本发明涉及光学接收器和光学接收方法，并且特别地涉及能够计算波长复用信号的波长数和信号光的功率的光学接收器和光学接收方法。
背景技术：
在等于或高于每秒100千兆比特(gb/s)的超高速的长距离光学传输系统中，认为采用相位调制的数字相干传输方法代替使用强度调制的一般传输方法是有前途的。在相位调制方法当中，特别地，由于平衡特性、实施简便性和成本的平衡，正在研究和开发其示例不仅包括二进制相位调制和正交相位调制而且包括光频率使用效率优异的偏振复用正交相位调制的调制-解调方法。二进制相位调制也称为二进制相移键控(bpsk)。正交相位调制也称为正交相移键控(qpsk)。偏振复用正交相位调制也称为偏振复用正交相移键控(pm-qpsk)。
在用于数字相干传输方法中的光学接收器中，有必要测量诸如波长复用信号的波长的数量和包括在该波长复用信号中的信号光的光学功率的参数，并且通过使用测量到的参数来执行接收状态的监视和接收质量的优化。波长复用信号也称为波分复用(wdm)信号。关于本发明，专利文献1描述一种计算接收到的信号光的光学信噪比(osnr)的技术。
[引文列表]
[专利文献]
[专利文献1]日本未经审查的专利申请公开no.2014-165895
技术实现要素：
[技术问题]
当光学接收器接收到wdm信号时的问题在于，当wdm信号输入到光学接收器时，难以监视波长的数量和信号光的每个波长的光学功率(每个载波的光学功率)。例如，为了测量接收到的wdm信号的波长的数量和每个波长的光学功率，有必要分离接收到的信号光，并通过连接诸如光谱分析仪的具有光谱功能的测量装置来测量波长的数量和光学功率。在这样的配置中，存在的问题是由于被分离而降低主信号的光学功率，并且进一步，测量装置或专用装置是必需的，从而导致难以改进光学接收器的性能、成本和尺寸。
(本发明的目的)
本发明的目的是提供一种能够容易地估计wdm信号的波长的数量和信号光的光学功率的技术。
[问题的解决方案]
根据本发明的光学接收器包括：
光学接收装置，用于接收包括信号光的波长复用光，通过使用本地振荡光而执行信号光的相干检测来将信号光转换为电信号，并输出本地振荡光的功率、电信号的误码率、以及电信号；以及
控制装置，用于监视本地振荡光的功率和误码率，基于本地振荡光的功率和误码率来计算信号光的信噪比，并且基于信噪比和本地振荡光的功率来获取波长复用光的波长的数量和信号光的每个波长的功率。
根据本发明的光学接收方法包括：
接收包括信号光的波长复用光；
通过使用本地振荡光而执行信号光的相干检测，将信号光转换为电信号；
输出本地振荡光的功率、信号光的误码率和电信号；
监视本地振荡光的功率和误码率；
基于本地振荡光的功率和误码率，计算信号光的信噪比；以及
基于信噪比和本地振荡光的功率，获取波长复用光的波长的数量和信号光的每个波长的功率。
本发明的有益效果
根据本发明的光学接收器和光学接收方法可以容易地估计wdm信号的波长的数量和信号光功率。
附图说明
图1是图示根据第一示例实施例的光学传输系统10的配置示例的框图。
图2是图示根据第一示例实施例的光学接收器100的配置示例的框图。
图3是图示根据第二示例实施例的光学接收器100的配置示例的框图。
图4是图示控制单元120的配置示例的框图。
图5是snr的计算结果(lut)的一个示例。
图6是当plo为 7dbm时的snr的计算结果的示例的曲线图。
图7是当plo为 9dbm时的snr的计算结果的示例的曲线图。
图8是snr的计算结果(lut)的一个示例。
图9是表示当plo为 13dbm时的snr的曲线图。
图10是图示控制单元120的操作过程的示例的流程图。
具体实施方式
在下文中，描述本发明的示例实施例。为了说明，图示示例实施例的框图中的每个箭头例示信号的方向，但是不限制信号的方向。相同的附图标记被附接到前述组成元件，并且省略重复的描述。
(第一示例实施例)
图1是图示根据本发明的第一示例实施例的光学传输系统10的配置示例的框图。光学传输系统10包括光学接收器100、光学发送器200和光学传输路径210。光学发送器200通过传输数据在载波上执行多级相位调制，并产生由在已经经历多级相位调制的信号光上执行的波长复用而产生的wdm信号，并且将wdm信号发送到光学传输路径210。通过光学传输路径210传播的wdm信号被光学接收器100接收。光学接收器100从wdm信号中包括的载波中选择具有作为接收对象的波长的信号光，并且解调所选择的信号光。根据本示例实施例的光学接收器100包括数字相干检测功能，该数字相干检测功能用于对其上已经由光发射器200执行多级相位调制的信号光进行解调。
图2是图示根据第一示例实施例的光学接收器100的配置示例的框图。光学接收器100包括光学接收单元110和控制单元120。光学接收器100从光学传输路径210接收wdm信号，并通过使用本地振荡(lo)光来执行wdm信号的相干检测。从而，检测到从wdm信号中选择的信号光，并将其作为电信号输出。光学接收单元110将lo光的功率和电信号的误码率输出到控制单元120。电信号被输出到光学接收器100的外部。光学接收单元110用作包括上述功能的光学接收装置。
控制单元120监视从光学接收单元110输出的lo光的功率和电信号的误码率，并且基于lo光的功率和误码率来计算信号光的信噪比(snr)。snr是信号光的信号电功率与噪声电功率的比。基于snr和lo光的功率，控制单元120估计包括在wdm信号中的信号光的波长数量和信号光的每个波长的功率。控制单元120用作包括上述功能的控制装置。
光学接收器100基于snr和lo光的功率来获取信号光中包括的波长的数量和信号光的每个波长的功率。结果，根据第一示例实施例的光学接收器100实现可以容易地估计wdm信号的波长的数量和信号光功率的有利的效果。
(第二示例实施例)
图3是图示根据本发明的第二示例实施例的光学接收器100的配置示例的框图。在第二示例实施例中，对在第一示例实施例中描述的光学接收器100的配置和操作的更详细的示例进行描述。
根据第二示例实施例的光学接收器100包括本地振荡光源(lo)111、90度光学混合器(hyb)112、光电转换单元(hs-pd)113、模数转换接收单元(a/d)114和信号处理单元(dsp)115。光学接收单元110包括这些。因为数字相干接收器的一般配置是已知的，所以省略详细描述。
光学接收器100从光学传输路径210接收wdm信号。通过90度光学混合器(hyb)112，wdm信号被分离为同相信号光和正交相信号光。分离的信号光中的每一个都干扰由本地振荡光源111输出的lo光，并且然后由光电转换单元113转换成检测信号。光电转换单元包括诸如高速光电二极管(hs-pd)的光接收元件。从本地振荡光源111向控制单元120通知lo光功率plo(lo光功率)。从光电转换单元113输出的检测信号被采样并通过模数转换单元114(模数转换器，a/d)114被转换为数字信号。
信号处理单元(数字信号处理器，dsp)115对从模数转换单元114输出的数字信号执行数字相干解调处理，并且从而生成电信号。电信号是包括传输数据的信号。信号处理单元115向控制单元120通知基于纠错次数获取的电信号的误码率(ber)。
控制单元120基于从本地振荡光源111通知的lo光功率plo和从信号处理单元115通知的ber，获取信号光的snr、接收到的wdm信号的波长的数量以及每个波长的功率。另外，控制单元120基于所获取的波长的数量和所获取的每个波长的功率来控制lo光功率plo。
图4是图示控制单元120的配置示例的框图。控制单元120包括操作单元121和存储单元122。存储单元122存储查找表(lut)123和程序124。存储单元122是有形且非暂时性的存储介质。作为存储单元122，使用半导体存储器或固定磁盘设备，但是存储单元122不限于这些。作为操作单元121，可以使用中央处理单元(cpu)。操作单元121从存储单元122读取程序124，并执行读取的程序124，从而实现控制单元120的功能。操作单元121连接到本地振荡光源111和信号处理单元115。下面通过使用图5描述查找表123。
接下来，描述在光学接收器100中计算snr的过程。首先，计算输入到光学接收器100的wdm光中包括的信号光的snr。在本示例实施例中，通过光学接收器100的电路来计算信号光的snr。
假设输入到光学接收器100的每条信号光的功率是psig[w]，lo光功率是plo[w]，并且光电转换单元113的光接收元件的光学接收灵敏度是r[a/w]。在这种情况下，由lo光执行的信号光的相干检测时流过的pd电流isig的电功率[dbm]由等式(1)表示。在以下等式(1)至(7)中，用[dbm]表示的电功率指示光学接收器100的接收频带中的电功率。
假设输入到光学接收器100的放大的自发辐射(ase)噪声光的功率是pase[w]，则ase噪声光和lo光的拍频噪声电流iase-lo的电功率[dbm]由等式(2)表示。
ase噪声光的拍频噪声电流iase-ase的电功率[dbm]由等式(3)表示。
输入到光学接收器100并且具有波长的数量nch的信号光的拍频噪声电流isig-sig的电功率[dbm]由等式(4)表示。
接下来，获取关于光学接收器100的散粒噪声的术语。散粒噪声是出现在信号中的噪声的时间波动。假设电子电荷为q[c]，则在光电转换单元113的光接收元件中流动的散粒噪声电流ishot的电功率[dbm]由等式(5)表示。
<ishot2＞＝2qr(nchpsig pase plo)…(5)
假设玻尔兹曼常数为k，放大器的温度为t[k]，并且电路的负载为rl[ω]，则光学接收器100的电路的热噪声电流ithermal[dbm]由等式(6)表示。
因为输入到光学接收器100的信号光的snr是输入信号光的功率与噪声功率之间的比，所以从等式(1)至等式(6)获得等式(7)。
正交相位调制信号中的接收q值与snr之间的关系由等式(8)表示。
snr＝q2…(8)
由等式(9)表示使用互补误差函数erfc的ber和q值之间的一般关系等式。
将实际值输入等式(7)可以获取到光学接收器100的每个波长的信号光的输入功率psig与接收snr之间的关系。使用等式(8)可以在snr和q值之间进行转换。
图5是表示在信号光的波长的数量nch为1、2、16、48和96的情况下在lo光功率plo为 7、 9、 13、 15dbm的条件下的snr的计算结果的一个示例的查找表。图5是在改变lo光功率、波长的数量和每个波长的信号光的输入功率的同时计算snr的结果。在存储单元122中存储诸如图5的表作为查找表(lut)123。图6是表示当lo光功率plo为 7dbm时在波长的数量nch为1、16、48和96的情况下snr的计算结果的示例的曲线图。可以基于查找表来绘制图6的曲线图。图6中的横轴表示每个波长的信号光的输入功率psig(信号输入功率/ch)，并且纵轴表示snr。
当信号光被实际输入到光学接收器100时，计算lo光功率的不同值的snr，并且根据计算结果，可以估计出波长的数量和每个波长的信号光的输入功率psig。即使当波长的数量nch和每个波长的信号光的输入功率psig未知时，也可以执行此估计。可以根据信号处理单元115输出的ber值和本地振荡光源111输出的lo光功率plo，使用公式(8)和(9)计算实际的snr。
首先，当基于接收到的信号光将图6中的纵轴上的snr的值固定为计算值时，波长的数量nch和每个波长的信号光的输入功率psig的组合被限制为曲线图上的多个交点。下面描述计算的snr为16.0db的情况。图6图示snr＝16.0db的水平轴在五个点处与该曲线图相交。
图7是当lo光功率plo为 9dbm时的snr的计算结果的示例的曲线图。假定当lo光功率plo增加到 9dbm时，snr的计算结果变为16.3db。同样在图7中，snr＝16.3db的水平轴与曲线图在五个点处相交。然而，输入到光学接收器100的波长的数量nch和信号光的输入功率psig(“信号输入功率/ch”)与图6的情况相同。因此，可以估计出在图6和图7中，snr与曲线图的交点处的信号光的输入功率psig和波长的数量nch在各个图中相同的条件指示光学接收器100的信号光的当前状态。在本示例实施例中，根据图6和图7中，可以估计波长的数量nch和信号光的输入功率的组合为nch＝48并且psig＝-8.5dbm/ch的情况是当前输入的信号光的条件。当此时保留波长的数量nch和信号光的输入功率psig的两个或更多个组合时，通过lo光功率plo进一步变成不同的值，波长的数量nch和信号光的输入功率psig的组合可能会变窄。
在图6和图7中，信号光的估计的输入功率psig和估计的波长的数量nch不需要与曲线图上的值完全相同。例如，可以将与区域中的点相关联的信号光的输入功率psig和波长的数量nch用作估计值，该区域的范围从等于或小于预定值的距离内的曲线图上的点的位置开始。换句话说，在lo光功率plo不同的两种或更多种情况下，估计结果可以是其在该情况之间基本上相同的信号光的输入功率psig和波长的数量nch。
接下来，描述lo光功率plo的优化。在一般的数字相干接收器中，难以最佳地控制lo光功率plo，lo光功率plo是影响接收特性的重要参数。例如，当接收波长的数量从一个波长变为几十个波长时，难以监视wdm信号的波长的数量nch和每个波长的信号光的输入功率psig，并且因此也难以最佳地控制lo光功率。
根据本示例实施例的过程，估计的波长的数量nch和信号光的估计的输入功率psig是固定的，并且可以通过使用查找表来获得导致最佳snr的lo光功率plo。图8是与图5相同并且表示snr的计算结果的查找表。图9是表示plo为 13dbm时的snr的计算结果的曲线图。图8揭露，在“nch＝48作为上述估计的波长的数量并且psig＝-8.5dbm作为上述估计的信号光的输入功率”的情况下，优化snr的lo光功率plo约为 13dbm(在图8中的粗体框中)。因此，控制单元120以使得plo变为 13dbm的方式控制本地振荡光源111，并且从而将信号光的snr增加到大约16.6db(图8和9)，能够改善接收特性。
图10是图示第二示例实施例中的控制单元120的操作过程的示例的流程图。在使用查找表的描述中，已经将snr描述为参数之一。如等式(8)中所表示的，可以容易地进行snr和q值之间的转换。因此，如图10中所图示，可以通过使用q值而不是snr来估计波长的数量nch和信号光功率psig的组合，并且可以优化lo光功率plo。
首先，通过使用波长的数量和lo光功率作为参数来计算每个波长的信号光功率与q值(或snr)之间的关系，并将该关系存储为lut(图10中的步骤s01)。lut被存储在存储单元122中。接下来，根据接收到的信号光的ber来计算q值(步骤s02)。在q值的计算中，可以使用等式(9)。然后，基于q值的计算结果和lo光功率，从lut提取波长的数量和每个波长的信号光功率的组合(步骤s03)。然后，改变lo光功率，并且在这种状态下，重新计算信号光的q值(步骤s04)。基于改变的lo光功率和重新计算的q值，参考lut，并且选择波长的数量和每个波长的信号光功率的组合(步骤s05)。此时，选择与在步骤s03中提取的组合相同的组合，并且根据该组合中，估计波长的数量和每个波长的信号光功率(步骤s06)。
此外，可以基于估计的波长的数量和估计的每个波长的信号光功率来参考lut，并且可以以使q值变为最佳的方式来控制lo光功率(步骤s07)。
因此，根据第二示例实施例的光学接收器100基于从信号处理单元115输出的ber和从本地振荡光源111输出的lo光功率plo来计算输入信号光的snr或q值。结果，在不使用专用的测量装置或分光镜装置的情况下可以通过计算获得信号光的snr和q值，并且进一步，wdm信号的波长的数量nch和每个波长的信号光的输入功率psig可以被估计。
本示例实施例的过程不取决于比特率和信号光的调制方法。换句话说，无论传输速度是否为40gbps或者100gbps，上述过程都不受传输速度的影响。信号光的调制方法不限于正交相位调制。本示例实施例的过程还适用于通过二进制或八进制相位调制发送的wdm信号，或适用于通过诸如非归零(nrz)信号或归零(rz)信号进行强度调制的发送的wdm信号。本发明还可以应用于调制方法，诸如m值正交幅度调制(m-qam)，其中将相位调制和强度调制相结合。
下面描述本示例实施例的有利效果。
第一有益效果是，不需要用于监视snr的测量装置、引起主信号光的特性劣化的光分离装置等。原因是通过使用从数字相干接收器中设置的信号处理单元输出的ber和从本地振荡光源111输出的lo光功率plo通过计算来获得snr或q值。原因也是通过使用此结果，可以通过计算来估计输入到光学接收器100的每个波长的信号光功率psig和波长的数量nch。
换句话说，通过使用从信号处理单元115获取的实际可测量的ber，根据本示例实施例的光学接收器100可以通过计算获得难以实际测量的输入到光学接收器100的每个波长的信号光功率psig和波长的数量nch。
第二有益效果是可以最佳地控制lo光功率plo。原因在于，在估计的每个波长的信号光功率psig和估计的波长的数量nch处，计算或参考查找表可以获得能够实现最佳snr的lo光功率plo。
上面公开的示例实施例的全部或部分可以被描述为但不限于以下补充说明。
(补充说明1)
一种光学接收器，包括：
光学接收装置，该光学接收装置用于接收包括信号光的波长复用光，通过使用本地振荡光而进行的信号光的相干检测来将信号光转换为电信号，并输出本地振荡光的功率、电信号的误码率、以及电信号；以及
控制装置，该控制装置用于监视本地振荡光的功率和误码率，基于本地振荡光的功率和误码率来计算信号光的信噪比，并且基于信噪比和本地振荡光的功率来获取波长复用光的波长的数量和信号光的每个波长的功率。
(补充说明2)
根据补充说明1所述的光学接收器，其中，在本地振荡光的功率不同的两种或更多种情况下，控制装置获取在该情况之间基本上相同的波长的数量和每个波长的功率。
(补充说明3)
根据补充说明1或2所述的光学接收器，其中，控制装置存储查找表，在该查找表中，波长的数量、每个波长的功率、信噪比以及本地振荡光的功率之间的关系被预先计算，并且控制装置通过使用查找表来获取波长的数量和每个波长的功率。
(补充说明4)
根据补充说明1至3中的任意一项所述的光学接收器，其中，控制装置以改善所计算的信噪比的方式来控制本地振荡光的功率。
(补充说明5)
根据补充说明1至4中的任一项所述的光学接收器，其中，
控制装置使用q值代替信噪比。
(补充说明6)
一种光学接收方法，包括：
接收包括信号光的波长复用光；
通过使用本地振荡光而进行的信号光的相干检测，将信号光转换为电信号；
输出本地振荡光的功率、信号光的误码率以及电信号；
监视本地振荡光的功率和误码率；
基于本地振荡光的功率和误码率，计算信号光的信噪比；以及
基于信噪比和本地振荡光的功率，获取波长复用光的波长的数量和信号光的每个波长的功率。
(补充说明7)
根据补充说明6所述的光学接收方法，其中
在本地振荡光的功率不同的两个或者多个情况下，获取在该情况之间实质上相同的波长的数量和每个波长的功率。
(补充说明8)
根据补充说明6或7的光学接收方法，其中
通过使用波长的数量、每个波长的功率、信噪比和本地振荡光的功率之间的关系来获取波长的数量和每个波长的功率。
(补充说明9)
根据补充说明6至8中的任一项所述的光学接收方法，进一步包括：以改善信噪比的方式控制本地振荡光的功率。
(补充说明10)
根据补充说明6至9中的任一项所述的光学接收方法，其中，
使用q值代替信噪比。
(补充说明11)
一种光学接收器的程序，该程序使光学接收器的计算机执行：
接收包括信号光的波长复用光的过程；
通过使用本地振荡光而进行的信号光的相干检测来将信号光转换为电信号的过程；
输出本地振荡光的功率、信号光的误码率以及电信号的过程；
监视本地振荡光的功率和误码率的过程；
基于本地振荡光的功率和误码率来计算信号光的信噪比的过程；以及
基于信噪比和本地振荡光的功率来获取波长复用光的波长的数量和信号光的每个波长的功率的过程。
尽管已经参考本发明的示例实施例具体示出和描述本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。
在示例实施例中描述的配置不必彼此排斥。本发明的功能和有益效果可以通过将上述示例实施例的全部或部分组合的配置来实现。本申请基于2017年11月10日提交的日本专利申请no.2017-217027并要求其优先权，其公开内容通过引用整体合并于此。
[参考标志列表]
10光学传输系统
100光学接收器
110光学接收单元
111本地振荡光源(lo)
11290度光学混合器(hyb)
113光电转换单元(hs-pd)
114模数转换单元(a/d)
115信号处理单元(dsp)
120控制单元
121操作单元
122存储单元
123查询表(lut)
124程序
200光学发送器
210光学传输路径
1.一种光学接收器，包括：
光学接收装置，所述光学接收装置用于接收包括信号光的波长复用光，通过使用本地振荡光而进行的所述信号光的相干检测来将所述信号光转换为电信号，并且输出所述本地振荡光的功率、所述电信号的误码率和所述电信号；以及
控制装置，所述控制装置用于监视所述本地振荡光的所述功率和所述误码率，基于所述本地振荡光的所述功率和所述误码率来计算所述信号光的信噪比，并且基于所述信噪比和所述本地振荡光的所述功率来获取所述波长复用光的波长的数量和所述信号光的每个波长的功率。
2.根据权利要求1所述的光学接收器，其中
在所述本地振荡光的功率不同的两个或更多个情况下，所述控制装置获取在所述情况之间二者都基本上相同的所述波长的数量和所述每个波长的功率。
3.根据权利要求1或2所述的光学接收器，其中
所述控制装置存储查找表，在所述查找表中，所述波长的数量、所述每个波长的功率、所述信噪比和所述本地振荡光的所述功率之间的关系被预先计算，并且所述控制装置通过使用所述查找表来获取所述波长的数量和所述每个波长的功率。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的光学接收器，其中
所述控制装置以改善计算的所述信噪比的方式来控制所述本地振荡光的所述功率。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光学接收器，其中
所述控制装置使用q值代替所述信噪比。
6.一种光学接收方法，包括：
接收包括信号光的波长复用光；
通过使用本地振荡光而进行的所述信号光的相干检测，将所述信号光转换为电信号；
输出所述本地振荡光的功率、所述信号光的误码率和所述电信号；
监视所述本地振荡光的所述功率和所述误码率；
基于所述本地振荡光的所述功率和所述误码率，计算所述信号光的信噪比；以及
基于所述信噪比和所述本地振荡光的所述功率，获取所述波长复用光的波长的数量和所述信号光的每个波长的功率。
7.根据权利要求6所述的光学接收方法，其中
在所述本地振荡光的功率不同的两个或者多个情况下，获取在所述情况之间二者都基本上相同的所述波长的数量和所述每个波长的功率。
8.根据权利要求6或7所述的光学接收方法，其中
通过使用所述波长的数量、所述每个波长的功率、所述信噪比和所述本地振荡光的所述功率之间的关系来获取所述波长的数量和所述每个波长的功率。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的光学接收方法，其中
以改善所述信噪比的方式来控制所述本地振荡光的所述功率。
10.根据权利要求6至9中的任意一项所述的光学接收方法，其中
使用q值代替所述信噪比。
11.一种存储介质，所述存储介质存储光学接收器的程序，所述程序使所述光学接收器的计算机执行：
接收包括信号光的波长复用光的过程；
通过使用本地振荡光而进行的所述信号光的相干检测来将所述信号光转换为电信号的过程；
输出所述本地振荡光的功率、所述信号光的误码率和所述电信号的过程；
监视所述本地振荡光的所述功率和所述误码率的过程；
基于所述本地振荡光的所述功率和所述误码率来计算所述信号光的信噪比的过程；以及
基于所述信噪比和所述本地振荡光的所述功率来获取所述波长复用光的波长的数量和所述信号光的每个波长的功率的过程。
技术总结