｉres・ＨTF1の振幅特性が、信号の伝搬に必要な周波数帯域において平均にならない。振幅特性にピークが発生することで、トランスバーサルフィルタＴＦ１の出力信号の振幅値が符号パターンによって変化し、大きなジッタやデューティ変動が生じて受信波形に歪みが生じ、光受信器の感度が劣化する。
【００２９】
そこで、伝達関数Ｉres・ＨTF1の振幅特性が、信号の伝搬に必要な周波数帯域において可能なな限り、平坦になるようにするために、図２に示すような周波数ｆd0以下の任意の１つの周波数ｆｃにおいて、振幅利得が「ａ1＋ａ2」となるようにトランスバーサルフィルタＴＦ１のタップ係数値を調整する。これにより、ＴＦ１の伝達関数がｆｃ付近まで、ある程度の平坦度を確保することが可能になり、ジッタ量を抑え、安定した振幅の信号出力を得ることができる。よって、タップ係数ａ2を以下の式によって導出する。
2008271073.tif 000024
これを計算すると、
2008271073.tif 000025
となる。
【００３０】
図7に、Ｄ＝１８ｐｓ／ｎｍｋｍ、α＝３，４としたときの、各距離におけるａ2／ａ1を示す。チャープパラメータαの最大値を４、伝送距離Ｌを０ｋｍ〜２０ｋｍと考えるならば、ａ2／ａ1はおおむね−０．０５〜−０．４５の間であり、アナログ回路から構成されるＦＩＲフィルタを用いる場合においても、現実的なタップ係数を実現することができる。
【００３１】
これらのタップ係数の値は、λ、α、Ｄ、Ｌに応じて正碓に設定する必要はない。光アクセスネットワークにおいては、用いる光送信器や収容局からユーザまでの伝送距離はさまざまであり、ユーザ数も多い。各ユーザごとにそれらの値を正確に測定することは非常にコストがかかる。しかし、何らかの手法を用いて、λ、α、Ｄ、Ｌのおおむねの値をあらかじめ特定したり、通信に先だって、または通信中に測定、または推定することは可能である。例えば、分散パラメータＤは一般的なシングルモードファイバにおいてははぼ一定であり、波長λは通信に先だって定められている。また、図１８に示されるようなアイモニタ回路６３は、理想的なアイパターンの劣化量を検出する回路であり、この得られた劣化量から伝送距離Ｌやチャープパラメータαを推定できる。よって、推定結果から、ａ2／ａ1をおおむね−０．０５〜−０．４５の間で最適化し、タップ遅延Ｔ１を周波数ｆd0付近を強調するよう設定されたトランスバーサルフィルタＴＦ１を構成すれば、ＴＦ１の目的とする周波数ｆd0より低い周波数における減衰量が、平坦になるように補償することが可能になる。
【００３２】
また、式（37）や式（47）、式（48）からわかるように、周波数ｆd0やａ2／ａ1の変化は単調である。よって、タップ係数の値を求めるために正確なλ、α、Ｄ、Ｌを求める必要はなく、最適値付近にａ2／ａ1を設定すれば、最適値に設定した場合と同様の効果が得られると期待される。
【００３３】
次に、トランスバーサルフィルタＴＦ２において周波数ｆu1付近の振幅特性を抑圧するためには、タップ係数ａ4、ａ5、タップ遅延Ｔ2を
2008271073.tif 000026
とすればよい。このようにトランスバーサルフィルタＴＦ２を構成することにより、周波数ｆu1における振幅利得を０として、不要な高周波成分の強調を抑止することが可能になる。この場合も、ａ4／ａ5が正確に０．５で、タップ遅延Ｔ2も式（51）より正確に設定する必要はない。
【００３４】
図８、図９、図１０はビットレート１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ信号を想定したアイパターンのシミュレーション結果である。縦軸はレベル、横軸は時間である。これは、光送信器１には直接変調レーザダイオード（ＬＤ）を想定し、α＝３．５、Ｄ＝１８ｐｓ／ｎｍｋｍとしたときの、受光素子３の出力（受信波形）、トランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２の出力の結果である。ａ5＝１、ａ4＝０．５に固定した。図８〜図１０はそれぞれ伝送距離がＬ＝５ｋｍ，１０ｋｍ，１５ｋｍに相当する。図１５に式（47）に代入した各パラメータを示した。また、ｆｃ＝５ＧＨｚとした。いずれの距離においても、トランスバーサルフィルタＴＦ２の出力は十分なアイ開口が得られていることがわかる。また、図８〜図１０におけるトランスバーサルフィルタＴＦ１の出力だけでは、アイ中央における開口度が大きくなるものの、アイパターン、特に立ち上がり、立ち下が部におけるジッタが大きい。しかしトランスバーサルフィルタＴＦ２の出力では、ビットスロット中央におけるより大きなアイ開口度と、立ち上がり、立ち下がり部におけるジッタの低減が得られている。すなわち、本実施例においては、トランスバーサルフィルタＴＦ１とＴＦ２を組み合わせることによって、アイ開口度の大きい受信波形を得ることができていることがわかる。
【００３５】
本実施例におけるトランスバーサルフィルタＴＦ１は、周波数ｆd0以下において、信号伝送に必要な、平坦な周波数特性を得るための補償を行う電気信号を入出力とするフィルタであればよく、図６に示す形態に限定されるものではない。また、符号形式は実施例で示したＮＲＺに限らず、その他の符号形式においても、周波数ｆd0が信号の伝送に必要な周波数帯域内にあり、周波数ｆu1が信号の伝送に必要でない周波数である場合には、同様に補償することができる。また、トランスバーサルフィルタＴＦ２は周波数ｆu1付近で発生する振幅利得を十分抑止するために、通信路全体の伝達関数Ｉres(f)・ＨEDC(f)の信号の伝送に不必要な周波数帯域において、振幅特性が０ｄＢ以下になるような帯域阻止フィルタまたは低域通過フィルタを構成すればよく、図６に示す形態に限定されるものではない。よって、トランスバーサルフィルタＴＦ２は一般的な帯域阻止または低域通過フィルタを用いることも可能である。さらに図６における２つのトランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２の機能を一体化した電気入出力フィルタで実現すれば、電気分散補償フィルタ４は図６に示したような、２つのトランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２を縦列接続する構成に限定するものではない。ＴＦ１およびＴＦ２、または両者を一体化した特性をもつ電気入出力フィルタは、たとえば抵抗、コンデンサ、コイル、オペアンプ回路などを組み合わせ実現するアナログフィルタで実現することも十分可能である。
【００３６】
＜第２の実施例＞
次に、本発明の第２の実施例を説明する。第２の実施例は、図６に示すトランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２におけるタップ遅延を固定とした場合の補償方法である。これは、第１の実施例におけるトランスバーサルフィルタＴＦ１、ＴＦ２のタップ遅延量が図１５のパラメータに示したほどの可変範囲を実現することができない場合に用いることができる。
【００３７】
まず、トランスバーサルフィルタＴＦ１においては、伝送距離Ｌやチャープパラメータαによって変化する式（45）に示される周波数ｆd0を用いるのではなく、ＴＦ１の最大振幅利得となる周波数を一定値ｆdcに固定する。周波数ｆdcの選択は、周波数ｆdcを固定したときの補償効果を最大にするために、想定される伝送距離における加入者分布の最大値となる伝送距離Ｌを用いた周波数ｆd0や、式（37）で計算される周波数の可変範囲における中点の伝送距離Ｌを用いた周波数ｆd0などを用いることができる。このときのトランスバーサルフィルタＴＦ１のタップ遅延Ｔ1をＴｃとおくと、
2008271073.tif 000027
となる。よって、第１の実施例と同様にしてａ1／ａ2を次の式のように定める。
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【００３８】
図１１に、Ｄ＝１８ｐｓ／ｎｍｋｍ、α＝３，４、ｆdc＝７ＧＨｚ、ｆｃ＝５ＧＨｚとしたときの、各伝送距離Ｌにおけるａ2／ａ1を示す。αの最大値を４、伝送距離Ｌを０ｋｍ〜２０ｋｍと考えるならば、ａ2／ａ1はおおむね０〜−０．４５の間であり、アナログ回路から構成されるＦＩＲフィルタを用いる場合においても、現実的なタップ係数を実現することができる。
【００３９】
次に、トランスバーサルフィルタＴＦ２におけるタップ遅延Ｔ２については、タップ遅延Ｔｃと同様にトランスバーサルフィルタＴＦ２の利得が最小になる周波数ｆucを固定した値とし、
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とする。周波数ｆucの選択は、その周波数ｆucを固定したときの補償効果を最大にするために、想定される伝送距離における加入者分布の最大値となる伝送距離をＬとして用いた周波数ｆu1や、式（37）で計算される周波数の可変範囲における中点の伝送距離Ｌを用いた周波数ｆu1などを用いることができる。また、トランスバーサルフィルタＴＦ２においては、この高調波成分を除去するためのフィルタであれば、トランスバーサルフィルタに限定されるものではない。
【００４０】
図１２、図１３、図１４に１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ信号を伝送した場合のシミュレーション結果を示す。縦軸はレベル、横軸は時間である。図１２〜図１４はそれぞれＬ＝５ｋｍ、１０ｋｍ，１５ｋｍに相当する。図１６にシミュレーションに用いた各パラメータを示す。また、周波数はｆｃ＝５ＧＨｚ、ｆdc＝７ＧＨｚ、ｆuc＝１７ＧＨｚとした。図１２〜図１４に示した結果により、トランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２におけるタップ遅延量を固定にした場合においても、分散による波形の歪みが補償され、大きなアイ開口度が得られていることがわかる。
【００４１】
本実施例におけるトランスバーサルフィルタＴＦ１は、第１の実施例と同様に、周波数ｆd0以下において、信号伝送に必要な、平坦な周波数特性を得るための補償を行う電気信号を入出力とするフィルタであればよく、図６に示す形態に限定されるものではない。また、符号形式は実施例で示したＮＲＺに限らず、その他の符号形式においても、周波数ｆd0が信号の伝送に必要な周波数帯域内にあり、周波数ｆu1が信号の伝送に必要でない周波数である場合には、同様に補償することができる。また。トランスバーサルフィルタＴＦ２は周波数ｆu1付近で発生する振幅利得を十分抑圧するために、通信路全体の伝達関数Ｉres(f)・ＨDEC(f)の信号の伝送に不必要な周波数帯域において、振幅特性が０ｄＢ以下になるような帯域阻止フィルタをトランスバーサルフィルタＴＦ２として構成すればよく、図６に示す形態に限定されるものではない。よって、トランスバーサルフィルタＴＦ２は一般的な帯域阻止または低域通過フィルタを用いることも可能である。さらに図６における２つのトランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２の機能を一体化した電気入出力フィルタで実現すれば、電気分散補償フィルタは図６に示したような、２つのフィルタを縦列接続する構成に限定するものではない。よく知られているように、トランスバーサルフィルタＴＦ１，ＴＦ２、または両者を一体化した特性をもつ電気入出力フィルタは、たとえば抵抗、コンデンサ、コイル、オペアンプ回路などを組み合わせて実現するアナログフィルタで実現することも十分可能能である。
【００４２】
以上説明したとおり、本発明のように電気分散補償フィルタを構成することで、周波数チャープを持つ光送信器１と波長分散を持つ光ファイバ２を伝送してきた光信号の受信波形を、伝送距離に応じて経済的に補償して良好なアイパターンを得ることが可能になり、経済的な光送受信器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例における伝送路モデルを示した図である。
【図２】式(35)による｜Ｉres(f)｜の計算例を示す図である。
【図３】α＝３，４，５における伝送距離Ｌに対する周波数ｆd0の特性図である。
【図４】α＝３，４，５における伝送距離Ｌに対する周波数ｆd1の特性図である。
【図５】α＝３，４，５における伝送距離Ｌに対する周波数ｆu1の特性図である。
【図６】本発明の第１の実施例における電気分散補償フィルタの構成を示すブロック図である。
【図７】第１の実施例におけるα＝３，４としたときの各伝送距離Ｌにおけるａ2／ａ1の特性図である。
【図８】第１の実施例での伝送距離Ｌ＝５ｋｍにおける受信波形、ＴＦ１の出力およびＴＦ２の出力のシミュレーション波形を示す図である。
【図９】第１の実施例での伝送距離Ｌ＝１０ｋｍにおける受信波形、ＴＦ１の出力およびＴＦ２の出力のシミュレーション波形を示す図である。
【図１０】第１の実施例での伝送距離Ｌ＝１５ｋｍにおける受信波形、ＴＦ１の出力およびＴＦ２の出力のシミュレーション波形を示す図である。
【図１１】第２の実施例におけるα＝３，４としたときの各伝送距離Ｌにおけるａ2／ａ1の特性図である。
【図１２】第２の実施例での伝送距離Ｌ＝５ｋｍにおける受信波形、ＴＦ１の出力およびＴＦ２の出力のシミュレーション波形を示す図である。
【図１３】第２の実施例での伝送距離Ｌ＝１０ｋｍにおける受信波形、ＴＦ１の出力およびＴＦ２の出力のシミュレーション波形を示す図である。
【図１４】第２の実施例での伝送距離Ｌ＝１５ｋｍにおける受信波形、ＴＦ１の出力およびＴＦ２の出力のシミュレーション波形を示す図である。
【図１５】第１の実施例の図８〜図１０のシミュレーションに用いたパラメータの説明図である。
【図１６】第２の実施例の図１２〜図１４のシミュレーションに用いたパラメータの説明図である。
【図１７】従来の光受信器の構成を示すブロック図である。
【図１８】従来の電気分散補償回路の構成を示すブロック図である。
【図１９】ＦＦＤ，ＤＦＦを用いた従来の電気分散補償フィルタの構成を示すブロック図である。
【図２０】ＬＭＳアルゴリズムを用いた従来の電気分散補償回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：光送信器
２：光ファイバ
３：受光素子（ホトダイード：ＰＤ）
４：電気分散補償フィルタ、４１，４２：トランスバーサルフィルタ(ＴＦ１,ＴＦ２）
５：プリアンプ
６，６Ａ：電気分散補償回路、６１：増幅器(ＧＣＡ)、６２：電気分散補償フィルタ、６３：アイモニタ回路、６４：タップ係数制御部、６５：トランスバーサルフィルタ(ＴＦ）、６６：適応タップ係数制御機構、６７：判定帰還イコライザ（ＤＥＦ）、６７ａ：判定回路（ＤＥＣ）、６８：適応タップ係数制御機構、６２１：フィードフォワードイコライザ（ＦＦＥ）、６２２：判定帰還イコライザ（ＤＥＦ）、６２２ａ：判定回路（ＤＥＣ）
７：ＣＤＲ回路
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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