(57)【要約】  光受信ターミナルは、複数のモードごとに設けられ、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタ（40,41）と、２つの偏波ごとに設けられ、複数の行列型フィルタ（40,41）から出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタ（50,51）と、を備える。複数の行列型フィルタ（40,41）のフィルタ係数及び２つの合成フィルタ（50,51）の重み付け係数を、２つの合成フィルタ（50,51）による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する。
2019198465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波多重信号を送信する光送信装置と、
前記光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置と、を備え、
前記光受信装置は、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光空間通信システム。
【請求項２】
前記２つの合成フィルタは、
前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
請求項１に記載の光空間通信システム。
【請求項３】
前記光受信装置は、
前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタをさらに備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
請求項１又は２に記載の光空間通信システム。
【請求項４】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
請求項１又は２に記載の光空間通信システム。
【請求項５】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
請求項３に記載の光空間通信システム。
【請求項６】
前記光受信装置は、前記フィルタ係数及び前記重み付け係数をＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）により制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光空間通信システム。
【請求項７】
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置であって、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光受信装置。
【請求項８】
前記２つの合成フィルタは、
前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
請求項７に記載の光受信装置。
【請求項９】
前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタをさらに備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
請求項７又は８に記載の光受信装置。
【請求項１０】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
請求項７又は８に記載の光受信装置。
【請求項１１】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
請求項９に記載の光受信装置。
【請求項１２】
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置による光受信方法であって、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行い、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行い、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成し、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光受信方法。
【請求項１３】
前記２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
請求項１２に記載の光受信方法。
【請求項１４】
前記光受信装置は、前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタが配置され、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
請求項１２又は１３に記載の光受信方法。
【請求項１５】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
請求項１２又は１３に記載の光受信方法。
【請求項１６】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
請求項１４に記載の光受信方法。
【請求項１７】
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置に、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う手順と、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う手順と、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する合成手順と、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する手順と、
を実行させるためのプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記合成手順では、
前記２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
請求項１７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項１９】
前記光受信装置は、前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタが配置され、
前記光受信装置に、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する手順を、
さらに実行させるためのプログラムを格納した、請求項１７又は１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２０】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
請求項１７又は１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項２１】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
請求項１９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光空間通信システムに関し、特に、光空間通信システムにおいて、偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信して、ダイバーシティ合成を行う際の、デジタル信号処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星などの上空の飛行体から提供される地球観測用の観測データの利用への期待の高まりと共に、観測データを地上に送る通信システムの大容量化が重要となっている。従来用いられるマイクロ波通信では、帯域利用の法的・物理的な制約が大きく、大容量化に応えるには限界がある。そこで、帯域制約が事実上なく大容量化が達成可能な光空間通信が注目されている。さらに、光空間通信は、マイクロ波通信に比べて、波長が短く指向性の高い光を利用するため、送信機及び受信機の小型化・軽量化や、盗聴可能性の低減や、複数システムの同時運用時の干渉性の緩和などが期待できる。【０００３】
高速の光空間通信を行う場合、現在使用可能な広帯域の受信機のほとんどは、シングルモードファイバ（Single Mode Fiber、SMF）をベースとした機器である。したがって、人工衛星と地上間などで高速の光空間通信を実現するためには、人工衛星などから送出されて大気中を伝搬した光信号を、SMFへと結合する必要がある。ただし、一般的に使用されるSMFは、そのコア径が10μm程度と小さく、空間を伝搬した光信号が大気ゆらぎによる波面の乱れの影響を受けると、SMFへの結合効率に大幅な変動・劣化が生じ、いわゆるフェージングが発生する。【０００４】
この大気ゆらぎによるフェージングを解消する１つの有力なアプローチは、複数の受信機を用いたダイバーシティ受信方式の使用である。各受信機に入力される光信号ごとに、光信号が受ける大気ゆらぎの影響が異なるとすれば、複数の受信機にそれぞれ入力された複数の光信号のうち最も良いものを選択したり、より一般的には、複数の光信号を合成したりするダイバーシティ合成を行うことで、ダイバーシティ合成後の光信号のフェージングの確率は低減される。【０００５】
非特許文献１には、複数の伝搬モードを持つフューモードファイバに光ビームを集光し、デジタル信号処理によるダイバーシティ合成を行う、モードダイバーシティ型の光空間通信受信機の構成が記載されている。非特許文献１の光空間通信受信機では、モード分離器を介して、フューモードファイバの空間的に特徴の異なる複数の伝搬モードに光信号がそれぞれ結合し、それぞれの光信号がSMFへと導波され、それぞれSMFベースの受信機でコヒーレント受信された後に、デジタル信号処理によってダイバーシティ合成される。それぞれの伝搬モードに結合した光信号が受けた大気ゆらぎの影響は、伝搬モードごとに独立、もしくは、相補的に変動すると見なすことができるため、ダイバーシティ効果によって合成後の光信号に対するフェージングの影響は緩和される。【０００６】
また、非特許文献２には、空間的に異なって配置された複数の望遠鏡開口のそれぞれで光ビームを集光し、それぞれの光ビームをSMFに結合して受信して合成を行う受信機の構成が記載されている。非特許文献２の受信機でも、それぞれのSMFに結合する光ビームを１つのモードと見なせば、空間的に特徴の異なる複数のモードで光ビームをそれぞれ受信してダイバーシティ合成が行われることになる。【０００７】
複数の受信信号を合成する方法の１つとして、最大比合成が知られている。最大比合成は、複数の受信信号の位相を揃え、それぞれの特性に応じた重み付け係数で重み付けした上で合成したものを合成結果として出力する。複数の受信信号が、特性に応じた最適な重み付けをされて合成された場合、合成後の信号対雑音比(Signal to Noise Ratio、SNR)は、合成前のそれぞれの受信信号のSNRの総和となる。非特許文献３には、最大比合成を、ブラインド適応等化をベースとした方法で行うデジタル信号処理が記載されている。【０００８】
これら非特許文献に開示されたものを含むこれまでの光空間通信システムでは、単一偏波の光信号が使用されている。人工衛星と地上間の光空間通信では、人工衛星から送出された非常に微弱な光信号を受信する一方で、地上から人工衛星に向けて光信号やビーコン光を送出する場合がある。そのため、光空間通信システムでは、送信する光信号と受信する光信号を偏波の違いによって分離することが、単一偏波の光信号を使用する主な理由の一つとなっていた。しかし、光信号の受信にコヒーレント検波を使用する光空間通信システムでは、わずかな波長の違いによって光信号の分離が十分に可能となるため、単一偏波を使用する必然性はなくなる。そのため、コヒーレント検波を使用する光空間通信システムは、光ファイバ通信システムでも広く利用されている偏波多重の使用により、さらなる大容量化を実現することが可能となる。【０００９】
通常の光ファイバでは、光ファイバに加わる圧力などの影響により、光ファイバを伝搬する光信号の偏波状態は変動する。偏波多重を使用する場合、光信号の偏波状態の変動により、偏波多重された光信号が混合される。そのため、偏波多重を使用した近年の光ファイバ通信システムでは、偏波多重された光信号を、コヒーレント受信後のデジタル信号処理によって分離している。【００１０】
図１は、光ファイバ通信システムで使用される偏波分離フィルタ910の構成の一例を示した図である。偏波分離フィルタ910では、受信したX偏波の信号x1と、Y偏波の信号x2と、を入力とし、入力された信号を、hpq(p=1,2。q=1,2)で表される2×2のフィルタhpqを用いたフィルタ処理により偏波分離する。この偏波分離された出力がy1, y2となる。フィルタhpqには、FIR（Finite Impulse Response）フィルタや周波数領域フィルタが使用されるが、ここでは、NhタップT/2 FIRフィルタとする。【００１１】
ここで、
2019198465.tif 000003
(j=1,…,Nh), 
2019198465.tif 000004
(t: 転置)
のように表記すると、出力ypは、
2019198465.tif 000005
となる。【００１２】
フィルタhpqのフィルタ係数は、出力ypの所望の状態からのずれを基に、適応等化の方法によって更新される。係数更新量は、ypとxqを用いて算出される。偏波多重QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）信号の偏波分離に一般的に使用されるConstant Modulus Algorithm (CMA)の場合、係数更新量は、出力ypの所望の状態からのずれ
2019198465.tif 000006
の2乗であるεp2の大きさを最小化するように更新される。その係数更新則は、
2019198465.tif 000007
となる。このフィルタ係数の係数制御により、偏波分離を行うと同時に、偏波モード分散の補償や受信機の不完全性の等化などが行われる。【００１３】
この偏波多重を、大気ゆらぎの影響緩和のためのダイバーシティ合成と組み合わせて使用する場合、偏波分離とダイバーシティ合成を同時に行うデジタル信号処理が必要となる。このデジタル信号処理の直接的な方法としては、まず、受信信号に対して偏波分離を施し、次いでダイバーシティ合成を行う方法が考えられる。図２は、このようなデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部の構成の一例を示した図である（偏波多重信号の2モードダイバーシティ合成の例）。モード1のX偏波の受信信号x1及びY偏波の受信信号x2が偏波分離フィルタ911に入力されて、偏波分離された信号が得られる。また、モード2のX偏波の受信信号x3及びY偏波の受信信号x4が偏波分離フィルタ912に入力されて、偏波分離された信号が得られる。その後、偏波分離されたモード1のX偏波の信号及びモード2のX偏波の信号が合成フィルタ921に入力され、偏波分離されたモード1のY偏波の信号及びモード2のY偏波の信号が合成フィルタ922に入力される。合成フィルタ921は、モード1のX偏波の信号及びモード2のX偏波の信号を、それぞれ重み付け係数w11,w12で重み付けした上で合成する最大比合成を行い、合成フィルタ922は、モード1のY偏波の信号及びモード2のY偏波の信号を、それぞれ重み付け係数w21,w22で重み付けした上で合成する最大比合成を行う。合成フィルタ921,922の出力はそれぞれy1, y2となる。この図２では、重み付け係数の係数制御として、適応等化による方法を用いている。しかしながら、この方法では、偏波分離をそれぞれのモードに対して独立して行うため、それぞれのモードで受信するX,Y偏波の信号の特性が低い場合には偏波分離自体が機能せず、十分なダイバーシティ合成の利得を得られないという問題が生じる。【００１４】
偏波分離とダイバーシティ合成を同時に行うデジタル信号処理の他の方法としては、非特許文献４に開示された、モード多重光ファイバ通信で使用されるような、MIMO（Multiple Input Multiple Output）フィルタを使用した方法が考えられる。図３は、このようなデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部の構成の一例を示した図である（図２と同じく、偏波多重信号の2モードダイバーシティ合成の例）。MIMOフィルタ930は、モード1のX偏波の受信信号x1及びY偏波の受信信号x2と、モード2のX偏波の受信信号x3及びY偏波の受信信号x4と、を入力とし、入力された信号に対して、hpq (p=1,2。q=1,2,3,4)で表される2×4のフィルタhpqを用いたフィルタ処理を行い、y1, y2を出力する。フィルタhpqを、NhタップT/2 FIRフィルタとした場合、出力ypは、
2019198465.tif 000008
となる。【００１５】
フィルタhpqのフィルタ係数をCMAによって係数制御する場合の係数更新則は、
2019198465.tif 000009
となる。この図３では、偏波分離とダイバーシティ合成は、出力ypの所望の状態からのずれを基に、2×4のフィルタhpqで同時に行われるため、先の図２のような問題は生じない。しかしながら、合成するモード数をNdとした場合、Nhタップの2×(2×Nm)フィルタという大規模なフィルタの4×Nh×Nd個のフィルタ係数を同時に制御する必要がある。特に、人工衛星と地上間の光空間通信での大気ゆらぎによる影響は、kHz程度の速度で高速に変動することが知られており、この変動にフィルタ係数の制御を追従させることが必要である。したがって、大規模フィルタのフィルタ係数の高速制御が必要となるが、このような高速制御は通常、困難である。さらには、複数の信号を出力する一般的なブラインド適応等化では、出力に同じ信号が縮退するという問題が生じることがあるが、この問題に対して有効な対策を取ることは困難である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】細川他、「大気揺らぎを克服するためのSDM型光空間通信受信技術」、第59回宇宙科学技術連合講演会、1H16 (2015).
【非特許文献２】D. J. Geisler et al., “Multi-aperture digital coherent combining for free-space optical communication receivers,” Opt. Express 24, 12661 (2016).
【非特許文献３】M. Arikawa et al., “Evaluation of Blind Diversity Combining of Severely Faded Signals for High-Speed Free-Space Optical Communication under Atmospheric Turbulence,” ECOC 2017, Tu.2.E.5.
【非特許文献４】S. Randel et al., “Complexity Analysis of Adaptive Frequency-Domain Equalization for MIMO-SDM Transmission,” ECOC 2013, Th.2.C.4.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述のように、人工衛星と地上間に代表されるような光空間通信システムでは、偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信して、ダイバーシティ合成を行う場合、関連技術に係るデジタル信号処理では、大規模フィルタのフィルタ係数の係数制御が必要となり、大気ゆらぎの変動に追従することが困難となるという問題があった。【００１８】
本開示の目的は、上述した課題を解決し、偏波多重信号のダイバーシティ合成において、大気ゆらぎの変動に高速に追従することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
一態様による光空間通信システムは、
偏波多重信号を送信する光送信装置と、
前記光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置と、を備え、
前記光受信装置は、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する。【００２０】
一態様による光受信装置は、
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置であって、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する。【００２１】
一態様による光受信方法は、
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置による光受信方法であって、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行い、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行い、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成し、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する。【００２２】
一態様による非一時的なコンピュータ可読媒体は、
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置に、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う手順と、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う手順と、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する手順と、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する手順と、
を実行させるためのプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体である。
【発明の効果】
【００２３】
上述の態様によれば、偏波多重信号のダイバーシティ合成において、大気ゆらぎの変動に高速に追従することが可能な技術を提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】関連技術に係る、偏波分離フィルタの構成の一例を示した図である。
【図２】関連技術に係る、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部の構成の一例を示した図である。
【図３】関連技術に係る、MIMOフィルタを用いて偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部の構成の一例を示した図である。
【図４】本開示の実施の形態１に係る、光空間通信システムの構成の一例を示した図である。
【図５】本開示の実施の形態１に係る、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図６】本開示の実施の形態１に係る、等化・合成フィルタの構成の一例を示した図である。
【図７】本開示の実施の形態１に係る、等化・合成フィルタの構成の別の例を示した図である。
【図８】本開示の実施の形態２に係る、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部の構成の一例を示した図である。
【図９】本開示の実施の形態２に係る、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部の構成の別の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、以下の記載及び図面は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、以下の各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００２６】
（１）実施の形態１
図４は、本開示の実施の形態１に係る光空間通信システムの構成の一例を示した図である。ここでは、偏波多重QPSK信号を、モードダイバーシティ型光空間通信受信機で受信する場合を例にとって説明を行う。なお、本開示は、複数の望遠鏡開口を使用した開口ダイバーシティ型光空間通信受信機にも適用が可能である。
【００２７】
本実施の形態１に係る光空間通信システムは、人工衛星などに搭載される光送信ターミナル1、及び、地上に配置される光受信ターミナル2を備える。光送信ターミナル1は、偏波多重信号送信機10を備え、光送信装置の一例である。光受信ターミナル2は、フューモードファイバ20、モード分離器21、SMF22,23、コヒーレント受信機24,25、ローカル光源26、ADC（Analog-to-Digital Converter）27,28、及びデジタル信号処理部29を備え、光受信装置の一例である。
【００２８】
光送信ターミナル1の偏波多重信号送信機10が光信号（偏波多重信号）を送出し、その光信号が大気を伝搬して、光受信ターミナル2で受信される。光受信ターミナル2では、光信号をフューモードファイバ20に集光して結合し、フューモードファイバ20の持つそれぞれの伝搬モードに結合された光信号をモード分離器21によって分離してSMF22,23に導波する。フューモードファイバ20の有する伝搬モード数は2モードとする。モード分離器21では、モード間のモード結合やモード分散を生じる場合があるが、ここではモード結合及びモード分散は共に小さいものとして扱う。固定的なモード間結合は、大気ゆらぎの影響に含めて考えてもよい。SMF22,23に導波された各モードに対応する2つの光信号は、偏波多重型のコヒーレント受信機24,25によって、ローカル光源26で発生したローカル光と混合されてコヒーレント受信される。その後、2つの光信号は、ADC27,28によってサンプリングされ、デジタル信号処理部29によってデジタル信号処理が施される。偏波多重型のコヒーレント受信機24,25の1つからは、通常、X偏波とY偏波それぞれのI（同相）成分とQ（直交）成分の計4つの信号が出力されるが、図４では、これら4つの信号を偏波ごとに複素数の形にまとめた2つの信号として表している。ADC27,28のサンプリングレートは、シンボルレートに対して2倍のオーバーサンプリングとする。
【００２９】
図５は、本開示の実施の形態１に係るデジタル信号処理部29のブロック構成の一例を示したブロック図である。
本開示の実施の形態１に係るデジタル信号処理部29は、相対遅延補償部30、等化・合成フィルタ31、及び、キャリア位相補償部32,33を備えている。
【００３０】
モード1,2それぞれのX,Y偏波受信信号は、初めに、相対遅延補償部30により、それらの間の相対遅延量が大まかに補償される。各モードのX,Y偏波受信信号は、光送信ターミナル1から送信された偏波多重信号が偏波間の混合を受けたものとなるため、偏波間の相対遅延を高精度に検出することが難しい。相対遅延補償部30での相対遅延量の補償は、各モードのX,Y偏波受信信号の総強度の波形の相関を利用して、モード1,2間の相対遅延を取り除く処理となる。その後、相対遅延が大まかに取り除かれた、2モード2偏波分の4つの受信信号は、等化・合成フィルタ31に入力されて、偏波分離とダイバーシティ合成が行われ、2偏波分の2つの信号が出力される。その後、等化・合成フィルタ31から出力された各偏波の2つの信号に対して、キャリア位相補償部32,33によりキャリア位相補償が施されて復調が完了する。キャリア位相補償部32,33は、等化・合成フィルタ31のフィルタ係数の係数制御にDecision Directed Least Mean Squareアルゴリズムを使用する場合など、使用するアルゴリズムによっては、等化・合成フィルタ31に組み込まれる場合もある。復調後の信号に対しては、シンボル判定、誤り訂正などの復号処理が行われて、光送信ターミナル1から送信されたデータが取得される。
【００３１】
図６は、本開示の実施の形態１に係る等化・合成フィルタ31の構成の一例を示した図である。等化・合成フィルタ31は、モードごとに設けられた行列型フィルタ40,41、偏波ごとに設けられた合成フィルタ50,51、及び係数更新部600〜611を備える。
【００３２】
等化・合成フィルタ31には、2モード2偏波分の4つの信号が入力される。2モード2偏波分の4つの信号は、まず、モードごとに、行列型フィルタ40,41により、偏波分離と等化が行われる。具体的には、行列型フィルタ40が、モード1の2偏波分の2つの信号に対し、偏波分離と等化を行い、行列型フィルタ41が、モード2の2偏波分の2つの信号に対し、偏波分離と等化を行う。次いで、偏波分離と等化が行われた信号は、偏波ごとに、合成フィルタ50,51により、重み付けされた上で合成される。具体的には、合成フィルタ50が、行列型フィルタ40,41から出力された信号のうちX偏波の信号に対し、重み付け係数w11, w12で重み付けした上で合成し、合成フィルタ51が、行列型フィルタ40,41から出力された信号のうちY偏波の信号に対し、重み付け係数w21, w22で重み付けした上で合成する。その結果、等化・合成フィルタ31からは、2偏波分の2つの信号が出力される。
【００３３】
ここで、モードp（p=1,2）の偏波q（q=1（X偏波）,2（Y偏波））の入力信号を
2019198465.tif 000010
とする。また、行列型フィルタ40,41を構成するフィルタであって、モードpについてのフィルタを
2019198465.tif 000011
（r=1,2）とし、NhタップT/2 FIRフィルタとする。また、
2019198465.tif 000012
(j=1,…,Nh), 
2019198465.tif 000013
と表記すると、行列型フィルタ40,41の出力
2019198465.tif 000014
は、
2019198465.tif 000015
となる。
【００３４】
これを偏波ごとに、合成フィルタ50,51により、重み付けした上で合成する。その結果、出力yqは、
2019198465.tif 000016
となる。
【００３５】
行列型フィルタ40,41のフィルタ係数は、合成するモード数をNdとした場合、4×Nh×Nd個であり、膨大な数となるが、合成フィルタ50,51の重み付け係数は2×Nd個のみの少数となる。これらのフィルタ係数及び重み付け係数は、全て、合成フィルタ50,51による合成後の2偏波の信号yqの両方の所望の状態からのずれに基づいて、係数更新部600〜611により、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。ここでは、係数更新部600〜611による係数制御の方法として、CMAを用いる。CMAでは、出力yrの強度が一定値（ここでは1）となることが所望の状態である。そのため、出力ypの所望の状態からのずれを
2019198465.tif 000017
として、それらの大きさの和
2019198465.tif 000018
を最小化するように制御する。
【００３６】
係数ξについての確率的勾配降下法による係数更新則は、
2019198465.tif 000019
であるから、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数と合成フィルタ50,51の重み付け係数の係数更新則は、
2019198465.tif 000020
2019198465.tif 000021
となる。μ，μwはそれぞれ、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数と合成フィルタ50,51の重み付け係数の更新のステップサイズを決めるパラメータである。
【００３７】
また、通常、光空間通信においては、大気伝搬に伴う偏波に依存した効果、偏波状態の変動は小さいとされるため、合成フィルタ50,51の重み付け係数は、偏波について共通化してもよい。そうすることで、重み付け係数はさらに半数のNd個のみとなる。図７は、そのような等化・合成フィルタの構成の一例を示した図である。合成フィルタ50,51は、偏波について共通化された重み付け係数w1,w2をもつ。その出力は、
2019198465.tif 000022
である。行列型フィルタと合成フィルタの係数は、同様に2偏波の信号yqの両方の所望の状態からのずれに基づいて、係数更新部600〜609により、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。その係数更新則は、
2019198465.tif 000023
2019198465.tif 000024
となる。この係数更新に加えて、これらの係数のノルムを一定値に近づける制御を行うこともできる。
【００３８】
このようなブラインド適応等化では、出力に同じ信号が縮退するという問題が生じることがあるが、モードpについての行列型フィルタ40,41は、光ファイバ通信で使用される一般的な偏波分離フィルタと同じ構造となっているため、光ファイバ通信で使用される対策をそのまま適用することができる。
【００３９】
上述したように本実施の形態1によれば、まず、2モード2偏波分の4つの信号に対し、モードごとに、行列型フィルタ40,41により、偏波分離及び等化を行い、次いで、行列型フィルタ40,41から出力された信号に対し、偏波ごとに、合成フィルタ50,51により、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する。そして、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数と合成フィルタ50,51の重み付け係数を、合成フィルタ50,51による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらずれの大きさの和が最小化されるように制御する。
【００４０】
本実施の形態1の構成では、偏波分離と等化を行う行列型フィルタ40,41のフィルタ係数は大規模となるが、重み付けを行って合成する合成フィルタ50,51は、モード数相当の少数の重み付け係数のみを持つこととなる。光空間通信においては、大気伝搬に伴う偏波に依存した効果、偏波状態の変動は小さいとされているため、偏波変動の要因は、光ファイバ中の伝搬に起因することなる。本実施の形態1の場合、光ファイバは、光送信ターミナル1及び光受信ターミナル2の中で局所的に短い距離だけ使用されるため、偏波変動の速度は長距離光ファイバ通信等と比べると低速であることが想定される。また、コヒーレント受信機24,25の不完全性も静的と見なすことができる。したがって、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数の係数制御は、低速としても特性に大きな影響を及ぼさない。このことから、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数の更新ステップサイズは小さくとることができ、また更新の間隔を複数シンボルおきにすることで、実装に必要とされる回路リソースを大幅に低減することができる。一方で、合成フィルタ50,51の重み付け係数については、高速な大気ゆらぎの変動に追従して制御される必要があるため、高速な制御が必要となる。そのため、更新ステップサイズを大きく設定し、更新の間隔を可能な限り短くすることが望まれる。本実施の形態1の構成では、合成フィルタ50,51における重み付けのための少数の重み付け係数のみを高速に制御するため、大気ゆらぎの変動に高速に追従する、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理が実現される。また、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数と合成フィルタ50,51の重み付け係数を、合成フィルタ50,51による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらずれの大きさの和が最小化されるように制御する。そのため、モードごとに独立して偏波分離を行う際に、それぞれのモードで受信する信号の特性が低い場合には偏波分離自体が機能せず、十分なダイバーシティ合成の利得を得られないという問題も回避される。
【００４１】
（２）実施の形態2
本開示の実施の形態1では、モードごとの偏波分離と等化を行う行列型フィルタ40,41を使用した。ここで、偏波モード分散やモード分離器におけるモード分散による時間広がりに比べて、コヒーレント受信機24,25の帯域不足などの不完全性による時間広がりが相対的に大きい場合、行列型フィルタ40,41の前段に、この時間広がりを補償するのに十分な時間広がりを持つ等化フィルタ70,71を用意し、行列型フィルタ40,41の有する時間広がりを小さくする（FIRフィルタの場合はタップ数を少なくする）。これにより、さらなる所要回路リソースの低減の可能性がある。
【００４２】
図7は、このような方法で、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部29の構成の一例を示した図である。図の可読性のため、係数制御に関する部分は省略している。ただし、実施の形態1と同様、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数、合成フィルタ50,51の重み付け係数、及び等化フィルタ70,71のフィルタ係数は全て、合成フィルタ50,51による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。
【００４３】
ここで、モードp（p=1,2）の偏波q（q=1（X偏波）,2（Y偏波））の入力信号を
2019198465.tif 000025
とし、これを、等化フィルタ70,71を構成するフィルタ
2019198465.tif 000026
によりフィルタ処理を施す。フィルタ
2019198465.tif 000027
を、NhタップT/2 FIRフィルタとする。ここで、
2019198465.tif 000028
(j=1,…,Nh),
2019198465.tif 000029
と表記すると、等化フィルタ70,71の出力
2019198465.tif 000030
は、
2019198465.tif 000031
となる。
【００４４】
これを行列型フィルタ40,41に入力する。行列型フィルタ40,41を構成するフィルタであって、モードpについてのフィルタを
2019198465.tif 000032
(r=1,2)とし、NmタップT/2 FIRフィルタとする。ここで、
2019198465.tif 000033
(j=1,…,Nm),
2019198465.tif 000034
と表記すると、行列型フィルタ40,41の出力
2019198465.tif 000035
は、
2019198465.tif 000036
となる。
【００４５】
これを偏波ごとに、合成フィルタ50,51により、偏波について共通化された重み付け係数wpで重み付けした上で合成する。その結果、出力yqは、
2019198465.tif 000037
となる。
【００４６】
行列型フィルタ40,41のフィルタ係数、合成フィルタ50,51の重み付け係数、及び等化フィルタ70,71のフィルタ係数は、全て、合成フィルタ50,51による合成後の2偏波の信号yqの両方の所望の状態からのずれに基づいて、係数更新部により、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。等化フィルタ70,71と行列型フィルタ40,41のフィルタ係数の係数制御は低速でよく、合成フィルタ50,51の重み付け係数の係数制御は高速に行う。係数制御の方法としてCMAを用いた場合の係数更新則は、
2019198465.tif 000038
2019198465.tif 000039
2019198465.tif 000040
となる。
【００４７】
等化フィルタ70,71のフィルタ係数は、合成するモード数をNdとした場合、2×Nh×Nd個、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数は、4×Nｍ×Nd個、合成フィルタ50,51の重み付け係数はNｍ個となる。Nｍは、Nhに比べて小さくできることを想定している。そのため、Nhが大きい場合、等化フィルタ70,71と行列型フィルタ40,41を合わせたフィルタ係数の数は、実施の形態1に比べて少なくすることができる。
【００４８】
この図７の例では、行列型フィルタ40,41をモードごとの偏波分離と等化を行うものとしたが、モード間結合の補償も可能な構成とすることもできる。固定的でユニタリなモード間結合は、結合前の光信号の総強度に等しい総強度で、光信号を各モードに分配するので、これは大気ゆらぎの影響に含めて考えることができる。その一方で、行列型フィルタ40,41をモード間結合の補償も可能な構成とすることで、例えば、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数の初期値に、モード分離器21の特性を直接的に反映することができる。
【００４９】
図8は、このような方法で、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部29の構成の一例を示した図である。図7と同様に、図の可読性のため、係数制御に関する部分は省略している。ただし、図7と同様、行列型フィルタ42〜45のフィルタ係数、合成フィルタ50,51の重み付け係数、及び等化フィルタ70,71のフィルタ係数は全て、合成フィルタ50,51による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。また、図８では、モード1のX偏波の入力信号をx1、Y偏波の入力信号をx2、モード2のX偏波の入力信号をx3、Y偏波の入力信号をx4、のように添え字を振り直している。係数制御の方法としてCMAを用いた場合の係数更新則は、
2019198465.tif 000041
2019198465.tif 000042
2019198465.tif 000043
となる。
【００５０】
以上、実施の形態を参照して本開示について説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではない。本開示の構成や詳細には、本開示のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００５１】
また、上記の実施の形態では、本開示の光受信ターミナルをハードウェアの構成として説明したが、本開示は、これに限定されるものではない。本開示は、光受信ターミナルの任意の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、メモリに格納されたコンピュータプログラムを読み出し実行することにより、実現することも可能である。
【００５２】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（CD-Recordable）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（CD-ReWritable）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００５３】
また、上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
偏波多重信号を送信する光送信装置と、
前記光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置と、を備え、
前記光受信装置は、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光空間通信システム。
（付記２）
前記２つの合成フィルタは、
前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
付記１に記載の光空間通信システム。
（付記３）
前記光受信装置は、
前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタをさらに備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
付記１又は２に記載の光空間通信システム。
（付記４）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
付記１又は２に記載の光空間通信システム。
（付記５）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
付記３に記載の光空間通信システム。
（付記６）
前記光受信装置は、前記フィルタ係数及び前記重み付け係数をＣＭＡ（Constant Modulus Algorithm）により制御する、
付記１から５のいずれか１項に記載の光空間通信システム。
（付記７）
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置であって、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光受信装置。
（付記８）
前記２つの合成フィルタは、
前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
付記７に記載の光受信装置。
（付記９）
前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタをさらに備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
付記７又は８に記載の光受信装置。
（付記１０）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
付記７又は８に記載の光受信装置。
（付記１１）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
付記９に記載の光受信装置。
（付記１２）
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置による光受信方法であって、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行い、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行い、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成し、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光受信方法。
（付記１３）
前記２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
付記１２に記載の光受信方法。
（付記１４）
前記光受信装置は、前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタが配置され、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
付記１２又は１３に記載の光受信方法。
（付記１５）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
付記１２又は１３に記載の光受信方法。
（付記１６）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
付記１４に記載の光受信方法。
（付記１７）
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置に、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う手順と、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う手順と、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する合成手順と、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する手順と、
を実行させるためのプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読媒体。
（付記１８）
前記合成手順では、
前記２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
付記１７に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
（付記１９）
前記光受信装置は、前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタが配置され、
前記光受信装置に、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する手順を、
さらに実行させるためのプログラムを格納した、付記１７又は１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
（付記２０）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
付記１７又は１８に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
（付記２１）
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
付記１９に記載の非一時的なコンピュータ可読媒体。
【００５４】
この出願は、２０１８年４月１２日に出願された日本出願特願２０１８−０７６８４９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５５】
1  光送信ターミナル
2  光受信ターミナル
10  偏波多重信号送信機
20  フューモードファイバ
21  モード分離器
22,23  SMF22,23
24,25  コヒーレント受信機
26  ローカル光源
27,28  ADC
29  デジタル信号処理部
30  相対遅延補償部
31  等化・合成フィルタ
32,33  キャリア位相補償部
40〜45  行列型フィルタ
50,51  合成フィルタ
600〜611  係数更新部
70,71  等化フィルタ
【図１】
2019198465.tif 000044
【図２】
2019198465.tif 000045
【図３】
2019198465.tif 000046
【図４】
2019198465.tif 000047
【図５】
2019198465.tif 000048
【図６】
2019198465.tif 000049
【図７】
2019198465.tif 000050
【図８】
2019198465.tif 000051
【図９】
2019198465.tif 000052
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月6日(2020.10.6)
【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】
偏波多重信号を送信する光送信装置と、
前記光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置と、を備え、
前記光受信装置は、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光空間通信システム。
【請求項２】
前記２つの合成フィルタは、
前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
請求項１に記載の光空間通信システム。
【請求項３】
前記光受信装置は、
前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタをさらに備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
請求項１又は２に記載の光空間通信システム。
【請求項４】
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置であって、
前記複数のモードごとに設けられ、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う、偏波多重型の複数のコヒーレント受信機と、
複数のモードごとに設けられ、対応するモードの前記コヒーレント受信機でコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う複数の行列型フィルタと、
互いに直交する２つの偏波ごとに設けられ、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する２つの合成フィルタと、を備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光受信装置。
【請求項５】
前記２つの合成フィルタは、
前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、偏波について共通化された重み付け係数で重み付けした上で合成する、
請求項４に記載の光受信装置。
【請求項６】
前記複数の行列型フィルタの各々の前段に、複数の等化フィルタをさらに備え、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数、前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数、及び前記複数の等化フィルタのフィルタ係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
請求項４又は５に記載の光受信装置。
【請求項７】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記複数のモード数分である、
請求項４又は５に記載の光受信装置。
【請求項８】
前記合成フィルタの前記重み付け係数の個数は、前記行列型フィルタを構成するフィルタのタップ数分である、
請求項６に記載の光受信装置。
【請求項９】
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置による光受信方法であって、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行い、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行い、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成し、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する、
光受信方法。
【請求項１０】
光送信装置が送信した偏波多重信号を、空間的に特徴の異なる複数のモードで受信してダイバーシティ合成を行う光受信装置に、
前記複数のモードごとに、対応するモードに結合された信号に対し、コヒーレント受信を行う手順と、
複数のモードごとに、複数の行列型フィルタにより、対応するモードのコヒーレント受信された信号に対して、偏波分離及び等化を行う手順と、
互いに直交する２つの偏波ごとに、２つの合成フィルタにより、前記複数の行列型フィルタから出力された信号のうち対応する偏波の信号に対し、重み付けした上で合成する合成手順と、
前記複数の行列型フィルタのフィルタ係数及び前記２つの合成フィルタの前記重み付け係数を、前記２つの合成フィルタによる合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御する手順と、
を実行させるためのプログラム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図８は、このような方法で、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部29の構成の一例を示した図である。図の可読性のため、係数制御に関する部分は省略している。ただし、実施の形態1と同様、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数、合成フィルタ50,51の重み付け係数、及び等化フィルタ70,71のフィルタ係数は全て、合成フィルタ50,51による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
この図８の例では、行列型フィルタ40,41をモードごとの偏波分離と等化を行うものとしたが、モード間結合の補償も可能な構成とすることもできる。固定的でユニタリなモード間結合は、結合前の光信号の総強度に等しい総強度で、光信号を各モードに分配するので、これは大気ゆらぎの影響に含めて考えることができる。その一方で、行列型フィルタ40,41をモード間結合の補償も可能な構成とすることで、例えば、行列型フィルタ40,41のフィルタ係数の初期値に、モード分離器21の特性を直接的に反映することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図９は、このような方法で、偏波分離とダイバーシティ合成を行うデジタル信号処理部29の構成の一例を示した図である。図８と同様に、図の可読性のため、係数制御に関する部分は省略している。ただし、図８と同様、行列型フィルタ42〜45のフィルタ係数、合成フィルタ50,51の重み付け係数、及び等化フィルタ70,71のフィルタ係数は全て、合成フィルタ50,51による合成後の２つの偏波の信号の両方の所望の状態からのずれに基づいて、それらのずれの大きさの和が最小化されるように制御される。また、図９では、モード1のX偏波の入力信号をx1、Y偏波の入力信号をx2、モード2のX偏波の入力信号をx3、Y偏波の入力信号をx4、のように添え字を振り直している。係数制御の方法としてCMAを用いた場合の係数更新則は、
2019198465.tif 000053
2019198465.tif 000054
2019198465.tif 000055
となる。
【国際調査報告】
2019198465.tif 000056
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2019198465.tif 000058
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