(57)【要約】偏波多重伝送システム（１０）は、同一のファイバー（１５）の中を同一の波長で伝播し、偏波面が直交する２つの光信号（ｚ１、ｚ２）を伝送する。本システムは、信号が占めるスペクトル領域において近似的にファイバーの逆伝送行列となるように、出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、ファイバーによって導入されたＰｏｌＭＤ（ＰＭＤ）と偏波面の回転を補償し、両信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された出力を得る受信装置を備えることを特徴とする。
2007528175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号（ｚ１、ｚ２）を同一のファイバー（１５）の中で伝送する偏波多重伝送システム（１０）であって、
前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力する受信装置を備えることを特徴とする偏波多重伝送システム。
【請求項２】
前記伝送行列であるＨ（ω）は、
2007528175.tif 000015
であり、
Ｃ（ω）及びＤ（ω）は、
2007528175.tif 000016
かつ、
2007528175.tif 000017
であり、
τは、時間的な遅延量であり、ｃｋとｄｋは複素係数であり、それぞれ前記出力信号に応じて動的に制御された値であることを特徴とする請求項１に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項３】
前記受信装置は、
入力端に設けられ、受信信号を偏波面に応じて２つの成分へ分離する偏波分岐素子（１６）と、
前記２つの成分をフィルタリングする、前記ファイバーの逆伝送行列を近似した分波デバイス（１７）と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項４】
フィルタリングされて得られた２つの成分（ｙ１、ｙ２）は、光検出手段（１８）に加えられ、前記光検出手段により得られた２つの信号（ｓ１、ｓ２）をクロック回路とデータ再生回路に加えることを特徴とする請求項３に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項５】
前記分波デバイス（１７）のパラメータは、設定された費用関数を最小化するよう動的に制御することを特徴とする請求項３に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項６】
前記費用関数は、２つの前記出力信号について得られた平均自乗誤差の和の関数であることを特徴とする請求項５に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項７】
前記費用関数は、２つの前記出力信号について得られたアイダイアグラムの開口度の和の関数であることを特徴とする請求項５に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項８】
前記分波デバイスは、平面光導波回路であり、
前記平面光導波回路は、Ｎ個の要素を従属接続した構成を採用しており、
各要素は、
２つの光導波路間の遅延量がτとなる干渉計構造（２１）と、
パラメータφｎによって制御される位相変調器（２２）と、
パラメータθｎによって制御される可変結合器（２３）と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項９】
前記分波デバイスの入力部に、他の可変結合器θｎを設けたことを特徴とする請求項８に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項１０】
前記分波デバイス（１７）が備えるＮ個の前記要素のうちのいくつか又はすべては、より多くの位相変調器（２２）及び可変結合器（２３）を備えていることを特徴とする請求項８に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項１１】
前記分波デバイスの全体を表す伝送行列は、
2007528175.tif 000018
であることを特徴とする請求項９に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項１２】
前記伝送行列は、周波数に依存したユニタリー伝送行列であり、
2007528175.tif 000019
2007528175.tif 000020
と表現でき、
２つの関数Ｃ（ω）及びＤ（ω）は、Ｎ＋１項までフーリエ級数展開して得られ、
2007528175.tif 000021
ｃｋ及びｄｋは、前記分波デバイスについての実際の制御パラメータに対してユニタリーな関係を有する複素係数であることを特徴とする請求項１１に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項１３】
前記分波デバイスは、偏波制御器（ＰＣ）と偏波保持ファイバー（ＰＭＦ）との縦続接続を含むことを特徴とする請求項３に記載の偏波多重伝送システム。
【請求項１４】
２つの偏波多重信号（ｚ１、ｚ２）により形成され、ファイバー（１５）を伝送されてきた偏波多重光信号を受信し、偏波モード分散の補償と前記２つの偏波多重信号の分波とを並行して実行する受信装置であって、
前記信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの偏波多重信号の歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする受信装置。
【請求項１５】
前記伝送行列であるＨ（ω）は、
2007528175.tif 000022
であり、
Ｃ（ω）及びＤ（ω）は、
2007528175.tif 000023
かつ、
2007528175.tif 000024
であり、
τは、時間的な遅延量であり、ｃｋとｄｋは複素係数であり、それぞれ前記出力信号に応じて動的に制御された値であることを特徴とする請求項１４に記載の受信装置。
【請求項１６】
前記受信装置は、
入力端に設けられ、受信信号を偏波面に応じて２つの成分へ分離する偏波分岐素子（１６）と、
前記２つの成分をフィルタリングする、前記ファイバーの逆伝送行列を近似した分波デバイス（１７）と
を含むことを特徴とする請求項１４に記載の受信装置。
【請求項１７】
フィルタリングされて得られた２つの成分（ｙ１、ｙ２）は、光検出手段（１８）に加えられ、前記光検出手段により得られた２つの信号（ｓ１、ｓ２）をクロック回路とデータ再生回路に加えることを特徴とする請求項１６に記載の受信装置。
【請求項１８】
前記分波デバイス（１７）のパラメータは、設定された費用関数を最小化するよう動的に制御することを特徴とする請求項１６に記載の受信装置。
【請求項１９】
前記費用関数は、２つの前記出力信号について得られた平均自乗誤差の和の関数であることを特徴とする請求項１８に記載の受信装置。
【請求項２０】
前記費用関数は、２つの前記出力信号について得られたアイダイアグラムの開口度の和の関数であることを特徴とする請求項１８に記載の受信装置。
【請求項２１】
前記分波デバイスは、平面光導波回路であり、
前記平面光導波回路は、Ｎ個の要素を従属接続した構成を採用しており、
各要素は、
２つの光導波路間の遅延量がτとなる干渉計構造（２１）と、
パラメータφｎによって制御される位相変調器（２２）と、
パラメータθｎによって制御される可変結合器（２３）と
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の受信装置。
【請求項２２】
前記分波デバイスの入力部に、他の可変結合器θｎを設けたことを特徴とする請求項２１に記載の受信装置。
【請求項２３】
前記分波デバイス（１７）が備えるＮ個の前記要素のうちのいくつか又はすべては、より多くの位相変調器（２２）及び可変結合器（２３）を備えていることを特徴とする請求項２１に記載の受信装置。
【請求項２４】
前記分波デバイスの全体を表す伝送行列は、
2007528175.tif 000025
であることを特徴とする請求項２１に記載の受信装置。
【請求項２５】
前記伝送行列は、周波数に依存したユニタリー伝送行列であり、
2007528175.tif 000026
2007528175.tif 000027
と表現でき、
２つの関数Ｃ（ω）及びＤ（ω）は、Ｎ＋１項までフーリエ級数展開して得られ、
2007528175.tif 000028
ｃｋ及びｄｋは、前記分波デバイスについての実際の制御パラメータに対してユニタリーな関係を有する複素係数であることを特徴とする請求項２４に記載の受信装置。
【請求項２６】
前記分波デバイスは、偏波制御器（ＰＣ）と偏波保持ファイバー（ＰＭＦ）との縦続接続を含むことを特徴とする請求項１６に記載の受信装置。
【請求項２７】
同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号（ｚ１、ｚ２）を同一のファイバー（１５）の中で伝送する方法であって、
前記光信号の受信端で、前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする方法。
【請求項２８】
前記伝送行列であるＨ（ω）は、
前記伝送行列であるＨ（ω）は、
2007528175.tif 000029
であり、
Ｃ（ω）及びＤ（ω）は、
2007528175.tif 000030
かつ、
2007528175.tif 000031
であり、
τは、時間的な遅延量であり、ｃｋとｄｋは複素係数であり、それぞれ前記出力信号に応じて動的に制御された値であることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムの復調技術の分野に関し、特に、制限するものではないが、偏波多重信号の復調に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているが、偏波多重技術（ＰｏｌＭＵＸ）は、同一の光ファイバー中を同一のキャリア波長で２つの直交偏波光信号の伝送を可能とし、それゆえスペクトル効率を２倍にするものである。これにより、同一の波長バンドを占めながら単位時間に伝送するデータ量を倍にすることができる。
【０００３】
波長分割多重（ＷＤＭ）システムに偏波多重技術を使用することには、２つの側面がある。第１は、伝送される符号速度を変えることなしに、波長チャンネルあたりの伝送速度を倍にすることができる、４レベル伝送システムである（例えば２つの２０Ｇｂｉｔ／ｓ直交偏波光信号の形で、４０Ｇｂｉｔ／ｓ伝送を達成できる。）。第２は、波長チャンネル間隔を変える（削減する）ことなく、ＷＤＭのチャンネル数を２倍にする方法であるということである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大変に魅力的ではあるが、ＰｏｌＭＵＸは、光通信システムの中で実施しようとするとかなり大きな実際的困難さを伴う。例えば、光ファイバーを通して伝送される光信号にはランダムに時間変化する偏波状態の回転がおこる。その結果、受信される光信号の偏波状態はランダムに時間変化する回転を受けることになる。この現象は２つの偏波多重信号間の直交性に影響を及ぼすものではないが、受信機に到達する信号における偏波の直交状態の起点に影響を与える。そのため、適当な動的偏波追尾技術を用いない限り、それらを分波するのは不可能となる。
【０００５】
さらに、高速符号伝送システムでは、偏波モード分散（ＰＤＭ）によって、伝送されるパルス幅が広がったり、歪んだり、偏波が乱れたりするため、受信信号に大きな品質の劣化をもたらす。ＰＤＭは、また、２つの直交偏波信号の相互干渉や混合を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも１部を解決するための努力の過程で生じたものであり、偏波多重信号のＰＤＭ補償と分波を並行して行うことのできるシステムを提供するものである。
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号を同一のファイバーの中で伝送する偏波多重伝送システムであって、前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力する受信装置を備えることを特徴とする偏波多重伝送システムが提供される。
【０００８】
本発明の第２の側面によれば、同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号を同一のファイバーの中で伝送する方法であって、前記光信号の受信端で、前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の側面によれば、２つの偏波多重信号により形成され、ファイバー（１５）を伝送されてきた偏波多重光信号を受信し、偏波モード分散の補償と前記２つの偏波多重信号の分波とを並行して実行する受信装置であって、前記信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの偏波多重信号の歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする受信装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明をよりよく理解するために、本発明の実施例について添付図面を参照して、例示だけの目的で、以下に記述する。
【００１１】
図１には、本発明による偏波多重伝送システムが示されている（全体として参照番号１０で示している。）。特に破線で囲んだ四角形１１は偏波モード分散を補償し、かつそれと並行して、受信した偏波多重光信号を分波するための、本発明による受信機ステージを示す。
【００１２】
送信端１２では、２つの独立なビットストリーム（ビット列）ａ１とａ２がそれぞれ２つの送信機（ＴＸ）１３に加えられ、同一のキャリア波長λを持つ強度変調された光信号ｚ１とｚ２を生成する。送信機１３は、光キャリアを発生するための単一のレーザと、レーザ光を分岐するための光分岐素子と、レーザからの光をビット列ａ１とａ２で変調するためのそれぞれの光変調器とを備えていることが好ましい。キャリア波長λをもつ２つの変調された光信号ｚ１とｚ２は、偏波ビーム結合器（ＰＢＣ）１４によって偏波状態が互いに直交するように結合される。結合されてなる偏波多重信号は光ファイバー１５を通って受信機ステージ１１へ伝送される。
【００１３】
受信機１１では、軸が任意の方向を向いている偏波ビーム分岐素子（ＰＢＳ）１６によって直交する２つの成分に受信された偏波多重信号が分離される。２つの分離された成分ｘ１とｘ２は分波デバイス（ＤＭＵＸ）１７のそれぞれの入力ポートに加えられ、このデバイスのそれぞれの出力ポートで成分ｙ１とｙ２として出力される。ＤＭＵＸデバイス１７は、以下に詳しく記述するが、光平面回路（ＰＬＣ）の形態で作製されてもよいし、または偏波制御器と偏波保持ファイバーのような個別部品の縦続接続として形成されてもよい。
【００１４】
後で説明するが、ＤＭＵＸデバイス１７のフィルター機能を適切に構成して制御することで、２つの出力成分ｙ１とｙ２は、ファイバー１５中の伝送効果を補償するために好適に等化されて分波されることで、２つの送信信号ｚ１とｚ２に対応するものとなる。
【００１５】
成分ｙ１とｙ２は、それぞれの光検出器１８で検出され、それぞれ対応する電気信号ｓ１とｓ２となり、公知の受信機（ＲＸ）１９に入力される。受信機１９はそれぞれ出力信号ａ＾１とａ＾２とを発生するが、それらはＤＭＵＸが適当に構成されかつ制御されていればオリジナルのビット信号列ａ１とａ２に対応することになる。２つのチャンネルを受信するための受信機１９は完全に分離されていても良く、あるいはクロック再生回路のような一部要素は共通になっていても良い。
【００１６】
以下に明らかにされるように、ＤＭＵＸデバイス１７は、信号ｓ１、ｓ２、ａ＾１、ａ＾２から導き出されるフィードバック信号に基づいて、常にその制御パラメータの値を更新することによって適応制御されるのが好ましい。制御回路２０は、ＤＭＵＸデバイスの制御パラメータをブロック２１によって信号ｓ１、ｓ２、ａ＾１、ａ＾２の特徴に基づいて算出されるフィードバック信号にしたがって制御する。フィードバック制御構造の好適なる実現方法について以下で説明する。
【００１７】
図２は、２次元フィルターとして以下に示すような複素係数を持つＮ個（複数）のトランスバーサル・フィルターの組み合わせた手段によって構成された分波ＤＭＵＸ装置１７の機能ブロック図である。ＤＭＵＸデバイスは式（１）によって与えられる伝達関数（伝送行列）、Ｈ（ω）をもつ。
【００１８】
【数１】
2007528175.tif 000003
【００１９】
２つの関数Ｃ（ω）とＤ（ω）はフーリエ級数展開（Ｎ＋１項）によって表される。
【００２０】
【数２】
2007528175.tif 000004
【００２１】
ここでｃｋとｄｋは複素係数である。このようなフィルターは周期１／τである周期的な伝達関数を持ち、伝達関数の性質は係数を適当に変えることによって制御可能であることが知られている。限界値だけが伝達関数の周期性と有限な高調波の数Ｎ＋１で決められる。さらに、ユニタリー伝送行列となるために別の条件が加わる。
【００２２】
【数３】
2007528175.tif 000005
【００２３】
図３はＤＭＵＸデバイス１７の１つの実施形態を光平面回路（ＰＬＣ）で実現する場合を概略的に表したものである。デバイス１７は４ポートデバイス（２つの入力と２つの出力）であり、Ｎ個ある同一のフィルター素子による縦続接続により構成されている。各要素は干渉計の構造を備え、第１の光通路は、第２の光通路を伝播する光に対して第１の光通路を伝播する光信号に遅延τを導入する遅延線２１と、パラメータφｎ（ｎ＝１，２−−−−−，Ｎ）によって制御される位相変調器２２とを含んでいる。各フィルター要素は、第１、第２の光通路における光信号の結合を、パラメータθｎを用いて制御する可変結合器２３をさらに含んでいる。デバイス１７の入力端にはさらに可変結合器θ０が設けられている。ＤＭＵＸデバイス内の各要素のそれぞれを実現することは当業者には容易に想像することができ、例えば、マッハーツェンダー干渉計型構造から形成されても良い。制御可能なパラメータの全数はＱ＝２Ｎ＋１であり、これはデバイス１７の自由度を表す数である。デバイスの動的な機能を増大するために、デバイスのＮ個の要素のいくつかまたは全てがより多くの位相変調器２２と可変結合器２３を含んでも良く、それによって装置の自由度が増大する。装置全体を表す伝送行列は、各要素の伝送行列を掛け合わせることで算出される。特に、重要でない遅延位相項を除いて、可変結合器の伝送行列Ｈθｎ、位相変調器の伝送行列Ｈφｎ、及び遅延線の伝送行列Ｈτ（ω）はそれぞれ以下のように与えられる。
【００２４】
【数４】
2007528175.tif 000006
【００２５】
したがって、ＤＭＵＸデバイス１７の全体の伝送行列Ｈ（ω）は次のように与えられる。
【００２６】
【数５】
2007528175.tif 000007
【００２７】
伝送行列（６）は周波数依存のユニタリー伝送行列であり、式（１）−（４）と同一の形に書けることを示すことができる。したがって、ＰＬＣ（図３の平面光導波回路）デバイスはＤＭＵＸデバイス１７に要求される機能を実現している。実際には制御パラメータが直接的にはトランスバーサル・フィルターの複素係数ではなく、制御パラメータに対して非線形に関連しているＰＬＣのＱ個のパラメータであるということを考慮することが必要である。このことは本発明の実現には差し支えのないことである。
【００２８】
図４は偏波制御器（ＰＣ）と偏波保持ファイバー（ＰＭＦ）の縦続接続によるＤＭＵＸ１７の別の実施形態を例示している。
【００２９】
システム理論の観点からこのデバイスの記述は図３に示したＰＬＣデバイスのそれと同一である。ＰＬＣの入力及び出力の空間的分離に対応するものは、この場合、偏波による分離である。図１のＤＭＵＸデバイスの入力にあるＰＢＳは装置の出力側に移さねばならないということを考慮すると、上記の式（５）と式（６）及びその導出過程もまた同様に当てはまるといえる。
【００３０】
ＤＭＵＸデバイス１７の動作原理は、その伝送行列の制御性に基づくものである。τ値を（例えば入力信号のビット間隔の半分のように）十分に小さく選んで、十分に大きな段数Ｎ（例えば４段）をもつ場合、デバイスは、信号が占めるスペクトル領域でファイバーの逆伝達関数を近似的に実現することができる。
【００３１】
このようにすれば２つの出力信号は本質的に送信信号を（近似的に）再生したものとなる。
【００３２】
図５のブロック図を参照して、ベクトル
【００３３】
【数６】
2007528175.tif 000008
【００３４】
は、それぞれ周波数ドメインにおいてファイバーの入力における信号対ｚ１とｚ２、ファイバーの出力における信号対ｘ１とｘ２、およびＤＭＵＸの出力における信号対ｙ１とｙ２である。このようにして次の関係式を書くことができる。
【００３５】
【数７】
2007528175.tif 000009
【００３６】
式（９）においてＵ（ω）は光ファイバー１５のＪｏｎｅｓ行列を表しており、入力部では偏波ビーム結合器（ＰＢＣ）の軸と一致し、出力部では偏波ビーム分岐素子（ＰＢＳ）の軸と一致した系を参照系とする、回転効果と偏波モード分散（ＰＭＤ）を表している。
【００３７】
上記の事象でデバイスが逆伝達関数を近似している場合、次のように書くことができる。
【００３８】
【数８】
2007528175.tif 000010
【００３９】
そして次の関係が成立する。
【００４０】
【数９】
2007528175.tif 000011
【００４１】
式（１１）から、デバイス１７の出力での２つの信号ｙ１とｙ２は、２つの送信信号ｚ１とｚ２のほぼ再現となることがわかる。その結果、これらの信号を光検出し、それぞれの受信機１９に送出すると、２つの受信記号列ａ＾１とａ＾２は、送信記号列ａ１とａ２と同じになる。
【００４２】
ＤＭＵＸデバイス１７の動作の一例を図６に示す。この図はＤＭＵＸデバイス１７によるフィルタリングの前（左側）と後（右側）の２チャンネルのアイダイアグラム（眼図）を示す。図６において、ＤＭＵＸデバイスは、平面光導波回路（ＰＬＣ）の形態で作製されており、アイダイアグラムは偏波モード分散（ＰＭＤ）を含んだファイバーを通してのＰｏｌＭＵＸ伝送に対するものである。両チャンネルのアイダイアグラムがＤＭＵＸの入力側と出力側で示されている。アイダイアグラムの比較からＰＭＤによる歪と相互干渉はＤＭＵＸ装置によって実質的に完全に除去されていることが分かる。
【００４３】
本発明による伝送システムによって得られる特性は、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）と故障確率（ＯＰ）のペナルティー（損失）として与えることができる。標準的なオンオフキーイング（ＯＯＫ）システムが比較のために考えられる。ＯＳＮＲペナルティーは１０−１２のビットエラー率（ＢＥＴ）を持つ背中合わせ接続のＯＯＫシステムを参考にしている。ＯＰはＯＳＮＲペナルティーが３ｄＢ以上になる確率である。
【００４４】
システムの動作特性の定量的な評価は、故障確率を、ファイバーのＰＭＤに関する統計的な挙動を特徴付けるパラメータである接続の平均差分群遅延（ＤＧＤ）の関数として示した図７に示してある。
【００４５】
図７において、４段（Ｎ＝４）のＤＭＵＸを持つＰｏｌＭＵＸシステムにおいて（同一の故障確率を持つ）２つのチャンネルのうちの１つを非補償ＯＯＫシステム及び１次のＰＭＤの正確な補償を施した同じＯＯＫシステムと比較している。
【００４６】
見て取れるように、本発明によって得られるＰｏｌＭＵＸチャンネルは、決定的により良い動作特性を持ち、本発明のデバイスは実際に２つのチャンネルを分波することができ、２次以上の高次のＰＭＤの補償を行うことができることを示している。特に、提案したシステムは０．４２Ｔｂまでの平均ＤＧＤで１０−６以下のＯＰを維持するような動作が可能である。上記したように、本発明によればシステムが正常に機能している期間では、ＤＭＵＸデバイスのパラメータが、ファイバー伝送行列の変化として解釈される伝送チャンネルの時間的な変化に追従するように動的に更新されるのが有利であり好ましい。
【００４７】
この目的を達成するために、受信信号の品質をよく表す指標であるフィードバック信号、すなわち対応する誤り率がパラメータの制御のために用いられる。本発明において、フィードバック信号は、２つの受信信号ｓ１、ｓ２に関する全体の平均自乗誤差（ＭＳＥ）の推定値（２つのチャンネルのそれぞれのＭＳＥの和または等価的に、平均自乗値）となるのが有利である。これは処理ブロック２１で決定される。
【００４８】
別の方法としては、ＤＭＵＸデバイスは、例えば、アイダイアグラムの開口度（アイ・オープニング）の和（または平均値）のような他のフィードバック信号に応じて制御されるのが有利である。
【００４９】
２つのチャンネルの第１番目に対しては、平均自乗誤差ＭＳＥ１は、一般的なサンプリングの瞬間ｔｉにおける受信信号ｓ１ （ｔｉ）の値と対応する送信信号ａ１ｉとの差の自乗の期待値である。
【００５０】
【数１０】
2007528175.tif 000012
【００５１】
同様に２番目のチャンネルに対しては、次式が成り立つ。
【００５２】
【数１１】
2007528175.tif 000013
【００５３】
上記２つの大きさの良い推定値は式（１２）と（１３）において送信信号ａ１ｉとａ２ｉを、対応する受信側の記号ａ＾１ｉとａ＾２ｉで置き換えて、有限の数Ｍの標本についての平均値で期待値を置き換えることによって得ることができる。このようにして、２つのチャンネルのＭＳＥの平均値を考慮して、フィードバック信号は
【００５４】
【数１２】
2007528175.tif 000014
【００５５】
Ｍの値が十分に大きいと考えて、システムが正しく機能していて、したがって誤り率が非常に小さい場合、ＵはＭＳＥの良好な近似値となる。実際に、式（１４）に示された動作は、図１のＭＳＥとして示されたブロック２１の内部で行われるが、このブロックは、当業者には容易に想像できるように、受信機内部に集積化することができるし、集積されなくてもよい。
【００５６】
最後に、制御ブロック２０では傾斜法に基づく、最小化の計算法を実行するのが有利である。ＤＭＵＸ１７のＱ個のパラメータは、この計算法に基づいてフィードバック信号を最小にするように絶えず更新される。この目的を達成するためには、当業者には容易に想像されるように、ニュートン法とその派生法、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法またはシミュレーテッドアニーリングのようなランダム・アルゴリズムなどの色々な計算法を用いることができる。
【００５７】
有利な計算法の詳細、傾斜を推定する方法、及びパラメータを更新する法則は、発明者らの共同出願中の欧州特許公開ＥＰ１４５６９８０（公開番号０２７８８４４１．０）に開示されており、その内容はここで引用することによって取り込んだものとする。
【００５８】
本発明の目的が達成されたことは今や明らかである。本発明の斬新な原理を適用している実施例に関する上記の記載は上記原理を非制限的に例示する目的で与えられたものであり、本発明の技術展望の範囲内で種々の変形が可能である。
【００５９】
ここまでの記述では２つの信号ａ１とａ２は互いに独立であるとした。すなわちそれらは、２つに明瞭な通信データの列としてきたが、それらは送信されるべき信号の（例えば多重レベルの）複号信号であってもよい。この場合、２つの受信信号ａ＾１ｉとａ＾２ｉは逆複合化を得て送信信号を復元するために用いることができるということは当業者には明らかだろう。
【００６０】
式（１０）と（１１）は、本発明が色々な他の変調形式にも用いることができることを示している。用いられる変調方式にもかかわらず式（７）で定義されるベクトルは、ＤＭＵＸの２つの出力の信号が同じ界の２つの直交する偏波であると仮定して、それぞれ、ファイバー入力端での界のＪｏｎｅｓ表現、ファイバー出力端での界のＪｏｎｅｓ表現、及びＤＭＵＸの出力端での界のＪｏｎｅｓ表現であると考えることができる。
【００６１】
ＤＭＵＸデバイス１７が偏波制御器（ＰＣｓ）と偏波保持ファイバー（ＰＭＦｓ）の接続で実現されるような上記実施例においては、デバイスの２つの出力が実際に２つの信号偏波から成り立っているので、この形式的な工夫は不必要である。
【００６２】
上記した現象によって、ファイバー出力端での界に存在する歪が発生するため、変調信号を正しく復号することができなくなる。本発明を用いると、ファイバーの伝送行列の逆行列を実現することで、出力端にて、偏波状態の視点からさえ送信信号と略同一の信号を復元することにより、チャンネルの有害な効果を取り除くことを実質的に可能とするものである。このようにして信号が正しく復号される。
【００６３】
前記の実例は、例えば、信号の偏波状態を変調することである（これは多重レベルＰｏｌＳＫ変調として知られる。）この形の変調では、ＰＭＤまたは単純な偏波面の回転でも大変な損害となる。本発明を用いることによって、ＰｏｌＭＵＸに対して示したのと同じ図式を用いてファイバーの出力端における信号をフィルタリングし、２つのＤＭＵＸ出力を、例えば、良く知られたＳｔｏｋｅｓパラメータ受信機のようなＰｏｌＳＫ形式の受信機へ送ることによって、偏波面の回転効果とＰＭＤ効果の両方を補償することができる。
【００６４】
この場合、フィードバック信号は、変調に関する全てのチャンネルにまたがるＭＳＥの推定値となる。例えば、ＰｏｌＳＫの８レベル変調を考えると、３つの異なるチャンネルは光信号の３つのＳｔｏｋｅｓパラメータに関係する。ＭＳＥは、このとき受信される３つのチャンネルのそれぞれに対して推定され、それらの中間値を取る。
【００６５】
さらに、ＤＭＵＸデバイスを平面光導波回路として作製するのは有利であると分かったが、等価的な伝送行列を備えた他のデバイスや一連のデバイスを用いることもできる。ここで与えられた説明に照らして当業者ならば容易に想像できるように、例えば、上記の欧州特許公開番号ＥＰ１４５６９８０に記載されている偏波制御器と偏波保持ファイバーを用いて構成し、別の偏波制御器と偏波分割器につなげることもできる。
【００６６】
上記したように、本発明では、デバイスの動的制御のために特定のフィードバック信号として平均自乗誤差ＭＳＥを使用し、特定の最小化計算法として傾斜計算法を使用することが有利である。２つの受信チャンネルの品質をモニターすることができる他のフィードバック信号や他の最小化または最大化の計算法を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の偏波多重伝送システムのブロック図である。
【図２】複素係数を持つトランスバーサル・フィルターの組み合わせを使用する図１の分波ＤＭＵＸ装置の機能ブロック図である。
【図３】図２に示したＤＭＵＸ装置を平面光導波回路（ＰＬＣ）の形態で実現した実施形態を示す図である。
【図４】図２に示したＤＭＵＸを偏波制御器（ＰＣ）と偏波保持ファイバー（ＰＭＦ）を用いて実現した別の実施形態を示す図である。
【図５】図１のシステムにおいて信号が受ける伝達関数のブロック図を示す図である。
【図６】平面光導波回路（ＰＬＣ）によるフィルターの前（左側）と後（右側）での２チャンネルのアイダイアグラムを示す図である。
【図７】本発明の偏波多重システムと補償なしオンオフキーイング（ＯＯＫ）及び１次補償ＯＯＫシステムと比較した故障確率対正規化平均差分群遅延（ＤＧＤ）のプロットを示す図である。
【図１】
2007528175.tif 000032
【図２】
2007528175.tif 000033
【図３】
2007528175.tif 000034
【図４】
2007528175.tif 000035
【図５】
2007528175.tif 000036
【図７】
2007528175.tif 000037
【図６】
2007528175.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月5日(2005.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
２つの送信機（１３）によりそれぞれ生成された２つの光信号であって、同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号（ｚ１、ｚ２）を同一のファイバー（１５）の中で伝送する偏波多重伝送システム（１０）であって、
前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力する受信装置を備えることを特徴とする偏波多重伝送システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
２つの送信機（１３）によりそれぞれ生成された２つの偏波多重信号（ｚ１、ｚ２）により形成され、ファイバー（１５）を伝送されてきた偏波多重光信号を受信し、偏波モード分散の補償と前記２つの偏波多重信号の分波とを並行して実行する受信装置であって、
前記信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの偏波多重信号の歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする受信装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２７】
２つの送信機（１３）によりそれぞれ生成された２つの光信号であって、同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号（ｚ１、ｚ２）を同一のファイバー（１５）の中で伝送する方法であって、
前記光信号の受信端で、前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、２つの送信機によりそれぞれ生成された２つの光信号であって、同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号を同一のファイバーの中で伝送する偏波多重伝送システムであって、前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力する受信装置を備えることを特徴とする偏波多重伝送システムが提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の第２の側面によれば、２つの送信機によりそれぞれ生成された２つの光信号であって、同一の波長であるものの偏波面が直交する２つの光信号を同一のファイバーの中で伝送する方法であって、前記光信号の受信端で、前記光信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記光信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの光信号に対する歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする方法が提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の他の側面によれば、２つの送信機によりそれぞれ生成された２つの光信号であって、２つの偏波多重信号により形成され、ファイバーを伝送されてきた偏波多重光信号を受信し、偏波モード分散の補償と前記２つの偏波多重信号の分波とを並行して実行する受信装置であって、前記信号が占めるスペクトル領域において近似的に前記ファイバーの逆伝送行列となるように出力信号に基づいて動的制御された適切な伝送行列にしたがって、受信した前記信号が含んでいる直交する偏波面を持つ２つの成分をフィルタリングして分離することで、前記ファイバーによって導入された偏波モード分散と偏波面の回転を補償し、前記２つの偏波多重信号の歪と相互干渉を取り除き、かつ２つの送信信号に対応する復号化された光信号を出力することを特徴とする受信装置が提供される。
【国際調査報告】
2007528175.tif 000039
2007528175.tif 000040
2007528175.tif 000041