(57)【要約】【課題】偏波間に特性差が生じ得る環境でも偏波ごとの帯域を有効活用し、光通信の伝送性能を改善する。【解決手段】光通信装置は、第１の偏波で搬送される第１の信号をモニタして前記第１の信号の伝送特性を示す第１のモニタ値を出力する第１のモニタと、前記第１の偏波と直交する第２の偏波で搬送される第２の信号をモニタして前記第２の信号の伝送特性を示す第２のモニタ値を出力する第２モニタと、前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値を通信相手の装置にフィードバックする機構と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏波で搬送される第１の信号をモニタして前記第１の信号の伝送特性を示す第１のモニタ値を出力する第１のモニタと、
前記第１の偏波と直交する第２の偏波で搬送される第２の信号をモニタして前記第２の信号の伝送特性を示す第２のモニタ値を出力する第２のモニタと、
前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値を通信相手の装置にフィードバックする機構と、
を有する光通信装置。
【請求項２】
前記第１のモニタは、誤り訂正復号処理を受ける前の前記第１の信号の受信ビットと、前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第１の信号の期待値データとに基づいて前記第１のモニタ値を出力し、
前記第２のモニタは、前記誤り訂正復号処理を受ける前の前記第２の信号の受信ビットと、前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第２の信号の期待値データとに基づいて、前記第２のモニタ値を出力する請求項１に記載の光通信装置。
【請求項３】
前記第１の信号と前記第２の信号に誤り訂正復号処理を施すデコーダと、
前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第１の信号を、前記第１のモニタ値を反映して前記第１の信号に配分されている第１の情報量の第１データビット列に回復する第１のデマッチャと、
前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第２の信号を、前記第２のモニタ値を反映して前記第２の信号に配分されている第２の情報量の第２データビット列に回復する第２のデマッチャと、
を有する請求項１または２に記載の光通信装置。
【請求項４】
互いに直交する第１の偏波と第２の偏波の間の伝送特性の差に応じて、前記第１の偏波で搬送される第１の信号のコンスタレーション上の確率分布に第１のシェイピングを施す第１のマッチャと、
前記伝送特性の差に応じて、前記第２の偏波で搬送される第２の信号のコンスタレーション上の確率分布に第２のシェイピングを施す第２のマッチャと、
を有する光通信装置。
【請求項５】
前記伝送特性の差に応じて、前記第１の信号に配分される第１の情報レートと、前記第２の信号に配分される第２の情報レートを設定する制御部、
を有し、
前記第１のマッチャは前記第１の情報レートに従って前記第１のシェイピングを施し、
前記第２のマッチャは前記第２の情報レートに従って前記第２のシェイピングを施す、
請求項４に記載の光通信装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１の情報レートと前記第２の情報レートのトータルの情報レートを一定に保って、前記第１の情報レートと前記第２の情報レートを変化させる、請求項５に記載の光通信装置。
【請求項７】
第１の光通信装置と、
光伝送路によって前記第１の光通信装置と接続される第２の光通信装置と、
を有し、
前記第２の光通信装置で、第１の偏波の受信信号の第１の伝送特性と、前記第１の偏波と直交する第２の偏波の受信信号の第２の伝送特性をモニタし、
前記第１の光通信装置は、前記第２の光通信装置で得られたモニタ結果に基づいて、前記第１の偏波で送信される第１の信号のコンスタレーション上の確率分布と、前記第２の偏波で送信される第２の信号のコンスタレーション上の確率分布をシェイピングする、光伝送システム。
【請求項８】
光通信装置で、第１の偏波で搬送された第１の受信信号をモニタして、前記第１の受信信号の伝送特性を示す第１のモニタ値を出力し、
前記第１の偏波と直交する第２の偏波で搬送された第２の受信信号をモニタして、前記第２の受信信号の伝送特性を示す第２のモニタ値を出力し、
前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値で示される情報を通信相手の装置にフィードバックする光通信方法。
【請求項９】
光通信装置で、互いに直交する第１の偏波と第２の偏波の間の伝送特性の差に応じて、前記第１の偏波で搬送される第１の信号のコンスタレーション上の確率分布に第１のシェイピングを施し、
前記伝送特性の差に応じて、前記第２の偏波で搬送される第２の信号のコンスタレーション上の確率分布に第２のシェイピングを施す光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信装置、光伝送システム、及び光通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信需要の増大にともない、高速かつ大容量の通信を実現するためにデジタルコヒーレント方式の光通信が普及しつつある。デジタルコヒーレント方式では、光の波としての性質を利用して、長距離かつ大容量の伝送を実現する。光波の位相情報を用いることで、強度変調・直接検波方式と比較して情報量を２倍にすることができる。さらに、直交する２つの偏波に情報を載せる偏波多重（ＤＰ：Dual  Polarization）を利用することで、情報量は強度変調・直接検波方式の４倍になる。
【０００３】
偏波多重デジタルコヒーレント伝送では、偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization  Dependent  Loss）によって、偏波間で、信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-to-noise  Ratio）等の特性に差が生じることがある。偏波依存損失は、光伝送路上の光学部品の物理的な向きや配置の変化によって時間変化する場合もある。ＳＮＲの劣化により、スペクトル効率が低下し、理論上の通信容量限界（シャノン限界）とのギャップが大きくなる。
【０００４】
高速伝送をシャノン限界に近づけるために、ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation：直交振幅変調）方式の変調シンボルの確率分布を整形する確率論的シェイピング（Probabilistic  Shaping）が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。また、確率論的にシェイプされたＱＡＭシンボルの前方誤り訂正の閾値として、正規化された一般化相互情報量（ＮＧＭＩ：Normalized  Generalized  Mutual  Information）を用いることが提案されている（たとえば、非特許文献２参照）。ＮＧＭＩは、誤り訂正符号の復号性能を示す指標となり得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Fred  Buchali，et  al．，“Rate  Adaption  and  Reach  Increase  by  Probabilistically  Shaped  64-QAM：An  Experimental  Demonstration”，Journal  of  Lightwave  Technology， Vol．34，No．7，April  1，2016
【非特許文献２】Junho  Cho，Laurent  Schmalen,  and  Peter  J．Winzer，“Normalized  Generalized  Mutual  Information  as  a  Forward  Error  Correction  Threshold  for  Probabilistically  Shaped  QAM”，2017  European  Conference  on  Optical  Communication  (ECOC)，17-21  Sept．2017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
偏波多重デジタルコヒーレント伝送で、偏波間の特性差が大きい場合、ＰＤＬ等によって光信号の受信端で水平（Ｈ）偏波と垂直（Ｖ）偏波のＳＮＲの差が最大のまま通信が継続されることがある。一般的に、Ｈ偏波とＶ偏波はインターリーブされて誤り訂正処理をうけるが、復号処理が成功するかどうかはＳＮＲが悪いほうの偏波に多く依存する。最悪の状況を想定して、マージンをもたせて伝送路が設計されているが、ＳＮＲが良い方の偏波の信号品質に余裕があっても活用されていない。
【０００７】
偏波スクランブルによってＰＤＬの影響をＨ偏波とＶ偏波で拡散することも考えられるが、ＮＧＭＩを改善する効果はない。また、偏波間の特性差が各偏波の信号が経由する電気部品の特性ばらつきに起因する場合は、偏波スクランブルで対処することはできない。
【０００８】
本発明は、偏波間に特性差が生じ得る環境でも偏波ごとの帯域を有効活用し、光通信の伝送性能を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、光通信装置は、
第１の偏波で搬送される第１の信号をモニタして前記第１の信号の伝送特性を示す第１のモニタ値を出力する第１のモニタと、
前記第１の偏波と直交する第２の偏波で搬送される第２の信号をモニタして前記第２の信号の伝送特性を示す第２のモニタ値を出力する第２モニタと、
前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値を通信相手の装置にフィードバックする機構と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
偏波間に特性差が生じ得る環境でも偏波ごとの帯域を有効活用し、光通信の伝送性能を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】偏波多重コヒーレント伝送における技術課題を説明する図である。
【図２】実施形態の基本構成を説明する図である。
【図３】確率論的シェイピングの概念図である。
【図４】実施形態の光通信装置の受信端デジタル信号処理回路のブロック図である。
【図５】ＮＧＭＩモニタによるＮＧＭＩの算出を説明する図である。
【図６】実施形態の光通信装置の送信端デジタル信号処理回路のブロック図である。
【図７】Ｈ偏波とＶ偏波のＳＮＲに差があるときのＮＧＭＩの値をプロットした図である。
【図８】送信端デジタル信号処理回路の変形例である。
【図９】分布マッチャの出力データ形式の模式図である。
【図１０】実施形態の構成の効果を説明する図である。
【図１１】受信端デジタル信号処理回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】受信端デジタル信号処理回路のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図１３】受信端デジタル信号処理回路のさらに別の構成例を示すブロック図である。
【図１４】図１３の受信端デジタル信号処理回路に対応する送信側デジタル信号処理回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、偏波多重デジタルコヒーレント伝送における技術課題を、より詳細に説明する図である。たとえばＰＤＬによって、Ｈ偏波のＳＮＲは良好だが、Ｖ偏波のＳＮＲが悪い場合、Ｈ偏波の受信信号の射影成分は急峻なピークで分布するが、Ｖ偏波の受信信号の射影成分は、ピークが小さくシンボル間の重なりが大きい。ここで、射影成分とは、ＩＱ平面上の受信シンボルの確率分布をＩ軸またはＱ軸へ投射した成分である。Ｈ偏波のハーフトーン領域とＶ偏波のハーフトーン領域の面積は同じであるが、受信信号の射影成分の分布形状は、偏波の特性によって大きく異なる。
【００１３】
誤り訂正処理のためにＨ偏波とＶ偏波の受信信号をインターリーブする場合、Ｈ偏波の受信信号の射影成分とＶ偏波の受信信号を射影成分が平均化された分布となる。射影スペクトルの頻度が小さい領域で射影成分の分布が重なり合うため、受信信号を正しく分離するのが難しく、エラーが増大する。ＳＮＲの良いＨ偏波の信号品質に余裕があっても、これを活かすことができない。
【００１４】
この問題を解決するために、実施形態では、受信端でＸ偏波の受信信号とＹ偏波の受信信号のそれぞれで、復号性能を表わす指標値を個別にモニタする。復号性能を表わす指標値は、ＮＧＭＩ、Ｑ値、Pre-FEC  BER（Pre-Forward  Error  Correction  Bit  Error  Rate：Pre-FECビットエラーレート）等である。モニタ結果に応じて、Ｈ偏波とＶ偏波で個別に実効的な情報レート（ＩＲ：Information  Rate）が設定される。
【００１５】
たとえば、モニタ値が悪い場合にＩＲを下げることでノイズ耐力または伝送性能を向上する。モニタ値が良い場合はＩＲを上げることで伝送効率を向上する。Ｈ偏波とＶ偏波のトータルの情報レート（ＩＲ）を一定に維持したまま、Ｈ偏波とＶ偏波のそれぞれのデータレートを変更する構成にしてもよい。受信端で行われるこれらの処理は、接続確立時または運用中に行うことができる。
【００１６】
受信端でのモニタ結果を、送信側にフィードバックしてもよい。この場合、送信端でフィードバック情報に基づいて、Ｈ偏波とＶ偏波の送信信号に、それぞれ個別にエントロピー（情報量）を設定して確率論的シェイピングを行ってもよい。モニタ結果を送信側の確率論的シェイピングに反映させることで、時間変化する信号品質の変化に対応することができる。モニタ結果に基づいて、送信側で各偏波の情報レートの和を最適に制御してもよい。
【００１７】
＜基本構成＞
図２は、実施形態の基本構成を説明する図である。光伝送システム１は、第１の光通信装置１０Ａと、第２の光通信装置１０Ｂと、これらの間を接続する光伝送路２及び３を有する。光通信装置１０Ａは、受信端デジタル信号処理回路１１０Ａと、送信端デジタル信号処理回路１２０Ａを有し、光信号の送受信を行う。光通信装置１０Ｂは、受信端デジタル信号処理回路１１０Ｂと、送信端デジタル信号処理回路１２０Ｂを有し、光信号の送受信を行う。以下では、光通信装置１０Ａから光通信装置１０Ｂにネットワーク信号が送信される場合を例にとって説明する。
【００１８】
光通信装置１０Ｂの受信端デジタル信号処理回路１１０Ｂは、光伝送路２から受信され復調された信号のＮＧＭＩを、偏波ごとにモニタする（ステップ（１））。ＮＧＭＩは、復号性能等の信号品質を示す指標のひとつであり、ＮＧＭＩに替えてＱ値、Pre-FEC  BERなどの別の指標値をモニタしてもよい。
【００１９】
ＮＧＭＩは、情報理論の分野における相互情報量を光通信に応用したものであり、ＮＧＭＩ＝１−（Ｈ（Ｘ）−ＧＭＩ）／ｍで表される。ここで、Ｈ（Ｘ）は送信シンボルＸを変数とする情報理論のエントロピー（情報量）、ＧＭＩは一般化相互情報量、ｍは変調多値度（またはビット数）である。ＮＧＭＩは正規化された値であり、とり得る最大値は１である。ＮＧＭＩ値が大きいほど、誤り訂正符号の復号精度が良い。ＮＧＭＩの具体的な算出方法については後述する。
【００２０】
取得されたＮＧＭＩの値は、光通信装置１０Ａにフィードバックされる。フィードバックの機構としては、ネットワーク上の制御装置に通知する構成てもよいし（ステップ（２ａ））、光通信装置１０Ｂの送信端に転送されて（ステップ２（ｂ））、送信端から光通信装置１０Ａに通知する構成でもよい。
【００２１】
モニタされたＮＧＭＩ値がネットワーク上の制御装置に通知される場合は、モニタ値に基づいてネットワークで実効的な情報レート（ＩＲ）が設定されてもよい。実効的な情報レートとは、有用なデータストリームの割合であり、符号レートがｋ／ｎの場合、有用データｋビットごとに合計ｎシンボルの情報が生成される。
【００２２】
送信端に転送されたＮＧＭＩ値は、送信端デジタル信号処理回路１２０によって、光伝送路３を介して光通信装置１０Ａに送信される（ステップ（３））。光通信装置１０Ａに通知されるＮＧＭＩ値は、ＯＴＵ  ＯＨ（Optical-channel  Transport  Unit  Overhead：光伝送ユニットオーバーヘッド）やＳＶ（Supervisory：監視制御）光に含まれて送信されてもよいし、後述するようにデータ信号に埋め込まれてもよい。
【００２３】
光通信装置１０Ａの受信端デジタル信号処理回路１１０Ａは、受信したＮＧＭＩ値を送信端デジタル信号処理回路１２０Ａに転送する（ステップ（４））。
【００２４】
送信端デジタル信号処理回路１２０Ａは、ＮＧＭＩに基づいて確率論的シェイピング（Probabilistic  Shaping：以下、適宜「ＰＳ」と略称する）のエントロピーを設定する(ステップ（５）)。ＰＳは、多値変調を用いた光信号の処理方法のひとつであり、有限個の離散的な送信シンボルの集合に、意図的に確率分布を与える手法である。
【００２５】
図３は、ＰＳを説明する概念図である。図示の便宜上、ＩＱ平面上のＩ軸またはＱ軸への射影成分のヒストグラムの形で描かれているが、実際は、ＩＱ平面の均一なグリッド上のコンスタレーション点ごとにＩＱ平面と垂直な方向にヒストグラムが分布する３次元的な確率分布である。この意味で、ＰＳは、確率論的コンスタレーションシェイピングと呼ばれることもある。
【００２６】
ＰＳを適用しない場合、デジタルコヒーレント伝送ではＩＱ平面上でコンスタレーション点は均一な確率分布を持つ。ＰＳを適用する場合、送信シンボルの集合に対して、ＩＱ平面上の中心で最大値をとる正規分布に一致させることが多い。このとき、正規分布の分散を変化させることで実効的な情報レートを細かい粒度で設定することができる。なお、受信側でモニタされるＮＧＭＩは、ＰＳの適用の有無にかかわらず、誤り訂正符号の復号性能を精度良く示す統一的な指標である。
【００２７】
実効的な情報レートを小さくすることで、コンスタレーション点の確率分布は、変調シンボルの中心で高い頻度を持つ鋭い正規分布をとり、ノイズ耐力が向上する。
【００２８】
図２に戻って、エントロピーが調整されたＰＳが適用された主信号が、光伝送路２を介して、光通信装置１０Ｂに送信される（ステップ（６））。
【００２９】
光通信装置１０Ｂから光通信装置１０Ａに光信号が送信される場合も、上記と同じ処理が行われる。運用中に上記の処理が行われる場合は、上記の処理と平行して、光通信装置１０Ａと光通信装置１０Ｂの間でネットワーク信号の送受信が行われ、受信端デジタル信号処理回路１１０Ａ及び１１０Ｂによって復号されたクライアント信号は、クライアント側に出力される。送信端デジタル信号処理回路１２０Ａ及び１２０Ｂに入力されたクライアント信号は、ネットワーク側のフレーム形式に変換されて光伝送路２及び３に出力される。
【００３０】
上記の処理が接続確立時などの非運用時に行われる場合は、疑似ランダムビットシーケンス等のテスト信号を用いてＮＧＭＩをモニタして、ＰＳに適切な情報レートを設定してもよい。
【００３１】
図４は、光通信装置１０の受信端デジタル信号処理回路１１０のブロック図である。受信端デジタル信号処理回路１１０は、偏波分離及び復調部１１１、固定マルチプレクサ（図中、「Ｍｕｘ」と表記）１１２、ＦＥＣデコーダ１１３、固定デマルチプレクサ（図中、「Ｄｅ−Ｍｕｘ」と表記）１１４、Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈ、及びＶ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖを有する。受信端デジタル信号処理回路１１０はさらに、Ｈ偏波用の分布デマッチャ（distribution  dematcher）１１７Ｈ、Ｖ偏波用の分布デマッチャ１１７Ｖ、可変マルチプレクサ１１８、及びデフレーマ１１９を有する。ここで、分布デマッチャ１１７Ｈ及び１１７Ｖは、分布マッチングの逆変換処理（inverse  distribution  matching）を行う機能を持ち、確率論的に強度分布がシェイピングされたシンボルを、シェイピング前のデータビット列に戻す処理を行う。  
光伝送路２または３から受信された光信号は、光通信装置１０の光電気変換部１３０で電気信号に変換され、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３１でデジタルサンプリングされて、受信端デジタル信号処理回路１１０に入力される。
【００３２】
入力されたデジタル電気信号は、偏波分離及び復調部１１１でＨ偏波とＶ偏波に分離されて復調またはデマップされる。復調されたＨ偏波の受信信号とＶ偏波の受信信号は、固定マルチプレクサ１１２に入力されるとともに、Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈと、Ｖ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖにそれぞれ供給される。
【００３３】
固定マルチプレクサ１１２で、Ｈ偏波の受信信号とＶ偏波の受信信号は、固定配分で合成されて、ＦＥＣデコーダ１１３で前方誤り訂正と復号処理を受ける。誤り訂正復号後の信号は、固定デマルチプレクサ１１４により、固定配分でＨ偏波成分とＶ偏波成分に分離され、それぞれＨ偏波用の分布デマッチャ１１７Ｈと、Ｖ偏波用の分布デマッチャ１１７Ｖに入力される。誤り訂正後の各偏波成分は、Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈと、Ｖ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖにも供給される。
【００３４】
Ｈ偏波用の分布デマッチャ１１７ＨとＶ偏波用の分布デマッチャ１１７Ｖに入力された誤り訂正後の各偏波成分は、Ｈ偏波とＶ偏波にそれぞれ割り当てられた情報レートの比率に応じたデータビット列に回復される。これらの処理は、それぞれ後述するＨ偏波用の分布マッチャ（distribution  matcher）１２３ＨとＶ偏波用の分布マッチャ１２３Ｖが行う処理の逆変換となっている。回復されたビット列は、可変マルチプレクサ１１８で多重され、デフレーマ１１９でクライアント側のフレーム形式に変換されて、出力される。
【００３５】
一方、Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈと、Ｖ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖに供給された各偏波成分は、ＮＧＭＩの算出に用いられる。
【００３６】
Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈは、２つの入力と１つの出力を有する。Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈの一方の入力は、偏波分離及び復調部１１１で分離され復調されたＨ偏波を受け取り、他方の入力は、固定デマルチプレクサ１１４で分離されたＨ偏波を受け取る。
【００３７】
偏波分離及び復調部１１１から供給されるＨ偏波は、誤り訂正前の受信ビットである。固定デマルチプレクサ１１４から供給されるＨ偏波は、誤り訂正され復号されたデータであり、Ｈ偏波での送信データに一致した期待値データとみなすことができる。Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｈは、受信データと期待値データ（送信データ）に基づいてＨ偏波のＮＧＭＩを算出し、算出されたＮＧＭＩ値を出力する。
【００３８】
Ｖ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖは、２つの入力と１つの出力を有する。Ｖ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖの一方の入力は、偏波分離及び復調部１１１で分離され復調されたＶ偏波を受け取り、他方の入力は、固定デマルチプレクサ１１４で分離されたＶ偏波を受け取る。
【００３９】
偏波分離及び復調部１１１から供給されるＶ偏波は、誤り訂正前の受信ビットである。固定でマルチプレクサ１１４から供給されるＶ偏波は、誤り訂正され復号されたデータであり、Ｖ偏波での送信データに一致した期待値データとみなすことができる。Ｖ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖは、受信データと期待値データ（復号された送信データ）に基づいてＶ偏波のＮＧＭＩを算出し、算出されたＮＧＭＩ値を出力する。
【００４０】
図５は、ＮＧＭＩモニタ１１５によるＮＧＭＩの算出を説明する図である。ＮＧＭＩモニタ１１５の一方の入力端子に、誤り訂正前の受信データが入力され、受信ビットの対数尤度比（ＬＬＲ：Log  Likely  Ratio）Ｌkが得られる。ＮＧＭＩモニタ１１５の他方の入力端子に、期待値データ、すなわち誤り訂正により復号されたデータが入力され、送信ビットＢkが得られる。ＮＧＭＩは、式（１）で求められる。
【００４１】
【数１】
2020136831.tif 000003
【００４２】
ここで、
ｍ：変調多値度
Ｘ：送信シンボル
Ｂk：ｋ番目の多値レベルに割り当てられた送信ビット
Ｌk：ｋ番目の多値レベルに割り当てられた受信ビットの対数尤度比（Log  Likely  Ratio  (LLR)）
Ｈ（α）：情報理論におけるランダム変数αのエントロピー
Ｈ（α｜β）：変数βの条件が付いたランダム変数αのエントロピー
Ｉ（α；β）：ランダム変数αとβの相互情報量
Ｐｒ（Ｃ）：状態Ｃが成り立っている確率である。
【００４３】
式（１）の場合、Ｈ（Ｘ）は、送信シンボルＸのエントロピー（情報量）、ＧＭＩは、送信ビットＢkと受信ビットのＬＬＲ（Ｌk）の相互情報量の総和である。ｋ番目の送信ビットＢkの取り得る値は「０」または「１」であり、Ｂk＝０が成り立つ確率（Ｐｒ（Ｂk＝０））と、Ｂk＝１が成り立つ確率（Ｐｒ（Ｂk＝１））の和は１である。
【００４４】
ＮＧＭＩは、送信シンボルＸのエントロピーＨ（Ｘ）とＧＭＩの差分を変調多値度ｍで除算した値を１から引き算して求められる。送信シンボルＸのエントロピーＨ（Ｘ）とＧＭＩの差が小さいほど、ＮＧＭＩは１に近づき、ＳＮＲが高くなる。
【００４５】
Ｈ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５ＨとＶ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖで、Ｈ偏波とＶ偏波のそれぞれについてＮＧＭＩ値を求める。求められたＮＧＭＩ値は、ネットワーク制御装置または相手側の光通信装置に送られる。
【００４６】
図６は、光通信装置１０の送信端デジタル信号処理回路１２０のブロック図である。送信端デジタル信号処理回路１２０は、フレーマ１２１、可変デマルチプレクサ１２２、Ｈ偏波用の分布マッチャ１２３Ｈ、Ｖ偏波用の分布マッチャ１２３Ｖ、固定マルチプレクサ１２４、ＦＥＣエンコーダ１２５、固定デマルチプレクサ１２６、変調部１２７、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１２８を有する。ここで、分布マッチャ１２３は非特許文献１におけるDistribution  matchingの変換処理を行う機能を持ち、データビット列の強度分布をシェイピングして、強度分布が均等ではないシンボル列に変換する。
【００４７】
フレーマ１２１は、クライアント側から入力される信号を、ネットワーク側のフレームフォーマットに変換する。フォーマット変換された信号は、可変デマルチプレクサ１２２によって、Ｈ偏波の信号成分とＶ偏波の信号成分に分離されて、Ｈ偏波用の分布マッチャ１２３ＨとＶ偏波用の分布マッチャ１２３Ｖにそれぞれ入力される。
【００４８】
Ｈ偏波用の分布マッチャ１２３Ｈには、相手側の光通信装置１０から送られてくるＨ偏波用のＮＧＭＩ値、またはＮＧＭＩ値に基づいて設定される情報レート（ＩＲH）が入力される。Ｖ偏波用の分布マッチャ１２３Ｖには、相手側の光通信装置１０から送られてくるＶ偏波用のＮＧＭＩ値、またはＮＧＭＩ値に基づいて設定される情報レート（ＩＲV）が入力される。
【００４９】
情報レートＩＲHとＩＲHは、送られてきたＮＧＭＩ値に基づいて当該光通信装置１０で設定されたものであってもよいし、ネットワーク上の制御装置でＮＧＭＩモニタ値に基づいて設定されたものであってもよい。
【００５０】
分布マッチャ１２３Ｈ及び１２３Ｖは、ＮＧＭＩ値または情報レートに基づいて、ＰＳのシェイピングの度合いを調整し、偏波ごとにＩＱ平面上の送信シンボルの確率分布を調整する。ＮＧＭＩ値が小さいとき（ＰＤＬ等の影響によりＳＮＲが悪いとき）は、情報レートを小さくして、均一的な確率分布をもった通常のＱＡＭシンボルの伝送よりも急峻な確率分布を生成して、ノイズ耐力を向上する。
【００５１】
ＩＲを小さくするということは、コンスタレーション上のシンボルの確率分布を原点または変調の中心で高い頻度をもつ鋭い正規分布に整形することを意味する。ＮＧＭＩ値が小さいときは、シェイピングの度合いを強めて、コンスタレーション平面の原点に近い信号点のデータを高い頻度で送信し、その他の信号点のデータ伝送の頻度を下げることで、信号品質を最適化する。
【００５２】
ＮＧＭＩ値が大きいとき（ＰＤＬ等の影響が少なくＳＮＲが良いとき）は、シェイピングの度合いを弱めて、より均一な確率分布にして情報レートを増大し、状態の良い偏波の利用効率を高める。
【００５３】
確率分布が整形された各偏波の信号成分は、固定マルチプレクサ１２４で合成され、ＦＥＣエンコーダ１２５で誤り訂正符号化処理を受ける。誤り訂正符号化された信号は、固定デマルチプレクサ１２６で再度、Ｈ偏波成分とＶ偏波成分に分離され、変調部１２７で偏波成分ごとに電界情報（位相及び振幅）にマッピングされる。電界情報にマッピングされたデジタル信号は、ＤＡＣ１２８でアナログ信号に変換され、アナログ信号が電気光変換部１４０に入力される。
【００５４】
電気光変換部１４０は公知の構成でよく、たとえば、アナログ信号から高速駆動信号を生成する変調器ドライバ、光変調器、光源等を含む。光変調器に入射する光は、変調器ドライバから入力される電気信号で入力データの論理値に応じた位相と振幅に変調されて光伝送路２または３に出力される。
【００５５】
光通信装置１０のこのような構成により、ＰＤＬ等の影響により偏波間の特性に差が生じる場合でも、偏波ごとの帯域を有効活用することができる。
【００５６】
図７は、Ｈ偏波とＶ偏波のＳＮＲに差があるときのＮＧＭＩの値をプロットした図である。横軸はＨ偏波の情報レートとＶ偏波の情報レートの比率（ＩＲH／（ＩＲH＋ＩＲV））であり、Probabilistic  Shapingにおける情報レートの配分を示している。
【００５７】
ＳＮＲの差(ΔＳＮＲ)は基準となるＳＮＲからの差分で表わされており、±０ｄＢ、±１ｄＢ、±２ｄＢ、±３ｄＢと４通りに変えてシミュレーションを行っている。基準のＳＮＲは８．８ｄＢとし、伝送路はＡＷＧＮ（Adaptive  White  Gaussian  noise）チャネルでモデル化している。
【００５８】
ΔＳＮＲ＝±０ｄＢのときは、ＳＮＲH＝８．８ｄＢ、ＳＮＲV＝８．８ｄＢ、
ΔＳＮＲ＝±１ｄＢのときは、ＳＮＲH＝９．８ｄＢ、ＳＮＲV＝７．８ｄＢ、
ΔＳＮＲ＝±２ｄＢのときは、ＳＮＲH＝１０．８ｄＢ、ＳＮＲV＝６．８ｄＢ、
ΔＳＮＲ＝±３ｄＢのときは、ＳＮＲH＝１１．８ｄＢ、ＳＮＲV＝５．８ｄＢ、
である。
【００５９】
この例では、ＩＲH＋ＩＲV＝ＩＲtotalを一定に維持したまま、ＩＲHとＩＲVの比率を変化させてΔＳＮＲを変えている。ＩＲH／（ＩＲH＋ＩＲV）＝０．５のときは、ＩＲH＝ＩＲVであり、偏波間で情報レート（ＩＲ）が等しく配分されている。
【００６０】
ＩＲH／（ＩＲH＋ＩＲV）＞０．５ならば、ＩＲH＞ＩＲVであり、Ｈ偏波にＶ偏波よりも多く情報レート（ＩＲ）が配分される。ＲH／（ＩＲH＋ＩＲV）＜０．５ならば、ＩＲH＜ＩＲVであり、Ｖ偏波にＨ偏波よりも多く情報レート（ＩＲ）が配分される。
【００６１】
ΔＳＮＲ＝±０ｄＢのときは、ＩＲH／（ＩＲH＋ＩＲV）＝０．５のときにＮＧＭＩが最も高くなっており、偏波間でＳＮＲの差がないときはＩＲを等しく配分すると伝送性能が最も良くなることがわかる。
【００６２】
ΔＳＮＲ＝±１ｄＢのときは、ＩＲH／（ＩＲH＋ＩＲV）＝０．５５付近でＮＧＭＩが最も高くなっており、Ｈ偏波にＩＲをやや多く配分すると伝送性能が最も良くなる。
【００６３】
ΔＳＮＲ＝±２ｄＢのときは、Ｈ偏波にＩＲをさらに多く配分すると伝送性能が良くなる。ΔＳＮＲ＝±３ｄＢのときは、今回シミュレーションで想定したモデルの限界までＨ偏波にＩＲを多く配分することでＮＧＭＩが改善し、ＩＲを変化させることによる効果が得られる。
【００６４】
ＦＥＣの性能によってエラーフリーで伝送可能になるＮＧＭＩの下限値があり、Ｈ偏波とＶ偏波のＮＧＭＩの合計が、この下限値以上であることを前提としている（ＮＧＭＩtotal≧ＮＧＭＩlimit）。
【００６５】
一般的には、Ｈ偏波とＶ偏波に等しい情報レートが設定され（ＩＲH／（ＩＲH＋ＩＲV）＝０．５）、これをデフォルト値として設定してもよい。ＰＤＬなどによってＨ偏波の信号とＶ偏波の信号に対する伝送路特性に差があるときは、各偏波でのＳＮＲが異なり、ＮＧＭＩモニタ値にも差が生じる。
【００６６】
実施形態のように、Ｈ偏波とＶ偏波に個別に情報レート（ＩＲ）を設定可能にすることで、ＩＲtotalを一定に維持して、偏波ごとのＩＲを変化させることができる。ただし、ＩＲHとＩＲVの調整は、Probabilistic  Shapingが適用されないときのＱＡＭシンボルのＩＲの範囲内での調整になる。
【００６７】
偏波間のＮＧＭＩ値の差、すなわち偏波間のＳＮＲの差の大きさに応じて、ＩＲHとＩＲVの比率を調整することで、Ｈ偏波とＶ偏波をインターリーブして合わせたときのＮＧＭＩを、調整前よりも大きくすることができる。ＮＧＭＩ値を高める方向に情報レート（ＩＲ）を設定することで、伝送性能を高め、かつ各偏波の帯域の利用効率を高めることができる。特に、調整後のＨ偏波のＮＧＭＩとＶ偏波のＮＧＭＩがほぼ等しくなるように各偏波のＩＲを調整することで、最も伝送効率が高くなる。
【００６８】
図７の特性は一例であるが、伝送路ごとにあらかじめ偏波間の差に応じて、ＮＧＭＩ等の指標値と情報レート（またはその比率）の関係を測定しておき、テーブル、チャート、関数等の適切な形式で光通信装置１０のメモリに保存しておいてもよい。そのようなメモリは、送信端または受信端のデジタル信号処理回路の内部に設けられていてもよいし、受信端と送信端のデジタル信号処理回路で共有されるメモリであってもよい。
【００６９】
＜送信端デジタル信号処理回路の変形例＞
図８は、変形例としての送信端デジタル信号処理回路２２０のブロック図である。送信端デジタル信号処理回路２２０は、フレーマ２２１、可変デマルチプレクサ２２２、Ｈ偏波用の分布マッチャ２２３Ｈ、Ｖ偏波用の分布マッチャ２２３Ｖ、合成配分が固定の固定マルチプレクサ２２４、ＦＥＣエンコーダ２２５、及びＩＲ制御部２２７を有する。ＦＥＣエンコーダ２２５よりも後段の構成は、図６の送信端デジタル信号処理回路１２０と同じである。
【００７０】
ＩＲ制御部２２７は、たとえば受信端から受け取った各偏波のＮＧＭＩ値に基づいて、可変デマルチプレクサ２２２の分岐割合と、Ｈ偏波用の分布マッチャ２２３Ｈ及びＶ偏波用の分布マッチャ２２３Ｖを制御する。フレーム変換された入力ビットの総数を２Ｍとすると、ＩＲ制御部２２７は、トータルの入力ビット数を２Ｍに保ちながら、各偏波のＮＧＭＩのモニタ値に応じて、Ｈ偏波の入力ブロック長（ビット長）ＭHと、Ｖ偏波の入力ブロック長（ビット長）ＭVを変化させる（ＭH＋ＭH＝２Ｍ）。
【００７１】
分布マッチャ２２３Ｈと分布マッチャ２２３Ｖの出力はＮビットに固定されており、ＭHとＭVを変化させても、変換レートが変わるだけで、固定マルチプレクサ２２４とＦＥＣエンコーダ２２５の処理に影響しない。Ｈ偏波での変換レートはＭH/Ｎ、Ｖ偏波の変換レートはＭV／Ｎとなる。可変デマルチプレクサ２２２は、ＭHとＭVの設定値に応じた割合で、入力ビットを分岐する。
【００７２】
送信側の分布マッチャ２２３と、受信側の分布デマッチャ１１７（図４参照）は、同じＭHとＭHの値を用いて変換処理を行うので、新たに設定されたＭHとＭVの値（情報レートに相当する）は、通信相手の光通信装置１０に通知される。たとえば、ＭHとＭVの値を変換後のＮビットの送信データに埋め込んでもよい。
【００７３】
図９は、分布マッチャ２２３の出力データ形式の模式図である。時間軸に沿った出力データを示している。図９では、各偏波でＮビットごとにＭHまたはＭVの設定値が埋め込まれているが、この例に限定されず、予め決められたＮの整数倍の適切な間隔でＭHとＭVの設定値を埋め込んでもよい。この場合、ＭHとＭVの設定値が埋め込まれたフレームＩＤも相手側の光通信装置１０に送信される。
【００７４】
変形例の場合、図４の受信側では、ＦＥＣデコーダ１１３でＭHとＭVの設定値が復号され、分布デマッチャ１１７Ｈと分布デマッチャ１１７Ｖ、及び可変マルチプレクサ１１８に復号されたＭH及びＭVの設定値が通知される。
【００７５】
分布デマッチャ１１７Ｈと分布デマッチャ１１７Ｖは、通知されたＭHとＭVの変換レートＭH/Ｎ、及びＭV／Ｎに基づいて、復号された各偏波の信号を情報レートに応じたデータビット列に復元する。可変マルチプレクサ１１８は、ＭHとＭVの比率に応じた配分でＨ偏波とＶ偏波を合成する。
【００７６】
図１０は、実施形態の構成の効果を説明する図である。偏波ごとのＮＧＭＩのモニタ値に応じてコンスタレーション上の確率分布がシェイピングされる。たとえば、Ｈ偏波の信号のＳＮＲが良い（ＮＧＭＩのモニタ値が大きい）場合、情報レートＩＲHを大きくして（シェイピングの度合いを小さくして）、コンスタレーション平面上の信号点の確率分布の変化を小さくする。受信側でのＨ偏波の射影成分の分布の分散が小さく、かつ各射影成分が互いに独立して、伝送路容量のマージンが有効活用されている。
【００７７】
Ｖ偏波では受信信号のＳＮＲが悪いため、情報レートＩＲVを小さくして（シェイピングの度合いを強めて）、コンスタレーション平面上の信号点の確率分布を、原点を中心とするより急峻なガウス分布に調整する。これによってＳＮＲ耐力を向上することができる。
【００７８】
調整後のＨ偏波とＶ偏波をインターリーブすると、情報量を維持しつつ、ヒストグラムの根元部分で分布の重なりを小さくして、受信側でのエラーを低減することができる。Ｈ偏波とＶ偏波のトータルの情報レートＩＲtotalを一定に保って偏波ごとにＩＲを調整することで、光信号自体のボーレートを変えずに、デジタル信号プロセッサでの処理だけで、伝送性能を高めることができる。
【００７９】
実施形態の構成は、ＮＧＭＩの改善効果と、ＰＤＬの影響低減効果だけではなく、偏波消光比（ＰＥＲ：Polarization  Extinction  Ratio）等、偏光に依存する他の光学特性の改善にも効果がある。また、電気的特性による偏波間のアンバランスなＳＮＲ劣化に対しても改善効果がある。
【００８０】
運用中に、一定間隔または何らかのイベントの発生（ＮＧＭＩモニタ値が閾値以下になるなど）をトリガとして、対向する光通信装置１０のＮＧＭＩのモニタ結果を反映させることで、時間変化するＳＮＲの変化に対応することもできる。
【００８１】
＜オプション１＞
図１１は、実施形態のオプション１の受信端デジタル信号処理回路２１０を示す。初期接続時、保守点検時などの非運用時に、ＰＲＢＳなどの既知のテスト信号を用いる場合、ＦＥＣデコーダの出力に替えて、既知信号の検出データを期待値データとして用いてもよい。
【００８２】
偏波分離及び復調部２１１、固定マルチプレクサ２１２、ＦＥＣデコーダ２１３、固定デマルチプレクサ２１４、分布デマッチャ２１７Ｈ及び２１７Ｖ、可変マルチプレクサ２１８、及びデフレーマ２１９の動作は、図４の対応する機能ブロックの動作と同じであり重複する説明を省略する。
【００８３】
偏波分離及び復調部２１１で分離され復調されたＨ偏波とＶ偏波は、それぞれＮＧＭＩモニタ２１５ＨとＮＧＭＩモニタ２１５Ｖに入力されるとともに、硬判定回路２１１Ｈと硬判定回路２１１Ｖに入力される。
【００８４】
硬判定回路２１１Ｈは、Ｈ偏波の信号を「０」、「１」で二値化されたビット系列に硬判定する。硬判定回路２１１Ｖは、Ｖ偏波の信号を「０」、「１」で二値化されたビット系列に硬判定する。
【００８５】
ＰＲＢＳ同期回路２１２Ｈは、硬判定されたＨ偏波のビット系列を、既知の同期ワード（ＰＲＢＳ）のビット系列とビット単位で比較して、ビット相関をとる。ビット相関が所定の閾値を超えたとき（たとえば、一致するビットの数が閾値を超えたとき）に、同期がとれたと判定して、同期したＰＲＢＳ系列をＮＧＭＩモニタ２１５Ｈの他方の入力に接続する。この同期系列は、送信ＰＲＢＳに一致した期待値データとみなされ得る。
【００８６】
ＰＲＢＳ同期回路２１２Ｖは、硬判定されたＶ偏波のビット系列を、既知の同期ワード（ＰＲＢＳ）のビット系列とビット単位で比較して、ビット相関をとる。ビット相関が所定の閾値を超えたとき（たとえば、一致するビットの数が閾値を超えたとき）に、同期がとれたと判定して、同期したＰＲＢＳ系列をＮＧＭＩモニタ２１５Ｖの他方の入力に接続する。この同期系列は、送信ＰＲＢＳに一致した期待値データとみなされ得る。
【００８７】
ＮＧＭＩモニタ２１５ＨとＮＧＭＩモニタ２１５Ｖは、図５で説明したように、２つの入力、すなわち復調された受信ビット対数尤度比（ＬＬＲ）と、硬判定された既知信号の期待値データに基づいて、各偏波のＮＧＭＩを算出し、出力する。出力されたＨ偏波とＶ偏波のＮＧＭＩモニタ値は、送信端回路に転送されて光伝送路で接続相手の光通信装置１０に送信されてもよいし、ネットワーク上の制御装置に送られてもよい。
【００８８】
接続相手の光通信装置１０の送信端デジタル信号処理回路のＩＲ制御部２２７（図８参照）、またはネットワーク上の制御装置は、各偏波のＮＧＭＩモニタ値に基づき、ＮＧＭＩ値が最適になるようにＨ偏波とＶ偏波の情報レートの比率を調整する。ＮＧＭＩ値の低い偏波の情報レートＩＲを小さくし、ＮＧＭＩ値の高い偏波の情報レートＩＲを高くする。
【００８９】
この構成によって、非運用時にそのときの伝送路の状態を反映して、偏波ごとに伝送性能を最適化し、各偏波の帯域の利用効率を高めることができる。
【００９０】
＜オプション２＞
図１２は、実施形態のオプション２の受信端デジタル信号処理回路３１０を示す。オプション２では、ＮＧＭＩに替えて、Ｑ値またはPre-FEC  BERを復号性能の指標としてモニタする。
【００９１】
受信端デジタル信号処理回路３１０は、図４の受信端デジタル信号処理回路１１０のＨ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５ＨとＶ偏波用のＮＧＭＩモニタ１１５Ｖに替えて、Ｑ値モニタ３１５ＨとＱ値モニタ３１５Ｖを有する。
【００９２】
Ｈ偏波用のＱ値モニタ３１５Ｈの一方の入力は、偏波分離及び復調部３１１で分離され復調されたＨ偏波の受信ビットの対数尤度比を受け取り、他方の入力は、ＦＥＣデコーダ３１３で誤り訂正復号され固定デマルチプレクサ３１４にて固定配分で分離されたＨ偏波の期待値データ（送信ビット）を受け取る。
【００９３】
Ｑ値モニタ３１５Ｈは、受信データと期待値データ（送信データ）に基づいてＨ偏波のＱ値を算出し、算出されたＱ値を出力する。
【００９４】
Ｖ偏波用のＱ値モニタ３１５Ｖの一方の入力は、偏波分離及び復調部３１１で分離され復調されたＶ偏波の受信ビットの対数尤度比を受け取り、他方の入力は、ＦＥＣデコーダ３１３で誤り訂正復号され固定デマルチプレクサ３１４にて固定配分で分離されたＨ偏波の期待値データ（送信ビット）を受け取る。
【００９５】
Ｑ値モニタ３１５Ｖは、受信データと期待値データ（送信データ）に基づいてＶ偏波のＱ値を算出し、算出されたＱ値を出力する。
【００９６】
Ｑ値は、受信データの振幅（１回の変調で系に蓄えられるエネルギー）を、受信ビットの振幅のばらつき（系から逸脱するエネルギー）で割ったものである。受信ビットの振幅のばらつきが大きくなるとＱ値は下がり、信号品質の低下を意味する。
【００９７】
出力された各偏波のＱ値は、送信端回路に転送され、光伝送路２または３で相手側の光通信装置１０に送信されてもよいし、光ネットワーク上の制御装置に供給されてもよい。
【００９８】
複合性能の指標としてPre-FEC  BERを用いる場合は、ＦＥＣデコーダ３１３によって出力される復号前のビットエラーレートを用いる。
相手側の光通信装置１０の送信端デジタル信号処理回路のＩＲ制御部２２７（図８参照）、またはネットワーク上の制御装置は、各偏波のＱ値に基づき、Ｑ値が最適になるようにＨ偏波とＶ偏波の情報レートの比率を調整する。たとえば、Ｑ値の低い偏波の情報レートＩＲを小さくし、Ｑ値の高い偏波の情報レートＩＲを高くする。これにより、伝送性能を改善し、各偏波の帯域の利用効率を高めることができる。
【００９９】
＜オプション３＞
図１２は、実施形態のオプション３の受信端デジタル信号処理回路４１０を示す。オプション３では、Ｈ偏波とＶ偏波だけではなく、Ｉ軸とＱ軸も区別してモニタし、ＰＳを設定する。この場合、図４の光電気変換部１３０は、たとえば９０°ハイブリッド光ミキサによって、Ｈ偏波とＶ偏波のそれぞれについてＩ軸成分とＱ軸成分を検波し、ＡＤＣ１３１は、検波された４つのアナログ出力のそれぞれをデジタルサンプリングする。
【０１００】
受信端デジタル信号処理回路４１０は、４つのＮＧＭＩモニタ４１５ＨＩ、４１５ＨＱ、４１５ＶＩ、及び４１５ＶＱと、４つの分布デマッチャ４１７ＨＩ、４１７ＨＱ、４１７ＶＩ、及び４１７ＶＱを有する。
【０１０１】
Ｈ，Ｖ偏波Ｉ−Ｑ成分分離及び復調部４１１は、入力されたデジタル信号から、Ｈ偏波のＩ成分、Ｈ偏波のＱ成分、Ｖ偏波のＩ成分、及びＶ偏波のＩ成分を分離し復調して、各復調成分を固定マルチプレクサ４１２に供給するとともに、それぞれＮＧＭＩモニタ４１５ＨＩ、４１５ＨＱ、４１５ＶＩ、及び４１５ＶＱに入力する。
【０１０２】
固定マルチプレクサ４１２は、入力されたＨ偏波のＩ成分、Ｈ偏波のＱ成分、Ｖ偏波のＩ成分、及びＶ偏波のＩ成分を固定配分で合成し、ＦＥＣデコーダ４１３で誤り訂正復号し、復号結果を固定デマルチプレクサ４１４に供給する。
【０１０３】
固定デマルチプレクサ４１４は、復号された信号を固定配分でＨ偏波のＩ成分、Ｈ偏波のＱ成分、Ｖ偏波のＩ成分、及びＶ偏波のＩ成分に分岐して、各復号成分を、対応する分布デマッチャ４１７ＨＩ、４１７ＨＱ、４１７ＶＩ、及び４１７ＶＱに入力する。これとともに、各復号成分は、ＮＧＭＩモニタ４１５ＨＩ、４１５ＨＱ、４１５ＶＩ、及び４１５ＶＱの他方の入力端子に供給される。
【０１０４】
各ＮＧＭＩモニタ４１５ＨＩ、４１５ＨＱ、４１５ＶＩ、及び４１５ＶＱは、復調された各成分の受信データと、誤り訂正復号後の期待値データ（送信データ）に基づいて、各成分のＮＧＭＩを算出し、出力する。
【０１０５】
一方、誤り訂正復号処理を受けた各成分のデータは、対応する分布デマッチャ４１７ＨＩ、４１７ＨＱ、４１７ＶＩ、及び４１７ＶＱで、配分されている情報レートに応じたデータビット列に復元される。これらのデータビット列は、可変マルチプレクサ４１８によって可変の配分で多重され、デフレーマ４１９でクライアント側のフレームフォーマットに変換される。
【０１０６】
この構成では、光電気変換部で検波される成分ごとにＮＧＭＩをモニタし、４つの成分ごとに最適なＰＳを設定することで、伝送性能を向上し、各偏波帯域を最大限に利用することができる。
【０１０７】
図１４は、図１３の構成に対応する送信端デジタル信号処理回路４２０のブロック図である。送信端デジタル信号処理回路４２０では、可変デマルチプレクサ４２２と、固定マルチプレクサ４２４の間に、４つの分布マッチャ４２３ＨＩ、４２３ＨＱ、４２３ＶＩ、４２３ＶＱが設けられている。
【０１０８】
フレーマによってクライアント側のフレームフォーマットからネットワーク側のフレームフォーマットに変換された信号は、可変デマルチプレクサ４２２によって、可変のビット配分でＨ偏波のＩ成分、Ｈ偏波のＱ成分、Ｖ偏波のＩ成分、及びＶ偏波のＱ成分に分岐される。
【０１０９】
各分布マッチャ４２３ＨＩ、４２３ＨＱ、４２３ＶＩ、４２３ＶＱには、対応する成分のＮＧＭＩモニタ値、またはＩＲ比率が供給され、ＮＧＭＩモニタ値またはＩＲ比率に応じて、ＰＳのシェイピング度合が調整される。
【０１１０】
各成分のＩＲ比率は、たとえば、（ＩＲHI／（ＩＲHI＋ＩＲHQ＋ＩＲVI＋ＩＲVQ））、（ＩＲHQ／（ＩＲHI＋ＩＲHQ＋ＩＲVI＋ＩＲVQ））、（ＩＲVI／（ＩＲHI＋ＩＲHQ＋ＩＲVI＋ＩＲVQ））、及び（ＩＲVQ／（ＩＲHI＋ＩＲHQ＋ＩＲVI＋ＩＲVQ））で表されてもよい。ＮＧＭＩモニタ値が大きくＳＮＲまたは伝送状態が良好な場合は、ＩＲ比率が大きく設定される。ＮＧＭＩモニタ値が小さく、ＳＮＲまたは伝送状態が悪い場合は、ＩＲ値が小さく設定されてシェイピングの度合いが強められる。
【０１１１】
各分布マッチャ４２３ＨＩ、４２３ＨＱ、４２３ＶＩ、４２３ＶＱにＩＲ比率自体が入力される場合は、通信相手側から受け取った各成分のＮＧＭＩモニタ値に基づいて、この光通信装置１０で算出されたものであってもよいし、ネットワークで算出されたものであってもよい。また、図８と同様に、可変デマルチプレクサ４２２と、４つの分布マッチャ４２３ＨＩ、４２３ＨＱ、４２３ＶＩ、４２３ＶＱに、設定されるＩＲを制御するＩＲ制御部が設けられていてもよい。この場合、入力ブロックのビット長を、ＫHI＋ＫHQ＋ＫVI＋ＫVQ＝４Ｋの一定に保ちながら、ＩＲ比率に応じてＫHI、ＫHQ、ＫVI、ＫVQを変化させる構成にしてもよい。
【０１１２】
固定マルチプレクサ４２４、ＦＥＣエンコーダ４２５、固定デマルチプレクサ４２６、変調部４２７、ＤＡＣ４２８の動作は、分岐する成分の数が４つになったことを除いて、図８と同様である。各分布マッチャ４２３ＨＩ、４２３ＨＱ、４２３ＶＩ、４２３ＶＱの出力はＮビットに固定されているため、ｋビット長を変化させても、後段の処理に影響はない。
【０１１３】
オプション３の構成により、偏波ごと、かつ多重される位相成分ごとに最適な情報レートまたは確率分布にシェイピングされて、伝送性能の向上と、帯域の有効利用が実現される。
【０１１４】
以上、特定の実施例に基づいて本発明を説明してきたが、本発明は上記の構成例に限定されるものではない。たとえば、Ｈ偏波とＶ偏波のトータルの情報レートを一定にして偏波ごとの情報レートを調整する構成に替えて、実際の伝送路の品質または状態に応じて、トータルの情報レートＩＲtotalを最適に制御しつつ、偏波ごとの情報レートを調整する構成にしてもよい。この場合は、受信側でも制御後の各偏波の情報レートだけではなく、トータルの情報レートＩＲtotalを共有すればよい。
【０１１５】
非運用中のＮＧＭＩモニタへの期待値入力（図１１）と、運用中のＮＧＭＩモニタへの期待値入力（図４等）を切り替え可能に構成してもよい。非運用中は、硬判定で得られる既知信号の検出値を各偏波の期待値データとしてＮＧＭＩモニタの他方の入力に接続し、運用中は、ＦＥＣデコーダの出力を期待値データとしてＮＧＭＩモニタの他方の入力に接続するように切り換え可能にしてもよい。
【０１１６】
ＮＧＭＩのモニタ値の送信側へのフィードバック機構は、送信端のＤＳＰから光伝送路を介して相手側の光通信装置１０に送信する構成でもよいし、ネットワークインタフェースを介してネットワーク上の制御装置に通知し、制御装置から相手側の光通信装置１０に情報レート比率等を指示する構成であってもよい。光伝送路で直接相手側の光通信装置１０に通知する場合は、データ信号に埋め込めんで送信してもよいし、オーバヘッドやＳＶ光に載せて通知してもよい。
【０１１７】
基本構成とオプション１〜３の中から２つ以上を組み合わせてもよい。オプション１〜３の受信端デジタル信号処理回路２１０、３１０、４１０において、各分布デマッチャと可変デマルチプレクサに、送信側で設定された各成分のＩＲ比率または変換比（Ｍ／Ｎ）を通知する制御部を設けてもよい。
【０１１８】
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
第１の偏波で搬送される第１の信号をモニタして前記第１の信号の伝送特性を示す第１のモニタ値を出力する第１のモニタと、
前記第１の偏波と直交する第２の偏波で搬送される第２の信号をモニタして前記第２の信号の伝送特性を示す第２のモニタ値を出力する第２のモニタと、
前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値を通信相手の装置にフィードバックする機構と、
を有する光通信装置。
（付記２）
前記第１のモニタは、誤り訂正復号処理を受ける前の前記第１の信号の受信ビットと、前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第１の信号の期待値データとに基づいて前記第１のモニタ値を出力し、
前記第２のモニタは、前記誤り訂正復号処理を受ける前の前記第２の信号の受信ビットと、前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第２の信号の期待値データとに基づいて、前記第２のモニタ値を出力する付記１に記載の光通信装置。
（付記３）
前記第１の信号と前記第２の信号に誤り訂正復号処理を施すデコーダと、
前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第１の信号を、前記第１のモニタ値を反映して前記第１の信号に配分されている第１の情報量の第１データビット列に回復する第１のデマッチャと、
前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第２の信号を、前記第２のモニタ値を反映して前記第２の信号に配分されている第２の情報量の第２データビット列に回復する第２のデマッチャと、
を有する付記１または２に記載の光通信装置。
（付記４）
前記光通信装置は、非運用中に既知信号を受信し、
前記第１のモニタは、前記既知信号の前記誤り訂正復号処理を受ける前の第１成分の受信ビットと、前記第１成分の硬判定結果とに基づいて、前記第１のモニタ値を出力し、
前記第２のモニタは、前記既知信号の前記誤り訂正復号処理を受ける前の第２成分の受信ビットと、前記第２成分の硬判定結果とに基づいて、前記第２のモニタ値を出力する、
付記１〜３のいずれかに記載の光通信装置。
（付記５）
前記第１のモニタは、前記第１の信号の同相成分をモニタして前記第１のモニタ値を出力し、
前記第２のモニタは前記第２の信号の同相成分をモニタして第２のモニタ値を出力し、
前記第１の信号の直交位相成分をモニタして第３のモニタ値を出力する第３のモニタ、及び、
前記第２の信号の直交位相成分をモニタして第４のモニタ値(NGMIVQ)を出力する第４のモニタ、
をさらに有する付記１〜４のいずれかに記載の光通信装置。
（付記６）
前記第１のモニタ値は、前記第１の信号における第１の正規化された一般化相互情報量であり、前記第２のモニタ値は、前記第２の信号における第２の正規化された一般化相互情報量である付記１〜５のいずれかに記載の光通信装置。
（付記７）
互いに直交する第１の偏波と第２の偏波の間の伝送特性の差に応じて、前記第１の偏波で搬送される第１の信号のコンスタレーション上の確率分布に第１のシェイピングを施す第１のマッチャと、
前記伝送特性の差に応じて、前記第２の偏波で搬送される第２の信号のコンスタレーション上の確率分布に第２のシェイピングを施す第２のマッチャと、
を有する光通信装置。
（付記８）
前記伝送特性の差に応じて、前記第１の信号に配分される第１の情報レートと、前記第２の信号に配分される第２の情報レートを設定する制御部、
を有し、
前記第１のマッチャは前記第１の情報レートに従って前記第１のシェイピングを施し、
前記第２のマッチャは前記第２の情報レートに従って前記第２のシェイピングを施す、
付記７に記載の光通信装置。
（付記９）
前記制御部は、前記第１の情報レートと前記第２の情報レートのトータルの情報レートを一定に保って、前記第１の情報レートと前記第２の情報レートを変化させる、付記８に記載の光通信装置。
（付記１０）
前記第１の情報レートと前記第２の情報レートに従って送信ビット列を分岐する可変デマルチプレクサ、
を有し、前記可変デマルチプレクサで分岐された第１のビット列と第２のビット列が、前記第１のマッチャと前記第２のマッチャにそれぞれ入力される付記８または９に記載の光通信装置。
（付記１１）
前記第１の偏波と前記第２の偏波の間の前記伝送特性の差は、通信相手の装置またはネットワークからフィードバックされるモニタ情報によって示される付記７〜１０のいずれかに記載の光通信装置。
（付記１２）
第１の光通信装置と、
光伝送路によって前記第１の光通信装置と接続される第２の光通信装置と、
を有し、
前記第２の光通信装置で、第１の偏波の受信信号の第１の伝送特性と、前記第１の偏波と直交する第２の偏波の受信信号の第２の伝送特性をモニタし、
前記第１の光通信装置は、前記第２の光通信装置で得られたモニタ結果に基づいて、前記第１の偏波で送信される第１の信号のコンスタレーション上の確率分布と、前記第２の偏波で送信される第２の信号のコンスタレーション上の確率分布をシェイピングする、光伝送システム。
（付記１３）
前記第２の光通信装置は、前記第１の伝送特性を示す第１のモニタ値と、前記第２の伝送特性を示す第２のモニタ値を、前記光伝送路を介して前記第１の光通信装置に通知し、
前記第１の光通信装置は、前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値に従って、前記シェイピングを行う付記１２に記載の光伝送システム。
（付記１４）
前記第２の光通信装置は、前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値に基づいて、前記第１の信号と前記第２の信号のトータルの情報量を一定に保ったまま、前記第１の信号に配分される第１の情報レートと前記第２の信号に配分される第２の情報レートを変更する付記１３に記載の光伝送システム。
（付記１５）
前記第２の光通信装置は、前記第１の伝送特性を示す第１のモニタ値と、前記第２の伝送特性を示す第２のモニタ値をネットワーク上の制御装置に通知し、
前記第１の光通信装置は、前記制御装置から、前記第１の信号に配分される第１の情報レートと、前記第２の信号に配分される第２の情報レートを受け取り、前記第１の情報レートと前記第２の情報レートに従って、前記シェイピングを行う付記１２に記載の光伝送システム。
（付記１６）
光通信装置で、第１の偏波で搬送された第１の受信信号をモニタして、前記第１の受信信号の伝送特性を示す第１のモニタ値を出力し、
前記第１の偏波と直交する第２の偏波で搬送された第２の受信信号をモニタして、前記第２の受信信号の伝送特性を示す第２のモニタ値を出力し、
前記第１のモニタ値と前記第２のモニタ値で示される情報を通信相手の装置にフィードバックする光通信方法。
（付記１７）
前記第１のモニタ値は、誤り訂正復号処理を受ける前の前記第１の受信信号と、前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第１の受信信号の期待値データとに基づいて生成され、
前記前記第２のモニタ値は、前記誤り訂正復号処理を受ける前の前記第２の受信信号と、前記誤り訂正復号処理を受けた後の前記第２の受信信号の期待値データとに基づいて生成される、付記１６に記載の光通信方法。
（付記１８）
光通信装置で、互いに直交する第１の偏波と第２の偏波の間の伝送特性の差に応じて、前記第１の偏波で搬送される第１の信号のコンスタレーション上の確率分布に第１のシェイピングを施し、
前記伝送特性の差に応じて、前記第２の偏波で搬送される第２の信号のコンスタレーション上の確率分布に第２のシェイピングを施す光通信方法。
（付記１９）
前記伝送特性の差に応じて、前記第１の信号に配分される第１の情報レートと、前記第２の信号に配分される第２の情報レートを設定し、
前記第１の情報レートに従って前記第１のシェイピングを施し、
前記第２の情報レートに従って前記第２のシェイピングを施す、付記１８に記載の光通信方法。
（付記２０）
前記第１の情報レートと前記第２の情報レートのトータルの情報レートを一定に保ったまま、前記第１の情報レートと前記第２の情報レートを変化させる、付記１９に記載の光通信方法。
【符号の説明】
【０１１９】
１  光伝送システム
１０、１０Ａ、１０Ｂ  光通信装置
１１０、２１０、３１０、４１０  受信端デジタル信号処理回路
１１５Ｈ、１１５Ｖ、２１５Ｈ、２１５Ｖ、４１５ＨＩ、４１５ＨＱ、４１５ＶＩ、４１５ＶＱ  ＮＧＭＩモニタ
１１７Ｈ、１１７Ｖ、２１７Ｈ、２１７Ｖ、３１７Ｈ、３１７Ｖ、４１７ＨＩ，４１７ＨＱ、４１７ＶＩ、４１７ＶＱ  分布デマッチャ
１２０、２２０、４２０  送信端デジタル信号処理回路
１２３Ｈ，１２３Ｖ，２２３Ｈ、２２３Ｖ、４２３ＨＩ，４２３ＨＱ，４２３ＶＩ、４２３ＶＱ  分布マッチャ
３１５Ｈ、３１５Ｖ  Ｑ値モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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