JP2010219651A - 光受信装置、信号再生方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】受信した信号に応じて元のデータ信号を正確に再生する。
【解決手段】光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置であって、受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換し、電気信号の振幅に基づいてデータ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出し、電気信号から算出された信号である差動信号から、算出された識別閾値を基準としてデータ信号を再生する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光信号に基づいてデータ信号を再生する光受信装置、信号再生方法及びプログラムに関する。

１本の光ファイバー中に波長の異なる複数の光信号を多重化して情報の伝送を行うＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光通信システムにおいて高いビットレートで情報を伝送する場合、変調方式としては通常、差動位相偏移変調方式（ＤＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）が用いられる。これにより、長距離かつ高いビットレートでの情報の伝送が可能となる。以降、差動位相偏移変調方式のことをＤＰＳＫという。

ＤＰＳＫでは、先に送信したビットのビット値と、次に送信するビットのビット値との間の変化に応じて光搬送波の位相が決定される。そのため、ＤＰＳＫによって変調された光信号を受信して元のデータ信号を再生する光受信装置は、送信されてきた光搬送波の位相を基準として次の光搬送波の位相を検出することによって元のデータ信号を再生する。つまり、光受信装置は、隣接する２つ光搬送波の位相差である相対位相を検出することによって元のデータ信号を再生する。なお、以降、ＤＰＳＫによって変調された光信号のことをＤＰＳＫ変調光信号という。

図５は、ＤＰＳＫ変調光信号を受信する光受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

図５に示す光受信装置１２０は、遅延素子１２１−１を有する１ビット遅延器１２１と、受光素子１２２−１，１２２−２を有するバランストレシーバー１２２と、クロック抽出器１２６と、識別再生器１２７とを備えている。

１ビット遅延器１２１は、ＤＰＳＫ変調光信号を受信し、受信したＤＰＳＫ変調光信号を２つの光信号に分波する。そして、分波された光信号の一方に遅延素子１２１−１によって１ビットに相当する時間の遅延を与える。そして、分波された２つの光信号を合成し、その２つの光信号の相対位相をビット毎に比較する。比較の結果、両方の相対位相が一致する場合、１ビット遅延器１２１は、バランストレシーバー１２２の受光素子１２２−１へ光信号を出力する。一方、比較の結果、両方の位相が一致しない場合、１ビット遅延器１２１は、バランストレシーバー１２２の受光素子１２２−２へ光信号を出力する。

バランストレシーバー１２２は、１ビット遅延器１２１から出力された光信号を受光素子１２２−１，１２２−２によって電気信号に変換する。そして、その電気信号を加算した信号である差動信号をクロック抽出器１２６及び識別再生器１２７へ出力する。

クロック抽出器１２６は、バランストレシーバー１２２から出力された差動信号からクロック成分を抽出し、抽出されたクロック成分を識別再生器１２７へ出力する。なお、クロック成分とは、信号の送信側と受信側との間で信号を送受信するタイミングをとるための信号である。

識別再生器１２７は、バランストレシーバー１２２から出力された差動信号と、クロック抽出器１２６から出力されたクロック成分とを受け付ける。そして、所定の閾値を基準として差動信号から「０」または「１」のビット値を判定することにより、元のデータ信号を再生する。そして、受け付けたクロック成分でタイミングをとることによって再生されたデータ信号を出力する。

ここで、４０Ｇｂｐｓ以上の非常に高いビットレートで伝送を行う場合、光信号の多重及び分離を行う光多重分離部による帯域狭窄効果の影響が知られている。なお、光多重分離部は、データ信号を光信号に変換して送信する光送信装置と、光受信装置との間に設けられる装置であり、ＯＭＵＸ（Ｏｐｔｉｃａｌ ＭＵｌｔｉｐｌｅＸｅｒ）、ＯＤＭＵＸ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅ−ＭＵｌｔｉｐｌｅＸｅｒ）及びインタリーバ等がある。

帯域狭窄効果は、高いビットレートで光信号を伝送する場合、１本の光ファイバケーブルを多くの光信号で共有するために、１つの光信号に割り当てられる帯域を狭めることによって発生する。具体的には、光送信装置と光受信装置との間を送受信される光信号の帯域が、ＯＭＵＸ、ＯＤＭＵＸ及びインタリーバが有するフィルタの帯域よりも広い場合に発生する。
これにより、光信号の帯域が本来その光信号が持つ帯域よりも狭められ、元のデータ信号に含まれる成分が失われる。そのため、光信号の波形が劣化し、光受信装置において元のデータ信号を再生する精度が低下する。この結果、ビットエラー率が高くなる。

ここで、光信号の帯域を狭めつつも良好な受信状態を維持できる光伝送システムが例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術では、所定の透過率特性を用いてＤＰＳＫ変調光信号の帯域を狭めることによって波形の劣化を改善している。

特開２００５−９４２８７号公報

上述した特許文献１に開示されている技術では、所定の透過率特性を用いてＤＰＳＫ変調光信号の帯域を狭めることによって波形の劣化を改善している。しかし、帯域狭窄効果による影響は一律ではなく、光多重分離部のフィルタの種類や、光信号がゼロ復帰（ＲＺ：Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号か非ゼロ復帰（ＮＲＺ：Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号か等によっても変化する。なお、ゼロ復帰信号とは、ビット値「１」の後、一度「０」に戻る信号であり、非ゼロ復帰信号とは、ビット値「１」の後、次の「０」まで「１」のままである信号である。

従って、特許文献１に開示されている技術を利用しても、様々な条件によって変化する帯域狭窄効果の影響に対応し、受信した光信号に応じて元のデータ信号を正確に再生することができないという問題点がある。

本発明は、受信した信号に応じて元のデータ信号を正確に再生することができる光受信装置、信号再生方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置であって、
前記受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換し、該電気信号の振幅に基づいて前記データ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出し、前記電気信号から算出された信号である差動信号から、前記算出された識別閾値を基準として前記データ信号を再生する。

また、光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置における信号再生方法であって、
前記受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換する変換処理と、
前記電気信号の振幅に基づいて前記データ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出する算出処理と、
前記電気信号から算出された信号である差動信号から、前記算出された識別閾値を基準として前記データ信号を再生する再生処理と、を有する。

また、光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置に、
前記受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換する変換機能と、
前記電気信号の振幅に基づいて前記データ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出する算出機能と、
前記電気信号から算出された信号である差動信号から、前記算出された識別閾値を基準として前記データ信号を再生する再生機能と、を実現させる。

本発明によれば、光受信装置は、光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信し、受信した光信号を、その光信号の位相に応じた電気信号に変換する。そして、電気信号の振幅に基づいてデータ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出する。そして、電気信号から算出された信号である差動信号から、算出された識別閾値を基準としてデータ信号を再生する。

そのため、受信した光信号に応じて元のデータ信号を正確に再生することができる。

本発明の光受信装置を用いたＷＤＭ光通信システムの実施の一形態を示す図である。 図１に示した光受信装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２に示したピーク検出結果比較器によって比較される電気信号の振幅の上限値及び下限値のイメージを示す図であり、（ａ）は電気信号の振幅の上限値と下限値とのバランスがとれている場合を示す図、（ｂ）は電気信号の上限値と下限値とのバランスがとれていない場合を示す図である。 図１及び図２に示したＷＤＭ光通信システムにおいて、光受信装置がデータ信号を再生する動作を説明するためのフローチャートである。 ＤＰＳＫ変調光信号を受信する光受信装置の構成の一例を示すブロック図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の光受信装置を用いたＷＤＭ光通信システムの実施の一形態を示す図である。

本実施形態のＷＤＭ光通信システムは図１に示すように、光送信装置１０−１〜１０−ｎと、光受信装置２０−１〜２０−ｎと、ＯＭＵＸ３０と、ＯＤＭＵＸ４０と、インタリーバ５０−１，５０−２とを備えている。なお、本実施形態では、変調方式としてＤＰＳＫを用いる場合を一例として説明するが、本発明は、変調方式として他の差動位相偏移変調方式、例えば、差動４値位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）を用いる場合にも適用できる。

光送信装置１０−１〜１０−ｎは、データ信号をＤＰＳＫによって変調し、変調されたＤＰＳＫ変調光信号を光受信装置２０−１〜２０−ｎへ向けて送信する。

ＯＭＵＸ３０及びインタリーバ５０−１は、光送信装置１０−１〜１０−ｎから送信された複数のＤＰＳＫ変調光信号を受信して多重化する。

ＯＤＭＵＸ４０及びインタリーバ５０−２は、ＯＭＵＸ３０及びインタリーバ５０−１から送信された多重化されたＤＰＳＫ変調光信号を分離する。そして、分離されたＤＰＳＫ変調光信号のそれぞれを光受信装置２０−１〜２０−ｎへ送信する。

図２は、図１に示した光受信装置２０−１の構成の一例を示すブロック図である。なお、光受信装置２０−２〜２０−ｎも同様の構成である。

図１に示した光受信装置２０−１は図２に示すように、遅延素子２１−１を有する１ビット遅延器２１と、受光素子２２−１，２２−２を有するバランストレシーバー２２と、ピーク検出器２３，２４と、ピーク検出結果比較器２５と、クロック抽出器２６と、識別再生器２７とを備えている。

１ビット遅延器２１は、ＤＰＳＫ変調光信号を受信し、受信したＤＰＳＫ変調光信号を２つの光信号に分波する。そして、分波された光信号の一方に遅延素子２１−１によって１ビットに相当する時間の遅延を与える。そして、分波された２つの光信号を合成し、その２つの光信号の相対位相をビット毎に比較する。比較の結果、両方の相対位相が一致する場合、１ビット遅延器２１は、バランストレシーバー２２の受光素子２２−１へ光信号を出力する。一方、比較の結果、両方の位相が一致しない場合、１ビット遅延器２１は、バランストレシーバー２２の受光素子２２−２へ光信号を出力する。

バランストレシーバー２２は、１ビット遅延器２１から出力された光信号を受光素子２２−１，２２−２によって電気信号に変換する。そして、その電気信号を加算した信号である差動信号を生成し、生成された差動信号をクロック抽出器２６及び識別再生器２７へ出力する。

ピーク検出器２３は、受光素子２２−１によって変換された電気信号の振幅を検出する。また、ピーク検出器２４は、受光素子２２−２によって変換された電気信号の振幅を検出する。なお、バランストレシーバー２２の受光素子２２−１，２２−２によって変換された電気信号の振幅は、ＯＭＵＸ３０、ＯＤＭＵＸ４０及びインタリーバ５０−１，５０−２のフィルタの種類や、光信号がゼロ復帰信号か非ゼロ復帰信号か等によって異なる。

ピーク検出結果比較器２５は、ピーク検出器２３によって検出された電気信号の振幅の上限値と、ピーク検出器２４によって検出された電気信号の下限値とを比較する。そして、上限値と下限値とからそれらの中間値を算出する。そして、算出された中間値を識別閾値として識別再生器２７へ出力する。なお、識別閾値とは、識別再生器２７が「０」または「１」のビット値を電気信号から判定する基準となる閾値である。

図３は、図２に示したピーク検出結果比較器２５によって比較される電気信号の振幅の上限値及び下限値のイメージを示す図であり、（ａ）は電気信号の振幅の上限値と下限値とのバランスがとれている場合を示す図、（ｂ）は電気信号の上限値と下限値とのバランスがとれていない場合を示す図である。

図３に示すように、電気信号の振幅の上限値１０１，２０１と下限値１０２，２０２とがバランスしている場合でも、バランスしていない場合でも、識別閾値１０３，２０３は、上限値１０１，２０１と下限値１０２，２０２との中間値となる。

クロック抽出器２６は、バランストレシーバー２２から出力された差動信号からクロック成分を抽出し、抽出されたクロック成分を識別再生器２７へ出力する。

識別再生器２７は、バランストレシーバー２２から出力された差動信号と、クロック抽出器２６から出力されたクロック成分と、ピーク検出結果比較器２５から出力された識別閾値とを受け付ける。そして、受け付けた識別閾値を基準として受け付けた差動信号からビット値を判定することにより、元のデータ信号を再生する。そして、受け付けたクロック成分でタイミングを図ることによって再生されたデータ信号を出力する。

以下に、上記のように構成されたＷＤＭ光通信システムにおいて光受信装置がデータ信号を再生する動作について説明する。

図４は、図１及び図２に示したＷＤＭ光通信システムにおいて、光受信装置２０−１〜２０−ｎがデータ信号を再生する動作を説明するためのフローチャートである。ここでは、一例として光受信装置２０−１が光送信装置１０−１から送信されたＤＰＳＫ変調光信号をデータ信号に再生する動作について説明する。

光送信装置１０−１は、データ信号をＤＰＳＫによって変調し、変調されたＤＰＳＫ光変調信号をＯＭＵＸ３０へ送信する。

光送信装置１０−１から送信されたＤＰＳＫ変調光信号は、ＯＭＵＸ３０及びインタリーバ５０−１で他の光信号と多重され、ＯＤＭＵＸ４０及びインタリーバ５０−２で分離される。そして、分離されたＤＰＳＫ変調光信号がＯＤＭＵＸ４０から光受信装置２０−１へ送信される。

光受信装置２０−１の１ビット遅延器２１は、ＯＤＭＵＸ４０から送信されたＤＰＳＫ変調光信号を受信する（ステップＳ１）。

ＤＰＳＫ変調光信号を受信した１ビット遅延器２１は、受信した光信号を２つの光信号に分波する。そして、分波された光信号の一方に遅延素子２１−１によって１ビットに相当する時間の遅延を与える。

そして、１ビット遅延器２１は、分波された２つの光信号を合成し、その２つの光信号の相対位相をビット毎に比較する（ステップＳ２）。比較の結果、両方の相対位相が一致する場合、１ビット遅延器２１は、バランストレシーバー２２の受光素子２２−１へ光信号を出力する。一方、比較の結果、両方の位相が一致しない場合、１ビット遅延器２１は、バランストレシーバー２２の受光素子２２−２へ光信号を出力する。

次に、１ビット遅延器２１から出力された光信号を受け付けたバランストレシーバー２２の受光素子２２−１，２２−２は、受け付けた光信号を電気信号に変換する（ステップＳ３）。

バランストレシーバー２２は、受光素子２２−１，２２−２によって変換された電気信号を加算した信号である差動信号を生成し（ステップＳ４）、生成された差動信号をクロック抽出器２６及び識別再生器２７へ出力する。

ここで、ピーク検出器２３は、受光素子２２−１によって変換された電気信号の振幅を検出する。また、ピーク検出器２４は、受光素子２２−２によって変換された電気信号の振幅を検出する。

ピーク検出結果比較器２５は、ピーク検出器２３によって検出された電気信号の振幅の上限値と、ピーク検出器２４によって検出された電気信号の下限値とを比較する。そして、上限値と下限値とからそれらの中間値を算出する（ステップＳ５）。

中間値を算出したピーク検出結果比較器２５は、算出された中間値を識別閾値として識別再生器２７へ出力する。

また、バランストレシーバー２２から出力された差動信号を受け付けたクロック抽出器２６は、受け付けた差動信号からクロック成分を抽出し、抽出されたクロック成分を識別再生器２７へ出力する。

識別再生器２７は、バランストレシーバー２２から出力された差動信号と、クロック抽出器２６から出力されたクロック成分と、ピーク検出結果比較器２５から出力された識別閾値とを受け付ける。そして、受け付けた識別閾値を基準として受け付けた差動信号からビット値を判定することにより、元のデータ信号を再生する（ステップＳ６）。

そして、識別再生器２７は、受け付けたクロック成分でタイミングを図ることによって再生されたデータ信号を出力する。

このように本実施形態においては、光受信装置２０−１〜２０−ｎは、光送信装置１０−１〜１０−ｎから送信され、データ信号が変調された光信号を受信し、受信した光信号を、その光信号の位相に応じた電気信号に変換する。そして、電気信号の振幅に基づいてデータ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出する。そして、電気信号を加算した信号である差動信号から、算出された識別閾値を基準としてデータ信号を再生する。

そのため、受信した光信号に応じて元のデータ信号を正確に再生することができる。

なお、本発明においては、光受信装置内の処理は上述の専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを光受信装置にて読取可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを光受信装置に読み込ませ、実行するものであっても良い。光受信装置にて読取可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ、ＣＤなどの移設可能な記録媒体の他、光受信装置に内蔵されたＨＤＤなどを指す。

１０−１〜１０−ｎ 光送信装置
２０−１〜２０−ｎ 光受信装置
２１ １ビット遅延器
２１−１ 遅延素子
２２ バランストレシーバー
２２−１，２２−２ 受光素子
２３，２４ ピーク検出器
２５ ピーク検出結果比較器
２６ クロック抽出器
２７ 識別再生器
３０ ＯＭＵＸ
４０ ＯＤＭＵＸ
５０−１，５０−２ インタリーバ
１０１，２０１ 上限値
１０２，２０２ 下限値
１０３，２０３ 識別閾値

Claims (9)

1. 光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置であって、
   前記受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換し、該電気信号の振幅に基づいて前記データ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出し、前記電気信号から算出された信号である差動信号から、前記算出された識別閾値を基準として前記データ信号を再生する光受信装置。
2. 請求項１に記載の光受信装置において、
   前記電気信号の振幅の上限値と下限値との中間値を前記識別閾値とする光受信装置。
3. 請求項２に記載の光受信装置において、
   前記受信した光信号を２つの光信号に分波し、該分波された２つの光信号の一方に遅延を与え、該遅延を与えられた光信号と、前記遅延を与えられていない光信号との相対位相に応じた光信号を生成し、該生成された光信号を出力する１ビット遅延器と、
   前記１ビット遅延器から出力された光信号を受け付け、該受け付けた光信号を電気信号に変換し、該電気信号から算出された前記差動信号を出力するバランストレシーバーと、
   前記電気信号から前記上限値と前記下限値とを検出するピーク検出器と、
   前記ピーク検出器によって検出された前記上限値と前記下限値との中間値を算出し、該中間値を前記識別閾値として出力するピーク検出結果比較器と、
   前記ピーク検出結果比較器から出力された識別閾値と、前記バランストレシーバーから出力された前記差動信号とを受け付け、前記受け付けた前記識別閾値を基準として前記受け付けた前記差動信号からビット値を判定することにより、前記データ信号を再生する識別再生器と、を有する光受信装置。
4. 光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置における信号再生方法であって、
   前記受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換する変換処理と、
   前記電気信号の振幅に基づいて前記データ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出する算出処理と、
   前記電気信号から算出された信号である差動信号から、前記算出された識別閾値を基準として前記データ信号を再生する再生処理と、を有する信号再生方法。
5. 請求項４に記載の信号再生方法において、
   前記算出処理は、前記電気信号の振幅の上限値と下限値との中間値を前記識別閾値とする処理である信号再生方法。
6. 請求項５に記載の信号再生方法において、
   前記変換処理は、
   前記受信した光信号を２つの光信号に分波し、該分波された２つの光信号の一方に遅延を与え、該遅延を与えられた光信号と、前記遅延を与えられていない光信号との相対位相に応じた光信号を生成する処理と、
   前記生成された光信号を電気信号に変換する処理と、
   前記電気信号から算出された前記差動信号を生成する処理と、を含み、
   前記算出処理は、
   前記電気信号から前記上限値と前記下限値とを検出する処理と、
   前記検出された前記上限値と前記下限値との中間値を算出し、該中間値を前記識別閾値とする処理と、を含み、
   前記再生処理は、前記識別閾値を基準として前記差動信号からビット値を判定することによって前記データ信号を再生する処理である信号再生方法。
7. 光送信装置から送信され、データ信号が変調された光信号を受信する光受信装置に、
   前記受信した光信号を、当該光信号の位相に応じた電気信号に変換する変換機能と、
   前記電気信号の振幅に基づいて前記データ信号を再生するための基準となる識別閾値を算出する算出機能と、
   前記電気信号から算出された信号である差動信号から、前記算出された識別閾値を基準として前記データ信号を再生する再生機能と、を実現させるためのプログラム。
8. 請求項７に記載のプログラムにおいて、
   前記算出機能は、前記電気信号の振幅の上限値と下限値との中間値を前記識別閾値とする機能であるプログラム。
9. 請求項８に記載のプログラムにおいて、
   前記変換機能は、
   前記受信した光信号を２つの光信号に分波し、該分波された２つの光信号の一方に遅延を与え、該遅延を与えられた光信号と、前記遅延を与えられていない光信号との相対位相に応じた光信号を生成する機能と、
   前記生成された光信号を電気信号に変換する機能と、
   前記電気信号から算出された前記差動信号を生成する機能と、を含み、
   前記算出機能は、
   前記電気信号から前記上限値と前記下限値とを検出する機能と、
   前記検出された前記上限値と前記下限値との中間値を算出し、該中間値を前記識別閾値とする機能と、を含み、
   前記再生機能は、前記識別閾値を基準として前記差動信号からビット値を判定することによって前記データ信号を再生する機能であるプログラム。

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