(57)【要約】【課題】ＴＳを１個で偏波分離することが可能な、偏波多重信号分離方法および該方法による送受信システムを提供する。【解決手段】偏波多重信号分離方法は、送信装置が、偏波１と偏波２で異なるパターンのトレーニングシンボルを、同一シンボル時刻に搭載して、送信し、受信装置が、前記トレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の比を用いて、伝達関数を導出し、前記伝達関数を用い、受信した信号の偏波分離を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置が、偏波１と偏波２で異なるパターンのトレーニングシンボルを、同一シンボル時刻に搭載して、送信するステップと、
受信装置が、前記トレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の比を用いて、伝達関数を導出するステップと、
前記受信装置が、前記伝達関数を用い、受信した信号の偏波分離を行うステップと、
を含むことを特徴とする偏波多重信号分離方法。
【請求項２】
前記伝達関数を導出するステップは、
前記偏波１のトレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ａを求めるステップと、
前記偏波２のトレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ｂを求めるステップと、
前記最大値Ａ、Ｂの比で偏波１、偏波２が混合されたとして、伝達関数Ｈを算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の偏波多重信号分離方法。
【請求項３】
前記伝達関数を導出するステップは、
前記偏波１のトレーニングシンボルと、偏波１の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ａを求めるステップと、
前記偏波２のトレーニングシンボルと、偏波１の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ｂを求めるステップと、
前記偏波１のトレーニングシンボルと、偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ａ’を求めるステップと、
前記偏波２のトレーニングシンボルと、偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ｂ’を求めるステップと、
前記最大値Ａ、Ｂの比および前記最大値Ａ’、Ｂ’の比で偏波１、偏波２が混合されたとして、伝達関数Ｈを算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の偏波多重信号分離方法。
【請求項４】
前記トレーニングシンボルと受信信号とから、周波数軸上での位相のずれを検出するステップをさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏波多重信号分離方法。
【請求項５】
送信装置と受信装置とを備える送受信システムにおいて、
前記送信装置が、偏波１と偏波２で異なるパターンのトレーニングシンボルを、同一シンボル時刻に搭載して、送信する手段と、
前記受信装置が、前記トレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の比を用いて、伝達関数を導出する手段と、
前記受信装置が、前記伝達関数を用い、受信した信号の偏波分離を行う手段と、
を備えることを特徴とする送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野に関するものである。より詳細には、光伝送方式による送受信システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調は、送信データを複数のサブキャリアを用いて並列に伝送する方式であり（非特許文献１）、各サブキャリアのシンボル・レートが比較的低くなるためシンボル間干渉に強く、デジタル地上波放送や、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムで既に使用されており、光通信システムへの適用についても検討されている。
【０００３】
従来、光ＯＦＤＭ信号変調方式を１チャネルとした波長分割多重（ＷＤＭ）通信技術が提案されている。非特許文献２のように、複数のキャリアをバンド化した光ＯＦＤＭ信号は矩形上の光スペクトルをしているため、隣接するＷＤＭチャネルとの周波数間隔を狭めることが可能であり、高い周波数利用効率を示すことが可能である。
【０００４】
また、非特許文献３には、偏波分割多重化されたＯＦＤＭ伝送信号から偏波分離する方法が記載される。ここで示されるように、ファイバ中で偏波が回転することにより偏波多重信号を単純に２偏波に分けると、偏波多重信号が混合されて受信されるが、Multi-Input-Multi-output（ＭＩＭＯ）技術を用いて偏波分離することにより、送信時の偏波多重信号の通りに偏波分離することが可能となる。
【０００５】
図１は、光ＯＦＤＭ信号を用いた従来の偏波分離方式例を示す。非特許文献３によるＴＳ（Training
Symbol）を用いた偏波分離方式を示す。偏波分離を行うためには、データシンボル（ＤＳ）列中に、周期的にトレーニングシンボル（ＴＳ）を挿入する必要がある。その際、元の偏波が受信器においてどのような割合で２偏波に分かれたか判定するために、伝送前に、２つのＴＳ（ＴＳ＿ａ、ＴＳ＿ｂ）を挿入する。これらのＴＳのパターンは受信器も把握している。さらに、ＴＳは片方の偏波のみ情報が搭載され、もう片方の偏波の信号パワーは０にする。つまり、偏波１でＴＳ＿ａを送信する際、偏波２は何も送信せず、偏波２でＴＳ＿ｂを送信する際、偏波１は何も送信しない。
【０００６】
受信側では、伝送前のトレーニングシンボルＴＳ＿ａ、ＴＳ＿ｂと伝送後のトレーニングシンボルＴＳ＿ａ１、ＴＳ＿ｂ１、ＴＳ＿ａ２、ＴＳ＿ｂ２から、
【数１】
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により、ＴＳにより得られた偏波の混合比率とファイバ中で受けた分散を把握し、伝達関数Ｈ（上記式で行列ｈｉｊ）を得る。そして、ＴＳ以後のＤＳは、伝送前信号に対し伝達関数Ｈを与えた結果であるとして、
【数２】
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を逆算することによりＤＳ’からＤＳを得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】伊丹 誠、「わかりやすいＯＦＤＭ技術」、オーム社、２００５
【非特許文献２】H. Takahashi, A. A. Amin, S. L. Jansen, I.Morita and H. Tanaka, “Highly Spectrally Efficient DWDM Transmission at 7.0b/s/Hz Using 8 65.1-Gb/s Coherent PDM-OFDM,” J. Lightw. Technol.,vol. 28, no.4, pp.406-414, 2010.
【非特許文献３】Sander L.Jansen, Itsuro Morita, Tim C. W. Schenk, and Hideaki Tanaka,  “Long-haultransmission of 16&Atilde;52.5 Gbits/s polarization-divisionmultiplexedOFDM enabled by MIMO processing,” Vol. 7, No. 2 / February 2008 / JOURNAL OFOPTICAL NETWORKING 173-182．
【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、上記に示したとおり、従来技術では、偏波分離を行うためには、送信器において各偏波に異なるＴＳを周期的に２つ挿入する必要があり、周波数利用効率が低下する問題があった。
【０００９】
したがって、本発明は、ＴＳを１個で偏波分離することが可能な、偏波多重信号分離方法および該方法による送受信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】
【００１０】
上記目的を実現するため本発明による偏波多重信号分離方法は、送信装置が、偏波１と偏波２で異なるパターンのトレーニングシンボルを、同一シンボル時刻に搭載して、送信するステップと、受信装置が、前記トレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の比を用いて、伝達関数を導出するステップと、前記受信装置が、前記伝達関数を用い、受信した信号の偏波分離を行うステップとを含む。
【００１１】
また、前記伝達関数を導出するステップは、前記偏波１のトレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ａを求めるステップと、前記偏波２のトレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ｂを求めるステップと、前記最大値Ａ、Ｂの比で偏波１、偏波２が混合されたとして、伝達関数Ｈを算出するステップとを有することも好ましい。
【００１２】
また、前記伝達関数を導出するステップは、前記偏波１のトレーニングシンボルと、偏波１の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ａを求めるステップと、前記偏波２のトレーニングシンボルと、偏波１の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ｂを求めるステップと、前記偏波１のトレーニングシンボルと、偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ａ’を求めるステップと、前記偏波２のトレーニングシンボルと、偏波２の受信信号との相関関数の相関値の最大値Ｂ’を求めるステップと、前記最大値Ａ、Ｂの比および前記最大値Ａ’、Ｂ’の比で偏波１、偏波２が混合されたとして、伝達関数Ｈを算出するステップとを有することも好ましい。
【００１３】
また、前記トレーニングシンボルと受信信号とから、周波数軸上での位相のずれを検出するステップをさらに有することも好ましい。
【００１４】
上記目的を実現するため本発明による送受信システムは、送信装置と受信装置とを備える送受信システムにおいて、前記送信装置が、偏波１と偏波２で異なるパターンのトレーニングシンボルを、同一シンボル時刻に搭載して、送信する手段と、前記受信装置が、前記トレーニングシンボルと、偏波１または偏波２の受信信号との相関関数の相関値の比を用いて、伝達関数を導出する手段と、前記受信装置が、前記伝達関数を用い、受信した信号の偏波分離を行う手段とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光伝送方式の偏波多重信号分離方法によれば、ＴＳを１個で偏波分離することにより、周波数利用効率を向上するという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光ＯＦＤＭ信号を用いた従来の偏波分離方式例を示す。
【図２】本発明による送受信システムの構成を示す。
【図３】本発明によるＯＦＤＭシンボル列の概念図である。
【図４】ＴＳ＿ａ（ｔ）、ＴＳ＿ｂ（ｔ）とＳｉｇｎａｌ＿Ｐｏｌ＿１（ｔ）のクロスコリレーションの例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図２は、本発明による送受信システムの構成を示す。本送受信システムは、送信装置１と受信装置２を備える。送信装置１は、２つの送信器１１、２つの変調器１２、および合波器１３を備える。受信装置２は、２つの検出器２１、ＭＩＭＯ処理器２２、２つの受信器２３、および分波器２４を備える。
【００１８】
送信装置１では、２つの送信器１１で生成された２つの信号が、２つの変調器１２で光ＯＦＤＭ信号の偏波１と偏波２に変調され、合波器１３によって多重化され、伝送路に送信される。なお、偏波１と偏波２の詳細は、図３で示される。受信装置２では、分波器２４で受信した光ＯＦＤＭ信号を分波する。ここで分波された信号は、送信時の偏波１と偏波２が混ざったものになっている。光信号の位相情報を保持するため、２つのコヒーレント光検出器（ＣＯＤ）２１が光から電気への変換のため用いられる。ＭＩＭＯ処理器２２によって、受信された信号が偏波分離され、２つの受信器２３に送られる。なお、ＭＩＭＯ処理器２２による処理の詳細は、以下に示される。
【００１９】
図３は、本発明によるＴＳ（Training Symbol）を用いた偏波分離を示す。ＴＳとして偏波１にＴＳ＿ａ、偏波２にＴＳ＿ｂを搭載する。同一シンボル時刻であるため、ＴＳは１つとなる。ＴＳ＿ａとＴＳ＿ｂの時間軸波形であるＴＳ＿ａ（ｔ）とＴＳ＿ｂ（ｔ）は相関の無い異なるパターンであり、理想的には、ＴＳ＿ａ（ｔ）とＴＳ＿ｂ（ｔ）は直交する。このパターン（ＴＳ＿ａ（ｔ）、ＴＳ＿ｂ（ｔ））は、受信装置も把握している。
【００２０】
以下に、本発明のＭＩＭＯ処理器での偏波分離プロセスを示す。
・プロセス１：ＴＳ＿ａ（ｔ）とＳｉｇｎａｌ＿Ｐｏｌ＿１（ｔ）（偏波１の受信信号）のクロスコリレーション（相関関数の相関値）を取得し、最大値Ａを求める。なお、クロスコリレーションは、受信した信号中に、ＴＳがどこにあるかを検出するための既存の手法である。具体的には、受信した信号を時間軸で少しずつずらしながら、ＴＳとの積を取り、積分して相関を取り、相関値を求める。その相関値が最も高い信号部分が、受信した信号のＴＳであると推定される。本プロセスではその相関値の最大値Ａを求める。
・プロセス２：ＴＳ＿ｂ（ｔ）とＳｉｇｎａｌ＿Ｐｏｌ＿１（ｔ）（偏波１の受信信号）のクロスコリレーション（相関関数の相関値）を取得し、最大値Ｂを求める。
【００２１】
ここで求められた最大値Ａ、Ｂの比で偏波１、偏波２が混合されたと考え、伝達関数Ｈを、
【数３】
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で求め、この伝達関数Ｈを用い、ＤＳ’からＤＳを得る。
【００２２】
図４は、ＴＳ＿ａ（ｔ）、ＴＳ＿ｂ（ｔ）とＳｉｇｎａｌ＿Ｐｏｌ＿１（ｔ）のクロスコリレーションの例を示す。本例では、偏波１と偏波２が７：３の振幅比で混合された信号に対してＴＳ＿ａ（ｔ）、ＴＳ＿ｂ（ｔ）それぞれでクロスコリレーションを行った例である。図４より、ＴＳ＿ａ（ｔ）とのクロスコリレーション（Ｘｃｏｒｒ）で最大値Ａとして１．２が得られ、ＴＳ＿ｂ（ｔ）とのクロスコリレーション（Ｘｃｏｒｒ）で最大値Ｂとして０．５が得られる。
Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝１．２／（１．２＋０．５）＝約０．７
Ｂ／（Ａ＋Ｂ）＝０．５／（１．２＋０．５）＝約０．３
であり、その相関値の比は約７：３となり、クロスコリレーションより、振幅比を得ることが可能であることが分かる。
【００２３】
上記偏波分離プロセスでは、プロセス１およびプロセス２で、ＴＳ＿ａ（ｔ）、ＴＳ＿ｂ（ｔ）とＳｉｇｎａｌ＿Ｐｏｌ＿１（ｔ）（偏波１の受信信号）のクロスコリレーションを取得したが、ＴＳ＿ａ（ｔ）、ＴＳ＿ｂ（ｔ）とＳｉｇｎａｌ＿Ｐｏｌ＿２（ｔ）（偏波２の受信信号）のクロスコリレーションを取得することによって、最大値Ａ’、Ｂ’を求め、伝達関数Ｈを求めることも可能である。
【００２４】
この場合、伝達関数Ｈは、
【数４】
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となる。この伝達関数Ｈを用い、ＤＳ’からＤＳを得る。
【００２５】
なお、最大値Ａ、Ｂの比と最大値Ａ’、Ｂ’の比は、本来同じ値であるはずであるが、実際は伝送路中の偏波のロス等が偏波１および偏波２で異なるため、同じ値ではない。
【００２６】
このため、最大値Ａ、Ｂと最大値Ａ’、Ｂ’の両方を用いた偏波分離プロセスも可能である。この場合、受信された偏波１に対しては、最大値Ａ、Ｂの比で偏波１、偏波２が混合されたと考え、受信された偏波２に対しては、最大値Ａ’、Ｂ’の比で偏波１、偏波２が混合されたと考える。
【００２７】
この場合、伝達関数Ｈは、
【数５】
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となる。この伝達関数Ｈを用い、ＤＳ’からＤＳを得る。
【００２８】
上記のようにして、伝達関数Ｈを得ることができ、ＴＳ１つで偏波分離が可能となり、周波数利用効率を向上することができる。
【００２９】
以上のように１つのＴＳにより、偏波比を算出したが、１つのＴＳから周波数軸上での位相のずれを検出することも可能である。以下では、上記の最大値Ａ、Ｂと最大値Ａ’、Ｂ’の両方を用いた偏波分離プロセスにおける位相のずれ検出を説明するが、最大値Ａ、Ｂを用いた偏波分離プロセスおよび最大値Ａ’、Ｂ’を用いた偏波分離プロセスでも同様に可能である。
【００３０】
・プロセス３：プロセス１およびプロセス２において、同時にシンボル位置を検出し、ＴＳシンボルＴＳ（ｔ）を抽出する。
・プロセス４：受信したＴｓ＿ａ（ｔ）とＴｓ＿ｂ（ｔ）から、位相のずれがない場合に受信されるＷａｖｅ（ｔ）を
Ｗａｖｅ（ｔ）＝（Ｔｓ＿ａ（ｔ））×（Ａ／（Ａ＋Ｂ））
＋（Ｔｓ＿ｂ（ｔ））×（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））
より作成する。
・プロセス５：ＴＳ（ｔ）およびＷａｖｅ（ｔ）に高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、周波数軸上の関数ＴＳ（ｗ）およびＷａｖｅ（ｗ）を作成する。
・プロセス６：伝達関数ｈ＿ｐｏｌ１＝ＴＳ（ｗ）／Ｗａｖｅ（ｗ）＝Ｅ（ｗ）ｅｘｐ（φ（ｗ））から、ｅｘｐ（φ（ｗ））を抽出する。
・プロセス７：求めたｅｘｐ（φ）で伝達関数Ｈのｈ１１、ｈ１２を、
ｈ１１＝（Ａ／（Ａ＋Ｂ））×ｅｘｐ（φ（ｗ））
ｈ１２＝（Ｂ／（Ａ＋Ｂ））×ｅｘｐ（φ（ｗ））
と補正する。
・プロセス８：偏波２についても上記プロセス１から７までと同様なことを行い、伝達関数Ｈのｈ２１、ｈ２２を、
ｈ２１＝（Ａ’／（Ａ’＋Ｂ’））×ｅｘｐ（φ’（ｗ））
ｈ２２＝（Ｂ’／（Ａ’＋Ｂ’））×ｅｘｐ（φ’（ｗ））
と補正する。
【００３１】
上記のようにして、周波数軸上での位相のずれを補正した伝達関数Ｈを得ることができ、ＴＳ１つでより精度の高い偏波分離が可能となる。
【００３２】
上記実施形態は、ＯＦＤＭ変調方式について説明したが、Ｔｓ＿ａ、Ｔｓ＿ｂを有すれば、例えばシングルキャリア信号変調方式など、他の信号変調方式にも適用可能である。
【００３３】
また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１  送信装置
１１  送信器
１２  変調器
１３  合波器
２  受信装置
２１  検出器
２２  ＭＩＭＯ処理器
２３  受信器
２４  分波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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