(57)【要約】偏光分離処理で用いるフィルタ係数をより高速に収束させる偏光分離装置を提供する。  本発明の本発明の偏光分離装置は、受信光信号から検出される第１および第２の入力信号それぞれを、光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて第１の出力信号を出力する第１のフィルタ部１１と、第１および第２の入力信号を、特性行列の他の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて第２の出力信号を出力する第２のフィルタ部１２と、特性行列の要素間の関係を用いて第１および第２の各出力信号の誤差信号の両方をより小さくするよう第１のフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新部１３と、特性行列の要素間の関係を用いて第１および第２の各出力信号に対する誤差信号の両方をより小さくするよう第２のフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新部１４とを備える。
2012105070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路を介して受信される光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、
を有する偏光分離装置を用いて、前記光信号の偏光分離処理を行う光受信器。
【請求項２】
前記偏光分離装置は、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第２のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第２のフィルタ係数更新手段をさらに有す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】
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、前記特性行列の要素間の関係として、前記光伝送路のユニタリー性により得られる関係を適用することにより、前記フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の線形和をより小さくするよう前記フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光受信器。
【請求項５】
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、下記式（８）に基づいて、前記フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項３に記載の光受信器。
2012105070.tif 000010
【請求項６】
前記光受信器によって受信される前記光信号が、偏光状態が直交し、かつ、搬送波光周波数が同一である２個の独立した光信号が偏光多重された光信号であるとき、
前記第１のフィルタ手段は、前記２個の独立した光信号のうちの一方に対応する信号を前記第１の出力信号として出力し、
前記第２のフィルタ手段は、前記２個の独立した光信号のうちの他方に対応する信号を前記第２の出力信号として出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光受信器。
【請求項７】
前記光受信器によって受信される前記光信号が単一偏光の光信号であるとき、
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段は、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号のいずれか一方の値がゼロとなることを期待する誤差信号に基づいて、前記第１および第２のフィルタ手段の各フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の光受信器。
【請求項８】
光伝送路を介して光信号を受信する光受信器で用いられる偏光分離装置であって、
前記光受信器によって前記光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、
を備えた偏光分離装置。
【請求項９】
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第２のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第２のフィルタ係数更新手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の偏光分離装置。
【請求項１０】
受信光信号の偏光分離方法であって、
前記受信光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記受信光信号が受信された光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素を第１のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力し、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素を第２のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力し、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第１のフィルタ係数を更新することにより収束させる、
ことを特徴とする偏光分離方法。
【請求項１１】
さらに、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第２のフィルタ係数を更新することにより収束させることを特徴とする請求項１０に記載の偏光分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光多重分離光通信システムにおける光受信器、偏光分離装置および偏光分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットなどのネットワークの普及により、基幹ネットワークのトラフィック量が急増している。これに伴い、１００Ｇｂｐｓといった超高速光通信システムが望まれている。超高速光通信システムを実現する技術としては、光位相変調方式および偏光多重分離技術が注目されている。
光位相変調方式は、従来の光強度変調方式のように送信レーザ光の光強度に対してデータ変調を行うのではなく、送信レーザ光の位相に対してデータ変調を行う方式である。光位相変調方式としては、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）や８ＰＳＫ（８Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの方式が知られている。これらのデータ変調を採用した光位相変調方式では、１シンボルに対して複数のビットを割り当てることにより、シンボルレート（ボーレート）を低下させることが可能である。このため、光位相変調方式は、電気デバイスの動作速度を低減できる。また、その結果、光位相変調方式では、装置の製造コストの削減が期待できる。例えば、ＱＰＳＫを用いる場合、４個の光位相（例えば４５度、１３５度、２２５度、３１５度）に対して、それぞれ２ビット（例えば００、０１、１１、１０）を割り当てる。このため、ＱＰＳＫのシンボルレートは、光強度変調方式のシンボルレート（すなわちビットレート）の１／２に低減可能である。
光位相変調された信号光を受信するためには、光コヒーレント方式を用いる。これは、信号光と、信号光とほぼ同一の周波数を有するレーザ光（局部発振光と呼ばれる）とを、９０度ハイブリッドと呼ばれる光学素子により結合した上で、その出力を光検出器により受光する方式である。ここで、説明を簡単にするため、信号光と局部発振光との偏光状態は同一の直線偏光であると仮定する。光コヒーレント方式を用いた場合、光検出器から出力される電気信号の交流成分は、信号光および局部発振光のビート信号である。そして、その振幅は、信号光および局部発振光の光強度に比例する。また、その位相は、信号光の搬送波周波数および局部発振光の周波数が同一であれば、信号光および局部発振光の位相の差となる。局部発振光の位相が送信端の光変調器に入力されるレーザ光の位相と同一であれば、ビート信号の位相が、送信端でレーザ光に付与された位相である。このため、シンボルマッピングを用いてビート信号の位相をビット列に変換することにより、送信データを復調することが可能である。
実際には、信号光の搬送波周波数および局部発振光の周波数の値は完全には一致しない。さらに、光受信器における局部発振光の位相と、光送信器において光変調器に入力されるレーザ光との位相も一致しない。したがって、光送信器において光変調器に入力される信号光と局部発振光との位相差である光位相偏差、および信号光の搬送波周波数と局部発振光の周波数との差である光搬送波周波数偏差による影響を補償する必要がある。なお光位相偏差および光搬送波周波数偏差を補償する具体的な方法については本発明の説明に特に必要ではないため説明を省略する。
一方、偏光多重分離技術も、超高速光通信システムを実現する技術の１つとして注目されている。偏光多重分離技術では、光送信器は、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する２個の独立した光信号を多重して送信する。また、光受信器は、受信信号から前述の２個の独立した光信号を分離する。これにより、偏光多重分離技術は、２倍の伝送速度を実現する。逆に、偏光多重分離技術は、光信号のシンボルレート（ボーレート）を１／２にすることができるため、電気デバイスの動作速度を低減して装置コストを削減可能であるとも言い換えることができる。
上述した光位相変調方式および偏光多重分離技術の両方を組み合わせることにより、１００Ｇｂｐｓというような超高速光通信システムを実現することができる。光搬送波周波数偏差および光位相偏差を補償する処理、および、２個の独立した光信号に分離する処理（偏光分離処理）は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などにより実装されるディジタル信号処理回路によって実現可能である。このようなディジタル信号処理回路を用いて送信データを高精度に復調する技術は、光ディジタルコヒーレント通信方式と呼ばれる。
以降では、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた超高速光通信システムにおける受信処理について図面を参照して説明する。
図４は、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける関連技術の光受信器９０の構成を示すブロック図である。光受信器９０は、光伝送路から受信した光信号を、受信光信号の搬送波周波数とほぼ同一の周波数を有する局部発振光とともに、９０度ハイブリッド９１に入力する。９０度ハイブリッド９１は、直交する２つの偏光軸それぞれに対して平行な偏光状態を有する光信号の実部成分および虚部成分の合計４個の光信号を出力する。これら４個の光信号は、光ディテクタ９２ａ〜９２ｄによりアナログ電気信号に変換された後、アナログディジタルコンバータ（以降ＡＤＣと記載する）９３ａ〜９３ｄによりディジタル電気信号に変換される。これらのディジタル電気信号は、不図示のリサンプリング部により受信光信号のシンボルレート（ボーレート）で標本化されたディジタル電気信号に変換された後、偏光分離装置９４に入力される。偏光分離装置９４は、入力された４個のディジタル電気信号を元に、偏光多重された２つの独立した光信号に対応する電気信号を抽出する。抽出された各電気信号は、光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部９５ａ〜９５ｂにより、受信光信号と局部発振光との間の光搬送波周波数偏差と光位相偏差による光位相回転がそれぞれ補償される。その後、各電気信号は、シンボル識別部９６ａ〜９６ｂによりそれぞれ元の送信ビット列に復調される。
以上に説明したように、この関連技術の光受信器９０は、次のように動作する。即ち、光位相変調方式および偏光多重分離技術を組み合わせた上で、偏光分離された２個の独立した光信号に対応する電気信号のそれぞれに対して、光搬送波周波数偏差および光位相偏差による影響を補償する。これにより、関連技術の光受信器９０は、１００Ｇｂｐｓというような超高速光通信システムを実現することを可能としている。
次に、関連技術の光受信器９０が備える偏光分離装置９４について説明する。
図５は、偏光分離装置９４の構成を示すブロック図である。偏光分離装置９４は、図５に示すように、フィルタ部９０１ａ〜９０１ｄ、フィルタ係数更新部９０２ａ〜９０２ｂを含む。なお、図５において、入力信号１は、図４における９０度ハイブリッド９１において直交する２つの偏光軸の一方に平行な偏光状態を有する光信号に対応する電気信号である。すなわち、この入力信号１は、図４のＡＤＣ９３ａから出力されるディジタル電気信号を実部成分とし、ＡＤＣ９３ｂから出力されるディジタル電気信号を虚部成分とする複素数により表される。
同様に、図５の入力信号２は、図４における９０度ハイブリッド９１において直交する２つの偏光軸の他方に平行な偏光状態を有する光信号に対応する電気信号である。すなわち、この入力信号２は、図４のＡＤＣ９３ｃから出力されるディジタル電気信号を実部成分とし、ＡＤＣ９３ｄから出力されるディジタル電気信号を虚部成分とする複素数により表される。
図５の出力信号１および出力信号２は、それぞれ光送信器において偏光多重された２個の独立した光信号に対応する電気信号として再生される信号である。
図５のフィルタ部９０１ａ〜９０１ｄは、入力信号１および入力信号２を、各フィルタ部に独立に設定されたフィルタ係数を用いてそれぞれフィルタリング処理を実施する。その後、フィルタ部９０１ａおよびフィルタ部９０１ｃの和が、出力信号１として出力される。また、フィルタ部９０１ｂおよびフィルタ部９０１ｄの和が、出力信号２として出力される。なおフィルタ部９０１ａ〜９０１ｄとしては、一般的なＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いることができる。
フィルタ係数更新部９０２ａは、所定のアルゴリズムにしたがってフィルタ部９０１ａおよび９０１ｃのフィルタ係数を更新する。同様にフィルタ係数更新部９０２ｂはフィルタ部９０１ｂおよび９０１ｄのフィルタ係数を更新する。フィルタ係数更新部９０２ａ〜９０２ｂが各フィルタ係数を更新するためのアルゴリズムとしては、ＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が広く用いられている。ＣＭＡは、抽出された電気信号の包絡線が一定、すなわち強度が一定となるように、フィルタ部９０１ａ〜９０１ｄの各フィルタ係数を適応的に制御することにより偏光分離を行うアルゴリズムである。その他、各フィルタ部のフィルタ係数を更新するアルゴリズムとしては、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムも一般的である（非特許文献１参照）が、ここでは、ＣＭＡを用いる例について説明する。
次式（１）に、ＣＭＡで定義される誤差関数の一例を示す。
2012105070.tif 000003
式（１）において、Ｊｘ（Ｗ，ＷＨ）は、出力信号１の誤差関数であり、Ｊｙ（Ｗ，ＷＨ）は出力信号２の誤差関数である。ここで、Ｗは、大きさが２×２のＪｏｎｅｓ行列と呼ばれる光伝送路の逆特性を表す行列である。行列Ｗの１１成分（ｗｘｘ），１２成分（ｗｘｙ），２１成分（ｗｙｘ），２２成分（ｗｙｙ）は、それぞれフィルタ部９０１ａ〜９０１ｄの各フィルタ係数となる。行列ＷＨは行列Ｗのエルミート共役である。
なお、ここでは、説明を簡単にするためフィルタ部のタップ数を１としたが、タップ数を２以上としても良い。また、ｒｘおよびｒｙは、それぞれ出力信号１および出力信号２の振幅の目標値である。また、Ｅｘ’およびＥｙ’は、それぞれ出力信号１および出力信号２の振幅である。また、Ｅ［ｘ］は、ｘの期待値を表す。
フィルタ係数更新部９０２ａは、Ｊｘが最小となるようにフィルタ部９０１ａおよび９０１ｃの各フィルタ係数を逐次更新する。また、フィルタ係数更新部９０２ｂは、Ｊｙが最小となるように、フィルタ部９０１ｂおよび９０１ｄの各フィルタ係数を逐次更新する。
次式（２）に、式（１）のＣＭＡの誤差関数に基づいてフィルタ係数更新部９０２ａおよび９０２ｂがフィルタ係数を更新するための更新式を示す。
2012105070.tif 000004
ここで、μはフィルタ係数の更新量を調整することによりフィードバック制御を安定化させるパラメータである。フィルタ係数の更新量の算出には、期待値を瞬時値で代用するのが一般的である。
式（１）は偏波多重ＱＰＳＫ信号の偏光分離に一般的に用いられる誤差関数であり、Ｅｘが半径ｒｘの円上にあるときＪｘは０となり、同様にＥｙが半径ｒｙの円上にあるときＪｙは０となる。誤差関数Ｊｘ及びＪｙが０の条件は偏波分離が成功するための必要十分条件であるため、ＣＭＡは誤差関数Ｊｘ及びＪｙが０となるようにフィルタ係数を更新することにより、偏光分離が可能となる。
なお、式（１）に示す以外にも、ＥｘまたはＥｙがＱＰＳＫの４個のシンボルのいずれかにあるときに０となるような誤差関数も提案されており、ｄｅｃｉｓｉｏｎ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ方式と呼ばれる。本方式は、ＱＰＳＫについては式（１）と本質的には同一であるため、実装が容易な式（１）が使用されるのが一般的であるものの、式（１）が適用できない１６ＱＡＭなどの多値数の大きい位相変調方式にも適用可能であるという長所がある。
以上に述べたように、偏光分離装置９４のフィルタ部９０１ａ〜９０１ｄ、ＣＭＡを用いたフィルタ係数更新部９０２ａおよび９０２ｂの動作により、受信光信号から２個の独立した光信号に対応する電気信号を分離・抽出することが可能となる。このような、偏光分離装置におけるフィルタ係数更新処理については、特許文献１にも記載されている。また、再生される各出力信号に基づいて偏光分離処理を行う他の装置が、非特許文献２にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５３９７２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｂ．Ｆａｒｈａｎｇ−Ｂｏｒｏｕｊｅｎｙ，″Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｆｉｌｔｅｒｓ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ″，Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃ．，１９９８−１１−１，Ｃｈａｐ．６．
【非特許文献２】Ｍ．Ｅｌ−Ｄａｒａｗｙ  ｅｔ  ａｌ，″Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｏｆ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｄｅｃｉｓｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｉｎ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ＱＡＭ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ″，ＯＳＡ／ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ  ２０１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述した関連技術の偏光分離装置では、光受信器が受信した光信号の偏光状態や、２個の独立した光信号の混合状態によっては、正しいフィルタ係数に収束するまでに多大な時間を要する場合があるという課題があった。
（発明の目的）
本発明の目的は、上述の課題を鑑みてなされたものであって、受信光信号の偏光分離処理で用いるフィルタ係数をより高速に収束させる偏光分離装置およびこれを備えた光受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光受信器は、光伝送路を介して受信される光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、を有する偏光分離装置を用いて、前記光信号の偏光分離処理を行う。
また、本発明の偏光分離装置は、光伝送路を介して光信号を受信する光受信器で用いられる偏光分離装置であって、前記光受信器によって前記光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、を備える。
また、本発明の偏光分離方法は、受信光信号の偏光分離方法であって、前記受信光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記受信光信号が受信された光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素を第１のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力し、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素を第２のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力し、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第１のフィルタ係数を更新することにより収束させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、受信光信号の偏光分離処理で用いるフィルタ係数をより高速に収束させる偏光分離装置およびこれを備えた光受信器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態としての偏光分離装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、関連技術の偏光分離装置および本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置による偏光分離処理の各シミュレーション結果を表すグラフである。
【図４】関連技術の光受信器の構成を示すブロック図である。
【図５】関連技術の光受信器に備えられる偏光分離装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態としての偏光分離装置１の機能ブロック構成を図１に示す。図１において、偏光分離装置１は、第１のフィルタ部１１と、第２のフィルタ部１２と、第１のフィルタ係数更新部１３と、第２のフィルタ係数更新部１４とを備えている。
ここで、偏光分離装置１は、コヒーレント光受信器に備えられている。偏光分離装置１を備えるコヒーレント光受信器は、光伝送路を介して光信号を受信する。この光信号は、光送信器において、偏光状態が直交し、かつ、搬送波光周波数が同一である２個の独立した光信号が偏光多重されて送信されたものであってもよい。また、このコヒーレント光受信器は、受信した光信号から、第１の入力信号および第２の入力信号を検出し、偏光分離装置１に入力する。
例えば、このコヒーレント光受信器は、図４に示した関連技術のコヒーレント受信器９０と同様の動作を行うものでも良い。即ち、コヒーレント光受信器が受信した光信号およびその搬送波周波数とほぼ同一の周波数を有する局部発振光を９０度ハイブリッドに入力後ＡＤ変換することにより、第１の入力信号および第２の入力信号を検出してもよい。この場合、前述のように、第１の入力信号は、直交する２つの偏光軸の一方に平行な偏光状態を有する光信号に対応する電気信号となる。同様に、第２の入力信号は、直交する２つの偏光軸の他方に平行な偏光状態を有する光信号に対応する電気信号となる。
第１のフィルタ部１１は、第１の入力信号および第２の入力信号のそれぞれに対して、光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する。例えば、第１のフィルタ部１１は、第１の入力信号および第２の入力信号をそれぞれ上述のようにフィルタリング処理した各信号の和を第１の出力信号として出力してもよい。なお、コヒーレント光受信器によって受信された光信号が、光送信器において２個の独立した光信号が偏光多重された信号であった場合、第１のフィルタ部１１は次のように動作する。即ち第１のフィルタ部１１は２個の独立した光信号のうちの一方に対応する電気信号を第１の出力信号として再生する。
ここで、光伝送路の逆特性を表す特性行列について説明する。光伝送路の特性は、行列で表すことができる。すなわち、この行列は、光伝送路への入力信号と光伝送路からの出力信号とを結びつける行列である。より具体的には、光伝送路への入力信号に「光伝送路の特性を表す行列」をかけると光伝送路からの出力信号となる。さらに、光伝送路の逆特性を表す特性行列は、このような光伝送路の特性を表す行列の逆関数（狭義には、逆行列）を表す。すなわち、光伝送路からの出力信号に、特性行列をかけると光伝送路への入力信号が得られることになる。
第２のフィルタ部１２は、第１の入力信号および前記第２の入力信号のそれぞれに対して、以下のように動作する。即ち第２のフィルタ部１２は、特性行列の要素のうち、第１のフィルタ部１１が用いる要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する。例えば、第２のフィルタ部１２は、第１の入力信号および第２の入力信号をそれぞれ上述のようにフィルタリング処理した各信号の和を第２の出力信号として出力してもよい。なお、コヒーレント光受信器によって受信された光信号が、光送信器において２個の独立した光信号が偏光多重された信号であった場合、第２のフィルタ部１２は、以下のように動作する。即ち第２のフィルタ部１２は、２個の独立した光信号のうちの他の一方に対応する電気信号を第２の出力信号として再生する。
第１のフィルタ係数更新部１３は、特性行列において第１のフィルタ部１１で用いられる要素と第２のフィルタ部１２で用いられる要素との間に存在する関係を用いて、以下のように動作する。即ち第１のフィルタ部１１および第２のフィルタ部１２からそれぞれ再生された各出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう第１のフィルタ部１１のフィルタ係数を適応的に更新する。すなわち、第１のフィルタ係数更新部１３は、この更新処理を繰り返すことにより、各出力信号に対する誤差信号の両方の大きさがほぼ最小となるまで第１のフィルタ部１１のフィルタ係数を収束させる。
第２のフィルタ係数更新部１４は、特性行列の要素間に存在する前述の関係を用いて以下のように動作する。即ち第１のフィルタ部１１および第２のフィルタ部１２からそれぞれ再生された各出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう第２のフィルタ部１２のフィルタ係数を適応的に更新する。すなわち、第２のフィルタ係数更新部１４は、この更新処理を繰り返すことにより、各出力信号に対する誤差信号の両方の大きさがほぼ最小となるまで第２のフィルタ部１２のフィルタ係数を収束させる。
なお、第１のフィルタ係数更新部１３および第２のフィルタ係数更新部１４は、第１のフィルタ部１１および第２のフィルタ部１２からそれぞれ再生される各出力信号の誤差信号を、例えば次のように算出する。即ち前述のＣＭＡで定義された式（１）、あるいは、非特許文献１または非特許文献２において定義されている関数などを用いて誤差信号を、算出すればよい。
ここで第１のフィルタ係数更新部１３および第２のフィルタ係数更新部１４が特性行列の要素間の関係を用いない場合は以下の通りである。即ち、第１のフィルタ部１１が用いるフィルタ係数は第２のフィルタ部１２から出力される第２の出力信号と無関係である。同様に、第２のフィルタ部１２が用いるフィルタ係数は、第１のフィルタ部１１から出力される第１の出力信号と無関係である。このため、第１のフィルタ係数更新部１３が、第１のフィルタ部１１で用いるフィルタ係数を更新することにより小さくすることができるのは、第１の出力信号に対する誤差信号のみである。同様に、第２のフィルタ係数更新部１４も、第２のフィルタ部１２で用いるフィルタ係数を更新することにより小さくすることができるのは、第２の出力信号に対する誤差信号のみである。
そこで、第１のフィルタ係数更新部１３および第２のフィルタ係数更新部１４は、特性行列の要素間の関係を用いて、各フィルタ係数を更新する。
このような特性行列の要素間に存在する関係を用いれば、以下の関係が導出される。即ち特性行列の所定の要素を適用した第１のフィルタ部１１のフィルタ係数と、特性行列の他の所定の要素をフィルタ係数として適用した第２のフィルタ部１２のフィルタ係数との関係が導出される。これにより、第１のフィルタ部１１が用いるフィルタ係数は、第２のフィルタ部１２から出力される第２の出力信号との関連性を有する。同様に、第２のフィルタ部１２が用いるフィルタ係数は、第１のフィルタ部１１から出力される第１の出力信号との関連性を有することになる。したがって、第１のフィルタ係数更新部１３は、第１のフィルタ部１１のフィルタ係数を、第１の出力信号および第２の出力信号の各誤差信号の両方をより小さくするように更新することが可能となる。同様に、第２のフィルタ係数更新部１４は、第２のフィルタ部１２のフィルタ係数を、第１の出力信号および第２の出力信号の各誤差信号の両方をより小さくするように更新することが可能となる。
なお、光伝送路の特性が特定されることにより、特性行列の要素間の関係は導出可能である。例えば、偏光依存性損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｌｏｓｓ；ＰＤＬ）が存在しない理想的な光伝送路においては、光伝送路のユニタリー性により特性行列の要素間に成立する関係式が導出される。
以上のように構成された偏光分離装置１の動作について説明する。なお、偏光分離装置１は、偏光分離装置１が備えられるコヒーレント光受信器において、受信された光信号から検出される第１および第２の入力信号が入力されると、以下の動作を開始するものとする。
まず、第１のフィルタ部１１は、第１の入力信号および第２の入力信号に対して、光伝送路の逆特性を表す特性行列の所定の異なる要素をそれぞれフィルタ係数としてフィルタリング処理を実施する。そして、第１のフィルタ部１１は、フィルタリング処理を実施した後の各信号を用いて、例えばその和を第１の出力信号として出力する。
また、第２のフィルタ部１２は、第１の入力信号および第２の入力信号に対して、光伝送路の逆特性を表す特性行列の他の所定の異なる要素をそれぞれフィルタ係数としてフィルタリング処理する。そして、第２のフィルタ部１２は、フィルタリング処理を実施した後の各信号を用いて、例えばその和を第２の出力信号として出力する。
次に、第１のフィルタ係数更新部１３は、特性行列の要素間の関係を用いて、以下のように動作する。即ち、第１のフィルタ部１１および第２のフィルタ部１２からそれぞれ再生された各出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう第１のフィルタ部１１のフィルタ係数を更新する。
また、第２のフィルタ係数更新部１４は、特性行列の要素間の関係を用いて以下のように動作する。即ち、第１のフィルタ部１１および第２のフィルタ部１２からそれぞれ再生された各出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう第２のフィルタ部１２のフィルタ係数を更新する。
以上の動作を繰り返すことにより、偏光分離装置１は、第１のフィルタ部１１および第２のフィルタ部１２のフィルタ係数を適応的に更新し、収束させる。
以上に説明したように、本発明の第１の実施の形態としての偏光分離装置は、受信光信号の偏光分離処理に用いるフィルタ係数をより高速に収束させることができる。
その理由について説明する。関連技術の偏光分離装置は、第１のフィルタ部から再生される出力信号の誤差関数のみに基づいて第１のフィルタ部のフィルタ係数を更新していた。また、関連技術の偏光分離装置は、第２のフィルタ部から再生される出力信号の誤差関数のみに基づいて第２のフィルタ部のフィルタ係数を更新していた。これに対して、本発明の第１の実施の形態としての偏光分離装置では、第１および第２のフィルタ係数更新部が、特性行列の要素間の関係を用いる。このことにより、第１および第２のフィルタ部から再生される各光信号の誤差信号の両方をより小さくするよう各フィルタ係数をそれぞれ適応的に更新している。したがって、本発明の第１の実施の形態としての偏光分離装置は、関連技術に比べて、各フィルタ係数が収束するまでに要する時間を短縮することができる。
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２の構成を図２に示す。図２において、偏光分離装置２は、フィルタ部２１ａ〜２１ｄと、加算器２２ａ〜２２ｂと、フィルタ係数更新部２３ａ〜２３ｂとを備えている。なお、フィルタ部２１ａ、２１ｃおよび加算器２２ａは、本発明の第１のフィルタ部の一実施形態を構成する。また、フィルタ部２１ｂ、２１ｄおよび加算器２２ｂは、本発明の第２のフィルタ部の一実施形態を構成する。また、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、本発明の第１および第２のフィルタ係数更新部の一実施形態をそれぞれ構成する。
また、偏光分離装置２は、本発明の第１の実施の形態としての偏光分離装置１が備えられるコヒーレント光受信器と同様なコヒーレント光受信器に備えられている。なお、本実施の形態では、偏光分離装置２が備えられるコヒーレント光受信器は、光送信器において２個の独立した光信号が偏光多重されて送信された光信号を受信するものとする。偏光分離装置２には、コヒーレント光受信器において受信された光信号から検出された第１および第２の入力信号が入力される。
図２において、フィルタ部２１ａ〜２１ｄは、ＦＩＲフィルタによって構成可能である。以下、フィルタ部２１ａ〜２１ｄを構成するＦＩＲフィルタのタップ数が１である場合について説明する。
フィルタ部２１ａは、第１の入力信号に対して、Ｊｏｎｅｓ行列の１１成分ｗｘｘをフィルタ係数として、フィルタリング処理を実施する。フィルタ部２１ｃは、第２の入力信号に対して、Ｊｏｎｅｓ行列の２１成分ｗｙｘをフィルタ係数として、フィルタリング処理を実施する。加算器２２ａは、フィルタ部２１ａおよびフィルタ部２１ｃの出力信号の和を第１の出力信号として出力する。これにより、フィルタ部２１ａ、２１ｃおよび加算器２２ａによって構成される本発明の第１のフィルタ部は、以下のように動作する。即ち、第１の入力信号および第２の入力信号をフィルタリング処理した各信号を用いて、前述の２個の独立した光信号の一方に対応する電気信号を第１の出力信号として出力する。
フィルタ部２１ｂは、第１の入力信号に対して、Ｊｏｎｅｓ行列の１２成分ｗｘｙをフィルタ係数として、フィルタリング処理を実施する。フィルタ部２１ｄは、第２の入力信号に対して、Ｊｏｎｅｓ行列の２２成分ｗｙｙをフィルタ係数として、フィルタリング処理を実施する。加算器２２ｂは、フィルタ部２１ｂおよびフィルタ部２１ｄの出力信号の和を第２の出力信号として出力する。これにより、フィルタ部２１ｂ、２１ｄおよび加算器２２ｂによって構成される本実施の形態の第２のフィルタ部は、以下のように動作する。即ち第１の入力信号および第２の入力信号をフィルタリング処理した各信号を用いて、前述の２個の独立した光信号の他方に対応する電気信号を第２の出力信号として出力する。
フィルタ係数更新部２３ａは、光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いて、以下のように動作する。即ち、第１の出力信号と第２の出力信号の両方の各誤差信号をより小さくするよう、フィルタ部２１ａおよび２１ｃのフィルタ係数を更新する。同様に、フィルタ係数更新部２３ｂは、光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いて、以下のように動作する。即ち、第１の出力信号と第２の出力信号の両方の各誤差信号をより小さくするよう、フィルタ部２１ｂおよび２１ｄのフィルタ係数を更新する。
具体的には、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、第１の出力信号の誤差信号および第２の出力信号の誤差信号の両方に基づいて算出される誤差関数の値をより小さくするよう、各フィルタ係数を更新する。例えば、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、次式（３）に示すように、第１の出力信号Ｅｘ’の誤差信号Ｊｘおよび第２の出力信号Ｅｙ’の誤差信号Ｊｙの和Ｊ（Ｗ，ＷＨ）を誤差関数として用いてもよい。
2012105070.tif 000005
そして、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、式（２）に示した更新式における誤差関数として、式（３）に示した誤差関数を適用する。
ここで、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いない場合は以下の通りとなる。即ち第１のフィルタ部１１に含まれるフィルタ部２１ａのフィルタ係数ｗｘｘおよびフィルタ部２１ｃのフィルタ係数ｗｙｘは、第２のフィルタ部１２から出力される第２の出力信号と無関係である。同様に、第２のフィルタ部１２に含まれるフィルタ部２１ｂのフィルタ係数ｗｘｙおよびフィルタ部２１ｄのフィルタ係数ｗｙｙは、第１のフィルタ部１１から出力される第１の出力信号と無関係である。このため、フィルタ係数更新部２３ａは、誤差信号ＪｘおよびＪｙの和をより小さくしようとしても、結局のところ、誤差信号Ｊｘのみを小さくするようフィルタ係数ｗｘｘおよびｗｙｘを更新してしまう。同様に、フィルタ係数更新部２３ｂも、誤差信号ＪｘおよびＪｙの和をより小さくしようとしても、結局のところ、誤差信号Ｊｙのみを小さくするようフィルタ係数ｗｘｙおよびｗｙｙを更新してしまう。すなわち、光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いない場合は以下の通りとなる。即ち、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが行う更新処理は、式（２）に式（３）に示した誤差関数を適用しても、式（２）の更新式を用いるのと同等になってしまう。
そこで、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いて、各フィルタ係数を更新することにする。次式（４）は、前述のＰＤＬが存在しない理想的な光伝送路において、ユニタリー性により得られるＪｏｎｅｓ行列Ｗの要素間に成立する関係式である。
2012105070.tif 000006
また、次式（５）に、光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いたフィルタ係数更新式の一例を示す。
2012105070.tif 000007
式（５）は、式（２）の更新式に、式（３）に示した誤差関数および式（４）に示した要素間の関係式を適用して得られた更新式である。フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、式（５）に示す更新式を用いることにより、以下のように動作する。即ち各フィルタ部２１ａ〜２１ｄのフィルタ係数としてのＪｏｎｅｓ行列Ｗの全ての要素を、第１の出力信号Ｅｘ’および第２の出力信号Ｅｙ’の各誤差関数ＪｘおよびＪｙの両方をより小さくするように更新することができる。
以上のように構成された偏光分離装置２の動作について説明する。なお、偏光分離装置２は、偏光分離装置２が備えられるコヒーレント光受信器において、受信された光信号から検出された第１および第２の入力信号が入力されると、以下の動作を開始するものとする。
まず、フィルタ部２１ａは、第１の入力信号にＪｏｎｅｓ行列の１１成分ｗｘｘをフィルタ係数としてフィルタリング処理する。フィルタ部２１ｃは、第２の入力信号にＪｏｎｅｓ行列の２１成分ｗｙｘをフィルタ係数としてフィルタリング処理する。そして、加算器２２ａは、フィルタ部２１ａおよび２１ｃの出力を加算して第１の出力信号として出力する。
また、フィルタ部２１ｂは、第１の入力信号にＪｏｎｅｓ行列の１２成分ｗｘｙをフィルタ係数としてフィルタリング処理する。フィルタ部２１ｄは、第２の入力信号にＪｏｎｅｓ行列の２２成分ｗｙｙをフィルタ係数としてフィルタリング処理する。そして、加算器２２ｂは、フィルタ部２１ｂおよび２１ｄの出力を加算して第２の出力信号として出力する。
次に、フィルタ係数更新部２３ａは、ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係式を用いる。このことにより、第１および第２の出力信号に対する誤差信号の和をより小さくするようフィルタ部２１ａおよび２１ｃの各フィルタ係数を更新する。例えば、フィルタ係数更新部２３ａは、式（５）に示す更新式を用いて該当する各フィルタ係数を更新する。
また、フィルタ係数更新部２３ｂは、ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いる。このことにより、第１および第２の出力信号に対する誤差信号の和をより小さくするようフィルタ部２１ｂおよび２１ｄの各フィルタ係数を更新する。例えば、フィルタ係数更新部２３ｂは、式（５）に示す更新式を用いて該当する各フィルタ係数を更新する。
以上の動作を繰り返すことにより、偏光分離装置２は、各フィルタ部２１ａ〜２１ｄのフィルタ係数を適応的に更新し、収束させる。
次に、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２を用いたシミュレーション結果について説明する。図３（ａ）および（ｂ）は、図５に示した関連技術の偏光分離装置９４および本第２の実施形態としての偏光分離装置２をそれぞれ用いた偏光分離処理のシミュレーションの図である。図３（ａ）および（ｂ）は、誤差関数ＪｘおよびＪｙの値の時間変化を示したグラフである。なお、図３において、縦軸は、誤差関数そのものの値ではなく、ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２およびｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２の値を表している。これは、これらの値が、フィルタ係数更新式において必要となるためである。従って、これらの値を２乗することにより誤差関数の値となる。また、横軸は、偏光分離処理を行ったシンボル数を表している。
図３（ａ）および（ｂ）において、シミュレーション開始直後からしばらくの間、ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２（灰色線）およびｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２（黒線）の値（それぞれ誤差関数ＪｘおよびＪｙに対応）の値は、ともに−０．５から１の間の値を取る。その後、ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２およびｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２の値は、ほぼゼロの値を取るようになる。この時点で、各フィルタ係数の推定処理、すなわち偏光分離処理が完了したことが分かる。
図３（ａ）の関連技術のシミュレーション結果においては、Ｊｙの値がゼロとなるまでの時間がＪｘと比べて大きい。したがって、関連技術の偏光分離装置９４は、第２の出力信号を正しく出力するまでに多大な時間を要していることが分かる。
一方、図３（ｂ）の本発明の第２の実施の形態のシミュレーション結果においては、ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２およびｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２の値（即ちＪｘおよびＪｙの値）の時間変化がほぼ一致している。すなわち、本発明の第２の実施の形態では、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが、フィルタ係数の推定処理をほぼ同一のタイミングで完了していることが分かる。また、ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２およびｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２の値（即ちＪｘおよびＪｙの値）が０になるまでの時間は、図３（ｂ）に比べて早い。このことから、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２は、関連技術の偏光分離装置９４に比べて短時間で各フィルタ係数を推定していることが分かる。
以上に説明したように、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置は、２個の独立した光信号が偏光多重された光信号をより高速かつより精度よく分離することができる。
その理由は、第１および第２のフィルタ係数更新部が、光伝送路のユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係を用いるからである。これにより、第１および第２のフィルタ部から再生される各出力信号の誤差信号の両方をより小さくするようフィルタ係数を適応的に更新している。従って、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置は、フィルタ係数が収束するまでに要する時間を短縮することができる。
また、関連技術の偏光分離処理では、正しいフィルタ係数に収束しない場合があるという課題があった。また、関連技術の偏光分離処理では、２個の独立した光信号ではなく、２個の独立した光信号のうち一方に対応する電気信号のみを出力してしまう場合があるという課題があった。即ち関連技術の偏光分離処理では、２個の独立した光信号を正しく分離することができない場合があるという課題があった。
これに対して、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２は、より精度よく２個の独立した光信号を分離することができる。
その理由について説明する。ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係式が成立する場合、第１および第２の出力信号に同一の信号が出力される場合のフィルタ係数の条件はＷ＝０となる。このことは、第１および第２の出力信号が常にゼロとなることを意味する。したがって、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置は、第１および第２の出力信号として同一の信号が出力される可能性を減少させることができるからである。さらに、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置は、正しくないフィルタ係数が推定される可能性を削減することができるからである。
なお、本実施の形態の説明において、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、特性行列の要素間の関係として、式（４）に示した光伝送路のユニタリー性により得られる関係を表す２つの式のうち何れか１つのみを用いてもよい。また、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが用いる特性行列の要素間の関係式は、ユニタリー性により得られる関係に限らない。なお、光伝送路の特性が特定されれば、その逆特性を表す行列の要素間に存在する関係式は導出可能である。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の第２の実施の形態では、光伝送路にＰＤＬが存在しないことを仮定した例について説明した。しかしながら、光伝送路中のＰＤＬの存在は好ましくないものの、実際の光通信システムにおいては多少のＰＤＬが存在する可能性がある。本実施の形態では、光伝送路にＰＤＬが存在することを想定した偏光分離装置について説明する。
本発明の第３の実施の形態としての偏光分離装置３は、図２を用いて説明した本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２と同一の構成を含む。ただし、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが用いるフィルタ係数の更新式が異なる。
本発明の第３の実施形態におけるフィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係式を用いた上で次のように動作する。即ち、フィルタ係数更新部は第１および第２の出力信号に対する各誤差信号の線形和をより小さくするよう各フィルタ係数を更新する。例えば、本発明の第３の実施の形態におけるフィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、次式（６）に示す更新式を用いて各フィルタ係数を更新する。
2012105070.tif 000008
ここで、μｘおよびμｙは、各出力信号の誤差信号の影響力を調整するパラメータである。
以上のように構成される偏光分離装置３の動作は、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが式（５）の代わりに式（６）を用いる点が異なる以外は、本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２の動作と同様である。
次に、本発明の第３の実施の形態の効果について述べる。本発明の第３の実施の形態としての偏光分離装置は、ＰＤＬが存在する場合にも、２個の独立した光信号が偏光多重された光信号をより高速かつより精度よく分離することができる。
その理由は以下の通りである。即ち第１および第２のフィルタ係数更新部が、ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係式を用いながら各フィルタ部から再生される出力信号の誤差信号の線形和をより小さくするようフィルタ係数を更新するからである。ここで、ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係式は、ＰＤＬが小さければある程度成立するといえる。そこで、ユニタリー性により得られる特性行列の要素間の関係式を用いながら、各誤差信号の線形和を誤差関数として用いている。このことにより、各フィルタ係数更新部において、他方の出力信号の誤差信号の影響を小さくすることができるからである。その結果、本発明の第３の実施の形態としての偏光分離装置は、ＰＤＬの影響をある程度まで除去することが可能となるからである。
なお、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、第１および第２の各出力信号の誤差関数の線形和に限らず、各誤差信号の自乗、２乗根あるいは誤差関数の指数関数などの非線形和を誤差関数として用いてもよい。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の第２および第３の実施の形態では、２個の独立した光信号が偏光多重された光信号を受信するコヒーレント光受信器に備えられる偏光分離装置について説明した。しかしながら、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いる光通信システムとしては、偏光多重方式を用いない、すなわち単一偏光の光信号を用いる光通信システム（以後、単一偏光方式と記載する）も考えられる。これらの光通信システムそれぞれに対して専用のディジタル信号処理プロセッサを用意するのは装置コスト増大の問題が生じる。そのため、ディジタル信号処理プロセッサに実装する偏光分離装置は、単一偏光方式および偏光多重方式の両方に対応していることが望ましい。そこで、本実施の形態では、単一偏光方式の光通信システムにおけるコヒーレント光受信器に備えられる偏光分離装置について説明する。
本発明の第４の実施の形態としての偏光分離装置４は、図２を用いて説明した本発明の第２の実施の形態としての偏光分離装置２と同一の機能ブロックを含む。ただし、フィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂが用いるフィルタ係数の更新式が異なる。
本発明の第４の実施の形態におけるフィルタ係数更新部２３ａおよび２３ｂは、式（５）において、ｒｘおよびｒｙのいずれか一方の値を０に設定したフィルタ係数の更新式を用いて各フィルタ係数を更新する。これにより、本発明の第４の実施の形態としての偏光分離装置４は、第１の出力信号および第２の出力信号のいずれか一方から、送信された光信号に対応する電気信号を再生することができる。
このように、本発明の第４の実施の形態としての偏光分離装置は、偏光多重方式および単一偏光方式のいずれを用いる光通信システムにおいても適用することが可能である。
なお、本発明の第１から第３の各実施の形態において、偏光分離装置が、本発明における第１および第２のフィルタ係数更新部の双方を備える例について説明した。しかし各実施の形態としての偏光分離装置は、本発明における第１および第２のいずれかのフィルタ係数更新部を備えてもよい。この場合、各実施の形態としての偏光分離装置は、他のフィルタ部の係数を、例えば、図５に示したような関連技術のフィルタ係数更新部を用いて更新してもよい。このような構成の各実施の形態としての偏光分離装置は、少なくとも一方のフィルタ係数更新部が、各フィルタ部からの出力信号の誤差信号の両方を小さくするようフィルタ係数を更新する。従って、誤差信号の両方が小さくなる速度を関連技術のものより向上させることができる。
また、本発明の第２から第４の各実施の形態において、各フィルタ部に適用するフィルタのタップ数が１であるものとして説明を行ったが、本発明の第１および第２のフィルタ部には、タップ数が２以上のフィルタも適用可能である。この場合、第１および第２のフィルタ部を構成する各フィルタの各タップに対して、２×２＝４個の成分を持つＪｏｎｅｓ行列を設定する。例えば、３タップの場合、各Ｊｏｎｅｓ行列の成分をＡｉｊ，Ｂｉｊ，Ｃｉｊとおく。すると、第１および第２の出力信号の振幅であるＥｘ’およびＥｙ’は、入力信号Ｅｘ［ｋ］、Ｅｙ［ｋ］およびＪｏｎｅｓ行列を用いて、次式（７）のように表される。
2012105070.tif 000009
ここで、ｋは時刻を表す。
なお、Ａ１１、Ｂ１１、Ｃ１１は中央のタップの係数（Ｂ１１）を中心に時間対称になる（すなわち、Ａ１１＝Ｃ１１となる）ことが多い。このため、通常タップ数は奇数に設定されることが好ましい。
このように表されるＥｘ’およびＥｙ’を、フィルタ係数更新式に適用することにより、各実施の形態としての偏光分離装置は、タップ数が１の場合とほぼ同様にフィルタ係数を更新することができる。ただし、式（５）のフィルタ係数更新式において、Ａｉｊを更新する場合、ｅｉｊの計算式におけるＥｘ，Ｅｙを、それぞれＥｘ［ｋ＋１］，Ｅｙ［ｋ＋１］に置き換える。同様に、Ｂｉｊを更新する場合、ｅｉｊの計算式におけるＥｘ，Ｅｙを、それぞれＥｘ［ｋ］，Ｅｙ［ｋ］に置き換える。同様に、Ｃｉｊを更新する場合、ｅｉｊの計算式におけるＥｘ，Ｅｙを、それぞれＥｘ［ｋ−１］，Ｅｙ［ｋ−１］に置き換える。
なお、最初に既に偏波分離されたデータが入力されていること、および、各タップのＪｏｎｅｓ行列が各成分で時間対称であることを仮定すると、各タップのフィルタ係数の初期値としては、以下のようであっても良い。即ち、中央のタップのＪｏｎｅｓ行列の１１成分および２２成分を１とし、その他の係数を０としてもよい。
以上では、式（１）に示す誤差関数を用いた偏波多重ＱＰＳＫ信号の偏光分離方法について説明したが、本発明は元々の誤差関数Ｊｘ及びＪｙにＥｘ及びＥｙが含まれていれば適用可能である。例えば、前述の１６ＱＡＭに適用されているｄｅｃｉｓｉｏｎ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ方式の誤差関数にもＥｘ及びＥｙが含まれるため本発明を実施することができる。
また、ここまで説明した各実施の形態では、専用の通信装置を想定したが、次のようなものでもよい。即ち例えば各種データ処理を行うパーソナルコンピュータ装置に、本実施形態に相当する処理を行うボードやカードなどを装着し、その処理を、コンピュータ装置側で実行させる。このようにして、その処理を実行するソフトウェアをパーソナルコンピュータ装置に実装させて、本実施形態に相当する処理を実行する構成としても良い。
そのパーソナルコンピュータ装置などのデータ処理装置に実装されるプログラムについては、光ディスク，メモリカードなどの各種記録（記憶）媒体を介して配付しても良い。或いはインターネットなどの通信手段を介して配付しても良い。
また、以上の実施形態は各々他の実施形態と組み合わせることができる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年２月１日に出願された日本出願特願２０１１−０１９９０８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
光伝送路を介して受信される光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、
を有する偏光分離装置を用いて、前記光信号の偏光分離処理を行う光受信器。
（付記２）
前記偏光分離装置は、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第２のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第２のフィルタ係数更新手段をさらに有することを特徴とする付記１に記載の光受信器。
（付記３）
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、前記特性行列の要素間の関係として、前記光伝送路のユニタリー性により得られる関係を適用することにより、前記フィルタ係数を更新することを特徴とする付記１または付記２に記載の光受信器。
（付記４）
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の線形和をより小さくするよう前記フィルタ係数を更新することを特徴とする付記１から付記３のいずれかに記載の光受信器。
（付記５）
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、式（５）に基づいて、前記フィルタ係数を更新することを特徴とする付記３に記載の光受信器。
（付記６）
前記光受信器によって受信される前記光信号が、偏光状態が直交し、かつ、搬送波光周波数が同一である２個の独立した光信号が偏光多重された光信号であるとき、
前記第１のフィルタ手段は、前記２個の独立した光信号のうちの一方に対応する信号を前記第１の出力信号として出力し、
前記第２のフィルタ手段は、前記２個の独立した光信号のうちの他方に対応する信号を前記第２の出力信号として出力することを特徴とする付記１から付記５のいずれかに記載の光受信器。
（付記７）
前記光受信器によって受信される前記光信号が単一偏光の光信号であるとき、
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段は、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号のいずれか一方の値がゼロとなることを期待する誤差信号に基づいて、前記第１および第２のフィルタ手段の各フィルタ係数を更新することを特徴とする付記２から付記５のいずれかに記載の光受信器。
（付記８）
光伝送路を介して光信号を受信する光受信器で用いられる偏光分離装置であって、
前記光受信器によって前記光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、
を備えた偏光分離装置。
（付記９）
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第２のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第２のフィルタ係数更新手段をさらに備えることを特徴とする付記８に記載の偏光分離装置。
（付記１０）
受信光信号の偏光分離方法であって、
前記受信光信号から検出される第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記受信光信号が受信された光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素を第１のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力し、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素を第２のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力し、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第１のフィルタ係数を更新することにより収束させる、
ことを特徴とする偏光分離方法。
（付記１１）
さらに、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第２のフィルタ係数を更新することにより収束させることを特徴とする付記１０に記載の偏光分離方法。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
本発明は、偏光多重分離光通信システムにおける光受信器、偏光分離装置および偏光分離方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【００１１】
１、２、３、４、９４    偏光分離装置
１１    第１のフィルタ部
１２    第２のフィルタ部
１３    第１のフィルタ係数更新部
１４    第２のフィルタ係数更新部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ    フィルタ部
２２ａ、２２ｂ    加算器
２３ａ、２３ｂ    フィルタ係数更新部
９０    光受信器
９１    ９０度ハイブリッド
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ    光ディテクタ
９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９３ｄ    ＡＤＣ
９５ａ、９５ｂ    光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部
９６ａ、９６ｂ    シンボル識別部
９０１ａ、９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄ    フィルタ部
９０２ａ、９０２ｂ    フィルタ係数更新部
【図１】
2012105070.tif 000011
【図２】
2012105070.tif 000012
【図４】
2012105070.tif 000013
【図５】
2012105070.tif 000014
【図３】
2012105070.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月16日(2012.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路を介して受信される偏光多重光信号から互いに直交する２つの偏光軸にそれぞれ平行な偏光状態を有する第１の入力信号及び第２の入力信号を出力するコヒーレント受信部と、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、を有する偏光分離装置と、
を備える光受信器。
【請求項２】
前記偏光分離装置は、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第２のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第２のフィルタ係数更新手段をさらに有す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】
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、前記特性行列の要素間の関係として、前記光伝送路のユニタリー性により得られる関係を適用することにより、前記フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光受信器。
【請求項４】
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段のうち少なくともいずれか１つは、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の線形和をより小さくするよう前記フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光受信器。
【請求項５】
前記フィルタ係数は、前記第１の信号を出力する際に用いられる、前記第１の入力信号に対して前記フィルタリング処理を行う第１のフィルタ係数と前記第２の入力信号に対して前記フィルタリング処理を行う第３のフィルタ係数とを含み、
前記フィルタ係数は、前記第２の信号を出力する際に用いられる、前記第１の入力信号に対して前記フィルタリング処理を行う第２のフィルタ係数と前記第２の入力信号に対して前記フィルタリング処理を行う第４のフィルタ係数とを含み、
前記更新前の前記第１乃至第４のフィルタ係数からなる行列Ｗｋを
2012105070.tif 000016
とし、μを定数とし、Ｅ[x]をxの期待値とした場合、
前記更新後の第１乃至第４のフィルタ係数からなる行列Ｗｋ＋１は、
2012105070.tif 000017
で与えられ、
ｅｘｘ＝（ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２）Ｅｘ’Ｅｘ＊＋（ｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２）ＥｙＥｙ’＊ 
ｅｘｙ＝−（ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２）ＥｙＥｘ’＊＋（ｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２）Ｅｙ’Ｅｘ＊ 
ｅｙｘ＝（ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２）Ｅｘ’Ｅｙ＊−（ｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２）ＥｘＥｙ’＊ 
ｅｙｙ＝（ｒｘ２−｜Ｅｘ’｜２）ＥｘＥｘ’＊＋（ｒｙ２−｜Ｅｙ’｜２）Ｅｙ’Ｅｙ＊ 
であり、
ｒｘ及びｒｙはそれぞれ前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号の振幅の目標値、
Ｅｘ及びＥｙはそれぞれ前記第１の入力信号及び前記第２の入力信号の振幅、
Ｅｘ’及びＥｙ’はそれぞれ前記第１の出力信号及び前記第２の出力信号の振幅、
で与えられることを特徴とする、請求項３に記載された光受信器。
【請求項６】
前記光受信器によって受信される前記光信号が、偏光状態が直交し、かつ、搬送波光周波数が同一である２個の独立した光信号が偏光多重された光信号であるとき、
前記第１のフィルタ手段は、前記２個の独立した光信号のうちの一方に対応する信号を前記第１の出力信号として出力し、
前記第２のフィルタ手段は、前記２個の独立した光信号のうちの他方に対応する信号を前記第２の出力信号として出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光受信器。
【請求項７】
前記光受信器によって受信される前記光信号が単一偏光の光信号であるとき、
前記第１および前記第２のフィルタ係数更新手段は、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号のいずれか一方の値がゼロとなることを期待する誤差信号に基づいて、前記第１および第２のフィルタ手段の各フィルタ係数を更新することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の光受信器。
【請求項８】
光伝送路を介して偏光多重光信号を受信する光受信器で用いられる偏光分離装置であって、
前記光受信器によって前記偏光多重光信号から検出される互いに直交する２つの偏光軸にそれぞれ平行な偏光状態を有する第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力する第１のフィルタ手段と、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素をフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力する第２のフィルタ手段と、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第１のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第１のフィルタ係数更新手段と、
を備えた偏光分離装置。
【請求項９】
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１の出力信号および前記第２の出力信号それぞれに対する前記誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう、前記第２のフィルタ手段のフィルタ係数を繰り返し更新して収束させる第２のフィルタ係数更新手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の偏光分離装置。
【請求項１０】
光伝送路を介して受信される偏光多重光信号の偏光分離方法であって、
前記偏光多重光信号から検出される互いに直交する２つの偏光軸にそれぞれ平行な偏光状態を有する第１の入力信号および第２の入力信号それぞれに対して、前記光伝送路の逆特性を表す特性行列の要素を第１のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第１の出力信号を出力し、
前記第１の入力信号および前記第２の入力信号それぞれに対して、前記特性行列の前記要素とは異なる要素を第２のフィルタ係数としてフィルタリング処理した各信号を用いて、第２の出力信号を出力し、
前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号それぞれの目標値に対する誤差を表す誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第１のフィルタ係数を更新することにより収束させる、
ことを特徴とする偏光分離方法。
【請求項１１】
さらに、前記特性行列の要素と前記異なる要素との間の前記関係を用いて、前記第１および前記第２の出力信号に対する誤差信号の両方の大きさをより小さくするよう前記第２のフィルタ係数を更新することにより収束させることを特徴とする請求項１０に記載の偏光分離方法。
【国際調査報告】
2012105070.tif 000018
2012105070.tif 000019
2012105070.tif 000020
2012105070.tif 000021