(57)【要約】【課題】光を正確に復調することができる光信号受信装置、ストークスベクトル処理回路及び光信号送受信システム提供する。【解決手段】本発明に係る光信号受信装置は、光信号を受信する光信号受信装置であって、受信した前記光信号の信号光を検出する光検出器と、検出された前記信号光の光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路と、を備える。【選択図】図５
2015136015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を受信する光信号受信装置であって、
受信した前記光信号の信号光を検出する光検出器と、
検出された前記信号光の光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、
前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路と、を備える、
光信号受信装置。
【請求項２】
前記光信号の偏波変動に対応して変化した前記基準ストークスベクトルを復号する復号回路をさらに備える、
請求項１に記載の光信号受信装置。
【請求項３】
前記ストークスベクトル計算回路は、前記光信号に対応する、ストークス空間におけるベクトルの長さを１とした規格化ストークスベクトルを算出し、
前記復号回路は、前記基準ストークスベクトルと前記規格化ストークスベクトルの内積を算出し、
前記基準ストークスベクトル更新回路は、前記内積が最大である場合に、前記最大の内積に対応する前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる、
請求項１又は請求項２に記載の光信号受信装置。
【請求項４】
前記ストークスベクトル計算回路は、光信号送信装置から受信した、前記光信号の偏波状態の情報に基づいて前記基準ストークスベクトルを算出する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光信号受信装置。
【請求項５】
前記光検出器が出力する光信号をデジタル信号に変換する信号変換器と、
前記信号変換器の信号変換処理を制御するためのクロックを抽出するクロック抽出回路と、をさらに備え、
前記クロック抽出回路は、前記クロックを前記光検出器から抽出する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光信号受信装置。
【請求項６】
受信した前記光信号の信号光の一部を分岐する光分岐器と、
分岐された一以上の前記信号光を偏光する一以上の偏光子と、をさらに備え、
前記光検出器は、偏光された一以上の前記信号光のそれぞれの強度を検出する、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光信号受信装置。
【請求項７】
光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、
前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路と、を備える、
ストークスベクトル処理回路。
【請求項８】
光伝送路を介して光信号を送信する光信号送信装置と、
光信号を受信する光信号受信装置であって、
受信した前記光信号の信号光を検出する光検出器と、
検出された前記信号光の光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、
前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路とを備える光信号受信装置と、を備える、
光信号送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号受信装置、ストークスベクトル処理回路及び光信号送受信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電界複素振幅をI(In-phase)／Q(Quadrature-phase)平面上で多値変調し、偏波軸上で多重化するシステムが知られている（非特許文献１）。
【０００３】
一方、２つの偏波成分の間に位相相関が保たれているとき、偏波軸はI／Q軸と同等な変調の直交軸として用いることができる。この時、I／Q軸と偏波軸から構成される４次元空間におけるベクトルを用いて符号を設計することが可能となる（非特許文献２）。
【０００４】
また、偏波状態を多値化する光変調方式も古くから研究されてきた（非特許文献３、非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Kikuchi, “Digital coherent optical communication systems:  Fundamentals and future prospects,” IEICE Electronics Express, vol.8, no.20, pp.1642-1662, Oct. 2011.
【非特許文献２】G. R. Welti and J. S. Lee, “Digital transmission with coherent four-dimensional modulation,” IEEE Trans. on Information Theory, vol.IT-20, no.4, pp.497-502, July 1974.
【非特許文献３】S. Betti, F. Curti, G. De Marchis, and E.  Iannone, “Multilevel coherent optical system based on Stokes parameters modulation,” J. Lightwave Technol., vol.8, no.7, pp.1127-1136, July 1990.
【非特許文献４】S. Benedetto and P. Poggiolini, “Performance evaluation of polarization shift keying modulation schemes,” Electron. Lett., vol.26., no.4, pp.256-258, Feb. 1990.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特に、非特許文献３及び非特許文献４に記載される従来の偏波状態を多値化する光変調方式では、光の偏波状態の変動に対して追従することができず、光を正確に復調することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、光の偏波状態の変動に適切に追従することができ、光を正確に復調することができる光信号受信装置、ストークスベクトル処理回路及び光信号送受信システムを提供することを目的の一つとし得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の所定の実施形態に係る光信号受信装置は、光信号を受信する光信号受信装置であって、受信した前記光信号の信号光を検出する光検出器と、検出された前記信号光の光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路と、を備える。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の所定の実施形態に係るストークスベクトル処理回路は、光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路と、を備える。
【００１０】
また、上記課題を解決するために、本発明の所定の実施形態に係る光信号送受信システムは、光伝送路を介して光信号を送信する光信号送信装置と、光信号を受信する光信号受信装置であって、受信した前記光信号の信号光を検出する光検出器と、検出された前記信号光の光信号の偏波状態の情報に基づいて、前記光信号の基準ストークスベクトルを算出するストークスベクトル計算回路と、前記光信号の偏波変動に追従させるために、算出された前記基準ストークスベクトルを前記光信号の偏波変動に対応して変化させる基準ストークスベクトル更新回路とを備える光信号受信装置と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の所定の実施形態によれば、光の偏波状態の変動に応じて基準ストークスベクトルを更新していくことにより、光の偏波状態の変動に適切に追従することができる。光の偏波状態の変動に適切に追従していくことが、光を正確に復調することにつながる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る光信号送受信システムの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るストークス空間における偏波状態を示した図である。
【図３】本発明の実施形態に係る偏波変調器の模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る３次元ストークス空間におけるコンステレーションマップを示す図であり、図４（ａ）は、光信号が２相の場合の信号点配置の例を示した図である。図４（ｂ）は、光信号が４相の場合の信号点配置の例を示した図である。図４（ｃ）は、光信号が８相の場合の信号点配置の例を示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係る光信号受信装置の模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、光信号の偏波状態の変動をシンボル毎にポアンカレ球上にプロットした例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る、光信号の偏波、ビットレート、キャリア対雑音比の関数として求めた符号誤り率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００１４】
図１に、本発明の実施形態における光信号送受信システム１の構成を示す。図１に示すように、本発明の実施形態に係る光信号送受信システム１は、光信号を送信及び受信するシステムであり、例示的に、光信号送信装置１０、光信号受信装置２０、及び光伝送路３０を備えて構成される。
【００１５】
光信号送信装置１０は、光信号を送信する装置であり、例示的に、信号マッピング回路１１、偏波変調器１３、及び光源１５を備えて構成される。
【００１６】
図１に示すように、信号マッピング回路１１は、外部又は内部から入力されるデータ信号を、以下で詳述する多値変調方式に応じて、コンステレーションマッピングを行う。
【００１７】
偏波変調器１３は、データ信号の偏波状態により光源１５の出力光の偏波状態を設定する。また、偏波変調器１３は、以下で詳述するように、光信号のストークスベクトルを変調する。さらに、偏波変調器１３は、変調した光信号を、光信号受信装置２０に光伝送路３０を介して送信する。
【００１８】
光源１５は、光を出力する装置であり、例えば、半導体レーザを備えて構成される。光源１５は、光を出力する機能を有していれば特に制限はなく、半導体レーザ以外の他の構成を備えていてもよい。
【００１９】
なお、偏波変調器１３は、光信号の偏波状態の情報を含むトレーニング信号を光信号受信装置２０に送信する。この場合、光信号受信装置２０は、トレーニング信号を送信するように要求するための信号を、事前に光信号送信装置１０に送信するように構成されていてもよい。また、上記トレーニングは有線又は無線通信により送信されてもよい。
【００２０】
ここで、光信号の電界複素振幅は、ｘ偏波成分Ｅｘとｙ偏波成分Ｅｙを用いてベクトル表示を行うと数式１で表される。
【数１】
2015136015.tif 000003
【００２１】
数式１で示されたベクトルをジョーンズベクトルといい、ジョーンズベクトルは数式２から数式５に示すように、ストークスベクトルＳに変換される。
【数２】
2015136015.tif 000004
【数３】
2015136015.tif 000005
【数４】
2015136015.tif 000006
2015136015.tif 000007
【数５】
2015136015.tif 000008
2015136015.tif 000009
【００２２】
ここで、δはｘ、ｙ偏波間の位相差を示し、数式６で示される。
【数６】
2015136015.tif 000010
【００２３】
また、ストークスベクトルＳの大きさは、数式７で示される。
【数７】
2015136015.tif 000011
【００２４】
ストークスベクトルＳは、光電界複素振幅とその複素共役の積をとること（二乗検波）によって得られ、ストークスベクトルは、光電界の絶対位相を含まない。
【００２５】
ストークスベクトルＳで構成される多次元ベクトル空間であるストークス空間において、ストークスベクトルＳの座標は、光信号の強度を含む偏波状態に１対１に対応する。特に、Ｓ０＝１とした場合、ベクトルＳの覆う単位球面であるポアンカレ球の球面上の各点が偏波状態を表す。
【００２６】
ここで、実数Ａを数式８に示すように定義すると、ｘ偏波成分Ｅｘは数式９で示され、ｙ偏波成分Ｅｙは数式１０のように示される。ここで、φは光信号の絶対位相であり、ｘ偏波とｙ偏波との間のパワー分岐比及び位相差は、θ(０≦θ≦π)及びδ(−π≦δ≦π)を用いて決定され、偏波状態もθ、δにより一意に定まる。
【数８】
2015136015.tif 000012
【数９】
2015136015.tif 000013
【数１０】
2015136015.tif 000014
【００２７】
従って、数式１は、数式１１に示すように変形される。
【数１１】
2015136015.tif 000015
【００２８】
数式１１に対応するストークスベクトルＳは数式２から数式５により、数式１２で示される。ただし、Ｓ０＝Ａ２である。
【数１２】
2015136015.tif 000016
【００２９】
図２は、本発明の実施形態に係るストークス空間における偏波状態を示した図であり、数式１２で示されるベクトルＳを表示している。ここで、ストークスベクトルＳは、光信号の絶対位相φを含まない。このため、ストークスベクトルＳを変調パラメータとして用いた時、その復調操作にはキャリア位相推定を必要としない。したがってストークスベクトル変調方式は、強度変調方式の拡張と考えることもできる。ただし、強度変調方式は、変調空間が１次元であるのに対し、ストークスベクトル変調方式は、３次元空間での変調が可能である。この事実は、ストークスベクトル変調方式では、強度変調方式に比べて、多値変調を行うための設計の自由度が大きいことを示唆している。
【００３０】
偏波変調器１３は、光信号のストークスベクトルを、数式１２におけるＳ０、θ、δを変調パラメータとして変調する。
【００３１】
図３に示すように、偏波変調器１３は、例示的に、光強度変調器１３１、光分岐器１３３、位相変調器１３５、及び光合成器１３７を備えて構成される。
【００３２】
光強度変調器１３１は、光信号の信号光の光強度Ｓ０を変調する。
【００３３】
光分岐器１３３は、光強度変調器１３１により変調された強度変調光を、２つの出力ポートにパワー分岐するためにさらに変調する。
【００３４】
位相変調器１３５は、分岐された信号間に位相差を与える。
【００３５】
光合成器１３７は、２つの経路（信号光が光分岐器１３３から直接入力される経路及び信号光が光分岐器１３３から位相変調器１３５を経て入力される経路）の信号光を、数式１１に示すように、一方がｘ偏波、他方がｙ偏波となるように合成する。
【００３６】
図４は、本発明の実施形態に係る３次元ストークス空間におけるコンステレーションマップ(Constellation map)を示す図であり、図４（ａ）は、光信号が２相の場合の信号点配置の例を示した図である。図４（ｂ）は、光信号が４相の場合の信号点配置の例を示した図である。図４（ｃ）は、光信号が８相の場合の信号点配置の例を示した図である。
【００３７】
図４に示すように、ストークス空間で偏波状態に対する多値変調を行う場合、光強度を一定(すなわちＳ０を一定)の条件のもとで、信号点間のユークリッド距離が最大となるような信号点配置をとることが望ましい。特に、図４（ａ）に示すように、光信号が２相の場合には、２つの直交する偏波状態、すなわちポアンカレ球上の２つの対蹠点を信号点とすれば良い。ここでは特に、右旋円偏波と左旋円偏波の場合を示している。図４（ｂ）に示すように、光信号が４相の場合には、正四面体の頂点に信号点を配置するのが最適である。また、図４（ｃ）に示すように、８相の場合には正六面体の頂点に、信号点を配置するのが最適である。
【００３８】
なお、８値を超える多値数に対しては、頂点の数が８を超える正多面体は存在しないので、解析によって最適な信号点配置を求める必要がある。また、偏波状態を維持したまま光強度Ｓ０、すなわち原点から信号点までの距離を多値変調すれば、さらに多値数を上げることができる。
【００３９】
図１に戻り、光伝送路３０は、光信号送信装置１０から光信号受信装置２０に、光信号やその他の信号を伝送する伝送路であり、例えば、光ファイバにより構成される。光伝送路３０は、光信号やその他の信号を伝送する機能を有していれば特に制限はなく、光ファイバ以外の他の構成を備えていてもよい。
【００４０】
図１に示すように、光信号受信装置２０は、光信号を受信する装置であり、例示的に、光信号受信器２１、ＡＤＣ（Analog-to-digital converter）２３、クロック抽出回路２５、及びデジタル信号処理回路２７を備えて構成される。
【００４１】
光信号受信器２１は、光信号送信装置１０から送信される光信号を受信する。また、光信号受信器２１は、光信号送信装置１０が送信する光信号の偏波状態の情報を含むトレーニング信号を光信号受信装置２０に送信するように要求するための信号を、事前に、光伝送路３０を介して光信号送信装置１０に送信する。なお、トレーニング信号及び／又はトレーニング信号を光信号受信装置２０に送信するように要求するための信号は、光伝送路３０以外の有線又は無線の他の通信経路を介して送信されてもよい。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態に係る光信号受信装置２０の模式図である。図５に示すように、光信号受信器２１は、例示的に、光分岐器２１１、偏光子２１３ａ、２１３ｂ、及び２１３ｃ、並びに光検出器２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、及び２１５ｄを備えて構成される。
【００４３】
図５に示す光分岐器２１１は、入力された光信号の一部を分岐して４つのポートに出力する。入力された光信号の分岐は、４つに限定される必要はない。
【００４４】
図５に示す偏光子２１３ａ、２１３ｂ、及び２１３ｃは、光分岐器２１１により分岐された一以上の信号光を偏光する。偏光子２１３ａ、２１３ｂ、及び２１３ｃは、例示的に、信号光の送信軸をｘ軸とする場合、偏光子２１３ａは、光分岐器２１１により分岐された信号光を、ｘ軸に対して０度偏光する偏光子であり、偏光子２１３ｂは、光分岐器２１１により分岐された信号光を、ｘ軸に対して４５度偏光する偏光子であり、偏光子２１３ｃは、４５度偏光する偏向子とｘ軸に対して位置合わせされた四分の一波長板とを備えている。
【００４５】
図５に示すように、光検出器２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、及び２１５ｄのそれぞれは、偏光された一以上の信号光のそれぞれの強度を検出する。また、光検出器２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、及び２１５ｄのそれぞれは、検出した信号光の光信号をＡＤＣ２３に入力する。
【００４６】
図５に示すＡＤＣ２３は、光検出器２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、及び２１５ｄのそれぞれが出力する光信号をデジタル信号に変換する。また、ＡＤＣ２３は、光信号が変換されたデジタル信号をデジタル信号処理回路２７に出力する。
【００４７】
図５に示すクロック抽出回路２５は、ＡＤＣのアナログ・デジタル信号変換処理を制御するためのクロックを、光検出器２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、及び２１５ｄのうち少なくとも一つから抽出する。この抽出されたクロックによってＡＤＣにおけるサンプリングが行われる。また、サンプリングレートは、１sample／symbolとなるように構成される。なお、本実施形態においては、クロック抽出回路２５は、光検出器２１５ａのみからクロックを抽出しているが、これに限定されることはなく、他の光検出器２１５ｂ〜２１５ｄからクロックを抽出することが可能なように構成されていてもよい。
【００４８】
図５に示すデジタル信号処理回路２７は、光信号のストークスベクトルの復調処理を行う。図５に示すように、デジタル信号処理回路２７は、例示的に、ストークスベクトル計算回路２７１、復号回路２７３、及び基準ストークスベクトル更新回路２７５を備えて構成される。
【００４９】
ストークスベクトル計算回路２７１は、光検出器２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、及び２１５ｄにより検出された信号光の光信号に対応する、光強度およびストークス空間におけるベクトルの長さが１に規格化された規格化ストークスベクトルＳ（ｋ）／Ｓ0（ｋ）を計算する。また、光強度も変調パラメータに含まれるため、規格化ストークスベクトルＳ（ｋ）／Ｓ0（ｋ）を用いることで、強度変調を除去することができ、後に詳述する、基準ストークスベクトルｖｉ（ｋ）と規格化ストークスベクトルＳ（ｋ）／Ｓ0（ｋ）とを比較して光信号の偏波状態の復号を行う。
【００５０】
また、ストークスベクトル計算回路２７１は、光信号送信装置１０から送信される、光信号の偏波状態の情報を含むトレーニング信号に基づいて、光信号に対応するストークスベクトルの基準となる基準ストークスベクトルｖｉ（ｋ）を算出する。なお、トレーニング信号は、図４に示すように、送信端における信号点の位置に関する時系列データであり、例えば、図４（ａ）に示す信号点（００１）及び(００−１)の偏波状態を示す情報を含む。また、ストークスベクトル計算回路２７１は、これらの信号点が受信端において、どのようなベクトルに変化しているのかを検出して、基準ベクトルが決定される。信号の偏波状態の検出及び基準ストークスベクトルの算出の精度は、トレーニング信号の長さで決定される。
【００５１】
図５に戻り、図５に示す復号回路２７３は、基準ストークスベクトルｖｉ（ｋ）と規格化ストークスベクトルＳ（ｋ）／Ｓ0（ｋ）とを比較して光信号の偏波状態の復号を行う。例えば、復号回路２７３は、ストークスベクトル計算回路２７１で計算されたｋ番目のサンプルの信号光偏波状態を示す規格化ストークスベクトルＳ（ｋ）／Ｓ0（ｋ）と基準ストークスベクトルｖｉ（ｋ）との内積を算出し、内積の最大値を探索する。そして、内積の最大値を与える基準ストークスベクトルを復号する。また、内積の最大値を与える基準ストークスベクトルを復号された偏波状態とする。さらに光強度も変調されている場合には、光強度の弁別を行ったうえで、光強度変調の復号も行う。
【００５２】
基準ストークスベクトル更新回路２７５は、光信号の偏波変動に追従させるために、ストークスベクトル計算回路２７１により算出された基準ストークスベクトルを光信号の偏波変動に対応して変化させる（更新する）。光ファイバの複屈折変動により、基準ストークスベクトルは時間的に変動する。基準ストークスベクトル更新回路２７５は、復号回路２７３により、例えばｉ番目の基準ストークスベクトルが復号されるごとに、この基準ストークスベクトルは数式１３に示されるように更新される。
【数１３】
2015136015.tif 000017
【００５３】
ここで、μはステップサイズパラメータである。ただし偏波変動の速度は１０kHz程度であるので、必ずしもシンボルごとに基準ストークスベクトルを更新する必要はない。なお、基準ストークスベクトルの更新のタイミングや頻度については、特に制限はない。
【００５４】
以上説明したように、本発明によれば、光の偏波状態の変動に適切に追従することができ、光を正確に復調することができる。
【００５５】
また、上記のようなストークスベクトルの復調アルゴリズムには、キャリア位相推定、偏波分離などの計算量の多い操作が含まれない。さらに、基準ベクトルの更新も、低速な偏波変動に対応できる程度の速度で良い。これらの特長は、上記アルゴリズムの実装を極めて容易にする。さらに、本発明の実施形態では、直接検波を採用しているが、コヒーレント検波の場合は絶対位相が必要になるので、ハイパフォーマンスなレーザ（光源）が必要になるのに対し、本願発明は位相差を見るだけなので位相雑音や周波数オフセットに強く、光源の種類を問わないという利点がある。
【００５６】
図７は、本発明の実施形態に係る、光信号の偏波、ビットレート、キャリア対雑音比（Carrier-to-noise ratio: CNR）の関数として求めた符号誤り率（Bit-error rate: BER）を示す図である。図７中のデータ（ａ）は、DP-QPSK変調方式に関するデータであり、データ（ｂ）は、２相偏波変調方式に関するデータであり、データ（ｃ）は、４相偏波変調方式に関するデータであり、データ（ｄ）は、８相偏波変調方式に関するデータであり、データ（ｅ）は、１６相多値変調方式に関するデータであり、データ（ｆ）は、３２相多値変調方式に関するデータである。
【００５７】
具体的には、図４に示すコンステレーションマップを持つ２、４、８相偏波変調信号のBER特性を、上記アルゴリズムや以下で詳述する条件に基づいて測定した。
【００５８】
また、８相偏波変調と２相、４相強度変調を組み合わせた１６相、３２相強度・偏波変調についても同様に測定した。１６相変調では、光強度を２値、すなわちＳ０、３Ｓ０に変調した。強度弁別の閾値は２Ｓ０とした。３２相変調では、光強度を４値、すなわちＳ０、２Ｓ０、４Ｓ０、６Ｓ０に変調した。強度弁別の閾値は１．５Ｓ０、３Ｓ０、５Ｓ０である。また、シンボル数Ｎは２２０であり、ステップサイズパラメータはμ＝１／２７とした。
【００５９】
送信レーザのスペクトル幅をδｆ、シンボル間隔をＴとした時、δｆ・Ｔ=１０−２と仮定した。すなわちシンボルレートが１０Gsymbol/sでは、レーザのスペクトル幅は１００MHzである。
【００６０】
一方、光ファイバの複屈折変動を考慮し、偏波状態に対しても高速のスクランブルをかけた。ファイバの複屈折を表現するジョーンズ行列を数式１４に示す。また、φrとθrは数式１５及び数式１６に従い、シンボル毎に変化させた。ｋはシンボル番号である。
【数１４】
2015136015.tif 000018
【数１５】
2015136015.tif 000019
【数１６】
2015136015.tif 000020
【００６１】
Δφr（ｋ）とΔθr（ｋ）は実数のガウス雑音であり、φr（ｋ）とθr（ｋ）はランダムウォークするので、Ｎ番目のシンボルでの分散σ（Ｎ）２は数式１７で示される。
【数１７】
2015136015.tif 000021
【００６２】
Ｎ＝２２０では、Δφr（ｋ）とΔθr（ｋ）の標準偏差（数式１８）を考慮すると、数式１９が得られる。
【数１８】
2015136015.tif 000022
【数１９】
2015136015.tif 000023
【００６３】
図６は、本発明の実施形態に係る、光信号の偏波状態の変動をシンボル毎にポアンカレ球上にプロットした例を示す図である。具体的には、図６は、数式１４のジョーンズ行列にＥ＝[１，０]Ｔを作用させた時の偏波状態の変動を、シンボル毎にポアンカレ球上にプロットした例である。Ｓ＝[１，０，０]Ｔからスタートして、偏波状態がランダムに変化することが把握できる。
【００６４】
図７に戻り、図７に示すBER曲線は、レーザスペクトル線幅、ファイバの偏波変動の影響を全く受けていないことが確認できる。また、DP-QPSKのBER曲線も他の変調方式との比較のために示している。１６相多値変調は、８相偏波変調と２相強度変調の組み合わせで実現しているが、多値化によるペナルティーはBER＝１０−５において、３dB程度にとどまっている。この１６相多値変調方式は、シンボルレート２５Gsymbol/sで１００Gbit/sの伝送速度が得られるが、１００Gbit/sのDP-QPSK 変調方式に対するペナルティーは７dB程度である。このように、信号処理のための計算量は極めて少ないため、有効な方式であると考えられる。
【００６５】
（その他）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に組み合わせることができ、変形・変更して適用することが可能である。また、上記数式１から数式１９については、記載されている数式のみに限定されるわけではなく、それぞれの数式と同値であるような他の式数を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１    光信号送受信システム
１０    光信号送信装置
１１    信号マッピング回路
１３    偏波変調器
１５    光源
２０    光信号受信装置
２１    光信号受信器
２３    ＡＤＣ
２５    クロック抽出回路
２７    デジタル信号処理回路
１３１    光強度変調器
１３３    光分岐器
１３５    位相変調器
１３７    光合波器
２１１    光分岐器
２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃ    偏光子
２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃ、２１５ｄ    光検出器
２７１    ストークスベクトル計算回路
２７３    復号回路
２７５    基準ストークスベクトル更新回路
【図１】
2015136015.tif 000024
【図２】
2015136015.tif 000025
【図３】
2015136015.tif 000026
【図４】
2015136015.tif 000027
【図５】
2015136015.tif 000028
【図７】
2015136015.tif 000029
【図６】
2015136015.tif 000030