CN105191181A - 光传输装置和光传输方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有光发送部(600)和光接收部(800)的光传输装置，其中，光发送部(600)具有多个调制规则，切换这些调制规则生成光信号，对该光信号进行正交偏振复用，并且使该光信号的相位随机化而进行发送，光接收部(800)具有：相干检波部(802)，其使接收到的光信号和本地振荡光干涉，而将该光信号转换成电信号；偏振分离/自适应均衡部(804)，其对该电信号进行偏振分离/自适应均衡；以及解码部(805)和(806)，它们进行经偏振分离/自适应均衡后的电信号的解码或者差分检波。

Description

光传输装置和光传输方法
技术领域
本发明涉及光传输装置和光传输方法，尤其涉及使用了数字相干方式的光传输装置和光传输方法。
背景技术
为了进行大容量的光传输，克服光信号对噪声功率的极限或高密度波分复用成为课题。
作为克服光信号对噪声功率的极限的技术，以往使用开关键控(On-OffKeying：OOK)。但是，近年来使用二进制相移键控(BinaryPhase-ShiftKeying：BPSK)、或者四相相移键控(QuaternaryPhase-ShiftKeying：QPSK)。
作为用于实现高密度波分复用的技术，公知有使用偏振复用方式(PolarizationMultiplexing)使每一符号的传输比特数增加到2倍的方式。在偏振复用方式中，向正交的2个偏振成分(垂直偏振波、水平偏振波)分别分配独立的发送信号。
另外，作为其它的方式，公知有如QPSK或十六进制正交幅度调制(QuadratureAmplitudeModulation：QAM)那样，增加信号点，而使每一符号的传输比特数增加的方式。在QPSK和16QAM中，在光发送器中，向同相轴(In-Phase轴：I轴)和正交轴(Quadrature-Phase轴：Q轴)分配发送信号。
另外，作为这些光调制信号的传输方式，数字相干方式正受到关注(例如，参照非专利文献1、2)。在数字相干方式中，组合同步检测方式和数字信号处理来接收这些光调制信号。在该方式中，进行基于同步检测的线性的光电转换、和基于数字信号处理的线性均衡。在线性均衡中存在固定线性均衡、半固定线性均衡以及自适应线性均衡。一般来说，在传输路径中产生由波长色散和偏振模色散(Polarization-ModeDispersion：PMD)等引起的线性波形失真。在数字相干方式中，如上述所述，因为进行光电转换和线性均衡，所以能够降低该波形失真的影响，能够实现优良的均衡特性和优良的抗噪性。
以往，在数字相干方式中，主要使用偏振复用QPSK方式(例如，参照非专利文献1、2)。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：OpticalInternetworkingForum，「100GUltraLongHaulDWDMFrameworkDocument」，2009年6月
非专利文献2：E.Yamazaki，另27名，「Fastopticalchannelrecoveryinfielddemonstrationof100-Gbit/sEthernet(注册商标)overOTNusingreal-timeDSP」，OpticsExpress,2011年7月4日，vol.19,no.14,p.13179―13184
非专利文献3：C.B.Papadias,「Ontheexistenceofundesirableglobalminimaofgodardequalizers」，1997年，inProc.ICASSP5,p.3941-3944
发明内容
发明要解决的课题
但是，尤其在超过3000km那样的长距离传输中，光纤中产生非线性光学效应导致的波形失真。上述非专利文献1、2的方法存在无法降低非线性光学效应导致的波形失真的影响、信号质量受到较大损害的问题。
在使用偏振复用二进制相位调制方式作为调制方式的情况下，上述非线性光学效应导致的波形失真的影响被降低。在该情况下，能够扩大传输距离。但是，在偏振复用二进制相位调制方式中，如果使用基于一般性的包络线恒模标准(CMA：ConstantModulusAlgorithm：恒模算法)的自适应滤波器的偏振分离/自适应均衡方式，则存在无法正常地进行偏振分离、或者偏振波即使被正常地分离也在相同偏振波内的自适应均衡中产生异常的问题(例如，参照非专利文献3)。
本发明就是用于解决所涉及的问题的，其目的在于获得一种具有等于或优于偏振复用BPSK方式的抗非线性影响的能力，且使在发送部中被偏振波复用的信号能够在接收部正常地进行偏振分离/自适应均衡的光传输装置和光传输方法。
用于解决课题的手段
本发明是一种具有光发送部和光接收部的光传输装置，其中，所述光发送部具有多个调制规则，切换这些调制规则生成光信号，将该光信号复用为正交偏振波并对该光信号的相位进行随机化后进行发送，所述光接收部具有：相干检波部，其使接收到的光信号与本地振荡光干涉，而将所述光信号转换成电信号；偏振分离/自适应均衡部，其对相干检波后的所述电信号进行偏振分离；以及差分检波部，其进行经偏振分离/自适应均衡后的所述电信号的差分检波。
发明效果
本发明是一种具有光发送部和光接收部的光传输装置，其中，所述光发送部具有多个调制规则，切换这些调制规则生成光信号，将该光信号复用为正交偏振波并对该光信号的相位进行随机化后进行发送，所述光接收部具有：相干检波部，其使接收到的光信号与本地振荡光干涉，而将所述光信号转换成电信号；偏振分离/自适应均衡部，其对相干检波后的所述电信号进行偏振分离；以及差分检波部，其进行经偏振分离/自适应均衡后的所述电信号的差分检波。因此，该光传输装置具有等于或优于偏振复用BPSK方式的非线性耐受性能，能够使被发送部偏振复用的信号由接收部正常地进行偏振分离/自适应均衡。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的光传输装置的结构的框图。
图2是示出本发明的实施方式1的光传输装置的调制规则的图。
图3是示出本发明的实施方式1的光传输装置的多个调制规则的图。
图4是示出本发明的实施方式1的调制规则的切换的图。
图5是示出本发明的实施方式2的光传输装置的光发送部的结构的框图。
图6是示出本发明的实施方式2的光发送部的数据转换部的结构的框图。
图7是示出本发明的实施方式2的数据转换部的调制规则和光信号之间的关系的图。
图8是示出本发明的实施方式3的光传输装置的结构的框图。
图9是示出本发明的实施方式3的光传输装置的调制规则的图。
图10是示出本发明的实施方式3的光接收部的偏振分离/自适应均衡部中的处理内容的一例的图。
图11是示出本发明的实施方式3的光传输装置的调制规则的特征的图。
图12是示出本发明的实施方式3的光传输装置的调制规则的特征的图。
图13是示出本发明的实施方式3的光传输装置的调制规则的特征的图。
图14是示出本发明的实施方式3的光传输装置的调制规则的特征的图。
具体实施方式
以下根据附图详细地说明本发明的光传输装置的实施方式。此外，以下说明的实施方式是具体说明本发明时的一个方式，本发明并不限定于该范围内。
实施方式1.
图1是示出使用了本发明的实施方式1的光传输方法的光传输系统的一例的图。如图1所示，本实施方式1的光传输系统由发送光信号的光发送部100、由光纤构成且传输光信号的光传输部200、以及接收光信号的光接收部300构成。本实施方式的光传输装置具有光发送部100和光接收部300中的至少任一方。光接收部300由相干检波部301、偏振分离部302、差分检波部303以及π/4相位旋转部304构成。
以下说明本实施方式涉及的光传输装置的动作。
光发送部100组合多个调制规则而生成两个光信号，且将那些光信号复用为正交偏振波(垂直偏振波、水平偏振波)，而生成偏振复用π/4相移差分BPSK信号。光发送部100向光传输部200输出该偏振复用π/4相移差分BPSK信号。
图2示出π/4相移差分BPSK信号的调制规则的一例。在图2中，横轴表示I轴，纵轴表示Q轴，t表示时间，m是整数。差分BPSK信号以1符号为单位每次相位旋转π/4(在此是顺时针)。可知，如果比较t＝8m时的相位和t＝8m+1时的相位，则t＝8m+1时的相位比t＝8m时的相位向顺时针方向旋转了π/4。因为1个符号旋转π/4，所以8个符号旋转8×(π/4)＝2π，而返回到原来的相位位置。对此进行重复。在1符号间产生的相位差是-π/4或者+3π/4。
这样，在本实施方式中，调制规则使光信号在1个符号间进行π/4的相位切换。使光信号的相位每次偏移π/4的理由是为了抑制在构成光传输部200的光纤内产生的由非线性光学效应引起的波形失真。
图3是示出本实施方式1中的多个调制规则的图。在图3中，规则A是在图2中示出的调制规则。规则B是使规则A的相位沿顺时针方向偏移了π/2的调制规则的一例。这样，在本实施方式中，事先准备多个调制规则，且对每个偏振波(垂直偏振波、水平偏振波)周期性地切换这些多个调制规则进行使用。
图4是示出规则A和规则B的切换方法的一例的图。在图4中，设正交的两个偏振波中的水平偏振波为X-pol.，垂直偏振波为Y-pol.。在X-pol.中，以切换周期2P交替地重复规则A和规则B。在图4的例子中，X-pol.的最初的调制规则是规则A。在X-pol.中，之后以切换周期2P交替地重复规则B和规则A。另外，在Y-pol.中，以切换周期2P交替地重复规则A和规则B。在图4的例子中，Y-pol.的最初的调制规则是规则B。在Y-pol.中，之后以切换周期2P交替地重复规则A和规则B。但是，如观察图4所得知的那样，X-pol.和Y-pol.的切换定时错开半周期(P)。
因此，在图4的例子中，在正交的2个偏振波(垂直偏振波、水平偏振波)中出现规则A的规则B的所有组合。即，存在以下4种组合。
(1)X-pol.是规则A，Y-pol.是规则B
(2)X-pol.是规则A，Y-pol.是规则A
(3)X-pol.是规则B，Y-pol.是规则A
(4)X-pol.是规则B，Y-pol.是规则B
另外，组合(1)～(4)出现的概率分别是1/4。因此，图4示出在正交的两个偏振波中存在所有的组合，且各组合产生的概率相等的例子。但是，不限于这种情况，并非是必须包括所有的组合。
切换调制规则的组合(1)～(4)的理由是为了避免接收部300中的偏振分离部302中的异常收敛。
在图4的例子中，调制规则的组合(1)～(4)以周期P切换。即，在图4的例子中，每隔周期P按照(1)、(4)、(3)、(2)、(1)、(4)、(3)、(2)、…的顺序切换调制规则的组合。关于调制规则的组合的切换，优选根据与偏振分离处理的收敛时间之间的关系而以几千～几十万符号左右的单位进行切换(即，将图4的区间P设定成几千～几十万符号。)。虽然易于将调制规则的组合的切换周期设定为OTU(OpticalTransportUnit：光传输单元)帧单位，但也可以以更长的单位或者更短的单位来进行切换。另外，调制规则的组合的切换周期也可以是不仅包括单一的区间还包括多个长度的区间的周期。
另外，虽然在图4的例子中调制规则是规则A和规则B两个，但不限于这种情况，调制规则也可以是3个以上。在使调制规则为3个的情况下，例如，将1符号单位的相位旋转量设为3π/4、在1符号间产生的相位差为-3π/4或者π/4的规则作为规则C，并与规则A和规则B组合。
如上述说明的那样，光发送部100将切换多个调制规则而生成的光信号复用为正交偏振波，而生成偏振复用π/4相移差分BPSK信号，向光传输部200输出。
在光传输部200中传输从光发送部100输入的光信号(偏振复用π/4相移差分BPSK信号)，向光接收部300输出。在π/4相移差分BPSK信号中，如上所述，使载波相位按每一符号单位偏移π/4。因此，即使在构成光传输部200的光纤中产生非线性光学效应引起的波形失真的情况下，也能够抑制该波形失真。
在光接收部300中，从光传输部200输入的光信号首先向相干检波部301输入。
相干检波部301在内部具有本地振荡光(localoscillationlight)。相干检波部301通过使从光传输部200输入的光信号与该本地振荡光混合干涉，从而进行将光信号转换成电信号的光/电转换。以下将该光/电转换称为相干检波。相干检波部301向偏振分离部302输出通过相干检波获得的电信号。此外，该电信号成为混合有两种偏振态的I/Q轴的信号(dualpolarizationI/Q-axissignals)的状态。
在偏振分离部302中，从相干检波部301输入混合有两种偏振态的I/Q轴的信号的状态的电信号。在偏振分离部302中，使用电气处理将该电信号分离成两个偏振波。偏振分离部302向差分检波部303输出偏振分离后的电信号。此外，作为用于分离成两个偏振波的电气处理，例如使用CMA。此外，从偏振分离部302输出的该电信号为I/Q轴信号混合的状态。
通常，通过使用CMA而使输出信号的包络线恒定，而当要使偏振复用BPSK信号偏振分离时，即使包络线恒定，也可能产生残留有偏振波间干涉的误收敛。这是因为在BPSK的信号点配置中不存在旋转对称性。因为信号点没有均匀地配置在I轴/Q轴而只配置在I轴，所以尽管实际上是正交偏振信号，但CMA也视为是正交相位信号而将其拉入。
在本实施方式中，光发送部100切换图3所示的光相位差异为π/2的2个调制规则(规则A和规则B)的组合。如果切换的定时与CMA的响应速度相比速度足够快，则不产生偏振分离的误收敛。假如，在CMA的响应速度是100kHz以下程度的情况下，以OTU4的帧(1微秒)左右的周期切换调制规则的组合即可。
在差分检波部303中，从偏振分离部302输入偏振分离后的电信号，且对各自进行差分检波。从偏振分离部302输入的电信号为I/Q轴信号混合的状态。差分检波部303通过电气处理而获取当前的复电场振幅E(i)、与1个符号前的复电场振幅的复数共轭E*(i-1)的积，从而进行对该电信号的差分检波。当复原载波相位进行数据识别时，一般来说使用m次方法。m次方法是在调制信号的相位数是值m的情况下，通过使复电场振幅进行m次方运算而除去调制成分仅提取误差成分的方式，需要与调制信号的相位数对应的固有的处理。另一方面，在差分检波中，通过事先在前后的符号的相位差中载置信息，而能够与相位数无关地进行相同的处理由此能够进行数据识别。另外，在差分检波中，也能够在前后的符号中有效地抑制具有正相关的相位变化。差分检波部303向π/4相位旋转部304输出差分检波后的电信号。因为在光发送部100中使1个符号间的相位差为-π/4或者+3π/4，所以差分检波后的相位是-π/4或者+3π/4。
在π/4相位旋转部304中，从差分检波部303输入差分检波后的电信号。π/4相位旋转部304使该电信号(逆时针)旋转π/4相位。π/4相位旋转部304向外部(未图示)输出该旋转π/4相位后的电信号。该旋转π/4相位后的电信号因为相位为0或者π，在I轴上取两值，所以能以Q轴为边界进行编码识别。
如上所述，在本实施方式中，如图2和图3所示的调制规则(规则A、规则B)那样，通过在1个符号间进行π/4相移，而能够提高对于光纤非线性光学效应的耐受性。另外，如图4所示，事先准备多个调制规则，且对每个偏振波(垂直偏振波、水平偏振波)周期性地切换这些调制规则，由此能够具有与差分BPSK同等的信号检测灵敏度，且能够抑制产生偏振分离的误收敛。因此，能够扩大数字相干光传输系统的能够传输的距离。
实施方式2.
在本实施方式中，对在上述的实施方式1中示出的光发送部100的结构的一例进行说明。图5是示出本实施方式的光发送部100的结构的图。如图5所示，本实施方式的光发送部100由光源101、相位调制部102、脉冲成型器(pulsecarver)103、数据转换部104、偏振复用I/Q调制部105以及比特交织(bitinterleave)部106构成。
以下说明本实施方式的光发送部100的动作。光发送部100组合相位调制部102进行的相位调制和偏振复用I/Q调制部105进行的数据调制，而生成偏振复用二进制相位调制信号，作为光发送信号输出。
首先，在光源101中，生成无调制光，向相位调制部102输出。
相位调制部102被从光源101输入无调制光。相位调制部102利用时钟电信号对该无调制光进行相位调制。此时，将时钟电信号的振幅设定成相位调制的深度为π/4的值。相位调制部102向脉冲成型器103输出调制后的光信号。
脉冲成型器103被从相位调制部102输入调制后的光信号。脉冲成型器103利用时钟电信号对该光信号进行脉冲化调制。脉冲成型器103向偏振复用I/Q调制部105输出脉冲化调制后的该光信号。
数据转换部104被从外部(未图示)输入2个系统(X/Y)的数据序列。数据转换部104能够控制正交2相位(I轴、Q轴)。数据转换部104根据从外部输入的2个系统(X/Y)的数据序列，生成4个序列(XI、XQ、YI、YQ)的数据序列。数据转换部104向偏振复用I/Q调制部105输出生成的数据序列(电信号)。
图6是数据转换部104的具体的结构例。数据转换部104以X反转控制部401、X差分编码部402、X复制部403、XI反转控制部404、XQ反转控制部405、Y反转控制部501、Y差分编码部502、Y复制部503、YI反转控制部504以及YQ反转控制部505构成。
以下使用图6说明数据转换部104的动作的详细。
X反转控制部401被从外部(未图示)输入数据X。X反转控制部401根据定时对该数据X进行反转控制(反转处理或者忽略)。X反转控制部401向X差分编码部402输出反转控制后的数据。
在X差分编码部402中，对从X反转控制部401输入的数据和在内部保持了1个时钟的输出数据之间取异或。X差分编码部402向X复制部403输出异或的运算结果。
在X复制部403中，复制从X差分编码部402输入的数据，且向XI反转控制部404和XQ反转控制部405输出。
在XI反转控制部404中，根据定时对从X复制部403输入的数据进行反转控制(反转处理或者忽略)。XI反转控制部404将反转控制后的数据作为XI通道数据(lanedata)向外部(＝偏振复用I/Q调制部105)输出。
在XQ反转控制部405中，根据定时对从X复制部403输入的数据进行反转控制(反转处理或者忽略)。XQ反转控制部405将反转控制后的数据作为XQ通道数据向外部(＝偏振复用I/Q调制部105)输出。
Y反转控制部501被从外部(未图示)输入数据Y。Y反转控制部501根据定时对该数据Y进行反转控制(反转处理或者忽略)。Y反转控制部501向Y差分编码部502输出反转控制后的数据。
在Y差分编码部502中，对从Y反转控制部501输入的数据与在内部保持了1个时钟的输出数据之间取异或。Y差分编码部502向Y复制部503输出异或的运算结果。
在Y复制部503中，复制从Y差分编码部502输入的数据，且向YI反转控制部504和YQ反转控制部505输出。
在YI反转控制部504中，根据定时对从Y复制部503输入的数据进行反转控制(反转处理或者忽略)。YI反转控制部504将反转控制后的数据作为YI通道数据向外部(＝偏振复用I/Q调制部105)输出。
在YQ反转控制部505中，根据定时对从Y复制部503输入的数据进行反转控制(反转处理或者忽略)。YQ反转控制部505将反转控制后的数据作为YQ通道数据向外部(＝偏振复用I/Q调制部105)输出。
这样，数据转换部104根据从外部输入的2个系统(X/Y)的数据序列，生成4个序列(XI、XQ、YI、YQ)的数据序列。4个序列(XI、XQ、YI、YQ)的数据序列向偏振复用I/Q调制部105输入。
偏振复用I/Q调制部105被从脉冲成型器103输入光信号。另外，在偏振复用I/Q调制部105中，从数据转换部104输入XI通道、XQ通道、YI通道、以及YQ通道的电信号。在偏振复用I/Q调制部105中，利用这些电信号对来自脉冲成型器103的光信号进行数据调制。具体地说，在偏振复用I/Q调制部105中，对于来自脉冲成型器103的光信号，利用XI通道的电信号和XQ通道的电信号进行X偏振用I/Q调制，利用YI通道的电信号和YQ通道的电信号进行Y偏振用I/Q调制。之后，偏振复用I/Q调制部105使X偏振成分和Y偏振成分的各自进行正交偏振复用。偏振复用I/Q调制部105向比特交织部106输出正交偏振复用后的光信号。
在比特交织部106中，在从偏振复用I/Q调制部105输入的光信号的X偏振成分和Y偏振成分之间，附加1个符号的一半左右的任意的延迟差。比特交织部106向外部(例如光传输部200)输出附加有延迟差的光信号。
图7示出相位调制部102中的相位调制、和数据转换部104中的信号点配置(仅进行数据调制)、以及在XI反转控制部404、XQ反转控制部405、YI反转控制部504和YQ反转控制部505中的反转控制方法(I反转、Q反转)、以及最终生成的信号点配置(具有相位调制)之间的关系的一例。
将一系列的时间划分成8个区间(t＝8m、8m+1、8m+2、…、8m+7)，且通过相位调制部102的相位调制，光信号的相位交替地取0和-π/4。在此，在时间t＝8m、8m+2、8m+4、8m+6时，相位调制部102中的相位调制是0，在t＝8m+1、8m+3、8m+5、8m+7时的相位调制是-π/4。这样，相位调制部102按照每一符号进行π/4的相位切换。
另一方面，在偏振复用I/Q调制部105中，能够控制正交2相位(I轴/Q轴)，以符号为单位切换数据调制的调制规则。在图7的例子中，每2个符号切换调制规则。在偏振复用I/Q调制部105中，作为数据调制，例如在X偏振波中另行生成在图7的“信号点配置(仅进行数据调制)的行所示的信号点。即，在t＝8m、8m+1时，在第一象限和第三象限配置信号点。在t＝8m+2、8m+3时，相对于t＝8m、8m+1旋转-π/2相位，而在第二象限和第四象限配置信号点。在t＝8m+4、8m+5时，相对于t＝8m、8m+1旋转相位π，而在第一象限和第三象限配置信号点。在t＝8m+2、8m+3时，相对于t＝8m、8m+1旋转π/2相位，而在第二象限和第四象限配置信号点。在Y偏振波中，也同样另行生成“信号点配置(仅进行数据调制)”的行所示的信号点。
当对图7的“信号点配置(仅进行数据调制)”的行所示的信号点实施相位调制而进行0或者-π/4的相位调制时，生成图7的“信号点配置(具有相位调制)”的行所示的信号点。这与图3所示的规则A的调制规则一致。
这样，在本实施方式中，在光发送部100中，如图5所示，设置有进行相位调制的相位调制部102、进行数据调制的偏振复用I/Q调制部105和进行数据转换的数据转换部104，通过分层组合相位调制、数据调制以及数据转换，而最终生成图7的“信号点配置(具有相位调制)”的行所示的信号点。
当设为在t＝8m时输出了未进行I轴反转和Q轴反转的数据时，则在t＝8m+4～8m+7时需要进行I轴反转，在t＝8m+2～8m+5时需要进行Q轴反转。只要在XI反转控制部404、XQ反转控制部405、YI反转控制部504以及YQ反转控制部505中进行这些反转控制即可。这样，通过适当切换调制规则而能够以π/4单位旋转信号点配置。
如上述所述，在本实施方式中，如图7所示，调制规则具有分层结构，且每层具有多个调制规则。另外，调制规则的切换定时(切换周期)也可以每层设定为不同的值。
此外，调制规则可以按照偏振波、通道(lane)、帧的任一个来单独地设定，或者也可以按照偏振波、通道、帧的全部来单独地设定。即，允许根据偏振波、通道或帧而具有不同的调制规则。
另外，调制规则的切换定时(切换周期)可以按照偏振波、通道或帧的任一个来单独地设定，或者也可以按照偏振波、通道以及帧的全部来单独地设定。即，允许根据偏振波、通道或帧而具有不同的切换周期。
此外，脉冲成型器103中的脉冲化调制、和比特交织部106中的正交偏振波间附加延迟差是进一步降低光纤非线性光学效应导致的波形失真的附加性功能，在本实施方式中不是必须的要素。因此，脉冲成型器103和比特交织部106也不必一定需要设置。
在发送/接收帧同步用模式等有效载荷以外的数据的定时，也可以另行切换成相应的调制规则。
如上所述，在本实施方式中示出了通过相位调制和数据调制的组合，虚拟生成偏振复用π/4相移差分BPSK光信号的光发送部的具体结构。另外，示出了通过对数据的差分编码化、复制、以及基于反转控制的调制规则切换进行组合，而能够生成用于数据调制的XI、XQ、YI、YQ的4通道数据。
实施方式3.
图8是示出使用了本发明的实施方式3的光传输方法的光传输装置的一例的图。如图8所示，本实施方式3的光传输系统由发送光信号的光发送部600、由光纤构成且传输光信号的光传输部700、以及接收光信号的光接收部800构成。本实施方式的光传输装置具有光发送部600和光接收部800中的至少任一方。光发送部600由光源601、光信号随机化部602、2个系统(X偏振、Y偏振)的I/Q调制部603、604、以及偏振复用部605构成。光接收部800由光源801、相干检波部802、振幅调整/固定均衡部803、偏振分离/自适应均衡部804、以及2个系统(X偏振、Y偏振)的解码部805、806构成。
以下说明本实施方式的光传输系统的动作。
光发送部600中的光源601生成无调制光，向光信号随机化部602输出。在光信号随机化部602中，使从光源601输入的无调制光随机化。例如，通过使用波特率(baudrate)的1/10左右频率的时钟信号进行相位调制而进行随机化，向X偏振I/Q调制部603和Y偏振I/Q调制部604输出。在X偏振I/Q调制部603中，对从光信号随机化部602输入的前述已随机化的光信号进行BPSK调制或者π/2相移BPSK调制，并向偏振复用部605输出。在Y偏振I/Q调制部604中，对从光信号随机化部602输入的前述已随机化的光信号进行BPSK调制或者π/2相移BPSK调制，向偏振复用部605输出。在偏振复用部605中，使从X偏振I/Q调制部603输入的光信号和从Y偏振I/Q调制部604输入的光信号进行正交偏振复用，并向光传输部700输出。
在光传输部700中，传输从光发送部600内部的偏振复用部605输入的经正交偏振复用后的光信号，并向光接收部800内部的相干检波部802输出。
光接收部800中的光源801生成以与光发送部600中的光源601所生成的上述光信号大致一致的频率进行振荡的无调制光，并向相干检波部802输出。相干检波部802使从光传输部700输入的前述光信号、和从光源801输入的前述无调制光以正交偏振(Xr/Yr)单位和正交相位(Ir/Qr)单位进行干涉，进行光/电转换和放大，而转换成由XrIr、XrQr、YrIr、YrQr构成的4通道的电信号。相干检波部802还对这些电信号进行模/数转换而获得数字信号，并向振幅调整/固定均衡部803输出。在振幅调整/固定均衡部803中，对从相干检波部802输入的4通道的数字信号进行在光传输部700中产生的波长色散等的固定性的均衡，并且进行4通道信号的振幅调整，并分别向偏振分离/自适应均衡部804输出。在偏振分离/自适应均衡部804中，以从振幅调整/固定均衡部803输入的4通道信号为基础，使用例如CMA算法进行正交偏振分离和自适应均衡，使被偏振分离/自适应均衡的信号以各偏振波单位向解码部805和806输出。解码部805被从偏振分离/自适应均衡部804输入例如被偏振分离的发送侧X偏振波信号，对该X偏振波信号进行解码，向外部(未图示)输出解码结果。解码部806被从偏振分离/自适应均衡部804输入例如被偏振分离的发送侧Y偏振波信号，对该Y偏振波信号进行解码，向外部(未图示)输出解码结果。
具体地说，按照例如以下的要领进行通过前述的I/Q调制部603和604进行的BPSK调制和π/2相移BPSK调制。
图9示出规则E、F、G、H这4个调制规则。其中，调制规则E、和调制规则G是BPSK调制。另外，调制规则F、和调制规则H是π/2相移BPSK调制。调制规则E和调制规则G彼此相差π/2相位。另外，调制规则F和调制规则H也彼此相差π/2相位。
这些调制规则根据偏振波和帧周期而被切换。在X偏振波第1帧中使用调制规则E，在X偏振波第2帧中使用调制规则F，在X偏振波第3帧中使用调制规则G，在X偏振波第4帧中使用调制规则H。另外，在Y偏振波第1帧中使用调制规则G，在Y偏振波第2帧中使用调制规则F，在Y偏振波第3帧中使用调制规则E，在Y偏振波第4帧中使用调制规则H。
即，在奇数帧中使用BPSK调制，在偶数帧中使用π/2相移BPSK调制。另外，在X偏振波中，在第2、第3帧使光相位变化π/2，在Y偏振波中，在第1、第2帧使光相位变化π/2。通过以上所述，使在4帧内的相位关系随机化，在偏振分离/自适应均衡部804中避免偏振分离的误收敛。
此外，前述BPSK调制也可以是应用了差分编码化的DPBSK调制。
在振幅调整/固定均衡部803中，以通道(lane)为单位进行振幅调整。当输入纯粹的BPSK信号时，例如，可能发生在复平面上仅在Ir通道配置有信号点、在Qr通道没有信号点的情况。在此，当对于全部通道、分别对每条通道施加振幅恒定控制时，尽管在Qr通道中没有信号点是正确的状态，但也强迫地使振幅增加，有可能成为过度的噪声增强。
在此，通过进行前述的调制规则的切换，当至少对4帧进行平均来观测时，不再发生在复平面上在Ir通道或Qr通道中信号点的配置失衡的事件。由此，在接收侧的4通道的各自中，能够准确地检测振幅，且能够进行振幅恒定控制。
虽然这样的振幅调整在相干检波部802中也实施，但至少通过使4帧平均化来检测振幅，能够进行准确的振幅检测和振幅恒定控制。
图10示出偏振分离/自适应均衡部804中的处理内容的一例。图10所示的例子是蝶形的有限脉冲响应(FIR：FiniteImpulseResponse)滤波器。偏振分离/自适应均衡部804使用图10所示的FIR滤波器，将Xr偏振复数信号Ex’[t]和Yr偏振复数信号Ey'[t]分离成作为发送时的2种偏振成分的X偏振成分Ex[t]和Y偏振成分Ey[t]。在此，Xr偏振复数信号Ex’[t]是将从振幅调整/固定均衡部803输入的4通道信号中的XrIr作为实部、XrQr作为虚部而构成的复数信号。另外，Yr偏振波复数信号Ey'[t]是将从振幅调整/固定均衡部803输入的4通道信号中的YrIr作为实部、YrQr作为虚部构成的复数信号。虽然一般来说该FIR滤波器设计为1抽头的延迟长度为1/2符号时间以下、抽头长度为10以上，但在图10中，为了图的简化，而将1抽头的延迟长度记载为1符号，将抽头长度记载为5。FIR滤波器的抽头系数hpq[k](p＝{x，y}、q＝{x，y}、k＝{0，1，2，3，4})通过CMA那样的自适应算法而逐次更新。
这样，当对FIR滤波器的抽头长度是2以上、且在BPSK那样的复平面上存在偏重的(不具有90度旋转对称性)信号应用CMA时，即使在正常地进行了正交偏振分离的情况下，也可能在相同偏振波内残留符号间干扰。
图11是示出了对于BPSK信号，某时刻的复数信号E[t]和与其相距2个符号的时刻的复数信号E[t-2T]关于配置信号点的轴的相位的差分的图(以下称为“轴间相位差”)。在单纯的BPSK信号中，E[t]＝{1，-1}、E[t-2T]＝{1，-1}，因为配置信号点的轴始终为0度(180度)，所以轴间相位差始终是0。因此，在像例如cosθ·E[t]+j·sinθ·E[t-2T](j：虚数单位)那样，E[t]和E[t-2T]被正交相位复用的情况下，其振幅值r与θ无关，恒定为r＝1。这意味着CMA无法检测相距2个符号的符号有无应答，意味着本应该用于波形均衡的FIR滤波器反而产生延迟干涉，成为性能不稳定化的原因。在纯粹的BPSK信号的情况下，上述的问题不限于对相距2个符号的符号产生，也可能会对相距1个符号、3个符号等整数个符号的所有的符号产生。
图12是对π/4相移BPSK信号和-π/4相移BPSK信号进行了同样的解析的图。
相距2个符号的信号之间的轴间相位差在两种情况下都是π/2。因此，在像例如cosθ·E[t]+sinθ·E[t-2T]那样，E[t]和E[t-2T]被同相位复用的情况下，其振幅值r与θ无关，恒定为r＝1。这意味着CMA无法检测相距2个符号的符号有无应答，意味着本应该用于波形均衡的FIR滤波器反而产生延迟干涉，成为使性能不稳定化的原因。该问题不仅对2个符号发生，也对相距6个符号、10个符号和2+4n个符号(n是0以上的整数)的符号产生。
对相距4个符号、8个符号、12个符号和4+4n(n是0以上的整数)个符号的符号，轴间相位差均为0。因此，在像例如cosθ·E[t]+j·sinθ·E[t-2T](j：虚数单位)那样，E[t]和E[t-2T]被正交相位复用的情况下，其振幅值r与θ无关，恒定为r＝1。这意味着CMA无法检测相距4+4n个符号的符号有无应答，意味着本应该用于波形均衡的FIR滤波器反而产生延迟干涉，成为使性能不稳定化的原因。
与相距1+4n个符号(n是0以上的整数)的信号的轴间相位差是π/4或者-π/4。如cosθ·E[t]+sinθ·exp(jπ/4)E[t-2T]或者cosθ·E[t]+sinθ·exp(-jπ/4)E[t-2T]那样，在E[t]和E[t-2T]调整±π/4相位差进行复用的情况下，其振幅值r与θ无关，恒定为r＝1。
与相距3+4n个符号(n是0以上的整数)的信号的轴间相位差是-π/4或者π/4。如cosθ·E[t]+sinθ·exp(-jπ/4)E[t-2T]或者cosθ·E[t]+sinθ·exp(jπ/4)E[t-2T]那样，在E[t]和E[t-2T]调整±π/4相位差进行复用的情况下，其振幅值r与θ无关，恒定为r＝1。
在此，例如，如果每帧切换π/4相移BPSK信号和-π/4相移BPSK信号，则与相距奇数个符号的信号的轴间相位差不再是固定的，不再存在使r始终恒定的复用条件，不再产生延迟干涉。但是，与相距偶数个符号的信号的轴间相位差仍然是固定的，在与相距2+4n个符号(n是0以上的整数)的符号以相同相位进行复用的情况下，或者在与相距4+4n个符号(n是0以上的整数)的符号以正交相位进行复用的情况下，无法避免产生延迟干涉。
图13是对QPSK信号进行了同样的解析的图。QPSK信号能够解释成配置有信号点的轴根据数据而随机地变化。因此，轴间相位差是0或者π/2，是随机的。因此，在产生延迟干涉的条件下振幅r不恒定，即使使用CMA也不会收敛于产生延迟干涉的条件。
图14是对通过对BPSK信号以16符号周期按峰-峰值施加π/4的长周期正弦波时钟相位调制而使光信号的相位随机化的信号也进行了同样的解析的图。此时，相距2个符号的信号的轴间相位差大致在-0.1π～0.1π之间分布，不是固定的。虽然在相距16个符号的信号之间相位关系始终为零，但一般来说因为自适应滤波器的抽头长度比16个符号短，所以不出现FIR滤波器的应答。因此，在产生延迟干涉的条件下振幅r不恒定，即使使用CMA也不会收敛于产生延迟干涉的条件。
此外，虽然在上述的说明中假定了整数个符号周期的时钟相位调制，但周期不需要是整数个符号。另外，也不需要管理与数据调制的定时。而且，不仅长周期时钟相位调制，即使在光信号随机化部602中实施随机相位调制、频率调制也能够实现相同功能，即避免光信号随机化导致的CMA误收敛。
在解码部805中，进行与X偏振I/Q调制部603的BPSK编码规则对应的解码处理。如果BPSK信号被DBPSK编码，则进行差分解码或者差分检波。在解码部806中，进行与Y偏振I/Q调制部604的BPSK编码规则对应的解码处理。如果BPSK信号被DBPSK编码，则进行差分解码或者差分检波。
如上所述，在本实施方式中，通过使发送光信号的相位随机化，而即使在BPSK信号中应用了CMA的情况下，也能够在接收侧避免自适应均衡的误收敛，能够维持稳定的通信状态。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的光传输方式在使用了数字相干方式的长距离光传输系统中有用。
标号说明
100：光发送部；101：光源；102：相位调制部；103：脉冲成型器；104：数据转换部；105：偏振复用I/Q调制部；106：比特交织部；200：光传输部；300：光接收部；301：相干检波部；302：偏振分离部；303：差分检波部；304：π/4相位旋转部；401：X反转控制部；402：X差分编码部；403：X复制部；404：XI反转控制部；405：XQ反转控制部；501：Y反转控制部；502：Y差分编码部；503：Y复制部；504：YI反转控制部；505：YQ反转控制部；600：光发送部；601：光源；602：光信号随机化部；603：X偏振I/Q调制部；604：Y偏振I/Q调制部；605：偏振复用部；700：光传输部；800：光接收部；801：光源；802：相干检波部；803：振幅调整/固定均衡部；804：偏振分离/自适应均衡部；805：解码部；806：解码部。

Claims (20)

1.一种光传输装置，其具有光发送部和光接收部，其中，
所述光发送部具有多个调制规则，切换这些调制规则生成光信号，并将该光信号复用为正交偏振波后进行发送，
所述光接收部具有：
相干检波部，其使接收到的光信号与本地振荡光干涉，而将所述光信号转换成电信号；以及
偏振分离/自适应均衡部，其对相干检波后的所述电信号进行偏振分离。
2.根据权利要求1所述的光传输装置，其特征在于，
所述光接收部还具有对进行了偏振分离/自适应均衡的所述电信号进行差分检波的差分检波部。
3.一种光传输装置，其具有光发送部，其中，
所述光发送部具有多个调制规则，切换这些调制规则生成光信号，并将该光信号复用为正交偏振波后进行发送。
4.一种光传输装置，该光传输装置具有光接收部，该光接收部接收使用周期性切换的多个调制规则生成且被复用为正交偏振波的光信号，其中，
所述光接收部具有：
相干检波部，其使接收到的所述光信号与本地振荡光干涉，而将所述光信号转换成电信号；
偏振分离/自适应均衡部，其对相干检波后的所述电信号进行偏振分离；以及
差分检波部，其进行偏振分离后的所述电信号的差分检波。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光传输装置，其中，
各所述调制规则使所述光信号按每一个符号每次相位旋转π/4。
6.根据权利要求3所述的光传输装置，其中，
所述光发送部还使所述光信号的相位随机化。
7.根据权利要求1、2、4所述的光传输装置，其中，
所述光发送部还使所述光信号的相位随机化，
所述光信号的相位的所述随机化以与所述偏振分离/自适应均衡部的抽头长度同等以上长度的长周期进行。
8.根据权利要求7所述的光传输装置，其中，
所述光信号的相位的所述随机化通过时钟相位调制或者频率调制中的任意一个或者双方来进行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光传输装置，其中，
所述调制规则按照每个所述正交偏振波而切换。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的光传输装置，其中，
所述光发送部具有：
相位调制部，其对从光源输入的无调制光信号进行相位调制；以及
数据调制部，其使用从外部输入的数据序列对从所述相位调制部输入的光信号进行数据调制。
11.根据权利要求10所述的光传输装置，其中，
所述相位调制部在1个符号间进行π/4的相位切换。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的光传输装置，其中，
所述光发送部具有：
光信号随机化部，其使从光源输入的无调制光信号的相位随机化；以及
X偏振I/Q调制部和Y偏振I/Q调制部，它们使用从外部输入的数据序列对从所述光信号随机化部输入的光信号进行数据调制。
13.根据权利要求10或者11所述的光传输装置，其中，
所述数据调制部按照每个所述正交偏振波以符号为单位周期性地切换数据调制的调制规则。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的光传输装置，其中，
所述调制规则能够按照偏振波、通道以及帧中的任意一项或者全部进行单独设定。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的光传输装置，其中，
所述调制规则的切换定时能够按照偏振波、通道以及帧中的任意一项或者全部进行单独设定。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的光传输装置，其中，
所述调制规则具有分层结构，且每层具有多个调制规则。
17.根据权利要求16所述的光传输装置，其中，
所述调制规则的切换定时是根据所述层单独设定的。
18.根据权利要求10所述的光传输装置，其中，
所述数据调制部针对1个序列的输入数据，组合差分编码、数据复制以及反转控制而生成2个序列的输出数据，利用所述2个序列的数据进行正交相位调制。
19.一种光传输方法，其具有光发送步骤和光接收步骤，其中，
在所述光发送步骤中，切换多个调制规则生成光信号，将该光信号复用为正交偏振波而生成发送光信号，
在所述光接收步骤中，
进行使从外部接收到的接收光信号与本地振荡光干涉而使所述接收光信号转换成电信号的相干检波，对相干检波后的所述电信号进行偏振分离，进行偏振分离后的所述电信号的差分检波。
20.根据权利要求19所述的光传输方法，其中，
在所述光发送步骤中，还使光信号相位随机化。
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