(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信光信号とＬＯ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）光源が出力した局発光とが入力され、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部の出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）復調処理部と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定部と、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御部と、
を備え、
前記オフセット周波数推定部は、
前記ＦＦＴ部の出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第１のピーク検出器と、
前記第１のピーク検出器の出力に従って、前記時間領域の受信データから前記ビーティング成分のみを周波数領域に変換する狭帯域ＦＦＴ部と、
前記狭帯域ＦＦＴ部の出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第２のピーク検出器と、
を備え、
前記第２のピーク検出器の出力から前記オフセット周波数を推定する
ことを特徴とする光受信器。
【請求項２】
前記オフセット周波数推定部は、
前記時間領域の受信データを時間遅延させる遅延器と、
前記遅延器から出力された前記受信データを前記第１のピーク検出器の出力に応じたダウンサンプリング係数でダウンサンプリングし、前記狭帯域ＦＦＴ部に入力するダウンサンプラーと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
【請求項３】
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とが入力され、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部の出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理部と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定部と、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御部と、
を備え、
前記波長制御部は、
前記オフセット周波数の初期の推定時に波長ディザリングを行い、前記オフセット周波数の符号を、前記ＬＯ光源が出力する光周波数が送信光源の光周波数よりも高い場合は正の値、低い場合は負の値にそれぞれ決定し、前記ＬＯ光源に対して前記符号が正の場合には出力する光周波数を下げ、前記符号が負の場合には出力する光周波数を上げる旨の制御を行い、前記ＬＯ光源の制御後、前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数が増加する場合には前記符号を反転する
ことを特徴とする光受信器。
【請求項４】
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とが入力され、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部の出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理部と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定部と、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御部と、
を備え、
前記ＯＦＤＭ復調処理部は、
サブキャリア間隔以内のオフセット周波数の変動によって生じる信号劣化を補償するＯｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器を備え、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数を基に、前記Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器のタップ係数を演算するタップ係数演算部をさらに備える
ことを特徴とする光受信器。
【請求項５】
前記波長制御部及び前記ＬＯ光源を用いて大きいオフセット周波数を最小化した後で、前記タップ係数演算部及び前記Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器を用いてサブキャリア間隔以内の小さいオフセット周波数の変動による信号劣化を補償する
ことを特徴とする請求項４に記載の光受信器。
【請求項６】
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とを入力し、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信手順と、
前記光コヒーレント受信手順での出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理手順と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定手順と、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御手順と、
を行い、
前記オフセット周波数推定手順は、
前記ＦＦＴ部の出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第１のピーク検出手順と、
前記第１のピーク検出手順での出力に従って、前記時間領域の受信データから前記ビーティング成分のみを周波数領域に変換する狭帯域ＦＦＴ手順と、
前記狭帯域ＦＦＴ手順での出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第２のピーク検出手順と、
を含み、
前記第２のピーク検出手順での出力から前記オフセット周波数を推定する
ことを特徴とする光受信器の光受信方法。
【請求項７】
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とを入力し、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信手順と、
前記光コヒーレント受信手順での出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理手順と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定手順と、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御手順と、
を行い、
前記波長制御手順では、
前記オフセット周波数の初期の推定時に波長ディザリングを行い、前記オフセット周波数の符号を、前記ＬＯ光源が出力する光周波数が送信光源の光周波数よりも高い場合は正の値、低い場合は負の値にそれぞれ決定し、前記ＬＯ光源に対して前記符号が正の場合には出力する光周波数を下げ、前記符号が負の場合には出力する光周波数を上げる旨の制御を行い、前記ＬＯ光源の制御後、前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数が増加する場合には前記符号を反転する
ことを特徴とする光受信器の光受信方法。
【請求項８】
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とを入力し、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信手順と、
前記光コヒーレント受信手順での出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理手順と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定手順と、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御手順と、
を行い、
前記ＯＦＤＭ復調処理手順は、
サブキャリア間隔以内のオフセット周波数の変動によって生じる信号劣化を補償するＯｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化手順を含み、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数を基に、前記Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化手順でのタップ係数を演算するタップ係数演算手順をさらに行う
ことを特徴とする光受信器の光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレントシステムにおいて、ＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を最小化するための光受信器構成及び光受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代光アクセスシステムにおいて、システム性能と経済性を向上するとともに新たなサービスを柔軟にサポートする手段として、高多値ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と光コヒーレント検波技術の適用が注目を集めている。
【０００３】
高多値ＯＦＤＭはその高い帯域利用効率により狭い周波数帯域を持つ安価なトランシーバを許すと共に、複数キャリアの柔軟な利用を可能とする。サブキャリア単位のパワー設定を通じて、光源と光ファイバからのチャープ分散によって生じる特定周波数での信号スペクトル損失に対応できる（例えば、非特許文献１、参照。）。
【０００４】
光コヒーレント検波は、受信器にＬＯ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）光源を置くことでショット雑音限界に近い受信感度が得られるため、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムの延伸化・多分岐化を可能にする。要求部品およびデジタル信号処理での簡単性のため、光強度変調によって得られるベースバンドＯＦＤＭ信号と光コヒーレント検波とを組み合わせての使用が期待される。
【０００５】
時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ）ＰＯＮシステムは複数の光ネットワークユニット（ＯＮＵ）が光スプリッタを介して一つの光回線終端装置（ＯＬＴ）とポイントツーマルチポイント型の通信を行う。ＯＬＴおよびＯＮＵは光送信器と光受信器で構成され、所定の時間スロットに上り・下り通信を行う。
【０００６】
複数のＯＮＵからの上りフレーム信号は、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）により多重され、ＯＬＴに送られる。各ＯＮＵに付与された固有の認識番号を基に、各ＯＮＵからの上りフレーム信号のＯＬＴ到着時間が重複しないように動的帯域割当（ＤＢＡ：Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）が行われる。（例えば、非特許文献２、３、参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｌ．  Ａｎｅｔ  Ｎｅｔｏ，  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｏｎ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ  ｏｆ  Ｃｈｉｒｐｅｄ  Ｌａｓｅｒｓ  ｆｏｒ  ＡＭＯＯＦＤＭ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｌｏｎｇ  Ｄｉｓｔａｎｃｅ  ＰＯＮ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”，  Ｐｒｏｃ．Ｃｏｎｆ．Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＯＷＫ４，Ｍａｒ．２０１１．
【非特許文献２】ＮＴＴ技術ジャーナル２００５．９．技術基礎講座「ＧＥ−ＰＯＮ技術」第２回
【非特許文献３】ＮＴＴ技術ジャーナル２００５．１０．技術基礎講座「ＧＥ−ＰＯＮ技術」第３回
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光コヒーレントシステムでは、基本的にＬＯ光源と送信光源の間は時間に応じて変動する周波数差が存在するため、光受信器はその差をオフセット周波数とするバンドパス信号を出力する。周波数差が大きいと、スペクトル上で、バンドパス信号は、光受信器のアナログフロントエンドが持つ周波数帯域を超えるため、信号のスペクトル損失を招く。
【０００９】
サブキャリア単位のパワー設定を行った場合は、パワーミスマッチングが発生する。そして、ＯＦＤＭの信号復調ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）で、信号直交性の損傷およびベースバンドＯＦＤＭ信号の実部と虚部間の対称性損傷を起こす。
【００１０】
これらの問題はポストデジタル信号処理では解決できないため、オフセット周波数から起因する信号損傷は光コヒーレントシステムの通信性能を大幅に低下させる原因となる。したがって、出力の光周波数が非常に安定した光源が要求される。しかしながら、光端でキャリアトラッキングループを行うＯＰＬＬ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）は実現が難しい。
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためにビーティング成分と基本ＯＦＤＭ復調処理部を利用することで、簡単な構成で、オフセット周波数が最小化された光コヒーレント受信器を提供することを目的とする。また、ＯＦＤＭ信号の情報を参照することなく、ビーティング成分のみを検出し動作することで、オフセット周波数の推定における信号劣化耐力を持つと共に、ＯＦＤＭ信号の形式に依存性がないことが特徴である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
異なる光周波数を持つ二つの光源が入力される場合、光検出器（フォトダイオード）はその周波数差を周波数とするビーティング成分を出力する。オフセット周波数を最小化するため、ビーティング成分を用いてオフセット周波数を推定し、推定された情報を基に光源の光周波数を制御する。
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明では、受信信号と一緒に検出されるビーティング成分のピークを検出してオフセット周波数として推定し、推定されたオフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、波長制御回路を通じてＬＯ光源の生成する光周波数を制御する。
【００１４】
具体的には、本発明に係る光受信器は、
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とが入力され、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部の出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理部と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定部と、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御部と、
を備え、
前記オフセット周波数推定部は、
前記ＦＦＴ部の出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第１のピーク検出器と、
前記第１のピーク検出器の出力に従って、前記時間領域の受信データから前記ビーティング成分のみを周波数領域に変換する狭帯域ＦＦＴ部と、
前記狭帯域ＦＦＴ部の出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第２のピーク検出器と、
を備え、
前記第２のピーク検出器の出力から前記オフセット周波数を推定する。
【００１５】
本発明に係る光受信器では、
前記オフセット周波数推定部は、
前記時間領域の受信データを時間遅延させる遅延器と、
前記遅延器から出力された前記受信データを前記第１のピーク検出器の出力に応じたダウンサンプリング係数でダウンサンプリングし、前記狭帯域ＦＦＴ部に入力するダウンサンプラーと、
をさらに備えてもよい。
【００１６】
具体的には、本発明に係る光受信器は、
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とが入力され、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部の出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理部と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定部と、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御部と、
を備え、
前記波長制御部は、
前記オフセット周波数の初期の推定時に波長ディザリングを行い、前記オフセット周波数の符号を、前記ＬＯ光源が出力する光周波数が送信光源の光周波数よりも高い場合は正の値、低い場合は負の値にそれぞれ決定し、前記ＬＯ光源に対して前記符号が正の場合には出力する光周波数を下げ、前記符号が負の場合には出力する光周波数を上げる旨の制御を行い、前記ＬＯ光源の制御後、前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数が増加する場合には前記符号を反転する
ことを特徴とする。
【００１７】
具体的には、本発明に係る光受信器は、
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とが入力され、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信部と、
前記光コヒーレント受信部の出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理部と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定部と、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御部と、
を備え、
前記ＯＦＤＭ復調処理部は、
サブキャリア間隔以内のオフセット周波数の変動によって生じる信号劣化を補償するＯｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器を備え、
前記オフセット周波数推定部で推定された前記オフセット周波数を基に、前記Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器のタップ係数を演算するタップ係数演算部をさらに備える
ことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る光受信器では、
前記波長制御部及び前記ＬＯ光源を用いて大きいオフセット周波数を最小化した後で、前記タップ係数演算部及び前記Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器を用いてサブキャリア間隔以内の小さいオフセット周波数の変動による信号劣化を補償してもよい。
【００１９】
具体的には、本発明に係る光受信器の光受信方法は、
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とを入力し、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信手順と、
前記光コヒーレント受信手順での出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理手順と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定手順と、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御手順と、
を行い、
前記オフセット周波数推定手順は、
前記ＦＦＴ部の出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第１のピーク検出手順と、
前記第１のピーク検出手順での出力に従って、前記時間領域の受信データから前記ビーティング成分のみを周波数領域に変換する狭帯域ＦＦＴ手順と、
前記狭帯域ＦＦＴ手順での出力から前記ビーティング成分のピークを検出する第２のピーク検出手順と、
を含み、
前記第２のピーク検出手順での出力から前記オフセット周波数を推定する
ことを特徴とする。
【００２０】
具体的には、本発明に係る光受信器の光受信方法は、
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とを入力し、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信手順と、
前記光コヒーレント受信手順での出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理手順と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定手順と、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御手順と、
を行い、
前記波長制御手順では、
前記オフセット周波数の初期の推定時に波長ディザリングを行い、前記オフセット周波数の符号を、前記ＬＯ光源が出力する光周波数が送信光源の光周波数よりも高い場合は正の値、低い場合は負の値にそれぞれ決定し、前記ＬＯ光源に対して前記符号が正の場合には出力する光周波数を下げ、前記符号が負の場合には出力する光周波数を上げる旨の制御を行い、前記ＬＯ光源の制御後、前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数が増加する場合には前記符号を反転する
ことを特徴とする。
【００２１】
具体的には、本発明に係る光受信器の光受信方法は、
受信光信号とＬＯ光源が出力した局発光とを入力し、前記受信光信号をコヒーレント検波する光コヒーレント受信手順と、
前記光コヒーレント受信手順での出力から得られる時間領域の受信データに対してＦＦＴ部により高速フーリエ変換を行い、復調処理を行うＯＦＤＭ復調処理手順と、
前記受信光信号と前記局発光との光周波数差である周波数を有するビーティング成分を用いてＯＦＤＭ信号のオフセット周波数を推定するオフセット周波数推定手順と、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、前記ＬＯ光源の生成する光周波数を制御する波長制御手順と、
を行い、
前記ＯＦＤＭ復調処理手順は、
サブキャリア間隔以内のオフセット周波数の変動によって生じる信号劣化を補償するＯｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化手順を含み、
前記オフセット周波数推定手順で推定された前記オフセット周波数を基に、前記Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化手順でのタップ係数を演算するタップ係数演算手順をさらに行う
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ビーティング成分と基本ＯＦＤＭ復調処理部を利用することで、簡単な構成で、オフセット周波数が最小化された光コヒーレント受信器を提供することができる。また、ＯＦＤＭ信号の情報を参照することなく、ビーティング成分のみを検出し動作することで、信号劣化耐力を持つと共に、ＯＦＤＭ信号の形式に依存性のないオフセット周波数の推定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器の構成の一例を示す。
【図２】本実施形態に係る光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器で用いられるＯＦＤＭ信号の周波数及びビーティング成分の関係を示す。
【図３】実施形態２に係る光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器の構成の一例を示す。
【図４】実施形態３に係る光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器の構成の一例を示す。
【図５】実施形態３’に係る光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器の構成の一例を示す。
【図６】実施形態４に係る通信装置の構成の一例を示す。
【図７】実施形態５に係る通信装置の構成の一例を示す。
【図８】実施形態５に係る複数のＯＮＵにおける上りフレーム信号のタイミングチャートを示す。
【図９】実施形態６に係る通信装置の構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２５】
（実施形態１）
本実施形態では、光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器において、異なる光周波数を持つ二つの光源が入力される場合、光検出器から出力されるビーティング成分を利用する。ビーティング成分を用いてオフセット周波数を推定し、推定された情報を基に光源の光周波数を制御することで、オフセット周波数を最小化する。
【００２６】
具体的には、オフセット周波数の推定方法は、実施形態１及び２に示す。推定されたオフセット周波数を利用し、等化器とプリエンファシスのタップ係数を更新する方法は実施形態３及び６に示す。さらに、上記の特徴を、ＤＢＡと連携を通じてＰＯＮシステムへの適用例を実施形態５及び６に示す。なお、実施形態６では、ＯＬＴ光受信器にオフセット周波数推定部を、ＯＮＵ光送信器に波長制御回路及びプリエンファシスを備える構成を示す。
【００２７】
図１は、光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器に適用した構成を示す。光コヒーレントベースバンドＯＦＤＭ受信器として機能する光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０は、光コヒーレント受信部１１と、ＯＦＤＭ復調処理部１５と、オフセット周波数推定部２２と、を備える。光コヒーレント受信部１１及びＯＦＤＭ復調処理部１５間は、ＡＤＣ１４（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で接続され、オフセット周波数推定部２２及び光コヒーレント受信部１１間は、波長制御部として機能する波長制御回路２４及び局発光源として機能するＬＯ光源２５の順で接続されている。
【００２８】
光コヒーレント受信部１１は、光キャリア処理部１２と、バランス光検出器１３と、を備える。ＯＦＤＭ復調処理部１５は、振幅変換部１６と、フレーム同期部１７と、Ｎ−ＦＦＴ部１８と、Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９と、ＱＡＭ信号判定部２１と、を備える。オフセット周波数推定部２２は、ピーク検出器２３を備える。
【００２９】
本実施形態では、オフセット周波数の推定において、ＯＦＤＭ復調処理部１５内にあるＮ−ＦＦＴ部１８を使用し、周波数変換を行う。光コヒーレント受信部１１のバランス光検出器１３はベースバンドＯＦＤＭ信号とビーティング成分を出力する。図２は、本実施形態に係る光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０で用いられるＯＦＤＭ信号の周波数及びビーティング成分の関係を示す。ビーティング成分の周波数は送信部光源と受信部ＬＯ光源２５の光キャリアの周波数差である。
【００３０】
ＯＦＤＭ復調処理部１５の信号復調用のＮ−ＦＦＴ部１８は、ＯＦＤＭ信号と共にビーティング成分を周波数領域に変換する。主信号系から分岐されたピーク検出器２３は、ＯＦＤＭ信号からビーティング成分のピーク値を検出し、ピークでの周波数値をオフセット周波数とする。したがって、オフセット周波数の推定はＯＦＤＭシンボル単位で行われる。
【００３１】
オフセット周波数の推定において、ＦＦＴ入力データのサンプリング周波数がＦｓで、ＦＦＴのサイズがＮである場合、周波数推定範囲は０〜Ｆｓ／２（Ｈｚ）であり、周波数分解能はＦｓ／Ｎ（Ｈｚ）で定義される。
【００３２】
オフセット周波数推定部２２の後段に位置する波長制御回路２４は、推定されたオフセット周波数の情報を基に波長ロッカー内蔵型あるいは一般ＬＯ光源２５の光周波数を変化させ、オフセット周波数を最小化する。その後、ＯＦＤＭ復調処理部１５が備えるｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９を活性化させる。
【００３３】
（実施形態２）
本実施形態に係る光受信器では、オフセット周波数の推定において、別途用意したＦＦＴとの組合せ使用を通じて、周波数変換を行う。図３のダウンサンプラー２９は実施形態１の構成で得られたオフセット周波数（Δｆ）とＮ−ＦＦＴ部１８入力段から分岐された時間領域の受信データを入力とする。信号復調用のＮ−ＦＦＴ部１８と同じの受信フレーム内で周波数推定を実行するように、受信データを時間遅延させる。
【００３４】
ダウンサンプラー２９は受信データのサンプリング周波数をＦｓからＦｓ’にダウンサンプリングさせ、ＭサイズのＦＦＴの周波数推定範囲を、Δｆにマージン１０％を考慮した、１．１・Δｆの値に縮小させる。そのために、ダウンサンプリング係数（Ｐ＝Ｆｓ／Ｆｓ’）は２．２・Δｆに設定する。
【００３５】
狭帯域Ｍ−ＦＦＴ部３１はダウンサンプリングされた受信データを周波数領域に変換させ、ピーク検出器２３はビーティング成分のピークを検出しオフセット周波数（Δｆ  ’）を推定する。周波数分解能は（Ｆｓ／Ｐ）／Ｍになり、Ｆｓに対しダウンサンプリング係数の分だけ改善される。
【００３６】
上述した実施形態１、２により、ＯＦＤＭ信号の情報を参照することなく、ビーティング成分のみを検出し動作するため、オフセット周波数の推定における信号劣化耐力を持つ共に、ＯＦＤＭ信号の形式に依存性がない。
【００３７】
本実施形態に係る構成では、オフセット周波数の値に応じてアダプティブ推定を行うため、広い周波数推定範囲と高い周波数分解能を両立することができる。また、単一ＦＦＴのみで構成された周波数推定器と比べ、要求ＦＦＴサイズを減らすことができるため、デジタル信号処理の単純化と時間領域の分解能の向上ができる。
【００３８】
（実施形態３）
図４は、実施形態１、２で推定されたオフセット周波数の情報からｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９のタップ係数を更新する構成を示す。タップ係数演算部３３の基準タップ係数はオフセット周波数が存在しない状態での等化情報である。したがって、この情報は信号復調用のＦＦＴによって指定されたＮ個のサブキャリア周波数にて定義される。
【００３９】
タップ係数演算部３３は、オフセット周波数によって変動されたサブキャリア周波数に合わせた、最適なタップ係数を出力する。そのための補間器３５は、基準タップ係数保持部３４が保持する基準タップ係数のサブキャリア周波数に推定されたオフセット周波数を足した新しい周波数の列を用いて、基準タップ係数を補間し新しいタップ係数を求める。オフセット周波数を推定するたびに、タップ係数は継続的に更新される。
【００４０】
Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９は更新されたタップ係数を用いて、サブキャリア間隔以内のオフセット周波数の変動によって生じる信号劣化を補償する。本構成は、ビーティング成分から取得したオフセット周波数情報を基にタップ係数を更新するため、最適なタップ係数の取得と共に、別途のパイロットパターンを必要としなく、伝送効率を高めることができる。
【００４１】
（実施形態３’）
図５のように、オフセット周波数推定部２２の後段に波長制御回路２４及びＬＯ光源２５を順に有する実施形態１あるいは２により大きいオフセット周波数を最小化した後で、実施形態３を用いることでサブキャリア間隔以内の小さいオフセット周波数の変動による信号劣化を補償する。
【００４２】
（実施形態４）
図６は、通信装置Ａ及びＢが１対１で接続された光通信システムに適用した構成を示す。各通信装置２０は、ＯＦＤＭ送信器２６と、光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０と、光合分波器３６と、を備える。ＯＦＤＭ送信器２６は送信光源２７を備え、光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０はオフセット周波数推定部２２と、波長制御回路２４と、ＬＯ光源２５と、タップ係数演算部３３と、Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９と、備える。
【００４３】
光ファイバを挟んで接続された通信装置２０は、ベースバンドＯＦＤＭ送信器であるＯＦＤＭ送信器２６と前述した光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０で構成され、双方向通信を行う。
【００４４】
通信装置が最初に接続される初期過程では、ＯＦＤＭ送信器２６はパイロットＯＦＤＭパターンを送信し、光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０は、ＬＯ光源２５をオフにすると共にバランス光検出器１３をシングルエンドモードに切り替えて、直接検波を行う。受信されたパイロットパターンから、ＯＦＤＭ復調処理部１５はｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９の基準タップ係数を求める。
【００４５】
その後、光コヒーレント受信モードに復元させ、実施形態１、２のオフセット周波数推定部２２から初期オフセット周波数を推定する。初期オフセット周波数に限って波長ディザリング方法などを用いて、波長制御回路２４にてオフセット周波数に送信光源２７とＬＯ光源２５の周波数上の順序を示す符号を決める。
【００４６】
ＬＯ光源２５の出力の光周波数が送信光源２７よりも高い場合は正の値で、逆の場合は負の値で定める。推定されたオフセット周波数の情報を基に、波長制御回路２４はＬＯ光源２５の出力の光周波数を変化させる。オフセット周波数の符号が正の場合には光周波数を下げ、負の場合には上げる。
【００４７】
推定されたオフセット周波数の絶対値が設定された目標値を下回るまで、オフセット周波数の推定と光周波数の制御を繰り返す。光周波数の制御後、推定されたオフセット周波数が増加する場合には、オフセット周波数の符号を反転させる。
【００４８】
実施形態２を適用した場合は、初期オフセット周波数については広い周波数推定範囲を得るとともに、目標値に近いオフセット周波数については高い周波数分解能を得るため、オフセット周波数の値に応じてアダプティブに推定を行う。
【００４９】
前述した光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０は、推定されたオフセット周波数が目標値を満たすと、初期過程を終了させデータ通信を開始する。データ通信中にも、オフセット周波数の推定と光周波数の制御を繰り返し、時間に応じて変動するオフセット周波数を最小限に抑える。
【００５０】
実施形態３で前述したタップ係数演算部３３とｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器１９を活性化させ、継続的に更新されるタップ係数を用いて、オフセット周波数が最小化されても生じる微細な変動による信号劣化を補償する（実施形態３’に該当）。
【００５１】
（実施形態５）
図７は、ＰＯＮシステムに適用した構成を示す。本実施形態に係るＰＯＮシステムは、光スプリッタ３７を介して光ファイバ３２で接続された複数のＯＮＵ４０及びＯＬＴ３０で構成されている。各ＯＮＵ４０はＯＦＤＭ送信器２６と、光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０と、光合分波器３６と、を備え、ＯＬＴ３０は、ＯＦＤＭ送信器２６と、動的帯域割当（ＤＢＡ）機能部３８と、情報保存部４１を有する光コヒーレントＯＦＤＭ受信器３９−１と、を備える。
【００５２】
ＴＤＭベースの下りＰＯＮでは、複数のＯＮＵ４０に対し、それぞれの光コヒーレントＯＦＤＭ受信器１０は実施形態４を実行する。オフセット周波数推定、光周波数制御と等化は、宛先に関係なくすべての下りＴＤＭフレーム信号にて、連続的に実行する。
【００５３】
図８は、本実施形態に係る複数のＯＮＵ４０における上りフレーム信号のタイミングチャートを示す。ＴＤＭＡベースの上りＰＯＮは一つのＯＬＴ受信器として機能する光コヒーレントＯＦＤＭ受信器３９−１を持つため、ＤＢＡと連携しＯＮＵフレーム単位で実施形態４を実行する。ＤＢＡ機能は各ＯＮＵ４０に割り当てられる上りフレーム信号の時間を算出するため、ＯＮＵ認識番号、フレーム先頭と後尾の時間情報が取得できる。フレーム後尾の時間（ｔ１）では、ｔ１で得られた波長制御回路２４の制御電圧値（Ｃｋ）と等化器のタップ係数（Ｗｋ’）にＯＮＵ認識番号（ＯＮＵ＃ｋ）を付けて保存する。
【００５４】
次のフレーム先頭の時間（ｔ２）に合わせて、ＯＮＵ認識番号に対応するＣｋとＷｋ’の値を保存部から検索し、波長制御回路２４とタップ係数演算部３３はこの新しい値にＬＯ光源２５と等化器を駆動させる。光源と等化器の安定時間を考慮し、ＯＬＴ受信器にＯＮＵフレームが到着する前のガードタイムにて、上記の駆動操作を実施することもできる。
【００５５】
駆動操作が完了した後、オフセット周波数推定および光周波数制御を実施する。また、更新されたタップ係数から等化を実施する。基準タップ係数および目標値以内のオフセット周波数を得る初期過程は、ＰＯＮシステムのディスカバリ（レンジング）プロセス内で、ＯＮＵ４０に認識番号が付与された後に実行する。
【００５６】
（実施形態６）
図９は、ＴＤＭＡベースの上り方向におけるＰＯＮシステムに対し、光源制御回路として機能する波長制御回路２４とプリエンファシス機能を有するＯＦＤＭ変調処理部４８とをＯＮＵ側のＯＦＤＭ送信器４６に置く構成を示す。ＯＬＴ側の光コヒーレントＯＦＤＭ受信器３９−２は、実施形態５で前述したＤＢＡと連携を通じて、上りフレームからオフセット周波数（Δｆｋ）およびタップ係数を求める。その後、タップ係数から計算された逆関数（１／Ｗｋ’）とオフセット周波数にＯＮＵ認識番号（ＯＮＵ＃ｋ）を付けて保存する。
【００５７】
ＯＬＴ側のＯＦＤＭ送信器２６は、下りフレームにＯＮＵ認識番号に対応するΔｆｋと１／Ｗｋ’の情報を挿入し、ＯＮＵ受信器に送信する。ＯＮＵ受信器から受信した情報（Δｆｋ）を基に、ＯＮＵ送信器の波長制御回路２４は送信光源の光周波数を制御する。この際、ＬＯ光源制御に関する実施形態４とは反対に、オフセット周波数の符号が正の場合には光周波数を上げ、負の場合には下げる。
【００５８】
ＯＮＵ受信器から受信した情報（１／Ｗｋ’）はＯＦＤＭ変調処理部４８内の周波数領域プリエンファシスのタップ係数であり、この係数を基にプリエンファシスを駆動させる。本実施形態では、実施形態３で説明したように、タップ係数はオフセット周波数を推定するたびに、継続的に更新される。
【００５９】
本実施形態では、ＤＢＡおよび下り方向におけるＰＯＮシステムとの連携を通じて、ＯＮＵ送信部にある光源の制御とプリエンファシスを行う。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
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】
【００６１】
１０：光コヒーレントＯＦＤＭ受信器
１１：光コヒーレント受信部
１２：光キャリア処理部
１３：バランス光検出器
１４：ＡＤＣ
１５：ＯＦＤＭ復調処理部
１６：振幅変換部
１７：フレーム同期部
１８：Ｎ−ＦＦＴ部
１９：Ｏｎｅ−ｔａｐ周波数領域等化器
２０：通信装置
２１：ＱＡＭ信号判定部
２２：オフセット周波数推定部
２３：ピーク検出器
２４：波長制御回路
２５：ＬＯ光源
２６、４６：ＯＦＤＭ送信器
２７：送信光源
２８：遅延器
２９：ダウンサンプラー
３０：ＯＬＴ
３１：狭帯域Ｍ−ＦＦＴ部
３２：光ファイバ
３３：タップ係数演算部
３４：基準タップ係数保持部
３５：補間器
３６：光合分波器
３７：光スプリッタ
３８：動的帯域割当（ＤＢＡ）機能
３９−１、３９−２：光コヒーレントＯＦＤＭ受信器
４０：ＯＮＵ
４１：情報保存部
４８：ＯＦＤＭ変調処理部
【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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