(57)【要約】【課題】  偏波多重光信号の偏波状態の変化による伝送品質の低下を抑制することができる送信装置、受信装置、送信方法、及び受信方法を提供する。【解決手段】  送信装置は、偏波多重光信号を送信する送信装置において、光源と、前記光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離して、電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成する生成部と、前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波する合波部とを有し、前記第１参照光と前記第２参照光は周波数が相違する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波多重光信号を送信する送信装置において、
光源と、
前記光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離して、電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成する生成部と、
前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波する合波部とを有し、
前記第１参照光と前記第２参照光は周波数が相違することを特徴とする送信装置。
【請求項２】
前記データ信号を、前記第１偏波及び第２偏波の光をそれぞれ光変調するための第１信号及び第２信号に分離するデータ分離部を有し、
前記合波部は、前記第１信号及び前記第２信号に、周波数が相違する電気的な周波数信号をそれぞれ重畳することにより、前記第１参照光及び前記第２参照光を前記第１偏波及び前記第２偏波の光にそれぞれ合波することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記合波部は、前記光源の光を分岐して当該中心周波数をシフトすることにより前記第１参照光及び前記第２参照光をそれぞれ生成し前記第１偏波及び前記第２偏波の光に合波することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
【請求項４】
第１偏波及び第２偏波の光が多重された偏波多重光信号を受信する受信装置において、
前記第１偏波の光には、第１信号が重畳された所定の周波数の第１信号光と、前記第１信号光とは周波数が異なる第１参照光とが含まれ、
前記第２偏波の光には、第２信号が重畳された前記所定の周波数の第２信号光と、前記第２信号光及び前記第１参照光とは周波数が異なる第２参照光とが含まれ、
前記偏波多重光信号から、前記第１偏波及び前記第２偏波の光を分離する偏波分離部と、
前記第１偏波の光を第１電気信号に変換する第１変換部と、
前記第２偏波の光を第２電気信号に変換する第２変換部と、
前記第１電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第１シフト信号及び第２シフト信号を生成する第１周波数シフト部と、
前記第２電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第３シフト信号及び第４シフト信号を生成する第２周波数シフト部と、
前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、前記第３シフト信号、及び前記第４シフト信号から前記第１信号及び前記第２信号を抽出する抽出部とを有することを特徴とする受信装置。
【請求項５】
前記第１周波数シフト部及び前記第２周波数シフト部は、それぞれ、前記第１参照光の周波数で発振する発振器を含む第１コスタスループ回路と、前記第２参照光の周波数で発振する発振器を含む第２コスタスループ回路とを有することを特徴とする請求項４に記載の受信装置。
【請求項６】
偏波多重光信号を送信する送信方法において、
光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離し、
電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成し、
前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波し、
前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数を相違させることを特徴とする送信方法。
【請求項７】
第１偏波及び第２偏波の光が多重された偏波多重光信号を受信する受信方法において、
前記第１偏波の光には、第１信号が重畳された所定の周波数の第１信号光と、前記第１信号光とは周波数が異なる第１参照光とが含まれ、
前記第２偏波の光には、第２信号が重畳された前記所定の周波数の第２信号光と、前記第２信号光及び前記第１参照光とは周波数が異なる第２参照光とが含まれ、
前記偏波多重光信号から、前記第１偏波及び前記第２偏波の光を分離し、
前記第１偏波の光を第１電気信号に変換し、
前記第２偏波の光を第２電気信号に変換し、
前記第１電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第１シフト信号及び第２シフト信号を生成し、
前記第２電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第３シフト信号及び第４シフト信号を生成し、
前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、前記第３シフト信号、及び前記第４シフト信号から前記第１信号及び前記第２信号を抽出することを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、送信装置、受信装置、送信方法、及び受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば非特許文献１に記載されているように、ＩＱ変調された単一の偏波の光信号を局発光とともに送信して単一のフォトディテクタで受信する伝送システムが知られている。また、コスタスループ回路を用いたヘテロダイン検波により光信号からＩ軸成分及びＱ軸成分を再生する方式が知られている（例えば非特許文献２）。
【０００３】
このような伝送システムにおいて、２つの偏波成分が多重された偏波多重光信号を送信し、受信側で偏波ビームスプリッタにより各偏波成分を分離して２つのフォトディテクタで受信すれば、伝送速度を、単一の偏波を伝送する場合の２倍とすることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Zhe Li et al.,”SSBI Mitigation and the Kramers-Kronig Scheme in Single-Sideband Direct-Detection Transmission With Receiver-Based Electronic Dispersion Compensation”,JLT,vol.35,no.10,May 15,2017
【非特許文献２】Rafael Puerta,”Optically Generated Single Side-Band Radio-over-Fiber Transmission of 60Gbit/s over 50m at W-Band”, OFC Conference,2017,M3E.4
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘテロダイン方式に基づき偏波多重光信号の各偏波成分に参照光が合波されている場合、参照光の偏光軸は、通常、各偏波成分の偏光軸の中間の角度となるが、偏波多重光信号の偏波状態が光ファイバの温度条件や機械的条件（曲げなど）により変化すると、偏波ビームスプリッタにより分離される一方の偏光軸にほぼ一致するおそれがある。このとき、受信側では、一方の偏波成分しか参照光を受信することができないため、信号が正常に復調されず、伝送品質が低下するおそれがある。
【０００６】
そこで本件は、偏波多重光信号の偏波状態の変化による伝送品質の低下を抑制することができる送信装置、受信装置、送信方法、及び受信方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様では、送信装置は、偏波多重光信号を送信する送信装置において、光源と、前記光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離して、電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成する生成部と、前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波する合波部とを有し、前記第１参照光と前記第２参照光は周波数が相違する。
【０００８】
１つの態様では、受信装置は、第１偏波及び第２偏波の光が多重された偏波多重光信号を受信する受信装置において、前記第１偏波の光には、第１信号が重畳された所定の周波数の第１信号光と、前記第１信号光とは周波数が異なる第１参照光とが含まれ、前記第２偏波の光には、第２信号が重畳された前記所定の周波数の第２信号光と、前記第２信号光及び前記第１参照光とは周波数が異なる第２参照光とが含まれ、前記偏波多重光信号から、前記第１偏波及び前記第２偏波の光を分離する偏波分離部と、前記第１偏波の光を第１電気信号に変換する第１変換部と、前記第２偏波の光を第２電気信号に変換する第２変換部と、前記第１電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第１シフト信号及び第２シフト信号を生成する第１周波数シフト部と、前記第２電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第３シフト信号及び第４シフト信号を生成する第２周波数シフト部と、前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、前記第３シフト信号、及び前記第４シフト信号から前記第１信号及び前記第２信号を抽出する抽出部とを有する。
【０００９】
１つの態様では、送信方法は、偏波多重光信号を送信する送信方法において、光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離し、電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成し、前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波し、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数を相違させる方法である。
【００１０】
１つの態様では、受信方法は、第１偏波及び第２偏波の光が多重された偏波多重光信号を受信する受信方法において、前記第１偏波の光には、第１信号が重畳された所定の周波数の第１信号光と、前記第１信号光とは周波数が異なる第１参照光とが含まれ、前記第２偏波の光には、第２信号が重畳された前記所定の周波数の第２信号光と、前記第２信号光及び前記第１参照光とは周波数が異なる第２参照光とが含まれ、前記偏波多重光信号から、前記第１偏波及び前記第２偏波の光を分離し、前記第１偏波の光を第１電気信号に変換し、前記第２偏波の光を第２電気信号に変換し、前記第１電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第１シフト信号及び第２シフト信号を生成し、前記第２電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第３シフト信号及び第４シフト信号を生成し、前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、前記第３シフト信号、及び前記第４シフト信号から前記第１信号及び前記第２信号を抽出する方法である。
【発明の効果】
【００１１】
１つの側面として、偏波多重光信号の偏波状態の変化による伝送品質の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】伝送システムの一例を示す構成図である。
【図２】送信装置及び受信装置の一例を示す構成図である。
【図３】送信処理回路の一例を示す構成図である。
【図４】比較例における受信処理回路を示す構成図である。
【図５】比較例におけるＨ偏波及びＶ偏波のスペクトルを示す図である。
【図６】正常時及び異常時における送信側及び受信側の参照光の偏光方向の一例を示す図である。
【図７】実施例におけるＨ偏波及びＶ偏波のスペクトルを示す図である。
【図８】比較例及び実施例における参照光の偏波状態を示す図である。
【図９】送信装置の他の例を示す構成図である。
【図１０】受信処理回路の一例を示す構成図である。
【図１１】Ｈ偏波信号及びＶ偏波信号の電気的なスペクトルの一例を示す図である。
【図１２】Ｈ偏波信号及びＶ偏波信号の電気的なスペクトルの一例を示す図である。
【図１３】Ｈ偏波信号及びＶ偏波信号の電気的なスペクトルの一例を示す図である。
【図１４】Ｈ偏波信号及びＶ偏波信号の電気的なスペクトルの一例を示す図である。
【図１５】受信処理回路の他の例を示す構成図である。
【図１６】バタフライ構成の回路の一例を示す構成図である。
【図１７】ＭＩＭＯ（Multiple-In Multiple-Out）の変形例を示す構成図である。
【図１８】受信処理回路の他の例を示す構成図である。
【図１９】受信処理回路の他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、伝送システムの一例を示す構成図である。伝送システムは、一例として、対向する一組の伝送装置８を有する。伝送装置８は、例えば波長多重伝送装置であり、送信装置１と、受信装置２と、波長多重部３と、波長分離部４とを有する。
【００１４】
送信装置１は偏波多重光信号を送信する。各送信装置１が送信する偏波多重光信号の波長（周波数）は相違する。波長多重部３は、各送信装置１からの偏波多重光信号を波長多重することにより波長多重光信号を生成する。波長多重部３は、例えば、光カプラまたは波長選択スイッチ（WSS: Wavelength Selective Switch）などから構成される。波長多重光信号は、伝送路である光ファイバ９を介して他方の伝送装置８の波長分離部４に入力される。
【００１５】
波長分離部４は、波長多重光信号を波長ごとの偏波多重光信号に分離して、各波長に該当する受信装置２に出力する。波長分離部４は、例えば、光スプリッタまたは波長選択スイッチなどから構成される。受信装置２は偏波多重光信号を受信する。
【００１６】
図２は、送信装置１及び受信装置２の一例を示す構成図である。図２では、共通の波長の偏波多重光信号Ｓｍｕｘを送受信する一組の送信装置１及び受信装置２を例示する。なお、図２において、波長多重部３及び波長分離部４の図示は省略する。
【００１７】
送信装置１及び受信装置２は、一例として、ヘテロダイン方式に従って偏波多重光信号Ｓｍｕｘを送受信する。偏波多重光信号Ｓｍｕｘには、Ｈ偏波及びＶ偏波が多重されている。なお、Ｈ偏波及びＶ偏波は、それぞれ、第１偏波及び第２偏波の一例である。
【００１８】
送信装置１は、送信処理回路１０と、デジタルアナログ変換器（DAC: Digital-to-Analog Converter）１１と、複数の増幅器１２と、レーザダイオード１３と、光変調回路１４とを有する。送信処理回路１０は、一例として、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）により構成されるが、これに限定されず、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specified Integrated Circuit）などから構成されてもよい。また、ＤＡＣ１１は、例えばＡＳＩＣにより構成されるが、これに限定されず、送信処理回路１０を構成するＤＳＰの内部の回路として構成されてもよい。
【００１９】
送信処理回路１０は、クライアント側ネットワーク（例えばＬＡＮ（Local Area Network））から入力されたデータ信号Ｓｄから、光変調を行うためのシンボルデータを生成してＤＡＣ１１に出力する。なお、データ信号Ｓｄとしては、一例として、イーサネット信号が挙げられるが、これに限定されない。
【００２０】
図３は、送信処理回路１０の一例を示す構成図である。送信処理回路１０は、データ信号分離部１００と、周波数信号生成部１０１と、乗算器１０２，１０３と、マッピング処理部１０４とを有する。
【００２１】
データ信号分離部１００は、データ分離部の一例であり、データ信号Ｓｄを、Ｈ偏波及びＶ偏波の光をそれぞれ光変調するためのＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖに分離する。分離手法に限定はないが、データ信号分離部１００は、例えば、データ信号Ｓｄをシリアル−パラレル変換によりパラレルデータにし、パラレルデータをビット位置（例えば上位ビットまたは下位ビット）に応じてＨ軸信号ＳｈとＶ軸信号Ｓｖに分離してもよい。Ｈ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖは乗算器１０２，１０３にそれぞれ入力される。
【００２２】
周波数信号生成部１０１は、所定の周波数の周波数信号λｈ，λｖを生成する。各周波数信号λｈ，λｖの周波数は、後述するように、比較例では同一であるが、実施例では相違する。周波数信号λｈ，λｖは乗算器１０２，１０３にそれぞれ入力される。
【００２３】
乗算器１０２はＨ軸信号Ｓｈに周波数信号λｈを重畳し、乗算器１０３はＶ軸信号Ｓｖに周波数信号λｖを重畳する。Ｈ軸信号ＳｈとＶ軸信号Ｓｖはマッピング処理部１０４に入力される。
【００２４】
マッピング処理部１０４は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）などの所定の変調方式に従ってＨ軸信号ＳｈとＶ軸信号Ｓｖをシンボルデータにマッピングする。マッピング処理部１０４は、Ｈ軸信号ＳｈのシンボルデータからＩ成分（同相成分）の電界信号ＨｉとＱ成分（直交成分）の電界信号Ｈｑを生成し、Ｖ軸信号ＳｈのシンボルデータからＩ成分の電界信号ＶｉとＱ成分の電界信号Ｖｑを生成する。
【００２５】
再び図２を参照すると、電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，ＶｑはＤＡＣ１１に入力される。ＤＡＣ１１は、電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑをデジタル信号からアナログ信号に変換する。電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑは、それぞれ、増幅器１２に入力されて増幅される。増幅された電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑは、光変調回路１４に入力される。また、レーザダイオード（LD: Laser Diode）１３は、光源の一例であり、光変調回路１４に光を出力する。レーザダイオード１３の光の中心周波数ｆｏは、周波数信号λｈ，λｖの周波数とは異なる。
【００２６】
光変調回路１４は、生成部の一例であり、レーザダイオード１３の光をＨ偏波及びＶ偏波の光に分離して、電気的なデータ信号Ｓｄに基づきＨ偏波及びＶ偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより偏波多重光信号Ｓｍｕｘを生成する。光変調回路１４は、偏波ビームスプリッタ（PBS: Polarization Beam Splitter）１４０と、マッハツェンダ変調器（MZM: Mach-Zehnder Modulator）１４１ａ〜１４１ｄと、位相シフタ１４２ａ，１４２ｂと、偏波ビームコンバイナ（PBC: Polarization Beam Combiner）１４３とを有する。
【００２７】
ＰＢＳ１４０は、レーザダイオード１３の光をＨ偏波及びＶ偏波の光に分離する。Ｈ偏波の光は分岐してＭＺＭ１４１ａ，１４１ｂにそれぞれ入力され、Ｖ偏波の光は分岐してＭＺＭ１４１ｃ，１４１ｄにそれぞれ入力される。
【００２８】
ＭＺＭ１４１ａは電界信号Ｈｉに基づきＨ偏波の光を光変調し、ＭＺＭ１４１ｂは電界信号Ｈｑに基づきＨ偏波の光を光変調する。また、位相シフタ１４２ａは、ＭＺＭ１４１ｂから出力されたＨ偏波の光の位相をシフトする。ＭＺＭ１４１ａ，１４１ｂから出力されたＨ偏波の光は合波されてＰＢＣ１４３に入力される。
【００２９】
ＭＺＭ１４１ｃは電界信号Ｖｉに基づきＶ偏波の光を光変調し、ＭＺＭ１４１ｄは電界信号Ｖｑに基づきＶ偏波の光を光変調する。また、位相シフタ１４２ｂは、ＭＺＭ１４１ｄから出力されたＶ偏波の光の位相をシフトする。なお、位相シフタ１４２ａ，１４２ｂのシフト量は、例えばデータ信号Ｓｄの変調方式に応じて決定される。ＭＺＭ１４１ｃ，１４１ｄから出力されたＶ偏波の光は合波されてＰＢＣ１４３に入力される。
【００３０】
ＰＢＣ１４３は、ＭＺＭ１４１ａ，１４１ｂからのＨ偏波の光とＭＺＭ１４１ｃ，１４１ｄからのＶ偏波の光を合波して偏波多重光信号Ｓｍｕｘを生成し光ファイバ９に出力する。このようにして、偏波多重光信号Ｓｍｕｘは送信される。
【００３１】
受信装置２は、偏波多重光信号Ｓｍｕｘを受信する。受信装置２は、受信処理回路２０と、アナログ−デジタル変換器（ADC: Analog-to-Digital Converter）２１ａ，２１ｂと、フォトディテクタ（PD: Photo Detector）２２ａ，２２ｂと、ＰＢＳ２３とを有する。
【００３２】
ＰＢＳ２３には、光ファイバ９から偏波多重光信号Ｓｍｕｘが入力される。ＰＢＳ２３は、偏波分離部の一例であり、偏波多重光信号ＳｍｕｘからＨ偏波及びＶ偏波の光を分離する。Ｈ偏波の光はＰＤ２２ａに入力され、Ｖ偏波の光はＰＤ２２ｂに入力される。
【００３３】
ＰＤ２２ａは、第１変換部の一例であり、Ｈ偏波の光を電気的なＨ偏波信号Ｅｈに変換する。Ｈ偏波信号Ｅｈは第１電気信号の一例である。ＡＤＣ２１ａはＨ偏波信号Ｅｈをアナログ信号からデジタル信号に変換して受信処理回路２０に出力する。
【００３４】
ＰＤ２２ｂは、第２変換部の一例であり、Ｖ偏波の光を電気的なＶ偏波信号Ｅｖに変換する。Ｖ偏波信号Ｅｖは第２電気信号の一例である。ＡＤＣ２１ｂはＶ偏波信号Ｅｖをアナログ信号からデジタル信号に変換して受信処理回路２０に出力する。受信処理回路２０は、一例として、ＤＳＰにより構成されるが、これに限定されず、例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣなどから構成されてもよい。また、ＡＤＣ２１ａ，２１ｂは、例えばＡＳＩＣにより構成されるが、これに限定されず、受信処理回路２０を構成するＤＳＰの内部の回路として構成されてもよい。
【００３５】
図４は、比較例における受信処理回路２０を示す構成図である。受信処理回路２０は、コスタスループ回路２００，２０１と、偏光軸調整部２０２と、復調部２０３とを有する。コスタスループ回路２００にはＨ偏波信号Ｅｈが入力され、コスタスループ回路２０１にはＶ偏波信号Ｅｖが入力される。なお、図４には、一方のコスタスループ回路２０１の構成が示されているが、他方のコスタスループ回路２００もコスタスループ回路２０１と同様の構成を有する。
【００３６】
コスタスループ回路２００は、乗算器２１０〜２１２と、位相シフタ２１３と、ローパスフィルタ（LPF: Low Pass Filter）２１４，２１５と、電圧制御発振器（VCO: Voltage-Controlled Oscillator）２１６と、ループフィルタ２１７とを有する。コスタスループ回路２００はＨ偏波信号Ｅｈをヘテロダイン方式により検波し、Ｈ偏波信号ＥｈのＩ成分及びＱ成分を復元する。また、コスタスループ回路２０１はＶ偏波信号Ｅｖをヘテロダイン方式により検波し、Ｖ偏波信号ＥｖのＩ成分及びＱ成分を復元する。
【００３７】
Ｈ偏波信号Ｅｈ（またはＶ偏波信号Ｅｖ）は分岐して乗算器２１１，２１２にそれぞれ入力される。また、ＶＣＯ２１６は、所定の周波数ｆｃのｓｉｎ信号を出力し、ｓｉｎ信号は分岐して乗算器２１１と位相シフタ２１３にそれぞれ入力される。位相シフタ２１３に入力されたｓｉｎ信号は、９０度位相がシフトされることによりｃｏｓ信号に変換される。ｃｏｓ信号は乗算器２１２に入力される。
【００３８】
乗算器２１１は、Ｈ偏波信号Ｅｈとｓｉｎ信号を重畳してＬＰＦ２１４に出力する。ＬＰＦ２１４は、乗算器２１１から入力された信号から、Ｈ偏波信号Ｅｈとｓｉｎ信号の和のスペクトル成分を除去して差のスペクトル成分を電界信号Ｈｉ’（または電界信号Ｖｉ’）として偏光軸調整部２０２に出力する。また、電界信号Ｈｉ’（または電界信号Ｖｉ’）は乗算器２１０に入力される。
【００３９】
乗算器２１２は、Ｈ偏波信号Ｅｈとｃｏｓ信号を重畳してＬＰＦ２１５に出力する。ＬＰＦ２１５は、乗算器２１２から入力された信号から、Ｈ偏波信号Ｅｈとｃｏｓ信号の和のスペクトル成分を除去して差のスペクトル成分を電界信号Ｈｑ’（または電界信号Ｖｑ’）として偏光軸調整部２０２に出力する。また、電界信号Ｈｑ’（または電界信号Ｖｑ’）は乗算器２１０に入力される。
【００４０】
乗算器２１０は、電界信号Ｈｉ’（ または電界信号Ｖｉ’）と電界信号Ｈｑ’（ または電界信号Ｖｑ’）を重畳してループフィルタ２１７に出力する。ループフィルタ２１７は、電界信号Ｈｉ’と電界信号Ｈｑ’の重畳信号をフィルタリングして、電圧制御信号としてＶＣＯ２１６に出力する。
【００４１】
このような構成により、コスタスループ回路２００，２０１は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）として機能し、ＶＣＯ２１６の周波数ｆｃをＨ偏波信号Ｅｈ及びＶ偏波信号Ｅｖの周波数に同期させる。なお、本例において、ＶＣＯ２１６としては、ＤＣＯ（Digitally Controlled Oscillator）が用いられるが、これに限定されない。
【００４２】
偏光軸調整部２０２は、送信装置１と受信装置２の間のＨ軸及びＶ軸のずれを適応等化的に調整する。これにより、偏光軸調整部２０２は、送信装置１で生成された電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑを再生する。電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑは復調部２０３に入力される。
【００４３】
復調部２０３は、電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑを復調処理することによりデータ信号Ｓｄを再生する。このとき、復調部２０３は、ＦＥＣ（Forward Error Correction）符号の復号処理なども行う。なお、受信処理回路２０には、上述した機能以外にも、光ファイバ９で生じた分散を補償する機能や信号間のビート雑音を補償する機能などが含まれてもよい。
【００４４】
次に、比較例における偏波多重光信号Ｓｍｕｘについて述べる。
【００４５】
図５は、比較例におけるＨ偏波及びＶ偏波のスペクトルを示す図である。符号ＧａはＨ偏波のスペクトルを示し、符号ＧｂはＶ偏波のスペクトルを示す。符号Ｇａ，Ｇｂのグラフにおいて、横軸は、レーザダイオードの中心周波数ｆｏに対するずれを周波数として示す。このため、Ｈ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖのスペクトル成分の中心周波数は０となる。なお、上記は以降の説明においても同様である。
【００４６】
比較例において、周波数信号生成部１０１は同一の周波数の周波数信号λｈ，λｖを生成し、周波数信号λｈ，λｖはＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖにそれぞれ重畳される。また、レーザダイオード１３の光の中心周波数ｆｏは、周波数信号λｈ，λｖの周波数とは異なる。このため、Ｈ偏波及びＶ偏波の光には、中心周波数ｆｏとは異なる周波数ｆｓの参照光Ｌｏが合波される。
【００４７】
図６は、正常時及び異常時における送信側及び受信側の参照光Ｌｏの偏光方向の一例を示す図である。符号Ｇｃは、正常時における送信側及び受信側の参照光Ｌｏの偏光方向を示し、符号Ｇｄは、異常時における送信側及び受信側の参照光Ｌｏの偏光方向を示す。なお、本例において、送信側のＨ軸（Ｈ偏波の偏光方向）及びＶ軸（Ｖ偏波の偏光方向）は、受信側のＨ軸及びＶ軸にそれぞれ一致するが、一致しなくてもよい。
【００４８】
正常時、送信装置１から出力された参照光Ｌｏは、Ｈ偏波及びＶ偏波の各成分が合成されることにより、その偏光方向はＶ軸とＨ軸の中間の角度となる。つまり、基準軸Ａに対するＨ軸の角度θｈ、Ｖ軸の角度θｖ、及び参照光Ｌｏの偏光方向の角度θｏの間において、θｈ＜θｏ＜θｖの関係が成立する。
【００４９】
また、正常時、受信装置２において、参照光Ｌｏは、ＰＢＳ２３によりＶ軸とＨ軸の各方向の成分Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖに分離されるため、Ｈ偏波及びＶ偏波の光の両方に参照光Ｌｏが存在する。このため、受信装置２は、Ｈ偏波の光から、データ信号ＳｄのＨ偏波の成分であるＨ軸信号Ｓｈを復元し、Ｖ偏波の光から、データ信号ＳｄのＶ偏波の成分であるＶ軸信号Ｓｖを復元することができる。したがって、受信装置２は、正常にデータ信号Ｓｄを復調することができる。
【００５０】
異常時、送信側の参照光Ｌｏの偏光方向は、伝送中、偏波多重光信号Ｓｍｕｘの偏波状態が光ファイバの温度条件や機械的条件（曲げなど）により変化することにより、例えばΔθだけ変化してＨ軸にほぼ一致する場合がある。すなわち、変化後の基準軸Ａに対するＨ軸の角度θｈ及び参照光Ｌｏの偏光方向の角度θｏ’（＝θｏ−Δθ）の間において、θｈ≒θｏ’の関係が成立する。この場合、受信側の参照光Ｌｏには、Ｈ軸方向の成分Ｌｏ＿ｖ’だけが存在し、Ｖ軸方向の成分が存在しない。
【００５１】
このため、受信装置２は、Ｈ偏波の光からＨ軸信号Ｓｈを復元できても、Ｖ偏波の光からＶ軸信号Ｓｖを復元することができない。したがって、受信装置２は、正常にデータ信号Ｓｄを復調することができない。なお、参照光Ｌｏの偏光方向がＶ軸にほぼ一致した場合も上記と同様にデータ信号Ｓｄの復調が不可能となる。
【００５２】
そこで、実施例では、Ｈ偏波の光に合波する参照光ＬｏとＶ偏波の光に合波する参照光Ｌｏの周波数を異ならせる。以下に、比較例における偏波多重光信号Ｓｍｕｘについて述べる。
【００５３】
図７は、実施例におけるＨ偏波及びＶ偏波のスペクトルを示す図である。図７において、図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。符号ＧｃはＨ偏波のスペクトルを示し、符号ＧｄはＶ偏波のスペクトルを示す。
【００５４】
実施例において、周波数信号生成部１０１は、周波数が相違する周波数信号λｈ，λｖを生成し、周波数信号λｈ，λｖはＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖにそれぞれ重畳される。また、レーザダイオード１３の光の中心周波数ｆｏは、周波数信号λｈ，λｖの各周波数とは異なる。このため、Ｈ偏波の光には、中心周波数ｆｏとは異なる周波数ｆｓ＿Ｈの参照光Ｌｏ＿ｈが合波され、Ｖ偏波の光には、中心周波数ｆｏ及び周波数ｆｓ＿Ｈとは異なる周波数ｆｓ＿Ｖの参照光Ｌｏ＿ｖが合波される。なお、周波数ｆｓ＿Ｈと周波数ｆｓ＿Ｖの差分Δｆは、以下に述べる効果が得られる限り、限定されない。
【００５５】
図８は、比較例及び実施例における参照光Ｌｏ，Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの偏波状態を示す図である。符号Ｇｅは、比較例における、時間に対する参照光Ｌｏの偏波状態の変化を示し、符号Ｇｆは、実施例における、時間に対する参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの偏波状態の変化を示す。
【００５６】
比較例において、参照光Ｌｏの周波数ｆｓはＨ偏波とＶ偏波の間で共通であるため、参照光Ｌｏは直線偏波となって、特定の平面ＰＬ内を振動する。このため、上記の異常時には、平面ＰＬがＨ軸と平行となることにより、参照光ＬｏのＶ偏波の成分が消失する。
【００５７】
一方、実施例において、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの周波数ｆｓ＿Ｈ，ｆｓ＿ＶはＨ偏波とＶ偏波の間で異なるため、各参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの偏波が合成される。このため、偏波合成された参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖは、比較例とは異なり、直線偏波とはならず、その偏光方向は時間とともに変化する。
【００５８】
例えば、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの偏光方向は、周波数ｆｓ＿Ｈ，ｆｓ＿Ｖの差分に応じた速度でらせん状の軌跡を描く（符号ＣＬ参照）。したがって、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの偏光方向は、上記の異常時でも、Ｈ軸またはＶ軸の何れかに一致することがないため、受信装置２は、データ信号Ｓｄを正常に復調することができる。
【００５９】
このように、周波数信号生成部１０１は、乗算器１０２，１０３によりＨ偏波及びＶ偏波の光に、レーザダイオード１３の光とは周波数ｆｓ＿Ｈ，ｆｓ＿Ｖが異なる参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖをそれぞれ合波し、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖは周波数が相違する。このため、偏波多重光信号Ｓｍｕｘの偏波状態の変化による伝送品質の低下が抑制される。なお、周波数信号生成部１０１及び乗算器１０２，１０３は合波部の一例であり、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖは第１参照光及び第２参照光の一例である。
【００６０】
より具体的には、周波数信号生成部１０１は、Ｈ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖに、周波数が相違する電気的な周波数信号λｈ，λｖをそれぞれ重畳することにより、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖをＨ偏波及びＶ偏波の光にそれぞれ合波する。このため、周波数信号生成部１０１は、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖを電気的に合波することができるため、高価な光学系の部品を用いる必要がなく、送信装置１のコストが低減される。
【００６１】
また、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの合波手段は、上記のように電気的な処理に限定されず、光学的な処理であってもよい。
【００６２】
図９は、送信装置１の他の例を示す構成図である。図９において、図２及び図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６３】
送信装置１は、送信処理回路１０ａと、デジタルアナログ変換器１１と、複数の増幅器１２と、レーザダイオード１３と、光変調回路１４と、光スプリッタ１５と、ＰＢＣ１９と、参照光生成部Ｒとを有する。送信処理回路１０ａは、一例として、ＤＳＰにより構成されるが、これに限定されず、例えばＦＰＧＡやＡＳＩＣなどから構成されてもよい。
【００６４】
本例において、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖは参照光生成部Ｒにより光学的に生成される。このため、送信処理回路１０ａには、上述した実施例とは異なり、周波数信号生成部１０１及び乗算器１０２，１０３が設けられていない。したがって、電界信号Ｈｉ，Ｈｑ，Ｖｉ，Ｖｑには、周波数信号λｈ，λｖが含まれていない。
【００６５】
レーザダイオード１３の光は、光スプリッタ１５により分岐されて光変調回路１４と参照光生成部Ｒに入力される。参照光生成部Ｒは、ビームスプリッタ（BS: Beam Splitter）１６と、光周波数シフタ１７ａ，１７ｂと、光カプラ１８とを含む。
【００６６】
ＢＳ１６は、光スプリッタ１５から入力された光を分岐して光周波数シフタ１７ａ，１７ｂに導入する。光周波数シフタ１７ａ，１７ｂは、ＢＳ１６から入力された光の中心周波数をシフトすることにより、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖをそれぞれ生成する。ここで、光周波数シフタ１７ａ，１７ｂの周波数のシフト量は相違する。光カプラ１８は、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖを合波してＰＢＣ１９に導入する。ＰＢＣ１９は、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖを、光変調回路１４から出力されるＨ偏波及びＶ偏波の光にそれぞれ合波する。
【００６７】
このように、参照光生成部Ｒは、ＰＢＣ１９によりＨ偏波及びＶ偏波の光に、レーザダイオード１３の光は周波数が異なる参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖをそれぞれ合波する。ここで、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖは周波数が相違する。このため、上記の実施例と同様の効果が得られる。なお、参照光生成部Ｒ及びＰＢＣ１９は合波部の一例である。
【００６８】
より具体的には、参照光生成部Ｒは、レーザダイオード１３の光を分岐してその中心周波数をシフトすることにより参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖをそれぞれ生成し、ＰＢＣ１９は、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖをＨ偏波及びＶ偏波の光にそれぞれ合波する。
【００６９】
このため、参照光生成部Ｒは、参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの周波数を高精度に制御することができる。また、参照光生成部Ｒは、レーザダイオード１３の光を用いて参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖを生成するため、レーザダイオード１３とは別に光源を設けた場合よりコストが低減される。
【００７０】
次に、実施例の受信装置２について説明する。上述したように、偏波多重光信号ＳｍｕｘにはＨ偏波及びＶ偏波の光が多重されている。Ｈ偏波の光には、Ｈ軸信号Ｓｈが重畳された周波数ｆｏのＨ軸信号光（図７のＳｈを参照）と、Ｈ軸信号光とは周波数が異なる参照光Ｌｏ＿ｈとが含まれている。また、Ｖ偏波の光には、Ｖ軸信号Ｓｖが重畳された周波数ｆｏのＶ軸信号光（図７のＳｖを参照）と、Ｖ軸信号光及び参照光Ｌｏ＿ｈとは周波数が異なる参照光Ｌｏ＿ｖとが含まれている。なお、Ｈ軸信号光は第１信号光の一例であり、Ｖ軸信号光は第２信号光の一例である。
【００７１】
したがって、ＰＤ２２ａ，２２ｂから出力されるＨ偏波信号Ｅｈ及びＶ偏波信号Ｅｖには、それぞれ、４種類のビート信号（差周波の信号）Ｂ１〜Ｂ４が含まれている。ビート信号Ｂ１は、比較例の受信装置２のコスタスループ回路２００により検波される信号であって、参照光Ｌｏ＿ｈとＨ軸信号光のビート信号である。ビート信号Ｂ２は、比較例の受信装置２のコスタスループ回路２０１により検波される信号であって、参照光Ｌｏ＿ｖとＶ軸信号光のビート信号である。
【００７２】
また、ビート信号Ｂ３，Ｂ４は、受信する必要のない信号である。ビート信号Ｂ３は参照光Ｌｏ＿ｖとＨ軸信号光のビート信号であり、ビート信号Ｂ４は参照光Ｌｏ＿ｖとＶ軸信号光のビート信号である。ビート信号Ｂ３の中心周波数は、ビート信号Ｂ１の中心周波数より（ｆｓ＿Ｖ−ｆｓ＿Ｈ）だけ高周波側にずれており、ビート信号Ｂ４の中心周波数は、ビート信号Ｂ２の中心周波数より（ｆｓ＿Ｖ−ｆｓ＿Ｈ）だけ高周波側にずれている。
【００７３】
受信装置２は、ビート信号Ｂ３，Ｂ４をフィルタリングにより除去するため、Ｈ偏波信号Ｅｈ及びＶ偏波信号Ｅｖの周波数を参照光Ｌｏ＿ｈ，Ｌｏ＿ｖの周波数ｆｓ＿Ｈ，ｆｓ＿Ｖに基づいてシフトする。以下に受信処理回路２０の構成例を述べる。
【００７４】
図１０は、受信処理回路２０の一例を示す構成図である。受信処理回路２０は、周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄと、ＭＩＭＯ２０５と、位相再生部２０４と、復調部２０３とを有する。なお、復調部２０３は比較例と共通の構成であるため、その説明は省略する。
【００７５】
また、図１１〜図１４には、符号Ｐ１１〜Ｐ１４，Ｐ２１〜Ｐ２４が示す箇所のＨ偏波信号Ｅｈ及びＶ偏波信号Ｅｖの電気的なスペクトルが示されている。
【００７６】
Ｈ偏波信号Ｅｈは、ＰＤ２２ａから周波数シフタ２０６ａ，２０６ｂに分岐して入力される。また、Ｖ偏波信号Ｅｖは、ＰＤ２２ｂから周波数シフタ２０６ｃ，２０６ｄに分岐して入力される。
【００７７】
図１１において、符号Ｇ１１は、周波数シフタ２０６ａ，２０６ｂに入力されるＨ偏波信号Ｅｈ（符号Ｐ１１参照）の電気的なスペクトルを示し、符号Ｇ２１は、周波数シフタ２０６ｃ，２０６ｄに入力されるＶ偏波信号Ｅｖ（符号Ｐ２１参照）の電気的なスペクトルを示す。なお、図１１〜図１４において、ビート信号Ｂ１，Ｂ３のスペクトルは実線で示され、ビート信号Ｂ２，Ｂ４のスペクトルは点線で示されている。
【００７８】
Ｈ偏波信号Ｅｈには、Ｈ偏波の成分がＶ偏波の成分より多く含まれている。このため、ビート信号Ｂ１，Ｂ３のパワーは、ビート信号Ｂ２，Ｂ４のパワーより大きい。ビート信号Ｂ１，Ｂ２の中心周波数はｆｓ＿Ｈであり、ビート信号Ｂ３，Ｂ４の中心周波数はｆｓ＿Ｖである。
【００７９】
また、Ｖ偏波信号Ｅｖには、Ｖ偏波の成分がＨ偏波の成分より多く含まれている。このため、ビート信号Ｂ２，Ｂ４のパワーは、ビート信号Ｂ１，Ｂ３のパワーより大きい。ビート信号Ｂ１，Ｂ２の中心周波数はｆｓ＿Ｈであり、ビート信号Ｂ３，Ｂ４の中心周波数はｆｓ＿Ｖである。
【００８０】
受信処理回路２０は、上記の状態のままだとビート信号Ｂ３，Ｂ４を除去することができないため、周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄによりＨ偏波信号Ｅｈ及びＶ偏波信号Ｅｖの周波数をシフトすることにより、ビート信号Ｂ３，Ｂ４のスペクトルを抽出可能な２つの信号を生成する。なお、以下の説明では、Ｈ偏波信号Ｅｈ及びＶ偏波信号Ｅｖの周波数シフトにより生成される信号を「シフト信号」と表記する。
【００８１】
周波数シフタ２０６ａは、Ｈ偏波信号Ｅｈの周波数を参照光Ｌｏ＿ｈの周波数ｆｓ＿Ｈに基づいてシフトし、周波数シフタ２０６ｂは、Ｈ偏波信号Ｅｈの周波数を参照光Ｌｏ＿ｖの周波数ｆｓ＿Ｖに基づいてシフトする。より具体的には、周波数シフタ２０６ａは、Ｈ偏波信号Ｅｈの周波数をｆｓ＿Ｈだけ低周波側にシフトし、周波数シフタ２０６ｂは、Ｈ偏波信号Ｅｈの周波数をｆｓ＿Ｖだけ低周波側にシフトする。
【００８２】
これにより、周波数シフタ２０６ａは第１シフト信号（符号Ｐ１２参照）を生成し、周波数シフタ２０６ｂは第２シフト信号（符号Ｐ１３参照）を生成する。周波数シフタ２０６ａは第１シフト信号のＩ成分及びＱ成分を個別にＭＩＭＯ２０５に出力し、周波数シフタ２０６ｂは第２シフト信号のＩ成分及びＱ成分を個別にＭＩＭＯ２０５に出力する。なお、周波数シフタ２０６ａ，２０６ｂは第１周波数シフト部の一例である。
【００８３】
図１２において、符号Ｇ１２は、周波数シフタ２０６ａから出力される第１シフト信号（符号Ｐ１２参照）の電気的なスペクトルを示し、符号Ｇ１３は、周波数シフタ２０６ｂから出力される第２シフト信号（符号Ｐ１３参照）の電気的なスペクトルを示す。符号Ｇ１２のスペクトルは、符号Ｇ１１のスペクトルを周波数軸の負方向に周波数ｆｓ＿Ｈだけシフトさせたものに該当し、符号Ｇ１３のスペクトルは、符号Ｇ１１のスペクトルを周波数軸の負方向に周波数ｆｓ＿Ｖだけシフトさせたものに該当する。
【００８４】
第１シフト信号において、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の中心周波数はｆｏであり、ビート信号Ｂ３，Ｂ４の中心周波数は（ｆｓ＿Ｖ−ｆｓ＿Ｈ）である。また、第２シフト信号において、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の中心周波数は（ｆｓ＿Ｈ−ｆｓ＿Ｖ）であり、ビート信号Ｂ３，Ｂ４の中心周波数はｆｏである。
【００８５】
周波数シフタ２０６ｃは、Ｖ偏波信号Ｅｖの周波数を参照光Ｌｏ＿ｈの周波数ｆｓ＿Ｈに基づいてシフトし、周波数シフタ２０６ｄは、Ｖ偏波信号Ｅｖの周波数を参照光Ｌｏ＿ｖの周波数ｆｓ＿Ｖに基づいてシフトする。より具体的には、周波数シフタ２０６ｃは、Ｖ偏波信号Ｅｖの周波数をｆｓ＿Ｈだけ低周波側にシフトし、周波数シフタ２０６ｄは、Ｖ偏波信号Ｅｖの周波数をｆｓ＿Ｖだけ低周波側にシフトする。
【００８６】
これにより、周波数シフタ２０６ｃは第３シフト信号（符号Ｐ２２参照）を生成し、周波数シフタ２０６ｄは第４シフト信号（符号Ｐ２３参照）を生成する。周波数シフタ２０６ｃは第３シフト信号のＩ成分及びＱ成分を個別にＭＩＭＯ２０５に出力し、周波数シフタ２０６ｄは第４シフト信号のＩ成分及びＱ成分を個別にＭＩＭＯ２０５に出力する。なお、周波数シフタ２０６ｃ，２０６ｄは第２周波数シフト部の一例である。
【００８７】
図１３において、符号Ｇ２２は、周波数シフタ２０６ｃから出力される第３シフト信号（符号Ｐ２２参照）の電気的なスペクトルを示し、符号Ｇ２３は、周波数シフタ２０６ｄから出力される第４シフト信号（符号Ｐ２３参照）の電気的なスペクトルを示す。符号Ｇ２２のスペクトルは、符号Ｇ１２のスペクトルを周波数軸の負方向に周波数ｆｓ＿Ｈだけシフトさせたものに該当し、符号Ｇ２３のスペクトルは、符号Ｇ１２のスペクトルを周波数軸の負方向に周波数ｆｓ＿Ｖだけシフトさせたものに該当する。
【００８８】
第３シフト信号において、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の中心周波数はｆｏであり、ビート信号Ｂ３，Ｂ４の中心周波数は（ｆｓ＿Ｖ−ｆｓ＿Ｈ）である。また、第４シフト信号において、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の中心周波数は（ｆｓ＿Ｈ−ｆｓ＿Ｖ）であり、ビート信号Ｂ３，Ｂ４の中心周波数はｆｏである。
【００８９】
第１〜第４シフト信号の各々のＩ成分及びＱ成分は、ＭＩＭＯ２０５に入力される。ＭＩＭＯ２０５は、信号入力数が８であり、信号出力数が４である（「８×４」参照）。
【００９０】
ＭＩＭＯ２０５は、抽出部の一例であり、第１〜第４シフト信号からＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖを抽出する。より具体的には、ＭＩＭＯ２０５は、第１〜第４シフト信号に対し、例えばスペクトル波形のフィルタリング処理を行うことによりビート信号Ｂ３，Ｂ４を除去する。これにより、残ったビート信号Ｂ１，Ｂ２からＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖがそれぞれ再生される。なお、ＭＩＭＯ２０５の構成例については後述する。
【００９１】
図１４において、符号Ｇ１４は、ＭＩＭＯ２０５から出力されるビート信号Ｂ１（符号Ｐ１４参照）の電気的なスペクトルを示し、符号Ｇ２４は、ＭＩＭＯ２０５から出力されるビート信号Ｂ２（符号Ｐ２４参照）の電気的なスペクトルを示す。ビート信号Ｂ１，Ｂ２にはＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖがそれぞれ重畳されている。各ビート信号Ｂ１，Ｂ２のＩ成分及びＱ成分は個別に位相再生部２０４に入力される。
【００９２】
位相再生部２０４は、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２のＩ成分及びＱ成分の複素平面上の位相回転を補正する。位相再生部２０４は、Ｈ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖが、変調方式に応じた信号コンスタレーション（信号空間ダイヤグラム）により正常に復調処理されるように、位相回転を補正する。なお、信号コンスタレーションは、実軸（Ｉ）及び虚軸（Ｑ）を有する複素平面上に、信号の振幅及び位相に応じた信号点を表したものである。位相再生部２０４は、位相回転が補正されたＨ軸信号Ｓｈ及びＶ軸信号Ｓｖを復調部２０３に出力する。復調部２０３は、上述したように、復調処理によりデータ信号Ｓｄを再生する。
【００９３】
本例において、ＭＩＭＯ２０５の信号入力数×信号出力数は８×４であるが、各周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄからそれぞれ出力される第１〜第４シフト信号が複素信号である場合、信号入力数×信号出力数が４×２のＭＩＭＯ２０５を用いることが可能である。
【００９４】
図１５は、受信処理回路２０の他の例を示す構成図である。図１５において、図１０と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００９５】
各周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄは、第１〜第４シフト信号を複素信号（「Ｉ＋ｉＱ」参照）としてＭＩＭＯ２０５に出力する。また、ＭＩＭＯ２０５は、ビート信号Ｂ１，Ｂ２を複素信号として位相再生部２０４に出力する。このため、ＭＩＭＯ２０５の信号入力数×信号出力数は４×２となる。
【００９６】
また、図１５にはＭＩＭＯ２０５の構成例が示されている。ＭＩＭＯ２０５は、偏波分離回路５０ａ，５０ｂと、ビート分離回路５１ａ，５１ｂとを有する。偏波分離回路５０ａには、第１シフト信号及び第３シフト信号が入力され、偏波分離回路５０ｂには、第２シフト信号及び第４シフト信号が入力される。
【００９７】
偏波分離回路５０ａは、第１シフト信号及び第３シフト信号からＨ偏波及びＶ偏波の成分をフィルタリング処理により取り出し、偏波分離回路５０ｂは、第２シフト信号及び第４シフト信号からＨ偏波及びＶ偏波の成分をフィルタリング処理により取り出す。偏波分離回路５０ａ，５０ｂは、Ｈ偏波の成分をビート分離回路５１ａに出力し、Ｖ偏波の成分をビート分離回路５１ｂに出力する。
【００９８】
ビート分離回路５１ａは、偏波分離回路５０ａ，５０ｂから入力されたＨ偏波の成分をフィルタリング処理することによりビート信号Ｂ１を抽出する。ビート分離回路５１ｂは、偏波分離回路５０ａ，５０ｂから入力されたＶ偏波の成分をフィルタリング処理することによりビート信号Ｂ２を抽出する。
【００９９】
偏波分離回路５０ａ，５０ｂ及びビート分離回路５１ａ，５１ｂは、例えば、バタフライ構成のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタなどから構成される。
【０１００】
図１６は、バタフライ構成の回路の一例を示す構成図である。バタフライ構成の回路には、一例として、ＦＩＲフィルタ５０１ａ〜５０１ｄと、乗算器５０２ａ，５０２ｂとが含まれる。
【０１０１】
入力信号Ｓ１はＦＩＲフィルタ５０１ａ，５０１ｃに入力され、入力信号Ｓ２はＦＩＲフィルタ５０１ｂ，５０１ｄに入力される。ＦＩＲフィルタ５０１ａ，５０１ｂからそれぞれ出力された信号は乗算器５０２ａにより重畳されて、出力信号Ｓ３として出力される。ＦＩＲフィルタ５０１ｃ，５０１ｄからそれぞれ出力された信号は乗算器５０２ｂにより重畳されて、出力信号Ｓ４として出力される。なお、ＦＩＲフィルタ５０１ａ〜５０１ｄのタップ係数は、不図示のプロセッサなどにより適応等化的に制御される。
【０１０２】
図１７は、ＭＩＭＯ２０５の変形例を示す構成図である。ＭＩＭＯ２０５には、ビート分離回路５１ａ，５１ｂに代えて、イコライザ５２ａ，５２ｂが設けられている。イコライザ５２ａには偏波分離回路５０ａからＨ偏波の成分が入力され、イコライザ５２ｂには偏波分離回路５０ｂからＶ偏波の成分が入力される。イコライザ５２ａ，５２ｂは、所定のトレーニングシーケンスに基づき適応等化的にフィルタリング処理を行うことによって、ビート信号Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ抽出する。
【０１０３】
また、受信処理回路２０の周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄは、上記の構成に限定されない。
【０１０４】
図１８は、受信処理回路２０の他の例を示す構成図である。図１８において、図１０と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例の受信処理回路２０には、周波数シフタ２０６ｂ，２０６ｄに代えて、周波数シフタ２０７ｂ，２０７ｄが設けられている。
【０１０５】
周波数シフタ２０６ａにはＨ偏波信号Ｅｈが入力され、周波数シフタ２０６ｃにはＶ偏波信号Ｅｖが入力される。周波数シフタ２０６ａ，２０６ｃに入力されるＨ偏波信号Ｅｈ（符号Ｐ３１参照）及びＶ偏波信号Ｅｖ（符号Ｐ４１参照）のスペクトルは、図１１の符号Ｇ１１，Ｇ２１によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１０６】
Ｈ偏波信号Ｅｈは、周波数シフタ２０６ａにより周波数シフトされた後、分岐してＭＩＭＯ２０５及び周波数シフタ２０７ｂに入力される。周波数シフタ２０７ｂは、Ｈ偏波信号Ｅｈの周波数を（ｆｓ＿Ｖ−ｆｓ＿Ｈ）だけ低周波側にシフトする。これにより、周波数シフタ２０７ｂは、Ｈ偏波信号Ｅｈの周波数をｆｓ＿Ｖだけシフトさせた第２シフト信号を生成する。このように、周波数シフタ２０７ｂは、周波数シフタ２０６ａが生成した第１シフト信号を、さらに周波数シフトすることにより第２シフト信号を生成する。
【０１０７】
したがって、ＭＩＭＯ２０５には、図１０の例と同様に、周波数シフタ２０６ａから第１シフト信号が入力され、周波数シフタ２０７ｂから第２シフト信号が入力される。ＭＩＭＯ２０５に入力される第１シフト信号（符号Ｐ３２参照）及び第２シフト信号（符号Ｐ３３参照）のスペクトルは、図１２の符号Ｇ１２，Ｇ１３によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１０８】
また、Ｖ偏波信号Ｅｖは、周波数シフタ２０６ｃにより周波数シフトされた後、分岐してＭＩＭＯ２０５及び周波数シフタ２０７ｄに入力される。周波数シフタ２０７ｄは、Ｖ偏波信号Ｅｖの周波数を（ｆｓ＿Ｖ−ｆｓ＿Ｈ）だけ低周波側にシフトする。これにより、周波数シフタ２０７ｂは、Ｖ偏波信号Ｅｖの周波数をｆｓ＿Ｖだけシフトさせた第４シフト信号を生成する。このように、周波数シフタ２０７ｄは、周波数シフタ２０６ｃが生成した第３シフト信号を、さらに周波数シフトすることにより第４シフト信号を生成する。
【０１０９】
したがって、ＭＩＭＯ２０５には、図１０の例と同様に、周波数シフタ２０６ｃから第３シフト信号が入力され、周波数シフタ２０７ｄから第４シフト信号が入力される。ＭＩＭＯ２０５に入力される第３シフト信号（符号Ｐ４２参照）及び第４シフト信号（符号Ｐ４３参照）のスペクトルは、図１３の符号Ｇ２２，Ｇ２３によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１１０】
ＭＩＭＯ２０５は、ビート信号Ｂ１及びビート信号Ｂ２を抽出して位相再生部２０４に出力する。ビート信号Ｂ１（符号Ｐ３４参照）及びビート信号Ｂ２（符号Ｐ４４参照）のスペクトルは、図１４の符号Ｇ１４，Ｇ２４によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１１１】
上述した受信処理回路２０では、周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄ，２０７ｂ，２０７ｄにより周波数シフトを行ったが、これに代えてコスタスループ回路が用いられてもよい。
【０１１２】
図１９は、受信処理回路２０の他の例を示す構成図である。図１９において、図１０と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１１３】
本例の受信処理回路２０には、周波数シフタ２０６ａ〜２０６ｄに代えてコスタスループ回路２０８ａ〜２０８ｄが設けられている。コスタスループ回路２０８ａ〜２０８ｄは、図４のコスタスループ回路２００，２０１と同様の回路構成を有する。コスタスループ回路２０８ａ，２０８ｃのＶＣＯ２１６は参照光Ｌｏ＿ｈの周波数ｆｓ＿Ｈで発振し（つまりｆｃ＝ｆｓ＿Ｈ）、コスタスループ回路２０８ｂ，２０８ｄのＶＣＯ２１６は参照光Ｌｏ＿ｖの周波数ｆｓ＿Ｖで発振する（つまりｆｃ＝ｆｓ＿Ｈ）。なお、ＶＣＯ２１６は発振器の一例である。
【０１１４】
Ｈ偏波信号Ｅｈはコスタスループ回路２０８ａ，２０８ｂに入力され、Ｖ偏波信号Ｅｖはコスタスループ回路２０８ｃ，２０８ｄに入力される。Ｈ偏波信号Ｅｈ（符号Ｐ５１参照）及びＶ偏波信号Ｅｖ（符号Ｐ６１参照）のスペクトルは、図１１の符号Ｇ１１，Ｇ２１によりそれぞれ示されるものと同様である。なお、コスタスループ回路２０８ａ，２０８ｂは第１コスタスループ回路の一例であり、コスタスループ回路２０８ｃ，２０８ｄは第２コスタスループ回路の一例である。
【０１１５】
コスタスループ回路２０８ａは、周波数ｆｓ＿Ｈに基づいてＨ偏波信号Ｅｈを検波することにより第１シフト信号を生成し、コスタスループ回路２０８ｂは、周波数ｆｓ＿Ｖに基づいてＨ偏波信号Ｅｈを検波することにより第２シフト信号を生成する。第１シフト信号及び第２シフト信号はＭＩＭＯ２０５に入力される。第１シフト信号（符号Ｐ５２参照）及び第２シフト信号（符号Ｐ５３参照）のスペクトルは、図１２の符号Ｇ１２，Ｇ１３によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１１６】
コスタスループ回路２０８ｃは、周波数ｆｓ＿Ｈに基づいてＶ偏波信号Ｅｖを検波することにより第３シフト信号を生成し、コスタスループ回路２０８ｄは、周波数ｆｓ＿Ｖに基づいてＶ偏波信号Ｅｖを検波することにより第４シフト信号を生成する。第３シフト信号及び第４シフト信号はＭＩＭＯ２０５に入力される。第３シフト信号（符号Ｐ６２参照）及び第２シフト信号（符号Ｐ６３参照）のスペクトルは、図１３の符号Ｇ２２，Ｇ２３によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１１７】
ＭＩＭＯ２０５は、ビート信号Ｂ１及びビート信号Ｂ２を抽出して復調部２０３に出力する。ビート信号Ｂ１（符号Ｐ５４参照）及びビート信号Ｂ２（符号Ｐ６４参照）のスペクトルは、図１４の符号Ｇ１４，Ｇ２４によりそれぞれ示されるものと同様である。
【０１１８】
本例では、コスタスループ回路２０８ａ〜２０８ｄがＩ成分及びＱ成分を復元するため、上記の位相再生部２０４は必要がない。
【０１１９】
このように、実施例の送信装置１及び受信装置２によると、偏波多重光信号Ｓｍｕｘの偏波状態の変化による伝送品質の低下を抑制することができる。また、実施例の送信方法及び受信方法は、送信装置１及び受信装置２により実行されるため、これと同様の効果を奏する。
【０１２０】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【０１２１】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  偏波多重光信号を送信する送信装置において、
光源と、
前記光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離して、電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成する生成部と、
前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波する合波部とを有し、
前記第１参照光と前記第２参照光は周波数が相違することを特徴とする送信装置。
（付記２）  前記データ信号を、前記第１偏波及び第２偏波の光をそれぞれ光変調するための第１信号及び第２信号に分離するデータ分離部を有し、
前記合波部は、前記第１信号及び前記第２信号に、周波数が相違する電気的な周波数信号をそれぞれ重畳することにより、前記第１参照光及び前記第２参照光を前記第１偏波及び前記第２偏波の光にそれぞれ合波することを特徴とする付記１に記載の送信装置。
（付記３）  前記合波部は、前記光源の光を分岐して当該中心周波数をシフトすることにより前記第１参照光及び前記第２参照光をそれぞれ生成し前記第１偏波及び前記第２偏波の光に合波することを特徴とする付記１に記載の送信装置。
（付記４）  第１偏波及び第２偏波の光が多重された偏波多重光信号を受信する受信装置において、
前記第１偏波の光には、第１信号が重畳された所定の周波数の第１信号光と、前記第１信号光とは周波数が異なる第１参照光とが含まれ、
前記第２偏波の光には、第２信号が重畳された前記所定の周波数の第２信号光と、前記第２信号光及び前記第１参照光とは周波数が異なる第２参照光とが含まれ、
前記偏波多重光信号から、前記第１偏波及び前記第２偏波の光を分離する偏波分離部と、
前記第１偏波の光を第１電気信号に変換する第１変換部と、
前記第２偏波の光を第２電気信号に変換する第２変換部と、
前記第１電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第１シフト信号及び第２シフト信号を生成する第１周波数シフト部と、
前記第２電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第３シフト信号及び第４シフト信号を生成する第２周波数シフト部と、
前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、前記第３シフト信号、及び前記第４シフト信号から前記第１信号及び前記第２信号を抽出する抽出部とを有することを特徴とする受信装置。
（付記５）  前記第１周波数シフト部及び前記第２周波数シフト部は、それぞれ、前記第１参照光の周波数で発振する発振器を含む第１コスタスループ回路と、前記第２参照光の周波数で発振する発振器を含む第２コスタスループ回路とを有することを特徴とする付記４に記載の受信装置。
（付記６）  偏波多重光信号を送信する送信方法において、
光源の光を第１偏波及び第２偏波の光に分離し、
電気的なデータ信号に基づき前記第１偏波及び前記第２偏波の光をそれぞれ光変調し多重することにより前記偏波多重光信号を生成し、
前記第１偏波及び前記第２偏波の光に、前記光源の光とは周波数が異なる第１参照光及び第２参照光をそれぞれ合波し、
前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数を相違させることを特徴とする送信方法。
（付記７）  前記データ信号を、前記第１偏波及び第２偏波の光をそれぞれ光変調するための第１信号及び第２信号に分離し、
前記第１信号及び前記第２信号に、周波数が相違する電気的な周波数信号をそれぞれ重畳することにより、前記第１参照光及び前記第２参照光を前記第１偏波及び前記第２偏波の光にそれぞれ合波することを特徴とする付記６に記載の送信方法。
（付記８）  前記光源の光を分岐して当該中心周波数をシフトすることにより前記第１参照光及び前記第２参照光をそれぞれ生成し前記第１偏波及び前記第２偏波の光に合波することを特徴とする付記６に記載の送信方法。
（付記９）  第１偏波及び第２偏波の光が多重された偏波多重光信号を受信する受信方法において、
前記第１偏波の光には、第１信号が重畳された所定の周波数の第１信号光と、前記第１信号光とは周波数が異なる第１参照光とが含まれ、
前記第２偏波の光には、第２信号が重畳された前記所定の周波数の第２信号光と、前記第２信号光及び前記第１参照光とは周波数が異なる第２参照光とが含まれ、
前記偏波多重光信号から、前記第１偏波及び前記第２偏波の光を分離し、
前記第１偏波の光を第１電気信号に変換し、
前記第２偏波の光を第２電気信号に変換し、
前記第１電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第１シフト信号及び第２シフト信号を生成し、
前記第２電気信号の周波数を、前記第１参照光及び前記第２参照光の周波数に基づいてそれぞれシフトすることにより第３シフト信号及び第４シフト信号を生成し、
前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、前記第３シフト信号、及び前記第４シフト信号から前記第１信号及び前記第２信号を抽出することを特徴とする受信方法。
（付記１０）  前記第１参照光の周波数で発振する発振器を含む第１コスタスループ回路により前記第１シフト信号及び前記第３シフト信号を生成し、
前記第２参照光の周波数で発振する発振器を含む第２コスタスループ回路により前記第２シフト信号及び前記第４シフト信号を生成することを特徴とする付記９に記載の受信方法。
【符号の説明】
【０１２２】
１       送信装置
１０       送信処理回路
１３       レーザダイオード
１４       光変調回路
１９       ＰＢＣ
２０       受信処理回路
２２ａ，２２ｂ     ＰＤ
２３       ＰＢＳ
１００      データ信号分離部
１０１      周波数信号生成部
１０２，１０３     乗算器
１０４      マッピング処理部
２０５      ＭＩＭＯ
２０６ａ〜２０６ｄ，２０７ｂ，２０７ｄ  周波数シフタ
２０８ａ〜２０８ｄ     コスタスループ回路
２１３      ＶＣＯ
Ｒ       参照光生成部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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