(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信する光送信器と、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光受信器と、を備えた光伝送システムであって、
前記光送信器は、
予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する送信信号処理回路と、
光源と、
前記送信信号処理回路から出力される各送信信号に従って、前記光源からの出力光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する光変調部と、
前記光変調部で生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える特性平均化部と、を備え、
前記光受信器は、前記特性平均化部で与えられる光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を行う構成とし、
前記特性平均化部は、前記送信信号処理回路において前記複数の送信信号を生成する際に、前記各伝送チャネル間の特性のばらつきに応じて、各伝送チャネルに割り当てる送信データを入れ替えることで、各伝送チャネル間の特性のばらつきを平均化する構成とし、
前記光受信器は、
前記伝送路を伝播した前記光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、
前記光受信部から出力される受信信号について、前記特性平均化部における各伝送チャネルへの送信データの割当に対応させて受信データの引当を行い、該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する受信信号処理回路と、を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信する光送信器と、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光受信器と、を備えた光伝送システムであって、
前記光送信器は、
予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する送信信号処理回路と、
光源と、
前記送信信号処理回路から出力される各送信信号に従って、前記光源からの出力光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する光変調部と、
前記光変調部で生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える特性平均化部と、を備え、
前記光受信器は、前記特性平均化部で与えられる光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を行う構成とし、
前記光送信器から前記伝送路に送信される光信号は、少なくとも偏波多重方式を用いた光信号であり、
前記特性平均化部は、前記送信信号処理回路において前記複数の送信信号を生成する際に、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信を行うためのプリコーディング処理を施すことで、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間の特性のばらつきを平均化する構成とし、
前記光受信器は、
前記伝送路を伝播した前記光信号を、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信する偏波間差動受信部と、
前記偏波間差動受信部から出力される受信信号について誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する受信信号処理回路と、を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信し、該伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光伝送方法であって、
予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する過程と、
該生成された各送信信号に従って光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する過程と、
該生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える過程と、
該光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正処理を行う過程と、を含み、
前記変化を与える過程は、前記複数の送信信号を生成する際に、前記各伝送チャネル間の特性のばらつきに応じて、各伝送チャネルに割り当てる送信データを入れ替えることで、各伝送チャネル間の特性のばらつきを平均化し、
前記誤り訂正処理を行う過程は、
前記伝送路を伝播した前記光信号を受信して電気信号に変換し、
前記変換した受信信号について、前記変化を与える過程における各伝送チャネルへの送信データの割当に対応させて受信データの引当を行い、該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する、ことを特徴とする光伝送方法。
【請求項４】
１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信し、該伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光伝送方法であって、
予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する過程と、
該生成された各送信信号に従って光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する過程と、
該生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える過程と、
該光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正処理を行う過程と、を含み、
前記光送信器から前記伝送路に送信される光信号は、少なくとも偏波多重方式を用いた光信号であり、
前記変化を与える過程は、前記複数の送信信号を生成する際に、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信を行うためのプリコーディング処理を施すことで、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間の特性のばらつきを平均化し、
前記誤り訂正処理を行う過程は、
前記伝送路を伝播した前記光信号を、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信し、
前記差動受信した受信信号について誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する、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、１符号（１シンボル時間）に複数のビットの情報を伝達可能な光信号を用いた光伝送システムおよび光伝送方法に関し、特に、光信号の変調方式や多重化方式などに起因して発生する受信信号の誤りを補償若しくは訂正して良好な伝送特性を実現するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のインターネットの普及に伴い、４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ（ギガビット毎秒）以上の伝送容量を有する基幹系光通信システムへの要求が高まっている。その実現手段として、１０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ以下の従来の光通信システムで適用されてきたＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式と比べて、周波数利用効率、光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）耐力および非線形性耐力などが優れている様々な光変調方式の採用が模索されている。このような流れの中で、１シンボル時間で多ビットの情報を伝送する方式が注目されている。例えば、４相位相変調（Quadrature Phase Shift Keying：ＱＰＳＫ）と偏波多重とを組み合わせた４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃや１００Ｇｂｉｔ／ｓｅｃの光伝送システムが活発に議論されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００３】
ところで、多値変調方式、偏波多重伝送方式またはデジタルコヒーレント受信方式を用いた光伝送システムでは、光送信器の動作点の変化、局部発振光の初期位相、信号光および局部発振光の位相変動などの要因により、送信した信号の論理が受信時にビット毎で反転する場合がある。また、上記要因に加えて受信時の偏波の入れ替わりにより、受信ビットの順番が入れ替わる、ビットスワップと呼ばれる現象が発生する可能性もある。
【０００４】
例えば、図１７に示すようなＱＰＳＫおよび偏波多重を組み合わせたデジタルコヒーレント受信方式の光伝送システムにおいては、図１８に示すようなパターンで論理反転およびビットスワップが動的に発生する可能性が考えられる。具体的に説明すると、この光伝送システムでは、光送信器１１００の光源１１０２で発生した光が偏波分離器１１０３で直交する偏波成分に分離され、Ｘ偏波およびＹ偏波の各光が更に２分岐されて位相変調器１１０４にそれぞれ与えられる。各位相変調器１１０４に入力された光は、送信信号処理回路１１０１で処理された送信信号に従って位相変調され、さらに各偏波に対応した１組の光のうちの一方の位相が位相シフタ１１０５でπ／２シフトされた後、偏波合成器１１０６で各々の光が合成される。これにより４ビット符号化された光信号が光送信器１１００から伝送路１２００を介して光受信器１３００まで伝送される。光受信器１３００では、伝送路１２００からの光信号と局部発振光源１３０１から出力される局部発振光とが偏波ダイバシティ９０°ハイブリッド回路１３０２に与えられ、該回路１３０２の出力光が光検出器１３０３で電気信号に変換される。そして、当該受信信号がＡＤコンバータ１３０４でＡＤ変換された後に、デジタル信号処理回路１３０５および受信信号処理回路１３０６に与えられることで、４ビット符号復調処理が行われる。これにより、１シンボル時間で４ビット（１６値）の情報が光送信器１１００および光受信器１３００の間で伝送される。なお、図１７では、光送信器１１００で符号化処理される４ビットの送信データをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、光受信器１３００で復調処理された４ビットの受信データをＡ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’としている。
【０００５】
上記のような光伝送システムでは、光送信器１１００内の位相変調器１１０４のバイアス点、偏波分離器１１０３と偏波合成器１１０６の間における光路長差、伝送路１２００での偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：ＰＭＤ）、非線形位相雑音、光受信器１３００内での偏波間光路長差、または、局部発振光源１３０１の位相変動が要因となって、図１８の上段に示すような１６パターンの論理反転が動的に発生する可能性がある。また、局部発振光源１３０１の位相変動、受信時の偏波チャネル（Ｘ偏波、Ｙ偏波）の入れ替わり、または、非線形位相雑音が要因となって、図１８の下段に示すような８パターンのビットスワップが動的に発生する可能性がある。
【０００６】
なお、ここでは特に図示しないが、差動４相位相変調（Differential Quadrature Phase Shift Keying：ＤＱＰＳＫ）および偏波多重を組み合わせた、デジタルコヒーレント受信方式または直接検波方式の光伝送システムにおいては、差動受信が行われることにより動的な論理反転は発生せず、論理反転のパターン数は減少する。また、送信側の位相変調器のバイアス、または、偏波チャネルの入れ替わりが要因となって、上記図１８の下段に示した場合と同様の８パターンのビットスワップが、動的ではないが発生する可能性がある。
【０００７】
上記のような論理反転およびビットスワップに対して受信データのビット誤りを回避するためには、光受信器において高速な論理反転制御および多重化タイミング（ビットスワップ）制御を行う必要がある。当該制御に関する従来技術の一例としては、直接検波を用いたＤＱＰＳＫ方式について、フレーム同期検出を利用して論理反転およびビットスワップの制御を行う方法などが公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２７０９０９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】C.Laperle et al., "Wavelength Division Multiplexing (WDM) and Polarization Mode Dispersion (PMD) Performance of a Coherent 40Gbit/s Dual-Polarization Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK) Transceiver", OFC'07, PDP16, 2007.
【非特許文献２】H. Masuda et al., "20.4-Tb/s (204 x 111 Gb/s) Transmission over 240 km using Bandwidth-Maximized Hybrid Raman/EDFAs", OFC'07, PDP20, 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のようなフレーム同期検出を利用した従来の制御技術は、１シンボル時間で２ビット（４値）の情報を伝送する場合に発生する論理反転およびビットスワップの制御には有効であるが、前述した４相位相変調（ＱＰＳＫ）と偏波多重とを組み合わせた光伝送システムのように、１シンボル時間で２ビットより多い情報を伝送する場合に発生する論理反転やビットスワップには対応できない。また、直接検波した受信信号のフレーム同期可否により論理反転を検出する方法であるため、コヒーレント受信方式を用いた光伝送システムへの適用も難しいという課題がある。
【００１１】
また、上記のフレーム同期検出を利用した従来の制御技術を適用するか否かにかかわらず、多値変調方式を用いるなどして１シンボル時間で多ビットの情報を伝送する場合、伝送チャネル間で特性のばらつきが発生する可能性があり、特に、偏波多重方式を組み合わせて伝送容量の拡大を図った場合には、Ｘ偏波で伝送されるチャネルとＹ偏波で伝送されるチャネルとの特性のばらつきがより大きくなることが懸念される。このようなチャネル間の特性ばらつきは、例えば、公知の誤り訂正符号を用いて受信信号の誤り訂正処理を行う場合に、誤り訂正性能を劣化させる原因になるという問題がある。すなわち、誤り訂正符号を用いた誤り訂正処理はランダム誤りを想定した技術であるため、チャネル間の特性ばらつきは受信信号の誤りのランダム性を低下させることになり、誤り訂正性能の劣化を招いてしまうのである。
【００１２】
図１９は、チャネル間の特性ばらつきの有無に応じて、誤り訂正前後のビットエラーレート（ＢＥＲ）特性を表した一例である。ただし、横軸は、誤り訂正前の全チャネルについてのＢＥＲの平均値（ＩｎｐｕｔＢＥＲ）を表し、縦軸は、誤り訂正後の全チャネルについてのＢＥＲの平均値（ＯｕｔｐｕｔＢＥＲ）を表している。図１９より、受信信号の各チャネル間に特性のばらつきがあってランダムエラーにならない場合、ＩｎｐｕｔＢＥＲに対するＯｕｔｐｕｔＢＥＲの改善量、すなわち、コーディングゲイン（coding gain）の劣化が生じていることが分かる。
【００１３】
ここで、上記のようなチャネル間の特性ばらつきが発生する原因について詳しく説明する。
例えば偏波多重方式でチャネル間の特性ばらつきが発生する最大の原因は、伝送路および光デバイスの偏波依存性損失（Polarization Dependent Loss：ＰＤＬ）である。図２０の上段に例示するような光伝送システムにおいて、図２０の中段に示すようなＰＤＬがある場合、各中継スパンの光増幅器２００１の出力では、伝送路２００２に送出する光信号のパワーが一定に制御されるが、伝送路２００２のＰＤＬにより、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間にパワー差が発生し、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの平均パワー（Ａｖｅ）は各々の中継スパンで一定になるものの、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル間のパワー差は中継スパン数が増えるのに伴って徐々に大きくなっていく。このため、図２０の下段に示すように、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル間のＯＳＮＲの差も徐々に増大し、その結果、異なる偏波チャネル間で特性のばらつきが発生する。
【００１４】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能な光信号を送受信する際に、該光信号の変調方式や多重化方式などに起因して発生する受信データの誤りを確実に補償若しくは訂正して、良好な伝送特性を実現することのできる光伝送システムおよ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】
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明による光伝送システムの一態様は、１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信する光送信器と、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光受信器と、を備えた光伝送システムであって、前記光送信器は、予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する送信信号処理回路と、光源と、前記送信信号処理回路から出力される各送信信号に従って、前記光源からの出力光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する光変調部と、前記光変調部で生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える特性平均化部と、を備える。また、前記光受信器は、前記特性平均化部で与えられる光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を行う構成とする。
【００１６】
また、本発明による光伝送方法の一態様は、１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信し、該伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光伝送方法であって、予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する過程と、該生成された各送信信号に従って光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する過程と、該生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える過程と、該光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を行う過程と、を含む方法である。
【００１７】
上記のような光伝送システムおよび光伝送方法では、複数の伝送チャネルが多重化された光信号を伝送路に送信する際に該送信光の状態に変化を与えることで、伝送路の伝播時に発生する各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるようにし、受信側では、送信時に与えられた状態の変化に対応させて光信号が受信され、誤りのランダム性が保たれた受信信号についての誤り訂正処理等が行われる。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように本光伝送システムおよび本光伝送方法によれば、１シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能な光信号を伝送路に送信する際に、送信光の状態に変化を与えて各伝送チャネル間の特性のばらつきを平均化することによって、光信号の変調方式や多重化方式などに起因して発生する受信データの誤りを確実に補償若しくは訂正することができるようになるため、良好な伝送特性を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に関連する光伝送システムの一例の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光伝送システムにおけるビットスワップ論理反転制御部での処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１の光伝送システムにおけるビットスワップ論理反転制御部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図３のビットスワップ検出回路の具体例を示す回路図である。
【図５】図３のビットスワップ補償回路の具体例を示す回路図である。
【図６】図３の論理反転検出回路および論理反転補償回路の具体例を示す回路図である。
【図７】本発明に関連する光伝送システムの他の例の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の光伝送システムにおける送信データ構造の一例を示す図である。
【図９】本発明による光伝送システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１０】上記第１実施形態におけるデータ割当部の構成例を示す図である。
【図１１】上記第１実施形態における送信信号処理回路の動作を説明する図である。
【図１２】上記第１実施形態における誤り訂正デコーディング部の動作を説明する図である。
【図１３】本発明による光伝送システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１４】上記第２実施形態におけるプリコーディング部の構成例を示す図である。
【図１５】上記第２実施形態における偏波間差動受信部の構成例を示す図である。
【図１６】本発明による光伝送システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１７】従来の光伝送システムの構成例を示すブロック図である。
【図１８】図１７のシステムで発生する論理反転およびビットスワップのパターンを示す図である。
【図１９】従来の光伝送システムにおけるチャネル間の特性ばらつきに起因した誤り訂正性能の劣化の様子を説明するための図である。
【図２０】偏波多重方式においてチャネル間の特性ばらつきが発生する原因を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明に関連する光伝送システムの一例の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す光伝送システムは、例えば、多値変調方式と偏波多重方式を組み合わせることにより、１シンボル時間で４ビット（１６値）以上の情報を伝送することが可能なシステムについて、上述したような論理反転およびビットスワップの発生を、送信側で付与した所定の検出用ビットを用いて受信側にて検出し、該検出結果に応じて論理反転およびビットスワップの補償を行うようにしたものである。図１の構成例では、送信信号処理回路１１、光源（ＬＤ）１２および光変調部１３を備えた光送信器１０と、光受信部３１および受信信号処理回路３２を備えた光受信器３０とが、伝送路２０を介して互いに接続されており、送信信号処理回路１１が上記検出用ビットを送信信号に付与する機能を具備し、受信信号処理回路３２が受信信号に含まれる検出用ビットを用いて論理反転およびビットスワップを検出し補償する機能を具備している。
【００２２】
具体的に、光送信器１０内の送信信号処理回路１１は、図１の上部に拡大して例示しているように、パラレル変換部１１１、フレームエンコーディング部１１２、誤り訂正エンコーディング部１１３、スクランブル部１１４、検出用ビット付与部１１５およびＮ：Ｍ多重部１１６を有している。
【００２３】
パラレル変換部１１１は、外部等から入力される送信情報を示すシリアルデータをＮビットのパラレルデータに変換して出力する。フレームエンコーディング部１１２は、パラレル変換部１１１から出力される各データ列を公知のフレームフォーマットに従ってエンコーディングする。誤り訂正エンコーディング部１１３は、フレームエンコーディングされた各信号に対して所要の誤り訂正符号を付加する。スクランブル部１１４は、誤り訂正エンコーディング部１１３から出力される各信号を、ユーザに固有に割り当てられるスクランブリングコードでスクランブルして出力する。
【００２４】
検出用ビット付与部１１５は、スクランブル部１１４からの各出力信号に対して、１シンボル時間に伝送するビット数に応じて設定した特定のパターンを有する検出用ビットを付与する。なお、上記検出用ビットのパターンについては後で詳しく説明する。
【００２５】
Ｎ：Ｍ多重部１１６は、検出用ビット付与部１１５から出力されるＮビットのパラレル信号を多重化することにより、Ｍチャネル（Ｍ＜Ｎ）の送信信号を生成する。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓｅｃ高速光通信用インターフェース回路の標準化規格となるＯＩＦ（Optical Internetworking Forum）で規定されているＳＦＩ（Serdes Framer Interface）−５準拠のインターフェースの場合には、Ｎ＝１６，Ｍ＝４とすればよい。ただし、本発明におけるＭ，Ｎの値は上記の具体例に限定されるものではない。Ｎ：Ｍ多重部１１６で多重化された各送信信号は、光変調部１３に与えられる。
【００２６】
なお、上記の送信信号処理回路１１の構成例では、検出用ビット付与部１１５がＮ：Ｍ多重部１１６の前段に設けられているが、Ｎ：Ｍ多重部１１６の後段に検出用ビット付与部１１５を配置するようにしてもよい。
【００２７】
光変調部１３は、光源１２から出力される光を偏波分離した後に、送信信号処理回路１１からの各送信信号に従って変調して偏波合成することにより、多値変調と偏波多重を組み合わせた光信号を生成し、該光信号を伝送路２０に送信する。この光変調部１３の具体例としては、ＱＰＳＫおよび偏波多重を組み合わせた光信号を伝送路２０に送信する場合を想定すると、上述の図１７に示した光送信器１１００内の偏波分離器１１０３、位相変調器１１０４、位相シフタ１１０５および偏波合成器１１０６と同様の構成を用いることができる。ただし、光変調部１３の構成は、上記の具体例に限定されるものではなく、送信する光信号の方式に対応した公知の構成を適用することが可能である。
【００２８】
光受信器３０の光受信部３１は、伝送路２０を伝播した光信号を受信して電気信号に変換するものであり、ここではコヒーレント受信方式を適用したもの、または、直接検波方式を適用したもののいずれであってもよい。
【００２９】
受信信号処理回路３２は、例えば図１の下部に拡大して示しているように、Ｍ：Ｎ分離部３２１、ビットスワップ論理反転制御部３２２、デスクランブル部３２３、誤り訂正デコーディング部３２４、フレームデコーディング部３２５およびシリアル変換部３２６を有している。
【００３０】
Ｍ：Ｎ分離部３２１は、光受信部３１から出力されるＭチャネル（図１の例ではＡ〜Ｄの４チャネル）の受信信号を、Ｎビット（例えば、前述したＳＦＩ−５準拠の場合にはＭ＝１６）のパラレル信号に分離して出力する。ビットスワップ論理反転制御部３２２は、Ｍ：Ｎ分離部３２１からの各出力信号について、送信側で付与された検出用ビットを利用してビットスワップおよび論理反転の発生状態を検出し、該検出結果に応じてビットスワップおよび論理反転の補償を行うものである。なお、ビットスワップ論理反転制御部３２２は、Ｍ：Ｎ分離部３２１の前段に配置することも可能であり、受信信号処理回路３２内で行ってもよい。上記ビットスワップおよび論理反転の検出方法と補償方法とについては後で詳しく説明する。
【００３１】
デスクランブル部３２３は、ビットスワップ論理反転制御部３２２から出力される各信号について、送信側で用いたスクランブリングコードに従いデスクランブル処理を実行して出力する。誤り訂正デコーディング部３２４は、デスクランブル部３２３から出力される各信号に含まれる誤り訂正符号を利用して誤り訂正処理を実行する。フレームデコーディング部３２５は、誤り訂正デコーディング部３２４から出力される各信号を送信側に対応したフレームフォーマットに従ってデコーディングする。シリアル変換部３２６は、フレームデコーディング部３２５から出力されるＮビットのパラレルデータをシリアルデータに変換し、受信情報として外部等に出力する。
【００３２】
ここで、送信側で付与される検出用ビットのパターンについて、例えば、前述したＱＰＳＫおよび偏波多重を組み合わせた光信号を伝送するときのように、１シンボル時間で４ビットの情報を伝送する場合を想定して詳しく説明する。
【００３３】
１シンボル時間で４ビットの情報を伝送する場合、論理反転およびビットスワップを検出するための検出用ビットは、１６個のビット列（Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ａ３Ｂ３Ｃ３Ｄ３Ａ４Ｂ４Ｃ４Ｄ４）で表記され、その１６ビットのパターンは、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４をＡチャネル、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４をＢチャネル、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４をＣチャネル、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４をＤチャネルとして、各チャネルの１番目と２番目の排他的論理和と、３番目と４番目の排他的論理和とを演算した２ビットの値が、各々のチャネルで互いに異なる値となることを第１の要件とする。また、先頭のＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１が同符号であることを第２の要件とする。ただし、第２の要件については、後述するように論理反転およびビットスワップを検出する順序によっては必須とならない場合があるので注意を要する。
【００３４】
上記のような要件を満たす検出用ビットの具体例としては、（Ａ１Ｂ１Ｃ１Ｄ１Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ２Ａ３Ｂ３Ｃ３Ｄ３Ａ４Ｂ４Ｃ４Ｄ４）＝００００１１０００００１１０１１を挙げることができる。ただし、本発明における検出用ビットのパターンがこの具体例に限定されることを意味するものではなく、少なくとも上記第１の要件を満たすパターンであれば検出用ビットとして使用することが可能である。
【００３５】
上記の具体例について第１の要件を確認すると、Ａチャネルに関して、Ａ１とＡ２の排他的論理和は１（Ａ１ｅｘｏｒＡ２＝１）であり、Ａ３とＡ４の排他的論理和も１（Ａ３ｅｘｏｒＡ４＝１）であるので、排他的論理和の２ビット演算値（Ａ＿ｅｘｏｒ）は１１となる。以下に示す関係式は、上記のＡチャネルと同様にして他のチャネルに関しても排他的論理和を演算し、その演算結果をまとめたものである。
【００３６】
Ａ＿ｅｘｏｒ＝Ａ１ｅｘｏｒＡ２，Ａ３ｅｘｏｒＡ４＝１１＝３
Ｂ＿ｅｘｏｒ＝Ｂ１ｅｘｏｒＢ２，Ｂ３ｅｘｏｒＢ４＝１０＝２
Ｃ＿ｅｘｏｒ＝Ｃ１ｅｘｏｒＣ２，Ｃ３ｅｘｏｒＣ４＝０１＝１
Ｄ＿ｅｘｏｒ＝Ｄ１ｅｘｏｒＤ２，Ｄ３ｅｘｏｒＤ４＝００＝０
なお、ここでは各チャネルの２ビット演算値の１１，１０，０１，００に対して、十進数の３，２，１，０をそれぞれ割り当るようにしているが、これとは異なる割当を行うようにしても構わない。
【００３７】
上記のような関係式は、各チャネルに論理反転が発生した場合でも同一の演算結果が得られるため、論理反転に依存しない。よって、受信信号に含まれる検出用ビットの各チャネルの２ビット演算値がどのような順番になっているかを識別することにより、ビットスワップの発生状態を検出することが可能である。また、検出用ビットの先頭のＡ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は００００で同一符号になっているので、当該部分はビットスワップに依存しない。よって、検出用ビットの先頭の４ビットを識別することにより、論理反転の発生状況を検出することが可能である。
【００３８】
このような特定のパターンを有する検出用ビットを利用した、ビットスワップの検出と、論理反転の検出とは、任意の順番で行うことが可能である。なお、ビットスワップの検出を論理反転の検出よりも先に行い、その検出結果に応じてビットスワップを補償した後に、論理反転の検出を行うようにした場合には、検出用ビットの先頭の４ビットが既知であれば同一符号でなくても論理反転の発生状態を検出することが可能であるので、検出用ビットのパターンに関する制約を緩くすることができる。また、これとは逆に、検出用ビットの先頭の４ビット（同一符号）を用いて論理反転を先に検出してその補償を行った後に、ビットスワップの検出を行うようにした場合には、排他的論理和の２ビット演算値を求めなくても、受信信号のビット列（Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’）がビットスワップの８通りの発生パターン（図１８の下段参照）のいずれに該当しているかを順番に判定して行くことで、ビットスワップの発生状態を検出することも可能である。また、検出用ビットに上記２つの制約を設けず、ビットスワップ８通りと１６通りの論理反転の全組み合わせ（６４通り）を順番に判定していく方法も可能である。ただし、このような方法でビットスワップの検出を行った場合、その検出に比較的長い時間を要することになるため、検出用ビットのパターンに関する第１の要件による検出時間の短縮は有効である。
【００３９】
なお、上記検出用ビットのパターンに関する説明では、１シンボル時間で４ビットの情報を伝送する場合を想定したが、本発明はこれに限らず、１シンボル時間で４ビットよりも大きな情報を伝送する場合でも、上記４ビットの情報を伝送する場合と同様の考え方に従って検出用ビットのビット数を増加させることにより対応可能である。例えば、１シンボル時間で８ビットの情報を伝送する場合は、４８ビットの検出用ビットを用いて、第１の要件は、Ａ１とＡ２、Ａ３とＡ４の排他的論理和に加えて、Ａ５とＡ６の排他的論理和を使用する。また、第２の要件は先頭の８ビットを同一符号とする。すなわち、１シンボル時間で２ｎ個のビット（ｎは正の数）の情報を伝送する場合、検出用ビットは、２ｎ＋１×ｎ個のビット列からなり、先頭からｉ番目（ただしｉ＝１，２，…，２ｎとする）のビットより２ｎビット間隔で順次取り出したビット列で定義される第１〜第ｎのチャネルについて、該各チャネルのビット列のうちの前後する２ビットの組み合わせについて排他的論理和を順次演算することで得られる値が、各々のチャネルで互いに異なることが、前述した第１の要件となる。また、先頭の２ｎビットが同符号になることが、前述した第２の要件となる。
【００４０】
次に、受信側のビットスワップ論理反転制御部３２２の具体例について、前述した検出用ビットの説明と同様に１シンボル時間で４ビットの情報を伝送する場合を想定して詳しく説明する。
【００４１】
ビットスワップ論理反転制御部３２２は、光送信器１０のシステムの立ち上げ直後や信号断の発生直後などのデータ受信直後に、検出用ビットとの同期がとれているか否かの確認を行い、信号同期の確認がとれた後に、ビットスワップおよび論理反転の検出と補償を行う。また、サービス運用中に動的なビットスワップまたは論理反転が発生し得る場合には、その発生状態を常時監視して補償を継続的に行うことが可能である。
【００４２】
図２は、上記のようなビットスワップ論理反転制御部３２２での処理の流れを示したフローチャートの一例である。ここでは、データ受信直後に、受信信号に含まれる検出用ビットについての排他的論理和の２ビット演算値（前述したＡ＿ｅｘｏｒ，Ｂ＿ｅｘｏｒ，Ｃ＿ｅｘｏｒ，Ｄ＿ｅｘｏｒの各値）を使用して信号の同期状態を確認し、そして、ビットスワップの検出および補償を行った後に、論理反転の検出および補償を行うようにした制御フローが示してある。また、図３は、図２の制御フローに対応したビットスワップ論理反転制御部３２２の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００４３】
図３の構成例において、ビットスワップ論理反転制御部３２２に入力されるＭ：Ｎ分離部３２１からのパラレル信号は、ビットスワップ補償回路３２２Ａを通った後に、同期検出回路３２２Ｂ、ビットスワップ検出回路３２２Ｃ、論理反転検出回路３２２Ｄおよび論理反転補償回路３２２Ｅにそれぞれ与えられる。同期検出回路３２２Ｂでは、データ受信直後に、入力信号に含まれる検出用ビットを用いて信号同期の有無が検出される。この信号同期検出は、後述するようにビットスワップ状態設定回路３２２Ｆの設定を順次変更しながら行われる。同期検出回路３２２Ｂで信号同期がとられたことが検出されると、同期成功を示す信号が同期検出回路３２２Ｂからスイッチ回路３２２Ｇに出力されると共に、同期タイミング信号が同期検出回路３２２Ｂからビットスワップ検出回路３２２Ｃおよび論理反転検出回路３２２Ｄにそれぞれ出力される。スイッチ回路３２２Ｇは、信号同期の検出中はビットスワップ状態設定回路３２２Ｆから出力される制御信号をビットスワップ補償回路３２２Ａに伝え、信号同期がとられた後はビットスワップ検出回路３２２Ｃから出力される制御信号をビットスワップ補償回路３２２Ａに伝える。
【００４４】
ビットスワップ検出回路３２２Ｃは、例えば図４に示すように、同期タイミング信号に従ってパラレル信号より検出用ビットを抽出する検出用ビット抽出回路３２２Ｃ１と、該検出用ビット抽出回路３２２Ｃ１で抽出された検出用ビットについての排他的論理和の２ビット演算値を演算するための４個の１：４デマルチプレクサ３２２Ｃ２および８個のＥＸＯＲ回路３２２Ｃ３とから構成される。ここでは、図中の上から１，２番目のＥＸＯＲ回路から出力される演算値ａ１，ａ２がＡ＿ｅｘｏｒに対応し、３，４番目のＥＸＯＲ回路から出力される演算値ｂ１，ｂ２がＢ＿ｅｘｏｒに対応し、５，６番目のＥＸＯＲ回路から出力される演算値ｃ１，ｃ２がＣ＿ｅｘｏｒに対応し、７，８番目のＥＸＯＲ回路から出力される演算値ｄ１，ｄ２がＤ＿ｅｘｏｒに対応している。
【００４５】
ビットスワップ補償回路３２２Ａは、例えば図５に示すように、Ａ＿ｅｘｏｒ〜Ｄ＿ｅｘｏｒにそれぞれ対応した４組のスイッチ部３２２Ａ１と、各スイッチ部３２２Ａ１の４出力のうちの１出力の論理積を演算する４個のＡＮＤ回路３２２Ａ２とから構成される。各スイッチ部３２２Ａ１は、ここでは３個のスイッチを組み合わせて構成されている。
【００４６】
論理反転検出回路３２２Ｄは、例えば図６の上段に示すように、同期タイミング信号に従ってパラレル信号より検出用ビットの先頭の４ビットを抽出する検出用ビット抽出回路３２２Ｄ１からなり、また、論理反転補償回路３２２Ｅは、例えば図６の下段に示すように、検出用ビット抽出回路３２２Ｄ１で抽出された各ビットとパラレル信号との排他的論理和を演算する４個のＥＸＯＲ回路３２２Ｅ１〜３２２Ｅ４から構成される。
【００４７】
上記のような構成のビットスワップ論理反転制御部３２２の動作を図２のフローチャートを参照しながら説明すると、まず、ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）では、データ受信直後に、図２の右側に示したビットスワップ状態表にある８通りのパターン＃１〜＃８のうちの１つ（ここでは＃１とする）がビットスワップ状態設定回路３２２Ｆの初期状態に設定される。これにより、パターン＃１に対応した制御信号がスイッチ回路３２２Ｇを介してビットスワップ補償回路３２２Ａに与えられる。なお、ビットスワップ状態表は、Ａ＿ｅｘｏｒ〜Ｄ＿ｅｘｏｒの各値（前述の十進数で表した０，１，２，３のいずれかの値）の組み合わせにより、発生し得るビットスワップのパターンを表現している。
【００４８】
ステップ２では、同期検出回路３２２Ｂにおいて、ビットスワップ補償回路３２２Ａを通過して同期検出回路３２２Ｂに入力されたパラレル信号についてのＡ＿ｅｘｏｒ〜Ｄ＿ｅｘｏｒが演算され、その信号を使って信号の同期状態が検出される。ステップ１での設定パターンの不一致により信号同期のとれてないことが検出された場合には、ステップ３に進んでビットスワップ状態設定回路３２２Ｆの設定パターンが変更され、ステップ２に戻って上記の処理が繰り返される。そして、演算結果と設定パターンの一致により信号同期のとれていることが検出されると、スイッチ回路３２２Ｇがビットスワップ検出回路３２２Ｃ側に切り替えられ、ステップ４に進んでビットスワップの検出および補償が行われる。
【００４９】
なお、上記のように検出用ビットを用いて信号の同期をとる場合、検出用ビットのビット長が短いために誤同期が発生し得るようであれば、所要のビット列を検出用ビットに付加して誤同期を防止することも可能である。
【００５０】
ステップ４では、まず、ビットスワップ検出回路３２２Ｃにおいて、入力されるパラレル信号に含まれる検出用ビットについてのＡ＿ｅｘｏｒ〜Ｄ＿ｅｘｏｒが演算され、その演算結果がスイッチ回路３２２Ｇを介してビットスワップ補償回路３２２Ａに出力される。そして、ビットスワップ補償回路３２２Ａでは、ビットスワップ検出回路３２２Ｃからの出力信号が対応するスイッチ部３２２Ａ１に与えられ、ＡＮＤ回路３２２Ａ２で各スイッチ部３２２Ａ１の出力の論理積が演算されることにより、ビットスワップの補償が行われる。
【００５１】
ビットスワップの補償が完了すると、ステップ５に進んで論理反転の検出および補償が行われる。ここでは、ビットスワップの補償されたパラレル信号に含まれる検出用ビットの先頭の４ビットが論理反転検出回路３２２Ｄにより抽出され、該各ビット値が論理反転補償回路３２２Ｅの各ＥＸＯＲ回路３２２Ｅ１〜３２２Ｅ４にそれぞれ与えられることにより、論理反転の補償が行われる。そして、システム運用中は、上記ステップ４およびステップ５の処理が所要の周期で繰り返され、動的なビットスワップおよび論理反転の検出と補償が継続的に行われる。
【００５２】
上記のように図１に示した光伝送システムによれば、従来の技術では対応が困難であった、多値変調方式と偏波多重方式を組み合わせることにより１シンボル時間で４ビット以上の情報を伝送するシステムについても、当該伝送ビット数に応じて設定した特定のパターンを有する検出用ビットを送信信号に付与するようにしたことで、受信信号に含まれる検出用ビットを用いてビットスワップと論理反転の制御（検出および補償）を高速かつ確実に実施することが可能になる。
【００５３】
なお、上記図１に示した光伝送システムにおいて、図２に示したビットスワップ論理反転制御部３２２の制御フローでは、ビットスワップの制御を行った後に論理反転の制御を行うようにしたが、これとは逆に、論理反転の制御を行った後にビットスワップの制御を行うことも可能である。また、動的なビットスワップや論理反転に対応するために、運用中はビットスワップと論理反転の各制御を繰り返し行うようにしたが、例えば、同一チャネルについての差動受信が適用されるシステムのように動的なビットスワップや論理反転が起こらない場合には、立ち上げ時等にビットスワップおよび論理反転の検出と補償を１度だけ行えばよい。
【００５４】
さらに、動的なビットスワップや論理反転が起こらない場合の応用例として、ＯＴＮ（Optical Transport Network）フレームフォーマットに従って送信信号がフレーム化されるシステムについては、ＯＴＮフレームのヘッダを検出用ビットとして利用することにより、光送信器および光受信器の構成の簡略化を図ることが可能である。すなわち、ＯＴＮフレームでは、フレーム同期ビットとして、ＦＡＳ（Frame Alignment Signal）バイトが規定されており、ＯＡ１（１１１１０１１０）と、ＯＡ２（００１０１０００）とをＯＡ１，ＯＡ１，ＯＡ１，ＯＡ２，ＯＡ２，ＯＡ２として受信できたときに、フレームの同期がとれた状態を判定している。このＯＡ１，ＯＡ２信号のビットパターン（１１１１０１１０００１０１０００）は、上述した本発明におけるビットスワップおよび論理反転の検出用ビットの要件を満たしている。したがって、１シンボル時間で４ビットの情報を伝送する場合は、上記フレーム同期ビットを検出用ビットとして利用することができる。よって、図１に示した送信信号処理回路１１内の検出用ビット付与部１１５に相当する機能がフレームエンコーディング部１１２により実現されるため、検出用ビット付与部１１５を省略することが可能になる。また、ＯＡ１，ＯＡ２信号により論理反転の１６パターンとビットスワップの８パターンの全てを表現できるので、フレーム同期が成功するかどうかで論理反転およびビットスワップを検出することもできる。よって、受信信号処理回路３２内のビットスワップ論理反転制御部３２２の構成を簡略化することが可能になる。
【００５５】
次に、本発明に関連する光伝送システムの他の例について説明する。
図７は、上記光伝送システムの他の例の構成を示すブロック図である。
図７に示す光伝送システムは、上述の図１に示した光伝送システムについて、光受信器３０にコヒーレント受信方式を適用した場合に、誤り訂正フレームよりも短いサブフレームを送信信号に定義し、該サブフレームの先頭に、図１に示した光伝送システムの場合と同様の検出用ビットを配置することにより、コヒーレント受信に用いる局部発振光の位相変動等により発生する動的なビットスワップおよび論理反転の検出と補償をより確実に行うことができるようにしたものである。
【００５６】
具体的に、本光伝送システムの構成が図１に示した光伝送システムの構成と異なる点は、光送信器１０内の送信信号処理回路１１’について、図１に示した光伝送システムで用いた検出用ビット付与部１１５に代えてサブフレームエンコーディング部１１７を設けている点である。また、光受信器３０’については、図１に示した光伝送システムの光受信部３１に相当する局部発振光源３３およびコヒーレント受信部３４を設けている点と、受信信号処理回路３２’の構成として、Ｍ：Ｎ分離部３２１およびビットスワップ論理反転制御部３２２の間に、サブフレームデコーディング部３２７を設けている点とが、図１に示した光伝送システムの場合とは相違している。
【００５７】
上記のサブフレームエンコーディング部１１７は、スクランブル部１１４から出力されるパラレル信号に対してサブフレームをそれぞれ設定する。このサブフレームは、例えば図８の送信データ構造に示すように、ヘッダ、送信データおよび誤り訂正符号（ＦＥＣ）で構成される誤り訂正フレームのフレーム長よりも短いフレーム長を有し、１つの誤り訂正フレーム内に複数のサブフレームが設定され、各サブフレームは、ビットスワップおよび論理反転を検出するための検出用ビットを含んだヘッダと送信データとから構成される。なお、各サブフレームのフレーム長は、局部発振光の位相変動等による動的なビットスワップおよび論理反転の発生状況に応じて適宜に設定することができる。
【００５８】
局部発振光源３３およびコヒーレント受信部３４は、例えば、ＱＰＳＫおよび偏波多重を組み合わせた光信号をデジタルコヒーレント受信する場合を想定すると、上述の図１７に示した光受信器１３００内の局部発振光源１３０１、偏波ダイバシティ９０°ハイブリッド回路１３０２、光検出器１３０３、ＡＤコンバータ１３０４およびデジタル信号処理回路１３０５と同様の構成が適用される。ただし、コヒーレント受信部３４の構成は、上記の具体例に限定されるものではなく、公知の構成を適用することが可能である。
【００５９】
サブフレームデコーディング部３２７は、Ｍ：Ｎ分離部３２１から出力されるパラレル信号をデコーディングし、サブフレームのヘッダに含まれる検出用ビットを識別可能な状態として、ビットスワップ論理反転制御部３２２に出力する。ビットスワップ論理反転制御部３２２では、各サブフレームに対応した検出用ビットを利用し、図１に示した光伝送システムの場合と同様の方法により、ビットスワップおよび論理反転の検出と補償が行われる。
【００６０】
上記のような構成の光伝送システムでは、誤り訂正フレームよりも短いサブフレームを単位としてビットスワップおよび論理反転の制御が行われるようになるため、誤り訂正フレームの途中でビットスワップや論理反転が発生したとしても、その発生を確実に検出して補償することができる。なお、サブフレームの途中で発生するビットスワップや論理反転については、誤り訂正符号を用いた誤り訂正処理により補償される。したがって、光伝送システムによれば、局部発振光の位相変動等により発生する動的なビットスワップおよび論理反転を高い精度で補償することが可能になる。
【００６１】
次に、本発明の第１実施形態について説明する。
図９は、本発明による光伝送システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
第１実施形態の光伝送システムは、例えば、偏波多重方式または多値変調方式を利用することにより１シンボル時間で２ビット（４値）以上の情報を伝送することが可能なシステムについて、伝送路や光デバイスのＰＤＬなどが原因で発生する伝送チャネル間の特性のばらつきを考慮し、該ばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように各伝送チャネルへの送信データの割当を行うことで、受信時の誤り訂正性能の劣化を抑えるようにしたものである。図９の構成例では、送信信号処理回路１１’’、光源（ＬＤ）１２および光変調部１３を備えた光送信器１０と、光受信部３１および受信信号処理回路３２’’を備えた光受信器３０とが、伝送路２０を介して互いに接続されており、送信信号処理回路１１’’が上記チャネル間の特性ばらつきを平均化するための送信データの割当を行う機能を具備し、また、受信信号処理回路３２’’が送信側での割当に対応させて受信データの引当を行う機能を具備している。なお、送信信号処理回路１１’’および受信信号処理回路３２’’を除いた他の部分の構成は、上述の図１に示した光伝送システムの場合と基本的に同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００６２】
送信信号処理回路１１’’は、図９の上部に拡大して例示しているような構成になっており、図１に示した光伝送システムの送信信号処理回路１１との相違点は、検出用ビット付与部１１５に代えてデータ割当部１１８を設けている点である。このデータ割当部１１８は、スクランブル部１１４から出力されるパラレル信号について、通常の割当ではＸ偏波で伝送されることになるチャネル（例えばＡ，Ｃ）の各ビットと、Ｙ偏波で伝送されることになるチャネル（例えばＢ，Ｄ）の各ビットとが所要の割合で入れ替わるように、各偏波チャネルへのデータ（ビット）の割当を変更する。
【００６３】
図１０は、上記データ割当部１１８の具体的な構成例を示したものである。この回路は、スクランブル部１１４から出力されるＮビット（例えば、Ｎ＝１６ビット）のパラレル信号が伝播する並列信号配線の一部について、奇数番目（例えば、５，７，１３および１５番目）と偶数番目（例えば、６，８，１４および１６番目）を入れ替えて構成されている。このような回路では、図１０の左上にシリアル化して示した入力データについて、Ａ２とＢ２、Ｃ２とＤ２、Ａ４とＢ４、Ｃ４とＤ４の順番がそれぞれ入れ替えられ、図１０の右下に示すような出力データが生成される。これにより、図１１の右側に示すように、Ａチャネルの各ビットＡ１〜Ａ４、Ｂチャネルの各ビットＢ１〜Ｂ４、Ｃチャネルの各Ｃ１〜Ｃ４、Ｄチャネルの各ビットＤ１〜Ｄ４が、Ｘ偏波およびＹ偏波の各チャネルに混在するようになる。なお、データ割当部１１８の構成は上記の一例に限定されるものではない。
【００６４】
また、受信信号処理回路３２’’は、図９の下部に拡大して例示しているような構成になっており、図１に示した光伝送システムの受信信号処理回路３２との相違点は、ビットスワップ論理反転制御部３２２に代えてデータ引当部３２８を設けている点である。このデータ引当部３２８は、Ｍ：Ｎ分離部３２１から出力されるパラレル信号について、送信側で入れ替えられた各ビットの順番を元に戻す処理を行う。データ引当部３２８の具体的な回路構成としては、前述の図１０に示した回路構成と基本的に同様のものを適用することが可能である。
【００６５】
上記のような構成の光伝送システムでは、受信信号処理回路３２’’内の誤り訂正デコーディング部３２４で受信信号の誤り訂正処理（ＦＥＣデコード）を行う際、図１２に示すように、Ｘ偏波で伝送されたＡ１，Ａ３とＹ偏波で伝送されたＡ２，Ａ４とがＡチャネルとしてＦＥＣデコードされ、Ｘ偏波で伝送されたＢ２，Ｂ４とＹ偏波で伝送されたＢ１，Ｂ３とがＢチャネルとしてＦＥＣデコードされる。また、これと同様にして、Ｘ偏波で伝送されたＣ１，Ｃ３とＹ偏波で伝送されたＣ２，Ｃ４とがＣチャネルとしてＦＥＣデコードされ、Ｘ偏波で伝送されたＤ２，Ｄ４とＹ偏波で伝送されたＤ１，Ｄ３とがＤチャネルとしてＦＥＣデコードされる。よって、伝送路２０のＰＤＬなどが原因でＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間に特性のばらつきが発生しても、受信側でＦＥＣデコードされるＡ〜Ｄチャネルはそれぞれランダム誤りとなるため、偏波チャネル間の特性ばらつきによる誤り訂正性能の劣化を抑えることができる。
【００６６】
なお、上記の第１実施形態では、具体例として、偏波多重方式が適用される場合を想定し、Ｘ偏波およびＹ偏波の各チャネル間の特性ばらつきが平均化されるように各チャネルへの送信データの割当を行うことで、誤り訂正性能の劣化を抑える場合を説明したが、このような考え方は、例えば多相位相変調方式が適用される場合に、異なる位相チャネルの間で特性にばらつきが発生するようなときにも有効である。この場合、特性ばらつきが全ての位相チャネルに亘って平均化されるように各位相チャネルへの送信データの割当を最適化すればよい。
【００６７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図１３は、本発明による光伝送システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。
第２実施形態の光伝送システムは、例えば、少なくとも偏波多重方式を利用することにより１シンボル時間で２ビット（４値）以上の情報を伝送することが可能なシステムについて、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信を行うことで、異なる偏波チャネル間の特性ばらつきを低減し、受信時の誤り訂正性能の劣化を抑えるようにしたものである。図１３の構成例では、送信信号処理回路１１’’’、光源（ＬＤ）１２および光変調部１３を備えた光送信器１０と、偏波間差動受信部３５および受信信号処理回路３２’’’を備えた光受信器３０とが、伝送路２０を介して互いに接続されており、送信信号処理回路１１’’’が上記Ｘ偏波およびＹ偏波のチャネル間での差動受信を行うための送信信号のプリコーディング機能を具備し、また、偏波間差動受信部３５が受信した光信号を電気信号に変換してＸ偏波およびＹ偏波にそれぞれ対応した信号間の差動受信を行う機能を具備している。
【００６８】
なお、受信信号処理回路３２’’’は、上述の図１７に示した従来のシステムに用いられるものと同様の構成を適用することが可能であり、ここでは図１３の下部に拡大して例示しているように、Ｍ：Ｎ分離部３２１、デスクランブル部３２３、誤り訂正デコーディング部３２４、フレームデコーディング部３２５およびシリアル変換部３２６からなる構成を用いている。また、送信信号処理回路１１’’’、偏波間差動受信部３５および受信信号処理回路３２’’’を除いた他の部分の構成は、上述の図１に示した光伝送システムの場合と基本的に同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００６９】
送信信号処理回路１１’’’は、図１３の上部に拡大して例示しているような構成になっており、図１に示した光伝送システムの送信信号処理回路１１との相違点は、検出用ビット付与部１１５およびＮ：Ｍ多重部１１６に代えてプリコーディング部１１９を設けている点である。このプリコーディング部１１９は、例えば図１４に示すように、スクランブル部１１４からの出力信号をプリコーダ１１９Ａでプリコーディングした後、該プリコーダ１１９Ａから出力される２つの信号をデマルチプレクサ１１９Ｂ，１１９Ｃでそれぞれ２つに分岐し、各デマルチプレクサ１１９Ｂ，１１９Ｃの２出力を相互に組み合わせることで、Ｘ偏波側変調信号およびＹ偏波側変調信号を生成する。
【００７０】
偏波間差動受信部３５は、例えば図１５に示すように、局部発振光源３５１、偏波ダイバシティ９０°ハイブリッド回路３５２、光検出器３５３、ＡＤコンバータ３５４およびデジタル信号処理回路３５５から構成されており、さらに、デジタル信号処理回路３５５は、機能ブロックとして、波形歪み補償回路３５５Ａ、偏波分離回路３５５Ｂ、Ｘ偏波用位相同期回路３５５Ｃ、Ｙ偏波用位相同期回路３５５Ｄ、Ｘ偏波用識別回路３５５Ｅ、Ｙ偏波用識別回路３５５Ｆおよび差動受信回路３５５Ｇを有している。ただし、偏波間差動受信部３５の構成は上記の一例に限定されるものではない。
【００７１】
上記のような構成の光伝送システムでは、Ｘ偏波チャネルとＹ偏波チャネルの間で差動受信が行われることにより、異なる偏波チャネル間の特性ばらつきによる影響が実質的になくなるため、従来のような受信信号の誤りのランダム性の低下による誤り訂正性能の劣化を抑えることができる。
【００７２】
なお、上記の第２実施形態では、デジタルコヒーレント受信方式の光受信器に対してＸ偏波およびＹ偏波間の差動受信を適用する一例を示したが、直接検波方式の光受信器に対してＸ偏波およびＹ偏波間の差動受信を適用しても同様の作用効果を得ることが可能である。
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図１６は、本発明による光伝送システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。
第３実施形態の光伝送システムは、例えば、少なくとも偏波多重方式を利用することにより１シンボル時間で２ビット（４値）以上の情報を伝送することが可能なシステムについて、送信側で偏波多重した光信号の偏波状態をスクランブルした後に伝送路に送信し、受信側では光信号の偏波回転に追従しながら偏波分離を行って所要の受信処理を実行することで、異なる偏波チャネル間の特性ばらつきを低減し、受信時の誤り訂正性能の劣化を抑えるようにしたものである。
【００７４】
具体的に、図１６の構成例では、送信信号処理回路１１’’’’、光源（ＬＤ）１２、光変調部１３および偏波スクランブラ１４を備えた光送信器１０と、偏波分離部３６、光受信部３１および受信信号処理回路３２’’’’を備えた光受信器３０とが、伝送路２０を介して互いに接続されている。なお、送信信号処理回路１１’’’’および受信信号処理回路３２’’’’は、上述の図１７に示した従来のシステムに用いられる回路と同様の構成である。また、送信側の光源１２および光変調部１３、並びに、光受信部３１の構成は、上述の図１に示した光伝送システムの場合と基本的に同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００７５】
偏波スクランブラ１４は、光変調部１３内の偏波合成器（図１７参照）の後段に配置され、偏波多重された光信号の偏波面を、誤り訂正フレームのフレーム長に相当する時間よりも短い時間で回転させ、該光信号を伝送路２０に出力する。この偏波スクランブラ１４は、光信号の偏波面を３６０°回転させる構成のものを用いてもよいが、例えば、０°と９０°の間で偏波面を回動（往復）させるだけの簡単な構成のものを使用してもよい。このような偏波スクランブラ１４は、例えば、１／２波長板、可変ファラデー回転子、電気光学デバイス、音響光学デバイス、ＰＬＺＴ素子などを利用することで比較的簡単に実現することが可能である。
【００７６】
偏波分離部３６は、ここでは例えば、偏波面回転回路３６１、偏波分離回路３６２、偏波分離モニタ３６３、ループフィルタ３６４およびデジタル制御発振器３６５から構成されている。偏波面回転回路３６１は、送信側で偏波スクランブルされた光信号が伝送路２０を介して入力され、該光信号の偏波面をデジタル制御発振器３６５から出力される制御信号に従って回転させる回路である。偏波分離回路３６２は、偏波面回転回路３６１で偏波面の回転された光信号をＸ偏波成分とＹ偏波成分に分離する回路である。この偏波分離回路３６２で分離されたＸ偏波およびＹ偏波の各光信号は、後段の光受信部３１に与えられると共に、各々の光信号の一部がモニタ光として分岐されて偏波分離モニタ３６３に送られる。
【００７７】
偏波分離モニタ３６３は、Ｘ偏波およびＹ偏波のモニタ光を用いて、受信した光信号が正しく偏波分離されているかどうかをモニタする回路である。この偏波分離モニタ３６３は、例えば、Ｘ偏波とＹ偏波のパワーの相関をとるか、または、送信側でＸ偏波若しくはＹ偏波のどちらか一方にパイロット信号を予め重畳しておき、Ｘ偏波およびＹ偏波のモニタ光に含まれるパイロット信号を検出することにより、受信光の偏波分離が送信側での偏波スクランブルに追従して行われているかをモニタする。該モニタ結果は、ここでは偏波分離のずれ量を示すモニタ信号としてループフィルタ３６４に出力される。
【００７８】
ループフィルタ３６４は、偏波分離モニタ３６３から出力されるモニタ信号の交流成分をカットすることで、偏波面回転回路３６１における偏波面の回転をトラッキング可能にする。デジタル制御発振器３６５は、ループフィルタ３６４からの出力信号に従って、送信側での偏波スクランブルに追従した偏波面の回転量を示す制御信号を生成し、該制御信号を偏波面回転回路３６１に出力する。
【００７９】
なお、ここではデジタル制御発振器を使用する一例を示したが、ループフィルタの出力信号を平均化された偏波分離のずれ量を示す信号とした場合には、デジタル制御発振器に代えて積分回路を使用してもよい。
【００８０】
上記のような構成の光伝送システムでは、送信側において、偏波多重された直後の光信号の偏波面が、誤り訂正フレームのフレーム長相当時間よりも短い時間で高速に回動されることで、Ｘ偏波およびＹ偏波の各チャネル間の特性ばらつきが誤り訂正フレーム内で平均化されるようになる。そして、上記送信側での偏波スクランブルに追従させて受信光の偏波分離を行うことにより、異なる偏波チャネル間の特性ばらつきによる影響が実質的になくなるため、従来のような受信信号の誤りのランダム性の低下による誤り訂正性能の劣化を抑えることができる。
【００８１】
なお、上記の第３実施形態では、光受信器３０内で光受信部３１の前段に偏波分離部３６を配置し、受信信号の偏波回転および偏波分離を光段で行う一例を示したが、例えば、光受信部３１内のデジタル信号処理回路（図１７参照）で上記の偏波回転および偏波分離に相当する処理を行うようにすることも可能である。
【００８２】
また、上述した第１〜第３実施形態では、光送信器１０および光受信器３０を伝送路２０の両端に配置して、光信号が光送信器１０から光受信器３０に一方向に伝送されるシステム構成例を示したが、光信号が上下回線を介して双方向に伝送されるシステムにも本発明は適用可能である。双方向の場合には、上記の光送信器１０および光受信器３０を組み合わせて光送受信装置を構成し、該光送受信装置を端局若しくは中継局として配置したシステム構成となる。
【００８３】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
【００８４】
（付記１）  １シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信する光送信器と、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光受信器と、を備えた光伝送システムであって、
前記光送信器は、
予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する送信信号処理回路と、
光源と、
前記送信信号処理回路から出力される各送信信号に従って、前記光源からの出力光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する光変調部と、
前記光変調部で生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える特性平均化部と、を備え、
前記光受信器は、前記特性平均化部で与えられる光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を行う構成としたことを特徴とする光伝送システム。
【００８５】
（付記２）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記特性平均化部は、前記送信信号処理回路において前記複数の送信信号を生成する際に、前記各伝送チャネル間の特性のばらつきに応じて、各伝送チャネルに割り当てる送信データを入れ替えることで、各伝送チャネル間の特性のばらつきを平均化する構成とし、
前記光受信器は、
前記伝送路を伝播した前記光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、
前記光受信部から出力される受信信号について、前記特性平均化部における各伝送チャネルへの送信データの割当に対応させて受信データの引当を行い、該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する受信信号処理回路と、を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００８６】
（付記３）  付記２に記載の光伝送システムであって、
前記光送信器から前記伝送路に送信される光信号は、偏波多重方式を用いた光信号であり、
前記特性平均化部は、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間の特性のばらつきに応じて、各偏波チャネルに割り当てる送信データを入れ替えることで、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間の特性のばらつきを平均化する構成としたことを特徴とする光伝送システム。
【００８７】
（付記４）  付記２に記載の光伝送システムであって、
前記光送信器から前記伝送路に送信される光信号は、多相位相変調方式を用いた光信号であり、
前記特性平均化部は、異なる位相チャネルの間の特性のばらつきに応じて、各位相チャネルに割り当てる送信データを入れ替えることで、異なる位相チャネルの間の特性のばらつきを平均化する構成としたことを特徴とする光伝送システム。
【００８８】
（付記５）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記光送信器から前記伝送路に送信される光信号は、少なくとも偏波多重方式を用いた光信号であり、
前記特性平均化部は、前記送信信号処理回路において前記複数の送信信号を生成する際に、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信を行うためのプリコーディング処理を施すことで、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間の特性のばらつきを平均化する構成とし、
前記光受信器は、
前記伝送路を伝播した前記光信号を、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間で差動受信する偏波間差動受信部と、
前記偏波間差動受信部から出力される受信信号について誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する受信信号処理回路と、を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００８９】
（付記６）  付記１に記載の光伝送システムであって、
前記光送信器から前記伝送路に送信される光信号は、少なくとも偏波多重方式を用いた光信号であり、
前記特性平均化部は、前記光変調部から前記伝送路に送信される光信号の偏波面を、誤り訂正フレームのフレーム長に相当する時間よりも短い時間で回転させることで、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの間の特性のばらつきを平均化する構成とし、
前記光受信器は、
前記伝送路を伝播した前記光信号の偏波面を回転させた後にＸ偏波およびＹ偏波に分離してモニタし、該モニタ結果に応じて受信光の偏波面の回転角をフィードバック制御することで、前記特性平均化部での偏波面の回転に追従しながら受信光をＸ偏波およびＹ偏波の各光信号に分離する偏波分離部と、
前記偏波分離部で偏波分離された各光信号を受信して電気信号に変換する光受信部と、
前記光受信部から出力される受信信号について誤り訂正を含んだデコーディング処理を実行する受信信号処理回路と、を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【００９０】
（付記７）  付記６に記載の光伝送システムであって、
前記特性平均化部は、前記光信号の偏波面を０°と９０°の間で回動させる構成としたことを特徴とする光伝送システム。
【００９１】
（付記８）  １シンボル時間に多ビットの情報を伝送可能であり多重化した複数の伝送チャネルを含んだ光信号を伝送路に送信し、該伝送路を伝播した前記光信号を受信処理する光伝送方法であって、
予め設定したフォーマットに従って送信情報をエンコーディングして前記複数の伝送チャネルにそれぞれ対応した複数の送信信号を生成する過程と、
該生成された各送信信号に従って光をそれぞれ変調し、該各変調光を多重化することにより、前記伝送路に送信する光信号を生成する過程と、
該生成された光信号が前記伝送路を伝播することで発生する前記各伝送チャネル間の特性のばらつきが全ての伝送チャネルに亘って平均化されるように、前記伝送路に送信する光信号の状態に変化を与える過程と、
該光信号の状態の変化に対応させて、前記伝送路を伝播した前記光信号を受信し、当該受信信号の誤り訂正を含んだデコーディング処理を行う過程と、を含むことを特徴とする光伝送方法。
【符号の説明】
【００９２】
１０…光送信器
１１…送信信号処理回路
１２…光源
１３…光変調部
１４…偏波スクランブラ
２０…伝送路
３０…光受信器
３１…光受信部
３２…受信信号処理回路
３３…局部発振光源
３４…コヒーレント受信部
３５…偏波間差動受信部
３６…偏波分離部
１１１…パラレル変換部
１１２…フレームエンコーディング部
１１３…誤り訂正エンコーディング部
１１４…スクランブル部
１１５…検出用ビット付与部
１１６…Ｎ：Ｍ多重部
１１７…サブフレームエンコーディング部
１１８…データ割当部
１１９…プリコーディング部
３２１…Ｍ：Ｎ分離部
３２２…ビットスワップ論理反転制御部
３２３…デスクランブル部
３２４…誤り訂正デコーディング部
３２５…フレームデコーディング部
３２６…シリアル変換部
３２７…サブフレームデコーディング部
３２８…データ引当部
【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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【図２０】
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