(57)【要約】      （修正有）【課題】すばやく、正確に偏波モード分散作用下における相互位相変調損傷を推定する。【解決手段】相互位相変調損傷の推定方法は、光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン（span，断面）以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を決定すること、及び前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定すること、を含む。【選択図】図２
2013219769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算する第１計算ユニット、
前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を計算する第２計算ユニット
を含む、相互位相変調損傷の推定装置。
【請求項２】
前記第１計算ユニットは（Ｎ−１）個の第１計算モジュールを含み、Ｎは前記光ファイバー伝送システムにおける光ファイバースパンの個数であり、各前記第１計算モジュールは以下の公式に基づき光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算するために用いられ、
【数１１】
2013219769.tif 000049
式中、Ｒｍはランダム回転行列であり、且つ
2013219769.tif 000050
であり、Ｄｍは微分群遅延行列であり、且つ
2013219769.tif 000051
であり、Ｍは反復回数であり、θは［０，π］における一様分布を満たし、ｓｉｎδは［−１，１］における一様分布を満たし、Δωはポンプ信号と観測信号との搬送波間隔であり、観測信号についてΔω＝０であり、τは各回の反復する群遅延差であり、且つ
2013219769.tif 000052
であり、ＤＰＭＤは偏波モード分散係数であり、Ｌは光ファイバースパン長さである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
δ＝０の場合、
2013219769.tif 000053
である、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記相対偏波状態回転行列は
2013219769.tif 000054
であり、前記第２計算ユニットは以下の公式に基づき前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を計算し、
公式
2013219769.tif 000055
に基づき入力信号のｙ偏波状態のｘ偏波状態に対する偏波クロストークを計算し、
公式
2013219769.tif 000056
に基づき入力信号のｘ偏波状態のｙ偏波状態に対する偏波クロストークを計算し、
公式
2013219769.tif 000057
に基づき相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音を計算し、
公式
2013219769.tif 000058
に基づき相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音を計算し、
ここで、
2013219769.tif 000059
であり、
式中、
ｕ’２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ’２ｙ（ｔ，ｉ−１）はそれぞれｕ２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）の前記相対偏波状態回転行列後の値であり、すなわち
2013219769.tif 000060
であり、
式中、
ｈｉ＋１（ｔ）＝ＩＦＦＴ（Ｈｉ＋１（ω））はフィルターのインパルス応答であり、
2013219769.tif 000061
は畳み込みであり、
ＩＦＦＴ（ＣＤｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散のインパルス応答であり、
ＩＦＦＴ（τｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差のインパルス応答である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２計算ユニットは、
光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算するためのＮ個の第２計算モジュール、
各光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項に対してそれぞれフィルタリング処理を行うためのＮ個のフィルター、
すべての光ファイバースパンのフィルタリング処理を行った後の位相雑音項を相加し、すべての光ファイバースパンのフィルタリング処理を行った後の偏波クロストーク項を相加し、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を得るために用の加算器
を含み、
ここで、Ｎは前記光ファイバー伝送システムにおける光ファイバースパンの個数であり、
ここで、第１の第２計算モジュールは第１光ファイバースパンにおけるポンプ信号に基づき第１光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算し、第１の第２計算モジュール以外の各第２計算モジュールは、対応する光ファイバースパンにおけるポンプ信号と相対偏波状態回転行列との積、ポンプ信号の波長分散、ポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び利得に基づき、対応する光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を決定し、
前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定する
ことを含む、相互位相変調損傷の推定方法。
【請求項７】
前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を決定し、
以下の公式に基づき各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算することを含み、
【数１２】
2013219769.tif 000062
式中、Ｒｍはランダム回転行列であり、且つ
2013219769.tif 000063
であり、Ｄｍは微分群遅延行列であり、且つ
2013219769.tif 000064
であり、Ｍは反復回数であり、θは［０，π］における一様分布を満たし、ｓｉｎδは［−１，１］における一様分布を満たし、Δωはポンプ信号と観測信号との搬送波間隔であり、観測信号についてΔω＝０であり、τは各回の反復する群遅延差であり、且つ
2013219769.tif 000065
であり、ＤＰＭＤは偏波モード分散係数であり、Ｌは光ファイバースパン長さである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
δ＝０の場合、
2013219769.tif 000066
である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記相対偏波状態回転行列が
2013219769.tif 000067
である場合、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定し、
公式
2013219769.tif 000068
に基づき入力信号のｙ偏波状態のｘ偏波状態に対する偏波クロストークを計算し、
公式
2013219769.tif 000069
に基づき入力信号のｘ偏波状態のｙ偏波状態に対する偏波クロストークを計算し、
公式
2013219769.tif 000070
に基づき相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音を計算し、
公式
2013219769.tif 000071
に基づき相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音を計算すること、を含み、
ここで、
2013219769.tif 000072
であり、
式中、
ｕ’２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ’２ｙ（ｔ，ｉ−１）はそれぞれｕ２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）の前記相対偏波状態回転行列後の値であり、すなわち
2013219769.tif 000073
であり、
式中、
ｈｉ＋１（ｔ）＝ＩＦＦＴ（Ｈｉ＋１（ω））はフィルターのインパルス応答であり、
2013219769.tif 000074
は畳み込みであり、
ＩＦＦＴ（ＣＤｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散のインパルス応答であり、
ＩＦＦＴ（τｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差のインパルス応答である、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバー通信に関し、特に偏波モード分散作用下における相互位相変調損傷の推定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
相互位相変調が引き起こす位相雑音及び偏波クロストークは高密度波長分割多重システムコストをもたらす主な原因の一つである。相互位相変調を研究する従来の方法には、スプリットステップフーリエ（ＳＳＦ、Ｓｐｌｉｔ  Ｓｔｅｐ  Ｆｏｕｒｉｅｒ）シミュレーション及び伝送実験が含まれる。しかし、ＳＳＦシミュレーションは非常に時間がかかり、研究可能な時間窓及びチャネル数は非常に限られ、一方伝送実験は大量の人と物を費やす。相互位相変調のメカニズムをより深く研究し、それによって関連信号損傷を抑制し、補償するため、すでにさまざまな方法が相次いで提出されている。（文献 Z. Tao et al., JLT, vol. 29, pp.974-986, 2011; M. Winter et al., JLT, vol. 27, pp. 3739-3751, 2009）。しかし、これらの方法では偏波モード分散が考慮されていないが、実際の光ファイバー伝送システムには偏波モード分散がある。さらに、研究（文献P. Serena et al, ECOC, Paper 10.4.3, 2009; C. Xia et al, ECOC, Paper Th. 10. E, 5, 2010）によって、波長分散管理を含む光ファイバーリンクにおいて、偏波モード分散は相互位相変調によって引き起こされるシステム損傷を低下させるのに役立つことが明らかとなった。このため、関連信号損傷を抑制し、補償する場合、偏波モード分散がもたらす効果を考慮する必要がある。
【０００３】
上記技術背景に対する説明は、本発明の技術手段について明確で、完全な説明を行いやすくし、本分野当業者の理解に資するために述べたものに過ぎないことに注意しておかなければならない。これらの手段は本発明の背景技術部分において述べているからというだけで、本分野当業者にとって公知のものであると考えてはならない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Z. Tao et al., JLT, vol. 29, pp.974-986, 2011; M. Winter et al., JLT, vol. 27, pp. 3739-3751, 2009
【非特許文献２】P. Serena et al, ECOC, Paper 10.4.3, 2009; C. Xia et al, ECOC, Paper Th. 10. E, 5, 2010
【発明の開示】
【０００５】
背景技術において指摘された問題にかんがみ、本発明を提出した。
本発明実施例の目的は、相互位相変調損傷の推定方法を提供することによって、すばやく、正確に偏波モード分散作用下における相互位相変調損傷を推定することにある。
【０００６】
本発明実施例の一つの目的に基づき、相互位相変調損傷の推定装置を提供した。ここで、前記装置は、
光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン（span，断面）以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算する、第１計算ユニット、
前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を計算する、第２計算ユニット、
を含む。
【０００７】
本発明実施例の一つの目的に基づき、相互位相変調損傷の推定方法を提供した。ここで、前記方法は、
光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を決定し、
前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定する
ことを含む。
【０００８】
本発明実施例の有益な効果は、すばやく、正確に偏波モード分散作用下における相互位相変調損傷を推定することができることにある。
【０００９】
後述の説明及び図面を参照し、本発明の特定の実施方式を詳細に公開し、本発明の原理を採用することができる方式を明示した。本発明の実施方式はそれによって範囲の上で制限を受けるものではないことを理解すべきである。添付の特許請求の範囲の精神及び条項の範囲内において、本発明の実施方式は多くの変更、修正及び等価を含む。
【００１０】
実施方式についての記述及び／又は示された特徴は同一又は類似の方式によって、１つ又はそれ以上のその他の実施方式において使用し、その他の実施方式における特徴と組み合わせ、又はその他の実施方式における特徴を代替することができる。
【００１１】
用語「含む（包括／包含）は本明細書で使用する場合、特徴、物品全体、ステップ又はアセンブリの存在を指すが、１つ又はそれ以上のその他の特徴、物品全体、ステップ若しくはアセンブリの存在又は付加を排除するものではない。
【００１２】
以下の図面を参照することによって、本発明の多くの面をより深く理解することができる。図面中の部品は原寸に比例して描かれたものではなく、本発明の原理を示すためのものに過ぎない。本発明の一部を示し、記述しやすくするため、図面中の対応する部分は拡大され、又は縮小されている可能性がある。本発明の図面又は実施方式において記述された要素及び特徴は１つ又はそれ以上のその他の図面又は実施方式において示された要素及び特徴と結合させることができる。また、図面において、類似する記号はいくつかの図面において対応する部品を表し、一実施方式において使用される対応部品より多いことを示すために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】相互位相変調損傷の推定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明実施例の相互位相変調損傷の推定装置の構成を示す図である。
【図３】図２で示された実施例の第１計算ユニットの第１計算モジュールの構成を示す図である。
【図４】図２で示された実施例の相互位相変調損傷の推定装置の構成を示す図である。
【図５】本発明実施例の相互位相変調損傷の推定方法のフローチャートである。
【図６】は性能検証を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照し、以下の明細書を通して、本発明実施例の前述の及びその他の特徴が明らかになるであろう。これらの実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明に対する制限ではない。本分野の当業者が本発明の原理及び実施方式を容易に理解できるようにするため、本発明実施例は波長分割多重システムのマルチポンプマルチスパン（span，断面）を例として説明するが、本発明実施例は上記システムに限らないものと理解してよい。
【００１５】
波長分割多重システムにおいて、任意に１つのチャネルを観測チャネルとして、その他のチャネルをポンプチャネルとして選択する。相互位相変調がシステムにもたらす影響は
【数１】
2013219769.tif 000003
のように表すことができる。
【００１６】
式中、Ｕ１＿ｗ／ｏＸＰＭ（ｔ）は観測信号のシングルチャネル伝送後の波形であり、Ｕ１＿ＸＰＭ（ｔ）は相互位相変調を考慮したマルチチャネル伝送後の波形であり、Ｗ（ｔ）はジョーンズ行列であり、相互位相変調の影響を表し、Ｗ（ｔ）の表現式は
【数２】
2013219769.tif 000004
である。
【００１７】
式中、ｗｘｙはｘ偏波状態のｙ偏波状態に対するクロストークを表し、ｗｙｘはｙ偏波状態のｘ偏波状態に対するクロストークを表し、それらはポンプチャネルの偏波クロストーク項（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ  Ｔｅｒｍ）と関連する。
式中、φ＝（φｘ＋φｙ）／２、Δφ＝φｘ−φｙ、φｘは相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音を表し、φｙは相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音を表し、それらは位相雑音項（Ｐｈａｓｅ  Ｎｏｉｓｅ  Ｔｅｒｍ）と関連する。
【００１８】
図１は該光ファイバー伝送システムの光ファイバースパンがＮである場合、ｗｘｙ、ｗｙｘ、φｘ、φｙを計算する略図を図示した。ここで、ＣＤｉはｉ個目の光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散であり、τｉはポンプチャネルの観測チャネルに対する遅延差であり、ｇｉは光増幅器の利得であり、Ｈｉ（ω）はｉ個目の光ファイバースパンにおける相互位相変調フィルターである。
【００１９】
図１の設計に基づき、
ポンプチャネルのｙ偏波状態のｘ偏波状態に対する偏波クロストークは
【数３】
2013219769.tif 000005
であり、
ポンプチャネルのｘ偏波状態のｙ偏波状態に対する偏波クロストークは
【数４】
2013219769.tif 000006
であり、
ポンプチャネルの相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音は
【数５】
2013219769.tif 000007
であり、
ポンプチャネルの相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音は
【数６】
2013219769.tif 000008
であることが得られる。
【００２０】
ここで、
ｈｉ＋１（ｔ）＝ＩＦＦＴ（Ｈｉ＋１（ω））はフィルターのインパルス応答であり、
2013219769.tif 000009
は畳み込みであり、
【数７】
2013219769.tif 000010
であり、
ＩＦＦＴ（ＣＤｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散のインパルス応答であり、
ＩＦＦＴ（τｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差のインパルス応答である。
【００２１】
図１の設計を用い、以上の公式に基づき、ポンプ信号の偏波クロストーク項及び位相雑音項を計算して得ることができ、これによってジョーンズ行列Ｗ（ｔ）を決定することができ、さらに相互位相変調を考慮したマルチチャネル伝送後の信号を得ることができる。
【００２２】
しかしながら、背景技術で説明したように、このような相互位相変調損傷の推定方法は、偏波モード分散がもたらす効果を考慮していないため、実際のチャネル状態を反映することはできない。
【００２３】
実施例１
本発明実施例は相互位相変調損傷の推定装置を提供した。図２は該装置の構成を示す図である。図２を参照されたい。該装置は、
光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算する、第１計算ユニット２０１、
前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を計算する、第２計算ユニット２０２、
を含む。
【００２４】
一実施例において、第１計算ユニット２０１は（Ｎ−１）個の第１計算モジュールを含み、Ｎは前記光ファイバー伝送システムにおける光ファイバースパンの個数であり、各第１計算モジュールは以下の公式に基づき光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算するために用いられる。
【数８】
2013219769.tif 000011
【００２５】
本実施例において、ポンプチャネルのポンプジョーンズ行列Ｊｐｕｍｐはランダム回転行列Ｒｍと微分群遅延行列Ｄｍとの積をＭ回反復した後の値であり、すなわち
2013219769.tif 000012
である。検出チャネルの検出ジョーンズ行列Ｊｐｒｏｂｅはランダム回転行列ＲｍをＭ回反復した後の値であり、すなわち
2013219769.tif 000013
である。本実施例において、各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列Ｊｒｅｌａｔｉｖｅ、は前記ポンプジョーンズ行列Ｊｐｕｍｐと前記検出ジョーンズ行列Ｊｐｒｏｂｅとの商であり、すなわち
2013219769.tif 000014
である。
【００２６】
式中、Ｒｍはランダム回転行列であり、光ファイバー中の複屈折軸変化を表すために用いられる。Ｄｍは微分群遅延行列であり、偏波モード分散によって引き起こされる光ファイバー中の高低速軸間の群遅延差を表すために用いられる。
【００２７】
一実施例において、
2013219769.tif 000015
である。
【００２８】
式中、θは［０，π］における一様分布を満たし、ｓｉｎδは［−１，１］における一様分布を満たし、Δωはポンプ信号と観測信号との搬送波間隔であり、観測信号についてΔω＝０である。τは各回の反復する群遅延差であり、ここでτと偏波モード分散係数ＤＰＭＤとの関係は
2013219769.tif 000016
である。式中、Ｌは現行の光ファイバースパン長さであり、Ｍは反復回数である。
【００２９】
反復回数Ｍは調整可能であるため、他の実施方式においてさらに演算を簡略化するため、δを省略し、すなわちδ＝０とすれば、ランダム回転行列Ｒｍは、
【数９】
2013219769.tif 000017
と変形される。
【００３０】
図３は本発明実施例の第１計算モジュールの一実施例における構成を示す図である。図３に示されたように、該第１計算モジュールは、第１ランダム回転行列計算モジュール３０１、第１微分群遅延行列計算モジュール３０２、第２ランダム回転行列計算モジュール３０３、ポンプジョーンズ行列計算モジュール３０４、観測ジョーンズ行列計算モジュール３０５、及びチャネル間相対偏波状態回転行列計算モジュール３０６を含む。
【００３１】
ここで、第１ランダム回転行列計算モジュール３０１及び第２ランダム回転行列計算モジュール３０３は公式
2013219769.tif 000018
又は公式
2013219769.tif 000019
に基づきランダム回転行列を計算するために用いられる。式中、θは［０，π］における一様分布を満たし、ｓｉｎδは［−１，１］における一様分布を満たす。
ここで、第１微分群遅延行列計算モジュール３０２は公式
2013219769.tif 000020
【００３２】
に基づき微分群遅延行列を計算するために用いられる。式中、Δωはポンプ信号と観測信号との搬送波間隔であり、観測信号についてΔω＝０である。τは各回の反復する群遅延差であり、ここでτと偏波モード分散係数ＤＰＭＤとの関係は
2013219769.tif 000021
【００３３】
である。式中、Ｌは現行の光ファイバースパン長さであり、Ｍは反復回数である。
【００３４】
ここで、ポンプジョーンズ行列計算モジュール３０４は第１ランダム回転行列計算モジュール３０１及び第１微分群遅延行列計算モジュール３０２の計算結果を用い、公式
2013219769.tif 000022
に基づきポンプジョーンズ行列を計算する。
【００３５】
ここで、観測ジョーンズ行列計算モジュール３０５は第２ランダム回転行列計算モジュール３０３の計算結果を利用し、公式
2013219769.tif 000023
に基づき、観測ジョーンズ行列を計算する。
【００３６】
ここで、チャネル間相対偏波状態回転行列計算モジュール３０６はポンプジョーンズ行列計算モジュール３０４及び観測ジョーンズ行列計算モジュール３０５の計算結果を利用し、公式
2013219769.tif 000024
に基づき、チャネル間相対偏波状態回転行列を計算する。
【００３７】
図３はポンプ信号及び観測信号相対偏波状態計算のブロック図である。計算過程において偏波モード分散によって引き起こされるチャネル内損傷及び脱分極（Ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）効果は考慮されず、偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態変化のみ考慮されていることを説明しておく必要がある。また、図３において、２つのランダム回転行列計算モジュール、すなわち、第１ランダム回転行列計算モジュール３０１及び第２ランダム回転行列計算モジュール３０３を例示したが、具体的実施においては、この２つのモジュールを結合して１つにしてもよい。
【００３８】
一実施例において、相対偏波状態回転行列が
2013219769.tif 000025
である場合、第２計算ユニット２０２は以下の公式に基づき前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定することができ、
公式
2013219769.tif 000026
に基づき入力信号のｙ偏波状態のｘ偏波状態に対する偏波クロストーク項を計算し、
公式
2013219769.tif 000027
に基づき入力信号のｘ偏波状態のｙ偏波状態に対する偏波クロストーク項を計算し、
公式
2013219769.tif 000028
に基づき相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音を計算し、
公式
2013219769.tif 000029
に基づき相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音を計算すること、を含む。
ここで、
2013219769.tif 000030
であり、
式中、
ｕ’２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ’２ｙ（ｔ，ｉ−１）はそれぞれｕ２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）の前記相対偏波状態回転行列後の値であり、すなわち
ｕ’２ｘ（ｔ，ｉ−１）＝ｊ１１×ｕ２ｘ（ｔ，ｉ−１）＋ｊ１２×ｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）、ｕ’２ｙ（ｔ，ｉ−１）＝ｊ２１×ｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）＋ｊ２２×ｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）、であり、
ここで、
ｈｉ＋１（ｔ）＝ＩＦＦＴ（Ｈｉ＋１（ω））はフィルターのインパルス応答であり、
2013219769.tif 000031
は畳み込みであり、
ＩＦＦＴ（ＣＤｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散のインパルス応答であり、
ＩＦＦＴ（τｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差のインパルス応答である。
【００３９】
本実施例において、該第２計算ユニット２０２は、
光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算するためのＮ個の第２計算モジュール、
各光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項に対してそれぞれフィルタリング処理を行うためのＮ個のフィルター、
すべての光ファイバースパンのフィルタリング処理を行った後の位相雑音項を相加し、すべての光ファイバースパンのフィルタリング処理を行った後の偏波クロストーク項を相加し、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を得るための加算器
を含み、
ここで、Ｎは前記光ファイバー伝送システムにおける光ファイバースパンの個数である。
【００４０】
ここで、第１の第２計算モジュールは第１光ファイバースパンにおけるポンプ信号に基づき第１光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算し、第１の第２計算モジュール以外の各第２計算モジュールは、対応する光ファイバースパンにおけるポンプ信号と相対偏波状態回転行列との積、ポンプ信号の波長分散、ポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び利得に基づき、対応する光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算する。
【００４１】
本実施例において、第１の第２計算モジュール以外の各第２計算モジュールが対応する光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算する場合、該光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、ポンプ信号の観測信号に対する遅延差、及び利得を考慮しただけでなく、偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間（すなわち観測チャネルとポンプチャネル）相対偏波状態回転も考慮した。具体的には、各第２計算モジュールが各光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算する前に、偏波モード分散によって引き起こされるポンプ信号と観測信号との間の相対偏波状態回転を考慮し、ポンプ信号に算出された相対偏波状態回転行列を乗じる。
【００４２】
図４は本発明実施例に基づく相互位相変調損傷の推定装置の一実施例における構成を示す図である。図４に示されたとおり、該相互位相変調損傷の推定装置は、第１計算ユニット４０１及び第２計算ユニット４０２を含む。
【００４３】
ここで、第１計算ユニット４０１はＮ−１個の第１計算モジュール４０１１を含み、各第１計算モジュール４０１１は対応する光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列を計算するために用いられる。該第１計算モジュール４０１１は図３に示された第１計算モジュールによって実現することができ、その内容は結合されるため、ここでは説明を省略する。
ここで、第２計算ユニット４０２はＮ個の第２計算モジュール４０２１、Ｎ個のフィルター４０２２及び加算器４０２３を含む。
【００４４】
一実施例において、該第２計算モジュール４０２１は以下の公式に基づき対応する光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を計算することができる。
2013219769.tif 000032
【００４５】
式中、各パラメーターの意味は前述したとおりであり、ｊｕ２ｘ（ｔ，ｉ）ｕ２ｙ＊（ｔ，ｉ）は該光ファイバースパンにおけるｙ偏波状態のｘ偏波状態に対するクロストーク項であり、ｊｕ２ｙ（ｔ，ｉ）ｕ２ｘ＊（ｔ，ｉ）は該光ファイバースパンにおけるｘ偏波状態のｙ偏波状態に対するクロストーク項であり、
2013219769.tif 000033
は相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音項であり、
2013219769.tif 000034
は相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音項であり、ｉは現行の光ファイバースパンであり、ｉは１からＮまでであり、ｔは現在時刻であり、ｊは虚数であり、ｕ２ｘはポンプチャネルのｘ偏波状態における信号であり、ｕ２ｙはポンプチャネルのｙ偏波状態における信号である。
【００４６】
本実施方式において、フィルター４０２２は対応する光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項に対してそれぞれフィルタリングを行い、すなわち、対応する光ファイバースパンにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項と該フィルターとのインパルス応答について畳み込み演算を行い、対応する光ファイバースパンにおける位相雑音及び偏波クロストークを得る。
2013219769.tif 000035
【００４７】
式中、各パラメーターの意味は前述のとおりである。
本実施方式において、加算器４０２３はすべての光ファイバースパンのフィルタリング処理を行った後の位相雑音項及び偏波クロストーク項を相加し、該光ファイバー伝送システムにおける位相雑音項及び偏波クロストーク項を得る。
2013219769.tif 000036
【００４８】
式中、各パラメーターの意味は前述のとおりであり、ｗｙｘは該光ファイバースパンにおけるｙ偏波状態のｘ偏波状態に対するクロストークであり、ｗｘｙは該光ファイバースパンにおけるｘ偏波状態のｙ偏波状態に対するクロストークであり、φｘは相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音であり、φｙは相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音である。
【００４９】
本実施例において、非線形効果は信号光パワーと関連し、各光ファイバースパンの開始点において光パワー値が最大になるため、ここでの非線形効果は最大になる。また光ファイバー消耗の存在によって、信号光のパワーは伝播距離に伴って低下し、このため本発明実施例は各スパン開始点の信号間で偏波モード分散効果によって引き込まれた相対偏波状態回転のみを考慮し、相互位相変調損傷の表現及び計算をともに大幅に簡略化した。
【００５０】
本発明実施例が提供する偏波モード分散を含む相互位相変調損傷推定装置はｍＰＳＫ、ｍＱＡＭ、ｍＡＰＳＫ等に限らない各種変調方式、及びサブキャリア多重又はＯＦＤＭ技術に適用される。
【００５１】
本発明実施例は図１の相互位相変調損傷の推定装置を基礎として、光ファイバースパンの間に偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間相対偏波状態回転（Ｒｅｌａｔｉｖｅ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ）を考えることによって、偏波モード分散の相互位相変調に対する影響をシミュレーションし、改良後の装置をさらに実際のシステムに近づけた。本発明実施例の相互位相変調損傷の推定装置の提供によって、すばやく、正確に偏波モード分散作用下における相互位相変調損傷を推定することができる。
本発明実施例はさらに相互位相変調損傷の推定方法を提供した。以下の実施例２に記載のとおり、該方法が問題を解決する原理は実施例１の相互位相変調損傷の推定装置と同一であるため、その実施は実施例１の装置の実施を参考にすることができ、同一箇所はこれ以上重複して説明しない。
【００５２】
実施例２
本発明実施例はさらに相互位相変調損傷の推定方法を提供した。図５は該方法のフローチャートである。図５を参照されたい。該方法は、
光ファイバー伝送システムの第１光ファイバースパン（span，断面）以外の各光ファイバースパンにおけるポンプチャネルのポンプジョーンズ行列及び検出チャネルの検出ジョーンズ行列に基づき、前記各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を決定するステップ５０１、
前記各光ファイバースパンにおける相対偏波状態回転行列、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散、各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差、及び各光ファイバースパンにおける利得に基づき、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定するステップ５０２、
を含む。
【００５３】
ステップ５０１の一実施例において、具体的には以下の公式に基づき、各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算することができる。
2013219769.tif 000037
式中、Ｒｍはランダム回転行列であり、且つ
2013219769.tif 000038
【００５４】
であり、Ｄｍは微分群遅延行列であり、且つ
2013219769.tif 000039
【００５５】
であり、Ｍは反復回数であり、θは［０，π］における一様分布を満たし、ｓｉｎδは［−１，１］における一様分布を満たし、Δωはポンプ信号と観測信号との搬送波間隔であり、観測信号についてΔω＝０であり、τは各回の反復する群遅延差であり、且つ
2013219769.tif 000040
であり、ＤＰＭＤは偏波モード分散係数であり、Ｌは光ファイバースパン長さである。
ステップ５０１における他の実施例において、δ＝０である場合、やはり上記公式に基づき、以下の公式により各光ファイバースパンにおいて偏波モード分散によって引き起こされるチャネル間の相対偏波状態回転行列を計算する。但し式中
2013219769.tif 000041
である。
【００５６】
ステップ５０２の一実施例において、前記光ファイバー伝送システムにおける相互位相変調損傷の偏波クロストーク及び位相雑音を決定し、
公式
2013219769.tif 000042
に基づき入力信号のｙ偏波状態のｘ偏波状態に対する偏波クロストークを計算すし、
公式
2013219769.tif 000043
に基づき入力信号のｘ偏波状態のｙ偏波状態に対する偏波クロストークを計算し、
公式
2013219769.tif 000044
に基づき相互位相変調のｘ偏波状態における位相雑音を計算し、
公式
2013219769.tif 000045
に基づき相互位相変調のｙ偏波状態における位相雑音を計算すること、を含む。
ここで、
2013219769.tif 000046
であり、
式中、
ｕ’２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ’２ｙ（ｔ，ｉ−１）はそれぞれｕ２ｘ（ｔ，ｉ−１）及びｕ２ｙ（ｔ，ｉ−１）の前記相対偏波状態回転行列後の値であり、すなわち
2013219769.tif 000047
であり、
ここで、
ｈｉ＋１（ｔ）＝ＩＦＦＴ（Ｈｉ＋１（ω））はフィルターのインパルス応答であり、
2013219769.tif 000048
は畳み込みであり、
ＩＦＦＴ（ＣＤｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の波長分散のインパルス応答であり、
ＩＦＦＴ（τｉ）は各光ファイバースパンにおけるポンプ信号の検出信号に対する遅延差のインパルス応答である。
【００５７】
本発明実施例の方法によって、すばやく、正確に偏波モード分散作用下における相互位相変調損傷を推定することができる。
【００５８】
偏波モード分散効果はランダムな過程であるため、本発明実施例が提供する方法及び装置の正確性を検証するため、相互位相変調効果の、非線形損傷の平均値及びバリアンス等の統計的特性を調べる必要がある。具体的方法は１回ごとに回転行列Ｒｉ，を変更し、すなわちθから発生するシード数を変更し、計算を繰り替えし、得られた結果を大量シミュレーション又は実験結果と対比することである。
【００５９】
図６は２種類の典型的長距離波長分割多重コヒーレント光通信システムにおいて、偏波モード分散の相互位相変調によって引き起こされる偏波クロストークに対する影響について、モデル計算結果とＳＳＦシミュレーションソフトウェア計算結果との比較を示した。ここからわかるように、改良されたモデルは偏波モード分散のシステムに対する影響をうまく描写することができる。
【００６０】
本発明実施例はさらにコンピュータ読取可能プログラムを提供した。ここでチャネル推定装置中において該プログラムを実行する場合、該プログラムはコンピュータに前記チャネル推定装置中において実施例２に記載の方法を実行させる。
【００６１】
本発明実施例はさらにコンピュータ読取可能プログラムを保存する記憶媒体を提供した。ここで該コンピュータ読取可能プログラムはコンピュータにチャネル推定装置中において実施例２に記載の方法を実行させる。
【００６２】
以上図面を参照しながら本発明の好ましい実施方式を記述した。これらの実施方式の多くの特徴及び長所は該詳細な明細書に基づき明確なものである。このため添付の特許請求の範囲はこれらの実施方式のほんとうの精神及び範囲内に入るこれらすべての特徴及び長所を網羅することを目的とする。また、本分野の当業者は多くの修正及び変更を容易に想到するため、本発明の実施方式を例示、記述された正確な構造及び操作に限定しようするものではなく、その範囲内に入るすべての適当な修正及び等価物を網羅することができるものである。
【図１】
2013219769.tif 000075
【図２】
2013219769.tif 000076
【図３】
2013219769.tif 000077
【図４】
2013219769.tif 000078
【図５】
2013219769.tif 000079
【図６】
2013219769.tif 000080