JP2013162182A - 光信号品質測定方法、光信号品質測定回路、光受信装置及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を測定する光信号品質測定方法、光信号品質測定回路、光受信装置及び光伝送システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる光信号品質測定方法、光信号品質測定回路、光受信装置及び光伝送システムは、上記目的を達成するために、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を、受信偏波成分から送信偏波成分を推定する際に用いる逆行列の成分の強度を用いて演算することとした。
【選択図】図５

Description

本発明は、多値（直交振幅変調）コヒーレント光伝送における光信号の品質を測定する光信号品質測定方法及び光信号品質測定回路、前記光信号品質測定回路を備える光受信装置及び、前記光受信装置を備える光伝送システムに関する。

基幹光ネットワークにおける通信トラフィックの増大に伴い、光通信システムの伝送容量のさらなる大容量化が進んでいる。この大容量化に向けた基幹技術として、波長多重方式における多重数を増加させることによる多チャンネル化、チャネル間周波数間隔の低減化、および１チャネルあたりのビットレートの高速化が求められている。

近年では、受信部でコヒーレント検波およびデジタルサンプリングした信号を超高速電子回路によるデジタル信号処理を用いて復調する、いわゆるデジタルコヒーレント伝送技術が大容量光通信の有力な手段となりつつある。本技術を用いることにより、伝送中の種々の信号劣化要因、すなわち、波長分散・偏波モード分散・偏波依存損失・光非線形効果を数値的に求め、さらに補償することが可能である。

ここで、このデジタルコヒーレント伝送技術の概要を説明する。

図１は、従来のデジタルコヒーレント光受信装置を用いたデジタルコヒーレント光伝送システムの構成を示す図である（例えば、非特許文献１を参照）。図１のデジタルコヒーレント光伝送システムは、全体としては、デジタルコヒーレント光送信装置とデジタルコヒーレント光受信装置とから構成されている。デジタルコヒーレント光送信装置は、チャネル１、２・・、ＮのＮチャネル分の光送信部から構成されている。チャネル１に注目すると、デジタルコヒーレント光送信装置の光送信部において、送信する情報にしたがって光周波数ν_１のキャリア光の振幅および／または位相が変調される。さらに同一波長の信号光を偏波多重することによって当該チャネル光周波数の信号光が得られる。光送信部からの信号光は、光合波器によって他のチャネルからの信号光と波長多重され、波長多重信号光として光伝送路上で受信側へ伝送される。他のチャネル２・・・Ｎの光周波数（ν_２、．．、ν_Ｎ）についても、チャネル１と同様に動作する。

デジタルコヒーレント光受信装置においては、受信された波長多重信号光は光分波器によって分波される。分波された各信号光は、コヒーレント検波手段において局部発振光とミキシングされて電気信号に変換される。各チャネルの動作は同じなので、以下、チャネル１の動作に注目する。信号光は、局部発振光源（以下、局発光源と記載することがある。）からの局部発振光（以下、局発光と記載することがある。）とのビート信号を検出することによって、電気信号に変換される。コヒーレント検波手段は、通常、偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティのための光フロントエンド部ならびに光検出器から構成される。従って、コヒーレント検波手段からの電気信号出力数は、各偏波成分（Ｘ、Ｙ）に対するＩ成分、Ｑ成分の各々に対応し、合計で４出力（２×２）となる。コヒーレント検波手段からの４つの電気信号出力は、さらに信号処理部に入力される。信号処理部からは、復調された信号光が得られる。

図２は、従来のデジタルコヒーレント光受信装置における信号処理部の構成を示した図である。図２には、コヒーレント検波手段も含まれている。コヒーレント検波手段では、フロントエンド部および４つの光検波器（ＰＤ）によって、４つの電気信号が得られ、信号処理部へ渡される。コヒーレント検波手段からの４つの入力信号は、信号処理部において、それぞれＡＤ変換器（ＡＤＣ）でデジタル信号に変換され、Ｘ偏波成分のＩ成分およびＱ成分と、Ｙ偏波成分のＩ成分およびＱ成分とが得られる。これらの各偏波のＩ成分およびＱ成分は結合されて、以降複素デジタル時系列として処理される。

ＡＤ変換器に後続する波長分散補償部において、伝送路の波長分散が、偏波成分毎に粗く補償される。２つの波長分散補償部からの各複素時系列信号（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）は、偏波多重分離部に入力される。なお、ここでのＸ偏波成分及びＹ偏波成分とは、コヒーレント検波手段の主軸を意味する。このため、各複素時系列信号（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）は、送信側で偏波多重されたそれぞれの偏波成分が混合された状態である。偏波多重分離部は、複素時系列出力（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）を送信側で偏波多重された偏波成分である複素時系列信号（Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ）に分離する。

例えば、偏波多重分離部は、入出力関係が数１によって表される適応型ＦＩＲフィルタである。

フィルタ係数ｐ_ＸＸ、ｐ_ＸＹ、ｐ_ＹＸ、ｐ_ＹＹは、偏波多重分離部への複素時系列信号（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）の値に従って逐次推定される。推定アルゴリズムとしては、ＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）法、またはその変形版が用いられる。例えば、ＣＭＡ法の場合は、フィルタ係数ｐ_ＸＸ、ｐ_ＸＹ、ｐ_ＹＸ、ｐ_ＹＹが、偏波多重分離部の複素時系列信号（Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ）の制御目標からの誤差ε（Ｂ_Ｘ）、ε（Ｂ_Ｙ）を０に近づけるように、次の漸化式を繰り返すことによって与えられる。

数２において、μは漸化式のステップサイズを表す。

偏波多重分離部では、偏波多重分離だけではなく偏波分散補償および微調整レベルの波長分散補償も行われる。偏波多重分離部で分離された各偏波成分出力は、さらにクロック抽出部において、信号光−局部発振光間の光周波数ずれが補正される。さらに、続くキャリア位相推定部において、Ｉ成分およびＱ成分それぞれの位相補正を施され、周波数および位相の同期が行われる。最後に、シンボル識別部において、シンボルの識別が行われ、復調された信号光であるＸ偏波出力およびＹ偏波出力（入力側で多重された各偏波成分の信号）が得られる。

デジタルコヒーレント受信系よりも前のコヒーレント受信技術では、局部発振光を信号光に対して光位相同期させることが不可欠であった。上述のデジタルコヒーレント技術の登場によって、信号光の光位相に対して同期していないフリーラン状態の局部発振光を用いても、信号光を受信することが可能となった。

Ｊｅｎｓ Ｃ． Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ他２名「１００ Ｇｂｐｓ光伝送システムのためのデジタルコヒーレント受信技術」２００９年９月、ＦＵＪＩＴＳＵ、６０、５、ｐ．４７６−４８３、インターネットＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｉｍｇ．ｊｐ．ｆｕｊｉｔｓｕ．ｃｏｍ／ｄｏｗｎｌｏａｄｓ／ｊｐ／ｊｍａｇ／ｖｏｌ６０−５／ｐａｐｅｒ１８．ｐｄｆ Ｓｅｂ Ｊ． Ｓａｖｏｒｙ，"Ｄｉｇｉｔａｌ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ"，Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ．１６，ｎｏ．２，ｐｐ．８０４−８１７ （２００８）

既に述べたとおり、デジタルコヒーレント光受信装置を用いることにより、伝送中の種々の信号劣化要因、すなわち、波長分散・偏波モード分散・偏波依存損失・光非線形効果を数値的に求め、さらに補償することができる。ここで、偏波依存損失を有する伝送路あるいは素子を通過する偏波多重信号は偏波成分のレベルバランスの劣化、または偏波成分の直交性の劣化を被る。これを図３にて説明する。偏波依存損失（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｄｅｐｅｎｄ Ｌｏｓｓ）を有する素子（以下、ＰＤＬ素子）の主軸に沿って偏波多重信号の各偏波成分が入射されている場合、ＰＤＬ素子の損失が大きい主軸に対応する偏波多重信号の偏波成分が他方の偏波成分に対して大きな損失を被る。この場合、偏波多重信号の偏波成分の直交性は保たれる。一方、ＰＤＬ素子の主軸に対し偏波多重信号の各偏波成分が４５度の角度で入射される場合、偏波多重信号の各偏波成分が被る損失は等しいが、直交性は９０度から劣化する。

偏波多重信号の品質劣化は、偏波依存損失を有する伝送路あるいは素子への入射偏波に依存する。このため、偏波多重信号光が図４のようなＰＤＬ素子を含む光中継網を伝送される場合、送信端で等しいレベルで、かつ直交した信号光は、受信端ではレベルバランスおよび直交性が劣化する。

しかし、偏波依存損失に関わる光信号の品質劣化、すなわち上記偏波成分のレベルバランスの劣化、および偏波成分の直交性の劣化を測定する方法は開示されておらず、偏波依存損失の測定を以って偏波多重信号の品質劣化を見積もることは難しい。

上述の問題点に鑑み、本発明は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を測定する光信号品質測定方法、光信号品質測定回路、光受信装置及び光伝送システムを提供することを目的とする。

上記目標を達成するために、本発明は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を、受信偏波成分から送信偏波成分を推定する際に用いる逆行列の成分の強度を用いて演算することとした。

具体的には、本発明に係る光信号品質測定方法は、偏波多重光信号が偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波され、前記偏波多重光信号を受光する素子の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分に分離された偏波分離信号へ偏波多重分離する際に、
前記主軸信号の複素時系列（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）と前記偏波分離信号の複素時系列（Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ）との関係が、数Ｃ１で与えられるとき、

数Ｃ１に関するパラメータｑ_ＸＸ、ｑ_ＸＹ、ｑ_ＹＸ、ｑ_ＹＹを取得して、前記偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度を数Ｃ２又は数Ｃ３で演算し、前記偏波多重信号の偏波成分の直交性の劣化度を数Ｃ４又は数Ｃ５で演算する光信号品質測定方法。
ただし、＊は畳み込み演算子である。

数Ｃ２および数Ｃ３は偏波多重信号光の各偏波成分の強度比であり、０の場合、レベルバランスが最適化されていることを表す。数Ｃ４および数Ｃ５は偏波多重信号光の各偏波成分の直交からのずれを表し、０の場合、直交していることを表す。従って、本発明は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を測定する光信号品質測定方法を提供することができる。

本発明に係る光信号品質測定方法は、入出力関係式が数Ｃ６で表される適応型ＦＩＲフィルタで前記主軸信号を前記偏波分離信号へ偏波分離する場合、前記パラメータがフィルタ係数であり、数Ｃ７でｋ番目の前記タップ係数を前記フィルタ係数から算出することを特徴とする。

本光信号品質測定方法は、適応型ＦＩＲフィルタのフィルタ係数で偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を演算することができる。

本発明に係る光信号品質測定方法は、レベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度が既知である試験偏波多重信号を用いて、前記試験偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度の補正量を予め取得しておき、測定時にはそれぞれの前記劣化度を補正した演算結果を出力することを特徴とする。

本光信号品質測定方法は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化の演算結果と真値とのずれを収束させることができる。

本発明に係る光信号品質測定回路は、局発光源からの局発光と偏波多重光信号とをミキシングし、前記偏波多重光信号を偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波するコヒーレント検波手段と、前記コヒーレント検波手段の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分である偏波分離信号へ分離する偏波多重分離部と、前記偏波多重分離部から前記情報を取得し、前記光信号品質測定方法を実行する演算処理部と、を備える。

本光信号品質測定回路は、前記光信号品質測定方法を実行するため、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を演算できる。従って、本発明は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を測定する光信号品質測定回路を提供することができる。

本発明に係る光信号品質測定回路は、前記局発光源が波長可変レーザであることを特徴とする。本光信号品質測定回路は、波長多重された偏波多重光信号の品質の監視が可能である。

本発明に係る光信号品質測定回路は、通過帯域を前記局発光源からの局発光の波長を含むように可変し、前記偏波多重光信号のうち前記通過帯域の光信号のみ通過させる波長可変光フィルタをさらに備える。本光信号品質測定回路は、波長多重された偏波多重光信号の品質の監視が可能である。

本発明に係る光受信装置は、局発光源からの局発光と偏波多重光信号とをミキシングし、前記偏波多重光信号を偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波するコヒーレント検波手段と、
前記コヒーレント検波手段の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分である偏波分離信号へ分離する偏波多重分離部と、
前記偏波多重分離部が分離した前記偏波分離信号のシンボルを識別して前記偏波多重光信号の各偏波成分を復調する信号復調部と、
を備える光受信装置であって、
前記偏波多重分離部から前記情報を取得し、前記光信号品質測定方法を実行する演算処理部をさらに備えることを特徴とする。

従来の光受信装置に前記演算処理部を追加するだけで、受信する光信号の偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を測定できるようになる。

本発明に係る光伝送システムは、前記光受信装置と、
前記光受信装置へ前記偏波多重光信号を送信する光送信装置と、
前記光受信装置の前記演算処理部が演算した偏波成分のレベルバランスの劣化度及び偏波成分の直交性の劣化度が最小となるようなレベル偏差を前記偏波多重光信号に予め付与するように前記光送信装置を制御するフィードバック経路と、
を備える。

本光伝送システムは、前記光受信装置が測定した光信号の偏波成分のレベルバランスや偏波成分の直交性を送信側にフィードバックすることができ、理想に近い偏波成分のレベルバランスや偏波成分の直交性を持つ光信号を伝送させることができ、光信号品質を向上させることができる。

本発明は、偏波成分のレベルバランスの劣化や偏波成分の直交性の劣化を測定する光信号品質測定方法、光信号品質測定回路、光受信装置及び光伝送システムを提供することができる。

従来のデジタルコヒーレント光受信装置を用いたデジタルコヒーレント光伝送システムの構成を示す図である。 従来のデジタルコヒーレント光受信装置における信号処理部の構成を示した図である。 ＰＤＬ素子による偏波多重信号光の品質劣化を説明する図である。 偏波依存損失を含む光中継網における偏波多重信号光の品質劣化を説明する図である。 本発明に係る光信号品質測定回路を説明する図である。 本発明に係る光信号品質測定方法における演算値（レベルバランス）の校正を説明する図である。 本発明に係る光信号品質測定方法における演算値（直交性）の校正を説明する図である。 本発明に係る光信号品質測定回路を用いた実施例を説明する図である。 本発明に係る光信号品質測定回路を用いた実施例を説明する図である。 本発明に係る光受信装置を説明する図である。 本発明に係る光信号品質測定回路を採用する光中継装置又は光ノード装置を説明する図である。 本発明に係る光伝送システムを説明する図である。 本発明に係る光伝送システムを説明する図である。 本発明に係る光伝送システムを説明する図である。 本発明に係る光伝送システムを説明する図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（光信号品質測定回路）
第１の実施形態は本発明の光信号品質測定方法を実行する光信号品質測定回路である。
本実施形態は、偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度、または偏波成分の直交性の劣化度に関するパラメータを算出する光信号品質測定方法を開示する。

本光信号品質測定方法は、偏波多重光信号が偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波され、前記偏波多重光信号を受光する素子の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分に分離された偏波分離信号へ偏波多重分離する際に、
前記主軸信号の複素時系列（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）と前記偏波分離信号の複素時系列（Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ）との関係が、数Ｃ１で与えられるとき、
数Ｃ１に関する情報を取得して、前記偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度を数Ｃ２又は数Ｃ３で演算し、前記偏波多重信号の偏波成分の直交性の劣化度を数Ｃ４又は数Ｃ５で演算する方法である。

また、本光信号品質測定方法は、入出力関係式が数Ｃ６で表される適応型ＦＩＲフィルタで前記主軸信号を前記偏波分離信号へ偏波分離する場合、前記情報がフィルタ係数であり、数Ｃ７でｋ番目の前記タップ係数を前記フィルタ係数から算出する。

（光信号品質測定回路の実施例）
図５は、本実施例の光信号品質測定回路５５を説明する図である。光信号品質測定回路５５は、コヒーレント検波手段３０、ＡＤ変換器１３、波長分散補償器１４、偏波多重分離部１５、及び演算処理部５０を有する。コヒーレント検波手段３０は、偏波多重光信号を偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波する。偏波多重分離部１５は、コヒーレント検波手段３０の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分である偏波分離信号へ分離する。演算処理部５０は、偏波多重分離部１５に付加される。そして、演算処理部５０は、前記主軸信号の複素時系列（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）と前記偏波分離信号の複素時系列（Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ）との関係が、数Ｃ１で与えられるとき、前記偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度を数Ｃ２又は数Ｃ３で演算し、前記偏波多重信号の偏波成分の直交性の劣化度を数Ｃ４又は数Ｃ５で演算する。

偏波多重分離部１５が、入出力関係式が数Ｃ６で表される適応型ＦＩＲフィルタ（バタフライフィルタ）である場合、演算処理部５０は、数Ｃ７でｋ番目の前記タップ係数を前記フィルタ係数から算出する。

光信号品質測定回路５５はデジタルコヒーレント受信器の偏波多重分離部１５までを利用して、光信号品質とくに偏波依存損失に関わるパラメータを測定する。本実施例では、コヒーレント検波手段３０で混合された偏波多重信号光と局発光はＡＤ変換された後、複素データ系列として波長分散補償器１４で波長分散を粗く補償し、偏波多重分離部１５に入力される。波長分散補償器１４での補償は、偏波多重分離部１５であるバタフライフィルタで残留する波長分散が補償可能な程度にまで補償する。

偏波多重分離部１５は４つのタップ係数を有するバタフライフィルタとして構成され、数１の計算を行う。タップ係数は数２に従って更新され続ける。偏波多重分離部１５では波長分散補償器１４での残留波長分散および偏波モード分散も補償される。ここでバタフライフィルタとは、内部で行列演算を行う２入力２出力のデジタルフィルタであり、偏波分離だけでなく、偏波モード分散および波長分散の補償も行うものである。また、バタフライフィルタには演算処理部５０からの入力を省略しているが、数２に示す演算を行う。

偏波多重分離部１５は、バタフライフィルタの４つのタップ係数ｐ_ＸＸ、ｐ_ＸＹ、ｐ_ＹＸ、ｐ_ＹＹを出力する。演算処理部５０は、４つのタップ係数から数Ｃ６の関係を用いて数Ｃ１の係数ｑ_ＸＸ、ｑ_ＸＹ、ｑ_ＹＸ、ｑ_ＹＹを計算し、数Ｃ２〜数Ｃ５で表される「偏波成分のレベルバランス」および「偏波成分の直交性」パラメータを演算する。従って、光信号品質測定回路５５は、入力される信号光の「偏波成分のレベルバランス」および「偏波成分の直交性」を測定することができる。

演算処理部５０は、レベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度が既知である試験偏波多重信号を用いて、前記試験偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度の補正量を予め取得しておき、測定時にはそれぞれの前記劣化度を補正した演算結果を出力する。

図６及び図７に示されるように、数Ｃ２〜数Ｃ５で表される偏波成分のレベルバランスの劣化度および偏波成分の直交性の劣化度が真の値からずれることがある。このため、定期的又は不定期に偏波成分のレベルバランス及び偏波成分の直交性が既知であるテスト光（真値）を信号光として入力し、演算処理部５０の演算するレベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度の値がテスト光のレベルバランス及び直交性となるように演算結果を補正する校正を行う。テスト光を出力できるテスト光源を光信号品質測定回路に接続することでテスト光を入力してもよいし、光信号品質測定回路自身が当該テスト光源を備えており、ここからテスト光をコヒーレント検波手段に入力してもよい。

テスト光を入力した結果、例えば、図６、図７のように真値と測定値が一次関数で表される場合は、傾きと切片を補正することで演算処理部５０の演算結果を補正することができる。具体的には、測定値と真値との関係を信号対雑音比等の信号条件、温度等の環境条件に対して算出した校正関数あるいは校正表を演算処理部５０に設け、通常動作時にはこの校正表を用いて補正した演算結果を出力させる。

なお、定期的とは、例えば１ヶ月又は１年等の所定の間隔で校正を行うことである。また、不定期とは、環境温度や湿度等をモニタしておき、これらが閾値を超えた等の変化をトリガーで校正を行うことである。出荷時に校正を行ってもよい。

（光信号品質測定回路を用いた実施例１）
図８は、光信号品質測定回路５５を用いた実施例を説明する図である。本実施例では、局発光源が波長可変レーザ光源１０’である。入力される偏波多重信号光が波長多重されている場合、波長可変レーザ光源１０’の出力光の光周波数を、所望のチャネルの偏波多重光信号のキャリア光周波数に同調することによって、所望のチャネルを復調することが可能となる。波長可変レーザ光源１０’の出力光の光周波数を定期または不定期に各チャネルのキャリア光周波数に同調することによって、波長多重された偏波多重光信号の品質の監視が可能となる。上記キャリア光周波数と局発光周波数の同調精度、および同調のタイミングはシステムの仕様に依存する設計事項である。

（光信号品質測定回路を用いた実施例２）
図９は、光信号品質測定回路５５を用いた実施例を説明する図である。本実施例では、通過帯域を波長可変レーザ光源１０’からの局発光の波長を含むように可変し、偏波多重光信号のうち通過帯域の光信号のみ通過させる波長可変光フィルタ２０をさらに備える。波長多重信号光は波長可変光フィルタ２０を通過することになる。波長可変レーザ光源１０’の出力光の光周波数と波長可変光フィルタ２０の通過光周波数を、所望のチャネルの偏波多重光信号のキャリア光周波数に同調することによって、図８の実施例より高い信号対雑音比で所望のチャネルを復調することが可能となる。波長可変光フィルタ２０と波長可変レーザ光源１０’の出力光の光周波数を同期させて所望のチャネルのキャリア光周波数に定期または不定期に同調することによって、波長多重された偏波多重光信号の品質の監視が可能となる。

（光受信装置）
第２の実施形態は本発明の光信号品質測定回路を備えた光受信装置である。

（光受信装置の実施例）
図１０は、本実施例の光受信装置１００を説明する図である。光受信装置１００は、局発光源１０からの局発光と偏波多重光信号とをミキシングし、偏波多重光信号を偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波するコヒーレント検波手段３０と、
コヒーレント検波手段３０の主軸成分に分離された主軸信号を、偏波多重光信号の各偏波成分である偏波分離信号へ分離する偏波多重分離部１５と、
偏波多重分離部１５が分離した偏波分離信号のシンボルを識別して偏波多重光信号の各偏波成分を復調する信号復調部１９と、
を備え、
偏波多重分離部１５から情報を取得し、前述の光信号品質測定方法を実行する演算処理部５０をさらに備えることを特徴とする。

光受信装置１００は、デジタルコヒーレント受信器であり、信号処理部６０の偏波多重分離部１５を利用して、光信号品質とくに偏波依存損失に関わるパラメータを測定する機能を備える。光信号品質に関わるデータは、信号処理部６０の偏波多重分離部１５から４つのタップ係数（ｐ_ｘｘ、ｐ_ｘｙ、ｐ_ｙｘ、ｐ_ｙｙ）を抽出し、演算処理部５０が演算することで得られる。従って、図２の従来の光受信装置に最小限の機能ブロックの追加、すなわち演算処理部５０の追加で光信号品質測定方法を実行できる光受信装置１００を実現できる。演算処理部５０が出力する演算結果は光信号品質のモニタや光信号品質の回復のためのフィードバックに用いられる。

（光中継装置、光ノード装置の実施例）
光中継網の光受信装置１００のみならず、光中継装置または光ノード装置においても光信号の品質監視が必要な場合がある。図１１は、光信号の品質監視が可能な光中継装置または光ノード装置１０１を説明する図である。光中継装置または光ノード装置１０１は、スプリッタ７１、光増幅器７２、局発光源１０、光信号品質測定回路５５、及び光信号品質測定関連以外のブロック７３を備える。ブロック７３は、光中継の機能又は光ノードの機能を有しており、光中継装置または光ノード装置１０１は、入力される光信号ブロック７３で処理して出力する。そして、光信号の一部はスプリッタ７１で分岐され、光増幅器７２で所望の強度へ増幅されて、局発光とともに光信号品質測定回路５５に入力される。このように、光中継装置または光ノード装置１０１は、光信号品質測定回路５５で光信号の品質を測定することができる。光信号品質測定回路５５が測定した結果は光信号品質のモニタや光信号品質の回復のためのフィードバックに用いられる。

（光伝送システム）
第３の実施形態はデジタルコヒーレント伝送を用いた光中継網において、本発明の光信号品質測定方法を用いて受信端で測定した受信光の品質情報を送信端に帰還して、毀損した信号品質を反映させた光信号を送信端から送出する光伝送システムである。

図１２〜図１５は、光伝送システム（３０１〜３０４）を説明する図である。光伝送システム（３０１〜３０４）は、光受信装置１００と、
光受信装置１００へ偏波多重光信号を送信する光送信装置２０１と、
光受信装置１００の演算処理部５０が演算した偏波成分のレベルバランスの劣化度及び偏波成分の直交性の劣化度が最小となるようなレベル偏差を偏波多重光信号に予め付与するように光送信装置２０１を制御するフィードバック経路２５０と、
を備える。

（光伝送システム３０１）
図１２は、本実施例の光伝送システム３０１を説明する図である。光送信装置２０１の光送信部２１１から送出される偏波多重信号光は、光中継網における偏波依存損失を被り、偏波成分のレベルバランスの劣化が生じている。光受信装置１００は、演算処理部５０で偏波成分のレベルバランスの劣化度を演算して出力する。演算処理部５０が演算した偏波成分のレベルバランスの劣化度は、フィードバック経路２５０を経由して偏波レベル偏差情報として光送信装置２０１に帰還される。光送信装置２０１では帰還された偏波レベル偏差情報に基づいて、偏波レベル調整手段２１２が光送信部２１１が出力する偏波多重信号光にあらかじめレベル偏差を付与する。光伝送システム３０１は、このようにフィードバック制御することで、偏波多重信号光のＸ偏波成分とＹ偏波成分が光受信装置１００の受信時に等しいレベルになるように制御する。なお、光伝送システム３０１では偏波レベル偏差情報の帰還方法については、電話回線等の有線でも無線でもよく、特に限定はない。

（光伝送システム３０２）
図１３は、本実施例の光伝送システム３０２を説明する図である。光伝送システム３０２の図１２の光伝送システム３０１との違いは、フィードバック経路２５０が光経路である点である。光伝送システム３０２は、光信号で偏波レベル偏差情報を帰還する。例えば、光送信装置２０１及び光受信装置１００を備える複数の光送受信装置を光中継網に接続することができる。第１の光送受信装置が送信した送信信号（偏波多重信号光）を第２の光送受信装置が受信した後、第２の光送受信装置はその応答信号（偏波多重信号光）とともに偏波レベル偏差情報を第１の光送受信装置に送信する。第１の光送受信装置は応答信号とともに偏波レベル偏差情報を受信し、次から第２の光送受信装置へ送信する送信信号のＸ偏波成分とＹ偏波成分が第２の光送受信装置の受信時に等しいレベルになるように制御することができる。さらに、第１の光送受信装置はこのときに第２の光送受信装置からの応答信号の偏波レベル偏差情報も第２の光送受信装置へ送信することもできる。このように、双方の光送受信装置で偏波レベルの偏差を補正することができる。

（光伝送システム３０３）
図１４は、本実施例の光伝送システム３０３を説明する図である。光伝送システム３０３の図１２の光伝送システム３０１との違いは、フィードバック対象が偏波成分の直交性の劣化度（偏波直交性情報）である点である。光伝送システム３０３は、光伝送システム３０１の偏波成分のレベルバランスの劣化度のフィードバックと同様に偏波成分の直交性の劣化度をフィードバックする。光伝送システム３０３は、このようにフィードバック制御することで、偏波多重信号光のＸ偏波成分とＹ偏波成分との角度が光信号受信装置１００の受信時に直交性を保つように制御する。なお、光伝送システム３０３では偏波レベル偏差情報の帰還方法については、電話回線等の有線でも無線でもよく、光伝送システム３０２のように光信号での帰還でもよい。

（光伝送システム３０４）
図１５は、本実施例の光伝送システム３０４を説明する図である。光伝送システム３０４の図１２の光伝送システム３０１との違いは、フィードバック対象が偏波成分のレベルバランスの劣化度だけでなく偏波成分の直交性の劣化度も含む点である。光伝送システム３０４は、このようにフィードバック制御することで、偏波多重信号光のＸ偏波成分とＹ偏波成分が光受信装置１００の受信時に等しいレベルになるように、且つ偏波多重信号光のＸ偏波成分とＹ偏波成分との角度が光受信装置１００の受信時に直交性を保つように、制御する。なお、光伝送システム３０４では偏波レベル偏差情報の帰還方法については、電話回線等の有線でも無線でもよく、光伝送システム３０２のように光信号での帰還でもよい。

本発明は、一般的に偏波多重された光信号を伝送する光通信システムに利用可能である。

１０：局部発振光源（局発光源）
１０’：波長可変レーザ光源
１１：光フロントエンド部
１２：受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）
１３：アナログデジタル（ＡＤ）変換器
１４：波長分散補償器
１５：偏波多重分離部
１６：クロック抽出部
１７：キャリア位相推定部
１８：シンボル識別部
１９：信号復調部
２０：波長可変光フィルタ
３０：コヒーレント検波手段
５０：演算処理部
５５：光信号品質測定回路
６０：信号処理部
１００：光受信装置
１０１：光中継装置又は光ノード装置
２０１、２０１’２０１”：光送信装置
２１１：光送信部
２１２：偏波レベル調整手段
２１３：偏波直交性調整手段
２１４：偏波レベル及び偏波直交性調整手段
２５０：フィードバック経路
３０１〜３０４：光伝送システム

Claims (8)

1. 偏波多重光信号が偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波され、前記偏波多重光信号を受光する素子の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分に分離された偏波分離信号へ偏波多重分離する際に、
   前記主軸信号の複素時系列（Ａ_Ｘ、Ａ_Ｙ）と前記偏波分離信号の複素時系列（Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙ）との関係が、数Ｃ１で与えられるとき、
   

   

   数Ｃ１に関するパラメータｑ_ＸＸ、ｑ_ＸＹ、ｑ_ＹＸ、ｑ_ＹＹを取得して、前記偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度を数Ｃ２又は数Ｃ３で演算し、前記偏波多重信号の偏波成分の直交性の劣化度を数Ｃ４又は数Ｃ５で演算する光信号品質測定方法。
   ただし、＊は畳み込み演算子である。
   

   

   

   

   
2. 入出力関係式が数Ｃ６で表される適応型ＦＩＲフィルタで前記主軸信号を前記偏波分離信号へ偏波分離する場合、前記パラメータがフィルタ係数であり、数Ｃ７でｋ番目の前記タップ係数を前記フィルタ係数から算出することを特徴とする請求項１に記載の光信号品質測定方法。
   

   

   
3. レベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度が既知である試験偏波多重信号を用いて、前記試験偏波多重信号の偏波成分のレベルバランスの劣化度及び直交性の劣化度の補正量を予め取得しておき、測定時にはそれぞれの前記劣化度を補正した演算結果を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の光信号品質測定方法。
4. 局発光源からの局発光と偏波多重光信号とをミキシングし、前記偏波多重光信号を偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波するコヒーレント検波手段と、
   前記コヒーレント検波手段の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分である偏波分離信号へ分離する偏波多重分離部と、
   前記偏波多重分離部から前記情報を取得し、請求項１から３のいずれかに記載の光信号品質測定方法を実行する演算処理部と、
   を備える光信号品質測定回路。
5. 前記局発光源が波長可変レーザであることを特徴とする請求項４に記載の光信号品質測定回路。
6. 通過帯域を前記局発光源からの局発光の波長を含むように可変し、前記偏波多重光信号のうち前記通過帯域の光信号のみ通過させる波長可変光フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の光信号品質測定回路。
7. 局発光源からの局発光と偏波多重光信号とをミキシングし、前記偏波多重光信号を偏波ダイバーシティおよび位相ダイバーシティでコヒーレント検波するコヒーレント検波手段と、
   前記コヒーレント検波手段の主軸成分に分離された主軸信号を、前記偏波多重光信号の各偏波成分である偏波分離信号へ分離する偏波多重分離部と、
   前記偏波多重分離部が分離した前記偏波分離信号のシンボルを識別して前記偏波多重光信号の各偏波成分を復調する信号復調部と、
   を備える光受信装置であって、
   前記偏波多重分離部から前記情報を取得し、請求項１から３のいずれかに記載の光信号品質測定方法を実行する演算処理部をさらに備えることを特徴とする光受信装置。
8. 請求項７に記載の光受信装置と、
   前記光受信装置へ前記偏波多重光信号を送信する光送信装置と、
   前記光受信装置の前記演算処理部が演算した偏波成分のレベルバランスの劣化度及び偏波成分の直交性の劣化度が最小となるようなレベル偏差を前記偏波多重光信号に予め付与するように前記光送信装置を制御するフィードバック経路と、
   を備える光伝送システム。

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