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えりからぶり
7 years ago
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1 2011 年 10 月 4 日,SCOPE 第 7 回成果発表会, 幕張メッセデジタルコヒーレント光通信技術の研究開発 Research on Digital Coherent Optical Communication Systems 菊池和朗 Kazuro Kikuchi 東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻 Department of Electrical Engineering and Information Systems The University of Tokyo 1

2 発表内容 1. はじめに 2. コヒーレント光受信器におけるデジタル信号処理 (1) 適応等化器の機能 (2) 新しい適応等化器の提案と実験 3. コヒーレント多値光伝送実験 4. むすび 2

3 デジタルコヒーレント光通信技術コヒーレント光技術 ~2000- 現在超高速デジタル技術現在デジタルコヒーレント技術 >100 Gbit/s イーサー伝送 3

4 将来の光伝送システムで用いられる基本的コヒーレント技術変調フォーマット多値変調多重化方式 Polarization-division multiplexingwdm Q Q Vertical polarization I I Wavelength QPSK 16-QAM Horizontal polarization 検波方式 Signal コヒーレント受信 Photo detector このようなコヒーレント伝送システムは, 極限的な性能を持つしかし, 各種の伝送障害に対して耐性が小さい Local oscillator 4

5 本研究の目的波長分散偏波変動偏波分散非線形効果タイミングジッタ位相雑音 Transmitter Fiber Amplifier N Coherent receiver Digital signal processing ASE 雑音 Local oscillator 位相雑音周波数オフセットこれらの障害をデジタル領域で補償する方式を検討伝送実験による実証 5

6 発表内容 1. はじめに 2. コヒーレント光受信器におけるデジタル信号処理 (1) 適応等化器の機能 (2) 新しい適応等化器の提案と実験 3. コヒーレント多値光伝送実験 4. むすび 6

7 コヒーレント光受信器の構成 Polarization Signal controller E s p/2 I I (cos) Signal E s 90 optical hybrid I xi I xq Local oscillator E LO 90 degree optical hybrid I Q (sin) Local oscillator E LO Polarization beam splitters 90 optical hybrid I yi I yq 位相ダイバーシティホモダイン受信器位相偏波ダイバーシティホモダイン受信器 7

8 デジタル信号処理回路偏波多重分離偏波分散補償残留波長分散補償クロック抽出 X-pol. Y -pol. 4-Ch ADC E X E Y WDM channel selection Fixed equalizer Pol. demux Adaptive & equalizer PMD compensator E x, in E y, in Carrier-phase estimation 等化器との協調動作 Decoder x-pol. y-pol. Symbol 8

9 9 バタフライ構成の FIR フィルタ E x p xx p xy p yx E y p yy - E X E Y - d x Decision Decision タップ更新のための判定指向型 LMS(DD-LMS) アルゴリズム p p p p xx xy yx yy * n 1 p xx n d x n EX n E x n * n 1 p xy n d x n EX n E y n * n 1 p yx n d y n EY n E x n * n 1 p n d n E n E n yy y Y y d y 偏波多重分離偏波分散補償残留波長分散補償クロック抽出 9

10 FIR フィルタの構成 Input x n T / m T / m T / m T / m c0 c1 ck 2 c k 1 X X X X m 1: single sampling/symbol m 2: double sampling/symbol Output y n 10

11 FIR フィルタによるクロック抽出非同期 2 倍オーバサンプリング t 連続的時間遅延 t 同期シンボルレートサンプリングクロック抽出 K. Kikuchi, Clock recovering characteristics of adaptive finite-impulse-response filters in digital coherent optical receivers, Optics Express 19, (2011). 11

12 -log 10 (BER) -log 10 (BER) -log 10 (BER) -log 10 (BER) -log 10 (BER) BER のサンプリング位相依存性 (a) -1 (a) (b) -0.5 (b) (b) (c) (c) /N 0 [db] E b /NE 0 b /N [db] 0 [db] E E b /N b /N 0 [db] 0 [db] E b /N 0 [ Double sampling Nyquist filter α=0.2 number of taps=1 Double sampling Nyquist filter α=0.2 number of taps=5 12

13 発表内容 1. はじめに 2. コヒーレント光受信器におけるデジタル信号処理 (1) 適応等化器の機能 (2) 新しい適応等化器の提案と実験 3. 多値光伝送実験 4. むすび 13

14 DD-LMS の問題点と解決法従来型 E LMS p - Decision d x 欠点 : 変動の速い位相雑音や周波数オフセットを追尾するために, 長い FIR フィルタ段数を使えない新提案 LMS - Phase & frequency estimation cf. /(.) E p Y. Mori and K. Kikuchi, OECC 2011 Decision d x 14

15 DD-LMS アルゴリズムの動作不安定性位相雑音による動作不安定化 Without phase noise With phase noise and frequency offset E t exp j 2pf t t t offset signal n Frequency offset Phase noise 15

16 DD-LMS アルゴリズムを用いた新しい構成の FIR フィルタ E x LMS p xx -. /(.) LMS. /(.) f x - LMS s x - Decision d x p xy p yx p yy f y s y Decision d y E y LMS -. /(.) LMS. /(.) LMS - - Slow 偏波多重分離偏波分散補償残留波長分散補償クロック抽出 Fast キャリア位相推定 Slow オフセット周波数推定 16

17 測定された Constellation map Before butterfly-structured FIR filters After butterfly-structured FIR filters After first-stage estimator After second-stage estimator 17

18 発表内容 1. はじめに 2. コヒーレント光受信器におけるデジタル信号処理 (1) 適応等化器の機能 (2) 新しい適応等化器の提案と実験 3. 多値光伝送実験 4. むすび 18

19 伝送システム実験系 Transmitter Linewidth: 150 [khz] Modulation : 10Gsymbol/s 16-QAM SSMF Span length: 100 [km] Dispersion parameter: 17 [ps/nm/km] Nonlinear coefficient: 1.5 [/W/km] Loss coefficient: 0.2 [db/km] Transmitter 8-10 spans EDFA Noise figure: 4 [db] DSP circuit Polarization phase diversity receiver Local oscillator Local oscillator Linewidth: 150 [khz] 19

20 Log(BER) Log(BER) 伝送実験結果 Launched power [dbm] Launched power [dbm] 1,000kmSMF 伝送路を用いた 10Gsymbol/s 16QAM 信号 WDM 伝送特性チャンネル間隔 25GHz ;1ch, :3ch, :3ch 偏波多重 800kmSMF 伝送路を用いた10Gsymbol/s 16QAM 信号 WDM 伝送特性チャンネル間隔 25GHz ;1ch, :3ch, :3ch 偏波多重 20

21 発表内容 1. はじめに 2. コヒーレント光受信器におけるデジタル信号処理 (1) 適応等化器の機能 (2) 新しい適応等化器の提案と実験 3. 多値光伝送実験 4. むすび 21

22 むすび 1. デジタルコヒーレント光受信器において, 信号等化およびキャリア位相推定を行う新しい構成の FIR フィルタを提案した 2. 開発された受信器を用いて,16QAM, 長距離実験を行った 80Gbit/s WDM 信号の 800km 伝送に成功したスペクトル効率は 3.2bit/s/Hz である 3. ファイバの非線形効果は, 等化によっても除去することが困難であり, 伝送距離を強く制限している 22

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<4D F736F F D208E518D6C B791BD8F6482CC8FDA8DD72E646F63> 参考 4 波長多重の詳細 1 波長多重の基本 1.1 波長多重の方式異なる波長の光を 1 本の光ファイバで伝送することを波長多重伝送という波長多重をする方式には以下の 2 方式がある (1) 粗い波長多重 CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing) (2) 密な波長多重 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)