(57)【要約】  信号対雑音比推定方法は、少なくとも１つの一対の信号系列を送信データの任意の部分に挿入して送信する光信号送信ステップと、送信データの受信信号から一対の信号系列を抽出する信号系列抽出ステップと、抽出した一対の信号系列の内積値を算出する内積算出ステップと、抽出した一対の信号系列の受信電力を算出する受信電力算出ステップと、算出された内積値と、算出された受信電力とに基づいて、一対の信号系列のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）を算出するＳＮＲ算出ステップと、を有する。
2018181122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの一対の信号系列を送信データの任意の部分に挿入して送信する光信号送信ステップと、
前記送信データの受信信号から前記一対の信号系列を抽出する信号系列抽出ステップと、
抽出した前記一対の信号系列の内積値を算出する内積算出ステップと、
抽出した前記一対の信号系列の受信電力を算出する受信電力算出ステップと、
算出された前記内積値と、算出された前記受信電力とに基づいて、前記一対の信号系列のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）を算出するＳＮＲ算出ステップと、
を有する信号対雑音比推定方法。
【請求項２】
前記光信号送信ステップにおいて、Ｘ偏波及びＹ偏波のそれぞれの送信信号に前記一対の信号系列を挿入した後、両偏波を合成して送信し、
前記信号系列抽出ステップにおいて、前記Ｘ偏波及びＹ偏波の前記受信信号のそれぞれから前記一対の信号系列を抽出し、
前記内積算出ステップにおいて、前記Ｘ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出し、前記Ｙ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出し、
前記受信電力算出ステップにおいて、前記Ｘ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出し、前記Ｙ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出し、
前記ＳＮＲ算出ステップにおいて、算出された前記Ｘ偏波の前記内積値及び前記受信電力に基づいて前記Ｘ偏波の前記一対の信号系列の前記ＳＮＲを算出し、算出された前記Ｙ偏波の前記内積値及び前記受信電力に基づいて前記Ｙ偏波の前記一対の信号系列の前記ＳＮＲを算出する、
請求項１に記載の信号対雑音比推定方法。
【請求項３】
前記信号系列抽出ステップにおいて抽出された前記一対の信号系列それぞれの両端から所定長の信号を除去するトリミングステップをさらに有し、
前記内積算出ステップでは、前記トリミングステップにおいて前記所定長の信号が除去された一対の信号系列の前記内積値を算出し、
前記受信電力算出ステップでは、前記トリミングステップにおいて前記所定長の信号が除去された一対の信号系列の前記受信電力を算出する、
請求項１又は２に記載の信号対雑音比推定方法。
【請求項４】
前記トリミングステップにおいて前記所定長の信号が除去された一対の信号系列から、前記送信データを受信するコヒーレント受信回路の受信帯域の影響を受けない周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタステップをさらに有し、
前記内積算出ステップでは、前記フィルタステップにおいて抽出された前記一対の信号系列の信号成分の前記内積値を算出し、
前記受信電力算出ステップでは、前記フィルタステップにおいて抽出された前記一対の信号系列の信号成分の前記受信電力を算出する、
請求項３に記載の信号対雑音比推定方法。
【請求項５】
前記信号系列抽出ステップにおいて抽出された前記一対の信号系列ごとに算出される内積値の平均値を算出する内積値平均化ステップと、
前記信号系列抽出ステップにおいて抽出された前記一対の信号系列ごとに算出される受信電力の平均値を算出する受信電力平均化ステップと、
をさらに有し、
前記ＳＮＲ算出ステップでは、前記内積値平均化ステップにおいて算出された内積値の前記平均値と、前記受信電力平均化ステップにおいて算出された受信電力の前記平均値とに基づいて、前記一対の信号系列の前記ＳＮＲを算出する、
請求項１に記載の信号対雑音比推定方法。
【請求項６】
前記一対の信号系列は、疑似ランダム信号系列及び前記疑似ランダム信号系列の各信号の符号を反転した信号系列のいずれかの信号系列と、前記疑似ランダム信号系列との対を含む、
請求項１に記載の信号対雑音比推定方法。
【請求項７】
送信データと少なくとも１つの一対の信号系列とを含む受信信号から前記一対の信号系列を抽出する信号系列抽出部と、
前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出する内積算出部と、
前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出する電力算出部と、
前記内積算出部によって算出された前記内積値と、前記電力算出部によって算出された前記受信電力とに基づいて前記一対の信号系列のＳＮＲを算出するＳＮＲ算出部と、
を備える光伝送装置。
【請求項８】
少なくとも１つの一対の信号系列を送信データの任意の部分に挿入して送信する光信号送信部と、
前記送信データの受信信号から前記一対の信号系列を抽出する信号系列抽出部と、
前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出する内積算出部と、
前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出する電力算出部と、
前記内積算出部によって算出された前記内積値と、前記電力算出部によって算出された前記受信電力とに基づいて前記一対の信号系列のＳＮＲを算出するＳＮＲ算出部と、
を備える光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送技術に関する。
本願は、２０１７年３月３１日に、日本に出願された特願２０１７−０７２４５０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルコヒーレント技術により、今まで困難であった光伝送システムにおける送信信号の多値化が可能になり、伝送容量は飛躍的に拡大した。ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、８ＱＡＭ（8 Quadrature Amplitude Modulation）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）といった多岐にわたる信号フォーマットに対応した光伝送システムが一般化し、信号フォーマットの選択に関してユーザの自由度が増している。多値度を上げると、伝送容量は大きくなるが、一方で伝送可能な距離は短くなってしまう。そのため、ユーザは伝送路の状態に応じて、適切な変調フォーマットを選択する必要がある。【０００３】
一般に、伝送路の状態は、伝送路中に生じた雑音電力と信号電力との比であるＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）を測定することによって把握することができる。そのため、測定されたＳＮＲに基づいて適用可能な変調フォーマットを選ぶことが可能である。一般にＳＮＲは、スペクトラムアナライザを用いて受信端における周波数領域の雑音成分と信号成分とを測定することで求めることが可能である。しかしながら伝送路の開通試験ごとにスペクトラムアナライザでＳＮＲを測定するのは非効率である。そのため、スペクトルアナライザ等の測定器を用いることなく、伝送路に接続されるシステム間で自動的にＳＮＲの測定を行うことが望ましい。【０００４】
一般に、伝送路に接続されるシステム間で測定器を用いることなくＳＮＲを推定する方式は２つの方式に大別される。一つ目の方式は、直交する２つの偏波の一方をＳＮＲモニタとして利用するPolarization-nulling方式である（例えば非特許文献１参照）。二つ目の方式は、予め定められた既知パターンの信号を主信号に挿入することによってＳＮＲをモニタリングする方式である（例えば特許文献１参照）。具体的には、一つ目の方式では、送信側は直交した２つの偏波の一方（以下「偏波Ｓ」という。）で信号を伝送し、もう一方ではnull信号を送信する。そして、受信側では、偏波Ｓの電力が最大になるように偏波コントローラを制御して得られた信号を偏波分離して得られる偏波Ｓの信号の電力（信号電力）と、偏波Ｓの電力が最小になるように偏波コントローラを制御して得られる信号の電力（雑音電力）との比を算出することによりＳＮＲを求めることができる。二つ目の方式では、送信側は周期性のある既知のパターン信号を主信号に挿入して送信する。受信側では、既知のパターン信号が存在する時間に対してフーリエ変換を行うことによって得られた電力成分に基づいてＳＮＲを求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６８２２３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. H. Lee, H. Y. Choi, S. K. Shin, and Y. C. Chung, “A Review of the Polarization-Nulling Technique for Monitoring Optical-Signal-to-Noise Ratio in Dynamic WDM Networks”, Journal of Lightwave Technology, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, Vol. 24, No. 11, November 2006, pp.4162-4171
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の光通信システムは、直交した２つの偏波にそれぞれ独立した送信信号を重畳して伝送する方式である。一つ目の方式のように、一方の偏波をnull信号の伝送に使用することによってＳＮＲを求める場合、伝送可能な情報量が半減することになる。二つ目の方式のように、主信号に周期性のある既知のパターン信号を挿入することによってＳＮＲを求める場合、主信号に占める既知のパターン信号の割合がある程度低くてもパターン信号の検出が可能であるため、伝送効率が非常によい。しかし、特定の周波数成分が強調されるような信号系列（例えば、０１０１０１…といった交番パターン）をパターン信号として挿入する必要があるため、既知のパターン信号が特定の周波数成分に偏ってしまう。パターン信号を含む光信号において特定の周波数成分への偏りが生じることによって、ＸＰＭ（Cross Phase Modulation）やＳＰＭ（Self-Phase Modulation）といった非線形光学効果が生じ、伝送品質が低下してしまう可能性があった。【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は、伝送品質の低下を抑制しつつＳＮＲを測定することができる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様における信号対雑音比推定方法は、少なくとも１つの一対の信号系列を送信データの任意の部分に挿入して送信する光信号送信ステップと、前記送信データの受信信号から前記一対の信号系列を抽出する信号系列抽出ステップと、抽出した前記一対の信号系列の内積値を算出する内積算出ステップと、抽出した前記一対の信号系列の受信電力を算出する受信電力算出ステップと、算出された前記内積値と、算出された前記受信電力とに基づいて、前記一対の信号系列のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）を算出するＳＮＲ算出ステップと、を有する。【００１０】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様の信号対雑音比推定方法において、前記光信号送信ステップにおいて、Ｘ偏波及びＹ偏波のそれぞれの送信信号に前記一対の信号系列を挿入した後、両偏波を合成して送信し、前記信号系列抽出ステップにおいて、前記Ｘ偏波及びＹ偏波の前記受信信号のそれぞれから前記一対の信号系列を抽出し、前記内積算出ステップにおいて、前記Ｘ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出し、前記Ｙ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出し、前記受信電力算出ステップにおいて、前記Ｘ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出し、前記Ｙ偏波の前記受信信号から抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出し、前記ＳＮＲ算出ステップにおいて、算出された前記Ｘ偏波の前記内積値及び前記受信電力に基づいて前記Ｘ偏波の前記一対の信号系列の前記ＳＮＲを算出し、算出された前記Ｙ偏波の前記内積値及び前記受信電力に基づいて前記Ｙ偏波の前記一対の信号系列の前記ＳＮＲを算出する。【００１１】
本発明の第３の態様によれば、第１又は第２の態様の信号対雑音比推定方法において、前記信号系列抽出ステップにおいて抽出された前記一対の信号系列それぞれの両端から所定長の信号を除去するトリミングステップをさらに有し、前記内積算出ステップでは、前記トリミングステップにおいて前記所定長の信号が除去された一対の信号系列の前記内積値を算出し、前記受信電力算出ステップでは、前記トリミングステップにおいて前記所定長の信号が除去された一対の信号系列の前記受信電力を算出する。【００１２】
本発明の第４の態様によれば、第３の態様の信号対雑音比推定方法において、前記トリミングステップにおいて前記所定長の信号が除去された一対の信号系列から、前記送信データを受信するコヒーレント受信回路の受信帯域の影響を受けない周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタステップをさらに有し、前記内積算出ステップでは、前記フィルタステップにおいて抽出された前記一対の信号系列の信号成分の前記内積値を算出し、前記受信電力算出ステップでは、前記フィルタステップにおいて抽出された前記一対の信号系列の信号成分の前記受信電力を算出する。【００１３】
本発明の第５の態様によれば、第１から第４の態様のいずれかの信号対雑音比推定方法において、前記信号系列抽出ステップにおいて抽出された前記一対の信号系列ごとに算出される内積値の平均値を算出する内積値平均化ステップと、前記信号系列抽出ステップにおいて抽出された前記一対の信号系列ごとに算出される受信電力の平均値を算出する受信電力平均化ステップと、をさらに有し、前記ＳＮＲ算出ステップでは、前記内積値平均化ステップにおいて算出された内積値の前記平均値と、前記受信電力平均化ステップにおいて算出された受信電力の前記平均値とに基づいて、前記一対の信号系列の前記ＳＮＲを算出する。【００１４】
本発明の第６の態様によれば、第１から第５の態様のいずれかの信号対雑音比推定方法において、前記一対の信号系列は、疑似ランダム信号系列及び前記疑似ランダム信号系列の各信号の符号を反転した信号系列のいずれかの信号系列と、前記疑似ランダム信号系列との対を含む。【００１５】
本発明の第７の態様における光伝送装置は、送信データと少なくとも１つの一対の信号系列とを含む受信信号から前記一対の信号系列を抽出する信号系列抽出部と、前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出する内積算出部と、前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出する電力算出部と、前記内積算出部によって算出された前記内積値と、前記電力算出部によって算出された前記受信電力とに基づいて前記一対の信号系列のＳＮＲを算出するＳＮＲ算出部と、を備える。【００１６】
本発明の第８の態様における光伝送システムは、少なくとも１つの一対の信号系列を送信データの任意の部分に挿入して送信する光信号送信部と、前記送信データの受信信号から前記一対の信号系列を抽出する信号系列抽出部と、前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の内積値を算出する内積算出部と、前記信号系列抽出部によって抽出された前記一対の信号系列の受信電力を算出する電力算出部と、前記内積算出部によって算出された前記内積値と、前記電力算出部によって算出された前記受信電力とに基づいて前記一対の信号系列のＳＮＲを算出するＳＮＲ算出部と、を備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、伝送品質の低下を抑制しつつＳＮＲを測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態における送信機が備える光信号送信部の構成例を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における疑似ランダム信号の挿入位置の具体例を示す図である。
【図３】第１実施形態における受信機が備える光信号受信部の構成例を示すブロック図である。
【図４】第２実施形態における送信機が備える光信号送信部の構成例を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態における受信機が備える光信号受信部の構成例を示すブロック図である。
【図６】第３実施形態における受信機が備える光信号受信部の構成例を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態におけるトリミング処理の具体例を示す図である。
【図８】第３実施形態におけるフィルタ処理の具体例を示す図である。
【図９】第３実施形態におけるフィルタ部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
第１実施形態における光伝送システムは、光信号を送信する送信機と、送信機から送信された光信号を受信する受信機とを備える。送信機は、入力された主信号を光信号に変換して出力する光信号送信部を備える。光信号送信部は、受信機がＳＮＲを算出するために必要な既知のパターン信号を主信号に挿入する構成を備える。受信機は、送信機から送信された光信号を受信し、受信した光信号から主信号を取得する光信号受信部を備える。光信号受信部は、送信機から受信した光信号に基づいてＳＮＲ（Signal to Noise Ratio：信号対雑音比）を算出する構成を備える。
【００２０】
図１は、第１実施形態における送信機が備える光信号送信部１の構成例を示すブロック図である。光信号送信部１は、疑似ランダム信号系列生成部１１、疑似ランダム信号系列挿入部１２及び光信号変調部１３を備える。
【００２１】
疑似ランダム信号系列生成部１１は、受信機がＳＮＲを算出するための必要な既知のパターン信号の系列として疑似ランダム信号で構成される疑似ランダム信号系列を生成する。疑似ランダム信号系列は、確定的な計算によって求めている擬似乱数列の繰り返し信号であるが、繰り返し周期が十分長く、ほとんど不規則とみなされる信号系列である。疑似ランダム信号系列生成部１１は、生成した疑似ランダム信号系列を疑似ランダム信号系列挿入部１２に出力する。
【００２２】
疑似ランダム信号系列挿入部１２は、入力される主信号に対して疑似ランダム信号系列生成部１１によって生成された疑似ランダム信号系列を挿入する。疑似ランダム信号系列挿入部１２は、疑似ランダム信号系列を挿入した主信号を光信号変調部１３に出力する。
【００２３】
光信号変調部１３は、疑似ランダム信号系列挿入部１２によって疑似ランダム信号系列が挿入された主信号を光信号に変調する。変調後の主信号は伝送路である光ファイバに出力され受信機まで伝送される。
【００２４】
図２は、一対の疑似ランダム信号系列が主信号に挿入される位置の具体例を示す図である。例えば、疑似ランダム信号系列挿入部１２は、疑似ランダム信号系列を送信フレームの任意の部分に２か所以上挿入する。図２は、送信フレームＦ１の先頭部分から順に２つの疑似ランダム信号系列Ｐ０、Ｐ１が挿入された例を示す。１つ以上の一対の疑似ランダム信号系列が主信号に挿入される。最初の疑似ランダム信号系列Ｐ０は、次の疑似ランダム信号系列Ｐ１と同じ信号系列であってもよいし、疑似ランダム信号系列Ｐ１の各信号の符号を反転した信号により表される信号系列であってもよい。符号の反転とは、信号系列の各信号が複素数にて表される場合、実数部及び虚数部の符号を反転することを意味する。
疑似ランダム信号系列の長さは任意であり、疑似ランダム信号系列の長さが長いほどＳＮＲの推定精度が高まる。一方で、疑似ランダム信号系列が挿入される分だけ送信可能な主信号が減少する。そのため、疑似ランダム信号系列の長さは、求められる推定精度に応じた適切に長さに調整されるとよい。
【００２５】
疑似ランダム信号系列Ｐ０と疑似ランダム信号系列Ｐ１とは必ずしも連続している必要はなく、図２に示した中間パターンＰＭを挟んで挿入されてもよい。中間パターンには任意の信号系列を挿入することが可能である。疑似ランダム信号系列Ｐ０と疑似ランダム信号系列Ｐ１とが離れるほど、各信号系列が伝送されるときの伝送路の状態に違いが生じる可能性が高くなる。したがって、疑似ランダム信号系列Ｐ０と疑似ランダム信号系列Ｐ１とは近くに挿入されることが好ましい。疑似ランダム信号系列生成部１１が生成する既知のパターン信号の系列は、疑似ランダム信号系列に限らず、“０１０１…”のような単純な繰り返し信号や“１１１１…”のような同パターンが連続するパターン信号の系列でも構わない。疑似ランダム信号系列を主信号に挿入する場合、光信号において特定の周波数成分への偏りの発生を抑えることができ、非線形光学効果を起こしにくくできる。主信号に挿入される疑似ランダム信号系列は、特定の周波数成分に偏らない信号系列であることが望ましい。
【００２６】
光信号変調部１３は、疑似ランダム信号系列挿入部１２の出力に応じて、例えばＱＰＳＫ、８ＱＡＭ又は１６ＱＡＭの信号を生成する。ただし信号フォーマットはこの限りではない。例えばＱＰＳＫでは、コンスタレーションマップ上に（１，１）、（１，−１）、（−１，１）、（−１，−１）の４つのシンボル点を選択することができる。すなわち疑似ランダム信号系列は、この４つのシンボル点からいずれか一つをランダムに選択するためのパターン信号として機能する。同様に、１６ＱＡＭでは、１６のシンボル点からいずれか一つを選択することが可能であり、疑似ランダム信号系列はこの１６のシンボル点からいずれか一つをランダムに選択するパターンとして機能する。
【００２７】
図３は、第１実施形態における受信機が備える光信号受信部２の構成例を示すブロック図である。光信号受信部２は、光信号復調部２１、信号分離部２２、内積算出部２３、内積平均化部２４、電力算出部２５及び電力平均化部２６を備える。
【００２８】
光信号復調部２１は、送信機から送信された光信号を受信し、受信した光信号を電気信号に復調する。以下、光信号の復調によって生成された電気信号を受信信号という。光信号復調部２１は、光信号の復調によって生成した受信信号を信号分離部２２に出力する。
【００２９】
信号分離部２２は、光信号復調部２１によって復調された受信信号を、主信号に対応する部分信号と疑似ランダム信号系列に対応する部分信号とに分離する。具体的には、信号分離部２２は、受信信号と、送信機側で挿入された疑似ランダム信号系列とのマッチング処理によって受信信号に含まれる疑似ランダム信号系列を識別し、識別した疑似ランダム信号系列に対応する部分信号を受信信号から抽出する。以下では、疑似ランダム信号系列に対応する部分信号を、単に、疑似ランダム信号系列という。
信号分離部２２は、抽出した疑似ランダム信号系列を内積算出部２３及び電力算出部２５に出力する。例えば、図２に示したフレームＦ１が受信された場合、信号分離部２２はフレームＦ１から疑似ランダム信号系列Ｐ０及びＰ１を抽出し、抽出した疑似ランダム信号系列Ｐ０及びＰ１を内積算出部２３及び電力算出部２５のそれぞれに出力する。なお、マッチング処理において必要となる、送信機側で挿入される疑似ランダム信号系列が、受信機が備えるメモリや補助記憶装置等の記憶部に予め記憶されることにより、送信機と受信機とで同じ疑似ランダム信号系列を利用してもよい。あるいは、送信機側と受信機側とが同じ疑似ランダム信号系列を生成するプログラムやハードウェアを備えることにより、送信機と受信機とで同じ疑似ランダム信号系列を利用してもよい。
【００３０】
信号分離部２２は、疑似ランダム信号系列が抽出された受信信号を主信号として出力する。
【００３１】
内積算出部２３は、信号分離部２２によって抽出された各疑似ランダム信号系列の内積を算出する。例えば、一対の疑似ランダム信号系列Ｐ０及びＰ１が抽出された場合、内積算出部２３は、次の式（１）によって一対の疑似ランダム信号系列の内積を算出する。
【００３２】
【数１】
2018181122.tif 000003
【００３３】
式（１）において、Ｐ０（ｘ）は時刻ｘにおける疑似ランダム信号系列Ｐ０の複素信号を表し、Ｐ１（ｘ）＊は時刻ｘにおける疑似ランダム信号系列Ｐ１の複素信号の複素共役を表す。ここで、時刻ｘは疑似ランダム信号系列を構成する各信号が受信された時刻を表す。ｔは最初の疑似ランダム信号系列Ｐ０の先頭の信号が受信された時刻を表す。Ｌは疑似ランダム信号系列Ｐ０及び疑似ランダム信号系列Ｐ１の信号長を表し、Ｍは中間パターンの信号長を表す。すなわちＰｉは、一対の疑似ランダム信号系列に含まれる信号同士の内積を足し合わせた値となる。ここで、雑音成分には相関性がないため互いに打ち消され、内積値には疑似ランダム信号系列の信号成分のみが含まれることになる。内積算出部２３は、このようにして算出した一対の疑似ランダム信号系列の内積値を内積平均化部２４に出力する。主信号から複数の一対の疑似ランダム信号系列が抽出される場合、内積算出部２３は、一対の疑似ランダム信号系列ごとに内積値を算出し、算出した内積値を内積平均化部２４に出力する。
【００３４】
内積平均化部２４は、内積算出部２３によって算出された複数の内積値を取得し、取得した複数の内積値の平均値を算出する。複数の内積値は一つの受信信号に含まれる疑似ランダム信号系列に基づいて取得されたものであってもよいし、複数の受信信号に含まれる疑似ランダム信号系列に基づいて取得されたものであってもよい。内積平均化部２４は、算出した内積値の平均値を、受信された疑似ランダム信号系列の信号成分としてＳＮＲ算出部２７に出力する。
【００３５】
電力算出部２５は、信号分離部２２によって抽出された各疑似ランダム信号系列の受信電力を算出する。例えば、一対の疑似ランダム信号系列Ｐ０及びＰ１が抽出された場合、電力算出部２５は、次の式（２）によって一対の疑似ランダム信号系列の受信電力を算出する。
【００３６】
【数２】
2018181122.tif 000004
【００３７】
式（２）は、時刻ｔ〜ｔ＋Ｌに受信される疑似ランダム信号系列Ｐ０の複素信号Ｐ０（ｘ）の絶対値の２乗和と、時刻ｔ＋Ｌ＋Ｍ〜ｔ＋２Ｌ＋Ｍに受信される疑似ランダム信号系列Ｐ１の複素信号Ｐ１（ｘ）の絶対値の２乗和とを足し合わせることにより疑似ランダム信号系列の電力値Ｐｐが求められることを表す。電力算出部２５は、算出した電力値Ｐｐを、受信された疑似ランダム信号系列の受信電力として電力平均化部２６に出力する。主信号から複数の一対の疑似ランダム信号系列が抽出される場合、電力算出部２５は、一対の疑似ランダム信号系列ごとに電力値Ｐｐを算出し、算出した電力値Ｐｐを電力平均化部２６へ出力する。
【００３８】
電力平均化部２６は、電力算出部２５によって算出された複数の電力値を取得し、取得した複数の電力値の平均値を算出する。複数の受信電力は一つの受信信号に含まれる疑似ランダム信号系列に基づいて取得されたものであってもよいし、複数の受信信号に含まれる疑似ランダム信号系列に基づいて取得されたものであってもよい。電力平均化部２６は、算出した電力値の平均値を受信信号の電力値としてＳＮＲ算出部２７に出力する。
【００３９】
ＳＮＲ算出部２７は、内積平均化部２４によって算出された疑似ランダム信号系列の信号成分と、電力平均化部２６によって算出された疑似ランダム信号系列の受信電力とに基づいてＳＮＲを算出する。一般にＳＮＲは次の式（３）によって算出される。
【００４０】
【数３】
2018181122.tif 000005
【００４１】
式（３）において、Ｐｓは受信信号の信号成分の電力を表し、Ｐｎは受信信号の雑音成分の電力を表す。この場合、信号成分の受信電力Ｐｓ及び雑音成分の受信電力Ｐｎは、先に求めた内積値の平均値Ｐｉ及び受信電力の平均値Ｐｐを用いて以下の式（４）、式（５）ように表すことができる。
【００４２】
【数４】
2018181122.tif 000006
【００４３】
【数５】
2018181122.tif 000007
【００４４】
ＳＮＲ算出部２７は、内積平均値Ｐｉ及び受信電力平均値Ｐｐを用いて次の式（６）でＳＮＲを算出することができる。
【００４５】
【数６】
2018181122.tif 000008
【００４６】
上述のように構成された第１実施形態の光伝送システムでは、送信機がＳＮＲの測定に必要な既知のパターン信号の系列として疑似ランダム信号で構成される一対の疑似ランダム信号系列を生成して送信信号に埋め込む構成を備える。このような構成を備えることにより、既知のパターン信号が特定の周波数成分に偏ってしまうことを抑制しつつＳＮＲを測定することが可能となる。
【００４７】
従来、交番パターン等の埋め込みによって特定の周波数成分が強調された受信信号に基づいてＳＮＲ推定を実施していたのに対し、第１実施形態の光伝送システムでは、受信側は受信された疑似ランダム信号系列の内積をとることにより受信信号に含まれる信号成分と雑音成分とを検出することができる。そのため、送信側は一対の疑似ランダム信号系列を主信号の任意の部分に挿入して送信することが可能となり、特定の周波数成分を強調することなく精度良くＳＮＲを推定することが可能になる。
【００４８】
さらに、第１実施形態の光伝送システムでは、受信機が疑似ランダムパターンの信号成分及び受信電力を複数の観測値の平均値として算出する構成を備える。このような構成を備えることにより、短い疑似ランダム信号系列を既知のパターン信号として用いた場合でも精度よくＳＮＲを推定することが可能になる。なお、受信機は、疑似ランダム信号系列の信号長に応じて、内積平均化部２４及び電力平均化部２６を備えないように構成されてもよい。すなわち、ＳＮＲ算出部２７は、内積算出部２３により算出された内積値と、電力算出部２５により算出された受信電力とに基づいて、ＳＮＲを算出してもよい。一対の疑似ランダム信号系列から内積値を算出ことは、信号成分の平均化を行っているとみなすことができるため、一対の疑似ランダム信号系列から推定されたＳＮＲも一定の精度を有する。
【００４９】
（第２実施形態）
第１実施形態における光伝送システムが単一の偏波に対してＳＮＲを推定する構成であるのに対し、第２実施形態における光伝送システムは、Ｘ偏波及びＹ偏波に対してそれぞれのＳＮＲを推定する構成を有する。
【００５０】
図４は、第２実施形態の光伝送システムにおける送信機が備える光信号送信部１ａの構成例を示すブロック図である。光信号送信部１ａは、第１実施形態における疑似ランダム信号系列挿入部１２及び光信号変調部１３と同様の機能部をＸ偏波及びＹ偏波ごとに備える点と、Ｘ偏波及びＹ偏波ごとに変調された光信号を合成して出力する偏波合成部１４をさらに備える点とで第１実施形態における光信号送信部１と異なる。具体的には、光信号送信部１ａは、Ｘ偏波の処理用に疑似ランダム信号系列挿入部１２−１及び光信号変調部１３−１を備え、Ｙ偏波の処理用に疑似ランダム信号系列挿入部１２−２及び光信号変調部１３−２を備える。
【００５１】
疑似ランダム信号系列挿入部１２−１はＸ偏波の主信号Ｘｐｏｌを入力する。疑似ランダム信号系列挿入部１２−２はＹ偏波の主信号Ｙｐｏｌを入力する。疑似ランダム信号系列生成部１１によって生成された疑似ランダム信号系列は、疑似ランダム信号系列挿入部１２−１及び１２−２の両方に出力される。疑似ランダム信号系列挿入部１２−１はＸ偏波の主信号Ｘｐｏｌに疑似ランダム信号系列を挿入する。光信号変調部１３−１は疑似ランダム信号系列が挿入されたＸ偏波の主信号を光信号に変調して出力する。疑似ランダム信号系列挿入部１２−２はＹ偏波の主信号Ｙｐｏｌに疑似ランダム信号系列を挿入する。光信号変調部１３−２は疑似ランダム信号系列が挿入されたＹ偏波の主信号を光信号に変調して出力する。
【００５２】
第２実施形態における疑似ランダム信号系列生成部１１は、Ｘ偏波の処理系である疑似ランダム信号系列挿入部１２−１と、Ｙ偏波の処理系である疑似ランダム信号系列挿入部１２−２とで異なる疑似ランダム信号系列を生成してもよい。また、疑似ランダム信号系列生成部１１は、疑似ランダム信号系列挿入部１２−１及び１２−２に対して、同じ疑似ランダム信号系列を生成するか異なる疑似ランダム信号系列を生成するかを選択可能に構成されてもよい。この選択は、疑似ランダム信号系列生成部１１の動作を決定する設定情報の書き換え等によるソフトウェア的な手段で実現されてもよいし、スイッチの切り替え等によるハードウェア的な手段で実現されてもよい。
【００５３】
偏波合成部１４は、光信号変調部１３−１から出力されるＸ偏波の光信号と、光信号変調部１３−２から出力されるＹ偏波の光信号とを合成して偏波多重信号を生成する。生成された偏波多重信号は、伝送路に出力され受信機まで伝送される。
【００５４】
図５は、第２実施形態における受信機が備える光信号受信部２ａの構成例を示すブロック図である。光信号受信部２ａは、光信号復調部２１ａ、信号分離部２２ａ、内積算出部２３ａ、内積平均化部２４ａ、電力算出部２５ａ、電力平均化部２６ａ及びＳＮＲ算出部２７ａを備える。
【００５５】
光信号復調部２１ａは、受信した偏波多重信号をＸ偏波成分とＹ偏波成分との光信号に分離し、分離したＸ偏波成分及びＹ偏波成分ごとに光信号を電気信号に復調する。このような光信号復調部２１ａは、一般的なコヒーレント光受信機及びデジタル信号処理回路を用いて構成することが可能である。光信号復調部２１ａは、復調によって得られたＸ偏波の受信信号及びＹ偏波の受信信号を信号分離部２２ａに出力する。
【００５６】
信号分離部２２ａ、内積算出部２３ａ、内積平均化部２４ａ、電力算出部２５ａ、電力平均化部２６ａ及びＳＮＲ算出部２７ａは、光信号復調部２１ａによって分離されたＸ偏波及びＹ偏波のそれぞれの受信信号に基づいて第１実施形態と同様の処理を行う。その結果、信号分離部２２ａからＸ偏波及びＹ偏波のそれぞれの主信号が出力され、ＳＮＲ算出部２７ａにおいてＸ偏波及びＹ偏波のそれぞれについてＳＮＲが算出される。
【００５７】
このように構成された第２実施形態の光伝送システムでは、偏波多重方式で光信号を伝送する場合において、Ｘ偏波及びＹ偏波のそれぞれについて既知のパターン信号が特定の周波数成分に偏ってしまうことを抑制しつつＳＮＲを測定することが可能となる。
【００５８】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態における受信機が備える光信号受信部２ｂの構成例を示すブロック図である。光信号受信部２ｂは、トリミング部２８及びフィルタ部２９をさらに備える点で第１実施形態における光信号受信部２と異なる。他の機能部は第１実施形態における光信号受信部２と同様のため、図３と同じ符号を付すことによりこれらの同様の機能部の説明を省略する。なお、第３実施形態における光信号送信部の構成は第１実施形態の光信号送信部１の構成と同様である。
【００５９】
トリミング部２８は、入力信号から一部の信号を除去する処理（以下「トリミング処理」という。）を実行する。具体的には、トリミング部２８は、信号分離部２２から出力される各疑似ランダム信号系列に対してトリミング処理を実行する。トリミング部２８は、トリミング処理により、各疑似ランダム信号系列からＳＮＲの推定精度を低下させる要因となりうる一部の信号を除去する。トリミング部２８は、トリミング処理後の各疑似ランダム信号系列をフィルタ部２９に出力する。
【００６０】
フィルタ部２９は、入力信号から一部の周波数成分の信号を除去する（以下「フィルタ処理」という。）を実行する。具体的には、フィルタ部２９は、トリミング部２８から出力されるトリミング処理後の各疑似ランダム信号系列に対してフィルタ処理を実行する。フィルタ部２９は、フィルタ処理により、各疑似ランダム信号系列からＳＮＲの推定精度を低下させる要因となりうる一部の周波数成分の信号を除去する。フィルタ部２９は、フィルタ処理後の各疑似ランダム信号系列を内積算出部２３及び電力算出部２５に出力する。
【００６１】
図７は、トリミング処理の具体例を示す図である。図７は、疑似ランダム信号系列の両端の信号を除去するトリミング処理の例を示す。一般に光伝送では、伝送中に生じる波長分散や偏波モード分散の影響によって信号同士が干渉し受信精度が低下する場合がある。このような受信精度の低下は、隣接する信号の境界部分において発生しやすいと考えられる。トリミング部２８がある一定の長さ分の信号を疑似ランダム信号系列の両端から除去することで、ＳＮＲ算出部２７は精度の高いＳＮＲ推定が可能になる。具体的には、トリミング部２８は、疑似ランダム信号系列の両端から所定長分の信号をゼロに置換することで信号を除去する。疑似ランダム信号系列から除去される信号長は、所定長に限定されず、伝送路の状態等に応じて適宜設定されるとよい。
【００６２】
図８は、フィルタ処理の具体例を示す図である。一般にコヒーレント受信回路は、その動作帯域として一定の周波数帯域を持っている。図８に示されるように受信信号の信号成分及び雑音成分の一部がカットされる。カットされる信号成分と雑音成分との比はコヒーレント受信回路の動作帯域によって異なる。そのため、推定されるＳＮＲは、コヒーレント受信回路の動作帯域（以下「受信帯域」という。）に応じて正しい値から乖離する可能性がある。このようなＳＮＲの推定精度の低下を抑制するため、フィルタ部２９はフィルタ処理の実行により、受信帯域の影響を受けない周波数帯域の信号を疑似ランダム信号系列から抽出する。
【００６３】
図９は、フィルタ部２９の構成例を示す図である。図９に示すように、フィルタ部２９は、一般的なＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを用いてデジタル信号処理によって実現することが可能である。フィルタ係数ｈ０，ｈ１，…，ｈｎは、受信帯域に応じて定められる。フィルタ部２９は、ＦＩＲフィルタに限らず、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ又は外部のアナログフィルタを用いて構成されてもよい。
【００６４】
上述のように構成された第３実施形態の光伝送システムでは、受信機が、受信された各疑似ランダム信号系列に対してＳＮＲの推定精度を低下させる要因となりうる一部の信号を除去するトリミング部２８及びフィルタ部２９を備えることにより、ＳＮＲをより精度良く推定することが可能となる。
【００６５】
＜変形例＞
第３実施形態において、光信号受信部２はトリミング部２８及びフィルタ部２９のいずれか一方を備えるように構成されてもよい。また、第３実施形態で説明したトリミング部２８及びフィルタ部２９のいずれか一方又は両方は、第２実施形態における光信号受信部２ａに備えられても良い。
【００６６】
上述した実施形態における光信号送信部１及び１ａと、光信号受信部２、２ａ及び２ｂとの一部又は全部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、送信機及び受信機はバスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、ＣＰＵがメモリや補助記憶装置に記憶されたプログラムを実行してもよい。送信機に備えられるＣＰＵは、プログラムを実行することにより光信号送信部として動作してもよい。受信機に備えられるＣＰＵは、プログラムを実行することにより光信号受信部として動作してもよい。
さらに、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
光信号送信部と光信号受信部との一部又は全部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いた電子回路として実現されてもよい。
【００６７】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、光伝送システムに適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１，１ａ…光信号送信部
１１…疑似ランダム信号系列生成部
１２，１２−１，１２−２…疑似ランダム信号系列挿入部
１３，１３−１，１３−２…光信号変調部
１４…偏波合成部
２，２ａ，２ｂ…光信号受信部
２１，２１ａ…光信号復調部
２２，２２ａ…信号分離部
２３，２３ａ…内積算出部
２４，２４ａ…内積平均化部
２５，２５ａ…電力算出部
２６，２６ａ…電力平均化部
２７，２７ａ…ＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）算出部
２８…トリミング部
２９…フィルタ部
【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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【国際調査報告】
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