CN105075150B - 光收发系统、发送器、接收器以及光收发方法 - Google Patents

光收发系统、发送器、接收器以及光收发方法 Download PDF

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Abstract

发送器(10)对控制信息进行差动编码来生成差动编码信号，利用差动编码信号对功率集中于特定频率的信号序列进行调制。发送器(10)还对将所述信号序列调制而得到的信号和2个偏振波成分中的一个偏振波的主信号进行时分复用，对于另一个偏振波的主信号将所述信号序列保持原状地进行时分复用。接着，发送器(10)向接收器(20)发送对时分复用后的双方的偏振波进行偏振复用而得到的信号光。接收器(20)对接收到的信号光进行偏振分割，生成2个偏振波信号。而且，接收器(20)从2个偏振波信号中提取所述信号序列，对该提取出的信号序列进行差动检波而对控制信息进行解调。

Description

光收发系统、发送器、接收器以及光收发方法
技术领域
本发明涉及在光收发系统中以不依赖主信号的解调状态的方式收发控制信息的技术。
背景技术
近年来，在光纤传输中，接收器具有本地振荡用激光，且采用了对接收到的信号光和电场进行混合的相干接收。在该光纤传输中，使用QPSK(Quadrature Phase ShiftKeying：正交相移键控)或16QAM(Quadrature Amplitude Modulation：正交幅度调制)这样的多值相位调制，能够按每1码元进行2比特或4比特的收发。
发送器的激光与接收器的本地振荡用激光的相对相位随机地发生变化。因此，公开了如下技术：通过模拟数字转换器(以下，称作AD转换器。)将相干接收到的信号转换成数字信号，使用数字信号处理设备来进行数字信号处理，去除发送器的激光和接收器的激光之间的相对相位的随机的变动，提取相位调制信号。
但是，由于能够使用数字信号处理设备来简单地执行数字信号处理，因此发送辅助性的控制信息而能够应对各种各样的传输劣化，该辅助性的控制信息用于正常地传输表示应发送的主要信息的主信号。
例如，对于光纤传输路径的波长色散等线性的波形失真和传输路径的非线性的波形失真等的补偿，不仅在接收器侧执行，也可以在发送器中执行。具体而言，在波形失真中对波长色散进行说明，在发送器和接收器中分别适当地调整补偿量，由此与仅利用发送器或接收器中的任意一方进行补偿的情况相比，能够进一步改善主信号的传输劣化。在该情况下，接收器能够检测应补偿的量，将该检测结果作为辅助信息发送给发送器，有助于在发送器中计算补偿量。
另外，作为另一例，将调制方式作为控制信息从发送器通知给接收器，由此能够使用数字信号处理设备根据传输劣化的状况来切换调制方式，以切换后的调制方式接收主信号。
在非专利文献1中公开了如下技术：在发送针对主信号的辅助性的控制信息的情况下，将频率调制后的控制信息叠加于主信号。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:Takahito Tanimura，et al.，“In-band FSK SupervisorySignaling between Adaptive Optical Transceivers Employing Digital SignalProcessing”，ECOC2011We.7.A.6
非专利文献2:R.Kudo，et al.，“Coherent optical single carriertransmission using overlap frequency domain equalization for long-hauloptical systems”，J.Lightw.Technol.，vol.27，no.16，p.3721-3728，Aug.2009
发明内容
发明要解决的课题
然而，在非专利文献1所记载的技术中，将频率调制后的控制信息叠加于主信号，因此，在主信号中伴随着频率偏移而产生信号劣化。
因此，本发明的课题在于，提供如下的技术：在光收发系统中，以不使主信号劣化且不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
这里，所谓的主信号的解调状态不仅包含能够解调主信号的状态，例如也包含无法进行主信号的信号序列的解调的状态或无法正确地解调的状态，如时钟同步未建立的状态、传输路径的波长色散无法补偿的状态、偏振复用信号无法分离的状态或者无法补偿因偏振模色散导致的波形失真的状态。
用于解决课题的手段
本发明的光收发系统的特征在于，其具有发送器和接收器，该发送器具有：已知信号生成部，其输出作为已知的信号序列的已知信号序列；控制信号调制部，其利用控制信息对所述已知信号序列进行调制；以及偏振复用部，其对分别将所述已知信号生成部的输出信号和所述控制信号调制部的输出信号进行电光转换后得到的信号进行偏振复用，来生成信号光，该接收器具有：接收侧转换部，其接收从所述发送器送出的所述信号光，将接收到的所述信号光转换成每个偏振波成分的数字接收信号；以及控制信号解调部，其针对所述每个偏振波成分的数字接收信号提取所述偏振波成分之间的相位关系，且根据该提取出的相位关系对所述控制信息进行解调。
根据这样的结构，发送器对利用控制信息将已知信号序列调制而得到的信号与已知信号序列进行偏振复用来生成信号光而向接收器发送。接收器能够将接收到的信号光转换成每个偏振波成分的数字接收信号，提取该偏振波成分之间的相位，根据该提取出的相位对控制信息进行解调。因此，光收发系统能够以不依赖于发送信号(主信号)的解调状态的方式收发控制信息。
另外，所述光收发系统的发送器的特征在于，所述发送器还具有：第1信号复用部，其接收第1偏振波的发送信息，对将所述第1偏振波的发送信息调制而得到的主信号和所述已知信号生成部的输出信号进行时分复用；以及第2信号复用部，其接收第2偏振波的发送信息，对将所述第2偏振波的发送信息调制而得到的主信号和所述控制信号调制部的输出信号进行时分复用。
根据这样的结构，由于光收发系统对控制信息相关的信号和主信号进行时分复用，因此不会使主信号劣化。另外，光收发系统能够以不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
另外，所述光收发系统的特征在于，所述发送器在所述已知信号生成部中生成且输出功率集中于特定频率的信号序列，所述接收器还具有已知信号检测部，该已知信号检测部根据所述特定频率，从所述每个偏振波成分的数字接收信号中确定所述功率集中于特定频率的信号序列的位置，在所述控制信号解调部中，根据由所述已知信号检测部确定的位置，从所述每个偏振波成分的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列，根据该提取出的信号序列对所述控制信息进行解调。
根据这样的结构，发送器利用控制信息对功率集中于特定频率的信号序列进行调制。另外，接收器能够根据特定频率确定功率集中于特定频率的信号序列的位置，根据所确定的位置，提取功率集中于特定频率的信号序列，根据该提取出的信号序列，对控制信息进行解调。即，光收发系统能够以不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
另外，所述光收发系统的特征在于，所述发送器在所述控制信号调制部中对所述控制信息进行差动编码来生成差动编码信号，利用所述差动编码信号对所述功率集中于特定频率的信号序列进行调制，所述接收器在所述控制信号解调部中根据由所述已知信号检测部确定的位置，从所述每个偏振波成分的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列，对该提取出的信号序列进行差动检波而对所述控制信息进行解调。
根据这样的结构，发送器对控制信息进行差动编码来生成差动编码信号，利用差动编码信号对功率集中于特定频率的信号序列进行调制。因此，接收器能够根据特定频率确定功率集中于特定频率的信号序列的位置，根据所确定的位置，提取功率集中于特定频率的信号序列，对该提取出的信号序列进行差动检波而对控制信息进行解调。即，光收发系统能够以不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
另外，所述光收发系统的接收器的特征在于，所述接收器在从所述每个偏振波成分的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列时，对频率偏移进行补偿。
根据这样的结构，接收器通过对频率偏移进行补偿，能够对功率集中于特定频率的信号序列中的特定频率的偏差进行补偿。因此，光收发系统执行根据频率偏移补偿后的频率而提取功率集中于特定频率的信号序列的处理，由此能够以不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
另外，所述光收发系统的接收器的特征在于，在对所述频率偏移进行补偿时，将所述所述每个偏振波成分的数字接收信号转换成频域的信号，对频率偏移量进行估计。另外，所述接收器的特征在于，在对所述频率偏移量进行估计时，针对所述所述每个偏振波成分的数字接收信号应用FFT(Fast Fourier Transform：快速傅立叶变换)而求出所述频域的信号。
根据这样的结构，接收器能够对频率偏移量进行估计，能够对功率集中于特定频率的信号序列的特定频率的偏差进行补偿。因此，光收发系统执行根据频率偏移补偿后的频率而提取功率集中于特定频率的信号序列的处理，由此能够以不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
另外，所述光收发系统的接收器的特征在于，在所述控制信号解调部内具有判定部，所述判定部在执行比特判定前针对所述每个偏振波成分的数字接收信号进行归一化，使用所述归一化后的所述判定前的数字接收信号，进行所述控制信息的比特判定。
根据这样的结构，光收发系统能够对于光纤传输路径的时间变动、传输信号的变动等变动因素以不易受到影响的方式收发控制信息。
此外，关于发送器、接收器以及光收发方法的发明，由于具有与上述的光收发系统的一部分或全部相同的技术特征，具有与所述光收发系统相同的效果，因此省略记载。
发明效果
根据本发明，在光收发系统中，能够以不使主信号劣化且不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
附图说明
图1是示出光收发系统的结构例的图。
图2是示出发送器的功能例的图。
图3是示出发送信号序列的一例的图。
图4是示出接收器的功能例的图。
图5A是示出第1实施方式中的接收器的功能例的图。
图5B是示出第1实施方式中的变形例中的接收器的功能例的图。
图6是示出第2实施方式中的接收器的功能例的图。
图7是示出第3实施方式中的接收器的功能例的图。
具体实施方式
一边适当地参照附图一边详细地说明用于实施本发明的方式(以下，称作“本实施方式”。)。
(光收发系统)
首先，使用图1说明光收发系统的结构例。
图1示意性地示出了进行光纤传输的光收发系统100。例如，在图1的光收发系统100中，左侧的发送器10对发送信息进行调制来生成信号光，向复用装置3输出该信号光。该信号光在复用装置3中与未图示的其他的信号光进行复用后经由光纤5到达右侧的复用装置3。此外，复用装置3例如具有执行波长复用、时分复用等的功能。右侧的复用装置3通过复用分离来取出该信号光而发送给接收器20。接收器20具有未图示的本地振荡用激光且能够进行相干接收，从该信号光中取得原始的发送信息。
此外，在图1中，采用了在两端具有发送器10和接收器20的结构，但并不一定需要是这样的结构，例如也可以采用左侧只有发送器10、右侧只有接收器20的结构，而考虑仅从左到右的单向的光纤传输。
(发送器)
这里，使用图2说明发送器10的功能例。如图2所示，发送器10具有如下功能：使用2个正交的偏振波(X偏振波、Y偏振波)来对发送信息执行并行传输(或者MIMO：Multiple-Input Multiple-Output传输：多输入多输出传输)。作为功能，发送器10具有发送信号调制部101x、101y、信号复用部102x、102y、电光转换部103x、103y、偏振复用部104、控制信号调制部110以及已知信号生成部120。此外，在对标号标注x的情况下表示X偏振波的处理功能，在对标号标注y的情况下表示Y偏振波的处理功能。
发送信号调制部(所述第1信号复用部的一部分)101x具有对二进制序列的发送信息进行调制而输出发送码元序列(主信号)的功能。作为调制方式例如可列举出BPSK(Binary Phase Shift Keying：二进制相移键控)调制、QPSK调制、QAM调制等，但也可以是除此之外的调制方式。此外，发送信号调制部(所述第2信号复用部的一部分)101y具有与发送信号调制部101x相同的功能。
已知信号生成部120具有如下功能：生成且输出伪噪声(PN；Pseudo randomNoise)序列、功率集中于2个以上的特定频率(或包含特定频率的窄带)的信号序列(以下，也称作特定频带信号序列。)等任意的信号序列作为已知信号序列。此外，所谓的“已知”意味着发送器10和接收器20这双方共享该信号序列的模式(pattern)。另外，已知信号序列也可以是能够实现作为基准被参照的参考信号、导频信号，训练信号(training signal)等的目的的信息。
作为已知信号序列，例如作为特定频带信号序列可以使用在IQ平面上相对于原点满足点对称的关系的交变信号。作为一例，为了生成BPSK信号，只要如－S、S、－S、S、…、－S、S那样，使用交替地重复2个信号点的交变信号即可。另外，为了生成QPSK信号，当将信号点表示成(实部，虚部)时，只要如(S，S)、(－S，－S)、(S，S)、(－S，－S)、…、(S，S)、(－S，－S)或(S，－S)、(－S，S)、(S，－S)、(－S，S)、…、(S，－S)、(－S，S)那样，使用交替地重复2个信号点的交变信号即可。这里，S表示任意的实数。另外，(实部■α，虚部β)可以作为复数而表示为α+jβ。不过，j是虚数単位。该交变信号能够产生集中于2处特定频率的功率。
另外，也可以使用如－S、－S、S、S、－S、－S、S、S、…、－S、－S、S、S那样将1个信号重复了2次的交变信号、或者各重复了M次(M＞0的正数)的交变信号。这样，通过对多个重复次数的交变信号进行相乘、或者进行卷积，能够使功率集中于4处以上的特定频率。另外，也可以通过叠加周期不同的多个正弦波来生成功率集中于2个以上的特定频率的信号。另外，也可以使用正交频分复用(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式将信号仅叠加于特定的子载波，从而生成具有特定频率的信号。此外，也可以使用特定频带信号序列和其他的信号序列进行扩散，从而扩展功率集中的频带。
控制信号调制部110具有如下功能：使用从已知信号生成部120输出的已知信号序列和控制信息来生成调制信号，且向信号复用部102x、102y输出调制信号。控制信号调制部110具有差动编码部111和已知信号序列调制部112。
差动编码部111具有如下功能：将发送的控制信息序列作为输入，按每1比特进行差动编码，来生成差动编码信号。在将第n个(n≥0，n为整数)控制信息设为C(n)(C(n)是1或0这2个值)时，差动编码部111的第n个输出D(n)如下式(1)所示，由C(n)与D(n－1)的逻辑异或来表示。
[数学式1]
··式(1)
其中，D(－1)＝1。
差动编码部111向已知信号序列调制部112输出所生成的差动编码信号D(n)。
已知信号序列调制部112利用从差动编码部111接收到的差动编码信号按每1比特对从已知信号生成部120接收到的已知信号序列进行调制，来生成调制已知信号序列。具体而言，在已知信号序列是－S、S、－S、S、…、－S、S的情况下，在差动编码部111的输出是D(n)＝1时，已知信号序列调制部112输出－S、S、－S、S、…、－S、S作为输出。另外，在差动编码部111的输出是D(n)＝0时，已知信号序列调制部112使符号反转而输出S、－S、S、－S、…、S、－S。此外，对于D(n)＝1和D(n)＝0，符号的反转也可以与上述的情况相反。
在图2中示出如下的情况：控制信号调制部110向信号复用部(第1信号复用部)102x保持原状地输出已知信号序列，向信号复用部(第2信号复用部)102y输出调制已知信号序列。不过，也可以与此相反，向信号复用部102y保持原状地输出已知信号序列，向信号复用部102x输出调制已知信号序列。
信号复用部102x具有如下功能：每隔Ns个(Ns≥1，Ns是正数)发送码元序列(主信号)插入(时分复用)Nt个(Nt≥1，Nt是正数)已知信号序列，来生成信号序列105x。另外，信号复用部102y具有如下功能：每隔Ns个发送码元序列(主信号)插入(时分复用)Nt个调制已知信号序列，来生成信号序列105y。
电光转换部103x(103y)具有如下功能：进行信号序列105x(105y)的电光转换而输出光信号。
而且，偏振复用部104具有如下功能：对分别从电光调制部103x、103y输出的光信号进行偏振复用，来生成且输出信号光。
如图3所示，从偏振复用部104输出的发送信号序列130以在Ns个主信号(发送码元序列)之间将Nt个控制信号(已知信号序列或调制已知信号序列)时分复用的方式形成。
此外，在上述说明中，对发送将已知信号和主信号(发送码元序列)时分复用而生成的发送信号序列130的结构进行了说明，但并不一定需要这样的结构，也可以是仅连续地发送已知信号的结构。在该情况下，不需要发送信号调制部101x、101y和信号复用部102x、102y，图3的发送信号序列130连续地发送Nt个控制信号(即，等同于在Ns＝0时传输的情况)。
(接收器)
接着，使用图4说明接收器20的功能例(适当地参照图1)。
接收器20具有：偏振分割部(接收侧转换部)201、光电转换部(接收侧转换部)202x、202y、AD转换部(接收侧转换部)203x、203y、波长色散补偿部204x、204y、自适应均衡部205、解调部206x、206y以及已知信号序列解调部210。
偏振分割部201接收从发送器10送出且经由光纤5和复用装置3而来的信号光。偏振分割部201具有如下功能：针对该信号光在光区域中进行偏振分割，而分割成2个正交的偏振波(X偏振波，Y偏振波)，且向光电转换部202x、202y输出各个偏振波。具体而言，偏振分割部201例如具有偏振分集90度混合耦合器和本地振荡用激光且执行偏振分割。X偏振波被输出到光电转换部202x，Y偏振波被输出到光电转换部202y。
光电转换部202x具有如下功能：将从偏振分割部201接收到的X偏振波转换成电信号，且向AD转换部203x输出该电信号。具体而言，光电转换部202x使用本地振荡用激光，将接收到的信号光的光电场分离成正交的成分，且转换成电模拟信号。光电转换部202y具有针对Y偏振波执行与光电转换部202x相同的处理的功能。
AD转换部203x(203y)具有如下功能：将从光电转换部202x(202y)接收到的电模拟信号转换成数字信号来生成数字接收信号，且输出该数字接收信号。
波长色散补偿部204x(204y)具有如下功能：从AD转换部203x(203y)接收数字接收信号，且输出用于补偿因波长色散导致的信号的失真的信号。
自适应均衡部205具有如下功能：将由波长色散补偿部204x、204y补偿后的信号作为输入，对偏振模色散、以及收发中和传输路径中失真的信号进行补偿，且输出该补偿后的信号。
解调部206x具有如下功能：将自适应均衡部205的输出信号作为输入，对利用X偏振波发送的发送码元序列(主信号)进行解调，且输出解调后的原始的发送信息。解调部206y具有如下功能：将自适应均衡部205的输出信号作为输入，对利用Y偏振波发送的发送码元序列(主信号)进行解调，且输出解调后的原始的发送信息。
此外，波长色散补偿部204x、204y和自适应均衡部205各自可以应用非专利文献2所记载的频域均衡(FDE：Frequency Domain Equalization)和时域均衡(TDE：Time DomainEqualization)的技术。
接着，关于已知信号序列解调部210，分别将3种功能例作为第1、第2、第3实施方式，使用图5A、图5B、图6、图7进行说明。
(第1实施方式)
使用图5A，对第1实施方式中的已知信号序列解调部210a进行说明。如图5A所示，已知信号序列解调部210a具有缓冲部(控制信号解调部)211x、211y、BPF(Band PassFilter：带通滤波器)部212x、212y、差动解码部(控制信号解调部)213、判定部(控制信号解调部)214和已知信号检测部215。此外，差动检波和差动解码具有相同的意思。
已知信号检测部215具有如下功能：针对从AD转换部203x、203y接收到的数字接收信号，检测插入有已知信号序列的位置，且向缓冲部211x、211y输出该位置作为定时信息(帧同步信息)。
这里，作为已知信号序列的插入位置的检测方法例如使用如下方法：在已知信号序列是特定频带信号序列的情况下，运算数字接收信号中的可以存在特定频率(或包含特定频率的窄带)的频带(也考虑到因频率偏移造成的影响的频带)的信号功率，且将运算得到的信号功率超过了规定阈值时或在超过规定阈值的范围中成为峰值时的位置检测为已知信号序列的插入位置。即，已知信号检测部215根据特定频率，从各偏振波的数字接收信号中确定功率集中于特定频率的信号序列的位置。或者已知信号检测部215也可以取得在接收侧存储的已知信号序列与数字接收信号序列的互相关，将互相关的峰值位置检测为已知信号序列的插入位置。
缓冲部211x(211y)具有如下功能：一旦缓存从AD转换部203x(203y)输出的X偏振波(Y偏振波)的数字接收信号，且根据从已知信号检测部215接收到的定时信息，提取包含已知信号序列的区间，而输出该区间的信号。另外，缓冲部211x(211y)从缓存中删除所切取的区间以外的序列。
此外，优选由缓冲部211x、211y切取的包含已知信号序列的区间的长度比真正的已知信号序列的长度长。其理由是因为存在如下这样的情况：在光传输等收发过程中受到各种失真的影响，因此，在数字接收信号内已知信号序列的信号波形会超出原始的已知信号序列的区间外。另外，其他的理由是也因为已知信号检测部215使用这样的受到失真的影响的数字接收信号来求出定时信息，因此切取解析时必要的足够长度的区间。另外，如上所述，在采用仅连续地发送已知信号序列的结构(Ns＝0)的情况下，不需要缓冲部。
BPF部212x(212y)具有如下功能：接收由缓冲部211x(211y)提取的包含已知信号序列的区间，进行以根据真正的已知信号序列生成的功率集中的频谱为中心使±Δf的带宽通过的处理，输出该频带处理后的信号。
作为一例，对将利用－S、S、－S、S、…、－S、S的交变信号生成的具有2个特定频率的信号作为已知信号序列且以30Gbaud进行传输的情况进行说明。BPF部212x、212y具有以15GHz和－15GHz为中心频率且分别具备±Δf带宽的BPF。这里，例如在可以假定的最大频率偏移值是5GHz的情况下，优选使Δf的设定值为Δf＝5GHz。或者，作为不使期望的特定频率的信号以外的信号通过的值，Δf的设定值例如优选设定为小于相当于30Gbaud的1/8的3.75GHz(即，Δf＜3.75GHz)。或者，在利用BPF部212x、212y之前的处理执行频率偏移补偿的情况下，Δf的设定值作为激光的线宽程度的值，例如设定在Δf＝1MHz左右，切取已知信号成分。此外，优选为，在未执行频率偏移补偿的情况下，进行频率偏移估计，使用相对于频率偏移值f0GHz以(15+f0)GHz和(－15+f0)GHz为中心频率分别具有±Δf的带宽的BPF。
另外，当存在多个功率集中的特定频率的频谱的情况下，不需要使所有的特定频率的频谱通过BPF，只要使至少1个以上的特定频率的频谱通过BPF即可。例如，在上述15GHz和－15GHz处具有峰值的已知信号的情况下，只要使15GHz或－15GHz中的至少一方通过BPF即可。
另外，也可以具有对于多个功率集中的特定频率的频谱将多个功率集中的特定频率的频谱各自作为中心频率的多个BPF。例如，在上述15GHz和－15GHz处具有峰值的已知信号的情况下，只要具有以15GHz为中心频率具备±Δf的带宽的BPF和以－15GHz为中心频率具备±Δf的带宽的BPF合计2个BPF即可。
差动解码部213具有如下功能：将BPF部212x、212y的输出信号作为输入而执行差动解码，来生成差动解码信号。当将第n次的帧中的BPF部212x、212y各自的输出信号设为Rx(n，k)、Ry(n，k)时，用下式(2)表示差动解码信号Z(n)。
[数学式2]
··式(2)
其中，*表示复共轭。另外，K表示存储在缓冲部211x、211y中的数字接收信号的长度，K＞k≥0。
此外，也可以是，如上所述那样具有对于多个功率集中的特定频率的频谱将多个功率集中的特定频率的频谱各自作为中心频率的多个BPF的情况下，对各个BPF输出结果进行式(2)的处理，对该处理结果或者该处理结果的功率值进行合成(例如，相加等)，将该合成后的值作为Z(n)。
判定部214具有如下功能：将从差动解码部213输出的差动解码信号作为输入，进行比特判定而对原始的控制信息序列进行解调。这里，当将第n个帧中的差动解码信号设为Z(n)时，如上所述那样已知信号序列是－S、S、－S、S、…、－S、S的情况下，在差动编码部111的输出是D(n)＝1时，已知信号序列调制部112输出－S、S、－S、S、…、－S、S作为输出。另外，在差动编码部111的输出是D(n)＝0时，已知信号序列调制部112使符号反转而输出S、－S、S、－S、…、S、－S。即，用下式(3)表示判定结果(控制信息序列)P(n)。
[数学式3]
··式(3)
其中，Pth(＞0)是判定阈值。
上述的解调方法不依赖调制方式。因此，即使在从发送器10发送的信号光的调制方式在接收器20中无法识别的条件下，也能够进行控制信息的收发。由此，可以利用控制信息将调制方式从发送侧通知给接收侧。另外，相反，也可以利用控制信息将调制方式从接收侧通知给发送侧。
另外，在将帧周期(相当于图3所示的Nt+Ns)的信息作为控制信息的并行传送时钟来发送的情况下，已知信号检测部215将控制信息的检测位置检测为帧周期的时钟。
此外，在上述说明中，对如下结构进行了说明：在发送器10侧进行差动编码，且在接收器20侧进行差动解码，由此，即使不清楚偏振波的绝对相位，也可以通过观察前后帧之间的已知信号序列的相对的相位差来进行解码。然而，并不一定需要采用这样的结构，也可以采用不需要发送器10的差动编码部111(参照图2)和接收器20侧的差动解码部213(参照图5A)的结构。在该情况下，例如以在控制信号的一部分中包含参照信号的方式来进行发送，由此，在接收侧根据该参照信号获知偏振波的绝对相位，因此能够对控制信号进行解调。
另外，在上述说明中，对使用BPF部212x、212y的结构进行了说明，但并不一定需要采用这样的结构，例如在作为已知信号使用了PN序列的情况下，由于已知信号的频谱扩展到整个信号频带，因此不需要BPF部212x、212y。
另外，在作为已知信号序列使用了特定频带信号序列的情况下，会成为多个功率集中的特定频率的频谱，因此也可以针对每一个准备不同的BPF来进行处理。图5B中示出了该结构例(第1实施方式的变形例)作为已知信号序列解调部210d。如图5B所示，已知信号序列解调部210d相对于缓冲部211x、211y分别具有Nb(Nb≥1，Nb是整数)个BPF部212x－1～212x－Nb、212y－1～212y－Nb以及差动解码部213－1～213－Nb，并且具有重新合成多个频带的频谱的合成部221。
例如，对将利用－S、S、－S、S、…、－S、S的交变信号生成的具有2个特定频率的信号作为已知信号序列且以30Gbaud进行传输的情况进行说明。BPF部212x－1、212y－1具有以15GHz为中心频率分别具备±Δf的带宽的BPF，BPF部212x－2、212y－2具有以－15GHz为中心频率分别具备±Δf的带宽的BPF。在差动解码部213－1中，分别将BPF部212x－1和212y－1作为输入进行解码，在差动解码部213－2中，分别将BPF部212x－2和212y－2作为输入进行解码后向合成部221输出。在合成部221中，合成多个不同频率的信号、即以－15GHz为中心频率的频谱和以15GHz为中心频率的频谱。作为合成的方法，例如将各个功率值(平方后的值)、振幅值相加。
另外，也可以是，当在光传输中存在光纤传输路径的时间变动、传输信号的变动等变动因素的情况下，在图5A所示的结构的情况下，在判定部214中利用差动解码前的信号(缓冲部211x、211y、BPF部212x、212y的输出信号)将差动解码部213的输出信号归一化后进行判定，另外，在图5B所示的结构的情况下，在判定部214中利用差动解码前的信号(缓冲部211x、211y、BPF部212x、212y的输出信号)将合成部221的输出信号即对判定部214的输入信号归一化后进行判定。此外，差动解码前的信号(缓冲部211x、211y、BPF部212x、212y的输出信号)是一例，也可以使用采用了差动解码前的信号的移动平均、遗忘因子而得到的时间上的平均值。另外，关于在上述说明中使用的Pth，也可以通过使用差动解码部213的输出结果及其时间平均值、归一化后的值及其时间平均值，根据时间变动使判定值发生变化。
(第2实施方式)
接着，使用图6对第2实施方式中的已知信号序列解调部210b进行说明。如图6所示，已知信号序列解调部210b与图5A所示的已知信号序列解调部210a不同的点在于，具有频率偏移补偿部216x、216y和频率偏移估计部217。此外，由于缓冲部211x、211y、BPF部212x、212y、差动解码部213、判定部214以及已知信号检测部215与图5A所示的结构相同，因此标注相同的标号并省略说明。因此，这里，以下对频率偏移补偿部(控制信号解调部)216x、216y和频率偏移估计部217的功能进行说明。
频率偏移估计部217具有如下功能：从缓冲部211x、211y接收包含已知信号序列的区间的信号，根据包含该已知信号序列的区间的信号来估计因发送器10的激光与接收器20的本地振荡用激光之间的偏差等引起的频率偏移量。另外，频率偏移估计部217具有如下功能：向频率偏移补偿部216x、216y输出所估计出的频率偏移量。
具体而言，对于由已知信号序列生成的各特定频率的频谱，估计接收侧相对于发送侧的偏差。例如，在以30Gbaud传输利用－S、S、－S、S、…、－S、S的交变信号生成的具有2个特定频率的信号的情况下，应当成为15GHz和－15GHz为特定频率的频谱。但是，当在接收侧存在3GHz的频率偏移的情况下，在接收侧在18GHz和－12GHz处检测到频谱的峰值。即，频率偏移估计部217根据作为检测到的峰值的(18－15)GHz和(－12－(－15))GHz这双方或任意一方，能够估计出Δf＝3GHz的频率偏移量。
频率偏移补偿部216x(216y)具有如下功能：接收由频率偏移估计部217估计出的频率偏移量，针对从缓冲部211x(211y)接收到的包含已知信号序列的区间的信号执行频率偏移补偿。作为频率偏移补偿的方法例如可以应用如下方法：针对时域的信号根据所得到的频率偏移值来计算相位旋转量，对其反相位进行相乘且进行补偿。
(第3实施方式)
接着，使用图7对第3实施方式中的已知信号序列解调部210c进行说明。如图7所示，已知信号序列解调部210c与图6所示的已知信号序列解调部210b不同的点在于，具有频率偏移估计部217a、FFT部218x、218y、滤波部219x、219y以及IFFT(Inverse FFT：快速傅立叶反变换)部220x、220y。此外，由于缓冲部211x、211y、差动解码部213、判定部214、已知信号检测部215和频率偏移补偿部216x、216y与图6所示的结构相同，因此标注相同的标号并省略说明。因此，这里以频率偏移估计部217a、FFT部218x、218y、滤波部219x、219y以及IFFT部220x、220y的功能为中心，以下进行说明。
FFT部218x(218y)具有如下功能：针对从缓冲部211x(211y)接收到的包含已知信号序列的区间的信号执行N点FFT变换(N≥1)且进行频率转换。FFT部218x(218y)具有向频率偏移补偿部216x(216y)输出频率转换后的信号的功能。
频率偏移估计部217a具有从FFT部218x、218y接收频域的信号而估计频率偏移量的功能。
具体而言，对于利用已知信号序列生成的各特定频率的频谱，估计接收侧相对于发送侧的偏差。例如，在以30Gbaud传输利用－S、S、－S、S、…、－S、S的交变信号生成的具有2个特定频率的信号的情况下，应当15GHz和－15GHz成为特定频率。但是，当在接收侧存在3GHz的频率偏移的情况下，在接收侧在18GHz和－12GHz处会检测到频谱的峰值。即，频率偏移估计部217a根据(18－15)GHz和(－12－(－15))GHz这双方或任意一方，能够估计出Δf＝3GHz的频率偏移量。
频率偏移补偿部216x(216y)具有如下功能：从频率偏移估计部217a接收频率偏移量，针对FFT部218x(218y)的输出信号(频域的信号)在频域中对频率偏移进行补偿，且输出补偿后的信号。例如，在接收到Δf＝3GHz的频率偏移量的情况下，频率偏移补偿部216x(216y)针对频域的信号执行移位－3GHz的处理。
滤波部219x(219y)具有如下功能：针对从频率偏移补偿部216x(216y)输入的频域的信号，进行以由已知信号序列生成的功率集中的各特定频率为中心使±Δf的带宽通过的处理，输出该频带处理后的信号。
作为一例，对以30Gbaud传输利用－S、S、－S、S、…、－S、S的交变信号生成的具有2个特定频率的信号的情况进行说明。滤波部219x(219y)具有以15GHz和－15GHz为中心频率分别具备±Δf的带宽的BPF。这里，Δf的设定值作为可以假定的最大的激光的线宽程度的值，例如设定为Δf＝1MHz左右，切取已知信号序列成分。
IFFT部220x(220y)具有如下功能：针对从滤波部219x(219y)接收到的频域的信号执行N点IFFT(N≥1)，且转换成时间序列。
(附加说明)
这里，关于(1)交变信号的差异及其效果、(2)帧长和帧同步的精度、(3)BPF的特性、(4)频率偏移量的估计方法，进行附加说明。
(1)交变信号的差异及其效果
作为交变信号，使用了如－S、S、－S、S、…、－S、S那样交替地使用了2个信号点的模式的情况下，在频域中码元速率的一半的正侧/负侧频率的位置处产生频谱。例如，在码元速率是32Gbaud的情况下，在±16GHz的位置处产生频谱。另外，作为交变信号，使用了－S、－S、S、S、－S、－S、S、S、…、－S、－S、S、S这样的交变模式的情况下，在码元速率的1/4的正侧/负侧频率的位置处产生频谱。即，在码元速率是32Gbaud的情况下，在±8GHz的位置处产生频谱。
在发送侧生成奈奎斯特规范的信号的情况下，在－S、S、－S、S、…、－S、S这样的交变模式下，在用于生成奈奎斯特规范信号的信号处理中功率会衰减。与此相对，如果是－S、－S、S、S、－S、－S、S、S、…、－S、－S、S、S这样的交变模式，则由于在奈奎斯特规范的一半的频率处具有亮线，因此不会衰减。
因此，－S、－S、S、S、－S、－S、S、S、…、－S、－S、S、S的交变模式与－S、S、－S、S、…、－S、S的交变模式相比，具有如下优点：不易受到伴随着因收发器引起的高频功率衰减的交变模式功率衰减以及因相位旋转导致的交变模式的波形失真的影响。
(2)帧长和帧同步的精度
可以考虑为图3所示的Nt+Ns的长度是发送信号序列130的一个帧长。通过使该帧长与OTU(Optical Transport Unit：光传送单元)帧一致，而能够ITU－T(InternationalTelecommunication Union Telecommunication Standardization Sector：国际电信联盟电信标准部门)建议G.709。即，接收器20只要能够检测出功率集中于特定频率的模式的位置，就能够使用该位置附近的信号序列对控制信息进行解调。因此，接收器20只要仅对一部分帧长的较短的信号序列进行数字信号处理即可，因此与执行1个帧整体的处理的情况相比，能够削减电路规模。另外，即使在未获取主信号的帧同步的情况下，接收器20也能够根据控制信息的位置取得帧同步。
此外，这里说明的帧同步意味着如下情况：只要能够捕获包含功率集中于特定频率的模式的信号即可，因此不需要码元同步程度的高精度的同步，也可以存在某种程度的误差。另外，作为帧同步的方法例如可以使用国际公开2010/134321号中记载的方法。
另外，将利用控制信息进行调制的上述交变信号按照每个帧周期进行时间复用后发送，因此也可以将帧周期作为控制信息序列的时钟来利用。
(3)BPF的特性
接收器20提取功率集中于特定频率的模式序列(以下，也称为特殊模式序列。)，使其通过将该特定频率作为透过频带的中心频率的BPF(带通滤波器)。通过了该BPF后得到的信号中特殊模式序列占用大部分的功率。通过对BPF的特性应用在截止频率处透过率急剧地下降这样的截断性较好的特性，能够仅使特殊模式序列通过。由此，能够抑制来自特殊模式序列以外的信号的功率的泄漏，因此能够降低提取特殊模式序列时的因其他的信号导致的干涉。
例如，作为BPF的特性，只要作为20dB左右的衰减比的透过宽度为几十MHz到几百MHz左右，就能够在特殊模式序列的提取时实现充分的抑制比。为此，需要具有涉及到几百至几千码元的比较长的时间抽头系数的BPF，但通过使用快速傅立叶变换(FFT)和快速傅立叶反变换(IFFT)来在频域中应用BPF，能够削减电路规模。
(4)频率偏移量的估计方法
光收发系统100在发送器10和接收器20中使用分别不同的激光来进行相干接收。因此，一般来讲通过相干接收得到的接收电场具有频率偏移。关于该频率偏移量，例如由于在OIF(Optical Internetworking Forum：光网互联论坛)中规定的激光的频率偏移是2.5GHz，因此可认为在收发中频率偏移最大为其2倍的5GHz。因此，由接收器20接收到的特殊模式序列具有频率偏移，且需要控制BPF的透过频带的中心频率以适应最大的频率偏移量。
在第3实施方式的情况下，接收器20对接收电场进行傅立叶变换，而转换成频域的信号。此时，针对特殊模式序列，通过检测频率频谱的峰值的频率位置，而能够检测出频率偏移量。例如，在码元速率32GHz、采样率64GHz、特殊模式序列是－S、S、－S、S、…、－S、S的交变信号、用于傅立叶变换的FFT大小是4096点的情况下，特殊模式序列的频谱的峰值位置是±16GHz。即，由于第1024个点和第3072个点相当于±16GHz，因此在第1024个点和第3072个点处应该形成频谱的峰值。但是，在频率偏移是3GHz的情况下，由于偏离192点(＝4096×3/64)，因此在1216点附近、3264点附近检测到峰值。另外，由于在实际接收到的特殊模式序列的频谱的峰值位置被检测为3264点和1216点的情况下，可知偏离了192点，因此求出偏离了+3GHz的情况。另外，通过使FFT变换后的输出信号循环移位－192点，能够进行针对频率偏移的补偿。
以上，本实施方式中的发送器10对控制信息进行差动编码来生成差动编码信号，利用差动编码信号对功率集中于特定频率的信号序列进行调制，对于2个偏振波成分中的一个偏振波的主信号进行时分复用，对于另一个偏振波的主信号将功率集中于特定频率的信号序列保持原状地进行时分复用。另外，发送器10将对时分复用后的双方的偏振波进行偏振复用而得到的信号光经由光纤5发送到接收器20。接收器20对接收到的信号光进行偏振分割，进行AD转换来生成2个偏振波的数字接收信号。接收器20根据特定频率，在2个偏振的数字接收信号中确定功率集中于特定频率的信号序列的位置。接着，接收器20根据所确定的位置，从2个偏振波的数字接收信号中提取功率集中于特定频率的信号序列，对该提取出的信号序列进行差动检波而对控制信息进行解调。因此，具有本实施方式的发送器10和接收器20的光收发系统100不会使主信号劣化，并且能够以不依赖于主信号的解调状态的方式收发控制信息。
此外，在本实施方式中，以通过变更偏振复用的2个信号的相位关系来进行偏振调制的方式进行了说明，但也可以使用偏振调制器等其他的偏振调制单元来进行偏振调制，也可以应用于未进行偏振复用的单一偏振波的光收发。
另外，以利用反转或非反转的2个值发送控制信息的方式进行了说明，但也可以与2相PSK向m相PSK从2值扩张到m值的情况相同地，通过对偏振调制利用小于2的粒度进行调制，来利用大于2的多值进行收发。例如，在图2的情况下，采用了仅对Y偏振波的已知信号进行调制的结构，但也可以采用还对X偏振波中的已知信号进行调制的结构。在该情况下，已知信号序列调制部112的输出被输出到信号复用部102x、102y。具体而言，例如在已知信号序列是－S、S、－S、S、…、－S、S的情况下，当差动编码部111的输出是D(n)＝1时，已知信号序列调制部112向信号复用部102x、102y输出作为相同序列的－S、S、－S、S、…、－S、S作为输出。另外，在差动编码部111的输出是D(n)＝0时，已知信号序列调制部112考虑相位exp(jθ)而对信号复用部102x输出－Sexp(jθ)、Sexp(jθ)、－Sexp(jθ)、Sexp(jθ)、…、－Sexp(jθ)、Sexp(jθ)。另外，也可以对信号复用部102y输出－Sexp(j(π+θ))、Sexp(j(π+θ))、－Sexp(j(π+θ))、Sexp(j(π+θ))、…、－Sexp(j(π+θ))、Sexp(j(π+θ))。其中，0≤θ＜2π。
另外，对作为特定频率使用2个频率的情况进行了说明，但在进行波长色散估计的情况下，也可以使用1个特定频率来收发控制信息。
另外，在图5A中，按照在进行了缓冲部211x(211y)的处理后进行BPF部212x(212y)的处理的顺序进行了说明，但也可以在进行了BPF部212x(212y)的处理后，进行缓冲部211x(211y)的处理。
另外，以利用偏振调制收发控制信息的方式进行了说明，也可以通过对用于收发与主信号时分复用后的控制信息的功率集中于不同的特定频率的多个信号序列进行切换，而根据FSK(Frequency Shift Keying：频移键控)收发控制信息。由于在该情况下将控制信息时分复用到主信号，因此能够在不使主信号劣化的情况下收发控制信息。
标号说明
5：光纤；10：发送器；20：接收器；100：光收发系统；101x：发送信号调制部(第1信号复用部)；101y：发送信号调制部(第2信号复用部)；102x：信号复用部(第1信号复用部)；102y：信号复用部(第2信号复用部)；103x、103y：电光转换部；104：偏振复用部；110：控制信号调制部；111：差动编码部；112：已知信号序列调制部；120：已知信号生成部；130：发送信号序列；201：偏振分割部(接收侧转换部)；202x、202y：光电转换部(接收侧转换部)；203x、203y：AD转换部(接收侧转换部)；204x、204y：波长色散补偿部；205：自适应均衡部；206x、206y：解调部；210、210a、210b、210c、210d：已知信号序列解调部；211x、211y：缓冲部(控制信号解调部)；212x、212x－1～212x－Nb：BPF部；212y、212y－1～212y－Nb：BPF部；213、213－1～213－Nb：差动解码部(控制信号解调部)；214：判定部(控制信号解调部)；215：已知信号检测部；216x、216y：频率偏移补偿部(控制信号解调部)；217、217a：频率偏移估计部；218x、218y：FFT部；219x、219y：滤波部；220x、220y：IFFT部；221：合成部(控制信号解调部)。

Claims (12)

1.一种光收发系统，其特征在于，
该光收发系统具有发送器和接收器，
该发送器具有：
已知信号生成部，其输出作为已知的信号序列的已知信号序列；
控制信号调制部，其利用控制信息对所述已知信号序列进行相位调制；以及
偏振复用部，其对分别将所述已知信号生成部的输出信号和所述控制信号调制部的输出信号进行电光转换后得到的信号进行偏振复用，来生成信号光，
该接收器具有：
接收侧转换部，其接收从所述发送器送出的所述信号光，将接收到的所述信号光转换成每个偏振波成分的数字接收信号；以及
控制信号解调部，其针对所述每个偏振波成分的数字接收信号提取所述偏振波成分之间的相位关系，且根据该提取出的相位关系对所述控制信息进行解调。
2.根据权利要求1所述的光收发系统，其特征在于，
所述发送器还具有：
第1信号复用部，其接收第1偏振波的发送信息，对将所述第1偏振波的发送信息调制而得到的主信号和所述已知信号生成部的输出信号进行时分复用；以及
第2信号复用部，其接收第2偏振波的发送信息，对将所述第2偏振波的发送信息调制而得到的主信号和所述控制信号调制部的输出信号进行时分复用。
3.根据权利要求1所述的光收发系统，其特征在于，
所述发送器在所述已知信号生成部中生成且输出功率集中于特定频率的信号序列，
所述接收器还具有已知信号检测部，该已知信号检测部根据所述特定频率，从所述每个偏振波成分的数字接收信号中确定所述功率集中于特定频率的信号序列的位置，
在所述控制信号解调部中，根据由所述已知信号检测部确定的位置，从所述每个偏振波成分的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列以及利用所述控制信息对所述功率集中于特定频率的信号序列进行相位调制而得到的信号序列这双方的信号序列，根据所提取出的双方的信号序列之间的相位关系对所述控制信息进行解调。
4.根据权利要求3所述的光收发系统，其特征在于，
所述发送器在所述控制信号调制部中对所述控制信息进行差动编码来生成差动编码信号，利用所述差动编码信号对所述功率集中于特定频率的信号序列进行相位调制，
所述接收器在所述控制信号解调部中根据由所述已知信号检测部确定的位置，从所述每个偏振波成分的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列以及利用所述控制信息对所述功率集中于特定频率的信号序列进行相位调制而得到的信号序列这双方的信号序列，根据所提取出的双方的信号序列之间的相位关系对所述差动编码信号进行解调，对所解调的差动编码信号进行差动检波而对所述控制信息进行解码。
5.根据权利要求3所述的光收发系统，其特征在于，
所述接收器在从所述每个偏振波成分的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列时，对频率偏移进行补偿。
6.根据权利要求5所述的光收发系统，其特征在于，
所述接收器在对所述频率偏移进行补偿时，将所述每个偏振波成分的数字接收信号转换成频域的信号，对频率偏移量进行估计。
7.根据权利要求6所述的光收发系统，其特征在于，
所述接收器在对所述频率偏移量进行估计时，针对所述每个偏振波成分的数字接收信号应用快速傅立叶变换而求出所述频域的信号。
8.根据权利要求1至4中的任意一项所述的光收发系统，其特征在于，
所述接收器在所述控制信号解调部内具有判定部，所述判定部在执行比特判定前针对所述每个偏振波成分的数字接收信号进行归一化，使用所述归一化后的所述判定前的数字接收信号，进行所述控制信息的比特判定。
9.一种发送器，其是权利要求1至4中的任意一项所述的光收发系统中的发送器。
10.一种接收器，其是权利要求1、权利要求3至8中的任意一项所述的光收发系统中的接收器。
11.一种光收发方法，该光收发方法是具有发送器和接收器的光收发系统的光收发方法，其特征在于，
所述发送器执行如下步骤：
已知信号生成步骤，输出作为已知的信号序列的已知信号序列；
控制信号调制步骤，利用控制信息对所述已知信号序列进行相位调制；以及
偏振复用步骤，对分别将所述已知信号生成步骤的输出信号和所述控制信号调制步骤的输出信号进行电光转换后得到的信号进行偏振复用，来生成信号光，
所述接收器执行如下步骤：
接收侧转换步骤，接收从所述发送器送出的所述信号光，将接收到的所述信号光转换成每个偏振波成分的数字接收信号；以及
控制信号解调步骤，针对所述每个偏振波成分的数字接收信号，提取所述偏振波成分之间的相位关系，且根据该提取出的相位关系对所述控制信息进行解调。
12.一种光收发方法，该光收发方法是具有发送器和接收器的光收发系统的光收发方法，其特征在于，
所述发送器执行如下步骤：
已知信号生成步骤，输出功率集中于特定频率的信号序列；
控制信号调制步骤，对控制信息进行差动编码来生成差动编码信号，利用所述差动编码信号对所述功率集中于特定频率的信号序列进行调制；
第1信号复用步骤，对将第1偏振波的发送信息调制而得到的主信号和所述功率集中于特定频率的信号序列进行时分复用；
第2信号复用步骤，对将第2偏振波的发送信息调制而得到的主信号和通过所述控制信号调制步骤调制而得到的信号序列进行时分复用；以及
偏振复用步骤，对分别将所述第1信号复用步骤的输出信号和所述第2信号复用步骤的输出信号进行电光转换后得到的信号进行偏振复用，来生成信号光，
所述接收器执行如下步骤：
接收侧转换步骤，接收从所述发送器送出的所述信号光，将接收到的所述信号光转换成每个偏振波成分的数字接收信号；
已知信号检测步骤，根据所述特定频率，从各偏振波的数字接收信号中确定所述功率集中于特定频率的信号序列的位置；以及
控制信号解调步骤，根据通过所述已知信号检测步骤确定的位置，从各偏振波的数字接收信号中提取所述功率集中于特定频率的信号序列以及利用所述差动编码信号对所述功率集中于特定频率的信号序列进行调制而得到的信号序列这双方的信号序列，根据所述双方的信号序列之间的调制状态的差异对所述差动编码信号进行解调，对所解调的差动编码信号进行差动检波而对所述控制信息进行解码。
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