(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信装置により、偏波を送信情報で変調した主信号と、当該偏波において特定周波数に電力が集中する信号系列とを多重化後に光変換して光伝送路へ送信し、この送信された光信号を光受信装置により当該光伝送路から受信するコヒーレント光通信システムであって、
前記光送信装置は、
複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列であって、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成する生成部と、
前記生成部で生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を時分割で選択すると共に、当該選択されたトレーニング信号系列の数を示す選択数情報を選択する選択部と、
前記選択されたトレーニング信号系列及び前記選択数情報を前記主信号に時間多重して多重信号系列を生成する信号多重部と、
前記生成された多重信号系列を光信号に変換して前記光伝送路へ送信する電気光変換部とを備え、
前記光受信装置は、
前記光伝送路から受信した光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、
前記変換された電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号を、当該デジタル信号に含まれる前記選択数情報に応じた数だけ複製して分割し、この分割されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を抽出し、この抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列毎に推定される各波長分散量の内、時変動が小さい波長分散量を選択して波長分散量と推定する推定部と、
前記ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを、前記推定された波長分散量に応じて補償する補償部とを備える
ことを特徴とするコヒーレント光通信システム。
【請求項２】
前記選択部は、前記光送信装置又は前記光受信装置の周波数特性、前記光伝送路における狭窄化、前記光伝送路の伝送チャネルの周波数特性及び波長分散量の少なくとも１つに基づいて、前記生成部で生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光通信システム。
【請求項３】
前記推定部は、前記抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列の各電力値を比較して、最大電力値のトレーニング信号系列を選択し、この選択されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定して前記補償部へ出力する処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光通信システム。
【請求項４】
前記推定部は、前記抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列の各信号電力対雑音電力比を比較して、最大信号電力対雑音電力比のトレーニング信号系列を選択し、この選択されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定して前記補償部へ出力する処理を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光通信システム。
【請求項５】
光送信装置により、偏波を送信情報で変調した主信号と、当該偏波において特定周波数に電力が集中する信号系列とを多重化後に光変換して光伝送路へ送信し、この送信された光信号を光受信装置により当該光伝送路から受信する通信方法であって、
前記光送信装置は、
複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列であって、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成するステップと、
前記生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を時分割で選択すると共に、当該選択されたトレーニング信号系列の数を示す選択数情報を選択するステップと、
前記選択されたトレーニング信号系列及び前記選択数情報を前記主信号に時間多重して多重信号系列を生成するステップと、
前記生成された多重信号系列を光信号に変換して前記光伝送路へ送信するステップとを実行し、
前記光受信装置は、
前記光伝送路から受信した光信号を電気信号に変換するステップと、
前記変換された電気信号をデジタル信号に変換するステップと、
前記変換されたデジタル信号を、当該デジタル信号に含まれる前記選択数情報に応じた数だけ複製して分割し、この分割されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を抽出し、この抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列毎に推定される各波長分散量の内、時変動が小さい波長分散量を選択して波長分散量と推定するステップと、
前記変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを、前記推定された波長分散量に応じて補償するステップと
を実行することを特徴とすることを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーニング信号系列を用い波長分散量を推定して波長分散を補償するコヒーレント光通信システム及び通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ通信では、光受信装置に局部発振用レーザを備えて、光送信装置から光ファイバ（光伝送路）を経由して受信した光信号と電界とをミキシングするコヒーレント受信が行なわれている。このコヒーレント光通信システムにおいては、後述の波長分散を補償する波長分散推定技術が適用されている。
【０００３】
波長分散は、光信号の波長によって伝播速度が異なる現象である。波長が同一であれば、伝播速度は同じだが、波長が異なれば伝播時間が異なってくる。送信側で変調された光信号は、一定の波長幅を有する。しかし、光信号は光ファイバ中の帯域幅で伝播時間が異なるために、ベースバンド信号であれば、信号の波形歪みが起きて劣化する。なお、波長分散は、１ｎｍ波長が異なる際にどれだけ伝播時間に差があるかを示す［ｐｓ／ｎｍ］の単位で表される。
【０００４】
波長分散推定技術は、上述した信号歪の補償を行う技術であり、最初に、その補償を行うために必要なトレーニング信号系列を含む光信号を光送信装置から光ファイバへ送信し、この送信信号を光受信装置で受信する。次に、その受信信号中のトレーニング信号系列から、光ファイバ中の波長分散量を推定して波長分散を補償する。このように、光ファイバを伝搬中に光信号のパルス幅が時間的に広がる波長分散により生じる信号の歪を補償する技術である。
【０００５】
この波長分散推定技術が用いられたコヒーレント光通信システムの一例として、特許文献１に記載のものがある。このシステムでは、光送信装置が、後述する複数の周波数帯域に集中した電力を有する複数の信号系列であって、それぞれ形状の異なる周波数スペクトラムを有する複数の信号系列をトレーニング信号系列として発生させる。この発生させた複数のトレーニング信号系列を光伝送路に応じて選択的に切り替え、選択したトレーニング信号系列を時間多重した信号系列を含む信号として送信する。光受信装置では、選択されたトレーニング信号系列に対応した受信部において、この信号に含まれるトレーニング信号系列の電力が集中する周波数における到来時間差から波長分散量の推定を可能にする。この算出された波長分散量を補償することによって受信信号を復号する精度を向上させることを可能としている。
【０００６】
なお、上述した「複数の周波数帯域に集中した電力を有する複数の信号系列（トレーニング信号系列）」とは、言い換えれば、「複数の特定周波数に電力が集中するトレーニング信号系列」のことである。
「複数の特定周波数に電力が集中する」とは、図１０（ａ）に示すように、横軸に周波数ｆ、縦軸にパワーＰｗを取った際に、ｆ軸上の特定周波数ｆ１，ｆ２に棒グラフで示すパワー成分が突出することをいう。パワー成分は、ピーク周波数である。
更に説明すると、例えばＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）信号の−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，Ｓ，…を、図１０（ｂ）に示すように、Ｉ，Ｑの時間軸上に時間波形（＝信号系列）Ｓ，−Ｓで表し、この時間波形Ｓ，−ＳをＦＦＴ(高速フーリエ変換)して周波数領域で見ると、上記パワー成分となる。このパワー成分（ピーク周波数）を、「特定周波数に電力が集中する」と表現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１１２５１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した特許文献１のシステムは、光送信装置で複数の周波数帯域のトレーニング信号系列を発生後に少なくとも１つのトレーニング信号系列を選択して送信し、これを光受信装置で選択して波長分散量の推定を行っている。しかし、送受信装置間の光伝送路の伝達関数の歪みにより、光受信装置で受信されるトレーニング信号系列の電力が低減された場合、波長分散量の推定精度が悪くなり、波長分散を適正に補償できなくなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができるコヒーレント光通信システム及び通信方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、光送信装置により、偏波を送信情報で変調した主信号と、当該偏波において特定周波数に電力が集中する信号系列とを多重化後に光変換して光伝送路へ送信し、この送信された光信号を光受信装置により当該光伝送路から受信するコヒーレント光通信システムであって、前記光送信装置は、複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列であって、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成する生成部と、前記生成部で生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を時分割で選択すると共に、当該選択されたトレーニング信号系列の数を示す選択数情報を選択する選択部と、前記選択されたトレーニング信号系列及び前記選択数情報を前記主信号に時間多重して多重信号系列を生成する信号多重部と、前記生成された多重信号系列を光信号に変換して前記光伝送路へ送信する電気光変換部とを備え、前記光受信装置は、前記光伝送路から受信した光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、前記変換された電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、前記ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号を、当該デジタル信号に含まれる前記選択数情報に応じた数だけ複製して分割し、この分割されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を抽出し、この抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列毎に推定される各波長分散量の内、時変動が小さい波長分散量を選択して波長分散量と推定する推定部と、前記ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを、前記推定された波長分散量に応じて補償する補償部とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、光送信装置により、偏波を送信情報で変調した主信号と、当該偏波において特定周波数に電力が集中する信号系列とを多重化後に光変換して光伝送路へ送信し、この送信された光信号を光受信装置により当該光伝送路から受信する通信方法であって、前記光送信装置は、複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列であって、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成するステップと、前記生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を時分割で選択すると共に、当該選択されたトレーニング信号系列の数を示す選択数情報を選択するステップと、前記選択されたトレーニング信号系列及び前記選択数情報を前記主信号に時間多重して多重信号系列を生成するステップと、前記生成された多重信号系列を光信号に変換して前記光伝送路へ送信するステップとを実行し、前記光受信装置は、前記光伝送路から受信した光信号を電気信号に変換するステップと、前記変換された電気信号をデジタル信号に変換するステップと、前記変換されたデジタル信号を、当該デジタル信号に含まれる前記選択数情報に応じた数だけ複製して分割し、この分割されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を抽出し、この抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列毎に推定される各波長分散量の内、時変動が小さい波長分散量を選択して波長分散量と推定するステップと、前記変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを、前記推定された波長分散量に応じて補償するステップとを実行することを特徴とする。
【００１２】
これら請求項１，５によれば、次のような作用効果が得られる。光送信装置において、周波数帯域が異なる周波数スペクトルの２種類以上のトレーニング信号系列を主信号に多重化して送信する。これにより、例えば光伝送路の伝達関数が何れかのトレーニング信号系列を著しく劣化させる成分を持つ場合でも、光受信装置において、特性の劣化していないトレーニング信号系列を選択することにより、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。また、送受信間で、２つ以上となるトレーニング信号系列の数を、光伝送路の特性等に応じて任意に変更しながら送受信し、その任意数のトレーニング信号系列を基に波長分散量を推定して波長分散を補正することができる。このため、より精度良く波長分散量を推定して波長分散による波形歪を適正に補償することができる。更に、特性劣化の少ない又は特性劣化の無いトレーニング信号系列の波長分散量を選択して波長分散補償に用いることができるので、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。
【００１７】
請求項２に係る発明は、前記選択部は、前記光送信装置又は前記光受信装置の周波数特性、前記光伝送路における狭窄化、前記光伝送路の伝送チャネルの周波数特性及び波長分散量の少なくとも１つに基づいて、前記生成部で生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を選択することを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光通信システムである。
【００１８】
この構成によれば、光送信装置から光伝送路を介して光受信装置へ主信号に多重した２つ以上のトレーニング信号系列を光伝送する際に、光伝送路の伝達関数の適合範囲内に収まるトレーニング信号系列を伝送することが可能となる。このため、特性の劣化していないトレーニング信号系列を用いて波長分散量の推定精度を向上させ、波長分散を適正に補償することができる。
【００２１】
請求項３に係る発明は、前記推定部は、前記抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列の各電力値を比較して、最大電力値のトレーニング信号系列を選択し、この選択されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定して前記補償部へ出力する処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光通信システムである。
【００２２】
この構成によれば、最大電力値のトレーニング信号系列、つまり、特性劣化の無いトレーニング信号系列を選択して波長分散量を推定し、波長分散補償に用いることができる。従って、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。
【００２３】
請求項４に係る発明は、前記推定部は、前記抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列の各信号電力対雑音電力比を比較して、最大信号電力対雑音電力比のトレーニング信号系列を選択し、この選択されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定して前記補償部へ出力する処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のコヒーレント光通信システムである。
【００２４】
この構成によれば、最大信号電力対雑音電力比のトレーニング信号系列、つまり、特性劣化の無いトレーニング信号系列を選択して波長分散量を推定し、波長分散補償に用いることができる。従って、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができるコヒーレント光通信システム及び通信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係るコヒーレント光通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態のコヒーレント光通信システムの光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】光送信装置の多重信号系列の多重信号配列を示す図である。
【図４】異なる周波数帯域の特定周波数帯域信号系列（トレーニング信号系列）を時間多重した場合の多重信号系列の周波数スペクトル図である。
【図５】本実施形態のコヒーレント光通信システムの光受信装置の構成を示すブロック図である。
【図６】光受信装置の波長分散推定部の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態のコヒーレント光通信システムの光送信装置の通信動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】本実施形態のコヒーレント光通信システムの光受信装置の通信動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】光受信装置の波長分散推定部の他の構成を示すブロック図である。
【図１０】（ａ）２つ以上の特定周波数に電力が集中することを示す周波数スペクトル図、（ｂ）ＩＱ平面上のＢＰＳＫ信号−Ｓ，Ｓを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るコヒーレント光通信システムの構成を示すブロック図である。
図１に示すコヒーレント光通信システム１００は、遠隔地等に離間して配置された各多重装置４０が光ファイバ５０で接続され、各多重装置４０に光送信装置１０及び光受信装置２０が接続されて構成されている。
【００２８】
図１の左側の光送信装置１０はバイナリ系列の送信情報を変調して光信号を生成し、この光信号を多重装置４０に出力する。この光信号は、多重装置４０において図示せぬ他の光信号と多重化され、光ファイバ５０を介して、右側の多重装置４０へ伝送される。なお、多重装置４０は、例えば、波長多重や時分割多重等を実行する機能を有する。右側の多重装置４０は、伝送されてきた信号光を多重分離により取り出し、光受信装置２０に出力する。光受信装置２０は、図示せぬ局部発振用レーザを備えてコヒーレント受信を行い、この受信された光信号から元の送信情報を取得する。
【００２９】
＜光送信装置＞
光送信装置１０は、送信信号を、平行又は直交するＸ偏波とＹ偏波とを利用して並列伝送（もしくはＭＩＭＯ：Multiple-Input Multiple-Output伝送）を実行する機能等を有する。この光送信装置１０は、図２に示すように、送信信号変調部１１と、信号多重部１２と、電気光変換部１３と、ｎ個のトレーニング信号系列生成部１４ａ〜１４ｎと、トレーニング信号系列選択部１５とを備えて構成されている。
なお、各構成要素部１１〜１５は、Ｘ偏波とＹ偏波用の２系列を備える場合、２系列とも同じ構成なので、図２では１系列のみが示してある。また、送信信号変調部１１は変調部１１、トレーニング信号系列生成部１４ａ〜１４ｎは生成部１４ａ〜１４ｎ、トレーニング信号系列選択部１５は選択部１５とも称す。
【００３０】
送信信号変調部１１は、送信するデータのバイナリ系列（送信情報）で偏波を変調し、これにより得られる送信シンボル系列（主信号）を出力する。変調方式としては、例えば、ＢＰＳＫやＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などが挙げられるが、それ以外の変調方式でもよい。
【００３１】
各トレーニング信号系列生成部１４ａ〜１４ｎは、２つ以上の特定周波数帯域（特定帯域ともいう）に集中した電力を有する特定帯域信号系列であり、且つ各々異なる周波数スペクトラムの特定帯域信号系列をトレーニング信号系列として生成し、これを選択部１５へ出力する。
【００３２】
トレーニング信号系列選択部１５は、生成部１４ａ〜１４ｎから入力されたｎ種類のトレーニング信号系列から２つ以上を選択し、選択したトレーニング信号系列を信号多重部１２に出力する。詳細には、選択部１５は、光送信装置１０又は光受信装置２０の周波数特性、光ファイバ５０における狭窄化、光ファイバ５０の伝送チャネルの周波数特性及び波長分散量の内、少なくとも１つのパラメータに基づいて、ｎ種類のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を選択する。
【００３３】
なお、光送信装置１０又は光受信装置２０の周波数特性には、各送受信装置１０，２０における図示せぬディジタル帯域制限フィルタの周波数特性や、電力増幅器、ディジタル／アナログ変換器、アナログ／ディジタル変換器、アナログ低域通過フィルタ等のフロントエンド部における周波数特性、周波数成分毎の受信信号電力、若しくは受信信号電力対雑音電力比等が含まれる。
【００３４】
信号多重部１２は、変調部１１から入力される送信シンボル系列に対して、トレーニング信号系列選択部１５で選択された２つ以上の任意数のトレーニング信号系列を、任意の信号周期Ｎｓ（Ｎｓ≧１、Ｎｓは正数）毎に時間多重し、この結果得られる多重信号系列を電気光変換部１３へ出力する。
【００３５】
電気光変換部１３は、信号多重部１２から入力される電気信号である多重信号系列を光信号に変換し、この光信号を出力する。この出力された光信号は、図１に示す左側の多重装置４０を介して光ファイバ５０へ送信され、更に、左側の多重装置４０を介して光受信装置２０へ送信される。なお、電気光変換部１３は、信号多重部１２が複数の多重信号系列を出力する場合、各多重信号系列を異なる偏波面で偏波して光信号を出力する。
【００３６】
その多重信号系列の一例を図３に示し、その説明を行う。図３に示すように、変調部１１から出力された送信シンボル系列である送信データ信号ＤＧに対して、Ｎｓシンボル毎に、Ｎｔ個（Ｎｔ≧１、Ｎｔは正数）のシンボルから成るトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を時間多重することにより、多重信号系列Ｇが生成される。なお、トレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２は、リファレンス信号、パイロット信号、既知信号等と言及されてもよい。
【００３７】
ここで、トレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２である特定帯域信号系列としては、例えば、ＩＱ平面上で原点に対して点対称となる関係の交番信号を用いることができる。即ち、ＢＰＳＫ信号を生成し、−Ｓ，Ｓ，−Ｓ，Ｓ，…，−Ｓ，Ｓと２つの信号点を交互に用いる。また、ＱＰＳＫ信号を生成し、（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），…，（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ）や（Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，Ｓ），（Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，Ｓ），…，（Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，Ｓ）のような信号系列を用いることができる。ここで、Ｓは任意の複素数を表す。この複素数は（α，β）と表される。（α，β）は（実部，虚部）の信号成分を表し、複素数としてα＋ｊβと表すことができる。ｊは虚数単位である。
【００３８】
また、−Ｓ，−Ｓ，Ｓ，Ｓ，−Ｓ，−Ｓ，Ｓ，Ｓ，…，−Ｓ，−Ｓ，Ｓ，Ｓのように、１つの信号をＭ回（Ｍは任意の正数、ここではＭ＝２）繰り返した交番信号を用いることもできる。また、複数の繰り返し回数に対応する信号を混合したり、畳み込んだりすることで、４つ以上の周波数帯域にピークを持つ特定帯域信号を生成できる。更に、周期の異なる複数の正弦波を生成して加算することによって２つ以上の特定周波数の帯域信号を生成できる。更には、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を用いて特定のサブキャリアにのみ信号を送信することで特定周波数の帯域信号を生成することもできる。
【００３９】
このような方法で、生成部１４ａ〜１４ｎにおいて複数の特定帯域信号系列であるトレーニング信号系列を生成し、選択部１５において、それらの生成されたトレーニング信号系列の中から２つ以上のトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を選択し、これを送信データ信号ＤＧに対して時間多重する。
【００４０】
ここでは、一例として、３０Ｇｂａｕｄの送信信号伝送において、２つの生成部１４ａ，１４ｂ（１４ｂは不図示）がある場合を想定し（Ｌ＝２）、ＱＰＳＫ信号の（Ｓ，Ｓ）と（−Ｓ，−Ｓ）との交番信号を１つ目の特定帯域信号系列として生成部１４ａで生成する。更に、ＱＰＳＫ信号を（Ｓ，Ｓ），（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），（Ｓ，Ｓ），・・・，（Ｓ，Ｓ），（Ｓ，Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ），（−Ｓ，−Ｓ）のように、１つの信号を２回繰り返した信号系列を２つ目の特定帯域信号系列として生成部１４ｂで生成した場合を想定する。
【００４１】
特定帯域信号系列について図４を参照して説明する。図４は、本実施形態における特定帯域信号系列（トレーニング信号系列）を時間多重した場合の多重信号系列の周波数スペクトル図である。図４において、横軸は周波数Ｆ（ＧＨｚ）を示し、縦軸は電力Ｐｗ（ｄＢ）を示し、２種類のトレーニング信号（トレーニング信号系列）ＴＧ１，ＴＧ２を生成する例を挙げている。
【００４２】
図４に示すように、１つ目の特定帯域信号系列として、１５ＧＨｚの高周波側と−１５ＧＨｚの低周波側に、３０ＧＨｚ間隔を有する周波数スペクトルのピーク成分であるトレーニング信号ＴＧ１が２つ生成されている。更に、２つ目の特定帯域信号系列として、７．５ＧＨｚの高周波側と−７．５ＧＨｚの低周波側に、１５ＧＨｚ間隔を有する周波数スペクトルのピーク成分であるトレーニング信号ＴＧ２が２つ生成されている。
【００４３】
つまり、１つ目の特定帯域信号系列であるトレーニング信号ＴＧ１の周波数スペクトルの電力が集中する帯域と異なる周波数帯域に、２つ目の特定帯域信号系列であるトレーニング信号ＴＧ２の周波数スペクトルの電力が集中している。このように周波数ピーク成分が異なる２種類のトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を時間多重することで、例えば光ファイバ５０の伝達関数が何れかのトレーニング信号ＴＧ１又はＴＧ２を著しく劣化させる成分を持つ場合においても、特性の劣化していないトレーニング信号ＴＧ１又はＴＧ２を選択することにより、安定的に波長分散量を推定して信号の波長分散を補償することが可能となる。
【００４４】
＜光受信装置＞
次に、光受信装置２０について図５を参照して説明する。
光受信装置２０は、光電気変換部２１と、ＡＤ（アナログ／デジタル）変換部２２と、波長分散推定部２３と、波長分散補償部２４と、適応等化部２５と、搬送波位相再生部２６と、復号部２７とを備えて構成されている。なお、波長分散推定部２３は推定部２３、波長分散補償部２４は補償部２４、搬送波位相再生部２６は再生部２６とも称す。
【００４５】
光電気変換部２１は、光送信装置１０から光ファイバ５０を介して送信されてきた光信号を電気信号に変換する。例えば、光電気変換部２１は、局部発振用レーザを用いて、コヒーレント受信した信号光の光電界を直交する成分に分離し、電気のアナログ信号に変換する。
【００４６】
ＡＤ変換部２２は、光電気変換部２１で変換されたアナログの電気信号をデジタル信号（デジタル受信信号ともいう）に変換して推定部２３及び補償部２４へ出力する。
【００４７】
波長分散推定部２３は、デジタル受信信号から後述のようにトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を抽出して波長分散量を推定し、この推定した波長分散量を補償部２４に入力する。推定された波長分散量は、デジタル受信信号の波長分散による信号歪みを補償するための値となる。
【００４８】
波長分散補償部２４は、デジタル受信信号の波長分散による信号歪みを、推定された分散補償量に応じて補償し、この補償したデジタル受信信号を適応等化部２５へ出力する。
【００４９】
適応等化部２５は、補償部２４で補償されたデジタル受信信号から偏波多重信号を分離し、この分離した偏波多重信号において偏波モード分散及び送受信や伝送路中で歪んだ信号を補償し、この補償した信号を再生部２６へ出力する。
なお、補償部２４及び適応等化部２５は、時間領域及び周波数領域における補償の何れで実施してもよい。
【００５０】
搬送波位相再生部２６は、適応等化部２５で補償後の信号における搬送波の位相を再生する。
復号部２７は、その再生された搬送波の位相情報を用いて補償後の信号を、バイナリ信号に変換して送信元のシンボル系列（送信情報）を得る。
【００５１】
次に、波長分散推定部２３の構成を図６を参照して説明する。図６に示すように、推定部２３は、信号分割部３１と、ｍ個（ｍは２以上の正の整数）の波長分散量算出部（算出部ともいう）３２ａ〜３２ｍと、波長分散量選択部３３とを備えて構成されている。
【００５２】
信号分割部３１は、ＡＤ変換部２２から入力されたデジタル受信信号をｍ個に複製して分割し、この分割したデジタル受信信号を各算出部３２ａ〜３２ｍへ出力する。
【００５３】
各波長分散量算出部３２ａ〜３２ｍは、光送信装置１０から送信されてきた２つ以上（ｍ種類）のトレーニング信号系列から、それぞれ波長分散量を算出する。つまり、算出部３２ａ〜３２ｍの各々は、ｍ種類のトレーニング信号系列を通過させる図示せぬｍ種類のＢＰＦ(Band pass filter)の内の１種類を有しており、ＢＰＦを通過したトレーニング信号系列の波長分散量を算出する。この算出は、トレーニング信号系列の電力が集中する周波数における到来時間差から波長分散量を求めるものである。
【００５４】
具体例としては、ｍ種類のトレーニング信号系列が２種類のトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２の場合、各波長分散量算出部３２ａ〜３２ｍは、２種類のトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を各ＢＰＦで通過させ、この通過した各トレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２の波長分散量を算出する。
【００５５】
なお、信号分割部３１での分割数ｍと、各波長分散量算出部３２ａ〜３２ｍの個数ｍとは、同数であって、光送信装置１０の選択部１５（図２）で選択される２つ以上のトレーニング信号系列の数ｍに対応して設定されている。
【００５６】
波長分散量選択部３３は、各算出部３２ａ〜３２ｍで算出された波長分散量を選択する。ここでは、ｍ種類（２種類以上）の波長分散量から時変動（揺らぎ）の大きい波長分散量を除去している。具体的には、各算出部３２ａ〜３２ｍで算出による推定が始まってから指定したフレーム分だけ波長分散量を蓄積し、この蓄積された波長分散量の揺らぎが小さいものを選択する。揺らぎの評価方法としては、標準偏差、分散等を用いることができる。また、平均値からの外れ量が小さい波長分散量を選択することもできる。その他の統計値を用いて波長分散量を選択してもよい。
【００５７】
＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態のコヒーレント光通信システム１００の光送信装置１０及び光受信装置２０による通信動作を説明する。
まず、光送信装置１０（図２参照）の通信動作について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５８】
ステップＳ１において、変調部１１が、送信するデータのバイナリ系列（送信情報）で偏波を変調し、これにより得られる送信シンボル系列（主信号）を出力する。
【００５９】
次に、ステップＳ２において、各生成部１４ａ〜１４ｎが、２つ以上の特定帯域に集中した電力を有する特定帯域信号系列であり、且つ各々異なる周波数スペクトラムの特定帯域信号系列をトレーニング信号系列（ｎ種類のトレーニング信号系列）として生成し、これを選択部１５へ出力する。
【００６０】
次に、ステップＳ３において、選択部１５が、生成部１４ａ〜１４ｎから入力されたｎ種類のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列（例えば、２つのトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２）を選択し、選択した２つのトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を信号多重部１２に出力する。
【００６１】
次に、ステップＳ４において、信号多重部１２が、変調部１１から入力される送信シンボル系列に対して、選択部１５で選択された２つのトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２を、任意の信号周期Ｎｓ毎に時間多重し、この結果得られる多重信号系列を電気光変換部１３へ出力する。
【００６２】
ステップＳ５において、電気光変換部１３は、信号多重部１２から入力される多重信号系列を光信号に変換し、この光信号を出力する。この出力された光信号は、図１に示す左側の多重装置４０を介して光ファイバ５０へ送信され、更に、左側の多重装置４０を介して光受信装置２０へ送信される。
【００６３】
次に、光受信装置２０（図５参照）の通信動作について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ６において、光電気変換部２１が、光送信装置１０から光ファイバ５０を介して送信されてきた光信号を、局部発振用レーザ（図示せず）を用いて、コヒーレント受信した信号光の光電界を直交する成分に分離し、電気のアナログ信号に変換する。
【００６４】
次に、ステップＳ７において、ＡＤ変換部２２が、その変換されたアナログ信号をデジタル信号に変換して推定部２３及び補償部２４へ出力する。
【００６５】
ステップＳ８において、推定部２３が、デジタル信号から前述したように２つ以上のトレーニング信号系列（ここでは、２つのトレーニング信号ＴＧ１，ＴＧ２）を抽出して波長分散量を推定し、この推定した波長分散量を補償部２４に入力する。
【００６６】
ステップＳ９において、補償部２４が、デジタル信号の波長分散による信号歪みを、上記ステップＳ８で推定された分散補償量に応じて補償し、この補償したデジタル信号を適応等化部２５へ出力する。
【００６７】
ステップＳ１０において、適応等化部２５が、補償部２４で補償されたデジタル信号から偏波多重信号を分離し、この分離した偏波多重信号において伝送路中（偏波モード分散及び送受信時も含む）で歪んだ信号を補償し、この補償した信号を再生部２６へ出力する。
【００６８】
ステップＳ１１において、再生部２６が、適応等化部２５で補償後の信号における搬送波の位相を再生する。
ステップＳ１２において、復号部２７が、その再生された搬送波の位相情報を用いて、上記ステップＳ１０での補償後の信号を、バイナリ信号に変換して送信元のシンボル系列（送信情報）を取得する。
【００６９】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のコヒーレント光通信システム１００は、偏波を送信情報で変調した主信号と、当該偏波において特定周波数に電力が集中するトレーニング信号系列とが多重化後に光変換されて光ファイバ５０へ送信された光信号を、当該光ファイバ５０から受信する。
【００７０】
本実施形態の特徴は、光送信装置１０が、複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列で、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成し、これら生成されたトレーニング信号系列の内２つ以上のトレーニング信号系列を主信号に多重化した後に光信号に変換して光ファイバ５０へ送信する。更に、光受信装置２０が光ファイバ５０から受信した光信号を電気信号に変換した後にデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を検出し、この検出されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定し、この推定された波長分散量に応じて、変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを補償するようにした。
【００７１】
つまり、光送信装置１０において、周波数帯域が異なる周波数スペクトルの２種類以上のトレーニング信号系列を主信号に多重化して送信するようにした。このため例えば光ファイバ５０の伝達関数が何れかのトレーニング信号系列を著しく劣化させる成分を持つ場合でも、光受信装置２０において、特性の劣化していないトレーニング信号系列を選択することにより、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。これによって、光受信装置２０において、光送信装置１０から送信された送信情報を適正に復号することが可能となる。
【００７２】
また、光送信装置１０は、複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列で、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成する生成部１４ａ〜１４ｎと、生成部１４ａ〜１４ｎで生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を時分割で選択する選択部１５とを備える。更に、その選択されたトレーニング信号系列を主信号に時間多重した多重信号系列を生成する信号多重部１２と、上記生成された多重信号系列を光信号に変換して光ファイバ５０へ送信する電気光変換部１３とを備える構成とした。
【００７３】
光受信装置２０は、光ファイバ５０から受信した光信号を電気信号に変換する光電気変換部２１と、変換された電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部２２とを備える。更に、ＡＤ変換部２２で変換されたデジタル信号を、選択部１５での選択数分複製して分割し、この分割されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を抽出し、この抽出されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定する推定部２３と、ＡＤ変換部２２で変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを、推定された波長分散量に応じて補償する補償部２４とを備える構成とした。
【００７４】
この構成によれば、周波数帯域が異なる周波数スペクトルの２種類以上のトレーニング信号系列を送信し、これらのトレーニング信号系列を受信して適正に抽出することができる。このため、特性の劣化していないトレーニング信号系列を選択することが可能となるので、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。
【００７５】
また、選択部１５は、光送信装置１０又は光受信装置２０の周波数特性、光ファイバ５０における狭窄化、光ファイバ５０の伝送チャネルの周波数特性及び波長分散量の少なくとも１つに基づいて、生成部１４ａ〜１４ｎで生成された複数のトレーニング信号系列から２つ以上のトレーニング信号系列を選択する処理を行うようにした。
【００７６】
この構成によれば、光送信装置１０から光ファイバ５０を介して光受信装置２０へ主信号に多重した２つ以上のトレーニング信号系列を光伝送する際に、光ファイバ５０の伝達関数の適合範囲内に収まるトレーニング信号系列を伝送することが可能となる。このため、特性の劣化していないトレーニング信号系列を用いて波長分散量の推定精度を向上させ、波長分散を適正に補償することができる。
【００７７】
また、推定部２３は、抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列毎に推定される各波長分散量の内、時変動が小さい波長分散量、又は、各波長分散量の平均値からの外れ量が小さい波長分散量を選択する処理を行うようにした。
【００７８】
この構成によれば、特性劣化の少ない又は特性劣化の無いトレーニング信号系列の波長分散量を選択して波長分散補償に用いることができるので、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。
【００７９】
また、推定部２３は、抽出された各々異なる周波数帯域のトレーニング信号系列の各電力値を比較して、最大電力値のトレーニング信号系列を選択し、この選択されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定して補償部２４へ出力する処理を行うようにした。
【００８０】
この構成によれば、最大電力値のトレーニング信号系列、つまり、特性劣化の無いトレーニング信号系列を選択して波長分散量を推定し、波長分散補償に用いることができる。従って、波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償することができる。
【００８１】
＜波長分散推定部の変形例＞
図９に本実施形態における波長分散推定部の変形例のブロック図を示す。
図９に示す波長分散推定部２３Ａは、信号分割部３１と、ＢＰＦ３５ａ〜３５ｍと、電力算出部３６と、波長分散量算出部３７とを備えて構成されている。なお、信号分割部３１は上述したものと同じである。
【００８２】
ＢＰＦ３５ａ〜３５ｍは、信号分割部３１でのデジタル信号の分割数ｍと同数配置され、個々のＢＰＦ３５ａ〜３５ｍの周波数通過帯域は全て異なっている。即ち、ＢＰＦ３５ａ〜３５ｍ毎に、ｍ種類のトレーニング信号系列の内の何れか１種類を通過させる周波数帯域を備えている。例えば、ＢＰＦ３５ａは、ｍ種類のトレーニング信号系列の内の第１のトレーニング信号系列のみを通過させ、ＢＰＦ３５ｍは、第ｍのトレーニング信号系列のみを通過させるようになっている。
【００８３】
電力算出部３６は、各ＢＰＦ３５ａ〜３５ｍを通過したトレーニング信号系列の各々において、電力値の比較を行い、最大電力成分を有するトレーニング信号系列を選択する。
波長分散量算出部３７は、その選択されたトレーニング信号系列の電力が集中する周波数における到来時間差から波長分散量の算出を行う。
【００８４】
このように、電力算出部３６で複数のトレーニング信号系列の中から最大電力成分を有するトレーニング信号系列を選択し、この選択されたトレーニング信号系列から波長分散量の算出を行うことにより、次のような効果が得られる。即ち、光ファイバ５０で接続された光送信装置１０及び光受信装置２０におけるディジタル帯域制限フィルタの周波数特性や、電力増幅器、ディジタル／アナログ変換器、アナログ／ディジタル変換器、アナログ低域通過フィルタ等のフロントエンド部における周波数特性の時間的な伝達関数の歪みの変化によらず、安定的に波長分散量を推定することが可能となる。
【００８５】
また、電力算出部３６で比較した電力値が同じ場合、同じ電力値のトレーニング信号系列を波長分散量算出部３７へ出力する。この算出部３７は、同じ電力値のトレーニング信号系列を平均化して１つのトレーニング信号系列として波長分散量を推定する。このように平均化することにより波長分散量の推定精度を改善することが可能となる。
【００８６】
また、電力算出部３６は、各ＢＰＦ３５ａ〜３５ｍを通過したトレーニング信号系列の各々において、電力値の比較に代え、信号電力対雑音電力比（Ｓ／Ｎ比）の比較を行い、Ｓ／Ｎ比の最も大きいトレーニング信号系列を選択するようにしてもよい。
この場合も、上述したフロントエンド部における周波数特性の時間的な伝達関数の歪みの変化によらず、安定的に波長分散量を推定することが可能となる。
【００８７】
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、図６に示す光受信装置２０の推定部２３において、信号分割部３１での分割数ｍと各算出部３２ａ〜３２ｍの数ｍを、図２に示す光送信装置１０におけるｎ個の生成部１４ａ〜１４ｎと同数とする。この際、信号分割部３１の分割後の各信号を出力する出力端と、各算出部３２ａ〜３２ｍの入力端とは、１対１で接続する。更に、選択部１５（図２）で、生成部１４ａ〜１４ｎにて生成されたトレーニング信号系列を選択した際に、この選択数ｋの情報（選択数情報）が、信号多重部１２で信号フレームのプリアンブル等の先頭領域に挿入される等、少なくとも先頭のトレーニング信号系列よりも前方側に挿入されるようにしておく。
【００８８】
そして、光受信装置２０（図６）で受信されたデジタル信号が信号分割部３１に入力された際に、信号分割部３１がデジタル信号の先頭に挿入された選択数ｋを検出し、この選択数ｋだけ分割ｋして、各算出部３２ａ〜３２ｋへ出力する。各算出部３２ａ〜３２ｋは、個々のＢＰＦを通過したトレーニング信号系列から、それぞれ波長分散量を算出して推定する。
【００８９】
このように構成すれば、光送信装置１０でトレーニング信号系列を複数生成後に幾つ選択されても、光受信装置２０において、その選択数だけトレーニング信号系列を適正に抽出して波長分散量を推定することができる。つまり、送受信間で、２つ以上となるトレーニング信号系列の数を、光伝送路の特性等に応じて任意に変更しながら送受信し、その任意数のトレーニング信号系列を基に波長分散量を推定して波長分散を補正することができる。このため、より精度良く波長分散量を推定して波長分散による波形歪を適正に補償することができる。
【００９０】
更には、光受信装置２０の推定部２３において、推定される波長分散量を光送信装置１０へフィードバックし、光送信装置１０の選択部１５において、そのフィードバックされる波長分散量が最小となるように、２つ以上のトレーニング信号系列の選択数ｋを変えて、光受信装置２０へ送信するようにしてもよい。このようにすれば、より波長分散による波形歪を適正に補償することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  光送信装置
１１  送信信号変調部
１２  信号多重部
１３  電気光変換部
１４ａ〜１４ｎ  トレーニング信号系列生成部（生成部）
１５  トレーニング信号系列選択部（選択部）
２０  光受信装置
２１  光電気変換部
２２  ＡＤ変換部
２３  波長分散推定部（推定部）
２４  波長分散補償部（補償部）
２５  適応等化部
２６  搬送波位相再生部
２７  復号部
３１  信号分割部
３２ａ〜３２ｍ，３７  波長分散量算出部
３３  波長分散量選択部
３５ａ〜３５ｍ  ＢＰＦ
３６  電力算出部
４０  多重装置
５０  光ファイバ
１００  コヒーレント光通信システム
【要約】
【課題】波長分散量の推定精度を向上させて、波長分散を適正に補償する。
【解決手段】光送信装置１０が、複数の周波数帯域に集中する電力を有する複数の信号系列で、且つ、各々が異なる周波数帯域に電力が集中する複数の信号系列をトレーニング信号系列として生成し、これら生成されたトレーニング信号系列の内２つ以上のトレーニング信号系列を主信号に多重化した後に光信号に変換して光ファイバ５０へ送信する。光受信装置２０が光ファイバ５０から受信した光信号を電気信号に変換した後にデジタル信号に変換し、この変換されたデジタル信号毎に周波数帯域の異なるトレーニング信号系列を検出し、この検出されたトレーニング信号系列に含まれる周波数成分から波長分散量を推定し、この推定された波長分散量に応じて、上記変換されたデジタル信号の波長分散による信号歪みを補償する。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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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】
0006031565.tif 000009
【図１０】
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【図４】
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