光传输特性估计方法、光传输特性估计系统和光传输特性补偿系统

摘要

针对光发送机(7)与光接收机(9)之间的多个频率偏移分别实施如下处理：根据在从发送部(1)向接收部(3)传输了第1已知信号时光接收机(9)接收第1已知信号而得到的第1数据、和光接收机(9)的临时的传递函数或逆传递函数，估计光发送机(7)的传递函数或逆传递函数。此时，对第1数据与传输前的第1已知信号进行比较，估计光发送机的传递函数或逆传递函数，第1数据是补偿由接收部(3)检测出的传输路径特性和光接收机(9)的临时的传递函数中的至少一个或者一个也不补偿而得到的，传输前的第1已知信号附加有传输路径特性和光接收机(9)的临时的传递函数中的未对第1数据进行补偿的传输路径特性和临时的传递函数。将针对多个频率偏移估计出的光发送机(7)的传递函数或逆传递函数平均化，或者将它们的相位特性Φ(s)平均化并用指数函数表现，由此，求出光发送机(7)的平均化传递函数或平均化逆传递函数。

说明书

技术领域

本发明涉及估计或补偿光通信中的光发送接收机的传输特性的光传输特性估计方法、光传输特性估计系统和光传输特性补偿系统。

背景技术

在数字相干光通信中，通过数字信号处理来补偿在光发送机、光纤传输路径和光接收机中产生的信号失真。由此，能够进行几十Gbit/s以上的大容量传输，实现削减了传输中途的中继数量的长距离传输。此外，对于信号的调制方式，不仅能够应用QPSK，还能够应用16QAM或256QAM等高多值调制，因此，能够大幅增加传输速率。

随着传输速率的增加和多值化，要求光发送接收机在宽频带中具有良好的传输特性。该光发送接收机内的传输信号的传输特性利用传递函数表现，由各个补偿电路进行补偿。随着传输速率的增加，要求提高补偿精度。

并且，在运用之前先补偿光发送机或者光接收机的传输特性也是重要的。这成为校正(校准)作业。通过提高该校正作业的精度，能够实现运用时的补偿精度的提高，实现进一步的大容量化。

在运用相干光通信之前的以往的校准方法中，首先，将ASE等频谱均匀的白噪声输入到光接收机，根据其输出信号求出光接收机的临时传递函数。接着，从光发送机发送已知信号，根据通过光纤和光接收机后的信号估计光纤的传输特性。补偿该传输特性和先前求出的光接收机的传递函数，求出光发送机的传递函数。接着，从光发送机发送已知信号，根据通过光纤和光接收机后的信号，补偿光纤的传输特性和估计出的光发送机的传递函数，求出光接收机的真实传递函数。最后，通过对各个补偿电路设定估计出的光发送机的传递函数和光接收机的真实传递函数，进行光发送机和光接收机的传输特性补偿(例如，参照专利文献1、2)。由此，能够高精度地求出传输路径的传输特性，能够通过补偿进一步提高传输特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-152744号公报

专利文献2：日本特许第6428881号公报

发明内容

发明要解决的课题

即使在光发送机与光接收机之间存在频率偏移的情况下，也能够进行光发送机和光接收机的传输特性补偿。但是，在由于老化或激光频率的波动而导致在校准时与运用时之间频率偏移发生变动的情况下，存在不能进行传输特性良好的估计或补偿的问题。

本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，得到一种光传输特性估计方法、光传输特性估计系统和光传输特性补偿系统，即使在校准时与运用时之间频率偏移发生变动的情况下，也能够进行传输特性良好的估计或者补偿。

用于解决课题的手段

本发明的光传输特性估计方法是光传输特性估计系统估计经由光传输路径相互连接且至少一方的载波频率可变的发送部的光发送机和接收部的光接收机的传输特性的方法，其特征在于，该光传输特性估计方法具有：第1步骤，针对所述光发送机与所述光接收机之间的多个频率偏移分别实施如下处理：根据在从所述发送部向所述接收部传输了第1已知信号时所述光接收机接收所述第1已知信号而得到的第1数据、和所述光接收机的临时的传递函数或逆传递函数，估计所述光发送机的传递函数或逆传递函数；以及第2步骤，将针对所述多个频率偏移估计出的所述光发送机的所述传递函数或逆传递函数平均化，或者在将表示频率的变量设为s，所述光发送机的传递函数的振幅成分设为|T(s)|，相位特性设为Φ(s)，并用|T(s)|×exp(jΦ(s))表示所述光发送机的传递函数时，将针对所述多个频率偏移估计出的所述光发送机的所述传递函数或逆传递函数的相位特性Φ(s)平均化并用指数函数表现，由此，求出所述光发送机的平均化传递函数或平均化逆传递函数，在所述第1步骤中，对所述第1数据和传输前的第1已知信号进行比较，估计所述光发送机的传递函数或逆传递函数，其中，所述第1数据是补偿由所述接收部检测出的传输路径特性和所述光接收机的临时的传递函数中的至少一个或者一个也不补偿而得到的，所述传输前的第1已知信号附加有所述传输路径特性和所述光接收机的临时的传递函数中的未对所述第1数据进行补偿的所述传输路径特性和所述临时的传递函数。

发明效果

根据本发明，即使在由于老化或激光频率的波动而导致在校准时与运用时之间频率偏移发生变动的情况下，也能够进行传输特性良好的估计或补偿。

附图说明

图1是表示具有本发明实施方式的光传输特性估计系统和光传输特性补偿系统的光发送接收机的图。

图2是表示本发明实施方式的光传输特性估计方法的流程图。

图3是本发明实施方式的估计光接收机的临时传递函数的流程图。

图4是表示本发明实施方式的第1接收机传递函数估计部的图。

图5是表示本发明实施方式的发送机传递函数估计部的图。

图6是本发明实施方式的取得光发送机的传递函数或逆传递函数的流程图。

图7是表示本发明实施方式的第2接收机传递函数估计部的图。

图8是本发明实施方式的估计光接收机的真实的传递函数或逆传递函数的流程图。

图9是用于说明光接收机的传递函数的相位特性影响的图。

图10是表示光接收机的传递函数和逆传递函数的通常相位特性的图。

图11是用于说明针对多个频率偏移估计出的光发送机的逆传递函数的平均化的图。

具体实施方式

参照附图说明本发明实施方式的光传输特性估计方法、光传输特性补偿方法、光传输特性估计系统以及光传输特性补偿系统。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。另外，以下使用的“传递函数”这一用词不限于表示装置、部件、传输路径等的传输特性的规定函数，只要是表示某2地点间的传输特性的函数、数学式、电路或者线路等，则可以是任意的函数。此外，传递函数不限于线性，也可以是表示非线性特性的函数等。进而，关于“传输”和“传递”，在本发明的范围内基本上作为同意理解。

图1是表示具有本发明实施方式的光传输特性估计系统和光传输特性补偿系统的光发送接收机的图。发送部1经由传输路径2向接收部3发送光信号。传输路径2例如由光纤和光放大器构成。

发送部1具有发送信号处理部4、已知信号插入部5、发送机补偿部6和光发送机7。发送信号处理部4、已知信号插入部5和发送机补偿部6的一部分或全部可以由例如ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)或FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等硬件构成。此外，它们的一部分或全部也可以由软件构成，该软件通过CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等处理器执行存储部中存储的程序来发挥功能。

已知信号插入部5在发送信号处理部4生成的XI通道(第1通道)、XQ通道(第2通道)、YI通道(第3通道)、YQ通道(第4通道)的调制对象信号序列分别插入已知信号的序列。已知信号的序列在发送部1和接收部3之间被共享。已知信号能够由规定的比特或码元构成，例如由2000码元左右的信号序列构成。要求已知信号的序列长度最低限度也比要计算的FIR滤波器长度长。

发送信号处理部4基于发送数据序列生成帧数据。帧数据是用于在光发送机7中实施调制处理的信号序列(调制对象信号序列)。发送信号处理部4将插入有已知信号序列的帧数据发送到发送机补偿部6。

发送机补偿部6从后述的接收部3的发送机传递函数估计部8取得光发送机7的传递函数的估计结果。发送机补偿部6根据该估计结果，补偿光发送机7的XI通道、XQ通道、YI通道和YQ通道的传递函数及其通道间差。发送机补偿部6例如可以由FIR(Finite ImpulseResponse：有限脉冲响应)滤波器等数字滤波器构成，但也可以由模拟滤波器等构成。此外，发送机补偿部6也可以具有功能部，该功能部具有分别保证4通道间的延迟时间差的功能。

光发送机7利用补偿后的帧数据对正交的线偏振光进行调制，由此生成调制对象信号序列的光信号。光发送机7具有驱动放大器7a、可调谐激光器7b(信号TL)、90°合成器7c以及偏振合成器7d。驱动放大器7a将补偿后的帧数据的电信号放大成适当的振幅并发送到90°合成器7c。90°合成器7c是马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型向量调制器，其将从可调谐激光器7b发送的线偏振的CW(Continuous Wave：连续波)光分离成正交的线偏振光，并利用帧数据对各个线偏振光进行调制，由此生成调制对象信号序列的光信号。基于水平偏振的光信号和基于垂直偏振的光信号由偏振合成器7d合成，并经由传输路径2提供给接收部3。

接收部3具有光接收机9、数据缓冲器10、接收机补偿部11、接收信号处理部12、第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8。第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8构成估计光发送接收机的光传输特性的光传输特性估计系统。该光传输特性估计系统与发送机补偿部6和接收机补偿部11构成补偿光发送接收机的光传输特性的光传输特性补偿系统。另外，在图1中，发送机补偿部6和接收机补偿部11用单独的块来表现，但发送机补偿部6也可以是发送信号处理部4的一部分，接收机补偿部11也可以是接收信号处理部12的一部分。

光接收机9具有偏振分离器9a、激光器模块9b(本振LD)、偏振分集90°混合器9c、光电二极管(PD：Photo Diode)(未图示)、TIA9d(Transimpedance Amplifier：跨阻放大器)以及A/D转换器9e。

激光器模块9b将线偏振的CW光发送到偏振分集90°混合器9c。偏振分集90°混合器9c使接收到的光信号与CW光发生干涉。光电二极管对其进行光电转换。TIA9d将其电流信号转换成电压信号。A/D转换器9e对该电压信号进行A/D转换。由此，将接收到的光信号转换成基带的数字信号。

光接收机9的A/D转换器9e、数据缓冲器10、接收机补偿部11、接收信号处理部12、第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8的一部分或者全部例如可以由ASIC或者FPGA等硬件构成。此外，它们的一部分或全部也可以由软件构成，该软件通过CPU等处理器执行存储部中存储的程序来发挥功能。此外，第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8可以由与光发送接收机独立的外部装置例如PC或与其相当的装置构成。此外，接收信号处理部12也可以具有与第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8相同的功能，也可以与它们共用。

数据缓冲器10通常由存储电路(RAM)构成，临时蓄积对光接收机9接收到的信号进行A/D转换而得到的数据。数据缓冲器10中蓄积的数据被依次发送到后级的接收机补偿部11和接收信号处理部12。第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8也可以取得这些数据。另外，也可以不使用数据缓冲器10，而由第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14以及发送机传递函数估计部8实时地直接取得进行A/D转换而得到的数据。以下，使用数据缓冲器10的数字数据说明的全部例子也包含实时地直接取得接收数据的方法。

接收机补偿部11从第2接收机传递函数估计部14取得光接收机9的传递函数的估计结果，根据该估计结果，补偿光接收机9的XI通道、XQ通道、YI通道和YQ通道的传递函数及其通道间差。接收机补偿部11例如可以由FIR滤波器等数字滤波器构成。此外，接收机补偿部11也可以具有功能部，该功能部具有分别保证4通道间的延迟时间差的功能。

数字信号从接收机补偿部11输入到接收信号处理部12。在传输路径2中，由于例如波长色散、偏振模色散、偏振变动或非线性光学效应，光信号出现波形失真。接收信号处理部12补偿在传输路径2中产生的波形失真。此外，接收信号处理部12补偿光发送机7的可调谐激光器7b的光的频率与光接收机9的激光器模块9b的本振光的频率之差。并且，接收信号处理部12补偿与光发送机7的可调谐激光器7b的光的线宽和光接收机9的激光器模块9b的本振光的线宽对应的相位噪声。

第1接收机传递函数估计部13根据在向光接收机9的输入端输入了相当于白噪声的ASE(Amplified Spontaneous Emission：放大的自发辐射)信号时接收部3取得的数字数据，估计光接收机9的临时的传递函数或逆传递函数。由此，能够仅在接收部3中估计光接收机9的临时的传递函数或逆传递函数。ASE信号可以从光放大器产生。在仅输出ASE的情况下，在什么都不输入的状态下使用光放大器。该光放大器可以另外准备，也可以使用传输路径2的光放大器。由于ASE信号的频谱(频率特性)是均匀的，因此，能够使其通过来取得频率特性。因此，在输入了ASE信号的状态下，第1接收机传递函数估计部13取得数据缓冲器10中保存的数据，由此能够估计频率特性。这些能够按照每个通道进行估计。第1接收机传递函数估计部13的结构例在后面表示。

通过对数字数据进行傅立叶变换而作为传递函数得到频率特性的估计。另外，作为求出逆传递函数的方法，除了计算倒数以外，还有求出自适应滤波器的解的方法。作为求出自适应滤波器的解的方法，通常有求出维纳解的方法、以及通过LMS(least meansquare：最小均方)算法或RLS(recursive least square：递归最小二乘)算法等求出的方法。这里，由于传递函数不会随时间相对变化，因此，“自适应”并非指时间上的对应。以下，“自适应”是指针对用于求出收敛解的反馈电路的自适应。第1接收机传递函数估计部13的详细结构例在后面表示。另外，在上述说明中使用了ASE信号，但不限于ASE信号，只要是频谱已知的信号，则可以使用任何试验信号。

发送机传递函数估计部8根据在从发送部1向接收部3传输了第1已知信号时接收部3取得的第1数字数据、和接收部3的光接收机9的临时的传递函数或逆传递函数，估计光发送机7的传递函数或逆传递函数。具体而言，从第1数字数据提取第1已知信号，补偿从中检测出的传输路径的传输特性，进而，利用由第1接收机传递函数估计部13估计出的临时传递函数补偿光接收机9的传递特性。进而，使用自适应滤波器等数字滤波器估计光发送机7的传递函数。自适应滤波器例如是基于LMS算法的滤波器或基于RMS算法的滤波器。即，发送机传递函数估计部8将残留有光发送机7的传递函数影响的第1已知信号输入到数字滤波器，估计光发送机7的传递函数或逆传递函数，作为使与原来的第1已知信号(即，传输前的第1已知信号)之间的误差收敛为最小时的数字滤波器的滤波系数。然后，如后所述，将针对多个频率偏移估计出的光发送机7的传递函数或逆传递函数或者其相位特性平均化，求出光发送机7的平均化传递函数或平均化逆传递函数。

第2接收机传递函数估计部14根据在从发送部1向接收部3传输了第2已知信号时接收部3取得的第2数字数据、和估计出的光发送机7的传递函数或逆传递函数，估计光接收机9的真实的传递函数或逆传递函数，发送部1使用光发送机7的平均化传递函数或平均化逆传递函数补偿了光发送机7的传递特性。作为估计方法，例如使用自适应滤波器等数字滤波器来估计光接收机9的逆传递函数。自适应滤波器例如是基于LMS算法的滤波器或基于RLS算法的滤波器。在该情况下，也可以按照每个通道进行估计。即，第2接收机传递函数估计部14将第2已知信号输入到数字滤波器，估计光接收机9的传递函数或逆传递函数，作为使该数字滤波器的输出与对传输前的第2已知信号附加传输路径特性而得到的信号之间的误差收敛为最小时的数字滤波器的滤波系数。

接着，使用附图说明本实施方式的光传输特性估计系统估计光发送接收机的光传输特性的方法。图2是表示本发明实施方式的光传输特性估计方法的流程图。首先，通过第1接收机传递函数估计部13，估计光接收机9的临时的传递函数或逆传递函数(步骤S1)。接着，通过发送机传递函数估计部8，估计光发送机7的传递函数或逆传递函数(步骤S2)。接着，通过第2接收机传递函数估计部14，估计光接收机9的真实的传递函数或逆传递函数(步骤S3)。

接着，对各个步骤的详细动作进行说明。图3是本发明实施方式的估计光接收机的临时传递函数的流程图。首先，在光接收机9的输入中插入频谱均匀的ASE信号(步骤S101)。使ASE信号通过，由此能够取得频率特性。接着，在输入了ASE信号的状态下，数据缓冲器10取得接收数据(步骤S102)。接着，第1接收机传递函数估计部13从数据缓冲器10取得数字数据并进行FFT(快速傅立叶变换)处理，取得临时传递函数(步骤S103)。由于ASE信号不具有固定的相位特性，因此，计算出的临时传递函数仅为光接收机9的传递函数中的振幅特性部分(相当于传递函数的绝对值)。

接下来，根据所取得的临时传递函数来计算临时逆传递函数(步骤S104)。接着，对接收机补偿部11设定计算出的临时逆传递函数(步骤S105)。另外，计算出的逆传递函数在估计传递函数时不一定需要设定于接收机补偿部11，但在后面说明的发送机传递函数估计部8中，用于估计光发送机的传递函数的计算。

图4是表示本发明实施方式的第1接收机传递函数估计部的图。第1接收机传递函数估计部13具有对X偏振波的接收信号和Y偏振波的接收信号分别进行FFT处理的FFT、以及对它们的输出分别进行1/传递函数处理来计算逆传递函数的电路。另外，将X偏振波的接收信号设为XI+jXQ，将Y偏振波的接收信号设为YI+jYQ，假设在XI与XQ之间以及YI与YQ之间没有延迟差的情况。在有延迟差的情况下，能够单独对XI、XQ、YI、YQ进行傅立叶变换和1/传递函数处理。另外，只要能进行傅立叶变换，则不需要限定于FFT处理，也可以是其他方法。以下的“FFT”的表述是指傅立叶变换的功能。

由数据缓冲器10取得的数字数据由于是时域的数据，因此，在X偏振波和Y偏振波的通道中，分别通过FFT处理被变换成频域的数据。

【数学式1】

X

图5是表示本发明实施方式的发送机传递函数估计部的图。发送机传递函数估计部8具有已知信号同步部8a、各种传输特性补偿部8b、接收机补偿部8c、具有FIR滤波器8d和平方误差最小化部8e的自适应滤波器和平均化电路8f。各种传输特性补偿部8b包含波长色散补偿、频率偏移补偿、偏振模色散/偏振旋转补偿、时钟相位补偿、相位噪声补偿等补偿传输时的失真的各种补偿电路。另外，已知信号同步部8a具有从数字数据提取已知信号的功能，根据提取出的已知信号的状态，在各种估计块中估计对后级的各种传输特性补偿设定的补偿数据。即，光发送机7的传递函数或逆传递函数的估计包含估计传输路径2的传输特性的处理。另外，接收机补偿部8c也可以配置在各种传输特性补偿部8b的前级。

波长色散补偿部也可以配置在已知信号同步部8a的前级。各种传输特性补偿部的各补偿部的顺序能够互换。此外，偏振模色散/偏振旋转补偿的(1TAP 2×2MIMO(MultiInput Multi Output：多输入多输出))的意思是，设滤波器的抽头数为1，在该块中不补偿光发送接收机的频带特性而仅进行偏振旋转(在通常的多抽头的2×2MIMO滤波器中针对频带也进行补偿)。

此外，发送机传递函数估计部8与图4的第1接收机传递函数估计部13同样，将X偏振波和Y偏振波分别作为复向量信号进行处理，但也能够对XI、XQ、YI、YQ的各通道独立地进行处理。在该情况下，也能够提取和补偿通道间的延迟差。将X偏振波作为复向量信号进行处理是指将XI与XQ之间的延迟差(Skew)视为零。在延迟差不能忽略的情况下，需要按照每个通道进行传递函数的提取和补偿。Y偏振波也同样如此。

图6是本发明实施方式的取得光发送机的传递函数或逆传递函数的流程图。首先，向发送信号处理部4的输入端输入已知信号，从光发送机7发送光调制信号(步骤S201)。此时，发送机补偿部6旁通。另外，发送机补偿部6可以采用与接收机补偿部11相同的结构。接着，在接收侧通过数据缓冲器10取得接收数据(步骤S202)。然后，发送机传递函数估计部8从数据缓冲器10取得数字数据(步骤S203)。已知信号同步部8a从所取得的数字数据提取已知信号。对提取出的已知信号进行各种传输特性的补偿和光接收机补偿。各种传输特性的补偿包含频率偏移补偿、波长色散补偿、偏振模色散补偿等传输路径特性的补偿。使用在步骤S1中估计出的光接收机9的临时逆传递函数来进行光接收机补偿。在图5中，示出在数据缓冲器10的后级在接收机补偿部11中通过临时逆传递函数进行补偿的结构，但该补偿在上述发送机传递函数估计部8的处理中不是特别需要。

接着，使用自适应滤波器估计光发送机的传递函数。自适应滤波器是按照最优化算法使其传递函数自适应的滤波器。在处理了各种传输特性的补偿和光接收机补偿后的已知信号中，残留有光发送机7的传递函数影响。因此，对该信号应用设定了其逆特性的FIR滤波器8d作为自适应滤波器，再次对逆特性进行修正，使得其输出与传输前的已知信号的差分平方最小。通过该处理，能够求出构成自适应滤波器的FIR滤波器8d的滤波系数作为逆传递函数的时间响应。对于该求出逆传递函数的方法，通常公知如下所述的维纳解或者LMS算法。

【数学式2】

e(n)＝s(n)-y(n)＝s(n)-h(n)

h(n)＝[x(n)

h(n+1)＝h(n)+μ·e(n)x(n)LMS

这里，s(n)是传输前的已知信号，y(n)是自适应滤波器的输出，e(n)是s(n)与y(n)之差，h(n)是自适应滤波器的时间响应。

在上述的例子中，由于能够通过自适应均衡的电路直接求出光发送机7的逆传递函数，因此，步骤S203和步骤S204能够作为一体处理。另一方面，在临时求出光发送机7的传递函数的情况下，计算逆传递函数(步骤S204)。

在开始时刻，光发送机7的可调谐激光器7b的波长与当初设计时的频率s

在设定了与现状不同的频率偏移的状态下再次实施步骤S202～步骤S204。再次在步骤S205中变更可调谐激光器7b的波长，同样地反复步骤S202～步骤S204。这样，针对收发间的多个频率偏移计算光发送机7的逆传递函数。通过反复M次上述动作，能够估计M个不同频率的逆传递函数。

在针对预先决定的M个频率偏移计算出光发送机的逆传递函数后，平均化电路8f计算它们的平均值(步骤S206)。将该平均值作为光发送机7的逆传递函数的估计值(平均化逆传递函数)，设定于发送机补偿部6(步骤S207)。设定方法与步骤S105所示的方法相同。此时，如上所述，也可以对XI、XQ、YI、YQ的各个通道独立地进行处理。在该情况下，也能够提取和补偿通道间的延迟差。另外，在本实施方式中，由于光发送机7的逆传递函数的时间响应作为对FIR滤波器8d设定的滤波系数而求出，因此，进行该滤波系数的平均化。众所周知，滤波系数是逆传递函数的时间响应，而频率响应的平均化的时间响应(傅立叶逆变换的关系)等于时间响应的平均化。相反(时间响应的平均化的频率响应(傅立叶变换的关系))也为真。因此，也可以将频率响应平均化，对其进行傅立叶逆变换来求出时间响应。

此外，在上述的发送机传递函数估计部8的动作中，对提取出的已知信号进行各种传输特性的补偿和光接收机补偿，进而与传输前的已知信号进行比较来估计光发送机的传递函数。即，为了根据提取出的已知信号估计光发送机的传递函数，只要能够以某种方法消除各种传输特性(传输路径特性)、光接收机的传递函数以及传输前的已知信号的影响即可。例如，通过对在传输前的已知信号中附加传输路径特性和光接收机的传递函数而得到的信号与提取出的已知信号进行比较，也能够估计光发送机的传递函数。

这在下面说明的通过第2接收机传递函数估计部14求出光接收机的真实传递函数的情况下，也可以说是同样的。即，为了根据提取出的已知信号估计光接收机的传递函数，只要能够以某种方法消除光发送机的传递函数、各种传输特性(传输路径特性)以及传输前的已知信号的影响即可。在下面所示的例子中，对补偿了光发送机的传递函数后的已知信号与在传输前的已知信号中附加传输路径特性而得到的信号进行比较，估计光接收机的传递函数。此外，针对补偿了光发送机的传递函数后的已知信号补偿传输路径特性，将其与传输前的已知信号进行比较，也能够估计光接收机的传递函数。

并且，通常能够通过对传递函数进行除法运算或者对逆传递函数进行乘法运算来进行“补偿”，这对于本领域技术人员来说是显而易见的，但在本说明书中，作为“传递函数的补偿”和“消除传递函数的影响”的一个手段来使用。此外，在本说明书中，用词“传输特性”与用词“传递函数”同义。

图7是表示本发明实施方式的第2接收机传递函数估计部的图。第2接收机传递函数估计部14具有已知信号同步部14a、模拟波长色散补偿、频率偏移补偿、偏振模色散/偏振旋转附加、时钟相位附加、相位噪声附加等传输时失真的电路14b、自适应均衡用的FIR滤波器14c、平方误差最小化电路14d。已知信号同步部14a具有从数字数据提取已知信号的功能，根据提取出的已知信号的状态，通过各种估计块估计对模拟后级失真的电路设定的附加数据。即，光接收机9的传递函数或逆传递函数的估计包含估计传输路径2的传输特性的处理。另外，模拟波长色散补偿、频率偏移补偿、偏振模色散/偏振旋转附加、时钟相位附加、相位噪声附加等传输时失真的电路14b的顺序可以互换。

在第2接收机传递函数估计部14中，与第1接收机传递函数估计部13的情况同样，将X偏振波和Y偏振波分别作为复向量信号进行处理，但也能够对XI、XQ、YI、YQ的各个通道独立地进行处理。在该情况下，也能够提取和补偿通道间的延迟差。将X偏振波作为复向量信号进行处理是指将XI与XQ之间的延迟差视为零。在延迟差不能忽略的情况下，需要按照每个通道进行传递函数的提取和补偿。Y偏振波也同样如此。

图8是本发明实施方式的估计光接收机的真实的传递函数或逆传递函数的流程图。首先，向发送信号处理部4的输入端输入已知信号，从发送部1的光发送机7向接收部3传输光调制信号(S301)。此时，对发送机补偿部6设定由上述发送机传递函数估计部8估计出的光发送机7的平均化逆传递函数，补偿光发送机7的传输特性。另外，发送机补偿部6可以采用与接收机补偿部11相同的结构。

接着，在接收部3中通过数据缓冲器10取得接收数据(步骤S302)。第2接收机传递函数估计部14从数据缓冲器10取得数字数据(步骤S303)。已知信号同步部14a从所取得的数字数据提取已知信号。提取出的已知信号被提供给作为自适应滤波器的FIR滤波器14c。另一方面，对传输前的已知信号附加估计为传输路径失真的波长色散、频率偏移、偏振模色散/偏振旋转、时钟相位、相位噪声，并与自适应滤波器的输出进行比较。根据已知信号的状态，在各种估计块中估计波长色散、频率偏移、偏振模色散/偏振旋转、时钟相位、相位噪声的附加量。

这里，在自适应滤波器的输出中，视作光发送机7的传递函数已被发送机补偿部6补偿。如果光接收机9的传递函数被自适应滤波器补偿，则自适应滤波器的输出仅受到传输路径失真的影响。将该信号与附加有传输路径失真的已知信号进行比较，使其差分(平方误差)最小化，由此能够求出作为自适应滤波器的FIR滤波器14c的滤波系数，作为光接收机9的逆传递函数的时间响应。对于该求出逆传递函数的方法，通常公知如下所述的维纳解或者LMS算法。

【数学式3】

e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-h(n)

h(n)＝[x(n)

h(n+1)＝h(n)+μ·e(n)x(n)LMS

这里，d(n)是附加有传输路径路失真的已知信号，y(n)是自适应滤波器的输出，e(n)是d(n)与y(n)之差，h(n)是自适应滤波器的时间响应。

在上述的例子中，通过自适应均衡的电路，能够直接求出光发送机7的真实逆传递函数，因此，步骤S303和步骤S304能够作为一体处理。另一方面，在求出光接收机9的真实传递函数的情况下，根据该传递函数计算真实逆传递函数(步骤S304)。

接着，对接收机补偿部11设定估计出的光接收机9的真实逆传递函数(步骤S305)。设定方法与步骤S105所示的方法相同。此时，如上所述，也可以对XI、XQ、YI、YQ的各个通道独立地进行处理。在该情况下，也能够提取和补偿通道间的延迟差。利用以上步骤，能够通过第2接收机传递函数估计部14求出光接收机9的真实的传递函数或者逆传递函数。

接着，使用式子说明本实施方式的光发送接收机的动作。在以下的式子中，将表示频率的变量表示为“s”，将各种信号和传递函数表示为s的函数。

通常，光发送机7的传递函数TX(s)和光接收机9的传递函数RX(s)如下所示，用振幅成分(传递函数的绝对值)与相位成分(用指数函数表示)的积表示。

其中，“RX(s)”对应于输入ASE信号而得到的光接收机9的临时传递函数RX_ASE(s)。

相位成分也可以使用相位特性由使用以下三角函数的式子表示。

用eTX(s)表示由发送机传递函数估计部8估计出的光发送机7的传递函数，用eRX1(s)表示由第1接收机传递函数估计部13估计出的光接收机9的临时传递函数，用eRX2(s)表示由第2接收机传递函数估计部14估计出的光接收机9的真实传递函数。用s

这里，用频域的信号G(s)表示从已知信号插入部5输入的已知信号的序列。当已知信号G(s)被输入到光发送机7时，信号TL(频率s

将已知信号G(s)输入到发送机补偿部6时的光发送机7的输出信号用G(s+s

G(s+s

光接收机9的输出信号经由数据缓冲器10被输入到发送机传递函数估计部8。在发送机传递函数估计部8中，从光接收机9的输出信号提取已知信号G(s)，进行各种传输特性的补偿。这时检测频率偏移Δs

接着，根据频率偏移补偿后的已知信号，估计光发送机7的传递函数。具体而言，应用自适应滤波器，直接求出光发送机7的传递函数的逆函数作为时间响应。该方法与以下的方法等效。即，将进行了频率偏移补偿后的信号除以作为参照信号的已知信号G(s)，对其结果进行光接收机9的补偿，由此能够估计光发送机7的传递函数。作为参照信号的已知信号表示传输前的已知信号。通过计算其倒数，能够求出光发送机7的逆传递函数。另外，由于使用事先实施了频率偏移补偿的光接收机9的临时传递函数RX_ASE(s-Δs0)来进行光接收机9的补偿，因此，光发送机7的传递函数的估计值如下。

光发送机7的逆传递函数的估计值为

接着，通过改变光发送机7内的可调谐激光器7b的波长，将其频率变更成s

进而，如果改变光发送机7内的可调谐激光器7b的波长而求出光发送机7相对于频率偏移Δs

···

光发送机7相对于M个频率偏移Δs

上式的

发送机传递函数估计部8的输出即光发送机7的逆传递函数的平均值用下式表示。

另外，在图5所示的发送机传递函数估计部8中，求出构成自适应滤波器的FIR滤波器的滤波系数，作为逆传递函数的时间响应。因此，通过对其进行平均，也能够求出光发送机7的逆传递函数的平均值作为其时间响应。根据时间响应的平均化和频率响应的平均化处于傅立叶变换或傅立叶逆变换的关系，这是显而易见的。

如上所述，在步骤S2中，将分别针对多个频率偏移估计出的光发送机7的传递函数或逆传递函数平均化。估计出的光发送机7的传递函数包含实际的光发送机7的传递函数TX(s)。但是，在上述的情况下，由于该传递函数TX(s)相对于多个频率偏移不变(即使平均也相同)，因此，能够选择性地进行光接收机9的传递函数的相位成分的平均化。这对于逆传递函数或相位特性也同样如此。

在求出光接收机9的真实传递函数的步骤S3中，对发送机补偿部6设定在步骤S2中估计出的光发送机7的平均化逆传递函数，向发送机补偿部6输入第2已知信号G2(s)。第2已知信号G2(s)可以与在步骤S2中使用的已知信号相同，也可以不同，但这里为了方便而区分为G2(s)。将已知信号G2(s)输入到发送机补偿部6时的光发送机7的输出信号由下式表示。

上述的光发送机7的输出信号通过传输路径2而输入到光接收机9。此时，根据收发间的频率偏移(s

光接收机9的输出信号经由数据缓冲器10被输入到第2接收机传递函数估计部14。在第2接收机传递函数估计部14中，从光接收机9的输出信号提取第2已知信号G2(s)并输入到自适应滤波器。此外，对第2已知信号G2(s)也附加估计为传输路径失真的各种传输特性，在此，设除了频率偏移以外都被补偿而省略说明。

此时，检测频率偏移Δs

接着，应用自适应滤波器，直接求出光接收机9的真实传递函数的逆函数。该方法等效于将从光接收机9的输出信号提取出的第2已知信号除以作为附加有频率偏移的参照信号的第2已知信号。作为参照信号的第2已知信号表示传输前的第2已知信号。因此，光接收机9的真实传递函数用下式表示。

光接收机9的真实逆传递函数通过传递函数的倒数求出，因此，成为

上述的校准结果是，求出光发送机7的逆传递函数

接着，说明光通信的运用时的动作。在执行上述的校准时，假设光发送机7的可调谐激光器7b的频率为s

在光通信的运用时，将信号A(s)输入到发送侧时的光发送机7的输出信号根据可调谐激光器7b的频率变动(s→s

上述的光发送机7的输出信号通过传输路径2而输入到光接收机9。此时，根据收发间的频率偏移s

频率偏移补偿(s→s-Δs

此外，也可以在接收机补偿部11的后级实施频率偏移补偿。

接着，在接收机补偿部11中，当用光接收机9的真实传递函数进行补偿时，接收机补偿部11的输出由以下的式子表示。其中，要补偿的传递函数以检测出的频率偏移Δsa事先进行频率偏移补偿(s→s-Δs

在上述的结果中，

接着，与比较例进行比较来说明本实施方式的效果。在比较例中，作为光发送机7的信号TL，不使用可调谐激光器7b而使用频率不能变更的激光二极管。然后，发送机传递函数估计部8仅对一个频率偏移计算光发送机7的传递函数或逆传递函数，并设定于发送机补偿部6。在比较例中，也能够进行在收发间存在频率偏移Δs

但是，可知光发送机7的可调谐激光器7b或光接收机9的激光器模块9b的频率由于温度等环境的变化或老化而随时间变动。而且，由于激光频率的波动，有时频率偏移也会产生几百MHz左右的变动。根据详细分析的结果可知，在估计出传递函数的校准时和光通信的运用时之间频率偏移发生变动的情况下，产生问题。

对该问题发生的机理进行说明。这里，用s

这里，在光发送机7的传递函数的估计值中包含的光接收机9的传递函数的相位成分与求出光接收机9的真实传递函数时的光接收机9的传递函数的相位特性相等的情况下，光接收机9的真实传递函数为|RX(s)|。这与在步骤1中求出的光接收机9的临时传递函数相等。然而，需要发送机补偿部6和接收机补偿部11中的补偿滤波器的抽头数目彼此相等，或者两者都能够精确地表现逆传递函数。假设在发送机补偿部6的补偿用滤波器的抽头数较少且表现逆传递函数的相位特性的分辨率较粗糙的情况下(有时在收发中补偿用滤波器的抽头数不同)，在上述发送机补偿部6的补偿动作中，有时残留不能完全补偿光发送机7的传输特性的成分。此时，需要留意该光发送机7的传输特性的残留部分包含在上述的光接收机9的真实传递函数中。

在校准时，光发送机7的传递函数的估计值成为

在光通信的运用时，将信号A(s)输入到发送侧时的光发送机7的输出信号根据信号TL的频率变动(s→s

上述的光发送机7的输出信号通过传输路径2而输入到光接收机9。此时，当考虑到收发间的频率偏移s

频率偏移补偿(s→s-Δs

此外，也可以在接收机补偿部11的后级实施频率偏移补偿。

接着，在接收机补偿部11中，用光接收机9的真实传递函数|RX(s)|进行补偿(除以|RX(s)|)。接收机补偿部11的输出由下式表示。其中，要补偿的传递函数以检测出的频率偏移Δs

根据上述的结果可知，在传递函数的估计时的频率偏移Δs

图9是用于说明光接收机的传递函数的相位特性影响的图。纵轴是相位特性

此外，通常认为

图10是表示光接收机的传递函数和逆传递函数的通常相位特性的图。图的上侧表示传递函数的相位特性

图11是用于说明针对多个频率偏移估计出的光发送机的逆传递函数的平均化的图。在本实施方式中，将针对多个频率偏移估计出的光发送机7的逆传递函数平均化。如果产生频率偏移，则光接收机9的传递函数的相位特性在频率方向(s方向)上偏移该频率偏移的量。例如，在频率偏移为Δs

如图所示，多个频率偏移设定为遍及脉动周期地进行细分。具体而言，多个频率偏移设定为将针对初次的频率偏移估计出的光发送机7的传递函数或逆传递函数的相位特性的变动周期分割成2个以上。由此，

这样，在

此外，对相位特性相对周期性地变化的情况进行了说明，但并不限定于此，即使不是周期性的，也可以根据平均化的范围和频率偏移的变更幅度进行平滑化。这样的情况也能够得到本发明的效果，因此包含在本发明的技术思想范围内。

如以上说明的那样，在本实施方式中，针对多个频率偏移分别实施估计光发送机7的传递函数或逆传递函数的处理，将针对多个频率偏移估计出的光发送机7的传递函数或逆传递函数或者其相位特性平均化，求出光发送机7的平均化传递函数或平均化逆传递函数。此时，进行平均化以减少相位相对于频率的急剧变化。由此，即使在由于老化或激光频率的波动而导致在校准时和运用时之间频率偏移发生变动的情况下，也能够进行传输特性良好的估计或补偿。

另外，在本实施方式中，将光发送机7的信号TL设为可调谐激光器7b，但也可以将光接收机9的激光器模块9b设为可调谐激光器。只要光发送机7和光接收机9中的至少一方的载波频率可变，且在收发间能够设定多个频率偏移，则手段没有限定。可调谐激光器通常比较普及，通过从外部设定相当于波长的数据，能够容易地变更波长即频率。在光传输系统中使用的可调谐激光器7b具有例如以100GHz左右的步长将中心频率切换成多个传输信道的功能，并且具有以MHz程度的单位调整中心信道频率的功能。此外，也可以对可调谐激光器7b附加频率的测定器。

此外，在上述的平均化中，示出针对多个频率偏移的逆传递函数的平均化。但是，如上所述，也可以是表示逆传递函数的时间响应的FIR滤波器的抽头系数的平均化。进而，虽然有时在计算上产生一些差异，但即使在将传递函数平均化后求出逆传递函数，也能够降低相位特性的变动，因此，能够得到本发明的效果。进而，通过将传递函数以及逆传递函数的相位特性本身平均化，也能够降低相位特性的变动，因此，能够得到本发明的效果。

这里，对相位特性的平均化、传递函数(相位成分)的平均化、逆传递函数(相位成分)的平均化的差异进行说明。在设3个相位特性为a(s)、b(s)、c(s)时，它们的传递函数的相位成分分别为e^ja(s)、e^jb(s)、e^jc(s)，逆传递函数的相位成分分别成为e^-ja(s)、e^-jb(s)、e^-jc(s)。使用相位的和，通过[a(s)+b(s)+c(s)]/3计算相位特性的平均化。传递函数的平均化使用向量合成通过[e＾ja(s)+e＾jb(s)+e＾jc(s)]/3来计算。逆传递函数的平均化使用向量合成通过[e＾-ja(s)+e＾-jb(s)+e＾-jc(s)]/3来计算。虽然这些平均化分别不同，但根据相位特性的平均化求出逆传递函数的值、根据传递函数的平均化求出逆传递函数的值、逆传递函数的平均化有时也取比较相同的值。因此，通过这些计算中的任意计算，求出光发送机7的平均化传递函数或平均化逆传递函数。

此外，在目前为止的说明中，将光接收机9的临时传递函数设为从光接收机9的输入端输入ASE信号而取得的|RX(s)|。但是不限于此，例如也可以将光接收机9的临时传递函数设为RX(s)＝1。这也适用于省略估计临时传递函数的步骤的情况。在该情况下，由于估计出的光发送机7的传递函数包含光接收机9的传输特性(振幅成分和相位成分这两者)，因此，因频率偏移的变动而发生补偿的劣化。在这样的情况下，通过针对多个频率偏移的光发送机7的传递函数的估计值的平均化，也能够得到本发明的效果，因此包含在本发明的技术思想范围内。

此外，在发送机传递函数估计部8、第1接收机传递函数估计部13和第2接收机传递函数估计部14中求出传递函数或逆传递函数的方法，以及发送机补偿部6和接收机补偿部11中的补偿方法不限于自适应均衡，也可以是如专利文献1的图6和图8的实施例所示在频域进行计算的方法。

此外，在图5所示的发送机传递函数估计部8中，从发送部1将第1已知信号传输到接收部3时接收部3取得的数字数据提取第1已知信号，其利用传输路径特性和光接收机9的临时传递函数进行补偿，并与传输前的第1已知信号比较，从而估计光发送机的传递函数或逆传递函数。但是，估计光发送机7的传递函数或逆传递函数的方法不限于此。由于提取出的第1已知信号受到光发送机7的传递函数、传输路径特性以及光接收机9的传递函数的影响，因此，例如通过对提取出的第1已知信号与对传输前的已知信号附加传输路径特性和光接收机9的临时传递函数而得到的信号进行比较，也能够估计光发送机7的传递函数或逆传递函数。进而，对利用传输路径特性或光接收机9的临时传递函数对提取出的第1已知信号进行补偿后的信号与传输前的第1已知信号进行比较，也能够估计光发送机7的传递函数或逆传递函数，传输前的第1已知信号附加有传输路径特性和光接收机9的临时传递函数中的未对提取出的第1已知信号进行补偿的传输路径特性和临时传递函数。

在第2接收机传递函数估计部14的估计方法中，上述的估计方法变形也成立。在图7所示的第2接收机传递函数估计部14中，在从使用光发送机7的平均化传递函数或平均化逆传递函数补偿了光发送机7的传递特性后的发送部1向接收部3传输了第2已知信号时，从由接收部3取得的数字数据提取第2已知信号，并与对传输前的第2已知信号附加传输路径特性而得到的信号进行比较，估计光接收机9的真实传递函数或逆传递函数。但是，估计光接收机9的真实传递函数或逆传递函数的方法不限于此。例如，通过对利用传输路径特性补偿了提取出的第2已知信号后的信号与传输前的第2已知信号进行比较，也能够估计光接收机9的真实传递函数或逆传递函数。进而，在发送侧不预先利用光发送机7的平均化传递函数或平均化逆传递函数补偿第2已知信号偿的情况下，对针对从由接收部3取得的数字数据提取出的第2已知信号补偿光发送机7的平均化传递函数和传输路径特性中的至少一个或者一个也不补偿而得到的信号与传输前的第2已知信号进行比较，也能够估计光接收机9的真实传递函数或逆传递函数，传输前的第2已知信号附加有光发送机7的平均化传递函数和传输路径特性中的未对提取出的第2已知信号进行补偿的平均化传递函数和传输路径特性。

标号说明

1：发送部；2：传输路径；3：接收部；6：发送机补偿部；7：光发送机；8：发送机传递函数估计部；9：光接收机；11：接收机补偿部；13：第1接收机传递函数估计部；14：第2接收机传递函数估计部。