(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部の間で、複数の波長の光信号を波長多重した波長多重光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムにおいて、
前記送信部は、
複数Ｍ個の波長のサブキャリアを生成するレーザ光源と、
複数Ｎ個（Ｎ＜Ｍ）の送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を符号化処理して複数Ｍ個の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM を生成するときに、符号化空間内における各符号化信号の内積が０に最も近づく符号化行列を用いる符号化部と、
前記各波長のサブキャリアを前記各符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM のｘ偏波成分およびｙ偏波成分でそれぞれ偏波多重変調して各波長の偏波多重光信号を生成する偏波多重ベクトル変調器と、
前記各波長の偏波多重光信号を波長多重し、前記波長多重光信号として前記光ファイバ伝送路に送出する光合波器とを備え、
前記受信部は、
前記波長多重光信号を入力して前記各波長の偏波多重光信号を波長分離する光分波器と、
前記各波長の偏波多重光信号の搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を出力する局発光源と、
前記各波長の偏波多重光信号と、その搬送波光周波数と等しい光周波数の前記局発光を入力してコヒーレント検波を行うコヒーレント受信器と、
前記コヒーレント受信器から出力されるＭ個の電気信号を入力してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部とを備え、
前記デジタル信号処理部は、
前記コヒーレント受信器から出力される前記Ｍ個の電気信号をデジタル信号に変換するＭ個のＡ／Ｄ変換器と、
前記Ｍ個のデジタル信号に対して前記光ファイバ伝送路で発生した波長分散を起因とした光波形劣化を補償し、さらに波長分散を起因とした各サブキャリア間の伝搬遅延差を補償したＭ個の補償信号Ｅ1,Ｅ2,…, ＥM を出力するＭ個の波長分散・伝搬遅延差補償回路と、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるＭ個の補償信号Ｅ1,Ｅ2,…, ＥM を入力し、偏波分離、残留分散補償、偏波モード分散補償を含む適応等化処理を行い、さらにタップ更新アルゴリズムとしてＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用い、前記送信部で行った符号化に対応する復号化を行ってＮ個の波形等化信号Ｅ'1, Ｅ'2, …，Ｅ'Nを出力するＮ個の波形等化回路と、
前記波形等化回路から出力される前記波形等化信号Ｅ'1, Ｅ'2, …，Ｅ'Nから光信号の搬送波位相を推定し、さらに信号識別を行って前記Ｎ個の送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を出力する位相推定・識別回路と
を備えたことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
前記符号化部で用いる符号化行列は、前記符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM の内積が０に最も近づくＭ×Ｎ行列をＨMNとし、前記送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN および前記符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM は、
【数１】
0006400444.tif 000021
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
【数２】
0006400444.tif 000022
と表されることを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
【請求項３】
請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるＭ個の補償信号Ｅj は、偏波を基底とするベクトルを用いて
【数３】
0006400444.tif 000023
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈij (ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｍ) としたときに、前記波形等化回路から出力されるＮ個の波形等化信号Ｅ'i、そのｘ偏波成分Ｅ'ixおよびｙ偏波成分Ｅ'iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、
【数４】
0006400444.tif 000024
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対してＮ：（Ｍ−Ｎ）リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
【請求項４】
請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
Ｎ＝２、Ｍ＝３のときに、前記符号化部で用いる符号化行列Ｈ2 は、
【数５】
0006400444.tif 000025
と表され、前記送信信号Ｓ1,Ｓ2 および前記符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 は、
【数６】
0006400444.tif 000026
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
【数７】
0006400444.tif 000027
と表され、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力される補償信号Ｅj （ｊ＝１，２，３）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
【数８】
0006400444.tif 000028
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈij (ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，３) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'i、そのｘ偏波成分Ｅ'ixおよびｙ偏波成分Ｅ'iy（ｉ＝１，２）は、
【数９】
0006400444.tif 000029
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対して２：１リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
【請求項５】
請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
Ｎ＝３、Ｍ＝４のときに、前記符号化部で用いる符号化行列Ｈ3 は、
【数１０】
0006400444.tif 000030
と表され、前記送信信号Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3 および前記符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 は、
【数１１】
0006400444.tif 000031
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
【数１２】
0006400444.tif 000032
と表され、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるデジタル信号Ｅj （ｊ＝１，２，３，４）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
【数１３】
0006400444.tif 000033
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈij (ｉ＝１，２，３、ｊ＝１，２，３，４) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'i、そのｘ偏波成分Ｅ'ixおよびｙ偏波成分Ｅ'iy（ｉ＝１，２，３）は、
【数１４】
0006400444.tif 000034
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対して３：１リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
【請求項６】
請求項１に記載のマルチキャリア光伝送システムにおいて、
Ｍ＝Ｎ＋１のときに、前記符号化部で用いる符号化行列ＨN は、前記符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 が前記送信信号Ｓ1,Ｓ2,…，ＳN を基底とするＮ次元ベクトル空間において中心を原点とするＮ次元正Ｎ＋１胞体の頂点を指すベクトルであり、
前記送信信号Ｓ1,Ｓ2,…，ＳN および前記符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 は、
【数１５】
0006400444.tif 000035
と表され、また偏波を基底とするベクトルを用いて
【数１６】
0006400444.tif 000036
と表され、
前記波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるデジタル信号Ｅj （ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
【数１７】
0006400444.tif 000037
と表され、前記波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈij (ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１) としたときに、前記波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'i、そのｘ偏波成分Ｅ'ixおよびｙ偏波成分Ｅ'iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、
【数１８】
0006400444.tif 000038
と表され、前記各サブキャリアに起因した障害に対してＮ：１リストレーションを実現する構成である
ことを特徴とするマルチキャリア光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重光信号を複数の受信器を用いてコヒーレント検波し、デジタル信号処理により復調するマルチキャリア光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
データ通信需要の増大に伴い、大容量トラヒックの伝送を可能とする光信号変調技術や光信号多重技術を用いた光伝送ネットワークが普及しつつある。特に、１波当たりの伝送速度が 100Ｇbit/s 以上の超高速伝送システムにおいて、コヒーレント検波とデジタル信号処理技術を組み合わせたデジタルコヒーレント技術が広く用いられるようになってきた。
【０００３】
100 Ｇbit/s 級長距離光伝送システムにおける変復調方式として広く用いられているＤＰ−ＱＰＳＫ(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying) 方式では、４値の位相変調を用いることで64Ｇbit/s の光信号を生成し、さらに２つの偏波を多重することで 128Ｇbit/s の光信号を生成する。受信側では、信号光と同じ波長の局発光を用いてコヒーレント検波した信号を、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）を用いてデジタル化し、デジタル信号処理を施すことにより、伝送路の波長分散補償、偏波分散補償、偏波分離、位相推定等を行うことで、優れた伝送特性が実現されている。これらのＤＰ−ＱＰＳＫ光信号を波長多重することにより、ファイバ当たり数Ｔbit/s の伝送容量を持つ光伝送システムを実現することが可能となる。
【０００４】
さらなる大容量化のアプローチとして、複数のサブキャリア光信号を波長多重したマルチキャリア光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムが提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】G. Gavioli, et. al.,‘Investigation of the Impact of Ultra-Narrow Carrier Spacing on the Transmission of a 10-Carrier 1Tb/s Superchannel, ’ OFC/NFOEC 2010 OThD3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マルチキャリア光伝送システムでは、一般に複数のＬＤ（Laser diode ）光源を用いることで複数のサブキャリアを生成し、光変調器を介してそれぞれのサブキャリアに送信信号を重畳させることでマルチキャリア光信号を生成する。それぞれのサブキャリアには別々の信号が重畳されるため、ＬＤに障害が発生した場合は、そのＬＤが生成するサブキャリアに重畳された送信信号は失われてしまう。例えば10波のサブキャリアでマルチキャリア光信号を生成した場合、そのうちのひとつのＬＤに障害が発生すると、10波のうちの１波の送信信号が失われてしまうため、データの伝送容量は10％低減してしまう。
【０００７】
ここで、ＬＤに障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させる方法として、図１１に示すように、Ｎ＋１波目のサブキャリアにＬ波目のサブキャリアの送信信号ＳL を重畳する方法が考えられる。この方法では、Ｌ波目のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合においては、Ｌ波目の光信号の代わりにＮ＋１波目の光信号を受信することで、伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能である。しかし、Ｌ波目以外のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合においては、そのサブキャリアに重畳された送信信号を伝送する他のサブキャリアが存在しないため、そのサブキャリアで伝送しようとしていた送信信号は失われてしまうことになる。
【０００８】
本発明は、Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号を符号化してＭ波（Ｎ＜Ｍ）のサブキャリアに重畳し、各サブキャリアを生成する任意のＬＤに障害が発生した場合においても、データの伝送容量を低減することなく伝送可能なマルチキャリア光伝送システム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、光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部の間で、複数の波長の光信号を波長多重した波長多重光信号を伝送するマルチキャリア光伝送システムにおいて、送信部は、  複数Ｍ個の波長のサブキャリアを生成するレーザ光源と、複数Ｎ個（Ｎ＜Ｍ）の送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を符号化処理して複数Ｍ個の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM を生成するときに、符号化空間内における各符号化信号の内積が０に最も近づく符号化行列を用いる符号化部と、各波長のサブキャリアを各符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM のｘ偏波成分およびｙ偏波成分でそれぞれ偏波多重変調して各波長の偏波多重光信号を生成する偏波多重ベクトル変調器と、各波長の偏波多重光信号を波長多重し、波長多重光信号として光ファイバ伝送路に送出する光合波器とを備え、受信部は、波長多重光信号を入力して各波長の偏波多重光信号を波長分離する光分波器と、各波長の偏波多重光信号の搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を出力する局発光源と、各波長の偏波多重光信号と、その搬送波光周波数と等しい光周波数の局発光を入力してコヒーレント検波を行うコヒーレント受信器と、コヒーレント受信器から出力されるＭ個の電気信号を入力してデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部とを備える。
【００１０】
このデジタル信号処理部は、コヒーレント受信器から出力されるＭ個の電気信号をデジタル信号に変換するＭ個のＡ／Ｄ変換器と、Ｍ個のデジタル信号に対して光ファイバ伝送路で発生した波長分散を起因とした光波形劣化を補償し、さらに波長分散を起因とした各サブキャリア間の伝搬遅延差を補償したＭ個の補償信号Ｅ1,Ｅ2,…, ＥM を出力するＭ個の波長分散・伝搬遅延差補償回路と、波長分散・伝搬遅延差補償回路から出力されるＭ個の補償信号Ｅ1,Ｅ2,…, ＥM を入力し、偏波分離、残留分散補償、偏波モード分散補償を含む適応等化処理を行い、さらにタップ更新アルゴリズムとしてＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用い、送信部で行った符号化に対応する復号化を行ってＮ個の波形等化信号Ｅ'1, Ｅ'2, …，Ｅ'Nを出力するＮ個の波形等化回路と、波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'1, Ｅ'2, …，Ｅ'Nから光信号の搬送波位相を推定し、さらに信号識別を行ってＮ個の送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を出力する位相推定・識別回路とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を、符号化によりＭ波分（Ｎ＜Ｍ）の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣM に変換し、Ｍ波のサブキャリアに重畳する。受信側では、通常時にはＭ波分の受信信号から送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を復調し、任意のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合に、障害の発生しているサブキャリアを除いた受信信号から送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を復調することができ、伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す図である。
【図２】符号化空間（２次元ベクトル空間）を説明する図である。
【図３】本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例１の構成を示す図である。
【図４】実施例１におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す図である。
【図５】符号化信号Ｃ1 が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。
【図６】符号化信号Ｃ2 が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。
【図７】符号化信号Ｃ3 が断となった場合の復調信号のコンステレーションを示す図である。
【図８】符号化空間（３次元ベクトル空間）を説明する図である。
【図９】本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例４の構成を示す図である。
【図１０】実施例４におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す図である。
【図１１】従来のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの伝送原理を示す。
図１において、Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を、符号化によりＮ＋１波分の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣN+1 に変換し、Ｎ＋１波のサブキャリアに重畳する。この方法では、受信側では、通常時にはＮ＋１波分の受信信号から送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を復調する。任意のサブキャリアを生成するＬＤに障害が発生した場合においては、障害の発生しているサブキャリアを除いたＮ波分の受信信号から送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を復調することで、任意のＬＤに障害が発生した場合においても伝送容量を低減することなくマルチキャリア光信号を伝送させることが可能となる。
【００１４】
符号化を実現する方法としては、符号化行列を用いる方法がある。符号化行列Ｈは、送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN を符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣN+1 に変換する (Ｎ＋１) ×Ｎ行列であり、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣN+1 の内積が０に最も近づく任意の行列を用いることができる。このとき、送信信号Ｓ1,Ｓ2,…, ＳN 、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…, ＣN+1 、符号化行列Ｈの関係は以下の式で表すことができる。
【数３】
0006400444.tif 000002
【実施例１】
【００１５】
図３は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例１の構成を示す。
図３において、実施例１のマルチキャリア光伝送システムでは、本来２波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ1,Ｓ2 を、符号化により３波分の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 に変換し、３波のサブキャリアに、それぞれ符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 を重畳することを特徴とする。
【００１６】
送信部は、送信信号Ｓ1,Ｓ2 を符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 に変換する符号化部１１−１，１１−２と、３波分のサブキャリア（f1, f2, f3）を生成するＬＤ１２−１〜１２−３と、各サブキャリアを符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 に基づいて変調する偏波多重ベクトル変調器１３−１〜１３−３と、各サブキャリア光信号を波長多重する光合波器１４とにより構成される。
【００１７】
送信信号は偏波多重光信号であり、本来サブキャリア１のＸ偏波、Ｙ偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれＳ1x, Ｓ1yとし、本来サブキャリア２のＸ偏波、Ｙ偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれＳ2x，Ｓ2yとする。各送信信号は複素数で表現されるものとする。Ｘ偏波信号に対する符号化部１１−１では、送信信号Ｓ1x, Ｓ1yから符号化信号Ｃ1x, Ｃ2x, Ｃ3xを生成し、Ｙ偏波信号に対する符号化部１１−２では、送信信号Ｓ2x，Ｓ2yから符号化信号をＣ1y, Ｃ2y, Ｃ3yを生成する。符号化部１１−１，１１−２で用いられる符号化行列は任意の３×２行列でよいが、Ｃ1x, Ｃ2x, Ｃ3xならびにＣ1y, Ｃ2y, Ｃ3yの符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。
【００１８】
本実施例における符号化空間は、送信信号Ｓ1,Ｓ2 を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が０のときに各符号化信号は直交となる。図２に示すように、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 が中心を原点とする正三角形の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は０に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。図２に示すＣ1,Ｃ2,Ｃ3 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、図２に示すケースに限らず、中心を原点とする正三角形の頂点を指すＣ1,Ｃ2,Ｃ3 であればよい。以下では簡単のために、Ｃ1 ＝Ｓ1 の場合について考える。
【００１９】
上記のような符号化を実現する符号化行列Ｈ2 は、以下の式で表すことができる。
【数２】
0006400444.tif 000003
【００２０】
また、送信信号Ｓ1,Ｓ2 と符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 の関係は、以下の式で表される。
【数３】
0006400444.tif 000004
【００２１】
また、送信信号Ｓi （ｉ＝１，２）、符号化信号Ｃj （ｊ＝１，２，３）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。
【数４】
0006400444.tif 000005
【００２２】
受信部は、各サブキャリア信号を波長分離する光分波器２１、コヒーレント受信器２２−１〜２２−３、局発光源２３−１〜２３−３、デジタル信号処理部２４から構成される。光ファイバ伝送路を伝送した波長多重光信号は光分波器２１で分波され、それぞれのコヒーレント受信器２２−１〜２２−３によって受信される。各コヒーレント受信器２２−１〜２２−３には、そのコヒーレント受信器で受信する光信号のサブキャリア光周波数と同一の光周波数を有する局発光が局発光源２３−１〜２３−３から入力され、局発光の光周波数を基準としたベースバンド信号がデジタル信号処理部２４に送られる。
【００２３】
図４は、実施例１におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す。
図４において、デジタル信号処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−３、分散補償回路２−１〜２−３、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−３、波形等化回路４−１〜４−２、位相推定回路５−１〜５−２、識別回路６−１〜６−２から構成されている。
【００２４】
コヒーレント受信器２２−１〜２２−３からそれぞれ出力される信号は、直交する偏波状態に相当する複素信号から構成されており、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−３によってサンプリング周波数fsでデジタル信号に変換された後に、分散補償回路２−１〜２−３に入力される。ここで、サンプリング定理に基づき、サンプリング周波数fsは各チャネルの変調周波数の２倍よりも大きいものとする。各分散補償回路２−１〜２−３は、光ファイバ伝送路の総波長分散量に相当する分散補償を施し、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−３により、光ファイバ伝送路の波長分散に起因して生じた各サブキャリア間の伝搬遅延差が補償され、複素信号Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 が出力される。ここで、各分散補償回路が補償する分散量は、各コヒーレント受信器が受信する光信号のサブキャリア光周波数における総波長分散量の値を用いる。
【００２５】
こうして得られた複素信号Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 に対して、波形等化回路４−１〜４−２、位相推定回路５−１〜５−２、識別回路６−１〜６−２で次の処理を行う。ここで、複素信号Ｅi （ｊ＝１，２，３）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。
【数５】
0006400444.tif 000006
【００２６】
波形等化回路４−１〜４−２は、ＦＩＲフィルタから構成されており、偏波成分ごとの最尤推定によりＦＩＲフィルタの適応信号処理を行うことで、偏波分離、残留分散補償、偏波分散補償、そして、符号化された信号の復号化が実現される。ここで、適応信号処理に伴うＦＩＲフィルタのタップ更新アルゴリズムとしては、よく知られたＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用いることが可能である。各ＦＩＲフィルタのタップ係数を
ｈij (ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，３) とすると、波形等化回路４−１〜４−２からの出力信号Ｅ'iは以下の式で表される。ここで、ｈijは偏波を基底とする２×２行列である。
【数６】
0006400444.tif 000007
【００２７】
波形等化回路４−１〜４−２からの出力は、位相推定回路５−１〜５−２、識別回路６−１〜６−２で処理されることにより、各チャネルの送信信号Ｓ1(Ｓ1x, Ｓ1y），Ｓ2(Ｓ2x, Ｓ2y）を復元する。ここで、例えばサブキャリア１を生成するＬＤに障害が発生した場合であっても、上記処理によりＥ2,Ｅ3 のみからＥ'1，Ｅ'2を復元することが可能であり、結果として送信信号Ｓ1(Ｓ1x, Ｓ1y），Ｓ2(Ｓ2x, Ｓ2y）が得られる。これは、本実施例は、ＬＤに対して２：１のリストレーションを実現することを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。
【００２８】
図５〜図７に、本実施例に基づく処理によって得られる復調信号のコンステレーションを示す。図に示す通り、ＬＤ故障等で符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3 のうちどれか１つが断になったとしても、残りの２つの信号から送信信号Ｓ1(Ｓ1x, Ｓ1y），Ｓ2(Ｓ2x, Ｓ2y）が適切に復調できていることが確認できる。
【実施例２】
【００２９】
実施例２のマルチキャリア光伝送システムでは、実施例１と同様の構成により、本来３波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3 を、符号化により４波分の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 に変換し、４波のサブキャリア（f1, f2, f3，f4）に、それぞれ符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 を重畳する。
【００３０】
符号化部で用いられる符号化行列は任意の４×３行列でよいが、Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 の符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。本実施例における符号化空間は、送信信号Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3 を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が０のときに各符号化信号は直交となる。図８に示すように、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 が中心を原点とする正四面体の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は０に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。図８に示すＣ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、図８に示しているケースに限らず、中心を原点とする正四面体の頂点を指すＣ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 であればよい。以下では簡単のために、Ｃ1 ＝ (Ｓ1＋Ｓ2＋Ｓ3)／√3 の場合について考える。  
【００３１】
上記のような符号化を実現する符号化行列Ｈ3 は、以下の式で表すことができる。
【数７】
0006400444.tif 000008
【００３２】
また、送信信号Ｓ1,Ｓ2,Ｓ3 と符号化信号Ｃ1,Ｃ2,Ｃ3,Ｃ4 の関係は、以下の式で表される。
【数８】
0006400444.tif 000009
【００３３】
また、送信信号Ｓi （ｉ＝１，２，３）、符号化信号Ｃj （ｊ＝１，２，３，４）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。
【数９】
0006400444.tif 000010
【００３４】
本実施例の受信部の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。ただし、伝搬遅延差補償回路から出力される複素信号Ｅj(ｊ＝１，２，３，４）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
【数１０】
0006400444.tif 000011
と表される。
【００３５】
波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈij (ｉ＝１，２，３、ｊ＝１，２，３，４) としたときに、波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'i、そのｘ偏波成分Ｅ'ixおよびｙ偏波成分Ｅ'iy（ｉ＝１，２，３）は、
【数１１】
0006400444.tif 000012
と表される。
【００３６】
したがって、本実施例は、ＬＤに対して３：１のリストレーション構成になっていることを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。
【実施例３】
【００３７】
実施例３のマルチキャリア光伝送システムでは、実施例１および実施例２と同様の構成により、本来Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ1,Ｓ2,…，ＳN を、符号化によりＮ＋１波分の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 に変換し、Ｎ＋１波のサブキャリア（f1, f2, …，fN+1）に、それぞれ符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 を重畳する。
【００３８】
符号化部で用いられる符号化行列は任意の（Ｎ＋１）×Ｎ行列でよいが、Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 の符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列を用いるのがよい。本実施例における符号化空間は、送信信号Ｓ1,Ｓ2,…，ＳN を基底とするベクトル空間で表すことができる。このベクトル空間において、符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 の直交性は各符号化信号の内積で表すことができ、内積が０のときに各符号化信号は直交となる。符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 が中心を原点とするＮ次元正Ｎ＋１胞体の頂点を指すとき、符号化信号間の内積は０に最も近づく。すなわち、直交に近い状態が実現される。Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 の関係は符号化空間の原点に対して点対称であるため、中心を原点とするＮ次元正Ｎ＋１胞体の頂点を指すＣ1,Ｃ2,…，ＣN+1 であれば、どのようなＣ1,Ｃ2,…，ＣN+1 であっても、最大の直交性が実現される。以下では、上記のような符号化を実現する符号化行列をＨN とする。
【００３９】
送信信号Ｓ1,Ｓ2,…，ＳN と符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣN+1 の関係は、以下の式で表される。
【数１２】
0006400444.tif 000013
【００４０】
また、送信信号Ｓi （ｉ＝１，２，…，Ｎ）、符号化信号Ｃj （ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。
【数１３】
0006400444.tif 000014
【００４１】
本実施例の受信部の構成については実施例１および実施例２と同様であるので説明を省略する。ただし、伝搬遅延差補償回路から出力される複素信号Ｅj   ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１）は、偏波を基底とするベクトルを用いて
【数１４】
0006400444.tif 000015
と表される。
【００４２】
波形等化回路における等化フィルタのタップ係数ｈij (ｉ＝１，２，…，Ｎ、ｊ＝１，２，…，Ｎ＋１) としたときに、波形等化回路から出力される波形等化信号Ｅ'i、そのｘ偏波成分Ｅ'ixおよびｙ偏波成分Ｅ'iy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は、
【数１５】
0006400444.tif 000016
と表される。
【００４３】
したがって、本実施例は、ＬＤに対してＮ：１のリストレーション構成になっていることを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。
【実施例４】
【００４４】
図９は、本発明のマルチキャリア光伝送システムの実施例４の構成を示す。
図９において、マルチキャリア光伝送システムでは、実施例１〜実施例３と同様の構成により、本来Ｎ波のサブキャリアに重畳されるべき送信信号Ｓ1,Ｓ2,…，ＳN を、符号化によりＭ（Ｍ＞Ｎ）波分の符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣM に変換し、Ｍ波のサブキャリア（f1, f2, …，fM）に、それぞれ符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣM を重畳する。なお、実施例１はＮ＝２、Ｍ＝３の場合であり、実施例２はＮ＝３、Ｍ＝４の場合であり、実施例３はＭ＝Ｎ＋１の場合である。
【００４５】
送信部は、送信信号Ｓ1,Ｓ2 …，ＳN を符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣM に変換する符号化部１１−１，１１−２と、Ｍ波分のサブキャリア（f1, f2, …，fM）を生成するＬＤ１２−１〜１２−Ｍと、各サブキャリアを符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣM に基づいて変調する偏波多重ベクトル変調器１３−１〜１３−Ｍと、各サブキャリア光信号を波長多重する光合波器１４とにより構成される。
【００４６】
送信信号は偏波多重光信号であり、本来サブキャリアｎのＸ偏波、Ｙ偏波に重畳されるべき送信信号をそれぞれＳix, Ｓiy（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とする。各送信信号は複素数で表現されるものとする。Ｘ偏波信号に対する符号化部１１−１では、送信信号Ｓixから符号化信号Ｃjx（ｊ＝１，２，…，Ｍ）を生成し、Ｙ偏波信号に対する符号化部１１−２では、送信信号Ｓiyから符号化信号をＣjyを生成する。符号化部１１−１，１１−２で用いられる符号化行列は任意のＭ×Ｎ行列でよいが、ＣjxならびにＣjyの符号間干渉を最小化するためには、符号化空間内における各符号化信号の関係が可能な限り直交に近くなるような符号化行列ＨMNを用いるのがよい。
【００４７】
送信信号Ｓ1,Ｓ2 …，ＳN と符号化信号Ｃ1,Ｃ2,…，ＣM の関係は、以下の式で表される。
【数１６】
0006400444.tif 000017
【００４８】
また、送信信号Ｓi （ｉ＝１，２，…，Ｎ）、符号化信号Ｃj （ｊ＝１，２，…，Ｍ）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。
【数１７】
0006400444.tif 000018
【００４９】
受信部は、各サブキャリア信号を波長分離する光分波器２１、コヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍ、局発光源２３−１〜２３−Ｍ、デジタル信号処理部２４から構成される。光ファイバ伝送路を伝送した波長多重光信号は光分波器２１で分波され、それぞれのコヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍによって受信される。各コヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍには、そのコヒーレント受信器で受信する光信号のサブキャリア光周波数と同一の光周波数を有する局発光が局発光源２３−１〜２３−Ｍから入力され、局発光の光周波数を基準としたベースバンド信号がデジタル信号処理部２４に送られる。
【００５０】
図１０は、実施例４におけるデジタル信号処理部２４の構成例を示す。
図１０において、デジタル信号処理部２４は、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−Ｍ、分散補償回路２−１〜２−Ｍ、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−Ｍ、波形等化回路４−１〜４−Ｎ、位相推定回路５−１〜５−Ｎ、識別回路６−１〜６−Ｎから構成されている。
【００５１】
コヒーレント受信器２２−１〜２２−Ｍからそれぞれ出力される信号は、直交する偏波状態に相当する複素信号から構成されており、Ａ／Ｄ変換器１−１〜１−Ｍによってサンプリング周波数fsでデジタル信号に変換された後に、分散補償回路２−１〜２−Ｍに入力される。ここで、サンプリング定理に基づき、サンプリング周波数fsは各チャンネルの変調周波数の２倍よりも大きいものとする。各分散補償回路２−１〜２−Ｍは、光ファイバ伝送路の総波長分散量に相当する分散補償を施し、伝搬遅延差補償回路３−１〜３−Ｍにより、光ファイバ伝送路の波長分散に起因して生じた各サブキャリア間の伝搬遅延差が補償され、複素信号Ｅ1 〜ＥM が出力される。ここで、各分散補償回路が補償する分散量は、各コヒーレント受信器が受信する光信号のサブキャリア光周波数における総波長分散量の値を用いる。
【００５２】
こうして得られた複素信号Ｅ1 〜ＥM に対して、波形等化回路４−１〜４−Ｎ、位相推定回路５−１〜５−Ｎ、識別回路６−１〜６−Ｎで次の処理を行う。ここで、複素信号Ｅj(ｊ＝１，２，…，Ｍ）は、偏波を基底とするベクトルを用いて以下の式で表される。
【数１８】
0006400444.tif 000019
【００５３】
波形等化回路４−１〜４−Ｎは、ＦＩＲフィルタから構成されており、偏波成分ごとの最尤推定によりＦＩＲフィルタの適応信号処理を行うことで、偏波分離、残留分散補償、偏波分散補償、そして、符号化された信号の復号化が実現される。ここで、適応信号処理に伴うＦＩＲフィルタのタップ更新アルゴリズムとしては、よく知られたＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）を用いることが可能である。各ＦＩＲフィルタのタップ係数を
ｈij (ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｍ) とすると、波形等化回路４−１〜４−Ｎからの出力信号Ｅ'i（ｉ＝１，２，…，Ｎ）は以下の式で表される。ここで、ｈijは偏波を基底とする２×２行列である。
【数１９】
0006400444.tif 000020
【００５４】
波形等化回路４−１〜４−Ｎからの出力は、位相推定回路５−１〜５−Ｎ、識別回路６−１〜６−Ｎで処理されることにより、各チャネルの送信信号Ｓ1(Ｓ1x, Ｓ1y）〜ＳN ( ＳNx, ＳNy）を復元する。ここで、各サブキャリアを生成するＭ台のＬＤのうちＭ−Ｎ台のＬＤに障害が発生した場合であっても、上記処理により受信可能な残りの信号のみからＥ'1〜Ｅ' N を復元することが可能であり、結果として送信信号Ｓ1(Ｓ1x, Ｓ1y）〜ＳN （ＳNx, ＳNy）が得られる。これは、本実施例がＬＤに対してＮ：（Ｍ−Ｎ）のリストレーションを実現することを意味している。ここで、リストレーション対象となる障害はＬＤのみではなく、変調器や、伝送路中の波長に依存する障害など、サブキャリアに対する障害全般となっている。
【符号の説明】
【００５５】
１    Ａ／Ｄ変換器
２    分散補償回路
３    伝搬遅延差補償回路
４    波形等化回路
５    位相推定回路
６    識別回路
１１  符号化部
１２  ＬＤ光源
１３  偏波多重ベクトル変調器
１４  光合波器
２１  光分波器
２２  コヒーレント受信器
２３  局発光源
２４  デジタル信号処理部
【図１】
0006400444.tif 000039
【図２】
0006400444.tif 000040
【図３】
0006400444.tif 000041
【図４】
0006400444.tif 000042
【図５】
0006400444.tif 000043
【図６】
0006400444.tif 000044
【図７】
0006400444.tif 000045
【図８】
0006400444.tif 000046
【図９】
0006400444.tif 000047
【図１０】
0006400444.tif 000048
【図１１】
0006400444.tif 000049