(57)【要約】  送信部１と、受信部２と、を備える光変復調システムであって、送信シンボルとｍシンボル時間分前の差動化した送信シンボルを正規化した正規化差動シンボルとの複素積を求め変調信号とする乗算部１４と、差動化シンボルをｍシンボル時間分遅延させた遅延差動シンボルを求める遅延調整部１６と、遅延差動シンボルを強度方向について正規化する正規化部１５と、を備え、乗算部１４は、正規化部１５が正規化した遅延差動シンボルを前記正規化差動シンボルとし、受信部２は、受信した光信号に対してｍシンボル時間分の遅延検波を行い、電気信号に変換するフロントエンド部２１と、電気信号をシンボル複素電界の絶対値で除算する除算部２３と、除算部２３の除算結果に基づいて送信データの符号識別を行う識別部２４と、を備える。
2010082344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データを変調した変調信号を光信号に変換して送信する光送信手段と、前記光送信手段から送信された光信号を電気信号に変換して復調する光受信手段と、を備える光変復調システムであって、
前記光送信手段は、
送信符号系列を送信シンボルｄ（ｋ）（ｋは自然数）にマッピングするマッピング手段と、
送信シンボルｄ（ｋ）と、ｍ（ｍは自然数）シンボル時間分前の差動化した送信シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を正規化した正規化差動シンボルとの複素積を求め、前記複素積を前記変調信号とする乗算手段と、
差動化シンボルｄ´（ｋ）をｍシンボル時間分遅延させた遅延差動シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を求める遅延手段と、
前記遅延差動シンボルを強度方向について正規化する正規化手段と、
を備え、
前記乗算手段は、前記正規化手段が正規化した遅延差動シンボルを前記正規化差動シンボルとし、
前記光受信手段は、
受信した光信号ｒ（ｋ）に対してｍシンボル時間分の遅延検波を行い、遅延検波後の光信号を電気信号に変換する遅延検波手段と、
前記電気信号をシンボル複素電界の絶対値｜ｄ（ｋ−ｍ）｜で除算する除算手段と、
前記除算手段による除算結果に基づいて送信データの符号識別を行う識別手段と、
を備えることを特徴とする光変復調システム。
【請求項２】
前記除算手段は、前記符号識別の結果に基づいて前記絶対値｜ｄ（ｋ−ｍ）｜を求めることを特徴とする請求項１に記載の光変復調システム。
【請求項３】
前記識別手段は、
強度方向の符号識別を行うための強度復元手段と、
位相方向の符号識別を行うための位相識別手段と、
を備え、
前記除算手段は、前記強度復元手段による符号識別の結果に基づいて前記絶対値｜ｄ（ｋ−ｍ）｜を求めることを特徴とする請求項２に記載の光変復調システム。
【請求項４】
前記強度復元手段は、符号識別を最尤系列推定法に基づいて行うことを特徴とする請求項３に記載の光変復調システム。
【請求項５】
前記正規化手段、前記乗算手段および前記除算手段の一部または全部の処理を、ルックアップテーブルを用いて実施することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光変復調システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の光変復調システムと、
前記光変復調システムの光送信手段と光受信手段との通信を中継する光伝送手段と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項７】
送信データを変調した変調信号を光信号に変換して送信する光送信手段と、前記光送信手段から送信された光信号を電気信号に変換して復調する光受信手段と、を備える光変復調システムにおける光変復調方法であって、
前記光送信手段が、送信符号系列を送信シンボルｄ（ｋ）（ｋは自然数）にマッピングするマッピングステップと、
前記光送信手段が、送信シンボルｄ（ｋ）と、ｍ（ｍは自然数）シンボル時間分前の差動化した送信シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を正規化した正規化差動シンボルとの複素積を求め、前記複素積を前記変調信号とする乗算ステップと、
前記光送信手段が、差動化シンボルｄ´（ｋ）をｍシンボル時間分遅延させた遅延差動シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を求める遅延処理ステップと、
前記光送信手段が、前記遅延差動シンボルを強度方向について正規化する正規化ステップと、
前記光受信手段が、受信した光信号ｒ（ｋ）に対してｍシンボル時間分の遅延検波を行い、遅延検波後の光信号を電気信号に変換する遅延検波ステップと、
前記光受信手段が、前記電気信号をシンボル複素電界の絶対値｜ｄ（ｋ−ｍ）｜で除算する除算ステップと、
前記光受信手段が、前記除算ステップによる除算結果に基づいて送信データの符号識別を行う識別ステップと、
を含み、
前記乗算ステップでは、前記正規化手段が正規化した遅延差動シンボルを前記正規化差動シンボルとすることを特徴とする光変復調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を用いて通信を行う光変復調システム、光伝送システムおよび光変復調方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信により大容量通信を行うためには、占有帯域を広げることなく１波長当たりのビットレートを高速化する必要がある。これを実現するため、１シンボル当たりのビット数を増やす多値変復調方式が注目されている。このうち、受信側で信号光と遅延させた信号光とを干渉させることで元符号を復元する遅延検波方式では、受信側に局部発振光源を持つ同期検波方式に比べ受信側の構成・制御が簡素となる利点がある。【０００３】
光ファイバ通信における遅延検波方式では、通常Mach-Zehnder（ＭＺ）型遅延干渉計とツイン光子検出器（Twin-PD：Twin-photodetector）が用いられる。遅延検波を実施すると、光受信部に入力される光信号の複素電界ｒ（ｋ）（ｋは自然数）と、それを１タイムスロット分遅延させた光信号の電界の複素共役ｒ*（ｋ−１）（＊は、複素共役を表す）との積に比例する電気信号を出力する。遅延検波方式では、位相方向について差動化を行っておくことで復元を可能としている。【０００４】
一方、多値変調信号に対して遅延検波方式を実施する場合、強度積｜ｒ（ｋ）｜・｜ｒ（ｋ−１）｜に応じて信号点が多数に分離してしまい、別の符号系列であるのにも関わらず、あるタイムスロットで同じ信号点をとってしまう、信号点の縮退現象が生じる。このような信号点縮退を解決する方法として、たとえば、下記特許文献１、特許文献２および非特許文献１に示す技術が提案されている。【０００５】
下記特許文献１に記載の技術では、１６値（４ビット）ＡＰＳＫ（Amplitude  Phase  Shift  Keying）を採用する場合、位相方向には、前タイムスロットからの位相差に３ビット分の情報を割り当てる、通常の差動８相位相変調を行い、強度方向には、残る１ビットを用いて、所定の状態遷移図に従って強度が定められる差動強度変調を行う。このように、差動強度変調を行うことにより、信号点の縮退を防いでいる。【０００６】
また、特許文献１には、つぎのような別の技術も記載されている。光受信部に強度検出部を設けず、Ｉ成分とＱ成分の二乗和の平方根により得られる｜ｒ（ｋ）｜・｜ｒ（ｋ−１）｜を、１タイムスロット遅延させた｜ｒ（ｋ−１）｜で割ることにより、順次｜ｒ（ｋ）｜を復元していく方法である。これは、初期値｜ｒ（０）｜が適切に復元できれば｜ｒ（１）｜，｜ｒ（２）｜，…と順次復元することができる。【０００７】
非特許文献１に記載の技術では、１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ：１６  Quadrature  Amplitude  Modulation）を差動化するため、光送信部で位相を加算して伝送し、差動化した１６ＱＡＭ変調信号を送信する。光受信部は、フロントエンドとしてＭＺ型遅延干渉計とTwin-PDとＡ／Ｄ変換器とを２組備え、さらに、強度検出部を備える。２組のＭＺ型遅延干渉計とTwin-PDによる遅延干渉では、強度方向に前のタイムスロットとの干渉成分が残っているため、逆正接（arctan）演算により元位相差のみを復元し強度情報を捨てる。一方、強度検出部では、遅延干渉を行わずに元強度を復元する。そして、復元した元強度および元位相差に基づいて直交座標変換によりＩ成分とＱ成分に変換した後に符号識別を行う。【０００８】
特許文献２では、無線通信において、差動化しない１６ＱＡＭ変調信号を遅延検波した際に、元来１６点の信号が４０点に分裂し４０点中８点で信号点縮退が生じる問題を、無線通信において公知の技術であるViterbiアルゴリズムを用いることで符号識別可能とする技術が開示されている。【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００７／１３２５０３号公報
【特許文献２】特許３３６２８６４号公報
【非特許文献１】N.Kikuchi，S.Sasaki，“Incoherent  40-Gbit/s  16QAM  and  30-Gbit/s  staggered  8APSK（amplitude-  and  phase-shift  keying）signaling  with  digital  phase  pre-integration  technique”，IEEE  LEOS，summer  topicals，2008
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に記載の差動強度変調を行う従来技術は、強度方向に２値をとる変調方式に対して対応する技術である。そのため、強度方向に３値以上をとる変調方式に適用できない、という問題がある。【００１１】
また、上記特許文献１に記載の他方の技術は、初期値が正しく与えられた場合に、正しく復元できる技術であるが、初期値の正しい復元は困難である。そのため、誤差の伝播が容易に生じやすい、という問題がある。【００１２】
上記非特許文献１に記載の従来技術では、受信側のフロントエンドとして強度検出部が必要であり、光受信部構成が高価となり、かつ、複雑化する、という問題がある。また、信号点の縮退は同じ位相差が割り当てられた信号点の組でのみ生じるため、位相差のパターンが１２通りある１６ＱＡＭでは縮退は生じにくいが、遅延検波後の信号点が非常に近接する、という問題もある。【００１３】
また、特許文献２に記載の従来技術では、送信部で差動符号化を行わない方法である。そのため、受信部で信号点の縮退が非常に多く生じてしまい、受信部の処理負荷が高くなる、という問題がある。また、無線通信に比べて伝送速度の高速な光通信では、処理負荷が大きく十分有効な技術を与えるものではない、という問題がある。【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡素な受信部の構成で、強度方向に３値以上をとる変調方式にも対応でき、また、復元の誤差を低減することができる、光変復調システム、光伝送システムおよび光変復調方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、送信データを変調した変調信号を光信号に変換して送信する光送信手段と、前記光送信手段から送信された光信号を電気信号に変換して復調する光受信手段と、を備える光変復調システムであって、前記光送信手段は、送信符号系列を送信シンボルｄ（ｋ）（ｋは自然数）にマッピングするマッピング手段と、送信シンボルｄ（ｋ）と、ｍ（ｍは自然数）シンボル時間分前の差動化した送信シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を正規化した正規化差動シンボルとの複素積を求め、前記複素積を前記変調信号とする乗算手段と、差動化シンボルｄ´（ｋ）をｍシンボル時間分遅延させた遅延差動シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を求める遅延手段と、前記遅延差動シンボルを強度方向について正規化する正規化手段と、を備え、前記乗算手段は、前記正規化手段が正規化した遅延差動シンボルを前記正規化差動シンボルとし、前記光受信手段は、受信した光信号ｒ（ｋ）に対してｍシンボル時間分の遅延検波を行い、遅延検波後の光信号を電気信号に変換する遅延検波手段と、前記電気信号をシンボル複素電界の絶対値｜ｄ（ｋ−ｍ）｜で除算する除算手段と、前記除算手段による除算結果に基づいて送信データの符号識別を行う識別手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる光変復調システム、光伝送システムおよび光変復調方法は、受信した光信号を電気信号に変換した後、遅延処理後の強度レベルで電気信号を除算し、除算後の電気信号に基づいて符号を識別し、識別した符号情報に基づいて遅延処理後の強度レベルを求め、その強度レベルを除算演算にフィードバックするようにしたので、簡素な受信部の構成で、強度方向に３値以上をとる変調方式にも対応でき、また、復元の誤差を低減することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明にかかる光伝送システムの実施の形態１の構成例を示す図である。
【図２−１】図２−１は、生成した信号点配置例を示す図である。
【図２−２】図２−２は、差動化後の信号点配置例を示す図である。
【図２−３】図２−３は、遅延検波後の信号点配置例を示す図である。
【図３】図３は、光信号生成部の機能構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、フロントエンド部の機能構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２の光伝送システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  送信部
２，２ａ  受信部
３  伝送部
１１  信号点生成部
１２  光信号生成部
１３  マッピング部
１４  乗算部
１５  正規化部
１６，２６，５２，５４  遅延調整部
１７  絶対値演算部
１８，２３  除算部
２１  フロントエンド部
２２，２２ａ  後処理部
２４  識別部
２５  強度レベル出力部
３１  アップサンプラ
３２−１，３２−２  Ｄ／Ａ変換器
３３−１，３３−２  ドライバ
３４  光源
３５  変調器
４１，４２−１，４２−２，４５−１，４５−２  光分岐部
４３−１，４３−２  ＭＺ型遅延干渉計
４４−１，４４−２  遅延線
４６−１，４６−２  移相器
４７−１，４７−２  Twin-PD
４８−１，４８−２  Ａ／Ｄ変換部
５１  強度復元部
５３  位相識別部
５５  符号出力部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる光変復調システム、光伝送システムおよび光変復調方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光伝送システムの実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の光伝送システムは、外部より受け取った符号系列（送信データ）を光信号に変換して送信する送信部１と、受信した光信号に基づいて送信された符号系列を復元し、外部へ出力する受信部２と、送信部１から送信された光信号を中継し受信部２に出力する伝送部３と、で構成される。【００２１】
送信部１は、入力された符号系列に従って電気領域での信号点を生成する信号点生成部１１と、生成した信号点に基づいて光を変調して光信号を生成して出力する光信号生成部１２と、で構成される。また、信号点生成部１１は、マッピング部１３と、乗算部１４と、正規化部１５と、遅延調整部１６と、で構成され、正規化部１５は、さらに、絶対値演算部１７と除算部１８で構成される。【００２２】
受信部２は、入力された光信号に基づいて遅延検波を行い、遅延検波後の光信号を電気信号に変換し、さらにアナログ信号である電気信号をディジタル信号に変換して出力するフロントエンド部２１と、ディジタル信号に基づいて符号系列を復元し、外部へ出力する後処理部２２と、で構成される。また、後処理部２２は、除算部２３と、識別部２４と、強度レベル出力部２５と、遅延調整部２６と、で構成される。【００２３】
なお、数Ｇｂ／ｓ〜１００Ｇｂ／ｓ級の高速信号を取り扱う光信号では、電気信号処理への要求速度が高速化するため、本実施の形態では、１ビット遅延ではなく、一般化して、０より大きい整数ｍを用いて、ｍビット遅延の差動符号化および復号化を行うものとする。【００２４】
つづいて、本実施の形態の動作について説明する。まず、送信部１の動作について説明する。信号点生成部１１のマッピング部１３は、外部から入力された符号系列（多並列符号）Ｃ（ｋ）（ｋ＝０，１，２，３，…）をシンボル（複素電界ｄ（ｋ））に変換して乗算部１４に出力する。乗算部１４は、ｍ（ｍは、自然数）タイムスロット（タイムスロット＝シンボル継続時間Ｔ）前、すなわちｍＴ時間前の、差動化シンボルｄ´（ｋ−ｍ）を強度について正規化したｄ´（ｋ−ｍ）／｜ｄ´（ｋ−ｍ）｜を求め、以下の式（１）に示すように、求めた値とｄ（ｋ）との複素積として差動化シンボルｄ´（ｋ）を求め、正規化部１５に出力する。なお、ｄ´（ｋ−ｍ）／｜ｄ´（ｋ−ｍ）｜は、正規化部１５および遅延調整部１６で構成されるフィードバックループにより乗算部１４へ入力される。
ｄ´（ｋ）＝ｄ（ｋ）ｄ´（ｋ−ｍ）／｜ｄ´（ｋ−ｍ）｜    …（１）【００２５】
正規化部１５は、差動化シンボルｄ´（ｋ）を、強度についてｄ´（ｋ）／｜ｄ´（ｋ）｜として正規化する。遅延調整部１６は、乗算部１４からの出力に対するフィードバックループがｍタイムスロット、すなわちｍＴ遅延となるよう遅延を調整し、乗算部１４へ入力する。すなわち、この正規化部１５および遅延調整部１６の処理により、ｄ´（ｋ−ｍ）／｜ｄ´（ｋ−ｍ）｜が得られ、乗算部１４へ入力される。【００２６】
乗算部１４は、上記の式（１）に基づいて生成したｄ´（ｋ）について、Ｒｅ｛ｄ´（ｋ）｝＝ＩT（ｋ），Ｉｍ｛ｄ´（ｋ）｝＝ＱT（ｋ）を求め、ＩT（ｋ），ＱT（ｋ）を光信号生成部１２へ出力する。【００２７】
図２−１〜２−３は、本実施の形態の信号点配置の変化の一例を示す図である。ここでは、ｄ（ｋ）の生成に１６値直交振幅変調を用いた例を示す。図２−１はｄ（ｋ）の信号点配置例を示しており、図２−２は、これを差動化したｄ´（ｋ）の信号点配置例を示している。このとき、光信号の強度レベルは、Small，Nomal，Largeの３種類に分類されるとする。なお、図２−３は、後述の遅延検波後の信号点配置例を示している。【００２８】
つぎに、光信号生成部１２の動作について説明する。図３は、光信号生成部１２の機能構成の一例を示す図である。図３に示すように、光信号生成部１２は、アップサンプラ３１と、Ｄ／Ａ（Digital  to  Analog）変換器３２−１，３２−２と、ドライバ３３−１，３３−２と、光源３４と、変調器３５と、で構成される。【００２９】
光信号生成部１２のアップサンプラ３１は、信号点生成部１１から出力される信号点情報であるＩT（ｋ），ＱT（ｋ）を２倍にアップサンプリングを行い、アップサンプリング後のＩT（ｋ）（Ｉ成分）をＤ／Ａ変換器３２−１に出力し、アップサンプリング後のＱT（ｋ）（Ｑ成分）をＤ／Ａ変換器３２−２に出力する。Ｄ／Ａ変換器３２−１は、ディジタル値であるＩ成分をアナログ値に変換し、ドライバ３３−１が、アナログ値に変換されたＩ成分を変調器駆動に十分な振幅まで増幅する。同様に、Ｄ／Ａ変換器３２−２は、ディジタル値であるＱ成分をアナログ値に変換し、ドライバ３３−２が、アナログ値に変換されたＱ成分を変調器駆動に十分な振幅まで増幅する。【００３０】
変調器３５は、光源３４から出力される無変調（ＣＷ：Continuous  Wave）光を、ドライバ３３−１で増幅されたＩ成分およびドライバ３３−２で増幅されたＱ成分を用いて変調して光信号を生成し、生成した光信号を伝送部３へ出力する。【００３１】
Ｄ／Ａ変換器３２−１，３２−２のＤ／Ａ変換は、たとえば、６ビット分解能で実施する。また、たとえば、変調器３５にはDual  parallel  MZ（ＤＰＭＺ）変調器を用い、光源３４には、ＤＦＢアレイ型波長可変光源を用い、たとえば、１５５０ｎｍで発振するよう制御しておけばよい。ただし、これらは一例であり、Ｄ／Ａ変換、Ａ／Ｄ変換のビット分解能や用いる変調器や光源の種類や出力波長を限定するものではない。【００３２】
つぎに、受信部２の動作について説明する。まず、フロントエンド部２１の動作を説明する。図４は、フロントエンド部２１の機能構成の一例を示す図である。図４に示すように、フロントエンド部２１は、光分岐部４１と、ＭＺ型遅延干渉計４３−１，４３−２と、ツイン光子検出器（Twin-PD）４７−１，４７−２と、Ａ／Ｄ（Analog  to  Digital）変換部４８−１，４８−２と、で構成される。ＭＺ型遅延干渉計とTwin-PDは、光信号を遅延検波し、電気信号に変換する遅延検波手段として用いられる構成である。ここでは、遅延検波手段としてＭＺ型遅延干渉計とTwin-PDを用いる構成としたが、これに限らず同様の機能を有する遅延検波手段であればこれに限らず他の構成を用いてもよい。また、ＭＺ型遅延干渉計４３−１は、光分岐部４２−１と、遅延線４４−１と、光分岐部４５−１と、移相器４６−１と、で構成され、ＭＺ型遅延干渉計４３−２は、光分岐部４２−２と、遅延線４４−２と、光分岐部４５−２と、移相器４６−２と、で構成される。【００３３】
受信部２では、伝送部３から入力された光信号（複素電界ｒ（ｋ））を、光分岐部４１が複素電界ｒ（ｋ）／√２の信号に２分岐して、ＭＺ型遅延干渉計４３−１，４３−２にそれぞれ出力する。ＭＺ型遅延干渉計４３−１とTwin-PD４７−１は後述のように、入力された光信号の複素電界と、ｍタイムスロット遅延させた光信号の複素電界の複素共役との複素積の実数成分に比例した大きさの電気信号ＥI（ｋ）を求め、Ａ／Ｄ変換部４８−１が、アナログ値である電気信号ＥI（ｋ）をディジタル値ＩR（ｋ）に変換する。Ａ／Ｄ変換部４８−１は、ＩR（ｋ）を後処理部２２に出力する。【００３４】
ＭＺ型遅延干渉計４３−２とTwin-PD４７−２は、入力された光信号の複素電界と、ｍタイムスロット遅延させた光信号の複素電界の複素共役との複素積の虚数成分に比例した大きさの電気信号ＥQ（ｋ）を求め、Ａ／Ｄ変換部４８−２が、アナログ値である電気信号ＥQ（ｋ）をディジタル値ＱR（ｋ）に変換する。Ａ／Ｄ変換部４８−２は、ＱR（ｋ）を後処理部２２に出力する。なお、Ａ／Ｄ変換部４８−１，４８−２のＡＤ変換の分解能は、たとえば、６ビットとするが、ビット分解能はこれに限定されない。【００３５】
つぎに、ＭＺ型遅延干渉計４３−１，４３−２の動作について説明する。ＭＺ型遅延干渉計４３−１では、光分岐部４２−１が、入力される光信号（複素電界ｒ（ｋ）／√２）を更に２分岐して、遅延線４４−１と移相器４６−１とに、それぞれ複素電界ｒ（ｋ）／２の信号を入力する。遅延線４４−１は、ｍタイムスロット（たとえば、ｍ＝１で、４１．２５Ｇｂ／ｓで１６値変調を行う場合には、９７ｐｓ）分、光信号を遅延させ、光分岐部４５−１へ出力する。このとき出力される光信号の複素電界はｒ（ｋ−ｍ）／２である。【００３６】
移相器４６−１は、入力された光信号の位相を所定量シフトさせる。ＭＺ型遅延干渉計４３−１では、位相シフト量を０とする。移相器４６−１は、位相シフト後の光信号を光分岐部４５−１へ出力する。このとき、光分岐部４５−１へ出力される光信号の複素電界はｒ（ｋ）／２である。光分岐部４５−１は、遅延線４４−１，移相器４６−１からそれぞれ入力される２つの光信号の和成分（Ｅ1＝｛ｒ（ｋ−ｍ）＋ｒ（ｋ）｝／２√２）と差成分（Ｅ2＝｛ｒ（ｋ−ｍ）−ｒ（ｋ）｝／２√２）を求め、和成分を上側のポートから出力し、差成分下側のポートから出力する。【００３７】
ＭＺ型遅延干渉計４３−２では、光分岐部４２−２が、入力される光信号（複素電界ｒ（ｋ）／√２）を更に２分岐して、遅延線４４−２と移相器４６−２とに、それぞれ複素電界ｒ（ｋ）／２の信号を入力する。遅延線４４−２は、ｍタイムスロット分、光信号を遅延させ、光分岐部４５−２へ出力する。このとき出力される光信号の複素電界はｒ（ｋ−ｍ）／２である。【００３８】
移相器４６−２は、入力された光信号の位相を所定量シフトさせる。ＭＺ型遅延干渉計４３−２では、位相シフト量を−π／２とする。移相器４６−２は、位相シフト後の光信号を光分岐部４５−２へ出力する。このとき、光分岐部４５−２へ出力される光信号の複素電界はｒ（ｋ）exp（−ｊπ／２）／２である。光分岐部４５−２は、遅延線４４−２，移相器４６−２からそれぞれ入力される２つの光信号の和成分（Ｅ3＝｛ｒ（ｋ−ｍ）＋ｒ（ｋ）exp（−ｊπ／２）｝／２√２）と差成分（Ｅ4＝｛ｒ（ｋ−ｍ）−ｒ（ｋ）exp（−ｊπ／２）｝／２√２）を求め、和成分を上側のポートから出力し、差成分下側のポートから出力する。【００３９】
つぎに、Twin-PD４７−１，４７−２の動作について説明する。まず、Twin-PD４７−１について説明する。Twin-PD４７−１は、それぞれ２つのＰＤ（Photo  Diode）からなり、それぞれの光電変換の感度が等しくなるよう調整されている。この感度をＲsensと表すこととする。Twin-PD４７−１の２つのＰＤには、光分岐部４５−１の上側のポートと下側のポートからそれぞれ光信号Ｅ1，Ｅ2が入力される。Twin-PD４７−１によって光電変換された後の電気信号ＥI（ｋ）は、以下の式（２）のように表すことができる。
ＥI（ｋ）＝Ｒsens｛｜Ｅ1｜2−｜Ｅ2｜2｝                  …（２）【００４０】
上記の式（２）を計算すると、理想的には、以下の式（３）のようになる。
ＥI（ｋ）＝（Ｒsens／２）Ｒｅ｛ｄ´（ｋ）ｄ´*（ｋ−ｍ）｝  …（３）【００４１】
Twin-PD４７−１は、ＥI（ｋ）をＡ／Ｄ変換部４８−１に出力する。なお、ｄ´（ｋ）＝ａ（ｋ）exp（ｊΣφ（ｋ））と表すことができ、｜ｄ´（ｋ）ｄ´*（ｋ−ｍ）｜＝ａ（ｋ）ａ（ｋ−ｍ）であり、arg｛ｄ´（ｋ）ｄ´*（ｋ−ｍ）｝＝φ（ｋ）である。【００４２】
Twin-PD４７−２も、Twin-PD４７−１と同様に感度の等しい２つのＰＤからなり、その感度をＲsensと表すこととする。Twin-PD４７−２の２つのＰＤには、光分岐部４５−２の上側のポートと下側のポートからそれぞれ光信号Ｅ3，Ｅ4が入力される。Twin-PD４７−２によって光電変換された後の電気信号ＥQ（ｋ）は、以下の式（４）のように表すことができる。
ＥQ（ｋ）＝Ｒsens｛｜Ｅ3｜2−｜Ｅ4｜2｝                  …（４）【００４３】
上記の式（４）を計算すると、理想的には、以下の式（５）のようになる。Twin-PD４７−２は、ＥQ（ｋ）をＡ／Ｄ変換部４８−２に出力する。
ＥQ（ｋ）＝（Ｒsens／２）Ｉｍ｛ｄ´（ｋ）ｄ´*（ｋ−ｍ）｝  …（５）【００４４】
つぎに、後処理部２２の動作について説明する。後処理部２２の除算部２３は、フロントエンド部２１から入力されるＩR（ｋ），ＱR（ｋ）をそれぞれシンボル複素電界の絶対値｜ｄ（ｋ−ｍ）｜で除算する。｜ｄ（ｋ−ｍ）｜は、識別部２４、強度レベル出力部２５および遅延調整部２６からなるフィードバックループにより除算部２３へ入力される。【００４５】
識別部２４は、除算部２３の除算結果を用いて符号識別を行い、識別結果ｄ（ｋ）を外部および強度レベル出力部２５に出力する。強度レベル出力部２５は、識別部２４から入力される識別結果ｄ（ｋ）に基づいて強度レベル｜ｄ（ｋ）｜を復元する。遅延調整部２６では、フィードバックループの遅延がｍタイムスロットとなるよう、遅延時間を調整した後、遅延処理後の強度レベル｜ｄ（ｋ−ｍ）｜を除算部２３に出力する。｜ｄ（ｋ−ｍ）｜は復号されたｄ（ｋ−ｍ）から得るため、この復号に誤りがなければ、除算部２３で用いる｜ｄ（ｋ−ｍ）｜に誤差は無い。【００４６】
１６ＱＡＭを差動化して伝送し、遅延検波を行った後の信号点配置｛ＩR（ｋ），ＱR（ｋ）｝は、図２−３に示したように、シンボル強度の干渉が残留し、１６点の信号点が４８点に分裂し、そのうち４点が縮退して合計４４点をとる。これに対し、ＩR（ｋ），ＱR（ｋ）を｜ｄ（ｋ−ｍ）｜で正規化したＩR（ｋ）／｜ｄ（ｋ−ｍ）｜，ＱR（ｋ）／｜ｄ（ｋ−ｍ）｜は、｜ｄ（ｋ−ｍ）｜が正しく復号されていれば、図２−３に示した１６点の配置に戻り、この信号点配置を用いれば、誤りなく符号識別ができる。なお、図２−３では、強度レベルがLargeの場合を三角の印で示し、Normalの場合を四角の印で示し、Smallの場合を菱形の印で示している。【００４７】
数式で表すと、ＩR（ｋ），ＱR（ｋ）はｒ（ｋ）ｒ*（ｋ−ｍ）の実数成分および虚数成分であるから、以下の式（６）のようになる。
ｒ（ｋ）ｒ*（ｋ−ｍ）／｜ｄ（ｋ−ｍ）｜
＝ｄ´（ｋ）ｄ´*（ｋ−ｍ）／｜ｄ´（ｋ−ｍ）｜  …（６）【００４８】
上記式（６）および上記式（１）より、以下の式（７）のように、元のｄ（ｋ）が復号される。
ｒ（ｋ）ｒ*（ｋ−ｍ）／｜ｄ（ｋ−ｍ）｜＝ｄ（ｋ）                …（７）【００４９】
なお、上述の信号点生成時の入力論理と位相割当は、グレイ符号化等を利用し適宜最適化することとする。また、送信部１に入力される符号系列は、たとえば、冗長度２５％のUltra  ＦＥＣ（Forward  Error  Correction）などの誤り訂正符号（ＦＥＣ）等により冗長化されていてもよい。【００５０】
なお、伝送部３は、伝送距離が数１００ｋｍ以上の長距離伝送を行う場合には、波長分散を補償する分散補償ファイバや、伝送損失を補償するエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium  doped  fiber  amplifier）や、分布ラマン増幅器（ＤＲＡ：Distributed  Raman  Amplifier）や、雑音成分を除去したり任意の波長を取り出したりするための光学的帯域通過フィルタ（例えば、帯域０．３ｎｍのもの）等を備えることとする。【００５１】
また、本実施の形態では、伝送部３にシングルモードファイバを用いることとしたが、分散シフトファイバまたは非零分散シフトファイバを用いてもよい。【００５２】
なお、本実施の形態の送信および受信の動作を、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength  division  multiplexing）システムや再構成可能光アド・ドロップ（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable  optical  add-drop）システムに適用することもできる。この場合、たとえば、本実施の形態と同様の動作で単一波長の光信号を生成し、光波長の異なるそれらの光信号を波長多重して送信し、また、受信時には、波長分離した後に本実施の形態の受信の動作を行う。
上記実施形態で用いたＭＺ型遅延干渉計４３−１及びＭＺ型遅延干渉計４３−２については、ある光信号とそれを1シンボル継続時間遅延させた光信号との干渉成分が出力できればよく、MZ型の干渉計に限定するものではない。【００５３】
なお、本実施の形態では、移相器４６−１の位相シフト量を０とし、移相器４６−２の位相シフト量を−π／２としたが、複素平面上における直交する二軸分の情報が得られればよいため、両移相器の位相シフト量の差が±π／２となるよう設定しておけば、位相シフト量はいかなる値に設定してもよい。例えば、π／４と−π／４の組合せでもよい。【００５４】
また、上記実施の形態の乗算部１４，正規化部１５，除算部２３の一部または全部を、ルックアップテーブルにより実現してもよい。【００５５】
また、上記実施の形態の構成に、さらに、送信部１の電気特性を含む光伝送システム全体で生じる信号歪みを補償する仕組みを、送信部１や伝送部３や受信部２に具備するようにしてもよい。【００５６】
以上のように、本実施の形態では、受信部２が、受信した光信号を電気信号に変換した後、除算部２３が、遅延処理後の強度レベルで電気信号を除算し、識別部２４が、除算後の電気信号に基づいて符号を識別し、強度レベル出力部２５および遅延調整部２６が、識別した符号情報に基づいて遅延処理後の強度レベルを求め、求めた強度レベルを除算部２３にフィードバックするようにした。そのため、フロントエンドに強度検出部を設ける必要がないため、受信器構成を簡素とすることが可能になるという効果が得られる。また、従来技術で用いられている逆正接演算や直交座標と極座標間の変換を行なわないため、電気信号処理部の回路規模を小規模に抑えられる。また、強度方向に３値以上をとる変調方式にも対応でき、復元の誤差を低減することができる。【００５７】
実施の形態２．
図５は、本発明にかかる光伝送システムの実施の形態２の構成例を示す図である。本実施の形態の光伝送システムは、実施の形態１の光伝送システムの受信部２を受信部２ａに替える以外は実施の形態１の光伝送システムと同様である。また、受信部２ａは、実施の形態１の受信部２の後処理部２２を後処理部２２ａに替える以外は、実施の形態１の受信部２と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。【００５８】
受信部２ａの後処理部２２ａは、実施の形態１と同様の除算部２３と、強度復元部５１と、遅延調整部５２と、位相識別部５３と、遅延調整部５４と、符号出力部５５と、で構成される。【００５９】
つづいて、本実施の形態の後処理部２２ａの動作について説明する。実施の形態１と同様にフロントエンド部２１からＩR（ｋ），ＱR（ｋ）が、後処理部２２ａに入力される。強度復元部５１が、ＩR（ｋ），ＱR（ｋ）に基づいてたたみ込み復号を行い、シンボルｄ（ｋ）のうち強度方向のビットを復号する。なお、送信データがたたみ込み符号化されている必要はない。遅延検波により生じる干渉をたたみ込み符号化の一種とみなすことが可能だからである。たたみ込み復号の方式に制約はないが、たとえば、最尤法に基づいた方式とする。ただし、ｍシンボル単位で差動符号化・遅延検波を行うため、たたみ込み復号も差動符号化・遅延検波で関わり合うグループ毎に並列化し、パイプライン的に処理しなければならない。たとえば、２シンボル単位で差動符号化・遅延検波を行う場合であれば、２つのグループに分けて、それぞれでたたみ込み復号を行う必要がある。度復元部５１は、復号結果を遅延調整部５４へ出力し、また、復号結果に基づいて強度レベル｜ｄ（ｋ）｜を求め、強度レベルを遅延調整部５２へ出力する。【００６０】
遅延調整部５２は、｜ｄ（ｋ）｜にｍタイムスロット分の遅延を与え、｜ｄ（ｋ−ｍ）｜とし、｜ｄ（ｋ−ｍ）｜を除算部２３へ出力する。除算部２３の動作は、実施の形態１と同様に、ＩR（ｋ），ＱR（ｋ）を｜ｄ（ｋ−ｍ）｜で除算する。【００６１】
位相識別部５３は、除算部２３から入力された除算結果に基づいて、位相方向のビットを復号し、符号出力部５５へ出力する。遅延調整部５４は、除算部２３と位相識別部５３の処理時間分、遅延時間を調整し、位相識別部５３から出力される位相ビットとタイミングを揃えて、強度ビットを符号出力部５５へ出力する。符号出力部５５は、強度ビットと位相ビットを外部へ出力する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。【００６２】
強度復元部５１、位相識別部５３、強度ビット、位相ビットについて補足しておく。たとえば、１６値直交振幅変調では、４ビットのデータを１６点の信号点にマッピングするが、これを２ビットずつに分けて考える。一方の２ビットが信号点の象限の位置を決定し、他方の２ビットが信号点の象限内での位置を決定する。この際、信号点の象限の位置を決める２ビットを位相ビットとみなし、信号点の象限内での位置を決める２ビットを強度ビットとみなすことができる。強度復元部５１では、このようにして決めた強度を復元して強度ビットに変換する。位相識別部５３では、このようにして決めた位相を取得して位相ビットに変換する。【００６３】
強度復元部５１では、まず、象限を縮退させる。すなわち、第二、第三、第四象限に位置するＩR（ｋ），ＱR（ｋ）を、Ｉ軸およびＱ軸を対称の軸として、すべて第一象限に折り返すことで、位相ビット情報を喪失し、強度ビット情報のみを扱うことが可能となる。その後、最尤法により符号系列を順次推定していく。位相識別部５３では、Ｉ軸およびＱ軸をそれぞれしきい値として識別することが可能である。【００６４】
以上のように、本実施の形態では、強度復元部５１が強度方向のビットを復号し、復号結果に基づいて強度レベルを求め、遅延調整部５２が強度レベルに遅延処理を行う。そして、除算部２３は、ＩR（ｋ），ＱR（ｋ）を遅延調整部５２が遅延処理を行った強度レベルで除算し、位相識別部５３が、除算部２３から入力された除算結果に基づいて、位相方向のビットを復号するようにした。そのため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、実施の形態１に比べ、より精度よく復号を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる光変復調システム、光伝送システムおよび光変復調方法は、光信号を用いて通信を行うシステムに有用であり、特に、強度方向に３値以上をとる多値変調方式を採用するシステムに適している。
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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