(57)【要約】【課題】時間の経過による光伝送路の状態の変動に追随して受信する信号光の補償を行う光受信機を提供する。【解決手段】光受信機は、受信する信号光に対応するストークス空間における第１ベクトルを検出する検出手段と、パラメータを保持し、前記パラメータと前記第１ベクトルに基づき第２ベクトルを求める演算手段と、前記第２ベクトルと第３ベクトルとの差に基づき前記パラメータを更新する更新手段と、を備えている。【選択図】図４
2019213153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信する信号光に対応するストークス空間における第１ベクトルを検出する検出手段と、
パラメータを保持し、前記パラメータと前記第１ベクトルに基づき第２ベクトルを求める演算手段と、
前記第２ベクトルと第３ベクトルとの差に基づき前記パラメータを更新する更新手段と、
を備えていることを特徴とする光受信機。
【請求項２】
前記パラメータは、前記ストークス空間における偏波回転を示す第１パラメータと、オフセット量を示す第２パラメータと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光受信機。
【請求項３】
前記第１パラメータは、前記偏波回転の回転軸の方向を示すパラメータと、前記回転軸における回転量を示すパラメータと、を含むことを特徴とする請求項２に記載の光受信機。
【請求項４】
前記第２ベクトルに基づき前記信号光に対応するデータを判定する判定手段をさらに備え、
前記第３ベクトルは、前記判定手段が判定したデータに対応する前記ストークス空間におけるベクトルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光受信機。
【請求項５】
既知のデータを受信するモードにおいて、前記第３ベクトルは、前記既知のデータに対応する前記ストークス空間におけるベクトルであることを特徴とする請求項４に記載の光受信機。
【請求項６】
前記更新手段は、前記第２ベクトルと前記第３ベクトルとの差が小さくなる様に前記パラメータを更新することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストークスベクトル検波方式の光受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、ストークスベクトル検波方式の光受信機を用いた短中距離向けの大容量光通信システムを開示している。この光通信システムにおいて、光送信機は、例えば、互いに直交する２つの偏波のうちの一方の偏波で変調光を送信し、他方の偏波で無変調の連続光を送信している。そして、光受信機は、受信する光信号のストークスパラメータＳ１、Ｓ２及びＳ３を求め、Ｓ２及びＳ３の値から光送信機が送信した情報を復調している。また、非特許文献１は、この光通信システムにおいて、偏波依存損失（ＰＤＬ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｌｏｓｓ）が生じると光受信機における復号結果に大きな影響を与えることも開示している。このＰＤＬを補償するため、非特許文献１は、所定のトレーニング信号を使用する構成を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｑｉａｎ  Ｈｕ，ｅｔ ａｌ．，"Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒｍａｔｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｓｈｏｒｔ  ｒｅａｃｈ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．３，ｐｐ．３２４５−３２５９，２０１５年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１は、ＰＤＬが時間と共に変化しないことを前提にしている。つまり、光送信機がトレーニング信号を送信し、これにより、光受信機が光伝送路のＰＤＬを測定した際の状態が継続することを前提にＰＤＬの補償を行っている。しかしながら、光伝送路の状態は、通常、時間と共に変動する。したがって、非特許文献１の構成では、時間の経過により光受信機はＰＤＬを精度良く補償できなくなる。
【０００５】
本発明は、時間の経過による光伝送路の状態の変動に追随して、受信する信号光の補償を行う光受信機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によると、光受信機は、受信する信号光に対応するストークス空間における第１ベクトルを検出する検出手段と、パラメータを保持し、前記パラメータと前記第１ベクトルに基づき第２ベクトルを求める演算手段と、前記第２ベクトルと第３ベクトルとの差に基づき前記パラメータを更新する更新手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、時間の経過による光伝送路の状態の変動に追随して受信する信号光の補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による光送信機の構成図。
【図２】一実施形態による光受信機の構成図。
【図３】一実施形態による光受信機のストークスパラメータ検出部の構成図。
【図４】一実施形態による光受信機の補償部の構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１０】
＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による光送信機の構成図である。光源１１は連続光を生成する。光源１１が生成した連続光は、偏波分離器１２で、第１偏波の第１連続光と、第１偏波とは直交する第２偏波の第２連続光と、に分離される。なお、第１連続光と第２連続光の振幅が等しくなる様に、偏波分離器１２は、入力される連続光を分離するものとする。偏波分離器１２が出力する第１連続光は、偏波多重器１４に出力される。一方、偏波分離器１２が出力する第２連続光は、変調器１３に出力される。変調器１３は、送信するデータで第２連続光を変調し、変調光を偏波多重器１４に出力する。偏波多重器１４は、第１偏波の第１連続光と、第２偏波の変調光と、を偏波多重した信号光を光伝送路に出力する。
【００１１】
本実施形態による光受信機は、ストークスベクトル検波方式の光受信機であり、光伝送路を介して受信する信号光のストークスパラメータＳ２及びＳ３により、光送信機が送信したデータを判定する。なお、信号光をストークス空間におけるベクトルで表すと、光受信機が受信する信号光に対応するベクトルは、光送信機が送信した信号光に対応するベクトルを、ストークス空間において回転させ、かつ、オフセットを与えたものとなる。したがって、光受信機は、まず、光伝送路において信号光に与えられた偏波回転とオフセットを推定して、これらを補償し、光送信機が送信した信号光に対応するベクトルを判定する必要がある。なお、ストークス空間とは、ストークスパラメータＳ１、Ｓ２及びＳ３を、互いに直交する座標軸とする座標系で示される空間である。
【００１２】
図２は、本実施形態による光受信機の構成図である。ストークスパラメータ検出部２は、受信した信号光に対応する第１ベクトルを判定する。第１ベクトルの要素は、受信した信号光のストークスパラメータＳ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔ及びＳ３ｏｕｔである。補償部３は、光伝送路において信号光に与えられた偏波回転とオフセットを推定し、これらを補償する様に第１ベクトルを変換することで、光送信機が送信した信号光に対応する第２ベクトルを求める。なお、第２ベクトルの要素を、ストークスパラメータＳ１ｅｓｔ、Ｓ２ｅｓｔ及びＳ３ｅｓｔとする。補償部３は、第２ベクトルの３つの要素のうち、信号光の復調に必要なストークスパラメータＳ２ｅｓｔ及びＳ３ｅｓｔを、判定部４に出力する。判定部４は、ストークスパラメータＳ２ｅｓｔ及びＳ３ｅｓｔに基づき光送信機が送信したデータｄを判定して出力する。なお、判定したデータｄは、補償部３にも出力される。
【００１３】
図３は、ストークスパラメータ検出部２の構成図である。偏波分離器２１は、受信した信号光をＸ偏波の信号Ｘｏｕｔと、Ｘ偏波と直交するＹ偏波の信号Ｙｏｕｔに分離する。信号Ｘｏｕｔは、スプリッタ２２で２分岐され、一方の信号は、バランスドフォトディテクタ（ＢＤ）２７に入力され、他方の信号は、９０度光ハイブリッド２４に入力される。同様に、信号Ｙｏｕｔは、スプリッタ２３で２分岐され、一方の信号は、バランスドフォトディテクタ（ＢＤ）２７に入力され、他方の信号は、９０度光ハイブリッド２４に入力される。ＢＤ２７は、入力される２つの信号Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔの２乗の絶対値の差に対応する信号を出力する。これは、ストークスパラメータＳ１ｏｕｔに対応する。
【００１４】
９０度光ハイブリッド２４は、信号Ｘｏｕｔ及びＹｏｕｔそれぞれの４５度成分を混合してＢＤ２５に出力する。なお、４５度成分とは、Ｘ偏波及びＹ偏波それぞれとの角度が４５度となる偏波面の成分である。したがって、ＢＤ２５は、２×Ｒｅ｛ＸｏｕｔＹｏｕｔ＊｝に対応する信号を出力する。ＢＤ２５が出力する信号は、ストークスパラメータＳ２ｏｕｔに対応する。なお、Ｙｏｕｔ＊はＹｏｕｔの共役複素数であり、Ｒｅは実数部分を取り出すことを意味している。また、９０度光ハイブリッド２４は、信号Ｘｏｕｔの４５度成分と、信号Ｙｏｕｔの位相をπ／２だけ遅らせた信号の４５度成分を混合してＢＤ２６に出力する。したがって、ＢＤ２６は、２×Ｉｍ｛ＸｏｕｔＹｏｕｔ＊｝に対応する信号を出力する。ＢＤ２６が出力する信号は、ストークスパラメータＳ３ｏｕｔに対応する。なお、Ｉｍは虚数部分を取り出すことを意味している。ストークスパラメータ検出部２が出力するストークスパラメータＳ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔ及びＳ３ｏｕｔは、補償部３に入力される。
【００１５】
なお、受信した信号光のストークスパラメータＳ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔ及びＳ３ｏｕｔを出力するストークスパラメータ検出部２には様々な構成があり、本発明は図２の構成に限定されず、受信した信号光のストークスパラメータＳ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔ及びＳ３ｏｕｔを検出する任意の構成を本発明に適用することができる。
【００１６】
図４は、補償部３の構成図である。演算部３１は、パラメータ更新部３２からのパラメータに基づき第１ベクトルを第２ベクトルに変換する。なお、このパラメータは、信号光が光伝送路で受けた偏波回転及びオフセットを相殺するためのパラメータである。つまり、パラメータは、光伝送路が信号光に与える偏波変動の状態を示すパラメータである。以下、補償部３におけるベクトルの変換処理について説明する。
【００１７】
まず、ロドリゲスの回転公式により、偏波回転は、以下の行列Ｒで表される。
【００１８】
【数１】
2019213153.tif 000003
なお、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚは、それぞれ、ストークス空間の単位ベクトルｎの軸Ｓ１、軸Ｓ２、及び軸Ｓ３方向の成分を表す。単位ベクトルｎの方向は、偏波回転の回転軸と平行であり、θは、単位ベクトルｎの方向を回転軸とする偏波回転の回転量である。
【００１９】
また、オフセットは、以下の行列Ｖで表される。
【００２０】
【数２】
2019213153.tif 000004
【００２１】
したがって、演算部３１が出力するストークスパラメータＳ１ｅｓｔ、Ｓ２ｅｓｔ、Ｓ３ｅｓｔを要素とする第２ベクトルは、以下の式（１）により求められる。
【００２２】
【数３】
2019213153.tif 000005
【００２３】
演算部３１は、式（１）により、第２ベクトルを求める。なお、式（１）の計算で使用するｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、θ、Ｖｘ、Ｖｙ及びＶｚの値は、パラメータ更新部３２から取得する。
【００２４】
パラメータ更新部３２は、トレーニングモードと、判定指向モードの２つのモードを有する。トレーニングモードとは、光送信機が、トレーニング信号、つまり、光受信機において既知のデータを送信しているときのモードである。一方、判定指向モードとは、光送信機が、実際の通信のためのデータを送信しているときのモードである。まず、トレーニングモードにおけるパラメータ更新部３２における処理について説明する。なお、パラメータ更新部３２には、トレーニング信号として送信されるデータの値が予め格納されている。
【００２５】
パラメータ更新部３２は、上記式（１）で得られる第２ベクトルと、トレーニング信号として光送信機が送信したデータに対応する信号光のベクトル（以下、第３ベクトルと呼ぶ。）との差を誤差関数とし、確率的勾配法を用いた適応アルゴリズムによりｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、θ、Ｖｘ、Ｖｙ及びＶｚを更新し、更新後のｎｘ、ｎｙ、ｎｚ、θ、Ｖｘ、Ｖｙ及びＶｚを、演算部３１に通知する。具体的には、パラメータ更新部３２は、ｋ番目のｎｘ、ｎｙ、ｎｚの値であるｎｉ（ｋ）（ｉは、ｘ、ｙ、ｚ）に基づき以下の式（２）により、ｋ＋１番目のｎｘ、ｎｙ、ｎｚの値であるｎｉ（ｋ＋１）を演算部３１に出力する。
【００２６】
【数４】
2019213153.tif 000006
【００２７】
なお、式（２）においてμは所定の乗数である。また、行列Ｒ（ｋ）は、ｋ番目の４つのパラメータによる行列Ｒである。さらに、ベクトルＳｏｕｔ（ｋ）は、ｋ番目に受信した信号光に対応する第１ベクトルである。さらに、ベクトルｅ（ｋ）は、ｋ番目の誤差ベクトルであり、ｋ番目の第２ベクトルとｋ番目の第３ベクトルとの差分である。具体的には、ｋ番目の第２ベクトルの要素を、Ｓ１ｅｓｔ（ｋ）、Ｓ２ｅｓｔ（ｋ）、Ｓ３ｅｓｔ（ｋ）とし、ｋ番目の第３ベクトルの要素を、ｄ１（ｋ）、ｄ２（ｋ）、ｄ３（ｋ）とすると、誤差ベクトルｅ（ｋ）の要素ｅｘ（ｋ）、ｅｙ（ｋ）及びｅｚ（ｋ）は、以下の式（３）で求められる。
【００２８】
【数５】
2019213153.tif 000007
【００２９】
同様に、パラメータ更新部３２は、ｋ番目のθの値であるθ（ｋ）に基づき以下の式（４）により、ｋ＋１番目のθの値であるθ（ｋ＋１）を演算部３１に出力する。
【００３０】
【数６】
2019213153.tif 000008
【００３１】
同様に、パラメータ更新部３２は、ｋ番目のＶｉの値であるＶｉ（ｋ）（ｉは、ｘ、ｙ、ｚ）に基づき以下の式（５）により、ｋ＋１番目のＶｉの値であるＶｉ（ｋ＋１）を演算部３１に出力する。
【００３２】
【数７】
2019213153.tif 000009
【００３３】
続いて、判定指向モードについて説明する。判定指向モードにおいては、トレーニングモードとは異なり、光送信機は任意のデータを光受信機に送信する。したがって、パラメータ更新部３２は、判定部４が判定したデータｄに対応するベクトルを第３ベクトルとしてパラメータを更新する。その他の処理は、トレーニングモードと同様である。
【００３４】
トレーニングモードにより、光受信機は、そのときの光伝送路の偏波変動の状態に適合するパラメータの値を判定することができる。さらに、判定指向モードにおいても、光受信機は、判定したデータに基づき、パラメータの値を光伝送路の偏波変動の変化に追随させる。この構成により、時間の経過による光伝送路の状態の変動に追随して受信する信号光の補償を行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
２：ストークスパラメータ検出部、３：補償部、４：判定部
【図１】
2019213153.tif 000010
【図２】
2019213153.tif 000011
【図３】
2019213153.tif 000012
【図４】
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