(57)【要約】      （修正有）【課題】回路規模の縮小化を図る光伝送装置を提供する。【解決手段】タイミング信号生成手段３０３は、共通変成手段３０２から出力される中間信号のうち、第５の中間信号３０８−５および中間信号３０８−６を入力し、タイミング信号３０６を生成し出力する。Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１は、タイミング信号３０６に従い、第１〜第４の中間信号３０１−１〜３０８−４を入力し、第１１〜第１２の中間信号３０９−１〜３０９−２を生成し出力する。Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２は、タイミング信号３０６に従い、第７〜第１０の中間信号３０８−７〜３０８−１０を入力し、第１３〜第１４の中間信号３０９−３〜３０９−４を生成し出力する。【選択図】図１
2020053919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光チャネルと第２の偏光チャネルを多重して伝送する光伝送装置であって、
前記第１の偏光チャネルにおいて、有限な時間幅を有する第１の波形を３回繰り返して第１の制御信号を生成し、前記第２の偏光チャネルにおいて、前記第１の波形と同じ時間幅を有する第２の波形を２回繰り返した後、当該第２の波形の符号反転波形を合わせて第２の制御信号を生成する制御信号生成手段と、
偏光多重されたペイロード信号を生成するペイロード信号生成手段と、
前記第１の制御信号および前記第２の制御信号と前記ペイロード信号生成手段で生成された偏光多重された前記ペイロード信号とを時間多重させて偏光多重信号を送信する偏光多重信号送信手段と、
前記偏光多重信号を受信し、該受信信号と前記有限な時間幅だけ時間遅延させた遅延受信信号との波形和および波形差を算出して前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の時間位置を抽出する制御信号抽出手段と、
前記偏光多重信号の伝送路における偏光分岐比および偏光間位相差を推定する偏光状態推定手段と、
前記偏光状態推定手段で推定された前記偏光分岐比および前記偏光間位相差に基づき、前記受信信号から各偏光チャネルの送信情報を抽出する送信情報抽出手段と
を備えることを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
第１の偏光チャネルと第２の偏光チャネルを多重して信号を送信する光送信装置に使用する送信信号生成方法であって、
制御信号生成手段及びペイロード信号生成手段を備え、
前記制御信号生成手段は、前記第１の偏光チャネルにおいて、有限な時間幅を有する第１の波形を３回繰り返して第１の制御信号を生成し、前記第２の偏光チャネルにおいて、前記第１の波形と同じ時間幅を有する第２の波形を２回繰り返した後、当該第２の波形の符号反転波形を合わせて第２の制御信号を生成し、
前記ペイロード信号生成手段は、偏光多重されたペイロード信号を生成する
ことを特徴とする送信信号生成方法。
【請求項３】
第１の偏光チャネルと第２の偏光チャネルを多重した信号を受信する光受信装置に使用する送信信号抽出方法であって、
制御信号抽出手段、偏光状態推定手段、及び送信情報抽出手段を備え
当該光受信装置で受信する受信信号は、前記第１の偏光チャネルにおいて、有限な時間幅を有する第１の波形を３回繰り返した第１の制御信号と、前記第２の偏光チャネルにおいて、前記第１の波形と同じ時間幅を有する第２の波形を２回繰り返した後、当該第２の波形の符号反転波形を合わせた第２の制御信号と、偏光多重されたペイロード信号とが時間多重された偏光多重信号であり、
前記制御信号抽出手段は、前記受信信号と前記有限な時間幅だけ時間遅延させた遅延受信信号との波形和および波形差を算出して前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の時間位置を抽出し、
前記偏光状態推定手段は、前記受信信号の伝送路における偏光分岐比および偏光間位相差を推定し、
前記送信情報抽出手段は、前記偏光状態推定手段で推定された前記偏光分岐比および前記偏光間位相差に基づき、前記受信信号から各偏光チャネルの送信情報を抽出する
ことを特徴とする送信信号抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送装置、送信信号生成方法、及び送信信号抽出方法に関し、例えば、加入者系光ネットワーク通信で光コヒーレント検波方式を用いた光伝送装置に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン等のモバイルアプリケーションの発達、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）技術の出現等により通信需要が急速に増大しており、加入者系光ネットワークの光伝送装置に大容量化が要求されている。そこで、従来基幹系光ネットワークに適用されていたコヒーレント光伝送装置を、加入者系光ネットワークに応用する研究が進められている。コヒーレント光伝送は、信号光の振幅と位相の両方を情報の送受に利用するため、既存の加入者系光ネットワークで用いられてきた強度変調直接検波方式の光伝送に比べて単位時間当りに運ぶ情報量が多く、大容量通信に適した方式である。
【０００３】
既存の加入者系光ネットワークには、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）と呼ばれる光伝送系が適用されている。局側から加入者側への通信（下り通信）では、光伝送方式は連続信号伝送となる。一方、加入者側から局側への通信（上り通信）では、光伝送方式は間欠（バースト）信号伝送となる。基幹系光ネットワークは連続信号伝送のみの方式を用いた装置で構成されており、バースト信号伝送は、加入者系光ネットワークへコヒーレント光伝送の応用を検討する上での重要な課題である。
【０００４】
光伝送で所望の伝送品質を確保するためのキー技術の一つとして、受信装置での波形歪み補償が存在し、例えば、適応信号処理を用いた補償回路が良く用いられている。適応信号処理はフィードバック構成であり、当該信号波形を補償するのに直接的又は間接的に過去の信号波形情報を用いる。バースト信号伝送では、連続信号伝送と違い信号が有限時間しか連続しないので、できるだけ短時間の過去の信号波形情報のみを用いて当該信号波形を補償しなければならない（つまり、短時間の収束が必要となる）。
【０００５】
非特許文献１では、上り通信でコヒーレント伝送方式を用いた２多重光伝送実験を実施し、現在標準化されているＰＯＮシステム（ＸＧ−ＰＯＮ、ＮＧ−ＰＯＮ２、１０Ｇ−ＥＰＯＮ等）の伝送速度（〜１０Ｇｂ／ｓ）を超える、波長当り１００Ｇｂ／ｓのオフライン動作を確認している。このシステムでは、光変復調方式を四位相偏移変調（ＱＰＳＫ；Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）とし、さらに偏光多重することにより、伝送装置の動作速度を抑えたまま情報転送の高速化を図っている。また、送受すべき情報（ペイロード）の前に制御情報を配置する形式でバースト光信号を構成し、受信側で即座にその制御情報の一つであるパイロット信号を利用して偏光分離し偏光チャネル毎に波形歪み補償することで、波形歪み補償のための適応信号処理を短時間化している。
【０００６】
パイロット信号を利用した偏光多重分離について説明する。図１４は、従来の光伝送システム（光伝送装置）の一例を示すブロック図である。
【０００７】
図１４において、光伝送システム１は、送信側１０の構成として、ｘ偏光チャネル送信手段１０１−１、ｙ偏光チャネル送信手段１０１−２、光源１０２、偏光分岐手段１０３、ｘ偏光チャネル光変調手段１０４−１、ｙ偏光チャネル光変調手段１０４−２、偏光結合手段１０５を備え、受信側１５の構成として、第１の偏光分岐手段１０７、光源１０８、第２の偏光分岐手段１０９、Ｘ偏光チャネルの光コヒーレント検波手段１１０−１、Ｙ偏光チャネルの光コヒーレント検波手段１１０−２を備える。なお、光伝送システム１では、光伝送路１０６を介して、光信号が送受信される。
【０００８】
送信側１０では、それぞれの偏光チャネル（ｘ、ｙと表す）に対応する電気信号を、ｘ偏光チャネル送信手段１０１−１及びｙ偏光チャネル送信手段１０１−２を用いて発生させる。ここで、送信側１０では、パイロット信号と呼ばれる単一周波数の正弦波と、ペイロード信号とを時間分割して送信する。パイロット信号の周波数はそれぞれの偏光チャネル（ｘ、ｙ）に対応し、互いに異なっている。一方、光源１０２から発生させた連続光から、偏光分岐手段１０３を用いて互いに直交する二つの偏光軸ｘ、ｙをもつ連続光を生成する。送信側１０では、それらの電気信号を用いてそれぞれの偏光に対する連続光を、ｘ偏光チャネル光変調手段１０４−１及びｙ偏光チャネル光変調手段１０４−２を用いて別々に変調する。そして、偏光結合手段１０５を用いて、それらの変調光を結合し、光伝送路１０６へ送出する。
【０００９】
上り通信では、光伝送路１０６で、加入者（各送信側１０）から伝送される光信号を結合し、その結合された光信号を局者側（受信側１５）に伝送する。このとき、各加入者から伝送される光信号が時間的に重ならないよう、各加入者の送信手段の送出タイミングは設定されている。一方、下り通信では、光伝送路１０６で、局舎から伝送される光信号を分岐し、それらの分岐された光信号を加入者側に伝送する。
【００１０】
受信側１５では、光伝送路１０６から送信された光信号を、第１の偏光分岐手段１０７を用いて互いに直交する二つの偏光軸Ｘ、Ｙをもつ光信号に分岐する。ここで、送信側の偏光軸（ｘ、ｙ）と受信側の偏光軸（Ｘ、Ｙ）は一般に異なっている。というのは、送信側と受信側で偏光軸は独立に設定されるためである。そのため、受信側のＸ、Ｙ両偏光チャネルにはともに送信側のｘおよびｙ偏光チャネルから送出された信号が検出され得る。一方、光源１０８から発生させた連続光から、第２の偏光分岐手段１０９を用いて互いに直交する２つの偏光軸Ｘ、Ｙをもつ連続光を生成する。Ｘ偏光チャネルの光コヒーレント検波手段１１０−１及びＹ偏光チャネルの光コヒーレント検波手段１１０−２は、それぞれの偏光チャネルに対する連続光を用いて、第１の偏光分岐手段１０７から得られる受信信号を光コヒーレント検波し、電気信号として出力する。受信手段１１１は、それらの電気信号を処理し、送信情報を復元する。
【００１１】
送信側１０でｘ、ｙ偏光チャネルの連続光を変調する電気信号をそれぞれｓｘ、ｓｙ、受信側１５でＸ、Ｙ偏光チャネルから検出される電気信号をそれぞれｒＸ、ｒＹとする。パイロット信号を送受信している時間では、例えば、非特許文献２に示されているように、受信信号から以下のパラメータが推定される。
【数１】
2020053919.tif 000003
【００１２】
ここで、上記（１）〜（６）式において、αｘ、δｘはそれぞれｘ偏光チャネルの信号がＸとＹの偏光チャネルに分岐される際のパワー比と位相差の推定値であり、αｙ、δｙはそれぞれｙ偏光チャネルの信号がＸとＹの偏光チャネルに分岐される際のパワー比と位相差の推定値である。上記パラメータを用いて受信信号を補償することにより、受信側でパイロット信号の受信時間以降の送信信号の推定値が得られる。
【００１３】
ここで、上記パラメータが推定できるためには、ｓｘとｓｙのうちいずれか一方が零となる状況を作り出す必要がある。非特許文献１では、電気信号領域で周波数多重されたパイロット信号を受信側の電気領域で周波数分離することで、ｓｘとｓｙのうちいずれか一方が零となる状況を作り出している。
【００１４】
ところで、上記に述べた偏光多重分離のため、光バースト信号は制御信号とペイロードが時間多重された形式である。受信側でパイロット信号を適切に取出すためには、受信信号からタイミング情報を抽出する必要がある。例えば、非特許文献１では、偏光分離の前に自己相関を利用したフレーム同期という形でこの機能を実現しているものの詳細は不明である。
【００１５】
また、非特許文献３では、制御信号の一つとして同一パターンを２回繰り返す波形を用い、受信側で信号のタイミングメトリックを算出し、そのピークを検出することでタイミング情報を抽出している。タイミングメトリックとは、信号とその信号をパターン繰返しの間隔の時間遅延させた信号との相関関数であり、自己相関関数と同じ意味合いをもつパラメータである。受信信号波形の中で同一パターンが２回繰り返されている部分以外の時間では不規則な波形であるので、上記のタイミングメトリックを算出すると、同一パターンが２回繰り返されている部分からピークが生成される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｒ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ｅｔ  ａｌ．，”Ｂｕｒｓｔ−Ｍｏｄｅ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｆａｓｔ−Ｆｉｔｔｉｎｇ  Ｐｉｌｏｔ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｆｏｒ  １００−Ｇｂ／ｓ／λ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  ＴＤＭ−ＰＯＮ  Ｓｙｓｔｅｍ，”Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＥＣＯＣ），２０１７，Ｗ３Ｄ５．
【非特許文献２】Ｋ．Ｋｉｋｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ｓ．Ｔｓｕｋａｍｏｔｏ，“Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ，”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２６，ｎｏ．１３，ｐｐ．１８１７−１８２２，Ｊｕｌ．１，２００８．
【非特許文献３】Ｔ．Ｍ．Ｓｃｈｍｉｄｌ  ａｎｄ  Ｄ．Ｃ．Ｃｏｘ，“Ｒｏｂｕｓｔ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ａｎｄ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ＯＦＤＭ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．４５，ｎｏ．１２，ｐｐ．１６１３−１６２１，Ｄｅｃ．１９９７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、上記に挙げた従来技術では、偏光多重分離のための制御信号として、両偏光軸に対応して周波数多重されたパイロット信号を用いる。受信側でそれらを分離するとき、周波数弁別手段が必要となる。例えば、フーリエ変換手段を用いて時間領域の受信信号波形を周波数領域の信号スペクトルに変換して単一周波数の正弦波パイロットを分離抽出するか、帯域通過フィルタを用いて単一周波数の正弦波パイロットを抽出する必要がある。
【００１８】
また、上記に挙げた従来技術では、タイミング情報抽出のために所望タイミングでピーク値をとるタイミングメトリックを算出する方式が記述されているが、得られたタイミングメトリックからピークを検出する具体的な手段は述べられていない。
【００１９】
そのため、タイミング情報抽出および偏光分離のための回路規模の縮小化を図りつつ、送信情報を抽出できる光伝送装置、送信信号生成方法、及び送信信号抽出方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の本発明は、第１の偏光チャネルと第２の偏光チャネルを多重して伝送する光伝送装置であって、（１）前記第１の偏光チャネルにおいて、有限な時間幅を有する第１の波形を３回繰り返して第１の制御信号を生成し、前記第２の偏光チャネルにおいて、前記第１の波形と同じ時間幅を有する第２の波形を２回繰り返した後、当該第２の波形の符号反転波形を合わせて第２の制御信号を生成する制御信号生成手段と、（２）偏光多重されたペイロード信号を生成するペイロード信号生成手段と、（３）前記第１の制御信号および前記第２の制御信号と前記ペイロード信号生成手段で生成された偏光多重された前記ペイロード信号とを時間多重させて偏光多重信号を送信する偏光多重信号送信手段と、（４）前記偏光多重信号を受信し、該受信信号と前記有限な時間幅だけ時間遅延させた遅延受信信号との波形和および波形差を算出して前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の時間位置を抽出する制御信号抽出手段と、（５）前記偏光多重信号の伝送路における偏光分岐比および偏光間位相差を推定する偏光状態推定手段と、（６）前記偏光状態推定手段で推定された前記偏光分岐比および前記偏光間位相差に基づき、前記受信信号から各偏光チャネルの送信情報を抽出する送信情報抽出手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
第２の本発明は、第１の偏光チャネルと第２の偏光チャネルを多重して信号を送信する光送信装置に使用する送信信号生成方法であって、制御信号生成手段及びペイロード信号生成手段を備え、（１）前記制御信号生成手段は、前記第１の偏光チャネルにおいて、有限な時間幅を有する第１の波形を３回繰り返して第１の制御信号を生成し、前記第２の偏光チャネルにおいて、前記第１の波形と同じ時間幅を有する第２の波形を２回繰り返した後、当該第２の波形の符号反転波形を合わせて第２の制御信号を生成し、（２）前記ペイロード信号生成手段は、偏光多重されたペイロード信号を生成することを特徴とする。
【００２２】
第３の本発明は、第１の偏光チャネルと第２の偏光チャネルを多重した信号を受信する光受信装置に使用する送信信号抽出方法であって、制御信号抽出手段、偏光状態推定手段、及び送信情報抽出手段を備え、（１）当該光受信装置で受信する受信信号は、前記第１の偏光チャネルにおいて、有限な時間幅を有する第１の波形を３回繰り返した第１の制御信号と、前記第２の偏光チャネルにおいて、前記第１の波形と同じ時間幅を有する第２の波形を２回繰り返した後、当該第２の波形の符号反転波形を合わせた第２の制御信号と、偏光多重されたペイロード信号とが時間多重された偏光多重信号であり、（２）前記制御信号抽出手段は、前記受信信号と前記有限な時間幅だけ時間遅延させた遅延受信信号との波形和および波形差を算出して前記第１の制御信号および前記第２の制御信号の時間位置を抽出し、（３）前記偏光状態推定手段は、前記受信信号の伝送路における偏光分岐比および偏光間位相差を推定し、（４）前記送信情報抽出手段は、前記偏光状態推定手段で推定された前記偏光分岐比および前記偏光間位相差に基づき、前記受信信号から各偏光チャネルの送信情報を抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、タイミング情報抽出および偏光分離のための回路規模の縮小化を図りつつ、送信情報を抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施形態に係る受信手段の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る送信信号の形式を示す説明図である。
【図３】第１の実施形態に係る共通変数生成手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係るタイミング信号生成手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係るＸ偏光チャネルの中間変数生成手段（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段）の詳細な構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態に係る偏光チャネル分離手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【図７】第１の実施形態に係る偏光多重伝送系の数式モデルを示す説明図である。
【図８】第１の実施形態に係る算出された中間変数の結果を示す説明図（その１）である。
【図９】第１の実施形態に係る算出された中間変数の結果を示す説明図（その２）である。
【図１０】第１の実施形態に係る算出された中間変数の波形を示す説明図である。
【図１１】第２の実施形態に係るタイミング信号生成手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施形態に係る算出された中間変数の波形を示す説明図である。
【図１３】第３の実施形態に係るＸ偏光チャネルの中間変数生成手段（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段）の詳細な構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の光伝送システム（光伝送装置）の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（Ａ）第１の実施形態
以下では、本発明に係る光伝送装置、送信信号生成方法、及び送信信号抽出方法の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
第１の実施形態の光伝送システム１も基本的には、図１４で示した構成と同様である。ただし、第１の実施形態の光伝送システム１では、受信手段１１１の代わりに、後述する受信手段３００が適用される点が異なる。また、送信側１０から受信側１５に送信される信号（光バースト）の形式（フォーマット）も異なる。
【００２７】
図２は、第１の実施形態に係る送信信号の形式を示す説明図である。
【００２８】
図２に示すように、送信信号ｓｘ（ｔ）、ｓｙ（ｔ）は、制御情報Ｂｘ（ｔ）、Ｂｙ（ｔ）、ペイロードＣｘ（ｔ）、Ｃｙ（ｔ）、その他の情報Ａｘ（ｔ）、Ａｙ（ｔ）から構成される。また、光バーストの先頭は、０未満の時間に、光バーストの終端は３Ｔを超える時間にあるものとする。
【００２９】
Ａｘ（ｔ）、Ａｙ（ｔ）、Ｂｘ（ｔ）、Ｂｙ（ｔ）、Ｃｘ（ｔ）、Ｃｙ（ｔ）は互いに異なる波形とし、平均パワーを等しくする。Ｂｘ（ｔ）、Ｂｙ（ｔ）がタイミング情報抽出および偏光分離のための制御情報であり、Ｃｘ（ｔ）、Ｃｙ（ｔ）がペイロードである。また、Ａｘ（ｔ）、Ａｙ（ｔ）は、プリアンブル等のその他の情報である。
【００３０】
図２に示すように、ｓｘ（ｔ）では、時間０から同一パターンＢＸが３回繰り返される。その繰返し間隔をＴとする。ｓｙ（ｔ）では、時間０から同一パターンＢｙが２回繰り返され、その直後に−Ｂｙが続く。ｓｘ（ｔ）で３回目のＢＸ、ｓｙ（ｔ）で−Ｂｙのパターンの後に、それぞれペイロードがＣｘ、Ｃｙと続く。
【００３１】
送信側１０（ｘ偏光チャネル送信手段１０１−１、ｙ偏光チャネル送信手段１０１−２）では、上述の図２で示した形式に従い、光信号を送信する制御を行う。
【００３２】
（Ａ−１−２）受信手段の詳細な構成
図１は、第１の実施形態に係る受信手段の全体構成を示すブロック図である。図１において、受信手段３００は、共通変数生成手段３０２、タイミング信号生成手段３０３、Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１、Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２、及び偏光チャネル分離手段３０５を有する。
【００３３】
共通変数生成手段３０２は、Ｘ偏光チャネルの受信信号３０１−１およびＹ偏光チャネルの受信信号３０１−２を入力し、１０個の中間信号を生成（算出）し、生成した信号を出力する。
【００３４】
タイミング信号生成手段３０３は、共通変数生成手段３０２から出力される中間信号のうち、第５の中間信号３０８−５および第６の中間信号３０８−６を入力し、タイミング信号３０６を生成し、生成した信号を出力する。
【００３５】
Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１は、タイミング信号３０６に従い、共通変数生成手段３０２から出力される中間信号のうち、第１の中間信号３０８−１、第２の中間信号３０８−２、第３の中間信号３０８−３、及び第４の中間信号３０８−４を入力し、第１１の中間信号３０９−１及び第１２の中間信号３０９−２を生成し、生成した信号を出力する。
【００３６】
Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２は、タイミング信号３０６に従い、共通変数生成手段３０２から出力される中間信号のうち、第７の中間信号３０８−７、第８の中間信号３０８−８、３、第９の中間信号３０８−９、及び第１０の中間信号３０８−１０を入力し、第１３の中間信号３０９−３及び第１４の中間信号３０９−４を生成し、生成した信号を出力する。
【００３７】
偏光チャネル分離手段３０５は、Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１から出力される第１１の中間信号３０９−１及び第１２の中間信号３０９−２、並びにＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２から出力される第１３の中間信号３０９−３、及び第１４の中間信号３０９−４を入力し、ｘ偏光チャネルの推定信号３０７−１及びｙ偏光チャネルの推定信号３０７−２を生成し、生成した信号を出力する。
【００３８】
図３は、第１の実施形態に係る共通変数生成手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【００３９】
図３において、共通変数生成手段３０２は、第１の遅延手段４０２−１、第２の遅延手段４０２−２、第１の加算手段４０３−１、第２の加算手段４０３−２、第１の減算手段４０４−１、第２の減算手段４０４−２、第１の絶対値算出手段４０５−１、第２の絶対値算出手段４０５−２、第３の絶対値算出手段４０５−３、第４の絶対値算出手段４０５−４、第３の加算手段４０６−１、及び第４の加算手段４０６−２を有する。
【００４０】
第１の遅延手段４０２−１及び第２の遅延手段４０２−２は、それぞれＸ偏光チャネルの受信信号３０１−１及びＹ偏光チャネルの受信信号３０１−２を、タイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔に等しい時間、遅延させて出力する。
【００４１】
第１の加算手段４０３−１は、Ｘ偏光チャネルの受信信号３０１−１の複素数値と第１の遅延手段４０２−１の出力信号の複素数値とを加算する。第１の加算手段４０３−１は、算出した信号を第１の絶対値算出手段４０５−１に出力すると共に、第１の中間信号３０８−１としてＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１に出力する。
【００４２】
第２の加算手段４０３−２は、Ｙ偏光チャネルの受信信号３０１−２の複素数値と第２の遅延手段４０２−２の出力信号の複素数値とを加算する。第２の加算手段４０３−２は、算出した信号を第２の絶対値算出手段４０５−２に出力すると共に、第２の中間信号３０８−２としてＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１に出力する。
【００４３】
第１の減算手段４０４−１は、Ｘ偏光チャネルの受信信号３０１−１の複素数値から第１の遅延手段４０２−１の出力信号の複素数値を減算する。第１の減算手段４０４−１は、算出した信号を第３の絶対値算出手段４０５−３に出力すると共に、第７の中間信号３０８−７としてＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２に出力する。
【００４４】
第２の減算手段４０４−２は、Ｙ偏光チャネルの受信信号３０１−２の複素数値から第２の遅延手段４０２−２の出力信号の複素数値を減算する。第２の減算手段４０４−２は、算出した信号を第４の絶対値算出手段４０５−４に出力すると共に、第８の中間信号３０８−８としてＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２に出力する。
【００４５】
第１の絶対値算出手段４０５−１は、第１の加算手段４０３−１の出力信号の複素数値の絶対値を計算する。第１の絶対値算出手段４０５−１は、算出した信号を第３の加算手段４０６−１に出力すると共に、第３の中間信号３０８−３としてＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１に出力する。
【００４６】
第２の絶対値算出手段４０５−２は、第２の加算手段４０３−２の出力信号の複素数値の絶対値を計算する。第２の絶対値算出手段４０５−２は、算出した信号を第３の加算手段４０６−１に出力すると共に、第４の中間信号３０８−４としてＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１に出力する。
【００４７】
第３の絶対値算出手段４０５−３は、第１の減算手段４０４−１の出力信号の複素数値の絶対値を計算する。第３の絶対値算出手段４０５−３は、算出した信号を第４の加算手段４０６−２に出力すると共に、第９の中間信号３０８−９としてＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２に出力する。
【００４８】
第４の絶対値算出手段４０５−４は、第２の減算手段４０４−２の出力信号の複素数値の絶対値を計算する。第４の絶対値算出手段４０５−４は、算出した信号を第４の加算手段４０６−２に出力すると共に、第１０の中間信号３０８−１０としてＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２に出力する。
【００４９】
第３の加算手段４０６−１は、第１の絶対値算出手段４０５−１の出力信号の実数値と第２の絶対値算出手段４０５−２の出力信号の実数値とを加算する。第３の加算手段４０６−１は、算出した信号を第５の中間信号３０８−５としてタイミング信号生成手段３０３に出力する。
【００５０】
第４の加算手段４０６−２は、第３の絶対値算出手段４０５−３の出力信号の実数値と第４の絶対値算出手段４０５−４の出力信号の実数値とを加算する。第４の加算手段４０６−２は、算出した信号を第６の中間信号３０８−６としてタイミング信号生成手段３０３に出力する。
【００５１】
図４は、第１の実施形態に係るタイミング信号生成手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【００５２】
図４において、タイミング信号生成手段３０３は、パルス生成手段５０１、第１の積分手段５０２−１、第２の積分手段５０２−２、定数倍手段５０３、比較手段５０４、最小値検出手段５０５、及び論理積手段５０６を有する。また、共通変数生成手段３０２の出力信号である第５の中間信号３０８−５および第６の中間信号３０８−６は実数値信号である。
【００５３】
パルス生成手段５０１は、タイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔（Ｔ）の２倍の時間毎に周期的にパルス信号を発生する。
【００５４】
第１の積分手段５０２−１は、タイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔に等しい時間にわたって、第５の中間信号３０８−５を積分する。第１の積分手段５０２−１は、算出した信号を定数倍手段５０３に出力する。
【００５５】
第２の積分手段５０２−２は、タイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔に等しい時間にわたって、第６の中間信号３０８−６を積分する。第２の積分手段５０２−２は、算出した信号を比較手段５０４及び最小値検出手段５０５に出力する。
【００５６】
定数倍手段５０３は、０より大きく１より小さい実定数（例えば、０．５）を第１の積分手段５０２−１の出力信号に掛算する。定数倍手段５０３は、算出した信号を比較手段５０４に出力する。
【００５７】
比較手段５０４は、定数倍手段５０３の出力信号を第１の入力、第２の積分手段５０２−２の出力信号を第２の入力として、第１の入力信号の実数値が第２の入力信号の実数値より大きい時間でアサートされる二値信号を論理積手段５０６に出力する。
【００５８】
最小値検出手段５０５は、前記パルス信号の周期毎に、そのパルスの先頭から次の先頭の直前までの時間の中で、第２の積分手段５０２−２の出力信号の実数値が最小値をとる時間でアサートされる二値信号を論理積手段５０６に出力する。
【００５９】
論理積手段５０６は、比較手段５０４の出力信号の値と最小値検出手段５０５の出力信号の値との論理積をとる。論理積手段５０６は、算出した信号をタイミング信号３０６として、Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１、Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２等に出力する。
【００６０】
図５は、第１の実施形態に係るＸ偏光チャネルの中間変数生成手段（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段）の詳細な構成を示すブロック図である。Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１とＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２は、同じ構成である。
【００６１】
図５において、Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２）は、第１の除算手段６０３−１、第２の除算手段６０３−２、第３の除算手段６０３−３、第１の平方根算出手段６０４−１、第２の平方根算出手段６０４−２、乗算手段６０５、第１の記憶手段６０６−１、及び第２の記憶手段６０６−２を有する。また、第１５の中間信号６０１−１及び第１６の中間信号６０１−２は複素数値信号であり、第１７の中間信号６０１−３、第１８の中間信号６０１−４、及び第１９の中間信号６０１−５は、実数値信号である。
【００６２】
また、以下に示すように、Ｘ偏光の中間変数生成手段３０４−１では、第１５の中間信号６０１−１、第１６の中間信号６０１−２、第１７の中間信号６０１−３、第１８の中間信号６０１−４、第１９の中間信号６０１−５、第２０の中間信号６０７−１、第２１の中間信号６０７−２、およびタイミング信号６０２をそれぞれ、第１の中間信号３０８−１、第２の中間信号３０８−２、第３の中間信号３０８−３、第４の中間信号３０８−４、第５の中間信号３０８−５、第１１の中間信号３０９−１、第１２の中間信号３０９−２、およびタイミング信号３０６とする。
【００６３】
一方、Ｙ偏光の中間変数生成手段３０４−２では、第１５の中間信号６０１−１、第１６の中間信号６０１−２、第１７の中間信号６０１−３、第１８の中間信号６０１−４、第１９の中間信号６０１−５、第２０の中間信号６０７−１、第２１の中間信号６０７−２、およびタイミング信号６０２をそれぞれ、第７の中間信号３０８−７、第８の中間信号３０８−８、第９の中間信号３０８−９、第１０の中間信号３０８−１０、第６の中間信号３０８−６、第１３の中間信号３０９−３、第１４の中間信号３０９−４、およびタイミング信号３０６とする。
【００６４】
第１の除算手段６０３−１は、第１５の中間信号６０１−１の複素数値を第１６の中間信号６０１−２の複素数値で除算する。第１の除算手段６０３−１は、算出した信号を乗算手段６０５に出力する。
【００６５】
第２の除算手段６０３−２は、第１７の中間信号６０１−３の実数値を第１９の中間信号６０１−５の実数値で除算する。第２の除算手段６０３−２は、算出した信号を第１の平方根算出手段６０４−１に出力する。
【００６６】
第３の除算手段６０３−３は、第１８の中間信号６０１−４の実数値を第１９の中間信号６０１−５の実数値で除算する。第３の除算手段６０３−３は、算出した信号を第２の平方根算出手段６０４−２に出力する。
【００６７】
第１の平方根算出手段６０４−１は、第２の除算手段６０３−２の出力信号の実数値の平方根を計算する。第１の平方根算出手段６０４−１は、算出した信号を乗算手段６０５に出力する。
【００６８】
第２の平方根算出手段６０４−２は、第３の除算手段６０３−３の出力信号の実数値の平方根を計算する。第２の平方根算出手段６０４−２は、算出した信号を第２の記憶手段６０６−２に出力する。
【００６９】
乗算手段６０５は、第１の除算手段６０３−１の出力信号の複素数値と第１の平方根算出手段６０４−１の実数値とを乗算する。乗算手段６０５は、算出した信号を第１の記憶手段６０６−１に出力する。
【００７０】
第１の記憶手段６０６−１は、タイミング信号６０２（タイミング信号３０６）がアサートされている時間に乗算手段６０５の出力信号の複素数値を書き込んで、その値を保持する。第１の記憶手段６０６−１は、第１の記憶手段６０６−１の出力信号を第２０の中間信号６０７−１として偏光チャネル分離手段３０５に出力する。
【００７１】
第２の記憶手段６０６−２は、タイミング信号６０２がアサートされている時間に第２の平方根算出手段６０４−２の出力信号の実数値を書き込んで、その値を保持する。第２の記憶手段６０６−２は、第２の記憶手段６０６−２の出力信号を第２１の中間信号６０７−２として偏光チャネル分離手段３０５に出力する。
【００７２】
図６は、第１の実施形態に係る偏光チャネル分離手段の詳細な構成を示すブロック図である。
【００７３】
図６において、偏光チャネル分離手段３０５は、第１の乗算手段７０３−１、第２の乗算手段７０３−２、第３の乗算手段７０３−３、第４の乗算手段７０３−４、第５の乗算手段７０３−５、第６の乗算手段７０３−６、第１の減算手段７０４−１、第２の減算手段７０４−２、第３の減算手段７０４−３、第１の除算手段７０５−１、及び第２の除算手段７０５−２を有する。
【００７４】
第１の乗算手段７０３−１は、Ｘ偏光チャネルの受信信号３０１−１の複素数値と第１３の中間信号３０９−３の複素数値とを乗算する。第１の乗算手段７０３−１は、算出した信号を第１の減算手段７０４−１に出力する。
【００７５】
第２の乗算手段７０３−２は、Ｘ偏光チャネルの受信信号３０１−１の複素数値と第１４の中間信号３０９−４の実数値とを乗算する。第２の乗算手段７０３−２は、算出した信号を第１の減算手段７０４−１に出力する。
【００７６】
第３の乗算手段７０３−３は、第１１の中間信号３０９−１の複素数値と第１３の中間信号３０９−３の複素数値とを乗算する。第３の乗算手段７０３−３は、算出した信号を第２の減算手段７０４−２に出力する。
【００７７】
第４の乗算手段７０３−４は、第１２の中間信号３０９−２の実数値と第１４の中間信号３０９−４の実数値とを乗算する。第４の乗算手段７０３−４は、算出した信号を第２の減算手段７０４−２に出力する。
【００７８】
第５の乗算手段７０３−５は、Ｙ偏光チャネルの受信信号３０１−２の複素数値と第１１の中間信号３０９−１の複素数値とを乗算する。第５の乗算手段７０３−５は、算出した信号を第３の減算手段７０４−３に出力する。
【００７９】
第６の乗算手段７０３−６は、Ｙ偏光チャネルの受信信号３０１−２の複素数値と第１４の中間信号３０９−４の実数値とを乗算する。第６の乗算手段７０３−６は、算出した信号を第３の減算手段７０４−３に出力する。
【００８０】
第１の減算手段７０４−１は、第１の乗算手段７０３−１の出力信号の複素数値から第２の乗算手段７０３−２の出力信号の複素数値を減算する。第１の減算手段７０４−１は、算出した信号を第１の除算手段７０５−１に出力する。
【００８１】
第２の減算手段７０４−２は、第３の乗算手段７０３−３の出力信号の複素数値から第４の乗算手段７０３−４の出力信号の実数値を減算する。第２の減算手段７０４−２は、算出した信号を第１の除算手段７０５−１及び第２の除算手段７０５−２に出力する。
【００８２】
第３の減算手段７０４−３は、第５の乗算手段７０３−５の出力信号の複素数値から第６の乗算手段７０３−６の出力信号の複素数値を減算する。第３の減算手段７０４−３は、算出した信号を第２の除算手段７０５−２に出力する。
【００８３】
第１の除算手段７０５−１は、第１の減算手段７０４−１の出力信号の複素数値を第２の減算手段７０４−２の出力信号の実数値で除算する。第１の除算手段７０５−１は、算出した信号をｘ偏光チャネルの推定信号３０７−１として出力する。
【００８４】
第２の除算手段７０５−２は、第３の減算手段７０４−３の出力信号の複素数値を第２の減算手段７０４−２の出力信号の実数値で除算する。第２の除算手段７０５−２は、算出した信号をｙ偏光チャネルの推定信号３０７−２として出力する。
【００８５】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の光伝送システム１（主に受信手段３００）の動作を、図面を参照しながら説明する。
【００８６】
まず、図７（偏光多重伝送系の数式モデル）を用いて、偏光多重伝送系での送受信間の信号の関係を導出する。
【００８７】
時間をｔで表し、送信側１０でｘ、ｙ偏光チャネルの連続光を変調する電気信号をそれぞれｓｘ（ｔ）、ｓｙ（ｔ）、受信側１５でＸ、Ｙ偏光チャネルから検出される電気信号をそれぞれｒＸ（ｔ）、ｒＹ（ｔ）とする。また、ｓｘ（ｔ）、ｓｙ（ｔ）、ｒＸ（ｔ）、ｒＹ（ｔ）を複素数とする。αｘ、δｘは、それぞれｘ偏光チャネルの信号がＸとＹの偏光チャネルに分岐される際のパワー比と位相差を、αｙ、δｙは、それぞれｙ偏光チャネルの信号がＸとＹの偏光チャネルに分岐される際のパワー比と位相差を表す。また、αｘ、δｘ、αｙ、δｙは実数である。
【００８８】
コヒーレント光伝送系では、電気信号の複素振幅が対応する光信号の電界振幅に比例し、光信号の電界振幅の二乗がその光パワーに比例することに注意すると、送受信間の信号の関係は、伝送路で加算される雑音を無視すると、以下の（７）式〜（８）式のようになる。
【数２】
2020053919.tif 000004
【００８９】
共通変数生成手段３０２は、受信信号から、第１の遅延手段４０２−１、第２の遅延手段４０２−２、第１の加算手段４０３−１、第２の加算手段４０３−２、第１の減算手段４０４−１、及び第２の減算手段４０４−２を用いて、以下の量を算出する。
【数３】
2020053919.tif 000005
【００９０】
送信信号ｓｘ（ｔ）、ｓｙ（ｔ）の形式を上述の図２に示す形式としたとき、上記ＦＸ（ｔ）、ＦＸ（ｔ）、ＧＸ（ｔ）、ＧＹ（ｔ）の算出結果は、図８に示すものとなる。
【００９１】
変調信号形式をＱＰＳＫ等のように波形振幅が零にならない方式とした場合、光バーストの持続時間で考えると、Ｔ≦ｔ＜２Ｔの時間範囲では、ＧＸ（ｔ）およびＧＹ（ｔ）の値が０になっている。それ以外の時間範囲では、ＧＸ（ｔ）およびＧＹ（ｔ）の値が時間幅Ｔで連続して０にならない。全ての時間帯で、ＦＸ（ｔ）およびＦＹ（ｔ）の値は時間幅Ｔで連続して０にならない。この性質をタイミング情報抽出に利用する。
【００９２】
また、２Ｔ≦ｔ＜３Ｔの時間範囲では、ＦＸ（ｔ）およびＦＹ（ｔ）の値に送信信号ｓｙ（ｔ）の情報が含まれておらず、ＧＸ（ｔ）およびＧＹ（ｔ）の値に送信信号ｓｙ（ｔ）の情報が含まれていない。この性質を偏光分離に利用する。
【００９３】
続いて、タイミング情報抽出の動作について説明する。上記ＦＸ（ｔ）、ＦＹ（ｔ）、ＧＸ（ｔ）、ＧＹ（ｔ）から、共通変数生成手段３０２は、第１の絶対値算出手段４０５−１、第２の絶対値算出手段４０５−２、第３の絶対値算出手段４０５−３、第４の絶対値算出手段４０５−４、第３の加算手段４０６−１、および第４の加算手段４０６−２を用い、｜ＦＸ（ｔ）｜２＋｜ＦＹ（ｔ）｜２および｜ＧＸ（ｔ）｜２＋｜ＧＹ（ｔ）｜２の値を求める。
【００９４】
そして、タイミング信号生成手段３０３は、第１の積分手段５０２−１および第２の積分手段５０２−２を用いて、上記算出した値を時間Ｔの範囲で積分する。例えば、ｔ＜０の時間範囲で｜ＦＸ（ｔ）｜２は、以下の（１３）式に示すものとなる。
【数４】
2020053919.tif 000006
【００９５】
上記（１３）式において、“￣”は複素共役を、Ｒｅ［  ］は実部を表す。例えば、ＱＰＳＫのように原点対称なコンスタレーションをもつ変調信号フォーマットを採用した場合、異なる波形パターン（Ａｘ（ｔ）とＡｙ（ｔ）、Ａｘ（ｔ）とＡｘ（ｔ−Ｔ）、等）の相関は零となる。有限時間Ｔの範囲で相関をとる場合、それは厳密には零にならないが、同一信号の絶対値の二乗に比べて十分小さい。よって、上記（１３）式を時間Ｔの範囲で積分すると、２Ｒｅ［  ］の項を無視することができる。そして、｜ＦＸ（ｔ）｜２は、以下の（１４）式のようにみなすことができる。また、｜ＦＹ（ｔ）｜２、｜ＧＸ（ｔ）｜２、｜ＧＹ（ｔ）｜２についても同様の計算ができる。そして、同様に計算した結果得られる｜ＦＸ（ｔ）｜２＋｜ＦＹ（ｔ）｜２および｜ＧＸ（ｔ）｜２＋｜ＧＹ（ｔ）｜２の値は、図９に示す通りである。
【数５】
2020053919.tif 000007
【００９６】
図１０は、第１の実施形態に係る算出された中間変数の波形を示す説明図である。図１０（ａ）には、｜ＦＸ（ｔ）｜２＋｜ＦＹ（ｔ）｜２の波形が示されている。図１０（ｂ）には、に｜ＧＸ（ｔ）｜２＋｜ＧＹ（ｔ）｜２の波形が示されている。図１０（ｃ）には、図１０（ａ）で示される波形を時間Ｔの範囲で積分した波形が示されている。図１０（ｄ）には、図１０（ｂ）で示される波形を時間Ｔの範囲で積分した波形が示されている。
【００９７】
図１０（ｃ）、１１（ｄ）の波形はともに光バースト先頭から光バースト終端の時間Ｔ前までの中の０≦ｔ＜２Ｔの時間範囲以外でほぼ一定値をとる。ｔ＜０と３Ｔ≦ｔの時間範囲で図１０（ｃ）、図１０（ｄ）の波形の振幅は等しい。２Ｔ≦ｔ＜３Ｔの時間範囲で図１０（ｃ）、図１０（ｄ）の波形の振幅はほぼ等しい。そして、図１０（ｄ）の波形は光バーストの持続時間では時間Ｔでピーク（最小値）をとり、そのピーク値が０となる。
【００９８】
タイミング信号生成手段３０３は、｜ＧＸ（ｔ）｜２＋｜ＧＹ（ｔ）｜２を積分した信号に対し、最小値検出手段５０５を用い、時間２Ｔの周期毎に時間２Ｔの範囲にわたって最小値を検出する。その検出時間範囲とタイミングはパルス生成手段５０１で設定する。波形ピークが存在する周期で得られる最小値は所望の最小値であるが、それ以外の周期で得られる最小値は所望の最小値ではない。所望でない最小値は以下のように取り除く。
【００９９】
タイミング信号生成手段３０３は、比較手段５０４を用いて、検出した最小値をある閾値と比較し、その最小値がその閾値未満である場合のみ、その最小値を所望のピークとみなす。このため、論理積手段５０６は、閾値判定結果と、かつ最小値をとる時間を表す２値信号の論理積をとる。そのピークが存在する時刻がペイロードの時間位置を指定するための基準となる。ペイロードの先頭は、そのピーク存在時刻から２Ｔ後の時刻である。
【０１００】
上記の”ある閾値”は、定数倍手段５０３を用いて、例えば最小値検出時刻での｜ＦＸ（ｔ）｜２＋｜ＦＹ（ｔ）｜２を積分した信号値のＫ倍（０＜Ｋ＜１）に設定できる。上述の通り、所望でない最小値を検出する時間は｜ＧＸ（ｔ）｜２＋｜ＧＹ（ｔ）｜２を積分した信号がほぼ一定に変化する時間帯であり、その時間帯では｜ＧＸ（ｔ）｜２＋｜ＧＹ（ｔ）｜２｜を積分した信号値と｜ＦＸ（ｔ）｜２＋｜ＦＹ（ｔ）｜２を積分した信号値がほぼ等しいからである。
【０１０１】
次に、偏光分離の動作について説明する。２Ｔ≦ｔ＜３Ｔの時間範囲でＦＸ（ｔ）、ＦＹ（ｔ）、ＧＸ（ｔ）、ＧＹ（ｔ）の値は、先述の図８及び、以下の（１５）〜（１８）式に示すようになる。
【数６】
2020053919.tif 000008
【０１０２】
上記（１５）〜（１８）式により、αｘ、δｘ、αｙ、δｙの推定値は、以下の（１９）〜（２４）式により求まる。なお、標記上の規制により、以下の（１９）〜（２４）式におけるαｘの推定値であることを示すハット（＾）は、αｘの上部ではなく、＾αｘ（ｔ）のように左辺に示すものとする。以下同様に、δｘ、αｙ、δｙの推定値を、＾δｘ（ｔ）、＾αｙ（ｔ）、＾δｙ（ｔ）と示すものとする（＾の扱いについては、他の変数も同様とする）。
【数７】
2020053919.tif 000009
【０１０３】
除算手段６０３は、上記（１９）〜（２４）式を実行する。なお、これらは一時点ｔでの値である。偏光分離に必要な＾αｘ（ｔ）、＾δｘ（ｔ）、＾αｙ（ｔ）、＾δｙ（ｔ）は、２Ｔ≦ｔ＜３Ｔの時間範囲に得られる値であるので、２Ｔ≦ｔ＜３Ｔの時間範囲に得られる＾αｘ（ｔ）、＾δｘ（ｔ）、＾αｙ（ｔ）、＾δｙ（ｔ）を記憶する。
【０１０４】
ここで、偏光チャネル分離のため最終的に必要な変数は、以下の（２５）〜（２８）式に示すＡ〜Ｄである。
【数８】
2020053919.tif 000010
【０１０５】
そのため、中間変数生成手段３０４は、平方根算出手段６０４および乗算手段６０５を用いて、以下の（２９）〜（３２）式の値を算出し、記憶手段６０６を用いて、算出した値（Ａ（ｔ）〜Ｄ（ｔ））を記憶する。
【数９】
2020053919.tif 000011
【０１０６】
以下、得られた推定値を＾αｘ、＾δｘ、＾αｙ、＾δｙと表記する。受信信号の推定方式として、例えばＺＦ（ｚｅｒｏ−ｆｏｒｃｉｎｇ）方式を採用すると、ｔ≧３Ｔの時間に対して、受信信号ｒｘ（ｔ）、ｒＹ（ｔ）から得られる送信信号の推定値＾ｓｘ（ｔ）、＾ｓｙ（ｔ）は、上述の（７）及び（８）式をｓｘ（ｔ）、ｓｙ（ｔ）について解くことにより、以下の（３３）及び（３４）式のように求められる。以下の（３３）及び（３４）式の計算は、偏光チャネル分離手段３０５で実行する。
【数１０】
2020053919.tif 000012
【０１０７】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【０１０８】
従来例の受信手段と本実施形態の受信手段とでの回路規模を比較する。両方式ともに、タイミング信号生成手段、両偏光チャネルの中間変数生成手段、および偏光分離手段を用いるので、それらの手段に関係する回路規模は等しいとして良い。
【０１０９】
従来例では、タイミング情報を抽出するために、タイミングメトリックを算出している。この算出式は、非特許文献３の（５）式で示されている。ｒ（ｔ）を受信信号、Ｐ（ｔ）をタイミングメトリックとすると、以下の（３５）、及び（３６）式のように表されるので、ディジタル信号処理の場合、計算回数は複素乗算がＮ回、複素数絶対値算出がＮ回、Ｎ個の実数の総和（積分に相当）が１回必要である。
【数１１】
2020053919.tif 000013
【０１１０】
ここでＮは、時間Ｔに含まれる標本値の数である。従来例で偏光パラメータ（αｘ、δｘ、αｙ、δｙ）を推定するために実行する、パイロット信号の周波数弁別に対して、例えばＭ点高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いるとすると、複素加算、複素乗算がともにＭｌｏｇ２Ｍ回必要である。
【０１１１】
本実施形態では、タイミング情報抽出および偏光分離のために、ＦＸ（ｔ）、ＦＹ（ｔ）、ＧＸ（ｔ）、ＧＹ（ｔ）を算出する。ディジタル信号処理の場合、計算回数は複素加算（減算を符号反転した数値との加算と考える）がＮ回、複素数絶対値算出がＮ回、Ｎ個の実数の総和（積分に相当）が１回必要である。
【０１１２】
なお、同一構成で同一フォーマットの入出力をもつ回路が複数あるところでは、タイミング制約に余裕がある場合、入出力信号を時分割多重することで複数回路を一つにすることができるので、同一構成で同一フォーマットの入出力をもつ回路を一つと数えている。
【０１１３】
従って、本実施形態の受信手段は、従来例より複素乗算回路の数が減少している。
【０１１４】
以上のように、第１の実施形態によれば、算出式を修正しタイミング情報抽出のために必要な手段と偏光分離のために必要な手段を共通化して一つにまとめたので、タイミング情報抽出および偏光分離のための回路規模を縮小する効果が得られる。
【０１１５】
（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明に係る光伝送装置、送信信号生成方法、及び送信信号抽出方法の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０１１６】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成
第２の実施形態の受信手段３００の全体構成についても、上述の図１を用いて示すことができる。以下では、第２の実施形態の受信手段３００の構成について、第１の実施形態の受信手段３００との差異（タイミング信号生成手段）を中心に説明を行う。
【０１１７】
図１１は、第２の実施形態に係るタイミング信号生成手段の詳細な構成を示すブロック図である。なお、図１１において、第１の実施形態に係る図４の構成と同一又は対応する構成については、同一符号を付している。また、第１の実施形態に係る図４の同一又は対応する構成の詳細な説明は省略する。
【０１１８】
図１１において、第２の実施形態に係るタイミング信号生成手段３０３Ａは、第１の実施形態に係るタイミング信号生成手段３０３の構成に第３の遅延手段７０１が追加され、第１の実施形態の最小値検出手段５０５が第１の最小値検出手段７０２及び第２の最小値検出手段７０３に、第１の実施形態の論理積手段５０６が論理積手段５０６Ａに置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【０１１９】
第３の遅延手段７０１は、パルス生成手段５０１の出力パルス信号にタイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔に等しい時間の遅延を与える。
【０１２０】
第１の最小値検出手段７０２は、パルス生成手段５０１の出力パルス信号の周期毎に、そのパルスの先頭から次の先頭の直前までの時間の中で、第２の積分手段５０２−２の出力信号の実数値が最小値をとる時間でアサートされる二値信号を出力する。
【０１２１】
第２の最小値検出手段７０３は、第３の遅延手段７０１の出力パルス信号の周期毎に、そのパルスの先頭から次の先頭の直前までの時間の中で、第２の積分手段５０２−２の出力信号の実数値が最小値をとる時間でアサートされる二値信号を出力する。
【０１２２】
論理積手段５０６Ａは、比較手段５０４、第１の最小値検出手段７０２、及び第２の最小値検出手段７０−３の出力信号の値との論理積をとる。論理積手段５０６Ａは、算出した信号をタイミング信号３０６として出力する。
【０１２３】
（Ｂ−２）第２の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第２の実施形態の光伝送システム１（主に、タイミング信号生成手段３０３Ａ）の動作を、図面を参照しながら説明する。以下、第１の実施形態のタイミング信号生成手段３０３と比較しつつ、タイミング信号生成手段３０３Ａ特有の動作を述べる。
【０１２４】
第１の実施形態では、タイミング信号生成手段３０３の中で、時間２Ｔの周期毎に時間２Ｔの範囲にわたって第２の積分手段５０２−２の出力信号の値の最小値を検出し、比較手段５０４の出力信号がアサートされている時間内にその最小値を検出したとき、タイミング信号３０６がアサートされる。最小値を検出する２Ｔの時間範囲の中間付近で第２の積分手段５０２−２の出力信号がピークをとる場合、タイミング信号３０６が所望の時間にアサートされる。しかし、最小値を検出する２Ｔの時間範囲の端付近で第２の積分手段５０２−２の出力信号がピークをとる場合、タイミング信号３０６が所望の時間および隣接の最小値検出時間範囲の中の時間にアサートされる場合がある。第２の実施形態のタイミング信号生成手段３０３Ａは、この点を考慮したものである。
【０１２５】
図１２は、第２の実施形態に係る算出された中間変数の波形を示す説明図である。
【０１２６】
図１２（ａ）は、第２の積分手段５０２−２の出力信号の波形（実線で示す波形Ｗ１）と定数倍手段５０３の出力信号の波形（破線で示すＷ２）を示す。実線の値（Ｗ１の値）が破線の値（Ｗ２の値）より小さくなるような時間で比較手段５０４の出力信号がアサートされる。
【０１２７】
時間２Ｔの周期毎に発生する最小値検出時間範囲が図１２（ｂ）に示すようになっている場合（最小値検出時間範囲Ｓｒ１−１〜Ｓｒ１−５の場合）、タイミング信号３０６は、第２の積分手段５０２−２の出力信号の値がピークをとる時間（所望のタイミング）およびそのピーク時間を含む最小値検出時間範囲（最小値検出時間範囲Ｓｒ１−２）の次の最小値検出時間範囲（最小値検出時間範囲Ｓｒ１−３）で第２の積分手段５０２−２の出力信号の値が最小となる時間という２つの時間でアサートされる。なぜなら、所望のタイミングは当然として、もう一つのアサート時間でも実線の値（Ｗ１の値）が破線の値（Ｗ２の値）より小さいためである。
【０１２８】
図１２（ｃ）に、最小値検出時間範囲を図１２（ｂ）の場合よりＴの時間シフトさせた場合の、タイミング信号３０６の波形を示す。この場合、所望タイミングの他に、そのピーク時間を含む最小値検出時間範囲（最小値検出時間範囲Ｓｒ２−２）の前の最小値検出時間範囲（最小値検出時間範囲Ｓｒ２−１）で第２の積分手段５０２−２の出力信号の値が最小となる時間で、タイミング信号３０６がアサートされる。なぜなら同様に所望のタイミングは当然として、もう１つのアサート時間でも実線の値が破線の値より小さいためである。
【０１２９】
なお、最小値検出時間と第２の積分手段５０２−２の出力信号の時間関係によっては所望のタイミングのみタイミング信号３０６がアサートされる場合もある。また、最小値検出時間範囲を２Ｔとしているので、所望タイミングを含む最小値検出時間範囲の前および後の最小値検出時間範囲の両方で、所望でない時間にタイミング信号３０６がアサートされない。
【０１３０】
よって、タイミング信号生成手段３０３のようなタイミング信号生成手段から出力されるタイミング信号と、そのタイミング信号生成手段より最小値検出時間をＴ時間シフトさせたタイミング信号生成手段から出力されるタイミング信号との論理積をとると、所望タイミングでのみアサートされるタイミング信号が得られる。その波形を図１２（ｄ）に示す。図１２（ｄ）は一例として、図１２（ｂ）のタイミング信号と図１２（ｃ）のタイミング信号との論理積をとった結果の信号を示している。
【０１３１】
図１２（ｂ）の信号は比較手段５０４と最小値検出手段（第１の最小値検出手段７０２）の出力信号の値の論理積を、図１２（ｃ）の信号は比較手段５０４と別の最小値検出手段（第２の最小値検出手段７０３）の出力信号の値の論理積をとった結果を示しており、それら二つの２値信号の論理積をとった結果が図１２（ｄ）の出力になる。したがって、論理積手段５０６Ａは、比較手段５０４、第１の最小値検出手段７０２、及び第２の最小値検出手段７０３の３つの出力信号の論理積をとれば良い。図１２（ｄ）に示すように、ピークＰのある時間Ｔが基準タイミングとなる。
【０１３２】
（Ｂ−３）第２の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、タイミング情報の誤検知の可能性を減少させることができる。
【０１３３】
（Ｃ）第３の実施形態
以下、本発明に係る光伝送装置、送信信号生成方法、及び送信信号抽出方法の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０１３４】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
第３の実施形態の受信手段３００の全体構成についても、上述の図１を用いて示すことができる。以下では、第３の実施形態の受信手段３００の構成について、第１の実施形態の受信手段３００との差異（中間変数生成手段）を中心に説明を行う。
【０１３５】
図１３は、第３の実施形態に係るＸ偏光チャネルの中間変数生成手段（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段）の詳細な構成を示すブロック図である。なお、図１３において、第１の実施形態に係る図５の構成と同一又は対応する構成については、同一符号を付している。また、第１の実施形態に係る図５の同一又は対応する構成の詳細な説明は省略する。
【０１３６】
第３の実施形態に係るＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−１（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−２）は、第１の実施形態に係るＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２）の構成に、第１の平均化手段８０１−１及び第２の平均化手段８０１−２が追加されている。
【０１３７】
第１の平均化手段８０１−１は、タイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔以下の時間にわたって、乗算手段６０５の出力信号を平均化する。第１の平均化手段８０１−１は、算出（平均化）した信号を、第１の記憶手段６０６−１に出力する。
【０１３８】
第２の平均化手段８０１−２は、タイミング情報抽出のための波形パターンの繰返し間隔以下の時間にわたって、第２の平方根算出手段６０４−２の出力信号を平均化する。第２の平均化手段８０１−２は、算出（平均化）した信号を、第２の記憶手段６０６−２に出力する。
【０１３９】
（Ｃ−２）第３の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第３の実施形態の光伝送システム１（主に、Ｘ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−１及びＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−２）の動作を、図面を参照しながら説明する。以下、第１の実施形態のＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−１（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４−２）と比較しつつ、第３の実施形態のＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−１（Ｙ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−２）特有の動作を述べる。
【０１４０】
第１の実施形態では、Ｘ偏光の中間変数生成手段３０４−１とＹ偏光の中間変数生成手段３０４−２の中で、中間変数＾αｘ、＾δｘ、＾αｙ、＾δｙの値を算出した。一般に受信信号には雑音が加算されているので、上記推定値には誤差がある。その誤差の影響を低減するため、各推定値に対し２Ｔ≦ｔ＜３Ｔの時間内のＴ以下にわたる時間で平均化することが望ましい。
【０１４１】
第１の平均化手段８０１−１及び第２の平均化手段８０１−２で用いる平均化の算出式は、以下の(３７)式で定義される。
【数１２】
2020053919.tif 000014
【０１４２】
ここで、ｕ（ｔ）は平均化手段への入力信号、ｖ（ｔ）は平均化手段からの出力信号、Ｔ０は時間であり、０＜Ｔ０≦Ｔを満たす。
【０１４３】
上記以外のＸ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−１及びＹ偏光チャネルの中間変数生成手段３０４Ａ−２の動作は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１４４】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、中間変数＾αｘ、＾δｘ、＾αｙ、＾δｙの推定精度を向上させることができる。
【０１４５】
（Ｄ）他の実施形態
上述した第１〜第３の実施形態においても種々の変形実施形態を言及したが、本発明は以下の変形実施形態にも適用できる。
【０１４６】
（Ｄ−１）上述した第１〜第３の実施形態では、偏光チャネル分離手段３０５の実現方法として、ＺＦ方式の偏光チャネル分離を例に挙げて説明した。偏光チャネル分離手段３０５は、その他の実現方法として、ＭＭＳＥ（ｍｉｎｉｍｕｍ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）方式、ＭＬＤ（ｍａｘｉｍｕｍ  ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式、等の方式を採用しても良い。ＭＭＳＥ方式はＺＦ方式に比べて、低い信号対雑音比（ＳＮ比）で受信した場合の信号推定精度が良い一方、偏光チャネル間干渉を完全に除去できない、ＳＮ比を受信側で推定する必要がありそのための回路が必要である、という欠点が存在する。一方、ＭＬＤ方式は上記二種類の方式に比べて信号推定精度が良い一方、回路規模が増大するという欠点がある。いずれの方式を偏光チャネル分離手段３０５に採用しても一長一短であるため、システムに要求される仕様に合わせて適切に選択することが望まれる。
【０１４７】
（Ｄ−２）上述した第１〜第３の実施形態では、送信信号の形式（図２）として、タイミング情報抽出および偏光チャネル分離のための制御情報を、バースト先頭の後のペイロードの直前に送受することを前提とした。勿論、当該制御情報は任意のタイミングで送信信号の一箇所および複数箇所に挿入しても良い。
【０１４８】
（Ｄ−３）上述した第１〜第３の実施形態の受信手段３００は、その各部をハードウェアによって構成しても良く、また、一部の構成についてはソフトウェア的に構成しても良い。
【０１４９】
（Ｄ−４）上述した第１〜第３の実施形態の受信手段３００を、局側に適用した例について述べたが、変形例として、加入者側の装置に搭載（言い換えれば、連続信号伝送の光伝送方式に適用）しても良い。
【符号の説明】
【０１５０】
１…光伝送システム、３００…受信手段、３０２…共通変数生成手段、３０３、３０３Ａ…タイミング信号生成手段、３０４、３０４Ａ…中間変数生成手段、３０５…偏光チャネル分離手段、４０２−１…第１の遅延手段、４０２−２…第２の遅延手段、４０３−１…第１の加算手段、４０３−２…第２の加算手段、４０４−１…第１の減算手段、４０４−２…第２の減算手段、４０５−１…第１の絶対値算出手段、４０５−２…第２の絶対値算出手段、４０５−３…第３の絶対値算出手段、４０５−４…第４の絶対値算出手段、４０６−１…第３の加算手段、４０６−２…第４の加算手段、５０１…パルス生成手段、５０２−１…第１の積分手段、５０２−２…第２の積分手段、５０３…定数倍手段、５０４…比較手段、５０５…最小値検出手段、５０６、５０６Ａ…論理積手段、６０３…除算手段、６０３−１…第１の除算手段、６０３−２…第２の除算手段、６０３−３…第３の除算手段、６０４…平方根算出手段、６０４−１…第１の平方根算出手段、６０４−２…第２の平方根算出手段、６０５…乗算手段、６０６…記憶手段、６０６−１…第１の記憶手段、６０６−２…第２の記憶手段、７０１…第３の遅延手段、７０２…第１の最小値検出手段、７０３…第２の最小値検出手段、７０３−１…第１の乗算手段、７０３−２…第２の乗算手段、７０３−３…第３の乗算手段、７０３−４…第４の乗算手段、７０３−５…第５の乗算手段、７０３−６…第６の乗算手段、７０４−１…第１の減算手段、７０４−２…第２の減算手段、７０４−３…第３の減算手段、７０５−１…第１の除算手段、７０５−２…第２の除算手段、８０１−１…第１の平均化手段、８０１−２…第２の平均化手段。
【図１】
2020053919.tif 000015
【図２】
2020053919.tif 000016
【図３】
2020053919.tif 000017
【図４】
2020053919.tif 000018
【図５】
2020053919.tif 000019
【図６】
2020053919.tif 000020
【図７】
2020053919.tif 000021
【図８】
2020053919.tif 000022
【図９】
2020053919.tif 000023
【図１０】
2020053919.tif 000024
【図１１】
2020053919.tif 000025
【図１２】
2020053919.tif 000026
【図１３】
2020053919.tif 000027
【図１４】
2020053919.tif 000028