CN106063153B - 光信号发送装置以及光信号发送方法 - Google Patents

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Abstract

光信号发送装置具备：调制部，对发送信号进行调制；训练信号序列生成部，生成具有分别集中于多个不同的频带的功率并且振幅和相位的至少一个被调制的多个信号序列来作为训练信号序列；信号复用部，对发送信号附加训练信号；以及电/光变换部，使对发送信号附加训练信号后的信号序列为光信号来进行发送。

Description

光信号发送装置以及光信号发送方法
技术领域
本发明涉及光通信的技术。
本申请基于在2014年3月17日向日本申请的特愿2014-054110号以及在2014年10月30日向日本申请的特愿2014-221662号要求优先权，并将它们的内容引用于此。
背景技术
在光通信的领域中，组合了飞跃地提高频率利用效率的同步检波方式和信号处理的通信系统被瞩目。关于这种通信系统，当与由直接检波构筑的系统比较时，能够提高接收灵敏度。进而，这样的通信系统将发送信号接收为数字信号，由此，能够通过所接收的数字信号的信号处理进行信号位置检测、频率偏差补偿、时钟偏差补偿、波长色散补偿和偏振模式色散（Polarization-Mode Dispersion；PMD）补偿等由于线性效应造成的波形失真的补偿。此外，已知：这样的通信系统即使对由于非线性效应造成的信号品质劣化也进行数字补偿，由此，具有强的耐性。因此，关于这样的通信系统，作为下一代的光通信技术来研究导入。
在被非专利文献1和2代表的数字相干方式中，采用了如下方法：通过具有固定的抽头数目的数字滤波器（例如，针对28G波特的信号，在20000ps/nm的色散中，抽头数目为2048）对准静态的波长色散进行补偿，通过使用了盲算法（blind algorithm）的小的抽头数目（例如，在50ps的偏振模式色散中10-12抽头左右）的适当滤波器对存在变动的偏振模式色散进行补偿。此外，如被非专利文献3代表那样，伴随着传输率的高速化的偏振复用传输集中注目。
再有，在非专利文献4中，记载了无线通信中的同步确立。此外，在非专利文献5中，记载了在波长复用传输中由邻接波长招致的非线性光学效应即互相位调制。
如非专利文献4所记载的那样，在作为无线通信中的无线LAN（Local AreaNetwork，局域网）标准规格的IEEE 802. 11a标准中，能够通过在发送信号的排头中插入短前同步信号或长前同步信号来作为训练信号的帧结构来估计频率偏差或时钟偏差。然后，基于所估计的结果来补偿这些偏差，由此，能够确立同步。
另一方面，在光通信中，存在波长色散这样的光信号固有的问题，因此，接收位由于波长色散而变得不能正确地检测，难以在接收侧对上述短前同步信号和长前同步信号进行检测。针对该方面，生成在多个特定频率处具有频率宽度相对于应该发送的信号序列的谱小的信号分量的特定频带信号，将所生成的特定频带信号插入到应该发送的信号序列中，在接收侧具备针对所述特定频带信号具有高的检测灵敏度的电路，由此，能够对训练模式进行检测（非专利文献1）。
此外，在接收侧个别地检测多个特定频带信号，由此，能够根据它们的到来时间差和它们的中心频率差来估计波长色散量。进而，通过估计特定频带信号的中心频率，从而能够估计发送侧激光器和接收侧本振激光器（local oscillator laser）的频率偏移。其结果是，使用上述方案，由此，波长色散和频率偏移的检测关于100Gbp级的信号也是可能的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2010/134321号；
非专利文献
非专利文献1：H. Masuda, et al., “13.5-Tb/s（135x111-Gb/s/ch）No-Guard-Interval Coherent OFDM Transmission over 6, 248 km using SNR MaximizedSecond-order DRA in the Extended L-band”, OSA/OFC/NFOEC 2009, PDPB5, 2009；
非专利文献2：J. Yu, et al., “17 Tb/s（161x114 Gb/s）PolMux-RZ-8PSKtransmission over 662 km of ultra-low loss fiber using C-band EDFAamplification and digital coherent detection”, ECOC 2008, Th. 3. E. 2,Brussels, Belgium, 21-25 September 2008；
非专利文献3：L. Liu, et al., “Initial Tap Setup of Constant ModulusAlgorithm for Polarization De-multiplexing in Optical Coherent Receivers”,OSA/OFC/NFOEC 2009, OMT2, 2009；
非专利文献4：IEEE, “Part 11：Wireless LAN Medium Access Control（MAC）andPhysical Layer（PHY）Specifications Amendment 5：Enhancements for HigherThroughput”, IEEE 802. 11n-2009, Oct. 2009；
非专利文献5：G. P. Agrawal, “Nonlinear fiber optics”, Fourth Edition,Elsevier, pp. 182-183, 2007。
发明内容
发明要解决的课题
但是，在波长复用传输中，周围的频道中的光功率的变化经由光纤传输路径的互相位调制效应引起本频道的输送波相位的变化，设想使错误率增加的信号劣化。此外，根据非专利文献5，互相位调制效应为产生与光信号的瞬时功率成比例的相位旋转量的非线性相位旋转效应。
此外，在偏振复用信号中，当以同一模式对独立的2个偏振波进行调制时，只有训练区域为单一偏振状态。例如，根据非专利文献5，在波长复用传输中，在作为来自邻接波长的非线性光学效应的互相位调制中，在根据平行偏振波受到的相位调制和根据正交偏振波受到的相位调制中，在它们的相位调制的大小存在差分，这些相位调制量的比率为3：2。在被扰乱频道中，2个偏振波受到的相位调制在传输路径中由于走离效应而在时间上被平均化。在偏振复用信号中，独立的2个偏振波的数据间的相关性小而被独立地调制，因此，瞬时偏振状态按照每个符号进行变换。由于由走离效应造成的时间上的平均化，所以，作为结果，被扰乱频道的2个偏振波受到的相位调制为相同程度。另一方面，在训练区间中，瞬时偏振状态在显著的情况下为固定。因此，即使存在由于走离效应造成的时间上的平均化，也产生在被扰乱频道的2个偏振波中受到的相位调制量不同的现象。因此，偏振串音（crosstalk）变大，错误率增加，使传输特性劣化。
此外，在训练模式在2个偏振波中为相同的情况下，所合成的单一偏振波信号的瞬时功率变为2倍的大小。因此，由互相位调制效应造成的相位旋转量的大小变为2倍，与传输具有不规则的偏振状态的模式的情况相比相位旋转量增大，存在错误率增加的可能性。
此外，即使训练模式在2个偏振波中不相同，在其频率宽度小的情况下，训练区间的瞬时偏振状态也与周围比较以低速发生变化。因此，即使存在由于走离效应造成的时间上的平均化，也发生在被扰乱频道的2个偏振波中受到的相位调制量产生差分的现象。其结果是，偏振串音变大，错误率增加，使传输特性劣化。也就是说，在训练模式的频率宽度小的情况下，作为传输路径光纤的非线性光学效应的四光波混合的产生效率增加，使被扰乱频道产生串音，存在使错误率增加的可能性。
此外，当对应该发送的信号序列的谱插入频率宽度小的信号分量时，存在其频率与周边的模拟设备等中的由于频率而群延迟量较大地发生变化的频域重叠的情况。像这样，当所插入的频率与模拟设备的群延迟量变大的频率重叠时，波长色散估计值的误差由于群延迟特性而增大，此外，存在在估计值中产生偏移的问题。
此外，在发送侧插入的特定频带信号的频率高的情况下，由于周边模拟设备的频带限制，光功率仅在插入有特定频带信号的时间区间中降低。这是：在将传输路径区间的功率维持为固定的光放大器、将向模拟数字变换器（Analog-to-digital converter；ADC）的输入功率保持为固定的电放大器、将向数字识别或软判定识别器的平均输入振幅保持为固定的数字振幅调整器等中，其调整增益瞬时地发生变化，即使对特定频带信号以外的时间区间也带来影响，存在使错误率增加的可能性。
此外，在发送侧插入的特定频带信号的频率高的情况下，由于周边模拟设备的频带限制，光功率仅在插入有特定频带信号的时间区间中降低的方面也存在传输特性由于在光纤传输路径中产生的非线性光学效应劣化的可能性。存在由于在光纤传输路径中产生的非线性光学效应而瞬时的光信号功率的变化带来载波相位的变化的特征。因此，插入有特定频带信号的时间区间的瞬时的光功率的变化被变换为输送波相位的变化，因此，在相位调制信号中带来错误率的增加。
此外，在发送侧插入的特定频带信号的振幅与数据序列相比大的情况下，由于互相位调制效应造成的相位旋转量与数据序列相比增大，因此，存在上述的互相位调制成为原因的传输特性的劣化也变大而错误率增大的可能性。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种抑制由于训练信号造成的数据信号的特性品质劣化的技术。
用于解决课题的方案
本发明的一个方式是，一种光信号发送装置，其中，具备：调制部，对发送信号进行调制；
训练信号序列生成部，生成具有分别集中于多个不同的频带的功率并且振幅和相位的至少一个被调制的多个信号序列来作为训练信号序列；信号复用部，对所述发送信号附加所述训练信号序列；以及电/光变换部，使对所述发送信号附加所述训练信号序列后的信号序列为光信号来进行发送。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号序列生成部具备：基本信号序列生成部，生成比数据序列高的功率的频率分量仅集中于特定的频带的特定频带信号；调制序列生成部，生成对所述频率分量进行调制的调制序列；以及乘法运算器，对所述基本信号序列生成部的输出序列和所述调制序列生成部的输出序列进行乘法运算。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述调制序列生成部对所述振幅和所述相位的至少一个进行调制，以使存在于所述特定频带信号的所述特定的频带的相对于数据序列高的功率分量被频率扩展。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述调制序列生成部基于传输路径参数的估计精度以及模拟设备和传播路径的至少一个中的特性劣化因素来生成所述调制序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述调制序列生成部生成以主信号符号的N符号的量的时间间隔发生变化的序列来作为所述调制序列，基于所述传输路径参数的所述估计精度以及所述模拟设备和所述传播路径的至少一个中的所述特性劣化因素来设定N的值，改变所生成的调制序列的调制速度，由此，对所述特定频带信号的所述频率分量的调制的程度进行调整。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述调制序列生成部基于作为传输路径的非线性光学效应的互相位调制的有效通带宽度和主信号的波特率，生成所述调制序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号序列生成部在不同的第一偏振波和第二偏振波中进行振幅和相位的至少一个不同的调制来生成所述训练信号序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号序列生成部以在取得所述第一偏振波和所述第二偏振波中的训练信号序列的积或者异或之后的模式中彼此的相关性最低的方式决定所述第一偏振波和所述第二偏振波中的所述训练信号序列的模式相位和低周期模式。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号序列生成部在对所述发送信号进行M值的多值调制的情况下根据M个候补点生成所述训练信号序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号序列生成部将作为偏振扰动的相位调制限制为90度来生成所述训练信号序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号序列生成部在对所述发送信号进行所述M值的多值调制的情况下从所述M个候补点选择比M个少的相对于原点点对称的候补点，使用所选择的候补点来生成所述训练信号序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，还具备训练信号决定部，所述训练信号决定部决定与要求条件的参数对应的训练信号序列，所述训练信号决定部使用对满足所述要求条件的训练信号序列的频谱的形状进行模拟的频率滤波器来对训练信号序列生成用的初始序列进行裁剪，由此，决定所述训练信号序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号决定部使训练信号序列生成用的初始序列为在第一偏振波和第二偏振波中不同的序列。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号决定部对由所述频率滤波器裁剪的训练信号序列进行与所述发送信号的调制方式对应的硬判定。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述训练信号决定部重复进行利用所述频率滤波器的裁剪和与所述发送信号的所述调制方式对应的所述硬判定。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述调制序列生成部对所述振幅和所述相位的至少一个进行调制，以使存在于所述特定频带信号的所述特定的频带的与数据序列相比高的功率分量不会被频率扩展。
本发明的一个方式是上述的光信号发送装置，并且，所述调制序列生成部对所述振幅和所述相位的至少一个进行调制，以使所述训练信号序列的功率与所述数据序列的功率为同等以下。
本发明的一个方式是，一种光信号发送方法，其中，对发送信号进行调制，生成具有分别集中于多个不同的频带的功率并且振幅和相位的至少一个被调制的多个信号序列来作为训练信号序列，对所述发送信号附加所述训练信号序列，将对所述发送信号附加所述训练信号序列后的信号序列变换为光信号来进行发送。
发明效果
根据本发明，光信号发送装置产生难以受到由在模拟设备或光纤传输路径中产生的互相位调制效应等造成的特性劣化因素的影响并且通过光信号接收装置能够进行帧同步、频率同步、波长色散估计等的具有集中于多个频带的功率的多个信号序列、即功率集中于每一个不同的频带并且被调制的训练信号序列。在光信号接收装置中，能够使用所接收的训练信号序列来进行帧同步、频率同步、波长色散估计，并且，能够降低由在模拟设备或光纤传输路径中产生的互相位调制效应等造成的特性劣化因素的影响。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式中的光信号发送装置的结构例的框图。
图2是示出本发明的第一实施方式中的光信号发送装置所输出的发送信号序列的一个例子的图。
图3是说明本发明的第一实施方式中的训练信号序列生成部104的图。
图4是示出本发明的第二实施方式中的光信号发送装置的结构例的框图。
图5A是本发明的第二实施方式中的训练信号序列的成为基本的信号模式（signalpattern）的符号映射（symbol mapping）的一个例子。
图5B是本发明的第二实施方式中的训练信号序列的成为基本的信号模式的符号映射的一个例子。
图6A是本发明的第二实施方式中的训练信号序列的符号映射的第一例。
图6B是本发明的第二实施方式中的训练信号序列的符号映射的第一例。
图7A是训练信号序列的符号映射的第二例。
图7B是训练信号序列的符号映射的第二例。
图8A是训练信号序列的符号映射的第三例。
图8B是训练信号序列的符号映射的第三例。
图9A是训练信号序列的符号映射的第四例。
图9B是训练信号序列的符号映射的第四例。
图10A是训练信号序列的符号映射的第五例。
图10B是训练信号序列的符号映射的第五例。
图11示出第二实施方式中的训练信号序列的第一例的符号映射中的频谱。
图12示出第二实施方式中的训练信号序列的第四例的符号映射中的频谱。
图13示出第二实施方式中的训练信号序列的第五例的符号映射中的频谱。
图14示出第三实施方式中的训练信号序列的成为基本的符号映射中的频谱的一个例子。
图15是在16QAM中被振幅调制的第一个训练信号序列的例子。
图16是在8QAM中被振幅调制的第一个训练信号序列的例子。
图17示出在多值（multilevel）QAM中被振幅调制的训练信号序列的频谱的一个例子。
图18是示出本发明的第四实施方式中的光信号发送装置的结构例的框图。
图19是示出训练信号决定部310中的训练信号的决定处理的流程图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边详细地说明本发明的实施方式。本发明的实施方式中的光信号发送装置和光信号接收装置例如用于利用使用了光信号的同步检波的光纤传输系统等相干（coherent）通信系统。
（第一实施方式）
图1是示出本发明的第一实施方式中的光信号发送装置的结构例的框图。在该图中，101-1和101-2为发送信号调制部，102-1和102-2为信号复用（multiplexing）部，103-1和103-2为电/光变换部，104为训练信号序列生成部，105为偏振复用部。光信号发送装置具备：发送信号调制部101-1和101-2、信号复用部102-1和102-2、电/光变换部103-1和103-2、训练信号序列生成部104、偏振复用部105。再有，以下，以利用二个正交的偏振波（X偏振波和Y偏振波）的偏振复用传输为一个例子来进行说明，但是，未必需要为那样的结构，也能够在只有一个偏振波的传输或3个偏振波以上的传输中应用。
发送信号调制部101-1和101-2分别对X和Y偏振波中的发送的数据的二进制序列进行调制，输出发送符号序列（I相（同相）和Q相（90°相位））。作为调制方式，例如可举出：BPSK（Binary Phase Shift Keying，二进制相移键控）调制或QPSK（Quadrature PhaseShift Keying，正交相移键控）调制、QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）等，但是，也可以为它们以外的调制方式。训练信号序列生成部104生成满足之前举出的条件的那样的序列来作为训练信号序列（I相和Q相）并输出。
在信号复用部102-1和102-2中分别输入X和Y偏振波中的发送信号调制部101-1和101-2的输出以及训练信号序列生成部104的输出。然后，信号复用部102-1和102-2对发送符号序列按照任意的信号周期Ns（Ns≥1，Ns为正数）的每一个插入（在时间上复用）训练信号序列，输出其结果得到的信号序列。电/光变换部103-1和103-2将信号复用部102-1和102-2的输出作为输入，进行信号序列的电/光变换，输出光信号。
图2是示出本实施方式的光信号发送装置所输出的发送信号序列的一个例子的图。如该图所示，对发送数据信号按照Ns符号的每一个时间复用由Nt个（Nt≥1，Nt为正数）符号构成的训练信号，由此，生成发送信号序列。再有，关于训练信号，被提及为参考信号、导频信号（pilot signal）、已知信号等也可。在此，序列1和序列2分别示出X偏振波和Y偏振波中的发送信号序列，但是，X偏振波和Y偏振波的序列未必需要不同，从X偏振波和Y偏振波这两个偏振波发送同一序列（例如，只有序列1）也可。
像这样，在本发明的第一实施方式中的光信号发送装置中，在信号复用部102-1和102-2中，对发送信号附加训练信号序列。在此，作为难以受到由于模拟设备或光纤传输路径等造成的特性劣化因素的影响的训练信号序列的模式，需要满足以下的条件。
（1）使仅在特定的频带中高的功率的频率分量不集中于受到周边模拟设备的频带限制的那样的频域。具体地，使用交变信号序列模式或利用OFDM（正交频分复用：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的仅在某个特定的子载波中发送信号容易受到上述特性劣化因素的影响，因此，避免。
（2）以降低2个不同的偏振波（例如，X偏振波和Y偏振波）的调制模式的相关性的方式设定训练信号序列的模式。再有，作为相关性，越小越优选。
（3）对训练信号序列的模式以与在传输路径中能够期待的走离（walk off）效应的时间上的平均化的窗口宽度相比较比其短的周期进行调制。也就是说，与作为传输路径中的非线性光学效应的互相位调制（cross phase modulation）的有效通带宽度相比较，具有各个特定频率的特定频带信号的频率分布宽度较宽的特征。
（4）未受到光信号收发装置的前端（front end）部中的模拟设备的劣化因素（频带限制、群延迟波动等）的影响。
（5）为满足上述（1）~（4）的至少一个并且通过光信号接收装置能够进行帧同步、频率同步、波长色散估计等的具有集中于多个频带的功率的多个信号序列即功率集中于每一个不同的频带的训练信号序列。
在本发明的第一实施方式中，如以下那样做来生成训练信号序列，以使满足以上的条件。
在本发明的第一实施方式中，取得在特定频率处具有高的功率密度的传播路径估计用的信号模式与以主信号符号的N符号的量的时间间隔发生变化的低周期随机模式的积（或者异或），由此，生成训练信号序列。再有，关于在特定频率处具有高的功率密度的传播路径估计用的信号模式，以下称为特定频带信号。
作为特定频带信号，例如存在以下那样的交变模式来作为功率集中于符号率频率的一半的模式。
。
在此，XI、XQ、YI、YQ分别示出X偏振波中的I轴中的信号序列向量、X偏振波中的Q轴中的信号序列向量、Y偏振波中的I轴中的信号序列向量、Y偏振波中的Q轴中的信号序列向量，S为实数。此外，作为功率集中于符号率频率的1/4的模式，存在以下那样的2个符号周期的交变模式。
。
针对该交变模式取得与不同的序列的积，由此，能够生成难以受到模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的影响的序列。
图3是对本发明的第一实施方式中的训练信号序列生成部104进行说明的图。在该图中，1001表示基本信号序列生成部，1002-1~1002-4表示乘法运算器，1003-1~1003-4表示调制序列生成部。训练信号序列生成部104具备基本信号序列生成部1001、乘法运算器1002-1~1002-4、调制序列生成部1003-1~1003-4。
在基本信号序列生成部1001中，生成成为基本的信号模式（传播路径估计用的信号模式、特定频带信号序列等）。作为所生成的序列，例如可举出之前示出的交变模式等。乘法运算器1002-1~1002-4按照每个符号对来自基本信号序列生成部1001的序列和从调制序列生成部1003-1~1003-4输入的序列进行乘法运算，将乘法运算结果向信号复用部102-1和102-2输出。
调制序列生成部1003-1~1003-4生成乘法运算器1002-1~1002-4的输出的序列为难以受到模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的影响的序列的那样的调制序列。作为调制序列，例如存在利用伪随机序列（Pseudo-Random Bit Sequence；PRBS）的方法。在该情况下，使用利用按照4个调制序列生成部的每一个不同的生成多项式生成的伪随机序列也可，使用使用相同的生成多项式来设定不同的初始值而生成的序列也可。
进而，通过改变该生成的调制序列的调制速度，从而能够对成为基本的信号模式的调制的程度（谱的宽度）进行调整。例如，在作为伪随机序列（PRBS）而使用V=（v1、v2、v3、…）这样的序列时想要提高利用训练信号序列的传输路径的估计精度的情况下，使用抑制谱的宽度的那样的在以下示出的8倍的调制序列V8或16倍的调制序列V16等序列。此外，在模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的影响大而想要使谱的宽度变大的情况下，使用在以下示出的2倍的调制序列V2或4倍的调制序列V4等序列。
8倍的调制序列V8为以下那样的序列。
。
16倍的调制序列V16为以下那样的序列。
。
2倍的调制序列V2为以下那样的序列。
。
4倍的调制序列V4为以下那样的序列。
。
如以上那样，使用N倍（N≥1，N为整数）的调制序列来作为序列，由此，N越大，谱的宽度越小。因此，能够对成为基本的信号模式的调制的程度进行调整。此外，根据传输路径参数的估计精度和模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的状况适应性地设定N，由此，能够实现传输路径参数的估计精度提高和模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的抑制的并存。例如，在将作为传输路径的非线性光学效应的互相位调制的有效通带宽度设为BNL而将主信号的波特率（baud rate）设为BS的情况下，以满足BS/N>BNL的方式设定N。
此外，在图3的训练信号序列生成部的结构中以训练信号序列的模式满足（2）降低2个不同的偏振波（例如，X偏振波和Y偏振波）的调制模式的相关性的条件的方式生成训练信号的情况下，只要在X偏振波和Y偏振波中使用不同的序列即可。进而，在仅满足（2）的条件的情况下，只要使信号模式的调制的程度为与训练信号序列数目相同的倍数即可。具体地，在将训练信号序列长度设为L时仅满足（2）的条件的情况下，只要使X偏振波中的序列为VL=（v1、……、v1），使Y偏振波中的序列为VL’=（v2、……、v2）即可。
（第二实施方式）
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。图4是示出本发明的第二实施方式中的光信号发送装置的结构例的框图。本发明的第一实施方式与第二实施方式的不同在于将训练信号序列生成部104用作训练信号映射部201的方面。训练信号映射部201以与发送信号相同的调制方式对训练信号进行符号映射，生成训练信号序列。
在本实施方式中，利用在X偏振波和Y偏振波中正交的序列模式，由此，利用使X偏振波与Y偏振波的相关性变小的方法。即，在本实施方式中，在训练信号映射部201中决定模式相位和低周期模式，以使在X偏振波和Y偏振波中取得积（或者异或）后的模式中彼此的相关性为最低。以下，将16QAM采用为例子来说明具体的序列模式。
图5A和图5B是本实施方式中的训练信号序列的成为基本的信号模式的符号映射的一个例子。作为基本模式，设想式1的交变信号，通过交替地使用相对于原点点对称的2点（由A、B示出），从而生成作为基本模式的交变信号。像这样，在16QAM的情况下，如图5A和图5B所示，由16个候补点构成信号（符号），因此，由该候补点16个生成序列，由此，生成符合上述条件的训练信号序列。
接着，示出训练信号映射部201中的训练信号序列的符号映射的例子。图6A和图6B是本发明的第二实施方式中的训练信号序列的符号映射的第一例。如图6A和图6B所示，在该第一例中的训练信号映射部201中的训练信号序列的符号映射中，重复进行在X偏振波和Y偏振波中在依次对4个候补点（由A、B、C、D示出）进行映射之后使相位移动90度这样的操作。进而，在X偏振波中在正侧进行90度相位移动，与此相对地，在Y偏振波中在负侧进行90度相位移动，由此，使X偏振波与Y偏振波正交。将以上的操作进行序列长度Nt符号的量。
图7A和图7B是训练信号映射部201中的训练信号序列的符号映射的第二例。如图7A和图7 B所示，在训练信号序列的符号映射的第二例中，在X偏振波和Y偏振波中，在依次对4个候补点（由A、B、C、D示出）进行映射时，重复进行在一个偏振波中映射内侧时而在另一个偏振波中映射外侧之后使相位移动90度这样的操作。在一个偏振波中映射内侧时，在另一个偏振波中映射外侧，由此，能够整体地按照每个符号为相同的发送功率。进而，在X偏振波中在正侧进行90度相位移动，与此相对地，在Y偏振波中在负侧进行90度相位移动，由此，使X偏振波与Y偏振波正交。将以上的操作进行序列长度Nt符号的量。
图8A和图8B是训练信号映射部201中的训练信号序列的符号映射的第三例。如图8A和图8B所示，在训练信号序列的符号映射的第三例中，重复进行如下这样的操作：在X偏振波和Y偏振波中，在依次对4个候补点（由A、B、C、D示出）进行映射之后，使相位移动90度，在依次对4个候补点进行映射之后，返回到最初的4个候补点。也就是说，图8A和图8B所示的序列为第二个训练信号序列（图7A和图7B）之中仅提取出前半部分的序列。进而，在X偏振波中在正侧进行90度相位移动，与此相对地，在Y偏振波中在负侧进行90度相位移动，由此，使X偏振波与Y偏振波正交。将以上的操作进行序列长度Nt符号的量。
图9A和图9B是训练信号映射部201中的训练信号序列的符号映射的第四例。如图9A和图9B所示，在训练信号序列的符号映射的第四例中，重复进行在X偏振波和Y偏振波中在依次对2个候补点（由A、B示出）进行映射之后改变振幅来依次对2个候补点（由C、D示出）进行映射这样的操作。进而，在X偏振波和Y偏振波中为不同的振幅，由此，能够整体地按照每个符号为相同的发送功率。将以上的操作进行序列长度Nt符号的量。
图10A和图10B是训练信号映射部201中的训练信号序列的符号映射的第五例。如图10A和图10B所示，在训练信号序列的符号映射的第五例中，重复进行以下这样的操作：在X偏振波和Y偏振波中，在依次对4个候补点（由A、B、C、D示出）进行映射之后，使相位移动90度，在依次对4个候补点进行映射之后，返回到最初的4个候补点。与训练信号序列的符号映射的第三例不同的点在于在训练信号序列的符号映射的第五例的情况下振幅为大小交替。将以上的操作进行序列长度Nt符号的量。
在此，上述5个训练信号映射部201中的训练信号序列的生成的共同点在于针对成为基准的特定频带信号序列在二个不同的偏振波中使用不同的振幅或进行不同的相位调制来生成训练信号序列。此外，在M值调制的情况下，从M个候补点选择K点（K<M）来对训练信号序列进行符号映射来生成，在生成交变信号时，选择相对于原点点对称的点来作为候补点而生成交变信号。进而，为了偏振扰动（polarization scrambling）而应用相位调制，但是，即使相位调制90度，当进行XY偏振波调制时，也存在交变信号的功率降低，因此，将相位调制限制为90度。如以上那样生成训练信号序列，由此，生成实现传输路径参数的估计精度提高和模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的抑制的并存的训练信号序列。
图11示出第二实施方式中的训练信号序列的第一例的符号映射中的频谱。图12示出第二实施方式中的训练信号序列的第四例的符号映射中的频谱。图13示出第二实施方式中的训练信号序列的第五例的符号映射中的频谱。在这些图中，横轴表示频率（或进行4096点FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）时的FFT点数目），纵轴表示各频率点处的功率值。从图11~图13可知，通过应用本方式，从而能够对根据交变信号序列生成的2个线谱（特定频带信号谱）进行调制，能够使线谱具有鼓起。此外，线谱的鼓起（调制）量根据所制作的符号映射的信号序列模式而改变。像这样，根据状况适应性地改变训练信号的信号序列模式，由此，生成实现传输路径参数的估计精度提高和模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的抑制的并存的训练信号序列。
在以上将5个序列采用为例子进行了说明，但是，不需要限于这些序列，在保持基本模式的性质的状态下使振幅或相位旋转，由此，能够生成实现传输路径参数的估计精度提高和模拟设备或传播路径中的特性劣化因素的抑制的并存的训练信号序列。此外，在上述5个模式中，在重复Nr1（Nr1≥2，Nr1为整数）次A至B之后，重复Nr2（Nr2≥2，Nr2为整数）次C至D，由此，也能够使模式变形。进而，存在决定模式相位和低周期模式的方法，以使在X偏振波和Y偏振波中使低周期随机模式的模式相位移动，由此，在取得异或之后的模式中互相的相关性为最低。
（第三实施方式）
接着，对本发明的第三实施方式进行说明。第三实施方式与第一和第二实施方式不同的点在于，调制序列生成部1003-1~1003-4进行调制，以使在不使训练信号序列的谱扩展（spreading）的情况下训练信号序列的功率降低。如前述那样，互相位调制效应与瞬时功率成比例，因此，降低训练信号序列的振幅，由此，能够抑制由互相位调制造成的错误率的劣化。
图14示出第三实施方式中的训练信号序列的成为基本的符号映射中的频谱的一个例子。图14是8QAM和16QAM中的训练信号序列的频谱的一个例子。在该情况下，X偏振波和Y偏振波为同一复数振幅。使用以下的式子表示以4个符号定义1周期的情况下的基本的训练信号序列TS。
。
在式3中，为m=1、2、3、…、Nt/4。
在对该基本的训练信号序列施加固定的周期的调制的情况下，能够使用以下的式子来表示训练信号序列TS的第偶数号和第奇数号。
。
在式4中，为I=1、2、3、…、Nt/2。此外，exp为指数函数，i为虚数单位。
图15是在16QAM中被振幅调制的第一个训练信号序列的例子。在图15的例子中，在X偏振波和Y偏振波中在依次对4个候补点（由A、B、C、D示出）进行映射时，只要为a=1/3，θ=0，则4个候补点被映射到通过原点的一直线上。像这样，在16QAM以上的多值度中，假设θ=0而能够设定为训练信号序列为对角线上。
图16是在8QAM中被振幅调制的第一个训练信号序列的例子。如图15的例子那样，在16QAM中，在X偏振波和Y偏振波中，能够将4个候补点（由A、B、C、D示出）映射到一直线上，与此相对地，在8QAM中，不能将4个候补点映射到一直线上。因此，在8QAM中，假设a=1/2、θ=π/2来映射4个候补点。
图17是在多值QAM中被振幅调制的训练信号序列的频谱的一个例子。在图17中，已知，与图14相比，训练信号序列的峰值频率分量的功率降低。由此，能够防止由互相位调制造成的错误率的劣化。
再有，在此示出的a和θ为一个例子，a和θ的值根据多值度选择也可，以使训练信号序列的峰值频率分量降低。此外，在上述的例子中，以a乘以偶数符号的振幅值，但是，乘以奇数符号的振幅值也可。此外，关于X偏振波和Y偏振波的训练信号序列，使用分别不同的a和θ的值也可。此外，在上述中，作为一个例子，说明了对1周期4个符号的TS以1/2周期施加调制的情况。在针对1周期P符号的TS的1周期Q符号中的调制中，只要训练信号序列的峰值频率分量的功率降低，则也可以选择任意的自然数P和Q。
作为a的目标，能够以训练信号序列的功率与数据序列为同等或其以下的方式设定。由此，能够降低由训练信号序列造成的互相位调制的影响。
此外，为了降低训练信号序列的峰值频率分量的功率，也能够将单侧的偏振波设定为随机序列而做成单一偏振波而不是在X偏振波和Y偏振波中载有同一信息的偏振复用。由此，训练信号序列的峰值频率分量的功率降低3dB，使训练信号序列区间的偏振状态同时随机化（randomize），因此，能够降低由于功率的集中而产生的非线性光学效应的影响。
使训练信号序列为单一偏振波，由此，检测灵敏度降低，但是，部分地为偏振复用传输，由此，能够谋求灵敏度的改善。例如，能够只有训练信号序列的中心部的序列为偏振复用，开始的序列和末尾的序列为单一偏振波。
（第四实施方式）
接着，对本发明的第四实施方式进行说明。图18是示出本发明的第四实施方式中的光信号发送装置的结构例的框图。在图18中，发送信号调制部301-1和301-2、信号复用部302-1和302-2、电/光变换部303-1和303-2、训练信号序列生成部304、偏振复用部305与第一实施方式中的发送信号调制部101-1和101-2、信号复用部102-1和102-2、电/光变换部103-1和103-2、训练信号序列生成部104、偏振复用部105对应。
在第四实施方式中，训练信号决定部310输入要求条件（参数），根据该参数，决定训练信号序列。然后，训练信号序列生成部304生成由训练信号决定部310决定的训练信号序列。
图19是示出训练信号决定部310中的训练信号序列的决定处理的流程图。在图19中，在训练信号决定部310中设定训练信号序列的要求条件（参数）（步骤S10）。作为要求条件，例如存在训练信号序列的调制方式、对满足了条件的训练信号序列的频谱的形状进行模拟的频率滤波器及其关联参数（种类、中心频率、截止频率、频谱数目（多个）、其他系数等）或者作为目标的训练信号序列的谱的形状、训练信号序列长度Nt等。
接着，训练信号决定部310设定训练信号序列生成用的初始序列（步骤S11）。作为初始序列，例如存在伪随机序列（PRBS）、随机模式、交变模式等，也能够使用按照XI、XQ、YI、YQ的每一个不同的模式，也可以使用同一模式。对所得到的信号序列进行频率变换，计算频谱（步骤S12）。作为频率变换的方法，例如存在FFT或DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换）等。
接着，训练信号决定部310对不满足要求条件的频率分量进行裁剪（clipping）（步骤S13）。例如，对所得到的频谱或其功率值（XI（k）与XQ（k）的平方的和或YI（k）与YQ（k）的平方的和，k为频率）应用在初始设定时（步骤S10）设定的频率滤波器。然后，对超过频率滤波器的值的频率分量进行裁剪。之后，训练信号决定部310对裁剪后的频谱进行时间变换，计算时间信号序列（步骤S14）。作为时间变换的方法，例如存在IFFT（Inverse FFT，逆FFT）或IDFT（Inverse DFT，逆DFT）等。
接着，训练信号决定部310对所得到的时间信号序列进行与发送信号的调制方式对应的硬判定，得到调制后的训练信号序列（步骤S15）。重复进行Ni+1（Ni≥0，Ni为整数）次以上的操作（步骤S16、S17），将最终结果输出为所决定的训练信号序列。训练信号序列生成部304生成所决定的训练信号序列。
再有，步骤S15中的硬判定未必需要进行，例如，在训练信号序列的调制方式中没有特别规定或者在发送侧的DAC（Digital-to-analog converter，D/A变换器，数字模拟变换器）的分辨率有余裕的情况下不需要。
此外，关于光信号接收装置中的帧同步、频率同步、波长色散估计等方法，例如，能够通过使用专利文献1等所公开的方法来实现。
此外，将用于实现光信号发送装置的全部或一部分功能的程序记录在计算机可读取的记录介质中，使计算机系统读入记录在该记录介质中的程序并执行，由此，进行各部的处理也可。再有，在此所说的“计算机系统”包含OS（Operating System，操作系统）、周围设备等硬件。
此外，如果在利用WWW（World Wide Web，万维网）系统的情况下，“计算机系统”也包含主页提供环境（或者显示环境）。
此外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、ROM（Read Only Memory，只读存储器）、CD（Compact Disc，紧致盘）-ROM等可移动介质、内置在计算机系统中的硬盘等存储装置。进而，“计算机可读取的记录介质”还包含像在经由因特网等网络或电话线路等通信线路来发送程序的情况下的通信线那样在短时间的期间动态地保持程序的记录介质、像在该情况下的作为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器那样将程序保持固定时间的记录介质。此外，上述程序可以是用于实现上述的功能的一部分的程序，进而，也可以是能够以与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述的功能的程序。
以上，参照附图对该发明的实施方式详细地进行了描述，但是，具体的结构并不限于该实施方式，也包含不偏离该发明的主旨的范围的设计等。
产业上的可利用性
本发明例如能够应用于光通信。根据本发明，能够抑制由训练信号造成的数据信号的特性品质劣化。
附图标记的说明
101-1、101-2、301-1、301-2：发送信号调制部
102-1、102-2、302-1、302-2：信号复用部
103-1、103-2、303-1、303-2：电/光变换部
104、304：训练信号序列生成部
105、305：偏振复用部
1001：基本信号序列生成部
1002-1~1002-4：乘法运算器
1003-1~1003-4：调制序列生成部。

Claims (18)

1.一种光信号发送装置，其中，具备：
调制部，对发送信号进行调制；
训练信号序列生成部，生成具有分别集中于多个不同的频带的功率的多个信号序列，接着，对所述多个信号序列的振幅和相位的至少一个进行调制，由此，生成训练信号序列；
信号复用部，对所述发送信号附加所述训练信号序列；以及
电/光变换部，使对所述发送信号附加所述训练信号序列后的信号序列为光信号来进行发送。
2.根据权利要求1所述的光信号发送装置，其中，
所述训练信号序列生成部具备：
基本信号序列生成部，生成比数据序列高的功率的频率分量仅集中于特定的频带的特定频带信号；
调制序列生成部，生成对所述频率分量进行调制的调制序列；以及
乘法运算器，对所述基本信号序列生成部的输出序列和所述调制序列生成部的输出序列进行乘法运算。
3.根据权利要求2所述的光信号发送装置，其中，所述调制序列生成部对所述振幅和所述相位的至少一个进行调制，以使存在于所述特定频带信号的所述特定的频带的相对于数据序列高的功率分量被频率扩展。
4.根据权利要求3所述的光信号发送装置，其中，所述调制序列生成部基于传输路径参数的估计精度以及模拟设备和传播路径的至少一个中的特性劣化因素来生成所述调制序列。
5.根据权利要求4所述的光信号发送装置，其中，
所述调制序列生成部生成以主信号符号的N符号的量的时间间隔发生变化的序列来作为所述调制序列，
基于所述传输路径参数的所述估计精度以及所述模拟设备和所述传播路径的至少一个中的所述特性劣化因素来设定N的值，改变所生成的调制序列的调制速度，由此，对所述特定频带信号的所述频率分量的调制的程度进行调整。
6.根据权利要求2所述的光信号发送装置，其中，所述调制序列生成部基于作为传输路径的非线性光学效应的互相位调制的有效通带宽度和主信号的波特率，生成所述调制序列。
7.根据权利要求1所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号序列生成部在不同的第一偏振波和第二偏振波中进行振幅和相位的至少一个不同的调制来生成所述训练信号序列。
8.根据权利要求7所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号序列生成部以在取得所述第一偏振波和所述第二偏振波中的训练信号序列的积或者异或之后的模式中彼此的相关性最低的方式决定所述第一偏振波和所述第二偏振波中的所述训练信号序列的模式相位和低周期模式。
9.根据权利要求1所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号序列生成部在对所述发送信号进行M值的多值调制的情况下根据M个候补点生成所述训练信号序列。
10.根据权利要求9所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号序列生成部将作为偏振扰动的相位调制限制为90度来生成所述训练信号序列。
11.根据权利要求9所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号序列生成部在对所述发送信号进行所述M值的多值调制的情况下从所述M个候补点选择比M个少的相对于原点点对称的候补点，使用所选择的候补点来生成所述训练信号序列。
12.根据权利要求1所述的光信号发送装置，其中，
还具备训练信号决定部，所述训练信号决定部决定与要求条件的参数对应的训练信号序列，
所述训练信号决定部使用对满足所述要求条件的训练信号序列的频谱的形状进行模拟的频率滤波器来对训练信号序列生成用的初始序列进行裁剪，由此，决定所述训练信号序列。
13.根据权利要求12所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号决定部使训练信号序列生成用的初始序列为在第一偏振波和第二偏振波中不同的序列。
14.根据权利要求12所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号决定部对由所述频率滤波器裁剪的训练信号序列进行与所述发送信号的调制方式对应的硬判定。
15.根据权利要求14所述的光信号发送装置，其中，所述训练信号决定部重复进行利用所述频率滤波器的裁剪和与所述发送信号的所述调制方式对应的所述硬判定。
16.根据权利要求2所述的光信号发送装置，其中，所述调制序列生成部对所述振幅和所述相位的至少一个进行调制，以使存在于所述特定频带信号的所述特定的频带的与数据序列相比高的功率分量不会被频率扩展。
17.根据权利要求16所述的光信号发送装置，其中，所述调制序列生成部对所述振幅和所述相位的至少一个进行调制，以使所述训练信号序列的功率与所述数据序列的功率为同等以下。
18.一种光信号发送方法，其中，
对发送信号进行调制，
生成具有分别集中于多个不同的频带的功率的多个信号序列，接着，对所述多个信号序列的振幅和相位的至少一个进行调制，由此，生成训练信号序列，
对所述发送信号附加所述训练信号序列，
将对所述发送信号附加所述训练信号序列后的信号序列变换为光信号来进行发送。
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