(57)【要約】  光送信部６００と光受信部８００とを有する光伝送装置であって、光送信部６００は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化するとともに、当該光信号の位相をランダム化して送信し、光受信部８００は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、当該光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部８０２と、当該電気信号を偏波分離・適応等化する偏波分離・適応等化部８０４と、偏波分離・適応等化した電気信号の復号もしくは差動検波を行う復号部８０５及び８０６とを備えている。
2014141536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、
前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、
前記光受信部は、
受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部と
を備えた
光伝送装置。
【請求項２】
前記光受信部は、さらに、偏波分離・適応等化した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
光送信部を有する光伝送装置であって、
前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信する
光伝送装置。
【請求項４】
周期的に切り替えられる複数の変調規則を用いて生成されて直交偏波に多重化された光信号を受信する光受信部を有する光伝送装置であって、
前記光受信部は、
受信した前記光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部と、
偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部と
を備えた
光伝送装置。
【請求項５】
各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４ずつ位相回転する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項６】
前記光送信部は、さらに、前記光信号の位相をランダム化する
請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項７】
前記光送信部は、さらに、前記光信号の位相をランダム化し、
前記光信号の位相の前記ランダム化は、前記偏波分離・適応等化部のタップ長と同等以上の長周期で行われる
請求項１、２、４に記載の光伝送装置。
【請求項８】
前記光信号の位相の前記ランダム化は、クロック位相変調もしくは周波数変調のいずれか一つもしくは双方により行われる
請求項７に記載の光伝送装置。
【請求項９】
前記変調規則は前記直交偏波ごとに切り替えられる
請求項１から８までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１０】
前記光送信部は、
光源から入力される無変調光信号を位相変調する位相変調部と、
前記位相変調部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するデータ変調部と
を備える
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１１】
前記位相変調部は、１シンボル間で、π／４の位相切替を行う
請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１２】
前記光送信部は、
光源から入力される無変調光信号の位相をランダム化する光信号ランダム化部と、
前記光信号ランダム化部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するＸ偏波Ｉ／Ｑ変調部及びＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部と
を備える
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１３】
前記データ変調部は、前記直交偏波ごとに、シンボル単位でデータ変調の変調規則を周期的に切り替える
請求項１０または１１に記載の光伝送装置。
【請求項１４】
前記変調規則は、偏波、レーン、及び、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１５】
前記変調規則の切り替えタイミングは、偏波、レーン、及び、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１６】
前記変調規則は、階層構造を有し、階層ごとに複数の変調規則を有する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１７】
前記変調規則の切り替えタイミングが、前記階層に応じて個別に設定される
請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項１８】
前記データ変調部は、１系列の入力データに対して、差動符号化、データ複製、及び、反転制御を組み合わせて２系列の出力データを生成し、前記２系列のデータで直交位相変調する
請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１９】
光送信ステップと光受信ステップとを有する光伝送方法であって、
前記光送信ステップは、複数の変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して、送信光信号を生成し、
前記光受信ステップは、
外部から受信した受信光信号と局部発振光とを干渉させて前記受信光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波を行い、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離し、偏波分離後の前記電気信号の差動検波を行う
光伝送方法。
【請求項２０】
前記光送信ステップは、さらに、光信号位相をランダム化する
請求項１９に記載の光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光伝送装置および光伝送方法に関し、特に、デジタルコヒーレント方式を用いた光伝送装置および光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量光伝送のためには、光信号対雑音電力の限界の克服や高密度波長の多重化が課題である。【０００３】
光信号対雑音電力の限界を克服する技術として、従来は、オンオフキーイング（Ｏｎ−Ｏｆｆ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＯＯＫ）が用いられていた。しかしながら、近年では、２値位相偏移変調（Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）、または、４値ＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫ）が用いられている。【０００４】
高密度波長の多重化の実現のための技術としては、偏波多重方式（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を用いて、１シンボル当たりの伝送ビット数を２倍に増やす方式が知られている。偏波多重方式においては、直交する２つの偏波成分（垂直偏波、水平偏波）に、独立の送信信号をそれぞれ割り当てる。
また、別の方式として、ＱＰＳＫや１６値直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＱＡＭ）のように、信号点を増やして、１シンボル当たりの伝送ビット数を増やす方式が知られている。ＱＰＳＫおよび１６ＱＡＭにおいては、光送信器において、同位相軸（Ｉｎ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｉ軸）と、直交位相軸（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ軸：Ｑ軸）とに、送信信号を割り当てる。【０００５】
また、これらの光変調信号の伝送方式として、デジタルコヒーレント方式が注目されている（例えば、非特許文献１、２参照）。デジタルコヒーレント方式においては、同期検波方式とデジタル信号処理とを組み合わせて、これらの光変調信号を受信する。この方式では、同期検波による線形な光電気変換と、デジタル信号処理による線形等化とを行う。線形等化には、固定的線形等化、半固定的な線形等化、および、適応的な線形等化がある。一般に、伝送路では、波長分散および偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）等に起因する線形な波形歪みが発生する。デジタルコヒーレント方式においては、上述したように、光電気変換と線形等化とを行うため、当該波長歪みの影響を低減でき、優れた等化特性および優れた雑音耐力を実現できる。【０００６】
従来、デジタルコヒーレント方式では、主に、偏波多重ＱＰＳＫ方式が用いられてきた（例えば、非特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ  Ｆｏｒｕｍ，「１００Ｇ  Ｕｌｔｒａ  Ｌｏｎｇ  Ｈａｕｌ  ＤＷＤＭ  Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ  Ｄｏｃｕｍｅｎｔ」，２００９年６月
【非特許文献２】Ｅ. Ｙａｍａｚａｋｉ、外２７名，「Ｆａｓｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ 100−Ｇｂｉｔ/ｓ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ｏｖｅｒ ＯＴＮ ｕｓｉｎｇ ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ＤＳＰ」, Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ, ２０１１年７月４日， ｖｏｌ. １９, ｎｏ. １４, ｐ. １３１７９―１３１８４
【非特許文献３】Ｃ. Ｂ. Ｐａｐａｄｉａｓ,「Ｏｎ  ｔｈｅ  ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ  ｏｆ  ｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｅ  ｇｌｏｂａｌ  ｍｉｎｉｍａ  ｏｆ  ｇｏｄａｒｄ  ｅｑｕａｌｉｚｅｒｓ」，１９９７年， ｉｎ Ｐｒｏｃ. ＩＣＡＳＳＰ ５, ｐ．３９４１−３９４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特に３０００ｋｍを超えるような長距離伝送では、ファイバ中に、非線形光学効果による波形歪みが生じる。上記の非特許文献１、２の方法においては、非線形光学効果による波形歪みの影響を低減することができず、信号品質が大きく損なわれるという問題点があった。【０００９】
上記非線形光学効果による波形歪みの影響は、変調方式として偏波多重２値位相変調方式を用いた場合には、低減される。その場合には、伝送距離を拡大することができる。しかしながら、偏波多重２値位相変調方式において、一般的な包絡線一定化規範（ＣＭＡ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｍｏｄｕｌｕｓ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に基づく適応フィルタによる偏波分離・適応等化方式を用いると、偏波分離が正常に行えなくなる、あるいは、偏波は正常に分離されても同一偏波内の適応等化に異常が生じるという問題点があった（例えば、非特許文献３参照）。【００１０】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、偏波多重ＢＰＳＫ方式と同等以上の非線形耐力を備え、送信部で偏波多重化された信号を受信部で正常に偏波分離・適応等化できる、光伝送装置および光伝送方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化するとともに、当該光信号の位相をランダム化して送信し、前記光受信部は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離・適応等化する偏波分離・適応等化部と、偏波分離・適応等化した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部とを備えた光伝送装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化するとともに、当該光信号の位相をランダム化して送信し、前記光受信部は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離・適応等化する偏波分離・適応等化部と、偏波分離・適応等化した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部とを備えた光伝送装置であるため、偏波多重ＢＰＳＫ方式と同等以上の非線形耐力を備え、送信部で偏波多重化された信号を受信部で正常に偏波分離・適応等化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる光伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１にかかる光伝送装置の変調規則を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１にかかる光伝送装置の複数の変調規則を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１にかかる変調規則の切り替えを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２にかかる光伝送装置の光送信部の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２にかかる光送信部のデータ変換部の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２にかかるデータ変換部の変調規則と光信号との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３にかかる光伝送装置の構成を示したブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態３にかかる光伝送装置の変調規則を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３にかかる光受信部の偏波分離・適応等化部における処理内容の一例を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３にかかる光伝送装置の変調規則の特徴を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態３にかかる光伝送装置の変調規則の特徴を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３にかかる光伝送装置の変調規則の特徴を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態３にかかる光伝送装置の変調規則の特徴を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、この発明にかかる光伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、この発明を具体化する際の一形態であって、この発明をその範囲内に限定するためのものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光伝送方法を用いた光伝送システムの一例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光伝送システムは、光信号を送信する光送信部１００と、光ファイバから構成され、光信号を伝送する光伝送部２００と、光信号を受信する光受信部３００とで構成される。本実施の形態の光伝送装置は、光送信部１００および光受信部３００の少なくともいずれか一方を備えている。光受信部３００は、コヒーレント検波部３０１と、偏波分離部３０２と、差動検波部３０３と、π／４位相回転部３０４とで構成される。
【００１６】
以下、本実施の形態にかかる光伝送装置の動作を説明する。
【００１７】
光送信部１００は、複数の変調規則を組み合わせて２つの光信号を生成し、それらの光信号を直交偏波（垂直偏波、水平偏波）に多重化して、偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号を生成する。光送信部１００は、当該偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号を、光伝送部２００に出力する。
【００１８】
π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号の変調規則の一例を図２に示す。図２において、横軸はＩ軸を、縦軸はＱ軸を、ｔは時間を示し、ｍは整数である。差動ＢＰＳＫ信号が、１シンボル単位で、π／４ずつ位相回転（ここでは時計回り）する。ｔ＝８ｍのときの位相と、ｔ＝８ｍ＋１のときの位相とを比較すると、ｔ＝８ｍ＋１のときの位相が、ｔ＝８ｍのときの位相よりも、π／４だけ、時計回りに回転していることがわかる。１シンボルでπ／４回転するので、８シンボルでは、８×（π／４）＝２π回転して、もとの位相の位置に戻る。これを繰り返す。１シンボル間で生じる位相差は、−π／４もしくは＋３π／４である。
【００１９】
このように、本実施の形態では、変調規則が、光信号を、１シンボル間で、π／４の位相切替を行う。光信号の位相をπ／４ずつずらす理由は、光伝送部２００を構成する光ファイバ内に生じる非線形光学効果に起因する波形歪みを抑圧するためである。
【００２０】
図３は、本実施の形態１における、複数の変調規則を示す図である。図３において、Ｒｕｌｅ  Ａは、図２に示した変調規則である。Ｒｕｌｅ  Ｂは、Ｒｕｌｅ  Ａの位相を時計回りにπ／２ずらした変調規則の一例である。このように、本実施の形態では、複数の変調規則を用意しておき、偏波（垂直偏波、水平偏波）ごとに、それらの複数の変調規則を周期的に切り替えて用いる。
【００２１】
図４は、Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂとの切替方法の一例を示したものである。図４では、直交２偏波のうちの、水平偏波をＸ−ｐｏｌ．とし、垂直偏波をＹ−ｐｏｌ．とする。Ｘ−ｐｏｌ．では、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂとを交互に繰り返している。図４の例では、Ｘ−ｐｏｌ．の最初の変調規則は、Ｒｕｌｅ  Ａである。Ｘ−ｐｏｌ．では、その後は、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ  ＢとＲｕｌｅ  Ａとを交互に繰り返す。また、Ｙ−ｐｏｌ．では、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂとを交互に繰り返している。図４の例では、Ｙ−ｐｏｌ．の最初の変調規則は、Ｒｕｌｅ  Ｂである。Ｙ−ｐｏｌ．では、その後は、切替周期２Ｐで、Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂとを交互に繰り返す。ただし、図４を見て分かるように、Ｘ−ｐｏｌ．とＹ−ｐｏｌ．とでは、切替タイミングが、半周期（Ｐ分だけ）ずれている。
【００２２】
従って、図４の例では、直交２偏波（垂直偏波、水平偏波）で、Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂとのすべての組み合わせが出現する。すなわち、以下の４通りの組み合わせがある。
（１）Ｘ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ａ，Ｙ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ｂ
（２）Ｘ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ａ，Ｙ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ａ
（３）Ｘ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ｂ，Ｙ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ａ
（４）Ｘ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ｂ，Ｙ−ｐｏｌ．がＲｕｌｅ  Ｂ
また、組み合わせ（１）〜（４）が出現する確率は、それぞれ、１／４である。従って、図４は、直交２偏波ですべての組み合わせが存在し、各組み合わせが生じる確率が等しくなる例を示している。しかしながら、この場合に限らず、必ずしもすべての組み合わせを含まなければならないわけではない。
【００２３】
変調規則の組み合わせ（１）〜（４）を切り替える理由は、受信部３００における偏波分離部３０２における異常収束を避けるためである。
【００２４】
変調規則の組み合わせ（１）〜（４）は、図４の例では、周期Ｐで切り替えられている。すなわち、図４の例では、周期Ｐごとに、（１）、（４）、（３）、（２）、（１）、（４）、（３）、（２）、・・・の順に、変調規則の組み合わせが切り替えられている。変調規則の組み合わせの切り替えは、偏波分離処理の収束時間との関係により、数１０００〜数１０万シンボル程度の単位で切り替えるのが好適である（すなわち、図４の区間Ｐを、数１０００〜数１０万シンボルに設定する。）。変調規則の組み合わせの切り替えの周期を、ＯＴＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｕｎｉｔ）フレーム単位とするのが簡易であるが、より長い単位、あるいは、より短い単位で、切り替えてもよい。また、変調規則の組み合わせの切り替え周期は、単一の区間だけを含むのではなく、複数の長さの区間を含む周期であってもよい。
【００２５】
また、図４の例では、変調規則は、Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂの２つであるが、この場合に限らず、変調規則は３つ以上あってもよい。変調規則を３つにする場合には、例えば、１シンボル単位の位相回転量を３π／４として、１シンボル間で生じる位相差を−３π／４もしくはπ／４とする規則をＲｕｌｅ  Ｃとして、Ｒｕｌｅ  ＡおよびＲｕｌｅ  Ｂと組み合わせる。
【００２６】
以上説明したように、光送信部１００は、複数の変調規則を切り替えて生成した光信号を、直交偏波に多重化して、偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号を生成し、光伝送部２００に出力する。
【００２７】
光伝送部２００では、光送信部１００から入力される光信号（偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号）を伝送し、光受信部３００に出力する。π／４シフト差動ＢＰＳＫ信号では、上述したように、搬送波位相を、１シンボル単位で、π／４ずつずらしている。そのため、光伝送部２００を構成する光ファイバ中で非線形光学効果に起因する波形歪みが生じた場合においても、当該波形歪みが抑圧できる。
【００２８】
光受信部３００では、光伝送部２００から入力される光信号が、まず、コヒーレント検波部３０１に入力される。
【００２９】
コヒーレント検波部３０１は、内部に局部発振光を備えている。コヒーレント検波部３０１は、光伝送部２００から入力された光信号を当該局部発振光と混合干渉させることにより、光信号を電気信号に変換する光／電気変換を行う。以下では、この光／電気変換を、コヒーレント検波と呼ぶこととする。コヒーレント検波部３０１は、コヒーレント検波で得られた電気信号を、偏波分離部３０２に出力する。なお、当該電気信号は、２偏波かつＩ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある。
【００３０】
偏波分離部３０２では、コヒーレント検波部３０１から、２偏波かつＩ／Ｑ軸の信号が混合された状態の電気信号が入力される。偏波分離部３０２では、電気的処理を用いて、当該電気信号を２偏波に分離する。偏波分離部３０２は、偏波分離後の電気信号を差動検波部３０３に出力する。なお、２偏波に分離するための電気的処理として、例えばＣＭＡが用いられる。なお、偏波分離部３０２から出力される当該電気信号は、Ｉ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある。
【００３１】
通常、ＣＭＡを用いて出力信号の包絡線を一定化することで、偏波多重ＢＰＳＫ信号を偏波分離しようとすると、包絡線が一定になったとしても、偏波間干渉が残る誤収束が起こりうる。これは、ＢＰＳＫの信号点配置に回転対称性がないことが理由である。信号点がＩ軸／Ｑ軸に均一に配置されておらずＩ軸のみにしかないため、実際は直交偏波信号であるのにも関わらず、直交位相の信号とみなしてＣＭＡが引き込んでしまうことによる。
【００３２】
本実施の形態では、光送信部１００が、図３に示した、光位相がπ／２異なる２つの変調規則（Ｒｕｌｅ  ＡとＲｕｌｅ  Ｂ）の組み合わせを切り替える。切替のタイミングが、ＣＭＡの応答速度に比べて十分高速であれば、偏波分離の誤収束は生じない。仮に、ＣＭＡの応答速度が１００ｋＨｚ以下程度である場合には、ＯＴＵ４のフレーム（１マイクロ秒）程度の周期で、変調規則の組み合わせを切り替えればよい。
【００３３】
差動検波部３０３では、偏波分離部３０２から、偏波分離後の電気信号が入力され、それぞれに対して差動検波を行う。偏波分離部３０２から入力される電気信号は、Ｉ／Ｑ軸の信号が混合された状態にある。差動検波部３０３は、当該電気信号に対する差動検波を、電気的処理により、現在の複素電界振幅Ｅ（ｉ）と、１シンボル前の複素電界振幅の複素共役Ｅ＊（ｉ−１）との積をとることで行う。搬送波位相を復元してデータ識別する際には、一般にｍ乗法が用いられる。ｍ乗法は、変調信号の位相数がｍ値である場合、複素電界振幅をｍ乗することで変調成分を除去して誤差成分のみを抽出する方式であり、変調信号の位相数に応じた固有の処理が必要である。一方、差動検波では、前後のシンボルの位相差に情報を載せておくことで、位相数によらず同一の処理を行うことでデータ識別が可能になる。また、差動検波では、前後のシンボルで正相関のある位相変化を効率的に抑圧することも可能である。差動検波部３０３は、差動検波後の電気信号を、π／４位相回転部３０４に出力する。光送信部１００で、１シンボル間の位相差を−π／４もしくは＋３π／４にしているため、差動検波後の位相は−π／４もしくは＋３π／４になる。
【００３４】
π／４位相回転部３０４では、差動検波部３０３から、差動検波後の電気信号が入力される。π／４位相回転部３０４は、当該電気信号を、π／４位相回転（反時計回り）させる。π／４位相回転部３０４は、当該π／４位相回転後の電気信号を、外部（図示せず）に出力する。当該π／４位相回転後の電気信号は、位相０もしくはπとなり、Ｉ軸上で２値をとるため、Ｑ軸を境界に符号識別することが可能である。
【００３５】
以上のように、本実施の形態では、図２及び図３に示す変調規則（Ｒｕｌｅ  Ａ，Ｒｕｌｅ  Ｂ）のように、１シンボル間でπ／４シフトを行うことで、ファイバ非線形光学効果に対する耐力を高めることができる。また、図４に示すように、複数の変調規則を用意しておき、それらの変調規則を、偏波（垂直偏波、水平偏波）ごとに、周期的に切り替えることで、差動ＢＰＳＫと同等の信号検出感度を有し、かつ、偏波分離の誤収束の発生を抑えることができる。そのため、デジタルコヒーレント光伝送システムの伝送可能距離を拡大することができる。
【００３６】
実施の形態２．
本実施の形態では、上記の実施の形態１で示した光送信部１００の構成の一例について説明する。図５は、本実施の形態に係る光送信部１００の構成を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の光送信部１００は、光源１０１と、位相変調部１０２と、パルスカーバ（ｐｕｌｓｅ  ｃａｒｖｅｒ）１０３と、データ変換部１０４と、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５と、ビットインタリーブ（ｂｉｔ  ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）部１０６とで構成される。
【００３７】
以下、本実施の形態にかかる光送信部１００の動作を説明する。光送信部１００は、位相変調部１０２が行う位相変調と偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５が行うデータ変調とを組み合わせて、偏波多重２値位相変調信号を生成し、光送信信号として出力する。
【００３８】
まず、光源１０１では、無変調光が生成され、位相変調部１０２に出力される。
【００３９】
位相変調部１０２は、光源１０１から、無変調光が入力される。位相変調部１０２は、当該無変調光をクロック電気信号で位相変調する。このとき、クロック電気信号の振幅を、位相変調の深さがπ／４になる値に設定する。位相変調部１０２は、変調後の光信号を、パルスカーバ１０３に出力する。
【００４０】
パルスカーバ１０３では、位相変調部１０２から、変調後の光信号が入力される。パルスカーバ１０３は、当該光信号を、クロック電気信号でパルス化変調する。パルスカーバ１０３は、パルス化変調した当該光信号を、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５に出力する。
【００４１】
データ変換部１０４では、外部（図示せず）から、２系統（Ｘ／Ｙ）のデータ系列が入力される。データ変換部１０４は、直交２位相（Ｉ軸、Ｑ軸）の制御が可能である。データ変換部１０４は、外部から入力された２系統（Ｘ／Ｙ）のデータ系列に基づき、４系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のデータ系列を生成する。データ変換部１０４は、生成したデータ系列（電気信号）を、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５に出力する。
【００４２】
図６は、データ変換部１０４の具体的構成例である。データ変換部１０４は、Ｘ反転制御部４０１、Ｘ差動符号化部４０２、Ｘ複製部４０３、ＸＩ反転制御部４０４、ＸＱ反転制御部４０５、Ｙ反転制御部５０１、Ｙ差動符号化部５０２、Ｙ複製部５０３、ＹＩ反転制御部５０４、ＹＱ反転制御部５０５で構成される。
【００４３】
以下、データ変換部１０４の動作の詳細を、図６を用いて説明する。
【００４４】
Ｘ反転制御部４０１では、外部（図示せず）から、データＸが入力される。Ｘ反転制御部４０１は、当該データＸに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。Ｘ反転制御部４０１は、反転制御後のデータを、Ｘ差動符号化部４０２に出力する。
【００４５】
Ｘ差動符号化部４０２では、Ｘ反転制御部４０１から入力されるデータと、内部で１クロック保持しておいた出力データとの排他的論理和をとる。Ｘ差動符号化部４０２は、排他的論理和の演算結果を、Ｘ複製部４０３に出力する。
【００４６】
Ｘ複製部４０３では、Ｘ差動符号化部４０２から入力されるデータを複製し、ＸＩ反転制御部４０４及びＸＱ反転制御４０５に出力する。
【００４７】
ＸＩ反転制御部４０４では、Ｘ複製部４０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＸＩ反転制御部４０４は、反転制御後のデータを、ＸＩレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
【００４８】
ＸＱ反転制御部４０５では、Ｘ複製部４０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＸＱ反転制御部４０５は、反転制御後のデータを、ＸＱレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
【００４９】
Ｙ反転制御部５０１では、外部（図示せず）から、データＹが入力される。Ｙ反転制御部５０１は、当該データＹに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。Ｙ反転制御部５０１は、反転制御後のデータをＹ差動符号化部５０２に出力する。
【００５０】
Ｙ差動符号化部５０２では、Ｙ反転制御部５０１から入力されるデータと、内部で１クロック保持しておいた出力データとの排他的論理和をとる。Ｙ差動符号化部５０２は、排他的論理和の演算結果を、Ｙ複製部５０３に出力する。
【００５１】
Ｙ複製部５０３では、Ｙ差動符号化部５０２から入力されるデータを複製し、ＹＩ反転制御部５０４及びＹＱ反転制御５０５に出力する。
【００５２】
ＹＩ反転制御部５０４では、Ｙ複製部５０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＹＩ反転制御部５０４は、反転制御後のデータを、ＹＩレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
【００５３】
ＹＱ反転制御部５０５では、Ｙ複製部５０３から入力されるデータに対して、タイミングに応じて反転制御（反転処理、もしくは、スルー）する。ＹＱ反転制御部５０５は、反転制御後のデータを、ＹＱレーンデータとして、外部（＝偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５）に出力する。
【００５４】
こうして、データ変換部１０４は、外部から入力された２系統（Ｘ／Ｙ）のデータ系列に基づき、４系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のデータ系列を生成する。４系列（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）のデータ系列は、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５に入力される。
【００５５】
偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、パルスカーバ１０３から光信号が入力される。また、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、データ変換部１０４から、ＸＩレーン、ＸＱレーン、ＹＩレーン、および、ＹＱレーンの電気信号が入力される。偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、パルスカーバ１０３からの光信号を、これらの電気信号で、データ変調する。具体的には、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、パルスカーバ１０３からの光信号に対して、ＸＩレーンの電気信号とＸＱレーンの電気信号とでＸ偏波用のＩ／Ｑ変調を行い、ＹＩレーンの電気信号とＹＱレーンの電気信号とでＹ偏波用のＩ／Ｑ変調を行う。その後、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５は、Ｘ偏波成分とＹ偏波成分とのそれぞれを、直交偏波多重化する。偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５は、直交偏波多重化した光信号を、ビットインタリーブ部１０６に出力する。
【００５６】
ビットインタリーブ部１０６では、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５から入力される光信号のＸ偏波成分とＹ偏波成分との間に、１シンボルの半分程度の任意の遅延差を付加する。ビットインタリーブ部１０６は、遅延差が付加された光信号を外部（例えば光伝送部２００）に出力する。
【００５７】
図７は、位相変調部１０２における位相変調と、データ変換部１０４における信号点配置（データ変調のみ）、ＸＩ反転制御部４０４、ＸＱ反転制御部４０５、ＹＩ反転制御部５０４、ＹＱ反転制御部５０５における反転制御方法（Ｉ反転、Ｑ反転）、最終的に生成される信号点配置（位相変調有）の関係の一例を示したものである。
【００５８】
一連の時間を８つの区間に区切り（ｔ＝８ｍ，８ｍ＋１，８ｍ＋２，・・・，８ｍ＋７）、位相変調部１０２における位相変調により、光信号の位相が０と−π／４を交互にとるものとする。ここでは、時間ｔ＝８ｍ、８ｍ＋２、８ｍ＋４、８ｍ＋６では、位相変調部１０２における位相変調が０であり、ｔ＝８ｍ＋１、８ｍ＋３、８ｍ＋５、８ｍ＋７における位相変調が−π／４であるものとした。このように、位相変調部１０２は、１シンボルごとに、π／４の位相切替を行う。
【００５９】
一方、偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、直交２位相（Ｉ軸／Ｑ軸）を制御可能であり、シンボル単位で、データ変調の変調規則を切り替える。図７の例では、２シンボルごとに、変調規則を切り替えている。偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５では、データ変調として、例えばＸ偏波において、図７の「信号点配置（データ変調のみ）」の行に示す信号点を別途生成する。すなわち、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１では、第一象限及び第三象限に信号点を配置する。ｔ＝８ｍ＋２、８ｍ＋３では、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１に対して−π／２位相回転させて第二象限及び第四象限に信号点を配置する。ｔ＝８ｍ＋４、８ｍ＋５では、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１に対してπ位相回転させて第一象限及び第三象限に信号点を配置する。ｔ＝８ｍ＋２、８ｍ＋３では、ｔ＝８ｍ、８ｍ＋１に対してπ／２位相回転させて第二象限及び第四象限に信号点を配置する。Ｙ偏波においても、同様に、「信号点配置（データ変調のみ）」の行に示す信号点を別途生成する。
【００６０】
図７の「信号点配置（データ変調のみ）」の行に示す信号点に対し、位相変調を施して、０または−π／４の位相変調を行うと、図７の「信号点配置（位相変調有）」の行に示す信号点が生成される。これは、図３に示すＲｕｌｅ  Ａの変調規則に一致する。
【００６１】
このように、本実施の形態においては、光送信部１００において、図５に示すように、位相変調を行う位相変調部１０２と、データ変調を行う偏波多重Ｉ／Ｑ変調部１０５と、データ変換を行うデータ変換部１０４とを設けて、位相変調とデータ変調とデータ変換とを階層的に組み合わせることで、最終的に、図７の「信号点配置（位相変調有）」の行に示す信号点が生成される。
【００６２】
ｔ＝８ｍにおいて、Ｉ軸反転及びＱ軸反転しないデータが出力されているものとすると、ｔ＝８ｍ＋４〜８ｍ＋７においてはＩ軸反転を行う必要があり、ｔ＝８ｍ＋２〜８ｍ＋５においてはＱ軸反転を行う必要がある。これらの反転制御をＸＩ反転制御部４０４、ＸＱ反転制御部４０５、ＹＩ反転制御部５０４、ＹＱ反転制御部５０５で行えばよい。このように、適宜、変調規則を切り替えることでπ／４単位で信号点配置を回転させることが可能になる。
【００６３】
上記のように、本実施の形態においては、図７に示すように、変調規則が階層構造を有し、階層ごとに複数の変調規則を有している。また、変調規則の切り替えタイミング（切替周期）は、階層ごとに異なる値としてもよい。
【００６４】
なお、変調規則は、偏波、レーン、フレームのいずれかで個別に設定してもよく、あるいは、偏波、レーン、フレームのすべてで個別に設定してもよい。すなわち、偏波や、レーンや、フレームに応じて異なる変調規則を有することを許容する。
【００６５】
また、変調規則の切り替えタイミング（切替周期）は、偏波、レーン、フレームのいずれかで個別に設定してもよく、あるいは、偏波、レーン、および、フレームのすべてで個別に設定してもよい。すなわち、偏波や、レーンや、フレームに応じて異なる切替周期を有することを許容する。
【００６６】
なお、パルスカーバ１０３におけるパルス化変調と、ビットインタリーブ部１０６における直交偏波間遅延差付加とは、ファイバ非線形光学効果による波形歪みをより低減する付加的な機能であり、本実施の形態に必須の要素ではない。従って、パルスカーバ１０３およびビットインタリーブ部１０６は、必ずしも、設ける必要はない。
【００６７】
フレーム同期用パタンなど、ペイロード以外のデータを送受するタイミングでは、別途相応の変調規則に切り替えることも可能である。
【００６８】
以上のように、本実施の形態では、位相変調およびデータ変調の組み合わせにより、偏波多重π／４シフト差動ＢＰＳＫ光信号を疑似的に生成する光送信部の具体的構成を示した。また、データの差動符号化、複製、反転制御による変調規則切り替えを組み合わせることで、データ変調のためのＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱの４レーンデータが生成できることを示した。
【００６９】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る光伝送方法を用いた光伝送装置の一例を示す図である。図８に示すように、本実施の形態３に係る光伝送システムは、光信号を送信する光送信部６００と、光ファイバから構成され、光信号を伝送する光伝送部７００と、光信号を受信する光受信部８００とで構成される。本実施の形態の光伝送装置は、光送信部６００および光受信部８００の少なくともいずれか一方を備えている。光送信部６００は、光源６０１と、光信号ランダム化部６０２と、２系統（Ｘ偏波、Ｙ偏波）のＩ／Ｑ変調部６０３、６０４と、偏波多重部６０５とで構成される。光受信部８００は、光源８０１と、コヒーレント検波部８０２と、振幅調整・固定等化部８０３と、偏波分離・適応等化部８０４と、２系統（Ｘ偏波、Ｙ偏波）の復号部８０５、８０６とで構成される。
【００７０】
以下、本実施の形態にかかる光伝送システムの動作を説明する。
【００７１】
光送信部６００における光源６０１は、無変調光を生成し、光信号ランダム化部６０２に出力する。光信号ランダム化部６０２では、光源６０１から入力される無変調光をランダム化する。例えば、ボーレートの１／１０程度の周波数のクロック信号を用いて位相変調を行うことでランダム化し、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０３及びＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０４に出力する。Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０３では、光信号ランダム化部６０２から入力される前記ランダム化された光信号に対して、ＢＰＳＫ変調もしくはπ／２シフトＢＰＳＫ変調を行い、偏波多重部６０５に出力する。Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０４では、光信号ランダム化部６０２から入力される前記ランダム化された光信号に対して、ＢＰＳＫ変調もしくはπ／２シフトＢＰＳＫ変調を行い、偏波多重部６０５に出力される。偏波多重部６０５では、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０３から入力される光信号とＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０４から入力される光信号とを直交偏波多重し、光伝送部７００に出力する。
【００７２】
光伝送部７００では、光送信部６００内部の偏波多重部６０５から入力される直交偏波多重された光信号を伝送し、光受信部８００内部のコヒーレント検波部８０２に出力する。
【００７３】
光受信部８００における光源８０１は、光送信部６００における光源６０１が生成する上記光信号と略一致する周波数で発振する無変調光を生成し、コヒーレント検波部８０２に出力する。コヒーレント検波部８０２は、光伝送部７００から入力される前記光信号と、光源８０１から入力される前記無変調光とを、直交偏波（Ｘｒ／Ｙｒ）単位及び直交位相（Ｉｒ／Ｑｒ）単位で干渉させ、光／電気変換および増幅して、ＸｒＩｒ、ＸｒＱｒ、ＹｒＩｒ、ＹｒＱｒからなる４レーンの電気信号に変換する。コヒーレント検波部８０２は、さらに、それらの電気信号をアナログ・デジタル変換してデジタル信号を得て、振幅調整・固定等化部８０３に出力する。振幅調整・固定等化部８０３では、コヒーレント検波部８０２から入力される４レーンのデジタル信号に対して、光伝送部７００で発生した波長分散等の固定的な等化を行うとともに、４レーン信号の振幅調整を行い、偏波分離・適応等化部８０４にそれぞれ出力する。偏波分離・適応等化部８０４では、振幅調整・固定等化部８０３から入力される４レーン信号を基に、例えばＣＭＡアルゴリズムを用いて直交偏波分離及び適応等化を行い、偏波分離・適応等化された信号を、各偏波単位で復号部８０５及び８０６に出力する。復号部８０５では、偏波分離・適応等化部８０４から、例えば偏波分離された送信側Ｘ偏波の信号が入力され、当該Ｘ偏波信号を復号し、復号結果を外部（図示せず）に出力する。復号部８０６では、偏波分離・適応等化部８０４から、例えば偏波分離された送信側Ｙ偏波の信号が入力され、当該Ｙ偏波信号を復号し、復号結果を外部（図示せず）に出力する。
【００７４】
前記Ｉ／Ｑ変調部６０３及び６０４で行われるＢＰＳＫ変調及びπ／２シフトＢＰＳＫ変調は、具体的には、例えば以下の要領で行われる。
【００７５】
図９に、Ｒｕｌｅ  Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈの４つの変調規則を示す。このうち、変調規則Ｒｕｌｅ  Ｅ、及び、変調規則Ｒｕｌｅ  Ｇは、ＢＰＳＫ変調である。また、変調規則Ｒｕｌｅ  Ｆ、及び、変調規則Ｒｕｌｅ  Ｈは、π／２シフトＢＰＳＫ変調である。変調規則Ｒｕｌｅ  Ｅと変調規則Ｒｕｌｅ  Ｇは、互いにπ／２位相が異なる。また、変調規則Ｒｕｌｅ  Ｆと変調規則Ｒｕｌｅ  Ｈも、互いにπ／２位相が異なる。
【００７６】
これらの変調規則は、偏波及びフレーム周期に応じて切り替えられる。Ｘ偏波第１フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｅを、Ｘ偏波第２フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｆを、Ｘ偏波第３フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｇを、Ｘ偏波第４フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｈを用いる。また、Ｙ偏波第１フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｇを、Ｙ偏波第２フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｆを、Ｙ偏波第３フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｅを、Ｙ偏波第４フレームでは変調規則Ｒｕｌｅ  Ｈを用いる。
【００７７】
すなわち、奇数フレームではＢＰＳＫ変調を用い、偶数フレームではπ／２シフトＢＰＳＫ変調を用いる。また、Ｘ偏波では第２、第３フレームで光位相をπ／２変化させ、Ｙ偏波では第１、第２フレームで光位相をπ／２変化させる。以上により、４フレーム内での位相関係をランダム化し、偏波分離・適応等化部８０４において偏波分離の誤収束を回避する。
【００７８】
なお、前記ＢＰＳＫ変調は、差動符号化を適用したＤＰＢＳＫ変調であってもよい。
【００７９】
振幅調整・固定等化部８０３では、レーン単位で振幅調整を行う。純粋なＢＰＳＫ信号が入力されると、例えば、複素平面上でＩｒレーンのみに信号点が配置され、Ｑｒレーンには信号点がない場合が起こりうる。ここで全レーンに対してレーン別に振幅一定化制御をかけてしまうと、Ｑｒレーンには信号点がないのが正しい状態であるのにも関わらず、無理に振幅を増加させてしまい、過度な雑音強調になる可能性がある。
【００８０】
ここで、前記の変調規則の切替を行うことで、少なくとも４フレーム分平均化して観測すると、複素平面上でＩｒレーンやＱｒレーンに信号点の配置が偏るという事象がなくなる。これにより、受信側の４レーンそれぞれにおいて、正確に振幅検出することができ、振幅一定化制御を行うことが可能となる。
【００８１】
このような振幅調整は、コヒーレント検波部８０２においても実施されているが、少なくとも４フレーム分平均化して振幅検出することで正確な振幅検出及び振幅一定化制御が可能である。
【００８２】
偏波分離・適応等化部８０４における処理内容の一例を図１０に示す。図１０に示す例は、バタフライ型の有限インパルス応答（ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタである。偏波分離・適応等化部８０４は、図１０に示すＦＩＲフィルタを用いて、Ｘｒ偏波複素信号Ｅｘ’［ｔ］とＹｒ偏波複素信号Ｅｙ'[ｔ］とを、送信時の２偏波成分であるＸ偏波成分Ｅｘ［ｔ］とＹ偏波成分Ｅｙ［ｔ］とに分離する。ここで、Ｘｒ偏波複素信号Ｅｘ’［ｔ］は、振幅調整・固定等化部８０３から入力される４レーン信号のうち、ＸｒＩｒを実部とし、ＸｒＱｒを虚部として構成される複素信号である。また、Ｙｒ偏波複素信号Ｅｙ'[ｔ］は、振幅調整・固定等化部８０３から入力される４レーン信号のうち、ＹｒＩｒを実部とし、ＹｒＱｒを虚部として構成される複素信号である。一般には、当該ＦＩＲフィルタの１タップの遅延長は１／２シンボル時間以下、タップ長は１０以上として設計されるが、図１０では、図の簡略化のため、１タップの遅延長を１シンボル、タップ長５として記載した。ＦＩＲフィルタのタップ係数ｈｐｑ[ｋ]（ｐ＝｛ｘ，ｙ｝、ｑ＝｛ｘ，ｙ｝、ｋ＝｛０，１，２，３，４｝）は、ＣＭＡのような適応アルゴリズムにより逐次更新される。
【００８３】
このように、ＦＩＲフィルタのタップ長が２以上で、ＢＰＳＫのような複素平面上で偏りのある（９０度回転対称性のない）信号に対してＣＭＡを適用すると、直交偏波分離が正常に行えた場合であっても、同一偏波内で符号間干渉が残留する可能性がある。
【００８４】
図１１は、ＢＰＳＫ信号について、ある時点の複素信号Ｅ［ｔ］と、そこから２シンボル離れた時点の複素信号Ｅ［ｔ−２Ｔ］とで、信号点が配置される軸の位相について、差分を示したものである（以下、“軸間位相差”と呼ぶ）。単純なＢＰＳＫ信号では、Ｅ[ｔ]＝｛１，−１｝、Ｅ[ｔ−２Ｔ]＝｛１，−１｝であり、信号点が配置される軸が常に０度（１８０度）となるため、軸間位相差は常に０である。したがって、例えばｃｏｓθ・Ｅ［ｔ］＋ｊ・ｓｉｎθ・Ｅ［ｔ−２Ｔ］（ｊ：虚数単位）のようにＥ［ｔ］とＥ［ｔ−２Ｔ］が直交位相合波される場合、その振幅値ｒは、θによらずｒ＝１で一定となる。これは、２シンボル離れたシンボルの応答の有無を、ＣＭＡでは検出できないことを意味し、波形等化のために用いられるはずのＦＩＲフィルタが、逆に遅延干渉を発生させ、性能を不安定化させる原因になってしまうことを意味する。純粋なＢＰＳＫ信号では、上記の問題は、２シンボル離れたシンボルに限らず、１シンボル、３シンボルなど整数シンボル離れたすべてのシンボルに対して発生しうる。
【００８５】
図１２は、π／４シフトＢＰＳＫ信号と−π／４シフトＢＰＳＫ信号について同様の解析を行ったものである。
【００８６】
２シンボル離れた信号との軸間位相差は、いずれもπ／２となる。したがって、例えばｃｏｓθ・Ｅ［ｔ］＋ｓｉｎθ・Ｅ［ｔ−２Ｔ］のようにＥ［ｔ］とＥ［ｔ−２Ｔ］が同位相合波される場合、その振幅値ｒは、θによらずｒ＝１で一定となる。これは、２シンボル離れたシンボルの応答の有無を、ＣＭＡでは検出できないことを意味し、波形等化のために用いられるはずのＦＩＲフィルタが、逆に遅延干渉を発生させ、性能を不安定化させる原因になってしまうことを意味する。この問題は、２シンボルだけでなく、６シンボル、１０シンボルと２＋４ｎシンボル（ｎ：０以上の整数）離れたシンボルに対しても発生する。
【００８７】
４シンボル、８シンボル、１２シンボルと４＋４ｎ（ｎ：０以上の整数）離れたシンボルに対しては、軸間位相差はいずれも０である。したがって、例えばｃｏｓθ・Ｅ[ｔ]＋ｊ・ｓｉｎθ・Ｅ[t−２Ｔ]（ｊ：虚数単位）のようにＥ[ｔ]とＥ[ｔ−２Ｔ]が直交位相合波される場合、その振幅値ｒは、θによらずｒ＝１で一定となる。これは、４＋４ｎシンボル離れたシンボルの応答の有無を、ＣＭＡでは検出できないことを意味し、波形等化のために用いられるはずのＦＩＲフィルタが、逆に遅延干渉を発生させ、性能を不安定化させる原因になってしまうことを意味する。
【００８８】
１＋４ｎシンボル（ｎ：０以上の整数）離れた信号との軸間位相差はπ／４もしくは−π／４である。ｃｏｓθ・Ｅ［ｔ］＋ｓｉｎθ・ｅｘｐ（ｊπ／４）Ｅ［ｔ−２Ｔ］もしくはｃｏｓθ・Ｅ［ｔ］＋ｓｉｎθ・ｅｘｐ（−ｊπ／４）Ｅ［ｔ−２Ｔ］のように、Ｅ［ｔ］とＥ［ｔ−２Ｔ］が位相差±π／４分調整して合波される場合に、その振幅値ｒは、θによらずｒ＝１で一定となる。
【００８９】
３＋４ｎシンボル（ｎ：０以上の整数）離れた信号との軸間位相差は−π／４もしくはπ／４である。ｃｏｓθ・Ｅ［ｔ］＋ｓｉｎθ・ｅｘｐ（−ｊπ／４）Ｅ［ｔ−２Ｔ］もしくはｃｏｓθ・Ｅ［ｔ］＋ｓｉｎθ・ｅｘｐ（ｊπ／４）Ｅ［ｔ−２Ｔ］のように、Ｅ［ｔ］とＥ［ｔ−２Ｔ］が位相差±π／４分調整して合波される場合に、その振幅値ｒは、θによらずｒ＝１で一定となる。
【００９０】
ここで、例えば、π／４シフトＢＰＳＫ信号と−π／４シフトＢＰＳＫ信号とを、フレーム毎に切り替えれば、奇数シンボル離れた信号との軸間位相差は固定的ではなくなり、ｒを常に一定とする合波条件はなくなり、遅延干渉は発生しなくなる。ただし、偶数シンボル離れた信号との軸間位相差はやはり固定的であり、２＋４ｎシンボル（ｎ：０以上の整数）離れたシンボルと同位相で合波される場合や、４＋４ｎシンボル（ｎ：０以上の整数）離れたシンボルと直交位相で合波される場合については、遅延干渉の発生を回避できない。
【００９１】
図１３は、ＱＰＳＫ信号について同様の解析を行ったものである。ＱＰＳＫ信号は、信号点が配置される軸がデータに応じてランダムに変わると解釈することができる。そのため、軸間位相差は、０もしくはπ／２でランダムである。したがって、遅延干渉が発生する条件で振幅ｒが一定となることはなく、ＣＭＡを用いても遅延干渉が発生する条件に収束することはない。
【００９２】
図１４は、ＢＰＳＫ信号に対して、１６シンボル周期でピーク−ピーク値でπ／４の長周期正弦波クロック位相変調をかけることで光信号の位相をランダム化した信号について同様の解析を行ったものである。このとき、２シンボル離れた信号の軸間位相差は、概略−０．１π〜０．１πの間で分布し、固定的ではない。１６シンボル離れた信号同士では位相関係が常にゼロとなるが、一般的に適応フィルタのタップ長は１６シンボルよりも短いため、ＦＩＲフィルタの応答は現れない。したがって、遅延干渉が発生する条件で振幅ｒが一定となることはなく、ＣＭＡを用いても遅延干渉が発生する条件に収束することはない。
【００９３】
なお、上記の説明では、整数シンボル周期のクロック位相変調を仮定したが、周期は整数シンボルである必要はない。また、データ変調とのタイミングを管理する必要もない。さらに、長周期クロック位相変調だけでなく、ランダム位相変調や、周波数変調を光信号ランダム化部６０２において実施することによっても同等機能、すなわち、光信号ランダム化によるＣＭＡ誤収束回避を実現可能である。
【００９４】
復号部８０５では、Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０３のＢＰＳＫ符号則に応じた復号処理を行う。ＢＰＳＫ信号がＤＢＰＳＫ符号化されていれば、差動復号もしくは差動検波を行う。復号部８０６では、Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部６０４のＢＰＳＫ符号則に応じた復号処理を行う。ＢＰＳＫ信号がＤＢＰＳＫ符号化されていれば、差動復号もしくは差動検波を行う。
【００９５】
以上のように、本実施の形態では、送信光信号の位相をランダム化することで、ＢＰＳＫ信号にＣＭＡを適用した場合にも、受信側で適応等化の誤収束を回避し、安定した通信状態を維持することができる。
【産業上の利用の可能性】
【００９６】
以上のように、本発明にかかる光伝送方式は、デジタルコヒーレント方式を用いた長距離光伝送システムに有用である。
【符号の説明】
【００９７】
１００  光送信部、１０１  光源、１０２  位相変調部、１０３  パルスカーバ、１０４  データ変換部、１０５  偏波多重Ｉ／Ｑ変調部、１０６  ビットインタリーブ部、２００  光伝送部、３００  光受信部、３０１  コヒーレント検波部、３０２  偏波分離部、３０３  差動検波部、３０４  π／４位相回転部、４０１  Ｘ反転制御部、４０２  Ｘ差動符号化部、４０３  Ｘ複製部、４０４  ＸＩ反転制御部、４０５  ＸＱ反転制御部、５０１  Ｙ反転制御部、５０２  Ｙ差動符号化部、５０３  Ｙ複製部、５０４  ＹＩ反転制御部、５０５  ＹＱ反転制御部、６００  光送信部、６０１  光源、６０２  光信号ランダム化部、６０３  Ｘ偏波Ｉ／Ｑ変調部、６０４  Ｙ偏波Ｉ／Ｑ変調部、６０５  偏波多重部、７００  光伝送部、８００  光受信部、８０１  光源、８０２  コヒーレント検波部、８０３  振幅調整・固定等化部、８０４  偏波分離・適応等化部、８０５  復号部、８０６  復号部。
【図１】
2014141536.tif 000003
【図２】
2014141536.tif 000004
【図３】
2014141536.tif 000005
【図４】
2014141536.tif 000006
【図５】
2014141536.tif 000007
【図６】
2014141536.tif 000008
【図７】
2014141536.tif 000009
【図８】
2014141536.tif 000010
【図９】
2014141536.tif 000011
【図１０】
2014141536.tif 000012
【図１１】
2014141536.tif 000013
【図１２】
2014141536.tif 000014
【図１３】
2014141536.tif 000015
【図１４】
2014141536.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月21日(2015.4.21)
【手続補正１】
【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】
この発明は、光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、前記光受信部は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部とを備え、各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４の整数倍ずつ位相回転する、光伝送装置である。
【手続補正２】
【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】
この発明は、光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、前記光受信部は、受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部とを備え、各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４の整数倍ずつ位相回転する、光伝送装置であるため、偏波多重ＢＰＳＫ方式と同等以上の非線形耐力を備え、送信部で偏波多重化された信号を受信部で正常に偏波分離・適応等化できる。
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、
前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、
前記光受信部は、
受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部と
を備え、
各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４の整数倍ずつ位相回転する、
光伝送装置。
【請求項２】
前記光受信部は、さらに、偏波分離・適応等化した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
光送信部を有する光伝送装置であって、
前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信する
光伝送装置。
【請求項４】
周期的に切り替えられる複数の変調規則を用いて生成されて直交偏波に多重化された光信号を受信する光受信部を有する光伝送装置であって、
前記光受信部は、
受信した前記光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部と、
偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部と
を備えた
光伝送装置。
【請求項５】
各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４ずつ位相回転する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項６】
前記光送信部は、さらに、前記光信号の位相をランダム化する
請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項７】
前記光送信部は、さらに、前記光信号の位相をランダム化し、
前記光信号の位相の前記ランダム化は、前記偏波分離・適応等化部のタップ長と同等以上の長周期で行われる
請求項１、２、４のいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項８】
前記光信号の位相の前記ランダム化は、クロック位相変調もしくは周波数変調のいずれか一つもしくは双方により行われる
請求項７に記載の光伝送装置。
【請求項９】
前記変調規則は前記直交偏波ごとに切り替えられる
請求項１から８までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１０】
前記光送信部は、
光源から入力される無変調光信号を位相変調する位相変調部と、
前記位相変調部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するデータ変調部と
を備える
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１１】
前記位相変調部は、１シンボル間で、π／４の位相切替を行う
請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１２】
前記光送信部は、
光源から入力される無変調光信号の位相をランダム化する光信号ランダム化部と、
前記光信号ランダム化部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するＸ偏波Ｉ／Ｑ変調部及びＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部と
を備える
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１３】
前記データ変調部は、前記直交偏波ごとに、シンボル単位でデータ変調の変調規則を周期的に切り替える
請求項１０または１１に記載の光伝送装置。
【請求項１４】
前記変調規則は、偏波、レーン、及び、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１５】
前記変調規則の切り替えタイミングは、偏波、レーン、及び、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１６】
前記変調規則は、階層構造を有し、階層ごとに複数の変調規則を有する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１７】
前記変調規則の切り替えタイミングが、前記階層に応じて個別に設定される
請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項１８】
前記データ変調部は、１系列の入力データに対して、差動符号化、データ複製、及び、反転制御を組み合わせて２系列の出力データを生成し、前記２系列のデータで直交位相変調する
請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１９】
光送信ステップと光受信ステップとを有する光伝送方法であって、
前記光送信ステップは、複数の変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して、送信光信号を生成し、
前記光受信ステップは、
外部から受信した受信光信号と局部発振光とを干渉させて前記受信光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波を行い、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離し、偏波分離後の前記電気信号の差動検波を行う
光伝送方法。
【請求項２０】
前記光送信ステップは、さらに、光信号位相をランダム化する
請求項１９に記載の光伝送方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月8日(2016.6.8)
【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】
光送信部と光受信部とを有する光伝送装置であって、
前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、
前記光受信部は、
受信した光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部と
を備え、
各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４の整数倍ずつ位相回転する、
光伝送装置。
【請求項２】
前記光受信部は、さらに、偏波分離・適応等化した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
光送信部を有する光伝送装置であって、
前記光送信部は、複数の変調規則を有し、それらの変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して送信し、
前記変調規則は前記直交偏波ごとに切り替えられる、
光伝送装置。
【請求項４】
周期的に切り替えられる複数の変調規則を用いて生成されて直交偏波に多重化された光信号を受信する光受信部を有する光伝送装置であって、
前記光受信部は、
受信した前記光信号と局部発振光とを干渉させて、前記光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波部と、
コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離する偏波分離・適応等化部と、
偏波分離した前記電気信号の差動検波を行う差動検波部と
を備えた
光伝送装置。
【請求項５】
各前記変調規則は、前記光信号を１シンボルごとにπ／４ずつ位相回転する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項６】
前記光送信部は、さらに、前記光信号の位相をランダム化する
請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項７】
前記光送信部は、さらに、前記光信号の位相をランダム化し、
前記光信号の位相の前記ランダム化は、前記偏波分離・適応等化部のタップ長と同等以上の長周期で行われる
請求項１、２、４のいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項８】
前記光信号の位相の前記ランダム化は、クロック位相変調もしくは周波数変調のいずれか一つもしくは双方により行われる
請求項７に記載の光伝送装置。
【請求項９】
前記変調規則は前記直交偏波ごとに切り替えられる
請求項１、２、４、５、７、８のいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１０】
前記光送信部は、
光源から入力される無変調光信号を位相変調する位相変調部と、
前記位相変調部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するデータ変調部と
を備える
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１１】
前記位相変調部は、１シンボル間で、π／４の位相切替を行う
請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１２】
前記光送信部は、
光源から入力される無変調光信号の位相をランダム化する光信号ランダム化部と、
前記光信号ランダム化部から入力される光信号を、外部から入力されるデータ系列を用いて、データ変調するＸ偏波Ｉ／Ｑ変調部及びＹ偏波Ｉ／Ｑ変調部と
を備える
請求項１から３までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１３】
前記データ変調部は、前記直交偏波ごとに、シンボル単位でデータ変調の変調規則を周期的に切り替える
請求項１０または１１に記載の光伝送装置。
【請求項１４】
前記変調規則は、偏波、レーン、及び、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１５】
前記変調規則の切り替えタイミングは、偏波、レーン、及び、フレームのいずれかもしくはすべてで個別に設定可能である
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１６】
前記変調規則は、階層構造を有し、階層ごとに複数の変調規則を有する
請求項１から４までのいずれか１項に記載の光伝送装置。
【請求項１７】
前記変調規則の切り替えタイミングが、前記階層に応じて個別に設定される
請求項１６に記載の光伝送装置。
【請求項１８】
前記データ変調部は、１系列の入力データに対して、差動符号化、データ複製、及び、反転制御を組み合わせて２系列の出力データを生成し、前記２系列のデータでＩ／Ｑ変調する
請求項１０に記載の光伝送装置。
【請求項１９】
光送信ステップと光受信ステップとを有する光伝送方法であって、
前記光送信ステップは、複数の変調規則を切り替えて光信号を生成し、当該光信号を直交偏波に多重化して、送信光信号を生成し、
前記光受信ステップは、
外部から受信した受信光信号と局部発振光とを干渉させて前記受信光信号を電気信号に変換するコヒーレント検波を行い、コヒーレント検波後の前記電気信号を偏波分離し、偏波分離後の前記電気信号の差動検波を行う
光伝送方法。
【請求項２０】
前記光送信ステップは、さらに、光信号位相をランダム化する
請求項１９に記載の光伝送方法。
【国際調査報告】
2014141536.tif 000017
2014141536.tif 000018
2014141536.tif 000019
2014141536.tif 000020