(57)【要約】  偏波推定器３０１は、入力した２つの偏波を持つ信号（＝２偏波信号）に異なる偏波回転を与え、同一の偏波回転を与えた２偏波信号間の差動検波を行い、その出力から実部のみを取得して、実部同士の乗算結果を実部の二乗和で除算し、除算結果に基づいて、前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する。これにより、従来よりも格段に高速に偏波分離を行うことができ、偏波が高速に変動する場合であっても、伝送品質を維持させることができる。
2013124986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの偏波をもつ信号（＝２偏波信号）が入力され、その２偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転部と、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転部により偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号のうち一方の偏波の信号と他方の偏波の信号との間で差動検波を行う偏波間差動検波部と、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波部の出力から実部のみを取得する実部取得部と、
前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算部と、
前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部と、
前記各組において、前記複素乗算部の演算結果を、前記二乗和演算部の演算結果で除算する除算部と、
前記各組において、前記除算部の演算結果を蓄えて平均化する平均化部と、
前記２つの組の前記平均化部の演算結果に基づいて、前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算部と
を備えたことを特徴とする偏波推定器。
【請求項２】
２偏波信号が入力され、その２偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転部と、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転部により偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号のうち一方の偏波の信号と他方の偏波の信号との間で差動検波を行う偏波間差動検波部と、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波部の出力から実部のみを取得する実部取得部と、
前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算部と、
前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部と、
前記各組において、前記複素乗算部の演算結果を、前記二乗和演算部の演算結果で除算する除算部と、
前記各組において、前記除算部の演算結果を蓄えて平均化する平均化部と、
前記２つの組の前記平均化部の演算結果に基づいて、前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算部と、
前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号と同一の２つの偏波信号が入力され、前記偏波回転角演算部から出力される偏波回転角の推定値に基づいて、入力された前記２つの偏波信号に逆回転を与えることにより、前記２偏波信号の偏波分離を行う偏波回転部と
を備えたことを特徴とする偏波分離器。
【請求項３】
受信光信号と略一致した中心波長で光を発振する局部発振光源と、前記受信光信号と前記局部発振光源によって生成された光とを干渉させる光干渉部と、前記光干渉部からの出力を電気信号に変換する光電気変換部とを有する光受信部と、
前記光受信部から出力される電気信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部と、
前記アナログ・デジタル変換部から出力されるデジタル信号に対し偏波分離を行うデジタル信号処理部と
を備え、
前記デジタル信号処理部は、
前記アナログ・デジタル変換部から、２偏波信号を４系統に分離して生成した４つのデジタル信号が入力され、
各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転部と、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転部により偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号のうち一方の偏波の信号と他方の偏波の信号との間で差動検波を行う偏波間差動検波部と、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波部の出力から実部のみを取得する実部取得部と、
前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算部と、
前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部と、
前記各組において、前記複素乗算部の演算結果を、前記二乗和演算部の演算結果で除算する除算部と、
前記各組において、前記除算部の演算結果を蓄えて平均化する平均化部と、
前記２つの組の前記平均化部の演算結果に基づいて、前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算部と、
前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号と同一の２つの偏波信号が入力され、前記偏波回転角演算部から出力される偏波回転角の推定値に基づいて、入力された前記２つの偏波信号に逆回転を与えることにより、前記２つの偏波信号の偏波分離を行う偏波回転部と
を有していることを特徴とする光受信器。
【請求項４】
２つの偏波信号が入力され、それらの偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転ステップと、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転ステップにより偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号のうち一方の偏波の信号と他方の偏波の信号との間で差動検波を行う偏波間差動検波ステップと、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波ステップの出力から実部のみを取得する実部取得ステップと、
前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算ステップと、
前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算ステップと、
前記各組において、前記複素乗算ステップの演算結果を、前記二乗和演算ステップの演算結果で除算する除算ステップと、
前記各組において、前記除算ステップの演算結果を蓄えて平均化する平均化ステップと、
前記２つの組の前記平均化ステップの演算結果に基づいて、前記偏波回転ステップで入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算ステップと
を備えたことを特徴とする偏波推定方法。
【請求項５】
２つの偏波信号が入力され、それらの偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転ステップと、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転ステップにより偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号のうち一方の偏波の信号と他方の偏波の信号との間で差動検波を行う偏波間差動検波ステップと、
前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波ステップの出力から実部のみを取得する実部取得ステップと、
前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算ステップと、
前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算ステップと、
前記各組において、前記複素乗算ステップの演算結果を、前記二乗和演算ステップの演算結果で除算する除算ステップと、
前記各組において、前記除算ステップの演算結果を蓄えて平均化する平均化ステップと、
前記２つの組の前記平均化ステップの演算結果に基づいて、前記偏波回転ステップで入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算ステップと
前記偏波回転ステップで入力された前記２つの偏波信号と同一の２つの偏波信号が入力され、前記偏波回転角演算ステップで出力される偏波回転角の推定値に基づいて、入力された前記２つの偏波信号に逆回転を与えることにより、前記２つの偏波信号の偏波分離を行う偏波回転ステップと
を備えたことを特徴とする偏波分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は偏波推定器、偏波分離器、光受信器、偏波推定方法、および、偏波分離方法に関し、特に、デジタルコヒーレント方式を用いた、偏波推定器、偏波分離器、光受信器、偏波推定方法、および、偏波分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量光伝送のためには、光信号対雑音電力限界の克服や高密度波長多重化が課題である。光信号電力対雑音電力限界を克服する技術として、従来のオンオフキーイング（Ｏｎ−Ｏｆｆ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）に対して、２値位相偏移変調（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）や４値ＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）が用いられる。また、高密度波長多重化のためには、直交する２つの偏波成分に独立の信号を割り当てる偏波多重によって、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方式や、ＱＰＳＫや１６値直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）のように、信号多重度を上げて、１シンボル当たりの伝送ビット数を増やす方式が知られている。ＱＰＳＫや１６ＱＡＭは、光送信器において、同位相軸（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｉ軸）と、直交位相軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｑ軸）とに信号を割り当てて伝送する。【０００３】
また、同期検波方式にデジタル信号処理を組み合わせて、これらの光変調信号を受信するデジタルコヒーレント方式が注目されている。この方式では、同期検波による線形な光電気変換と、デジタル信号処理による固定的、半固定的および適応的な線形等化により、伝送路で生じる波長分散、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）等に起因する線形な波形歪みに対する優れた等化特性や優れた雑音耐力を実現できる。【０００４】
偏波多重信号は、受信器における線形等化器により分離される。この線形等化器のフィルタパラメータは、通常、非特許文献１〜４及び特許文献１〜３に記載のようなフィードバックパスを含む適応アルゴリズムに基づくデジタル信号処理により逐次更新される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−００３３１９５号公報
【特許文献２】米国特許第７，６２３，７９７号明細書
【特許文献３】特表２０１０−５３９７８９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Dominique N．Godard， “Self-recovering Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data Communication Systems”， IEEE Transactions on Communications， Vol. Com-28， No.11， pp.1867-1875， 1980
【非特許文献２】J．Yang， J．J．Werner and G．A．Dumont， “The Mutimodulus Blind Equalization Algorithm”， in Proc.DSP97， pp.127-130
【非特許文献３】Seb J．Savory， “Digital Filters for Coherent Optical Receivers”， Optics Express， Vol.16， No.2， pp.804-817， 2008
【非特許文献４】C. R. S. Fludger， J. C. Geyer， T. Duthel and C. Schulien， “Digital Signal Processing - from Simulation to Silicon”， in Proc. ECOC2010， Tu.5.A.1， 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の非特許文献１〜４及び特許文献１〜３に記載の従来技術によれば、フィルタパラメータ更新のためにフィードバックパスを必要とするため、急峻に偏波が変動する条件では偏波分離が有効に機能せず、通信不能に陥るという問題があった。【０００８】
例えば、非特許文献４に記載の例では、偏波変動への追随能力は最大５０ｋＨｚであり、ＭＨｚオーダで偏波が変動する場合には、適切に偏波分離することができず、通信不能に陥るという問題があった。【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、偏波が高速に変動する場合であっても、伝送品質の劣化を防止できる、偏波推定器、偏波分離器、光受信器、偏波推定方法、および、偏波分離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】
【００１０】
この発明は、２つの偏波信号が入力され、それらの偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転部と、前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転部により偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号間の差動検波を行う偏波間差動検波部と、前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波部の出力から実部のみを取得する実部取得部と、前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算部と、前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部と、前記各組において、前記複素乗算部の演算結果を、前記二乗和演算部の演算結果で除算する除算部と、前記各組において、前記除算部の演算結果を蓄えて平均化する平均化部と、前記２つの組の前記平均化部の演算結果に基づいて、前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算部とを備えた偏波推定器である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、２つの偏波信号が入力され、それらの偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転部と、前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転部により偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号間の差動検波を行う偏波間差動検波部と、前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波部の出力から実部のみを取得する実部取得部と、前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算部と、前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部と、前記各組において、前記複素乗算部の演算結果を、前記二乗和演算部の演算結果で除算する除算部と、前記各組において、前記除算部の演算結果を蓄えて平均化する平均化部と、前記２つの組の前記平均化部の演算結果に基づいて、前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算部とを備えた偏波推定器であるので、伝送路における偏波回転角推定を、フィードフォワード処理のみで、かつ、ブラインド処理で行うことができ、従来よりも格段に高速に偏波分離を行うことができ、偏波が高速に変動する場合であっても、伝送品質を維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】光伝送路における偏波回転を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る偏波推定器の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る偏波推定器による偏波推定結果の、入力偏波依存性を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る偏波分離器及びその周辺回路の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る偏波分離器の偏波分離能力を確認するための、オフライン解析のための構成を示したブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る偏波分離器の偏波分離能力を示すオフライン解析結果である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る光受信器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、この発明にかかる偏波推定器、偏波分離器、および、光受信器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するためのものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図２は、この発明の実施の形態１に係る偏波推定器３０１の構成を示すブロック図である。本実施の形態１の偏波推定器３０１は、後述する偏波分離器や光受信器の中に搭載されて使用される。本実施の形態１の偏波推定器３０１は、２つの偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）が入力され、それらに基づいて偏波推定を行い、偏波回転角の推定値θｅｓｔを出力するものである。図２において、４１，４３は共にＸ偏波受信光信号（Ｅｒｘ）であり、４２，４４は共にＹ偏波受信光信号（Ｅｒｙ）である。なお、これらの偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）はすべてデジタル信号である。
【００１５】
図２に示すように、本実施の形態１の偏波推定器３０１は、入力された２偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）を４系統に分離してそれぞれに固有の偏波回転（０，−π／４，＋π／８，−π／８）を与える偏波回転部５１〜５４と、同じ偏波回転を与えた２偏波間で差動検波を行う偏波間差動検波部（複素共役演算部６１〜６４及び複素乗算部７１〜７４）と、偏波間差動検波結果のうち実部のみを取得する実部取得部８１〜８４と、前記４系統のうち２系統毎を一組として二つの組を形成し、前記実部間の乗算を行う複素乗算部１０１，１０２と、複素乗算部１０１，１０２に所定の係数を入力する係数入力部９１，９２（ここでは、係数＝２とする。）と、前記一組内で前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部（二乗演算部１１１〜１１４及び加算部１２１，１２２）と、前記複素乗算結果を前記二乗和演算結果で除算する除算部１３１，１３２と、前記除算結果を蓄えて平均化する平均化部１４１，１４２と、二組の前記平均化結果に基づいて偏波回転角を計算する偏波回転角演算部１５１とで構成される。
【００１６】
以下、本実施の形態１にかかる偏波推定器３０１の動作を説明する。以下、１２８Ｇｂｉｔ／ｓ偏波多重ＱＰＳＫ光信号を生成する例について説明する。１２８Ｇｂｉｔ／ｓ偏波多重ＱＰＳＫ光信号は１シンボル当たり４ビットの通信が可能であり、シンボル繰り返し周波数ｆｓは３２ＧＨｚである。また、シンボル繰り返し周期はＴｓ（＝１／ｆｓ）とする。なお、本実施の形態１は、他の伝送レート、各種の変調方式に適用可能であり、この例に限定されるものではない。
【００１７】
入力する２偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）は、偏波多重された光信号を同期検波（イントラダイン検波）することで、略線形な光・電気変換が行われた電気信号である。
【００１８】
偏波回転部５１〜５４は、それぞれ入力する２偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）に対して、２×２複素行列（Ｊｏｎｅｓ行列）による偏波回転を与え、偏波回転を与えた後の２偏波信号を出力する。
【００１９】
例えば、偏波回転部５１における偏波回転角は０、偏波回転部５２における偏波回転角は−π／４、偏波回転部５３における偏波回転角は＋π／８、偏波回転部５４における偏波回転角は−π／８とすればよい。ただし、これらの組合せは一例であり、各偏波回転部５１〜５４の偏波回転角は任意の角度に適宜設定してよく、上記の角度に限定されるものではない。
【００２０】
偏波回転部５１は、偏波回転角０で、偏波信号４１，４２（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）のそれぞれに偏波回転を与え、２偏波信号（ＥｒＩｘｐ，ＥｒＩｙｐ）を出力する。
偏波回転部５２は、偏波回転角−π／４で、偏波信号４１，４２（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）のそれぞれに偏波回転を与え、２偏波信号（ＥｒＩｘｎ，ＥｒＩｙｎ）を出力する。
偏波回転部５３は、偏波回転角＋π／８で、偏波信号４３，４４（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）のそれぞれに偏波回転を与え、２偏波信号（ＥｒＲｘｐ，ＥｒＲｙｐ）を出力する。
偏波回転部５４は、偏波回転角−π／８で、偏波信号４３，４４（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）のそれぞれに偏波回転を与え、２偏波信号（ＥｒＲｘｎ，ＥｒＲｙｎ）を出力する。
【００２１】
複素共役演算部６１は、ＥｒＩｙｐを入力とし、その複素共役ＥｒＩｙｐ＊を複素乗算部７１に出力する。
複素共役演算部６２は、ＥｒＩｙｎを入力とし、その複素共役ＥｒＩｙｎ＊を複素乗算部７２に出力する。
複素共役演算部６３は、ＥｒＲｙｐを入力とし、その複素共役ＥｒＲｙｐ＊を複素乗算部７３に出力する。
複素共役演算部６４は、ＥｒＲｙｎを入力とし、その複素共役ＥｒＲｙｎ＊を複素乗算部７４に出力する。
【００２２】
複素乗算部７１は、ＥｒＩｘｐとＥｒＩｙｐ＊との複素乗算を行い、その結果得られた複素信号を実部取得部８１に出力する。
複素乗算部７２は、ＥｒＩｘｎとＥｒＩｙｎ＊との複素乗算を行い、その結果得られた複素信号を実部取得部８２に出力する。
複素乗算部７３は、ＥｒＲｘｐとＥｒＲｙｐ＊との複素乗算を行い、その結果得られた複素信号を実部取得部８３に出力する。
複素乗算部７４は、ＥｒＲｘｎとＥｒＲｙｎ＊との複素乗算を行い、その結果得られた複素信号を実部取得部８４に出力する。
【００２３】
実部取得部８１は、複素乗算部７１から出力された前記複素信号の実部を取得して、実部信号ＡIを乗算部１０１及び二乗演算部１１１に出力する。
実部取得部８２は、複素乗算部７２から出力された前記複素信号の実部を取得して、実部信号ＢIを乗算部１０１及び二乗演算部１１２に出力する。
実部取得部８３は、複素乗算部７３から出力された前記複素信号の実部を取得して、実部信号ＡRを乗算部１０２及び二乗演算部１１３に出力する。
実部取得部８４は、複素乗算部７４から出力された前記複素信号の実部を取得して、実部信号ＢRを乗算部１０２及び二乗演算部１１４に出力する。
【００２４】
乗算部１０１は、実部取得部８１から入力される実部信号ＡIと、実部取得部８２から入力される実部信号ＢIと、係数入力部９１から入力される係数（係数＝２）との積をとり、その積（２ＡIＢI）を除算部１３１に出力する。
乗算部１０２は、実部取得部８３から入力される実部信号ＡRと、実部取得部８４から入力される実部信号ＢRと、係数入力部９２から入力される係数（係数＝２）との積をとり、その積（２ＡRＢR）を除算部１３２に出力する。
【００２５】
二乗演算部１１１は、実部取得部８１から入力される実部信号ＡIを二乗し、その二乗結果（ＡI2）を加算部１２１に出力する。
二乗演算部１１２は、実部取得部８２から入力される実部信号ＢIを二乗し、その二乗結果（ＢI2）を加算部１２１に出力する。
二乗演算部１１３は、実部取得部８３から入力される実部信号ＡRを二乗し、その二乗結果（ＡR2）を加算部１２２に出力する。
二乗演算部１１４は、実部取得部８４から入力される実部信号ＢRを二乗し、その二乗結果（ＢR2）を加算部１２２に出力する。
【００２６】
加算部１２１は、二乗演算部１１１から入力される二乗結果ＡI2と、二乗演算部１１２から入力される二乗結果ＢI2とを加算し、加算結果（ＡI2＋ＢI2）を除算部１３１に出力する。
加算部１２２は、二乗演算部１１３から入力される二乗結果ＡR2と、二乗演算部１１４から入力される二乗結果ＢR2とを加算し、加算結果（ＡR2＋ＢR2）を除算部１３２に出力する。
【００２７】
除算部１３１は、乗算部１０１から入力される乗算結果２ＡIＢIを、加算部１２１から入力される加算結果ＡI2＋ＢI2で除算し、その除算結果ＣIを平均化部１４１に出力する。
除算部１３２は、乗算部１０２から入力される乗算結果２ＡRＢRを、加算部１２２から入力される加算結果ＡR2＋ＢR2で除算し、その除算結果ＣRを平均化部１４２に出力する。
【００２８】
平均化部１４１は、除算部１３１から入力される除算結果ＣIを平均化し、平均化結果ＣI,avgを偏波回転角演算部１５１に出力する。例えば、２０サンプル分の移動平均をとることが想定されるが、それに限定されることなく、他のどのような平均化処理を行ってもよい。また、平均化せずに、そのままＣIを出力してもよい。
平均化部１４２は、除算部１３２から入力される除算結果ＣRを平均化し、平均化結果ＣR,avgを偏波回転角演算部１５１に出力する。例えば、２０サンプル分の移動平均をとることが想定されるが、それに限定されることなく、他のどのような平均化処理を行ってもよい。また、平均化せずに、そのままＣRを出力してもよい。
基本的には平均化処理を行うことで雑音成分の抑圧が可能になるが、平均化時間を長くするほど伝送路の変動への追随能力が低下するので、伝送路に応じた最適な平均化処理を選択することが最も望ましい。また、簡単には、平均化しなくてもよい。
【００２９】
偏波回転角演算部１５１は、平均化部１４１から入力されるＣI,avgと平均化部１４２から入力されるＣR,avgとに基づき、２偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）の偏波回転角の推定値θｅｓｔを下記の式（１）により求め、外部に出力する。Ａｒｇ｛・｝は複素数の偏角を求める関数である。
【００３０】
θｅｓｔ＝１／４×Ａｒｇ｛（ＣR,avg）＋ｊ（ＣI,avg）｝      （１）
【００３１】
以上のように、本実施の形態１に係る偏波推定器３０１により、入力された偏波信号（Ｅｒｘ，Ｅｒｙ）の偏波回転角を、フィード・フォワード処理のみで、かつ、（パイロットトーン等を不要とする）ブラインド処理により、推定することが可能である。
【００３２】
以下、偏波回転角を推定することで偏波多重信号の分離が可能であることを説明する。
【００３３】
光伝送路において、偏波状態はさまざまに変化する。無変調光をとりあげて考えると、一般に偏波状態は楕円偏波で表され、その特殊な場合として直線偏波や円偏波をとりうる。これらの偏波状態変化は、直交偏波間での波長オーダでの遅延差により生じるものである。
【００３４】
偏波多重信号では直交する２偏波に独立な信号を重畳する。このとき、送信器においては、例えば、２系統の直線偏波の無変調信号を、それぞれ独立に変調し、偏波関係を直交化した上で多重化する。
【００３５】
偏波多重化された信号は、線形な解析においては、受信端まで独立な２つの直線偏波信号として扱っても特に問題はない。
【００３６】
受信器においては光信号を電気信号に変換する。このとき、光の波長オーダで変化する偏波に電気デバイスの応答は追随しないので、例えば、円偏波の光信号を受信する場合には、偏波ダイバーシチ受信器のＸ偏波とＹ偏波との双方において、単純に半分ずつの電力で受信されて見えることになる。より一般化した楕円偏波の場合においても、同様に、偏波ダイバーシチ受信器のＸ偏波とＹ偏波との双方において、ある割合ずつの電力で受信されて見えるのみである。なお、偏波ダイバーシチ受信器については、例えば、Optical Internetworking Forum， “100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document”， (http：／／www.oiforum.com／ public／documents／OIF-FD-100G-DWDM-01.0.pdf)， June 2009  に記載の受信器を参照されたい。
【００３７】
これらは直線偏波信号を受信する場合で一般化される。直線偏波信号の偏波角を変えて受信すると、偏波ダイバーシチ受信器のＸ偏波とＹ偏波とにおける、電力比が変化するためである。したがって、伝送路での偏波状態変動は、直線偏波の偏波回転により定式化してよい。
【００３８】
図１は、光伝送路における偏波状態変動をＪｏｎｅｓ行列による偏波回転で記述したものである。図１において、１１はＸ偏波送信光信号（Ｅｔｘ）、１２はＹ偏波送信光信号（Ｅｔｙ）、３１はＸ偏波受信光信号（Ｅｒｘ）であり、３２はＹ偏波受信光信号（Ｅｒｙ）、２１は光伝送路である。送信光信号１１，１２および受信光信号３１，３２は、ともに、直交する２つの直線偏波がデータ変調されていると簡単化して考えればよく、光伝送路２１において、直交関係を保ちながら偏波が回転している、と考えればよい。
【００３９】
以上のことから、光伝送路における偏波回転角を推定することで、偏波ダイバーシチ受信器のＸ偏波とＹ偏波とにおける、信号の電力比がわかり、元の直線偏波状態を復元することが可能になることがわかる。このことは、送信側で偏波多重されているか否かには依存しない。
【００４０】
図３は、本実施の形態１に係る偏波推定器３０１による偏波推定結果の、入力偏波依存性を示す図である。図３において、横軸は入力偏波回転角であり、縦軸は偏波回転角の推定値である。これは、同じ同期検波（イントラダイン検波）の受信器で必要になる、搬送波位相推定の処理を行うのに適した方法であるＶｉｔｅｒｂｉ＆Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムにより、ＱＰＳＫ信号の位相推定を行った場合と同様の特性であり、ＱＰＳＫ信号の位相推定と同じレベルで偏波状態推定が可能であることを示すものである。なお、Ｖｉｔｅｒｂｉ＆Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムについては、例えば、Andrew J. Viterbi and Audrey M. Viterbi， “Nonlinear Estimation of PSK-Modulated Carrier Phase with Application to Burst Digital Transmission”， IEEE Transactions on Information Theory， Vol.IT-29， No.4， pp.543-551， 1983  を参照されたい。
【００４１】
また、本実施の形態１に係る偏波推定器３０１によれば、偏波状態推定能力は、位相変調信号の位相数が変化しても変化しない。すなわち、８値ＰＳＫや１６値ＰＳＫを採用しても、その偏波推定能力に何ら変化を与えない。ただし、振幅レベルを多値にする変調方式への適用には向かない。
【００４２】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、偏波推定器３０１が、２つの偏波信号が入力され、それらの偏波信号を４系統に分離し、各系統に含まれる２偏波信号に対し各系統ごとに異なる偏波回転を与える偏波回転部５１〜５４と、前記４系統の各系統ごとに、前記偏波回転部により偏波回転を与えられた２偏波信号が入力され、２偏波信号間の差動検波を行う偏波間差動検波部（複素共役演算部６１〜６４及び複素乗算部７１〜７４）と、前記４系統の各系統ごとに、前記偏波間差動検波部の出力から実部のみを取得する実部取得部８１〜８４と、前記４系統のうち２系統毎を一組として形成した２つの組の各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部同士の乗算を行う複素乗算部１０１，１０２と、前記各組において、前記組に含まれる２系統の前記実部の二乗和を計算する二乗和演算部（二乗演算部１１１〜１１４及び加算部１２１，１２２）と、前記各組において、前記複素乗算部の演算結果を、前記二乗和演算部の演算結果で除算する除算部１３１，１３２と、前記各組において、前記除算部の演算結果を蓄えて平均化する平均化部１４１，１４２と、前記２つの組の前記平均化部の演算結果に基づいて、前記偏波回転部に入力された前記２つの偏波信号の偏波回転角の推定値を計算する偏波回転角演算部１５１とを備えるようにしたので、伝送路における偏波回転角推定をフィードフォワード処理のみ、かつ、ブラインド処理で行うことができ、偏波が高速に変動する場合であっても、偏波推定能力が変化せず、伝送品質を維持させることができる。
【００４３】
実施の形態２．
図４は、この発明の本実施の形態２に係る偏波分離器及びその周辺回路の構成例を示すブロック図である。図４（ａ）において、２０４，２０６は、本実施の形態２に係る偏波分離器であり、他はその周辺回路である。従って、周辺回路は、前処理部２０１と、波長分散補償部２０２と、タイミング抽出部２０３と、適応等化部２０５と、搬送波周波数オフセット補償部２０７と、搬送波位相オフセット補償部２０８と、識別部２０９とで構成される。
【００４４】
偏波分離器２０４は、図４（ａ）に示すように、タイミング抽出部２０３と適応等化部２０５との間に設けられている。また、偏波分離器２０６は、適応等化部２０５と搬送波周波数オフセット補償部２０７との間に設けられている。
【００４５】
偏波分離器２０４と偏波分離器２０６とは、同一の構成を有している。図４（ｂ）は、偏波分離器２０４，２０６の内部構成を示した図である。図４（ｂ）に示すように、偏波分離器２０４，２０６は、上記の実施の形態１で説明した図２の偏波推定器３０１と、偏波回転部３０２とから構成されている。詳細については後述する。
【００４６】
以下、本実施の形態２に係る偏波分離器及びその周辺回路について説明する。
【００４７】
前処理部２０１は、外部から、４レーンのデジタル信号が入力される。これらのデジタル信号は、Ｘ偏波信号およびＹ偏波信号のそれぞれをＩ−ｃｈとＱ−ｃｈとで構成したものである。従って、以下では、４レーンのデジタル信号を、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱとして表すこととする。前処理部２０１は、４レーンのデジタル信号（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の振幅ばらつきや遅延誤差等を補正し、補正後の４レーン信号を波長分散補償部２０２に出力する。
【００４８】
波長分散補償部２０２は、前処理部２０１から入力される４レーン信号について、光伝送路で受けた波長分散をデジタル信号処理により補償し、補償後の４レーン信号をタイミング抽出部２０３に出力する。
【００４９】
タイミング抽出部２０３は、波長分散補償部２０２から入力される４レーン信号に基づき、シンボルタイミング情報を抽出し、識別点を再生する。前記識別点再生された４レーン信号を偏波分離器２０４に出力する。
【００５０】
偏波分離器２０４は、実施の形態１で説明した偏波推定器３０１と、それに接続された偏波回転部３０２とで構成される。
【００５１】
偏波推定器３０１は、タイミング抽出部２０３から入力される４レーン信号に基づき偏波回転角を推定し、偏波回転角の推定値θｅｓｔを偏波回転部３０２に出力する。偏波推定器３０１の動作については、実施の形態１で説明した通りであるため、ここでは、説明を省略する。但し、ここでは、ＸＩおよびＹＩを、実施の形態１で示したＥｒｘ４１，Ｅｒｙ４２と考え、同様に、ＸＱ、ＹＱを実施の形態１で示したＥｒｘ４３，Ｅｒｙ４４と考える。
【００５２】
偏波回転部３０２は、タイミング抽出部２０３から入力される４レーン信号（２偏波信号）に対して、偏波推定器３０１から入力される偏波回転角の推定値θｅｓｔの逆回転を与え、偏波を逆回転させた４レーン信号（２偏波信号）を、適応等化部２０５に出力する。
【００５３】
適応等化部２０５は、偏波分離器２０４から入力される４レーン信号に対して、残留波長分散、偏波モード分散、帯域制限等による線形な波形歪みを適応的に等化し、等化後の４レーン信号を偏波分離器２０６に出力する。送信偏波は概ね偏波分離器２０４で復元されるが、偏波分離器２０４では単純に偏波回転を与えるのみしかできないため、多くの場合で波形等化を行う適応等化部２０５が必要である。ただし、状態のよい伝送路を通過した信号を受信した場合には、不要とすることができる。
【００５４】
偏波分離器２０６は、構成および動作は、偏波分離部２０４と基本的に同一であり、図４（ｂ）に示すように、偏波推定器３０１と偏波回転部３０２とを備えている。偏波分離器２０６は、偏波分離器２０４で分離できずに残った偏波干渉成分を除去するために用いる。偏波分離器２０６においては、まず、偏波推定器３０１は、適応等化部２０５から入力される４レーン信号に基づき偏波回転角を推定し、偏波回転角の推定値θｅｓｔを偏波回転部３０２に出力する。次に、偏波回転部３０２は、タイミング抽出部２０３から入力される４レーン信号（２偏波信号）に対して、偏波推定器３０１から入力される偏波回転角の推定値θｅｓｔの逆回転を与え、偏波を逆回転させた４レーン信号（２偏波信号）を搬送波周波数オフセット補償部２０７に出力する。
【００５５】
搬送波周波数オフセット補償部２０７は、偏波分離部２０６から入力される４レーン信号に対し、受信信号の搬送波と局部発振波との周波数差を補償し、周波数差補償後の４レーン信号を搬送波位相オフセット補償部２０８に出力する。
【００５６】
搬送波位相オフセット補償部２０８は、搬送波周波数オフセット補償部２０７から入力される４レーン信号に対し、受信信号の搬送波と局部発振波との位相差を補償し、位相オフセット補償後の４レーン信号を識別部２０９に出力する。
【００５７】
識別部２０９は、搬送波位相オフセット補償部２０８から入力される４レーン信号に対し、硬判定を行い、場合によっては信頼性情報を付加して、４レーン信号を外部に出力する。
【００５８】
図５に、この発明による偏波分離器２０４，２０６の偏波分離能力を確認するためのオフライン解析のためのブロック図を示す。図４と同一の構成については、同一符号を付して、ここでは説明を省略する。図５において、２１０は偏波変動を模擬する偏波回転エミュレータ部、２１１はサンプリング速度とシンボル繰り返し周波数との不一致を解消し、サンプリング速度をシンボル繰り返し周波数の略整数倍とするサンプリングレート変換部、２１２はＱ値計算部である。偏波回転エミュレータ部２１０により、オフライン解析においてあえて偏波を回転させ、受信特性を確認した。
【００５９】
図６は、図５の構成により、この発明による偏波分離部の偏波分離能力を確認した結果である。フィードバックパスをもつ通常の偏波分離方式の例として、標準ＣＭＡを比較対象とした。４３Ｇｂ／ｓ偏波多重４値位相偏移変調信号に対して雑音付加し、光信号電力対雑音電力比１０．９ｄＢ（雑音帯域０．１ｎｍ）の条件で、受信端信号処理で意図的に正弦波状の偏波回転：θ（ｔ）＝πｓｉｎ（πｆｔ）を与えてＱ値特性を確認した。図６では、以下の３つの場合を示している。
【００６０】
１）この発明の偏波分離器を用いない場合（標準ＣＭＡ）
２）この発明の偏波分離器を、適応等化部２０５の前段のみで用いた場合（すなわち、図５の偏波分離器２０４のみを用いた場合）
３）この発明の偏波分離器を、適応等化部２０５の前段および後段の双方で用いた場合（すなわち、図５の偏波分離器２０４，２０６を用いた場合）
【００６１】
適応等化部２０５は、９タップ１／２シンボル間隔のバタフライ型有限インパルス応答フィルタにより構成され、標準ＣＭＡにより１０２４シンボルの一連の受信信号に対して最適化されるものとした。図６の横軸は、最大偏波変化速度ｆをシンボル繰り返し周波数Ｂｓ＝１０．７ＧＨｚで正規化した偏波回転速度である。図６の縦軸は、Ｑ値特性を示す。０．５ｄＢＱ値劣化点で規定する場合、この発明の偏波分離器２０４，２０６により、本条件において偏波追随速度が２桁高速化されることがわかる。その高速化への寄与は適応等化部前段の偏波分離部によるものが支配的である。
【００６２】
以上のように、本実施の形態２によれば、偏波分離器２０４，２０６が、実施の形態１で説明した偏波推定器３０１と、偏波推定器３０１において推定した偏波回転角に基づいて偏波に逆回転を与える偏波回転部３０２とを備えるようにしたので、伝送路における偏波回転角推定をフィードフォワード処理のみ、かつ、ブラインド処理で行うことができ、また、直交偏波多重信号の偏波分離を、従来よりも格段に高速化し、偏波が高速に変動する場合であっても、伝送品質を維持させることができる。
【００６３】
なお、図４および図５は、適応等化部２０５の前段と後段とにそれぞれ偏波分離器２０４，２０６を設ける例について示している。しかしながら、偏波分離器２０４及び２０６のいずれか一方だけを備えるようにしてもよい。その場合においても、図６に示すように、十分な効果が得られる。
【００６４】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係る光受信器の構成を示すブロック図である。本実施の形態３に係る光受信器は、局部発振光源４０１、光干渉部４０２、光電気変換部４０３、アナログ・デジタル変換部４０４、及び、デジタル信号処理部４０５を備える。
【００６５】
局部発振光源４０１、光干渉部４０２、及び、光電気変換部４０３は、外部から、光信号（以下、受信光信号とする。）を受信し、受信処理を行う光受信部を構成している。
【００６６】
局部発振光源４０１は、伝送後の光信号の中心波長に概略一致した中心波長を有するＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）光を生成し、ＣＷ光を光干渉部４０２に出力する。
【００６７】
光干渉部４０２は、外部から受信光信号が入力されるとともに、局部発振光源４０１からＣＷ光が入力されて、受信光信号とＣＷ光とを干渉混合させて、干渉後の光信号を光電気変換部４０３に出力する。
【００６８】
光電気変換器４０３は、光干渉部４０２から入力される干渉後の光信号を電気信号に変換することで同期検波（イントラダイン検波）を行い、電気信号をアナログ・デジタル変換部４０４に出力する。
【００６９】
アナログ・デジタル変換部４０４は、光電気変換部４０３から入力される４レーンのアナログ電気信号を離散時間デジタル信号に変換し、離散時間デジタル信号をデジタル信号処理部４０４に出力する。アナログ・デジタル変換においては、連続時間信号の離散時間化と、振幅レベルの量子化との双方が行われる。離散時間化によるサンプリング速度のシンボルレートに対する比は、１Ｓａｍｐｌｅ／ｓｙｍｂｏｌ以上に設定され、一般には２Ｓａｍｐｌｅ／ｓｙｍｂｏｌに設定されることが多い。
【００７０】
デジタル信号処理部４０５は、図７に示すように、上記の実施の形態２で示した偏波分離器２０４及び／または２０６を有している。デジタル信号処理部４０５は、アナログ・デジタル変換部４０４から入力される４レーン信号に基づき、上記の実施の形態２で示した偏波分離処理を含む、受信電気信号処理を行い、信号処理結果を出力する。
【００７１】
本実施の形態３においても、偏波分離器２０４，２０６の構成は、実施の形態２の図４に示す通りであり、すなわち、上記の実施の形態１で示した偏波推定器３０１を有している。偏波分離器２０４，２０６の構成および動作については、上記の実施の形態２で示した通りであるため、ここでは、詳細な説明は省略する。
【００７２】
なお、デジタル信号処理部４０５は、図４に示す偏波分離器２０４及び２０６の両方を備えるようにしてもよく、あるいは、いずれか一方だけを備えるようにしてもよい。
【００７３】
さらに、デジタル信号処理４０５は、上記の実施の形態２で示した図４の構成（２０１〜２０９）をすべて備えるようにしてもよい。その場合には、デジタル信号処理部４０５は、アナログ・デジタル変換部４０４から入力される４レーン信号に基づき、上記の実施の形態２で示した、前処理部２０１から識別部２０９までの受信電気信号処理を行い、信号処理結果を出力する。前処理部２０１から識別部２０９までの各処理については、実施の形態２で説明した通りであるため、ここでは、その説明を省略する。
【００７４】
以上のように、本実施の形態３によれば、光受信器が、受信光信号と略一致した中心波長でＣＷ光を発振する局部発振光源４０１と、局部発振光源４０１によって生成されたＣＷ光と受信光信号とを干渉させる光干渉部４０２と、光干渉部４０２からの出力を電気信号に変換する光電気変換部４０３とを有する光受信部と、前記光受信部から出力される電気信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換部４０４と、偏波分離を行うデジタル信号処理部４０５を備えるようにしたので、伝送路における偏波回転角推定をフィードフォワード処理のみ、かつ、ブラインド処理で行うことができ、また、直交偏波多重信号の偏波分離を、従来よりも格段に高速化し、偏波が高速に変動する場合であっても、伝送品質を維持させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明に係る偏波推定器、偏波分離器、および、光受信器は、デジタルコヒーレント方式を用いた光伝送システムに有用であり、特に、偏波が高速に変動する光伝送システムに適している。
【符号の説明】
【００７６】
１１  Ｘ偏波送信光信号、１２  Ｙ偏波送信光信号、２１  光伝送路、３１  Ｘ偏波受信光信号、３２  Ｙ偏波受信光信号、４１，４３  Ｘ偏波受信信号、４２，４４  Ｙ偏波受信信号、５１，５２，５３，５４  偏波間差動検波部、６１，６２，６３，６４  複素共役演算部、７１，７２，７３，７４  複素乗算部、８１，８２，８３，８４  実部取得部、１０１，１０２  複素乗算部、１１１，１１２，１１３，１１４  二乗演算部、１２１，１２２  加算部、１３１，１３２  除算部、１４１，１４２  平均化部、１５１  偏波回転角演算部、２０１  前処理部、２０２  波長分散補償部、２０３  タイミング抽出部、２０４  偏波分離部、２０５  適応等化部、２０６  偏波分離部、２０７  搬送波周波数オフセット補償部、２０８  搬送波位相オフセット補償部、２０９  識別部、３０１  偏波推定器、３０２  偏波回転部、４０１  局部発振光源、４０２  光干渉部、４０３  光電気変換部、４０４  アナログ・デジタル変換部、４０５  デジタル信号処理部。
【図１】
2013124986.tif 000003
【図２】
2013124986.tif 000004
【図３】
2013124986.tif 000005
【図４】
2013124986.tif 000006
【図５】
2013124986.tif 000007
【図６】
2013124986.tif 000008
【図７】
2013124986.tif 000009
【国際調査報告】
2013124986.tif 000010
2013124986.tif 000011
2013124986.tif 000012