(57)【要約】【課題】光通信において、偏波状態の変動によらず、データ信号伝送中に偏波依存損失量を得ることができる光伝送システムを提供する。【解決手段】送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して信号品質推定用のトレーニング系列を時分割多重するトレーニング系列挿入部を備え、受信部は、受信した信号からトレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、トレーニング系列位置検出部より得られるトレーニング系列の位置情報に基づきトレーニング系列を抽出し、抽出したトレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備える。【選択図】図１
2015192289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、
前記送信部は、
各々の偏波においてデータ系列に対して信号品質推定用のトレーニング系列を時分割多重するトレーニング系列挿入部を備え、
前記受信部は、
受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、
前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備える
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記送信部において生成される前記トレーニング系列は交番信号であり、各々の偏波で異なる時刻に挿入されることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記偏波依存損失推定部は、
受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から固有値を算出する固有値算出部と、
前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、前記偏波依存損失量を推定する固有値比算出部と
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記偏波依存損失推定部は、
受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の実効的偏波依存損失量と偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とを用いて前記偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部と
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記偏波依存損失推定部は、
受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から固有値を算出する固有値算出部と、
前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、第１の偏波依存損失量を推定する固有値比算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の実効的偏波依存損失量と偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とを用いて第２の偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部と、
前記第１の偏波依存損失量と、前記第２の偏波損失量とを比較した比較結果に基づいて、前記偏波依存損失量を推定する比較部と
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項６】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムが行う光伝送方法であって、
前記送信部が、各々の偏波においてデータ系列に対して信号品質推定用のトレーニング系列を時分割多重するトレーニング系列挿入ステップと、
前記受信部が、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出ステップと、
前記受信部が、前記トレーニング系列位置検出ステップより得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定ステップと
を有することを特徴とする光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信における偏波多重された光信号の伝送特性を得るための光伝送システムおよび光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年マルチメディアサービスの普及と情報通信技術（Information and Communication Technology：ＩＣＴ）サービスの利用拡大に伴い、基幹ネットワークを流れるインターネットトラフィックは年々増加の一途をたどっている。増加し続けるトラフィックを牽引する次世代の光通信技術としてデジタルコヒーレント信号処理技術が近年注目を浴びている。すでに商用化されている４０Ｇｂｐｓ波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）システムでは伝送路中に発生する光信号の歪みを補正するため、分散マネージメントや分散補償器などが広く用いられている。
【０００３】
しかし、１００Ｇｂｐｓ超級のシステムではタイムスロットが狭くなり分散補償の精度が厳しくなるため、従来の分散補償技術では補償量及び補償精度に限界がある。これに対してデジタルコヒーレント信号処理技術を導入することにより、デジタル信号処理にて高精度かつ広範囲の分散補償を行うことが可能になる。また、デジタルコヒーレント技術を用いることで位相推定、偏波分離といった処理をデジタル信号処理にて実現可能になり、従来実現が困難であった多値変調や偏波多重などといった技術が広く用いられるようになった。
【０００４】
一方で、直交関係にある２つの偏波に信号を多重する偏波多重伝送を用いる場合、光増幅器やフィルタなど光伝送システムに起因して、直交偏波間で受ける損失が異なる偏波依存損失（Polarization Dependent Loss：ＰＤＬ）を受ける。今後１００Ｇｂｐｓ超級のシステムの実用化時には、このシステム偏波依存損失に起因する伝送品質の劣化や故障の切り分けを行う必要がある。
【０００５】
光伝送システムの偏波依存損失（ＰＤＬ）を推定する方法としては、非特許文献１に記載されているように偏波スクランブリング法およびＭｕｅｌｌｅｒ法が一般的である。偏波スクランブリング法は、入力信号の偏波状態がすべての偏波状態を取るように擬似的に偏波をランダムに回転させ、受信部において受信信号の最大電力と最小電力の比を取り、光伝送システムの偏波依存損失（ＰＤＬ）を求める方法である。Ｍｕｅｌｌｅｒ法は、入力信号の偏波を４種類の固定した偏光状態に設定し、受信部において受信信号から得られる損失からＭｕｅｌｌｅｒ−Ｓｔｏｋｅｓ計算法を用いて光伝送システムの偏波依存損失（ＰＤＬ）を求める方法である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Yongqiang Shi, Lianshan Yan, X. Steve Yao, "Automatic Maximum-Minimum Search Method for Accurate PDL and DOP Characterization," J. Ligjtw. Technol., vol. 24, no. 11, pp.4006-4012, Nov. 2006.
【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、非特許文献１に記載の方法にあっては、それぞれ以下の問題を有している。偏波スクランブリング法は、偏波を擬似的にランダムに回転させるため、すべての偏光状態を取ることが難しく、すべての偏光状態を取るまでに時間がかかるという問題がある。一方、Ｍｕｅｌｌｅｒ法は、厳密に４種類の入力偏波状態を作り出す必要があるために、偏波コントローラの設定に高い精度が求められる。また、これらの方法は偏波状態を変動させ伝送特性の劣化につながるため、データ信号伝送中に実施することは難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光通信において、偏波状態の変動を抑えつつ、データ信号伝送中に偏波依存損失量を得ることができる光伝送システム及び光伝送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】
【０００９】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、前記送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して信号品質推定用のトレーニング系列を時分割多重するトレーニング系列挿入部を備え、前記受信部は、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記送信部において生成される前記トレーニング系列は交番信号であり、各々の偏波で異なる時刻に挿入されることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記偏波依存損失推定部は、受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から固有値を算出する固有値算出部と、前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、前記偏波依存損失量を推定する固有値比算出部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記偏波依存損失推定部は、受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の実効的偏波依存損失量と偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とを用いて前記偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記偏波依存損失推定部は、受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から固有値を算出する固有値算出部と、前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、第１の偏波依存損失量を推定する固有値比算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の実効的偏波依存損失量と偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とを用いて第２の偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部と、前記第１の偏波依存損失量と、前記第２の偏波損失量とを比較した比較結果に基づいて、前記偏波依存損失量を推定する比較部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムが行う光伝送方法であって、前記送信部が、各々の偏波においてデータ系列に対して信号品質推定用のトレーニング系列を時分割多重するトレーニング系列挿入ステップと、前記受信部が、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出ステップと、前記受信部が、前記トレーニング系列位置検出ステップより得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、受信信号の偏波状態によらずデータ信号伝送中に短時間で光伝送システムの偏波依存損失量を推定することが可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す送信部１の構成を示すブロック図である。
【図３】送信信号のフレーム構成を示す図である。
【図４】図３に示すＴＳ部の交番信号系列のスペクトルを示す図である。
【図５】図１に示す受信部２の構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すトレーニング系列位置検出回路２４の構成を示すブロック図である。
【図７】図５に示すＰＤＬ推定回路２５の構成を示すブロック図である。
【図８】計算機シミュレーションによってシステムＰＤＬを推定した結果を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるＰＤＬ推定回路２５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】
【００１７】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態による光伝送システムを説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。光伝送システムは、送信部１、受信部２、光伝送路３によって構成する。送信部１からは任意の偏波状態を持つ偏波多重された光信号Ｅｉｎ（ｔ）が出力され、ＰＤＬ媒質である光伝送路３を通過し、受信部２において受信されたＥｏｕｔ（ｔ）から光伝送システムの偏波依存損失（以下、システムＰＤＬという）を推定する。光伝送路３は、光ファイバ、光アンプ、フィルタなどから構成される。Ｅｉｎ（ｔ）の偏波状態およびシステムＰＤＬは時変動するため、ＰＤＬ媒質である光伝送路３を通過後のＥｏｕｔ（ｔ）出力は時間の経過によって変動する。
【００１８】
次に、図２を参照して、図１に示す送信部１の構成を説明する。図２は、図１に示す送信部１の構成を示すブロック図である。送信部１は、データ信号系列生成部１１、トレーニング系列（Training Sequence：ＴＳ）生成部１２、フレーム生成部１３、デジタル／アナログ変換回路１４、レーザー１５、変調器１６から構成する。
【００１９】
次に、図２を参照して、図２に示す送信部１の動作を説明する。まず、データ信号生成部１１は、データ信号系列を生成する。一方、トレーニング系列生成部１２は、ＰＤＬ推定用にトレーニング系列として使用する交番信号系列を生成する。
【００２０】
次に、フレーム生成部１３は、生成されたデータ信号系列とトレーニング系列を合波して送信信号系列を生成する。デジタル／アナログ変換回路１４は、ここで得られたデジタルデータをアナログ信号に変換する。そして、変調器１６は、レーザー１５から出力された光信号を変調する。この変調光は、光伝送路３へ出力する。
【００２１】
次に、図３を参照して、送信信号のフレーム構成を説明する。図３は、本発明における送信信号のフレーム構成を示す図である。フレームはシステムＰＤＬを推定するＴＳ部と信号部との連結で構成される。ＴＳ部の位置は、フレーム中の任意の位置に設置することが可能である。送信信号は直交関係にあるＸ偏波とＹ偏波から構成されている。
【００２２】
図３に示すように、Ｘ偏波のＴＳ部は、時間波形の前半が複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号であり、後半には信号を持たない。一方、Ｙ偏波のＴＳ部は、時間波形の前半には信号を持たず、後半にはＳと−Ｓの交番信号を有する。図３はＴＳ部の構成の一例であり、Ｘ偏波とＹ偏波信号が逆転してもよいし、前半と後半で等分に分配しなくてもよい。また、ＰＤＬの推定のみを行うために、フレーム構成をとらなくてもよい。
【００２３】
次に、図４を参照して、図３に示すＴＳ部の交番信号系列のスペクトルについて説明する。図４は、図３に示すＴＳ部の交番信号系列のスペクトルを示す図である。Ｓと−Ｓの交番信号系列であるので、そのスペクトルは図４に示すように２本の周波数ピークを有する。２本の周波数ピークが生成される周波数は、変調周波数をＦｓとしたとき、±Ｆｓ／２となる。
【００２４】
次に、図５を参照して、図１に示す受信部２の構成を説明する。図５は、図１に示す受信部２の構成を示すブロック図である。受信部２は、光／電気変換回路２１、アナログ／デジタル変換回路２２、波長分散補償部２３、トレーニング系列位置検出回路２４、ＰＤＬ推定回路２５を備える。
【００２５】
次に、図５を参照して、図５に示す受信部２の動作を説明する。まず、光／電気変換回路２１は、光伝送路３から受信された光信号を電気信号へ変換する。アナログ／デジタル変換回路２２は、得られた電気信号をデジタル信号系列に変換し、波長分散補償部２３に対して出力する。波長分散補償部２３は、光伝送路３で生じた波長分散を補償する。ここで、補償に使用する波長分散量は、推定してもよいし、事前に測定してもよい。また、波長分散の補償法は、時間領域で行ってもよいし、周波数領域で行ってもよい。さらに、光／電気変換を行う前に、光伝送路２内で光学的に補償を行ってもよい。
【００２６】
波長分散補償部２３の出力は、トレーニング系列位置検出回路２４とＰＤＬ推定回路とに分岐して出力する。ＰＤＬ推定回路２５では、トレーニング系列位置検出回路２４で得られた交番位置情報を元にして受信デジタル信号系列から交番信号系列を抽出し、得られたトレーニング系列（ＴＳ）からシステムＰＤＬを推定する。
【００２７】
次に、図６を参照して、図５に示すトレーニング系列位置検出回路２４の構成を説明する。図６は、図５に示すトレーニング系列位置検出回路２４の構成を示すブロック図である。トレーニング系列位置検出回路２４は、ＦＦＴ演算回路２４１、周波数帯域通過フィルタ２４２、ＩＦＦＴ演算回路２４３、電力算出回路２４４、平均化回路２４５、電力ピーク検出回路２４６を備える。
【００２８】
次に、図６を参照して、図６に示すトレーニング系列位置検出回路２４の動作を説明する。まず、ＦＦＴ演算回路２４１は、波長分散補償部２３から入力された時間領域のデジタル信号系列を周波数領域の信号系列に変換する。その後、周波数帯域通過フィルタ２４２は、トレーニング系列（ＴＳ）の２本のピーク周波数を中心とした帯域を抽出する。
【００２９】
ここで、周波数帯域通過フィルタ２４２の中心周波数は、Ｆｓ／２であり、その帯域は、伝送に伴う周波数オフセットの設計値に従って決定され、データ信号系列のスペクトルに比べ十分に狭いものが好ましい。このような周波数帯域通過フィルタ２４２を適用することにより、スペクトルが±Ｆｓ／２周辺に集中しているＴＳ区間の電力は低減せずに、スペクトルがＴＳ区間に比べて広いデータ信号系列の電力を低減することができる。
【００３０】
このため、周波数領域通過フィルタ２４２の後に接続されている時間波形を得るためのＩＦＦＴ演算回路２４３および電力算出回路２４４を通過後、雑音の影響を低減するために移動平均を行う平均化回路２４５から出力される時間波形において、トレーニング系列区間の電力は他の区間に比べて大きい電力ピークを有する。最後に、電力ピーク検出回路２４６は、トレーニング系列区間の位置を示す電力ピーク位置を検出して出力する。  
【００３１】
次に、図７を参照して、図５に示すＰＤＬ推定回路２５の構成を説明する。図７は、図５に示すＰＤＬ推定回路２５の構成を示すブロック図である。ＰＤＬ推定回路２５は、システムＰＤＬの推定を行う。ＰＤＬ推定回路２５は、トレーニング系列抽出回路２５１、周波数帯域通過フィルタ２５２、Ｊｏｎｅｓ（ジョーンズ）行列算出回路２５３、固有値算出回路２５４、固有値比算出回路２５５を備える。
【００３２】
次に、図７を参照して、図７に示すＰＤＬ推定回路２５の動作を説明する。始めに、トレーニング系列抽出回路において、図６に示すトレーニング系列位置検出回路２４から得られるトレーニング系列の位置情報を元に、波長分散補償部２３から出力された信号系列よりトレーニング系列を抽出する。
【００３３】
次に、周波数帯域通過フィルタ２５２は、雑音成分を低減するためにＦｓ／２を中心周波数とするフィルタを適用して雑音成分を低減する。図３に示すＴＳ部のみを抽出することにより、得られる時間波形はトレーニング系列と周波数フィルタを通過した雑音成分のみになる。また、周波数フィルタを適用することで雑音成分を低減することもできる。
【００３４】
次に、Ｊｏｎｅｓ行列算出回路２５３は、周波数帯域通過フィルタ２５２から出力された信号系列から、Ｊｏｎｅｓ行列を算出する。Ｊｏｎｅｓ行列は、光伝送路３において生じる偏波回転の効果を表す。偏波多重伝送において、（１）式に示すようにＪｏｎｅｓ行列は２×２の行列で表すことができる。Ｊｘｘ、Ｊｘｙ、Ｊｙｘ、ＪｙｙはＪｏｎｅｓ行列Ｊの要素である。
【数１】
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【数２】
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【００３５】
（２）式は、図１に示す基本的なＰＤＬ付加系を通過したトレーニング系列の前半部分の伝播式を表している。出力Ｅｏｕｔ（ｔ）は、Ｊｏｎｅｓ行列Ｊと入力信号Ｅｉｎ（ｔ）の乗算によって得られる。Ｅｉｎ（ｔ）はユニタリ行列Ｕと、トレーニング系列の前半部分でＸ偏波のみの交番信号である［±Ｓ０］Ｔの乗算で表すことができる。Ｕは、偏波状態を回転させる行列であるため、Ｕ［±Ｓ０］Ｔは、図１に示す任意の偏波状態の送信ＴＳ信号を表している。
【００３６】
乗算の結果、トレーニング系列の前半部分のベクトルは、±ＳＪ［ＵｘｘＵｙｘ］Ｔと表すことができる。また、同様に、トレーニング系列の交番部分のベクトルは、（３）式に示すように、±ＳＪ［ＵｘｙＵｙｙ］Ｔと表すことができる。（２）式と（３）式を±Ｓで除算し、（２）式から得られたベクトルを１列目、（３）式から得られたベクトルを２列目とすると、（４）式に示すように、ジョーンズ行列とユニタリ行列の積であるＪＵが得られる。
【数３】
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【数４】
2015192289.tif 000006
【００３７】
次に、固有値算出回路２５４は固有値を算出する。そして、固有値比算出回路２５５において得られる固有値の比からシステムＰＤＬを算出する。図１中の受信信号電力であるＳｏｕｔ（ｔ）は、（５）式のように示すことができる。
【数５】
2015192289.tif 000007
【数６】
2015192289.tif 000008
【数７】
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【００３８】
ここで、Ｅｏｕｔ（ｔ）は受信信号の電界成分、Ｅｉｎ（ｔ）は送信信号の電界成分、Ｖは行列（Ｊ†Ｊ）の固有ベクトル、Λは（６）式に示すように行列（Ｊ†Ｊ）の固有値λ１，λ２から構成される行列、Ｐ（ｔ）は（７）式に示すようにユニタリ行列Ｖ†と送信電界Ｅｉｎ（ｔ）の積を表している。
【００３９】
ここで、固有値λ１およびλ２を受信信号電力Ｓｏｕｔ（ｔ）が最大および最小となるときの係数とすると、送信信号電力Ｓｉｎ（ｔ）は（８）式および（９）式のように表すことができ、（１０）式のようにその比を取ることでシステムＰＤＬを求めることができる。Ｕはユニタリ行列であるため、Ｊ†とＪの積である（Ｊ†Ｊ）と、（４）式のＪＵから求められる（Ｕ†Ｊ†ＪＵ）の固有値は等しく、その固有値の比からシステムＰＤＬを求めることができる。図８に計算機シミュレーションによってシステムＰＤＬを推定した結果を示す。
【数８】
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【数９】
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【数１０】
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【００４０】
このように、偏波多重伝送における偏波依存損失推定において、時分割多重で片側偏波ずつトレーニング系列を送信し、受信したトレーニング系列からデジタル信号処理で、トレーニング系列の時間位置を特定して抽出し、各偏波の電力よりジョーンズ行列を算出し、得られたジョーンズ行列から行列の演算を行い固有値を求め、その固有値の比を求めることにより、偏波依存損失を推定することができる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による光伝送システムを説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、受信信号の実効的な偏波依存損失量（Loss Imbalance caused by PDL：ＬＩＰ）および偏波直交性の劣化量（Loss Orthogonally caused by PDL：ＬＯＰ）からシステムＰＤＬを求める。
【００４２】
図９は、第２実施形態によるＰＤＬ推定回路２５の構成を示すブロック図である。図９において、図７に示す回路と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す回路が図７に示す回路と異なる点は、固有値算出回路２５４、固有値比算出回路２５５に代えて、偏波情報算出回路２５６が設けられている点である。偏波情報算出回路２５６は、受信信号の実効的な偏波依存損失量（Loss Imbalance caused by PDL：ＬＩＰ）および偏波直交性の劣化量（Loss Orthogonally caused by PDL：ＬＯＰ）からシステムＰＤＬを求める。
【００４３】
受信信号におけるＸ偏波の電界成分をＥＸ、Ｙ偏波の電界成分をＥＹとすると、トレーニング系列区間おいて信号は図３のように分布しているため（１１）式および（１２）式のように表すことができる。
【数１１】
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【数１２】
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【００４４】
ここで、行列ＭはＪｏｎｅｓ行列Ｊと送信信号の任意の偏波状態を表すユニタリ行列Ｕの積である。（１１）式で得られるベクトルは、トレーニング系列の前半部分のＸ偏波およびＹ偏波の受信電界であり、同様に（１２）式で得られるベクトルは、トレーニング系列の後半部分のＸ偏波およびＹ偏波の受信電界から求めることができる。（１３）式および（１４）式は、受信信号のＸ偏波およびＹ偏波それぞれの電力を示しており、トレーニング系列区間の受信電界をそれぞれ自乗することで算出することができる。
【数１３】
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【数１４】
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【００４５】
偏波依存損失量（ＬＩＰ）は、（１５）式のようにＸ偏波とＹ偏波の受信信号電力の比で定義される。（１３）式および（１４）式を代入して（１５）式の右辺のように求めることができる。偏波直交性の劣化量（ＬＯＰ）は、偏波間の直交性のずれを表しており（１６）式のように示すことができる。ここで両偏波がなす角の９０°からのずれをθとする。同様に、（１３）式および（１４）式を代入すると（１６）式の右辺のように求めることができる。
【数１５】
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【数１６】
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【００４６】
ここで、ＬＩＰおよびＬＯＰからシステムＰＤＬへの換算式を算出する。送信信号の偏波回転情報を含んだＪｏｎｅｓ行列Ｍとそのエルミート共役であるＭ†の積は、（１７）式のように受信信号の電界成分で表すことができる。（１８）式は（１７）式で求めた行列Ｍ†Ｍの固有値方程式である。（１８）式の右辺は、固有値λの２次方程式となっているため、解の公式よりλ１およびλ２を求め、それらをそれぞれ加算、乗算した結果を（１９）式および（２０）式に示す。
【数１７】
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【数１８】
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【数１９】
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【数２０】
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【００４７】
ここで、（２０）式を（１９）式で除算すると、（２１）式の１行目右辺に示すようにシステムＰＤＬのみで表すことが可能であり、同様に２行目右辺に示すようにＬＩＰとＬＯＰで表すことができる。よって、受信信号の偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量を求めることにより、システムＰＤＬを変数とした２次方程式を得て、値を算出することができる。
【数２１】
2015192289.tif 000023
【００４８】
なお、第１の実施形態と第２の実施形態で説明した２種類のシステムＰＤＬの算出方法を使用して、システムＰＤＬの推定精度の向上を図るようにしてもよい。この場合、ＰＤＬ推定回路２５内に、トレーニング系列抽出回路２５１、周波数帯域通過フィルタ２５２、Ｊｏｎｅｓ行列算出回路２５３、固有値算出回路２５４、固有値比算出回路２５５、偏波情報算出回路２５６全てを備えるようにすればよい。（２１）式の１行目右辺と、２行目右辺は等しく、その平方根を取ると（２２）式が示される。（２２）式の左辺から右辺を減算した値をΔ（（２３）式）と定義し、この期待値は０である。左辺のシステムＰＤＬに第１の実施形態から求められる値を代入し、右辺のＬＩＰおよびＬＯＰには先ほど求めた値を代入し、Δがある一定の値を下回った時に計算を終了させるように設定することで、異常値などが発生した際に推定値から取り除くことができる。
【数２２】
2015192289.tif 000024
【数２３】
2015192289.tif 000025
【００４９】
使用するＰＤＬ、ＬＩＰ、ＬＯＰはそれぞれ平均化した値を使用することもできる。このとき、それぞれの値が収束しているかを判断するためにΔを閾値として使用することもできる。Δは０以上であるため、例えば０．１などを設定して、平均化が収束したことを判断することができる。デルタの閾値はその他の値であってもよい。
【００５０】
以上説明したように、送信部において送信データ信号系列に対して交番信号系列から構成されるトレーニング系列を挿入して光ファイバ伝送路に入射し、受信部において抽出されたトレーニング系列からシステムＰＤＬを推定するようにした。
【００５１】
この構成により、受信信号の偏波状態によらずデータ信号伝送中に短時間で光伝送システムの偏波依存損失（ＰＤＬ）を測定することができる。また、時分割多重したトレーニング系列をもちいてデジタル信号処理で実現するため、測定用の光デバイスを用いることなく、簡易な構成でシステムＰＤＬを測定することができるようになる。また、デジタル信号処理を用いることで、受信データの電界情報を得てトレーニング系列の時間位置を算出し、ＰＤＬを推定することができる。
【００５２】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
光通信において、偏波状態の変動を抑えつつ、データ信号伝送中に偏波依存損失を得ることが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・送信部、１１・・・データ信号系列生成部、１２・・・トレーニング系列生成部、１３・・・フレーム生成部、１４・・・デジタル／アナログ変換部、１５・・・レーザー、１６・・変調器、２・・・受信部、２１・・・光／電気変換回路、２２・・・アナログ／デジタル変換回路、２３・・・波長分散補償部、２４・・・トレーニング系列位置検出回路、２５・・・ＰＤＬ推定回路、２４１・・・ＦＦＴ演算回路、２４２・・・周波数帯域通過フィルタ、２４３・・・ＩＦＦＴ演算回路、２４４・・・電力算出回路、２４５・・・平均化回路、２４６・・・電力ピーク検出回路、２５１・・・トレーニング系列抽出回路、２５２・・・周波数帯域通過フィルタ、２５３・・・Ｊｏｎｅｓ行列算出回路、２５４・・・固有値算出回路、２５５・・・固有値比算出回路、２５６・・・偏波情報推定部、３・・・光伝送路
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月3日(2015.6.3)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、
前記送信部は、
各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、
前記受信部は、
受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、
前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備える
ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、
前記送信部は、
各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、
前記受信部は、
受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、
前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備え、
前記偏波依存損失推定部は、
受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から、受信信号電力が最大、最小となるそれぞれの係数を固有値として算出する固有値算出部と、
前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、前記偏波依存損失量を推定する固有値比算出部と
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、
前記送信部は、
各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、
前記受信部は、
受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、
前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備え、
前記偏波依存損失推定部は、
受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比から求められる実効的偏波依存損失量と、偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とから偏波依存損失量への換算式によって前記偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部と
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項４】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、
前記送信部は、
各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、
前記受信部は、
受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、
前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備え、
前記偏波依存損失推定部は、
受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から、受信信号電力が最大、最小となるそれぞれの係数を固有値として固有値を算出する固有値算出部と、
前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、第１の偏波依存損失量を推定する固有値比算出部と、
前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比から求められる実効的偏波依存損失量と、偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とから偏波依存損失量への換算式によって第２の偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部と、
前記第１の偏波依存損失量と、前記第２の偏波依存損失量との差を求め、求めた差が所定値以上である場合に、前記第１及び第２の偏波依存損失量の推定結果を取り除く比較部と
を備えることを特徴とする光伝送システム。
【請求項５】
送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムが行う光伝送方法であって、
前記送信部が、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入ステップと、
前記受信部が、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出ステップと、
前記受信部が、前記トレーニング系列位置検出ステップより得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定ステップと
を有することを特徴とする光伝送方法。
【手続補正２】
【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】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、前記送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、前記受信部は、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備えることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、前記送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、前記受信部は、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備え、前記偏波依存損失推定部は、受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から、受信信号電力が最大、最小となるそれぞれの係数を固有値として算出する固有値算出部と、前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、前記偏波依存損失量を推定する固有値比算出部とを備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、前記送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、前記受信部は、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備え、前記偏波依存損失推定部は、受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比から求められる実効的偏波依存損失量と、偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とから偏波依存損失量への換算式によって前記偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部とを備えることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、前記送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部を備え、前記受信部は、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、前記トレーニング系列位置検出部より得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定部とを備え、前記偏波依存損失推定部は、受信した信号系列よりジョーンズ行列を算出するジョーンズ行列算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列の共役転置行列とジョーンズ行列の積である行列から、受信信号電力が最大、最小となるそれぞれの係数を固有値として固有値を算出する固有値算出部と、前記固有値算出部より得られる固有値の比を算出することにより、第１の偏波依存損失量を推定する固有値比算出部と、前記ジョーンズ行列算出部より得られる前記ジョーンズ行列を用いた行列計算によって、受信した信号の前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比から求められる実効的偏波依存損失量と、偏波直交性の劣化量とを算出し、前記実効的偏波依存損失量と前記偏波直交性の劣化量とから偏波依存損失量への換算式によって第２の偏波依存損失量を推定する偏波情報算出部と、前記第１の偏波依存損失量と、前記第２の偏波依存損失量との差を求め、求めた差が所定値以上である場合に、前記第１及び第２の偏波依存損失量の推定結果を取り除く比較部とを備えることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムが行う光伝送方法であって、前記送信部が、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるＳと−Ｓの交番信号で、変調周波数をＦｓとしたとき±Ｆｓ／２の２本の周波数ピークが生成され、Ｘ偏波とＹ偏波のトレーニング系列とが時分割多重される信号品質推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入ステップと、前記受信部が、受信した信号から前記トレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出ステップと、前記受信部が、前記トレーニング系列位置検出ステップより得られる前記トレーニング系列の位置情報に基づき前記トレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記Ｘ偏波と前記Ｙ偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量を推定する偏波依存損失推定ステップとを有することを特徴とする。