(57)【要約】光信号の位相雑音耐力が向上された光通信システムを提供する。本光通信システムは、所定のシンボル間隔で変調された光信号を送信する光送信器と、光信号を受信する光受信器とを有している。光送信器は、位相付加部を有している。位相付加部は、インパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を、生成された電気信号に実施する。光受信器は、位相補償部を有している。位相補償部は、変換された電気信号に含まれる、光送信器において与えられた位相変化を補償する。
2013140970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を所定のシンボル間隔で変調して送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを有し、
前記光送信器は、
ビット列に応じた電気信号を生成する信号生成部と、
インパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、前記光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する位相付加部と、
前記フィルタ処理が施された電気信号に応じた駆動信号を生成する駆動部と、
連続光を出力する光源と、
前記駆動信号に基づいて前記連続光を変調し、送信光を出力する変調部とを有し、
前記光受信器は、
前記光送信器から送信された前記光信号を電気信号に変換する光電変換部と、
前記変換された電気信号に含まれる、前記位相付加部が与えた位相変化を補償する位相補償部とを有することを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記位相付加部は、前記フィルタ処理を実施する前記位相付加部のフィルタ係数の数に対し、前記インパルス応答長を最大化するように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を、生成された前記電気信号に実施する請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記位相付加部は、前記インパルス応答の各係数の振幅の二乗と、振幅の二乗の２を基底とする対数値の積の総和に負号を付加した値で定義されるエントロピーが最大となるように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する請求項１に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記位相補償部はさらに、受信光に残存する波長分散を補償する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記位相付加部は、前記生成された電気信号に対し、前記光信号が伝送中に受ける波長分散に基づいて周波数に応じた位相をさらに付加するフィルタ処理を実施する請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記光送信器は、前記位相付加部に対して位相変化を設定する第１の位相設定部をさらに有し、
前記光受信器は、前記位相補償部に対して位相変化を設定する第２の位相設定部をさらに有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光通信システム。
【請求項７】
光信号を所定のシンボル間隔で変調して送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器との間で実行する光通信方法であって、
前記光送信器においてビット列に応じた電気信号を生成する信号生成工程と、
前記光送信器においてインパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、前記光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する位相付加工程と、
前記光送信器において前記フィルタ処理が施された電気信号に応じた駆動信号を生成する駆動工程と、
前記光送信器において光源から連続光を出力する光出力工程と、
前記光送信器において前記駆動信号に基づいて前記連続光を変調し、送信光を出力する変調工程と、
前記光受信器において前記光送信器から送信された前記光信号を電気信号に変換する光電変換工程と、
前記光受信器において前記変換された電気信号に含まれる、前記位相付加工程において与えられた位相変化を補償する位相補償工程とを有することを特徴とする光通信方法。
【請求項８】
前記位相付加工程において、前記フィルタ処理のフィルタ係数の数に対し、前記インパルス応答長を最大化するように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を、生成された前記電気信号に実施する請求項７に記載の光通信方法。
【請求項９】
前記位相付加工程において、前記インパルス応答の各係数の振幅の二乗と、振幅の二乗の２を基底とする対数値の積の総和に負号を付加した値で定義されるエントロピーが最大となるように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する請求項７に記載の光通信方法。
【請求項１０】
前記位相補償工程においてはさらに、受信光に残存する波長分散を補償する請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光通信システムに関し、特に、高い位相雑音耐力を有する光通信システムに関する。
【背景技術】  インターネットの普及により、基幹ネットワークのトラフィック量が急増していることから、一チャネルあたり１００Ｇｂｐｓを超える超高速長距離光通信システムの開発が強く望まれている。このような超高速長距離光通信システムを実現する技術として、ディジタル信号処理技術を活用した光位相変調方式や偏光多重分離技術などが注目されている。
光位相変調方式は、従来の光強度変調方式のように送信レーザ光の光強度に対してのみデータ変調を行うのではなく、送信レーザ光の光位相に対してもデータ変調を行う方式であって、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）や８ＰＳＫ（８  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）、あるいはＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの方式が知られている。
例えば、ＢＰＳＫでは、２個の光位相（例えば９０度、１８０度）に対して、それぞれ１ビット（例えば０、１）を割り当てる。図１（ａ）は、ＢＰＳＫのコンスタレーション図の一例である。また、ＱＰＳＫでは、４個の光位相（例えば４５度、１３５度、２２５度、３１５度）に対して、それぞれ２ビット（例えば００、０１、１１、１０）を割り当てる。図１（ｂ）は、ＱＰＳＫのコンスタレーション図の一例である。ＱＰＳＫでは、１つの光位相に対して２ビットを割り当てるため、ＱＰＳＫのシンボルレートは光強度変調方式のシンボルレート（すなわちビットレート）の１／２に低減可能である。このように、多値の光位相変調方式では、１シンボルに対して複数のビットを割り当てることにより、シンボルレート（ボーレート）を低下させることが可能であるため、電気デバイスの動作速度を低減できることから、装置の製造コストの削減が期待できる。一方、ＢＰＳＫは、１個の光位相に１ビットを割り当てるため、上述の効果は得られないものの、シンボル間の距離が他の位相変調方式に比べて大きいことから、光アンプの自然放出光や非線形光学効果による位相雑音に対して高い耐力が得られるため、大陸間を伝送させるような超長距離光通信システムの変調方式に適するという特徴を有している。
光位相変調方式が適用された信号光を受信するためには、信号光と、信号光とほぼ同一の光周波数を有するレーザ光（局所発振光または局所光と呼ばれる）を９０度光ハイブリッドと呼ばれる光学素子によって結合した上で、その出力を光検出器によって受光する光コヒーレント方式を用いる。
理解の助けのために信号光と局所発振光の偏波状態は同一の直線偏光であると仮定すると、光コヒーレント方式を用いた場合、光検出器から出力される電気信号の交流成分は、信号光と局所発振光のビート信号であり、その振幅は信号光と局所発振光の光強度に比例し、また、その位相は信号光の搬送波周波数と局所発振光の光周波数が同一であれば、信号光と局所光の光位相の差となる。局所発振光の光位相が、送信端の光変調器に入力されるレーザ光の光位相と同一であれば、ビート信号の位相が送信端でレーザ光に付加された光位相であるため、シンボルマッピングを用いてビート信号の位相をビット列に変換することによって送信データを復調することが可能である。
実際には、信号光の搬送波周波数と局所発振光の光周波数の値は完全には一致しないし、さらに受信器における局所発振光の光位相と、光送信器において光変調器に入力されるレーザ光の光位相とも一致しない。したがって、光送信器において光変調器に入力される信号光と局所発振光の光位相差である光位相偏差、及び信号光の搬送波周波数と局所光の光周波数の差である光搬送波周波数偏差による影響を補償する必要がある。
一方、ディジタル信号処理を用いた偏光多重分離技術も、超高速光通信システムを実現する技術の１つとして注目されている。偏光多重分離技術は、光送信器において、搬送波が同一の周波数帯に配備され、かつ、偏光状態が互いに直交する２個の独立した光信号を多重し、また光受信器において、受信信号から前述の２個の独立した光信号を分離することにより、２倍の伝送速度を実現する技術である。逆に云えば、光信号のシンボルレート（ボーレート）を１／２にすることができるため、電気デバイスの動作速度を低減でき、装置コストを削減可能である。
上述した光位相変調方式と偏光多重分離技術とを組み合わせることにより、一チャネルあたり１００Ｇｂｐｓを超えるような超高速長距離光通信システムを実現することができる。光搬送波周波数偏差及び光位相偏差を補償する処理、及び、２個の独立した光信号に分離する処理（偏光分離処理）を、ＬＳＩなどによって実装されたディジタル信号処理回路で実施することにより、高精度に復調する技術が提案されており、光ディジタルコヒーレント通信方式と呼ばれる。
次に、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた超高速光通信システムにおける送受信処理について、図を用いて詳細に説明する。
図２は、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた偏光多重光通信システムにおける光送信器６００を示すブロック図の一例である。レーザ発振器１０１から所定の光周波数で送出され、２分岐された連続光はそれぞれ、光直交変調器１０２−１〜２において駆動信号送信部１０６−１〜２から送出される駆動信号によって変調される。駆動信号は、信号生成部１０５−１〜２において送信ビット列から光位相変調方式に適するようにそれぞれ生成される。例えば、ＢＰＳＫやＱＰＳＫの場合は２値の電気信号が生成されるが、１６ＱＡＭなどのように多値数が大きくなると４値などの複雑な電気信号を生成する必要がある。駆動信号送信部１０６−１〜２は、ＢＰＳＫやＱＰＳＫのような多値数の小さい光位相変調方式を用いる場合は、増幅器のみで構成可能であるが、多値数の大きいＱＡＭなどを用いる場合は、ディジタルアナログコンバーター（ＤＡＣ）と増幅器の組み合わせなどで構成する必要がある。駆動信号送信部１０６−１〜２からは、一般に、位相平面上の実軸信号と、虚軸信号の駆動信号とが、それぞれ送出される。その後、光直交変調器１０２−１の出力光信号と、光直交変調器１０２−２の出力光信号とを、偏光多重部１０３において互いの偏光状態が直交となるようにした状態で多重した上で光伝送路に出力する。以上に説明した光送信器の構成は、ここでは説明しないが、光直交変調器以外の各光位相変調方式に特化した光送信器の構成を用いることもできる。
図３は、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光受信器７００の構成を示すブロック図の一例である。光伝送路から受信した光信号は、受信光信号の搬送波周波数とほぼ同一の光周波数を有する局所発振光と共に、９０度光ハイブリッド２０１に入力される。９０度光ハイブリッド２０１は、直交する２つの偏光軸それぞれに対して平行な偏光状態を有する光信号の実部成分と虚部成分の合計４個の光信号を出力する。これら４個の光信号は、光ディテクタ２０２−１〜４によってアナログ電気信号に変換された後、アナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０３−１〜４によってディジタル電気信号に変換される。これらのディジタル電気信号は、リサンプリング部（図３に記載せず）によって受信光信号のシンボルレートで標本化されたディジタル電気信号に変換された後、波長分散補償部２０９に入力される。波長分散補償部２０９は、受信光の残留波長分散をゼロにして、波長分散による波形歪を補償する。波長分散による波形歪が補償された信号データは偏光分離部２０４に入力される。偏光分離部２０４は、入力された４個のディジタル電気信号を元に、偏光多重された２つの独立した光信号を抽出する。抽出された光信号はそれぞれ、光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部２０５−１〜２により、受信光信号と局所発振光との間の光搬送波周波数偏差と光位相偏差による光位相回転が補償された後、シンボル識別部２０６−１〜２により、それぞれ元の送信ビット列に復調される。
以上説明したように、光位相変調方式と偏光多重分離技術を組み合わせた上で、偏光分離された２個の独立した光信号のそれぞれに対して、光搬送波周波数偏差及び光位相偏差による影響を補償することにより、一チャネルあたり１００Ｇｂｐｓを超えるような超高速光通信システムを実現することが可能となる。
尚、この種の光通信システムは、例えば、特許文献１、２にも開示されている。特許文献１に開示された光受信器は、時間領域の受信信号に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域成分に対して周波数等化を行い、逆高速フーリエ変換で時間領域信号に戻している。また、特許文献２に開示された光信号送信装置は、信号光に対して波長分散予等化を行っている。特許文献３には、符号間干渉の影響を除去することによってビット誤り率を改善すべく、時間領域の受信信号に対して高速フーリエ変換を行い、周波数領域成分に対して周波数等化を行い、逆高速フーリエ変換で時間領域信号に戻す無線端末が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】日本国公開特許公報第２０１０−０５７０１６号
【特許文献２】日本国平成７年公開特許公報第７４７５号
【特許文献３】国際公開第２００８／１３９６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】  しかし、図２、図３に示したものをも含め、関連技術においては、光信号に位相雑音が付加されることにより伝送特性が劣化するという問題がある。
位相雑音が付加される例として、局所発振光の発振周波数の揺らぎは、上述の光ディジタルコヒーレント通信方式によって生成されるビート信号（受信電気信号）に位相雑音を付加するため、受信信号の伝送特性を劣化させる原因となる。その他、発振周波数の揺らぎの大きさ（線幅）が大きいほど位相雑音も大きくなり、また、光信号の変調方式の多値数が大きくなるほどシンボル間距離が小さくなるため、伝送特性の劣化が大きくなる。
また、他の例として、光ファイバの伝送中に非線形光学効果によって光信号に位相雑音が付加されるために、受信信号の伝送特性が劣化するという問題もある。
それ故、本発明の課題は、高い位相雑音耐力を有する光通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】  本発明によれば、光信号を所定のシンボル間隔で変調して送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを有し、前記光送信器は、ビット列に応じた電気信号を生成する信号生成部と、インパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、前記光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する位相付加部と、前記フィルタ処理が施された電気信号に応じた駆動信号を生成する駆動部と、連続光を出力する光源と、前記駆動信号に基づいて前記連続光を変調し、送信光を出力する変調部とを有し、前記光受信器は、前記光送信器から送信された前記光信号を電気信号に変換する光電変換部と、前記変換された電気信号に含まれる、前記位相付加部が与えた位相変化を補償する位相補償部とを有することを特徴とする光通信システムが得られる。
また、本発明によれば、光信号を所定のシンボル間隔で変調して送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器との間で実行する光通信方法であって、前記光送信器においてビット列に応じた電気信号を生成する信号生成工程と、前記光送信器においてインパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、前記光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する位相付加工程と、前記光送信器において前記フィルタ処理が施された電気信号に応じた駆動信号を生成する駆動工程と、前記光送信器において光源から連続光を出力する光出力工程と、前記光送信器において前記駆動信号に基づいて前記連続光を変調し、送信光を出力する変調工程と、前記光受信器において前記光送信器から送信された前記光信号を電気信号に変換する光電変換工程と、前記光受信器において前記変換された電気信号に含まれる、前記位相付加工程において与えられた位相変化を補償する位相補償工程とを有することを特徴とする光通信方法が得られる。
【発明の効果】  本発明による光通信システムは、光信号の位相雑音耐力が向上している。
【図面の簡単な説明】  図１は、（ａ）はＢＰＳＫのコンスタレーション図であり、（ｂ）はＱＰＳＫのコンスタレーション図である。
図２は、関連技術による光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光送信器の構成を示すブロック図である。
図３は、関連技術による光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光受信器の構成を示すブロック図である。
図４は、本発明の第１の実施例による光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光送信器の構成を示すブロック図である。
図５は、本発明の第１の実施例による光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光受信器の構成を示すブロック図である。
図６は、（ａ）は関連技術による光通信システムのＱＰＳＫのコンスタレーション図であり、（ｂ）は本発明による光通信システムのＱＰＳＫのコンスタレーション図である。
図７は、本発明の第２の実施例による光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光送信器の構成を示すブロック図である。
図８は、本発明の第２の実施例による光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおけ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】
以下、図面を参照して、本発明による光通信システムを、より具体的に説明する。
尚、以下の説明において、図２、図３に示された関連技術と同一または同様の構成には同符号を付すと共に、詳細な説明は省略する。
【実施例１】  図４は、本発明の第１の実施例における光送信器１００の構成を示すブロック図である。図４を参照すると、光送信器１００は、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光送信器であり、所定の光周波数で連続光を送出するレーザ発振器１０１と、送信ビット列から位相変調方式に適するように駆動信号を生成する信号生成部１０５と、少なくとも増幅器から成り、信号生成部１０５から後述する位相付加部１０７を経て得られる信号に基づいて駆動信号を送出する駆動信号送信部１０６と、レーザ発振器１０１から送出された連続光を、駆動信号送信部１０６からの駆動信号によってＱＰＳＫ変調する光直交変調器１０２とを有している。
尚、図示はしないが、光送信器１００はさらに、信号生成部１０５によって生成された電気信号に対し、光直交変調器１０２から出力される光信号が伝送中に受けるであろう波長分散に基づいて周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を実施する波長分散予等化部を有していてもよい。
図４に示すように、本実施例における光送信器１００は、図２に示された関連技術による光送信器６００の構成とは異なり、送信光信号に位相変化を付加する位相付加部１０７と、位相付加部１０７に対して位相変化を設定する第１の位相設定部１０８とを有している。
尚、第１の位相設定部１０８は、必ずしも具備される必要はない。
図５は、本発明の第１の実施例における光受信器２００の構成を示すブロック図である。図５を参照すると、光受信器２００は、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた光通信システムにおける光受信器であり、光伝送路から受信した光信号をアナログ電気信号に変換する光ディテクタ２０２と、光ディテクタ２０２から送出されるアナログ電気信号をディジタル電気信号に変換するアナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０３と、ＡＤＣ２０３から後述する位相補償部２０７を経て入力されるディジタル電気信号に基づいて、残留波長分散を補償する波長分散補償部２０９と、波長分散による波形歪が取り除かれた信号データを、受信光信号と局所発振光との間の光搬送波周波数偏差と光位相偏差による光位相回転を補償する光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部２０５と、光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部２０５からの信号を、元の送信ビット列に復調するシンボル識別部２０６とを有している。
波長分散補償部２０９は、位相補償部２０７からの入力信号に含まれる各波長成分に対して複数のタップによってそれぞれ異なる増幅率と遅延量を与えた後に、各成分を合波することにより、波長分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）による波形歪を除去する。
図５に示すように、本実施例における光受信器２００は、図３に示された関連技術による光受信器７００の構成とは異なり、受信電気信号に位相変化を付加する位相補償部２０７と、位相補償部２０７に対して位相変化を設定する第２の位相設定部２０８とを有している。
尚、第２の位相設定部２０８は、必ずしも具備される必要はない。
以下、本発明の光送信器１００を用いて送信信号を生成する方法について説明する。
光送信器１００の位相付加部１０７においては、信号生成部１０５より生成された時間領域の信号に対してフーリエ変換処理を行った上で、信号の各周波数成分に対して所定量の位相変化を付加した後、逆フーリエ変換処理によって時間領域の信号に再変換する。所定量の位相変化が付加された信号は、前述した関連技術と同様に駆動信号送信部１０６によって光直交変調器１０２に供給される。尚、信号生成部１０５が生成する信号が周波数領域上の信号であれば、上述のフーリエ変換処理を省略することができる。
ここで、位相付加部１０７において信号に付加する位相変化の大きさは、位相付加部１０７に入力する信号としてインパルス信号を用いた場合に、位相付加部１０７から出力される信号の時間広がり（位相付加部１０７の伝達特性のインパルス応答長）が、少なくとも光信号のシンボル間隔よりも大きいことが必要である。これにより、複数のシンボルに情報を分散させることができるため、任意の時刻に付加された位相雑音によってビット誤りが発生する確率を低減することができる。その結果、位相雑音耐力を向上させることが可能となる。
さらに、位相付加部１０７から出力される信号の時間広がり（位相付加部１０７の伝達特性のインパルス応答長）を、所定のリソースにおいてできる限り大きくすることが、位相雑音耐力の向上に最も望ましい。
有限のリソースとしては、例えば、位相付加部１０７を構成するフィルタのフィルタ係数の数がある。即ち、位相付加部１０７を構成するフィルタのフィルタ係数の数に対して、位相付加部１０７から出力される信号の時間広がりをできる限り大きくするように位相変動の大きさを制御する。
例えば、位相付加部１０７の伝達特性のインパルス応答長を最大化する位相変化量として次の式（１）を用いることができる。
2013140970.tif 000003
式（１）において、φｋは各周波数成分の位相変化量、ｋは０以上Ｍ以下の整数、Ｍはフーリエ変換処理または逆フーリエ変換処理のウィンドウサイズである。
式（１）は、次の式（２）で定義するエントロピーＨを最大化することを条件として導出することができる。
2013140970.tif 000004
式（２）において、ｈｉは、位相付加部１０７のインパルス応答である。
上述ではディジタル信号処理を用いて本発明の送信光信号を生成する方法について説明したが、上述の位相変化と同一の位相変化を付加可能な光学デバイスがあれば、それによって本発明の送信光信号を生成することも可能である。
次に、本発明の光受信器２００を用いて信号を復調する方法について説明する。
光受信器２００の位相補償部２０７においては、時間領域の受信信号に対してフーリエ変換処理を行った上で、受信信号の各周波数成分に対して、光送信器１００の位相付加部１０７において駆動信号の各周波数成分に対して付加された位相変化と大きさが同一で符号が異なる位相変化量を付加した後、逆フーリエ変換処理によって時間領域の受信信号に再変換する。所定量の位相変化が付加された受信信号は、波長分散補償部２０９に供給される。
以上のように、位相補償部２０７によって光送信器１００で付加された位相変化が補償されるため、以降の復調処理は従来の光受信器と同様に実施することができる。
尚、光送信器において波長分散を付加する波長分散予等化を位相付加部１０７によって本発明の位相付加と同時に実施することも可能であり、また、光受信器において受信光の残留波長分散を位相補償部２０７によって本発明の位相補償と同時に実施することも可能である。この場合、本発明を実現するＬＳＩの回路規模削減により、消費電力低減の効果が得られる。
本発明を適用することによる位相雑音耐力向上の効果を図６に示す。図６（ａ）は、比較例として、前述した関連技術の送受信器７００において位相雑音を付加して受信したＱＰＳＫ信号のコンスタレーション図である。一方、図６（ｂ）は本発明の送受信器２００を用いた場合である。
図６（ａ）に示すＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、極方向のシンボル広がりに比べて、位相雑音による位相方向のシンボル広がりが大きくなっている。
これに対し、図６（ｂ）に示すＱＰＳＫ信号のコンスタレーションは、極方向と位相方向のシンボル広がりがほぼ同一であり、本発明によって位相雑音による位相方向のシンボル広がりを低減できていることが分かる。
【実施例２】  本発明の第２の実施例は、本発明による光ディジタルコヒーレント通信方式に対してさらに偏光多重分離技術を適用した点が、第１の実施例と異なっている。
図７は、本発明の第２の実施例における光送信器３００の構成を示すブロック図である。図７を参照すると、光送信器３００は、図２に示された関連技術と同様に、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた偏光多重光通信システムにおける光送信器であり、所定の光周波数で連続光を送出するレーザ発振器１０１と、送信ビット列から位相変調方式に適するように駆動信号をそれぞれ生成する信号生成部１０５−１〜２と、少なくとも増幅器から成り、信号生成部１０５−１〜２から後述する位相付加部１０７−１〜２を経て得られる信号に基づいて駆動信号を送出する駆動信号送信部１０６−１〜２と、レーザ発振器１０１から送出されて２分岐された連続光それぞれを、駆動信号送信部１０６−１〜２からの駆動信号によってそれぞれＱＰＳＫ変調する光直交変調器１０２−１〜２と、互いの偏光状態を直交となるようにした状態で多重した上で、光伝送路に出力する偏光多重部１０３とを有している。
尚、図示はしないが、光送信器３００はさらに、信号生成部１０５−１〜２によって生成された電気信号に対し、光直交変調器１０２−１〜２から出力される光信号が伝送中に受けるであろう波長分散に基づいて周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を実施する波長分散予等化部を有していてもよい。
図７に示すように、本実施例における光送信器３００は、図２に示された関連技術による光送信器６００の構成とは異なり、送信光信号に位相変化を付加する位相付加部１０７−１〜２と、位相付加部１０７−１〜２に対して位相変化を設定する第１の位相設定部１０８とを有している。
尚、第１の位相設定部１０８は、必ずしも具備される必要はない。
図８は、本発明の実施例における光受信器４００の構成を示すブロック図である。図８を参照すると、光受信器４００は、図３に示された関連技術と同様に、光ディジタルコヒーレント通信方式を用いた偏光多重光通信システムにおける光受信器であり、光伝送路から受信した光信号が受信光信号の搬送波周波数とほぼ同一の光周波数を有する局所発振光と共に入力され、直交する２つの偏光軸それぞれに対して平行な偏光状態を有する光信号の実部成分と虚部成分の合計４個の光信号を出力する９０度光ハイブリッド２０１と、９０度光ハイブリッド２０１から送出される４個の光信号をそれぞれアナログ電気信号に変換する光ディテクタ２０２−１〜４と、光ディテクタ２０２−１〜４からそれぞれ送出される４個のアナログ電気信号をそれぞれディジタル電気信号に変換するアナログディジタルコンバータ（ＡＤＣ）２０３−１〜４と、ＡＤＣ２０３−１〜４から後述する位相補償部２０７を経て入力される４個のディジタル電気信号に基づいて、残留波長分散を補償する波長分散補償部２０９と、波長分散による波形歪が取り除かれた信号データから偏光多重された２つの独立した光信号を抽出する偏光分離部２０４と、抽出された光信号をそれぞれ、受信光信号と局所発振光との間の光搬送波周波数偏差と光位相偏差による光位相回転を補償する光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部２０５−１〜２と、光搬送波周波数偏差・光位相偏差補償部２０５−１〜２それぞれからの信号を、元の送信ビット列に復調するシンボル識別部２０６−１〜２とを有している。
波長分散補償部２０９は、位相補償部２０７からの入力信号に含まれる各波長成分に対して複数のタップによってそれぞれ異なる増幅率と遅延量を与えた後に、各成分を合波することにより、波長分散（ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）による波形歪を除去する。
図８に示すように、本実施例における光受信器４００は、図３に示された関連技術による光受信器７００の構成とは異なり、受信電気信号に位相変化を付加する位相補償部２０７と、位相補償部２０７に対して位相変化を設定する第２の位相設定部２０８とを有している。
尚、第２の位相設定部２０８は、必ずしも具備される必要はない。
以下、本発明の光送信器３００を用いて送信信号を生成する方法について説明する。
光送信器３００の位相付加部１０７−１〜２においては、信号生成部１０５−１〜２より生成された時間領域の信号に対してフーリエ変換処理を行った上で、信号の各周波数成分に対して所定量の位相変化を付加した後、逆フーリエ変換処理によって時間領域の信号に再変換する。所定量の位相変化が付加された信号は、前述した関連技術と同様に駆動信号送信部１０６−１〜２によって光直交変調器１０２−１〜２に供給される。尚、信号生成部１０５−１〜２が生成する信号が周波数領域上の信号であれば、上述のフーリエ変換処理を省略することができる。
ここで、位相付加部１０７−１〜２において信号に付加する位相変化の大きさは、位相付加部１０７−１〜２に入力する信号としてインパルス信号を用いた場合に、位相付加部１０７−１〜２から出力される信号の時間広がり（位相付加部１０７−１〜２の伝達特性のインパルス応答長）が、少なくとも光信号のシンボル間隔よりも大きいことが必要である。これにより、複数のシンボルに情報を分散させることができるため、任意の時刻に付加された位相雑音によってビット誤りが発生する確率を低減することができる。その結果、位相雑音耐力を向上させることが可能となる。
さらに、位相付加部１０７−１〜２から出力される信号の時間広がり（位相付加部１０７−１〜２の伝達特性のインパルス応答長）を、所定のリソースにおいてできる限り大きくすることが、位相雑音耐力の向上に最も望ましい。
有限のリソースとしては、例えば、位相付加部１０７−１〜２を構成するフィルタのフィルタ係数の数がある。即ち、位相付加部１０７−１〜２を構成するフィルタのフィルタ係数の数に対して、位相付加部１０７−１〜２から出力される信号の時間広がりをできる限り大きくするように位相変動の大きさを制御する。
例えば、位相付加部１０７−１〜２の伝達特性のインパルス応答長を最大化する位相変化量として次の式（３）を用いることができる。
2013140970.tif 000005
式（３）において、φｋは各周波数成分の位相変化量、ｋは０以上Ｍ以下の整数、Ｍはフーリエ変換処理または逆フーリエ変換処理のウィンドウサイズである。
式（３）は、次の式（４）で定義するエントロピーＨを最大化することを条件として導出することができる。
2013140970.tif 000006
式（４）において、ｈｉは、位相付加部１０７−１〜２のインパルス応答である。
上述ではディジタル信号処理を用いて本発明の送信光信号を生成する方法について説明したが、上述の位相変化と同一の位相変化を付加可能な光学デバイスがあれば、それによって本発明の送信光信号を生成することも可能である。
次に、本発明の光受信器４００を用いて信号を復調する方法について説明する。
光受信器４００の位相補償部２０７においては、時間領域の受信信号に対してフーリエ変換処理を行った上で、受信信号の各周波数成分に対して、光送信器３００の位相付加部１０７−１〜２において駆動信号の各周波数成分に対して付加された位相変化と大きさが同一で符号が異なる位相変化量を付加した後、逆フーリエ変換処理によって時間領域の受信信号に再変換する。所定量の位相変化が付加された受信信号は、前述した関連技術と同様に偏光分離部２０４に供給される。
以上のように、位相補償部２０７によって光送信器３００で付加された位相変化が補償されるため、偏光分離部２０４以降の復調処理は従来の光受信器と同様に実施することができる。
尚、光送信器において波長分散を付加する波長分散予等化を位相付加部１０７−１〜２によって本発明の位相付加と同時に実施することも可能であり、また、光受信器において受信光の残留波長分散を位相補償部２０７によって本発明の位相補償と同時に実施することも可能である。この場合、本発明を実現するＬＳＩの回路規模削減により、消費電力低減の効果が得られる。
【実施例３】  本発明においては、第１の実施例の光送信器１００、第２の実施例の光送信器３００における位相付加部１０７を、ＦＩＲフィルタ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅフィルタ）を用いて構成することができる。
即ち、周波数領域上の位相変化を逆フーリエ変換処理することにより得られる値をフィルタ係数とするＦＩＲフィルタを用い、時間領域の信号をフィルタ処理することによって駆動信号を生成することが可能である。
以上に説明したように、本発明によれば位相雑音耐力の高い光通信システムを実現可能である。
また、以上説明した幾つかの実施例の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
光信号を所定のシンボル間隔で変調して送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器とを有し、
前記光送信器は、
ビット列に応じた電気信号を生成する信号生成部と、
インパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、前記光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する位相付加部と、
前記フィルタ処理が施された電気信号に応じた駆動信号を生成する駆動部と、
連続光を出力する光源と、
前記駆動信号に基づいて前記連続光を変調し、送信光を出力する変調部とを有し、
前記光受信器は、
前記光送信器から送信された前記光信号を電気信号に変換する光電変換部と、
前記変換された電気信号に含まれる、前記位相付加部が与えた位相変化を補償する位相補償部とを有することを特徴とする光通信システム。
（付記２）
前記位相付加部は、前記フィルタ処理を実施する前記位相付加部のフィルタ係数の数に対し、前記インパルス応答長を最大化するように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を、生成された前記電気信号に実施する付記１の光通信システム。
（付記３）
前記位相付加部は、前記インパルス応答の各係数の振幅の二乗と、振幅の二乗の２を基底とする対数値の積の総和に負号を付加した値で定義されるエントロピーが最大となるように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する付記１の光通信システム。
（付記４）
前記位相補償部はさらに、受信光に残存する波長分散を補償する付記１乃至３のいずれか一項の光通信システム。
（付記５）
前記位相付加部は、前記生成された電気信号に対し、前記光信号が伝送中に受ける波長分散に基づいて周波数に応じた位相をさらに付加するフィルタ処理を実施する付記４の光通信システム。
（付記６）
前記光送信器は、前記位相付加部に対して位相変化を設定する第１の位相設定部をさらに有し、
前記光受信器は、前記位相補償部に対して位相変化を設定する第２の位相設定部をさらに有する付記１乃至５のいずれか一項の光通信システム。
（付記７）
光信号を所定のシンボル間隔で変調して送信する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器との間で実行する光通信方法であって、
前記光送信器においてビット列に応じた電気信号を生成する信号生成工程と、
前記光送信器においてインパルス応答長が前記シンボル間隔以上である伝達特性を有し、前記光送信器の送信光に周波数に応じた位相変化を与えるフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する位相付加工程と、
前記光送信器において前記フィルタ処理が施された電気信号に応じた駆動信号を生成する駆動工程と、
前記光送信器において光源から連続光を出力する光出力工程と、
前記光送信器において前記駆動信号に基づいて前記連続光を変調し、送信光を出力する変調工程と、
前記光受信器において前記光送信器から送信された前記光信号を電気信号に変換する光電変換工程と、
前記光受信器において前記変換された電気信号に含まれる、前記位相付加工程において与えられた位相変化を補償する位相補償工程とを有することを特徴とする光通信方法。
（付記８）
前記位相付加工程において、前記フィルタ処理のフィルタ係数の数に対し、前記インパルス応答長を最大化するように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を、生成された前記電気信号に実施する付記７の光通信方法。
（付記９）
前記位相付加工程において、前記インパルス応答の各係数の振幅の二乗と、振幅の二乗の２を基底とする対数値の積の総和に負号を付加した値で定義されるエントロピーが最大となるように前記周波数に応じた位相を付加するフィルタ処理を前記生成された電気信号に実施する付記７の光通信方法。
（付記１０）
前記位相補償工程においてはさらに、受信光に残存する波長分散を補償する付記７乃至９のいずれか一項の光通信方法。
（付記１１）
前記位相付加工程において、前記生成された電気信号に対し、前記光信号が伝送中に受ける波長分散に基づいて周波数に応じた位相をさらに付加するフィルタ処理を実施する付記１０の光通信方法。
（付記１２）
前記光送信器において前記位相付加工程において付加される位相変化を設定する第１の位相設定工程と、
前記光受信器において前記位相補償工程において補償される位相変化を設定する第２の位相設定工程とをさらに有する付記７乃至１１のいずれか１つの光通信方法。
【産業上の利用可能性】  以上説明した実施例に限定されることなく、本発明は、特許請求の範囲に記載された技術範囲内であれば、種々の変形が可能であることは云うまでもない。例えば、上記実施例では、現時点で広く研究開発が進められているディジタルコヒーレント光通信システムに対して本発明を適用する例について説明したが、位相変化の付加手段及び補償手段は、必ずしもディジタル信号処理である必要はない。また、本発明は、偏光多重しない単一偏光の光信号を用いる光通信システムに対しても適用可能である。
また、本出願は、２０１２年３月２２日に出願された、日本国特許出願第２０１２−０６５４４３号からの優先権を基礎として、その利益を主張するものであり、その開示はここに全体として参考文献として取り込む。
【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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【国際調査報告】
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