(57)【要約】【課題】光送信機がスキュー補正値を変化させない場合でも、光送信機から送信される光信号のスキューを補償することが可能である光伝送システムを提供する。【解決手段】光伝送システムは、予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を遅延時間差の推定値に基づいて補償するスキュー補償部と、変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部とを有する光送信機と、光信号から抽出された既知パタン情報に基づいて変調対象信号の位相差を同相成分及び直交位相成分ごとに推定するスキュー推定部と、位相差に応じた遅延時間差の推定値をスキュー補償部に送信する送信部とを有する光受信機とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、
前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を前記遅延時間差の推定値に基づいて補償するスキュー補償部と、
前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部と
を有する光送信機と、
前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記変調対象信号の位相差を前記同相成分及び前記直交位相成分ごとに推定するスキュー推定部と、
前記位相差に応じた前記遅延時間差の推定値を前記スキュー補償部に送信する送信部と
を有する光受信機と
を備える光伝送システム。
【請求項２】
前記既知パタン情報は、ランダムな信号系列を表すパタン情報であり、
前記スキュー推定部は、前記ランダムな信号系列に基づいて前記同相成分及び前記直交位相成分ごとに前記光送信機の伝達関数の前記位相差を推定する、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記挿入部は、前記変調対象信号の前記同相成分及び前記直交位相成分に同一の前記既知パタン情報を挿入する、請求項１又は請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記既知パタン情報は、正弦波の信号系列を表すパタン情報であり、
前記スキュー推定部は、前記正弦波の信号系列に基づいて前記同相成分及び前記直交位相成分ごとに前記光送信機の伝達関数の前記位相差を推定する、請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記スキュー補償部は、複数の前記遅延時間差の推定値に基づいて前記遅延時間差を補償する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項６】
予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、
前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、
前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部と
を有する光送信機と、
前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記伝達関数を前記同相成分及び直交位相成分ごとに推定する伝達関数推定部と、
前記伝達関数を前記伝達関数補償部に送信する送信部と
を有する光受信機と
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、光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信トラヒックの拡大と、４００Ｇｂｐｓ又は１Ｔｂｐｓのイーサネット（登録商標）等のクライアント信号の容量の増加とによって、光通信システムの基幹網では１チャネルあたりの伝送容量の拡大が求められている。１チャネルあたり１００Ｇｂｐｓのシステムでは、デジタルコヒーレント光伝送方式が採用されている（非特許文献１）。デジタルコヒーレント光伝送方式では、変調速度は、例えば、３２ＧＢａｕｄである。デジタルコヒーレント光伝送方式では、変調方式は、例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）である。
【０００３】
１チャネルあたりの伝送容量を拡大させるため、次世代の４００Ｇｂｐｓ又は１Ｔｂｐｓ級の光伝送システムでは、変調速度の向上と変調方式における多値化とが検討されている（非特許文献２）。次世代の光伝送システムでは、変調速度の向上に伴うシンボル間の時間間隔の縮小と、変調方式の多値化に伴うシンボル点間のユークリッド距離の縮小とによって、光送信機及び光受信機における信号のレーン間の遅延時間差（スキュー）の影響が顕著となる。
【０００４】
スキューの要因には、配線等のデバイスの不完全性がある。デバイスの不完全性とは、例えば、複数の配線における配線長の違いである。デバイスの不完全性の対策として、不完全性をデジタル信号処理によって補償することが検討されている（非特許文献３）。
【０００５】
次世代の光伝送システムでは、プラガブルデバイス（Pluggable device）を用いることによって光送信機及び光受信機を小型化することが検討されている（非特許文献４）。プラガブルデバイスは、例えば、ＣＦＰ２−ＡＣＯ（Analog Coherent Optics）である。プラガブルデバイスでは、光回路及びアナログ回路がモジュール化されている。信号の変調速度が速くかつ多値化された信号をプラガブルデバイスによって高品質に伝送するには、プラガブルデバイスごとにスキューを高精度に検出して、プラガブルデバイスごとにスキューを補償する必要がある。さらに、回線が導通した後も温度変化やデバイスの経年劣化によるスキューの変化を検出し、スキューを補償する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】OIF、“100G Ultra Long Haul DWDM Framework Document”、[online]、[平成２８年３月９日検索]、インターネット<URL:http://www.oiforum.com/public/documents/OIF-FD-100G-DWDM-01.0.pdf>
【非特許文献２】T. J. Xia, S. Gringeri, and M. Tomizawa, “High-capacity optical transport networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 50, no. 11, pp. 170-178, Nov. 2012.
【非特許文献３】Takahito Tanimura, Shoichiro Oda, Toshiki Tanaka, Takeshi Hoshida, Zhenning Tao, and Jens C. Rasmussen, “A Simple Digital Skew Compensator for Coherent Receiver” ECOC2009. 7.3.2.
【非特許文献４】Thomas Duthel, James E.A. Whiteaway, and Theodor Kupfer. “Impact of Pluggable Analog Coherent Optics Modules on Line Card Architecture and DSP Functionality.” OFC2015. W1H.3.
【非特許文献５】Seiji Okamoto, Mitsuteru Yoshida, Kazushige Yonenaga, and Tomoyoshi Kataoka. "Adaptive Pre-equalization using Bidirectional Pilot Sequences to Estimate and Feed Back Amplitude Transfer Function and Chromatic Dispersion." OFC2015 Th2A.29.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献３には、光伝送システムにおけるスキューを推定及び補償する方法が提案されている。スキューは、例えば、光受信機及び光送信機におけるスキューの変化に応じて、スキューを補正するための値（以下、「スキュー補正値」という。）に対応する受信信号の品質がモニタされることによって推定される。
【０００８】
しかしながら、光伝送システムは、光送信機がスキュー補正値を変化させなければ、光送信機から送信される光信号のスキューを補償することができないという問題がある。
【０００９】
上記事情に鑑み、光送信機がスキュー補正値を変化させない場合でも、光送信機から送信される光信号のスキューを補償することが可能である光伝送システム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】
【００１０】
本発明の一態様は、予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を前記遅延時間差の推定値に基づいて補償するスキュー補償部と、前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部とを有する光送信機と、前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記変調対象信号の位相差を前記同相成分及び前記直交位相成分ごとに推定するスキュー推定部と、前記位相差に応じた前記遅延時間差の推定値を前記スキュー補償部に送信する送信部とを有する光受信機とを備える光伝送システムである。
【００１１】
本発明の一態様は、上記の光伝送システムであって、前記既知パタン情報は、ランダムな信号系列を表すパタン情報であり、前記スキュー推定部は、前記ランダムな信号系列に基づいて前記同相成分及び前記直交位相成分ごとに前記光送信機の伝達関数の前記位相差を推定する。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の光伝送システムであって、前記挿入部は、前記変調対象信号の前記同相成分及び前記直交位相成分に同一の前記既知パタン情報を挿入する。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の光伝送システムであって、前記既知パタン情報は、正弦波の信号系列を表すパタン情報であり、前記スキュー推定部は、前記正弦波の信号系列に基づいて前記同相成分及び前記直交位相成分ごとに前記光送信機の伝達関数の前記位相差を推定する。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の光伝送システムであって、前記スキュー補償部は、複数の前記遅延時間差の推定値に基づいて前記遅延時間差を補償する。
【００１５】
本発明の一態様は、予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部とを有する光送信機と、前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記伝達関数を前記同相成分及び直交位相成分ごとに推定する伝達関数推定部と、前記伝達関数を前記伝達関数補償部に送信する送信部とを有する光受信機とを備える光伝送システムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、光送信機がスキュー補正値を変化させない場合でも、光送信機から送信される光信号のスキューを補償することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態における、光伝送システムの構成の第１例を示す図である。
【図２】実施形態における、光伝送システムの構成の第２例を示す図である。
【図３】実施形態における、既知パタン挿入部の構成の第１例を示す図である。
【図４】実施形態における、フレームデータの構成の例を示す図である。
【図５】実施形態における、送信機スキュー推定部の構成の第１例を示す図である。
【図６】実施形態における、周波数と位相差との関係の第１例を示す図である。
【図７】実施形態における、スキューの真値とスキューの推定値との関係の第１例を示す図である。
【図８】実施形態における、スキューの真値と真値からの誤差との関係の第１例を示す図である。
【図９】実施形態における、スキューの真値と標準偏差との関係の第１例を示す図である。
【図１０】実施形態における、光伝送システムの構成の第３例を示す図である。
【図１１】実施形態における、既知パタン挿入部の構成の第２例を示す図である。
【図１２】実施形態における、送信機スキュー推定部の構成の第２例を示す図である。
【図１３】実施形態における、周波数と位相差との関係の第２例を示す図である。
【図１４】実施形態における、スキューの真値とスキューの推定値との関係の第２例を示す図である。
【図１５】実施形態における、スキューの真値と真値からの誤差との関係の第２例を示す図である。
【図１６】実施形態における、スキューの真値と標準偏差との関係の第２例を示す図である。
【図１７】実施形態における、光伝送システムの構成の第４例を示す図である。
【図１８】実施形態における、既知パタン挿入部の構成の第３例を示す図である。
【図１９】実施形態における、送信機スキュー推定部の構成の第３例を示す図である。
【図２０】実施形態における、周波数と位相差との関係の第３例を示す図である。
【図２１】実施形態における、スキューの真値とスキューの推定値との関係の第３例を示す図である。
【図２２】実施形態における、スキューの真値と真値からの誤差との関係の第３例を示す図である。
【図２３】実施形態における、スキューの真値と標準偏差との関係の第３例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、光伝送システム１ａの構成の例を示す図である。光伝送システム１ａは、光信号を伝送するシステムである。光伝送システム１ａは、光送信機１０ａと、光ファイバ２０と、光増幅機２１と、光受信機３０ａと、通信回線４０とを備える。以下、光ファイバ２０と光増幅機２１とをまとめて「伝送路」という。光伝送システム１ａは、経路切り替え機を伝送路に備えてもよい。
【００１９】
光送信機１０ａ及び光受信機３０ａは、記憶部を更に備えてもよい。記憶部は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記憶媒体（非一時的な記録媒体）を有する記憶装置を用いて構成される。記憶部は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。
【００２０】
光送信機１０ａは、伝送路を介して、光信号を光受信機３０ａに送信する。光ファイバ２０は、光送信機１０ａから送信された光信号を伝送する。光増幅機２１は、光信号を増幅する。光受信機３０ａは、増幅された光信号を、伝送路を介して取得する。光受信機３０ａは、光送信機１０ａの伝達関数を表す情報を、通信回線４０を介して光送信機１０ａに送信する。通信回線４０は、例えば、コミュニケーションチャネルである。通信回線４０は、例えば、ネットワーク・オペレーション・システム（ＮＷ−ＯｐＳ）の制御チャネルでもよい。
【００２１】
光送信機１０ａは、既知パタン挿入部１１ａ−Ｘ及び１１ａ−Ｙと、送信パタン生成部１２と、送信機伝達関数補償部１３と、偏波多重ＩＱ変調部１４とを備える。以下、既知パタン挿入部１１ａ−Ｘ及び１１ａ−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「既知パタン挿入部１１ａ」と表記する。
【００２２】
既知パタン挿入部１１ａと送信パタン生成部１２と送信機伝達関数補償部１３と偏波多重ＩＱ変調部１４とのうち一部または全部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。
【００２３】
既知パタン挿入部１１ａ−Ｘは、送信パタン生成部１２が生成したＸＩレーン（第１レーン）の変調対象信号系列に、既知パタンの信号系列を挿入する。既知パタンの信号系列は、光送信機１０ａと光受信機３０ａとの間で共有されている。既知パタン挿入部１１ａ−Ｘは、送信パタン生成部１２が生成したＸＱレーン（第２レーン）の変調対象信号系列に、既知パタンの信号系列を挿入する。
【００２４】
既知パタン挿入部１１ａ−Ｙは、送信パタン生成部１２が生成したＹＩレーン（第３レーン）の変調対象信号系列に、既知パタンの信号系列を挿入する。既知パタン挿入部１１ａ−Ｙは、送信パタン生成部１２が生成したＹＱレーン（第４レーン）の変調対象信号系列に、既知パタンの信号系列を挿入する。
【００２５】
送信パタン生成部１２は、送信データ系列に基づいて、フレームデータを生成する。送信データ系列は、バイナリ情報である。フレームデータは、偏波多重ＩＱ変調部１４において変調処理を施すための信号系列（変調対象信号系列）である。
【００２６】
送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列（既知パタン情報）が挿入されたフレームデータを、ＸＩレーンを介して送信機伝達関数補償部１３に送信する。送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列が挿入されたフレームデータを、ＸＱレーンを介して送信機伝達関数補償部１３に送信する。送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列が挿入されたフレームデータを、ＹＩレーンを介して送信機伝達関数補償部１３に送信する。送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列が挿入されたフレームデータを、ＹＱレーンを介して送信機伝達関数補償部１３に送信する。
【００２７】
送信機伝達関数補償部１３は、伝達関数の推定結果を光受信機３０ａから取得する。送信機伝達関数補償部１３は、伝達関数の推定結果に基づいて、ＸＩレーンとＸＱレーンとＹＩレーンとＹＱレーンとの間における、フレームデータのスキュー（遅延時間差）と位相成分及び振幅成分の周波数特性とを補償する。送信機伝達関数補償部１３は、例えば、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ等を用いたデジタル信号処理方式によって、フレームデータのスキューと位相成分及び振幅成分の周波数特性とを補償する。送信機伝達関数補償部１３は、例えば、位相器、遅延線又はアナログフィルタ等を用いたアナログ方式によって、フレームデータのスキューを補償してもよい。
【００２８】
偏波多重ＩＱ変調部１４は、スキューが補償されたフレームデータに変調処理を施すことによって、変調対象信号系列の光信号を生成する。偏波多重ＩＱ変調部１４は、ドライバアンプ１４０−ＸＩと、ドライバアンプ１４０−ＸＱと、ドライバアンプ１４０−ＹＩと、ドライバアンプ１４０−ＹＱと、レーザモジュール１４１と、ベクトル変調器１４２とを備える。
【００２９】
ドライバアンプ１４０−ＸＩは、スキューが補償されたフレームデータを、ＸＩレーンを介して取得する。ドライバアンプ１４０−ＸＩは、取得したフレームデータの波形の振幅を増幅する。ドライバアンプ１４０−ＸＩは、振幅が増幅されたフレームデータを、ベクトル変調器１４２に送信する。
【００３０】
ドライバアンプ１４０−ＸＱは、スキューが補償されたフレームデータを、ＸＱレーンを介して取得する。ドライバアンプ１４０−ＸＱは、取得したフレームデータの波形の振幅を増幅する。ドライバアンプ１４０−ＸＱは、振幅が増幅されたフレームデータを、ベクトル変調器１４２に送信する。
【００３１】
ドライバアンプ１４０−ＹＩは、スキューが補償されたフレームデータを、ＹＩレーンを介して取得する。ドライバアンプ１４０−ＹＩは、取得したフレームデータの波形の振幅を増幅する。ドライバアンプ１４０−ＹＩは、振幅が増幅されたフレームデータを、ベクトル変調器１４２に送信する。
【００３２】
ドライバアンプ１４０−ＹＱは、スキューが補償されたフレームデータを、ＹＱレーンを介して取得する。ドライバアンプ１４０−ＹＱは、取得したフレームデータの波形の振幅を増幅する。ドライバアンプ１４０−ＹＱは、振幅が増幅されたフレームデータを、ベクトル変調器１４２に送信する。レーザモジュール１４１は、局部発振光（以下、「局発光」という。）を、ベクトル変調器１４２に送信する。
【００３３】
ベクトル変調器１４２は、マッハチェンダ型ベクトル変調機である。ベクトル変調器１４２は、レーザモジュール１４１から送信された局発光の波形の振幅（強度）を、電気信号に基づいて変化させる。ベクトル変調器１４２は、レーザモジュール１４１から送信された局発光を偏波多重（Polarization multiplexing）方式によって変調することによって、光信号を生成する。ベクトル変調器１４２は、生成した光信号を、伝送路を介して光受信機３０ａに送信する。
【００３４】
光ファイバ２０は、光送信機から出力された光信号を、光増幅機２１に伝送する。光増幅機２１は、光信号の波形の振幅を増幅する。光増幅機２１は、増幅された光信号を、光受信機３０ａに伝送する。
【００３５】
光受信機３０ａは、レーザモジュール３１と、光コヒーレント受信部３２と、デジタル信号処理部３３と、送信機伝達関数推定部３４−Ｘと、送信機伝達関数推定部３４−Ｙと、受信データ復調部３５とを備える。以下、送信機伝達関数推定部３４−Ｘ及び送信機伝達関数推定部３４−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「送信機伝達関数推定部３４」と表記する。
【００３６】
光コヒーレント受信部３２とデジタル信号処理部３３と送信機伝達関数推定部３４と受信データ復調部３５とのうち一部または全部は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ等のハードウェア機能部であってもよい。
【００３７】
レーザモジュール３１は、局発光を光コヒーレント受信部３２に送る。光コヒーレント受信部３２は、増幅された光信号を光増幅機２１から取得する。光コヒーレント受信部３２は、取得した光信号と局発光とを干渉させることによって、取得した光信号をベースバンド信号に変換する。光コヒーレント受信部３２は、アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）によって、ベースバンド信号をデジタル信号に変換する。
【００３８】
デジタル信号処理部３３は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、光コヒーレント受信部３２から取得する。伝送路では、例えば、波長分散、偏波変動又は非線形光学効果によって、光信号に波形劣化が生じる。デジタル信号処理部３３は、伝送路において光信号に生じた波形劣化を補償する。デジタル信号処理部３３は、光送信機１０ａのレーザモジュール１４１の光の周波数と、光受信機３０ａのレーザモジュール３１の局発光の周波数との誤差を補償する。デジタル信号処理部３３は、光送信機１０ａのレーザモジュール１４１の光の線幅と、光受信機３０ａのレーザモジュール３１の局発光の線幅とに応じた位相雑音を補償する。デジタル信号処理部３３は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、送信機伝達関数推定部３４及び受信データ復調部３５に送信する。
【００３９】
送信機伝達関数推定部３４−Ｘは、ＸＩレーンの光信号に基づくデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。送信機伝達関数推定部３４−Ｘは、ＸＱレーンの光信号に基づくデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。送信機伝達関数推定部３４−Ｙは、ＹＩレーンの光信号に基づくデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。送信機伝達関数推定部３４−Ｙは、ＹＱレーンの光信号に基づくデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。
【００４０】
送信機伝達関数推定部３４は、既知パタン情報（既知パタンの信号系列）を、デジタル信号から抽出する。送信機伝達関数推定部３４は、既知パタン情報の伝達関数を、レーンごとに推定する。送信機伝達関数推定部３４は、例えば、適用フィルタを用いて伝達関数を推定する。適用フィルタは、例えば、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムに基づくフィルタである。適用フィルタは、例えば、ＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズムに基づくフィルタでもよい。
【００４１】
送信機伝達関数推定部３４は、伝達関数の推定結果を表す情報を、通信回線４０を介して光送信機１０ａの送信機伝達関数補償部１３に送信する。すなわち、送信機伝達関数推定部３４は、伝達関数の推定結果を、通信回線４０を介して光送信機１０ａの送信機伝達関数補償部１３にフィードバックする。
【００４２】
通信回線４０は、コミュニケーションチャネル（非特許文献５参照）、ネットワークオペレーションシステム（ＮＷ−ＯｐＳ）の制御チャネルである。
【００４３】
受信データ復調部３５は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。受信データ復調部３５は、デジタル信号処理部３３から取得したデジタル信号に復調処理を施す。受信データ復調部３５は、復調処理の結果に基づいて、ビットデータを送信する。
【００４４】
以上のように、第１実施形態の光伝送システム１ａは、光送信機１０ａと、光受信機３０ａとを備える。光送信機１０ａは、既知パタン挿入部１１ａと、送信機伝達関数補償部１３と、偏波多重ＩＱ変調部１４とを有する。光受信機３０ａは、送信機伝達関数推定部３４を備える。既知パタン挿入部１１ａは、予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する。送信機伝達関数補償部１３は、変調対象信号の同相成分（Ｉレーン）及び直交位相成分（Ｑレーン）の間における遅延時間差（スキュー）を伝達関数に基づいて補償する。偏波多重ＩＱ変調部１４は、変調対象信号を変調して光信号を生成する。送信機伝達関数推定部３４は、光信号から抽出された既知パタン情報に基づいて伝達関数を同相成分及び直交位相成分ごとに推定する。送信機伝達関数推定部３４（送信部）は、伝達関数を送信機伝達関数補償部１３に送信する。
【００４５】
これによって、第１実施形態の光伝送システム１ａは、光送信機１０ａがスキュー補正値を変化させない場合でも、光送信機から送信される光信号のスキューを補償することが可能となる。
【００４６】
第１実施形態の光伝送システム１ａは、光送信機から送信される光信号のスキューが大きい場合でも、スキュー補正値（推定値）を光送信機１０ａにフィードバックして、推定を繰り返すことによって、スキュー補償の精度を高くすることが可能である。第１実施形態の光伝送システム１ａは、伝送路の開通後に経年劣化又は温度依存性によるスキューが光信号に生じた場合でも、スキュー補償の精度を高くすることが可能である。
【００４７】
（第２実施形態）
第２実施形態では、光送信機１０ｂが送信機スキュー補償部を備える点と、光受信機３０ｂが送信機スキュー推定部を備える点とが、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００４８】
図２は、光伝送システム１ｂの構成の例を示す図である。光伝送システム１ｂは、光信号を伝送するシステムである。光伝送システム１ｂは、光送信機１０ｂと、光ファイバ２０と、光増幅機２１と、光受信機３０ｂと、通信回線４０とを備える。光送信機１０ｂは、既知パタン挿入部１１ｂ−Ｘ及び１１ｂ−Ｙと、送信パタン生成部１２と、送信機スキュー補償部１５と、偏波多重ＩＱ変調部１４とを備える。以下、既知パタン挿入部１１ｂ−Ｘ及び１１ｂ−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「既知パタン挿入部１１ｂ」と表記する。
【００４９】
図３は、既知パタン挿入部１１ｂの構成の例を示す図である。既知パタン挿入部１１ｂ−Ｘは、ランダム系列パタン生成部１１０−ＸＩと、ランダム系列パタン生成部１１０−ＸＱと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱとを備える。既知パタン挿入部１１ｂ−Ｙは、ランダム系列パタン生成部１１０−ＹＩと、ランダム系列パタン生成部１１０−ＹＱと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱとを備える。
【００５０】
以下、ランダム系列パタン生成部１１０−ＸＩと、ランダム系列パタン生成部１１０−ＸＱと、ランダム系列パタン生成部１１０−ＹＩと、ランダム系列パタン生成部１１０−ＹＱとに共通する事項については、符号の一部を省略して、「ランダム系列パタン生成部１１０」と表記する。
【００５１】
ランダム系列パタン生成部１１０は、スキューを推定するためのパタン情報（以下、「スキュー推定用パタン情報」という。）を表す信号系列を生成する。スキュー推定用パタン情報は、例えば、ランダムな信号系列を表すパタン情報である。ランダム系列パタン生成部１１０−ＸＩは、スキュー推定用パタン情報を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩに送信する。ランダム系列パタン生成部１１０−ＸＱは、スキュー推定用パタン情報を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱに送信する。ランダム系列パタン生成部１１０−ＹＩは、スキュー推定用パタン情報を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩに送信する。ランダム系列パタン生成部１１０−ＹＱは、スキュー推定用パタン情報を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱに送信する。
【００５２】
以下、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱとに共通する事項については、符号の一部を省略して、「レーン同期用パタン付加部１１１」と表記する。
【００５３】
レーン同期用パタン付加部１１１は、スキュー推定用パタン情報を取得する。レーン同期用パタン付加部１１１は、送信パタン生成部１２が取得したペイロード情報に、スキュー推定用パタン情報をフレームごとに付加する。レーン同期用パタン付加部１１１は、ＸＩレーンとＸＱレーンとＹＩレーンとＹＱレーンとを同期させるためのレーン同期用パタン情報を、送信パタン生成部１２が取得したペイロード情報にフレームごとに付加する。レーン同期用パタン情報は、レーンごとに異なる識別情報である。
【００５４】
図４は、フレームデータの構成の例を示す図である。第Ｎフレーム（Ｎは、１以上の整数）は、ペイロード情報と、スキュー推定用パタン情報と、レーン同期用パタン情報とを含む。各フレームは、同じペイロード情報と、同じスキュー推定用パタン情報とを含んでもよい。
【００５５】
図２に示す送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列（既知パタン情報）が挿入されたフレームデータを、ＸＩレーンを介して送信機スキュー補償部１５に送信する。送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列が挿入されたフレームデータを、ＸＱレーンを介して送信機スキュー補償部１５に送信する。送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列が挿入されたフレームデータを、ＹＩレーンを介して送信機スキュー補償部１５に送信する。送信パタン生成部１２は、既知パタンの信号系列が挿入されたフレームデータを、ＹＱレーンを介して送信機スキュー補償部１５に送信する。
【００５６】
送信機スキュー補償部１５は、スキューの推定結果を光受信機３０ｂから取得する。送信機スキュー補償部１５は、スキューの推定結果に基づいて、ＸＩレーンとＸＱレーンとＹＩレーンとＹＱレーンとの間のフレームデータのスキュー（遅延時間差）を補償する。送信機スキュー補償部１５は、例えば、ＦＩＲフィルタ等を用いたデジタル信号処理方式によって、フレームデータのスキューを補償する。送信機スキュー補償部１５は、例えば、位相器又は遅延線等を用いたアナログ方式によって、フレームデータのスキューを補償してもよい。
【００５７】
光受信機３０ｂは、レーザモジュール３１と、光コヒーレント受信部３２と、デジタル信号処理部３３と、送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｘと、送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｙと、受信データ復調部３５とを備える。以下、送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｘ及び送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「送信機スキュー推定部３６ｂ」と表記する。
【００５８】
デジタル信号処理部３３は、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、送信機スキュー推定部３６ｂ及び受信データ復調部３５に送信する。デジタル信号処理部３３は、伝送路における伝達関数を補償する。
【００５９】
送信機スキュー推定部３６ｂは、既知パタン情報（既知パタンの信号系列）を、デジタル信号から抽出する。送信機スキュー推定部３６ｂは、既知パタン情報に基づいて、ＸＩレーン及びＸＱレーンの間の変調対象信号の位相差を推定する。送信機スキュー推定部３６ｂは、ＸＩレーン及びＸＱレーンの間の変調対象信号の位相差に基づいて、ＸＩレーン及びＸＱレーンの間のスキューを推定する。送信機スキュー推定部３６ｂは、既知パタン情報に基づいて、ＹＩレーン及びＹＱレーンの間の変調対象信号の位相差を推定する。送信機スキュー推定部３６ｂは、ＹＩレーン及びＹＱレーンの間の変調対象信号の位相差に基づいて、ＹＩレーン及びＹＱレーンの間のスキューを推定する。
【００６０】
送信機スキュー推定部３６ｂは、スキューの推定値を表す情報を、通信回線４０を介して光送信機１０ｂの送信機スキュー補償部１５に送信する。すなわち、送信機伝達関数推定部３４は、スキューの推定値を、通信回線４０を介して光送信機１０ｂの送信機スキュー補償部１５にフィードバックする。
【００６１】
図５は、送信機スキュー推定部３６ｂの構成の例を示す図である。送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｘは、既知パタン同期部３６０−ＸＩと、既知パタン同期部３６０−ＸＱと、伝達関数推定部３６１−ＸＩと、伝達関数推定部３６１−ＸＱと、位相比較部３６２−Ｘと、乗算部３６３−Ｘと、減算部３６４−Ｘと、乗算部３６５−Ｘと、加算部３６６−Ｘとを備える。図５では、送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｙは、送信機スキュー推定部３６ｂ−Ｘと同様の構成を有する。
【００６２】
既知パタン同期部３６０−ＸＩは、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、例えば、相互相関又はインパルス応答に基づいて、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、ＸＱレーンと同期したサンプル位置を表す情報を、減算部３６４−Ｘに送信する。
【００６３】
既知パタン同期部３６０−ＸＩは、フレームデータが送信されたレーンとフレームデータが受信されたレーンとが入れ替わっているか否かを、レーン同期用パタン情報に基づいて判定する。すなわち、既知パタン同期部３６０−ＸＩは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータであるかＸＱレーンのフレームデータであるかを判定する。
【００６４】
既知パタン同期部３６０−ＸＩは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータである場合、ＸＱレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、伝達関数推定部３６１−ＸＩに送信する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、取得したデジタル信号がＸＱレーンのフレームデータである場合、ＸＩレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、伝達関数推定部３６１−ＸＱに送信する。
【００６５】
既知パタン同期部３６０−ＸＱは、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、例えば、相互相関又はインパルス応答に基づいて、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、ＸＩレーンと同期したサンプル位置を表す情報を、減算部３６４−Ｘに送信する。
【００６６】
既知パタン同期部３６０−ＸＱは、フレームデータが送信されたレーンとフレームデータが受信されたレーンとが入れ替わっているか否かを、レーン同期用パタン情報に基づいて判定する。すなわち、既知パタン同期部３６０−ＸＱは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータであるかＸＱレーンのフレームデータであるかを判定する。
【００６７】
既知パタン同期部３６０−ＸＱは、取得したデジタル信号がＸＱレーンのフレームデータである場合、ＸＩレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、伝達関数推定部３６１−ＸＱに送信する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータである場合、ＸＱレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、伝達関数推定部３６１−ＸＩに送信する。
【００６８】
伝達関数推定部３６１−ＸＩは、既知パタン情報の伝達関数を、ＸＱレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報に基づいて算出する。光信号に基づくデジタル信号のＩレーンとＱレーンとは、搬送波の位相が補償される際に混合される。伝達関数推定部３６１−ＸＩは、レーザの線幅の揺らぎ以上に相当する時間、デジタル信号処理部３３が送信したデジタル信号を観測する。これによって、伝達関数推定部３６１−ＸＩは、光送信機１０ｂに起因する伝達関数を推定することができる。
【００６９】
伝達関数推定部３６１−ＸＩは、ＸＱレーンと同期させたＸＩレーンのスキュー推定用パタン情報の伝達関数を算出する。送信機伝達関数推定部３４は、例えば、適用フィルタを用いて伝達関数を推定する。適用フィルタは、例えば、ＬＭＳアルゴリズムに基づくフィルタである。適用フィルタは、例えば、ＲＬＳアルゴリズムに基づくフィルタでもよい。送信機伝達関数推定部３４は、例えば、適用フィルタのタップ係数を伝達関数として用いる。
【００７０】
光信号に基づくデジタル信号のＩレーンとＱレーンとは、搬送波の位相が補償される際に混合される。伝達関数推定部３６１−ＸＱは、線幅揺らぎ以上の時間、デジタル信号処理部３３が送信したデジタル信号を観測する。これによって、伝達関数推定部３６１−ＸＱは、光送信機１０ｂに起因する伝達関数を推定することができる。
【００７１】
伝達関数推定部３６１−ＸＱは、ＸＩレーンと同期させたＸＱレーンのスキュー推定用パタン情報の伝達関数を算出する。送信機伝達関数推定部３４は、例えば、適用フィルタを用いて伝達関数を推定する。適用フィルタは、例えば、ＬＭＳアルゴリズムに基づくフィルタである。適用フィルタは、例えば、ＲＬＳアルゴリズムに基づくフィルタでもよい。送信機伝達関数推定部３４は、例えば、適用フィルタのタップ係数を伝達関数として用いる。
【００７２】
位相比較部３６２−Ｘは、ＸＩレーンのスキュー推定用パタン情報の伝達関数の推定値を、伝達関数推定部３６１−ＸＩから取得する。位相比較部３６２−Ｘは、ＸＱレーンのスキュー推定用パタン情報の伝達関数の推定値を、伝達関数推定部３６１−ＸＱから取得する。位相比較部３６２−Ｘは、ＸＩレーンとＸＱレーンとの位相差Δθを、サンプリングの周波数ｆごとに算出する。位相差Δθは、スキューτを用いて、式（１）のように表される。
【００７３】
【数１】
2017175441.tif 000003
【００７４】
乗算部３６３−Ｘは、（１／２πｆ）を位相差Δθに乗算する。スキューの推定値は、位相差Δθの回帰直線がフィッティングされることによって、ＸＩレーンとＸＱレーンの１サンプルよりも細かい粒度で算出可能である。
【００７５】
減算部３６４−Ｘは、ＸＩレーンとＸＱレーンとの間で同期したサンプルの位置（同期位置）の差分を算出する。同期位置の差分が算出されることによって、スキューの推定値は、２分の１サンプル以上の大きなスキューが発生していた場合、１サンプルの粒度で算出可能である。乗算部３６５−Ｘは、同期位置の差分にサンプル間隔を乗算する。
【００７６】
加算部３６６−Ｘは、同期位置の差分にサンプル間隔を乗算した結果と、（１／２πｆ）を位相差Δθに乗算した結果とを加算する。加算部３６６−Ｘは、加算した結果を、スキューの推定値として送信機スキュー補償部１５に送信する。
【００７７】
図６、図７、図８及び図９に、第２実施形態におけるスキューの推定値のシミュレーション結果を示す。変調方式は３２ＧＢａｕｄのＤＰ−ＱＰＳＫである。光送信機１０ｂのレーザの線幅は１００ｋＨｚである。周波数オフセットは１００ＭＨｚである。伝送路におけるＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio）は２０ｄＢである。
【００７８】
図６は、周波数と位相差との関係の第１例を示す図である。横軸は、サンプリングの周波数を示す。縦軸は、位相比較部３６２の出力として、ＩレーンとＱレーンとの位相差を示す。図６に示す回帰直線は、式（１）によって表される位相差を、最小二乗法によりフィッティングした結果である。光送信機１０ｂが８ｐｓ（真値）のスキューを光信号に付加した場合、スキューの推定値は７．８７ｐｓである。
【００７９】
図７は、スキューの真値（Ｓｋｅｗ値）とスキューの推定値との関係の第１例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｂにおけるスキューの真値（ｐｓ）を示す。縦軸は、スキューの推定値の１００回平均値を示す。
【００８０】
図８は、スキューの真値と真値からの誤差との関係の第１例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｂにおけるスキューの真値を示す。縦軸は、真値からの誤差の１００回平均値を示す。
【００８１】
図９は、スキューの真値と標準偏差との関係の第１例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｂにおけるスキューの真値を示す。縦軸は、標準偏差の１００回平均値を示す。
【００８２】
以上のように、第２実施形態の光伝送システム１ｂは、光送信機１０ｂと、光受信機３０ｂとを備える。光送信機１０ｂは、既知パタン挿入部１１ｂと、送信機スキュー補償部１５と、偏波多重ＩＱ変調部１４とを有する。光受信機３０ｂは、送信機スキュー推定部３６ｂを備える。既知パタン挿入部１１ｂは、予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する。送信機スキュー補償部１５は、変調対象信号の同相成分（Ｉレーン）及び直交位相成分（Ｑレーン）の間における遅延時間差（スキュー）を遅延時間差の推定値に基づいて補償する。偏波多重ＩＱ変調部１４は、変調対象信号を変調して光信号を生成する。送信機スキュー推定部３６ｂは、光信号から抽出された既知パタン情報に基づいて変調対象信号の位相差を同相成分及び直交位相成分ごとに推定する。送信機スキュー推定部３６ｂ（送信部）は、位相差に応じた遅延時間差の推定値を送信機スキュー補償部１５に送信する。
【００８３】
送信機スキュー補償部１５は、複数の遅延時間差の推定値に基づいて遅延時間差を補償する。これによって、第２実施形態の光伝送システム１ｂは、複数のフレームについてスキューの推定値の平均値を算出することによって、スキューの推定値の精度を向上させることが可能となる。
【００８４】
既知パタン情報は、ランダムな信号系列を表すパタン情報でもよい。送信機スキュー推定部３６ｂは、ランダムな信号系列に基づいて同相成分及び直交位相成分ごとに光送信機１０ｂの伝達関数の位相差を推定してもよい。
【００８５】
（第３実施形態）
第３実施形態では、既知パタン挿入部の構成と送信機スキュー推定部の構成とが、第２実施形態と相違する。第３実施形態では、第２実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００８６】
図１０は、光伝送システム１ｃの構成の例を示す図である。光伝送システム１ｃは、光信号を伝送するシステムである。光伝送システム１ｃは、光送信機１０ｃと、光ファイバ２０と、光増幅機２１と、光受信機３０ｃと、通信回線４０とを備える。光送信機１０ｃは、既知パタン挿入部１１ｃ−Ｘ及び１１ｃ−Ｙと、送信パタン生成部１２と、送信機スキュー補償部１５と、偏波多重ＩＱ変調部１４とを備える。以下、既知パタン挿入部１１ｃ−Ｘ及び１１ｃ−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「既知パタン挿入部１１ｃ」と表記する。
【００８７】
図１１は、既知パタン挿入部１１ｃの構成の例を示す図である。既知パタン挿入部１１ｃ−Ｘは、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱと、ランダム信号生成部１１２−Ｘと、スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｘとを備える。既知パタン挿入部１１ｃ−Ｙは、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱと、ランダム信号生成部１１２−Ｙと、スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｙとを備える。
【００８８】
ランダム信号生成部１１２−Ｘは、ランダム系列の信号を生成する。ランダム信号生成部１１２−Ｘは、ランダム系列の信号をスキュー推定用パタン生成部１１３−Ｘに送信する。スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｘは、同一のスキュー推定用パタン情報を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩ及びレーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱに送信する。
【００８９】
ランダム信号生成部１１２−Ｙは、ランダム系列の信号を生成する。ランダム信号生成部１１２−Ｙは、ランダム系列の信号をスキュー推定用パタン生成部１１３−Ｙに送信する。スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｙは、スキュー推定用パタン情報を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩ及びレーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱに送信する。
【００９０】
光受信機３０ｃは、レーザモジュール３１と、光コヒーレント受信部３２と、デジタル信号処理部３３と、送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｘと、送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｙと、受信データ復調部３５とを備える。以下、送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｘ及び送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「送信機スキュー推定部３６ｃ」と表記する。
【００９１】
図１２は、送信機スキュー推定部３６ｃの構成の例を示す図である。送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｘは、既知パタン同期部３６０−ＸＩと、既知パタン同期部３６０−ＸＱと、位相比較部３６２−Ｘと、乗算部３６３−Ｘと、減算部３６４−Ｘと、乗算部３６５−Ｘと、加算部３６６−Ｘと、フーリエ変換部３６７−ＸＩと、フーリエ変換部３６７−ＸＱとを備える。図１２では、送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｙは、送信機スキュー推定部３６ｃ−Ｘと同様の構成を有する。
【００９２】
フーリエ変換部３６７−ＸＩは、ＸＩレーンのスキュー推定用パタン情報に、フーリエ変換を施す。フーリエ変換部３６７−ＸＩは、フーリエ変換の結果を、位相比較部３６２−Ｘに送信する。フーリエ変換部３６７−ＸＱは、ＸＱレーンのスキュー推定用パタン情報に、フーリエ変換を施す。フーリエ変換部３６７−ＸＱは、フーリエ変換の結果を、位相比較部３６２−Ｘに送信する。
【００９３】
図１３、図１４、図１５及び図１６に、第３実施形態におけるスキューの推定値のシミュレーション結果を示す。変調方式は３２ＧＢａｕｄのＤＰ−ＱＰＳＫである。光送信機１０ｃのレーザの線幅は１００ｋＨｚである。周波数オフセットは１００ＭＨｚである。伝送路におけるＯＳＮＲは２０ｄＢである。
【００９４】
図１３は、周波数と位相差との関係の第２例を示す図である。横軸は、サンプリングの周波数を示す。縦軸は、位相比較部３６２の出力として、ＩレーンとＱレーンとの位相差を示す。図１３に示す回帰直線は、式（１）によって表される位相差を、最小二乗法によりフィッティングした結果である。光送信機１０ｂが８ｐｓ（真値）のスキューを光信号に付加した場合、スキューの推定値は８．３４ｐｓである。
【００９５】
図１４は、スキューの真値とスキューの推定値との関係の第２例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｃにおけるスキューの真値（ｐｓ）を示す。縦軸は、スキューの推定値の１００回平均値を示す。
【００９６】
図１５は、スキューの真値と真値からの誤差との関係の第２例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｃにおけるスキューの真値を示す。縦軸は、真値からの誤差の１００回平均値を示す。
【００９７】
図１６は、スキューの真値と標準偏差との関係の第２例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｃにおけるスキューの真値を示す。縦軸は、標準偏差の１００回平均値を示す。
【００９８】
以上のように、第３実施形態の既知パタン挿入部１１ｃは、変調対象信号の同相成分及び直交位相成分に同一の既知パタン情報を挿入してもよい。これによって、第３実施形態の光伝送システム１ｃは、レーンごとに適応フィルタを用いて伝達関数を推定することが不要となるので、回路実装性を向上させることが可能となる。
【００９９】
（第４実施形態）
第４実施形態では、既知パタン挿入部の構成と送信機スキュー推定部の構成とが、第３実施形態と相違する。第４実施形態では、第３実施形態との相違点についてのみ説明する。
【０１００】
図１７は、光伝送システム１ｄの構成の例を示す図である。光伝送システム１ｄは、光信号を伝送するシステムである。光伝送システム１ｄは、光送信機１０ｄと、光ファイバ２０と、光増幅機２１と、光受信機３０ｄと、通信回線４０とを備える。光送信機１０ｄは、既知パタン挿入部１１ｄ−Ｘ及び１１ｄ−Ｙと、送信パタン生成部１２と、送信機スキュー補償部１５と、偏波多重ＩＱ変調部１４とを備える。以下、既知パタン挿入部１１ｄ−Ｘ及び１１ｄ−Ｙに共通する事項については、符号の一部を省略して、「既知パタン挿入部１１ｄ」と表記する。
【０１０１】
図１８は、既知パタン挿入部１１ｄの構成の例を示す図である。既知パタン挿入部１１ｄ−Ｘは、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱと、スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｘと、基準周波数信号生成部１１４−Ｘとを備える。既知パタン挿入部１１ｄ−Ｙは、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩと、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱと、スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｙと、基準周波数信号生成部１１４−Ｙとを備える。
【０１０２】
基準周波数信号生成部１１４−Ｘは、正弦波信号（既知パタン情報）を生成する。基準周波数信号生成部１１４−Ｘは、正弦波信号をスキュー推定用パタン生成部１１３−Ｘに送信する。スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｘは、同一の正弦波信号を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＸＩ及びレーン同期用パタン付加部１１１−ＸＱに送信する。スキュー推定用パタン情報は、例えば、正弦波の信号系列を表すパタン情報である。
【０１０３】
基準周波数信号生成部１１４−Ｙは、正弦波信号（既知パタン情報）を生成する。基準周波数信号生成部１１４−Ｙは、正弦波信号をスキュー推定用パタン生成部１１３−Ｙに送信する。スキュー推定用パタン生成部１１３−Ｙは、同一の正弦波信号を、レーン同期用パタン付加部１１１−ＹＩ及びレーン同期用パタン付加部１１１−ＹＱに送信する。
【０１０４】
図１９は、送信機スキュー推定部３６ｄの構成の例を示す図である。送信機スキュー推定部３６ｄ−Ｘは、既知パタン同期部３６０−ＸＩと、既知パタン同期部３６０−ＸＱと、位相比較部３６２−Ｘ１と、位相比較部３６２−Ｘ２と、乗算部３６３−Ｘと、減算部３６４−Ｘと、乗算部３６５−Ｘと、加算部３６６−Ｘと、乗算部３６８−Ｘ１と、乗算部３６８−Ｘ２と、乗算部３６８−Ｘ３と、乗算部３６８−Ｘ４と、積分部３６９−Ｘ１と、積分部３６９−Ｘ２と、積分部３６９−Ｘ３と、積分部３６９−Ｘ４と、加算部３７０−Ｘとを備える。図１９では、送信機スキュー推定部３６ｄ−Ｙは、送信機スキュー推定部３６ｄ−Ｘと同様の構成を有する。
【０１０５】
既知パタン同期部３６０−ＸＩは、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、例えば、相互相関又はインパルス応答に基づいて、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、ＸＱレーンと同期したサンプル位置を表す情報を、減算部３６４−Ｘに送信する。
【０１０６】
既知パタン同期部３６０−ＸＩは、フレームデータが送信されたレーンとフレームデータが受信されたレーンとが入れ替わっているか否かを、レーン同期用パタン情報に基づいて判定する。すなわち、既知パタン同期部３６０−ＸＩは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータであるかＸＱレーンのフレームデータであるかを判定する。
【０１０７】
既知パタン同期部３６０−ＸＩは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータである場合、ＸＱレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、乗算部３６８−Ｘ１及び乗算部３６８−Ｘ３に送信する。既知パタン同期部３６０−ＸＩは、取得したデジタル信号がＸＱレーンのフレームデータである場合、ＸＩレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、乗算部３６８−Ｘ２及び乗算部３６８−Ｘ４に送信する。
【０１０８】
既知パタン同期部３６０−ＸＱは、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号を、デジタル信号処理部３３から取得する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、例えば、相互相関又はインパルス応答に基づいて、レーン同期用パタン情報をデジタル信号から抽出する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、ＸＩレーンと同期したサンプル位置を表す情報を、減算部３６４−Ｘに送信する。
【０１０９】
既知パタン同期部３６０−ＸＱは、フレームデータが送信されたレーンとフレームデータが受信されたレーンとが入れ替わっているか否かを、レーン同期用パタン情報に基づいて判定する。すなわち、既知パタン同期部３６０−ＸＱは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータであるかＸＱレーンのフレームデータであるかを判定する。
【０１１０】
既知パタン同期部３６０−ＸＱは、取得したデジタル信号がＸＱレーンのフレームデータである場合、ＸＩレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、乗算部３６８−Ｘ２及び乗算部３６８−Ｘ４に送信する。既知パタン同期部３６０−ＸＱは、取得したデジタル信号がＸＩレーンのフレームデータである場合、ＸＱレーンと同期させたスキュー推定用パタン情報を、乗算部３６８−Ｘ１及び乗算部３６８−Ｘ３に送信する。
【０１１１】
乗算部３６８−Ｘ１は、スキュー推定用パタン情報に、（基準周波数±ｆ）を持つ複素指数関数を乗算する。複素指数関数は、例えば、Ｅｘｐ（−ｉ２πｆｔ）である。乗算部３６８−Ｘ１は、乗算結果を積分部３６９−Ｘ１に送信する。乗算部３６８−Ｘ２は、スキュー推定用パタン情報に、（基準周波数±ｆ）を持つ複素指数関数を乗算する。乗算部３６８−Ｘ２は、乗算結果を積分部３６９−Ｘ２に送信する。乗算部３６８−Ｘ３は、スキュー推定用パタン情報に、（基準周波数±ｆ）を持つ複素指数関数を乗算する。乗算部３６８−Ｘ３は、乗算結果を積分部３６９−Ｘ３に送信する。乗算部３６８−Ｘ４は、スキュー推定用パタン情報に、（基準周波数±ｆ）を持つ複素指数関数を乗算する。乗算部３６８−Ｘ４は、乗算結果を積分部３６９−Ｘ４に送信する。
【０１１２】
積分部３６９−Ｘ１（基準周波数抽出部）は、乗算部３６８−Ｘ１による乗算結果を積分する。これによって、積分部３６９−Ｘ１は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、スキュー推定用パタン情報から抽出することができる。積分部３６９−Ｘ１は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、位相比較部３６２−Ｘ１に送信する。
【０１１３】
積分部３６９−Ｘ２（基準周波数抽出部）は、乗算部３６８−Ｘ２による乗算結果を積分する。これによって、積分部３６９−Ｘ２は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、スキュー推定用パタン情報から抽出することができる。積分部３６９−Ｘ２は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、位相比較部３６２−Ｘ１に送信する。
【０１１４】
積分部３６９−Ｘ３（基準周波数抽出部）は、乗算部３６８−Ｘ３による乗算結果を積分する。これによって、積分部３６９−Ｘ３は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、スキュー推定用パタン情報から抽出することができる。積分部３６９−Ｘ３は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、位相比較部３６２−Ｘ２に送信する。
【０１１５】
積分部３６９−Ｘ４（基準周波数抽出部）は、乗算部３６８−Ｘ４による乗算結果を積分する。これによって、積分部３６９−Ｘ４は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、スキュー推定用パタン情報から抽出することができる。積分部３６９−Ｘ４は、（基準周波数±ｆ）の周波数成分を、位相比較部３６２−Ｘ２に送信する。
【０１１６】
位相比較部３６２−Ｘ１は、積分部３６９−Ｘ１が抽出した周波数成分を、積分部３６９−Ｘ１から取得する。位相比較部３６２−Ｘ１は、積分部３６９−Ｘ２が抽出した周波数成分を、積分部３６９−Ｘ２から取得する。
【０１１７】
位相比較部３６２−Ｘ１は、積分部３６９−Ｘ１によって抽出された周波数成分を、積分部３６９−Ｘ１から取得する。位相比較部３６２−Ｘ１は、積分部３６９−Ｘ２によって抽出された周波数成分を、積分部３６９−Ｘ２から取得する。位相比較部３６２−Ｘ１は、抽出された周波数成分同士の位相差Δθを、サンプリングの周波数ｆごとに算出する。
【０１１８】
位相比較部３６２−Ｘ２は、積分部３６９−Ｘ３によって抽出された周波数成分を、積分部３６９−Ｘ２から取得する。位相比較部３６２−Ｘ３は、積分部３６９−Ｘ４によって抽出された周波数成分を、積分部３６９−Ｘ４から取得する。位相比較部３６２−Ｘ２は、抽出された周波数成分同士の位相差Δθを、サンプリングの周波数ｆごとに算出する。
【０１１９】
減算部３７０−Ｘは、位相比較部３６２−Ｘ１によって算出された位相差Δθと、位相比較部３６２−Ｘ２によって算出された位相差Δθとの差分を算出する。位相差Δθの差分が算出されることによって、スキューの推定値は、１サンプルよりも細かい粒度で算出可能である。
【０１２０】
図２０、図２１、図２２及び図２３に、第４実施形態におけるスキューの推定値のシミュレーション結果を示す。変調方式は３２ＧＢａｕｄのＤＰ−ＱＰＳＫである。光送信機１０ｂのレーザの線幅は１００ｋＨｚである。周波数オフセットは１００ＭＨｚである。伝送路におけるＯＳＮＲは２０ｄＢである。
【０１２１】
図２０は、周波数と位相差との関係の第３例を示す図である。横軸は、サンプリングの周波数を示す。縦軸は、位相比較部３６２の出力として、ＩレーンとＱレーンとの位相差を示す。図２０では、異なる周波数における位相差を結ぶ直線は、式（１）に示す傾きを表す。光送信機１０ｄが８ｐｓ（真値）のスキューを光信号に付加した場合、スキューの推定値は７．８９ｐｓである。
【０１２２】
図２１は、スキューの真値とスキューの推定値との関係の第３例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｃにおけるスキューの真値（ｐｓ）を示す。縦軸は、スキューの推定値の１００回平均値を示す。
【０１２３】
図２２は、スキューの真値と真値からの誤差との関係の第３例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｃにおけるスキューの真値を示す。縦軸は、真値からの誤差の１００回平均値を示す。
【０１２４】
図２３は、スキューの真値と標準偏差との関係の第３例を示す図である。横軸は、光送信機１０ｃにおけるスキューの真値を示す。縦軸は、標準偏差の１００回平均値を示す。
【０１２５】
以上のように、第４実施形態の既知パタン情報は、正弦波の信号系列を表すパタン情報でもよい。送信機スキュー推定部３６ｄは、正弦波の信号系列に基づいて同相成分及び直交位相成分ごとに光送信機１０ｄの伝達関数の位相差を推定してもよい。
【０１２６】
これによって、第４実施形態の光伝送システム１ｄは、フィッティング処理が不要となるので、回路実装性を向上させることが可能となる。第４実施形態の光伝送システム１ｄは、フーリエ変換部が不要となるので、回路実装性を向上させることが可能となる。第４実施形態の光伝送システム１ｄは、（基準周波数±ｆ）にピークが存在するので、スキューの推定値の算出に使用される信号の信号対雑音電力比（ＳＮ比）を向上させることが可能となる。
【０１２７】
上述した実施形態における光伝送システム、光送信機及び光受信機の少なくとも一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、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く、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て実現されるものであってもよい。
【０１２８】
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。
【符号の説明】
【０１２９】
１ａ〜１ｄ…光伝送システム、１０ａ〜１０ｄ…光送信機、１１ａ〜１１ｄ…既知パターン挿入部、１２…送信パタン生成部、１３…送信機伝達関数補償部、１４…偏波多重ＩＱ変調部、１５…送信機スキュー補償部、２０…光ファイバ、２１…光増幅機、３０ａ〜３０ｄ…光受信機、３１…レーザモジュール、３２…光コヒーレント受信部、３３…デジタル信号処理部、３４…送信機伝達関数推定部、３５…受信データ復調部、３６ｂ〜３６ｄ…送信機スキュー推定部、４０…通信回線、１１０…ランダム系列パタン生成部、１１１…レーン同期用パタン付加部、１１２…ランダム信号生成部、１１３…スキュー推定用パタン生成部、１１４…基準周波数信号生成部、１４０…ドライバアンプ、１４１…レーザモジュール、１４２…ベクトル変調器、３６０…既知パタン同期部、３６１…伝達関数推定部、３６２…位相比較部、３６３…乗算部、３６４…減算部、３６５…乗算部、３６６…加算部、３６７…フーリエ変換部、３６８…乗算部、３６９…積分部、３７０…減算部
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、
前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を前記遅延時間差の推定値に基づいて補償するスキュー補償部と、
前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部と
を有する光送信機と、
前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記同相成分及び前記直交位相成分の間の伝達関数の位相差を推定するスキュー推定部と、
前記位相差に応じた前記遅延時間差の推定値を前記スキュー補償部に送信する送信部と
を有する光受信機と
を備える光伝送システム。
【請求項２】
予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、
前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を前記遅延時間差の推定値に基づいて補償するスキュー補償部と、
前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部と
を有する光送信機と、
前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記同相成分及び前記直交位相成分の間の前記変調対象信号の周波数成分の位相差を推定するスキュー推定部と、
前記位相差に応じた前記遅延時間差の推定値を前記スキュー補償部に送信する送信部と
を有する光受信機と
を備える光伝送システム。
【請求項３】
前記既知パタン情報は、ランダムな信号系列を表すパタン情報である、請求項１又は請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記既知パタン情報は、正弦波の信号系列を表すパタン情報である、請求項１又は請求項２に記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記挿入部は、前記変調対象信号の前記同相成分及び前記直交位相成分に同一の前記既知パタン情報を挿入する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項６】
前記スキュー補償部は、複数の前記遅延時間差の推定値に基づいて前記遅延時間差を補償する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光伝送システム。
【請求項７】
予め定められた既知パタン情報を変調対象信号に挿入する挿入部と、
前記変調対象信号の同相成分及び直交位相成分の間における遅延時間差を伝達関数に基づいて補償する伝達関数補償部と、
前記変調対象信号を変調して光信号を生成する変調部と
を有する光送信機と、
前記光信号から抽出された前記既知パタン情報に基づいて前記伝達関数を前記同相成分及び直交位相成分ごとに推定する伝達関数推定部と、
前記伝達関数を前記伝達関数補償部に送信する送信部と
を有する光受信機と
を備える光伝送システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
送信機スキュー推定部３６ｂは、既知パタン情報（既知パタンの信号系列）を、デジタル信号から抽出する。送信機スキュー推定部３６ｂは、既知パタン情報に基づいて、ＸＩレーン及びＸＱレーンの間の伝達関数の位相差を推定する。送信機スキュー推定部３６ｂは、ＸＩレーン及びＸＱレーンの間の伝達関数の位相差に基づいて、ＸＩレーン及びＸＱレーンの間のスキューを推定する。送信機スキュー推定部３６ｂは、既知パタン情報に基づいて、ＹＩレーン及びＹＱレーンの間の伝達関数の位相差を推定する。送信機スキュー推定部３６ｂは、ＹＩレーン及びＹＱレーンの間の伝達関数の位相差に基づいて、ＹＩレーン及びＹＱレーンの間のスキューを推定する。